CN103037163B - 动态自动聚焦操作 - Google Patents

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Abstract

公开了用于一种至少部分地基于图像捕获装置的方位来动态地调整图像捕获装置的自动聚焦(AF)操作的系统、方法和计算机可读介质。一般说来，关于图像捕获装置的方位的信息可以被用于提高自动聚焦操作的速度或者提高其分辨率。更进一步地，例如可以从加速计获取的方位信息可以被用于减少在自动聚焦操作期间使用的透镜位置(关注点)的数目，从而提高该操作的速度。可替换地，在保持关注点的数目时，方位信息可以被用于缩小透镜的运动范围，从而提高该操作的分辨率。

Description

动态自动聚焦操作
技术领域
本申请一般涉及数字图像捕获和处理领域。更进一步地，本申请涉及一种用于在数字图像捕获装置中改善自动聚焦操作的技术。
背景技术
照相机的自动聚焦(AF)系统自动地调节照相机透镜以获得在对象上的聚焦。一般来说，AF系统在照相机中采用对比度传感器(被动AF)或通过发出信号以照明或者估计到对象的距离(主动AF)。被动AF可以使用对比度检测或者相位检测法，但是两者都依赖于用于实现自动聚焦的对比度。
一些数字照相机使用自动聚焦传感器，其不同于照相机的图像传感器。这可以例如发生在单功能数字照相机中。然而，在诸如移动电话、平板计算机、个人数字助理和便携式音乐/视频播放器之类的小的多功能装置中，单独的图像和自动聚焦传感器经常不被使用。在这些装置中，自动聚焦操作可以包括在指定数目的位置处调整装置的透镜(或透镜组件)的位置；估计在连续的图像中相应点的聚焦(例如，对比度)(假定最大对比度时应于最大锐度或者“最好”聚焦)。
多功能装置典型地估计在图像中的固定数目的点处的对比度/聚焦，并且当透镜设移动以获得连续的图像时，估计固定数目的透镜位置处的对比度/聚焦。因而，这些装置能够提供以固定速率并且以固定分辨率的自动聚焦操作。因此，有益于提供一种动态改善数字图像捕获装置的速度或者分辨率的机构。
发明内容
在一个实施例中，描述了一种数字图像捕获装置采用该装置的方位知识执行自动聚焦操作的方法。根据一实施例的方法包括至少部分基于来自方位传感器的信号确定该装置的方位。一种示例性的方位传感器是加速计。至少部分基于该装置的方位，可以确定用于自动聚焦操作的运动范围。运动范围是指透镜，或者透镜组件在自动聚焦操作期间被移动通过的距离。该装置的方位经常致使这一范围小于该装置的自动聚焦完全运动范围(即，透镜在自动聚焦操作期间可被移动通过的最大距离)。如果自动聚焦模式被设定为快(FAST)，则自动聚焦操作可以基于自动聚焦运动范围和少于该装置的完全数目的自动聚焦关注点来执行。如果自动聚焦模式被设定为高分辨率(HIGH-RESOLUTION)，则自动聚焦操作可以基于自动聚焦运动范围和该装置的完全数目的自动聚焦关注点来执行。
在另一实施例中，该方法被具体实施在计算机可执行程序代码中并被存储在非瞬态存储装置中。在另一实施例中，该方法被实施在具有数字图像捕获能力的电子装置中。
附图说明
图1以方框图形式示出根据一个实施例的自动聚焦系统的简化的方框图。
图2示出可以获得方位信息的图像捕获装置的三个方位。
图3示出根据一实施例的将图像捕获装置聚焦在无穷远处所需的方位传感器输出和致动器输入之间的关系。
图4以流程图形式示出根据一实施例的自动聚焦操作。
图5示出根据另一实施例的将图像捕获装置聚焦在无穷远处所需的方位传感器输出和致动器输入之间的关系。
图6以方框图形式示出根据一实施例的简化的多功能装置。
图7示出根据一实施例的在连续的图像中的对应点的构思。
图8示出根据一实施例的采用区域来比较连续的图像的构思。
图9以方框图形式示出根据一实施例的图1中的自动聚焦控制单元145的简化方框图。
图10以方框图形式示出根据一实施例的图9中的第一和第二执行单元920和925的每一个的简化方框图。
具体实施方式
本申请适合至少部分基于装置的方位来动态地调整图像捕获装置的自动聚焦(AF)操作的系统、方法和计算机可读介质。一般说来，公开了使用关于图像捕获装置的方位信息来提高AF操作的速度或者提高其分辨率的技术。更具体地，诸如可从加速计获取的方位信息可以被用于减少用在AF操作期间的透镜位置的数目(关注点，POI)，从而提高该操作的速度。可替换地，在维持POI的数目的同时，方位信息可以被用于减小透镜的运动范围，从而提高操作的分辨率。
在以下说明书中，出于解释的目的，阐述许多的特定细节以便提供对本发明构思的透彻的理解。作为本说明书的一部分，一些说明书附图采用方框图的形式表示结构和装置以避免使本发明难以理解。在上下文中，应该理解，对不带有相关标识符的编号的附图元件的提及(例如，100)指代带有标识符的附图元件(例如，100a和100b)的所有实例。此外，本说明书中所使用的语言是为了易读或者指示性的目的而选择的，而不是为了描绘或者限制本发明的主题而选择的，权利要求书是确定本发明的主题所必须的。本说明书所提及的“一实施例”或者“一种实施例”表示与该实施例相关描述的特征、结构、或者特点被包括在本发明的至少一个实施例中，并且多次提及的“一实施例”或“一种实施例”不应被理解为必须全部指代相同的实施例。
应当理解，在任何实际实施方式的开发中(如在任何开发项目中)，很多决定必须被做出以实现开发者的特定目标(例如，依从于系统或者商业相关的限制)，并且这些目标依实施方式而不同。还应当理解，这样的开发努力可能是复杂和耗费时间的，但毫无疑问地对于那些受益于本说明书的在图像捕获装置的设计领域的普通技术人员将会成为常规的做法。
现在合并在诸如移动电话或平板计算机之类的多功能单元中的图像捕获装置的背景下描述各个实施例。在AF操作期间，这种装置调整其透镜(或透镜组件)的位置并且其包括加速计之类的方位传感器。正如本文所用的，透镜所位于的、用于确定在连续图像中的对应点(或区域)之间的相对对比度的每一个位置被称为关注点(POI)。
参见图1，根据一实旋例的AF系统100的简化的方框图包括透镜105、图像传感器110、存储器115和定义完全运动范围125的机械制动器120(120a、120b、120c和120d)。并且还包括用于在机域制动器120之间使得透镜105移位的致动器130、向AF控制单元145提供输入的方位传感器135和模式选择输入140。在一个实施例中，图像捕获装置可以使用电荷耦合器件(或者互补金属氧化物半导体)、机电单元(例如，音圈电机)作为致动器130、并且使用加速计作为方位传感器135。应当理解的是加速计测量在传感器的平面的方向上的加速度。
参见图2，AF系统100可以被配置如下，当图像捕获装置是在面向上方的方位时(例如，200a)，加速计输出对应为+1g，当在面向水平的方位时(例如，200b)，加速计输出对应为0g，而当在面向下方的方位时(例如，200c)，加速计输出对应为-1g。(为了完整而不是限制，还显示了示例性的装置的观察表面和图像传感器的视角。)进一步应被理解的是，音圈电机致动器130可以被数字信号驱动。因此，透镜105的运动可以由指定的最小值和最大值之间的音圈电机输入信号来指定。
参见图3，示出将图像捕获装置聚焦在无穷远处的加速计输出和致动器输入(例如，音圈电机输入)之间的一个关系。通过将图2和图3并置，可以看出，当图像捕获装置是面向上方的方位时(200a)，音圈电机致动器130必须被以最大输入信号(MAX)驱动以放置透镜使得聚焦在无穷远处。相似地，当图像捕获装置是在面向水平的方位时(200b)，音圈电机致动器130必须被以最大和最小值之间的中途输入信号(MID)驱动以放置透镜使得聚焦在无穷远处。最后，当图像捕获装置在面向下方的方位时(200c)，音圈电机致动器130必须被以最小输入信号(MIN)驱动以放置透镜使得聚焦在无穷远处。(上面的论述是基于校准图像捕获装置使得当其在面向下方的位置时，其聚焦在无穷远处。所属领域技术人员能够理解，根据本文，其他位置可被用于校准该装置。)
在现有技术的图像捕获装置中，每一次AF操作移动(或者试图移动)装置的透镜通过指定数目的位置；在最小(或最大)致动器输入处开始并且进行通过直至最大(或最小)致动器输入。但是，根据本文，方位传感器135可以被用于确定图像捕获装置的方位，并且基于此，提供更快的AF操作或者更高分辨率的AF操作。
参见图4，当方位传感器输入在AF控制单元145处被接收到时(方框405)，根据一实施例的AF操作400开始。根据该输入，可以如上所述确定图像捕获装置的方位可以(方框410)。采用将图像捕获装置聚焦到无穷远处所需的方位传感器的输出和致动器的输入之间的关系的知识(例如，如图3所示)，可以确定AF操作400的起始点(方框415)。
参见图5，为了这一示例，假定方位传感器135(例如，加速计)给AF控制单元145提供代表在如图2所示的-1g(面向下方)和+1g(面向上方)之间的加速度的输入；AF控制单元145利用具有最小值‘A’和最大值‘G’的信号驱动致动器130(例如，音圈电机)；AF操作400将透镜105从无穷远处的聚焦点移动到图像捕获装置的最近的聚焦点；并且当透镜的完全范围运动125在AP操作过程期间被使用时，使用7个POI(被记为致动器输入A，B，C，D，E，F和G)。因此，如果加速计输出用值‘X’表示，则将图像捕获装置聚焦到无穷远处所需的对应的音圈电机输入被给定为值‘Y’。相应地，音圈电机输入‘Y’对应AF运动范围的起始点，并且该装置的AF运动范围可以被给定为致动器的输入电压的范围：Y到G。
再次参见图4，模式输入140(参见图1)就可以被用于确定图像捕获装置是否应当操作在快速(FAST)模式或者高分辨率(HIGH-RESOLUTION)或精细(FINE)模式。如果模式输入140显示FAST模式(方框420的“是”分支)，则在剩余的AF操作400期间被忽略在对应值‘Y’的透镜位置以下的所有指定POI(方框425)。这导致AF操作400对于在与致动器输入C，D，E，F和G对应的透镜位置处(方框430)的对比度估计图像。因此，在快速模式下，AF操作400仅在5个位置而不是指定的7个位置处估计图像。已经发现了这可以提供在AF操作中显著的速度提升。(应当被理解的是实际估计的位置的数目取决于被测量的方位。)这在透镜105不需要被调整到对应于最小致动器输入的位置处时是尤其正确的。这是因为机械制动器120的存在要求透镜组件105在对应于致动器输入A的位置处并且在其附近处被更缓慢地移动以避免机械冲击(ringing)或者损坏。另一方面，如果模式输入140显示快速模式不应被使用(方框420的“否”分支)，则可以在运动的剩余范围：C到G内重新分配特定数目的位置(7)(方框435)。实际上，用于估计图像的透镜位置的数目可以少于或者多于七(7)。此外，这些位置可以按照任意要求的形式在运动范围内分配：如图5所示均匀地分配，或可以是有利于特定图像捕获装置的特性。根据方框435的动作的效果是在较小的运动范围内提供比在该运动范围内正常使用的更多的AF位置。这将会使得AF操作分辨率提高。
现在参见图6，示出根据一实施例的示例性的多功能装置600的简化的功能方框图。多功能电子装置600可以包括处理器605，显示器610，用户接口615，图形硬件620，装置传感器625(例如，临近传感器/环境光传感器，加速计和/或陀螺仪)，麦克风630，音频编解码器635，扬声器640，通信电路645，数字图像捕获单元650(例如，包括自动聚焦单元100)，视频编解码器655，存储器660，存储装置665，和通信总线670。多功能电子装置600可以是，例如，数字照相机或者个人电子装置，例如个人数字助理(PDA)，个人音乐播放器，移动电话，或者平板计算机。
处理器605可执行实施或者控制由装置600执行的多个功能的操作(例如，如图像的产生和/或处理)所需的指令。处理器605可以，例如，驱动显示器610并且接收来自用户接口615的用户输入。用户接口615可以允许用户与装置600交互。例如，用户接口615可以采用各种形式，例如按钮，键区，拨号，点击轮，键盘，显示屏和域触摸屏。处理器605也可以例如是例如被安置在移动装置中的片上系统并且包括专用图形处理单元(GPU)。处理器605也可基于精简指令集计算机(RISC)或者复杂指令集计算机(CISC)架构或者任何其它合适的架构并且可以包括一个或多个处理核。图形硬件620可以是用于处理图形的特定用途的计算硬件和/或用于处理图形信息的辅助处理器605。在一个实施例中，图形硬件620可以包括可编程的图形处理单元(GPU)。
传感器和照相机电路650可以至少部分地通过合并在电路650内的视频编解码器655械处理器605和/或图形硬件620和/或专用的图像处理单元，捕获可被处理的静态或者视频图像。这样捕获的图像可被存储在存储器660和/或存储装置665中。存储器660可以包括一个或多个被处理器605和图形硬件620使用以执行装置功能的不同类型的媒体。例如，存储器660可以包括存储器缓冲器，只读存储器(ROM)，和/或随机存取存储器(RAM)。存储装置665可以存储媒体(例如，音频，图像和视颇文件)，计算机程序指令或者软件，偏好信息，装置简档信息，和任何其他合适的数据。存储装置665可以包括另一种非瞬态存储媒体，包括例如磁盘(硬盘，软盘，和可移除盘)和磁带，例如CD-ROM和数字视频光盘(DVD)的光学媒体，以及例如电子可编程只读存储器(EPROM)和电子可擦可编程只读存储器(EEPROM)的半导体存储装置。存储器660和存储装置665可以被用于有形地保持被组织到一个或多个模块中并采用任意所期望的计算机编程语言写入的计算机程序指令或者代码。当例如由处理器605执行时，这样的计算机编程代码可以实施一种或多种这里所述的方法。
材料，部件，电路元件中以及在示例性的操作方法的细节的各种变化在不背离以下权利要求的范围的情况下都是可能的。例如，已经在连续图像中的对应点之间的相对锐度(对比度)方面描述了自动聚焦操作。应当可以看出的是，可以被这样比较的图像中的点的数目可以从一个(1)变化到多个(例如，45)。参见图7，一个示例性的自动聚焦操作比较在不同时刻捕获的图像(图像1在时刻t1，图像2在时刻t2)之间的五个(5)点。自动聚焦操作也可以基于点的集成(例如，像素)确定总的对比度值，由此形成可以被心较的区域。这示出在图8中，其示出对于图像1中的区域1(包括在图像中心的那些点或者像素)可以确定单个对比度值，并且该单个对比度值可以与从图像2的区域A中那些点确定的单个对比度值做比较。同样地，图像1的区域2中的所有那些点(所有不在区域1中的那些点)可以被组合(以任意适合于满足设计者目标和/或要求的方式)并且与对于一个图像2的区域B确定的相似值做比较。图7和8中表示的位置和区域仅是示例性的，并不意欲是限制性的。
另一个设计选项可以是使用模式输入140。此输入根据设计者的目标可以是用户能够选择的或者是固定的。在根据后一方法的一实施例中，如果方位传感器135表示图像捕获装置与水平线呈大于指定角度，则快速模式可以被自动选择。例如，如果方位传感器135指示该装置是呈向上至少X°的角度(从水平线)，或者呈向下大于Y°，则快速模式可以是被自动地调用。特定的角度‘X’和‘Y’可以被设计者选择并且可以是相同的(例如，40°)或者不同的(例如X＝50°而Y＝40°)。
实际上，从上文的建议可以看出使用多个透镜比单个透镜更有益。因此，透镜105可以被理解为代表可以包括例如2到7个单独的透镜元件的透镜组件。
参见图9，表示根据一实施例的图1中的自动聚焦控制单元145的简化的方框图。该系统包括被配置为接收来自数字图像捕获装置的传感器的信号的接收单元900，被配置为至少部分地基于该信号确定数字图像捕获装置的方位的第一确定单元905，被配置为用于至少部分地基于该方位确定当前自动聚焦运动范围的第二确定单元910，和被配置为执行使用当前自动聚焦运动范围和自动聚焦模式的自动聚焦操作的执行单元915，当前自动聚焦运动范围是小于完全自动聚焦运动范围。
在一个实施例中，执行单元915可以包括被配置为在数字图像捕获装置在第一自动聚焦模式下，执行使用少于全部数目的自动聚焦关注点和当前自动聚焦运动范围的自动聚焦操作的第一执行单元920，以及被配置为在数字图像捕获装置在第二自动聚焦模式下，执行使用全部数目的自动聚焦关注点和当前自动聚焦运动范围的自动聚焦操作的第二执行单元925。注意，第一执行单元920和第二执行单元925不必要在同一单元，即执行单元915中，而是它们可以是单独的单元。
参见图10，示出根据一实施例的第一和第二执行单元920和925的简化的方框图。在该实施例中，执行单元915可以包括第三确定单元1000(被配置为对于一场景的第一图像中的一个或多个位置中的每一个位置确定自动聚焦参数值)，第四确定单元1005(被配置为对于与第一图像中的一个或多个位置对应的该场景的第二图像中的每个位置确定自动聚焦参数值)，比较单元1010(被配置为比较来自第一图像的自动聚焦参数值与第二图像的相应的自动聚焦参数值)，和调整单元1015(被配置为至少部分地基于比较单元的结果调整数字图像捕获装置的透镜的位置)。
在一特定实施例中，提供一种用于具有全部数目的自动聚焦关注点和完全自动聚焦运动范围的数字图像捕获装置的自动聚焦系统，该系统包括：用于接收来自数字图像捕获装置的传感器的信号的装置；用于至少部分地基于该信号确定数字图像捕获装置的方位的装置；用于至少部分地基于该方位确定当前自动聚焦运动范围的装置，当前自动聚焦运动范围是小于完全自动聚焦运动范围；和用于执行使用当前自动聚焦运动范围和自动聚焦模式的自动聚焦操作的装置。
在另一实施例中，用于执行自动聚焦操作的装置包括用于在数字图像捕获装置在第一自动聚焦模式下，执行使用少于全部数目的自动聚焦关注点和当前自动聚焦运动范围的自动聚焦操作的装置，以及用于在数字图像捕获装置在第二自动聚焦模式下，执行使用全部数目的自动聚焦关注点和当前自动聚焦运动范围的自动聚焦操作的装置。
在另一个实施例中，用于执行自动聚焦操作的装置包括：用于对于一场景的第一图像中的一个或多个位置中的每一个位置确定自动聚焦参数值的装置；用于对于与第一图像中的一个或多个位置对应的该场景的第二图像中的每个位置确定自动聚焦参数值的装置；用于比较来自第一图像的自动聚焦参数值与第二图像的相应的自动聚焦参数值的装置；和用于至少部分地基于比较的动作调整数字图像捕获装置的透镜的位置的装置。
此外，关注点的数目和采用音圈电机作为致动器都只是示例性的。以上是在自动聚焦操作的方向上被描述为估计从无穷远到图像捕获装置能够聚焦的最近点之间的关注点。最后，各种上述的实施例可以彼此结合。许多其他的实施例将会对阅读了以上说明的所属领域技术人员是显而易见的。因此，本发明的范围应当参考附加的权利要求书以及与权利要求书等同的全部范围来确定。在附加的权利要求书中，术语“包括”和“其中”被用作相应的术语“包括”和“其中”的简单英文等效。

Claims (15)

1.一种用于数字图像捕获装置的自动聚焦方法，该方法包括：
接收来自数字图像捕获装置的传感器的信号，其中该数字图像捕获装置具有完全自动聚焦运动范围，并且该完全自动聚焦运动范围具有对应的全部数目的自动聚焦位置；
至少部分地基于所述信号确定数字图像捕获装置的方位；
至少部分地基于所述方位确定当前自动聚焦运动范围，当前自动聚焦运动范围小于完全自动聚焦运动范围；和
当该数字图像捕获装置在第一自动聚焦模式下时，在所述当前自动聚焦运动范围内重新分配所述全部数目的自动聚焦位置，并且使用当前自动聚焦运动范围和全部数目的自动聚焦位置执行自动聚焦操作。
2.如权利要求1所述的自动聚焦方法，还包括：当数字图像捕获装置在第二自动聚焦模式下时，使用少于全部数目的自动聚焦位置和当前自动聚焦运动范围来执行自动聚焦操作。
3.如权利要求2所述的自动聚焦方法，还包括：当所述方位被确定为距离水平方向大于指定角度时，选择第二自动聚焦模式。
4.如权利要求1所述的自动聚焦方法，其中完全自动聚焦运动范围表示数字图像捕获装置的透镜组件在自动聚焦操作期间能够移动的最大运动范围。
5.如权利要求1所述的自动聚焦方法，其中确定数字图像捕获装置的方位的动作包括：确定数字图像捕获装置在面向水平的方位上。
6.如权利要求5所述的自动聚焦方法，其中确定数字图像捕获装置在面向水平的方位上的动作包括：确定数字图像捕获装置相对于水平方向倾斜指定范围内的角度。
7.如权利要求5所述的自动聚焦方法，其中当确定数字图像捕获装置在面向水平的方位上时，选择第一自动聚焦模式。
8.如权利要求7所述的自动聚焦方法，其中当确定数字图像捕获装置在不是面向水平的方位的方位上时，选择第二自动聚焦模式。
9.如权利要求1所述的自动聚焦方法，其中执行自动聚焦操作的动作包括：
对于一场景的第一图像中的一个或多个位置中的每一个位置，确定自动聚焦参数值；
对于与第一图像中的所述一个或多个位置对应的所述场景的第二图像中的每个位置，确定自动聚焦参数值；
比较来自第一图像的自动聚焦参数值与第二图像的相应的自动聚焦参数值；和
基于比较的结果调整数字图像捕获装置的透镜的位置。
10.一种用于数字图像捕获装置的自动聚焦系统，所述系统包括：
接收单元，被配置为接收来自数字图像捕获装置的传感器的信号，其中该数字图像捕获装置具有完全自动聚焦运动范围，并且该完全自动聚焦运动范围具有对应的全部数目的自动聚焦位置；
第一确定单元，被配置为至少部分地基于所述信号确定数字图像捕获装置的方位；
第二确定单元，被配置为至少部分地基于所述方位确定当前自动聚焦运动范围，当前自动聚焦运动范围小于完全自动聚焦运动范围；和
执行单元，被配置为当数字图像捕获装置在第一自动聚焦模式下时，在所述当前自动聚焦运动范围内重新分配所述全部数目的自动聚焦位置，并且使用当前自动聚焦运动范围和全部数目的自动聚焦位置来执行自动聚焦操作。
11.如权利要求10所述的自动聚焦系统，其中执行单元还被配置为当数字图像捕获装置在第二自动聚焦模式下时，使用少于全部数目的自动聚焦位置和当前自动聚焦运动范围来执行自动聚焦操作。
12.如权利要求11所述的自动聚焦系统，其中当所述方位被确定为距离水平方向大于指定角度时，选择第二自动聚焦模式。
13.如权利要求10所述的自动聚焦系统，其中完全自动聚焦运动范围表示数字图像捕获装置的透镜组件在自动聚焦操作期间能够移动的最大运动范围。
14.如权利要求10所述的自动聚焦系统，其中所述执行单元包括：
第三确定单元，被配置为对于一场景的第一图像中的一个或多个位置中的每一个位置确定自动聚焦参数值；
第四确定单元，被配置为对于与第一图像中的所述一个或多个位置对应的所述场景的第二图像中的每个位置确定自动聚焦参数值；
比较单元，被配置为比较来自第一图像的自动聚焦参数值与第二图像的相应的自动聚焦参数值；和
调整单元，被配置为基于比较单元的结果调整数字图像捕获装置的透镜的位置。
15.一种电子装置，包括：
透镜组件；
与透镜组件耦接的致动器；
被配置为接收来自透镜组件的光的数字图像传感器；
可操作地耦接到数字图像传感器的存储器；
方位传感器；
如权利要求10-14中的任一项所述的自动聚焦系统，可操作地耦接到所述致动器、存储器和方位传感器。
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Applications Claiming Priority (2)

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