[发明专利]一种自动对焦定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理和自动对焦技术领域,特别是一种自动对焦定位方法。

背景技术

自动对焦是能使目标场景在成像系统中准确清晰成像的某种自动调节的过程，是各种光电成像系统一项重要的基本功能。自动对焦方式主要可分为主动对焦和被动对焦两类。主动对焦依靠某种距离探测方式比如超声或红外测距等，以测量出目标场景与镜头之间的距离，然后据此对焦而获得对焦准确的位置。主动对焦能适应各种光照情形，尤其是在低照度情况下也能正常工作。这类方法的缺点除了需要更多的成本及电源（或电池）等消耗外，还在于对焦目标区域被局限于距离准确探测到的目标点，以及由于红外或超声的高反射性而无法透过玻璃准确对焦。与主动对焦不同的是，被动对焦则不需要向对焦目标物发射任何能量或信息，仅仅通过利用透入的光线和形成的图像信息进行分析来调节对焦。被动对焦主要包括相位检测对焦和对比度检测对焦两类方法。相位检测对焦是单反相机里用的最普遍的自动对焦方法，这种对焦系统一般由反光镜、微透镜，以及多个成像敏感器等硬件构成。简单地说，通过镜头的光束被分为两个部分，分别在不同的两组成像敏感器上成像。如果对焦准确，则两幅图像相同；如果对焦不准，则两幅图像会出现偏移。通过比较两幅图像而检测这个偏移量，就能检测出对焦的偏离状态。相位检测自动对焦的优点在于对焦迅速且比较精确，缺点在于需要独特的硬件构造，耗价高，且其复杂的构造不适合需要结构紧凑的情况，比如不适合在一般的数码相机及移动手机等平台上应用。

在基于图像的被动对焦过程中，摄像头对准需要对焦的场景并驱动对焦电机控制对焦位置，通过对图像传感器采集图像进行清晰度计算，由图像的清晰度来反馈控制对焦电机移动的方向和步长，直至找到清晰度最大的位置即为对焦准确的位置。清晰度往往是通过图像锐度来体现的，锐度越大，边缘等细节信息就越丰富，图像自然就越显得清晰。因此，锐度计算的准确性决定了自动对焦的精度。除清晰度计算这一关键因素外，同样重要的是对焦搜索方法，即如何对对焦过程进行控制，使得能够用最少的步长移动达到最精确的对焦效果。对焦搜索决定了对焦的速度。

常采用的对焦搜索方法为爬山搜索,它的基本原理是在对焦过程通过前后的对焦值信息来判定坡峰的位置。简单地说，爬山法首先以合适的固定步长出发，当遇到对焦值显著变化的位置时，判定并记下处于爬坡状态；当对焦值开始连续下降时，判定已过坡峰位置，则调头再以较小步长从反方向进行爬坡一次，通过对坡峰如此反复的来回确定，直到最大对焦值变化足够小为止。爬山搜索的优点在于不需要对整个对焦范围进行搜索，能以较少的对焦步骤迅速的确定准确对焦的位置。缺点在于需要确定合适的阈值参数和每次爬坡的步长大小,来回反复对焦容易造成图像“振荡”现象，于视觉感官上效果较差,并且容易陷入局部的坡峰位置而对焦错误。

由于对焦场景多种多样，光照条件也是变化不一的，使得对焦值曲线很多情况下不会是单调平滑的单峰曲线（如图1为典型的单峰对焦函数曲线），而是呈现出多个坡峰和局部振荡，使得对焦搜索容易陷入局部峰值（如图2所示）。尤其是在长焦高变倍情况下，搜索可能长时间陷入模糊状态或者反复来回振荡变化。迅速而准确地确定初始对焦搜索方向对实现快速、准确、平稳自动对焦至关重要。对焦场景和光照条件的多样性使得在很多情况下依靠图像锐度评价函数值难以准确确定搜索方向，对长焦情况下更是一个难以解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种自动对焦定位方法，快速准确地判定对焦搜索移动方向，避免陷入局部峰值。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种自动对焦定位方法，采用摄像画面的绝对模糊度值判定搜索方向；采用摄像画面的双锐度变化阈值来确定精细搜索区域；采用统计波动次数区分局部峰值和全局峰值；采用多窗口对焦模式，由摄像画面的锐度和绝对模糊度综合判定对焦目标区域。

本发明的方法具体包括以下步骤：

1）在摄像画面中部划分一个大长方形聚焦框，在所述大长方形聚焦框四周均匀划分8个小长方形聚焦框，同时在所述摄像画面四个顶角位置划分4个小长方形聚焦框；所述大长方形聚焦框和12个小长方形聚焦框即为聚焦预选窗口；

2）从当前调焦马达的任意位置出发，以调焦范围内当前位置向远极端方向为初始移动方向，根据以下方法确定初始对焦移动方向：当前变焦（或变倍）位置对应的对焦电机马达可移动范围称为对焦范围，对应包含两个端点位置，即两极端。离当前马达控制位置较远的极端称为远极端，距离较近的称为近极端；