專利名稱：自動聚焦方法及使用其的自動聚焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可應(yīng)用于安裝在移動終端上的照相機模塊的自動聚焦方法以及使用該方法的自動聚焦裝置。
背景技術(shù)：
最近，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，需要開發(fā)出除了電話功能以外還添加有其他各種功能的復(fù)合移動通信終端。因此，實現(xiàn)了具有發(fā)送和接收圖像和聲音功能的手持移動通信終端。對于手持移動通信終端，提供了一種通過向移動通信終端(移動電話)添加數(shù)字照相機功能而實現(xiàn)的照相機電話。
一般的照相機電話包括用于照像的照相機模塊、用于發(fā)送用戶的聲音和圖像的發(fā)送模塊、以及用于接收另一方的聲音和圖像的接收模塊。
照相機模塊包括透鏡子系統(tǒng)和圖像處理子系統(tǒng)。
透鏡子系統(tǒng)包括透鏡部，器包括變焦透鏡和聚焦透鏡；調(diào)節(jié)器，用于驅(qū)動透鏡部的變焦透鏡或聚焦透鏡；以及調(diào)節(jié)器驅(qū)動器。
圖像處理子系統(tǒng)包括圖像傳感器和ISP、自動聚焦數(shù)字信號處理器等。
透鏡子系統(tǒng)用于將焦點調(diào)節(jié)到將被拍照的外部景象。另外，透鏡子系統(tǒng)使得光線(光源)入射到圖像傳感器上，其中，來自外部景象的光線入射到預(yù)設(shè)范圍的特定區(qū)域上。
圖像處理子系統(tǒng)的圖像傳感器包括光敏電池，其中，當在特定吸收周期內(nèi)入射光線時，就在光敏電池中存儲電荷。圖像傳感器將所存儲的電荷轉(zhuǎn)換為數(shù)字值(像素值)來輸出。
圖像處理子系統(tǒng)的ISP壓縮與所獲得的像素有關(guān)的數(shù)字值，然后對經(jīng)過壓縮的數(shù)字值執(zhí)行諸如尺度圖像增強(scaling imageenhancement)的圖像處理，以傳輸至移動電話體。
此時，透鏡子系統(tǒng)執(zhí)行聚焦調(diào)節(jié)操作，以對清晰的圖像進行拍照。在這種情況中，使用設(shè)置在一般的照相機或數(shù)字照相機中的自動聚焦裝置。下面對其進行描述。
通常，一旦用戶設(shè)置了與將被拍照的目標有關(guān)的組合并按下了釋放按鈕，則一般照相機或數(shù)字照相機的自動聚焦裝置就自動調(diào)節(jié)焦距，以進行拍照。
這種自動聚焦裝置分為主動(active)自動聚焦裝置和被動(passive)自動聚焦裝置。
主動自動聚焦裝置向目標發(fā)射紅外線或超聲波，然后檢測從目標反射的光或波，以測量目標的距離。
不具有發(fā)光部的被動自動聚焦裝置通過使用透鏡部來接收由目標發(fā)射的光線，并通過使用目標的亮度來測量目標的距離。
在來自圖像傳感器的圖像信號中，被動自動聚焦裝置檢測每幀的高通頻率信號(high-pass frequency signal)，其中，該高通頻率信號與對比度成比例。當亮度信號通過高通濾波器時，就獲得了高通頻率信號。被動自動聚焦裝置將所獲得的對比度和前一幀的對比度進行比較。然后，被動自動聚焦裝置在對比度增加的方向移動聚焦透鏡，然后將聚焦透鏡停在對比度最大的位置處，從而自動調(diào)節(jié)焦距。
通常，自動聚焦照相機模塊對通過CCD(charge coupled device，電荷耦合器件)或CMOS(complementary metal oxide semiconductor，互補金屬氧化物半導體)接收的圖像執(zhí)行圖像信號處理，然后提取圖片單元中的聚焦值(focus value)，以傳輸至CPU，其中，通過計算通過高通濾波器(HPF)的邊緣(edge)來計算聚焦值?；谟嬎愠鰜淼木劢怪?，CPU確定聚焦透鏡的移動方向和距離，并對調(diào)節(jié)器驅(qū)動器下達指令。據(jù)此，驅(qū)動調(diào)節(jié)器來移動透鏡，從而自動調(diào)節(jié)焦距。
圖1A是示出圖片100中的窗口101的簡圖。如圖1A所示，將屏幕的中心區(qū)域指定為窗口101。原因在于在拍照片時，大多數(shù)用戶都會注意屏幕的中心部分。
另外，從自動聚焦數(shù)字信號處理器傳輸窗口的開始和結(jié)束位置，以在圖片100中設(shè)置窗口101。通過積分器累加窗口101處的來自高通濾波器的輸出值。
該累加值(聚焦值)成為用于在照相機模塊中調(diào)節(jié)焦距的參考值。在靜止圖像的情況中，可以通過移動透鏡來調(diào)節(jié)焦距。當圖像完全聚焦時，聚焦值高。當圖像沒有聚焦時，聚焦值低。通常，通過參考大多數(shù)用戶都注意的屏幕的中心來調(diào)節(jié)照相機的焦距。
通過自動聚焦數(shù)字信號處理器中的CPU來執(zhí)行用于查找聚焦值的算法。CPU確定向哪個方向移動透鏡，然后通過使用調(diào)節(jié)器驅(qū)動器來驅(qū)動調(diào)節(jié)器。
圖1B是示出根據(jù)透鏡移動距離的聚焦值的圖表。
如圖1B所示，在即使向照相機輸入相同的圖像也不調(diào)節(jié)焦距時，如在點‘A’的聚焦值低。此時，在點‘B’確定透鏡的移動方向，并沿聚焦值增長的‘C’方向移動透鏡。當聚焦值以最大聚焦值通過點‘E’時，沿‘D’方向(與‘C’方向相反)移動(transfer)透鏡，并將透鏡固定在點‘E’處，以找出最大聚焦值。
在相關(guān)技術(shù)中，為每幅圖片計算聚焦值。這是因為，為每個圖片都輸出通過將用戶注意的窗口的所有邊緣分量(component)相加而獲得的值。
因此，為了搜索相關(guān)技術(shù)中的最大聚焦值，重復(fù)以下步驟。分別計算圖片的聚焦值、根據(jù)計算出來的聚焦值確定方向，以使透鏡沿確定出的方向移動。
在相關(guān)技術(shù)中，搜索最大聚焦值的過程中的透鏡移動范圍分為精細掃描區(qū)域和疏掃描區(qū)域，以將不同的恒定步長應(yīng)用于相應(yīng)的區(qū)域。
然而，在這種方法中，僅在搜索過程從疏掃描區(qū)域向精細掃描區(qū)域轉(zhuǎn)移時改變步長。所以，不可避免地將細調(diào)步長(fine step size)應(yīng)用于疏掃描區(qū)域，以不錯過狹窄的峰值區(qū)域。因此，延長了搜索最大聚焦值所需的時間，增加了功耗。
最近，由于CMOS圖像傳感器具有增強的圖像質(zhì)量，因此，越來越多的具有低功耗的CMOS圖像傳感器被用于移動電話、智能電話、以及PDA。因此，延長了查找最大聚焦值所需的時間(即，自動聚焦時間)。CMOS圖像傳感器的幀率低至30次每秒，而用戶需要具有高分辨率的圖像質(zhì)量。因此，CMOS圖像傳感器的幀率變的更低，而顯著延長了自動聚焦時間。
另外，在如圖2所示的具有平坦的峰值區(qū)域的曲線中，在相關(guān)技術(shù)中，重復(fù)使用精細步長的不必要的搜索過程。因此，延長了自動聚焦時間，增加了功耗。
在傳統(tǒng)的被動自動聚焦方法中，很有可能將焦點調(diào)節(jié)到了背景上，而沒有調(diào)節(jié)到目標上。當目標周圍存在具有高對比度的背景時，大多數(shù)算法都搜索對應(yīng)于背景的最大自動聚焦值。為了防止將焦點調(diào)節(jié)到背景上，通常限定多個自動聚焦測量區(qū)域(一個小窗口和一個大窗口)。這種方法通過使用互不相同的區(qū)域來執(zhí)行疏掃描和精細掃描。
然而，當目標的峰值和背景的峰值相互不一致時，在精細掃描中可能需要二次掃描。另外，當出現(xiàn)在小窗口中的景象幾近平面時，其中不包括足夠的對比度。因此，不能可靠地執(zhí)行精細掃描。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，提供了一種自動聚焦方法及使用其的自動聚焦裝置。本發(fā)明可以在短時間內(nèi)通過少量步驟來進行自動聚焦，并可以解決將焦點調(diào)節(jié)到背景景象上的問題。
本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地通過描述將變得顯而易見，或可以通過實施本發(fā)明而了解。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，自動聚焦方法包括設(shè)置包括中心窗口和中心窗口周圍的多個外圍窗口的多個活動窗口，并向多個外圍窗口分配權(quán)重，以計算每步的自動聚焦值；根據(jù)為每步計算的自動聚焦值，計算前一步和當前步之間的自動聚焦值的變化率；將計算出來的自動聚焦值的變化率和預(yù)置的自動聚焦參考值進行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果改變步長；將透鏡移動到對應(yīng)于改變后的步長的位置；重復(fù)上述的從設(shè)置多個活動窗口到移動透鏡的步驟，直到前一步的自動聚焦值變?yōu)榇笥诋斍安降淖詣泳劢怪?，然后確定是否檢測到最大自動聚焦值；以及將透鏡移動到對應(yīng)于最大自動聚焦值的位置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，在將透鏡移動到對應(yīng)于最大自動聚焦值的位置的過程中，將最大自動聚焦值設(shè)置為與前一步的自動聚焦值對應(yīng)，并將透鏡移動到對應(yīng)于前一步的自動聚焦值的位置。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，自動聚焦方法進一步包括在將透鏡移動到對應(yīng)于最大自動聚焦值的位置的過程中，確定是否將透鏡移動到了對應(yīng)于最大聚焦值的位置。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，通過下列等式，計算前一步和當前步之間的自動聚焦值的變化率 根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，預(yù)置的自動聚焦參考值是兩個互不相同的閾值。另外，在比較計算出來的變化率的過程中，將計算出來的自動聚焦值的變化率和閾值進行比較，從而根據(jù)比較結(jié)果選擇細調(diào)步長、中等調(diào)步長、以及粗調(diào)步長中的任一個作為步長。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，對計算出來的變化率的比較進一步包括在前一步和當前步之間的自動聚焦值的變化率具有負值時，確定自動聚焦值是否經(jīng)過了峰值。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，當移動透鏡時，檢測并存儲移動后的透鏡的位置。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，多個活動窗口中的中心窗口包括多個分割的區(qū)域(窗口)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，將權(quán)重分配給對應(yīng)于多個中心窗口的所有區(qū)域，并將權(quán)重分配給多個外圍窗口中的至少一個。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，將分配給活動窗口的權(quán)重設(shè)置為互不相同。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，自動聚焦裝置包括透鏡部，光信號入射其上，該透鏡部具有能夠垂直移動的聚焦透鏡；圖像傳感器和ISP部，用于接收入射到透鏡部上的光信號，以將其轉(zhuǎn)換為電信號，然后輸出數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)；自動聚焦數(shù)字信號處理部，包括光學檢測模塊，用于接收來自圖像傳感器和ISP部的圖像數(shù)據(jù)，以提取預(yù)定圖像分量，用于設(shè)置包括中心窗口和中心窗口周圍的多個外圍窗口的多個活動窗口，以及用于向多個活動窗口分配權(quán)重，來對預(yù)定圖像分量進行積分來計算自動聚焦值；以及CPU，用于從光學檢測模塊接收自動聚焦數(shù)據(jù)，并在根據(jù)自動聚焦值垂直驅(qū)動透鏡部的聚焦透鏡的同時計算最大自動聚焦值，CPU執(zhí)行自動聚焦算法，在該算法中，計算前一步和當前步之間的自動聚焦值的變化率然后將計算出來的變化率與預(yù)置的自動參考值進行比較，以根據(jù)比較結(jié)果控制步長改變；以及驅(qū)動部，用于根據(jù)自動聚焦數(shù)字信號處理部的控制信號來驅(qū)動透鏡部的聚焦透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，光學檢測模塊包括高通濾波器，用于接收來自圖像傳感器和ISP部的圖像數(shù)據(jù)，以提取預(yù)定圖像分量；積分器，用于接收從高通濾波器提取的預(yù)定圖像分量，以及對與包括中心窗口和外圍窗口的相應(yīng)活動窗口相關(guān)的圖像分量進行積分和輸出；以及活動區(qū)域設(shè)置部，用于將多個活動窗口的開始和結(jié)束地址傳輸至積分器。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，自動聚焦裝置進一步包括位置檢測傳感器，用于確定是否將透鏡移動到對了應(yīng)于最大自動聚焦值的位置。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，預(yù)定圖像分量是邊緣分量、Y-分量、以及具有最大值的Y-分量中的任一個。


參考附圖，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點將通過下面對具體實施例的描述而變得明顯和更容易理解，其中圖1A是示出圖片中的窗口的簡圖；圖1B是示出根據(jù)透鏡移動距離的聚焦值的圖表；圖2是用于根據(jù)相關(guān)技術(shù)解釋自動聚焦方法的問題的圖表；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦裝置的框圖；
圖4A是示出圖3的自動聚焦數(shù)字信號處理部的簡圖；圖4B是圖4A的光學檢測模塊的內(nèi)部框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦算法的流程圖；圖6是示出圖5中的計算自動聚焦值的步驟的流程圖；圖7是示出分配有用于計算自動聚焦值的權(quán)重的多個活動窗口的簡圖；圖8是示出圖5中的調(diào)節(jié)步長的步驟的流程圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的典型聚焦搜索過程的簡圖；圖10是示出將應(yīng)用于本發(fā)明的實施例的八個活動窗口的簡圖；圖11是示出用于每個透鏡位置的相應(yīng)活動窗口的自動聚焦值的變化的簡圖；圖12是示出用于每步的全部自動聚焦值的變化的簡圖；以及圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的自動聚焦算法的運算實例的圖表。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細參考附圖中示出了其實例的本發(fā)明的實施例，其中，通篇上下，相同的參考標號表示相同的元件。為了通過參考附圖來解釋本發(fā)明，下面描述了多個實施例。
下文中，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例，
自動聚焦裝置圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦裝置的框圖。圖4A是示出圖3的自動聚焦數(shù)字信號處理部的簡圖，圖4B是用在圖4A的自動聚焦數(shù)字信號處理部中的光學檢測模塊的內(nèi)部框圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦裝置300包括透鏡部301，光信號入射其上，該透鏡部301具有用于焦距調(diào)節(jié)的能夠垂直移動的聚焦透鏡；圖像傳感器和ISP部302，用于接收入射到透鏡部301上的光信號，以將其轉(zhuǎn)換為電信號，然后輸出數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)；自動聚焦數(shù)字信號處理部303，用于接收來自圖像傳感器和ISP部302的圖像數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行自動聚焦算法，以計算最大自動聚焦值；以及驅(qū)動部304，其包括用于驅(qū)動透鏡部301的聚焦透鏡的調(diào)節(jié)器304b和調(diào)節(jié)器驅(qū)動器304a。
透鏡部301包括變焦透鏡和聚焦透鏡。變焦透鏡用于放大圖像，聚焦透鏡用于調(diào)節(jié)圖像的焦距。根據(jù)用于根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦方法的算法，垂直移動聚焦透鏡，以確定用于最佳焦距的透鏡位置。
圖像傳感器和ISP部302包括圖像傳感器和ISP(image signalprocessor，圖像信號處理器)。對于圖像傳感器，可以使用將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。為了減少自動聚焦時間，優(yōu)選地使用CMOS圖像傳感器。
為了轉(zhuǎn)換圖像數(shù)據(jù)以使圖像數(shù)據(jù)與視覺保持一致，ISP執(zhí)行諸如自動白平衡、自動曝光、伽馬校正等信號處理任務(wù)，以改善圖像質(zhì)量，然后輸出具有增強的圖像質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。
由于存在各種類型的CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器，所以用于ISP的接口和特性互不相同(取決于每個制造商)。因此，根據(jù)圖像傳感器的類型來制造ISP。
ISP執(zhí)行諸如色彩濾鏡陣列內(nèi)插(array interpolation)、色彩矩陣(color matrix)、色彩校正(color correction)、色彩增強(colorenhancement)等的圖像處理任務(wù)。
在移動終端的情況中，將經(jīng)過圖像處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CCIR656或CCIR601格式(YUV空間)，移動電話主機306接收主時鐘信號，以輸出Y/Cb/Cr或R/G/B數(shù)據(jù)、以及垂直同步信號、水平同步信號、和像素時鐘信號。
如圖4B所示，自動聚焦數(shù)字信號處理器(自動聚焦DSP)303包括光學檢測模塊401，用于計算自動聚焦值；以及CPU 402，用于接收來自光學檢測模塊401的自動聚焦值，并在根據(jù)自動聚焦值垂直驅(qū)動透鏡部的聚焦透鏡的同時，執(zhí)行用于計算最大自動聚焦值的自動聚焦算法。
根據(jù)本發(fā)明的光學檢測模塊401接收來自圖像傳感器和ISP部302的圖像數(shù)據(jù)，以提取預(yù)定圖像分量。然后，光學檢測模塊401設(shè)置包括中心窗口和中心窗口周圍的多個外圍窗口的多個活動窗口，分別向中心窗口和外圍窗口分配不同的權(quán)重，以及對預(yù)定圖像分量進行積分，以計算自動聚焦值。
光學檢測模塊401包括高通濾波器401a，用于接收來自圖像傳感器和ISP部302的圖像數(shù)據(jù)，以提取預(yù)定圖像分量；積分器401b，用于接收由高通濾波器401a提取的圖像分量，然后分別對與包括中心窗口和多個外圍窗口的多個活動窗口有關(guān)的圖像分量進行積分和輸出；以及活動區(qū)域設(shè)置部401c，用于傳輸在積分器401b中設(shè)置的多個活動窗口的開始和結(jié)束地址。
當將從圖像傳感器和ISP部302傳輸?shù)膱D像信號輸入自動數(shù)字信號處理部303，然后使其通過高通濾波器401a時，僅提取圖像的預(yù)定分量。將被提取的預(yù)定分量是邊緣分量、Y-分量、以及具有最大值的Y-分量。
當通過活動區(qū)域設(shè)置部401c傳送圖片中的活動區(qū)域的開始和結(jié)束位置時，通過積分器401b來累加通過高通濾波器401a提取的分量的值。該累加值用作用于在照相機模塊中調(diào)節(jié)焦距的參考數(shù)據(jù)。
下面將說明計算已分配了權(quán)重的自動聚焦值的方法。
在靜止圖像的情況中，通過移動透鏡部301來調(diào)節(jié)焦距。當圖像完全聚焦時，聚焦值高。當圖像沒有聚焦時，聚焦值低。因此，為了獲得最大聚焦值，在通過調(diào)節(jié)器驅(qū)動器304a由調(diào)節(jié)器304b移動透鏡304的同時，應(yīng)該找出聚焦值最大的位置。
通過CPU 402執(zhí)行查找聚焦值的算法。CPU 402確定向哪個方向移動透鏡部30并控制包括調(diào)節(jié)器驅(qū)動器304a和調(diào)節(jié)器304b的驅(qū)動器304。驅(qū)動部還包括用于確定是否將透鏡移動至對應(yīng)于最大聚焦值的位置的位置檢測傳感器305。每當移動透鏡時，位置檢測傳感器305都將移動后的透鏡的位置作為數(shù)據(jù)進行存儲。
CPU 402接收來自光學檢測模塊401的自動聚焦值，并在根據(jù)自動聚焦值垂直移動透鏡部的透鏡的同時計算最大自動聚焦值。此時，CPU 402計算前一步和當前步之間的自動聚焦值的變化率，然后將計算出來的自動聚焦值的變化率與預(yù)置的自動聚焦參考值進行比較，以根據(jù)比較結(jié)果控制步長。
下面將描述由CPU 402執(zhí)行的自動聚焦算法。
自動聚焦算法圖5是根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦算法的流程圖。圖6是示出計算圖5中的自動聚焦值的步驟的流程圖。圖7是示出多個活動窗口70的簡圖，其中，向這些窗口分配了用于計算自動聚焦值的權(quán)重。圖8是示出調(diào)節(jié)圖5中的步長的步驟的流程圖。
如圖5所示，將以下面的方式執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦算法。在圖5中，參考標號AFprev表示前一步的自動聚焦值、參考標號AFcur表示當前步的自動聚焦值、參考標號AFmax表示最大自動聚焦值、參考標號d表示從初始狀態(tài)開始的透鏡位置、參考標號L表示整個透鏡移動范圍、以及i表示分配給自動聚焦活動窗口的計數(shù)值(counter)。
首先，初始化步長、AFprev、AFcur、AFmax、d、L、和i(S10)。
接下來，利用上述經(jīng)過初始化的變量計算自動聚焦值A(chǔ)Fcur(其是當前步的自動聚焦值)(S20)。通過圖6示出的流程圖(S21至S24)計算自動聚焦值A(chǔ)Fcur，且圖7中示出了用于計算自動聚焦值A(chǔ)Fcur的多個活動窗口70。
如圖7所示，根據(jù)本發(fā)明的活動窗口70包括用作聚焦目標的中心窗口71和中心窗口71周圍的多個外圍窗口72。
如圖6所示，選擇中心窗口71和外圍窗口72(S21)。然后，讀取與各個活動窗口有關(guān)的自動聚焦值(S22)，并如表達式1來分配權(quán)重ωi，以計算與全部活動窗口有關(guān)的每步的自動聚焦值(S23)。在圖6中，參考標號nw表示自動聚焦活動窗口的總數(shù)、WAFi表示第i個活動窗口的自動聚焦值、以及ωi表示分配給第i個活動窗口的權(quán)重。
Σi=1nwωiWAFi]]>優(yōu)選地，將多個活動窗口70的中心窗口分割成多個區(qū)域(即，中心窗口71包括多個窗口)。此外，更優(yōu)選地，向?qū)?yīng)于多個中心窗口71的多個區(qū)域分配權(quán)重，并向多個外圍區(qū)域72中的至少一個分配權(quán)重。
這用于解決相關(guān)技術(shù)中的將焦點調(diào)節(jié)到背景景象上的問題。在這種結(jié)構(gòu)中，可以利用分配了權(quán)重的多個活動窗口70，通過單次掃描將焦點調(diào)節(jié)到期望目標上。另外，甚至在即使分配了權(quán)重，中心窗口71中也不存在足夠的邊緣分量時，多個外圍窗口72就幫助搜索聚焦位置。
接下來，確定當前步的自動聚焦值A(chǔ)Fcur和最大自動聚焦值A(chǔ)Fmax中哪一個比另一個大，其中，通過圖6中所示的方法計算自動聚焦值A(chǔ)Fcur(S30)。當在當前步中計算出來的自動聚焦值A(chǔ)Fcur大于最大自動聚焦值A(chǔ)Fmax時，將自動聚焦值A(chǔ)Fcur更新為最大自動聚焦值A(chǔ)Fmax然后將其保存(S40)。另一方面，當在當前步中計算出來的自動聚焦值A(chǔ)Fcur小于最大自動聚焦值A(chǔ)Fmax時，就確定了自動聚焦值已經(jīng)經(jīng)過透鏡-移動曲線中的峰值(最大值)(S90)。將透鏡部向后移動到對應(yīng)于峰值的位置，然后檢查透鏡的位置(S100)。優(yōu)選地，將最佳聚焦位置作為來自位置檢測傳感器的值來記錄。因此，可以解決校正超調(diào)中的反沖(backlash)問題。
此后，計算對應(yīng)于在當前步中計算出來的自動聚焦值A(chǔ)Fcur的累積透鏡移動距離d(S50)，然后將累計透鏡移動距離d與整個透鏡-移動范圍L進行比較(S60)。如果距離d大于整個透鏡-移動范圍L，則將透鏡移動至對應(yīng)于之前計算出來的值中的最大自動聚焦值的位置(S110)，并檢查透鏡的位置(S120)。另一方面，如果距離d小于整個透鏡-移動范圍L，則調(diào)節(jié)用于透鏡移動的步長(S70)。
為了如圖8中所示，對步長進行調(diào)節(jié)(70)并移動經(jīng)過調(diào)節(jié)的步長(S80)，考慮到前一步的自動聚焦值A(chǔ)Fprev和當前步的自動聚焦值A(chǔ)Fcur，通過表達式2來計算自動聚焦值的變化率(即，斜率)(S71和S72)。
可以通過表達式3來表示步長。
步長＝步(步的#)×恒定位移在表達式3中，可以任意指定關(guān)于粗調(diào)步(coarse step)、中等調(diào)步(medium step)、以及細調(diào)步(fine step)的恒定位移和步數(shù)。
在圖8中，閾值A(chǔ)和B對應(yīng)于用于根據(jù)計算出來的斜率來分配合適的步長的參考值。將斜率與閾值A(chǔ)和B進行相互比較(S73)，并根據(jù)比較結(jié)果分配適當?shù)牟介L(S74)。
即，當計算出來的斜率小于閾值A(chǔ)(S73a)時，將透鏡移動對應(yīng)于粗調(diào)步“C”的步長(S74)。當計算出來的斜率大于閾值A(chǔ)并小于閾值B時(S73b)，將透鏡移動對應(yīng)于中等步“M”的步長(S74b)。當計算出來的斜率大于閾值B(S73c)時，將透鏡移動對應(yīng)于細調(diào)步“F”的步長(S74c)。同時，如果計算出來的斜率具有負值(S73d)，則檢查是否檢測到了峰值(S75)。然后，如果沒有檢測到峰值，則將透鏡移動對應(yīng)于粗調(diào)步“C”的步長。如果檢測到了峰值，則向相反方向移動透鏡(S76)。
重復(fù)執(zhí)行上述步驟S20至S80，直到前一步的自動聚焦值變得大于當前步的自動聚焦值。即，當將透鏡移動預(yù)定的步長時，在最大自動聚焦值A(chǔ)Fmax大于自動聚焦值A(chǔ)Vcur的情況下，根據(jù)本發(fā)明的算法確定檢測到了峰值。在此情況中，不必再計算斜率。
最后，將透鏡反向地移動到對應(yīng)于最大聚焦值(峰值)的位置，并完成自動聚焦(S90和S100)。將最大自動聚焦值設(shè)置為與前一步的自動聚焦值對應(yīng)，并將透鏡移動到對應(yīng)于前一步的自動聚焦值的位置。此外，如上所述，連續(xù)存儲來自位置檢測傳感器的透鏡位置。從而，可以利用對應(yīng)于有關(guān)所存儲的位置值的數(shù)據(jù)中的最大自動聚焦值的位置數(shù)據(jù)來移動透鏡。當使用位置檢測傳感器時，可以解決校正超調(diào)過程中的反沖問題。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的典型聚焦搜索過程的簡圖。首先，采用兩大步。然后，根據(jù)斜率的突變來減少步長。將透鏡向后移動減少后的步長，以返回到對應(yīng)于峰值的位置。
實施例下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦方法的實施例。
圖10是示出將應(yīng)用于本發(fā)明實施例的八個活動窗口的簡圖。圖11是示出用于每個透鏡位置的相應(yīng)活動窗口的自動聚焦值的變化的圖表。圖12是示出用于每一步的全部自動聚焦值的變化的圖表。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的自動聚焦算法的運算實例的圖表。
圖10示出了用于本實施例的多個活動窗口W11、W14、W22、W23、W32、W33、W41、和W44。在各個活動窗口中測量自動聚焦值。表1示出了與對應(yīng)于透鏡位置的步相關(guān)的結(jié)果，其中，在各個活動窗口中測量自動聚焦值。
表1

在表1中，列表示用于測量自動聚焦值的活動窗口，而行表示在活動窗口中測量的透鏡位置(即，步)。寫在最后一列的自動聚焦值表示通過圖6所示的流程圖計算出來的自動聚焦值。
圖11是示出用于每一透鏡位置(步)的八個相應(yīng)活動窗口處的自動聚焦值的變化的圖表。圖12是示出用于搜索峰值(最大自動聚焦值)的曲線的圖表。該曲線示出了通過利用活動窗口中的測量結(jié)果計算出來的自動聚焦值(對應(yīng)于表1的最后一列)的變化。
利用上述的表達式1計算對應(yīng)于表1的最后一列的自動聚焦值。在本實施例中，可以通過表達式4來表示用于每步的自動聚焦值。在本實施例中，將相同的為“1”的權(quán)重ω分配給所有的活動窗口，且表達式4中的Wij對應(yīng)于在各個活動窗口中測量的自動聚焦值。
自動聚焦值＝ω·W11+ω·W14+ω·W22+ω·W23+ω·W32+ω·W33+ω·W41+ω·W44在下表2中，描述了對應(yīng)于在圖8的流程圖中計算出來的自動聚焦值的變化率的斜率。
表2 在初始化之后，第一次并沒有計算斜率，而是選擇了很小的步長。
在第二步(II)，其自動聚焦值(1.636)大于第一步的自動聚焦值(1.62)。因此，將最大的自動聚焦值A(chǔ)Fmax更新為“1.636”，并記錄來自位置檢測傳感器的位置值。
如圖5中所示，通過表達式5利用第一和第二步的自動聚焦值來計算下一個斜率。
此處，可以通過表達式3(步長＝步(步的#)×恒定位移)來表示步長。
在本實施例中，將恒定位移限定為“1”，并將步數(shù)限定如下關(guān)于粗調(diào)步的步數(shù)3關(guān)于中等調(diào)步的步數(shù)2關(guān)于細調(diào)步的步數(shù)1同時，將對應(yīng)于圖8中所示的參考值的閾值A(chǔ)和B限定如下A＝0.05，且B＝0.15由于在表達式5中計算出來的斜率為“0.016”，因此其小于閾值A(chǔ)。因此，如圖8中所示，將步長選擇為粗調(diào)步“C”。然后，通過如表達式6(考慮“步長＝3”)的算法計算新斜率。
由于新的自動聚焦值大于前一自動聚焦值，因此將最大AFmax和關(guān)于該最大自動聚焦值A(chǔ)Fmax的透鏡位置更新為新值。此外，由于計算出來的斜率對應(yīng)于介于閾值A(chǔ)和B之間的值，因此，將步長選擇為中等調(diào)步“M”。類似地，通過如表達式7(考慮“步長＝2”)的算法計算新斜率。
在自動聚焦值接近大于前一步的自動聚焦值的值之后，計算斜率以調(diào)節(jié)下一個步長。由于通過表達式7計算出來的斜率大于閾值B，因此將步長選擇為細調(diào)步“F”。類似地，通過考慮“步長＝1”的算法計算新斜率。
然而，當通過一步來進一步移動透鏡時，檢測到“AFmax＞AFcur”。然后，該算法檢測峰值。因此，不必再計算斜率。
在檢測到峰值以后，向后移動透鏡直到其接近對應(yīng)于最大自動聚焦值的位置。優(yōu)選地，由于將最佳聚焦位置作為來自位置檢測傳感器的值來記錄，因此可以解決校正超調(diào)過程中的反沖問題。
圖13是示出根據(jù)本實施例的自動聚焦算法的運算實例的圖表。如圖13中所示，在根據(jù)本實施例的自動聚焦算法中，可以只通過①到⑤的五個步驟就使自動聚焦值接近最大自動聚焦值。最后一步⑤對應(yīng)于向后移動。在這種情況中，不執(zhí)行焦距測量。此外，如上所述，優(yōu)選地通過利用來自位置檢測傳感器的輸出值來執(zhí)行向后移動。
根據(jù)自動聚焦方法及使用其的自動聚焦裝置，通過很小數(shù)量的步在很短的時間內(nèi)執(zhí)行自動聚焦，從而可以減少自動聚焦時間。
近來，在移動電話、智能電話、和PDA中越來越多地使用具有增強的圖像質(zhì)量和低功耗的CMOS圖像傳感器。在本發(fā)明中，可以解決由于CMOS圖像傳感器的低幀率造成的自動聚焦時間延長長的問題。
此外，為了計算自動聚焦值，設(shè)置了多個對其分配了權(quán)重的活動窗口。因此，可以解決將焦點調(diào)節(jié)到背景景象上的問題。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的幾個實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的精神和原理的情況下，在所附權(quán)利要求及其等效物限定的范圍內(nèi)，可以對這些實施例做各種改變。
權(quán)利要求
1.一種自動聚焦方法，包括設(shè)置包括中心窗口和所述中心窗口周圍的多個外圍窗口的多個活動窗口，并向所述多個活動窗口分配權(quán)重，以計算用于每步的自動聚焦值；根據(jù)計算出來的用于每步的所述自動聚焦值，計算前一步和當前步之間的自動聚焦值的變化率；將計算出來的自動聚焦值的變化率與預(yù)置的自動聚焦參考值進行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果改變步長；將透鏡移動到對應(yīng)于改變后的步長的位置；重復(fù)從設(shè)置所述多個活動窗口到移動所述透鏡的上述步驟，直到所述前一步的所述自動聚焦值變得大于所述當前步的所述自動聚焦值，然后確定是否檢測到了所述最大自動聚焦值；以及將所述透鏡移動到對應(yīng)于所述最大自動聚焦值的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動聚焦方法，其中，在將所述透鏡移動到對應(yīng)于所述最大自動聚焦值的位置的過程中，將所述最大自動聚焦值設(shè)置為與所述前一步的所述自動聚焦值對應(yīng)，并且將所述透鏡移動到對應(yīng)于所述前一步的所述自動聚焦值的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動聚焦方法，進一步包括在將所述透鏡移動到對應(yīng)于所述最大自動聚焦值的位置的過程中，確定是否將所述透鏡移動到對應(yīng)于所述最大聚焦值的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動聚焦方法，其中，通過下列等式計算所述前一步和所述當前步之間的自動聚焦值的變化率
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動聚焦方法，其中，所述預(yù)置的自動聚焦參考值是兩個互不相同的閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動聚焦方法，其中，在比較所計算出來的變化率的過程中，對所計算出來的自動聚焦值的變化率和所述閾值進行比較，以根據(jù)所述比較結(jié)果將步長選擇為細調(diào)步長、中等調(diào)步長、以及粗調(diào)步長中的任一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動聚焦方法，其中，比較所計算出來的變化率進一步包括當所述前一步和所述當前步之間的自動聚焦值的變化率具有負值時，確定所述自動聚焦值是否掠過所述峰值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動聚焦方法，其中，當移動所述透鏡時，檢測并存儲所述移動后的透鏡的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動聚焦方法，其中，所述多個活動窗口中的所述中心窗口包括多個分割的區(qū)域(窗口)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動聚焦方法，其中，向?qū)?yīng)于多個中心窗口的所有區(qū)域分配權(quán)重，并向所述多個外圍窗口中的至少一個分配權(quán)重。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動聚焦方法，其中，將分配給所述活動窗口的所述權(quán)重設(shè)置為互不相同。
12.一種自動聚焦裝置，包括透鏡部，光信號入射其上，所述透鏡部具有能夠垂直移動的聚焦透鏡；圖像傳感器和ISP部，用于接收入射到所述透鏡部上的所述光信號，以將其轉(zhuǎn)換為電信號，然后輸出數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)；自動聚焦數(shù)字信號處理部，包括光學檢測模塊，用于接收來自所述圖像傳感器和ISP部的所述圖像數(shù)據(jù)，以提取預(yù)定圖像分量；設(shè)置包括中心窗口和所述中心窗口周圍的多個外圍窗口的多個活動窗口；以及向所述多個活動窗口分配權(quán)重，以對所述預(yù)定圖像分量進行積分來計算自動聚焦值；以及CPU，用于接收來自所述光學檢測模塊的所述自動聚焦值，并在根據(jù)所述自動聚焦值垂直驅(qū)動所述透鏡部的所述透鏡的同時，計算最大自動聚焦值，所述CPU執(zhí)行自動聚焦算法，在所述算法中，計算前一步和當前步之間的自動聚焦值的變化率，然后將其與預(yù)置的自動聚焦參考值進行比較，以根據(jù)比較結(jié)果來控制步長的變化；以及驅(qū)動部，用于根據(jù)所述自動聚焦數(shù)字信號處理部的控制信號來驅(qū)動所述透鏡部的所述聚焦透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動聚焦裝置，其中，所述光學檢測模塊包括高通濾波器，用于接收來自所述圖像傳感器和ISP部的圖像數(shù)據(jù)，以提取預(yù)定圖像分量；積分器，用于接收從所述高通濾波器提取的所述預(yù)定圖像分量，并對與各個所述活動窗口有關(guān)的圖像分量進行積分和輸出，其中，所述活動窗口包括所述中心窗口和所述外圍窗口；以及活動區(qū)域設(shè)置部，用于將所述多個活動窗口的開始和結(jié)束地址傳送至所述積分器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動聚焦裝置，進一步包括位置檢測傳感器，用于確定所述透鏡是否被移動至對應(yīng)于所述最大自動聚焦值的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動聚焦裝置，其中，所述預(yù)定圖像分量是邊緣分量、Y-分量、以及具有最大值的Y-分量中的任何一個。
全文摘要
一種自動聚焦方法，包括設(shè)置包括中心窗口和中心窗口周圍的多個外圍窗口的多個活動窗口，并向多個活動窗口分配權(quán)重，以計算每步的自動聚焦值；根據(jù)計算出來的每步的自動聚焦值計算前一步和當前步之間的自動聚焦值的變化率；將計算出來的自動聚焦值的變化率與預(yù)置的自動聚焦參考值進行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果改變步長；將透鏡移動至對應(yīng)于改變后的步長的位置；重復(fù)上述從設(shè)置多個活動窗口到移動透鏡的步驟，直到前一步的自動聚焦值變得大于當前步的自動聚焦值，然后確定是否檢測到了最大自動聚焦值；以及將透鏡移動至對應(yīng)于最大自動聚焦值的位置。
文檔編號G03B13/36GK101034198SQ200710079748
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者塞坎·居爾奧盧, 金成得, 布爾漢丁·科奇 申請人:三星電機株式會社