一种图像的对焦方法、对焦程序及相机与流程

本发明涉及一种图像的对焦方法、对焦程序及相机，属于图像对焦。

背景技术：

1、图像的对焦度可以用图像清晰度评价函数来评判，清晰度评价函数的选取是基础图像处理法中的核心问题，影响着相机对焦的精度和稳定性。可以从多个角度分析图像的信息特征得到清晰度评价函数，主要分为以下四类：空域类清晰度评价函数、频域类清晰度评价函数、信息熵类清晰度评价函数和统计学类清晰度评价函数。

2、在空域中，正焦图像比离焦图像边缘更锐利、信息更丰富，可以利用这一特点来构建各种空域类梯度函数，对图像的清晰度进行评价。常见的空域类梯度函数主要有：smd函数、tenengrad函数（sobel算子）、能量梯度（eog）函数等。

3、频域类评价函数将图像变换到频率域，求其高频分量的大小来判断图像的清晰程度。越清晰的图像边缘信息越丰富，有更多的高频分量，而越模糊的图像高频分量越少。常见的有傅里叶变换法和离散余弦变换法。

4、由于正焦图像比离焦图像的灰度值分布更加离散，所以正焦图像的信息量更多、熵值更大，而离焦图像的信息量更少、熵值更小。基于上述原理，信息熵类评价函数表达式如下所示：

5、

6、其中，表示对应灰度值占所有像素数量的概率。

7、由于信息熵类的对焦函数容易受外界噪声、光照亮度等因素影响，并且运算量偏大，所以在对焦的实际应用中较少。

8、清晰的图像比模糊图像具有更多的细节信息，所以在灰度分布直方图中集中度低、灰度范围大，所以通过统计直方图的灰度分布特征可以评价图像清晰度。基于统计学类的评价函数主要有自相关函数和方差函数等。

9、当图像最清晰时，成像平面与准焦平面重合，此时清晰度评价值最大，而越离焦，图像越模糊，清晰度评价值越小，因此可以通过图像的清晰评价值来判断对焦情况。图像清晰度评价函数具有以下几个特点

10、（1）单峰性

11、随着镜头的移动，图像会从模糊变清晰，再变模糊。在评价函数曲线上则是先递增再递减的过程，所以只会有一个峰值。

12、（2）无偏性

13、对于同一目标，函数的最大评价值对应最清晰的图像。

14、（3）灵敏度

15、在极值两侧评价函数曲线越陡峭，灵敏度越高，更利于区分轻微离焦的情况。

16、（4）实时性

17、对于边缘细节信息较多的图像，计算量较大，需要考虑评价函数的计算复杂度。

18、虽然现有的视频设备厂商在设备中采用过不同的对焦方法，文献中也公开了很多种用于对焦的理论和算法，但在实际中，我们尝试过，简单地利用现有技术的各种算法，或对这些算法进行简单地变换，均无法得到满意的对焦结果。特别是对于高像素的视频图像，这个问题更加严重。那些常用的对焦方法和焦平面数据生成方法，对于单机像素值达到或高于4亿像素的设备，由于对应的是更加大的焦平面，所带来的问题更尖锐，都无法用来得到满意的对焦结果。

19、因此，迫切需要一种新的图像的对焦方法，来有效地解决高像素设备的对焦问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种图像的对焦方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、一种图像的对焦方法，采用复合的互转置卷积算子对，对输入图像本身或经预处理的输入图像进行卷积处理，包括如下步骤：

3、1）对处于一个像素位置的图像，采用一个第一sobel卷积算子和与之成转置关系的第二sobel卷积算子，对所述图像进行卷积计算，得到一个第一卷积图像和一个第二卷积图像；并且对同样像素位置的图像，采用一个第三prewit卷积算子和与之成转置关系的第四prewit卷积算子，对所述图像进行卷积计算，得到一个第三卷积图像和一个第四卷积图像；

4、所述第一sobel卷积算子和第二sobel卷积算子所组成的算子对分别为互为转置的和，

5、所述第三prewit卷积算子和第四prewit卷积算子所组成的算子对分别为互为转置的和；

6、2）对多个像素位置的图像，求所述第一卷积图像和第二卷积图像的均方根值或绝对值的平均，得到第一图像数据；对同样的多个像素位置的图像，求所述第三卷积图像和第四卷积图像的均方根值或绝对值的平均，得到第二图像数据；

7、3）将第一图像数据中相关的每个像素位置的值累加得到一个data1，相应地将第二图像数据中相关的每个像素位置的值累加得到一个data2；

8、4）将步骤3）中得到的所述data1和data2算术累加或加权累加，得到焦平面数据，

9、5）采用所得到的上述焦平面数据，对所采用的设备进行对焦。

10、更进一步的，先对输入图像进行中值滤波预处理得到滤波图像，再对所述滤波图像进行卷积处理。本发明的图像的对焦方法引入中值滤波预处理，能够有效去除部分噪声，加入中值滤波后进行卷积处理，能够更好的提高对焦方法的灵敏度。

11、更进一步的，步骤5）中对所得到的所述data1和data2进行加权累加的方法是，比较data1和data2的大小，对较小的数据加以较大的权重，使加权后的两数据相当。

12、有益效果：本发明结合4种不同的卷积算子进行卷积计算后，求出最终的对焦度值，相比单一的卷积计算后的对焦度值，也提高了图像对焦方法的灵敏度和准确度。

13、本发明还一种自动对焦程序，用于确定相机类产品的焦平面，所述程序的编码执行如上所述的图像的对焦方法。

14、有益效果：本发明的自动对焦程序执行图像的对焦方法，对焦方法结合4种不同的卷积算子进行卷积计算后，求出最终的对焦度值，相比单一的卷积计算后的对焦度值，也提高了对焦方法的灵敏度和准确度。

15、本发明还公开了一种自动对焦相机，包括一个由多个成像元件所组成的成像平面，可推动所述成像平面往复运动以使相机摄入的图像落到所述的成像平面的促动器，以及一个焦平面确定组件，所述焦平面确定组件包括一个存储器，所述存储器存储并执行如上所述的自动对焦程序。

16、有益效果：本发明的自动对焦相机采用自动对焦程序，自动对焦程序执行图像的对焦方法，对焦方法结合4种不同的卷积算子进行卷积计算后，求出最终的对焦度值，相比单一的卷积计算后的对焦度值，也提高了对焦方法的灵敏度和准确度。

技术特征：

1.一种图像的对焦方法，其特征在于，采用复合的互转置卷积算子对，对输入图像本身或经预处理的输入图像进行卷积处理，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的图像的对焦方法，其特征在于，先对输入图像进行中值滤波预处理得到滤波图像，再对所述滤波图像进行卷积处理。

3.如权利要求1或2所述的图像的对焦方法，其特征在于， 步骤4）中对所得到的所述data1和data2进行加权累加的方法是，比较data1和data2的大小，对较小的数据加以较大的权重，使加权后的两数据相当。

4.一种自动对焦程序，用于确定相机类产品的焦平面，其特征在于，所述程序的编码执行如权利要求1至3之一所述的图像的对焦方法。

5.一种自动对焦相机，包括一个由多个成像元件所组成的成像平面，可推动所述成像平面往复运动以使相机摄入的图像落到所述的成像平面的促动器，以及一个焦平面确定组件， 其特征在于， 所述焦平面确定组件包括一个存储器，所述存储器存储并执行如权利要求4所述的自动对焦程序。

技术总结本发明公开了一种图像的对焦方法，对输入图像分别利用四种卷积算子进行卷积计算，得到四个卷积图像，结合4种不同的卷积算子进行累加计算后，求出最终的对焦度值，相比现有技术的焦平面数据生成方法，提高了对焦方法的灵敏度和准确度。本发明还公开了采用图像的对焦方法的自动对焦程序和自动对焦相机。技术研发人员：陈烨受保护的技术使用者：南京威派视半导体技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29