[发明专利]一种基于液体镜头的自动调焦方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于液体镜头的自动调焦方法及系统，包括以下步骤：对整幅图像进行Canny算子边缘检测，得到原图的边界图；对边界图进行2×2窗口的膨胀操作，增加边界区域宽度；对原图进行Sobel算子计算，通过改进型的Tenengrad梯度图像质量评价函数计算得到的改进型Tenengrad梯度值，作为最终的图像清晰度评估参考值；将图像清晰度评估参考值转化为电压信号，液体镜头接收电压信号后，通过变步长的峰值搜索爬山算法实现自动调焦。通过自动调焦算法的改进以及硬件系统的设置，得到的图像清晰度评估参考值具有良好的单峰性和鲁棒性，提高了对焦速度，保证了自对调焦的实时性。

技术领域

本发明涉及自动调焦技术领域，尤其是涉及一种基于液体镜头的自动调焦方法及系统。

背景技术

调焦系统是光电成像系统的关键技术，光电成像系统作为获取图像信息的工具，它可以用于生产过程监控、工况检测、图像拍摄、显微观察、医学图像分析、地质遥感和军事遥感等。要想获取清晰的图像，准确调焦是其中关键点。传统的手动调焦过分依赖人眼的判断，要得到清晰的图像需要反复手动操作，直到取得看似清晰的图像，由于人眼的反应速度受到一定的限制，也许目前调焦得到的清晰图像未必是最清晰的。近些年，随着计算机硬件水平以及数字图像处理技术的不断发展，基于数字图像处理的自动聚焦技术开始蓬勃发展起来。

传统的自动调焦方法主要有三种：测距法；相位法；对比度法。其中测距法基本原理是通过向目标发射电磁波，根据反射回来的电磁波判断目标物体的位置，然后通过计算机的控制以实现自动对焦，根据测距电磁波源的不同可分为红外测距法、超声波测距法以及激光测距仪等。相位法主要是根据基准光线和参考光线随被摄物体具体不同而产生不同的位置差，将该位置差换算成相位差，将它与不产生相位差时比较，再根据对焦运算，得到镜头的移动量和运动方向，最后由控制系统控制点击调整镜头，使其相位差为零来完成对焦过程。对比度法是根据图像的边缘信息进行判断，图像轮廓边缘越清晰，则图像亮度梯度值就越大，也就是边缘处物体与背景之间的对比度越大；通过将两个光电检测器放在底片位置的前后相等距离处，分别得到两幅像并计算相应的对比度，如果对比度差值越小，说明两个图像就越接近焦点，不断调整焦距，使得对比度差值最小，完成对焦过程。

基于数字图像技术的自动调焦方法是从与传统的自动调焦技术完全不同的角度出发，它是直接针对拍摄的图像采用图像处理技术，对图像进行成像质量的清晰度评价，得到系统当前的对焦状态，然后通过驱动机构调整成像系统镜头的焦距，从而实现自动调焦。目前，在数字成像系统中，自动调焦方法大制可分为两种：离焦深度法和对焦深度法。

离焦深度法通过获取图像的深度信息来实现自动对焦，只需要获得几幅不同清晰程度的图像，便能实现自动对焦。这种方法需要获得2～3幅不同的成像参数下的图像，还需要事先用数学模型描述成像系统，然后根据少量的的成像位置获取的图像来计算最佳对焦位置。因为离焦深度法所需图像数量小，大大减少了驱动电机等机械机构获取图像的次数，所以速度较快，但是由于信息量少一些的缘故，精度比较低。离焦深度法主要有两类：一种是基于图像恢复的离焦深度法，与之相关的就是点扩散函数，利用图像退化模型，反演计算恢复出模糊图像的原图；另一种是基于离焦量估计，与之相关的是模糊程度(弥散斑的大小)的分析，确定弥散斑大小与镜头成像参数之间的关系，从而计算出最佳成像位置。离焦深度法的主要缺点是：需要事先获得成像系统精确的数学模型，才能保证对焦的精度，而该数学模型在理论上还不能精确的确定，只能近似估计，从而导致误差极大。