一种有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法技术

本发明专利技术公开了一种有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法：根据变倍组倍率Z、均匀粗分的物距WD和对焦组位置FP构建测量二维查找表；再将其每列数据进行多项式拟合，以均匀细分的WD和FP的拟合值，构建拟合二维查找表FP

【技术实现步骤摘要】
一种有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法


[0001]本专利技术属于机器视觉或显微观测领域的变倍跟随与自动对焦技术，尤其涉及一种有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法。

技术介绍

[0002]目前的连续变倍自动对焦镜头主要分为三大类：一种是普通手动连续变倍自动对焦镜头，主要应用在单反或微单相机。第二种是电动连续变倍自动对焦镜头，主要应用在监控或微单相机。上述两种镜头物距都是从无限远到有限远距离，其变倍组同对焦组可以连动，也可以独立变倍或独立对焦。第三种是有限远共轭距变倍镜头，在物距固定的情况下，其电动变倍过程变倍组同对焦组是连动的，因此可以保证变倍跟随。
[0003]随着连续变倍自动对焦镜头在工业检测或显微观测领域应用的不断拓展，出现了一种对近距离成像的变倍镜头。这类镜头变倍组和对焦组是独立控制的，如果按一定关系去独立控制，则可以实现连续变倍跟随。其光学结构如图1所示：该变倍镜头整个结构依次为远物距1，标准物距2，近物距3，前固定组4，变倍组5，对焦组6，后固定组7以及像面8，在正常状态下，变倍镜头对标准物距2的位置成清晰像。当进行变倍跟随时，变倍组5同对焦组6按变倍曲线9，对焦曲线10对应关系运动，则可以保证整个变倍过程都清晰。当变倍完成以后，对焦组6可以单独对当前物距位置的物进行精确再对焦。当观察物在远物距1同近物距3之间变化时，变倍镜头都会启动对焦组6进行自动对焦，保证观察物成像在像面8上。这类镜头的一个优点是物距范围比较大，且在物距范围内对所有倍率都可以清晰成像，所以称之为有限远变共轭距变倍镜头。/>[0004]现有变倍跟随方法主要有：查表法、几何法、自适应法、简化法、预测法、相关法、反馈法以及改进的反馈法。这些方法均是以不同物距情况下对焦组与变倍组的关系曲线为基础，构建变倍跟随数据，可实现不同精度或速度的变倍跟随。如公开号为CN111147732A的中国专利公开了一种对焦曲线建立方法及装置，涉及图像处理领域。该方法包括：以变焦参数为横坐标、对焦参数为纵坐标建立坐标系，其中镜头捕获待处理图像过程中的物距为定值；采用单调爬山算法，在所述坐标系确定预设变焦参数关键点、以及各所述预设变焦参数关键点对应的满足预设清晰条件的对焦参数点；根据各所述预设变焦参数关键点对应的满足预设清晰条件的对焦参数点，生成对焦曲线。如公开号为CN111385466A的中国专利公开了一种自动聚焦方法、装置、设备及存储介质。所述方法包括：通过确定当前监控环境中的红外光占比，并依据红外光占比，确定镜头在当前物距下的变倍跟随曲线，然后在镜头的变倍操作过程中，确定镜头的至少两个变倍位置，以及依据镜头在当前物距下的变倍跟随曲线，在各变倍位置关联的聚焦位置进行跟随聚焦，并在变倍操作后，根据得到的聚焦位置，进行自动聚焦。
[0005]但由于对焦组位置(纵坐标)与变倍组倍率(横坐标)的关系曲线存在：1)重叠区以及非线性性；2)容易发生物距映射错误；3)非线性增加了拟合的难度，往往需要复杂的最小二乘法进行拟合；4)拟合精度差等问题。
[0006]鉴于目前方法存在的以上问题，有必要专利技术一种新的二维查找表快速构建方法，以尽可能减少测量工作量，并用简单的数据拟合方法，输出高精度的拟合结果，为后面的变倍跟随提供更好的用户体验，同时加快精密对焦速度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法，该方法通过粗分的测量二维查找表大大减少了测量工作量，而拟合二维查找表又保证了后续变倍跟随的精度，提升了用户的体验感，而精确的变倍跟随以及确定的搜索范围更可以减少后续自动对焦的时间，对实时性要求高的应用会有巨大的价值。
[0008]本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法，所述自动对焦方法包括以下步骤：
[0010](1)将变倍组倍率均匀划分后作为列索引，变倍镜头的物距均匀粗分后作为行索引，并根据列索引和行索引通过全程扫描法获得对焦组位置，构建测量二维查找表；
[0011](2)将测量二维查找表的每列数据进行多项式拟合，再将物距均匀细分后作为新的行索引，根据拟合多项式计算对应的对焦组位置的拟合值，构建拟合二维查找表；
[0012](3)根据变倍镜头的当前实际物距和拟合二维查找表，移动变倍组和对焦组，实现变倍跟随；
[0013](4)变倍跟随完成后，根据当前变倍组倍率在拟合二维查找表中确定对焦组的搜索范围以及单次搜索步长，通过爬山搜索法进行自动对焦；
[0014](5)根据自动对焦的结果中的当前变倍组倍率和当前对焦组位置值，在拟合二维查找表中反向查找最接近的对焦组位置，将其对应的物距作为新的当前物距；
[0015](6)根据新的当前物距和拟合二维查找表，重复步骤(3)
‑
(4)，进行后续变倍跟随和自动对焦。
[0016]其中，相对于步骤(1)中的均匀粗分，步骤(2)中物距的均匀细分是指以更小精度进行划分。本专利技术通过粗分的测量二维查找表大大减少了测量工作量，而拟合二维查找表又保证了后续变倍跟随的精度，提升了用户的体验感。而精确的变倍跟随更可以减少后续自动对焦的时间，对实时性要求高的应用会有巨大的价值。
[0017]在本专利技术中，物距、变倍组倍率、对焦组位置、测量二维查找表和拟合二维查找表可以分别用以下符号表示：WD、Z、FP、FP(WD，Z)和FP
’
(WD，Z)。
[0018]在步骤(1)中，所述构建测量二维查找表FP(WD
i
，Z
j
)的方法包括：将变倍组按j＝1～N位置扫描到j位置，得到Z
j
，将物距WD按i＝1～M进行扫描，得到WD
i
，在当前WD
i
位置对焦组采用全程扫描法扫描对焦组的整个机械行程，找到最佳的对焦组位置FP
ij
，所有工作距离对应的对焦组位置分别记为FP
1j
，FP
2j
，
…
，FP
Mj
；继续移动变倍组直到j＝N，得到FP
1N
，FP
2N
，
…
，FP
MB
，完成最后一列数据的测量，进而完成FP(WD
i
，Z
j
)的构建：
[0019][0020]其中，M和N为具有实际应用意义的有限整数，这里的M一般优选地取5～10即可，N可根据变倍范围，以0.1间隔进行取样的有限整数。如变倍比为8，间隔为0.1，则N取int(8/0.1+1)＝81。
[0021]在步骤(2)中，由于测量二维查找表在物距方向的精度还不够，将测量二维查找表中的每列数据按列方向用三次或高次多项式进行拟合，将物距WD依据精度划分为(j
‑
1)(M
‑
1)等份(即进行j等分精度划分)，j为整数，完成拟合二维查找表FP
′
(WD
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法，其特征在于，所述自动对焦方法包括以下步骤：(1)将变倍组倍率均匀划分后作为列索引，变倍镜头的物距均匀粗分后作为行索引，并根据列索引和行索引通过全程扫描法获得对焦组位置，构建测量二维查找表；(2)将测量二维查找表的每列数据进行多项式拟合，再将物距均匀细分后作为新的行索引，根据拟合的多项式计算对应的对焦组位置的拟合值，构建拟合二维查找表；(3)根据变倍镜头的当前实际物距和拟合二维查找表，移动变倍组和对焦组，实现变倍跟随；(4)变倍跟随完成后，根据当前变倍组倍率在拟合二维查找表中确定对焦组的搜索范围以及单次搜索步长，通过爬山搜索法进行快速自动对焦；(5)根据自动对焦的结果中的当前变倍组倍率和当前对焦组位置值，在拟合二维查找表中反向查找最接近的对焦组位置，将其对应的物距作为新的当前物距；(6)根据新的当前物距和拟合二维查找表，重复步骤(3)
‑
(4)，进行后续变倍跟随和快速自动对焦；其中，相对于步骤(1)中的均匀粗分，步骤(2)中物距的均匀细分是指以更小精度进行划分。2.根据权利要求1所述的有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述构建测量二维查找表FP(WD
i
,Z
j
)的方法包括：将变倍组按j＝1～N进行扫描到j，得到Z
j
，将物距WD按i＝1～M进行扫描，得到WD
i
，对焦组在当前WD
i
位置采用全程扫描法扫描整个对焦组的机械行程，找到最佳的对焦组位置FP
ij
，分别记为FP
1j
,FP
2j
,
…
,FP
Mj
；继续移动变倍组直到j＝N，完成FP(WD
i
,Z
j
)的构建如下：其中，M和N为具有实际应用意义的有限整数，这里的M一般取5～10之间的值即可，N可根据变倍比，以0.1间隔进行取样的有限整数。3.根据权利要求2所述的有限远变共轭距变倍镜头的自动对焦方法，其特征在于，在步骤(2)中，将测量二维查找表中的每列数据按列方向用三次或高次多项式进行拟合，将物距WD依据精度划分为(k
‑
1)(M

【专利技术属性】
技术研发人员：余飞鸿，吴勇，张诚扬，
申请(专利权)人：杭州图谱光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：