[其他]一種新的電視攝象機光學鏡頭自動聚焦方法

無效

• 申請號: 85109454
• 申請日: 1985-12-31
• 公開（公告）號: CN85109454A
• 公開（公告）日: 1986-07-23
• 發明（設計）人: 田萬成;樸宗根;謝華;湯謂;陳望喜
• 申請（專利權）人: 長春郵電學院
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232;G03B3/10
• 代理公司: 郵電部專利服務中心
• 代理人: 任玉海

本發明屬于電視攝象機光學鏡頭自動聚焦技術領域，應用于廣播電視和工業電視攝象機。

傳統的攝象機是用手轉動發電機轉子未驅動微電動機，做正、反轉動實現聚焦。這種聚焦方式僅對攝象鏡頭處于小光圈（長鏡深），慢速運動物體的全景拍攝是可以的，但對拍特寫鏡頭及暗景大光圈下的中近景，特別是對高速運動的景物，由于操作者的體能狀態的限制，人眼的視覺誤差等原因，必然使聚焦狀態的實時跟隨性差，在攝象過程中不能保證在各種情況下都實現最佳聚焦，使重現圖象質量受到影響。

近年來發展的紅外線、超聲波、三角測量等自動聚焦方法以及用TTL電路檢測圖象對比度自動聚焦方法，都存在精度低，運態跟蹤差，惰性大，攝象環境條件要求高，需要探測源等缺點，如專利US-4320947。

本發明目的在于：尋求一種新的技術途徑，消除已有技術的上述缺點，在攝象過程中各種情況下都能實現最佳聚焦，提高重現圖象的質量。

達到所提出目的方法是：尋求實時的，可靠的聚焦、散焦狀態的特征量，以實現良好的動態跟蹤聚焦狀態。攝象機在聚焦與散焦兩種情況下得到的視頻信號是不同的。就拍攝同一畫面來說，場間信號的低頻成分仍存在很強的相關性，但其高頻成分的幅度具有明顯差別。具體地說聚焦狀態下的信號高頻分量的幅度將大于散焦狀態下的高頻幅度。如圖一中的A、B分別表示在聚焦、散焦兩種情況下所得到的視頻信號波形。A中信號波形前后沿是陡的，近似矩形波，B中信號近似正弦波。矩形波的頻譜含有豐富的高次諧波，即高頻分量大，而接近正弦波僅以基波分量為主，高次諧波分量小。

由上述可見，攝象機在拍攝靜止畫面或一般活動畫面時，由于相鄰兩場圖象存在著相關性，即相鄰兩場視頻信號是極其相近的。只有攝象機由散焦逐漸過渡到聚焦或由聚焦逐漸過渡到散焦時，相鄰兩場視頻信號才發生高頻分量明顯的增加或減小的變化。如圖二所示。因此，可以根據相鄰兩場視頻信號的高頻分量的增量或減量做為判據，判斷攝象機是處在聚焦狀態還是處在散焦狀態。通過閉合控制系統進行取樣，加工、處理，反饋等環節實現自動調焦。具體做法是對高頻分量進行平均峰值檢波，取其直流。經A/D變換送進微處理機，在場同步脈沖控制下，由微機進行相鄰兩場或每隔10場，進行比較取其差值，存入其中較大信號。這一工作是由予先編制好的程序固化在EPROM2716內來完成。整體方框圖如圖三。具體完成的實例如下：

1、取樣窗口，脈沖形成電路。

為了提高攝象圖象的藝術效果，特別是解決用短鏡深來拍攝長景深或快速動作的局部畫面聚焦的問題。把一幅圖象分成五個取樣窗口。五個窗口的選用是由五個開關（K₁、K₂、K₃、K₄、K₅）完成的。如圖五所示。取樣脈沖的結構根據不同窗口是不同的。無論取樣窗口數量多少，其設計原理都是相同的。都是利用攝象機的同步脈沖信號做為觸發脈沖經過一定的延時觸發單穩態器件工作。下面以1/4畫面窗口（如圖四所示）為例說明形成電路的設計。如這里利用單穩態觸發器的單穩特性，構成級聯兩次延時電路。在行，場正程中間的1/2區間有輸出脈沖。如圖六所示。

當行同步脈沖上升沿到來時，延時10.7μS+13μS＝23.7μS后。單穩態有輸出，輸出脈寬為26μS，之后自行恢復到原狀態即無輸出。直到下一個行同步脈沖到來又重復上述過程。

場同步脈沖如圖七所示，其上升沿到來時，延時1.452mS+4.6mS＝6.052mS后有9.2mS時間輸出，然后自行還原狀態。

行、場二路同步脈沖信號相“與”，后做為視頻信號選通開關控制信號，如圖八所示。視頻信號選通開關是由開關三極管或二極管做成的，其控制信號來到時，視頻信號通過開關管被選通。形成電路可用74LS123雙單穩觸發器構成如圖九所示。

2、濾波器設計

為了提取視頻信號高頻分量，需要設計高通濾波器。同一幅畫面在散焦與聚焦兩種情況下的幅頻特性分別如圖十所示。高通濾波器下截止頻率選多少為好。這關系到自聚系統的靈敏度和聚焦動態跟隨能力。一般情況在調聚焦時是以圖象急劇變化邊緣區為準。而這個區域所對應信號頻率是在高頻端。所以高通濾波下截止頻率選高些。但是頻率又不能選得太高。頻率太高了，在拍攝大塊平坦灰度圖象時，就失控。又考慮到人眼最敏感的頻率區域是2MHz左右，因此選2MHz為高通濾波器下截止頻率。使用2或3節T型高通濾波器，用常規元件即可。

3、平均峰值檢波

用二極管做平均峰值檢波器。如圖十一。

4、直流放大器