摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及视频监控技术领域，尤其是涉及一种自适应对焦控制装置、方法、计算机可读存储介质，包括该计算机可读存储介质的摄像机及其在机车视频监控系统路况摄像机中的应用。

背景技术：

目前，现有的摄像机对焦方案主要是针对单次最佳效果的自动对焦和连续跟踪对焦。在机车视频监控系统路况摄像机的具体应用环境下，由于机车长时间处于振动环境中，步进电机的对焦位置会逐渐出现细微的改变，而造成虚焦，因此单次对焦一段时间后，需要再次进行对焦，维护非常麻烦。同时，机车频繁地进行编组和解编，其前方的视野会出现非常大的变化，解编或者作为头车时，对焦距离通常在30m～50m，而处于中间编组的机车路况摄像机，对焦距离则小于1m。当完成单次对焦后，在机车编组发生变化，再次成为头车时，则会因为对焦位置变化而出现无法看清远处的情况，对焦效果无法满足实际运用的需求。而连续跟踪对焦则会对对焦步进电机造成较大的消耗，影响长期运行条件下摄像机的步进电机寿命和对焦精度。同时，在对焦过程中由于焦点位置的移动所导致的模糊，也会影响到视频录像的效果。

对此，现有技术主要采用了两种技术方案来克服步进电机的对焦位置改变导致虚焦，以及连续跟踪对焦导致步进电机损耗和对焦精度不高的技术缺陷。方案1为对摄像机镜头的步进电机采用对焦后锁止的方式保证摄像机焦距的稳定。但该方案仍然可能因为振动导致失焦，且灵活性较差。方案2为采用图像识别的方式检测摄像机视野范围内的场景，并通过对场景的识别进行自动对焦。该方案受限于诸多环境因素，且图像识别对于摄像机本身的计算能力要求很高，准确度不高，且实现困难。

在现有技术中，主要有以下技术方案与本发明申请相关：

该现有技术为北京汉邦高科数字技术股份有限公司于2012年08月14日申请，并于2012年11月14日公开，公开号为cn102780847a的中国发明申请《一种针对运动目标的摄像机自动对焦控制方法》。该发明申请公开了一种针对运动目标的摄像机自动对焦控制方法，包括以下步骤：1)采用基于背景剪除的运动目标检测算法对场景中运动目标位置区域进行标定；2)在确定摄像机对焦区域及对焦目标后，采用基于目标灰度梯度的自动聚焦控制算法，实现对标定的运动目标进行摄像机镜头的自动聚焦；其中步骤1)包括分步骤：1.1)高斯平滑滤波预处理；1.2)高斯背景模型建模；1.3)目标前景区域提取；1.4)高斯背景模型的更新；1.5)目标前景区域数学形态学处理；其中步骤2)包括分步骤：2.1)提取运动目标对焦区域；2.2)聚焦评价函数计算；2.3)聚焦调节控制。

该现有技术方案针对目标变化的应用场景，利用自动聚焦算法对摄像机进行对焦操作，使拍摄的图像视窗内目标区域和物体的清晰。然而，该现有技术方案首先采利用检测算法对目标位置区域进行标定，然后再采用基于目标灰度梯度的自动聚焦控制算法对摄像机进行对焦，在场景变化较快且复杂的环境下，对焦算法的计算量较大，同时持续控制摄像机进行对焦，严重影响了镜头电机的使用寿命，设备后期的维护成本非常高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，以解决现有机车视频监控系统在振动运行环境下容易导致的摄像机虚焦，以及因机车重新编组、解编造成的对焦不正确的技术缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质的技术实现方案，摄像机自适应对焦控制装置，包括：

主动对焦位移值获取单元，获取摄像机的主动对焦步进电机位移值；

第一比较单元，比较主动对焦步进电机位移值与初始准焦位置步进电机位移值，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值，则舍弃主动对焦步进电机位移值，保留初始准焦位置步进电机位移值；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值，则保留主动对焦步进电机位移值；输出最终保留的步进电机位移值；

第二比较单元，将所述第一比较单元输出的步进电机位移值与普遍性准焦位置步进电机位移值进行比较，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值，则舍弃所述第一比较单元输出的步进电机位移值，保留普遍性准焦位置步进电机位移值；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值，则保留所述第一比较单元输出的步进电机位移值；输出最终保留的步进电机位移值；

第三比较单元，将所述第二比较单元输出的步进电机位移值与泛焦位置步进电机位移值进行比较，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值，则舍弃所述第二比较单元输出的步进电机位移值，保留泛焦位置步进电机位移值；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值，则保留所述第二比较单元输出的步进电机位移值；输出最终保留的步进电机位移值；

自适应对焦值获取单元，将步进电机移动至所述第三比较单元输出的位移位置，并以普遍性准焦位置波动阈值为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，获得在该区间内的最佳对焦位置，完成自适应结果的修正，最终获取自适应准焦位置步进电机位移值。

进一步的，所述主动对焦步进电机位移值为摄像机启动一次光圈全开和全焦段扫描的主动对焦，并在动作结束后由所述主动对焦位移值获取单元读取当前的步进电机位移数值而获得。

优选的，所述控制装置周期性地获取自适应准焦位置步进电机位移值，所述主动对焦位移值获取单元在光照充足的环境下按照设定的时间周期性地获取摄像机的主动对焦步进电机位移值。

进一步的，所述初始准焦位置步进电机位移值为所述控制装置前一次获取的自适应准焦位置步进电机位移值。当所述控制装置第一次获取自适应准焦位置步进电机位移值时，所述初始准焦位置步进电机位移值为所述摄像机在进行安装调试时触发主动对焦获得，通过该次主动对焦获得摄像机在前方视野准焦状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为初始准焦位置步进电机位移值。

进一步的，所述泛焦位置步进电机位移值为在完成初始准焦位置步进电机位移值获取后，移动步进电机至所述摄像机的默认泛焦位置，读取当前状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为泛焦位置步进电机位移值。

优选的，在完成初始准焦位置步进电机位移值获取后，移动步进电机至极限位置，进行初始位置校准，以消除由于振动引起的步进电机位移误差。

进一步的，所述普遍性准焦位置步进电机位移值为针对现场部署的摄像机随机抽取样本，在光圈全开和全焦段扫描的条件下进行主动对焦获得。读取随机抽取的摄像机主动对焦后的步进电机位移值，并计算所有步进电机位移值的平均值和标准差，将该平均值作为普遍性准焦位置步进电机位移值，将该标准差作为普遍性准焦位置波动阈值。

进一步的，所述普遍性准焦位置步进电机位移值为针对现场部署的摄像机，在光圈全开和全焦段扫描的条件下进行主动对焦获得。数据处理单元通过通信网络获取所述摄像机主动对焦后的步进电机位移值，计算所有步进电机位移值的平均值和标准差，并将该平均值作为普遍性准焦位置步进电机位移值，将该标准差作为普遍性准焦位置波动阈值发送至控制装置保存。

本发明还另外具体提供了一种摄像机自适应对焦控制方法的技术实现方案，摄像机自适应对焦方法，包括以下步骤：

s10)获取主动对焦步进电机位移值；

s20)比较主动对焦步进电机位移值与初始准焦位置步进电机位移值，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值，则舍弃主动对焦步进电机位移值，保留初始准焦位置步进电机位移值；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值，则保留主动对焦步进电机位移值；

s30)将前一步骤保留的步进电机位移值与普遍性准焦位置步进电机位移值进行比较，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值，则舍弃前一步骤保留的步进电机位移值，保留普遍性准焦位置步进电机位移值；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值，则保留前一步骤留下的步进电机位移值；

s40)将前一步骤保留的步进电机位移值与泛焦位置步进电机位移值进行比较，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值，则舍弃前一步骤保留的步进电机位移值，保留泛焦位置步进电机位移值；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值，则保留前一步骤留下的步进电机位移值；

s50)将步进电机移动至最终保留的位移位置，并以普遍性准焦位置波动阈值为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，获得在该区间内的最佳对焦位置，完成自适应结果的修正，最终获取自适应准焦位置步进电机位移值。

进一步的，所述步骤s10)中主动对焦步进电机位移值的获取过程进一步包括：摄像机启动一次光圈全开和全焦段扫描的主动对焦，并在动作结束后读取当前的步进电机位移数值。

优选的，周期性地获取自适应准焦位置步进电机位移值，所述步骤s10)中主动对焦步进电机位移值的获取过程进一步包括：在光照充足的环境下按照设定的时间周期性地获取摄像机的主动对焦步进电机位移值。

进一步的，所述步骤s20)中初始准焦位置步进电机位移值的获取过程包括：所述初始准焦位置步进电机位移值为前一次获取的自适应准焦位置步进电机位移值；所述摄像机在进行安装调试时触发主动对焦，通过该次主动对焦获得摄像机在前方视野准焦状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为第一次获取自适应准焦位置步进电机位移值时的初始准焦位置步进电机位移值。

进一步的，所述步骤s30)中泛焦位置步进电机位移值的获取过程包括：在完成初始准焦位置步进电机位移值获取后，移动步进电机至所述摄像机的默认泛焦位置，读取当前状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为泛焦位置步进电机位移值。

优选的，所述步骤s30)进一步包括：在完成初始准焦位置步进电机位移值获取后，移动步进电机至极限位置，进行初始位置校准，以消除由于振动引起的步进电机位移误差。

进一步的，所述步骤s40)中普遍性准焦位置步进电机位移值的获取过程包括：针对现场部署的摄像机随机抽取样本，在光圈全开和全焦段扫描的条件下进行主动对焦获得。读取随机抽取的摄像机主动对焦后的步进电机位移值，并计算所有步进电机位移值的平均值和标准差，将该平均值作为普遍性准焦位置步进电机位移值，将该标准差作为普遍性准焦位置波动阈值。

进一步的，所述步骤s40)中普遍性准焦位置步进电机位移值的获取过程包括：针对现场部署的摄像机，在光圈全开和全焦段扫描的条件下进行主动对焦获得。数据处理单元通过通信网络获取所述摄像机主动对焦后的步进电机位移值，计算所有步进电机位移值的平均值和标准差，并将该平均值作为普遍性准焦位置步进电机位移值，将该标准差作为普遍性准焦位置波动阈值发送至控制装置保存。

本发明还另外具体提供了一种摄像机的技术实现方案，该摄像机包括：如上所述的控制装置、步进电机及光学镜组，所述控制装置对步进电机的位移进行调整，所述步进电机带动光学镜组执行对焦操作。

本发明还另外具体提供了一种计算机可读存储介质的技术实现方案，存储有用于执行如上所述摄像机自适应对焦方法中步骤的计算机程序，该计算机程序为定时触发并周期性自动执行的脚本程序。

本发明还另外具体提供了一种如上所述摄像机自适应对焦方法在机车视频监控系统路况摄像机中的应用的技术实现方案。

进一步的，所述摄像机设置于列车的头车。

通过实施上述本发明提供的摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，采用周期性自适应对焦方式，并使用自动运行的摄像机控制脚本获取对焦参数，摄像机控制脚本算法简单，且能够有效克服机车视频监控系统在振动运行环境下导致的摄像机虚焦，以及因机车重新编组、解编造成对焦不正确的技术缺陷；

(2)本发明摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，采用周期性自适应对焦方式，并且在设定每天光线良好的环境下定时触发，使用自动运行的摄像机控制脚本进行自适应对焦，能够避开由于光线不足导致的摄像机主动对焦失败，同时能够极大地减少摄像机频繁对焦，最大限度地延长镜头的使用寿命，减小设备后期维护成本；

(3)本发明摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，使用了摄像机泛焦参数值，在摄像机主动对焦失败或初始准焦位置与对焦结果相差过大时，能够将摄像机步进电机移动至默认的泛焦位置，能够确保获得可接受的非准焦效果，即实现在最恶劣条件下视野清晰度在可接受范围内；

(4)本发明摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，针对步进电机的位移数据进行统计，获得当前批次摄像机步进电机在开阔视野下，30m～50m准焦条件下的步进电机位移最佳值，作为无初始准焦位置数据的参考值，能够修正主动对焦和泛焦结果；

(5)本发明摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，通过比较初始准焦位置、主动对焦结果和泛焦位置，确定摄像机最终需要选定的对焦参数，能够使机车路况摄像机始终保持在前方视野清晰的状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的实施例。

图1是本发明摄像机自适应对焦控制装置一种具体实施例的系统结构框图；

图2是本发明摄像机自适应对焦控制方法一种具体实施例的程序流程图；

图3是本发明摄像机一种具体实施例的结构原理框图；

图4是本发明摄像机自适应对焦控制装置另一种具体实施例中普遍性准焦位置步进电机位移值获取的结构原理框图；

图中：1-主动对焦位移值获取单元，2-第一比较单元，3-第二比较单元，4-第三比较单元，5-自适应对焦值获取单元，10-控制装置，20-步进电机，30-光学镜组，100-摄像机，200-数据处理单元，300-通信网络。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

泛焦：在成像画面一定范围内的景物全部清晰。

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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图4所示，给出了本发明摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如附图1所示，一种摄像机自适应对焦控制装置的实施例，该控制装置10具体包括：

主动对焦位移值获取单元1，获取摄像机100的主动对焦步进电机位移值st；摄像机对焦脚本启动一次光圈全开和全焦段扫描的主动对焦，并在动作结束后获取当前的步进电机位移数值作为主动对焦步进电机位移数值st；

第一比较单元2，比较主动对焦步进电机位移值st与初始准焦位置步进电机位移值s0，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值wth，则舍弃主动对焦步进电机位移值，保留初始准焦位置步进电机位移值；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值，则保留主动对焦步进电机位移值；输出最终保留的步进电机位移值；

第二比较单元3，将第一比较单元2输出的步进电机位移值与普遍性准焦位置步进电机位移值sc进行比较，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值wth，则舍弃第一比较单元2输出的步进电机位移值，保留普遍性准焦位置步进电机位移值sc；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留第一比较单元2输出的步进电机位移值；输出最终保留的步进电机位移值；

第三比较单元4，将第二比较单元3输出的步进电机位移值与泛焦位置步进电机位移值sp进行比较，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值wth，则舍弃第二比较单元3输出的步进电机位移值，保留泛焦位置步进电机位移值sp；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值，则保留第二比较单元3输出的步进电机位移值；输出最终保留的步进电机位移值；

自适应对焦值获取单元5，将步进电机20移动至第三比较单元4输出的位移位置，并以普遍性准焦位置波动阈值wth为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，获得在该区间内的最佳对焦位置，完成自适应结果的修正，最终获取自适应准焦位置步进电机位移值sr。控制装置10周期性地获取自适应准焦位置步进电机位移值，主动对焦位移值获取单元1在光照充足的环境下按照设定的时间周期性地获取摄像机100的主动对焦步进电机位移值。作为本发明一种较佳的具体实施例，选择每日中午12点整进行一次自适应对焦，此时对列车状态不作要求，也可以选择在其它光照充足的时间段进行自适应对焦，但为了触发方便，设置为在每天的12点整周期性的校准效果最佳。

初始准焦位置步进电机位移值为控制装置10前一次获取的自适应准焦位置步进电机位移值。当控制装置10第一次获取自适应准焦位置步进电机位移值时，摄像机100进行安装调试时，将会触发一次主动对焦，此时可以认为其对焦后的结果为前方视野开阔条件下的准焦状态。初始准焦位置步进电机位移值为摄像机100在进行安装调试时触发主动对焦获得，通过该次主动对焦获得摄像机100在前方视野准焦状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为初始准焦位置步进电机位移值。在自适应对焦脚本程序被定时自动触发时，主动对焦位移值获取单元1会先读取原始的初始准焦位置，即对焦步进电机的位移数值，并保存作为后续步骤输入的初始准焦位置步进电机位移值s0(准焦位置要比泛焦位置更加准确)。

由于在泛焦位置定位和位移值获取时，步进电机20的位置可能因为振动已经发生变化，因此需要将其运动至极限位置，以便重新校准，执行该步骤之后再进行对焦。泛焦位置步进电机位移值为在完成初始准焦位置步进电机位移值获取后，移动摄像机100的步进电机20进行撞针校准，即步进电机20移动至极限位置，进行初始位置校准，以消除由于振动引起的步进电机位移误差。然后，移动步进电机20至摄像机100的默认泛焦位置(泛焦是焦距为无穷远，光圈会在保证曝光的前提下尽量小，光圈小就会有更大的景深，也就是能看清更多距离范围内的物体)，此时摄像机100视野范围内大部分元素均处于清晰状态，读取当前状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为泛焦位置步进电机位移值sp。

普遍性准焦位置步进电机位移值sc为针对现场部署的摄像机100随机抽取样本(如随机抽取全部摄像机100中30％的样本)，在光圈全开(即摄像机100的光学镜组30(即镜头)的光圈打开至最大位置)和全焦段扫描(即对所有支持的对焦焦距进行逐步扫描，以确定正确的对焦位置)的条件下进行主动对焦(即主动触发下的对焦操作)获得。全焦段扫描也被称为全局最优化对焦，是为了避免陷入局部对焦最优化，而光圈全开能够保证对焦后镜头在其它条件下也能准焦。然后，读取随机抽取的摄像机100主动对焦后的步进电机位移值，并计算所有步进电机位移值的平均值和标准差σ。其中，平均值＝所有主动对焦步进电机位移样本值st的累加和/样本数量，标准差σ＝(((st-平均值)求平方)/样本数量)开平方。将该平均值作为普遍性准焦位置步进电机位移值sc，将该标准差σ作为普遍性准焦位置波动阈值wth，标准差σ用于评估波动情况。并保存作为后续步骤输入的普遍性准焦位置步进电机位移值sc和波动阈值wth(分别对应平均值和标准差σ)。

如附图4所示，作为本实施例中另一种获取普遍性准焦位置步进电机位移值sc和波动阈值wth的技术方案，普遍性准焦位置步进电机位移值sc为针对现场部署的摄像机100，在光圈全开和全焦段扫描的条件下进行主动对焦获得。数据处理单元200通过通信网络300获取摄像机100主动对焦后的步进电机位移值，计算所有步进电机位移值的平均值和标准差σ，并将该平均值作为普遍性准焦位置步进电机位移值sc，将该标准差σ作为普遍性准焦位置波动阈值wth发送至控制装置10保存。此时，可以根据需要随时获取现场部署的所有摄像机100的主动对焦步进电机位移值平均值和标准差σ，数据的获取和计算过程完全自动化，避免了人工获取每台摄像机100的参数和数值计算。同时，普遍性准焦位置步进电机位移值sc和普遍性准焦位置波动阈值wth的计算更加准确，更符合实际情况。

本实施例分别获取主动对焦位置、初始准焦位置、泛焦位置步进电机位移值，以及普遍性准焦位置的步进电机位移值和波动阈值。由普遍性对焦位置步进电机位移值sc加减普遍性准焦位置波动阈值wth构成比较区间，如：由普遍性准焦位置的步进电机位移值和波动阈值构成了一个以0.6576为基准加减0.0020的比较区间，即0.6556～0.6596的区间范围。若初始准焦位置步进电机位移值s0和主动对焦步进电机位移值st中只有一个落入该区间，则选取落入该区间的值；若都落入该区间，则优先选取主动对焦步进电机位移值st；若都未落入该区间，则选取泛焦位置步进电机位移值sp。最后，将步进电机20移动至最终选取的位移位置，并以普遍性准焦位置波动阈值wth为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，获得在该区间内的最佳对焦位置，完成自适应结果的小范围修正，最终获取自适应准焦位置步进电机位移值sr。

本实施例描述的摄像机自适应对焦控制装置通过在高清数字摄像机中添加定时触发事件，通过周期性地执行摄像机对焦脚本程序，在每日中午设定的时间(如：12点整)进行一次自适应对焦(在历史准焦参数和当前环境下的重新对焦结果中选择最佳对焦参数，即可以自适应修正对焦结果)，能够实现机车视频监控系统路况摄像机在振动失焦和编组改变时，视频图像视野范围内清晰图像数据的获取。

实施例2

如附图2所示，一种摄像机自适应对焦方法的实施例，具体包括以下步骤：

s10)获取主动对焦步进电机位移值st；

s20)比较主动对焦步进电机位移值st与初始准焦位置步进电机位移值s0，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值wth，则舍弃主动对焦步进电机位移值st，保留初始准焦位置步进电机位移值s0；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留主动对焦步进电机位移值st；

s30)将前一步骤保留的步进电机位移值与普遍性准焦位置步进电机位移值sc进行比较，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值wth，则舍弃前一步骤保留的步进电机位移值，保留普遍性准焦位置步进电机位移值sc；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留前一步骤留下的步进电机位移值；此步骤目的在于修正可能存在异常的初始准焦位置步进电机位移值s0；

s40)将前一步骤保留的步进电机位移值与泛焦位置步进电机位移值sp进行比较，若两者的差值大于或等于普遍性准焦位置波动阈值wth，则舍弃前一步骤保留的步进电机位移值，保留泛焦位置步进电机位移值sp；若两者的差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留前一步骤留下的步进电机位移值；

s50)最后，将步进电机20移动至最终保留的位移位置，并以普遍性准焦位置波动阈值wth为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，获得在该区间内的最佳对焦位置，完成自适应结果的修正，最终获取自适应准焦位置步进电机位移值sr。

周期性地获取自适应准焦位置步进电机位移值，步骤s10)中主动对焦步进电机位移值的获取过程进一步包括：摄像机100启动一次光圈全开和全焦段扫描的主动对焦，并在动作结束后读取当前的步进电机位移数值。

步骤s10)中主动对焦步进电机位移值st的获取过程进一步包括：在光照充足的环境下按照设定的时间周期性地获取摄像机100的主动对焦步进电机位移值st。

步骤s20)中初始准焦位置步进电机位移值s0的获取过程进一步包括：将前一次获取的自适应准焦位置步进电机位移值sr作为初始准焦位置步进电机位移值s0。摄像机100在进行安装调试时触发主动对焦，通过该次主动对焦获得摄像机100在前方视野准焦状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为第一次获取自适应准焦位置步进电机位移值sr时的初始准焦位置步进电机位移值s0。

步骤s30)中泛焦位置步进电机位移值sp的获取过程进一步包括：在完成初始准焦位置步进电机位移值s0获取后，移动步进电机20至摄像机100的默认泛焦位置，此时摄像机100视野范围内大部分元素均处于清晰状态，读取当前状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为泛焦位置步进电机位移值sp。

步骤s30)进一步包括：在完成初始准焦位置步进电机位移值s0获取后，移动摄像机100的步进电机至极限位置，进行初始位置校准，以消除由于振动引起的步进电机位移误差。

步骤s40)中普遍性准焦位置步进电机位移值sc的获取过程进一步包括：针对现场部署的摄像机100随机抽取样本，在光圈全开和全焦段扫描的条件下进行主动对焦获得。读取随机抽取的摄像机100主动对焦后的步进电机位移值，并计算所有步进电机位移值的平均值和标准差σ，将该平均值作为普遍性准焦位置步进电机位移值sc，将该标准差σ作为普遍性准焦位置波动阈值wth。

作为本实施例的另一种技术方案，步骤s40)中普遍性准焦位置步进电机位移值sc的获取过程进一步包括：针对现场部署的摄像机100，在光圈全开和全焦段扫描的条件下进行主动对焦获得。数据处理单元200通过通信网络300获取摄像机100主动对焦后的步进电机位移值，计算所有步进电机位移值的平均值和标准差σ，并将该平均值作为普遍性准焦位置步进电机位移值sc，将该标准差σ作为普遍性准焦位置波动阈值wth发送至控制装置10保存。

下面对本实施例描述的摄像机自适应对焦方法的两种具体应用场景进行详细描述。

第一种情况为当安装有摄像机100的头车经过重新编组变为中间车时，摄像机自适应对焦方法的具体实现过程如下：

1)初始准焦位置的获取。在自适应对焦脚本被事件自动触发时，先会读取原始的初始准焦位置，即对焦步进电机的位移数值(如：0.6593mm)，并保存作为后续步骤输入的初始准焦参数，即初始准焦位置步进电机位移值s0。初始准焦位置步进电机位移值s0为前一次对焦脚本被事件自动触发获取的自适应准焦位置步进电机位移值sr。当自适应对焦脚本为第一次运行时，初始准焦位置步进电机位移值s0为摄像机100在进行安装调试时触发主动对焦获取，通过该次主动对焦获得摄像机100在前方视野准焦状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为第一次获取自适应准焦位置步进电机位移值时的初始准焦位置步进电机位移值s0。

2)泛焦位置定位和位移值的获取。在完成初始准焦位置步进电机位移值s0的获取后，移动摄像机100的步进电机20进行撞针校准，步进电机20运动至极限位置(如：0.3572mm)，以消除由于振动引起的步进电机位移误差。然后，移动步进电机20至摄像机100的默认泛焦位置，此时视野范围内大部分元素均处于清晰状态。读取当前的步进电机位移数值(如：0.6574mm)，并保存作为后续步骤输入的泛焦位置参数，即泛焦位置步进电机位移值sp。

3)普遍性准焦位置的计算。针对现场部署的摄像机100，随机抽取30％的样本，在光圈全开和全焦段扫描的条件下，进行一次主动对焦。然后，读取步进电机位移数值，并计算所有样本步进电机位移数值的平均值和标准差σ，并保存作为后续步骤输入的普遍性准焦位置步进电机位移值sc(如：0.6576mm)和普遍性准焦位置波动阈值wth(如：0.0020mm)。

4)自适应对焦值的选择。完成上述三步后，摄像机对焦脚本启动一次光圈全开和全焦段扫描的主动对焦，并在动作结束后获取当前的步进电机位移数值(如：0.5378mm)，即主动对焦步进电机位移值st。然后，执行以下步骤s101)～s104)：

s101)首先，使用主动对焦步进电机位移值st(0.5378mm)与初始准焦位置步进电机位移值s0(0.6593mm)进行比较，若两个位置差值大于普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)，则舍弃主动对焦步进电机位移值st，保留初始准焦位置步进电机位移值s0；若两个位置差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留主动对焦步进电机位移值st；

此时，根据判断应当保留初始准焦位置步进电机位移值s0(0.6593mm)；

s102)然后，将上一步保留下来的步进电机位移值(0.6593mm)与普遍性准焦位置步进电机位移值sc(0.6576mm)进行比较，若两个位置差值大于普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)，则舍弃上一步留下的步进电机位移值，保留普遍性准焦位置步进电机位移值sc；若两个位置差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留上一步留下的步进电机位移值；此步骤目的在于修正可能存在异常的初始准焦位置步进电机位移值s0；

此时，根据判断应当保留初始准焦位置步进电机位移值s0(0.6593mm)；

s103)之后，再将上一步保留下来的步进电机位移值(0.6593mm)与泛焦位置步进电机位移值sp(0.6574mm)进行比较，若两个位置差值大于普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)，则舍弃上一步留下的步进电机位移值，保留泛焦位置步进电机位移值sp；若两个位置差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留上一步留下的步进电机位移值；

此时，根据判断应当保留初始准焦位置步进电机位移值s0(0.6593mm)；

s104)最后，将步进电机20移动至最终保留的位移位置，并以普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，得到在该区间内的最佳对焦位置，完成自适应结果的修正，并获取最终的自适应准焦位置步进电机位移值sr。

此时，根据判断应当放弃泛焦位置步进电机位移值sp，而将步进电机20移动至初始准焦位置(即初始准焦位置步进电机位移值s0对应的位置)，并以普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，得到在该区间内的最佳对焦位置，并获取最终的自适应准焦位置步进电机位移值sr。

第二种情况为当安装有摄像机100的头车经过编组变为中间车后又解编成为头车时，摄像机自适应对焦方法的具体实现过程如下：

1)初始准焦位置的获取。在自适应对焦脚本被事件自动触发时，先会读取原始的初始准焦位置，即对焦步进电机的位移数值(如：0.5683mm)，并保存作为后续步骤输入的初始准焦参数，即初始准焦位置步进电机位移值s0。初始准焦位置步进电机位移值s0为前一次对焦脚本被事件自动触发获取的自适应准焦位置步进电机位移值sr。当自适应对焦脚本为第一次运行时，初始准焦位置步进电机位移值s0为摄像机100在进行安装调试时触发主动对焦获取，通过该次主动对焦获得摄像机100在前方视野准焦状态下的步进电机位移值，并将该步进电机位移值保存为第一次获取自适应准焦位置步进电机位移值时的初始准焦位置步进电机位移值s0。

2)泛焦位置定位和位移值的获取。在完成初始准焦位置步进电机位移值s0的获取后，移动摄像机100的步进电机20进行撞针校准，步进电机20运动至极限位置(如：0.3572mm)，以消除由于振动引起的步进电机位移误差。然后，移动步进电机20至摄像机100的默认泛焦位置，此时视野范围内大部分元素均处于清晰状态。读取当前的步进电机位移数值(如：0.6574mm)，并保存作为后续步骤输入的泛焦位置参数，即泛焦位置步进电机位移值sp。

3)普遍性准焦位置的计算。针对现场部署的摄像机100，随机抽取30％的样本，在光圈全开和全焦段扫描的条件下，进行一次主动对焦。然后，读取步进电机位移数值，并计算所有样本步进电机位移数值的平均值和标准差σ，并保存作为后续步骤输入的普遍性准焦位置步进电机位移值sc(如：0.6576mm)和普遍性准焦位置波动阈值wth(如：0.0020mm)。

4)自适应对焦值的选择。完成上述三步后，摄像机对焦脚本启动一次光圈全开和全焦段扫描的主动对焦，并在动作结束后获取当前的步进电机位移数值(如：0.6568mm)，即主动对焦步进电机位移值st。然后，执行以下步骤s101)～s104)：

s101)首先，使用主动对焦步进电机位移值st(0.6568mm)与初始准焦位置步进电机位移值s0(0.5683mm)进行比较，若两个位置差值大于普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)，则舍弃主动对焦步进电机位移值st，保留初始准焦位置步进电机位移值s0；若两个位置差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留主动对焦步进电机位移值st；

此时，根据判断应当保留初始准焦位置步进电机位移值s0(0.5683mm)；

s102)然后，将上一步保留下来的步进电机位移值(0.5683mm)与普遍性准焦位置步进电机位移值sc(0.6576mm)进行比较，若两个位置差值大于普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)，则舍弃上一步留下的步进电机位移值，保留普遍性准焦位置步进电机位移值sc；若两个位置差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留上一步留下的步进电机位移值；此步骤目的在于修正可能存在异常的初始准焦位置步进电机位移值s0；

此时，根据判断应当保留普遍性准焦位置步进电机位移值sc(0.6576mm)；

s103)之后，再将上一步保留下来的步进电机位移值(0.6576mm)与泛焦位置步进电机位移值sp(0.6574mm)进行比较，若两个位置差值大于普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)，则舍弃上一步留下的步进电机位移值，保留泛焦位置步进电机位移值sp；若两个位置差值小于普遍性准焦位置波动阈值wth，则保留上一步留下的步进电机位移值；

此时，根据判断应当保留普遍性准焦位置步进电机位移值sc(0.6576mm)；

s104)最后，将步进电机20移动至最终保留的位移位置，并以普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，得到在该区间内的最佳对焦位置，完成自适应结果的修正，并获取最终的自适应准焦位置步进电机位移值sr。

此时，根据判断应当放弃泛焦位置步进电机位移值sp，而将步进电机20移动至普遍性准焦位置(即普遍性准焦位置步进电机位移值sc对应的位置)，并以普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，得到在该区间内的最佳对焦位置，并获取自适应准焦位置步进电机位移值sr。

当第二天摄像机对焦脚本程序再次被定时触发，摄像机100再一次进行自适应对焦时，初始准焦位置步进电机位移值s0为前一次获取的自适应准焦位置步进电机位移值sr，最后将步进电机20移动至主动对焦位置(即主动对焦步进电机位移值st对应的位置)，并以普遍性准焦位置波动阈值wth(0.0020mm)为幅度前后移动作为对焦扫描区间，进行光圈全开的主动对焦，得到在该区间内的最佳对焦位置，并获取自适应准焦位置步进电机位移值sr。

本实施例描述的摄像机自适应对焦方法通过统计步进电机的位移数据，获取步进电机位移最佳值，作为无初始准焦位置数据的参考值，修正主动对焦和泛焦结果。采用周期性自适应对焦方式，使用摄像机泛焦参数，在摄像机主动对焦失败或者初始准焦位置与对焦结果相差过大时，将摄像机步进电机移动至默认泛焦位置，获得可接受的非准焦效果，能够有效减少由于长时间无法准焦而导致的步进电机持续工作的情况。

实施例3

如附图3所示，一种摄像机100的实施例，具体包括：如实施例1所述的控制装置10、步进电机20及光学镜组30。控制装置10对步进电机20的位移进行调整，步进电机20带动光学镜组30执行对焦操作。

实施例4

一种计算机可读存储介质的具体实施例，存储有用于执行实施例2所述摄像机自适应对焦方法中步骤的计算机程序，该计算机程序为定时触发并周期性自动执行的脚本程序。本实施例通过在高清数字摄像机中添加定时触发事件，执行周期性摄像机对焦脚本，每日中午12点整进行一次自适应对焦，在历史准焦参数和当前环境下的重新对焦结果中选择最佳对焦参数，即可以自适应修正对焦结果，实现机车视频监控系统路况摄像机在振动失焦和编组改变时，视频图像视野范围内清晰数据的获取。

实施例5

一种如实施例2所述摄像机自适应对焦方法在机车视频监控系统路况摄像机中应用的具体实施例，摄像机100进一步设置于列车的头车。

专业人员还可以进一步意识到，结合本发明具体实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。至于这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法可以直接采用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、各种可编程逻辑器件、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或本技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。执行软件模块的处理器可以是中央处理器(cpu)、嵌入式处理器、微控制器(mcu)、数字信号处理器(dsp)、单片机、片上系统(soc)、可编程逻辑器件，以及本技术领域内所公知的任意其它形式具有控制、处理功能的器件。

通过实施本发明具体实施例描述的摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，采用周期性自适应对焦方式，并且在设定每天光线良好的环境下定时触发，使用自动运行的摄像机控制脚本进行自适应对焦，能够避开由于光线不足导致的摄像机主动对焦失败，同时能够极大地减少摄像机频繁对焦，最大限度地延长镜头的使用寿命，减小设备后期维护成本；

(2)本发明具体实施例描述的摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，采用周期性自适应对焦方式，并且在设定每天光线良好的环境下定时触发，使用自动运行的摄像机控制脚本进行自适应对焦，能够避开由于光线不足导致的摄像机主动对焦失败，同时能够极大地减少摄像机频繁对焦，最大限度地延长镜头的使用寿命，减小设备后期维护成本；

(3)本发明具体实施例描述的摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，使用了摄像机泛焦参数值，在摄像机主动对焦失败或初始准焦位置与对焦结果相差过大时，能够将摄像机步进电机移动至默认的泛焦位置，能够确保获得可接受的非准焦效果，即实现在最恶劣条件下视野清晰度在可接受范围内；

(4)本发明具体实施例描述的摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，针对步进电机的位移数据进行统计，获得当前批次摄像机步进电机在开阔视野下，30m～50m准焦条件下的步进电机位移最佳值，作为无初始准焦位置数据的参考值，能够修正主动对焦和泛焦结果；

(5)本发明具体实施例描述的摄像机自适应对焦控制装置、方法及计算机可读存储介质，通过比较初始准焦位置、主动对焦结果和泛焦位置，确定摄像机最终需要选定的对焦参数，能够使机车路况摄像机始终保持在前方视野清晰的状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。