CN103217854A - 相机系统以及自动对焦方法 - Google Patents

相机系统以及自动对焦方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种相机系统以及自动对焦方法。于一实施例中，该相机系统包括一相机模块以及一处理器，该处理器包括一扩展景深模块以及一自动对焦模块。该相机模块拍摄一目标物体以产生一影像。该扩展景深模块以一扩展景深程序处理该影像以产生一处理影像。该自动对焦模块以一自动对焦程序调整该相机模块的焦距。

Description

相机系统以及自动对焦方法
技术领域
本发明涉及相机，特别是涉及相机的自动对焦。
背景技术
景深(lens depth of field，DOF)表示影像中清晰度高于一界限值的距离范围。当相机以一特定焦距拍摄一影像时，于该影像中通常仅有该特定焦距所对应的一距离范围内的物体为清晰的，而于该影像中位于该距离范围外的物体则为模糊不清的。图1A为一般相机100的景深的示意图。相机100以一特定焦距拍摄物体101、102、103的影像。假设该特定焦距是对应于物体102的距离，因此物体102于影像中是清晰的。此外，若物体与相机100的距离落在D1与D2之间，则物体于影像中的清晰度(sharpness)亦高于一清晰界限值，而D1与D2间的距离范围称之为景深。
由于物体101与相机100的距离小于距离D1，因此物体101于影像中的清晰度低于清晰界限值而显得模糊。同理，由于物体103与相机100的距离大于距离D2，因此物体103于影像中的清晰度低于清晰界限值而显得模糊。因此，当相机100欲拍摄物体101或103的清晰影像时，需要另行调整目机100的焦距。
扩展景深(Extending lens depth of field，EDOF)是一新的技术，利用特殊的影像处理技术提高影像中物体的清晰度，以扩展影像中的景深。图1B为运用扩展景深技术的相机150的景深的示意图。相机150以一特定焦距拍摄物体161、162、163的影像，再以扩展景深技术提升影像中物体的清晰度。假设该特定焦距是对应于物体162的距离，因此物体162于影像中是清晰的。然而，因为影像经过扩展景深技术的处理，因此影像的景深自图1A中原本的D1至D2的距离范围延展为图1B中的D1’至D2’的距离范围。因为物体161、163与相机的距离皆落在的D1’至D2’的距离范围中，因此物体161、162于影像中的清晰度皆高于清晰界限值。
自动对焦技术可自动调整相机的焦距，而使相机拍摄到清晰的影像。现有的的相机的自动对焦功能需要逐步调整相机的焦距，而需耗费相当长的时间，造成使用者的不便。若妥善运用扩展景深技术的提高影像的清晰度的优点，将可缩短自动对焦技术过程对焦所需的时间，而提升相机的效能。因此，需要一种可结合扩展景深技术的优点的自动对焦技术，以提升相机的整体效能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种相机系统，以解决现有技术存在的问题。于一实施例中，该相机系统包括一相机模块以及一处理器，该处理器包括一扩展景深模块以及一自动对焦模块。该相机模块拍摄一目标物体以产生一影像。该扩展景深模块以一扩展景深(Extending lens depth of field，EDOF)程序处理该影像以产生一扩展景深影像。该自动对焦模块以一自动对焦程序调整该相机模块的焦距。
本发明提供一种自动对焦方法。于一实施例中，一相机系统包括一相机模块、一扩展景深模块、以及一自动对焦模块。首先，决定是否一目标物体与该相机系统的距离大于一预设界限。若该目标物体与该相机系统的距离大于该预设界限，不调整该相机模块的焦距而控制该相机模块直接拍摄该目标物体以得到一影像。若该目标物体与该相机系统的距离小于该预设界限，于该自动对焦模块自动调整该相机模块的焦距后，控制该相机模块拍摄该目标物体以得到该影像。接着，以该扩展景深模块运用一扩展景深(Extending lensdepth of field，EDOF)程序处理该影像以产生清晰度高于一清晰界限值的一扩展景深影像。
本发明还提供一种自动对焦方法。于一实施例中，一相机系统包括一相机模块、一扩展景深模块、以及一自动对焦模块。首先，将一物体与该相机系统的距离划分为多个距离范围，并设定分别对应于这些距离范围的多个预设焦距值。接着，自这些预设焦距值选取一目标预设焦距值。接着，以该自动对焦模块调整该相机模块的焦距为该目标预设焦距值。接着，以该相机模块拍摄一目标物体以产生一影像。接着，以该扩展景深模块运用一扩展景深(Extending lens depth of field，EDOF)程序处理该影像以产生一扩展景深影像。若该扩展景深影像中的该目标物体的清晰度符合一清晰界限值，输出该扩展景深影像。若该扩展景深影像中的该目标物体的清晰度未达到该清晰界限值，重复执行该目标预设焦距值的选取步骤、该相机模块的焦距的调整步骤、该目标物体的拍摄步骤、该影像的处理步骤，直到该扩展景深影像中的该目标物体的清晰度符合该清晰界限值为止。
为了使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1A为为一般相机100的景深的示意图；
图1B为运用扩展景深技术的相机150的景深的示意图；
图2为依据本发明的一相机系统200的区块图；
图3为依据本发明的自动对焦方法300的第一实施例的流程图；
图4为对应于图3的目标物体距离与影像清晰度的关系的示意图；
图5为依据本发明的自动对焦方法300的第二实施例的流程图；
图6为对应于图5的目标物体距离与影像清晰度的关系的示意图。
附图符号说明
200～相机系统；
202～相机模块；
212～扩展景深(EDOF)镜头；
214～感测器；
204～处理器；
206～驱动器；
222～扩展景深(EDOF)模块；
224～自动对焦模块。
具体实施方式
图2为依据本发明的一相机系统200的区块图。于一实施例中，相机系统200包括相机模块202、处理器204、以及驱动器206。处理器204包括一扩展景深(Extending lens depth of field，EDOF)模块222以及一自动对焦模块224。于一实施例中，扩展景深模块222及自动对焦模块224为处理器204所执行的软件程序。首先，自动对焦模块224以一自动对焦程序使处理器204发出一对焦控制信号，以调整相机模块202的焦距。驱动器206接着依据自处理器204接收的对焦控制信号调整相机模块202的焦距。相机模块202包括一扩展景深镜头212以及一感测器214。扩展景深镜头212可依据一焦距使外界的物体的影像投影于感测器214上。感测器214接着捕捉其上的影像以产生一影像数据。于一实施例中，扩展景深镜头212具有大光圈(aperture)的镜头，以提升影像的清晰度。接着，相机模块202产生的影像数据被送至处理器204。扩展景深模块222接着运用一扩展景深(Extending lensdepth of field，EDOF)程序处理该影像数据。经过扩展景深程序处理的影像的景深范围被延展，而使影像中的物体具有更高的清晰度。处理器204再对影像数据进行影像处理后输出。
图3为依据本发明的自动对焦方法300的第一实施例的流程图。首先，处理器204启动自动对焦模块224，并控制自动对焦模块224以调整焦距为一预设值(步骤302)。于一实施例中，该焦距预设值对应一远距离焦点。接着，处理器204启动扩展景深模块222(步骤304)。假设相机系统200欲拍摄一目标物体的影像。接着，处理器204决定是否目标物体与相机系统200的距离大于一界限距离(步骤306)。若目标物体与相机系统200的距离大于界限距离，经过扩展景深模块222处理的影像的景深范围应可涵盖目标物体的位置，而使目标物体的影像不需调整焦距即具有足够的清晰度。因此，处理器308关闭自动对焦模块224(步骤308)，并且控制相机模块202直接对目标物体拍照以产生一影像(步骤310)。处理器204接着以扩展景深模块222处理该影像以产生一扩展景深影像(步骤310)。
若目标物体与相机系统200的距离小于界限距离(步骤306)，经过扩展景深模块222处理的影像的景深范围仍无法涵盖目标物体的位置，因此必须调整焦距后相机模块202才可拍摄到目标物体的清晰影像。因此，处理器204利用自动对焦模块224进行自动对焦以调整相机模块202的焦距(步骤312)。接着，相机模块202对目标物体拍照以产生一影像，而处理器204以扩展景深模块222处理该影像以产生一扩展景深影像(步骤314)。于上述的步骤308与310中，由于相机系统200未经需时较久的自动对焦过程即可拍摄得到目标物体的清晰影像，因此可以节省使用者的时间，而提高相机系统200的效能。
图4为对应于图3的目标物体距离与影像清晰度的关系的示意图。假设处理器204于步骤302中调整的焦距预设值对应于焦点位置L2。相机模块202直接以焦距预设值拍摄目标物体所得的影像的清晰度如曲线401’所示，若目标物体与位置L2的距离愈近，则目标物体的影像清晰度愈高。接着，经过扩展景深模块222处理后的扩展景深影像的影像清晰度如曲线401所示，该曲线401的影像清晰度明显地较原本的曲线401’为高。假设使用者对影像清晰度的最低要求标准为一清晰界限值，而清晰界限值与影像清晰度曲线401的交点为距离T，该距离T为步骤306的界限距离值。若目标物体与相机200的距离大于界限距离值T，则目标物体于扩展景深影像中的清晰度均高于清晰界限值。因此，若目标物体与相机200的距离大于界限距离值T，相机模块202不需调整焦距即能拍摄得到清晰的目标物体影像。
若目标物体与相机200的距离小于界限距离值T，则目标物体于扩展景深影像中的清晰度低于清晰界限值。因此，处理器204必须启动自动对焦模块224以调整相机模块202的焦距。假设目标物体位于位置L2，则相机模块202以调整后焦距拍摄目标物体所得的影像的清晰度如曲线402’所示。经过扩展景深模块222处理后的扩展景深影像的影像清晰度如曲线402所示，该曲线402的影像清晰度明显地较原本的曲线402’为高。因此，若目标物体与相机200的距离小于界限距离值T，相机模块202需调整焦距才能拍摄得到清晰的目标物体影像。
图5为依据本发明的自动对焦方法500的第二实施例的流程图。假设处理器204将一物体与相机系统200的距离划分为多个距离范围，并设定分别对应于这些距离范围的多个预设焦距值。图6为对应于图5的目标物体距离与影像清晰度的关系的示意图。假设物体与相机系统200的距离被划分为3个距离范围：(1)大于距离T1、(2)介于距离T2与距离T1之间、以及(3)小于距离T2。对应于距离范围(1)、(2)、(3)的预设焦距值所对应的焦点位置分别为L1、L2、以及L3。假设当相机模块202的焦距被设定为对应于位置L1的第一预设焦距值时，相机模块202拍摄后经过扩展景深模块222处理所得的扩展景深影像的清晰度曲线为601。由于曲线601与清晰界限值的交点为T1，因此与相机系统200的距离大于距离T1的物体于该扩展景深影像中的清晰度皆高于清晰界限值。
同理，假设当相机模块202的焦距被设定为对应于位置L2的第二预设焦距值时，相机模块202拍摄后经过扩展景深模块222处理所得的扩展景深影像的清晰度曲线为602。由于曲线602与清晰界限值的交点为T1与T2，因此与相机系统200的距离界于距离T2与距离T1之间的物体于该扩展景深影像中的清晰度皆高于清晰界限值。同理，假设当相机模块202的焦距被设定为对应于位置L3的第三预设焦距值时，相机模块202拍摄后经过扩展景深模块222处理所得的扩展景深影像的清晰度曲线为603。由于曲线603与清晰界限值的交点为T2，因此与相机系统200的距离小于距离T2的物体于该扩展景深影像中的清晰度皆高于清晰界限值。
图5为为依据本发明的自动对焦方法500的第二实施例的流程图。首先，处理器204启动自动对焦模块224(步骤502)。接着，处理器204启动扩展景深模块222(步骤504)。接着，处理器204控制自动对焦模块224将相机模块202的焦距调整为第一焦距预设值(步骤506)，以对焦至图6的位置L1。接着，相机模块202依据第一焦距预设值拍摄目标物体以得到第一影像，而扩展景深模块222处理第一影像以得到第一扩展景深影像(步骤506)。接着，处理器204检查是否第一扩展景深影像中目标物体的清晰度高于清晰界限值(步骤508)。若目标物体与相机200的距离大于图6的距离T1，则第一扩展景深影像中目标物体的清晰度可高于清晰界限值，处理器204因此将第一扩展景深影像输出。
若第一扩展景深影像中目标物体的清晰度低于清晰界限值(步骤508)，表示目标物体与相机200的距离小于图6的距离T1，则处理器204控制自动对焦模块224将相机模块202的焦距调整为第二焦距预设值(步骤510)，以对焦至图6的位置L2。接着，相机模块202依据第二焦距预设值拍摄目标物体以得到第二影像，而扩展景深模块222处理第二影像以得到第二扩展景深影像(步骤510)。接着，处理器204检查是否第二扩展景深影像中目标物体的清晰度高于清晰界限值(步骤512)。若目标物体与相机200的距离小于图6的距离T1且大于图6的距离T2，则第二扩展景深影像中目标物体的清晰度可高于清晰界限值，处理器204因此将第二扩展景深影像输出。
若第二扩展景深影像中目标物体的清晰度低于清晰界限值(步骤512)，表示目标物体与相机200的距离小于图6的距离T2，则处理器204控制自动对焦模块224将相机模块202的焦距调整为第三焦距预设值(步骤514)，以对焦至图6的位置L3。接着，相机模块202依据第三焦距预设值拍摄目标物体以得到第三影像，而扩展景深模块222处理第三影像以得到第三扩展景深影像(步骤514)。接着，处理器204检查是否第三扩展景深影像中目标物体的清晰度高于清晰界限值(步骤516)。若目标物体与相机200的距离小于图6的距离T2，则第三扩展景深影像中目标物体的清晰度可高于清晰界限值，处理器204因此将第三扩展景深影像输出。
最后，若第三扩展景深影像中目标物体的清晰度低于清晰界限值(步骤516)，则处理器204利用自动对焦模块224进行自动对焦以调整焦距(步骤518)。接着，相机模块202对目标物体拍照以产生第四影像，而扩展景深模块222处理第四影像以产生第四扩展景深影像，处理器204因此将第四扩展景深影像输出。上述自动对焦方法500的流程仅有在步骤518运用到耗时长的自动对焦程序，而之前的步骤506、510、514均以跳跃性的调整焦距至焦距预设值，可大幅节省拍摄目标物体的影像所需的时间，而提高相机系统200的效能。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其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的前提下，可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (16)

1.一种相机系统，包括：
一相机模块，依据一焦距拍摄一目标物体以产生一影像；以及
一处理器，包括：
一扩展景深模块，以一扩展景深程序处理该影像，以产生一扩展景深影像；以及
一自动对焦模块，以一自动对焦程序调整该相机模块的该焦距。
2.如权利要求1所述的相机系统，其中该相机模块具有大光圈的一镜头，以提升该影像的清晰度。
3.如权利要求1所述的相机系统，其中若该目标物体与该相机系统的距离大于一预设界限，则该处理器不调整该焦距而直接控制该相机模块拍摄该目标物体以得到第一影像，并使该扩展景深模块处理该第一影像以产生高于一清晰界限值的一第一扩展景深影像。
4.如权利要求3所述的相机系统，其中若该目标物体与该相机系统的距离小于一预设界限，则该处理器使该自动对焦模块自动调整该焦距，控制该相机模块拍摄该目标物体以得到第二影像，并使该扩展景深模块处理该第二影像以产生高于该清晰界限值的一第二扩展景深影像。
5.如权利要求1所述的相机系统，其中该处理器将一物体与该相机系统的距离划分为多个距离范围，并设定分别对应于这些距离范围的多个预设焦距值。
6.如权利要求5所述的相机系统，其中当该相机模块的焦距被设定为这些预设焦距值其中之一时，位于对应于被设定的该预设焦距值的该距离范围内的物体于该扩展景深影像中的清晰度皆高于一清晰界限值。
7.如权利要求5所述的相机系统，其中该处理器调整该焦距为一第一预设焦距值，该相机模块依据该第一预设焦距值拍摄该目标物体以得到一第一影像，该扩展景深模块处理该第一影像以得到一第一扩展景深影像，且若于该第一扩展景深影像中的该目标物体的清晰度符合该清晰界限值则该处理器输出该第一扩展景深影像。
8.如权利要求7所述的相机系统，其中若于该第一扩展景深影像中的该目标物体的清晰度不符合该清晰界限值，该处理器调整该焦距为一第二预设焦距值，该相机模块依据该第二预设焦距值拍摄该目标物体以得到一第二影像，该扩展景深模块处理该第二影像以得到一第二扩展景深影像，且若于该第二扩展景深影像中的该目标物体的清晰度符合该清晰界限值则该处理器输出该第二扩展景深影像。
9.如权利要求8所述的相机系统，其中若于该第二扩展景深影像中的该目标物体的清晰度不符合该清晰界限值，该处理器调整该焦距为一第三预设焦距值，该相机模块依据该第三预设焦距值拍摄该目标物体以得到一第三影像，该扩展景深模块处理该第三影像以得到一第三扩展景深影像，且若于该第三扩展景深影像中的该目标物体的清晰度符合该清晰界限值则该处理器输出该第三扩展景深影像。
10.一种自动对焦方法，其中一相机系统包括一相机模块、一扩展景深模块、以及一自动对焦模块，该自动对焦方法包括下列步骤：
决定是否一目标物体与该相机系统的距离大于一预设界限；
若该目标物体与该相机系统的距离大于该预设界限，不调整该相机模块的焦距而控制该相机模块直接拍摄该目标物体以得到一影像；
若该目标物体与该相机系统的距离小于该预设界限，于该自动对焦模块自动调整该相机模块的焦距后，控制该相机模块拍摄该目标物体以得到该影像；以及
以该扩展景深模块运用一扩展景深程序处理该影像以产生清晰度高于一清晰界限值的一扩展景深影像。
11.如权利要求10所述的自动对焦方法，其中该相机系统包括一处理器，而该扩展景深模块以及该自动对焦模块位于该处理器中。
12.如权利要求10所述的自动对焦方法，其中该相机模块具有大光圈的一镜头，以提升该影像的清晰度。
13.一种自动对焦方法，其中一相机系统包括一相机模块、一扩展景深模块、以及一自动对焦模块，该自动对焦方法包括下列步骤：
将一物体与该相机系统的距离划分为多个距离范围，并设定分别对应于这些距离范围的多个预设焦距值；
自这些预设焦距值选取一目标预设焦距值；
以该自动对焦模块调整该相机模块的焦距为该目标预设焦距值；
以该相机模块拍摄一目标物体以产生一影像；
以该扩展景深模块运用一扩展景深程序处理该影像以产生一扩展景深影像；
若该扩展景深影像中的该目标物体的清晰度符合一清晰界限值，输出该扩展景深影像；以及
若该扩展景深影像中的该目标物体的清晰度未达到该清晰界限值，重复执行该目标预设焦距值的选取步骤、该相机模块的焦距的调整步骤、该目标物体的拍摄步骤、该影像的处理步骤，直到该扩展景深影像中的该目标物体的清晰度符合该清晰界限值为止。
14.如权利要求13所述的自动对焦方法，其中当该相机模块的焦距被设定为这些预设焦距值其中之一时，位于对应于被设定的该预设焦距值的该距离范围内的物体于该扩展景深影像中的清晰度皆高于该清晰界限值。
15.如权利要求13所述的自动对焦方法，其中该目标预设焦距值的选取步骤包括自未被选取过的这些预设焦距值中依序选取对应于与该相机系统距离最远的该距离范围的该预设焦距值作为该目标预设焦距值。
16.如权利要求13所述的自动对焦方法，其中该相机模块具有大光圈的一镜头，以提升该影像的清晰度。
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