一种自动聚焦方法及装置、数码摄像装置 【技术领域】
本发明涉及数码相机的自动聚焦技术。
背景技术
自动聚焦是目前各种数码相机、数字摄像头中一个非常重要的功能。自动聚焦是利用光学系统在图像传感器上成像，将图像本身的光信息转换为电信号，通过一定的算法计算出自动聚焦值，用该自动聚焦值去驱动电机来移动镜头，调节焦距，从而获得最清晰的图像。现有的聚焦方法中，大都是采用模拟的方法，即将图像帧的中心部位设置为窗口，提取图像的高频成分，不断变化景深，当高频分量达到最大时，就是聚焦最好的时候，但采用这种方法计算出的最佳焦距不够精确。
【发明内容】
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种自动聚焦方法及装置，使聚焦更精确。
为解决上述技术问题，本发明提供一种自动聚焦方法，包括以下步骤：
采用预设窗口扫描图像帧；
提取不同扫描位置的窗口中图像的边沿梯度；
获取各窗口中的边沿梯度的集合；
比较各窗口的边沿梯度集合，并将边沿梯度集合最大的窗口确定为主题窗口；
针对主题窗口获取最佳焦距值。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种自动聚焦装置，包括：扫描单元，用于采用预设窗口扫描图像帧；边沿信息提取单元，用于在每个窗口中提取边沿梯度；集合获取单元，用于获取每个窗口中的边沿梯度的集合；主题窗口确定单元，用于比较各窗口的边沿梯度集合并将边沿梯度集合最大的窗口确定为主题窗口；最佳焦距值获取单元，用于针对主题窗口获取最佳焦距值。
本发明还提供一种数码摄像装置，包括：透镜组件，用于通过移动变换焦距；图像传感器，用于接收穿过透镜组件的光信号，将光信号转换成电信号，并输出图像数据；自动聚焦装置，用于接收来自图像传感器的图像数据，执行自动聚焦算法，以获取最佳焦距值；透镜调节组件，用于根据最佳焦距值调节透镜组件的位置，以实现聚焦。
所述自动聚焦装置包括：扫描单元，用于采用预设窗口扫描图像帧；边沿信息提取单元，用于在每个窗口中提取边沿梯度；集合获取单元，用于获取每个窗口中的边沿梯度的集合；主题窗口确定单元，用于比较各窗口的边沿梯度集合并将边沿梯度集合最大的窗口确定为主题窗口；最佳焦距值获取单元，用于针对主题窗口获取最佳焦距值。
本发明采用边沿提取方法获取最佳焦距值，与现有技术中的高频分量方法相比，得到的最佳焦距值更准确，聚焦精度更高。
【附图说明】
图1为数码相机或数字摄像头的结构示意图；
图2为本发明一种实施例的原理方框图；
图3为本发明一种实施例的流程图；
图4为本发明一种实施例的主题窗口示意图。
【具体实施方式】
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参考图1，数码摄像装置100包括透镜组件110、图像传感器120、自动聚焦装置130和透镜调节组件140，透镜组件110用于通过移动来变换焦距，包括聚焦透镜。图像传感器120用于接收穿过透镜组件110的光信号，将光信号转换成电信号，并输出图像数据。图像传感器120可以是CCD图像传感器或CMOS图像传感器。自动聚焦装置130用于接收来自图像传感器120的图像数据，执行自动聚焦算法，以获取最佳焦距值。透镜调节组件140用于根据最佳焦距值调节透镜组件的位置，以实现聚焦。透镜调节组件140可以包括驱动马达和/或透镜调节器。数码摄像装置100可以是数码相机或数字摄像头。
请参考图2，在一种实施例中，自动聚焦装置130包括扫描单元131、边沿信息提取单元132、集合获取单元133、主题窗口确定单元134和最佳焦距值获取单元135。扫描单元131用于在图像数据生成的图像帧上采用预设窗口进行扫描，边沿信息提取单元132用于在每个窗口中提取边沿梯度，集合获取单元133用于获取每个窗口中的边沿梯度的集合，主题窗口确定单元134用于比较各窗口的边沿梯度集合并将边沿梯度集合最大的窗口确定为主题窗口，最佳焦距值获取单元135用于针对主题窗口获取最佳焦距值。所述最佳焦距值获取单元135用于针对主题窗口调节焦距，计算每种焦距下主题窗口内的边沿梯度的集合，获取主题窗口内的边沿梯度集合的最大值，并将所述最大值对应的焦距确定为最佳焦距值。
因为图像最清晰的时候，实际上是图像边缘最清晰的时候，因此本发明实施例在计算自动聚焦的最佳焦距值时，先自动确定一个主题窗口，在该主题窗口中，图像的边沿梯度最显著，然后再基于该主题窗口调节焦距，获取最佳焦距值。
通常情况下，在数码摄像装置的显示屏上会设置一个窗口，对该窗口中的图像通过一定的算法计算焦距。在本发明实施例中，采用该窗口在图像帧上进行扫描，例如从左到右的逐行扫描，或从中心开始逐渐外移的中心螺旋形扫描。在扫描的同时不断提取窗口中的图像的边沿梯度，边沿梯度的提取方法可采用现有技术。计算各个扫描位置的窗口中地边沿梯度集合，比较各窗口的边沿梯度集合，并将边沿梯度集合最大的窗口确定为主题窗口，确定主题窗口后，针对主题窗口获取最佳焦距值。
基于上述数码摄像装置的自动聚焦方法如图3所示，包括以下步骤：
步骤301，采用预设窗口扫描图像帧；预设窗口的尺寸只要相对于图像帧(相当于显示屏的尺寸)的大小合适即可，在某些实施例中，预设窗口的尺寸优选的为图像帧的1/10左右。在扫描时，优选采用中心螺旋形扫描，因通常情况下图像帧的中间部位的图像较为清楚，所以将窗口的初始位置设置在图像帧的中间部位。窗口每变换一个扫描位置，则执行一次步骤302。
步骤302，提取当前扫描位置的窗口中图像的边沿梯度，边沿梯度可以是灰度或亮度的差分。然后执行步骤303。
步骤303，获取各窗口中的边沿梯度的集合。边沿梯度的集合可以为每个窗口中的边沿梯度的总和，即将窗口中所有获取到的边沿梯度相加求和。边沿梯度集合还可以为每个窗口中的边沿梯度取模后的高次方求和，即将窗口中所有获取到的边沿梯度取模并进行高次方运算，然后将窗口中的梯度绝对值的高次方进行求和。例如将窗口中的梯度绝对值的三次方或四次方进行求和。检测到所有窗口的边沿梯度集合后执行步骤304。
步骤304，比较各窗口的边沿梯度集合，并将边沿梯度集合最大的窗口确定为主题窗口160，如图4所示，主题窗口160位于图像帧150中，但主题窗口不一定位于图像帧的中间部位。然后执行步骤305。
步骤305，针对主题窗口获取最佳焦距值。获取最佳焦距值包括以下步骤：
针对主题窗口调节焦距。透镜组件在透镜调节组件的控制下移动位置，从而变换焦距。
计算每个焦距下主题窗口内的边沿梯度的集合。
获取主题窗口内的边沿梯度集合的最大值，并将所述最大值对应的焦距确定为最佳焦距值。
根据计算出的最佳焦距值来调节透镜组件的位置，使其位于对主题窗口焦距最佳的位置。
综上所述，本发明通过边沿信息来确定主题窗口，然后基于确定的主题窗口来计算最佳焦距，这种自动聚焦方法计算出的最佳焦距精度比较高，有利于拍摄到清楚的图像。在改进的方案中，根据主题窗口的边沿梯度信息的高次方进行焦距调节，极大化地强调了边沿梯度(也就是边沿信息)，使边沿梯度得到突显，更有利与利用边沿信息获取主题窗口和最佳聚焦值，进一步提高了聚焦精度。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。