[发明专利]一种基于电液可调焦镜头的移动目标实时自动对焦方法

说明书

本发明公开了一种基于电液可调焦镜头的移动目标实时自动对焦方法，属于相机调焦技术领域，包括如下步骤：（1）算法初始化；（2）跟踪器初始化，跟踪输出目标框作为后续对焦窗口；（3）进行一次自动对焦，目标跟踪，读取当前帧，计算当前帧的电流值和尺寸；（4）计算当前帧与前一帧电流差，变焦迭代，即设置下一帧的预测电流计算值为当前帧电流值加上电流差；（5）目标跟踪，读取帧，计算尺寸；（6）比较前后帧尺寸，根据不同的爬山方向进行相应的状态估计，得到当前帧精确电流值；（7）对于同一目标重复步骤（4）至步骤（6），即可实现对运动目标的持续实时自动对焦。本发明结合目标跟踪算法和自动对焦，实现移动目标的实时自动对焦。

技术领域

本发明属于相机调焦技术领域，具体涉及一种基于电液可调焦镜头的移动目标实时自动对焦方法。

背景技术

视觉信息作为人类感知外界信息的主要依据，在各类信息的占比可达80％。因此对于执行运动目标追踪的移动机器人而言，往往以图像序列作为检测、识别、跟踪目标的信息源，并以图像作为主要的人机交互方式来反馈目标信息，以帮助移动机器人的使用者更好地观察被跟踪目标，感知当前环境状态，做出进一步指令。

移动机器人在随动跟踪过程中，需要与目标保持合适的距离。若距离太近，当目标突然减速时移动机器人可能会因为制动不及时与目标发生碰撞，距离过近也不利于观察者通过图像反馈获取目标的整体状况和周边环境的信息；若距离过远，则移动机器人可能因目标突然加速或转向而跟丢目标。对于一套特定的光学成像系统，当其光圈大小、焦距等参数选定之后，其景深大小和位置就唯一确定下来。目标移动可能使其离开景深范围，造成其图像因离焦而模糊。因离焦而产生的模糊会使图像的边缘信息减少、细节信息丢失、图像白化，这些势必会影响目标追踪算法中的关键部分——目标特征表征的性能，进而影响目标追踪算法的整体性能；目标离焦产生的模糊还会妨碍视频观测者观察目标的细节和边缘信息，影响高质量信息的获取。

传统的自动对焦方法主要针对静止目标，或者物距波动不大的移动物体的对焦场景。当目标在视线方向移动时，目标不断离开景深范围，则需要进行对焦，传统的对焦方法一次对焦过程需要在整个调节范围内搜索最佳焦距的位置，往往需要耗费一两秒的时间，再加上目标跟踪算法本身的计算量，目前的算法根本难以满足运动目标跟踪的需求。此外，传统对焦方法单纯采用清晰度评价来判断目标位置变化，易受光照影响，算法脆弱。

以optotune为代表电液可调焦镜头的出现大大改变了上述困境。该类镜头具有调焦响应速度快、能耗低、结构紧凑、重复定位精度高等优势，可实现快速精确对焦。通过设置电流值可以改变镜头的焦距，而通过电流的变化可以表征目标的运动速度。因此跟踪电流的变化可以为移动机器人制定合适的随动策略。利用电液可调焦镜头保证目标始终处于清晰状态、使移动机器人和目标间的距离处于合理区间，始终得到清晰的图像，对于提升移动机器人的目标跟踪任务的执行效果、降低系统复杂度而言具有重大意义。

鉴于以上技术背景，基于电液可调焦镜头开发一个能够对运动目标实时对焦的算法具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速对焦的基于电液可调焦镜头的移动目标实时自动对焦方法。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于电液可调焦镜头的移动目标实时自动对焦方法，包括如下步骤：

(1)算法初始化，以中心区域部分图像作为对焦窗口进行爬山法自动对焦，计算初始电流值I₁；

(2)跟踪器初始化，框选目标，跟踪输出目标框作为后续对焦窗口；

(3)进行一次自动对焦，目标跟踪，读取当前帧，计算当前帧的电流值I₂和尺寸Size₁；