一种镜头模组通电对焦位姿校准方法及系统与流程

本技术涉及镜头对焦，更具体地说，它涉及一种镜头模组通电对焦位姿校准方法及系统。

背景技术：

1、随着数字创意技术设备制造向高分辨率、广视场、低畸变和沉浸式成像方向发展，虚拟现实设备、数字技术制播放设备以及其他智能消费设备对其图像采集模组的全视场清晰度、边角像质一致性、自动对焦重复性和温度稳定性提出了更高要求。上述设备所采用的镜头模组通常集成自动对焦致动器和光学防抖致动器，量产装配时一般采用主动对准方式，在通电组装状态下采集标准靶标图像并计算清晰度或空间频率响应等像质指标，以驱动镜头与图像传感器之间的多自由度位姿调整；同时通过音圈马达的驱动电压或驱动码值控制镜片沿光轴方向移动，实现自动对焦。

2、现有授权公告号为cn109151328b的中国专利公开了镜头对焦方法、装置及变焦镜头。确定用于驱动镜头产生位移的第一驱动电压驱动下所成像的第一清晰度，以及在第二驱动电压驱动下所成像的第二清晰度；根据第一清晰度和第二清晰度确定电压调整方向和后续电压调整步长值，其中，电压调整方向为使清晰度增加的方向；基于第二驱动电压，根据电压调整方向和后续电压调整步长值确定后续驱动电压，以及确定镜头在后续驱动电压驱动下所成像的后续清晰度；从第一清晰度，第二清晰度以及后续清晰度中确定清晰度最高对应的驱动电压为镜头的对焦电压。

3、然而，在多自由度主动对准与通电对焦耦合的量产装配场景中，通电致动器的电压与位移关系往往存在非线性、迟滞与回差，并受温升、磁路漂移及负载状态影响，对焦扫描得到的清晰度峰值可能对应某一瞬态位姿或瞬态机械状态，而非装配完成后的稳定状态，现有技术仅基于一维电压、清晰度寻优难以实现全视场像质在装配完成后的稳定且可重复最优，所得到的电压最优点不等同于位姿最优点，从而导致校准收敛不稳、跨批次差异增大与良率下降。

技术实现思路

1、本技术的目的就在于为了解决数字创意技术设备制造过程中，特别是虚拟现实设备、数字技术制播放设备以及其他智能消费设备所用镜头模组在多自由度主动对准与通电自动对焦相互耦合的条件下，存在的全视场像质一致性不足、对焦位置重复性较差、位姿最优点与对焦驱动量最优点不一致以及温度变化引起对焦漂移的问题，而提供一种镜头模组通电对焦位姿校准方法及系统。

2、本技术提供了一种镜头模组通电对焦位姿校准方法，包括以下步骤：

3、基于镜头模组采集全视场像质向量并计算数据质量分数，基于所述数据质量分数判定采集数据的有效性；

4、在初始自动对焦驱动量附近对音圈马达执行双向激励扫描，分别建立上行迟滞映射函数和下行迟滞映射函数，基于上行和下行迟滞映射函数计算迟滞指标并确定固定逼近方向，基于所述全视场像质向量和迟滞指标构建综合评价函数；

5、在当前位姿的基础上设计一组位姿微扰量，基于固定逼近方向对每个微扰后的位姿执行定向自动对焦逼近测量，得到耦合采样数据集；

6、利用所述耦合采样数据集建立位姿、对焦与像质的代理模型，采用内外双环嵌套的迭代结构对位姿和自动对焦驱动量进行联合优化，直至满足收敛终止条件，得到最优位姿和最优自动对焦驱动量；

7、在所述最优位姿与最优自动对焦驱动量的组合状态下进行稳定性复核，输出最终校准结果包。

8、进一步地，基于所述数据质量分数判定采集数据的有效性包括：

9、对镜头模组上电，控制光学防抖致动器进入参考中位状态并锁定；

10、将自动对焦驱动量设置为初始中间位置，等待预设的热稳态时间后采集全视场像质向量；全视场像质向量包括中心视场的空间频率响应值、第一边角视场的空间频率响应值、第二边角视场的空间频率响应值、第三边角视场的空间频率响应值和第四边角视场的空间频率响应值；

11、执行数据质量门控，数据质量门控包括在当前位姿和自动对焦驱动量的组合条件下，对同一组合条件连续采集预设采集次数的图像并计算多组全视场像质向量，基于多组全视场像质向量计算数据质量分数，将所述数据质量分数与预设的质量阈值进行比较，若所述数据质量分数小于所述质量阈值则将该组全视场像质向量标记为有效数据，否则触发重新采集策略直至所述数据质量分数小于质量阈值。

12、进一步地，数据质量分数的计算方式包括：

13、对多次测量结果分别计算每个视场的空间频率响应值的样本均值和样本方差；

14、对每个视场位置的多次测量值进行离群值剔除，包括将与样本均值之差的绝对值超过样本标准差的预设离群数倍的采集标记为离群值并剔除；

15、对剔除离群值后的各视场位置样本方差按照预设的视场方差权重进行加权求和得到所述数据质量分数，其中中心视场的方差权重高于各边角视场的方差权重。

16、进一步地，构建综合评价函数包括：

17、以初始自动对焦驱动量为中心，分别沿自动对焦驱动量增大的上行方向和自动对焦驱动量减小的下行方向施加预设激励幅值的激励信号；

18、在上行过程和下行过程中，在每个自动对焦驱动量采样点处记录对应的等效焦距位置；基于上行和下行过程的采集数据，分别建立上行迟滞映射函数和下行迟滞映射函数；

19、迟滞指标为在给定自动对焦驱动量和温度条件下上行迟滞映射函数的输出值与下行迟滞映射函数的输出值之差的绝对值；

20、固定逼近方向通过比较上行方向和下行方向在初始自动对焦驱动量附近的迟滞指标值确定，选取迟滞指标小的方向作为固定逼近方向；

21、综合评价函数的值为预设的中心视场像质权重乘以中心视场空间频率响应值，加上预设的边角视场像质权重乘以4个边角视场空间频率响应值的算术平均值，再减去预设的迟滞惩罚系数乘以迟滞指标，再减去预设的位姿偏离惩罚系数乘以位姿偏离量的欧氏范数的平方；其中，中心视场像质权重与边角视场像质权重之和等于1，位姿偏离量的欧氏范数的平方为当前位姿与工装参考位姿之差向量的各分量平方之和。

22、进一步地，所述上行迟滞映射函数的输出为上行常数项系数、上行一次项、上行二次项与上行温度项的和，其中上行一次项为上行一次项系数乘以自动对焦驱动量，上行二次项为上行二次项系数乘以自动对焦驱动量的平方，上行温度项为当前温度与参考温度的差值再乘以上行温度修正系数；

23、所述下行迟滞映射函数的输出为下行常数项系数、下行一次项、下行二次项与下行温度项的和，其中下行一次项为下行一次项系数乘以自动对焦驱动量，下行二次项为下行二次项系数乘以自动对焦驱动量的平方，下行温度项为当前温度与参考温度的差值再乘以下行温度修正系数。

24、进一步地，定向自动对焦逼近测量包括：

25、规定自动对焦驱动量的最终逼近步进沿固定逼近方向进行；

26、将自动对焦驱动量从当前值沿与固定逼近方向相反的方向退回预设退回距离；

27、沿固定逼近方向逐步调整自动对焦驱动量，在每个步进位置采集全视场像质向量并执行数据质量门控；

28、对有效数据点采用局部二次多项式拟合方法确定空间频率响应峰值对应的最优自动对焦驱动量；当二次拟合系数为负值时，最优自动对焦驱动量等于一次拟合系数的负值除以二次拟合系数的2倍；当二次拟合系数大于或等于零时，启用回退搜索策略；

29、验证最优自动对焦驱动量是否满足迟滞约束条件，即迟滞指标不超过预设的迟滞指标上限；若不满足，则在迟滞指标不超过预设迟滞指标上限的可行域内选取使综合评价函数值最大的自动对焦驱动量。

30、进一步地，内外双环嵌套的迭代结构包括：

31、内环为自动对焦优化环，在当前位姿下执行定向自动对焦逼近测量确定最优自动对焦驱动量，并按照递推最小二乘法更新代理模型参数；

32、外环为位姿优化环，基于更新后的代理模型的空间频率响应预测值所计算得到的综合评价函数预测值，在信赖域约束下求解位姿更新量；所述信赖域为以当前位姿为中心、以预设信赖域半径为约束的球形区域；位姿更新量的求解目标为在位姿更新量的欧氏范数不超过预设信赖域半径的约束下，使综合评价函数预测值减去正则化项的值最大，其中，正则化项为预设正则化系数乘以位姿更新量欧氏范数平方；

33、在每次位姿更新后执行数据质量门控，若新综合评价值大于旧综合评价值且数据质量分数小于质量阈值则保留更新，否则回退位姿并缩小预设信赖域半径。

34、进一步地，代理模型对每个视场位置分别建立一个二次响应面模型，所述二次响应面模型的空间频率响应预测值等于常数偏置项、位姿线性项、焦距线性项、位姿二次项、焦距二次项与位姿焦距交叉耦合项的和，其中，位姿线性项为位姿线性系数向量与位姿向量的内积，焦距线性项为焦距线性系数乘以等效焦距位置，位姿二次项为位姿向量与位姿二次项系数矩阵和位姿向量的二次型乘积，焦距二次项为焦距二次项系数乘以等效焦距位置的平方，位姿焦距交叉耦合项为位姿向量与位姿焦距交叉耦合系数向量和等效焦距位置的乘积；其中，所述等效焦距位置由自动对焦驱动量通过迟滞映射函数获得；代理模型的参数通过带遗忘因子和岭正则化的递推最小二乘法进行在线更新。

35、进一步地，所述稳定性复核包括：

36、在预设的稳定性保持时间内周期性采集全视场像质向量，若像质变化量的各分量均在预设的稳定性阈值范围内则判定当前校准状态具备时间稳定性；

37、同步记录温度变化，利用温度变化量与维持像质所需的自动对焦驱动量调整量之间的对应关系，通过线性回归拟合获得温漂灵敏度系数；

38、建立温漂补偿关系，经温漂补偿后的自动对焦驱动量等于最优自动对焦驱动量加上温漂灵敏度系数与温度变化量的乘积；

39、执行工艺锁定操作后进行回零与回到位复验，回零与回到位复验包括将自动对焦驱动量归零后沿固定逼近方向重新逼近至最优自动对焦驱动量，采集全视场像质向量并与预设的验收阈值比较，若数据质量分数小于质量阈值则输出最终校准结果包；

40、最终校准结果包包括最优位姿、最优自动对焦驱动量、固定逼近方向、迟滞模型参数向量和温漂灵敏度系数。

41、本技术提供了一种镜头模组通电对焦位姿校准系统，其用于执行前述的一种镜头模组通电对焦位姿校准方法；所述系统包括：

42、数据质量模块，基于镜头模组采集全视场像质向量并计算数据质量分数，基于所述数据质量分数判定采集数据的有效性；

43、综合评价模块，用于在初始自动对焦驱动量附近对音圈马达执行双向激励扫描，分别建立上行迟滞映射函数和下行迟滞映射函数，基于上行和下行迟滞映射函数计算迟滞指标并确定固定逼近方向，基于所述全视场像质向量和迟滞指标构建综合评价函数；

44、耦合采样模块，用于在当前位姿的基础上设计一组位姿微扰量，基于固定逼近方向对每个微扰后的位姿执行定向自动对焦逼近测量，得到耦合采样数据集；

45、联合优化模块，用于利用所述耦合采样数据集建立位姿、对焦与像质的代理模型，采用内外双环嵌套的迭代结构对位姿和自动对焦驱动量进行联合优化，直至满足收敛终止条件，得到最优位姿和最优自动对焦驱动量；

46、校准输出模块，用于在所述最优位姿与最优自动对焦驱动量的组合状态下进行稳定性复核，输出最终校准结果包。

47、本技术的有益效果在于：本技术通过主动对准多自由度运动平台对镜头模组相对于图像传感器的空间位姿进行闭环调整，同时对自动对焦致动器进行受控驱动，并以标准靶标成像计算全视场像质向量作为统一的评价依据，从而使位姿调整与对焦寻优在同一框架内协同完成，避免仅依赖单一视场或单一对焦曲线导致的装配后全视场像质不一致问题。通过引入光学防抖致动器参考中位状态锁定与数据质量门控机制，对同一状态的多次测量进行一致性评估与离群剔除，仅使用通过门控的有效数据用于建模与优化，显著降低振动、光照波动、污染等噪声因素对评价函数的干扰，提高量产节拍约束下的测量可靠性与校准稳定性。

48、本技术通过对音圈马达在当前工作点附近执行双向激励扫描，建立含温度修正项的上行迟滞映射函数与下行迟滞映射函数，定义迟滞指标并确定固定逼近方向，使自动对焦驱动量的最终逼近方向保持一致，从源头抑制迟滞回差引起的对焦位置漂移与重复性差的问题；同时构建包括像质贡献项与惩罚项的综合评价函数，并基于耦合采样数据集建立可在线更新的代理模型，采用带遗忘因子与岭正则化的递推最小二乘法更新模型参数，结合信赖域约束的内外双环联合优化，实现高自由度位姿与最优自动对焦驱动量的稳健收敛。通过在获得最优位姿与最优自动对焦驱动量后执行稳定性复核，并通过温漂灵敏度系数辨识建立温漂补偿关系，最终形成包括最优位姿、最优自动对焦驱动量、固定逼近方向、迟滞模型参数向量与温漂灵敏度系数的校准补偿参数集，可用于产线追溯与终端运行补偿，从而提升跨时间与跨批次的一致性交付能力。