[发明专利]数字摄像机电动镜头自动聚焦控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是数字摄像机电动镜头自动聚焦控制系统，属于数字摄像机技术领域。

背景技术

近年来，随着国内外航天航空、防洪防暴、公路铁路、生态监测、森林防火、海事管理、油田厂矿监控需求的日益增加，对长焦距、大变倍电动镜头的需求也空前高涨，电动变焦镜头作为一个重要的部件，在视频监视设备中起着至关重要的作用。监控范围需求从几百米扩展到了几千米。随之对镜头焦距的需求也不断提高，从100mm到750mm或更长。焦距100mm以下的变焦镜头中，只要调整好摄像机和镜头后焦，几乎不需要对监控物体进行聚焦操作。但是随着焦距增长到750mm的今天，监控距离延伸到了几公里，焦距每一次变化、云台每变动一个角度，都要对画面聚焦。否则，无法获取清晰画面。解决长焦镜头聚焦问题的现有方法有两种：1）人工控制聚焦：对电动两/三可变镜头的人工控制再聚焦，在这么长的纵向距离上进行人工聚焦操作是一件非常困难的事情，不仅非常慢、很难跟踪目标，而且无法做到精确对焦，显然不仅增加工作量而且效率、效果都很差。2）特殊自动聚焦镜头：在镜头上增加自动对焦功能，如日本KOWA自动聚焦系列产品。但是自动聚焦型镜头需要专门的传感器如CMOS或CCD图像传感器和高速图像处理芯片，不仅给镜头带来复杂度提高和成本上升，也给镜头的可靠性、稳定性带来潜在问题。并且这样的镜头属于专门镜头，不属于工业市场上的标准镜头，价格非常昂贵，工业界并没有大规模推广。

发明内容

本发明提出的是数字摄像机电动镜头自动聚焦控制系统，其目的旨在克服现有技术所存的上述缺陷，采取像机软件/固件来运行信号处理和聚焦算法，通过标准的RS-485控制聚焦马达，实现自动聚焦。它不仅经济上非常有效、技术上更加容易、而且不需要改变市场上标准的两/三可变镜头的硬件和功能，也不需要修改相机的硬件设计，很容易通过像机固件的升级实现精确实时自动聚焦功能。

本发明的技术解决方案：其结构是包括电动镜头部分和数字摄像机部分，其中电动镜头部分中的光学镜片的光学成像信号输出端与数字摄像机中的图像传感器的信号输入端相接，电动镜头部分中的马达与光学镜片相接，数字摄像机部分中的图像传感器的电子成像信号输出端与中央处理器的信号输入端相接，央处理器的信号输出端与电动镜头部分中的马达的信号输入端相接，所述的数字摄像机中的中央处理器分析由图像传感器获取的实时视频图像中相邻像素间的强度差异，如果没有聚焦，则图像模糊、相邻像素相似度很高，中央处理器通过标准的RS-485控制聚焦马达移动镜头，再次查看图像分析相邻像素间的强度差异是增大还是变小，算法会搜索相邻像素间具有最大强度差异的马达位置，即最佳聚焦点。

本发明的优点：与采用标准电动镜头的人工聚焦方法相比节省了聚焦控制时间和工作量、提高了聚焦精度。而且本发明是闭环的带反馈控制系统，对云台解码器和马达控制精度要求很低。与采用特殊的自动聚焦特殊镜头方案比较，本发明的聚焦方法不依赖特殊高档镜头，不需要额外的聚焦传感器和复杂的控制电路，经济价值非常高。本发明适用于任何数字摄像机和通用电动镜头，通过标准485接口连线，不存在自动聚焦特殊镜头方案中镜头与像机的兼容性问题。现有的自动聚焦镜头，为节省运算量和硬件成本采用基于水平传感器自动聚焦系统通常对垂直细节有反应，容易聚焦带垂直纹理的目标，要聚焦水平纹理场景很困难。而本发明从摄像机图像传感器直接取两维像素信息，获得聚焦度量，可以容易的实现对水平和垂直细节均有很好的适应性。本发明利用像机上的CPU资源，通过固件升级就可以实现自动聚焦功能，无需硬件更改。成本低，维护方便，推广容易。本发明自动聚焦机制可以实现实时聚焦。对于500mm以上的长焦镜头，普通解码器预置精度不够，预置位置的细小偏差、跑焦，使得画面在调用预置位得不到清晰图像。自动聚焦机制可以实现实时聚焦。    

解决多目标自动跟踪问题，当图像中有位于不同距离的多目标时，且目标处于运动状态，由于景深不足，以及无法选择聚焦目标等原因，无法实现多目标自动跟踪。本发明提出的基于图像的摄像机自动聚焦算法容易对不同景物目标进行跟踪聚焦，很容易与现代智能相机的一些视频分析功能结合提供目标自动跟踪追拍的功能。采用基于图像分析的被动自动聚焦方法相对于现有的基于主动测距法调焦更精确、更直接，可以穿透玻璃、栅栏等，本发明以获得清晰图像作为聚焦度量，采用闭环控制收敛，从而确保调焦到摄取目标的清晰图像。

附图说明

图1是镜头、相机、云台与控制系统组成框图。

图2是基于图像处理的自动控制系统结构模型框图。