变焦跟踪方法及其装置.pdf

本发明公开了一种变焦跟踪方法及其装置，该方法包括如下步骤：S01、根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，S02、分别获取变焦电机的上次变焦位置以及对焦电机的上次对焦位置，并记录为初始变焦位置以及对焦位置；S03、判断当前变焦位置与第一分界点及第二分界点的大小，根据当前变焦所在的变焦区域以及参照预设的远物距变焦跟踪曲线或自适应调整路线或近物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机。本发明能够避免图像大幅离焦的现象，还具有处理速度快，特别是在变焦过程中具有较佳图像效果。

1.  一种变焦跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，其中，第一变焦分区与第二变焦分区的分界点为第一分界点，第二变焦分区与第三变焦分区的分界点为第二分界点；
S02、分别获取变焦电机的上次变焦位置以及对焦电机的上次对焦位置，并记录为初始变焦位置以及对焦位置；
S03、判断当前变焦位置与第一分界点及第二分界点的大小，若当前变焦位置小于或等于第一分界点，则判定变焦电机位于第一变焦分区，并根据预设的远物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第一分界点且小于或等于第二分界点，则判定变焦电机位于第二变焦分区，并根据预设的自适应调整路线同步调整变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第二分界点，则判定当前变焦位置位于第三变焦分区，并根据预设的近物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机。

2.  根据权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述步骤S03中“远物距变焦跟踪曲线”的获取步骤包括：
将变焦电机的变焦全程分为N等分，每段步长记录为T，从Wide端到Tele端一次记录变焦电机的位置为Z_i的步骤,其中，0<＝i<N；
驱动变焦电机从Wide端向Tele端运动，每次运动到Z_i位置时，变焦电机停止运动，同时开始移动对焦电机直到聚焦评价值Y到达最大值，并记录对焦电机位置为F_near(Z_i)与F_far(Z_i)的步骤；
根据最小二乘法原理将数据(Z_i,F_far(Z_i))拟合得到远物距变焦跟踪曲线的步骤。

3.  根据权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述步骤S03中“远物距变焦跟踪曲线”的获取步骤包括：所述步骤S03中“近物距变焦跟踪曲线”的获取步骤包括：
将变焦电机的变焦全程分为N等分，每段步长记录为T，从Wide端到Tele端一次记录变焦电机的位置为Z_i的步骤,其中，0<＝i<N；
驱动变焦电机从Wide端向Tele端运动，每次运动到Z_i位置时，变焦电机 停止运动，同时开始移动对焦电机直到聚焦评价值Y到达最大值，并记录对焦电机位置为F_near(Z_i)与F_far(Z_i)的步骤；
根据最小二乘法原理将数据(Z_i,F_near(Z_i))拟合得到近物距变焦跟踪曲线的步骤。

4.  根据权利要求2或3所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述步骤S03中“自适应调整路线”的获取步骤包括：
将变焦电机的变焦全程分为N等分，每段步长记录为T，从Wide端到Tele端一次记录变焦电机的位置为Z_i的步骤,其中，0<＝i<N；
驱动变焦电机从Wide端向Tele端运动，每次运动到Z_i位置时，变焦电机停止运动，同时开始以步长为(F_near(K₁)-F_far(K₁))/2移动对焦电机，初始向近端方向移动一次，分别记录同步移动前后两帧图像的清晰度评价值为Y_cur，Y_last，如果满足Y_cur-Y_last>0.95*Y_las，表示聚焦电机远离焦点，在下次同步运动中，自适应调整上次对焦电机的运动方向，其中，K₁表示第一分界点。

5.  根据权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述步骤S01中“第一分界点”的获取步骤包括：
逐步移动变焦电机从Wide端向Tele端，每次运动到Z_i位置后停止，同时分别移动对焦电机到位置F_far(i)与(F_far(i)+F_near(i))/2并记录；
获取对应图像清晰度评价值Y₁(i)，Y₂(i)，若满足Y₁(i)/Y₂(i)大于或等于0.85时，确定此时变焦电机的位置Z_i作为第一分界点。

6.  根据权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述步骤S01中“第二分界点”的获取步骤包括：
逐步移动变焦电机从Wide端向Tele端，每次运动到Z_i位置后停止，同时相应移动对焦电机到位置F_far(i)、F_far(i+1)、F_near(i)与F_near(i+1)并记录；
若满足F_far(i)-F_far(i+1)>T并且F_near(i+1)-F_near(i)<0时，选取与对焦位置对应的最小变焦位置作为第二分界点。

7.  一种变焦跟踪装置，其特征在于，包括预处理模块、位置获取及记录模块以及位置调整模块；
所述预处理模块，用于根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续 的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，其中，第一变焦分区与第二变焦分区的分界点为第一分界点，第二变焦分区与第三变焦分区的分界点为第二分界点；
所述位置获取及记录模块，用于分别获取变焦电机的上次变焦位置以及对焦电机的上次对焦位置，并记录为初始变焦位置以及对焦位置；
所述位置调整模块，用于判断当前变焦位置与第一分界点及第二分界点的大小，若当前变焦位置小于或等于第一分界点，则判定变焦电机位于第一变焦分区，并根据预设的远物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第一分界点且小于或等于第二分界点，则判定变焦电机位于第二变焦分区，并根据预设的自适应调整路线同步调整变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第二分界点，则判定当前变焦位置位于第三变焦分区，并根据预设的近物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机。

变焦跟踪方法及其装置
技术领域
本发明涉及摄像机变焦技术，尤其涉及一种变焦跟踪方法及其装置。
背景技术
随着一体化摄像机的迅速普及，变焦跟踪技术已经成为一个重要的技术指标。变焦跟踪技术是指在进行变焦操作时，变焦镜头移动，焦距发生变化，从而导致对焦面随着发生变化，由于成像面固定，所以必须通过移动调焦镜头来移动对焦面，使得对焦面尽可能靠近成像面。
镜头系统等效为一个低通滤波系统，离焦的图像可以认为是图像的高频成分受到了一定的损失，因此图像变的模糊。离焦越大的图像其高频成分的损失也就越严重，图像的边缘部分丢失也越多，图像越模糊，因此，可以用图像的高频分量作为评价图像是否处于聚焦状态，也就是图像的清晰度评价标准。图像清晰度值参考模型为：
Y＝F(Z,F,D)，
其中，Y代表图像高频分量及清晰度评价值，Z代表ZOOM电机位置，F代表FOCUS电机位置，D代表物距。
在外界环境因素条件不变的境况下，图像清晰度评价值Y和ZOOM电机位置、FOCUS电机位置F和物距有关。对变焦镜头来说，在D固定情况下，ZOOM变焦后、需要调节FOCUS电机来实现聚焦，其中Y值就是衡量图像是否聚焦的标准。在移动FOCUS电机过程中，获取对应的Y值，当Y值达到最大时对应的FOCUS位置就是当前ZOOM下的聚焦位置。
目前，变焦跟踪方法已经从最初的查表法发展到自适应拟合跟踪曲线法。查表法，需要将多种物距下的变焦跟踪曲线事先做好，放入摄像机的FLASH中，这种方法不但工作量大、占用较多设备资源，而且如果机械误差较大，会造成不同摄像机内的变倍跟踪数据存在偏差，从而导致摄像机变倍跟踪偏差较大。自适应跟踪方法发展至今，主要采用远物距跟踪曲线和近物据跟踪曲线来线性 拟合当前物距下的变倍跟踪曲线，此种方法在焦距不大的变焦镜头中应用效果较好，但在当前镜头焦距不断变大的趋势下，且在变倍过程中，物体距离可能也在随着变化，变焦跟踪效果不能完全尽如人意。
有鉴于此，有必要对上述的变焦跟踪方法进行进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种处理速度快，特别是在变焦过程中具有较佳图像效果的变焦跟踪方法及其装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种变焦跟踪方法，包括如下步骤：
S01、根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，其中，第一变焦分区与第二变焦分区的分界点为第一分界点，第二变焦分区与第三变焦分区的分界点为第二分界点；
S02、分别获取变焦电机的上次变焦位置以及对焦电机的上次对焦位置，并记录为初始变焦位置以及对焦位置；
S03、判断当前变焦位置与第一分界点及第二分界点的大小，若当前变焦位置小于或等于第一分界点，则判定变焦电机位于第一变焦分区，并根据预设的远物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第一分界点且小于或等于第二分界点，则判定变焦电机位于第二变焦分区，并根据预设的自适应调整路线同步调整变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第二分界点，则判定当前变焦位置位于第三变焦分区，并根据预设的近物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：提供一种变焦跟踪装置，包括预处理模块、位置获取及记录模块以及位置调整模块；
所述预处理模块，用于根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，其中，第一变焦分区与第二变焦分区的分界点为第一分界点，第二变焦分区与第三变焦分区的分界点为第二分界点；
所述位置获取及记录模块，用于分别获取变焦电机的上次变焦位置以及对焦电机的上次对焦位置，并记录为初始变焦位置以及对焦位置；
所述位置调整模块，用于判断当前变焦位置与第一分界点及第二分界点的大小，若当前变焦位置小于或等于第一分界点，则判定变焦电机位于第一变焦分区，并根据预设的远物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第一分界点且小于或等于第二分界点，则判定变焦电机位于第二变焦分区，并根据预设的自适应调整路线同步调整变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第二分界点，则判定当前变焦位置位于第三变焦分区，并根据预设的近物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机。
本发明的有益效果在于：区别于现有技术中变焦跟踪时容易引起图像大幅度离焦的问题，本发明提供了一种变焦跟踪方法，该方法在焦开始时，先根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，然后根据变焦电机和聚焦电机的初始位置，判断出当前状态下需要的变焦位置与变焦分区之间的关系，并根据当前变焦分区的变焦曲线驱动变焦电机ZOOM和对焦电机FOCUS沿着轨迹运动，避免图像大幅离焦的现象，具有处理速度快，特别是在变焦过程中具有较佳图像效果。
附图说明
图1为本发明变焦跟踪方法的流程图；
图2为本发明近物距与远物距变焦跟踪曲线；
图3为本发明ZOOM电机分区曲线图；
图4为本发明变焦跟踪方法测试曲线图；
图5为本发明变焦跟踪装置的模块图。
标号说明：
11、预处理模块； 12、位置获取及记录模块； 13、位置调整模块。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:本方案先根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，然后根据变焦电机和聚焦电机的初始位置，判断出当前状态下需要的变焦位置与变焦分区之间的关系，并根据当前变焦分区的变焦曲线驱动变焦电机ZOOM和对焦电机FOCUS沿着轨迹运动，能够避免图像大幅离焦的现象。
请参照图1至图4，本发明一种变焦跟踪方法，包括如下步骤：
S01、根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，其中，第一变焦分区与第二变焦分区的分界点为第一分界点，第二变焦分区与第三变焦分区的分界点为第二分界点；
S02、分别获取变焦电机的上次变焦位置以及对焦电机的上次对焦位置，并记录为初始变焦位置以及对焦位置；
S03、判断当前变焦位置与第一分界点及第二分界点的大小，若当前变焦位置小于或等于第一分界点，则判定变焦电机位于第一变焦分区，并根据预设的远物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第一分界点且小于或等于第二分界点，则判定变焦电机位于第二变焦分区，并根据预设的自适应调整路线同步调整变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第二分界点，则判定当前变焦位置位于第三变焦分区，并根据预设的近物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机。其中，远物距的距离为100m以上，近物距的距离为1.5m以内。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：区别于现有技术中变焦跟踪时容易引起图像大幅度离焦的问题，本发明提供了一种变焦跟踪方法，该方法在焦开始时，先根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，然后根据变焦电机和聚焦电机的初始位置，判断出当前状态下需要的变焦位置与变焦分区之间的关系，并根据当前变焦分区的变焦曲线驱动变焦电机ZOOM和对焦电机FOCUS沿着轨迹运动，避 免图像大幅离焦的现象，具有处理速度快，特别是在变焦过程中具有较佳图像效果。
作为一实施例，所述步骤S03中“远物距变焦跟踪曲线”的获取步骤包括：
将变焦电机的变焦全程分为N等分，每段步长记录为T，从Wide端到Tele端一次记录变焦电机的位置为Z_i的步骤,其中，0<＝i<N；
驱动变焦电机从Wide端向Tele端运动，每次运动到Z_i位置时，变焦电机停止运动，同时开始移动对焦电机直到聚焦评价值Y到达最大值，并记录对焦电机位置为F_near(Z_i)与F_far(Z_i)的步骤；
根据最小二乘法原理将数据(Z_i,F_far(Z_i))拟合，具体的拟合公式为：
F(Z_i)＝(F_near(Z_i)-F_far(Z_i))/2，其中，i＝1,2,…,K₁；
根据F(Z_i)得到远物距拟合变焦曲线的步骤。
作为一实施例，所述步骤S03中“远物距变焦跟踪曲线”的获取步骤包括：所述步骤S03中“近物距变焦跟踪曲线”的获取步骤包括：
将变焦电机的变焦全程分为N等分，每段步长记录为T，从Wide端到Tele端一次记录变焦电机的位置为Z_i的步骤,其中，0<＝i<N；
驱动变焦电机从Wide端向Tele端运动，每次运动到Z_i位置时，变焦电机停止运动，同时开始移动对焦电机直到聚焦评价值Y到达最大值，并记录对焦电机位置F_near(Z_i)与F_far(Z_i)的步骤；
根据最小二乘法原理将数据(Z_i,F_near(Z_i))拟合，具体为：
F(Z_i)＝R(Z_i)*(F_near(Z_i)-F_far(Z_i))，
R(Z_i)＝((F_init–F_far(Z_init))/(F_near(Z_init)-F_far(Z_init)，
其中，Z_init表示初始变焦位置，F_init表示初始对焦位置，i＝K₂,K₂₊₁,…,N，R(Z_i)表示就调整系数，
根据F(Z_i)得到近物距拟合变焦曲线的步骤。
作为一实施例，所述步骤S03中“自适应调整路线”的获取步骤包括：
将变焦电机的变焦全程分为N等分，每段步长记录为T，从Wide端到Tele端一次记录变焦电机的位置为Z_i的步骤,其中，0<＝i<N；
驱动变焦电机从Wide端向Tele端运动，每次运动到Z_i位置时，变焦电机停止运动，同时开始以步长为(F_near(K₁)-F_far(K₁))/2移动对焦电机，初始向近端方向移动一次，分别记录同步移动前后两帧图像的清晰度评价值为Y_cur，Y_last，如果满足Y_cur-Y_last>0.95*Y_las，(0.95是一个约数，可以根据实际情况略调整)表示聚焦电机远离焦点，在下次同步运动中，自适应调整上次对焦电机的运动方向，其中，K₁表示第一分界点。
作为一实施例，所述步骤S01中“第一分界点”的获取步骤包括：
逐步移动变焦电机从Wide端向Tele端，每次运动到Z_i位置后停止，同时分别移动对焦电机到位置F_far(i),(F_far(i)+F_near(i))/2并记录，
获取对应图像清晰度评价值Y₁(i)，Y₂(i)，若满足Y₁(i)/Y₂(i)大于或等于0.85(图像处于相对模糊状态)时，确定此时变焦电机的位置Z_i作为第一分界点，记为K₁。
作为一实施例，所述步骤S01中“第二分界点”的获取步骤包括：
逐步移动变焦电机从Wide端向Tele端，每次运动到Z_i位置后停止，同时相应移动对焦电机到位置F_far(i)、F_far(i+1)、F_near(i)与F_near(i+1)并记录；
若满足F_far(i)-F_far(i+1)>T并且F_near(i+1)-F_near(i)<0时，选取与对焦位置对应的最小变焦位置作为第二分界点。
参阅图2，图2中有两条曲线，上面的曲线表示远物距变焦跟踪曲线，下面的曲线表示近物距变焦跟踪曲线；参阅图3，图3中为ZOOM电机分区曲线图，以第一分界点左边的曲线为第一变焦分区，以第二分界点右边的曲线为第三变焦分区，中间的为第二变焦分区。参阅图4，图4中有四条曲线，目标变焦曲线与测试变焦曲线几乎重合，并且分别位于近物距变焦跟踪曲线与远物距变焦跟踪曲线中。
综上所述，本发明一种变焦跟踪方法，先根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，然后根据变焦电机和聚焦电机的初始位置，判断出当前状态下需要的变焦位置与变焦分区之间的关系，并根据当前变焦分区的变焦曲线驱动变焦电机ZOOM和对焦电机FOCUS沿着轨迹运动，能够避免图像大幅离焦的现象，还具有处理速度快， 特别是在变焦过程中具有较佳图像效果；另外，通过对第一分界点、第二分界点、近物距变焦跟踪曲线以及远物距变焦跟踪曲线的设定，能够进一步提高变焦的精度。
参阅图5，本发明一种变焦跟踪装置，包括预处理模块11、位置获取及记录模块12以及位置调整模块13；
所述预处理模块11，用于根据变焦位置将变焦电机的模拟变焦曲线分成连续的第一变焦分区、第二变焦分区以及第三变焦分区，其中，第一变焦分区与第二变焦分区的分界点为第一分界点，第二变焦分区与第三变焦分区的分界点为第二分界点；
所述位置获取及记录模块12，用于分别获取变焦电机的上次变焦位置以及对焦电机的上次对焦位置，并记录为初始变焦位置以及对焦位置；
所述位置调整模块13，用于判断当前变焦位置与第一分界点及第二分界点的大小，若当前变焦位置小于或等于第一分界点，则判定变焦电机位于第一变焦分区，并根据预设的远物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第一分界点且小于或等于第二分界点，则判定变焦电机位于第二变焦分区，并根据预设的自适应调整路线同步调整变焦电机与对焦电机；若当前变焦位置大于第二分界点，则判定当前变焦位置位于第三变焦分区，并根据预设的近物距变焦跟踪曲线同步驱动变焦电机与对焦电机。
综上所述，本发明一种变焦跟踪装置是上述变焦跟踪方法对应的装置权利要求，具有处理速度快，变焦后图像的效果好的优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。