[发明专利]一种基于DFF的自动对焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字成像系统的对焦方法，尤其涉及一种基于DFF（depth from focusing，对焦深度）的自动对焦方法。

背景技术

自动对焦是数字成像系统的核心问题之一。其原理是通过对从CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）或CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，互补金属氧化物半导体）数字图像传感器获取到的数字图像数据进行分析统计，评价当前对焦位置的图像清晰度，根据正确对焦位置的图像最清晰这个特征，利用自适应的搜索算法和精密的电机驱动镜头找到最清晰的对焦位置。

当镜头与图像传感器的位置确定后，只有和镜头保持一定距离的景物才能在图像传感器上有清晰的图像。反言之，要让被拍摄的特定的景物在图像传感器上有清晰的图像，就需要调整镜头和图像传感器的相对距离，让景物能清晰地成像在图像传感器上。自动对焦就是通过精密的电机驱动控制镜头来完成上述动作，达到图像清晰的目的。

自动对焦可分为主动型和被动型。主动型自动对焦是指系统对准被拍摄的物体，发出一束红外线或超声波，对反射回来的红外线或超声波进行角度或距离的检测，然后自动调整镜头的位置。被动型自动对焦只需要从图像传感器上获取数字图像并分析其清晰度，然后根据一定的算法就能完成对焦动作。

传统的被动型自动对焦算法对图像的清晰度评价值依赖性强，所面临的主要困难是当拍摄环境的光线较暗或是拍摄物体与背景距离相差很大时，会出现对焦时候过长或无法对焦，容易出现反复对焦等问题。

发明内容

本发明为了克服传统对焦算法的以上缺点，提供快速的、高精度的、应用广泛的一种基于DFF的自动对焦方法。

当摄像机所拍摄的区域发生一定程度的变化而使图像模糊时自动启动对焦过程，迅速使图像达到清晰的状态。根据镜头的光学特性和对焦曲线能够有效判定聚焦方向，当图像模糊不清时能够自动增加步长加速走出模糊状态，当图像进入清晰区域时能够自动减小步长以获取最清晰的图像，有效地避免反复对焦的问题。变倍时能够联动变焦，确保无论什么时候图像都处于最佳的清晰状态。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一、一种基于DFF的自动对焦系统

本系统包括通用的功能块：镜头、图像传感器、曝光与白平衡预处理模块、嵌入式微处理器、对焦模式检测电路和共享内存；

设置有：镜头电机控制模块、DFF算法模块和图像清晰度评价模块；

其连接关系是：

镜头、图像传感器、图像预处理模块、图像清晰度评价模块、DFF算法模块和嵌入式微处理器依次连接，实现数字图像的采集功能；

对焦模式检测电路、嵌入式微处理器、镜头电机控制模块和镜头依次连接，实现对镜头焦距的控制；

嵌入式微处理器和图像传感器连接，实现对图像传感器的控制；

嵌入式微处理器、DFF算法模块和图像清晰度评价模块分别与共享内存连接，实现各模块间的数据交换。

二、一种基于DFF的自动对焦方法

本方法包括下列步骤：

①开始；

②初始化各子模块(镜头电机控制模块、DFF算法模块和图像清晰度评价模块)，保证数据流向及数据分析的正确性；

③判断是否开始采集图像，是则进入步骤④，否则继续步骤③；

④判断是否有变倍命令，是则通过变倍变焦联动算法，以变倍的步数为基础计算变焦电机的步数，然后控制电机移动到新的对焦位置，否则进入步骤⑤；

⑤曝光和白平衡处理，处理完成后数据被分成两路：

一路经过实时视频输出，直至结束流程；另一路依次经过图像清晰度评价模块和DFF对焦处理模块209后进入步骤⑥；

⑥判断是否为最佳清晰点，是则结束流程，否则经过控制电机移动到新的对焦位置，然后跳转到步骤③。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、在对图像进行清晰度评价时，将RGB数据通过《公式1》转换为图像的清晰度评价，更能反映图像的清晰程度，且当图像变模糊时，转换后的值能迅速减小，方便对焦算法更快找到峰值点；

2、DFF算法在处理对焦时设定的阀值是根据每帧图像的清晰度评价值计算出来的，是一个动态设定的阀值，能够自动适应不同的场景，故本自动对焦方法在不同场景也能准确找到最佳对焦位置；

3、在变倍时采用变倍变焦联动算法，可以保证在调用时图像始终清晰可见。