[发明专利]一种适于仿生视觉快速调焦的小步长调焦方法

说明书

本发明提供了一种适于仿生视觉快速调焦的小步长调焦方法，所述方法包括：建立小步长细调清晰度评价函数，利用Sobel算子提取图像水平方向和垂直方向的梯度，计算梯度的平方和；采用调焦搜索方法对小步长细调清晰度评价函数的极值点进行搜索。本发明有效排除正焦点附近区域内的局部极值和干扰带来的误判断，使系统能准确可靠地实现小步长精细调焦。

本申请是申请日为2016年10月14日，申请号为201610895981.X，发明名称为一种基于液体透镜的仿生视觉快速调焦方法的分案申请。

技术领域

本专利涉及一种适于仿生视觉快速调焦的小步长调焦方法，属于自动调焦技术领域。

背景技术

自动调焦成像系统作为仿生视觉的关键技术应具有抗干扰性好、精度较高、稳定性强及实时性好的特点，它已经广泛应用于相机成像、机器视觉、数字监控以及遥感雷达等领域。尤其是基于主动式测距的自动调焦技术已经发展成熟，但随着集成电路和计算机技术的发展，图像采集和图像处理技术逐步成熟，基于被动式的自动调焦技术也进入快速发展。但是这两种方式各自的不足也很明显，主动式测距法由于精度、体积限制了它在仿生视觉领域的应用，被动式图像处理法则会因为外部环境的多样性及噪声干扰无法确保每次系统的调焦效果为最佳。这些局限性都限制了两种方法的单独应用。而且，传统的仿生视觉系统多是基于工学方法，利用摄像机获得目标图像进行处理。但这种摄像机镜头一般采用定焦镜头，不能够实时调节焦距，也不能对目标物体进行放大及缩小的观测，变焦透镜则可以实现这样的需求。变焦镜头从组成方式及工作原理上可以分为传统变焦距镜头以及液体变焦镜头。传统镜片组合式变焦镜头就是利用改变透镜组之间的间隔来实现焦距的变化，这种方式必须采用特殊驱动电机对独立组件的机械位置提供精准的控制，并且镜头内多个组件的动作必须保证同步，这对系统的机械结构提出了苛刻的要求，移动透镜组改变焦距时，往往也会伴随着像面的移动。因此，还需对像面的移动进行补偿。近年来，随着变焦镜头不断朝着微型化、智能化、稳定化、低功耗、成像质量高的方向发展，这种传统的调焦方式已经很难满足实际需求。

液体变焦镜头是指通过模拟人眼晶状体变焦功能，以不同驱动方式改变透镜表面曲率，从而实现透镜焦距大小的变化。它避免了传统调焦系统结构复杂、易磨损和寿命低等缺点，可以实现传统光学元部件难以完成的功能，推动调焦系统向小型化、灵巧化发展，可应用于手机、相机、摄像、显微镜、医疗领域、光学测试设备、光通信和光信息处理、仿生视觉等领域。可以说，随着液体镜头的不断发展，它的应用将会更加广泛。

2009年，中国科学院研究生院张薇等以液体透镜(包括折衍混合的液体透镜)为核心元件,设计了可调焦内窥系统、二元变焦内窥系统和连续变焦手机镜头三种不同类型的微型光学系统,在满足系统尺寸及使用功能的基础上,初步实现了系统中无移动组件的调焦、变焦功能。2012年，中国科学院大学张鹰等利用液体透镜设计了一种长焦距变焦系统，该系统可实现2.5倍的可见光变焦，分利用液体透镜变焦范围的基础上有效缩短了系统尺寸，系统总长仅135mm，全视场MTF值高于0.5。2015年，徕卡显微系统(上海)有限公司张祥翔等利用Optotune公司的液体变焦透镜作为显微镜自动调焦装置。并对液体变焦透镜在生物显微镜上的调焦功能进行了实验验证，并获取了系统在不同焦距的图像。实验结果表明，液体变焦透镜可以使系统的景深扩展1mm以上，并且保持了良好的成像质量。同年，上海理工大学潘逸君使用双液体透镜组成变焦系统，得到了一个视场60°，变倍比6.2倍的变焦系统。但以上应用主要依靠人眼观测及主观意识来判断图像清晰度，并没有使系统实时性、精确性增强，也凸显了主动式调焦方法的局限性及不足。

发明内容