镜头组装时的对焦方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及摄像头组装技术领域，具体而言，涉及一种镜头组装时的对焦方法、装置及设备。
背景技术
通常摄像头包括镜头和感光芯片等组件，为了能够使镜头成像具有较高的清晰度，因此在组装摄像头时，通常需要对镜头进行对焦，以使镜头的清晰成像能够正好落在感光芯片的感光面上。
目前，在摄像头组装时对镜头进行的对焦，通常通过连续不断调节镜头的位置，使镜头不断靠近准焦位置，并对镜头位于不同位置时的成像清晰度进行评价分析，直至镜头移动至成像清晰度最高的位置时，则完成对焦以镜头当前所处位置作为准焦位置。
但是，目前的镜头对焦方法，通常需要获取较多的镜头成像图像，镜头移动调节次数较多，耗时较长，效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镜头组装时的对焦方法、装置及设备，能够在摄像头进行镜头组装时更加精准的确定准焦位置，并提高对焦效率。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例的一方面，提供一种镜头组装时的对焦方法，包括：
移动镜头以调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的粗对焦图像，其中，镜头位于标板和感光芯片之间，粗对焦图像包含标板上预设的标板图案；
根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置；
在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像，其中，精对焦图像包含标板图案；
根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置。
可选地，根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置，包括：
分别计算获取各粗对焦图像对应的空间频率响应值；
根据各粗对焦图像对应的像距以及空间频率响应值，计算确定粗准焦位置。
可选地，根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置，包括：
分别计算获取各精对焦图像对应的灰度分布方差值；
根据各精对焦图像对应的像距以及灰度分布方差值，计算确定精准焦位置。
可选地，在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像，包括：
在粗准焦位置的预设距离范围内移动镜头至粗准焦位置与感光芯片之间，并获取至少一幅精对焦图像；
在粗准焦位置的预设距离范围内移动镜头至粗准焦位置远离感光芯片的一侧，并获取至少一幅精对焦图像；
其中，获取的精对焦图像具有至少三幅。
可选地，标板图案的边界围合呈矩形，且标板图案相对于感光芯片的画幅框具有预设偏转角度。
本发明实施例的另一方面，提供一种镜头组装时的对焦装置，包括：
第一获取模块，用于移动镜头以调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的粗对焦图像，其中，镜头位于标板和感光芯片之间，粗对焦图像包含标板上预设的标板图案；
粗对焦模块，用于根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置；
第二获取模块，用于在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像，其中，精对焦图像包含标板图案；
精对焦模块，用于根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置。
本发明实施例的又一方面，提供一种镜头组装时的对焦设备，包括：标板以及相互连接的控制装置和驱动装置，控制装置用于执行上述任一项的镜头组装时的对焦方法，驱动装置用于根据控制装置的指令控制镜头移动。
可选地，标板上预设的标板图案包括黑白棋盘格，各棋盘格内分别对应设有标记点。
可选地，标板图案还包括用于标记标板图案的中心的独立标记点。
可选地，驱动装置包括步进电机。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种镜头组装时的对焦方法，可以首先移动镜头以调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的粗对焦图像。其中，镜头位于标板和感光芯片之间，粗对焦图像包含标板上预设的标板图案。然后根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置。之后再在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像，其中，精对焦图像包含标板图案，并根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置。该方法，首先通过粗对焦大致确定准焦位置(即粗准焦位置)，然后在粗准焦位置的基础上，进一步确定准焦位置(精准焦位置)，从而能够得到精度相对较高的准焦位置，并且，由于粗准焦位置为大致位置，因此，在得到粗准焦位置时能够通过大步长的方式对镜头进行移动调节，从而使该方法所需获取的镜头成像图像的数量较少，进而减少镜头移动调节的次数，减少对焦耗时，提高对焦效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的镜头组装时的对焦方法的流程示意图之一；
图2为本发明实施例提供的镜头组装时的对焦方法的流程示意图之二；
图3为本发明实施例提供的镜头组装时的对焦方法的流程示意图之三；
图4为本发明实施例提供的镜头组装时的对焦方法的流程示意图之四；
图5为本发明实施例提供的镜头组装时的对焦装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的镜头组装时的对焦设备的标板上预设的标板图案的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明实施例提供一种镜头组装时的对焦方法，如图1所示，包括：
S101：移动镜头以调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的粗对焦图像。
其中，镜头位于标板和感光芯片之间，粗对焦图像包含标板上预设的标板图案。
S102：根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置。
S103：在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像。
其中，精对焦图像包含标板图案。
S104：根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置。
需要说明的是，像距为镜头的中心与成像面之间的距离，即镜头与感光芯片之间的距离。
在该方法中，移动镜头时，可以通过直线电机、步进电机等对镜头进行驱动，此处不做限制。
并且，在获取对应不同像距的粗对焦图像时，可以从相对靠近感光芯片的位置，以大步长向远离感光芯片的方向步进移动镜头。其中，镜头移动的每步的步长可以相同，也可以不相同，此处不做限制，本领域技术人员可以根据实际需求或经验值对镜头移动时每步的步长进行设置。
当然，在本发明的其他实施例中，获取粗对焦图像时，还可以从距离感光芯片较远的位置，以大步长向靠近感光芯片的方向步进移动镜头，或在标板和感光芯片之间随机移动镜头一定次数，以得到多张对应于不同像距的粗对焦图像。因此，在本发明中对于镜头具体如何移动不做限制，只要能够通过移动镜头获取到多幅对应不同像距的粗对焦图像即可。
在该方法中，粗准焦位置的预设距离范围可以是确定的粗准焦位置处以及其前后一定预设距离内所包含的范围。该预设距离范围可以根据实际准焦位置的允许误差，或经验值来确定，此处不做限制。例如，该预设距离范围可以是粗准焦位置前后各一步长(即前述获取粗准焦图像时步进移动镜头采用的步长)的范围等。
并且，获取对应不同像距的精对焦图像时，可以在粗准焦位置的预设距离范围内以小步长步进移动镜头，还可以随机移动镜头一定次数，以得到至少三幅对应于不同像距的精对焦图像。在本发明中对于镜头具体如何移动不做限制，只要能够通过移动镜头获取到多幅对应不同像距的精对焦图像即可。
需要说明的是，粗对焦图像的清晰度以及精对焦图像的清晰度，可以采用不同的清晰度评价算法进行计算，也可以通过相同的清晰度评价算法进行计算，此处不做限制。
本发明实施例提供的镜头组装时的对焦方法，可以首先移动镜头以调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的粗对焦图像。其中，镜头位于标板和感光芯片之间，粗对焦图像包含标板上预设的标板图案。然后根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置。之后再在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像，其中，精对焦图像包含标板图案，并根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置。该方法，首先通过粗对焦大致确定准焦位置(即粗准焦位置)，然后在粗准焦位置的基础上，进一步确定准焦位置(精准焦位置)，从而能够得到精度相对较高的准焦位置，并且，由于粗准焦位置为大致位置，因此，在得到粗准焦位置时能够通过大步长的方式对镜头进行移动调节，从而使该方法所需获取的镜头成像图像的数量较少，进而减少镜头移动调节的次数，减少对焦耗时，提高对焦效率。
可选地，根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置，如图2所示，包括：
S201：分别计算获取各粗对焦图像对应的空间频率响应值。
S202：根据各粗对焦图像对应的像距以及空间频率响应值，计算确定粗准焦位置。
其中，空间频率响应值(SFR，Spatial Frequency Response)能够作为清晰度评价值来表征粗对焦图像的清晰度。空间频率响应值越大，则清晰度越高。
在实际应用中，可以对各空间频率响应值以及对应的像距所构成的坐标点进行曲线拟合，该曲线的峰值即表示空间频率响应值最高(清晰度最高)的粗对焦图像，其对应的像距即粗准焦位置与感应芯片之间的距离。通过空间频率响应值作为粗对焦图像的清晰度评价值，计算获取相对简便，效率相对较高。并且，通过曲线拟合的方式确定粗准焦位置，所需获取的粗对焦图像的数量相对较少，且结果相对精确。
其中，曲线拟合可以采用最小二乘法等曲线拟合方法，此处不做限制。
可选地，根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置，如图3所示，包括：
S301：分别计算获取各精对焦图像对应的灰度分布方差值。
S302：根据各精对焦图像对应的像距以及灰度分布方差值，计算确定精准焦位置。
其中，灰度分布方差值能够作为清晰度评价值来表征精对焦图像的清晰度。通过灰度分布方差值能够表示出图像灰度分布的离散程度。离焦图像清晰度较差，图像灰度分布的离散程度较低，方差值较小。相应地，准焦图像清晰度较好，方差值较大。
在实际应用中，可以对各灰度分布方差值以及对应的像距所构成的坐标点进行曲线拟合，该曲线的峰值即表示灰度分布方差值最高(清晰度最高)的精对焦图像，其对应的像距即精准焦位置与感应芯片之间的距离。通过灰度分布方差值作为精对焦图像的清晰度评价值，所需的精对焦图像的数量较少，且相比于空间频率响应值的拟合曲线，不会出现局部多个峰值的情况，因此最终根据峰值确定的精准焦位置更加精确。
其中，灰度分布方差的计算具体可以如下：
其中，f(x，y)为精对焦图像内(x，y)像素点的灰度值，F为精对焦图像的灰度分布方差，M和N分别精对焦图像的长和宽方向上的像素点个数。
可选地，在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像，如图4所示，包括：
S401：在粗准焦位置的预设距离范围内移动镜头至粗准焦位置与感光芯片之间，并获取至少一幅精对焦图像。
S402：在粗准焦位置的预设距离范围内移动镜头至粗准焦位置远离感光芯片的一侧，并获取至少一幅精对焦图像。
其中，获取的精对焦图像具有至少三幅。因此，当精对焦图像仅获取三幅时，在实际应用中，镜头在粗准焦位置与感光芯片之间，获取的精对焦图像可以为一幅，相应地，镜头在粗准焦位置远离感光芯片的一侧，获取的精对焦图像可以为两幅。当然，还可以镜头在粗准焦位置与感光芯片之间，获取的精对焦图像为两幅，镜头在粗准焦位置远离感光芯片的一侧，获取的精对焦图像为一幅。
通过分别在粗准焦位置靠近感应芯片的一侧以及远离感应芯片的一侧获取精对焦图像，能够使获取的精对焦图像更加能够反映精准焦位置，从而提高拟合得到的曲线的准确性，以提高最终得到的精准焦位置的精度。
可选地，标板图案的边界围合呈矩形，且标板图案相对于感光芯片的画幅框具有预设偏转角度(如图6所示)。
由于空间频率响应值的计算，需要提取图像内的倾斜刀口，因此，通过将预设于标板上的标板图案设置为相对于感光芯片的画幅框(即感光芯片所得图像的边界框)具有预设偏转角度，能够使粗对焦图像的空间频率响应值的计算更加准确。
本发明实施例的另一方面，提供一种镜头组装时的对焦装置，如图5所示，包括：
第一获取模块51，用于移动镜头以调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的粗对焦图像，其中，镜头位于标板和感光芯片之间，粗对焦图像包含标板上预设的标板图案；
粗对焦模块52，用于根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置；
第二获取模块53，用于在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像，其中，精对焦图像包含标板图案；
精对焦模块54，用于根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置。
该镜头组装时的对焦装置，可以首先通过第一获取模块51移动镜头以调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的粗对焦图像。其中，镜头位于标板和感光芯片之间，粗对焦图像包含标板上预设的标板图案。然后通过粗对焦模块52，根据各粗对焦图像的清晰度确定镜头的粗准焦位置。之后再通过第二获取模块53，在粗准焦位置的预设距离范围内调节镜头的像距，并分别获取感光芯片对应不同像距所得到的至少三幅精对焦图像，其中，精对焦图像包含标板图案，并通过精对焦模块54，根据各精对焦图像的清晰度确定镜头的精准焦位置。该装置，首先通过粗对焦大致确定准焦位置(即粗准焦位置)，然后在粗准焦位置的基础上，进一步确定准焦位置(精准焦位置)，从而能够得到精度相对较高的准焦位置。并且，由于粗准焦位置为大致位置，因此，在得到粗准焦位置时能够通过大步长的方式对镜头进行移动调节，从而使该方法所需获取的镜头成像图像的数量较少，进而减少镜头移动调节的次数，减少对焦耗时，提高对焦效率。
可选地，粗对焦模块52具体用于，分别计算获取各粗对焦图像对应的空间频率响应值；根据各粗对焦图像对应的像距以及空间频率响应值，计算确定粗准焦位置。
可选地，精对焦模块54具体用于，分别计算获取各精对焦图像对应的灰度分布方差值；根据各精对焦图像对应的像距以及灰度分布方差值，计算确定精准焦位置。
可选地，第二获取模块53具体用于，在粗准焦位置的预设距离范围内移动镜头至粗准焦位置与感光芯片之间，并获取至少一幅精对焦图像；在粗准焦位置的预设距离范围内移动镜头至粗准焦位置远离感光芯片的一侧，并获取至少一幅精对焦图像。
其中，获取的精对焦图像具有至少三幅。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中方法的对应过程，本发明中不再赘述。
本发明实施例的又一方面，提供一种镜头组装时的对焦设备，包括：标板以及相互连接的控制装置和驱动装置，控制装置用于执行上述任一项的镜头组装时的对焦方法，驱动装置用于根据控制装置的指令控制镜头移动。
其中，控制装置，可以是控制器、计算机等，此处不做限制。
该设备执行前述的方法的具体实现方式和技术效果与前述类似，此处不做赘述。
可选地，如图6所示，标板上预设的标板图案包括黑白棋盘格61，各棋盘格内分别对应设有标记点62。
示例地，，标板图案各棋盘格的边长可以设置为占图案0.1个视场的4/5。各标记点62的直径可以设置为各棋盘格边长的2/5。当然，在本发明实施例中，对于各棋盘格以及标记点62的具体尺寸不做限制。
需要说明的是，在实际应用中，为了能够使各棋盘格内的标记点62能够更加突出，标记点62可以设置为与对应的棋盘格的颜色互为反色。例如，黑色格内的标记点62为白色，白色格内的标记点62为黑色。
通过将标板上预设的标板图案设置为上述图案，能够利用黑白棋盘格61的黑白交错图案提高感光芯片得到的粗对焦图像和精对焦图像的对比度，从而便于计算相应的清晰度评价值。而通过设置的标记点62，能够对各棋盘格的视场中心进行标定，以便于定位感光芯片得到的粗对焦图像和精对焦图像的视场。
可选地，如图6所示，标板图案还包括用于标记标板图案的中心的独立标记点63。
通过在标板图案上设置独立标记点63，能够方便的标记出标板图案的中心，从而便于提取粗对焦图像和精对焦图像中的特征点以进行清晰度评价值计算，从而提高采用该设备进行对焦的效率。
可选地，驱动装置包括步进电机。
通过步进电机对镜头进行驱动，能够更方便的使镜头以设定的步长步进移动。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
