CN103246131B

CN103246131B - 利用可控制镜头倾斜的对焦马达实现3维多区自动对焦的方法

Info

Publication number: CN103246131B
Application number: CN201310186953.7A
Authority: CN
Inventors: 钞晨; 麦练智
Original assignee: A-Pex Instrument Photoelectric Technology (shenzhen) Co Ltd
Current assignee: A-Pex Instrument Photoelectric Technology (shenzhen) Co Ltd
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: CN103246131A; WO2014187187A1

Abstract

本发明公开一种利用可控制镜头倾斜的对焦马达实现3维多区自动对焦的方法，该方法包括下述步骤：A、进行z轴自动对焦；B、进行Rx轴自动对焦或进行Ry轴自动对焦；C、进行Ry轴自动对焦或进行Rx轴自动对焦。本发明与传统自动对焦相比，提供了更多控制镜头运动的维度，能通过有效控制镜头的位置（第1维度）与两个正交方向的倾角（第2、3维度），实现3维多区自动对焦。当目标倾斜至景深未能同时覆盖整个目标，本发明则可自动实现全区域聚焦，无需手动实现，具有更高可靠性、更快捷、更准确、无需训练等有点。

Description

利用可控制镜头倾斜的对焦马达实现3维多区自动对焦的方法

技术领域

本发明公开一种镜头对焦方法，特别是一种利用可控制镜头倾斜的对焦马达实现3维多区自动对焦的方法。

背景技术

随着智能手机铺天盖地的冲击着手机市场，手机中十有八九都是智能手机，而照相功能几乎是一般智能手机必备的功能。目前，五百万或以上高像素摄像头在智能手机中的日益普及，使得手机拍照的质量越来越接近数码相机。但是，现有技术中的高像素手机摄像头却不含有数码相机的一些光学和机械部件，这种硬件上的缺失，无疑会让拍照手机的拍照效果比数码相机差，更加具体的说，目前的拍照手机最多只有一个自动对焦马达来实现近焦远焦转换功能，对镜头的控制至多是单维度的令镜头靠近或远离图像传感器。而大型拍照装置，如单反相机，具有更复杂的机械装置控制镜头相对于图像传感器进行多维度的运动，例如利用镜头平移来实现光学防抖动（OIS），以及利用镜头适度倾斜来实现移轴摄影等。

　　为了使具有拍照功能的手机的摄像效果进一步向数码相机靠拢，不少国际知名的手机对焦马达厂商都开始研发三轴对焦马达，并已经开发了基于镜头平移的光学防抖对焦马达。但是这些马达由于无法控制镜头产生相对于图像传感器的倾斜，因此同样无法调整镜头光轴与图像传感器的角度。当镜头的焦平面与图像传感器平面不平行时（如镜头焦平面偏斜时，或是同时拍摄距离不同的物体时），这些马达则无法控制镜头实现整个成像范围内的图像清晰对焦。此外，这些马达的结构非常复杂，体积和功耗较大，还未能在智能手机市场上推广开来。

另一方面，虽然针对大型拍照装置，移轴镜头已推出多年，但碍于镜头的重量和体积问题，到目前为止，并未出现能够自动改变光轴的机制，这限制了实现自动3维多区自动对焦的可能性。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的镜头不能自动改变光轴，不能实现自动3维多区自动对焦的缺点，本发明提供一种利用可控制镜头倾斜的对焦马达实现3维多区自动对焦的方法，其通过图像分析算法，找到镜头的最优化二维倾角，以使得所拍摄的图像效果达到最优，解决了由于镜头焦平面与图像传感平面不平行情况下的图像边角模糊问题；解决了在一个画面内拍摄距离不同的几个物体时同时获得清晰聚焦的问题，优化整个画面的清晰度。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种利用可控制镜头倾斜的对焦马达实现3维多区自动对焦的方法，该方法包括下述步骤：A、进行z轴自动对焦；B、进行Rx轴自动对焦或进行Ry轴自动对焦；C、进行Ry轴自动对焦或进行Rx轴自动对焦。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的z轴自动对焦时，具体步骤如下：

A-1、改变镜头的行程至行程1；

A-2、直至影像传感器上的影像稳定位置，通过等待一个固定的时间，或观察影像来决定影像是否稳定；

A-3、摄取影像；

A-4、计算x轴及y轴交界的对焦区或全区域对焦区影像的锐利度；

A-5、改变行程到下一个行程2，重复步骤A-2至A-4，直至行程数目大于或等于总行程数目；

A-6、找出拥有最大锐利度的行程，确定该行程为最佳行程；

A-7、改变镜头行程为最佳行程。

所述的Rx轴自动对焦时，具体步骤如下：

B-1、改变镜头Rx方向上的倾斜角；

B-2、直至影像传感器上的影像稳定位置，通过等待一个固定的时间，或观察影像来决定影像是否稳定；

B-3、摄取影像；

B-4、计算正y轴上的对焦区及负y轴上的对焦区影像的锐利度；

B-5、改变Rx方向上的倾斜角到下一个倾斜角，重复步骤B-2至B-4，直至行程数目大于或等于总Rx方向上倾斜角数目；

B-6、找出拥有最大锐利度的Rx方向上的倾斜角，确定该倾斜角为最佳Rx方向上的倾斜角；

B-7、改变镜头Rx方向上的倾斜角为最佳Rx方向上的倾斜角。

所述的Ry轴自动对焦时，具体步骤如下：

C-1、改变镜头Ry方向上的倾斜角；

C-2、直至影像传感器上的影像稳定位置，通过等待一个固定的时间，或观察影像来决定影像是否稳定；

C-3、摄取影像；

C-4、计算正x轴上的对焦区及负x轴上的对焦区影像的锐利度；

C-5、改变Ry方向上的倾斜角到下一个倾斜角，重复步骤C-2至C-4，直至行程数目大于或等于总Ry方向上倾斜角数目；

C-6、找出拥有最大锐利度的Ry方向上的倾斜角，确定该倾斜角为最佳Ry方向上的倾斜角；

C-7、改变镜头Ry方向上的倾斜角为最佳Ry方向上的倾斜角。

本发明的有益效果是：本发明与传统自动对焦相比，提供了更多控制镜头运动的维度，能通过有效控制镜头的位置（第1维度）与两个正交方向的倾角（第2、3维度），实现3维多区自动对焦。

以往当目标倾斜至景深未能同时覆盖整个目标，用家只能手动进行移轴，来实现全区域聚焦。本发明则可自动实现全区域聚焦，无需手动实现，具有更高可靠性、更快捷、更准确、无需训练等有点。

另外，本发明中可控制镜头倾斜的对焦马达，还可以实现光学防抖，光轴垂直度补偿等高端大型拍照装置才具备的功能。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明中采用的摄像头立体结构示意图。

图2为本发明中采用的摄像头剖面结构示意图。

图3为本发明调整前光路示意图。

图4为本发明调整后光路示意图。

图5为本发明对焦区域划分结构示意图。

图6为本发明流程图。

图7为本发明中z轴自动对焦流程图。

图8为本发明中Rx轴自动对焦流程图。

图9为本发明中Ry轴自动对焦流程图。

图中，101-镜头，102-马达，103-图像传感器，201-目标，202-单凸透镜头，204-成像，212-单凸透镜头方向，214-新成像，301-x轴及y轴交界的对焦区，302-正x轴上的对焦区，303-正y轴上的对焦区，304-负x轴上的对焦区，305-负y轴上的对焦区，306-全区域对焦区。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图1和附图2，本发明中所采用的马达为可控制镜头倾斜的对焦马达，本发明中采用的摄像头主要包括镜头101、可控制镜头101倾斜的对焦马达102和影像传感器103，镜头101在马达102的控制下，自由度至少是三维，并包括Z轴平移方向，Rx轴方向转动和Ry轴方向转动，所述镜头101可以由一个或多个镜片组成。

本发明中的采用的摄像头结构具体利用现有技术中的可控制镜头倾斜的对焦马达（例如专利号为US2009/0237517的美国专利及专利号为200810090504.1的中国专利）或其他致动装置来实现3维多区对焦功能。由于所述马达的可动元件较为轻巧，致动元件的大小和功耗能让一般小型流动装置（如手机）接受。

本发明中主要为一种利用可控制镜头倾斜的对焦马达实现3维多区自动对焦的方法，请结合参看附图3和附图4，附图3中，当目标201倾斜时，在单凸透镜头202没有倾斜的时候，成像204可能会因为影像超出景深而无法全区域聚焦。本实施例中，所述的目标可以是由一个或多个对象组成。

本方法中的单凸透镜头202相等于在单镜头系统中的镜头101。请参见附图4，通过马达102，调整镜头202倾斜角，根据沙姆定律（Scheimpflugprinciple，参见GBPatentNo.1139），达到新的单凸透镜头方向212，以及新的成像214，达到全区域聚焦。

请结合参看附图5，本实施例中，在全区域聚焦过程中采用多区对焦实现，本实施例中，多区对焦包括五个区，分别为正x轴上的304区，负x轴上的302区，正y轴上的303区，负y轴上的305区，以及在x轴及y轴交界的301区，或是306全区域（即是整个影像）。本发明在具体实施时，并不限于五个区，可以为三个区或以上，而且区的位置，x轴及y轴的位置和方向亦无硬性规定。

请参看附图6，本发明中的3维五区自动对焦的方法，具体步骤如下：首先，针对301区或306区影像，进行z轴自动对焦，这是近似传统1维的自动对焦，然后，针对303去或305区影像，进行Rx轴自动对焦，最后，针对302或304区影像，进行Ry轴自动对焦。

请结合参看附图7，本实施例中，z轴自动对焦的方法是通过图像分析算法实现的，具体如下：

一、改变镜头的行程到行程1。本实施例中的行程的定义为镜头在z轴上的相对位置，行程的参考位置可以为影像传感器103或没有马达没有通电时镜头的位置。

二、直至影像传感器103上的影像稳定位置，可以通过等待一个固定的时间，或观察影像来决定影像是否稳定，由于当镜头202位置未固定时,图像的清晰度无法稳定下来，通常，镜头202在迅速移动到某个位置时，由于惯性等因素，镜头202还会在该位置附近前后摆动一段时间，此时的图像也无法对焦清楚，因此需要等待一段时间，直到图像清楚，具体的等待时间与整个系统的多项参数以及镜头性能有关，大约为几十到上百毫秒左右，总之，越短越好。

三、摄取影像。

四、计算301区或306区影像的锐利度（sh）。

五、改变行程到下一个行程2，本实施例中，通常的镜头202的一个行程一般为几十微米左右，常规的可选择30~80微米，重复步骤二至四，直至行程数目大于或等于总行程数目（nh）。

六、找出拥有最大锐利度（sh）的行程，确定该行程为最佳行程。

七、改变行程为最佳行程。

请结合参看附图8，本实施例中的Rx轴自动对焦的方法，Rx轴自动对焦的方法和z轴自动对焦的方法相近，具体步骤如下：

一、改变镜头Rx方向上的倾斜角。

二、等待一个固定的时间直至影像稳定。

三、摄取影像。

四、计算303区及305区影像的锐利度（ui）。

五、改变Rx方向上的倾斜角到下一个倾斜角，本实施例中，通常的镜头202的一次倾斜角可选择3~10°，重复步骤二至四，直至Rx方向上的倾斜角数目大于或等于总Rx方向上倾斜角数目（ni）。

六、找出拥有最大锐利度（ui）的Rx方向上的倾斜角，该倾斜角为最佳Rx方向上的倾斜角。

七、改变镜头的行程为最佳Rx方向上的倾斜角。

请结合参看附图9，本实施例中的Ry轴自动对焦的方法，Ry轴自动对焦的方法和Rx轴自动对焦的方法非常接近，具体步骤如下：

一、改变Ry方向上的倾斜角。

二、等待一个固定的时间直至影像稳定。

三、摄取影像。

四、计算302区及304区影像的（vj）。

五、改变Ry方向上的倾斜角到下一个倾斜角，本实施例中，通常的镜头202的一次倾斜角可选择3~10°，重复步骤二至四，直至Ry方向上的倾斜角数目大于或等于总Ry方向上的倾斜角数目（nj）。

六、找出拥有最大锐利度（vj）的Ry方向上的倾斜角，该倾斜角为最佳Ry方向上的倾斜角。

七、改变行程为最佳Ry方向上的倾斜角。

上述流程为本发明的一个具体实施例，但具体实施时，详细流程和步骤可以更改，如Rx轴自动对焦及Ry轴自动对焦的先后次序。

本发明与传统自动对焦相比，提供了更多控制镜头运动的维度，能通过有效控制镜头的位置（第1维度）与两个正交方向的倾角（第2、3维度），实现3维多区自动对焦。

以往当目标倾斜至景深未能同时覆盖整个目标，用家只能手动进行移轴，来实现全区域聚焦。本发明则可自动实现全区域聚焦，无需手动实现，具有更高可靠性、更快捷、更准确、无需训练等优点。

Claims

1.一种利用可控制镜头倾斜的对焦马达实现3维多区自动对焦的方法，其特征是：所述的方法包括下述步骤：

A、进行z轴自动对焦，所述的z轴自动对焦时，具体步骤如下：

A-1、改变镜头的行程至行程1；

A-3、摄取影像；

A-6、找出拥有最大锐利度的行程，确定该行程为最佳行程；

A-7、改变镜头行程为最佳行程；

B、进行Rx轴自动对焦或进行Ry轴自动对焦，具体步骤如下：

B-1、改变镜头Rx方向上的倾斜角；

B-3、摄取影像；

B-7、改变镜头Rx方向上的倾斜角为最佳Rx方向上的倾斜角；

C、进行Ry轴自动对焦或进行Rx轴自动对焦，具体步骤如下：

C-1、改变镜头Ry方向上的倾斜角；

C-3、摄取影像；

C-7、改变镜头Ry方向上的倾斜角为最佳Ry方向上的倾斜角。