專(zhuān)利名稱(chēng)：一種數(shù)碼相機(jī)基于非均勻采樣窗口的自動(dòng)對(duì)焦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)碼相機(jī)(Digital Still Camera，DSC)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體的是，涉及一種用于DSC在未檢測(cè)到明顯成像主體情況下基于非均勻采樣窗口的自動(dòng)對(duì)焦的辦法。
背景技術(shù)：
作為成像系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)于20世紀(jì)70年代最初應(yīng)用于照相系統(tǒng)。傳統(tǒng)的對(duì)焦技術(shù)大部分是基于測(cè)距原理的；隨著電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了基于視頻信號(hào)分析的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)；進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，以CXD(或CMOQ獲取的圖像作為對(duì)焦的基本信息，以圖像分析與處理為基礎(chǔ)的智能化自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)蓬勃發(fā)展，在以數(shù)碼相機(jī)為代表的現(xiàn)代數(shù)字成像系統(tǒng)中廣泛采用。基于數(shù)字圖像處理的方法分為兩大類(lèi)對(duì)焦深度法和離焦深度法。對(duì)焦深度法簡(jiǎn)稱(chēng)DFF(D印th from Focus)，是一種建立在搜尋過(guò)程上的對(duì)焦方式。它通過(guò)一系列對(duì)焦逐漸準(zhǔn)確的圖像來(lái)確定物點(diǎn)至成像系統(tǒng)的距離；離焦深度法簡(jiǎn)稱(chēng)DFD(D印th from Defocus)，是一種從離焦的圖像中獲得物體深度信息的方法。在DFD方法下，需捕獲2-3幅不同成像參數(shù)下的圖像，它們之間存在一定的相對(duì)模糊量，對(duì)圖像的局部區(qū)域進(jìn)行處理和分析，可確定其模糊程度以及深度信息。對(duì)特定的成像系統(tǒng)，圖像的清晰度反映了系統(tǒng)的離焦程度。當(dāng)圖像比較清晰(即對(duì)焦比較好)時(shí)，圖像細(xì)節(jié)豐富，在空域表現(xiàn)為相鄰像素的特征值(如會(huì)對(duì)、顏色等)變化較大，在頻域表現(xiàn)為頻譜的高頻分量多。利用這一特點(diǎn)可以構(gòu)造各種對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)圖像的清晰對(duì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的要求是單峰函數(shù)，且對(duì)同一成像目標(biāo)的一系列圖像求其曲線，其最大值恰好對(duì)應(yīng)最清晰的圖像；函數(shù)在峰值兩側(cè)分別單調(diào)上升和單調(diào)下降； 函數(shù)在峰值兩側(cè)的斜率絕對(duì)值應(yīng)該比較大。進(jìn)行對(duì)焦區(qū)域選擇有兩個(gè)原因由于對(duì)圖像運(yùn)用對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行的運(yùn)算基本上與圖像的像素成正比，為了達(dá)到實(shí)時(shí)性的要求，必須減少參加運(yùn)算的像素的數(shù)量；如果對(duì)整幅圖像運(yùn)用對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)，圖像中不重要的部分(背景)會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)效果產(chǎn)生負(fù)面的影響，導(dǎo)致圖像中的重要部分(成像主目標(biāo))無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)焦?，F(xiàn)有自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的最大問(wèn)題是智能化程度較低，突出表現(xiàn)在對(duì)焦窗口選擇過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法適用于各種場(chǎng)合。當(dāng)景物為平面物體時(shí)，無(wú)論是對(duì)焦深度法還是離焦深度法都顯示出很好的性能；當(dāng)實(shí)際的拍攝場(chǎng)景存在明顯的可以檢測(cè)到的成像主體時(shí)，以檢測(cè)到的成像主體區(qū)域作為對(duì)焦窗口，現(xiàn)有的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)同樣可以得到很好的效果。但實(shí)際的拍攝場(chǎng)景千姿百態(tài)，成像主體與背景的關(guān)系千變?nèi)f化，對(duì)焦失敗的情況時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于在成像區(qū)域未檢測(cè)到明顯的成像主體時(shí)DSC的自動(dòng)對(duì)焦的方法。該方法更具體的說(shuō)是在DSC自動(dòng)對(duì)焦的過(guò)程中，通過(guò)采用非均勻采樣的對(duì)焦窗口規(guī)劃，從而在減少參與對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)運(yùn)算的像素?cái)?shù)據(jù)量的同時(shí)，得到靈敏度更高的平均對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)，從而可以正確的對(duì)成像目標(biāo)對(duì)焦。下面詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體技術(shù)方案一種采用非均勻采樣對(duì)焦窗口規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)DSC的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的方法，該方法包括DSC自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)處于離焦?fàn)顟B(tài)，采集和獲得待對(duì)焦的成像區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)；DSC自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)計(jì)算均勻采樣區(qū)域的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)；DSC自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)計(jì)算非均勻采樣區(qū)域的像素采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)計(jì)算獲得的像素采樣數(shù)據(jù)，計(jì)算非均勻采樣區(qū)域的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)；DSC自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)以不同的權(quán)重值分別乘以計(jì)算得到的中央?yún)^(qū)域與非均勻采樣區(qū)域的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值，相加得到最后的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值；DSC自動(dòng)對(duì)焦函數(shù)根據(jù)計(jì)算得到的圖像的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值，采用Fibonacci搜尋法探測(cè)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的峰值位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)成像目標(biāo)對(duì)焦。其特征在于本發(fā)明所述方法在計(jì)算均勻采樣區(qū)域的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)時(shí)，采用的均勻采樣區(qū)域的窗口規(guī)劃方案是中央?yún)^(qū)域選擇策略(在成像區(qū)域未檢測(cè)到明顯成像主體時(shí))，采用的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)是能量梯度函數(shù)。本發(fā)明所述方法在計(jì)算非均勻采樣區(qū)域的像素采樣數(shù)據(jù)時(shí)，首先根據(jù)原圖像像素坐標(biāo)確定該像素屬于非均勻采樣區(qū)域的哪一個(gè)采樣點(diǎn)區(qū)域，并與先前判斷屬于該區(qū)域的像素值共同決定該采樣點(diǎn)區(qū)域的采樣數(shù)據(jù)值。本發(fā)明所述方法在計(jì)算非均勻采樣區(qū)域的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)時(shí)，首先將采樣數(shù)據(jù)映射到一個(gè)新的坐標(biāo)系(該坐標(biāo)系以該采樣點(diǎn)區(qū)域中心所處的位置離原點(diǎn)的距離為X軸，以其與原坐標(biāo)系y = χ直線所形成的夾角為y軸)，然后采用能量梯度函數(shù)計(jì)算其聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值。本發(fā)明所述方法對(duì)均勻區(qū)域的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值和非均勻區(qū)域的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值賦予不同的權(quán)重值(該權(quán)重值根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定)，并計(jì)算得到對(duì)整幅圖像的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值， 接下來(lái)根據(jù)該函數(shù)值采用Fibonacci搜尋法探測(cè)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的峰值位置，則在一系列圖像后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)成像目標(biāo)的對(duì)焦。本發(fā)明所述方法在實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用非均勻采樣保持中心分辨率最高，能很好的保留中央?yún)^(qū)域的細(xì)節(jié)，不丟失計(jì)算對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)所需高頻部分的信息；邊緣部分的分辨率隨離中心距離的增加而下降，越靠近中心，分辨率越大，越遠(yuǎn)離中心，分辨率越小，這樣就能保證給予靠近中央凹區(qū)域的信息在聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的計(jì)算以較大的權(quán)重；非均勻采樣減少了參與聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算的像素?cái)?shù)據(jù)量，從而可以加速聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的計(jì)算。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖1為本發(fā)明所述方法的步驟流程圖。圖2為本發(fā)明所述方法采用的非均勻采樣窗口規(guī)劃的模型。圖3為獲得非均勻采樣區(qū)域的像素采樣數(shù)據(jù)的步驟流程圖。
圖4為非均勻采樣區(qū)域像素采樣數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖<
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖2所示為非均勻采樣窗口規(guī)劃的模型示意圖。這種采樣方式以邊長(zhǎng)不同的正方形采樣區(qū)域，將整個(gè)輸入的圖像分成了兩個(gè)區(qū)域中心區(qū)域和邊緣區(qū)域。中心區(qū)域?qū)?yīng)人眼的中央凹，在這個(gè)區(qū)域有最大的分辨能力，即保持了原有的圖像分辨率；邊緣區(qū)域?qū)?yīng)于人眼視網(wǎng)膜上中央凹周?chē)母泄鈪^(qū)域，在這個(gè)區(qū)域里人眼分辨率呈指數(shù)形式下降，即圖像分辨率呈指數(shù)形式下降。采用矩形采樣，而不是扇形采樣或者圓形采樣，是為了降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。在這種采樣方式中，首先需要定義兩個(gè)邊長(zhǎng)序列，一個(gè)序列為以中央為中心的同心正方形的邊長(zhǎng)2S，另一個(gè)序列為沿這些同心正方形內(nèi)部排列的采樣小單元(矩形采樣單元)的長(zhǎng)和寬2w。如圖2所示，中心區(qū)域fovea的邊長(zhǎng)為2S。，該區(qū)域保持了原有的圖像分辨率；同心正方形從內(nèi)向外延展，其邊長(zhǎng)按照等比分布，2Sm+1 = 2*2Sffl ；采樣小單元從內(nèi)向外延展，其長(zhǎng)寬均按照等比分布，2hm+1 = 2*2hm = Sffl, 2wffl+1 = 2*wm = 2m+1。根據(jù)以上描述，非均勻采樣的投影變換公式為
權(quán)利要求
1.一種數(shù)碼相機(jī)基于非均勻采樣窗口的圖像采樣方法，其特征在于(1)根據(jù)參數(shù)&，將待采樣圖像劃分為兩個(gè)不同的采樣區(qū)域，分別是均勻采樣區(qū)域和非均勻采樣區(qū)域；(2)均勻采樣區(qū)域是位于待采樣圖像中央?yún)^(qū)域的邊長(zhǎng)為2 的正方形區(qū)域。在均勻采樣區(qū)域內(nèi)，采樣分辨率保持待采樣圖像的分辨率不變，即在均勻采樣區(qū)域內(nèi)，采樣窗口是1 X 1 的正方形窗口；(3)非均勻采樣區(qū)域是待采樣圖像除均勻采樣區(qū)域以外的其他區(qū)域。非均勻采樣區(qū)域被一系列與均勻采樣區(qū)域共中心點(diǎn)的、四邊與均勻采樣區(qū)域四邊平行的、邊長(zhǎng)為2 的正方形劃分為不同的環(huán)狀區(qū)域，其中^11滿(mǎn)足= 28^,8! = 2 為等比關(guān)系。在邊長(zhǎng)為2SM和 2 的正方形形成的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)，采用大小為Zm-1XSlrt矩形采樣窗口以逆時(shí)針?lè)较驋呙璨蓸拥玫街夭蓸酉袼?。在非均勻采樣區(qū)域內(nèi)，采樣分辨率隨著離圖像中心距離逐漸增大而等比下降。
2.一種數(shù)碼相機(jī)基于非均勻采樣窗口的自動(dòng)對(duì)焦方法，其特征在于包括以下步驟(1)數(shù)碼相機(jī)(DigitalStill Camera, DSC)系統(tǒng)記錄一幀圖像1，即根據(jù)權(quán)利要求1 所述的待采樣圖像；(2)根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)碼相機(jī)基于非均勻采樣窗口的圖像采樣方法，數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)對(duì)圖像1進(jìn)行重采樣，分別得到圖像1均勻采樣區(qū)域的重采樣圖像2和非均勻采樣區(qū)域的重采樣圖像3;(3)數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)分別計(jì)算圖像2和圖像3的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值，繼而計(jì)算得到圖像1的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值；(4)數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)判斷步驟(3)得到的圖像1的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值是否相應(yīng)的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的峰值，若是，則完成對(duì)焦；若否，則調(diào)整焦距，并重復(fù)步驟(1)至步驟G)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于數(shù)碼相機(jī)(Digital Still Camera，DSC)在未檢測(cè)到成像區(qū)域存在明顯成像主體情況下的自動(dòng)對(duì)焦方法的對(duì)焦窗口規(guī)劃方法。所述方法在進(jìn)入自動(dòng)對(duì)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，采用了與傳統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦方法不同的非均勻采樣的對(duì)焦窗口規(guī)劃方案，其中央?yún)^(qū)域采用均勻采樣，而中央?yún)^(qū)域以外的部分，隨著離中央?yún)^(qū)域距離的增加，在更低的分辨率下進(jìn)行采樣，從而很好的模擬了人眼視網(wǎng)膜成像的模型，能夠在對(duì)較少的像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算的情況下達(dá)到很好的對(duì)焦效果。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102170521SQ20101020680
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者劉春暉, 李興仁, 石亞飛 申請(qǐng)人:上海盈方微電子有限公司