CN103293823B - 自动对焦成像模组 - Google Patents
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Abstract
一种自动对焦成像模组，包括一个取像镜头、一个与该取像镜头光轴对正的影像传感器、一个色彩分离处理器、一个控制器以及一个形状记忆合金驱动器。光线经该取像镜头后成像于影像感测器。该色彩分离处理器将该影像传感器所感测到的图像分别用红、绿、蓝三原色表示。该控制器对该影像传感器所感测到的图像进行MTF运算，根据运算结果确定当前拍摄物距。如果当前拍摄物距大于一预设标准值，则该控制器对该影像传感器感测到的图像进行失焦模糊修正。如果当前拍摄物距小于该预设标准值，则该控制器控制该形状记忆合金驱动器带动该取像镜头进行对焦。该自动对焦成像模组可以达成无论物距是否大于该预设标准值，都能够得到对焦清晰的图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种成像模组，尤其涉及一种自动对焦成像模组。
背景技术
数字式自动对焦技术藉由软件仿真、计算将影像传感器所感应到的图像进行处理，使得因影像传感器像素点上因失焦而模糊的图像变得清晰。扩展景深(Extend Depthof Field：EDoF)技术是常见的数字式自动对焦技术，其利用光的三原色(红色、绿色、蓝色)在不同距离时各自有最佳的模量传输函数值(modulation transfer function,MTF)曲线，因此可以利用物体当前距离的最佳原色利用算法数字仿真出其它两原色，以达到全幅的全彩清晰影像。然而，数字式对焦的缺陷在于对于近距由于各MTF曲线相似度较大导致成像能力不足，一般来说，如果物距在预设标准值范围(该预设标准值通常为40cm)以内，则数字自动对焦技术的对焦效果往往不能令人满意。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种避免上述问题的自动对焦成像模组。
一种自动对焦成像模组，其包括一个取像镜头、一个与所述取像镜光学耦合的影像传感器、一个与所述影像传感器相连接的色彩分离处理器、一个与所述色彩分离处理器相连接的控制器以及一个形状记忆合金驱动器。光线经过所述取像镜头后成像于所述影像传感器。所述色彩分离处理器用于将所述影像传感器所感测到的图像分别用红、绿、蓝三原色表示。所述控制器用于对所述影像传感器所感测到的图像进行MTF运算，根据运算结果确定当前拍摄物距，如果当前拍摄物距大于一预设标准值，则所述控制器对所述影像传感器感测到的图像进行失焦模糊修正。如果当前拍摄物距小于所述预设标准值，则所述控制器控制所述形状记忆合金驱动器带动所述取像镜头进行对焦。
对于现有技术，所述控制器首先确定被摄物体的物距，并根据物距的情形是否大于所述预设标准值选择采用图像进行失焦模糊修正的方式进行对焦或者采用形状记忆合金驱动器进行对焦，无论物距是否大于所述预设标准值，都能够得到对焦清晰的图像。
附图说明
图1是本发明实施方式的自动对焦成像模组的结构示意图。
图2是本发明实施方式的自动对焦成像模组的原理图。
主要元件符号说明
自动对焦成像模组 1
取像镜头 100
光轴 OO
镜筒 10
主体部 101
前盖部 102
凸缘部 103
导孔 1031
侧面 1032
镜座 12
顶部收容腔 121
第一内壁 1211
底部收容腔 122
第二内壁 1221
端面 123
安装孔 1231
导杆 124
镜片 14
电路板 200
影像传感器 300
色彩分离处理器 400
形状记忆合金驱动器 500
子驱动组件 52
形状记忆合金线 521
第一连接件 522
第二连接件 523
挂接件 524
控制器 600
MTF运算模块 61
物距运算模块 62
物距判断模块 63
模糊量运算模块 64
模糊修正量运算模块 65
对焦位置运算模块 66
驱动量运算模块 67
图像处理模块 68
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1及图2，为本发明实施方式的自动对焦成像模组1，包括一个取像镜头100、一个电路板200、一个影像传感器300、一个色彩分离处理器400、一个形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)驱动器500及一个控制器600。
所述取像镜头100具有一光轴OO并包括一个镜筒10、一个镜座12及至少一个具有正光焦度的非球面的镜片14。光线经所述取像镜头100投射至所述影像传感器300的感测区域并在影像感测区域形成图像。
所述镜筒10大致为中空圆柱状，其包括一圆柱状主体部101、自所述主体部101一端向该主体部101中心轴延伸的前盖部102以及环绕所述前盖部102并向远离所述前盖部102方向延伸凸缘部103，所述主体部101的中心轴与所述光轴OO重叠。所述凸缘部103为圆环形，其外径大于所述主体部101的外径。所述凸缘部103开设有两个贯穿该凸缘部103且平行所述光轴OO的导孔1031。所述两个导孔1031对称地设置于所述凸缘部103的一直径方向上。所述凸缘部103包括一个平行于所述光轴OO的侧面1032。
所述镜座12为两端开口的中空管状并开设有一个顶部收容腔121及一个与所述顶部收容腔121连通且同轴设置的底部收容腔122。所述顶部收容腔121为圆柱形且其内径大于所述底部收容腔122的内径以及所述凸缘部103的外径，所述顶部收容腔121包括一个平行于所述光轴OO的第一内壁1211。所述底部收容腔122包括一个平行于所述光轴OO的第二内壁1221。所述第一内壁1211与所述第二内壁1221连接处形成一个垂直光轴OO的环形的端面123。所述凸缘部103收容于所述顶部收容腔121内且所述侧面1032与所述第一内壁1211间隔相对，所述端面123与所述凸缘部103间隔相对且所述端面123开设有两个安装孔1231，所述两个安装孔1231对称地设置于所述端面123的一直径方向上，每个安装孔1231为盲孔并与一个导孔1031相对应。每个安装孔1231内通过螺纹配合方式安装有一个导杆124，每个导杆124同时贯穿对应一个导孔1031。所述底部收容腔122的内径对应于所述主体部101的外径，所述主体部101同时收容于所述顶部收容腔121及所述底部收容腔122内。所述镜片14收容于所述镜筒10内。
所述电路板200安装于所述镜座12的底端，其用于电性连接所述影像传感器300、所述色彩分离处理器400、及所述形状记忆合金驱动器500及所述控制器600。
所述影像传感器300收容于所述底部收容腔122内并连接至所述电路板200。所述影像传感器300与所述取像镜头100光学耦合并包括多个像素单元(图未示)，所述多个像素单元呈数组状分布于所述影像传感器300的有效感测区域。每一个像素单元均包括三原色(红、绿、蓝)像素。较佳地，所述影像传感器300至少包括2048×1536个像素单元。本实施方式中，所述影像传感器300可以为电荷耦合器件(charged-coupled device，CCD)传感器或者互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)传感器。
所述色彩分离处理器400与所述影像传感器300相连。在其他实施方式中，所述色彩分离处理器400也可以集成于所述影像传感器300内。所述色彩分离处理器400是一个具有特定功能的集成电路(aplication specific integrated circuit,ASIC)，所述色彩分离处理器400用于将所述影像传感器300所感测到的影像分离为用三原色表示的图像。所述形状记忆合金驱动器500连接在所述镜筒10及所述镜座12之间。具体的所述形状记忆合金驱动器500包括两个子驱动组件52。每个子驱动组件52包括一个形状记忆合金线521、一个第一连接件522、一个第二连接件523及一个挂接件524。所述形状记忆合金线521为由形状记忆合金制成，例如，可以是镍钛基合金、铜基合金等。所述第一连接件522为金属材料制成，其安装于所述侧面1032上。所述第二连接件523也由金属制成并安装在所述端面123上。所述第一连接件522及第二连接件523均经由所述电路板电连接至所述控制器600。所述挂接件524由绝缘材料制成，其大致为圆弧形且其两端安装在所述第一内壁1211上，所述挂接件524沿平行于所述光轴OO的方向相对于所述第一连接件522更远离所述影像传感器300。在其他实施方式中，所述挂接件524也可以是一个挂勾。所述第一连接件522、第二连接件523及挂接件524位于同一平面。所述两个子驱动组件52对称的设置于所述镜筒10的一直径方向上。所述形状记忆合金线521穿过对应一个挂接件522且两端分别连接至第一连接件522及第二连接件523。所述形状记忆合金线521的两端之间挂接在对应的挂接件524上使所述形状记忆合金线521处于绷紧状态。本实施方式中，所述两个子驱动组件52及两个导杆124大致位于同一平面。所述镜筒10通过两个子驱动组件52悬挂于所述镜座12内且可在所述镜座12内沿所述两个导杆124滑动。所述两个导杆124用于防止所述镜筒10在所述镜座12内发生倾斜或旋转。
所述控制器600与所述色彩分离处理器400及所述形状记忆合金驱动器500相连。所述控制器600包括一个调制传递函数(modulation transfer function,MTF)运算模块61、一个物距运算模块62、一个物距判断模块63、一个模糊量运算模块64、一个模糊修正量运算模块65、一个对焦位置运算模块66、一个驱动量运算模块67及一个图像处理模块68。
所述MTF运算模块61与所述色彩分离处理器400相连，所述物距运算模块62与所述MTF运算模块61相连，所述物距判断模块63与所述物距运算模块62相连，所述对焦位置运算模块66以及所述模糊量运算模块64均与所述物距判断模块63相连，所述驱动量运算模块67与所述对焦位置运算模块66以及所述形状记忆合金驱动器500相连；所述模糊修正量运算模块65与模糊量运算模块64以及所述图像处理模块68相连。
所述MTF运算模块61用于对所述影像传感器300上每一像素单元所感测到的图像区域进行MTF运算，得到对应区域的MTF值。本实施方式中，所述MTF运算模块61对每一像素单元对应的三原色图像分别进行MTF值运算。
所述物距运算模块62用于依据所述MTF运算模块的运算结果，确定每一像素单元所感测到的图像的物距。
所述物距判断模块63用于依据所述物距运算模块62的运算结果，确定当前的拍摄物距。具体地，所述物距判断模块63将所述物距运算模块的运算结果作综合运算，并将该综合运算的结果与一预设标准值进行比较，根据比较结果确定当前拍摄物距。本实施方式中，所述综合运算为对所述物距运算模块62所得到的每一像素单元所感测到图像的物距进行采样，并根据采样的数据运算得到用于表征当前拍摄主要目标物的距离的物距表征量。本实施方式中，所述标准值为40cm。
所述模糊量运算模块64用于依据所述MTF运算模块61的运算结果，确定该每一像素单元运算所得到的MTF值与对应物距内标准MTF值的差异，并根据该差异确定每一像素单元所感测到的图像的模糊量。所述标准MTF值为每一像素单元在对应物距内所感测到的最清晰图像区域的MTF值，因此，所述MTF运算模块61运算得到的每一个像素单元的MTF值与对应的标准MTF值之间的差异可以表征每一像素单元所感测到的图像的模糊量。本实施方式中，所述模糊量运算模块64对每一像素单元的三原色图像分别进行模糊量运算。所述模糊量运算模块64依据所述物距判断模块63所确定的拍摄物距而确定是否其功能是否开启。本实施方式中，当所述物距判断模块63判断当前拍摄物距大于所述预设标准值时，所述模糊量运算模块64功能开启，所述对焦位置运算模块66功能关闭。
所述模糊修正量运算模块65用于根据所述模糊量运算模块64所得到的模糊量，确定对每一像素单元所感应到的图像进行模糊修正的修正量。本实施方式中，所述模糊修正量运算模块65对每一像素单元的图像分别进行三原色的模糊修正量运算。
所述对焦位置运算模块66用于根据所述物距运算模块62的运算结果，确定所述取像镜头100的最佳对焦位置。所述对焦位置运算模块66依据所述物距判断模块63所确定的拍摄物距而确定是否其功能是否开启。本实施方式中，当所述物距判断模块63判断当前拍摄物距小于或等于所述预设标准值时，所述对焦位置运算模块66功能开启，所述对焦位置运算模块66功能关闭。
所述驱动量运算模块67用于根据所述物距运算模块62所得到的取像镜头100的最佳对焦位置，确定所述取像镜头100的对焦驱动量。
所述图像处理模块68用于根据所述模糊修正量运算模块65所得到的修正量，对每一像素单元所感应到的图像进行模糊修正，以得到清晰图像。本实施方式中，所述图像处理单元48对每一像素单元的图像进行三原色的修正。
所述形状记忆合金驱动器500用于根据所述驱动量运算模块67所得到的对焦驱动量驱动所述取像镜头100至最佳对焦位置。所述驱动对焦量为所述形状记忆合金驱动器500驱动所述镜筒10移动至最佳对焦位置时，所述两个形状记忆合金线521产生相应形变所需的驱动电流。
使用时，所述色彩分离处理器400将影像传感器300所感测到的图像进行色彩分离，该图像分别表示为红、绿、蓝三原色图像；所述MTF运算模块61对所述影像传感器300每一像素单元所感测到的图像区域进行MTF运算，得到每一像素单元所感测到的图像区域对应的MTF值；所述物距运算模块62依据所述每一像素单元所感测到的图像的MTF值确定所述每一像素单元所感测到的图像的物距；所述物距判断模块63依据所述每一像素单元所感测到的图像的物距，确定当前拍摄物距。
如果当前拍摄物距大于所述预设标准值时，则所述模糊量运算模块64依据每一像素单元所感测到的图像区域对应的MTF值，确定对应像素单元所感测到的图像的模糊量；所述模糊修正量运算模块65依据所述每一影像感测单元所感测到的图像的模糊量，确定对应像素单元所感测到的图像的模糊修正量；所述图像处理模块68依据所述模糊修正量，对每一影像感测单元所感测到的图像进行模糊修正。
如果当前拍摄物距小于或等于所述预设标准值，则所述对焦位置运算模块66依据所述每一像素单元所感测到的图像的物距，确定最佳对焦位置；所述对焦位置运算模块66依据所述最佳对焦位置确定取像镜头的对焦驱动量；并根据对焦驱动量向每根形状记忆合金线521经所述电路板200、对应的第一连接件522及第二连接件523提供相应的驱动电流，每根形状记忆合金线521通过驱动电流进行加热，其中，向两根形状记忆合金线521提供的驱动电流相等，如此使两根形状记忆合金线521产生相等的变形量。当每个形状记忆合金线521加热到马氏体逆转变开始温度时，对应形状记忆合金线521由马氏体相转变到高温母相(即奥氏体相)，体积收缩，从而驱动所述镜筒沿光轴OO向靠近所述影像传感器300方向移动，进行对焦，依据所述对焦驱动量驱动取像镜头至最佳对焦位置。当控制驱动电路停止提供所述驱动电流，每个形状记忆合金线521快速冷却，当温度低于所述形状记忆合金线521的马氏体相变开始温度，所述形状记忆合金线521由高温母相转变到低温马氏体相并由收缩状态回复至初始紧绷状态。
所述自动对焦成像模组首先利用所述控制器确定被摄物体的物距，并根据物距的情形确定当前拍摄物距，依据拍摄物选择软件计算方式或者驱动取像镜头的方式进行对焦，可以达成无论拍摄物距是否大于所述预设标准值，都能够得到对焦清晰的图像。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种自动对焦成像模组，其包括一个取像镜头、一个与所述取像镜头光学耦合的影像传感器、一个与所述影像传感器相连接的色彩分离处理器、一个与所述色彩分离处理器相连接的控制器以及一个与所述控制器连接的形状记忆合金驱动器；所述取像镜头包括一个镜筒及一个镜座，两导杆中的至少一导杆一端固设于所述镜座，另一端滑动安装于所述镜筒；所述形状记忆合金驱动器用于驱动所述镜筒沿所述导杆滑动；光线经所述取像镜头后成像于所述影像传感器；所述色彩分离处理器用于将所述影像传感器所感测到的图像分别用红、绿、蓝三原色表示；所述控制器用于对所述影像传感器所感测到的图像进行MTF运算，根据运算结果确定当前拍摄物距，如果当前拍摄物距大于一预设标准值，则所述控制器对所述影像传感器感测到的图像进行失焦模糊修正；如果当前拍摄物距小于或等于所述预设标准值，则所述控制器控制所述形状记忆合金驱动器带动所述取像镜头进行对焦；所述取像镜头还包括至少一个具有正光焦度的非球面的镜片；所述镜筒包括一圆柱状主体部、自所述主体部一端向该主体部中心轴延伸的前盖部以及环绕所述前盖部并向远离所述前盖部方向延伸的凸缘部；所述凸缘部为圆环形且其外径大于所述主体部的外径；所述凸缘部开设有两个贯穿该凸缘部且对称地设置于所述凸缘部的一直径方向上的导孔；所述镜座为两端开口的中空管状并开设有一个顶部收容腔及一个与所述顶部收容腔连通且同轴设置的底部收容腔；所述顶部收容腔的内径大于所述底部收容腔的内径以及所述凸缘部的外径，所述顶部收容腔包括一个第一内壁；所述底部收容腔包括一个第二内壁；所述第一内壁与所述第二内壁连接处形成一个垂直于所述取像镜头的光轴的环形的端面；所述凸缘部收容于所述顶部收容腔内且所述凸缘部的一侧面与所述第一内壁间隔相对，所述端面与所述凸缘部间隔相对且所述端面开设有两个对称地设置于所述端面的一直径方向上有两个安装孔，每个安装孔与一个导孔对应且安装有一个导杆；每个导杆同时贯穿对应一个导孔；所述底部收容腔的内径对应于所述主体部的外径，所述主体部同时收容于所述顶部收容腔及所述底部收容腔；所述至少一个镜片收容于所述镜筒内；所述控制器包括一个MTF运算模块、一个物距运算模块、一个物距判断模块、一个模糊量运算模块、一个模糊修正量运算模块、一个对焦位置运算模块、一个驱动量运算模块以及一个图像处理模块；所述MTF运算模块用于对所述影像传感器上每一像素单元所感测到的图像区域进行MTF运算，得到对应区域的MTF值；所述物距运算模块用于依据所述MTF运算模块的运算结果，确定每一像素单元所感测到的图像的物距；所述物距判断模块用于依据所述物距运算模块的运算结果，确定当前的拍摄物距；所述模糊量运算模块用于依据所述MTF运算模块的运算结果，确定该每一像素单元运算所得到的MTF值与对应物距内标准MTF值的差异，并根据该差异确定每一像素单元所感测到的图像的模糊量；所述模糊修正量运算模块用于根据所述模糊量运算模块所得到的模糊量，确定对每一像素单元所感应到的图像进行模糊修正的修正量；所述对焦位置运算模块用于根据所述物距运算模块的运算结果，确定所述取像镜头的最佳对焦位置；所述驱动量运算模块用于根据所述物距运算模块所得到的取像镜头的最佳对焦位置，确定所述取像镜头的对焦驱动量；所述图像处理单元用于对所述影像传感器感测到的图像进行失焦模糊修正。
2.如权利要求1所述的自动对焦成像模组，其特征在于：所述MTF运算模块对每一像素单元对应的三原色图像分别进行MTF值运算。
3.如权利要求1所述的自动对焦成像模组，其特征在于：所述物距判断模块将所述物距运算模块的运算结果作综合运算，并将该综合运算的结果与所述预设标准值进行比较，根据比较结果确定当前拍摄物距；所述综合运算为对所述物距运算模块所得到的每一像素单元所感测到图像的物距进行采样，并根据采样的数据运算得到用于表征当前拍摄主要目标物的距离的物距表征量。
4.如权利要求3所述的自动对焦成像模组，其特征在于：所述预设标准值为40cm。
5.如权利要求4所述的自动对焦成像模组，其特征在于：当前拍摄物距大于所述预设标准值时，所述模糊量运算模块功能开启所述对焦位置运算模块功能关闭；当前拍摄物距小于或等于所述预设标准值时，所述对焦位置运算模块功能开启，所述模糊量运算模块功能关闭。
6.如权利要求1所述的自动对焦成像模组，其特征在于：所述形状记忆合金驱动器包括两个子驱动组件；每个子驱动组件包括一个形状记忆合金线、一个第一连接件、一个第二连接件及一个挂接件；所述第一连接件为金属材料制成，其安装于所述侧面上；所述第二连接件由金属制成并安装在所述端面上；所述挂接件由绝缘材料制成且为圆弧形且其两端安装在所述第一内壁上；所述形状记忆合金线由形状记忆合金制成其穿过对应一个挂接件且两端分别连接至第一连接件及第二连接件；所述形状记忆合金两端之间挂接在对应的挂接件上使所述形状记忆合金线处于绷紧状态。
7.如权利要求6所述的自动对焦成像模组，其特征在于：所述挂接件沿平行于所述光轴的方向相对于所述第一连接件更远离所述影像传感器。
8.如权利要求6所述的自动对焦成像模组，其特征在于：每个子驱动组件的所述第一连接件、第二连接件及挂接件位于同一平面且均连接至所述驱动量运算模块；所述两个子驱动组件对称的设置于所述镜筒的一直径方向上。
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