CN101034198A - 自动聚焦方法及使用其的自动聚焦装置 - Google Patents

Abstract

一种自动聚焦方法，包括：设置包括中心窗口和中心窗口周围的多个外围窗口的多个活动窗口，并向多个活动窗口分配权重，以计算每步的自动聚焦值；根据计算出来的每步的自动聚焦值计算前一步和当前步之间的自动聚焦值的变化率；将计算出来的自动聚焦值的变化率与预置的自动聚焦参考值进行比较，然后根据比较结果改变步长；将透镜移动至对应于改变后的步长的位置；重复上述从设置多个活动窗口到移动透镜的步骤，直到前一步的自动聚焦值变得大于当前步的自动聚焦值，然后确定是否检测到了最大自动聚焦值；以及将透镜移动至对应于最大自动聚焦值的位置。

Description

自动聚焦方法及使用其的自动聚焦装置

相关申请的交叉参考

本申请要求于2006年3月7日向韩国知识产权局提交的第10-2006-0021410号韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及可应用于安装在移动终端上的照相机模块的自动聚焦方法以及使用该方法的自动聚焦装置。

背景技术

最近，随着信息技术的迅猛发展，需要开发出除了电话功能以外还添加有其他各种功能的复合移动通信终端。因此，实现了具有发送和接收图像和声音功能的手持移动通信终端。对于手持移动通信终端，提供了一种通过向移动通信终端(移动电话)添加数字照相机功能而实现的照相机电话。

一般的照相机电话包括用于照像的照相机模块、用于发送用户的声音和图像的发送模块、以及用于接收另一方的声音和图像的接收模块。

照相机模块包括透镜子系统和图像处理子系统。

透镜子系统包括：透镜部，器包括变焦透镜和聚焦透镜；调节器，用于驱动透镜部的变焦透镜或聚焦透镜；以及调节器驱动器。

图像处理子系统包括图像传感器和ISP、自动聚焦数字信号处理器等。

透镜子系统用于将焦点调节到将被拍照的外部景象。另外，透镜子系统使得光线(光源)入射到图像传感器上，其中，来自外部景象的光线入射到预设范围的特定区域上。

图像处理子系统的图像传感器包括光敏电池，其中，当在特定吸收周期内入射光线时，就在光敏电池中存储电荷。图像传感器将所存储的电荷转换为数字值(像素值)来输出。

图像处理子系统的ISP压缩与所获得的像素有关的数字值，然后对经过压缩的数字值执行诸如尺度图像增强(scaling imageenhancement)的图像处理，以传输至移动电话体。

此时，透镜子系统执行聚焦调节操作，以对清晰的图像进行拍照。在这种情况中，使用设置在一般的照相机或数字照相机中的自动聚焦装置。下面对其进行描述。

通常，一旦用户设置了与将被拍照的目标有关的组合并按下了释放按钮，则一般照相机或数字照相机的自动聚焦装置就自动调节焦距，以进行拍照。

这种自动聚焦装置分为主动(active)自动聚焦装置和被动(passive)自动聚焦装置。

主动自动聚焦装置向目标发射红外线或超声波，然后检测从目标反射的光或波，以测量目标的距离。

不具有发光部的被动自动聚焦装置通过使用透镜部来接收由目标发射的光线，并通过使用目标的亮度来测量目标的距离。

在来自图像传感器的图像信号中，被动自动聚焦装置检测每帧的高通频率信号(high-pass frequency signal)，其中，该高通频率信号与对比度成比例。当亮度信号通过高通滤波器时，就获得了高通频率信号。被动自动聚焦装置将所获得的对比度和前一帧的对比度进行比较。然后，被动自动聚焦装置在对比度增加的方向移动聚焦透镜，然后将聚焦透镜停在对比度最大的位置处，从而自动调节焦距。

通常，自动聚焦照相机模块对通过CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)或CMOS(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)接收的图像执行图像信号处理，然后提取图片单元中的聚焦值(focus value)，以传输至CPU，其中，通过计算通过高通滤波器(HPF)的边缘(edge)来计算聚焦值。基于计算出来的聚焦值，CPU确定聚焦透镜的移动方向和距离，并对调节器驱动器下达指令。据此，驱动调节器来移动透镜，从而自动调节焦距。

图1A是示出图片100中的窗口101的简图。如图1A所示，将屏幕的中心区域指定为窗口101。原因在于在拍照片时，大多数用户都会注意屏幕的中心部分。

另外，从自动聚焦数字信号处理器传输窗口的开始和结束位置，以在图片100中设置窗口101。通过积分器累加窗口101处的来自高通滤波器的输出值。

该累加值(聚焦值)成为用于在照相机模块中调节焦距的参考值。在静止图像的情况中，可以通过移动透镜来调节焦距。当图像完全聚焦时，聚焦值高。当图像没有聚焦时，聚焦值低。通常，通过参考大多数用户都注意的屏幕的中心来调节照相机的焦距。

通过自动聚焦数字信号处理器中的CPU来执行用于查找聚焦值的算法。CPU确定向哪个方向移动透镜，然后通过使用调节器驱动器来驱动调节器。

图1B是示出根据透镜移动距离的聚焦值的图表。

如图1B所示，在即使向照相机输入相同的图像也不调节焦距时，如在点‘A’的聚焦值低。此时，在点‘B’确定透镜的移动方向，并沿聚焦值增长的‘C’方向移动透镜。当聚焦值以最大聚焦值通过点‘E’时，沿‘D’方向(与‘C’方向相反)移动(transfer)透镜，并将透镜固定在点‘E’处，以找出最大聚焦值。

在相关技术中，为每幅图片计算聚焦值。这是因为，为每个图片都输出通过将用户注意的窗口的所有边缘分量(component)相加而获得的值。

因此，为了搜索相关技术中的最大聚焦值，重复以下步骤。分别计算图片的聚焦值、根据计算出来的聚焦值确定方向，以使透镜沿确定出的方向移动。

在相关技术中，搜索最大聚焦值的过程中的透镜移动范围分为精细扫描区域和疏扫描区域，以将不同的恒定步长应用于相应的区域。

然而，在这种方法中，仅在搜索过程从疏扫描区域向精细扫描区域转移时改变步长。所以，不可避免地将细调步长(fine step size)应用于疏扫描区域，以不错过狭窄的峰值区域。因此，延长了搜索最大聚焦值所需的时间，增加了功耗。

最近，由于CMOS图像传感器具有增强的图像质量，因此，越来越多的具有低功耗的CMOS图像传感器被用于移动电话、智能电话、以及PDA。因此，延长了查找最大聚焦值所需的时间(即，自动聚焦时间)。CMOS图像传感器的帧率低至30次每秒，而用户需要具有高分辨率的图像质量。因此，CMOS图像传感器的帧率变的更低，而显著延长了自动聚焦时间。

另外，在如图2所示的具有平坦的峰值区域的曲线中，在相关技术中，重复使用精细步长的不必要的搜索过程。因此，延长了自动聚焦时间，增加了功耗。

在传统的被动自动聚焦方法中，很有可能将焦点调节到了背景上，而没有调节到目标上。当目标周围存在具有高对比度的背景时，大多数算法都搜索对应于背景的最大自动聚焦值。为了防止将焦点调节到背景上，通常限定多个自动聚焦测量区域(一个小窗口和一个大窗口)。这种方法通过使用互不相同的区域来执行疏扫描和精细扫描。

然而，当目标的峰值和背景的峰值相互不一致时，在精细扫描中可能需要二次扫描。另外，当出现在小窗口中的景象几近平面时，其中不包括足够的对比度。因此，不能可靠地执行精细扫描。

发明内容

本发明的一个优点在于，提供了一种自动聚焦方法及使用其的自动聚焦装置。本发明可以在短时间内通过少量步骤来进行自动聚焦，并可以解决将焦点调节到背景景象上的问题。

本发明的其他方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地通过描述将变得显而易见，或可以通过实施本发明而了解。

根据本发明的一个方面，自动聚焦方法包括：设置包括中心窗口和中心窗口周围的多个外围窗口的多个活动窗口，并向多个外围窗口分配权重，以计算每步的自动聚焦值；根据为每步计算的自动聚焦值，计算前一步和当前步之间的自动聚焦值的变化率；将计算出来的自动聚焦值的变化率和预置的自动聚焦参考值进行比较，然后根据比较结果改变步长；将透镜移动到对应于改变后的步长的位置；重复上述的从设置多个活动窗口到移动透镜的步骤，直到前一步的自动聚焦值变为大于当前步的自动聚焦值，然后确定是否检测到最大自动聚焦值；以及将透镜移动到对应于最大自动聚焦值的位置。

根据本发明的另一个方面，在将透镜移动到对应于最大自动聚焦值的位置的过程中，将最大自动聚焦值设置为与前一步的自动聚焦值对应，并将透镜移动到对应于前一步的自动聚焦值的位置。

根据本发明的再一个方面，自动聚焦方法进一步包括：在将透镜移动到对应于最大自动聚焦值的位置的过程中，确定是否将透镜移动到了对应于最大聚焦值的位置。

根据本发明的又一个方面，通过下列等式，计算前一步和当前步之间的自动聚焦值的变化率：

根据本发明的又一个方面，预置的自动聚焦参考值是两个互不相同的阈值。另外，在比较计算出来的变化率的过程中，将计算出来的自动聚焦值的变化率和阈值进行比较，从而根据比较结果选择细调步长、中等调步长、以及粗调步长中的任一个作为步长。

根据本发明的又一个方面，对计算出来的变化率的比较进一步包括：在前一步和当前步之间的自动聚焦值的变化率具有负值时，确定自动聚焦值是否经过了峰值。

根据本发明的又一个方面，当移动透镜时，检测并存储移动后的透镜的位置。

根据本发明的又一个方面，多个活动窗口中的中心窗口包括多个分割的区域(窗口)。

根据本发明的又一个方面，将权重分配给对应于多个中心窗口的所有区域，并将权重分配给多个外围窗口中的至少一个。

根据本发明的又一个方面，将分配给活动窗口的权重设置为互不相同。

根据本发明的又一个方面，自动聚焦装置包括：透镜部，光信号入射其上，该透镜部具有能够垂直移动的聚焦透镜；图像传感器和ISP部，用于接收入射到透镜部上的光信号，以将其转换为电信号，然后输出数字化的图像数据；自动聚焦数字信号处理部，包括：光学检测模块，用于接收来自图像传感器和ISP部的图像数据，以提取预定图像分量，用于设置包括中心窗口和中心窗口周围的多个外围窗口的多个活动窗口，以及用于向多个活动窗口分配权重，来对预定图像分量进行积分来计算自动聚焦值；以及CPU，用于从光学检测模块接收自动聚焦数据，并在根据自动聚焦值垂直驱动透镜部的聚焦透镜的同时计算最大自动聚焦值，CPU执行自动聚焦算法，在该算法中，计算前一步和当前步之间的自动聚焦值的变化率然后将计算出来的变化率与预置的自动参考值进行比较，以根据比较结果控制步长改变；以及驱动部，用于根据自动聚焦数字信号处理部的控制信号来驱动透镜部的聚焦透镜。

根据本发明的又一个方面，光学检测模块包括：高通滤波器，用于接收来自图像传感器和ISP部的图像数据，以提取预定图像分量；积分器，用于接收从高通滤波器提取的预定图像分量，以及对与包括中心窗口和外围窗口的相应活动窗口相关的图像分量进行积分和输出；以及活动区域设置部，用于将多个活动窗口的开始和结束地址传输至积分器。

根据本发明的又一个方面，自动聚焦装置进一步包括：位置检测传感器，用于确定是否将透镜移动到对了应于最大自动聚焦值的位置。

根据本发明的又一个方面，预定图像分量是边缘分量、Y-分量、以及具有最大值的Y-分量中的任一个。

附图说明

参考附图，本发明的这些和/或其他方面和优点将通过下面对具体实施例的描述而变得明显和更容易理解，其中：

图1A是示出图片中的窗口的简图；

图1B是示出根据透镜移动距离的聚焦值的图表；

图2是用于根据相关技术解释自动聚焦方法的问题的图表；

图3是示出根据本发明的自动聚焦装置的框图；

图4A是示出图3的自动聚焦数字信号处理部的简图；

图4B是图4A的光学检测模块的内部框图；

图5是根据本发明的自动聚焦算法的流程图；

图6是示出图5中的计算自动聚焦值的步骤的流程图；

图7是示出分配有用于计算自动聚焦值的权重的多个活动窗口的简图；

图8是示出图5中的调节步长的步骤的流程图；

图9是示出根据本发明的典型聚焦搜索过程的简图；

图10是示出将应用于本发明的实施例的八个活动窗口的简图；

图11是示出用于每个透镜位置的相应活动窗口的自动聚焦值的变化的简图；

图12是示出用于每步的全部自动聚焦值的变化的简图；以及

图13是示出根据本发明的实施例的自动聚焦算法的运算实例的图表。

具体实施方式

现在将详细参考附图中示出了其实例的本发明的实施例，其中，通篇上下，相同的参考标号表示相同的元件。为了通过参考附图来解释本发明，下面描述了多个实施例。

下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例，

自动聚焦装置

图3是示出根据本发明的自动聚焦装置的框图。图4A是示出图3的自动聚焦数字信号处理部的简图，图4B是用在图4A的自动聚焦数字信号处理部中的光学检测模块的内部框图。

如图3所示，根据本发明的自动聚焦装置300包括：透镜部301，光信号入射其上，该透镜部301具有用于焦距调节的能够垂直移动的聚焦透镜；图像传感器和ISP部302，用于接收入射到透镜部301上的光信号，以将其转换为电信号，然后输出数字化的图像数据；自动聚焦数字信号处理部303，用于接收来自图像传感器和ISP部302的图像数据，然后执行自动聚焦算法，以计算最大自动聚焦值；以及驱动部304，其包括用于驱动透镜部301的聚焦透镜的调节器304b和调节器驱动器304a。

透镜部301包括变焦透镜和聚焦透镜。变焦透镜用于放大图像，聚焦透镜用于调节图像的焦距。根据用于根据本发明的自动聚焦方法的算法，垂直移动聚焦透镜，以确定用于最佳焦距的透镜位置。

图像传感器和ISP部302包括图像传感器和ISP(image signalprocessor，图像信号处理器)。对于图像传感器，可以使用将光信号转换为电信号的CCD图像传感器或CMOS图像传感器。为了减少自动聚焦时间，优选地使用CMOS图像传感器。

为了转换图像数据以使图像数据与视觉保持一致，ISP执行诸如自动白平衡、自动曝光、伽马校正等信号处理任务，以改善图像质量，然后输出具有增强的图像质量的图像数据。

由于存在各种类型的CCD图像传感器或CMOS图像传感器，所以用于ISP的接口和特性互不相同(取决于每个制造商)。因此，根据图像传感器的类型来制造ISP。

ISP执行诸如色彩滤镜阵列内插(array interpolation)、色彩矩阵(color matrix)、色彩校正(color correction)、色彩增强(colorenhancement)等的图像处理任务。

在移动终端的情况中，将经过图像处理后的数据转换为CCIR656或CCIR601格式(YUV空间)，移动电话主机306接收主时钟信号，以输出Y/Cb/Cr或R/G/B数据、以及垂直同步信号、水平同步信号、和像素时钟信号。

如图4B所示，自动聚焦数字信号处理器(自动聚焦DSP)303包括：光学检测模块401，用于计算自动聚焦值；以及CPU 402，用于接收来自光学检测模块401的自动聚焦值，并在根据自动聚焦值垂直驱动透镜部的聚焦透镜的同时，执行用于计算最大自动聚焦值的自动聚焦算法。

根据本发明的光学检测模块401接收来自图像传感器和ISP部302的图像数据，以提取预定图像分量。然后，光学检测模块401设置包括中心窗口和中心窗口周围的多个外围窗口的多个活动窗口，分别向中心窗口和外围窗口分配不同的权重，以及对预定图像分量进行积分，以计算自动聚焦值。

光学检测模块401包括：高通滤波器401a，用于接收来自图像传感器和ISP部302的图像数据，以提取预定图像分量；积分器401b，用于接收由高通滤波器401a提取的图像分量，然后分别对与包括中心窗口和多个外围窗口的多个活动窗口有关的图像分量进行积分和输出；以及活动区域设置部401c，用于传输在积分器401b中设置的多个活动窗口的开始和结束地址。

当将从图像传感器和ISP部302传输的图像信号输入自动数字信号处理部303，然后使其通过高通滤波器401a时，仅提取图像的预定分量。将被提取的预定分量是边缘分量、Y-分量、以及具有最大值的Y-分量。

当通过活动区域设置部401c传送图片中的活动区域的开始和结束位置时，通过积分器401b来累加通过高通滤波器401a提取的分量的值。该累加值用作用于在照相机模块中调节焦距的参考数据。

下面将说明计算已分配了权重的自动聚焦值的方法。

在静止图像的情况中，通过移动透镜部301来调节焦距。当图像完全聚焦时，聚焦值高。当图像没有聚焦时，聚焦值低。因此，为了获得最大聚焦值，在通过调节器驱动器304a由调节器304b移动透镜304的同时，应该找出聚焦值最大的位置。

通过CPU 402执行查找聚焦值的算法。CPU 402确定向哪个方向移动透镜部30并控制包括调节器驱动器304a和调节器304b的驱动器304。驱动部还包括用于确定是否将透镜移动至对应于最大聚焦值的位置的位置检测传感器305。每当移动透镜时，位置检测传感器305都将移动后的透镜的位置作为数据进行存储。

CPU 402接收来自光学检测模块401的自动聚焦值，并在根据自动聚焦值垂直移动透镜部的透镜的同时计算最大自动聚焦值。此时，CPU 402计算前一步和当前步之间的自动聚焦值的变化率，然后将计算出来的自动聚焦值的变化率与预置的自动聚焦参考值进行比较，以根据比较结果控制步长。

下面将描述由CPU 402执行的自动聚焦算法。

自动聚焦算法

图5是根据本发明的自动聚焦算法的流程图。图6是示出计算图5中的自动聚焦值的步骤的流程图。图7是示出多个活动窗口70的简图，其中，向这些窗口分配了用于计算自动聚焦值的权重。图8是示出调节图5中的步长的步骤的流程图。

如图5所示，将以下面的方式执行根据本发明的自动聚焦算法。在图5中，参考标号AF_prev表示前一步的自动聚焦值、参考标号AF_cur表示当前步的自动聚焦值、参考标号AF_max表示最大自动聚焦值、参考标号d表示从初始状态开始的透镜位置、参考标号L表示整个透镜移动范围、以及i表示分配给自动聚焦活动窗口的计数值(counter)。

首先，初始化步长、AF_prev、AF_cur、AF_max、d、L、和i(S10)。

接下来，利用上述经过初始化的变量计算自动聚焦值AF_cur(其是当前步的自动聚焦值)(S20)。通过图6示出的流程图(S21至S24)计算自动聚焦值AF_cur，且图7中示出了用于计算自动聚焦值AF_cur的多个活动窗口70。

如图7所示，根据本发明的活动窗口70包括用作聚焦目标的中心窗口71和中心窗口71周围的多个外围窗口72。

如图6所示，选择中心窗口71和外围窗口72(S21)。然后，读取与各个活动窗口有关的自动聚焦值(S22)，并如表达式1来分配权重ω_i，以计算与全部活动窗口有关的每步的自动聚焦值(S23)。在图6中，参考标号nw表示自动聚焦活动窗口的总数、WAF_i表示第i个活动窗口的自动聚焦值、以及ω_i表示分配给第i个活动窗口的权重。

[表达式1]

$\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nw}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i{\mathrm{WAF}}_i$

优选地，将多个活动窗口70的中心窗口分割成多个区域(即，中心窗口71包括多个窗口)。此外，更优选地，向对应于多个中心窗口71的多个区域分配权重，并向多个外围区域72中的至少一个分配权重。

这用于解决相关技术中的将焦点调节到背景景象上的问题。在这种结构中，可以利用分配了权重的多个活动窗口70，通过单次扫描将焦点调节到期望目标上。另外，甚至在即使分配了权重，中心窗口71中也不存在足够的边缘分量时，多个外围窗口72就帮助搜索聚焦位置。

接下来，确定当前步的自动聚焦值AF_cur和最大自动聚焦值AF_max中哪一个比另一个大，其中，通过图6中所示的方法计算自动聚焦值AF_cur(S30)。当在当前步中计算出来的自动聚焦值AF_cur大于最大自动聚焦值AF_max时，将自动聚焦值AF_cur更新为最大自动聚焦值AF_max然后将其保存(S40)。另一方面，当在当前步中计算出来的自动聚焦值AF_cur小于最大自动聚焦值AF_max时，就确定了自动聚焦值已经经过透镜-移动曲线中的峰值(最大值)(S90)。将透镜部向后移动到对应于峰值的位置，然后检查透镜的位置(S100)。优选地，将最佳聚焦位置作为来自位置检测传感器的值来记录。因此，可以解决校正超调中的反冲(backlash)问题。

此后，计算对应于在当前步中计算出来的自动聚焦值AF_cur的累积透镜移动距离d(S50)，然后将累计透镜移动距离d与整个透镜-移动范围L进行比较(S60)。如果距离d大于整个透镜-移动范围L，则将透镜移动至对应于之前计算出来的值中的最大自动聚焦值的位置(S110)，并检查透镜的位置(S120)。另一方面，如果距离d小于整个透镜-移动范围L，则调节用于透镜移动的步长(S70)。

为了如图8中所示，对步长进行调节(70)并移动经过调节的步长(S80)，考虑到前一步的自动聚焦值AF_prev和当前步的自动聚焦值AF_cur，通过表达式2来计算自动聚焦值的变化率(即，斜率)(S71和S72)。

[表达式2]

可以通过表达式3来表示步长。

[表达式3]

步长＝步(步的#)×恒定位移

在表达式3中，可以任意指定关于粗调步(coarse step)、中等调步(medium step)、以及细调步(fine step)的恒定位移和步数。

在图8中，阈值A和B对应于用于根据计算出来的斜率来分配合适的步长的参考值。将斜率与阈值A和B进行相互比较(S73)，并根据比较结果分配适当的步长(S74)。

即，当计算出来的斜率小于阈值A(S73a)时，将透镜移动对应于粗调步“C”的步长(S74)。当计算出来的斜率大于阈值A并小于阈值B时(S73b)，将透镜移动对应于中等步“M”的步长(S74b)。当计算出来的斜率大于阈值B(S73c)时，将透镜移动对应于细调步“F”的步长(S74c)。同时，如果计算出来的斜率具有负值(S73d)，则检查是否检测到了峰值(S75)。然后，如果没有检测到峰值，则将透镜移动对应于粗调步“C”的步长。如果检测到了峰值，则向相反方向移动透镜(S76)。

重复执行上述步骤S20至S80，直到前一步的自动聚焦值变得大于当前步的自动聚焦值。即，当将透镜移动预定的步长时，在最大自动聚焦值AF_max大于自动聚焦值AV_cur的情况下，根据本发明的算法确定检测到了峰值。在此情况中，不必再计算斜率。

最后，将透镜反向地移动到对应于最大聚焦值(峰值)的位置，并完成自动聚焦(S90和S100)。将最大自动聚焦值设置为与前一步的自动聚焦值对应，并将透镜移动到对应于前一步的自动聚焦值的位置。此外，如上所述，连续存储来自位置检测传感器的透镜位置。从而，可以利用对应于有关所存储的位置值的数据中的最大自动聚焦值的位置数据来移动透镜。当使用位置检测传感器时，可以解决校正超调过程中的反冲问题。

图9是示出根据本发明的典型聚焦搜索过程的简图。首先，采用两大步。然后，根据斜率的突变来减少步长。将透镜向后移动减少后的步长，以返回到对应于峰值的位置。

实施例

下文中，将参考附图描述根据本发明的自动聚焦方法的实施例。

图10是示出将应用于本发明实施例的八个活动窗口的简图。图11是示出用于每个透镜位置的相应活动窗口的自动聚焦值的变化的图表。图12是示出用于每一步的全部自动聚焦值的变化的图表。图13是示出根据本发明实施例的自动聚焦算法的运算实例的图表。

图10示出了用于本实施例的多个活动窗口W11、W14、W22、W23、W32、W33、W41、和W44。在各个活动窗口中测量自动聚焦值。表1示出了与对应于透镜位置的步相关的结果，其中，在各个活动窗口中测量自动聚焦值。

表1

	活动窗口11	活动窗口14	活动窗口22	活动窗口23	活动窗口32	活动窗口33	活动窗口41	活动窗口44	自动聚焦值
										初始位置	0.15	0.17	0.2	0.21	0.22	0.23	0.25	0.19	1.62
步I	0.152	0.172	0.202	0.212	0.222	0.232	0.252	0.192	1.636
										步II	0.155	0.175	0.205	0.215	0.225	0.23	0.25	0.19	1.645
步III	0.16	0.2	0.22	0.23	0.245	0.25	0.26	0.2	1.765
										步IV	0.18	0.235	0.25	0.27	0.30	0.26	0.27	0.205	1.97
步V	0.19	0.24	0.28	0.285	0.33	0.35	0.28	0.23	2.185
										步VI	0.262	0.362	0.42	0.442	0.452	0.52	0.362	0.322	3.142
步VII	0.255	0.355	0.355	0.44	0.445	0.495	0.355	0.32	3.02
										步VIII	0.15	0.28	0.3	0.38	0.32	0.33	0.23	0.25	2.24
步IV	0.14	0.24	0.29	0.32	0.3	0.31	0.21	0.22	2.03
										步X	0.13	0.2	0.26	0.25	0.28	0.25	0.2	0.18	1.755

在表1中，列表示用于测量自动聚焦值的活动窗口，而行表示在活动窗口中测量的透镜位置(即，步)。写在最后一列的自动聚焦值表示通过图6所示的流程图计算出来的自动聚焦值。

图11是示出用于每一透镜位置(步)的八个相应活动窗口处的自动聚焦值的变化的图表。图12是示出用于搜索峰值(最大自动聚焦值)的曲线的图表。该曲线示出了通过利用活动窗口中的测量结果计算出来的自动聚焦值(对应于表1的最后一列)的变化。

利用上述的表达式1计算对应于表1的最后一列的自动聚焦值。在本实施例中，可以通过表达式4来表示用于每步的自动聚焦值。在本实施例中，将相同的为“1”的权重ω分配给所有的活动窗口，且表达式4中的W_ij对应于在各个活动窗口中测量的自动聚焦值。

[表达式4]

自动聚焦值＝ω·W₁₁+ω·W₁₄+ω·W₂₂+ω·W₂₃+ω·W₃₂+ω·W₃₃+ω·W₄₁+ω·W₄₄

在下表2中，描述了对应于在图8的流程图中计算出来的自动聚焦值的变化率的斜率。

表2

在初始化之后，第一次并没有计算斜率，而是选择了很小的步长。

在第二步(II)，其自动聚焦值(1.636)大于第一步的自动聚焦值(1.62)。因此，将最大的自动聚焦值AF_max更新为“1.636”，并记录来自位置检测传感器的位置值。

如图5中所示，通过表达式5利用第一和第二步的自动聚焦值来计算下一个斜率。

[表达式5]

此处，可以通过表达式3(步长＝步(步的#)×恒定位移)来表示步长。

在本实施例中，将恒定位移限定为“1”，并将步数限定如下：

关于粗调步的步数：3

关于中等调步的步数：2

关于细调步的步数：1

同时，将对应于图8中所示的参考值的阈值A和B限定如下：

A＝0.05，且B＝0.15

由于在表达式5中计算出来的斜率为“0.016”，因此其小于阈值A。因此，如图8中所示，将步长选择为粗调步“C”。然后，通过如表达式6(考虑“步长＝3”)的算法计算新斜率。

[表达式6]

由于新的自动聚焦值大于前一自动聚焦值，因此将最大AF_max和关于该最大自动聚焦值AF_max的透镜位置更新为新值。此外，由于计算出来的斜率对应于介于阈值A和B之间的值，因此，将步长选择为中等调步“M”。类似地，通过如表达式7(考虑“步长＝2”)的算法计算新斜率。

[表达式7]

在自动聚焦值接近大于前一步的自动聚焦值的值之后，计算斜率以调节下一个步长。由于通过表达式7计算出来的斜率大于阈值B，因此将步长选择为细调步“F”。类似地，通过考虑“步长＝1”的算法计算新斜率。

然而，当通过一步来进一步移动透镜时，检测到“AF_max＞AF_cur”。然后，该算法检测峰值。因此，不必再计算斜率。

在检测到峰值以后，向后移动透镜直到其接近对应于最大自动聚焦值的位置。优选地，由于将最佳聚焦位置作为来自位置检测传感器的值来记录，因此可以解决校正超调过程中的反冲问题。

图13是示出根据本实施例的自动聚焦算法的运算实例的图表。如图13中所示，在根据本实施例的自动聚焦算法中，可以只通过①到⑤的五个步骤就使自动聚焦值接近最大自动聚焦值。最后一步⑤对应于向后移动。在这种情况中，不执行焦距测量。此外，如上所述，优选地通过利用来自位置检测传感器的输出值来执行向后移动。

根据自动聚焦方法及使用其的自动聚焦装置，通过很小数量的步在很短的时间内执行自动聚焦，从而可以减少自动聚焦时间。

近来，在移动电话、智能电话、和PDA中越来越多地使用具有增强的图像质量和低功耗的CMOS图像传感器。在本发明中，可以解决由于CMOS图像传感器的低帧率造成的自动聚焦时间延长长的问题。

此外，为了计算自动聚焦值，设置了多个对其分配了权重的活动窗口。因此，可以解决将焦点调节到背景景象上的问题。

尽管已经示出并描述了本发明的几个实施例，但本领域的技术人员应该理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下，在所附权利要求及其等效物限定的范围内，可以对这些实施例做各种改变。

Claims (15)

1.一种自动聚焦方法，包括：

设置包括中心窗口和所述中心窗口周围的多个外围窗口的多个活动窗口，并向所述多个活动窗口分配权重，以计算用于每步的自动聚焦值；

根据计算出来的用于每步的所述自动聚焦值，计算前一步和当前步之间的自动聚焦值的变化率；

将计算出来的自动聚焦值的变化率与预置的自动聚焦参考值进行比较，然后根据比较结果改变步长；

将透镜移动到对应于改变后的步长的位置；

重复从设置所述多个活动窗口到移动所述透镜的上述步骤，直到所述前一步的所述自动聚焦值变得大于所述当前步的所述自动聚焦值，然后确定是否检测到了所述最大自动聚焦值；以及

将所述透镜移动到对应于所述最大自动聚焦值的位置。

2.根据权利要求1所述的自动聚焦方法，其中，在将所述透镜移动到对应于所述最大自动聚焦值的位置的过程中，将所述最大自动聚焦值设置为与所述前一步的所述自动聚焦值对应，并且将所述透镜移动到对应于所述前一步的所述自动聚焦值的位置。

3.根据权利要求1所述的自动聚焦方法，进一步包括：在将所述透镜移动到对应于所述最大自动聚焦值的位置的过程中，确定是否将所述透镜移动到对应于所述最大聚焦值的位置。

4.根据权利要求1所述的自动聚焦方法，其中，通过下列等式计算所述前一步和所述当前步之间的自动聚焦值的变化率：

5.根据权利要求4所述的自动聚焦方法，其中，所述预置的自动聚焦参考值是两个互不相同的阈值。

6.根据权利要求5所述的自动聚焦方法，其中，在比较所计算出来的变化率的过程中，对所计算出来的自动聚焦值的变化率和所述阈值进行比较，以根据所述比较结果将步长选择为细调步长、中等调步长、以及粗调步长中的任一个。

7.根据权利要求4所述的自动聚焦方法，其中，比较所计算出来的变化率进一步包括：当所述前一步和所述当前步之间的自动聚焦值的变化率具有负值时，确定所述自动聚焦值是否掠过所述峰值。

8.根据权利要求1所述的自动聚焦方法，其中，当移动所述透镜时，检测并存储所述移动后的透镜的位置。

9.根据权利要求1所述的自动聚焦方法，其中，所述多个活动窗口中的所述中心窗口包括多个分割的区域(窗口)。

10.根据权利要求9所述的自动聚焦方法，其中，向对应于多个中心窗口的所有区域分配权重，并向所述多个外围窗口中的至少一个分配权重。

11.根据权利要求1所述的自动聚焦方法，其中，将分配给所述活动窗口的所述权重设置为互不相同。

12.一种自动聚焦装置，包括：

透镜部，光信号入射其上，所述透镜部具有能够垂直移动的聚焦透镜；

图像传感器和ISP部，用于接收入射到所述透镜部上的所述光信号，以将其转换为电信号，然后输出数字化的图像数据；

自动聚焦数字信号处理部，包括：

光学检测模块，用于接收来自所述图像传感器和ISP部的所述图像数据，以提取预定图像分量；设置包括中心窗口和所述中心窗口周围的多个外围窗口的多个活动窗口；以及向所述多个活动窗口分配权重，以对所述预定图像分量进行积分来计算自动聚焦值；以及

CPU，用于接收来自所述光学检测模块的所述自动聚焦值，并在根据所述自动聚焦值垂直驱动所述透镜部的所述透镜的同时，计算最大自动聚焦值，所述CPU执行自动聚焦算法，在所述算法中，计算前一步和当前步之间的自动聚焦值的变化率，然后将其与预置的自动聚焦参考值进行比较，以根据比较结果来控制步长的变化；以及

驱动部，用于根据所述自动聚焦数字信号处理部的控制信号来驱动所述透镜部的所述聚焦透镜。

13.根据权利要求12所述的自动聚焦装置，其中，所述光学检测模块包括：

高通滤波器，用于接收来自所述图像传感器和ISP部的图像数据，以提取预定图像分量；

积分器，用于接收从所述高通滤波器提取的所述预定图像分量，并对与各个所述活动窗口有关的图像分量进行积分和输出，其中，所述活动窗口包括所述中心窗口和所述外围窗口；以及

活动区域设置部，用于将所述多个活动窗口的开始和结束地址传送至所述积分器。

14.根据权利要求12所述的自动聚焦装置，进一步包括：

位置检测传感器，用于确定所述透镜是否被移动至对应于所述最大自动聚焦值的位置。

15.根据权利要求12所述的自动聚焦装置，

其中，所述预定图像分量是边缘分量、Y-分量、以及具有最大值的Y-分量中的任何一个。

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