專利名稱：自動聚焦系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)字成像裝置中的自動聚焦方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)字成像裝置可分類為自動聚焦(自動聚焦(auto-focus))或固定聚焦裝置。固 定聚焦裝置通常無法調(diào)節(jié)鏡頭或者改變光圈，相反其依賴于目標出現(xiàn)在焦點處的大的景 深。盡管由固定聚焦裝置所捕捉到的圖像在很多情況中是可以接受的，但其不如那些由自 動聚焦裝置所捕捉到的圖像那樣清晰。在鏡頭的焦點處捕捉到的圖像是銳聚焦圖像，此處，焦點是指位于照相機之鏡頭 軸上的、光線會聚的點。然而，即使目標不在焦點處，如果目標在鏡頭的景深中，也可生成充 分清晰的目標圖像，即銳聚焦圖像。景深是指離照相機的距離，在該距離范圍內(nèi)所捕捉到的 目標圖像能夠充分聚焦。因此，景深是鏡頭焦點兩側(cè)的區(qū)域范圍。目前，已經(jīng)公開了若干自動聚焦數(shù)字成像裝置的方法和相關(guān)設(shè)備。在一方法中，鏡 頭在光敏元件光強度增大的方向上移動，并且在達到最大光強度后鏡頭停止移動。在另一 方法中，自動聚焦技術(shù)則依賴于有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，以確定邊緣特征和其清晰度 (或稱銳度，sharpness)。在圖像具有大范圍變化的強度/色彩值的情形下，這樣的技術(shù)不 太有效，因為與^R濾波器相關(guān)的取平均值使得結(jié)果失真?，F(xiàn)有技術(shù)中其它的自動聚焦系統(tǒng)則采用測量從目標到照相機之距離的手段，并將 該距離與驅(qū)動照相機光學系統(tǒng)的一些可測量的量相對應(yīng)，從而實現(xiàn)正確的聚焦。這種自動 聚焦的方法與主成像通路平行執(zhí)行，這對于基于膠片的照相機而言是理想的。盡管自動聚焦數(shù)字成像裝置通常比固定聚焦成像裝置性能更優(yōu)，但是現(xiàn)有技術(shù)中 自動聚焦裝置通常在硬件方面更為復(fù)雜，制造更為昂貴并且在操作上比固定聚焦裝置更 慢。然而，期望的是提供成本最低且額外空間最小的自動聚焦，并且可以利用成像裝置的現(xiàn) 有組件，而不需為自動聚焦增加專門組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于數(shù)字成像裝置之自動聚焦的方法和系統(tǒng)，該方法可 以利用成像裝置的現(xiàn)有組件，而不需為自動聚焦增加專門組件，或只增加很少的專門組件。為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，在本發(fā)明的一實施方式中，提供了一種用于數(shù)字成像裝 置之自動聚焦的方法，其包括(1)捕捉多個圖像，其中，每一圖像是在成像裝置之鏡頭的 不同位置捕捉的，( 為每一圖像產(chǎn)生各自的高空間頻率(high spatial frequency)值， 其中，每一高空間頻率值代表包含在該圖像中的高空間頻率的信息量，(3)確定具有最大高 空間頻率值的圖像，以及(4)調(diào)節(jié)鏡頭，使其位置與具有最大高空間頻率值的圖像被捕捉 的位置相對應(yīng)。優(yōu)選地，在上述的方法中，為每一圖像產(chǎn)生各自的高空間頻率值的步驟包括為每一圖像選擇多個聚焦區(qū)域；
確定多個聚焦區(qū)域中的每一個的各自的高空間頻率值；以及結(jié)合多個聚焦區(qū)域中的每一個的高空間頻率值，以獲得該圖像的高空間頻率值。進一步地，在上述的方法中，確定多個聚焦區(qū)域的每一個的各自的高空間頻率值 的步驟包括為每一區(qū)域確定水平的高空間頻率值和垂直的高空間頻率值；以及結(jié)合水平的和垂直的高空間頻率值，以確定該區(qū)域的高空間頻率值。本發(fā)明的方法中，確定水平的高空間頻率值可以包括確定該區(qū)域中水平鄰近的像 素的亮度值之間的差值，而確定垂直的高空間頻率值則可以包括確定該區(qū)域中垂直鄰近的 像素的亮度值之間的差值。本發(fā)明的方法中，結(jié)合多個聚焦區(qū)域中的每一個的高空間頻率值的步驟可以包括 為多個聚焦區(qū)域中的至少兩個分配不同的權(quán)重。
本發(fā)明的方法中，為每一圖像產(chǎn)生各自的高空間頻率值的步驟可以包括為每一圖像確定至少一個水平的高空間頻率值和至少一個垂直的高空間頻率值; 以及結(jié)合至少一個水平的高空間頻率值和至少一個垂直的高空間頻率值，以便確定該 圖像的高空間頻率值。類似地，確定至少一個水平的高空間頻率值包括確定水平鄰近的像素的亮度值之 間的差值，而確定至少一個垂直的高空間頻率值包括確定垂直鄰近的像素的亮度值之間的差值。另一方面，本發(fā)明還提供一種用于數(shù)字成像裝置的自動聚焦系統(tǒng)，該自動聚焦系 統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上述的自動聚焦方法。本發(fā)明所提供的自動聚焦系統(tǒng)及方法，可以避免在自動聚焦裝置使用復(fù)雜的硬 件，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中自動聚焦裝置制造昂貴并且在操作上比固定聚焦裝置更慢的缺 點。利用本發(fā)明的方法，可以提供成本最低且額外空間最小的自動聚焦，并且可以利用成像 裝置的現(xiàn)有組件，而不需為自動聚焦增加專門組件。下面結(jié)合附圖，來詳細地說明本發(fā)明。但應(yīng)該理解，為了清楚起見，附圖中某些元 件不是按比例繪制的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的照相機系統(tǒng)的方塊圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的、采用圖1所示照相機系統(tǒng)執(zhí)行自動聚焦方法的 流程圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的、圖2所示方法中聚焦區(qū)域選擇步驟的細節(jié)圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的、圖2所示方法中高空間頻率值計算步驟的詳細 流程圖。
具體實施例方式本申請所公開的自動聚焦系統(tǒng)可有利地在數(shù)字成像裝置中實現(xiàn)，幾乎沒有或者具 有很少的專門組件，以克服至少一些通常與現(xiàn)有技術(shù)中自動聚焦系統(tǒng)相關(guān)的問題。例如，此處所描述的系統(tǒng)通過在不同聚焦位置確定高空間頻率信息量，從而確定最佳的聚焦位置。 當圖像中包含最多的高空間頻率信息量時，被認識是最好的聚焦條件。例如，通過將數(shù)字濾 波應(yīng)用到數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)的一部分上，可以測量高空間頻率信息。可以采用被過濾的光譜 的計算出的能量來測量空間頻率內(nèi)容。圖1中示出了帶有自動聚焦系統(tǒng)的照相機的示例。圖1表示照相機系統(tǒng)100，其包 括自動聚焦(AF)鏡頭110、圖像傳感器120以及具有中央處理器(處理器)137的數(shù)字信號 處理器135。AF鏡頭110將入射光140(由箭頭指示)聚焦到圖像傳感器120上。圖像傳 感器120將光信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)125(由箭頭指示)，并且將數(shù)據(jù)125傳送給數(shù)字信 號處理器135。數(shù)字信號處理器135分析數(shù)字圖像數(shù)據(jù)125，并通過將新的位置數(shù)據(jù)130傳 送到AF鏡頭110，來調(diào)節(jié)AF鏡頭110的位置?，F(xiàn)在連同圖1 一起參照圖2，圖2是表示用于執(zhí)行自動聚焦的處理方法200的流程 圖，其由圖1的照相機系統(tǒng)100執(zhí)行。處理方法200由將以下變量重設(shè)為零的步驟205開 始LENS_P0S (保持當前鏡頭位置)，BEST_P0S (保持最佳鏡頭位置)和MAX_HFV (保持最大 高空間頻率值)。隨后，在步驟210中，AF鏡頭110被驅(qū)動到與LENS_P0S的當前值相對應(yīng) 的位置。在步驟215中，圖像傳感器120捕捉圖像。步驟220則選擇一個或更多的聚焦區(qū) 域(在涉及圖3的部分有更為詳細的討論)。隨后在步驟225中處理所選擇的聚焦區(qū)域。 步驟225處理所選擇的聚焦區(qū)域，以產(chǎn)生由變量HFV (高空間頻率)所代表的包含在該圖像 中的高空間頻率信息量。隨后，該方法繼續(xù)到判斷步驟230，檢查HFV是否比MAXJFV更大。 如果判斷步驟230的回答為"否"，則繼續(xù)到步驟M0。如果對判斷步驟230的回答為“ 是"，則進行到將HFV值及LENS_P0S分別儲存到MAXJFV和BEST_P0S的步驟235，并隨后 繼續(xù)到步驟對0。步驟240使得變量LENS_P0S前進一個運動單元，該運動單元是如此選擇 的設(shè)計參數(shù)，使得AF鏡頭110在方法200中運動一段可接受的距離。隨后，判斷步驟對5 檢查LENS_P0S是否已經(jīng)超越AF鏡頭110的最外側(cè)可能位置，該位置由變量MAX_P0S指示。 如果對判斷步驟245的回答為"否"，則返回到步驟210。如果對判斷步驟245的回答為" 是"，則繼續(xù)到步驟250。步驟250驅(qū)動AF鏡頭110到由BEST_P0S所指示的最佳聚焦位 置。現(xiàn)在連同圖2 —起參閱圖3，圖3示出了聚焦區(qū)域選擇步驟220的示范性實施方式 的進一步細節(jié)。圖3表示圖像幀300以及五個聚焦區(qū)域310，320,330,340和350的示例選 擇。由于聚焦區(qū)域是由處理方法200處理的唯一的圖像區(qū)域，它們有效地限定了當處理方 法200完成時將會變?yōu)閳D像中"聚焦"的區(qū)域。照相機系統(tǒng)100通常能自動選擇區(qū)域，有 時照相機的使用者可手動選擇聚焦區(qū)域的不同組。應(yīng)注意到，所選擇的聚焦區(qū)域的數(shù)量、位 置和大小可以變化。聚焦區(qū)域選擇的示例包括在圖像中心的單個區(qū)域、較大的中心區(qū)域以 及較小的周邊區(qū)域或者甚至覆蓋整個圖像的單個區(qū)域?，F(xiàn)在連同圖2和圖3 —起參照圖4，圖4描述了 HFV計算步驟225的進一步細節(jié)。 首先，步驟410選擇由步驟220所限定的聚焦區(qū)域中的哪一個來進行處理。隨后，在步驟 420中，采用例如水平鄰近像素亮度值的絕對差之和的方法，來計算該區(qū)域的水平HFV值
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字成像裝置的自動聚焦的方法，其包括捕捉多個圖像，其中，每一圖像是在所述成像裝置之鏡頭的不同位置捕捉的； 為每一圖像產(chǎn)生各自的高空間頻率值，每一高空間頻率值代表該圖像中所包含的高空 間頻率信息量；確定具有最大高空間頻率值的圖像；以及調(diào)節(jié)鏡頭，使其位置與捕捉到具有最大高空間頻率值的圖像的位置相對應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的為每一圖像產(chǎn)生各自的高空間頻率值的步 驟包括為每一圖像選擇多個聚焦區(qū)域；確定所述多個聚焦區(qū)域中的每一個的各自的高空間頻率值；以及結(jié)合所述多個聚焦區(qū)域中的每一個的高空間頻率值，以獲得所述圖像的高空間頻率值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述的確定所述多個聚焦區(qū)域的每一個的各自的 高空間頻率值的步驟包括為每一區(qū)域確定水平的高空間頻率值和垂直的高空間頻率值；以及 結(jié)合所述水平的和垂直的高空間頻率值，以確定該區(qū)域的高空間頻率值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中確定所述水平的高空間頻率值包括確定該區(qū)域中水平鄰近的像素的亮度值之間的差 值；以及確定所述垂直的高空間頻率值包括確定該區(qū)域中垂直鄰近的像素的亮度值之間的差值。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述的結(jié)合所述多個聚焦區(qū)域中的每一個的高空 間頻率值的步驟包括為所述多個聚焦區(qū)域中的至少兩個分配不同的權(quán)重。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的為每一圖像產(chǎn)生各自的高空間頻率值的步 驟包括為每一圖像確定至少一個水平的高空間頻率值和至少一個垂直的高空間頻率值；以及 結(jié)合所述至少一個水平的高空間頻率值和至少一個垂直的高空間頻率值，以便確定該 圖像的高空間頻率值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中確定至少一個水平的高空間頻率值包括確定水平鄰近的像素的亮度值之間的差值；以及確定至少一個垂直的高空間頻率值包括確定垂直鄰近的像素的亮度值之間的差值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于自動聚焦數(shù)字成像裝置的方法，該方法包括(1)捕捉多個圖像，其中，每一圖像是在成像裝置之鏡頭的不同位置捕捉的，(2)為每一圖像產(chǎn)生各自的高空間頻率值，其中，每一高空間頻率值代表包含在該圖像中的高空間頻率的信息量，(3)確定具有最大高空間頻率值的圖像，以及(4)調(diào)節(jié)鏡頭，使其位置與具有最大高空間頻率值的圖像被捕捉的位置相對應(yīng)。
文檔編號G03B13/36GK102087459SQ20091026042
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者朱大國, 甘龍 申請人:豪威科技有限公司