專利名稱：一種用于成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于攝像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng) 對(duì)焦方法。
背景技術(shù)：
自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)在當(dāng)前數(shù)字成像技術(shù)日益發(fā)展的環(huán)境下，在民用相機(jī)以及數(shù)字監(jiān)控 領(lǐng)域都有比較成熟的產(chǎn)品成果。但是，在航拍相機(jī)、低軌空間相機(jī)以及全景掃描成像相機(jī)等 領(lǐng)域，特別針對(duì)拍攝場(chǎng)景不斷變化的特殊性，自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)研究相對(duì)薄弱。在基于數(shù)字圖像處理算法上，自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)總體可以分為聚焦深度法和離焦深度 法。聚焦深度法，通過對(duì)不同對(duì)焦位置上獲得的圖像計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)，從而找到圖像最為清 晰的對(duì)焦位置，這種算法的缺點(diǎn)是速度比較慢，實(shí)時(shí)性差。離焦深度法，則是從當(dāng)前獲取的 圖像中計(jì)算得離焦半徑，從而直接獲得離焦量，進(jìn)行對(duì)焦。離焦深度法也有多種，例如，裴 錫宇、馮華君等人(裴錫宇，馮華君，李奇，徐之海，一種基于頻譜分析的離焦深度自動(dòng)對(duì)焦 法，光電工程，2003年10月，30卷5期，p62 65)提出的基于頻譜分析的離焦深度自動(dòng)對(duì) 焦算法；李奇、馮華君等人(李奇，馮華君，徐之海，用于全數(shù)字對(duì)焦的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)性能分析 與評(píng)價(jià)，浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2006年6月，40卷5期，pl093 1096)分析點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù) 性能，用于全數(shù)字對(duì)焦等。但是，常用的對(duì)焦技術(shù)多是針對(duì)相機(jī)與成像目標(biāo)保持相對(duì)位置穩(wěn) 定，即拍攝場(chǎng)景基本不變的情況。因此，此類的算法在場(chǎng)景發(fā)生變化的對(duì)焦過程中往往失去 了有效性。成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)成像環(huán)境及成像模式相對(duì)都比較特殊，特別是低軌空 間相機(jī)，它往往會(huì)受到?jīng)_擊、振動(dòng)、壓力及溫度等的影響，極有可能會(huì)導(dǎo)致相機(jī)出現(xiàn)離焦現(xiàn) 象。因此對(duì)焦算法對(duì)此類相機(jī)應(yīng)該說是必不可少。此外，由于此類空間相機(jī)的在軌運(yùn)行，使 得相機(jī)在每一個(gè)不同時(shí)刻獲取的圖片場(chǎng)景都有所不同，這個(gè)特性就要求此時(shí)的自動(dòng)對(duì)焦技 術(shù)必須對(duì)圖像內(nèi)容具有魯棒性。目前，低軌空間相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)主要有重復(fù)拍攝法、功率譜法及配準(zhǔn)評(píng)價(jià)法。 重復(fù)拍攝法就是對(duì)同一場(chǎng)景重復(fù)拍攝，獲得多幀圖像序列，再通過聚焦深度法找到最佳位 置，這種方法實(shí)時(shí)性差，時(shí)間周期長(zhǎng)；功率譜法的前提條件是設(shè)定任意景物都有相同的功率 譜，利用功率譜的對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)對(duì)焦，但是實(shí)際景物區(qū)別越大，功率譜的差別也 會(huì)比較大；配準(zhǔn)評(píng)價(jià)法則是利用相鄰兩幀圖像之間的共同內(nèi)容，計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)，從而用于對(duì) 焦。此外，之前自相關(guān)算法已經(jīng)有研究用于離焦模糊圖像的盲恢復(fù)、清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算以 及被攝景物不變前提下的自動(dòng)對(duì)焦研究。因此，針對(duì)對(duì)焦期間被攝景物發(fā)生變化的應(yīng)用環(huán)境，提供一種適于用成像視場(chǎng)掃 描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，它的意義是非常巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種適用于成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，其對(duì)場(chǎng)景內(nèi)容不敏感，在被攝景物發(fā)生變化的應(yīng)用環(huán)境具有魯棒性，適用于航天拍攝相機(jī)、低軌空間相 機(jī)以及全景掃描等特定的應(yīng)用環(huán)境。一種用于成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，包括(1)成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下，相機(jī)拍攝得到離焦模糊圖像；(2)離焦模糊圖像經(jīng)過二階微分計(jì)算得到二階微分圖；(3) 二階微分圖像經(jīng)過自相關(guān)運(yùn)算，得到二階微分自相關(guān)分布圖；(4)取二階微分自相關(guān)分布圖中通過零頻的切面圖，確定第一負(fù)尖峰到零頻的距 離r ’(5)由第一負(fù)尖峰到零頻的距離得到模糊半徑R ；(6)由模糊半徑R得到離焦量，記作px ；如果px小于鏡頭與像面距離的控制精度 L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖片；如果px不小于鏡頭與像面距離的控制精度L，則進(jìn)入下一 個(gè)步驟；(7)拉伸鏡頭與像面之間的距離，拉伸值為px ；(8)重復(fù)步驟⑴ (5)，根據(jù)模糊半徑R計(jì)算離焦量，記作py;(9)得到的py進(jìn)行下列步驟(a)py小于鏡頭與像面的距離控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；(b)py大于px，縮短鏡頭與像面之間的距離，縮短值為py，重復(fù)步驟重復(fù)步驟(8) (9)；(c)py等于px，0. 5px不小于控制精度L，則縮短鏡頭與像面之間的距離，縮短值為 0. 5px，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；0. 5px小于控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像。(d)py小于px，但大于控制精度Ljjpx = py，重復(fù)步驟(7) (9)。本離焦判斷采用首次嘗試，逐步逼近的方式，所以在上述自動(dòng)對(duì)焦方法步驟可以 為(1)成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下，相機(jī)拍攝得到離焦模糊圖像；(2)離焦模糊圖像經(jīng)過二階微分計(jì)算得到二階微分圖；(3) 二階微分圖像經(jīng)過自相關(guān)運(yùn)算，得到二階微分自相關(guān)分布圖；(4)取二階微分自相關(guān)分布圖中通過零頻的切面圖，確定第一負(fù)尖峰到零頻的距 離r ’(5)由第一負(fù)尖峰到零頻的距離得到模糊半徑R ；(6)由模糊半徑R得到離焦量，記作px ；如果px小于鏡頭與像面距離的控制精度 L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖片；如果px不小于鏡頭與像面距離的控制精度L，則進(jìn)入下一 個(gè)步驟；(7)縮短鏡頭與像面之間的距離，縮短值為px ；(8)重復(fù)步驟⑴ (5)，根據(jù)模糊半徑R計(jì)算離焦量，記作py ；(9)得到的py進(jìn)行下列步驟(a)py小于鏡頭與像面的距離控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；(b)py大于px，拉伸鏡頭與像面之間的距離，拉伸值為py，重復(fù)步驟重復(fù)步驟⑶ (9)；(c)py等于px，0. 5px不小于控制精度L，則拉伸鏡頭與像面之間的距離，拉伸值為
50. 5px，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；0. 5px小于控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像。(d) py小于px，但大于控制精度L，則px = py，重復(fù)步驟(7) (9)。成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)是指在相機(jī)拍攝對(duì)焦過程中，場(chǎng)景內(nèi)容不斷發(fā)生變化的環(huán)境， 例如航天拍攝相機(jī)、低軌空間相機(jī)以及全景掃描等特定的應(yīng)用環(huán)境。鏡頭與像面距離的控制精度L是由相機(jī)對(duì)焦的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所能達(dá)到的最小步長(zhǎng)確 定。二階微分圖由拉普拉斯算子對(duì)離焦模糊圖像進(jìn)行卷積計(jì)算得到，其中，拉普拉斯 算子為 通常條件下離焦量與模糊半徑R的關(guān)系式如下 2R fu其中，p為離焦量，R為模糊半徑，D為相機(jī)孔徑直徑，f為相機(jī)焦距，u為物距。當(dāng)使用在低軌空間相機(jī)中，則物距相對(duì)于像距都可以認(rèn)為是無窮遠(yuǎn)，物距u趨于 無窮大，則離焦量與模糊半徑R的關(guān)系式近似為 其中，p為離焦量，R為模糊半徑，D為相機(jī)孔徑直徑，f為相機(jī)焦距，F(xiàn)為相機(jī)的F數(shù)。模糊半徑R則可由下式得到 其中，R為模糊半徑，r為第一負(fù)尖峰到零頻的距離。當(dāng)由模糊半徑計(jì)算得到離焦量px后，拉伸相機(jī)鏡頭與像面之間的距離，拉伸值為 Px ；之后再重新拍攝獲取圖片，以上述同樣的方法計(jì)算模糊半徑從而得到離焦量，記為Py。 將Py作如下判斷如果Py小于鏡頭與像面之間的距離控制精度L，那么對(duì)焦結(jié)束，當(dāng)前狀態(tài) 下，成像系統(tǒng)就可獲得清晰圖片；如果Py大于Px，則縮短相機(jī)鏡頭與像面之間的距離，則縮 短值為Py，重新拍攝獲取圖片并計(jì)算離焦量作為新的Py值(原Py值丟棄)，重做以上判斷； Py等于Px，當(dāng)0. 5px不小于控制精度L，則選擇縮短鏡頭與像面之間的距離，縮短值為0. 5px， 完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；當(dāng)0. 5px小于控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；如果 Py小于Px，但大于控制精度L，令px等于py，則拉伸相機(jī)鏡頭與像面之間的距離，則拉伸值 為Px。之后再重新拍攝獲取圖片，計(jì)算的得到離焦量，記為Py，再重做以上判斷。經(jīng)過以上 這個(gè)循環(huán)步驟，像面會(huì)逐步逼近理想位置，最后成功定焦，誤差小于鏡頭與像面之間的距離 控制精度L，這個(gè)控制精度L是由相機(jī)對(duì)焦的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所能達(dá)到的最小步長(zhǎng)決定的。其中， 由于本發(fā)明中采用首次嘗試，逐步逼近的方法，所以在由模糊半徑計(jì)算得到離焦量Px后，也 可以嘗試縮短相機(jī)鏡頭與像面之間的距離，縮短值為Px ；然后進(jìn)行相似的判斷，在首次得到
Py后，如果Py大于Px，則拉伸相機(jī)鏡頭與像面之間的距離，則拉伸值為Py，重新拍攝獲取圖 片并計(jì)算離焦量作為新的Py值(原Py值丟棄)，重做以上判斷；Py等于Px，當(dāng)0. 5px不小于 控制精度L，則選擇拉伸鏡頭與像面之間的距離，拉伸值為0. 5px，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖 像；當(dāng)0. 5px小于控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；如果py小于px，但大于控制精度 ！^，令化等于py，則縮短相機(jī)鏡頭與像面之間的距離，則縮短值為px。之后再重新拍攝獲取 圖片，計(jì)算的得到離焦量，記為Py，再重做以上判斷。模糊半徑R與第一負(fù)尖峰到零頻的距離r之間的線性關(guān)系推導(dǎo)過程如下圖像的退化函數(shù)即離焦模糊圖像表達(dá)式如下 其中，g(x, y)為模糊圖像，f(x, y)為清晰圖像，h(x, y)為模糊函數(shù)，即點(diǎn)擴(kuò)散函 數(shù)，n(x，y)為加性噪聲，*為卷積運(yùn)算符。在本對(duì)焦算法中暫時(shí)不考慮噪聲影響，對(duì)離焦模糊圖像進(jìn)行二階微分運(yùn)算得到離 焦模糊圖像的二階微分圖，其中，拉普拉斯算子為 二階微分圖可由下式表示 其中V2為二階微分運(yùn)算符，*為卷積運(yùn)算符；對(duì)二階微分圖進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算可得到二階微分自相關(guān)分布圖，二階微分自相關(guān)分 布圖可由下式表示 其中
的共軛函數(shù)，
、為二階微分自相關(guān)分布圖，(g)為自相關(guān)運(yùn)算符，*為卷積運(yùn)算符，V2為二階微分運(yùn)算 符；因?yàn)槎紴閷?shí)數(shù)矩陣，所以上述的二階微分自相關(guān)分布圖就可以分解為 其中，Sf為清晰圖像的二階微分自相關(guān)分布圖，為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的二階微分自相 關(guān)分布圖，*為卷積運(yùn)算符。由于清晰圖像的二階微分自相關(guān)分布圖的通過零頻的切面圖中不存在第一負(fù)尖 峰，可知離焦模糊圖像的二階微分自相關(guān)分布圖中第一負(fù)尖峰到零頻的距離取決于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，而點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)僅是模糊半徑的函數(shù)，所以離焦模糊圖像的二階微分自相關(guān)分布圖中 的第一負(fù)尖峰到零頻的距離對(duì)圖像內(nèi)容的不相關(guān)，僅與模糊半徑相關(guān)，即與離焦圖像的模 糊程度相關(guān)。本發(fā)明的適于用成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，對(duì)場(chǎng)景內(nèi)容不敏感， 在被攝景物發(fā)生變化的應(yīng)用環(huán)境具有魯棒性，適用于航天拍攝相機(jī)、低軌空間相機(jī)以及全 景掃描等特定的應(yīng)用環(huán)境。此外，本離焦判斷采用首次嘗試，逐步逼近的方式區(qū)別于常規(guī)的 對(duì)焦方法，方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)迅速。


圖1為模擬低軌空間相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦過程中的拍攝示意圖；圖2a和圖2b為模擬拍攝的不同景物內(nèi)容的清晰圖像；圖2c為圖2a的二階微分自相關(guān)分布圖；圖2d為圖2b的二階微分自相關(guān)分布圖；圖2e為圖2c通過零頻的切面圖；圖2f為圖2d通過零頻的切面圖；圖3a為圖2a對(duì)應(yīng)的模糊半徑為5的模糊圖像；圖3b為圖2b對(duì)應(yīng)的模糊半徑為5的模糊圖像；圖4a為圖3a的二階微分自相關(guān)分布圖；圖4b為圖3b的二階微分自相關(guān)分布圖；圖4c為圖4a通過零頻的切面圖；圖4d為圖4b通過零頻的切面圖；圖5為模糊半徑為5的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)圖像；圖6a為圖5的二階微分自相關(guān)分布圖；圖6b為圖6a通過零頻的切面圖；圖7a 7g為模擬低軌空間相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦過程采集的圖像；圖8為圖7a 7g對(duì)應(yīng)的模糊半徑隨著時(shí)間序列變化的關(guān)系圖；圖9為相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦過程示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，低軌空間相機(jī)區(qū)別于普通民用相機(jī)，在自動(dòng)對(duì)焦過程中的不同時(shí)刻， 獲取的景物內(nèi)容都會(huì)有所不同，如tl時(shí)刻和t2時(shí)刻都在對(duì)焦過程中，但是它們對(duì)應(yīng)的景物 只有部分重疊，基本都發(fā)生了變化。圖2a和圖2b為不同時(shí)刻由相機(jī)對(duì)遙感圖片拍攝模擬低軌空間相機(jī)拍攝過程獲取 的清晰圖片。因此，為了證實(shí)本發(fā)明在成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下應(yīng)用的有效性，將上述連續(xù)拍攝的 不同景物內(nèi)容的清晰圖片圖2a和圖2b做模糊半徑為5個(gè)像素的離焦仿真模糊獲得離焦模 糊圖像圖3a和圖3b;離焦模糊圖像可由下式表示g(x，y) = f (x, y)(x, y)+n(x, y)；其中，g(x, y)為模糊圖像，f(x, y)為清晰圖像，h(x, y)為模糊函數(shù)，即點(diǎn)擴(kuò)散函 數(shù)，n(x，y)為加性噪聲，*為卷積運(yùn)算符；
8
在本對(duì)焦算法中暫時(shí)不考慮噪聲影響，對(duì)離焦模糊圖像圖3a和圖3b進(jìn)行二階微 分計(jì)算得到離焦模糊圖像圖3a和圖3b的二階微分圖，圖3a和圖3b的二階微分圖可由下 式表不V2g(x,y) = V\f(x,y)*h(x,y))= V2 JJ/ (a, J3)h(x -a,y- j3)dxdy= JJ/(a, /3)V2h{x-a,y-p)dxdy= f(x,y)*V2h(x,y)其中*為卷積運(yùn)算符，V2為二階梯度運(yùn)算符；拉普拉斯算子為 0 1 0— 1-41； 0 1 0對(duì)二階微分圖進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算可得到二階微分自相關(guān)分布圖，如圖4a和圖4b所 示，二階微分自相關(guān)分布圖可由下式表示 其中，(/(-i，-少)*V2h(-x,-y))為(/(-jc，一力*V2h(-x,-y))的共軛函數(shù)，
\、為離焦模糊圖像的二階微分自相關(guān)分布圖，@為自相關(guān)運(yùn)算符，*為卷積運(yùn)算符，V2為 拉普拉斯算子；因?yàn)槎紴閷?shí)數(shù)矩陣，所以上述的二階微分自相關(guān)分布圖就可以分解為 其中，Sf為清晰圖像的二階微分自相關(guān)分布圖，為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的二階微分自相 關(guān)分布圖；對(duì)清晰圖像圖2a和圖2b分別進(jìn)行二階微分計(jì)算和自相關(guān)運(yùn)算得到二階微分自相 關(guān)分布圖，如圖2c和圖2d，對(duì)圖2c和圖2d作通過零頻的切面圖如圖2e和圖2f，由圖2e和 圖2f可知，清晰圖像的二階微分自相關(guān)分布圖的切面圖中不存在第一負(fù)尖峰；離焦模糊半 徑為5的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)h(x，y)如圖5所示，對(duì)圖5進(jìn)行二階微分計(jì)算和自相關(guān)運(yùn)算可以得點(diǎn) 擴(kuò)散函數(shù)h(x，y)的二階微分自相關(guān)分布三維圖，如圖6a所示，取經(jīng)過零頻的切面圖得到圖 6b，由圖6b可知點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)h(x，y)的二階微分自相關(guān)分布圖的切面圖上存在第一負(fù)尖峰； 由此可知，離焦模糊圖像的二階微分自相關(guān)分布圖中第一負(fù)尖峰到零頻的距離取決于點(diǎn)擴(kuò) 散函數(shù)h(x，y)，而點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)僅是模糊半徑的函數(shù)，所以離焦模糊圖像的二階微分自相關(guān) 分布圖中第一負(fù)尖峰到零頻的距離對(duì)圖像內(nèi)容的不相關(guān)，僅與模糊半徑相關(guān)，即與離焦圖 像的模糊程度相關(guān)；對(duì)圖4a和圖4b作經(jīng)過零頻的切面圖，如圖4c和圖4d，有上述分析可知，圖4c和 圖4d中第一負(fù)尖峰到零頻的距離相等，從圖4c和圖4d中得到第一負(fù)尖峰到零頻的距離r，
由第一負(fù)尖峰到零頻的距離r與模糊半徑R之間的關(guān)系為r = 2R，可以得到R ；通常條件下離焦量與模糊半徑R的關(guān)系式如下 其中，p為離焦量，R為模糊半徑，D為相機(jī)孔徑直徑，f為相機(jī)焦距，u為物距。低軌空間相機(jī)對(duì)應(yīng)的物距相對(duì)于像距都可以認(rèn)為是無窮遠(yuǎn)，物距u趨于無窮大， 那么離焦量和模糊半徑的關(guān)系就可以由以下這個(gè)公式近似
2Rf 其中p為離焦量，R為模糊半徑，f為當(dāng)前焦距，D為相機(jī)孔徑，F(xiàn)為相機(jī)的F數(shù)。模擬低軌空間相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦過程拍攝的圖片變化如圖7a 7g所示，圖8為圖 7a 7g對(duì)應(yīng)的模糊半徑隨著時(shí)間序列變化的關(guān)系圖。其中，時(shí)間序列為1時(shí)，對(duì)應(yīng)得到的 離焦模糊圖像為圖7a，對(duì)圖7a進(jìn)行二階微分及自相關(guān)運(yùn)算得到二階微分自相關(guān)分布圖，取 通過零頻的切面圖，得到第一負(fù)尖峰到零頻的距離，進(jìn)而得到模糊半徑為10，根據(jù)模糊半徑 計(jì)算得到離焦量P7a，P7a大于鏡頭與像面距離的控制精度L，根據(jù)這個(gè)離焦量，縮短鏡頭與像 面之間的距離，縮短值為p7a ；此后重新拍攝圖片，得離焦模糊圖7b，再次計(jì)算圖7b當(dāng)前的離 焦量P7b，將P7b做判定，得出P7b小于P7a并且大于當(dāng)前的控制精度L，這樣根據(jù)離焦量p7b繼 續(xù)縮短鏡頭與像面之間的距離，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦。此后，繼續(xù)獲取圖7c，同進(jìn)行如上操作，就得 到離焦模糊逐漸減少的圖7d 7g，最終得到清晰的拍攝圖像。在整個(gè)拍攝過程中，拍攝圖 像內(nèi)容一直發(fā)生變化，由于本發(fā)明的自動(dòng)對(duì)焦方法只與圖像的模糊程度相關(guān)，與圖像內(nèi)容 無關(guān)，所以，整個(gè)對(duì)焦過程是在拍攝背景不斷發(fā)生變化的條件下進(jìn)行的。此外，本離焦判斷 采用首次嘗試，逐步逼近的方式區(qū)別于常規(guī)的對(duì)焦方法，方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)迅速。同樣，由于本 發(fā)明采用的是首次嘗試，逐步逼近的方式，所以在得到P7a后，可以采用拉伸鏡頭與像面之 間的距離，拉伸值為P7a，依次進(jìn)行類似判斷，經(jīng)過多次對(duì)焦即可獲得清晰圖像。圖9為相機(jī) 自動(dòng)對(duì)焦過程示意圖。本發(fā)明證實(shí)了二階微分自相關(guān)算法產(chǎn)生的第一負(fù)尖峰到零頻的距離對(duì)圖像內(nèi)容 的不相關(guān)性，就有效地證明本發(fā)明的有效性。
權(quán)利要求
一種用于成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法其特征在于，包括(1)成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下，相機(jī)拍攝得到離焦模糊圖像；(2)離焦模糊圖像經(jīng)過二階微分計(jì)算得到二階微分圖；(3)二階微分圖像經(jīng)過自相關(guān)運(yùn)算，得到二階微分自相關(guān)分布圖；(4)取二階微分自相關(guān)分布圖中通過零頻的切面圖，確定第一負(fù)尖峰到零頻的距離r；(5)由第一負(fù)尖峰到零頻的距離得到模糊半徑R；(6)由模糊半徑R得到離焦量，記作px；如果px小于鏡頭與像面距離的控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖片；如果px不小于鏡頭與像面距離的控制精度L，則進(jìn)入下一個(gè)步驟；(7)拉伸鏡頭與像面之間的距離，拉伸值為px；(8)重復(fù)步驟(1)～(5)，根據(jù)模糊半徑R計(jì)算離焦量，記作py；(9)得到的py進(jìn)行下列步驟(a)py小于鏡頭與像面的距離控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；(b)py大于px，縮短鏡頭與像面之間的距離，縮短值為py，重復(fù)步驟重復(fù)步驟(8)～(9)；(c)py等于px，0.5px不小于控制精度L，則縮短鏡頭與像面之間的距離，縮短值為0.5px，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；0.5px小于控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像。(d)py小于px，但大于控制精度L，則px＝py，重復(fù)步驟(7)～(9)。
2.一種用于成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法其特征在于，包括(1)成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下，相機(jī)拍攝得到離焦模糊圖像；(2)離焦模糊圖像經(jīng)過二階微分計(jì)算得到二階微分圖；(3)二階微分圖像經(jīng)過自相關(guān)運(yùn)算，得到二階微分自相關(guān)分布圖；(4)取二階微分自相關(guān)分布圖中通過零頻的切面圖，確定第一負(fù)尖峰到零頻的距離r；(5)由第一負(fù)尖峰到零頻的距離得到模糊半徑R；(6)由模糊半徑R得到離焦量，記作px；如果Px小于鏡頭與像面距離的控制精度L，完成 自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖片；如果Px不小于鏡頭與像面距離的控制精度L，則進(jìn)入下一個(gè)步驟；(7)縮短鏡頭與像面之間的距離，縮短值為px；(8)重復(fù)步驟(1) (5)，根據(jù)模糊半徑R計(jì)算離焦量，記作py;(9)得到的py進(jìn)行下列步驟(a)py小于鏡頭與像面的距離控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；(b)py大于px，拉伸鏡頭與像面之間的距離，拉伸值為py，重復(fù)步驟重復(fù)步驟⑶ (9)；(c)py等于px，0.5px不小于控制精度L，則拉伸鏡頭與像面之間的距離，拉伸值為 0. 5px，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像；0. 5px小于控制精度L，完成自動(dòng)對(duì)焦獲得清晰圖像。(d)py小于px，但大于控制精度L，則px= py，重復(fù)步驟(7) (9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法其特征在于，所述的二階微分圖是 由拉普拉斯算子對(duì)離焦模糊圖像進(jìn)行卷積計(jì)算得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法其特征在于，所述的模糊半徑由下 式得到 其中，R為模糊半徑，r為第一負(fù)尖峰到零頻的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法其特征在于，所述的離焦量表達(dá)式為 其中，P為離焦量，R為模糊半徑，D為相機(jī)孔徑直徑，f為相機(jī)焦距，u為物距。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法其特征在于，所述的離焦量在低軌空間 條件下表達(dá)式為p = 2RF其中，P為離焦量，R為模糊半徑，F(xiàn)為相機(jī)的F數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，其特征在于，所述的鏡頭與像面的距 離控制精度L是由相機(jī)對(duì)焦的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所能達(dá)到的最小步長(zhǎng)確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于成像視場(chǎng)掃描狀態(tài)下的相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，首先，相機(jī)拍攝得到離焦模糊圖像，對(duì)離焦模糊圖像進(jìn)行二階微分和自相關(guān)運(yùn)算得到二階微分自相關(guān)分布圖，取經(jīng)過零頻的切面圖，得到第一負(fù)尖峰到零頻的距離，然后得到模糊半徑，最后得到離焦量；其次，采用首次嘗試，逐步逼近的對(duì)焦方法，根據(jù)兩次對(duì)焦后拍攝圖片計(jì)算的離焦量比較結(jié)果改變鏡頭與像面的距離，重復(fù)上述步驟直至得到的離焦量小于鏡頭與像面之間的距離控制精度L，最后完成調(diào)焦得到清晰的圖像。本發(fā)明方法對(duì)場(chǎng)景內(nèi)容不敏感，在被攝景物發(fā)生變化的應(yīng)用環(huán)境具有魯棒性，適用于航天拍攝相機(jī)、低軌空間相機(jī)以及全景掃描等特定環(huán)境。
文檔編號(hào)G03B13/36GK101852970SQ20101016348
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者馮華君, 孟希羲, 徐之海, 鄭珍珍, 陳躍庭 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)