CN101536492B - 自动对焦数字照相机中的图像捕获 - Google Patents

Abstract

在具有两阶段捕获按钮或者三阶段捕获按钮的AF照相机中，使用定时控制模块或者算法来控制用户按下以及释放捕获按钮后用户可以获取的图像的类型。定时控制允许用户捕获场景的图像，所述场景的图像基本上是当自动对焦算法执行其对焦功能时呈现在取景器上的图像，或者捕获在对焦功能完成之后已重新构图的场景的图像。如果用户在自动对焦算法结束其对焦功能之前释放捕获按钮，所获取的图像是对焦于超焦距处的图像。

Description

自动对焦数字照相机中的图像捕获

相关申请的优先权及交叉引用

本申请要求于2006年11月10日提交的系列号为No.11/598,219的美国专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及数字照相机，以及更具体地，涉及具有自动对焦特征的数字照相机。

背景技术

在数字照相机以及具有成像功能的移动终端中，通常使用自动对焦(AF)照相机模块。在用于图像捕获的那些照相机模块中还经常使用自动对焦算法。许多现有的自动对焦算法在图像捕获中依赖于超焦距(hyperfocal distance)对焦。在摄影术中，景深(DOF)定义为表现为焦点对准的对象前后的距离。超焦距是这样的距离，即，如果照相机对焦于该距离，则从所对焦距离的一半到无限远的所有对象将落入DOF以内。

通常，移动成像电话中的DOF非常大，这是由于照相机模块具有小的物理尺寸以及小的镜头光圈。在典型的移动AF照相机模块中，超焦距大约是2m(80英寸)。由此，当照相机在2m处对焦时，从1m至无限远处的所有对象均表现为处于焦点对准状态。出于这一原因，在超焦距处对焦可以处理大多数的图像捕获情况。

然而，具有自动对焦算法的AF照相机存在多个问题。这些问题还依赖于照相机是否使用两阶段捕获按钮或者三阶段捕获按钮。在具有三阶段捕获按钮的照相机中，第一阶段是未按下捕获按钮；第二阶段是出于对焦目的而半按下捕获按钮；而第三阶段是为图像捕获而将捕获按钮完全按下。在具有两阶段捕获按钮的照相机中，一个阶段是未按下捕获按钮，而另一阶段是为图像捕获而按下捕获按钮。

与自动对焦算法相关联的一个问题在于，AF照相机中快门延迟较长。在可以捕获图像之前用户需要等待自动对焦算法完成。由于这一等待，则可能错过期望捕获的瞬间。对于这一问题的现有方案是，如果在AF算法已经完成搜索最佳焦距之前完全按下了捕获按钮，则以当前的焦距来捕获图像，或者将焦点移动至超焦距然后捕获图像。

另一问题在于，当完全按下三阶段捕获按钮以捕获图像时出现的照相机抖动。当在需要足够长曝光时间的室内和其他低光线条件下拍摄照片时，照相机抖动通常导致模糊的图像。在典型的AF照相机中，在已经完全按下捕获按钮之后捕获一个或者多个帧，并且照相机在按下捕获按钮之后的多个帧期间可能出现抖动。在完全按下捕获按钮之后立刻捕获的图像中非常可能出现运动模糊。因为第三阶段按钮的按下比第二阶段按钮的按下需要更大的力，所以照相机更容易抖动。作为该问题的解决方案，指导用户在较低光线条件下，即使在按下捕获按钮时也要尽力保持照相机的稳定。

此外，在某些成像产品中，使用仅两阶段的捕获按钮。问题在于，如何利用此类捕获按钮控制AF和图像捕获。通常，当按下两阶段捕获按钮时，立刻启动自动对焦算法，但是直到自动对焦算法已经找到焦点时才捕获图像。这样，用户必须等待自动对焦算法结束。

对于运动对象的图像捕获、或者低光线情况下的图像捕获，现有的图像捕获方法可能是不理想的。由此，有利的是，提供一种图像捕获方法，该方法改进关于上述问题的性能以及质量。

发明内容

在具有两阶段捕获按钮或者三阶段捕获按钮的AF照相机中，使用定时控制模块或者算法，来控制在用户为拍摄照片而按下以及释放捕获按钮时用户可以获取的图像的类型。定时控制允许用户捕获在自动对焦算法执行其对焦功能时基本上呈现在取景器上的图像，或者捕获在对焦功能完成之后已重新构图的场景的图像。如果用户在自动对焦算法结束其对焦功能之前释放捕获按钮，所获取的图像是对焦于超焦距处的图像。根据本发明，在按下捕获按钮之后不久捕获的是对焦于超焦距处的原始图像。如果在自动对焦功能完成以及捕获第二原始图像之前释放了捕获按钮，则保存并且处理该原始图像。如果为重新构图的场景而捕获第三原始图像之前释放了捕获按钮，则保存并处理第二原始图像。这样，用户可以获取对焦于超焦距处的图像、常规AF图像或者已重新构图的场景的AF图像。在本发明的一个实施方式中，可以保存并处理所有三个原始图像。

由此，本发明的第一方面是一种在具有用于图像捕获的捕获按钮的照相机中的图像捕获方法，所述照相机包括：自动对焦模块，用于响应于按下所述捕获按钮来执行对焦功能。所述方法包括：

响应于按下所述捕获按钮，来在超焦距处捕获第一原始图像；

至少在所述对焦功能结束之前保持所述第一原始图像；

如果所述对焦功能结束之前释放所述捕获按钮，则处理所述第一原始图像；或者

在所述对焦功能结束之后捕获第二原始图像以覆盖(overwrite)所述第一原始图像，以及如果预定时段已经过期之前释放所述捕获按钮，则处理所述第二原始图像；或者

在所述预定时段已经过期之后捕获第三原始图像以覆盖所述第二原始图像。

所述方法可以在如下照相机中使用，所述照相机具有两阶段捕获按钮或者三阶段捕获按钮，所述三阶段捕获按钮可以在半按下位置以及完全按下位置操作。

利用三阶段捕获按钮，响应于将所述捕获按钮按下至所述半按下位置而捕获所述第一原始图像，以及如果在所述对焦功能结束之前，在释放所述捕获按钮之前将所述捕获按钮按下至所述完全按下位置，则处理所述第一原始图像。

有利的是，在所述对焦功能结束之后捕获第二原始图像以覆盖所述第一原始图像；以及如果在所述预定时段已经过期之前将所述捕获按钮按下至所述完全按下位置，则处理所述第二原始图像。

有利的是，如果在所述预定时段已经过期之后将所述捕获按钮按下至所述完全按下位置，则捕获第三原始图像。在本发明的一个实施方式中，如果在所述预定时段已经过期之后将所述捕获按钮按下至所述完全按下位置并且继而将其释放，则捕获第三原始图像以覆盖所述第二原始图像。

本发明的第二方面是一种用于与镜头结合使用的自动对焦照相机模块，配置用于在分离距离(separation distance)处在图像传感器上形成图像。所述模块包括：

驱动机构，可操作地连接至所述镜头和所述图像传感器中的一个，用于控制所述分离距离；

自动对焦控制器，可操作地连接至所述驱动机构，用于为对焦目的而改变分离距离，其中对焦控制器适用于响应于按下捕获按钮来执行对焦功能；以及

处理器，可操作地连接至所述对焦控制器以及所述图像传感器，其中处理器适用于执行如参考本发明的第一方面而描述的图像捕获方法。

本发明的第三方面是一种设备，诸如数字照相机、移动电话或者具有图像捕获功能的任何设备，其具有如参考本发明的第二方面而描述的自动对焦照相机模块。

本发明的第四方面是一种包括具有软件应用的计算机可读介质的软件应用产品，其中所述软件应用包括执行如参考本发明的第一方面而描述的图像捕获方法的程序代码。

结合图1至图8来阅读本说明书，本发明将变得清楚。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施方式的利用三阶段捕获按钮的图像捕获方法；

图2示出了根据本发明另一实施方式的利用三阶段捕获按钮的图像捕获方法；

图3示出了根据本发明不同实施方式的利用三阶段捕获按钮的图像捕获方法；

图4示出了根据本发明一个实施方式的利用二阶段捕获按钮的图像捕获方法；

图5示出了根据本发明另一实施方式的利用二阶段捕获按钮的图像捕获方法；

图6示出了根据本发明又一实施方式的利用二阶段捕获按钮的图像捕获方法；

图7示出了自动对焦照相机模块，其具有用于实现根据本发明的一个或者多个图像捕获方法的处理器；以及

图8示出了诸如移动终端的电子设备，其具有根据本发明的自动对焦模块。

具体实施方式

本发明将具有三阶段捕获按钮的照相机与具有两阶段捕获按钮的照相机区别对待。对于与具有三阶段捕获按钮的照相机，存在三个用例，并且对于具有两阶段捕获按钮的照相机，存在三个用例。

对于具有三阶段捕获按钮的照相机的三个用例中的每一个，图像捕获开始于共同步骤0至步骤3。步骤0是当打开照相机电源时开始的初始状态。初始状态包括运行取景功能并将焦点设置于超焦距处。步骤1定义为当为对焦而将捕获按钮半按下时。在步骤2，如初始状态中所设置，在超焦距处捕获图像的原始帧。在步骤3，自动对焦算法开始其对焦功能，并且取景功能继续运行。

在称作用例1并且在图1中示出的本发明的实施方式中，在步骤4处，可以完全按下或者释放捕获按钮。在步骤5处，处理并保存原始帧，并且用例在步骤6处结束。

在称作用例2并且在图2中示出的本发明的实施方式中，自动对焦算法在步骤4处结束其对焦功能。在步骤5处，捕获第二原始帧，以便覆盖先前捕获的原始帧。在步骤6处，使用声音或者目标标志颜色变化来向用户指示对焦锁定/失败。在步骤7处，时间计数器启动。在步骤8处，完全按下捕获按钮。在步骤9处，释放捕获按钮。在步骤10处，处理并且保存第二原始帧，并且用例在步骤11处结束。

在称作用例3并且在图3中示出的本发明的实施方式中，自动对焦算法在步骤4处结束其对焦功能。在步骤5处，捕获第二原始帧，以便覆盖先前捕获的原始帧。在步骤6处，使用声音或者目标标志颜色变化来向用户指示对焦锁定/失败。在步骤7处，时间计数器启动。在步骤8处，时间计数器达到例如0.75s的预定阈值时间。在步骤9处，使用声音或者目标标志颜色变化来向用户指示“重新构图状态”，以便允许用户在步骤10处对图像帧重新构图，同时保持相同的对焦距离。在步骤11处，完全按下捕获按钮。在步骤12处，释放捕获按钮。在步骤13处，捕获第三原始帧以便覆盖第二原始帧。在步骤14处，处理并保存第三原始帧，并且在用例在步骤15处结束。

用例1至用例3可以实现为图像设备的三个图像捕获模式，其允许用户在拍摄照片的任何时间来选择模式中的一种。然而，还可以利用一个自动模式来覆盖所有用例：如果在AF已经结束之前按下并且释放捕获按钮，则如在用例1中那样捕获图像。如果用户有时间等待直到AF已经结束才按下并释放捕获按钮，则如用例2中那样捕获图像。并且最后，如果在AF已经结束之后，用户等待比上文所述的预定时段更长的时间，则照相机将切换至重新构图状态，并且如用例3中那样捕获图像。此类自动操作是可行的，因为用例的开始通常与先前用例的开始是相同的，并且不同的用例由用户按下以及释放捕获按钮的时刻来分开。即，用例2在步骤4处开始不同于用例1，并且用例3在步骤8处开始与用例2有所不同。

在针对具有两阶段捕获按钮的照相机的三个用例中的每个用例中，图像捕获从共同步骤0至步骤3开始。步骤0是当打开照相机电源时开始的初始状态。初始状态包括运行取景功能并将焦点设置于超焦距处。步骤1定义为按下捕获按钮时。在步骤2，如初始状态中所设置，在超焦距处捕获图像的原始帧。在步骤3，自动对焦算法开始其对焦功能，并且取景功能继续运行。

在称作用例4并在图4中示出的本发明的实施方式中，在步骤4处，释放捕获按钮。在步骤5处，处理并保存原始帧，并且用例在步骤6处结束。

在称作用例5并在图5中示出的本发明的实施方式中，在步骤4处，自动对焦算法结束其对焦功能。在步骤5处，捕获第二原始帧，以覆盖先前捕获的原始帧。在步骤6处，使用声音或者目标标志颜色变化来向用户指示对焦锁定/失败。在步骤7处，时间计数器启动。在步骤8处，释放捕获按钮。在步骤9处，处理并保存第二原始帧，并且用例在步骤10处结束。

在称作用例6并且在图6中示出的本发明的实施方式中，自动对焦算法在步骤4处结束其对焦功能。在步骤5处，捕获第二原始帧，以便覆盖先前捕获的原始帧。在步骤6处，使用声音或者目标标志颜色变化来向用户指示对焦锁定/失败。在步骤7处，时间计数器启动。在步骤8处，时间计数器达到例如0.75s的预定阈值时间。在步骤9处，使用声音或者目标标志颜色变化来向用户指示“重新构图状态”，以便允许用户在步骤10处对图像帧重新构图。在步骤11处，释放捕获按钮。在步骤12处，捕获第三原始帧以便覆盖第二原始帧。在步骤13处，处理并保存第三原始帧，并且在用例在步骤14处结束。

用例4至用例6可以实现为图像设备的三个图像捕获模式，其允许用户在拍摄照片的任何时间来选择模式中的一种。然而，还可以利用一个自动模式来覆盖所有用例，其类似于上述三阶段按钮用例1至用例3中的实现。例如，如果用户在AF结束之前完全按下并且释放捕获按钮，则结果是，如在用例4中那样保存并处理原始帧1。如果用户在捕获原始帧2之后不久完全按下捕获按钮并且将该捕获按钮释放，则结果是，如在用例5中那样保存并处理原始帧2。如果用户在重新构图状态之后完全按下捕获按钮并将其释放，则结果是用例6的情况。

根据本发明的不同实施方式，在用例3和用例6中保存和处理原始帧1和2，并且将所处理的帧1、帧2和帧3进行存储，这是可行的。这样，通过实现用例3或者用例6中步骤，用户能够具有在超焦距处捕获一个已处理图像、一个已处理的常规AF图像以及一个重新构图的AF图像。

总之，根据本发明各种实施方式的图像捕获方法，通过使用超焦距、以及通过甚至在启动自动对焦算法之前捕获原始图像降低了捕获延迟。根据用例来处理并保存或者覆盖该原始图像。利用这一特征，不必等待直到自动对焦完成才进行图像捕获。由此，在用例1、2、4和5中，甚至在完全按下捕获按钮之前捕获图像，并且由此，可以降低与自动对焦算法所涉及计算相关联的快门延迟问题。

此外，可以降低通常与按下捕获按钮相关联的照相机抖动问题。在用例1、2、4和5中，当将捕获按钮按下一半时已经捕获了图像。通常，按下一半通常不会导致照相机产生与完全按下相同的抖动。在用例3和用例6中，可以在释放捕获按钮后捕获图像。释放捕获按钮通常不会导致照相机产生与按下捕获按钮同样的抖动。在具有两阶段捕获按钮的自动对焦照相机中，可以支持快速图像捕获。

利用本发明的各种实施方式，可以保持对焦和重新构图技术以及预对焦的共同特征。照相机易于使用，并且用户不需要学习任何新的照片拍摄技巧以便产生良好的图像。

利用本发明的所有优点，照相机模块仅需要存储器缓冲器来存储一个原始帧，即，第一原始帧或者第二原始帧。

本发明可以在如图7中所示的自动对焦照相机模块中实现。如图7中所示，模块包括用于在图像传感器上成像的镜头。通过处理器控制的自动对焦机构来驱动镜头或者图像传感器。处理器包括软件应用产品，其包括用于实现如图1至图6中所示至少某些步骤的自动对焦算法。模块还包括存储器，以便存储原始图像或者已处理图像，以及图像显示器，其还可以用作取景器。处理器可操作地连接至用于发起图像捕获处理的捕获按钮。

由此，根据本发明的一个实施方式，自动对焦照相机模块可以包括：驱动机构，可操作地连接至镜头和图像传感器中的一个，用于控制分离距离；自动对焦控制器，可操作地连接至驱动机构，用于为对焦目的而改变分离距离，其中对焦控制器适用于响应于按下捕获按钮来执行对焦功能；以及处理器，可操作地连接至对焦控制器以及图像传感器，其中处理器适用于响应于按下捕获按钮，来在超焦距处捕获第一原始图像；以及至少在结束对焦功能之前保持原始图像。如果在结束对焦功能之前释放了捕获按钮，则处理原始图像。

处理器还适用于在结束对焦功能之后捕获第二原始图像以覆盖所述原始图像，并且用于如果在预定时间已经过期之前释放捕获按钮，则处理第二原始图像。此外，响应于释放捕获按钮，在预定时段已经过期之后捕获第三原始图像以覆盖第二原始图像。

如果捕获按钮是可以在半按下位置和完全按下位置操作的三阶段按钮，则响应于将捕获按钮按下至半按下位置来捕获第一原始图像；以及在所述对焦功能结束之前，在释放所述捕获按钮之前将所述捕获按钮按下至所述完全按下位置来处理所述第一原始图像。

自动对焦照相机模块进一步包括计时模块，用于响应于结束对焦功能来开始预定时段。计时模块是定时器或者软件程序，以便在结束对焦功能之后记录时间。处理器还适用于在结束对焦功能之后捕获第二原始图像以覆盖第一原始图像；并且如果在预定时段已经过期之前将捕获按钮按下至完全按下位置，则处理第二原始图像。此外，在预定时段已经过期之后将捕获按钮按下至完全按下位置的情况下，捕获第三原始图像。

如图7中所绘出，软件应用产品或者AF算法可以包括计算机可读介质以存储软件应用。软件应用包括用于执行以下的程序代码：响应于按下捕获按钮，在超焦距处捕获第一原始图像；以及至少在结束对焦功能之前保持第一原始图像。如果在结束对焦功能之前释放捕获按钮，则使用程序代码启动对第一原始图像的处理。软件应用还具有用于执行如下的程序代码：在结束对焦功能之后捕获第二原始图像以覆盖所述原始图像，以及如果在预定时段已经过期之前释放捕获按钮，则启动对第二原始图像的处理。预定时段可以响应于对焦功能结束来由程序代码开始。此外，软件应用还具有用于执行以下的程序代码：响应于释放捕获按钮，在预定时段已经过期之后捕获第三原始图像来覆盖第二原始图像。

图8示出了包括根据本发明的自动对焦照相机模块的电子设备，诸如移动电话。然而，可以在数字照相机以及在其他便携式电子设备、通信设备等中使用自动对焦照相机模块。

由此，尽管已经针对其中的一个或者多个实施方式描述了本发明，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，在其形式和细节中可以进行上述的以及各种其他变化、省略和变异。

Claims (20)

1.一种用于照相机中的图像捕获的方法，所述方法包括：

响应于按下所述照相机的捕获按钮，在超焦距处捕获第一原始图像，所述照相机适于响应于按下所述捕获按钮来执行对焦功能；

至少在所述对焦功能结束之前保持所述第一原始图像，以及

如果在所述对焦功能结束之前释放所述捕获按钮，则处理所述第一原始图像，否则

在所述对焦功能结束之后捕获覆盖所述第一原始图像的第二原始图像。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括

响应于所述对焦功能结束而开始预定时段；以及

如果在所述预定时段已经过期之前释放了所述捕获按钮，则处理所述第二原始图像；否则

响应于释放所述捕获按钮，在所述预定时段已经过期之后捕获第三原始图像。

3.根据权利要求2所述的方法，包括

所述第三原始图像的捕获覆盖所述第二原始图像；以及

处理所述第三原始图像。

4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

处理所述第二原始图像以及所述第三原始图像。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述捕获按钮包括三阶段捕获按钮，其可以在半按下位置以及完全按下位置操作，以及其中

所述第一原始图像的捕获是响应于将所述捕获按钮按下至所述半按下位置，以及

所述第一原始图像的处理是响应于所述捕获按钮按下至所述完全按下位置来执行的。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中所述捕获按钮包括三阶段捕获按钮，其可以在半按下位置以及完全按下位置操作，以及其中所述第二原始图像的处理在将所述捕获按钮按下至所述完全按下位置之后并且在所述预定时段已经过期之前。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，进一步包括

在所述对焦功能结束之后指示所述对焦功能完成。

8.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，进一步包括

当所述预定时段已经过期时指示重新构图状态。

9.一种用于在照相机中使用的模块，所述模块包括：

自动对焦控制机构，配置为响应于按下捕获按钮来执行对焦功能以便在所述照相机中进行图像捕获，所述模块包括：

处理器，适用于：

响应于按下所述捕获按钮，在超焦距处捕获第一原始图像；

至少在结束对焦功能之前保持所述第一原始图像，以及

如果在所述对焦功能结束之前释放所述捕获按钮，则处理所述第一原始图像；否则

在所述对焦功能结束之后捕获覆盖所述第一原始图像的第二原始图像。

10.根据权利要求9所述的模块，进一步包括计时模块，用于响应于所述对焦功能结束而开始预定时段，其中所述处理器进一步适用于：

如果在所述预定时段已经过期之前释放了所述捕获按钮，则处理所述第二原始图像；否则

响应于释放所述捕获按钮，在所述预定时段已经过期之后捕获第三原始图像。

11.根据权利要求10所述的模块，其中所述处理器进一步适用于使得所述第三原始图像覆盖所述第二原始图像，并且处理所述第三原始图像。

12.根据权利要求10所述的模块，其中所述处理器进一步适用于处理所述第二原始图像和第三原始图像。

13.根据权利要求9-12中任一项所述的模块，其中所述捕获按钮包括三阶段捕获按钮，其可以在半按下位置以及完全按下位置操作，以及其中

响应于将所述捕获按钮按下至所述半按下位置而捕获所述第一原始图像，以及

响应于将所述捕获按钮按下至所述完全按下位置执行处理所述第一原始图像。

14.根据权利要求10-12中任一项所述的模块，其中所述捕获按钮包括三阶段捕获按钮，其可以在半按下位置以及完全按下位置操作，以及其中所述第二原始图像的处理在将所述捕获按钮按下至所述完全按下位置之后并且在所述预定时段已经过期之前。

15.一种用于在照相机中使用的模块，所述模块包括：

装置，用于响应于按下捕获按钮来执行所述照相机中的对焦功能，所述模块包括：

装置，用于响应于按下所述捕获按钮，在超焦距处捕获第一原始图像以及至少在结束对焦功能之前保持所述第一原始图像；以及，如果在所述对焦功能结束之后释放所述捕获按钮，则捕获覆盖所述第一原始的第二原始图像；以及

装置，用于如果在所述对焦功能结束之前释放所述捕获按钮，则处理所述第一原始图像。

16.根据权利要求15所述的模块，其中

响应于所述对焦功能结束而开始预定时段，如果在所述预定时段已经过期之前释放所述捕获按钮，则用于处理的所述装置适用于处理第二图像，以及

如果在所述预定时段已经过期之后释放所述捕获按钮，则用于捕获的所述装置适用于响应于释放所述捕获按钮来捕获第三原始图像。

17.根据权利要求15所述的模块，进一步包括：

装置，用于在所述对焦功能结束之后指示所述对焦功能完成。

18.根据权利要求16所述的模块，进一步包括

装置，用于当所述预定时段已经过期时指示重新构图状态。

19.一种数字照相机，包括根据权利要求9-12以及15-18中任一项所述的模块。

20.一种移动电话，包括根据权利要求9-12以及15-18中任一项所述的模块。

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