(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211047882.8 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 浙江优亿医疗器 械股份有限公司 地址 317317 浙江省台州市仙居县经济开 发区白塔区块优 亿路8号 (72)发明人 王卫东　王立强　江春才　邹海林　 何明科　李宏博　李卫平　王桃红　 (74)专利代理 机构 杭州丰禾专利事务所有限公 司 33214 专利代理师 王静 (51)Int.Cl. H04N 5/232(2006.01) G02B 27/00(2006.01) G02B 7/09(2021.01) G02B 23/24(2006.01) (54)发明名称 一种内窥镜自动对焦搜索算法 (57)摘要 本发明公开了一种内窥自动对焦快速搜索 方法， 所述的搜索算法采用了一种具备自适应变 步长的爬山法， 利用两段变步长公式， 分别进行 粗搜索找峰值区间,细搜索定位峰值； 在近焦区 域、 远焦区域， 利用参数k调节步长值， 以合适步 长步进； 连续两次计算参数a作为找到峰值的判 定条件， 该方法可减少对焦过程中的次峰带来的 影响， 有效避免遇到次峰改变对焦方向， 以及减 少对焦过程所需的步数； 本发明有效解决了传统 自动对焦算法在内窥镜上， 自动对焦准确率不高 以及对焦速度慢的问题， 在内窥镜上实现了快 速、 准确的自动对焦。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115334244 A 2022.11.11 CN 115334244 A 1.一种自动对焦方法， 其特 征在于， 该 方法包括如下步骤： 1)、 对焦开始前， 计算当前清晰度评价值f0， 按照式(1)与(2)计算第一次对焦前的图像 清晰度评价 值； fi(I)＝∑y∑x|G(x， y)|， G(x， y)＞T (1) 其中I为图像， T是给定的边缘检测阈值， Gx和Gy分别是像素点(x,y)处Sobel水平和垂 直方向边 缘检测算子的卷积， i 为对焦次数； 2)、 设置初始步长L， 随机取步进方向d， 每次步进完成后计算清晰度评价值， 按式(1)计 算第一次对焦后的图像清晰度值f1； 3)、 比较两次图像清晰度值的大小， 按式(3)计算a1值， 如果f1<f0并且a1>＝M， 说明对焦 方向错误， 则将对焦方向d置为反向， 如果f1>f0或f1<f0并且a1<M,对焦方向d不变； 其中， S为单次步长值， 第一次对焦的步长为L， 即S＝L， a表征单位步长清晰度评价值变 化量， M为阈值， a的设定是为了避免遇 到次峰， 影响对焦方向改变， 增 加对焦次数； 4)、 取第i次步进后的评价值与取第i ‑1次步进后的评价值的差， 除以第i次步进后的评 价值进行归一 化， 并用k表征图像清晰度变化 率， 如式(4)所示； 5)、 按判定的方向d， 并按公式(5)计算得到的步长Li步进； Li＝L+ki·L (5) 其中， k∈(0， 1)， 那么li∈γ(L， 2L)； 6)、 情况一： fi(I)＞fi‑1(I)， 表明处于爬山阶段转到步骤4； 情况二： fi(I)＜fi‑1(I),以 步长Li和对焦 方向d步进， 按公式(3)连续计算两次参数a； 若ai>ai+1， 进入步骤7； 若ai<ai+1， 表明处于次峰， 还 存在更高峰， 转到步骤4； 7)、 以精细步长进行对焦,按式(4)计算 k值， 以精细步长li,方向d进行对焦, li＝L‑k·L (6) 其中， k∈(0， 1)， 那么li∈(0， L)； 8)、 判断图像清晰度值是否小于上次的图像清晰度值， 即fi(I)‑fi‑1(I)， 如果成立， 则自 动对焦结束； 否则重复步骤7， 直至对焦结束。 2.根据权利要求1所述的自动对焦方法， 其特征在于， 所述的步骤6)中， 其特征在于， 所 述的情况二， 计算 步骤如下： Li＝L+ki·L； 以步长Li步进； 对焦次数加一； 按公式(3)， 计算两次单位 步长评价值改变量， 并比较ai和ai+1大小。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115334244 A 2一种内窥镜自动对焦搜索算法 技术领域 [0001]本发明属于内窥成像领域,具体涉及一种内窥自动对焦搜索方法,适用于内窥自 动快速对焦领域。 背景技术 [0002]基于数字图像 的自动对焦技术， 通过不断的获取图像清晰度评价值比较， 电机驱 动调焦， 直到找到最高清晰度评价值的位置， 对焦完成。 所以自动对焦就是选择合理的清晰 度评价函数， 再搜索到清晰度评价函数 的极大值。 因而选择合适的清晰度评价函数和极值 搜索算法是实现自动对焦的关键， 而自动对焦的实时性主要 取决于对焦窗口选择和极值搜 索算法。 [0003]现有一种 典型的内窥调焦技术方案中， 通过机械结构承载， 外部以手动调焦手轮 的方式实现对焦功能。 手动调节存在不灵活， 不准确， 响应时间长等不 足。 电机控制、 自动对 焦算法与内窥系统配合实现自动调焦， 代替手动调节， 更精确， 更高效。 常规两阶段自动对 焦算法中， 首先使用大步距迅速找出评价函数大致的单峰位置， 再使用小步距精细对焦找 出精确的准焦位置。 在粗对焦阶段， 如果步距太大， 容易跨过准焦位置， 使得细对焦阶段需 要多次对焦 才能找到准焦位置。 粗对焦阶段的步距太小也会导致粗对焦阶段需要太多的对 焦次数。 [0004]目前常用的极点搜索算法有函数逼近法、 Fibbonacci搜索法、 爬山法等。 其中， 爬 山法以简单易行， 对焦效果好。 爬山法的原理是： 通过模拟盲人爬山， 从起点出发沿一定的 方向， 以一定的较大步长开始爬坡改变焦距， 通过计算每次的清晰度评价值进 行比较， 当检 测到坡度的下降沿时， 缩小步长 反向爬坡， 如此反 复折返爬坡， 直到步长缩小到预设的终止 步长时停止爬坡， 最后一次爬坡过程中的峰值位置即为搜索到的极大值。 经典爬山法的局 限性体现在以下两点： 单次检测下降沿即调转方向， 易受噪声的干扰， 使算法陷入局部 极值 或在偏离最大值的位置折返， 对焦 效果不理想。 现有的改进的爬山法以连续多次下降沿来 判断折返， 可以降低噪声的干扰， 但会大大增加算法的计算量。 在多次的重复折返过程中， 需要进行多次的步长缩 减才能得到好的结果， 在计算 量方面和实时性还有改善的空间。 发明内容 [0005]为了解决了传统自动对焦 算法在内窥镜上， 自动对焦准确率不高以及对焦速度慢 的问题， 本发明提供的一种自动对焦方法， 该 方法包括如下步骤： [0006]1)、 对焦开始前， 计算当前清晰度评价值f0。 按照式(1)计算第一次对焦前的图像 清晰度评价 值 [0007]Fi(I)＝ΣyΣx|G(x， y)|， G(x， y)＞T (1) [0008] [0009]其中I为图像， T是给定的边缘检测阈值， Gx和Gy分别是像 素点(x,y)处Sobel水平和 垂直方向边 缘检测算子的卷积,i 为对焦次数；说　明　书 1/3 页 3 CN 115334244 A 3