[发明专利]一种基于BIBAVR算法的自动聚焦头盔摄像机

说明书

本发明公开了一种基于BIBAVR算法的自动聚焦头盔摄像机，提出了一种无参考图像清晰度评价算法BIBAVR，基于该算法又提出了一种自动聚焦算法，最后，应用无参考图像清晰度评价算法和自动聚焦算法提出了一种自动聚焦头盔摄像机。头盔摄像机包括自动聚焦的照相模式和快速去模糊的摄像模式。头盔摄像机主要由无线遥控器、蓄电池、图像传感器、电动对焦镜头、电机驱动模块、Si4432无线模块、WIFI模块、MicroSD卡模块以及控制电路板组成。无线遥控通过无线信号与头盔摄像机相连，完成对所述头盔摄像机工作模式的切换。图像传感器负责采集图像及视频，最终将清晰的图像传送至监控器或者主机端。

技术领域

本发明属于自动聚焦摄像技术领域，提出了一种无参考图像清晰度评价算法BIBAVR，英文全称为Blind image blur assessment based on valid reblur，基于该算法又提出了一种自动聚焦算法，最后，应用该自动聚焦算法提出了一种自动聚焦头盔摄像机。

背景技术

在矿井、铁路通道等施工现场，维护检修人员常常通过头盔摄像机实时拍摄现场视频，再传输给监控器端的专家分析处理。这种可随人员移动的便携设备使现场始终处于监控状态，大大提高了安全保障，既可将现场情况及时传回监控器端供专家分析处理，也可以为后期的分类、存储和检测提供便利。

现有适用于施工现场的头盔摄像机一般分为红外摄像和矿灯摄像监控两类。相关文献和专利一方面主要针对头盔的硬件设计，使之适合实时网络传输、便携头部佩戴或者解决防水防火等安全隐患；另一方面集成音频等功能，方便后端专家与佩戴工作人员实时交互。因便携性、价格等原因，目前头盔摄像机只包含摄像或者简单拍照功能，无法自动聚焦。由于人在行走过程难免造成摄像机的晃动，使拍摄的视频图像质量低下，图像模糊，这样的视频图像只能用于实时监测，不利于后端专家准确分析故障。因此需要在传统头盔摄像机基础上集成自动聚焦功能，以便可以拍摄聚焦清晰的图像供后端供专家分析问题。

为了有效地安全监控，头盔摄像机输出的视频要求画面清晰稳定，但是该需求常常难以达到。一方面，使用头盔摄像机的环境复杂，达不到清晰录像的要求，如矿井昏暗或不均匀的光线等；另一方面，受到环境和人员移动而产生抖动，图像出现画面模糊、辨识度较低、画面闪动等现象。现有的视频稳像技术多应用于军事、测绘、室外公共安全、无人驾驶、民用摄像、手持摄像机等领域，还没有专门面向头盔摄像机这一应用场景的视频稳像算法研究，因此对头盔摄像机拍摄的视频稳像处理具有重要的应用价值。

自动聚焦技术在照相器材、医学仪器、一些军用观测设备以及各种基于机器视觉的智能系统中有着广泛的用途。自动聚焦主要有以下三种实现方式：一是通过激光、红外线或者超声波对目标进行测距，根据所测距离驱动电机调节镜头至聚焦位置，这种方式也称为主动式聚焦方式；二是利用图像处理方法获取相应的信息，控制电机调节镜头至聚焦位置，这是一种较先进的自动聚焦方法；三是通过图像处理估计点扩散函数PSF，并根据得到的PSF进行图像恢复。其中，第二、三种方式被称为被动式聚焦方式。方法一需要红外线或超声波源及相应的传感器，这使得自动聚焦系统体积大，而且成本高，不适合用于头盔摄像机等便携式设备；方法三则只能在比较小的离焦范围内起作用，实际的图像模糊比较复杂，很难找到合适的点扩散函数，计算复杂度较高。因此针对便携式的头盔摄像机宜采用方法二，该方法主要包括聚焦调节和聚焦检测两个过程。

无参考图像清晰度评价算法的研究中，最常用的算法评价指标有：线性皮尔森相关系数LPCC，斯皮尔曼等级相关系数SROCC，平均绝对误差MAE，离出率OR等，这类指标旨在计算算法评价图像分数与实际人类主观评分之间的关系，可以很好的反应算法与人类视觉评价的相似程度。由于人是头盔摄像机拍摄视频或图像的最终接收者，所以头盔摄像机的聚焦函数也要求达到与人类视觉一致的质量评价结果；同时头盔摄像机对实时性有严格要求，需要聚焦函数复杂度较低，算法高效准确。