專利名稱：用于利用歸一化品質(zhì)因數(shù)選擇聚焦設(shè)置的方法以及數(shù)字成像設(shè)備的制作方法
用于利用歸一化品質(zhì)因數(shù)選擇聚焦設(shè)置的方法以及數(shù)字成
像設(shè)備
背景技術(shù)：
大多數(shù)數(shù)字成像設(shè)備使用電荷耦合器件(CCD)陣列或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器來(lái)捕捉數(shù)字圖像。為了適當(dāng)?shù)貥?gòu)建圖像，來(lái)自正被成像的對(duì)象的光必須被適當(dāng)?shù)鼐劢沟剿鲫嚵谢蛘邆鞲衅魃稀Ｔ谧詣?dòng)聚焦數(shù)字成像設(shè)備中，這是通過(guò)利用不同的聚焦設(shè)置來(lái)獲取多個(gè)圖像而實(shí)現(xiàn)的。為這些圖像中的每一個(gè)計(jì)算聚焦品質(zhì)因數(shù) (figure-of-merit)。所述品質(zhì)因數(shù)然后被算法用來(lái)選擇將圖像聚焦到所述陣列或者傳感器上的聚焦設(shè)置。對(duì)數(shù)字成像設(shè)備進(jìn)行聚焦的一種流行的方法是驅(qū)動(dòng)透鏡通過(guò)若干聚焦位置并且在這些聚焦位置中的每一個(gè)處捕捉聚焦圖像(典型地，捕捉5到20個(gè)這種幀)。然后，使用響應(yīng)于頻譜的適當(dāng)部分(帶通或者高通)并且抑制噪聲的數(shù)字濾波器，來(lái)在每個(gè)圖像上或者在其主要部分上累積這里被稱作品質(zhì)因數(shù)的聚焦度量。然后，對(duì)應(yīng)于一個(gè)或者多個(gè)區(qū)域的峰值(測(cè)量的或者內(nèi)插的)的透鏡位置被選作聚焦設(shè)置。然而，品質(zhì)因數(shù)的形狀取決于圖像內(nèi)容以及噪聲等級(jí)。難以識(shí)別可靠地確定聚焦軌跡是否包括適當(dāng)?shù)木劢狗逯档膮?shù)組，在其中來(lái)自噪聲的貢獻(xiàn)可能非常顯著的低光情況下尤其如此。典型地，系統(tǒng)使用必須對(duì)于每個(gè)聚焦度量并且可能對(duì)于不同的照明等級(jí)調(diào)諧的多個(gè)參數(shù)。這些參數(shù)可以是絕對(duì)和/或相對(duì)品質(zhì)因數(shù)參數(shù)。需要大量時(shí)間和努力來(lái)使聚焦算法可靠地識(shí)別將使數(shù)字成像設(shè)備聚焦、同時(shí)可靠地忽略噪聲信號(hào)的聚焦設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各實(shí)施例提供了一種適配用于選擇聚焦設(shè)置的方法、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、 以及數(shù)字成像獲取設(shè)備。本發(fā)明的各實(shí)施例通過(guò)以下方式解決上述問(wèn)題通過(guò)歸一化品質(zhì)因數(shù)，以使得標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)組可被用于測(cè)試聚焦軌跡的顯著性(significance)，或者通過(guò)確定可被用于測(cè)試聚焦軌跡的顯著性的至少一個(gè)閾值。理想地，對(duì)于當(dāng)前的曝光(或照明等級(jí))以及場(chǎng)景內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)估計(jì)品質(zhì)因數(shù)對(duì)于圖像噪聲的響應(yīng)。一種這樣做的方式是捕捉額外的幀以便估計(jì)品質(zhì)因數(shù)的方差或者標(biāo)準(zhǔn)偏差。通過(guò)將品質(zhì)因數(shù)除以噪聲估計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)偏差)并且減去最小品質(zhì)因數(shù)值(以任一種順序)，來(lái)進(jìn)行歸一化。在實(shí)踐中，由于品質(zhì)因數(shù)的計(jì)算中的非線性，噪聲信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差自身取決于品質(zhì)因數(shù)的值。因此，最好在每個(gè)聚焦設(shè)置下捕捉許多個(gè)幀并且在每個(gè)值下使用這些幀來(lái)捕捉平均值以及方差兩者。然而，使用像嚴(yán)格必需的那樣少的幀減少聚焦所需的時(shí)間。即使在單個(gè)聚焦設(shè)置下估計(jì)方差所需的時(shí)間也是過(guò)長(zhǎng)的。本發(fā)明的各實(shí)施例利用以下事實(shí)對(duì)于純隨機(jī)的信號(hào)，每對(duì)連續(xù)值的絕對(duì)值的算術(shù)平均值以及均方根兩者與該信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差高度相關(guān)。因此，各實(shí)施例利用品質(zhì)因數(shù)的每對(duì)連續(xù)值的絕對(duì)值的算術(shù)平均值或者品質(zhì)因數(shù)的每對(duì)連續(xù)值的均方根，來(lái)歸一化聚焦軌跡。如果品質(zhì)因數(shù)是純?cè)肼暎瑒t這與使用標(biāo)準(zhǔn)偏差一樣有效。如果品質(zhì)因數(shù)是純信號(hào)，則聚焦軌跡只不過(guò)是通過(guò)聚焦差異的固定比例而歸一化。只要聚焦步長(zhǎng)(focus st印)是聚焦范圍的一小部分(例如小于聚焦范圍的十分之一)，則這是可接受的。如果品質(zhì)因數(shù)是噪聲和信號(hào)的混合，則我們得到這兩種情況的混合。在歸一化之后，可以對(duì)于將使數(shù)字成像設(shè)備聚焦的聚焦設(shè)置來(lái)檢查聚焦軌跡。作為平均步長(zhǎng)變化(mean step change)的2、3、或甚至 4倍的峰值是明顯的，并且在識(shí)別將使數(shù)字成像設(shè)備聚焦的聚焦設(shè)置時(shí)有用。本發(fā)明的各實(shí)施例可以具有以下優(yōu)點(diǎn)
歸一化的品質(zhì)因數(shù)導(dǎo)致更魯棒的峰值選擇策略；
只要聚焦步長(zhǎng)相對(duì)于整個(gè)聚焦范圍足夠小(其需要無(wú)論如何使得精確地使數(shù)字成像設(shè)備聚焦)，則標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)組可以跨各聚焦度量和透鏡設(shè)計(jì)而工作。術(shù)語(yǔ)“聚焦設(shè)置”在這里定義為透鏡相對(duì)于適配用于捕捉圖像的感光元件的位置的量度。聚焦設(shè)置可以是之間的實(shí)際距離，或者其可以按照任何與距離有關(guān)的變量來(lái)表示。 示例將是按步進(jìn)電機(jī)步長(zhǎng)計(jì)的透鏡位置或者到將透鏡移動(dòng)到預(yù)定位置的致動(dòng)器的電信號(hào)的強(qiáng)度。聚焦度量在這里定義為圖像聚焦程度的量度。例如，未聚焦的圖像將是模糊的，因此像素的方差是聚焦度量的示例。聚焦品質(zhì)因數(shù)或者簡(jiǎn)單地說(shuō)品質(zhì)因數(shù)在這里定義為圖像聚焦程度的量度，并且與術(shù)語(yǔ)“聚焦度量”可互換地使用。聚焦軌跡在這里定義為作為聚焦設(shè)置的函數(shù)的聚焦品質(zhì)因數(shù)。典型地在離散的點(diǎn)處確定聚焦品質(zhì)因數(shù)。結(jié)果，當(dāng)繪制聚焦軌跡時(shí)，利用函數(shù)對(duì)各離散點(diǎn)之間的值進(jìn)行內(nèi)插或近似?？梢岳脴訔l函數(shù)、三次函數(shù)、多項(xiàng)式、或者其它近似函數(shù)來(lái)對(duì)這些值進(jìn)行線性內(nèi)插或近似。聚焦品質(zhì)因數(shù)的離散點(diǎn)或者近似的值可被用于分析聚焦軌跡。顯著的聚焦趨勢(shì)在這里定義為聚焦軌跡中指示數(shù)字圖像獲取裝置正變得更加聚焦或者更加不聚焦的改變。 換言之，顯著的聚焦趨勢(shì)是聚焦軌跡中能夠識(shí)別使數(shù)字圖像獲取裝置聚焦的聚焦設(shè)置的改變。在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的各實(shí)施例。本發(fā)明的各實(shí)施例提供了一種用于為數(shù)字成像獲取設(shè)備選擇聚焦設(shè)置的方法。所述方法包括利用不同的聚焦設(shè)置獲取至少兩個(gè)圖像，為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)，使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)，通過(guò)將每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)除以所述歸一化常數(shù)來(lái)為每個(gè)圖像計(jì)算歸一化的品質(zhì)因數(shù)，并且使用每個(gè)圖像的歸一化的品質(zhì)因數(shù)以及預(yù)定的選擇準(zhǔn)則來(lái)選擇聚焦設(shè)置。此方法具有以下優(yōu)點(diǎn)當(dāng)為數(shù)字圖像獲取設(shè)備選擇聚焦設(shè)置時(shí)，在相同的聚焦設(shè)置下拍攝重復(fù)的圖像來(lái)確定品質(zhì)因數(shù)的方差或標(biāo)準(zhǔn)偏差是不可行的。此方法允許一種估計(jì)對(duì)于每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)的測(cè)量中的誤差的高效的方式。此估計(jì)的誤差可被用于對(duì)品質(zhì)因數(shù)計(jì)算進(jìn)行歸一化。對(duì)品質(zhì)因數(shù)計(jì)算進(jìn)行歸一化允許確定是否有顯著的聚焦趨勢(shì)，并且允許識(shí)別將使數(shù)字成像裝置聚焦的聚焦設(shè)置。在另一實(shí)施例中，通過(guò)根據(jù)聚焦設(shè)置按順序?qū)λ鲋辽賰蓚€(gè)圖像進(jìn)行排序并且然后計(jì)算作為最接近的鄰居的圖之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值的值，來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)。于是，此值為歸一化常數(shù)。圖像是在不同的聚焦設(shè)置下獲取的。如果利用單調(diào)增加或者減小的聚焦設(shè)置來(lái)順序獲取圖像，則所述圖像已經(jīng)是有序的。所述圖像之一將具有最高的聚焦設(shè)置，并且所述圖像之一將具有最低的聚焦設(shè)置。具有最高的聚焦設(shè)置的圖像將僅具有一個(gè)最接近的鄰居，具有最低的聚焦設(shè)置的圖像也將僅具有一個(gè)最接近的鄰居。其它所有的圖像具有兩個(gè)最接近的鄰居。此實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)計(jì)算所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值是快速的且在數(shù)值上是高效的。這還具有以下優(yōu)點(diǎn)平均絕對(duì)差與品質(zhì)因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差直接相關(guān)。通過(guò)使用此方法，能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差的估計(jì)，而不必在每個(gè)聚焦設(shè)置下拍攝重復(fù)的圖像。這與獲取多個(gè)圖像的情況相比允許選擇聚焦設(shè)置更快速地進(jìn)行。在另一實(shí)施例中，利用以下步驟來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)首先，根據(jù)圖像的聚焦設(shè)置來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行排序，以及然后，通過(guò)取所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的均方根差來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)。圖像的排序和最接近的鄰居的討論與之前的實(shí)施例相同。此方法具有以下優(yōu)點(diǎn)所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的差的均方根也與標(biāo)準(zhǔn)偏差相關(guān)。這允許估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，而不必在不同的聚焦設(shè)置下重復(fù)地拍攝圖像，并且RMS差可被用于估計(jì)誤差并且確定是否有顯著的聚焦趨勢(shì)。在另一實(shí)施例中，獲取至少三個(gè)圖像。這具有以下優(yōu)點(diǎn)這給出誤差函數(shù)的更好的估計(jì)。在另一實(shí)施例中，獲取4到40個(gè)圖像，并且具體地，獲取5或20個(gè)圖像。此實(shí)施例是有利的，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)量的圖像允許檢查一定范圍的聚焦設(shè)置。這允許嘗試聚焦的選擇， 并且更可能選擇給出最清晰的聚焦的聚焦設(shè)置。隨著圖像數(shù)量增加，歸一化常數(shù)的估計(jì)的精度也增加。在另一實(shí)施例中，視覺成像獲取設(shè)備具有聚焦范圍。在整個(gè)聚焦范圍上獲取該至少兩個(gè)圖像。這具有以下優(yōu)點(diǎn)數(shù)字成像裝置調(diào)查了其整個(gè)聚焦范圍，并且這確保將選擇給出最清晰的聚焦的聚焦設(shè)置。在另一方面中，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括機(jī)器可執(zhí)行指令，所述指令用于執(zhí)行上述任一權(quán)利要求。將此方法實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品是有利的，因?yàn)榭梢岳糜?jì)算機(jī)或者微控制器來(lái)對(duì)該過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化。計(jì)算機(jī)或者微控制器將能夠?qū)崿F(xiàn)該方法并且比人更快速地聚焦數(shù)字成像設(shè)備。這還具有以下優(yōu)點(diǎn)可以構(gòu)造實(shí)現(xiàn)此方法并且自動(dòng)進(jìn)行聚焦的數(shù)字成像獲取設(shè)備。在另一方面中，本發(fā)明提供了一種數(shù)字成像獲取設(shè)備。該數(shù)字成像獲取設(shè)備包括 圖像獲取元件、品質(zhì)因數(shù)計(jì)算元件、歸一化常數(shù)計(jì)算元件、品質(zhì)因數(shù)歸一化元件、以及聚焦設(shè)置選擇元件。圖像獲取元件被適配用于利用不同的聚焦設(shè)置來(lái)獲取至少兩個(gè)圖像。本發(fā)明的各實(shí)施例還可以在相同的聚焦設(shè)置下拍攝多個(gè)圖像。在此情況下，可以通過(guò)求多個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)的平均值確定品質(zhì)因數(shù)，和/或具有相同的聚焦設(shè)置的最接近的鄰居可被包括在歸一化常數(shù)的計(jì)算中。例如，可在每個(gè)聚焦設(shè)置下拍攝至少兩個(gè)圖像。根據(jù)每個(gè)聚焦設(shè)置下的至少兩個(gè)圖像計(jì)算的平均品質(zhì)因數(shù)可被用于歸一化常數(shù)的計(jì)算。品質(zhì)因數(shù)計(jì)算元件被適配用于為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)。歸一化常數(shù)計(jì)算元件適配用于使用由品質(zhì)因數(shù)計(jì)算元件計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)的值來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)。品質(zhì)因數(shù)歸一化元件被適配用于為每個(gè)圖像計(jì)算歸一化的品質(zhì)因數(shù)。其被適配用于將每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)除以歸一化常數(shù)。聚焦設(shè)置選擇器元件被適配用于使用預(yù)定的選擇準(zhǔn)則、使用每個(gè)圖像的歸一化的品質(zhì)因數(shù)來(lái)選擇聚焦設(shè)置，并且可以以若干不同的方式來(lái)運(yùn)行。品質(zhì)因數(shù)是聚焦的質(zhì)量的估計(jì)。聚焦設(shè)置選擇器元件可以簡(jiǎn)單地選擇具有最好的聚焦設(shè)置的圖像。另一種可能性是將諸如三次曲線、樣條函數(shù)、或者多項(xiàng)式之類的曲線擬合到歸一化的品質(zhì)因數(shù)數(shù)據(jù)。此擬合的函數(shù)的最大值然后被用于選擇聚焦設(shè)置。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備被適配用于在該至少兩個(gè)圖像已經(jīng)根據(jù)它們的聚焦設(shè)置而被排序時(shí)，計(jì)算具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值。這是有利的，因?yàn)槠骄^對(duì)差與標(biāo)準(zhǔn)偏差相關(guān)，并且該方法允許估計(jì)圖像中的噪聲估計(jì)，而不需要在每個(gè)聚焦設(shè)置下拍攝多個(gè)圖像。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備被適配用于使用具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的均方根來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)。已經(jīng)根據(jù)該至少兩個(gè)圖像的聚焦設(shè)置來(lái)對(duì)所述至少兩個(gè)圖像進(jìn)行了排序。這是有利的，因?yàn)榫礁钜才c標(biāo)準(zhǔn)偏差直接相關(guān)。再一次，這允許估計(jì)品質(zhì)因數(shù)中的誤差，而不需要在相同的聚焦設(shè)置下拍攝多個(gè)圖像。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備獲取至少三個(gè)圖像。這是有利的，因?yàn)殡S著圖像的數(shù)量增加，歸一化常數(shù)的估計(jì)的精度提高。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備被適配用于獲取4到40個(gè)圖像，具體地，其被適配用于獲取5到20個(gè)圖像。這是有利的，因?yàn)殡S著圖像數(shù)量增加，歸一化常數(shù)的估計(jì)的精度增加。使用5到20個(gè)圖像是尤其有利的，因?yàn)閿?shù)字成像獲取設(shè)備被適配用于快速地拍攝這么多的圖像并且進(jìn)行聚焦設(shè)置的估計(jì)。在更少的圖像的情況下，歸一化常數(shù)的估計(jì)更差，以及在圖像數(shù)目更大的情況下，可能需要太長(zhǎng)時(shí)間來(lái)使數(shù)字成像設(shè)備聚焦。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備具有聚焦范圍，以及圖像獲取元件被適配用于在整個(gè)聚焦范圍上獲取所述至少兩個(gè)圖像。這是有利的，因?yàn)檫@覆蓋聚焦設(shè)置的整個(gè)范圍并且允許數(shù)字成像獲取設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)木劢乖O(shè)置的準(zhǔn)確估計(jì)。在另一方面，本發(fā)明提供了一種數(shù)字成像獲取設(shè)備。該數(shù)字成像獲取設(shè)備包括圖像獲取元件、品質(zhì)因數(shù)計(jì)算元件、噪聲估計(jì)計(jì)算元件、閾值確定元件、以及聚焦設(shè)置選擇元件。圖像獲取元件被適配用于利用具有不同的聚焦設(shè)置獲取至少兩個(gè)圖像。本發(fā)明的各實(shí)施例還可以在相同的聚焦設(shè)置下拍攝多個(gè)圖像。在此情況下，可以通過(guò)求多個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)的平均值來(lái)確定品質(zhì)因數(shù)，和/或具有相同的聚焦設(shè)置的最接近的鄰居可被包括在歸一化常數(shù)的計(jì)算中。例如，可在每個(gè)聚焦設(shè)置下拍攝至少兩個(gè)圖像。根據(jù)每個(gè)聚焦設(shè)置下的該至少兩個(gè)圖像計(jì)算的平均品質(zhì)因數(shù)可被用于歸一化常數(shù)的計(jì)算。品質(zhì)因數(shù)計(jì)算元件被適配用于為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)。噪聲估計(jì)元件被適配用于估計(jì)由品質(zhì)因數(shù)計(jì)算元件計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)的值中的噪聲。閾值確定元件被適配用于基于噪聲估計(jì)的值來(lái)確定至少一個(gè)閾值。這些是這樣的閾值品質(zhì)因數(shù)的值與所述閾值進(jìn)行比較，并且所述閾值是噪聲估計(jì)的函數(shù)。這些值可以相對(duì)于諸如所計(jì)算的最大品質(zhì)因數(shù)、所計(jì)算的最小品質(zhì)因數(shù)、所計(jì)算的平均品質(zhì)因數(shù)、零、或者根據(jù)品質(zhì)因數(shù)值計(jì)算的基線值之類的某個(gè)其它值來(lái)設(shè)置。聚焦設(shè)置選擇器元件使用該至少一個(gè)閾值、品質(zhì)因數(shù)值、以及預(yù)定選擇準(zhǔn)則來(lái)選擇聚焦設(shè)置。品質(zhì)因數(shù)是聚焦質(zhì)量的估計(jì)，因此聚焦設(shè)置選擇器元件可以簡(jiǎn)單地選擇具有最好的聚焦設(shè)置的圖像。另一種可能性是將諸如三次曲線、樣條函數(shù)、或者多項(xiàng)式之類的曲線擬合到歸一化的品質(zhì)因數(shù)數(shù)據(jù)。聚焦設(shè)置選擇元件使用閾值來(lái)確定是否應(yīng)當(dāng)使用聚焦設(shè)置來(lái)聚焦數(shù)字成像設(shè)備或者是否應(yīng)當(dāng)拒絕該聚焦設(shè)置。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備的噪聲估計(jì)計(jì)算元件被適配用于通過(guò)計(jì)算具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值或者通過(guò)計(jì)算具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的均方根來(lái)確定噪聲的估計(jì)。此實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的均方根以及具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值兩者都與標(biāo)準(zhǔn)偏差直接相關(guān)。這允許估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，而不必在不同的聚焦設(shè)置下重復(fù)地拍攝圖像。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備獲取至少三個(gè)圖像。這是有利的，因?yàn)殡S著圖像數(shù)量增加，歸一化常數(shù)的估計(jì)的精度提高。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備被適配用于獲取4到40個(gè)圖像，具體地，其被適配用于獲取5到20個(gè)圖像。這是有利的，因?yàn)殡S著圖像數(shù)量增加，歸一化常數(shù)的估計(jì)的精度增加。使用5到20個(gè)圖像是尤其有利的，因?yàn)閿?shù)字成像獲取設(shè)備被適配用于快速地拍攝這么多的圖像并且進(jìn)行聚焦設(shè)置的估計(jì)。在更少的圖像的情況下，歸一化常數(shù)的估計(jì)更差，以及在圖像數(shù)目更大的情況下，可能需要太長(zhǎng)時(shí)間來(lái)使數(shù)字成像設(shè)備聚焦。在另一實(shí)施例中，數(shù)字成像獲取設(shè)備具有聚焦范圍，以及圖像獲取元件被適配用于在整個(gè)聚焦范圍上獲取該至少兩個(gè)圖像。這是有利的，因?yàn)檫@覆蓋聚焦設(shè)置的整個(gè)范圍并且允許數(shù)字成像獲取設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)木劢乖O(shè)置的準(zhǔn)確估計(jì)。在另一方面中，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于為數(shù)字成像獲取設(shè)備選擇聚焦設(shè)置的方法。所述方法包括利用不同的聚焦設(shè)置獲取至少兩個(gè)圖像，為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)，使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)的值來(lái)計(jì)算噪聲估計(jì)，并且使用噪聲估計(jì)來(lái)確定至少一個(gè)閾值，并且使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)值以及預(yù)定的選擇準(zhǔn)則來(lái)選擇聚焦設(shè)置。 此方法具有以下優(yōu)點(diǎn)當(dāng)為數(shù)字圖像獲取設(shè)備選擇聚焦設(shè)置時(shí)，在相同的聚焦設(shè)置下拍攝重復(fù)的圖像以確定品質(zhì)因數(shù)的方差或者標(biāo)準(zhǔn)偏差是不可行的。此方法允許一種估計(jì)每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)的測(cè)量中的誤差的高效的方式。此估計(jì)的誤差可被用于確定閾值，其允許確定是否有顯著的聚焦趨勢(shì)，并且允許識(shí)別將使數(shù)字成像裝置聚焦的聚焦設(shè)置。在另一實(shí)施例中，通過(guò)根據(jù)聚焦設(shè)置按順序?qū)λ鲋辽賰蓚€(gè)圖像排序并且然后計(jì)算作為最接近的鄰居的圖之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值的值，來(lái)計(jì)算噪聲估計(jì)。于是，此值為噪聲估計(jì)。圖像是在不同的聚焦設(shè)置下獲取的。如果利用單調(diào)增加或者減小的聚焦設(shè)置來(lái)順序獲取圖像，則所述圖像已經(jīng)是有序的。所述圖像之一將具有最高的聚焦設(shè)置，并且所述圖像之一將具有最低的聚焦設(shè)置。具有最高的聚焦設(shè)置的圖像將僅具有一個(gè)最接近的鄰居，具有最低的聚焦設(shè)置的圖像也將僅具有一個(gè)最接近的鄰居。其它所有的圖像具有兩個(gè)最接近的鄰居。此實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)計(jì)算所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值是快速的且在數(shù)值上是高效的。這還具有以下優(yōu)點(diǎn) 平均絕對(duì)差與品質(zhì)因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差直接相關(guān)。通過(guò)使用此方法，能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差的估計(jì)，而不必在每個(gè)聚焦設(shè)置下拍攝重復(fù)的圖像。這與獲取多個(gè)圖像的情況相比允許選擇聚焦設(shè)置更快速地進(jìn)行。在另一實(shí)施例中，利用以下步驟來(lái)計(jì)算噪聲估計(jì)首先，根據(jù)圖像的聚焦設(shè)置來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行排序，以及然后，通過(guò)取所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的均方根差來(lái)計(jì)算噪聲估計(jì)。圖像的排序和最接近的鄰居的討論與之前的實(shí)施例相同。此方法具有以下優(yōu)點(diǎn)所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的差的均方根也與標(biāo)準(zhǔn)偏差相關(guān)。這允許估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差， 而不必在不同的聚焦設(shè)置下重復(fù)地拍攝圖像，并且RMS差可被用于估計(jì)誤差并且確定是否有顯著的聚焦趨勢(shì)。在另一實(shí)施例中，獲取4到40個(gè)圖像，并且具體地，獲取5或20個(gè)圖像。此實(shí)施例是有利的，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)量的圖像允許檢查一定范圍的聚焦設(shè)置。這允許嘗試聚焦的選擇， 并且更可能選擇給出最清晰的聚焦的聚焦設(shè)置。隨著圖像數(shù)量增加，歸一化常數(shù)的估計(jì)的精度也增加。在另一實(shí)施例中，視覺成像獲取設(shè)備具有聚焦范圍。在整個(gè)聚焦范圍上獲取該至少兩個(gè)圖像。這具有以下優(yōu)點(diǎn)數(shù)字成像裝置調(diào)查了其整個(gè)聚焦范圍，并且這確保將選擇給出最清晰的聚焦的聚焦設(shè)置。在另一方面中，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括機(jī)器可執(zhí)行指令，所述指令用于執(zhí)行上述任一權(quán)利要求。將此方法實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品是有利的，因?yàn)榭梢岳糜?jì)算機(jī)或者微控制器來(lái)對(duì)該過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化。計(jì)算機(jī)或者微控制器將能夠?qū)崿F(xiàn)該方法并且比人更快速地聚焦數(shù)字成像設(shè)備。這還具有以下優(yōu)點(diǎn)可以構(gòu)造實(shí)現(xiàn)此方法并且自動(dòng)進(jìn)行聚焦的數(shù)字成像獲取設(shè)備。


在下文中，將僅作為示例并且參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中 圖1是用于選擇聚焦設(shè)置的方法的實(shí)施例的框圖，
圖2是數(shù)字圖像獲取設(shè)備的實(shí)施例的功能圖， 圖3是具有聚焦品質(zhì)因數(shù)的明確定義的最大值的示例聚焦軌跡的圖， 圖4是示例聚焦軌跡和示出顯著的聚焦趨勢(shì)的歸一化的聚焦軌跡的圖， 圖5是不示出顯著的聚焦趨勢(shì)的示例聚焦軌跡和歸一化的聚焦趨勢(shì)的圖， 圖6是示出平均絕對(duì)差與標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的相關(guān)的曲線圖， 圖7是示出均方根差與標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的相關(guān)的曲線圖， 圖8是用于選擇聚焦設(shè)置的方法的實(shí)施例的框圖， 圖9是數(shù)字圖像獲取設(shè)備的實(shí)施例的功能圖， 圖10是示出使用閾值來(lái)識(shí)別聚焦設(shè)置的示例聚焦軌跡的圖， 圖11是示出使用閾值來(lái)拒絕聚焦設(shè)置的示例聚焦軌跡的圖， 圖12是示出兩個(gè)閾值的示例聚焦軌跡的圖。
具體實(shí)施例方式這些附圖中編號(hào)相似的元件是相同的元件或者執(zhí)行相同的功能。在功能相同的情況下，之前討論過(guò)的元件將不必在后面的圖中進(jìn)行討論。圖1示出了本發(fā)明的方法的實(shí)施例的框圖。所述方法包括利用不同的聚焦設(shè)置來(lái)獲取至少兩個(gè)圖像100，為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)102，使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)104，通過(guò)將每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)除以所述歸一化常數(shù)來(lái)為每個(gè)圖像計(jì)算歸一化的品質(zhì)因數(shù)106，以及使用每個(gè)圖像的歸一化的品質(zhì)因數(shù)以及預(yù)定的選擇準(zhǔn)則來(lái)選擇聚焦設(shè)置108。在本發(fā)明的第一步驟中，利用不同的聚焦設(shè)置來(lái)獲取至少兩個(gè)圖像100。本發(fā)明的各實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)對(duì)于特定的聚焦設(shè)置的品質(zhì)因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差或者方差可被近似高達(dá)縮放因子(be approximated up to a scale factor)，而不需要在相同的聚焦設(shè)置下重復(fù)測(cè)量多次。
在下一步驟中，為所獲取的每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)。所述品質(zhì)因數(shù)僅僅是特定圖像聚焦得有多精確的量度。這可以使用標(biāo)準(zhǔn)的硬件實(shí)現(xiàn)方式或者軟件來(lái)進(jìn)行。隨著圖像變得較不聚焦，圖像變得更加模糊，因此品質(zhì)因數(shù)或者聚焦度量的示例將是計(jì)算圖像的區(qū)域中的像素的方差?？商娲兀撤N類型的數(shù)字濾波器可被應(yīng)用于圖像，所述濾波器能夠抑制噪聲并且識(shí)別圖像中適當(dāng)?shù)念l率內(nèi)容。品質(zhì)因數(shù)然后可被選擇為經(jīng)過(guò)這樣濾波的圖像的累積的絕對(duì)值或者平方值。關(guān)于這點(diǎn)，高通濾波器和帶通濾波器兩者都是有用的。在下一步驟中，使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)104。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)計(jì)算所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值的值來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)。公式1中示出了如何計(jì)算其的示例。
權(quán)利要求
1.一種用于為數(shù)字圖像獲取設(shè)備選擇聚焦設(shè)置的方法，所述方法包括 -獲取至少兩個(gè)圖像，所述圖像是利用不同的聚焦設(shè)置獲取的(100)，-為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)(102)，-使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)(104)， -通過(guò)將每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)除以所述歸一化常數(shù)來(lái)為每個(gè)圖像計(jì)算歸一化的品質(zhì)因數(shù)(106)，-使用每個(gè)圖像的歸一化的品質(zhì)因數(shù)以及預(yù)定的選擇準(zhǔn)則來(lái)選擇聚焦設(shè)置(108)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用包括以下的步驟來(lái)計(jì)算所述歸一化常數(shù)-根據(jù)所述至少兩個(gè)圖像的聚焦設(shè)置來(lái)按順序排序所述至少兩個(gè)圖像，所述圖像包括具有最高的聚焦設(shè)置的第一圖像以及具有最低的聚焦設(shè)置的第二圖像，所述第一圖像和第二圖像僅具有一個(gè)最接近的鄰居，所述至少兩個(gè)圖像中的其它所有的圖像具有兩個(gè)最接近的鄰居，-計(jì)算所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值的值，所述值為歸一化常數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用包括以下的步驟來(lái)計(jì)算所述歸一化常數(shù)-根據(jù)所述至少兩個(gè)圖像的聚焦設(shè)置來(lái)按順序排序所述至少兩個(gè)圖像，所述圖像包括具有最高的聚焦設(shè)置的第一圖像以及具有最低的聚焦設(shè)置的第二圖像，所述第一圖像和第二圖像僅具有一個(gè)最接近的鄰居，所述至少兩個(gè)圖像中的其它所有的圖像具有兩個(gè)最接近的鄰居，-計(jì)算所有最接近的鄰居之間的品質(zhì)因數(shù)的差的均方根的值，所述值為歸一化常數(shù)。
4.如權(quán)利要求1、2、或3中任一項(xiàng)所述的方法，其中獲取至少三個(gè)圖像。
5.如上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中獲取4到40個(gè)之間的圖像，特別地獲取5到20個(gè)圖像。
6.如上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述數(shù)字圖像獲取設(shè)備具有聚焦范圍，其中在整個(gè)聚焦范圍上獲取所述至少兩個(gè)圖像。
7.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括機(jī)器可執(zhí)行指令，所述指令用于執(zhí)行上述任一權(quán)利要求。
8.一種數(shù)字成像獲取設(shè)備，其包括-圖像獲取元件(220，222，224，226，228，230, 232)，用于獲取至少兩個(gè)圖像，所述圖像是利用不同的聚焦設(shè)置來(lái)獲取的，-品質(zhì)因數(shù)計(jì)算元件(234)，用于為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)，-歸一化常數(shù)計(jì)算元件(236)，用于使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)，-品質(zhì)因數(shù)歸一化元件(238)，用于通過(guò)將每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)除以歸一化常數(shù)來(lái)為每個(gè)圖像計(jì)算歸一化的品質(zhì)因數(shù)，-聚焦設(shè)置選擇元件(240)，用于使用每個(gè)圖像的歸一化的品質(zhì)因數(shù)以及預(yù)定的選擇準(zhǔn)則來(lái)選擇聚焦設(shè)置。
9.如權(quán)利要求8所述的數(shù)字成像獲取設(shè)備，其中所述歸一化常數(shù)計(jì)算元件被適配用于在所述至少兩個(gè)圖像已經(jīng)根據(jù)它們的聚焦設(shè)置而被排序時(shí)，計(jì)算具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值(662)的算術(shù)平均值。
10.如權(quán)利要求8所述的數(shù)字成像獲取設(shè)備，其中所述歸一化常數(shù)計(jì)算元件被適配用于在所述至少兩個(gè)圖像已經(jīng)根據(jù)它們的聚焦設(shè)置而被排序時(shí)，計(jì)算具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的均方根(764)。
11.如權(quán)利要求8、9、或10中任一項(xiàng)所述的數(shù)字圖像獲取設(shè)備，其中，所述圖像獲取元件被適配用于獲取至少3個(gè)圖像。
12.如權(quán)利要求8、9、或10中任一項(xiàng)所述的數(shù)字成像獲取設(shè)備，其中所述圖像獲取元件被適配用于獲取4到40個(gè)之間的圖像，特別地被適配用于獲取5到20個(gè)之間的圖像。
13.如權(quán)利要求8到12中任一項(xiàng)所述的數(shù)字成像獲取設(shè)備，其中所述數(shù)字圖像獲取設(shè)備具有聚焦范圍，其中所述圖像獲取元件被適配用于在整個(gè)聚焦范圍上獲取所述至少兩個(gè)圖像。
14.一種數(shù)字成像獲取設(shè)備，其包括-圖像獲取元件(220，222，224，226，228，230, 232)，用于獲取至少兩個(gè)圖像，所述圖像是利用不同的聚焦設(shè)置來(lái)獲取的，-品質(zhì)因數(shù)計(jì)算元件(234)，用于為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)，-噪聲估計(jì)計(jì)算元件(242)，用于使用每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)來(lái)計(jì)算噪聲估計(jì)，-閾值確定元件(244)，用于使用所述噪聲估計(jì)來(lái)確定至少一個(gè)閾值，-聚焦選擇元件(246)，用于使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)、所述至少一個(gè)閾值、以及預(yù)定的選擇準(zhǔn)則來(lái)選擇聚焦設(shè)置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的數(shù)字成像獲取設(shè)備，所述噪聲估計(jì)計(jì)算元件被適配用于通過(guò)計(jì)算以下之一來(lái)確定噪聲的估計(jì)-具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值，-具有鄰近的聚焦設(shè)置的圖像之間的品質(zhì)因數(shù)的差的均方根。
全文摘要
一種用于為數(shù)字圖像獲取設(shè)備選擇聚焦設(shè)置的方法，所述方法包括獲取至少兩個(gè)圖像，所述圖像是利用不同的聚焦設(shè)置獲取的；為每個(gè)圖像計(jì)算品質(zhì)因數(shù)；使用為每個(gè)圖像計(jì)算的品質(zhì)因數(shù)來(lái)計(jì)算歸一化常數(shù)；通過(guò)將每個(gè)圖像的品質(zhì)因數(shù)除以所述歸一化常數(shù)來(lái)為每個(gè)圖像計(jì)算歸一化的品質(zhì)因數(shù)；使用每個(gè)圖像的歸一化的品質(zhì)因數(shù)以及預(yù)定的選擇準(zhǔn)則來(lái)選擇聚焦設(shè)置。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102273189SQ200880132581
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
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