一種多目標(biāo)自由聚焦方法及其應(yīng)用裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多目標(biāo)自由聚焦方法及其應(yīng)用裝置。一種多目標(biāo)自由聚焦方法，包括下列步驟：1）實(shí)時(shí)選取任意感興趣的目標(biāo)，跟蹤；2）系統(tǒng)響應(yīng)，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，找出峰值清晰圖像；3）采取自適應(yīng)變步長(zhǎng)全局搜索策略，回查峰值，找到立即停止聚焦電機(jī)。一種多目標(biāo)自由聚焦方法的應(yīng)用裝置，包括：光學(xué)聚焦組件：主圖像輸出，根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)反應(yīng)；圖像采集卡及軟件處理界面：目標(biāo)區(qū)域選擇、傳輸驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號(hào)；圖像算法及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器：目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的峰值清晰圖像查找、全局搜索策略、自適應(yīng)保護(hù)機(jī)制。利用清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)和自適應(yīng)變步長(zhǎng)全局搜索策略，提高了目標(biāo)探測(cè)識(shí)別及跟蹤搜索能力。
【專利說明】一種多目標(biāo)自由聚焦方法及其應(yīng)用裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)成像領(lǐng)域，涉及一種目標(biāo)聚焦方法及其應(yīng)用裝置，特別是多目標(biāo)自由聚焦方法及其應(yīng)用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著軍用武器的不斷改裝，可見光跟蹤系統(tǒng)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，對(duì)其性能指標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性要求越來越苛刻。與此同時(shí)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度越來越快，體積越來越小，增大了光電系統(tǒng)探測(cè)、跟蹤的難度。于是，自動(dòng)聚焦技術(shù)產(chǎn)生并迅速發(fā)展。
[0003]自動(dòng)聚焦是目前光學(xué)成像系統(tǒng)的一項(xiàng)不可或缺的重要技術(shù)，應(yīng)用產(chǎn)品越來越廣泛，例如數(shù)碼相機(jī)、光學(xué)鏡頭、顯微鏡、掃描儀、數(shù)字視頻平臺(tái)等精密儀器，幾乎涉及到所有領(lǐng)域。
[0004]在成像方面的自動(dòng)聚焦技術(shù)目前主要分兩大趨勢(shì):以整幅圖像作為評(píng)價(jià)窗口進(jìn)行的全局聚焦和對(duì)圖像劃分區(qū)域的局部窗口聚焦，全局聚焦的缺點(diǎn)是一方面計(jì)算量大，另一方面對(duì)于背景占很大比例的小目標(biāo)圖像不適用，再者對(duì)于前景豐富的圖像非目標(biāo)具有很強(qiáng)的干擾性，聚焦結(jié)果很大可能背離原始意圖?；谝陨先志劢沟闹T多缺陷，出現(xiàn)了局部窗口聚焦的研究。聚焦區(qū)域的選擇直接影響到聚焦算法的速度和精度，好的局部窗口聚焦函數(shù)一方面大大減少數(shù)據(jù)處理量，加快聚焦速度，另一方面消除了非感興趣區(qū)域的噪聲干擾，提高聚焦精度。但目前研究的局部窗口劃分都不太理想，有人將圖像劃分為固定兩塊區(qū)域:上區(qū)和下區(qū)，默認(rèn)為上區(qū)；有人考慮到了背景所占比例大的情況，分別對(duì)操作器、目標(biāo)和背景局部區(qū)域聚焦并進(jìn)行對(duì)比，從中找出最清晰位置，其缺陷是針對(duì)應(yīng)用環(huán)境定性劃分，并未針對(duì)劃分窗口進(jìn)行論述；有人提出了高斯非均勻采樣函數(shù)，主要針對(duì)目標(biāo)較小且偏離中心區(qū)域的圖像，根據(jù)梯度函數(shù)提取目標(biāo)，但這種目標(biāo)確定法明顯具有固定性，或許客戶關(guān)注的并不是梯度函數(shù)確定的目標(biāo)，對(duì)于前景豐富的圖像不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種多目標(biāo)自由聚焦方法及其應(yīng)用裝置，利用清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)和自適應(yīng)變步長(zhǎng)全局搜索策略，提高了目標(biāo)探測(cè)識(shí)別及跟蹤搜索能力。
[0006]一種多目標(biāo)自由聚焦方法，包括下列步驟:1)、當(dāng)外界有鼠標(biāo)條件下，用鼠標(biāo)人工干預(yù)具體的聚焦位置，在圖像界面上自由選擇視場(chǎng)內(nèi)的任何單目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)聚焦，可人在回路實(shí)時(shí)選取任意感興趣的目標(biāo)，從多目標(biāo)中靈活提取單目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，目標(biāo)可以隨時(shí)改變，并不受算法內(nèi)部函數(shù)值的選擇影響，具有很強(qiáng)的人機(jī)交互性；2)、系統(tǒng)響應(yīng)，通過硬件電路和軟件程序啟動(dòng)聚焦電機(jī)，同時(shí)開始目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，一個(gè)像素清晰度值由其周圍的8個(gè)像素對(duì)應(yīng)的四個(gè)算子絕對(duì)值和來計(jì)算，找出峰值清晰圖像；3)、采取自適應(yīng)變步長(zhǎng)全局搜索策略，回查峰值，找到立即停止聚焦電機(jī)，因視場(chǎng)分長(zhǎng)焦區(qū)域、短焦區(qū)域和無效區(qū)域，長(zhǎng)焦區(qū)域(即小視場(chǎng))和短焦區(qū)域(即大視場(chǎng))分別有聚焦清晰位置，而無效區(qū)內(nèi)幾乎圖像不存在，所以在無效區(qū)域電機(jī)大步長(zhǎng)全速前進(jìn)，在長(zhǎng)焦區(qū)域和短焦區(qū)域根據(jù)當(dāng)前視頻幀圖像峰值和聚焦算法輸出峰值之間的絕對(duì)值差選擇變步長(zhǎng)搜索。
[0007]一種多目標(biāo)自由聚焦方法的應(yīng)用裝置，包括:
[0008]光學(xué)聚焦組件:主要功能是圖像輸出，根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)反應(yīng)；
[0009]圖像采集卡及軟件處理界面:主要進(jìn)行圖像采集、圖像濾波、圖像分割即目標(biāo)區(qū)域選擇、傳輸驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號(hào)；
[0010]圖像算法及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器:通過TMS320DM642及TMS320F2812兩個(gè)主芯片搭建的硬件電路和對(duì)二者燒寫的程序來實(shí)現(xiàn)，主要包括目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的峰值清晰圖像查找、全局搜索策略、自適應(yīng)保護(hù)機(jī)制。
[0011]本發(fā)明采用多目標(biāo)自由聚焦算法和自適應(yīng)變步長(zhǎng)全局搜索策略，通過人在回路提取單目標(biāo)，利用同步檢測(cè)法防止視場(chǎng)切換后窗口內(nèi)無目標(biāo)，采取峰值自適應(yīng)調(diào)整保護(hù)機(jī)制消除搜索無法收斂到聚焦點(diǎn)的缺點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0014]一種多目標(biāo)自由聚焦方法的應(yīng)用裝置，包括下列步驟:(I)、當(dāng)外界有鼠標(biāo)條件下，用鼠標(biāo)人工干預(yù)具體的聚焦位置，在圖像界面上自由選擇視場(chǎng)內(nèi)的任何單目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)聚焦，實(shí)時(shí)選取任意感興趣的目標(biāo)，從多目標(biāo)中靈活提取單目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，目標(biāo)可以隨時(shí)改變，并不受算法內(nèi)部函數(shù)值的選擇影響，具有很強(qiáng)的人機(jī)交互性；(2)、系統(tǒng)響應(yīng)，通過硬件電路和軟件程序啟動(dòng)聚焦電機(jī)，同時(shí)開始目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，一個(gè)像素清晰度值由其周圍的8個(gè)像素對(duì)應(yīng)的四個(gè)算子絕對(duì)值和來計(jì)算，找出峰值清晰圖像；(3)、采取自適應(yīng)變步長(zhǎng)全局搜索策略，回查峰值，找到立即停止聚焦電機(jī)，因視場(chǎng)分長(zhǎng)焦區(qū)域、短焦區(qū)域和無效區(qū)域，長(zhǎng)焦區(qū)域(即小視場(chǎng))和短焦區(qū)域(即大視場(chǎng))分別有聚焦清晰位置，而無效區(qū)內(nèi)幾乎圖像不存在，所以在無效區(qū)域電機(jī)大步長(zhǎng)全速前進(jìn)，在長(zhǎng)焦區(qū)域和短焦區(qū)域根據(jù)當(dāng)前視頻幀圖像峰值和聚焦算法輸出峰值之間的絕對(duì)值差選擇變步長(zhǎng)搜索。
[0015]所述步驟(I)中，為避免圖像選擇區(qū)域在視場(chǎng)切換后無搜索目標(biāo)的異常情況，采取如下同步檢測(cè)方法:記錄下每一幅圖像的局部窗口和全局窗口具有的邊緣能量，求其電機(jī)走一圈的所有視頻幀的局部窗口和全局窗口邊緣能量峰值，并設(shè)置一個(gè)門限，若局部窗口的邊緣能量峰值高于此閾值則步驟(2)及(3)中采取局部窗口聚焦算法及全局搜索策略，否則步驟(2)及(3)中采取全局窗口聚焦算法及全局搜索策略。
[0016]所述步驟(3)中，包括了一種異常情況:當(dāng)當(dāng)前視頻幀圖像峰值和聚焦算法輸出峰值之間的絕對(duì)值差在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不小于一規(guī)定閾值而導(dǎo)致電機(jī)無法停止時(shí)，則采取峰值自適應(yīng)調(diào)整保護(hù)機(jī)制，步驟如下:a、設(shè)傳入?yún)?shù)峰值為M，微動(dòng)正常量為S，當(dāng)前搜索結(jié)果值為F ; (b )、若M>F則M=M-S，否則M=M+s ; (c )、搜索不到，則轉(zhuǎn)向步驟(b )直至電機(jī)停止。
[0017]一種多目標(biāo)自由聚焦方法的應(yīng)用裝置，包括:
[0018]圖像采集卡及軟件處理界面1:主要進(jìn)行圖像采集、圖像濾波、圖像分割即目標(biāo)區(qū)域選擇、傳輸驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號(hào)；
[0019]光學(xué)組件2:主要功能是圖像輸出，根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)反應(yīng)；
[0020]控制器3:通過TMS320DM642及TMS320F2812兩個(gè)主芯片搭建的硬件電路和對(duì)二者燒寫的程序來實(shí)現(xiàn)，主要包括目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的峰值清晰圖像查找、全局搜索策略、自適應(yīng)保護(hù)機(jī)制。如圖1所示。
【權(quán)利要求】
1.一種多目標(biāo)自由聚焦方法，其特征在于:包括下列步驟:(I)、當(dāng)外界有鼠標(biāo)條件下，用鼠標(biāo)人工干預(yù)具體的聚焦位置，在圖像界面上自由選擇視場(chǎng)內(nèi)的任何單目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)聚焦，實(shí)時(shí)選取任意感興趣的目標(biāo)，從多目標(biāo)中靈活提取單目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，目標(biāo)可以隨時(shí)改變，并不受算法內(nèi)部函數(shù)值的選擇影響，具有很強(qiáng)的人機(jī)交互性；(2)、系統(tǒng)響應(yīng)，通過硬件電路和軟件程序啟動(dòng)聚焦電機(jī)，同時(shí)開始目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，一個(gè)像素清晰度值由其周圍的8個(gè)像素對(duì)應(yīng)的四個(gè)算子絕對(duì)值和來計(jì)算，找出峰值清晰圖像；(3)、采取自適應(yīng)變步長(zhǎng)全局搜索策略，回查峰值，找到立即停止聚焦電機(jī)，因視場(chǎng)分長(zhǎng)焦區(qū)域、短焦區(qū)域和無效區(qū)域，長(zhǎng)焦區(qū)域(即小視場(chǎng))和短焦區(qū)域(即大視場(chǎng))分別有聚焦清晰位置，而無效區(qū)內(nèi)幾乎圖像不存在，所以在無效區(qū)域電機(jī)大步長(zhǎng)全速前進(jìn)，在長(zhǎng)焦區(qū)域和短焦區(qū)域根據(jù)當(dāng)前視頻幀圖像峰值和聚焦算法輸出峰值之間的絕對(duì)值差選擇變步長(zhǎng)搜索。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)自由聚焦方法，其特征在于:所述步驟(I)中，為避免圖像選擇區(qū)域在視場(chǎng)切換后無搜索目標(biāo)的異常情況，采取如下同步檢測(cè)方法:記錄下每一幅圖像的局部窗口和全局窗口具有的邊緣能量，求其電機(jī)走一圈的所有視頻巾貞的局部窗口和全局窗口邊緣能量峰值，并設(shè)置一個(gè)門限，若局部窗口的邊緣能量峰值高于此閾值則步驟(2)及(3)中采取局部窗口聚焦算法及全局搜索策略，否則步驟(2)及(3)中采取全局窗口聚焦算法及全局搜索策略。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)自由聚焦方法，其特征在于:所述步驟(3)中，包括了一種異常情況:當(dāng)當(dāng)前視頻幀圖像峰值和聚焦算法輸出峰值之間的絕對(duì)值差在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不小于一規(guī)定閾值而導(dǎo)致電機(jī)無法停止時(shí)，則采取峰值自適應(yīng)調(diào)整保護(hù)機(jī)制，步驟如下:a、設(shè)傳入?yún)?shù)峰值為M，微動(dòng)正常量為S，當(dāng)前搜索結(jié)果值為F ； (b)、若M>F則M=M_s，否則M=M+s ; (c)、搜索不到，則轉(zhuǎn)向步驟(b)直至電機(jī)停止。
4.一種多目標(biāo)自由聚焦方法的應(yīng)用裝置，其特征在于:包括: 光學(xué)組件(2):主要功能是圖像輸出，根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)反應(yīng)； 圖像采集卡及軟件處理界面(I):主要進(jìn)行圖像采集、圖像濾波、圖像分割即目標(biāo)區(qū)域選擇、傳輸驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號(hào)； 控制器(3):通過TMS320DM642及TMS320F2812兩個(gè)主芯片搭建的硬件電路和對(duì)二者燒寫的程序來實(shí)現(xiàn)，主要包括目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的峰值清晰圖像查找、全局搜索策略、自適應(yīng)保護(hù)機(jī)制。
【文檔編號(hào)】H04N5/232GK103747174SQ201310719248
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】李煥梅, 吳長(zhǎng)安, 薛敏 申請(qǐng)人:河北漢光重工有限責(zé)任公司