用于数码相机的瞳孔控制自动对焦技术

    1 引 言

    进行对焦窗口选择的直接原因是:由于对图像运用对焦评价函数进行的运算基本上与图像的像素数量成正比,为了达到实时性的要求,必须减少参加运算的像素的数量。为了达到这一目的,最初人们通常直接选取图像中的中央区域作为对焦窗口。但是,根据摄影美学的要求,成像主目标往往不是在图像正中央。所以后来出现了进行多区域对焦窗口选择的方法,在一定程度上兼顾了成像主目标偏离图像中央区域的情况[2]。黄剑琪等提出的非均匀提取选择对焦窗口的方法则利用了眼睛视网膜上感光细胞的分布特点,以强调图像中央区域为主,同时也兼顾了图像边缘[3]。

    尽管以上方法可以节省大量的计算时间,但仍然没有考虑到对焦窗口选择的另一个重要原因:使成像目标的成像质量最佳化,对于自动对焦系统来说就是要使成像主目标准确对焦。也就是说,进行对焦窗口选择的不仅仅是为了减少计算时间。如果对整幅图像运用对焦评价函数,图像中不重要的部分(背景)会对评价结果产生负面的影响,导致图像中的重要部分(成像主目标)无法准确对焦。即使是按照中央区域选择/多区域选择的方法选择对焦窗口,也可能存在这种问题[2]。

    如果成像主目标是人或其他易于从图像中分离出来的物体,可以用模式识别的方法将成像主目标提取出来作为对焦窗口[1,2]。但是,实际应用中有大量成像主目标难以从图像中分离的情况。针对这种情况,本文提出一种眼控自动对焦方法,将瞳孔跟踪和对焦窗口的多区域选择结合起,从而实现对焦窗口选择的自动化和智能化。

    2 根据瞳孔位置确定人的注意力集中区域

    实验表明,在人的头部没有明显运动的情况下,当注意力集中在不同的地方时,正常人的瞳孔在眼睛中的位置会发生变化。因此,如果能够跟踪一个人眼中瞳孔所在的位置,就可以推断出他的注意力集中的区域。

    由于眼睛形状及运动情况的复杂性,要完全精确地由瞳孔位置确定人的注意目标非常复杂,在自动对焦装置中这是不现实的。因此,本文将瞳孔跟踪与多区域选择对焦窗口的方法相结合,将景物划分成3@3=9个大区域(图1),只要根据瞳孔位置确定注意力集中在图可。显然,对于瞳孔位置,只要进行横向左、中和右三个方位的判断以及纵向上、中和下方位的判断就可以确定相应的注意力集中区域。最后选择的对焦窗口为相应的注意力区域中M@N个像素的中区域,与传统方法中一样,通常16[M,N[256且M,N =2k(k为正整数)[2,7]。

    为了验证上述方法的可行性,进行了图2所示的实验:在普通取景器中放置半反半透玻璃片,为了使眼睛可以在CCD中清晰成像,在取景器后方放置一个光源,将划分好区域的平板(按图1所示的方法)置于正前方模拟景物,当眼睛依次集中注意力于九个区域时CCD拍下眼睛的图像。实验结果如图3所示,其中Aij与图1中的Aij相对应。