一种可见光镜头的自动聚焦装置及方法制造方法及图纸

技术编号:10256318 阅读:186 留言:0更新日期:2014-07-25 10:41
本发明专利技术的一种可见光镜头的自动聚焦装置,包括FPGA控制器、视频输入电路、电源管理模块、电机驱动电路以及串口通信电路;FPGA控制器通过电机驱动电路驱使聚焦电机运动至最佳聚焦位置。本发明专利技术的聚焦方法,包括:a).确定最远距离清晰位置,设电机位置为;b).确定最近距离清晰位置,设电机位置为;c).确定、两点之间为聚焦的局部全程;d).判断是否有触发信号产生;f).求一次聚焦清晰点;g).求二次聚焦清晰点;h).求三次聚焦清晰点。本发明专利技术的聚焦装置和方法,避免了以往聚焦电机最大行程的聚焦方式,具有聚焦速度快的特点;通过逐渐减小聚焦电机的速度和步长,逐次逼近聚焦位置,使得最终的聚焦位置更加准确、图像更加清晰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可见光镜头的自动聚焦装置及方法,更具体的说,尤其涉及一种聚焦行程短、逐次逼近成像清晰位置的可见光镜头的自动聚焦装置及方法。 
技术介绍
自动聚焦(AutoFocus,AF)技术是指镜头自动对所拍摄的物体进行调焦,从而获得最清晰的图像。如图1所示,给出了现有自动聚焦方法的原理图,其具备以下几个单元:成像光学镜头、成像器件、自动聚焦单元、处理器、电机驱动单元。在自动聚焦系统中,首先要根据获得的图像信息来判断系统目前是否处于正确聚焦状态,若系统偏离正焦状态,系统给出控制策略去驱动电机,带动镜头移动,在尽量短的时间内,使整个系统达到正确聚焦状态。因此自动聚焦系统中一般有两个模块组成——分析模块和控制模块。分析模块判断一幅图像是否清晰聚焦,控制模块运用分析模块提供的信息,调整系统的状态,使输入图像很好的聚焦。采用基于图像处理的自动聚焦方法,首先对采集到的图像进行清晰度评价,然后根据清晰度评价值控制驱动模块,驱动模块调整成像系统镜头的焦距,之后重复以上步骤有限次数,直至清晰度评价值达到一个合适的范围,停止焦距调整,从而最后实现自动聚焦的目的。从频域的角度分析,一般的,准确对焦的图像与离焦的图像相比具有更多的高频成分。在对焦范围内寻找最佳对焦位置的方法之一是计算对焦过程中获得的图像序列的高频成分值,这个值被称为对焦评价函数值。自动聚焦的过程就是求聚焦评价函数最大值的过程。现有的自动聚焦方法存在诸多的不足之处,远距离夜视系统使用的长焦镜头多为手动聚焦,即使有个别镜头支持自动聚焦功能,其聚焦速度以及效果也存在一定差异。通常在聚焦电机聚焦的过程中,需要对全程进行搜索,使得聚焦速度较低。在聚焦电机运动的过程中,由于齿轮之间的缝隙,电机在转动过程中产生的误差将会使镜头达不到最佳位置。在控制镜头反向转动时,此误差更加明显。所以即使针对相同型号的不同机器,仍然需要出厂前微调补偿值,这就会使调试比较繁琐。 
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的缺点,提供了一种聚焦行程短、逐次逼近成像清晰位置的可见光镜头的自动聚焦装置及方法。本专利技术的可见光镜头的自动聚焦装置,包括具有采集、运算和控制作用的FPGA控制器,FPGA控制器连接有视频输入电路、电源管理模块、电机驱动电路以及串口通信电路;其特别之处在于:电机驱动电路的输出端连接有变倍电机和聚焦电机,变倍电机、聚焦电机分别驱使可见光镜头的变倍镜组、聚焦镜组运动;视频输入电路用于将模拟视频信号转化为数字信号并输入至FPGA控制器,FPGA控制器根据输入的数字信号对图像清晰度进行判断;FPGA控制器通过电机驱动电路驱使聚焦电机运动至最佳聚焦位置。视频输入电路将模拟的视频信号转化为数字视频信号,并输入至FPGA控制器中,FPGA控制器对输入的数字视频信号中图像的清晰度进行判断。FPGA控制器通过电机驱动电路驱使变倍电机和聚焦电机运动,以分别实现变倍和聚焦动作。FPGA控制器根据判断出的图像的清晰度,驱使聚焦电机运动至最佳的聚焦位置处,以实现云台运动或变倍后的清晰成像。本专利技术的可见光镜头的自动聚焦装置的聚焦方法,其特征在于,包括以下步骤:a).确定最远距离清晰位置,通过变倍电机的驱动,使可见光镜头对准长焦状态下监测场景的最远距离;然后在聚焦电机的驱动下自检全程,确定出使监控目标清晰成像时聚焦电机的位置,设此时聚焦电机的位置为                                               ;b).确定最近距离清晰位置,通过变倍电机的驱动,使可见光镜头对准长焦状态下监测场景的最近距离;然后在聚焦电机的驱动下自检全程,确定出使监控目标清晰成像时聚焦电机的位置,设此时聚焦电机的位置为;c).确定聚焦的局部全程,步骤a)和步骤b)所确定的、两点之间的范围即为聚焦电机自动聚焦的局部全程;d).判断是否有触发信号产生,如果存在触发信号,则直行步骤e);如果不存在触发信号,则继续判断;e).运动至最近的局部端点,根据聚焦电机当前所处的位置,驱使聚焦电机运动至距离电机最近的局部端点上;f).求一次聚焦清晰点,聚焦电机以初始速度、初始步长由步骤e)中确定的局部端点向另一个局部端点运动的过程中,通过实时分析图像的清晰度,确定出使图像最清晰的聚焦电机的位置,设此时聚焦电机的位置为;g).求二次聚焦清晰点,设步骤f)中使图像最清晰的位置的前后位置分别为、,聚焦电机以速度、步长由位置运动至位置的过程中,通过实时分析图像的清晰度,确定出使图像最清晰的聚焦电机的位置,设此时聚焦电机的位置为;其中,<,<;h).求三次聚焦清晰点,设步骤f)中使图像最清晰的位置的前后位置分别为、,聚焦电机以速度、步长由位置运动至位置的过程中,通过实时分析图像的清晰度,确定出使图像最清晰的聚焦电机的位置,设此时聚焦电机的位置为,聚焦电机所处的位置既为使可见光镜头聚焦清晰的位置;其中,<,<。本专利技术的可见光镜头的自动聚焦装置的聚焦方法,步骤f)、g)和h)图像清晰度的判断过程中,是通过求取图像的聚焦评价函数来确定的,聚焦评价函数取值的大小与图像聚焦清晰度成正比;步骤f)、g)和h)在对图像的聚焦评价函数求取的过程中,所选取的图像的评价窗口为图像的中心区域、由中心和四个顶角形成的五点区域或者为用户选取的自适应连通区域。本专利技术的可见光镜头的自动聚焦装置的聚焦方法,所述=,=;=,=。本专利技术的有益效果是:本专利技术的可见光镜头的自动聚焦装置和聚焦方法,通过确定可见光镜头在长焦状态下最远距离、最近距离可清晰成像时,聚焦电机的位置和,以、两点之间的范围为聚焦电机运动的局部全程,避免了以往聚焦电机最大行程的聚焦方式,使得本专利技术的聚焦方法具有聚焦速度快的特点;在聚焦的过程中,通过逐渐减小聚焦电机的速度和步长,采用逐次逼近的方法使聚焦电机逐渐运动至最佳成像位置处,使得最终的聚焦位置更加准确、图像更加清晰。同时可以省略微调过程,减少人工干预。同时避免了使聚焦陷入振荡,使得聚焦速度快且准确度高。在聚焦的过程中,采用聚焦评价函数对图像聚焦的清晰度进行判断,易于识别出清晰的图像。在选取评价窗口时,可选取中心区域、由中心和四个顶角形成的五点区域或者为用户选取的自适应连通区域,区域的大小根据目标的实际情况进行调整,采用这种方法得到的自动聚焦方法往往更具灵活性。本专利技术的可见光镜头的自动聚焦装置和聚焦方法,提供了多种触发方式,多种感兴趣区域控制,其聚焦效率也较一般夜视仪高,且改进了聚焦量程以及聚焦电机补偿的方式,使得聚焦方式灵活、速度快且聚焦准确度高。附图说明图1为现有自动聚焦方法的原理图;图2为本专利技术的可见光镜头的自动聚焦装置的原理图;图3为本专利技术的可见光镜头的自动聚焦方法的原理图。图中:1 FPGA控制器,2电源管理模块,3串口通信电路,4视频输入电路,5电机驱动电路,6变倍电机,7聚焦电机。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图2所示,给出了本专利技术的可见光镜头的自动聚焦装置的原理图,其包括FPGA控制器1、电源管理模块2、本文档来自技高网
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一种可见光镜头的自动聚焦装置及方法

【技术保护点】
一种可见光镜头的自动聚焦装置,包括具有采集、运算和控制作用的FPGA控制器(1),FPGA控制器连接有视频输入电路(4)、电源管理模块(2)、电机驱动电路(5)以及串口通信电路(3);其特征在于:电机驱动电路的输出端连接有变倍电机(6)和聚焦电机(7),变倍电机、聚焦电机分别驱使可见光镜头的变倍镜组、聚焦镜组运动;视频输入电路用于将模拟视频信号转化为数字信号并输入至FPGA控制器,FPGA控制器根据输入的数字信号对图像清晰度进行判断;FPGA控制器通过电机驱动电路驱使聚焦电机运动至最佳聚焦位置。

【技术特征摘要】
1.一种可见光镜头的自动聚焦装置,包括具有采集、运算和控制作用的FPGA控制器(1),FPGA控制器连接有视频输入电路(4)、电源管理模块(2)、电机驱动电路(5)以及串口通信电路(3);其特征在于:电机驱动电路的输出端连接有变倍电机(6)和聚焦电机(7),变倍电机、聚焦电机分别驱使可见光镜头的变倍镜组、聚焦镜组运动;视频输入电路用于将模拟视频信号转化为数字信号并输入至FPGA控制器,FPGA控制器根据输入的数字信号对图像清晰度进行判断;FPGA控制器通过电机驱动电路驱使聚焦电机运动至最佳聚焦位置。
2.一种基于权利要求1所述的可见光镜头的自动聚焦装置的聚焦方法,其特征在于,包括以下步骤:
a).确定最远距离清晰位置,通过变倍电机的驱动,使可见光镜头对准长焦状态下监测场景的最远距离;然后在聚焦电机的驱动下自检全程,确定出使监控目标清晰成像时聚焦电机的位置,设此时聚焦电机的位置为                                               ;
b).确定最近距离清晰位置,通过变倍电机的驱动,使可见光镜头对准长焦状态下监测场景的最近距离;然后在聚焦电机的驱动下自检全程,确定出使监控目标清晰成像时聚焦电机的位置,设此时聚焦电机的位置为;
c).确定聚焦的局部全程,步骤a)和步骤b)所确定的、两点之间的范围即为聚焦电机自动聚焦的局部全程;
d).判断是否有触发信号产生,如果存在触发信号,则直行步骤e);如果不存在触发信号,则继...

【专利技术属性】
技术研发人员:牛慧卓王倩倩李海波赵莹陈乃澍
申请(专利权)人:山东神戎电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:山东;37

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