Способ автоматической фокусировки

Изобретение относится к области цифровой фото- и видеосъемки и направлено на повышение точности фокусировки, преимущественно в таких случаях как съемка через стекло, съемка на фоне удаленного объекта или группы объектов. Этот результат достигается за счет того, что фокусирующее устройство перемещают в одно из крайних положений и вычисляют параметр резкости изображения для данного положения фокусирующего устройства. Вычисленное значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения и определяют предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения путем перемещения фокусирующего устройства из одного крайнего положения в другое с шагом, задаваемым при настройках системы фокусирования, вычисления текущего значения параметра резкости изображения, попарного сравнения текущего значения параметра резкости с предварительным максимальным. Если текущее значение параметра резкости больше предварительного максимального, то текущее значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения. Определяют максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения за предзаданное количество этапов уточнения предварительного максимального значения параметра резкости снимаемого изображения, но не менее одного, для чего перемещают фокусирующее устройство в положение, соответствующее предварительному максимальному значению параметра резкости, уменьшают шаг перемещения фокусирующего' устройства на величину, определяемую при настройках системы фокусирования, перемещают фокусирующее устройство на один шаг вправо или влево от предварительного максимального значения, вычисляют текущее значение параметра резкости, сравнивают текущее значение параметра резкости с предварительным максимальным, если оно больше предварительного максимального, то текущее значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения. Переходят на следующий этап уточнения. В противном случае фокусирующее устройство перемещают на один шаг в противоположном направлении от предварительного максимального значения параметра резкости снимаемого изображения, вычисляют текущее значение параметра резкости, сравнивают текущее значение параметра резкости с предварительным максимальным, если оно больше предварительного максимального, то текущее значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения. Переходят на следующий этап уточнения, в противном случае переходят на следующий этап уточнения. 4 ил.

 

Изобретение относится к области цифровой фото- и видеосъемки, а именно к области автофокусирования цифровых фото- и видеосистем.

Наиболее широкая область применения систем фокусировки - любительские и профессиональные фотоаппараты, кино- и телевизионные съемочные камеры. Другую область применения составляют такие приборы, как диа- и кинопроекторы, фотоувеличители, репродукционные аппараты в полиграфии, микроскопы, системы слежения, узлы бесконтактных оптоэлектронных измерителей линейных размеров и форм поверхностей.

Известны способы автоматического фокусирования [1], [2]. В способе [2] описан алгоритм работы активной системы автофокусирования. Фокусное расстояние определяют, исходя из информации о дальности нахождения объекта, а именно анализируя отраженное излучение от объекта съемки. К недостаткам данного метода относится то, что такая система автофокусирования не будет работать при недостаточном освещении и имеет ограничение на дальность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ автофокусирования [1] с использованием дискретного вейвлет преобразования, описанный в патенте США №6151415. Автоматическое фокусирование в данном способе осуществляется путем определения максимального значения параметра резкости изображения и соответствующего ему положения фокусирующего устройства. Способ включает в себя:

- вычисление множества различных значений параметров резкости, каждое из которых соответствует различному положению фокусирующего устройства, при помощи проведения дискретного вейвлет преобразования над множеством изображений, захваченных при различных положениях фокусирующего устройства и приведенных из RGB представления в яркостное представление;

- перемещение фокусирующего устройства в положение, соответствующее максимальному значению параметра резкости, определяемому путем сравнений множества вычисленных различных значений параметров резкости.

Рассмотрим более подробно алгоритм сравнения множества вычисленных параметров резкости изображения.

Исходное положение фокусирующего устройства считают первым положением. В первом положении фокусирующего устройства вычисляют параметр резкости. Затем фокусирующее устройство перемещается на один шаг назад - эта позиция считается вторым положением фокусирующего устройства. Во втором положении фокусирующего устройства также вычисляют параметр резкости.

Сравнивают полученные параметры резкости. Если значение второго параметра резкости больше, чем значение первого, то второе положение фокусирующего устройства становится исходным (первым), а соответствующее второму положению фокусирующего устройства значение резкости - первым значением резкости. Вышеописанная последовательность операций продолжается до тех пор, пока значение второго параметра резкости не будет меньше или равно значению первого параметра резкости. Тогда первое положение считается оптимальным положением фокусирующего устройства.

Если значение второго параметра резкости меньше, чем значение первого параметра резкости, тогда фокусирующее устройство перемещают в противоположную от исходного положения сторону, в третье положение, которое находится на один шаг за исходным положением.

В третьем положении фокусирующего устройства вычисляют третий параметр резкости. Если третий параметр резкости больше, чем первый, то третье положение фокусирующего устройства и соответствующее значение параметра резкости считаются исходными (первыми). Причем вышеописанная последовательность операций повторяется до тех пор, пока значение третьего параметра резкости не будет меньше или равно значению исходного (первого) параметра резкости. Тогда первое положение считается оптимальным положением фокусирующего устройства.

Недостатком данного решения является то, что алгоритм определения максимального значения параметра резкости позволяет определить только один локальный максимум параметра резкости. В случаях, когда съемка осуществляется через стекло или когда снимаемый объект находится на фоне удаленного пейзажа или другого удаленного объекта, локальных максимумов параметра резкости может быть несколько, один из которых соответствует снимаемому объекту, другой - фону или стеклу. Следовательно, существует вероятность того, что при перемещении фокусирующего устройства в положение, соответствующее локальному максимуму параметра резкости, в фокусе будет находиться не снимаемый объект, а стекло или фон.

Задачей настоящего изобретения является достижение технического результата, заключающегося в создании алгоритма, повышающего точность фокусировки в таких случаях, как съемка через стекло, съемка на фоне удаленного объекта или группы объектов.

Для достижения названного технического результата предложен следующий способ автоматического фокусирования в видеокамере, заключающийся в том, что в известном способе автоматической фокусировки, включающем:

- вычисление множества различных значений параметров резкости, каждое из которых соответствует различному положению фокусирующего устройства, при помощи проведения дискретного вейвлет преобразования над множеством изображений, захваченных при различных положениях фокусирующего устройства и приведенных из RGB представления в яркостное представление;

- перемещение фокусирующего устройства в положение, соответствующее максимальному значению параметра резкости, определяемому путем сравнений множества вычисленных различных значений параметров резкости,

предложен следующий алгоритм сравнения множества вычисленных различных параметров резкости:

фокусирующее устройство перемещают в одно из крайних положений, вычисляют параметр резкости изображения для данного положения фокусирующего устройства, вычисленное значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения, определяют предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения путем перемещения фокусирующего устройства из одного крайнего положения в другое с шагом, задаваемым при настройках системы фокусирования, вычисления текущего значения параметра резкости изображения, попарного сравнения текущего значения параметра резкости с предварительным максимальным, если текущее значение параметра резкости больше предварительного максимального, то текущее значении параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения, определяют максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения за предзаданное количество этапов уточнения предварительного максимального значения параметра резкости снимаемого изображения, но не менее одного, для чего перемещают фокусирующее устройство в положение, соответствующее предварительному максимальному значению параметра резкости, уменьшают шаг перемещения фокусирующего устройства на величину, определяемую при настройках системы фокусирования, перемещают фокусирующее устройство на один шаг вправо или влево от предварительного максимального значения, вычисляют текущее значение параметра резкости, сравнивают текущее значение параметра резкости с предварительным максимальным, если оно больше предварительного максимального, то текущее значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения, переходят на следующий этап уточнения; в противном случае фокусирующее устройство перемещают на один шаг в противоположном направлении от предварительного максимального значения параметра резкости снимаемого изображения, вычисляют текущее значение параметра резкости, сравнивают текущее значение параметра резкости с предварительным максимальным, если оно больше предварительного максимального, то текущее значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения, переходят на следующий этап уточнения, в противном случае переходят на следующий этап уточнения.

Вышеприведенный способ автоматической фокусировки позволяет сначала определить область нахождения максимального значения параметра резкости при перемещении фокусирующего устройства с большим шагом, а затем вычислить его точное местоположение, перемещая фокусирующее устройство с меньшим шагом в области нахождения максимального значения параметра - это позволяет зафиксировать небольшие изменения снимаемой сцены.

В случае съемки через стекло или при съемке объекта, находящегося на фоне пейзажа или другого удаленного объекта, возникает локальный максимум параметра резкости, соответствующей фокусировке на стекле, пейзаже или удаленном объекте. Данный способ автоматической фокусировки позволяет определить максимальное значение параметра резкости, а значит сфокусироваться именно на снимаемом объекте.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 и фиг.2 изображена схема алгоритма, реализующего предлагаемый способ.

На фиг.3 показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг.4 приведена зависимость параметра резкости от перемещения фокусирующего устройства при поиске максимального значения параметра резкости при съемке через стекло.

Поиск максимального значения параметра резкости осуществляется следующим способом и приведен на фиг.1 и фиг.2.

При включении видеокамеры объектив перемещают в одно из крайних положений. Затем объектив перемещают в противоположном направлении с предзаданным шагом, при этом на каждом шаге вычисляется значение параметра резкости.

Вычисляют предварительное максимальное значение параметра резкости и положение объектива соответствующее этому значению. По достижении противоположного крайнего положения объектив возвращают в положение соответствующее предварительному максимальному значению параметра резкости. Затем в течение этапов, количество которых не меньше одного, происходит уточнение предзаданного максимального значения параметра резкости, при переходе на первый и на каждый последующий этап происходит уменьшение шага перемещения объектива.

Объектив перемещается на шаг вправо. Если соответствующее значение параметра резкости больше, чем предварительно вычисленное максимальное значение, то новое значение считается предварительно вычисленным максимальным значением. Затем происходит переход на следующий этап уточнения максимального значения параметра резкости.

Если же значение параметра меньше, чем предварительно вычисленное значение резкости, то объектив перемещается на шаг в противоположном направлении от предварительно вычисленного максимального значения. При этом если значение текущего параметра резкости меньше, чем предварительно вычисленное максимальное значение, то объектив перемещается в предварительно вычисленное максимальное значение. Происходит переход на следующий цикл уточнения. Если же значение параметра резкости, соответствующее текущему положению объектива больше, чем предварительно вычисленное максимальное значение, то текущее значение резкости считается предварительно вычисленным максимальным значением резкости, а соответствующее положение объектива - положением объектива предварительно вычисленного максимального значения резкости. Затем происходит переход на следующий этап поиска.

На последнем этапе уточнения предварительно вычисленного максимального значения предварительно вычисленное максимальное значение считают точным максимальным значением параметра резкости. А положение объектива, соответствующее этому значению, есть положение объектива, при котором снимаемое изображение будет в фокусе.

На фиг.3 приведена блок-схема устройства, в котором может быть реализован заявляемый способ. Устройство содержит следующие блоки:

1. Сенсор, связанный с блоком преобразования изображения из RGB представления в яркостное представление;

2. Блок преобразования изображения из RGB представления в яркостное представление, связанный с сенсором и блоком выполнения дискретного вейвлетного преобразования;

3. Блок выполнения дискретного вейвлет преобразования по стандарту JPEG 2000, Wavelet 5/3, связанный с сенсором для захвата изображения и с блоком вычисления параметра резкости;

4. Блок вычисления параметра резкости, связанный с блоком выполнения дискретного вейвлет преобразования и с блоком анализа параметра резкости;

5. Блок анализа параметра резкости, связанный с блоком вычисления параметра резкости и с механизмом управления автофокусировкой;

6. Механизм управления автофокусировкой, связанный с блоком анализа параметра резкости и с сенсором для захвата изображения.

Указанное устройство работает следующим образом: в блоке 1 происходит захват изображения, в блоке 2 преобразуют изображения из RGB представления в яркостное представление. В блоке 3 над поступаемым изображением проводят дискретное вейвлет преобразование, а именно вычисляют коэффициенты высоких и низких пространственных частот, которые передают на блок вычисления параметра резкости. В блоке 4 вычисляют значение параметра резкости как соотношение высоких и низких пространственных частот. В блоке 5 происходит оценка значений параметра резкости, а именно вычисление, его уточнение, вычисление точного максимального значения резкости, а также формирование сигналов для механизма управления автофокусировкой, которые передают на блок 6. В блоке также хранится предварительное максимальное значение параметра резкости и информация о положении объектива, соответствующего предварительному максимальному значению резкости. Механизм управления автофокусировкой перемещает объектив под действием сигналов, поступающих с блока анализа параметра резкости.

На фиг.4 приведена зависимость параметра резкости от перемещения фокусирующего устройства при поиске максимального значения параметра резкости при съемке через стекло.

Первый локальный максимум на фиг.4 соответствует фокусировке на стекле, второй - фокусировке на объекте. Первая область соответствует этапу вычисления приблизительного максимального значения резкости, вторая область соответствует этапу перемещения фокусирующего устройства в положение, соответствующее приблизительному максимальному значению резкости. В третьей области происходит уточнение максимального значения параметра резкости. Заявленный способ позволил избежать выбора в качестве предварительного максимального значения первого локального максимума, соответствующего фокусировке на стекле.

Литература

1. Патент США No 6.151.415, Auto-focusing algorithm using discrete wavelet transform.

2. Патент США No 5.752.115, Autofocus camera with power control for emitted beam.

Способ автоматической фокусировки, включающий вычисление множества различных значений параметров резкости, каждое из которых соответствует различному положению фокусирующего устройства, при помощи проведения дискретного вейвлет преобразования над множеством изображений, захваченных при различных положениях фокусирующего устройства и приведенных из RGB представления в яркостное представление, перемещение фокусирующего устройства в положение, соответствующее максимальному значению параметра резкости, определяемому путем сравнений множества вычисленных различных значений параметров резкости, отличающийся тем, что при проведении операции сравнения множества вычисленных параметров значений резкости изображения фокусирующее устройство перемещают в одно из крайних положений, вычисляют параметр резкости изображения для данного положения фокусирующего устройства, вычисленное значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения, определяют предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения путем перемещения фокусирующего устройства из одного крайнего положения в другое с шагом, задаваемым при настройках системы фокусирования, вычисления текущего значения параметра резкости изображения, попарного сравнения текущего значения параметра резкости с предварительным максимальным, если текущее значение параметра резкости больше предварительного максимального, то текущее значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения, определяют максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения за предзаданное количество этапов уточнения предварительного максимального значения параметра резкости снимаемого изображения, но не менее одного, для чего перемещают фокусирующее устройство в положение, соответствующее предварительному максимальному значению параметра резкости, уменьшают шаг перемещения фокусирующего устройства на величину, определяемую при настройках системы фокусирования, перемещают фокусирующее устройство на один шаг вправо или влево от предварительного максимального значения, вычисляют текущее значение параметра резкости, сравнивают текущее значение параметра резкости с предварительным максимальным, если оно больше предварительного максимального, то текущее значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения, переходят на следующий этап уточнения; в противном случае фокусирующее устройство перемещают на один шаг в противоположном направлении от предварительного максимального значения параметра резкости снимаемого изображения, вычисляют текущее значение параметра резкости, сравнивают текущее значение параметра резкости с предварительным максимальным, если оно больше предварительного максимального, то текущее значение параметра резкости принимают за предварительное максимальное значение параметра резкости снимаемого изображения, переходят на следующий этап уточнения, в противном случае переходят на следующий этап уточнения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может быть использовано в фото-, кино- и видеотехнике, а более конкретно в системах с автоматической фокусировкой объектива.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в объективах со значительным перемещением оптических компонентов. .

Изобретение относится к фотокинотехнике и позволяет повысить точность фокусировки Входящие в канал считывающего излучения оптически управляемые элементы 6 и 7 вы полнены в виде п изолированныхдруг от друга полос.

Изобретение относится к адаптивным системам, предназначенным для автоматического контроля фокусировки изображения в оптико-электронных приборах, например измерителях на фотоприемниках с переносом заряда.

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и позволяет повысить эксплуатационные возможности механизма. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить точность фокусировки объектива. .

Изобретение относится к автофокусировке с предсказанием. Рассмотрен способ автофокусировки в устройстве для формирования изображений, включающем объектив и столик для удержания образца, изображение которого необходимо получить. Способ включает определение измеренного значения фокусного расстояния, соответствующего по меньшей мере первому из множества логических сегментов изображения. Также способ включает формирование изображения первого логического сегмента изображения с использованием измеренного значения фокусного расстояния. Способ также включает определение предсказанного значения фокусного расстояния для второго из множества логических сегментов изображения с использованием измеренного значения фокусного расстояния и хранимого параметра изменения фокусного расстояния. Дополнительно способ включает формирование изображения второго логического сегмента изображения с использованием предсказанного значения фокусного расстояния. Технический результат - увеличение скорости сканирования, повышение качества изображения, упрощение последовательности клинических операций при сканировании. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области цифровой фото- и видеосъемки. Согласно способу производят вычисление множества различных значений параметров резкости, каждое из которых соответствует различному положению фокусирующего устройства. Фокусирующее устройство перемещают в положение, соответствующее максимальному значению параметра резкости, определяемому путем сравнения множества вычисленных различных значений параметров резкости. Фокусировку дополнительно проводят в две фазы, первая из которых включает пошаговое сканирование зоны фокусировки, при котором снимают характеристику изменения контраста изображения при перемещении наблюдаемого объекта вдоль оптической оси фокусирующего устройства. Вторая фаза включает перемещение наблюдаемого объекта в точку наилучшего контраста, которую определяют по результатам сравнения функции изменения контраста, полученного на первой фазе и текущего значения контраста. Технический результат - повышение точности и быстродействия процесса автофокусировки за счет исключения поисковых движений фокусирующего устройства. 2 ил.

Изобретение относится к обеспечению информации о фокусировке

Изобретение относится к области фотоэлектрического преобразования двухмерных структур для захвата изображения

Изобретение относится к автофокусировке с использованием адаптивной жидкокристаллической оптики. Устройство включает в себя объектив, датчик для обнаружения изображения от объектива, первый и второй жидкокристаллические слои с плоской поверхностью между объективом и датчиком, которые выставлены перпендикулярно по отношению к друг другу. Первый и второй жидкокристаллические слои между объективом и датчиком служат для прохождения волн в двух ортогональных поляризациях. В первом слое происходит регулировка показателя преломления необыкновенных (p) волн. Технический результат - исключение из конструкции механических подвижных частей. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к элементу, регистрирующему изображение, который может определять фокус с помощью способа определения разницы фаз. Регистрирующий изображение элемент устройства регистрации изображения содержит пару пикселей автофокусировки, осуществляющих функцию разделения выходного зрачка и обычные пиксели, которые не осуществляют указанную функцию. Пара пикселей автофокусировки содержит пару фотоэлектрических преобразователей, размер которых совпадает с размерами фотоэлектрических преобразователей обычных пикселей. Над парой фотоэлектрических преобразователей расположен перекрывающий свет участок и одна микролинза. Перекрывающий свет участок содержит две перекрывающие свет области, которые перекрывают пучок света, проходящий через выходной зрачок. Микролинза расположена между двумя перекрывающими свет областями. Технический результат - уменьшение размеров пикселей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к области цифровой фото- и видеосъемки. Согласно способу производят вычисление множества различных значений параметров резкости, каждое из которых соответствует различному положению фокусирующего устройства. Фокусирующее устройство перемещают в положение, соответствующее максимальному значению параметра резкости, определяемому путем сравнения множества вычисленных различных значений параметров резкости. Фокусировку дополнительно проводят в две фазы, первая из которых включает пошаговое сканирование зоны фокусировки, при котором снимают характеристику изменения контраста изображения при перемещении наблюдаемого объекта вдоль оптической оси фокусирующего устройства. Вторая фаза включает перемещение наблюдаемого объекта в точку наилучшего контраста, которую определяют по результатам сравнения функции изменения контраста, полученного на первой фазе и текущего значения контраста. Технический результат - повышение точности и быстродействия процесса автофокусировки за счет исключения поисковых движений фокусирующего устройства. 2 ил.

Устройство съемки изображения включает первое средство автофокусировки, получающее первую информацию фокусировки с использованием фазоразностной системы, и второе средство автофокусировки, получающее вторую информацию фокусировки с использованием системы контрастности. Устройство способно переходить в режим коррекции для первой информации фокусировки. Устройство содержит: средство управления отображением, управляющее средством отображения, отображающим фотографируемый вид в реальном времени, и средство управления, управляющее фокусирующей линзой в режиме коррекции так, что она фокусируется с использованием второй информации фокусировки или первой информации фокусировки, скорректированной значением коррекции для первой информации фокусировки. Значение коррекции вычисляется в соответствии с разностью между первой и второй информациями фокусировки. Средство управления позволяет средству управления отображением снова начинать отображение вида в реальном времени на средстве отображения после вхождения в сфокусированное состояние с использованием второй информации фокусировки. Отображение вида в реальном времени прерывается в режиме коррекции. Технический результат - возможность подтверждения точности фокусировки во время вычисления значения коррекции, посредством которого информация фокусировки, получаемая фазоразностным средством, корректируется с использованием системы контрастности. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройству съемки изображений для одновременной реализации автоматической фокусировки (AF) по разности фаз и AF по контрастности. Устройство определяет величину сдвига сигнала изображения, соответствующего оценочной позиции фокуса для каждой области выходного зрачка. Затем устройство генерирует изображение, соответствующее позиции на плоскости изображения, путем выполнения обработки арифметической операции на основе определенной величины сдвига для сигнала изображения. Далее устройство вычисляет оценочное значение контрастности сгенерированного изображения и вычисляет оценочное значение корреляции между изображениями, соответствующими разным областям выходного зрачка в сгенерированном изображении. Технический результат - повышение быстродействия и точности фокусировки. 7 н. и 7 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к области регистрации изображений и касается устройства захвата изображения. Устройство включает в себя элемент формирования изображения, блок датчика детектирования фокуса, блок съемки и блок управления. Блок управления выполнен с возможностью получения в каждом интервале между каждой из экспозиций при непрерывной съемке информации в отношении режима, используемой в определении режима настройки фокуса, применяемого для каждого из интервалов, и определения, в каждом интервале между каждой из экспозиций при непрерывной съемке, либо первого режима настройки фокуса для вычисления величины дефокусировки на основе сигнала, выводимого посредством элемента формирования изображения, либо второго режима настройки фокуса для вычисления величины дефокусировки на основе сигнала для детектирования фокуса, выводимого посредством блока датчика, в качестве режима настройки фокуса, который применяют для каждого из интервалов между каждой из экспозиций, на основе полученной информации в отношении режима. Технический результат заключается в повышении точности фокусировки и увеличении скорости непрерывной съемки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх