[发明专利]一种基于液体透镜的自适应调焦方法及系统

权利要求书

1.一种基于液体透镜的自适应调焦方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：根据预设的变倍数值改变变倍组焦距的大小，从而实现变焦成像系统的变倍；

步骤二：采用变倍后的变焦成像系统中的图像传感器采集图像，并且在图像处理单元中实现模拟人眼仿生算法；

在模拟人眼仿生算法中，将笛卡尔坐标系下的图像转换为对数极坐标系下的图像，能够实现中央高分辨率采样和边缘低分辨率采样；模拟人眼仿生算法的变分辨率采样包括定分辨率区域和变分辨率区域，定分辨率区域半径为r₀，变分辨率区域第一环半径为r₁，第二环半径为r₂，第k环半径为r_k，第一环采样像素的直径为D₁，第二环采样像素的直径为D₂，第k环采样像素的直径为D_k，根据人眼视网膜特性，数学表达式如下：

公式(1)中N为变分辨率区域中每一环的像素数，q为变分辨率区域中相邻环之间像素直径的增长率，k-1为变分辨率区域的第k-1环(k≥2)；

步骤三：自适应调焦窗口大小的选取与确定；

自适应调焦窗口的大小由采集到的图像强度分布决定，图像强度分布的计算以及自适应调焦窗口的尺寸调整均在对数极坐标系中进行；首先根据实际情况预设初始自适应调焦窗口的大小，在初始预设的自适应调焦窗口内对对数极坐标系图像的像素强度进行离散统计：

公式(2)中M为变分辨率区域中的总环数；σ为目标所占环数与图像总环数的百分比，能够通过目标物体大小、目标物体距变焦成像系统距离和步骤一中预设的变倍数值得到，自适应调焦窗口环数的初始值为目标所占环数的90％；(υ，ν)为对数极坐标系下的像素坐标，U(υ，ν)为该像素的灰度值；μ为整幅图像的图像强度中值；

图像处理单元经过图像转换和计算后得到一个SD值，将计算得到的SD值与事先设定好的阈值T相比较，该阈值T为对数极坐标系下目标的强度值，能够通过目标物体外观及大小、目标物体距变焦成像系统距离和步骤一中预设的变倍数值得到，如果SD值小于阈值T，则对数极坐标系下增加纵坐标ν(即环数)的值，直到SD值大于或等于阈值T，然后根据公式(3)求出自适应调焦窗口的尺寸：

r’_max＝r₀·q^M’ (3)

公式(3)中M’为SD和阈值T进行比较后得到的最终环数值，r’_max为最终自适应调焦窗口的半径；定分辨率区域半径为r₀；

步骤四：对步骤三所得到的最终自适应调焦窗口内的图像再次进行模拟人眼仿生算法，得到新的对数极坐标图像；然后，采用调焦评价算法计算最终自适应调焦窗口内新的对数极坐标图像的调焦值；

步骤五：调节液体透镜的焦距，直至图像清晰；

如果当前调焦值为变倍组变倍后首次计算得到的调焦值F₁，则图像处理单元向液体透镜控制接口传递数据，使得液体透镜控制接口控制液体透镜的焦距增加△f，返回步骤二；

如果当前调焦值为变倍组变倍后所计算得到的第二个调焦值F₂，则将F₂与F₁进行比较：如果F₂>F₁，则通过液体透镜控制接口使液体透镜的焦距增大△f，返回步骤二；如果F₂<F₁，那么液体透镜控制接口使液体透镜的焦距减小2×△f，返回步骤二；如果F₂＝F₁，则调焦结束；

如果当前调焦值为变倍组变倍后所计算得到的第t个调焦值F_t，且t>2，则根据爬坡算法进行如下判断：

(1)如果F_t>F_t-1且F_t>F_t-2，且上一次增大了液体透镜的焦距，则通过液体透镜控制接口调节液体透镜的焦距增大△f，返回步骤二；如果F_t>F_t-1且F_t>F_t-2，且上一次减小了液体透镜的焦距，则通过液体透镜控制接口调节液体透镜的焦距减小△f，返回步骤二；

(2)如果F_t>F_t-1且F_t≤F_t-2，则F_t-2为最大调焦值，通过液体透镜控制接口使液体透镜恢复调焦值为F_t-2时的焦距，调焦结束；

(3)如果F_t≤F_t-1，则比较F_t-1和F_t-2的值，其中较大的为最大调焦值，然后通过液体透镜控制接口使液体透镜恢复到该调焦值的焦距，调焦结束。

2.实现如权利要求1所述的方法的一种基于液体透镜的自适应调焦系统，其特征在于：由四部分组成，分别是变倍组(1)、液体透镜(2)、图像传感器(3)和图像处理器(4)；其中，图像处理器(4)由图像采集接口(5)、图像处理单元(6)和液体透镜控制接口(7)组成；变倍组(1)、液体透镜(2)、图像传感器(3)之间的信息通过光信号(8)传递，图像传感器(3)、图像处理器(4)、液体透镜(2)之间的信息通过电信号(9)传递，图像处理器(4)内部图像采集接口(5)、图像处理单元(6)、液体透镜控制接口(7)之间的信息也通过电信号(9)传递。