專利名稱：一種基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，更具體的是，涉及用于數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行自動(dòng)聚焦時(shí)，一種基于黃金分割的非均勻采樣窗口規(guī)劃的方法和一種基于G (綠色)分量的自動(dòng)聚焦評(píng)估函數(shù)。
背景技術(shù)：
自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)應(yīng)用于相機(jī)系統(tǒng)，傳統(tǒng)相機(jī)采用的對(duì)焦系統(tǒng)往往通過測(cè)距原理來實(shí)現(xiàn)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，基于智能化圖像分析與處理的自動(dòng)聚焦技術(shù)廣泛運(yùn)用于數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)。傳統(tǒng)的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)智能化水平較低，著重體現(xiàn)在對(duì)焦窗口的選擇，無法適應(yīng)各種拍攝場(chǎng)景尤其是具有復(fù)雜主體與背景的拍攝場(chǎng)景，導(dǎo)致自動(dòng)對(duì)焦的失敗。通常的對(duì)焦窗口規(guī)劃方法往往采用中央?yún)^(qū)域法或多區(qū)域選擇的方法，比如選擇對(duì)角線上的四個(gè)等分點(diǎn)所在區(qū)域或選擇中央?yún)^(qū)域四角的四個(gè)區(qū)域。這些算法選擇的像素區(qū)域較少，減輕了計(jì)算復(fù)雜度，能夠滿足聚焦系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，但沒有考慮到聚焦的目的是得到最佳成像質(zhì)量的主目標(biāo)，因而出現(xiàn)了把對(duì)焦主體排斥在對(duì)焦窗口之外的對(duì)焦失敗。傳統(tǒng)的窗口規(guī)劃方式對(duì)各選擇的區(qū)域采用相同的采樣率，認(rèn)為各區(qū)域的權(quán)重相同。考慮在機(jī)器人實(shí)時(shí)控制等領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的非均勻采樣方式，有關(guān)研究提出對(duì)圖像非均勻采樣的方法，圖像的中央?yún)^(qū)域具有最大的采樣率，隨著與中央?yún)^(qū)域的距離增大采樣率逐漸下降，這種窗口規(guī)劃方式不僅考慮了中央?yún)^(qū)域，同時(shí)也考慮了背景區(qū)域的信息，具有很高的精確度和分辨率。常用的非均勻采樣方法是采用對(duì)圖像扇形劃分或圓形劃分的方式，每個(gè)采樣區(qū)域輸出一個(gè)預(yù)處理后的像素點(diǎn)，比如中值點(diǎn)，這些非均勻采樣方法對(duì)圖像的劃分比較復(fù)雜并且涉及到采樣區(qū)域的圖像預(yù)處理，因此對(duì)實(shí)時(shí)性有很大的影響。常用的自動(dòng)聚焦評(píng)估函數(shù)通常采用能量梯度函數(shù)，避免了彩色圖像到灰度空間的轉(zhuǎn)換，節(jié)省了計(jì)算時(shí)間。由于人眼對(duì)彩色G分量的敏感度比R、B分量要高很多，因此采用基于G分量的能量梯度函數(shù)，并對(duì)各采樣區(qū)域賦予不同的權(quán)重，這樣可以在保證獲得較高聚焦精確度和分辨率的同時(shí)，降低計(jì)算復(fù)雜度，滿足實(shí)時(shí)性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦時(shí)窗口規(guī)劃的方法和一種自動(dòng)聚焦評(píng)估函數(shù)。更具體的說，該方法是在數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行自動(dòng)聚焦時(shí)，采用一種基于黃金分割的方法，對(duì)圖像窗口進(jìn)行非均勻采樣，計(jì)算G分量的聚焦評(píng)估函數(shù)，通過迭代找到最佳聚焦點(diǎn)成功聚焦的方法。下面詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體技術(shù)方案一種用于數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行自動(dòng)聚焦時(shí)基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。
該系統(tǒng)包括數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)對(duì)圖像采集窗口進(jìn)行多次黃金分割；數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)對(duì)圖像采集窗口中央?yún)^(qū)域和黃金分割點(diǎn)處進(jìn)行非均勻采樣；數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)對(duì)非均勻采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行基于G分量的聚焦評(píng)估函數(shù)計(jì)算；數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)進(jìn)行迭代獲得最佳聚焦點(diǎn)，正確聚焦。其特征在于本發(fā)明所述方法從攝影藝術(shù)和美學(xué)的角度對(duì)圖像窗口進(jìn)行多次黃金分割，不僅對(duì)圖像的中央?yún)^(qū)域進(jìn)行計(jì)算，多個(gè)黃金分割點(diǎn)所處的這些關(guān)鍵區(qū)域也參與計(jì)算。本發(fā)明所述方法在對(duì)中央?yún)^(qū)域和黃金分割點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行非均勻的采樣，中央?yún)^(qū)域具有最大采樣率，隨著與中央?yún)^(qū)域距離的增加采樣率逐漸減小，并且圖像的底部采樣率高于圖像的頂部。本發(fā)明所述方法在對(duì)聚焦函數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用基于G分量的能量梯度函數(shù)，減輕計(jì)算強(qiáng)度，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的方法對(duì)不同的采樣區(qū)域賦予不同的權(quán)重值。本發(fā)明所述方法在進(jìn)行迭代時(shí)采用大小步長(zhǎng)的爬山法，在保證迭代速度的同時(shí)保證了迭代的精度。本發(fā)明所述方法在實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于對(duì)多個(gè)區(qū)域進(jìn)行評(píng)估函數(shù)計(jì)算，盡可能的把人眼感興趣的點(diǎn)包含在內(nèi)，并且對(duì)重要性不同的區(qū)域采取不同的采樣率，對(duì)占據(jù)較大圖像范圍的背景區(qū)域采取較低的采樣率，減輕計(jì)算的強(qiáng)度，僅僅對(duì)人類視覺最敏感的G分量進(jìn)行聚焦函數(shù)的計(jì)算，減少了計(jì)算量并且降低了計(jì)算復(fù)雜度，滿足聚焦系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的步驟流程圖。圖2為圖像的黃金分割圖和各黃金分割區(qū)域(每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)區(qū)域)。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1所示為數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的步驟流程圖，在數(shù)碼相機(jī)處于預(yù)拍攝模式狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)對(duì)圖像進(jìn)行黃金分割，對(duì)各黃金分割點(diǎn)G分量數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻采樣，對(duì)非均勻采樣的G分量數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行聚焦評(píng)估函數(shù)計(jì)算，若計(jì)算結(jié)果為最優(yōu)值則聚焦成功，否則對(duì)鏡頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行移動(dòng)，再次迭代計(jì)算聚焦評(píng)估函數(shù)，直到找到最佳聚焦點(diǎn)為止。如圖2所示為數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)黃金分割圖，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)采樣區(qū)域，0點(diǎn)為中央?yún)^(qū)域，采樣率最高，占整幅圖像的5%大小，Ai (i = 1,2,3,4)為首次黃金分割點(diǎn)，其重要性僅次于中央?yún)^(qū)域，因MAi、A2、A3、A4的大小為整幅圖像的4%大小，Bi (i = 1,2,3,4), Ci (i = 1,2,3,4)區(qū)域也是拍攝的重要區(qū)域，占整幅圖像的大小比例分別為S^d^^DpEi、 FpGi (i = 1,2,3,4)區(qū)域的重要性依次下降，占整幅圖像的比例分別為2^^1.5^^1.511%?；贕分量的評(píng)估函數(shù)只對(duì)綠色分量進(jìn)行計(jì)算，因此采樣時(shí)只需要對(duì)綠色分量進(jìn)行，評(píng)估函數(shù)采用能量梯度函數(shù)，M為水平方向數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，N為垂直方向數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，g(x，y)為灰度值，能量梯度函數(shù)公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其特征在于包括以下步驟(1)對(duì)圖像采集窗口進(jìn)行多次黃金分割；(2)對(duì)圖像采集窗口中央?yún)^(qū)域和黃金分割點(diǎn)處進(jìn)行非均勻采樣；(3)對(duì)非均勻采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行基于G分量的聚焦評(píng)估函數(shù)計(jì)算；(4)進(jìn)行迭代運(yùn)算獲得最佳聚焦點(diǎn)，正確聚焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其特征在于步驟1中從攝影藝術(shù)和美學(xué)的角度對(duì)圖像窗口進(jìn)行多次黃金分割，不僅對(duì)圖像的中央?yún)^(qū)域進(jìn)行計(jì)算，多個(gè)黃金分割點(diǎn)所處的這些關(guān)鍵區(qū)域也參與計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其特征在于步驟2中對(duì)中央?yún)^(qū)域和黃金分割點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行非均勻的采樣，中央?yún)^(qū)域具有最大采樣率，隨著與中央?yún)^(qū)域距離的增加采樣率逐漸減小，并且圖像的底部采樣率高于圖像的頂部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其特征在于步驟3中對(duì)聚焦函數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用基于G分量的能量梯度函數(shù)，減輕計(jì)算強(qiáng)度，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的方法對(duì)不同的采樣區(qū)域賦予不同的權(quán)重值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其特征在于步驟4中進(jìn)行迭代時(shí)采用大小步長(zhǎng)的爬山法，在保證迭代速度的同時(shí)保證了迭代的精度。
6.一種基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其特征在于在實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于對(duì)多個(gè)區(qū)域進(jìn)行評(píng)估函數(shù)計(jì)算，盡可能的把人眼感興趣的點(diǎn)包含在內(nèi)，并且對(duì)重要性不同的區(qū)域采取不同的采樣率，對(duì)占據(jù)較大圖像范圍的背景區(qū)域采取較低的采樣率，減輕計(jì)算的強(qiáng)度，僅僅對(duì)人類視覺最敏感的G分量進(jìn)行聚焦函數(shù)的計(jì)算，減少了計(jì)算量并且降低了計(jì)算復(fù)雜度，滿足聚焦系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于黃金分割非均勻采樣窗口規(guī)劃的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。所述方法在自動(dòng)聚焦窗口規(guī)劃時(shí)對(duì)拍攝場(chǎng)景進(jìn)行多次黃金分割，并對(duì)黃金分割點(diǎn)所在區(qū)域進(jìn)行非均勻采樣，采用基于綠色分量的能量梯度函數(shù)作為聚焦評(píng)估函數(shù)，并對(duì)非均勻采樣區(qū)域賦予不同的權(quán)重值，在保證對(duì)成像主體和背景區(qū)域聚焦精確度的前提下降低計(jì)算復(fù)雜度，滿足了數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
文檔編號(hào)G02B7/34GK102169275SQ20101015754
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者楊平中 申請(qǐng)人:上海盈方微電子有限公司