一种摄像头变倍的方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及变焦跟踪技术领域，特别是涉及一种摄像头变倍的方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

传统的变焦跟踪技术主要包含以下问题：

1、同类产品，摄像头从低倍率变倍到高倍率画面会变模糊。在实时性较高的场景下，由于无法保证变倍过程全程清晰，需要限制变倍倍率。或是不限制变倍倍率时，变倍到高倍率后画面模糊，待对焦结束，画面的重要信息已经丢失。

2、传统的变焦跟踪技术需要假设物体物距保持不变，在物体物距变化的情况下将不能很好地保持全程清晰。

3、传统的变焦跟踪技术需要在同一个焦点位置上下探测两个位置来对比清晰度值。变焦过程不流畅，会有卡顿现象。

发明内容

本发明的实施例提供了一种摄像头变倍的方法与系统，以根据实时获取的画面清晰度值，比较前后帧清晰度值大小实时校正对焦曲线，保证摄像头变倍过程的流畅。

为了实现上述目的，一方面，提供一种摄像头变倍的方法，包括以下步骤：

S1：在摄像头初始的对焦物距曲线上,在不同的焦距下以预定的间隔选取若干个参考点，以所述若干个参考点模拟事实无穷远物距曲线，利用所述事实无穷远物距曲线与镜头的无穷远物距曲线进行校正得到校正后的对焦物距曲线；

S2：在所述校正后的对焦物距曲线中选择一条作为所述摄像头当前所使用的物距曲线，控制变焦电机与聚焦电机在所述摄像头当前所使用的物距曲线上运动，且每一次运动的时间为一帧图像的时间；在摄像头变倍时设置探测步数，根据所述探测步数将变焦电机与聚焦电机下一次运动将要到达的点变换到新的物距曲线上；

S3：比较所述S2中摄像头变倍前后两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的大小，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正，重复执行所述S2至所述S3，直到所述摄像头变倍到目标倍率。

在具体的实施例中，所述S1具体包括：

S101:根据摄像头在出厂时厂家提供的不同物距的初始对焦物距曲线，选取某一物距的初始对焦物距曲线，在不同的焦距下以预定的间隔选取若干个参考点，所述间隔根据镜头的倍数进行选取，低倍的镜头选取更大的间隔，高倍的镜头选取更小的间隔；

S102:使用平行光管模拟无穷远，将镜头对准平行光管，在所述若干个参考点的位置下使用自动对焦算法分别聚焦清晰；

S103:以所述若干个参考点模拟出一条事实无穷远物距曲线，再根据所述若干个参考点的位置使用线性插值的方法，求出在所述事实无穷远物距曲线上除去所述若干个参考点对应的焦距以外的焦点；

S104:再将所述事实无穷远物距曲线与镜头的无穷远物距曲线作差得到差值，根据摄像头在出厂时厂家提供的不同物距的初始对焦物距曲线,针对每条不同物距的初始对焦物距曲线，都按所述差值进行平移得到相应的校正后的对焦物距曲线。

在具体的实施例中，所述探测步数的设置方法包括：

根据当前焦距的焦深计算：

公式为

T＝±2F

其中，F＝f/D,称为镜头的光圈系数，D为镜头的光圈大小，λ为光谱波长，T为所述探测步数；

按照经验值计算：

在不同的倍率设定不同的探测步数，公式为

其中Z

在具体的实施例中，所述比较相邻两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的大小，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正，具体包括：

使用PI控制器，将所述相邻两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的差值作为所述PI控制器的输入，计算出所需切换的物距的量，根据所述所需切换的物距的量对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正。

在具体的实施例中，所述比较相邻两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的大小，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正，具体包括：

使用压缩置信区间的方法，将所述相邻两次运动过程中的一帧图像的所对应的物距曲线分别表示为初始的置信区间上边界与下边界，在镜头变倍过程中，通过比较对应的清晰度值大小以更新置信区间，并将更新后的置信区间的中间曲线作为所述摄像头当前所使用的物距曲线。

在具体的实施例中，所述比较相邻两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的大小，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正，具体包括：

根据公式

计算每次物距切换的变化量ΔC，再根据所述变化量对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行切换，其中，ΔFcous为探测步数，ΔFV表示为所述相邻两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的差值，P为变倍摄像机的固有参数。

在具体的实施例中，所述比较相邻两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的大小，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正，具体包括：

根据公式

计算每次物距切换的变化量ΔC，再根据所述变化量对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行切换；其中，P与K为变倍摄像机固有参数，Z

另一方面，提供一种摄像头变倍的系统，包括：

物距曲线校正模块：配置用于在摄像头初始的对焦物距曲线上,在不同的焦距下以预定的间隔选取若干个参考点，以所述若干个参考点模拟事实无穷远物距曲线，利用所述事实无穷远物距曲线与镜头的无穷远物距曲线进行校正得到校正后的对焦物距曲线；

摄像头变倍探测模块：配置用于在所述校正后的对焦物距曲线中选择一条作为所述摄像头当前所使用的物距曲线，控制变焦电机与聚焦电机在所述摄像头当前所使用的物距曲线上运动，且每一次运动的时间为一帧图像的时间；在摄像头变倍时设置探测步数，根据所述探测步数将变焦电机与聚焦电机下一次运动将要到达的点变换到新的物距曲线上；

物距曲线切换模块：配置用于比较所述摄像头变倍探测模块中摄像头变倍前后两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的大小，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正，重复执行所述摄像头变倍探测模块至所述物距曲线切换模块，直到所述摄像头变倍到目标倍率。

又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机处理器执行时实施上文所述的摄像头变倍的方法。

又一方面，提供了一种摄像头变倍的装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如上文所述的摄像头变倍的方法。

上述技术方案具有如下技术效果：

1、根据实时获取画面清晰度值，比较前后帧清晰度值大小，实时校正对焦曲线，使得变倍过程全程清晰、提高了画面的实时性。

2、变倍结束后聚焦电机处于焦点附近，使得自动对焦算法更容易找到焦点、自动对焦速度更快。

3、在变倍过程中，不断将系统所使用的物距曲线改为与清晰度值较大的图像对应的物距曲线靠近，从而不断修正所使用的物距曲线，直到变倍到目标倍率，使得变焦过程流畅，无需等待获取清晰度值，且不会卡顿。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种摄像头变倍的方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例的变倍摄像头的对焦物距曲线的特性；

图3为本发明一实施例的摄像头运动过程示意图；

图4为本发明另一实施例的PI控制器结构图；

图5为本发明另一实施例的压缩置信区间方法流程图；

图6为本发明一实施例的一种摄像头变倍的装置的结构示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一：

图1为本发明一实施例一种摄像头变倍的方法的流程示意图。在该实施例中，包括以下步骤：

S1：在摄像头初始的对焦物距曲线上,在不同的焦距下以预定的间隔选取若干个参考点，以所述若干个参考点模拟事实无穷远物距曲线，利用所述事实无穷远物距曲线与镜头的无穷远物距曲线进行校正得到校正后的对焦物距曲线；

在具体的实施例中，所述S1具体包括：

S101:根据摄像头在出厂时厂家提供的不同物距的初始对焦物距曲线，选取某一物距的初始对焦物距曲线，在不同的焦距下以预定的间隔选取若干个参考点，所述间隔根据镜头的倍数进行选取，低倍的镜头选取更大的间隔，高倍的镜头选取更小的间隔；

S102:使用平行光管模拟无穷远，将镜头对准平行光管，在所述若干个参考点的位置下使用自动对焦算法分别聚焦清晰；

S103:以所述若干个参考点模拟出一条事实无穷远物距曲线，再根据所述若干个参考点的位置使用线性插值的方法，求出在所述事实无穷远物距曲线上除去所述若干个参考点对应的焦距以外的焦点；

S104:再将所述事实无穷远物距曲线与镜头的无穷远物距曲线作差得到差值，根据摄像头在出厂时厂家提供的不同物距的初始对焦物距曲线,针对每条不同物距的初始对焦物距曲线，都按所述差值进行平移得到相应的校正后的对焦物距曲线。

S2：在所述校正后的对焦物距曲线中选择一条作为所述摄像头当前所使用的物距曲线，控制变焦电机与聚焦电机在所述摄像头当前所使用的物距曲线上运动，且每一次运动的时间为一帧图像的时间；在摄像头变倍时设置探测步数，根据所述探测步数将变焦电机与聚焦电机下一次运动将要到达的点变换到新的物距曲线上；

图2为本发明一实施例的变倍摄像头的对焦物距曲线的特性，根据图2，低倍率时不同物距焦点电机的位置都比较靠近，高倍时焦点电机的位置都比较分散。根据S2，摄像头由低倍到高倍变化时，控制变焦电机与聚焦电机每一次运动的时间为一帧图像的时间，运动前与运动后分别位于不同的物距曲线上。

图3为本发明一实施例的摄像头运动过程示意图，如图3所示系统驱动变焦电机与聚焦电机从P1运动到P2,再从P2运动到P5,最后从P5运动到P4。其中P1,P2,P3,P4在同一物距曲线S1上，位置为(Z

所述探测步数的设置方法包括：

1.根据当前焦距的焦深计算：

公式为

T＝±2F

其中，F＝f/D,称为镜头的光圈系数，D为镜头的光圈大小，λ为光谱波长，T为所述探测步数；

2.按照经验值计算：

在不同的倍率设定不同的探测步数，公式为

其中Z

S3：比较所述S2中摄像头变倍前后两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的大小，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正，重复执行所述S2至所述S3，直到所述摄像头变倍到目标倍率。

如图3所示，根据S3，摄像头从P1经过P2，P5最后到达P4位置。提前计算好每两个位置之间的步数差，以及电机运动速度。确保每一次的动作所需要的时间都为一帧图像所需的时间。在电机运动到P2时获取当前的清晰度值FV1,此时FV1对应的即是P1到P2这个运动过程的对应的清晰度值。FV1可表示为对应物距曲线S1的清晰度值。在电机运动到P5时获取当前的清晰度值FV2,此时FV2对应的即是P2到P5这个运动过程的对应的清晰度值。因为此次运动有偏向物距曲线S2的趋势，所以FV2可表示为对应物距曲线S2的清晰度值。比较FV1与FV2的大小，其中数值较大则表示当前物距更偏向对应物距曲线。

实施例二：

在具体的实施例中，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正的过程可以是：

如图4的PI控制器结构图，使用PI控制器，将所述相邻两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的差值作为所述PI控制器的输入，计算出所需切换的物距的量，根据所述所需切换的物距的量对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正。

所需切换的物距的量根据以下公式

ΔS(k)＝ΔS(k-1)+K

进行计算，其中ΔS(k)为本次所需切换物距的量，ΔS(k-1)为上一次切换物距的量，Δe(k)为本次FV值偏差，Δe(k-1)为上一次FV值偏差。K

实施例三：

在具体的实施例中，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正的过程可以是：

如图5的压缩置信区间方法流程图，使用压缩置信区间的方法，将所述相邻两次运动过程中的一帧图像的所对应的物距曲线分别表示为初始的置信区间上边界与下边界，在镜头变倍过程中，通过比较对应的清晰度值大小以更新置信区间，并将更新后的置信区间的中间曲线作为所述摄像头当前所使用的物距曲线。

根据上述压缩置信区间的方法，在图3中，曲线S1与S5分别表示初始的置信区间上边界与下边界。假设当变倍到达位置P时，经比较清晰度值，确定物距曲线需要往S5方向靠拢。则置信区间的上边界由S1更新为S2，以此来压缩置信区间。后续则按S2与S5的中间曲线S4继续变倍，在后续的变焦过程中按照同样的方法继续调节置信区间。置信区间的上边界与下边界的更新方法如下公式所示：

C

其中，C

实施例四：

在具体的实施例中，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正的过程可以是：

根据公式

计算每次物距切换的变化量ΔC，再根据所述变化量对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行切换，其中，ΔFcous为探测步数，ΔFV表示为所述相邻两次运动过程中的一帧图像的清晰度值的差值，P为变倍摄像机的固有参数，不同倍率的摄像机调整系数可以不同。

实施例五：

在具体的实施例中，根据清晰度值更大的一帧图像所对应的物距曲线对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行修正的过程可以是：

根据公式

计算每次物距切换的变化量ΔC，再根据所述变化量对所述摄像头当前所使用的物距曲线进行切换；其中，P与K为变倍摄像机固有参数，不同倍率的摄像机调整系数可以不同，Z

实施例六：

本发明还提供一种摄像头变倍的装置，如图6所示，该装置包括处理器601、存储器602、总线603、以及存储在所述存储器602中并可在所述处理器601上运行的计算机程序，处理器601包括一个或一个以上处理核心，存储器602通过总线603与处理器601相连，存储器602用于存储程序指令，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。

进一步地，作为一个可执行方案，所述摄像头变倍的装置可以是计算机单元，该计算机单元可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机单元可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述计算机单元的组成结构仅仅是计算机单元的示例，并不构成对计算机单元的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。例如所述计算机单元还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。

进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述计算机单元的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机单元的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机单元的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

实施例七：

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。

所述计算机单元集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。