本發明涉及視頻采集領域，尤其涉及自動對焦方法及采用該方法的實時視頻采集系統。

背景技術：

電子助視器產品指利用攝像頭獲得影像，并經數碼處理給予放大和其它特殊圖像處理的針對低視力人群的電子輔助設備，如口袋式(手持)電子助視器，固定在桌面上的cctv(closedcircuittelevision，閉路電視)助視器，或具有可旋轉鏡頭、可以輸出到筆記本電腦顯示屏的便攜式助視器等，其放大倍率可達到2倍至100倍以上。低視力者及老年人往往通過使用助視器對需要觀看的物體進行對焦和放大后，進行較長時間的仔細觀看，或者將其放置在桌面上，進行較大時間的文本閱讀。

為了在不同距離下都能獲得最清晰的圖像，現有電子助視器普遍采用單攝像頭自動對焦系統，通過調整攝像頭中馬達的步長來完成對不同距離下的物體對焦。由于助視器實時處理并顯示攝像頭捕捉到的圖像，攝像頭對焦過程中的各種動態變化，如由模糊到清晰、由清晰到模糊的“呼吸”效應，弱光下的失焦、偏焦等現象，使用者均能夠直接觀察到，這無疑會對實際閱讀體驗造成不利影響。

技術實現要素：

為了解決前述問題，本發明提出了一種多目自動對焦方法及采用該方法的實時視頻采集系統。

根據本發明實施例的一種實時視頻采集系統，包括：主攝像頭，采集被拍攝物體的圖像，產生第一圖像信息；從攝像頭，采集被拍攝物體的圖像，產生第二圖像信息；從對焦控制單元，接收來自從攝像頭的第二圖像信息，并基于第二圖像信息調節從攝像頭中鏡頭的位置，直至第二圖像信息合焦；對焦決策單元，基于第二圖像信息合焦時從攝像頭的鏡頭位置，估算第一圖像信息合焦時主攝像頭的鏡頭位置；主對焦控制單元，將估算出的鏡頭位置作為目標位置，調節主攝像頭的鏡頭；圖像處理單元，接收來自主攝像頭的第一圖像信息，并對第一圖像信息進行圖像處理，得到目標圖像信息；以及圖像顯示單元，自圖像處理單元接收目標圖像信息并加以顯示。

根據本發明實施例的一種自動對焦方法，包括：通過主攝像頭采集被拍攝物體的圖像，產生第一圖像信息；通過從攝像頭采集被拍攝物體的圖像，產生第二圖像信息；基于第二圖像信息調節從攝像頭中驅動馬達的馬達步進值，直至第二圖像信息合焦；基于第二圖像信息合焦時從攝像頭的馬達步進值以及主從攝像頭馬達對焦步進值映射表，產生主攝像頭的目標馬達步進值；以及將主攝像頭的馬達步進值調節至目標馬達步進值。

根據本發明實施例的一種自動對焦方法，包括：通過主攝像頭采集被拍攝物體的圖像，產生第一圖像信息；通過從攝像頭采集被拍攝物體的圖像，產生第二圖像信息；基于第二圖像信息調節從攝像頭中鏡頭的位置，直至第二圖像信息合焦；基于第二圖像信息合焦時從攝像頭的鏡頭位置，估算第一圖像信息合焦時主攝像頭的鏡頭位置；以及將估算出的鏡頭位置作為目標位置，調節主攝像頭的鏡頭，以使第一圖像信息合焦。

本發明的實施例包括主攝像頭與從攝像頭，通過先實現從攝像頭的對焦，再基于從攝像頭合焦時其鏡頭的位置對主攝像頭的鏡頭位置進行直接調節，極大地提高了主攝像頭的對焦精度與合焦速度。

附圖說明

以下將結合附圖對本發明做進一步描述，本領域技術人員可以理解，所有附圖均是為了說明的目的，而不用于限制本發明。此外，它們可能僅示出了系統的一部分。

圖1為根據本發明實施例的實時視頻采集系統100的原理性框圖；

圖2為根據本發明實施例的實時視頻采集系統200的原理性框圖；

圖3為根據本發明實施例的圖2所示實時視頻采集系統200的工作流程圖。

具體實施方式

下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是，不必采用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的模塊、電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。本領域普通技術人員應當理解，這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。

如背景技術部分所述，對于現有的單攝像頭自動對焦系統而言，攝像頭對焦過程中的各種動態變化使用者均能夠直接觀察到。針對這個問題，本發明的實施例提出了一種多目自動聚焦方法，在現有技術的基礎上引入一個用于協助主攝像頭聚焦的從攝像頭。該系統先實現從攝像頭的對焦，再基于從攝像頭合焦時其鏡頭的位置對主攝像頭的鏡頭位置進行直接調節，從而極大地提高了主攝像頭的對焦精度與合焦速度。

圖1為根據本發明實施例的實時視頻采集系統100的原理性框圖，包括主攝像頭101、從攝像頭102、圖像處理單元103、圖像顯示單元104、主對焦控制單元105、從對焦控制單元106以及對焦決策單元107。主攝像頭101和從攝像頭102均用于采集被拍攝物體的影像，分別產生第一圖像信息和第二圖像信息。

一般而言，主攝像頭101和從攝像頭102均包括鏡頭、驅動馬達和圖像傳感器。鏡頭是生成影像的光學部件，通常由多片透鏡組成，例如塑膠透鏡或玻璃透鏡。鏡頭用于捕捉被拍攝物體的影像，并將捕捉到的影像聚焦投射至圖像傳感器的感測區域。圖像傳感器用于感測鏡頭所捕捉到的影像，并將光學影像轉變為數字信號。圖像傳感器包括多個呈數組狀分布于有效感測區域的像素單元，其包含的像素單元越多，提供的畫面分辨率也就越高。常用的圖像傳感器主要有ccd(chargecoupleddevice,電荷耦合器件)和cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互補金屬氧化半導體)兩種。驅動馬達通常為壓電馬達、步進馬達或音圈馬達，用于驅動鏡頭沿光軸移動。為簡要起見，鏡頭、驅動馬達與圖像傳感器的具體結構與連接在此不予贅述。

通過控制驅動馬達調節鏡頭在光軸上的位置，改變鏡頭與圖像傳感器之間的距離，從而使被拍攝物體在圖像傳感器上清晰成像的過程，被稱為“對焦”。當被拍攝物體在圖像傳感器上所成的影像被調節為最清晰時,例如滿足1/f＝1/u+1/v時，即為“合焦”。上述公式中，f代表鏡頭的焦距，u代表鏡頭與被拍攝物體之間的距離(即物距)，v代表鏡頭與圖像傳感器之間的距離(即像距)。

在圖1所示的實時視頻采集系統100中，從攝像頭的對焦首先進行。從對焦控制單元106接收來自從攝像頭102中圖像傳感器102a的第二圖像信息，并基于該第二圖像信息控制驅動馬達102c，調節鏡頭102b的位置，直至第二圖像信息合焦為止。從對焦控制單元106可以自第二圖像信息中提取出對焦評價特征，然后采用反差對焦、相對對焦、激光對焦或者其它合適的對焦方式，控制驅動馬達102c，使鏡頭102b到達合焦位置。其中，反差對焦方式對焦準、環境兼容性強，但對焦慢，畫面會前后拉動；相位對焦方式對焦快，但對光線要求高；激光對焦方式弱光及微距拍攝強，但對焦速度較慢。這些對焦方式均為本領域技術人員所熟知，因而在此不予詳述。

對焦決策單元107基于第二圖像信息合焦時從攝像頭102的鏡頭位置，估算第一圖像信息合焦時主攝像頭101的鏡頭位置。該估算可以通過查詢存儲有主從攝像頭合焦位置之間對應關系的映射表實現，也可以通過相關的數學運算來完成。前述映射表可以先基于經驗值完成初始化，再通過實際測量后生成。

主對焦控制單元105將對焦決策單元107估算出的鏡頭位置作為目標位置，控制主攝像頭中的驅動馬達101c調節鏡頭101b，以使第一圖像信息直接合焦。在一個實施例中，對焦決策單元107由從對焦控制單元106處接收第二圖像信息合焦時從攝像頭102中驅動馬達102c的控制信號(例如對應于馬達行程的馬達步進值)，并基于該控制信號以及主從攝像頭控制信號映射表，產生主攝像頭的目標控制信號，并將其提供至主對焦控制單元105。主對焦控制單元105隨后將驅動馬達101c的控制信號調節至該目標控制信號。

圖像處理單元103接收來自主攝像頭101的第一圖像信息，并對第一圖像信息進行圖像處理，例如放大、優化等，得到目標圖像信息。圖像顯示單元104自圖像處理單元103接收目標圖像信息，并加以顯示。圖像顯示單元104通常為lcd或其它材質的顯示屏，實時地將被拍攝物體的圖像提供給使用者觀看。

在圖1所示的實時視頻采集系統100中，由于主攝像頭的對焦是基于從攝像頭的對焦結果直接進行，無需反復的圖像采集、數據分析與嘗試，顯著提高了主攝像頭的合焦速度。在切換被拍攝物體時，主攝像頭能實現一步到位，重新對焦，這極大地提升了使用者的用戶體驗。此外，從攝像頭可以根據需要采用與主攝像頭相比更低的分辨率與更高的傳輸速率，從而進一步提高對焦精度與合焦速度，并降低系統的整體成本。

在一些特殊情況下，例如，當被拍攝物與實時視頻采集系統相對平行移動時(舉例而言，電子助視器放置桌面看文本時，平移助視器或紙張)，由于物距沒有發生改變，此時主攝像頭最好不要進行重新對焦，以保證使用者所觀看到的圖像一直清晰。除此之外，在環境光線很弱時，從攝像頭可能需要多次反復對焦，此時主攝像頭無需基于從攝像頭每次的對焦結果都進行對焦操作，而可以等待從攝像頭的多次對焦操作完成后再進行對焦。

為了達到以上效果，如圖2所示，與圖1所示系統100相比，根據本發明實施例的實時視頻采集系統200進一步引入了環境信息采集單元208。環境信息采集單元208用于采集環境信息，例如環境亮度和/或被拍攝物體與實時視頻采集系統之間的距離，并將其提供至對焦決策單元107。對焦決策單元107基于該環境信息進行場景分析，判斷主攝像頭101是否需要進行對焦操作。在判斷出主攝像頭101需要進行對焦操作時，對焦決策單元107方基于第二圖像信息合焦時從攝像頭102的鏡頭位置，估算第一圖像信息合焦時主攝像頭101的鏡頭位置，并將其提供至主對焦控制單元105。若判斷出主攝像頭無需進行對焦操作，則主對焦控制單元105將不會從對焦決策單元107接收到目標位置信息，因而不會控制主攝像頭101進行對焦操作。此時，主攝像頭的對焦被鎖定。

在一些實施例中，環境信息采集單元208采用與主攝像頭和從攝像頭位于同一水平線上的距離傳感器來感測主從攝像頭與被拍攝物體之間的距離。該距離傳感器可以采用超聲波或紅外線技術，根據發射和接收到的超聲波或紅外線來獲取上述距離。類似地，環境信息采集單元208對環境亮度的檢測可以通過亮度傳感器來實現。

為了提高對焦精度，在一些實施例中，主對焦控制單元105還接收第一圖像信息，并在根據對焦決策單元107提供的信息完成對主攝像頭101鏡頭位置的調節后，判斷第一圖像信息是否合焦。若第一圖像信息尚未合焦，則對主攝像頭的鏡頭位置進行微調，并對映射表或相關數學運算的運算公式進行校正。

圖3為根據本發明一實施例的圖2所示實時視頻采集系統200的工作流程圖，包括步驟s301～s309。

在視頻的實時采集及顯示過程中，從攝像頭不停地進行對焦調整。在步驟s301，從對焦控制單元106采集來自從攝像頭102的第二圖像信息，隨后在步驟s302判斷該第二圖像信息是否合焦。從對焦控制單元106可以根據某個對焦評價函數(例如灰度梯度函數、信息學函數、頻域函數、統計學函數等)獲取第二圖像信息的清晰度特征值，并將該清晰度特征值與某一預先設定的條件進行比較來判斷第二圖像信息是否合焦。

若第二圖像信息尚未合焦，則進入步驟s303，從對焦控制單元106按照選擇的對焦方法改變從攝像頭102中驅動馬達的馬達步進值。若第二圖像信息已經合焦，則進入步驟s304，對焦決策單元107根據環境信息采集單元208提供的環境信息進行當前場景分析，判斷主攝像頭101是否需要進行對焦。若是，則進入步驟s305，對焦決策單元107基于第二圖像信息合焦時從攝像頭102的馬達步進值，通過查找主從攝像頭馬達對焦步進值映射表，獲取主攝像頭101完成合焦需要的馬達步進值，并將其提供至主對焦控制單元105。在隨后的步驟s306中，主對焦控制單元105將接收到的馬達步進值作為目標值，調節主攝像頭101中的驅動馬達，完成第一圖像信息的初步合焦。若對焦決策單元107判斷主攝像頭101無需重新對焦，則重新返回步驟s301。

在初步合焦完成后，選擇性地，主對焦控制單元105在步驟s307采集來自主攝像頭101的第一圖像信息，隨后在步驟s308判斷該第一圖像信息是否合焦。與從對焦控制單元106類似地，主對焦控制單元105可以根據某個對焦評價函數獲取第一圖像信息的清晰度特征值，并將該清晰度特征值與某一預先設定的條件進行比較來判斷第一圖像信息是否合焦。

若第一圖像信息尚未合焦，則進入步驟s309，主對焦控制單元105對主攝像頭中驅動馬達的馬達步進值進行微調。在隨后的步驟s310中，主從攝像頭馬達對焦步進值映射表被校正，以減小微調發生的概率和頻率。若第一圖像信息已經合焦，則重新返回步驟s301。

與現有技術相比，采用圖3所示多目自動對焦方法的電子助視器不僅具有更高的對焦精度和合焦速度，而且有效避免了弱光下對焦不準的問題。在固定物距的使用情況下，還可以智能地進行場景分析和對焦鎖定，在很大程度上改善了使用者的閱讀體驗。

雖然前述的實施例中常以電子助視器為例，但這并不用于限制本發明。本發明適用于所有需要采用攝像頭進行實時視頻拍攝并顯示的實時視頻采集系統。此外，應該理解到，本發明實施例所揭露的系統和方法均可以通過其它的方式實現。以上所描述的實施例僅僅是示例性的，所述單元的劃分僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現中可以有其它的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或可以集成到另一個系統，或一些特征可以忽略或不執行。此外，所顯示或討論的相互之間的耦合或通信連接可以是通過一些接口、裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以采用電、機械或其它的形式。

此外，應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。