一种摄像设备的聚焦方法、装置和计算机可读存储介质与流程

1.本技术涉及聚焦技术领域，具体涉及一种摄像设备的聚焦方法、装置和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着摄像机的应用广度以及应用深度的不断提升，对聚焦准确度和速度提出了更高的要求；虽然相关技术中采用了一些方案来实现改善聚焦准确度，但效果不佳。


技术实现要素：

3.本技术提供一种摄像设备的聚焦方法、装置和计算机可读存储介质，能够提升聚焦的准确性。
4.为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：提供一种摄像设备的聚焦方法，该方法包括：对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像；提取当前拍摄图像的色度信息以及亮度信息；对亮度信息进行低频滤波处理，得到低频数据；对色度信息进行高频滤波处理，得到高频数据；基于低频数据与高频数据，生成当前聚焦统计值；基于当前聚焦统计值，调整摄像设备的焦距。
5.为解决上述技术问题，本技术采用的另一技术方案是：提供一种摄像设备，该摄像设备包括互相连接的存储器和处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器执行时，用于实现上述技术方案中的摄像设备的聚焦方法。
6.为解决上述技术问题，本技术采用的另一技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器执行时，用于实现上述技术方案中的摄像设备的聚焦方法。
7.通过上述方案，本技术的有益效果是：先获取当前拍摄图像的亮度信息和色度信息；然后对亮度信息与色度信息进行区分处理，即对亮度信息进行低频滤波处理得到低频数据，对色度信息进行高频滤波处理得到高频数据；然后，利用低频数据与高频数据计算出当前聚焦统计值，并利用当前聚焦统计值去调整摄像设备的焦距，实现自动调焦；相比相关技术中只使用亮度信息计算聚焦统计值的方案来说，由于使用了整幅图像的信息(包括色度信息与亮度信息)，因此采用的信息更多，计算更加符合实际情况，能够提升计算聚焦统计值的可靠性；而且，本技术采用了将亮度信息的低通滤波与色度信息的高通滤波相结合的方案，相比对亮度信息进行高通滤波的方案来说，不仅能够保留图像的细节特征，还能提升利用当前拍摄图像计算当前聚焦统计值的质量，且由于当前聚焦统计值的计算更加准确，能够改善聚焦的准确性。
附图说明
8.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
9.图1是本技术提供的人眼聚焦系统的示意图；
10.图2是本技术提供的摄像设备的聚焦方法一实施例的流程示意图；
11.图3是本技术提供的摄像设备的聚焦方法另一实施例的流程示意图；
12.图4是本技术提供的摄像设备一实施例的结构示意图；
13.图5是本技术提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例，对本技术作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本技术，但不对本技术的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本技术的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
15.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
16.需要说明的是，本技术中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
17.相关技术一般对源数据做奇数偶数行的低频滤波和高频滤波，将滤波的结果作为聚焦算子用于聚焦，但这种方式没有真正实现源数据的优化，整帧进行低频和整帧高频处理，且奇数偶数行的分割降低了本身进行高频或者低频滤波的能力；此外，由于纯整体处理的频率滤波，高低频滤波的结果的数量级差别很大，无法实现较好的优化。基于此，本技术提供了一种参考生物特性进行滤波的聚焦算子实现方法，下面先介绍人眼聚焦系统。
18.如图1所示，在人眼聚焦系统中，视锥细胞主要分布在视网膜的中央凹处，负责中央视力，而视杆细胞分散在中央凹的外围。人眼中全部的感光细胞大约1.37亿个，视杆细胞占了95％，即1.3亿个，视锥细胞仅有约700w个。视锥细胞的感光机能就是感知人眼看到的某个物体的颜色，最终经大脑还原出来物体的样貌，样貌由物体的形状和颜色构成；视杆细胞的功能是感知光线的强弱，主要主导暗环境或夜晚的视力，但无色觉感。视杆细胞在明亮环境中，敏感性容易趋向饱和，光线亮度大幅增加，细胞的敏感性不会随之大幅上涨，而是趋向稳定。在通用的聚焦滤波器方案中可以实验得到一个结论：低频滤波在明亮场景中的表现比较差，在黑暗环境中的表现优于高频滤波，结合人眼聚焦系统的特点，本技术提出新的聚焦方案，对源数据进行聚焦统计值(focus value，fv)计算时使用仿生技术，参考人眼
特性进行滤波，计算聚焦算子，最终实现提升聚焦统计值的质量，解决当前各种场景的失焦问题。
19.请参阅图2，图2是本技术提供的摄像设备的聚焦方法一实施例的流程示意图，本实施例的执行主体为摄像设备，该方法包括：
20.s21：对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像。
21.摄像设备设置于目标拍摄场景中，采用该摄像设备对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像(即源数据)，该当前拍摄图像的格式可以为yuv、rgb或ycbcr，其中，y表示明亮度(luminance)，u和v表示色度(chrominance)，r表示红色(red)，g表示绿色(green)，b表示蓝色(blue)，cb表示蓝色的浓度偏移量成份，cr表示红色的浓度偏移量成份。
22.可以理解地，在获取到当前拍摄图像后，可以按照应用需要对当前拍摄图像进行处理，比如：增强、显示或识别等。
23.s22：提取当前拍摄图像的色度信息以及亮度信息。
24.在获取到当前拍摄图像后，可以直接从当前拍摄图像的每个像素值的信息中提取出色度信息以及亮度信息，比如，当前拍摄图像的格式为yuv，由于yuv格式的图像的信息中已经包含色度与亮度，此时可直接进行分离处理，取出色度信息以及亮度信息，亮度信息包括当前拍摄图像中每个像素的亮度值，色度信息包括当前拍摄图像中每个像素的色度值。
25.在其他实施例中，可以对该当前拍摄图像进行处理，得到当前拍摄图像的色度信息以及当前拍摄图像的亮度信息，比如：当前拍摄图像的格式为rgb，将rgb格式的图像的信息带入相应的计算公式，便可得到色度信息与亮度信息。
26.s23：对亮度信息进行低频滤波处理，得到低频数据；对色度信息进行高频滤波处理，得到高频数据。
27.在获取到当前拍摄图像的亮度信息与当前拍摄图像的色度信息后，可采用相关技术中的低通滤波方案对亮度信息进行滤波，得到滤波后的信息(记作低频数据)；采用相关技术中的高通滤波方案对色度信息进行滤波，得到滤波后的信息(记作高频数据)。可以理解地，低通滤波方案与高通滤波方案可以为常见的时域滤波方案或频域滤波方案。
28.在一具体的实施例中，可以对亮度信息进行时域滤波得到第一滤波结果，对亮度进行频域滤波得到第二滤波结果，将第一滤波结果与第二滤波结果融合，得到低频数据；例如，在空域上，使用中值滤波模板对亮度信息进行滤波，在频域上，使用无限脉冲响应(infinite impulse response，iir)滤波器对亮度信息进行滤波，iir滤波器可以为三阶iir。可以对色度信息进行时域滤波得到第三滤波结果，对色度进行频域滤波得到第四滤波结果，将第三滤波结果与第四滤波结果融合，得到高频数据；例如，在空域上，使用通用的高通模板对色度信息进行滤波，在频域上，使用iir滤波器对色度信息进行滤波。
29.s24：基于低频数据与高频数据，生成当前聚焦统计值。
30.在获取到低频数据与高频数据后，可以对低频数据与高频数据进行处理，以便生成当前聚焦统计值，该当前聚焦统计值为为清晰度评价值，其为聚焦算法的关键依赖数据。另外，在当前生成当前聚焦统计值后，可对该当前聚焦统计值进行存储，以便后续调整焦距时使用。
31.在一具体的实施例中，可以预先建立目标拍摄场景的照度与处理策略之前之间的映射关系，得到映射表，该映射表包括至少两个照度以及照度对应的处理策略。在实际应用
中，可以获取目标拍摄场景的照度；将该照度与映射表进行匹配，得到与该照度匹配的处理策略；然后，采用与照度匹配的处理策略对低频数据与高频数据进行处理，得到当前聚焦统计值。
32.例如，假设隐射表包括照度l1～l3以及处理策略d1～d3，照度l1与处理策略d1对应，照度l2与处理策略d2对应，照度l3与处理策略d3对应，如果检测到当前目标拍摄场景的照度为l2，则采用处理策略d2对低频数据与高频数据进行处理，得到当前聚焦统计值。可以理解地，可以根据具体应用需要设置照度、处理策略的数量以及设置照度与处理策略的对应关系。
33.s25：基于当前聚焦统计值，调整摄像设备的焦距。
34.在计算出当前拍摄图像的当前聚焦统计值后，可以判断该当前聚焦统计值是否满足第一预设调焦结束条件，如果当前满足第一预设调焦结束条件，则停止调焦操作；如果当前满足第一预设调焦结束条件，则继续执行调焦操作，即返回s21，直至满足第一预设调焦结束条件。
35.在一具体的实施例中，摄像设备包括电机、控制器、存储设备以及镜头，控制器与电机以及存储设备连接，存储设备用于当前聚焦统计值；电机用于在控制器的控制下工作，以调整镜头的焦距。控制器用于计算当前拍摄图像的当前聚焦统计值，并判断当前生成的当前聚焦统计值与存储设备中的历史时刻的聚焦统计值(记作历史聚焦统计值)的大小关系，如果当前聚焦统计值大于历史聚焦统计值，则表明当前聚焦统计值不满足第一预设调焦结束条件，此时返回执行s21；如果当前聚焦统计值小于或等于历史聚焦统计值，则表明当前聚焦统计值对应的聚焦效果并未超过历史焦统计值对应的聚焦效果，此时可判定当前聚焦统计值满足第一预设调焦结束条件，将历史焦统计值对应的焦距作为最终的焦距。
36.本实施例通过仿生研究对源数据进行分离处理，得到亮度信息和色度信息，对亮度信息与色度信息进行区分处理，以生成当前聚焦统计值；相比相关技术中只使用亮度信息计算聚焦统计值的方案来说，由于使用了整幅图像的数据(包括色度信息与亮度信息)，因此采用的数据更多，能够提升计算聚焦统计值的可靠性；而且，本方案采用了对亮度信息进行低通滤波与色度信息进行高通滤波的方案，相比对亮度信息进行高通滤波以获取细节特征的方案来说，不仅能够保留图像的细节特征，还能提升利用源数据计算当前聚焦统计值的质量，由于当前聚焦统计值的计算更加准确，能够改善聚焦的准确性。
37.请参阅图3，图3是本技术提供的摄像设备的聚焦方法另一实施例的流程示意图，该方法包括：
38.s31：对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像。
39.s32：提取当前拍摄图像的色度信息以及亮度信息。
40.s33：对亮度信息进行低频滤波处理，得到低频数据；对色度信息进行高频滤波处理，得到高频数据。
41.s31～s33与上述实施例中s21～s23相同，在此不再赘述。
42.s34：判断目标拍摄场景的照度是否满足预设照度条件。
43.摄像设备包括控制器，控制器包括噪声控制模块，目标拍摄场景的照度为噪声控制模块的降噪强度；可以判断噪声控制器件的降噪强度是否大于预设强度阈值；若噪声控制器件的降噪强度大于预设强度阈值，则确定目标拍摄场景的照度满足预设照度条件。
44.在一具体的实施例中，目标拍摄场景为低照度场景，相关技术中使用增益的维度判断当前场景是否为低照度场景，这种维度归一化困难，不同的图像传感器(sensor)和镜头组合下，增益归一化后的效果参差不齐。本实施例引入图像调试中噪声控制模块的降噪强度作为判定维度，当噪声控制模块的降噪强度超过预设强度阈值时，认为当前场景是低照度场景，否则，当前场景为通用场景。
45.s35：若目标拍摄场景的照度不满足预设照度条件，则采用第一预设处理策略对低频数据与高频数据进行处理得到当前聚焦统计值；采用第一调焦策略调整电机的步长，进而调整摄像设备的焦距。
46.如果目标拍摄场景的照度不满足预设照度条件，则表明处理策略为第一预设处理策略，此时采用第一预设处理策略对低频数据与高频数据进行处理，得到当前聚焦统计值。具体地，第一预设处理策略包括：对低频数据中的亮度值进行归一化，得到第一归一化亮度值；对所有第一归一化亮度值进行叠加，得到第一低频统计值；对高频数据中的色度值进行归一化，得到第一归一化色度值；将所有第一归一化色度值进行叠加，得到第一高频统计值；对第一低频统计值与第一高频统计值进行叠加，得到当前聚焦统计值。
47.响应于目标拍摄场景的照度不满足预设照度条件，即目标拍摄场景为通用场景，采用第一调焦策略调整电机的步长，进而调整摄像设备的焦距；具体地，可以采用如下的方案：
48.响应于目标拍摄场景的照度不满足预设照度条件，即目标拍摄场景为通用场景，采用第二调焦策略调整电机的步长，进而调整摄像设备的焦距；具体地，可以采用如下的方案：
49.a1)对当前电机的步长进行存储。
50.可以预先设置第一预设步长与第一预设步长，且第一预设步长小于第一预设步长，然后执行先粗调再细调的方案，其中，a2)～a3)为粗调操作，a4)～a5)为细调操作。
51.a2)判断当前聚焦统计值是否满足第二预设调焦结束条件。
52.判断当前聚焦统计值是否小于历史统计最大值，历史统计最大值为已存储的所有聚焦统计值中的最大值；若当前聚焦统计值小于历史统计最大值，则表明当前的焦距并不是最佳焦距，此时可确定当前聚焦统计值满足第二预设调焦结束条件。
53.a3)响应于当前聚焦统计值不满足第二预设调焦结束条件，对当前聚焦统计值进行存储，以第一预设步长调整电机的步长。
54.在以第一预设步长调整了电机的步长后，返回对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像的步骤，直至当前聚焦统计值满足第二预设调焦结束条件，即不断调整电机的步长，直至当前聚焦统计值小于历史统计最大值，然后执行后续的细调操作。
55.a4)响应于当前聚焦统计值满足第二预设调焦结束条件，对当前聚焦统计值进行存储，以第二预设步长调整电机的步长。
56.在以第二预设步长调整电机的步长后，返回对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像的步骤，得到当前聚焦统计值；判断当前聚焦统计值是否满足第三预设调焦结束条件。如果当前聚焦统计值不满足第三预设调焦结束条件，则返回对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像的步骤，直至当前聚焦统计值满足第三预设调焦结束条件。
57.可以理解地，当以第二预设步长调整电机的步长，确定当前聚焦统计值满足第三
预设调焦结束条件后，由于当前聚焦统计值小于历史统计最大值，因此可将当前电机的步长调整为历史统计最大值对应的电机的步长，以实现达到最佳聚焦效果。
58.综上，在目标拍摄场景通用场景时，对所有低频数据和所有高频数据进行归一化并叠加，然后按先粗调后细调的通用聚焦逻辑完成聚焦。
59.s36：若目标拍摄场景的照度满足预设照度条件，则采用第二预设处理策略对低频数据与高频数据进行处理得到当前聚焦统计值；采用第二调焦策略调整电机的步长，进而调整摄像设备的焦距。
60.如果目标拍摄场景的照度满足预设照度条件，则表明处理策略为第二预设处理策略，此时采用第二预设处理策略对低频数据与高频数据进行处理得到当前聚焦统计值。具体地，当前聚焦统计值包括第二低频统计值与第二高频统计值，第二预设处理策略包括：将当前拍摄图像分为中心区域与非中心区域；对非中心区域对应的低频数据进行处理，得到第二低频统计值；对中心区域对应的高频数据进行处理，得到第二高频统计值。
61.进一步地，利用第二低频统计值的方案包括：对非中心区域对应的低频数据中每个像素的亮度值进行归一化，得到第二归一化亮度值；将所有第二归一化亮度值进行叠加，得到第二低频统计值。对中心区域对应的高频数据中每个像素的色度值进行归一化，得到第二归一化色度值；将所有第二归一化色度值进行叠加，得到第二高频统计值。
62.响应于目标拍摄场景的照度满足预设照度条件，采用第二调焦策略调整电机的步长，进而调整摄像设备的焦距；具体地，可以采用如下的方案：
63.b1)对当前电机的步长进行存储。
64.可以预先设置第三预设步长与第四预设步长，且第四预设步长小于第三预设步长，然后执行先基于第二低频统计值进行粗调、再基于第二高频统计值进行细调的方案，其中，b2)～b骤3)为基于第二低频统计值进行粗调的操作，b4)～b5)为基于第二高频统计值进行细调的操作。
65.b2)判断第二低频统计值是否满足第二预设调焦结束条件。
66.判断第二低频统计值是否小于历史低频最大值，历史低频最大值为已存储的所有第二低频统计值中的最大值；若第二低频统计值小于历史低频最大值，则确定第二低频统计值满足第二预设调焦结束条件。
67.b3)响应于第二低频统计值不满足第二预设调焦结束条件，以第三预设步长调整电机的步长。
68.在以第三预设步长调整了电机的步长后，返回对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像的步骤，直至第二低频统计值满足第二预设调焦结束条件，即不断调整电机的步长，直至第二低频统计值小于历史低频最大值，然后执行后续的细调操作。
69.b4)响应于第二低频统计值满足第二预设调焦结束条件，以第四预设步长调整电机的步长。
70.在以第四预设步长调整了电机的步长后，返回对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像的步骤，以生成第二高频统计值，判断第二高频统计值是否满足第三预设调焦结束条件；若第二高频统计值不满足第三预设调焦结束条件，则返回对目标拍摄场景进行拍摄，得到当前拍摄图像的步骤，直至第二高频统计值满足第三预设调焦结束条件。
71.进一步地，可以判断第二高频统计值是否小于历史高频最大值，历史高频最大值
为已存储的所有第二高频统计值中的最大值；若第二高频统计值小于历史高频最大值，则确定第二高频统计值满足第三预设调焦结束条件。
72.在一实施方式中，如果目标拍摄场景为低照度场景，先对当前拍摄图像进行分区，按预设比例生成中心区域和非中心区域，预设比例可以为与人眼中视杆细胞与视锥细胞的比值，即预设比例为95:5；中心区域使用高频数据，非中心区域使用低频数据；然后对非中心区域的低频数据进行归一化，得到第二低频统计值，基于第二低频统计值进行较大步长的粗调；再对中心区域的低频数据进行归一化，得到第二高频统计值，基于第二高频统计值进行较小步长的细调，最后完成聚焦。
73.综上，通过参考人眼聚焦系统，生成非中心区域与中心区域，使用不同的数据生成聚焦统计值；对低照场景来说，采用基于亮度信息的低频滤波结果进行粗调、基于色度信息的高频滤波结果进行细调的方式进行聚焦，最终达到优化聚焦结果的目的。
74.本实施例参考了人眼聚焦系统进行了仿生技术的实现，使用色度信息与亮度信息来生成聚焦统计值，准确率更高。而且，通过降噪强度来判断目标拍摄场景是否为低照度场景，更加符合实际，使得对低照度场景的判断更加合理，对低照场景和非低照场景的聚焦统计值的优化处理更有根据，适应性强。
75.请参阅图4，图4是本技术提供的摄像设备一实施例的结构示意图，摄像设备40包括互相连接的存储器41和处理器42，存储器41用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器42执行时，用于实现上述实施例中的摄像设备的聚焦方法。
76.请参阅图5，图5是本技术提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图，计算机可读存储介质50用于存储计算机程序51，计算机程序51在被处理器执行时，用于实现上述实施例中的摄像设备的聚焦方法。
77.计算机可读存储介质50可以是服务端、u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
78.在本技术所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
79.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
80.另外，在本技术各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
81.若本技术技术方案涉及个人信息，应用本技术技术方案的产品在处理个人信息前，已明确告知个人信息处理规则，并取得个人自主同意。若本技术技术方案涉及敏感个人信息，应用本技术技术方案的产品在处理敏感个人信息前，已取得个人单独同意，并且同时满足“明示同意”的要求。例如，在摄像头等个人信息采集装置处，设置明确显著的标识告知
已进入个人信息采集范围，将会对个人信息进行采集，若个人自愿进入采集范围即视为同意对其个人信息进行采集；或者在个人信息处理的装置上，利用明显的标识/信息告知个人信息处理规则的情况下，通过弹窗信息或请个人自行上传其个人信息等方式获得个人授权；其中，个人信息处理规则可包括个人信息处理者、个人信息处理目的、处理方式以及处理的个人信息种类等信息。
82.以上仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。