[其他]一种新的电视摄象机光学镜头自动聚焦方法

说明书

本发明属于电视摄象机光学镜头自动聚焦技术领域，应用于广播电视和工业电视摄象机。

传统的摄象机是用手转动发电机转子未驱动微电动机，做正、反转动实现聚焦。这种聚焦方式仅对摄象镜头处于小光圈（长镜深），慢速运动物体的全景拍摄是可以的，但对拍特写镜头及暗景大光圈下的中近景，特别是对高速运动的景物，由于操作者的体能状态的限制，人眼的视觉误差等原因，必然使聚焦状态的实时跟随性差，在摄象过程中不能保证在各种情况下都实现最佳聚焦，使重现图象质量受到影响。

近年来发展的红外线、超声波、三角测量等自动聚焦方法以及用TTL电路检测图象对比度自动聚焦方法，都存在精度低，运态跟踪差，惰性大，摄象环境条件要求高，需要探测源等缺点，如专利US-4320947。

本发明目的在于：寻求一种新的技术途径，消除已有技术的上述缺点，在摄象过程中各种情况下都能实现最佳聚焦，提高重现图象的质量。

达到所提出目的方法是：寻求实时的，可靠的聚焦、散焦状态的特征量，以实现良好的动态跟踪聚焦状态。摄象机在聚焦与散焦两种情况下得到的视频信号是不同的。就拍摄同一画面来说，场间信号的低频成分仍存在很强的相关性，但其高频成分的幅度具有明显差别。具体地说聚焦状态下的信号高频分量的幅度将大于散焦状态下的高频幅度。如图一中的A、B分别表示在聚焦、散焦两种情况下所得到的视频信号波形。A中信号波形前后沿是陡的，近似矩形波，B中信号近似正弦波。矩形波的频谱含有丰富的高次谐波，即高频分量大，而接近正弦波仅以基波分量为主，高次谐波分量小。

由上述可见，摄象机在拍摄静止画面或一般活动画面时，由于相邻两场图象存在着相关性，即相邻两场视频信号是极其相近的。只有摄象机由散焦逐渐过渡到聚焦或由聚焦逐渐过渡到散焦时，相邻两场视频信号才发生高频分量明显的增加或减小的变化。如图二所示。因此，可以根据相邻两场视频信号的高频分量的增量或减量做为判据，判断摄象机是处在聚焦状态还是处在散焦状态。通过闭合控制系统进行取样，加工、处理，反馈等环节实现自动调焦。具体做法是对高频分量进行平均峰值检波，取其直流。经A/D变换送进微处理机，在场同步脉冲控制下，由微机进行相邻两场或每隔10场，进行比较取其差值，存入其中较大信号。这一工作是由予先编制好的程序固化在EPROM2716内来完成。整体方框图如图三。具体完成的实例如下：

1、取样窗口，脉冲形成电路。

为了提高摄象图象的艺术效果，特别是解决用短镜深来拍摄长景深或快速动作的局部画面聚焦的问题。把一幅图象分成五个取样窗口。五个窗口的选用是由五个开关（K₁、K₂、K₃、K₄、K₅）完成的。如图五所示。取样脉冲的结构根据不同窗口是不同的。无论取样窗口数量多少，其设计原理都是相同的。都是利用摄象机的同步脉冲信号做为触发脉冲经过一定的延时触发单稳态器件工作。下面以1/4画面窗口（如图四所示）为例说明形成电路的设计。如这里利用单稳态触发器的单稳特性，构成级联两次延时电路。在行，场正程中间的1/2区间有输出脉冲。如图六所示。

当行同步脉冲上升沿到来时，延时10.7μS+13μS＝23.7μS后。单稳态有输出，输出脉宽为26μS，之后自行恢复到原状态即无输出。直到下一个行同步脉冲到来又重复上述过程。

场同步脉冲如图七所示，其上升沿到来时，延时1.452mS+4.6mS＝6.052mS后有9.2mS时间输出，然后自行还原状态。

行、场二路同步脉冲信号相“与”，后做为视频信号选通开关控制信号，如图八所示。视频信号选通开关是由开关三极管或二极管做成的，其控制信号来到时，视频信号通过开关管被选通。形成电路可用74LS123双单稳触发器构成如图九所示。

2、滤波器设计

为了提取视频信号高频分量，需要设计高通滤波器。同一幅画面在散焦与聚焦两种情况下的幅频特性分别如图十所示。高通滤波器下截止频率选多少为好。这关系到自聚系统的灵敏度和聚焦动态跟随能力。一般情况在调聚焦时是以图象急剧变化边缘区为准。而这个区域所对应信号频率是在高频端。所以高通滤波下截止频率选高些。但是频率又不能选得太高。频率太高了，在拍摄大块平坦灰度图象时，就失控。又考虑到人眼最敏感的频率区域是2MHz左右，因此选2MHz为高通滤波器下截止频率。使用2或3节T型高通滤波器，用常规元件即可。

3、平均峰值检波

用二极管做平均峰值检波器。如图十一。

4、直流放大器