一种全像素自动对焦方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，特别是涉及一种全像素自动对焦方法、装置、设备及介质。

背景技术

自动对焦技术是摄影领域的前沿问题，采用基于计算机视觉的自动对焦技术成为当前主要研究方向之一。这种技术在各个领域得到了广泛应用，包括但不限于摄影、视频录制和计算机视觉领域。自动对焦技术的不断发展使得相机系统能够更快速、准确地实现焦点的自动调整。

现有的自动对焦技术主要包括：对比度检测技术以及相位检测技术等等。基于对比度的检测技术，即通过比较相邻像素的亮度差异来判断图像是否达到清晰状态；基于相位的检测技术，即使用相机镜头前的特殊传感器，通过测量光的相位差异来确定焦点位置。

现阶段，受限于传感器的灵敏度度以及算法精度等问题，现有的自动对焦技术存在对焦像素数或区域选择局限，拍摄过程镜头不断伸缩选择最佳对焦状态造成的耗时长等问题。因此，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种全像素自动对焦方法、装置、设备及介质，用于解决现有技术中对焦像素数或区域选择局限，尤其针对抓拍等拍摄过程镜头不断伸缩选择最佳对焦状态造成的耗时长等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全像素自动对焦方法、装置、设备及介质，包括：

步骤1，将图像采集装置固定在运动执行机构上，并将其与光学系统呈一条直线摆放，保证后续拍摄时镜头组件的光轴与图像采集装置的成像面垂直。在搭建装置时，需将图像采集装置或镜头组件固定在运动执行机构上，并保证镜头组件的光轴与图像采集装置的成像面垂直，满足基本的实验拍摄要求。

步骤2，将图像采集装置捕获的图像输入全像素回归模型，得到各像素位置对应的高斯型点扩散函数的标准差。通过对图像采集装置处于初始位置状态时获取的离焦图像进行去噪等预处理后，采用全像素回归模型确定所选区域内每个像素点的点扩散函数，通过点扩散函数可以得到对应每个像素点的离焦量。传统相机作为非相干成像系统可以建模为各向同性的高斯函数

步骤3，任意指定对焦区域或像素点。对焦区域或像素点的选择方式包括但不限于人为任意选择、固定图像中心和智能算法检测识别目标物。

步骤4，由所述标准差计算得到对应像素位置的弥散圆的半径

步骤5，控制运动执行机构按照所述位移量移动图像采集装置或镜头至指定位置，实现全像素自动对焦。为保证图像采集装置移动位移量的精准度，选择通过编程控制电控平移台的方式推动图像采集装置移动相应位移，使其能够得到全聚焦图像，由存储在计算装置中的程序实现上述任一项所述的一种全像素自动对焦方法、装置、设备及介质的步骤。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供了一种全像素自动对焦方法、装置、设备及介质。区别于传统对焦方式需要反复伸缩镜头，这里可以自动控制相机移动相应位移一步到位即可拍摄得到全聚焦图像，极大地缩短了对焦拍摄时间。同时，可以任意选择所要对焦的区域或像素点实现全像素自动对焦，解决了现有的自动对焦技术存在对焦像素数或区域选择局限的问题。

本发明还提出一种全像素自动对焦的实验装置，包括：

记录单元，用以进行拍摄；

离焦量计算单元，通过全像素回归模型计算计算每个像素点点扩散函数，进而得到离散量；

位移计算单元，用以通过弥散圆半径与相机位移之间的对应关系计算出图像采集装置当前位置距离能够拍摄得到全聚焦图像的位移量；

移动控制单元，用以控制电控平移台按照上述计算得到的位移量移动图像采集装置使其位置满足拍摄要求，实现全像素自动对焦。

本发明还提供一种计算机设备，包括处理器、寄存器、显示器和存储器及其在寄存器中由所述处理器执行的计算程序，所述计算程序实现上述任一项所述的一种全像素自动对焦方法、装置、设备及介质的步骤。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的系统工作流程图；

图2为位移量计算依据示意图；

图3为实验装置示意图；

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本申请以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。

本发明提供一种全像素自动对焦方法，系统由一台图像采集装置、一组透镜组件、电控平移台及其支撑部件等组成。其流程图如图1所示，具体包括以下步骤。

步骤S10、实验装置布置。

步骤S20、任意指定对焦区域或像素点。

步骤S30、依据图像采集装置捕获的图像像素信息通过全像素回归模型确定所指定对焦区域内由离焦产生的弥散圆半径。

步骤S40、通过弥散圆半径与相机位移之间的对应关系计算出图像采集装置当前位置距离能够拍摄得到全聚焦图像的位移量。

步骤S50、编程控制电控平移台按照上述计算得到的位移量移动图像采集装置使其位置满足拍摄要求，实现全像素自动对焦。

一种全聚焦和离焦图像对生成方法步骤S10、将图像采集装置固定在电控平移台上，并将其与光学系统保持呈一条直线排布，实验装置示意图如图3所示。

在一些实施例中，实验装置布置，需将图像采集装置固定在电控平移台上，并保证镜头组件的光轴与图像采集装置的成像面垂直，满足基本的实验拍摄要求。

步骤S20、任意指定对焦区域或像素点，在本发明的一些实施例中，可以按个人意愿任意指定想要对焦的区域或像素点，实现全像素自动对焦。

步骤S30、依据图像采集装置捕获的图像像素信息通过全像素回归模型确定所指定对焦区域内由离焦产生的弥散圆半径，在本发明的一些实施例中，可以通过包括但不限于HRNet以及UNet算法进行图像特征的提取，具体涉及以下几个步骤：

1.确定相机当前位置状态下由离焦产生的点扩散函数：

首先，需要通过对图像采集装置处于初始位置状态时获取的离焦图像进行去噪和归一化等其他预处理操作；其次，通过包括但不限于HRNet以及UNet算法进行图像特征提取，经解码器得到像素对应的高斯型点扩散函数的标准差。

2.通过点扩散函数的标准差获得每个像素点的离焦量：

传统相机作为非相干成像系统，其PSF可使用指定标准差生成高斯型点扩散函数的方式或使用指定泽尼克多项式系数的方式生成。其中，使用指定标准差生成高斯型点扩散函数的方式将PSF近似为各向同性的高斯函数

3.获取弥散圆半径R

基于成像系统的特性以及光学原理，可以通过标定和实验得到高斯函数的标准差与图像中的弥散圆半径的对应关系：

步骤S40、通过弥散圆半径与相机位移之间的对应关系计算出图像采集装置当前位置距离能够拍摄得到全聚焦图像的位移量。

在本发明的一些实施例中，参阅图2我们使用弥散圆半径R与物体到透镜的距离v、透镜到像面的距离s以及孔径光阑直径D之间的关系公式

步骤S50、编程控制电控平移台按照上述计算得到的位移量移动图像采集装置使其位置满足拍摄要求，实现全像素自动对焦。

在本发明的一些实施例中，为保证图像采集装置移动位移量的精准度，选择通过编程控制电控平移台的方式推动相机移动相应位移，使其能够得到全聚焦图像。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。