專利名稱：用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的susan自動對焦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自動對焦方法，特別涉及一種用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的SUSAN自動對焦方法。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)、圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人視覺及數(shù)字視頻系統(tǒng)在日常生活中得到了廣泛應(yīng)用。能夠清晰成像則是對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求，而自動對焦技術(shù)是系統(tǒng)獲取清晰圖像的重要前提和保障，因此自動對焦技術(shù)已成為機器人視覺及數(shù)字視頻系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。清晰度評價函數(shù)性能的優(yōu)劣會對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的對焦效果產(chǎn)生直接影響， 所以應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的實際性能要求合理的對清晰度評價函數(shù)進行選擇。性能優(yōu)良的評價函數(shù)應(yīng)該具有良好的無偏性、單峰性，較高的靈敏度，此外對于存在噪聲干擾的實時視頻系統(tǒng)還應(yīng)該具有較好的實時性和一定的抗噪性。
目前常用的圖像清晰度評價函數(shù)主要分為頻域和空域兩類。頻域評價函數(shù)雖然具有一定的抗噪性，但是需要進行空域到頻域的轉(zhuǎn)換，計算復(fù)雜，運算量大，往往很難滿足系統(tǒng)的實時性要求；而常用的Tenengrad、空間梯度、方差函數(shù)等空域評價函數(shù)雖然計算量小，但是抗噪性較差。因而有必要研究一種既能滿足系統(tǒng)實時性要求又具備一定抗噪性的整體性能優(yōu)良的清晰度評價函數(shù)。
SUSAN算子，在邊緣檢測的準(zhǔn)確性、實時性與抗噪性方面具有突出表現(xiàn)。SUSAN是 Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus (最小核值相似區(qū))的縮寫，是由英國學(xué)者Smith等提出來的。它是一種基于灰度特征點的獲取方法，由于采用的模板為圓形模板，對圖像邊緣方向性要求不高，同時具有運算簡單，抗噪性強等特點，將其運用到自動對焦算法中，可以在很大程度上提高圖像邊緣識別的準(zhǔn)確性與濾除噪聲干擾的能力；其計算速度快的特點，使其更適用于實時圖像處理系統(tǒng)。本發(fā)明提出的基于SUSAN算子的清晰度評價函數(shù)，就是利用了 SUSAN算子的上述特點，通過對SUSAN邊緣檢測算法進行改進后作為圖像清晰度評價函數(shù)應(yīng)用到自動對焦算法中。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決當(dāng)前的自動對焦算法運算量與抗噪性不能兼顧的問題， 而提出的一種用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的SUSAN自動對焦方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下
—種用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的SUSAN自動對焦方法，用以保持光學(xué)鏡頭位置不變，沿光軸調(diào)整圖像探測器靶面位置至最佳成像位置，包括以下步驟
步驟i :利用改進的SUSAN邊緣提取算法作為自動對焦過程的清晰度評價函數(shù)；
步驟ii :利用自適應(yīng)變步長爬山算法作為自動對焦過程的最佳清晰度值位置搜索算法。
在上述技術(shù)方案中，步驟i具體包括以下的步驟
(1)計算出當(dāng)前幀用于參與清晰度評價值計算的圖像窗口內(nèi)每個像素點的核值相 似區(qū)值，計算式為
權(quán)利要求
1.一種用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的SUSAN自動對焦方法，用以保持光學(xué)鏡頭位置不變，沿光軸調(diào)整圖像探測器靶面位置至最佳成像位置，其特征在于，包括以下步驟步驟1:利用改進的SUSAN邊緣提取算法作為自動對焦過程的清晰度評價函數(shù)；步驟i1:利用自適應(yīng)變步長爬山算法作為自動對焦過程的最佳清晰度值位置搜索算法。
2.如權(quán)利要求1所述的SUSAN自動對焦方法，其特征在于，步驟i具體包括以下的步驟(1)計算出當(dāng)前幀用于參與清晰度評價值計算的圖像窗口內(nèi)每個像素點的核值相似區(qū)值，計算式為
3.如權(quán)利要求2所述的SUSAN自動對焦方法，其特征在于，t為6-16之間的整數(shù)。
4.如權(quán)利要求2所述的SUSAN自動對焦方法，其特征在于，g為2-25之間的整數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的SUSAN自動對焦方法，其特征在于，步驟ii具體包括以下的步驟(1)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)特性參數(shù)，設(shè)置變量初始值將探測器步長S設(shè)為初始步長Stl，允許最小步長Smin,探測器可移動位置最小值Pmin,探測器可移動位置最大值Pmax,開始對焦時探測器當(dāng)前所處位置Po，初始移動方向為正方向；(2)探測器初始對焦位置設(shè)定若P0與Pmax距離大于初始步長Stl,則探測器位置P=Ptl； 反之，將探測器初始位置向負方向移動一個SO的距離，P=Pc1-Sci ；(3)利用SUSAN清晰度評價函數(shù)計算探測器處于當(dāng)前位置時圖像清晰度評價值V1；(4)預(yù)先判斷探測器繼續(xù)按照設(shè)定方向移動一個步長S后是否會超出移動范圍 IPmin, PmaxI，若超出范圍，則進行步驟(5 )，若未超出，則跳過步驟(5 )，直接執(zhí)行步驟(6 );(5)預(yù)先判斷S/2是否小于最小步長Smin，若是，則說明探測器移動范圍邊界處即為清晰度值最大值處，跳轉(zhuǎn)至步驟(9);若否，則將當(dāng)前步長減半，并將探測器沿與當(dāng)前移動方向相反的方向移動，即S= -S/2 ；(6)令P=P+S，并將探測器移動至位置P處；(7)利用SUSAN清晰度評價函數(shù)計算探測器處于當(dāng)前位置時圖像清晰度評價值V2；(8 )若，則說明移動方向正確，應(yīng)沿原來方向繼續(xù)移動，跳轉(zhuǎn)至步驟(4);反之，則說明應(yīng)該減小步長，沿相反方向移動，繼續(xù)進行更細微搜索，跳轉(zhuǎn)至步驟(5)；(9)對焦結(jié)束。
6.如權(quán)利要求I所述的SUSAN自動對焦方法，其特征在于，該方法適用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭，位置固定，用于將監(jiān)測目標(biāo)投影在像面上；圖像探測器，用于將圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，可在可控對焦裝置帶動下沿光軸方向滑動；可控對焦裝置，包括串口收發(fā)模塊、電機和傳動機構(gòu)，可根據(jù)中央處理單元發(fā)出的控制指令，帶動圖像探測器沿光軸進行移動；中央處理單元，用于對圖像探測器轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號進行采集，顯示，對焦運算和對焦控制指令的收發(fā)。
7.如權(quán)利要求6所述的SUSAN自動對焦方法，其特征在于，所述的圖像探測器為CCD或 CMOS相機。
8.如權(quán)利要求6所述的SUSAN自動對焦方法，其特征在于，所述的電機為步進電機。
9.如權(quán)利要求6所述的SUSAN自動對焦方法，其特征在于，所述的中央處理單元為具有串口收發(fā)模塊、且能夠進行圖像數(shù)據(jù)采集、顯示和對焦算法處理的控制板或工控計算機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的SUSAN自動對焦方法，用以保持光學(xué)鏡頭位置不變，沿光軸調(diào)整圖像探測器靶面位置至最佳成像位置，包括以下步驟利用改進的SUSAN邊緣提取算法作為自動對焦過程的清晰度評價函數(shù)；利用自適應(yīng)變步長爬山算法作為自動對焦過程的最佳清晰度值位置搜索算法。本發(fā)明的用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的SUSAN自動對焦方法，通過將SUSAN算子進行改進作為自動對焦過程的清晰度評價函數(shù)，不僅具有良好的單峰性，無偏性及尖銳性，還兼顧了抗噪性強、實時性好。將該方法應(yīng)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自動對焦，可實現(xiàn)系統(tǒng)的快速準(zhǔn)確的自動對焦。
文檔編號H04N5/232GK102981347SQ20121057047
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者張艷超, 趙建, 畢國玲, 曲鋒 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所