具体实施方式
〔第一实施例〕
请参照图1所绘示的运算装置实施例的方块图。运算装置1包括影像接收单元10、投影单元12及处理单元14。投影单元12还包括投影透镜120及驱动单元122。处理单元14则过包括清晰度运算单元140、控制单元142及寄存单元144。影像接收单元10及投影单元12分别耦接处理单元14。其中,清晰度运算单元140分别耦接影像接收单元10、控制单元142及寄存单元144。控制单元142还耦接投影单元12的驱动单元122。投影单元12的投影透镜120则与驱动单元122机械连接。
本实施例的运算装置1可为笔记型计算机、移动电话、个人数字助理等可携式移动装置。运算装置1可利用处理单元14控制投影单元12将影像投射到投影面,以输出经过处理单元14所处理的信息。投影面可为白板、布幕、墙面等可供显示影像的物件。投影单元12的投影透镜120可受驱动单元122的带动,而沿着光轴在不同的投影位置之间线性移动。投射在投影面的影像的清晰度易因投影透镜120所在的投影位置不同而受影响,当投影透镜120的投影位置越接近焦点,投射出来的影像越清晰,反之则越模糊。
为了让投射在投影面的影像画面可自动调整到最清晰的状态,处理单元14可控制投影单元12的投影透镜120沿着光轴依序在多个投影位置投射影像,以及控制影像接收单元10撷取投影单元12投射在投影面的多个影像,并处理被撷取的多个影像以从中找出最适当的投影位置,使投影单 元12可移动到最适当的投影位置而投射出最清晰的影像。处理单元14的清晰度运算单元140分析影像接收单元10所撷取的多个影像的清晰度,以找出具有最大清晰度的其中一个影像。清晰度运算单元140分析出的每个影像的清晰度值和每个影像对应的投影位置可寄存在寄存单元144。控制单元142根据具有最大清晰度的影像所对应的投影位置控制驱动单元122,让驱动单元122带动投影透镜120移动到所述的投影位置,藉此使投影透镜120投射出最清晰的影像。
影像接收单元10可设置在运算装置1的装置表面,用以撷取外部的影像。影像接收单元10可根据处理单元14的控制,在投影单元12的投影透镜120从不同投影位置投射多个清晰度不同的影像到投影面时,接收每个投射在投影面上的影像的至少一部分,产生清晰度不同的多个候选影像,并将所接收的候选影像转换成影像讯号传送到处理单元14。影像讯号中可包括影像接收单元10中的感测元件所感测到的像素数据。影像接收单元10可为微型相机模块(CCM)、电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄影机等可用以接收影像的装置。
投影单元12亦可设置在运算装置1的表面,根据处理单元14的指示而投射影像画面。其中,用以带动投影透镜120移动的驱动单元122可为微致动器(actuator)或步进马达,用以根据来自处理单元14的指示,将讯号转换成机械的动作,并由步进马达根据指示渐次地移动投影透镜120的投影位置,使投影透镜120可反复地进行往返地运动,而投射出清晰度不同的影像。
处理单元14除了控制投影单元12投射出影像画面,以及控制影像接收单元10在投影单元12投影时接收候选影像之外,还可执行一组程序码以运算不同候选影像的清晰度,并且找出具有最大清晰度的其中一个影像以作为焦点影像,并且控制投影单元12将投影透镜120移动到焦点影像所对应的投影位置投影,藉以在投影面投射出最清楚易辨识的影像画面。
其中,清晰度运算单元140依照影像接收单元10接收候选影像的顺序,一一撷取候选影像的讯号,并可将各个候选影像的讯号寄存在寄存单元144当中以待运算及分析。投影透镜120是根据处理单元14的控制而在多个投影位置上依序前进或后退,当投影透镜120在移动的过程中逐渐靠近焦点所在的位置时,依序投射出来的每个影像画面都会比前一画面更清楚;反 之,当投影透镜120因移动而远离焦点时,每次投射出来的影像画面也会比前一画面显得更模糊。
清晰度运算单元140可根据程序码执行对比式(contrast)对焦演算以寻找出投影位置落在焦点的焦点影像。清晰度运算单元140可从寄存的多个候选影像讯号中选取数个候选影像,并分别运算及比对各个被选取候选影像的清晰度,藉以判断影像清晰度的变化趋势,进而寻找出具有最大清晰度的候选影像及其对应的投影位置;所述具有最大清晰度的候选影像即是焦点影像,而焦点影像所对应的投影位置为一焦点位置,亦即为焦点所在。
清晰度运算单元140执行的对比式对焦演算法中,可从寄存单元144中先选取两个先后撷取的候选影像,并分别计算此二个候选影像的像素数据,以个别获得对应的清晰度值;所述的清晰度值在例如为候选影像的像素对比差值。清晰度运算单元140进一步比对二个候选影像的清晰度值后,往清晰度值可能提高的方向再选取另一候选影像进行计算和比对;换言之,就是往两个候选影像中具有较高清晰度的候选影像的方向选取。若再度选取的候选影像的清晰度值又比先前所选取的候选影像的清晰度值更高,代表清晰度运算单元140所选取的候选影像对应的投影位置越来越接近焦点;反之,当比对候选影像的清晰度,发现再选取的候选影像的清晰度较前一个被选取的候选影像的清晰度低时,代表最近一次选取的候选影像所对应的投影位置,已经超过焦点所在。
当投影透镜120所在的投影位置远离焦点时,投射出来的影像易呈现模糊的画面,因此被撷取的相对应候选影像中各像素值较为接近,像素之间的对比差值较小;而投影透镜120越接近焦点,投射出来的影像画面越清晰,相对应的候选影像中,各个像素较精确地对应到不同的色彩与明暗度,因此像素之间的对比差值较大。故而,当比对二个候选影像的清晰度值而发现其中一个候选影像的清晰度大于另一个候选影像的清晰度时,可判断焦点影像所在的位置为偏向具有较大清晰度的候选影像的一侧。
请参照图2所绘示的投影位置与候选影像的对比差座标示意图,其中横轴代表清晰度运算单元140依照影像接收单元10接收顺序而依序撷取的候选影像;纵轴则代表候选影像的像素对比差;另外,与横轴平行的光轴L则用以供投影透镜120在其上的多个投影位置移动,每一投影位置对应到 横轴上的一个候选影像。清晰度运算单元140从多个候选影像中先选取二个候选影像进行计算和比对,在本例中,被选取的影像分别为图2所示的候选影像A与候选影像B,其中,候选影像B的对比差大于候选影像A的对比差。清晰度运算单元140可将具有对比差较小的候选影像A作为第一影像,而具有较大对比差的候选影像B视为第二影像,并且将第一影像与第二影像之间所包括的投影位置的范围定义为第一区段。
清晰度运算单元140计算并比对后可判断应在远离候选影像A而接近候选影像B之处再选取另一候选影像进行运算及比对。在本例中,清晰度运算单元140可选取第三影像,如图2所示的候选影像C,而与前次比对结果中具有较大清晰度的第二影像进行比对;其中,候选影像B的投影位置介于候选影像A与候选影像C之间,而第二影像与第三影像之间所包括的投影位置的范围定义为第二区段。当清晰度运算单元140比对后判断出候选影像C的对比差小于候选影像B的对比差,代表候选影像C所对应的投影位置已经超过了焦点所在。焦点所在的投影位置可能座落于候选影像B及C之间。故清晰度运算单元140再于候选影像B及C之间选取新的第三影像以缩小第二区段的范围,例如选取图2所示的候选影像D,并再次比对从第二影像到第三影像的清晰度变化。
当比对出第二影像的清晰度仍大于新选取的第三影像时,改处理第一影像与第二影像之间的比对。清晰度运算单元140在候选影像A与B之间,再选取新的第一影像与原第二影像进行清晰度的比对。本例中所选取的新第一影像如图2所示的候选影像E,并计算及比对候选影像E与B的清晰度。若候选影像E的清晰度仍小于候选影像B,则再于第一区段中选取另一新的第一影像,如图2所示的候选影像F,以缩小第一区段的范围后再度比对。若第二影像的清晰度仍然大于新选取的第一影像的清晰度,则再返回对第二区段的影像进行比对,以逐渐逼近对应到焦点的候选影像及其投影位置。
清晰度运算单元140再于第二区段间选取新的第三影像,如图2所示的候选影像G,以便与第二影像进行像素对比差的比对。在本例中,新选取的第三影像的对比差大于第二影像,清晰度运算单元140因此而可判断焦点影像系介于由候选影像B与候选影像G所涵盖的第二区段之间。清晰度运算单元140确认焦点影像的投影位置之后可将候选影像B及G分别作为第一及第三影像,并在候选影像B及G之间再选取一候选影像为第二影像, 再度进行比对以缩小焦点位置所在的范围,最后获得一候选影像X,其对应的清晰度值在第二区段中大于所有其他候选影像的清晰度值。此时清晰度运算单元140可判断候选影像X所对应的投影位置为焦点位置。
藉此,清晰度运算单元140可利用所撷取到的多个候选影像,以三点比对的手段,每次比较第一、第二及第三影像的清晰度值,以逼近所有候选影像中具有最大对比差的候选影像,并以所述具有最大对比差的候选影像为对焦影像,且其所对应的投影位置即为焦点所在的位置。
由于投影单元12是受处理单元14的控制而在不同的投影位置投影,故清晰度运算单元140可在撷取候选影像时,一并将每一候选影像所对应的投影位置相对应地寄存在寄存单元144中,以更清晰度运算单元140一比对出具有最大清晰度的候选影像为焦点影像时,亦可立刻得知所述焦点影像的投影位置。
连接于清晰度运算单元140的控制单元142可接收清晰度运算单元140的通知,并根据焦点影像的投影位置产生控制讯号。所述的控制讯号将传送到投影单元12的驱动单元122。驱动单元122可为可将电气讯号转换为机械动作的致动器(如微致动器)或马达(如步进马达),用以根据控制讯号所指示的投影位置驱动投影透镜120,使投影透镜120最后能移动到焦点影像所对应的投影位置,也就是处理单元12所要寻找的焦点位置。藉此,投影透镜120可在焦点上投射出最清晰的影像画面。
清晰度运算单元140在计算及比对候选影像,并找出对焦影像的投影位置后,可暂停执行撷取影像及计算比对影像的程序码。但由于运算装置1或投影面可能因移动使原先获得的焦点位置失效,投影透镜120必须重新调整其投影位置以获得较佳的投影结果。
本实施例中,处理单元14还可包括计时单元146,耦接于清晰度运算单元140与控制单元142之间。其中,当控制单元142产生控制讯号时,还可进一步产生另一驱动讯号给计时单元146,使计时单元146开始根据一段预设时间长度进行计时,例如10秒钟。当计时单元146的预设时间到达时,可产生启动讯号给清晰度运算单元140,以通知清晰度运算单元140再度进行候选影像的撷取与比对。
因此,清晰度运算单元140接收到计时单元146所传输的启动讯号时,处理单元14可再控制投影单元12让投影透镜120依序在多个投影位置移 动,而清晰度运算单元140可再次执行程序码重行进行撷取候选影像及选取、计算和比对候选影像的操作,以再度获得具有最大清晰度的候选影像所对应的投影位置。
〔第二实施例〕
请参阅图3,图3绘制了本发明提供的一种投影自动对焦方法实施例的流程。本实施例的流程可在如图1所示的一种具摄影成像功能的运算装置1上实施,因此请一并参照图1的方块图以利理解。
本实施例的流程步骤,主要由运算装置1的处理单元14进行控制,包括由处理单元14控制投影单元12去驱动投影透镜120沿着光轴在多个投影位置线性地移动并投射影像到投影面(S301),以及控制影像接收单元10根据投影单元12投射的影像,接收投影面上每一影像的至少一部分,以分别产生候选影像(S303)。
处理单元14的清晰度运算单元140可执行程序码以依序撷取影像接收单元10所接收的候选影像(S305),并可将所撷取的候选影像寄存在寄存单元144当中以待运算及分析。清晰度运算单元140可执行程序码以选取及计算多个候选影像的清晰度值,例如各个候选影像中的像素对比差值,以判断不同候选影像的清晰度,并根据所计算出的清晰度值,比对出具有最大清晰度的其中一个候选影像为焦点影像,以及焦点影像所对应到的投影位置(S307),其中,对焦影像所对应的投影位置为焦点在光轴上的位置。
处理单元14的控制单元142根据清晰度运算单元140计算出焦点位置后的通知,产生一触发讯号及根据焦点位置产生一控制讯号(S309)。其中,控制讯号被传送到投影单元12的驱动单元122,由驱动单元122依照控制讯号的指示,带动与驱动单元122机械连接的投影透镜120移到所述的焦点位置定位(S311),使投影透镜120停留在焦点位置投射影像,藉以在投影面显现出最清晰可辨的影像画面。此外,控制单元142产生的触发讯号则传送到计时单元146,使计时单元146在清晰度运算单元140找出最适当的投影位置后,开始根据一预设时间计时(S313)。当预设时间已届满时,计时单元146则产生一启动讯号(S315),处理单元14根据启动讯号再度执行步骤S301及其以下的步骤,重新执行对焦的操作,以避免因运算装置1或投影面移动而使前次计算出的焦点位置不再是最适合的投影位置。
在步骤S307当中,清晰度运算单元140执行程序码而计算出候选影像 中的清晰度值,并找出具有最大清晰度的候选影像的其中一种手段,可采用比对各候选影像的像素对比差,并以三点比对的方式快速找到具有最大清晰度的焦点影像。请参照图4所示清晰度运算单元140运算像素对比差以获得最大对比差的流程。
清晰度运算单元140根据程序码撷取影像接收单元10所接收的候选影像的影像讯号(S401),并寄存在寄存单元144中。在多个依序撷取的候选影像中任选出第一影像M、第二影像N及第三影像O,其中,第二影像N的撷取顺序介于第一影像M及第三影像O之间(S403)。接着,分别计算第一、第二及第三影像的像素对比差值,并比对第二影像N的像素对比差是否大于第一影像M的像素对比差(S405),若是,则代表焦点位置F未落于第一影像M到第三影像O之间(S407),如图5A所示。反之,若第二影像的像素对比差不大于第一影像的像素对比差,则进一步判断第二影像的像素对比差是否大于第三影像的像素对比差(S409)。
若第二影像的像素对比差并不大于第三影像,则亦表示焦点所在的投影位置未落于第一影像到第三影像之间(S411),如图5B所示。然而,若第二影像的对比差既大于第一影像又大于第三影像的对比差,则表示焦点所在的投影位置介于第一影像与第三影像所对应的投影位置之间(S413),如图5C所示。故清晰度运算单元140可根据上述相同的手段,靠近第二影像再选取新的第一影像与第三影像分别进行比对,以逐渐逼近对应到焦点所在的投影位置的候选影像(S413),直到第一影像与第三影像分别为第二影像的前一个及后一个候选影像,且第二影像的像素对比差大于第一影像与第三影像个别的像素对比差时,可确认第二影像的像素对比差为最大像素对比差,第二影像具有最大清晰度,而第二影像所对应的投影位置是焦点所在。
具体的例示已在第一实施例中结合图2加以说明,此处即不再举例重述。
值得一提的是,清晰度运算单元140用以找出最大清晰度的演算方式,当然还可采行将所有被撷取的候选影像的像素对比差一一运算出来,再根据排序而找出像素对比差的最大值,藉以获得对应到具有最大清晰度的候选影像的投影位置等手段,图4所展示的流程仅为其中一种手段的例示。
〔实施例的可能功效〕
根据本发明实施例,上述的运算装置可利用投影单元做为输出装置,直接将运算装置所要呈现的影像画面投射到投影面,使得运算装置除了有常用的显示面板之外,还多了一种影像画面的输出装置。
此外,根据本发明实施例,运算装置可利用本身所具备的影像接收单元及处理单元自动地为投影单元进行对焦,使投影单元所投射出来的影像保持在最清晰可辨识的状况。处理单元撷取影像接收单元接收的影像,并对影像进行运算和比对,以获得具有最大清晰度的焦点影像,并根据所述焦点影像所对应的投影位置,而判断出投影单元的的投影透镜所应定位之处,免除使用者必须目测清晰度并手动调整投影透镜位置的不便。
其中,根据本发明的实施例,运算装置的影像接收单元不需要具备对焦的能力,可单纯执行接收影像的操作,而运算、分析的操作则可集中由处理单元(例如:笔记型计算机的中央处理器或移动通讯设备的嵌入式控制器)执行。制造商除了在现有的运算装置上内建或外接投影单元之外,不需额外配置其他元件即可达到为投影单元对焦的效果,除了降低生产成本之外,也可加快生产的时程。
再者,根据本发明实施例,处理单元可利用三点比对的方式,取三个影像进行运算、比对及收敛比对范围的手段,由于不需要对所有被撷取的影像进行计算,处理单元的计算量及计算时间相对地减少,可达到提高对焦效率、减少每次对焦所需时间的效果。
以上所述仅为本发明的实施例,其并非用以局限本发明的专利范围。