一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法，包括如下步驟：S101、在啟動變倍前自動聚焦成功并讀取聚焦成功的變焦電機位置和聚焦電機位置，根據所述變焦電機位置和聚焦電機位置計算出初始物距，將初始物距作為當前跟蹤物距，然后執行步驟S101；S102、選擇對焦曲線群中與當前跟蹤物距相應的對焦曲線作為跟蹤曲線，驅動變焦電機與聚焦電機按照跟蹤曲線進行物距跟蹤；S103、微調跟蹤的物距，啟動從廣角端到長焦端的變倍放大過程，并生成與微調后的跟蹤物距相應的聚焦評價值，根據聚焦評價值修正當前跟蹤物距，將修正后的跟蹤物距作為新的當前跟蹤物距，然后返回步驟S102。本發明還公開一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統。
【專利說明】一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法及系統【技術領域】
[0001]本發明涉及視頻圖像的獲取控制【技術領域】，尤其涉及一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法及系統。
【背景技術】
[0002]隨著安防監控、電視攝錄等【技術領域】對獲取視頻的質量要求越來越高，相應地對成像設備的圖像采集的靈活性也有更高的要求。因此，除了對分辨率、色彩等相關視頻參數的硬性要求以外，攝像機靈活變倍、自動聚焦等技術也成為越來越普及的應用，尤其在安防監控和電視攝像領域。
[0003]伴隨著電動變倍和自動聚焦技術的成熟，如何保持變倍過程中圖像依然清晰成為一項關鍵技術，該技術直接關系到攝像機獲取視頻的質量。目前大多數的算法在變倍放大時面臨著在廣角端一個位置對應多條曲線的難題，無法選擇正確的跟蹤曲線。具體地，請參閱圖1，是對焦曲線圖，對焦曲線即是描述各種物距下聚焦清晰時，變焦電機跟聚焦電機的位置與對應物距的映射曲線圖，由于如圖1所示的曲線群在廣角端由于大景深導致密集而重合，故在此時變倍-聚焦位置跟物距不呈一一對應的映射關系，而是一個變倍-聚焦位置對應多條曲線，曲線呈現喇叭形狀，在廣角端曲線的誤差，跟蹤到長焦區域時，誤差將被放大，直接表現就是圖像的嚴重失焦。
[0004]當前技術層面，電動變焦鏡頭組合微控制器以及視頻處理模塊能為電動變倍和自動聚焦提供硬件基礎。但幾乎所有的聚焦技術均是在變倍完成以后視野穩定的條件下完成的。而在變倍過程中，自動聚焦功能不啟動，因為正常的聚焦是在固定的視野(無變倍)調節聚焦電機的位置，然后比較聚焦值，值最大的點就是聚焦清晰的點，但變倍跟蹤時，由于視野也在變化，變量不唯一，前后的聚焦值不具有直接的可比性，故而聚焦有難度，即使啟動也不能保證聚焦清晰，因此要另外實現一項變倍跟蹤功能，讓聚焦電機隨著變倍電機微調。
[0005]變倍跟蹤技術在實際的監控`攝像中主要應用在以下幾種場景:
[0006]1、安防領域中的快球、云臺、一體機等可變倍的攝像機在光學變倍放大去獲取和識別目標物體的過程中時，沒有變倍跟蹤，變倍過程中一團模糊，如果等變倍完成后再聚焦，目標可能已經改變，易造成監控的漏洞。
[0007]2、可變倍的攝像機處于自動巡視過程中時，此時攝像機可能處于頻繁的變倍與轉動之中，沒有變倍跟蹤則大部分時間視頻處于模糊狀態，失去了巡視的意義。
[0008]3、電視電影攝錄過程中，場景的遠近切換處于常態，因此攝像機經常處于變倍過程中，沒有變倍跟蹤則過程模糊，無法獲取良好的視覺體驗效果。
【發明內容】
[0009]為解決上述問題，本發明采用的一個技術方案是:
[0010]本發明采用的一個技術方案是:
[0011]提供一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法，包括如下步驟:S101、在啟動變倍前自動聚焦成功并讀取聚焦成功的變焦電機位置和聚焦電機位置，根據所述變焦電機位置和聚焦電機位置計算出初始物距，將初始物距作為當前跟蹤物距，然后執行步驟S102，其中，所述物距曲線群記載有在各種物距下聚焦清晰時，變焦電機與聚焦電機的位置對應關系；S102、選擇對焦曲線群中與當前跟蹤物距相應的對焦曲線作為跟蹤曲線，驅動變焦電機與聚焦電機按照跟蹤曲線進行物距跟蹤；S103、微調跟蹤的物距，啟動從廣角端到長焦端的變倍放大過程，并生成與微調后的跟蹤物距相應的聚焦評價值，根據聚焦評價值修正當前跟蹤物距，將修正后的跟蹤物距作為新的當前跟蹤物距，然后返回步驟S102。
[0012]本發明采用的另一個技術方案是: [0013]提供一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統，包括電動變焦鏡頭、圖像傳感器、主控制模塊、以及與主控制模塊分別電連接的ISP模塊和電機驅動模塊，所述電動變焦鏡頭包括聚焦鏡頭、變焦鏡頭、驅動聚焦鏡頭位置的聚焦電機以及驅動控制變焦鏡頭位置的變焦電機，所述主控制模塊包括:初始物距設定單元，用于在啟動變倍前控制電機驅動模塊驅動電動變焦鏡頭自動聚焦成功并讀取聚焦成功的變焦電機位置和聚焦電機位置，根據所述變焦電機位置和聚焦電機位置計算出初始物距，將初始物距作為當前跟蹤物距，然后通知下述跟蹤單元執行操作，其中，所述物距曲線群記載有在各種物距下聚焦清晰時，變焦電機與聚焦電機的位置對應關系；跟蹤單元，用于選擇對焦曲線群中與當前跟蹤物距相應的對焦曲線作為跟蹤曲線，驅動變焦電機與聚焦電機按照跟蹤曲線進行物距跟蹤；以及物距修正單元，用于微調跟蹤的物距，通過控制電機驅動模塊啟動從廣角端到長焦端的變倍放大過程，并調用ISP模塊生成與微調后的跟蹤物距相應的圖像傳感器獲取圖像的聚焦評價值，根據聚焦評價值修正當前跟蹤物距，將修正后的跟蹤物距作為新的當前跟蹤物距，然后通知跟蹤單元執行操作。
[0014]本發明的基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法及系統，采用電機微調法，在變倍過程中隨著變焦電機位置不斷微調聚焦電機的位置，具體地址，通過一種聚焦評價值反饋算法，判斷物距的調節方向，不斷微調對焦曲線，最終選擇正確的對焦曲線保證變倍跟蹤成功，從而逐步找到正確的物距，保證跟蹤成功，實現變倍全程清晰。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是對焦曲線圖；
[0016]圖2是本發明一實施方式中一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統的系統框圖；
[0017]圖3是圖2中主控制模塊的功能模塊圖；
[0018]圖4是圖3中物距修正單元的功能模塊圖；
[0019]圖5是基于對焦曲線的物距修正原理圖；
[0020]圖6是正確物距對應理論曲線與實際電機運轉曲線的示意圖；
[0021]圖7是本發明一實施方式中一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法的執行流程圖；
[0022]圖8是圖7中步驟S103的實現方法的執行流程圖。
[0023]主要元件符號說明
[0024]基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統100[0025]電動變焦鏡頭10
[0026]圖像傳感器20
[0027]主控制模塊30
[0028]ISP 模塊40
[0029]電機驅動模塊50
【具體實施方式】
[0030]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0031]請參閱圖2，是本發明一實施方式中一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統的系統框圖。該基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統100包括電動變焦鏡頭10、圖像傳感器20、主控制模塊30、以及主控制模塊30分別電連接的ISP模塊40和電機驅動模塊50。其中，該基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統100可以集成于一攝像機中，也可以通過分立裝置連接構成。
[0032]所述電動變焦鏡頭10包括聚焦鏡頭、變焦鏡頭、驅動聚焦鏡頭位置的聚焦電機以及驅動控制變焦鏡頭位置的變焦電機。具體地，電機轉動時，分別可控制變焦鏡頭和聚焦鏡頭的前進和后退，從而控制變焦和聚焦；并且，廠家提供準確的對焦曲線，請參閱圖1，是對焦曲線圖，對焦曲線即是描述各種物距下聚焦清晰時，變焦電機跟聚焦電機的位置對應與物距的映射曲線圖。
[0033]所述圖像傳感器20用于獲取視頻圖像，可以是CXD或者是C0MS。所述ISP模塊40用于對圖像傳感器20獲取的圖像進行各種`處理，包括但不僅限于獲取聚焦評價值。所述主控制模塊30是系統的核心控制模塊，可以是單片機或是其它控制功能器件，作用包括但不僅限于對電機驅動模塊50的控制。電機驅動模50為電機驅動芯片，用于根據主控制模塊的控制對變焦電機和聚焦電機的運轉方向、步數、速度進行精確驅動。
[0034]下面，在上述基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統100適用的前提下，對本發明的技術方案進行詳細闡述。
[0035]請參閱圖3，是圖2中主控制模塊的功能模塊圖。所述主控制模塊30包括初始物距設定單元、跟蹤單元、以及物距修正單元。
[0036]初始物距設定單元用于在啟動變倍前控制電機驅動模塊50驅動電動變焦鏡頭自動聚焦成功并讀取聚焦成功的變焦電機位置和聚焦電機位置，根據所述變焦電機位置和聚焦電機位置計算出初始物距，將初始物距作為當前跟蹤物距，然后通知下述跟蹤單元執行操作，其中，所述物距曲線群記載有在各種物距下聚焦清晰時，變焦電機與聚焦電機的位置對應關系。
[0037]跟蹤單元用于選擇對焦曲線群中與當前跟蹤物距相應的對焦曲線作為跟蹤曲線，驅動變焦電機與聚焦電機按照跟蹤曲線進行物距跟蹤。
[0038]物距修正單元用于微調跟蹤的物距，通過控制電機驅動模塊50啟動聚焦電機從廣角端到長焦端的變倍放大過程，并調用ISP模塊40生成與微調后的跟蹤物距相應的圖像傳感器20獲取圖像的聚焦評價值，根據聚焦評價值修正當前跟蹤物距，將修正后的跟蹤物距作為新的當前跟蹤物距，然后通知跟蹤單元執行操作。[0039]請一并參閱圖4、圖5，圖4是圖3中物距修正單元的功能模塊圖，圖5是基于對焦曲線的物距修正原理圖。其中，所述物距修正單元具體包括:生成子單元、第一微調子單元、第一變焦及生成子單元、第二微調子單元、第二變焦及生成子單元、計算子單元、判斷子單元、修正子單元。
[0040]生成子單元用于設定當前跟蹤物距為第一跟蹤物距為SI，在第一聚焦位置點為Pl時，調用ISP模塊40生成此時的圖像傳感器20獲取圖像的第一聚焦評價值Fl;第一微調子單元用于在第一聚焦位置點Pl將第一跟蹤物距SI減去一預設正差值Λ S得到第二跟蹤物距S2，設定第二跟蹤物距S2為微調后的跟蹤物距；第一變焦及生成子單元用于根據第二跟蹤物距S2的對焦曲線控制電機驅動模塊驅動變焦電機往長焦方向走第一步長NI步到第二聚焦位置點Ρ2，調用ISP處理模40生成此時的圖像傳感器20獲取圖像的第二聚焦評價值F2;第二微調子單元用于在第二聚焦位置點Ρ2改變跟蹤物距到所述第一跟蹤物距為SI ;第二變焦及生成子單元，用于根據第一跟蹤物距SI的對焦曲線驅動變焦電機往長焦方向走第二步長Ν2步到第三聚焦位置點Ρ3，調用ISP模塊40生成此時的圖像傳感器20獲取圖像的第三聚焦評價值F3。
[0041]計算子單元用于計算當按第一跟蹤物距SI的對焦曲線跟蹤時，在第一聚焦位置點Pl與第三聚焦位置點Ρ3之間的原第二聚焦位置點Ρ2’的原聚焦評價值F2’。
[0042]其中，由于電機的運轉帶動鏡頭移動，光學系統的變化實際是一個連續過程，由此連續性我們可以根據SI的對焦曲線上的點Ρ1、點Ρ3點估算出點Ρ2’的聚焦評價值F3’。在NI和Ν2均較小的情況下，由近似比例關系我們可以推導出:
[0043](F3-F2，) / (F2，-Fl) =Ν2/Ν1 ；
[0044]于是，得到F2’的計算公式如下:
[0045]F2’= (N1XF3+N2XF1) / (Ν1+Ν2);
[0046]判斷子單元用于判斷第二聚焦評價值F2是否大于原聚焦評價值F2’ ；重設定子單元用于當所述判斷子單元的判定結果為否時，將SI加上預設正差值AS設為新的當前物距，然后通知所述生成子單元執行操作，即，如果F2〈F2’，則說明第一跟蹤物距SI的曲線比較接近實際的曲線，接下來選擇物距SI+ Δ S對應的曲線，重復步驟S103的上述動作。
[0047]修正子單元用于當所述判斷子單元的判定結果為是時，將第二跟蹤物距S2設定為新的當前跟蹤物距，然后通知所述跟蹤單元執行操作。即，如果F2>F2’，則說明第二跟蹤物距S2曲線比第一跟蹤物距SI曲線更接近實際物距，調節應該是按從SI向S2的方向，接下來跟蹤第二跟蹤物距S2曲線。
[0048]通過變倍過程中上述方案的執行，使電機的實際運轉曲線始終在正確物距所對應的曲線左右波動，如圖6所示，是正確物距對應理論曲線與實際電機運轉曲線的示意圖，圖中細線為正確物距對應的理論曲線，粗線為實際的電機運轉曲線。
[0049]請參閱圖7，是本發明一實施方式中一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法的執行流程圖。該基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法應用于上述基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統中。該基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法包括如下步驟:
[0050]S101、在啟動變倍前自動聚焦成功并讀取聚焦成功的變焦電機位置和聚焦電機位置，根據所述變焦電機位置和聚焦電機位置計算出初始物距，將初始物距作為當前跟蹤物距，然后執行步驟S102，其中，所述物距曲線群記載有在各種物距下聚焦清晰時，變焦電機與聚焦電機的位置對應關系；
[0051]S102、選擇對焦曲線群中與當前跟蹤物距相應的對焦曲線作為跟蹤曲線，驅動變焦電機與聚焦電機按照跟蹤曲線進行物距跟蹤；
[0052]S103、微調跟蹤的物距，啟動從廣角端到長焦端的變倍放大過程，并生成與微調后的跟蹤物距相應的聚焦評價值，根據聚焦評價值修正當前跟蹤物距，將修正后的跟蹤物距作為新的當前跟蹤物距，然后返回步驟S102。
[0053]請參閱圖8，是圖7中步驟S103的實現方法的執行流程圖。其中，所述步驟S103具體包括如下步驟:
[0054]S301、設定當前跟蹤物距為第一跟蹤物距為，在第一聚焦位置點為Pl時，生成此時的第一聚焦評價值Fl;
[0055]S302、在第一聚焦位置點Pl將第一跟蹤物距減去一預設正差值得到第二跟蹤物距，設定第二跟蹤物距為微調后的跟蹤物距；
[0056]S303、根據第二跟蹤物距的對焦曲線驅動變焦電機往長焦方向走第一步長NI步到第二聚焦位置點P2，生成此時的第二聚焦評價值F2;
[0057]S303、在第二聚焦位置點P2改變跟蹤物距到所述第一跟蹤物距為，根據第一跟蹤物距的對焦曲線驅動變焦電機往長焦方向走第二步長N2步到第三聚焦位置點P3，生成此時的第三聚焦評價值F3;
[0058]S304、計算當按第一跟蹤物距的對焦曲線跟蹤時，在第一聚焦位置點Pl與第三聚焦位置點P3之間的原第二聚焦位置點P2’的原聚焦評價值F2’，計算公式如下:
[0059]F2’= (N1XF3+N2XF1) / (N1+N2);
[0060]S305、判斷第二聚焦評價值F2是否大于原聚焦評價值F2’，若是，執行步驟S306，若否，執行步驟S307 ；
[0061]S306、將第二跟蹤物距設定為新的當前跟蹤物距，然后返回步驟S302 ；
[0062]S307、將第一跟蹤物距加上預設正差值設為新的當前物距，然后返回步驟S301。
[0063]本發明的基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法及系統，采用電機微調法，在變倍過程中隨著變焦電機位置不斷微調聚焦電機的位置，具體地址，通過一種聚焦評價值反饋算法，判斷物距的調節方向，不斷微調對焦曲線，最終選擇正確的對焦曲線保證變倍跟蹤成功，從而逐步找到正確的物距，保證跟蹤成功，實現變倍全程清晰。
[0064]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法，其特征在于，包括如下步驟: 5101、在啟動變倍前自動聚焦成功并讀取聚焦成功的變焦電機位置和聚焦電機位置，根據所述變焦電機位置和聚焦電機位置計算出初始物距，將初始物距作為當前跟蹤物距，然后執行步驟S102，其中，所述物距曲線群記載有在各種物距下聚焦清晰時，變焦電機與聚焦電機的位置對應關系； 5102、選擇對焦曲線群中與當前跟蹤物距相應的對焦曲線作為跟蹤曲線，驅動變焦電機與聚焦電機按照跟蹤曲線進行物距跟蹤； 5103、微調跟蹤的物距，啟動從廣角端到長焦端的變倍放大過程，并生成與微調后的跟蹤物距相應的聚焦評價值，根據聚焦評價值修正當前跟蹤物距，將修正后的跟蹤物距作為新的當前跟蹤物距，然后返回步驟S102。
2.根據權利要求1所述的一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤方法，其特征在于，所述步驟S103具體包括如下步驟: 5301、設定當前跟蹤物距為第一跟蹤物距為，在第一聚焦位置點為Pl時，生成此時的第一聚焦評價值Fl; 5302、在第一聚焦位置點Pl將第一跟蹤物距減去一預設正差值得到第二跟蹤物距，設定第二跟蹤物距為微調后的跟蹤物距； 5303、根據第二跟蹤物距的對焦曲線驅動變焦電機往長焦方向走第一步長NI步到第二聚焦位置點P2，生成此時的第二聚焦評價值F2; 5303、在第二聚焦位置點P2改變跟蹤物距到所述第一跟蹤物距為，根據第一跟蹤物距的對焦曲線驅動變焦電機往長焦方向走第二步長N2步到第三聚焦位置點P3，生成此時的第三聚焦評價值F3; 5304、計算當按第一跟蹤物距`的對焦曲線跟蹤時，在第一聚焦位置點Pl與第三聚焦位置點P3之間的原第二聚焦位置點P2’的原聚焦評價值F2’，計算公式如下:
F2，= (N1XF3+N2XF1) / (N1+N2); 5305、判斷第二聚焦評價值F2是否大于原聚焦評價值F2’，若是，執行步驟S306，若否，執行步驟S307 ； 5306、將第二跟蹤物距設定為新的當前跟蹤物距，然后返回步驟S302； 5307、將第一跟蹤物距加上預設正差值設為新的當前物距，然后返回步驟S301。
3.一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統，其特征在于，包括電動變焦鏡頭、圖像傳感器、主控制模塊、以及主控制模塊分別電連接的ISP模塊和電機驅動模塊，所述電動變焦鏡頭包括聚焦鏡頭、變焦鏡頭、驅動聚焦鏡頭位置的聚焦電機以及驅動控制變焦鏡頭位置的變焦電機，所述主控制模塊包括: 初始物距設定單元，用于在啟動變倍前控制電機驅動模塊驅動電動變焦鏡頭自動聚焦成功并讀取聚焦成功的變焦電機位置和聚焦電機位置，根據所述變焦電機位置和聚焦電機位置計算出初始物距，將初始物距作為當前跟蹤物距，然后通知下述跟蹤單元執行操作，其中，所述物距曲線群記載有在各種物距下聚焦清晰時，變焦電機與聚焦電機的位置對應關系; 跟蹤單元，用于選擇對焦曲線群中與當前跟蹤物距相應的對焦曲線作為跟蹤曲線，驅動變焦電機與聚焦電機按照跟蹤曲線進行物距跟蹤；物距修正單元，用于微調跟蹤的物距，通過控制電機驅動模塊啟動從廣角端到長焦端的變倍放大過程，并調用ISP模塊生成與微調后的跟蹤物距相應的圖像傳感器獲取圖像的聚焦評價值，根據聚焦評價值修正當前跟蹤物距，將修正后的跟蹤物距作為新的當前跟蹤物距，然后通知跟蹤單元執行操作。
4.根據權利要求3所述的一種基于聚焦評價值反饋調節的變倍跟蹤系統，其特征在于，所述物距修正單元具體包括: 生成子單元，用于設定當前跟蹤物距為第一跟蹤物距，在第一聚焦位置點為Pi時，調用ISP模塊生成此時的圖像傳感器獲取圖像的第一聚焦評價值Fl; 第一微調子單元，用于在第一聚焦位置點Pl將第一跟蹤物距SI減去一預設正差值得到第二跟蹤物距，設定第二跟蹤物距為微調后的跟蹤物距； 第一變焦及生成子單元，用于根據第二跟蹤物距的對焦曲線控制電機驅動模塊驅動變焦電機往長焦方向走第一步長NI步到第二聚焦位置點P2，調用ISP處理模生成此時的圖像傳感器獲取圖像的第二聚焦評價值F2; 第二微調子單元，用于在第二聚焦位置點P2改變跟蹤物距到所述第一跟蹤物距； 第二變焦及生成子單元，用于根據第一跟蹤物距的對焦曲線驅動變焦電機往長焦方向走第二步長N2步到第三聚焦位置點P3，調用ISP模塊生成此時的圖像傳感器獲取圖像的第三聚焦評價值F3; 計算子單元，用于計算當按第一跟蹤物距的對焦曲線跟蹤時，在第一聚焦位置點Pl與第三聚焦位置點P3之間的原第二聚焦位置點P2’的原聚焦評價值F2’，計算公式如下:F2，= (N1XF3+N2XF1) / (N1+N2); 判斷子單元，用于判斷第二聚焦評價值F2是否大于原聚焦評價值F2’ ； 重設定子單元，用于當所述判斷子單元的判定結果為否時，將第一跟蹤物距加上預設正差值設為新的當前物距，然后通知所述生成子單元執行操作； 修正子單元，用于當所述判斷子單元的判定結果為是時，將第二跟蹤物距設定為新的當前跟蹤物距，然后通知所述跟蹤單元執行操作。
【文檔編號】H04N5/232GK103747179SQ201410002113
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月2日 優先權日:2014年1月2日
【發明者】張琪 申請人:深圳英飛拓科技股份有限公司