[发明专利]一种基于频域直方图分析的摄像头自动对焦方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于频域直方图分析的摄像头自动对焦方法和系统，方法包括如下步骤：步骤1、摄像头将拍摄数据提供给处理器，对每帧图像进行二维傅里叶变换得到频谱图；步骤2、对频域中频率大小进行直方图统计；步骤3、分析频率直方图，根据非参数密度估计法绘制出正态分布密度曲线和核密度估计曲线；步骤4、摄像头在失焦—对焦—失焦的过程中，分别计算每帧图像，并记录两条曲线相似度最高，且峰值相差最小时的图像参数；步骤5、在对焦过程中当图像参数与最清晰的图像参数吻合时，即为对焦成功。本发明基于频域直方图进行统计分析，通过拟合曲线获取对焦参数，对环境及标定靶标无特殊要求，实现了高精度、高效率、低成本、低复杂度的自动对焦。

技术领域

本发明涉及一种图像聚焦方法，特别是指一种基于频域直方图分析的摄像头自动对焦方法和系统，属于摄像机聚焦技术领域。

背景技术

随着信息和网络技术的发展，摄像机的应用已经涉及到我们生活中的各个领域。传统摄像机所采用的自动聚焦技术存在精度低、成本高等问题，而目前应用较广泛的基于画面处理的自动聚焦方法也需要大量的运算和众多考虑因素。相比之下，由于不同的频率信息在图像结构中有不同的作用，因此从频域中频率大小直方图的分布密度来分析图像可以解决传统摄像机和空域分析中所存在的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于频域直方图分析的摄像头自动对焦方法和系统。可以实现高精度、高效率、低成本、低复杂度的自动对焦。

为达到上述目的，本发明的构思是：

通过傅里叶变换得到频谱图，计算频率直方图，并统计分析频率分布的密度函数。为了提高精确度，摄像头通过在失焦—对焦—失焦的过程找到最清晰的图像记录其参数，当自动对焦与这个参数吻合时，即确定为对焦成功。由于在判断清晰度时，采用的是对频率直方图的核密度函数和正态分布密度函数做比较，不需要额外的光电检测设备或特定标定靶标，大大降低了设备的复杂度和摄像机生产成本。

根据上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种基于频域直方图分析的摄像头自动对焦方法，包括如下步骤：

步骤1、摄像头把拍摄数据提供给处理器，通过图像处理模块对每帧图像进行二维傅里叶变换得到频谱图；

步骤2、统计模块把图像傅里叶变换后得到的频率大小及其出现概率进行直方图统计；

步骤3、拟合模块对频率直方图进行分析，根据非参数密度估计法，绘制出正态(高斯)分布密度曲线和核密度(KDE)估计曲线；

步骤4、摄像头在失焦—对焦—失焦的过程中，计算模块分别计算每帧图像的参数，并记录正态分布密度曲线和核密度估计曲线相似度最高，且两条曲线峰值相差最小时的图像参数；

步骤5、当摄像头从失焦状态进行自动对焦时，比较模块获取到图像参数与步骤4中记录的最清晰的图像参数吻合，即为对焦成功。

进一步的，在步骤2中，对图像进行二维傅里叶变换得到的频谱图进行直方图统计，横坐标表示频率的大小，纵坐标表示对应频率出现的概率。根据频率大小直方图的分布密度函数，可以判断图像的清晰度。

进一步的，在步骤3中，为了拟合直方图用到两个函数：正态分布密度函数和核密度估计函数，其中采用了非参数密度估计法。

另外，本发明提供了一种基于频域直方图分析的摄像头自动对焦系统，包括摄像头和处理器；其中处理器包括依次连接的五个模块：图像处理模块、统计模块、拟合模块、计算模块和比较模块；工作过程中，首先由摄像头将拍摄数据传到处理器，再分别通过处理器中的五个模块进行频域分析，获取对焦成功的图像和参数。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：