CN100559255C

CN100559255C - 自动对焦方法及使用上述方法的影像撷取装置

Info

Publication number: CN100559255C
Application number: CNB2006100598114A
Authority: CN
Inventors: 谢汶宏; 蔡净榕; 李佑庭
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Current assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2026-03-15
Also published as: CN101038414A

Abstract

本发明提供一种自动对焦方法及使用上述方法的影像撷取装置。所述自动对焦方法，执行于一影像撷取装置。上述影像撷取装置具有一镜头及一感光组件。上述镜头与上述感光组件可以基于一变化因素以调整相对位置完成对焦。首先，根据上述变化因素的第一精度以调整上述镜头与上述感光组件的相对位置，借以决定上述镜头与上述感光组件的多个状态，使上述镜头在上述感光组件上的呈像较清晰。根据上述多个状态以估计上述镜头以上述变化因素的第二精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的最佳状态，其中，上述第二精度较上述第一精度准确。调整上述镜头或上述感光组件至上述最佳状态。本发明仅使用了加减乘除运算，速度较快。

Description

自动对焦方法及使用上述方法的影像撷取装置

技术领域

本发明是有关于光学技术，且特别有关于自动对焦方法。

背景技术

相机的自动对焦功能可以借助于测距装置测量物相对于镜头的位置，据以调整镜距以对焦。数字相机的被动式的自动对焦技术不需要测距装置，而是利用镜头撷取的数字化影像，以频域转换后的值作为清晰度的关键值，据以改变镜头焦距或是物距，借以寻找关键值的最大值以呈现最清晰的画面。

传统的相机的变焦镜片由马达驱动至约15至20个不同位置。举例来说，假设一相机的变焦镜片可以调整至N个不同位置。图1中的每一点的横轴坐标为对焦镜片(focusing lens)的位置，而垂直轴坐标为影像清晰度的关键值。经过计算变焦镜片在每一个位置上的影像清晰度的关键值后，调整变焦镜片至对应最大值M_max的位置P_F。

随着相机的技术进步，目前的相机的变焦镜片可由马达驱动至约20至200个不同位置。计算每一位置的频域转换后的值相当花时间。因此，对焦分为二阶段。在第一阶段中，仅计算N个不同位置中的部分位置所对应的影像清晰度的关键值。举例来说，如图2所示，计算出7个位置对应的频域转换后的值，其中，位置P对应的M为目前最大值。如图3所示，在第二阶段中，在位置P周围详细计算不同位置对应的影像清晰度的关键值以找出位置P_F对应的实际最大值M_max。

但是，上述二阶段的自动对焦实际应用在摄影时，仍然相当耗时。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在提供自动对焦方法及使用上述方法的影像撷取装置。

基于上述目的，本发明提供一种自动对焦方法，执行于一影像撷取装置。上述影像撷取装置具有一镜头及一感光组件。上述镜头与上述感光组件可以基于一变化因素以调整相对位置完成对焦，上述镜头由多个镜片组成，上述变化因素即上述多个镜片中一对焦镜片的位置。首先，根据上述变化因素的第一精度以调整上述镜头与上述感光组件的相对位置，借以决定上述镜头或上述感光组件的三个状态，使上述镜头在上述感光组件上的呈像较清晰，其中上述三个状态包含以上述第一精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的一第一位置，以及与上述第一位置相邻的一前相邻位置及一后相邻位置。根据上述三个状态以估计上述镜头以上述变化因素的第二精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的最佳状态，其中，上述第二精度较上述第一精度准确。调整上述镜头或上述感光组件至上述最佳状态，并得到多个影像，其中若上述最佳状态对应上述对焦镜片的位置P₂₁，上述第一位置为P₂，上述前相邻位置为P₁，上述后相邻位置为P₃，其中，上述第一位置P₂对应一清晰度关键值M₂，上述前相邻位置P₁对应一清晰度关键值M₁，及上述后相邻位置P₃对应一清晰度关键值M₃，则以下列算式估计上述位置P₂₁：

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) .

本发明所述的自动对焦方法，其中，上述调整步骤中更包含：上述变化因素从最小值以上述第一精度累进至最大值，以调整上述镜头与上述感光组件的相对位置完成对焦；在上述调整中，当调整上述变化因素至一数值时，从上述镜头撷取一影像，借此撷取对应多个数值的上述多个影像；以及计算上述多个影像的清晰度。

本发明所述的自动对焦方法，更包含：取得上述变化因素对应上述三个状态的三笔数值；以及根据上述三笔数值以估计上述变化因素对应上述最佳状态的数值。

本发明还提供一种自动对焦方法，执行于一影像撷取装置，上述影像撷取装置具有一镜头及一感光组件，上述镜头与上述感光组件可以基于一变化因素以调整相对位置完成对焦，上述感光组件由互补金属氧化物半导体或电荷耦合元件构成，上述变化因素即上述感光组件的位置，包含：根据上述变化因素的第一精度以调整上述镜头与上述感光组件的相对位置，借以决定上述镜头与上述感光组件的三个状态，使上述镜头在上述感光组件上的呈像较清晰，其中上述三个状态包含以上述第一精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的一第一位置，以及与上述第一位置相邻的一前相邻位置及一后相邻位置；根据上述三个状态以估计上述镜头或上述感光组件以上述变化因素的第二精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的最佳状态，其中，上述第二精度较上述第一精度准确；以及调整上述镜头或上述感光组件至上述最佳状态，并得到多个影像，其中若上述最佳状态对应上述对焦镜片的位置P₂₁，上述第一位置为P₂，上述前相邻位置为P₁，上述后相邻位置为P₃，其中，上述第一位置P₂对应一清晰度关键值M₂，上述前相邻位置P₁对应一清晰度关键值M₁，及上述后相邻位置P₃对应一清晰度关键值M₃，则以下列算式估计上述位置P₂₁：

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) .

本发明还提供一种影像撷取装置，包含：一感光组件，用以转换光束为电子信号；一镜头，用以在上述感光组件上呈像，上述镜头由多个镜片组成；一处理器，用以基于一变化因素以调整上述镜头的焦距，根据上述变化因素的第一精度以调整上述镜头的焦距，借以决定上述镜头的三个状态，使上述镜头在上述感光组件上的呈像较清晰，根据上述三个状态以估计上述镜头以上述变化因素的第二精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的最佳状态，其中，上述变化因素即上述多个镜片中一对焦镜片的位置，上述第二精度较上述第一精度准确，以及上述处理器调整上述镜头至上述最佳状态，并得到多个影像；其中，上述三个状态包含以上述第一精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的一第一位置，以及与上述第一位置相邻的一前相邻位置及一后相邻位置；其中，若上述最佳状态对应上述对焦镜片的位置P₂₁，上述第一位置为P₂，上述前相邻位置为P₁，上述后相邻位置为P₃，其中，上述第一位置P₂对应一清晰度关键值M₂，上述前相邻位置P₁对应一清晰度关键值M₁，及上述后相邻位置P₃对应一清晰度关键值M₃，则上述处理器以下列算式估计上述位置P₂₁：

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) .

本发明所述的影像撷取装置，其中，上述处理器将上述变化因素从最小值以上述第一精度累进至最大值，以调整上述镜头的焦距，在上述调整中，当调整上述变化因素至一数值时，上述处理器从上述镜头撷取一影像，借此撷取对应多个数值的上述多个影像，以及计算上述多个影像的清晰度。

本发明所述的影像撷取装置，其中，上述处理器取得上述变化因素对应上述三个状态的三笔数值，并根据上述三笔数值以估计上述变化因素对应上述最佳状态的数值。

另外，本发明又提供一种影像撷取装置包含一感光组件、一镜头及一处理器。上述感光组件用以转换光束为电子信号，其中上述感光组件由互补金属氧化物半导体或电荷耦合元件构成。上述镜头用以在上述感光组件上呈像。上述处理器基于一变化因素以调整上述镜头与上述感光组件的相对位置完成对焦。首先，上述处理器根据上述变化因素的第一精度以调整上述镜头与上述感光组件的相对位置，借以决定上述镜头或上述感光组件的三个状态，使上述镜头在上述感光组件上的呈像较清晰。接着，上述处理器根据上述三个状态以估计上述镜头或上述感光组件以上述变化因素的第二精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的最佳状态。上述变化因素即上述感光组件的一对焦位置，上述第二精度较上述第一精度准确。上述处理器调整上述镜头或上述感光组件至上述最佳状态，并得到多个影像；其中，上述三个状态包含以上述第一精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的呈像最清晰的一第一位置，以及与上述第一位置相邻的一前相邻位置及一后相邻位置；若上述最佳状态对应上述感光组件的位置P₂₁，上述第一位置为P₂，上述前相邻位置为P₁，上述后相邻位置为P₃，其中，上述第一位置P₂对应一清晰度关键值M₂，上述前相邻位置P₁对应一清晰度关键值M₁，及上述后相邻位置P₃对应一清晰度关键值M₃，则上述处理器以下列算式估计上述位置P₂₁：

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) .

本发明所述的影像撷取装置，其中，上述处理器将上述变化因素从最小值以上述第一精度累进至最大值，以调整上述感光组件的位置，在上述调整中，当调整上述变化因素至一数值时，上述处理器从上述镜头撷取一影像，借此撷取对应多个数值的上述多个影像，以及计算上述多个影像的清晰度。

本发明所述的自动对焦方法及使用上述方法的影像撷取装置，仅使用了加减乘除运算，速度较快。

附图说明

图1显示对焦镜片或感光组件位置与影像清晰度的关键值的对应关系示意图；

图2显示对焦镜片或感光组件位置与影像清晰度的关键值的对应关系示意图；

图3显示对焦镜片或感光组件位置与影像清晰度的关键值的对应关系示意图；

图4显示一影像撷取装置实施例的结构方块图；

图5显示自动对焦方法实施例的流程图；

图6显示实施例的对焦镜片位置与影像清晰度的关键值的对应关系示意图。

具体实施方式

以下揭示一种自动对焦方法及使用上述方法的影像撷取装置。须要了解的是，以下各实体及步骤的配置只是用以举例，而可以被调整。

在图4的影像撷取装置100中，处理器1耦接存储器2、感光组件4、输入装置6及控制单元9。处理器1为数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)。控制单元9可以整合在处理器1之中。

感光组件4可以由互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，简称CMOS)或电荷耦合元件(Charge-Coupled Device，简称CCD)构成。感光组件4从镜头8接收光束，借以产生电子信号作为影像数据。

控制单元9耦接对焦装置91，并根据处理器1提供的影像信息驱动对焦装置91，借以自动调整镜头8的焦距。控制单元9根据输入装置6的状态启动自动对焦。该输入装置6可为快门控制装置，其可以包含影像撷取装置100上的快门释放钮或外接式的控制装置。

光束透过镜头8在感光组件4上呈像。镜头8可以由各种不同的镜头来实作，并且可以基于不同的控制变化因素以调整焦距。举例来说，镜头8可以由多个镜片组成，对焦装置91可以包含驱动其中对焦用镜片的位置的机械部件。镜头8及对焦装置91也可以是美国专利申请号6,398,981及6,180,940所揭示的材质所构成的镜头及驱动装置。

参照图5，影像撷取装置100执行一种自动对焦方法。假设可以经由控制一变化因素以调整影像撷取装置100的镜头8的焦距。

处理器1根据上述变化因素的第一精度以调整镜头8的焦距，如步骤S2所示，借以决定镜头8的多个状态，使镜头8在感光组件4上的呈像较清晰，如步骤S4所示。举例来说，处理器1可以根据上述变化因素的第一精度以决定镜头8一最佳状态，即在感光组件4上的呈像较清晰的状态，接着取得该最佳状态相邻的二个状态，共三个状态。

处理器1根据上述多个状态以估计镜头8以上述变化因素的第二精度对焦后，在感光组件4上的呈像最清晰的最佳状态，如步骤S6所示，并调整镜头8至上述最佳状态，如步骤S8所示。上述第二精度较上述第一精度精细准确。

举例来说，上述变化因素即镜头8的多个镜片中对焦镜片(focusing lens)81的位置。参照图6，横轴为上述对焦镜片(focusing lens)81的位置，而垂直轴为镜头8在感光组件4上形成影像的清晰度关键值。上述对焦镜片81可以在位置P₀及P_N之间移动。举例来说，上述第二精度为上述对焦镜片移动的最小单位，称为最小步距。若位置P₀及P_N相差144个最小步距，则上述第一精度可以是

即12个最小步距。

在步骤S2中，控制单元9每次以上述第一精度(即12个最小步距)从上述对焦镜片81位置的最小值P₀开始往P_N移动上述对焦镜头，以调整镜头8的焦距。

在上述调整中，当调整上述对焦镜头至一位置时，感光组件4透过镜头8撷取一影像。因此一位置对应一影像。重复上述步骤直到对焦镜片81到达位置最大值P_N。借此取得多个影像，其中每一影像对应上述变化因素(即位置)的一笔数值。上述多个数值为等差级数，且差值S即上述第一精度，大于上述最小步距。

处理器1计算上述多个影像的清晰度。控制单元9决定对焦镜头的三个位置P₁、P₂、P₃，使得镜头8在感光组件4上呈像较清楚。其中，P₂为目前相对的最佳位置，具有目前相对最佳的清晰度。P₁及P₃分别在P₂的前后。接着，控制单元9根据上述三个位置以估计上述对焦镜片81的绝对最佳位置。估计所需的公式可以下列方式推演。

图6的曲线C为假设的自动对焦曲线，而P₂₁为假设的最佳位置，对应最大影像清晰度的关键值M_f。P₁₁为P₁及P₂的中点，而P₂₂为P₂及P₃的中点。P₁₁与P₂₂相距S。假设P₁₁与P₂₁相距Δx，P₂₁与P₂₂相距S-Δx。

假设P₁₁到P₂₁的距离与P₂₁到P₂₂的距离比值为Δx/(S-Δx)。等于M₂与M₃的差以及M₂与M₁的差的比值为(M₂-M₃)/(M₂-M₁)，亦即：

\frac{Δx}{S - Δx} = \frac{M_{2} - M_{3}}{M_{2} - M_{1}},

则推算出：

Δx = \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times S . - - - (1)

已知

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} S + Δx

且S＝(P₂-P₁)，则

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + Δx

= P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) - - - (2)

控制单元9在取得及对应的影像清晰度的关键值M₁、M₂及M₃后，可以利用公式(2)以求得位置P₂₁。并且将对焦镜片81移至上述位置P₂₁。

在上述方法中，对焦镜片81仅从位置P₀至P_N以第一精度为步距经过一次。并且，处理器1根据位置P₁、P₂、P₃以内差运算出位置P₂₁。处理器1用在上述估计中仅使用了加减乘除运算，速度较快。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但该较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种更改和补充，因此本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

100：影像撷取装置

1：处理器

2：耦接存储器

4：感光组件

6：输入装置

8：镜头

9：控制单元

81：对焦镜片

91：对焦装置

M_max：影像清晰度关键值的最大值

P_F：位置

P₀：起始位置

P_N：最终位置

P₁：前相邻位置

P₂：相对最佳位置

P₃：相邻位置

P₁₁：P₁与P₂的中点

P₂₁：绝会最佳位置

P₂₂：P₂与P₃的中点

S：P₁与P₂的距离

Δx：P₁₁与P₂₁的距离

Claims

1.一种自动对焦方法，其特征在于，该自动对焦方法，执行于一影像撷取装置，上述影像撷取装置具有一镜头及一感光组件，上述镜头与上述感光组件能够基于一变化因素以调整相对位置完成对焦，上述镜头由多个镜片组成，上述变化因素即上述多个镜片中一对焦镜片的位置，所述自动对焦方法包含：

根据上述变化因素的第一精度以调整上述镜头与上述感光组件的相对位置，借以决定上述镜头与上述感光组件的三个状态，使上述镜头在上述感光组件上的成像较清晰，其中上述三个状态包含以上述第一精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的成像最清晰的一第一位置，以及与上述第一位置相邻的一前相邻位置及一后相邻位置；

根据上述三个状态以估计上述镜头或上述感光组件以上述变化因素的第二精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的成像最清晰的最佳状态，其中，上述第二精度较上述第一精度准确；以及

调整上述镜头或上述感光组件至上述最佳状态，并得到多个影像，其中若上述最佳状态对应上述对焦镜片的位置P₂₁，上述第一位置为P₂，上述前相邻位置为P₁，上述后相邻位置为P₃，其中，上述第一位置P₂对应一清晰度关键值M₂，上述前相邻位置P₁对应一清晰度关键值M₁，及上述后相邻位置P₃对应一清晰度关键值M₃，则以下列算式估计上述位置P₂₁：

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) .

2.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，上述调整步骤中更包含：

上述变化因素从最小值以上述第一精度累进至最大值，以调整上述镜头与上述感光组件的相对位置完成对焦；

在上述调整中，当调整上述变化因素至一数值时，从上述镜头撷取一影像，借此撷取对应多个数值的上述多个影像；以及

计算上述多个影像的清晰度。

3.根据权利要求2所述的自动对焦方法，其特征在于，更包含：

取得上述变化因素对应上述三个状态的三笔数值；以及

根据上述三笔数值以估计上述变化因素对应上述最佳状态的数值。

4.一种自动对焦方法，其特征在于，执行于一影像撷取装置，上述影像撷取装置具有一镜头及一感光组件，上述镜头与上述感光组件能够基于一变化因素以调整相对位置完成对焦，上述感光组件由互补金属氧化物半导体或电荷耦合元件构成，上述变化因素即上述感光组件的位置，包含：

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) .

5.根据权利要求4所述的自动对焦方法，其特征在于，上述调整步骤中更包含：

计算上述多个影像的清晰度。

6.一种影像撷取装置，其特征在于，该影像撷取装置包含：

一感光组件，用以转换光束为电子信号；

一镜头，用以在上述感光组件上成像，上述镜头由多个镜片组成；以及

一处理器，用以基于一变化因素以调整上述镜头的焦距，根据上述变化因素的第一精度以调整上述镜头的焦距，借以决定上述镜头的三个状态，使上述镜头在上述感光组件上的成像较清晰，根据上述三个状态以估计上述镜头以上述变化因素的第二精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的成像最清晰的最佳状态，其中，上述变化因素即上述多个镜片中一对焦镜片的位置，上述第二精度较上述第一精度准确，以及上述处理器调整上述镜头至上述最佳状态，并得到多个影像；

其中，上述三个状态包含以上述第一精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的成像最清晰的一第一位置，以及与上述第一位置相邻的一前相邻位置及一后相邻位置；

其中，若上述最佳状态对应上述对焦镜片的位置P₂₁，上述第一位置为P₂，上述前相邻位置为P₁，上述后相邻位置为P₃，其中，上述第一位置P₂对应一清晰度关键值M₂，上述前相邻位置P₁对应一清晰度关键值M₁，及上述后相邻位置P₃对应一清晰度关键值M₃，则上述处理器以下列算式估计上述位置P₂₁：

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) .

7.根据权利要求6所述的影像撷取装置，其特征在于，上述处理器将上述变化因素从最小值以上述第一精度累进至最大值，以调整上述镜头的焦距，在上述调整中，当调整上述变化因素至一数值时，上述处理器从上述镜头撷取一影像，借此撷取对应多个数值的上述多个影像，以及计算上述多个影像的清晰度。

8.根据权利要求7所述的影像撷取装置，其特征在于，上述处理器取得上述变化因素对应上述三个状态的三笔数值，并根据上述三笔数值以估计上述变化因素对应上述最佳状态的数值。

9.一种影像撷取装置，其特征在于，该影像撷取装置包含：

一感光组件，用以转换光束为电子信号，其中上述感光组件由互补金属氧化物半导体或电荷耦合元件构成；

一镜头，用以在上述感光组件上成像；以及

一处理器，用以基于一变化因素以调整上述感光组件的位置，根据上述变化因素的第一精度以调整上述感光组件的位置，借以决定上述感光组件的三个状态，使上述镜头在上述感光组件上的成像较清晰，根据上述三个状态以估计上述感光组件以上述变化因素的第二精度对焦后，上述镜头在上述感光组件上的成像最清晰的最佳状态，其中，上述变化因素即上述感光组件的一对焦位置，上述第二精度较上述第一精度准确，以及上述处理器调整上述感光组件至上述最佳状态，并得到多个影像；

其中，若上述最佳状态对应上述感光组件的位置P₂₁，上述第一位置为P₂，上述前相邻位置为P₁，上述后相邻位置为P₃，其中，上述第一位置P₂对应一清晰度关键值M₂，上述前相邻位置P₁对应一清晰度关键值M₁，及上述后相邻位置P₃对应一清晰度关键值M₃，则上述处理器以下列算式估计上述位置P₂₁：

P_{21} = P_{2} - \frac{1}{2} (P_{2} - P_{1}) + \frac{M_{2} - M_{3}}{(M_{2} - M_{1}) + (M_{2} - M_{3})} \times (P_{2} - P_{1}) .

10.根据权利要求9所述的影像撷取装置，其特征在于，上述处理器将上述变化因素从最小值以上述第一精度累进至最大值，以调整上述感光组件的位置，在上述调整中，当调整上述变化因素至一数值时，上述处理器从上述镜头撷取一影像，借此撷取对应多个数值的上述多个影像，以及计算上述多个影像的清晰度。

11.根据权利要求10所述的影像撷取装置，其特征在于，上述处理器取得上述变化因素对应上述三个状态的三笔数值，并根据上述三笔数值以估计上述变化因素对应上述最佳状态的数值。