CN106031148A - 成像设备，成像设备中自动对焦的方法以及对应计算机程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成像设备100，以及一种用于所述成像设备100中自动对焦的方法。所述成像设备100包括具有第一镜头系统112的第一成像系统110、具有第二镜头系统122的第二成像系统120，以及自动对焦控制器130。所述成像设备100和所述方法分别能够基于搜索参数使用所述第一镜头系统112和所述第二镜头系统122执行逐步自动对焦搜索。因此，所述自动对焦控制器130在各个自动对焦搜索步骤之后为所述第一镜头系统112和所述第二镜头系统122中的每一个获取目标函数的结果，并根据所述第一镜头系统112和所述第二镜头系统122中的每一个的所述获取的目标函数结果来更新所述搜索参数。

Description

成像设备，成像设备中自动对焦的方法以及对应计算机程序

技术领域

本发明涉及一种成像设备，一种用于成像设备中自动对焦的方法以及一种对应计算机程序，计算机程序具有用于执行该方法的程序代码。通常，本发明涉及计算机视觉和计算摄影领域，尤其涉及照相机、手机、智能手机等成像设备中的自动对焦。

背景技术

在可变焦的成像设备中，往往提供自动对焦实施方式和方法以在图像中的特定感兴趣区域中自动调节成像设备的成像系统的镜头系统的焦距，这个区域也称为图像的突出区。通常，移动设备中的自动对焦实施方式基于图像的突出区中的清晰度测量。

自动对焦实施方式由于其低速而通常被认为是现有移动设备中相机的主要缺点之一。根据图像传感器的质量和分辨率，自动对焦可需要长达数秒。这一相当长的时间会对用户体验和图像质量产生负面影响，尤其是在图像主体移动时。

通常，在移动设备中，当用户将具有相机的移动设备指向某一场景时，自动对焦实施方式通过尝试迭代最大化图像内突出区的清晰度而始终开启。突出区或感兴趣区域基于设备中的特定参数自动确定或由用户手动确定。为了降低迭代过程中的计算复杂度，一些实施方式在低分辨率图像帧上计算突出区中的清晰度。通常，从用户视角来看，最好提高移动设备的成像设备中自动对焦的速度。

通常，在最近的现有技术移动设备中，突出区通过检测人脸的一些技术等来自动检测以便自动对焦该区域，或由用户通过特定用户界面手动选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少自动对焦所需平均时间的概念。

上述目标通过所附独立权利要求中提供的方案实现。有利实施方式定义在各个从属权利要求中。

本发明的第一方面提供了一种成像设备，包括具有第一镜头系统的第一成像系统、具有第二镜头系统的第二成像系统以及用于基于搜索参数使用所述第一镜头系统和所述第二镜头系统执行逐步自动对焦搜索的自动对焦控制器，其中，所述自动对焦控制器还用于在各个自动对焦搜索步骤之后为所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个获取目标函数的结果，以及用于根据所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个的所述获取的目标函数结果来更新所述搜索参数。

相比于现有技术，根据本发明的成像设备的优势在于，减少了成像设备的至少两个成像系统中各个镜头系统自动对焦所需的平均时间，同时仍然提供图像的突出区内的最大清晰度和/或对比度。术语逐步旨在定义迭代自动对焦搜索，其中，在每个自动对焦步骤之后执行一个后续自动对焦搜索步骤，直到满足预定中止条件。

根据所述第一方面，在所述成像设备的第一实施形式中，所述自动对焦控制器还用于首先在公共初始搜索范围中的预定位置中为所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个获取目标函数的结果，以及用于为所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个将所述获取的目标函数的相应结果分别作为存储的最佳结果来存储。据此，来自两个镜头系统的所述结果用于所述自动对焦搜索中，由此，所述相应最佳结果被存储并进一步使用，从而提高准确性。

在所述第一方面的所述第一实施形式的所述成像设备的第二实施形式中，所述自动对焦控制器还用于为所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个分别存储所述获取的目标函数的相应最佳结果，以及用于在各个自动对焦搜索步骤之后将所述获取的目标函数的相应结果与所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个的所述存储的最佳结果进行比较，其中，所述自动对焦控制器还用于根据所述比较的结果更新所述搜索参数。据此，进一步提高并加快了所述自动对焦搜索的准确性。

根据所述第一方面的所述第二实施形式，在所述成像设备的第三实施形式中，所述自动对焦控制器还用于，如果所述比较结果是，对于所述第一镜头系统和所述第二镜头系统之一，所述获取的目标函数结果与这个镜头系统的所述存储的最佳结果相比在退化，则更新所述搜索参数。据此，进一步加快了所述自动对焦搜索。

根据所述第一方面的所述第三实施形式，在所述成像设备的第四实施形式中，所述搜索参数是所述自动对焦搜索的公共搜索范围，其中，所述自动对焦控制器还用于，如果所述比较的结果是，对于所述第一镜头系统和所述第二镜头系统之一，所述获取的目标函数结果在退化，则在更新所述搜索参数时设置新搜索范围，所述新搜索范围小于相应的先前搜索范围。据此，进一步提高了所述搜索准确性和速度。

根据所述第一方面的所述第四实施形式，在所述成像设备的第五实施形式中，所述自动对焦控制器还用于将所述第一镜头系统或所述第二镜头系统的位置确定为所述新搜索范围的新边界，在所述位置处，这个镜头系统的所述获取的目标函数结果在退化。这进一步提高了所述自动对焦搜索的准确性和速度。

根据所述第一方面的所述第五实施形式，在所述成像设备的第六实施形式中，所述自动对焦控制器还用于在所述镜头系统的所述逐步自动对焦搜索期间反转移动方向，在所述移动方向，所述获取的目标函数结果在退化。这进一步提高了所述自动对焦搜索的速度。

根据所述第一方面的所述第四、第五或第六实施形式之一，在所述成像设备的第七实施形式中，所述自动对焦控制器还用于基于所述新搜索范围确定所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个的所述自动对焦搜索的步长。据此，进一步提高了所述自动对焦搜索的准确性。

根据所述第一方面的所述第七实施形式，在所述成像设备的第八实施形式中，所述自动对焦控制器还用于使用常量基于将所述新搜索范围的长度值除以(例如，通过对所述长度值作除)所述常量值来确定所述步长，所述常量对整个自动对焦搜索有效。这通过简单的方式进一步提高了所述自动对焦搜索的准确性。

根据所述第一方面的所述第三至第八实施形式之一，在所述成像设备的第九实施形式中，所述自动对焦控制器还用于，当设置所述新搜索范围之后所述第一镜头系统或所述第二镜头系统位于所述新搜索范围之外时，停止所述相应镜头系统的所述自动对焦搜索。据此，由于不再参与所述自动对焦搜索的所述镜头系统不再移动，所以节约了系统资源，从而能够节约电池电量等。

根据所述第一方面的所述第三至第八实施形式之一，在所述成像设备的第十实施形式中，所述自动对焦控制器还用于，当设置所述新搜索范围之后所述第一镜头系统或所述第二镜头系统位于所述新搜索范围之外时，将所述相应镜头系统移入所述新搜索范围中。据此，能够进一步提高所述自动对焦搜索的准确性。

根据所述第一方面的所述第一至第十实施形式之一，在所述成像设备的第十一实施形式中，所述自动对焦控制器还用于在满足预定标准时终止所述自动对焦搜索。这确保所述自动对焦搜索的总体速度保持在合理的时间范围内。

根据所述第一方面的所述第十一实施形式中，在所述成像设备的第十二实施形式中，所述标准是以下项中的一项或多项：所述新搜索范围在预设阈值内，自动对焦步骤数目达到预设数目，或所述获取的目标函数结果与所述存储的最佳结果相比没有明显变化。在本申请中应了解，当所述获取的目标函数结果相比所述存储的最佳结果的变化不超过±10％、±5％、±1％或±0.1％时，所述获取的目标函数结果与所述存储的最佳结果相比没有明显变化。这确保了所述自动对焦搜索在合理的，即，短时间范围内有可靠且良好的结果。

根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的所述第一至第十二实施形式之一，在所述成像设备的第十三实施形式中，所述成像设备还包括具有第三镜头系统的第三成像系统，其中，所述自动对焦控制器还用于基于所述搜索参数使用所述第三镜头系统执行逐步自动对焦搜索，所述自动对焦控制器还用于在各个自动对焦搜索步骤之后为所述第三镜头系统获取目标函数的结果，以及用于根据所述第一镜头系统、所述第二镜头系统和所述第三镜头系统中的每一个的所述获取的目标函数结果来更新所述搜索参数。这确保了在具有不止两个镜头系统的成像设备中快速且可靠的自动对焦搜索。

本发明的第二方面提供了一种用于成像设备中自动对焦的方法，所述成像设备具有第一成像系统和第二成像系统，所述第一成像系统具有第一镜头系统，所述第二成像系统具有第二镜头系统。所述方法包括基于搜索参数使用所述第一镜头系统和所述第二镜头系统执行逐步自动对焦搜索，所述执行包括：在各个自动对焦搜索步骤之后为所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个获取目标函数的结果，以及根据所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个的所述获取的目标函数结果来更新所述搜索参数。须注意，本发明的所述第二方面的所述方法特别适用于根据本发明所述第一方面的成像设备中的自动对焦以及如上文定义的其各种实施方式。

在所述第二方面的所述方法的第一实施形式中，所述执行步骤包括：初始步骤，在公共初始搜索范围中的预定位置中为所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个获取所述目标函数的结果；以及以下步骤：为所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个将所述获取的目标函数的相应结果分别作为存储的最佳结果来存储。

根据所述第二方面的所述第一实施形式，在所述方法的第二实施形式中，所述方法还包括以下步骤：为所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个分别存储所述获取的目标函数的相应最佳结果，以及在各个自动对焦搜索步骤之后将所述获取的目标函数的相应结果与所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个的所述存储的最佳结果进行比较，其中，根据所述比较步骤的结果执行所述更新所述搜索参数的步骤。

根据所述第二方面的所述第二实施形式，在所述方法的第三实施形式中，如果所述比较结果是，对于所述第一镜头系统和所述第二镜头系统之一，所述获取的目标函数结果与这个镜头系统的所述存储的最佳结果相比在退化，则执行所述更新所述搜索参数的步骤。

根据所述第二方面的所述第三实施形式，在所述方法的第四实施形式中，所述搜索参数是所述自动对焦搜索的公共搜索范围；如果所述比较的结果是，对于所述第一镜头系统和所述第二镜头系统之一，所述获取的目标函数结果在退化，则所述更新所述搜索参数的步骤包括设置新搜索范围的步骤，所述新搜索范围小于相应的先前搜索范围。

根据所述第二方面的所述第四实施形式中，在所述方法的第五实施形式中，在所述设置步骤中，将所述第一镜头系统或所述第二镜头系统的位置确定为所述新搜索范围的新边界，在所述位置处，这个镜头系统的所述获取的目标函数结果在退化。

根据所述第二方面的所述第五实施形式，在所述方法的第六实施形式中，在所述镜头系统的所述逐步自动对焦搜索期间反转移动方向，在所述移动方向，所述获取的目标函数结果在退化。

根据所述第二方面的所述第四、第五或第六实施形式之一，在所述方法的第七实施形式中，基于所述新搜索范围确定所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个的所述自动对焦搜索的步长。

根据所述第二方面的所述第七实施形式，在所述方法的第八实施形式中，使用常量基于将所述新搜索范围的长度值除以(例如，通过对所述长度值做除)所述常量值来确定所述步长，所述常量对整个自动对焦搜索有效。

根据所述第二方面的所述第三至第八实施形式之一，在所述方法的第九实施形式中，当设置所述新搜索范围之后所述第一镜头系统或所述第二镜头系统位于所述新搜索范围之外时，停止相应镜头系统的所述自动对焦搜索。

根据所述第二方面的所述第三至第八实施形式之一，在所述方法的第十实施形式中，当设置所述新搜索范围之后所述第一镜头系统或所述第二镜头系统位于所述新搜索范围之外时，将所述相应镜头系统移入所述新搜索范围中。

根据所述第二方面的所述第一至第十实施形式之一，在所述方法的第十一实施形式中，如果满足预定标准，则终止所述自动对焦搜索。

根据所述第二方面的所述第十一实施形式中，在所述方法的第十二实施形式中，所述标准是以下项中的一项或多项：所述新搜索范围在预设阈值内，自动对焦步骤数目达到预设数目，或所述获取的目标函数结果与所述存储的最佳结果相比没有明显变化。

根据如上所述第二方面或根据所述第二方面的所述第一至第十二实施形式之一，在所述方法的第十三实施形式中，所述成像设备还包括具有第三镜头系统的第三成像系统，其中，基于所述搜索参数使用所述第三镜头系统附加执行逐步自动对焦搜索，在各个自动对焦搜索步骤之后为所述第三镜头系统获取目标函数的结果，以及根据所述第一镜头系统、所述第二镜头系统和所述第三镜头系统中的每一个的所述获取的目标函数结果来更新所述搜索参数。

本发明的第三方面提供了一种带有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行根据本发明的所述第二方面的方法以及本发明的所述第二方面的任一实施形式。

本发明的上述第一、第二和第三方面以有利的方式解决了上述目标。其它有利但可选的实施方式定义在上述各种实施形式中。本发明具体提供了一种能够减少或甚至最小化到达成像设备中自动对焦位置所需平均时间的技术框架和技术方案，所述成像设备至少包括具有第一镜头系统的第一成像系统和具有第二镜头系统的第二成像系统。需理解，本发明不限于具有第一和第二成像系统的成像设备，其中所述第一和第二成像系统分别具有第一和第二镜头系统，还能够为具有第一、第二和第三成像系统或甚至具有其它额外成像系统的成像设备实施，其中，所述第一、第二和第三成像系统分别具有第一、第二和第三镜头系统，所述其它额外成像系统具有相应镜头系统。此外，本发明能够应用到一个成像系统仅获取单个图像的成像实施方式中，还能够应用到获取两个或更多图像的方案中，其中，每个图像从一个成像系统获取。本发明的具体优势包括，在由单个自动对焦控制器控制时，所述成像设备的两个(或更多)镜头系统在自动对焦搜索期间能够同时单独移动来优化目标函数，以发现最清晰的(或更具对比度的)镜头位置，从而减少或甚至最小化平均自动对焦时间。通常，所述平均自动对焦时间取决于根据所述成像设备的软件或硬件而变化的两个主要制法，即，计算所述目标函数所需的时间以及在所述自动对焦搜索期间移动的镜头所要系统覆盖的距离。本发明允许考虑这两种制法，以便确定各个成像设备配置的最佳方案。根据所述镜头系统的相应位置，所述镜头系统中的任一者将转换至焦距内位置，或者所述两个(或更多)镜头系统都将共同转换至同一焦距内位置。因为所述两个(或更多)镜头系统共同参与自动对焦搜索过程，所以减少了发现最佳焦距内位置所需的平均时间。

本发明的一个优势在于所述第一镜头系统和所述第二镜头系统(以及其它镜头系统，如果存在的话)的联合协调控制，即，根据所述第一镜头系统和所述第二镜头系统(以及其它镜头系统，如果可用的话)的获取的目标函数结果更新搜索参数。据此，在各个自动对焦搜索步骤之后，考虑每个当前镜头系统的目标函数结果来更新所述搜索参数，从而用于下一(即，随后的)自动对焦搜索步骤。据此，与常规系统相比，能够提高所述自动对焦过程的速度。另一优势在于，所述第一镜头系统和所述第二镜头系统(以及其它可能的镜头系统)能够在搜索范围的不同部分，即在不同的对焦区域，中单独移动。

须注意，本申请中描述的所有设备、元件、单元和构件可在软件或硬件元件或其任意类型的组合中实施。本申请中描述的各种实体执行的所有步骤和所描述的将由各种实体执行的功能旨在表明各个实体适于或用于执行各自的步骤和功能。即使在下文的特定实施例描述中，由外部实体形成的具体步骤或功能没有体现在执行该具体步骤或功能的那个实体的具体详细元件的描述中，技术人员也应清楚，这些方法和功能可以在各个软件或硬件元件或其任意类型的组合中实施。

附图说明

结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述本发明的各方面及其实现形式，其中：

图1所示为根据本发明第一实施例的成像设备的示意图；

图2所示为根据本发明第二实施例的成像设备的示意图；

图3所示为根据图1所示第一实施例的成像设备的更详细实施形式；

图4所示为根据本发明的一种用于成像设备中自动对焦的方法的流程图；

图5所示为计算图4所示方法的新镜头位置的步骤的具体实施方式的流程图；

图6所示为在根据本发明的方法的成像设备中执行的自动对焦搜索的示例图；

图7所示为在根据本发明的方法的成像设备中执行的自动对焦搜索的另一示例图。

具体实施方式

在详细描述本发明实施例之前，还应做一些大体说明，以理解本发明的概念。

本申请的主题是移动设备中的或用于移动设备的成像设备，移动设备可为照相机、便携式相机、手机、智能手机等，成像设备具有两个或更多成像系统，即，两种或更多相机实施方式。在这种设备中，可能同时并单独控制各个成像系统的自动对焦和各个相机，以便加快自动对焦过程的速度。

根据本发明的成像设备的自动对焦技术可以例如由用于将镜头系统相对于成像系统的图像传感器而移动的小型伺服电机来实施。对于镜头系统相对于图像传感器的各个相对位置，测量指定突出区内的像素强度。据此，针对镜头系统的各个相对位置，计算基于突出区内检测到的像素强度测量清晰度的目标函数。通常，这个目标函数计算突出区内的清晰度和/或对比度的测量。在本发明实施例中可以使用不同的现有目标函数，例如，强度变量、平方梯度总和或平方强度总和等等的函数。

可以在本发明实施例中使用的目标函数O的一些示例是大于预定阈值θ的第一导数的绝对值之和，

$O=\underset{Height}{\Σ}\underset{Width}{\Σ}|i(x+1,y)-i(x,y)|$

其中，i(x,y)是位置(x,y)处的像素的灰度电平强度，x和y分别是横轴和纵轴的坐标，以及

|i(x+1,y)-i(x,y)|＞θ

或图像像素间的变化，

$O=\frac{1}{H\·W}\underset{Height}{\Σ}\underset{Width}{\Σ}{\left(i\right(x,y)-\mathrm{\μ})}^2$

其中，H和W分别代表突出区的像素中的横向和垂直分辨率，μ表示突出区上的平均强度，或突出区的像素的自相关

$O=\underset{Height}{\Σ}\underset{Width}{\Σ}i(x+1,y)\·i(x,y)-\underset{Height}{\Σ}\underset{Width}{\Σ}i(x+2,y)\·i(x,y)$

然而，在本发明中，可以应用任何目标函数O，不只是上述之一，来计算突出区中的清晰度。

一般而言，将最大化目标函数的镜头位置选择为自动对焦结果。

图1所示为根据本发明的成像设备100的第一实施例的示意方框图。成像设备100包括具有第一镜头系统112的第一成像系统110、具有第二镜头系统122的第二成像系统120以及自动对焦控制器130，用于基于搜索参数使用第一镜头系统112和第二镜头系统122执行逐步自动对焦搜索。自动对焦控制器130还用于在各个自动对焦搜索步骤之后为第一镜头系统112和第二镜头系统122中的每一个获取目标函数的结果，以及用于根据第一镜头系统112和第二镜头系统122中的每一个的获取的目标函数结果来更新搜索参数。

成像设备100可以实现为具有第一镜头系统112和第二镜头系统122的便携式相机、手机、智能手机、平板电脑或具有成像功能的任意设备或装置。

在成像设备100的其它实施例中，成像设备100包括比图1所示的技术元件更多的技术元件，例如(但不限于)，图像传感器、镜头系统执行器、存储构件、处理器等等。

通常，本发明涉及成像设备100中的快速且高效的自动对焦实施方式。自动对焦本质上是自动将镜头系统112、122对焦到图像中的特定感兴趣区域的方法或技术。图像是成像设备对真实世界或人造场景的视觉表示。有时还使用文字图片，而不是文字图像。自动对焦过程或实施方式涉及优化旨在最大化特定感兴趣区域中的清晰度和/或对比度的目标函数。对焦涉及各镜头系统112、122的一个或多个镜头相对于图像传感器移动到某一优化位置。这个位置称为焦距内镜头位置。此外，特定感兴趣区域有时称为突出区，其是图像内描绘用户最感兴趣的内容的区域。在自动对焦搜索期间，在突出区内迭代逐步测量清晰度和/或对比度，以便最大化相关目标函数的结果。突出区可以自动检测或可以由用户手动选择。目标函数是将在各个自动对焦搜索步骤之后为各个候选镜头位置计算以便测量和获取相应镜头位置的对比度和/或清晰度值的函数。应当注意，将在本发明的框架中计算的目标函数对应并且可以为常规目标函数之一。可以使用在镜头系统112、122中的每一个的各个自动对焦搜索步骤中为图像清晰度(和/或对比度)提供比较快速而可靠的结果的任意适当目标函数。目标函数测量和计算的清晰度与突出区中图像强度的平均变化率或平均导数成比例：图像越清晰，平均导数越大，平均导数相当于对比度。因此，测量和计算清晰度相当于测量或计算突出区中的对比度。如上所述，突出区是捕获图像中的特定感兴趣区域。本发明适用于数字成像设备，在数字成像设备中，图像由电子芯片形式的图像传感器捕获，电子芯片包括像素元素的二维数组。据此，像素是最小可寻址图像或图片元素。相应电子芯片位于相应第一成像系统110和第二成像系统120内部。芯片分别经由第一镜头系统112和第二镜头系统122暴露于光下，并确定各个颜色和像素的光强度。得到的颜色值数组作为图像存储在相应存储或内存元件中。然后，使用突出区内的这些颜色值计算目标函数的结果。本发明适用于成像设备100中提供了至少两个成像系统110、120的技术。成像系统110、120中的每一个同时捕获同一场景的相应不同视图，从而存储一对图像。或者，换言之，这两个成像系统可以具有重叠的视场。成像系统110、120两者可以同时捕获突出区。然后，分别为第一和第二镜头系统112、122的各个镜头位置单独计算目标函数。换言之，对于第一镜头系统112，为各个自动对焦步骤获取目标函数的结果，对于第二镜头系统122，在各个自动对焦步骤之后获取目标函数的结果。然后，自动对焦控制器130通常同时使用这两个目标函数结果来更新(公共)搜索参数。

须注意，本发明不限于具有第一成像吸引110和第二成像系统120的成像设备，还可以涉及具有多于两个成像系统的成像设备。图2所示为本发明的成像设备100'的另一实施例的示例。成像设备100'包括第一成像系统110、第二成像系统120和第三成像系统140。第三成像系统140包括第三镜头系统142。第一成像系统110和第二成像系统120对应结合图1所示实施例的成像设备100示出的和说明的成像系统。所有对应说明同样适用。此外，图2所示的成像设备100'包括具有第三镜头系统142的第三成像系统140。第三成像系统140的功能和特性分别对应第一和第二成像系统110、120的功能和特性。与第一镜头系统112和第二镜头系统122有关的所有特征和特性都同样适用于第三成像系统140的第三镜头系统142。在图2的成像设备100'中，为第一、第二和第三成像系统110、120、140中的每一个分别获取各个自动对焦搜索步骤中的目标函数的结果，并考虑以及根据这三个目标函数结果中的每一个来更新自动对焦搜索的搜索参数，与上文结合图1的成像设备100说明的方式一样。

图3所示为图1的实施例的成像设备100的更详细视图。成像设备100的第一成像系统110包括提及的第一镜头系统112以及第一镜头驱动器114，第一镜头驱动器114由自动对焦控制器130控制以便改变第一镜头系统112的一个或多个可移动镜头的位置。第一成像系统110还包括第一成像传感器116，其捕获由第一镜头系统112提供的图像。然后，将第一成像传感器116捕获的图像数据提供给自动对焦控制器130。更具体而言，使用自动对焦控制器130的第一清晰度测量块132为第一图像传感器116提供的图像的突出区计算并输出目标函数的结果，并将该结果提供给自动对焦控制器130的处理元件136。类似地，第二成像系统120包括第二镜头驱动器124，其在自动对焦控制器130的控制下改变第二镜头系统122的一个或多个可移动镜头的位置。第二成像系统120还包括第二图像传感器126，其捕获由第二镜头系统122提供的图像并将图像数据提供给自动对焦控制器130的第二清晰度测量块134。第二清晰度测量块134计算突出区中目标函数的结果，并将结果提供给自动对焦控制器130的处理元件136。第二清晰度测量块134的功能和特征与第一清晰度测量块132的功能和特征相同。类似地，第二成像传感器126的功能和特征对应第一成像传感器116的功能和特征。第二镜头驱动器124的功能和特征同样对应第一镜头驱动器114的功能和特征。须注意，清晰度测量块132、134可为自动对焦控制器130的处理元件136的一部分或者，如图所示，具现在单独的元件中。在根据本发明的成像设备100'包括第三成像系统140或甚至更多成像系统的情况下，这些成像系统以与图3所示的成像系统110和120相同的方式构造。在这种情况下，自动对焦控制器130然后会包括对应的第三或其它清晰度测量块和相应的必需功能。

本发明的成像设备100中的完整图像捕获过程开始于，首先在初始步骤中确定突出区。这可通过任意合适的方法实施，包括通过为所有成像系统110、120、140并行执行人脸检测的自动方法等，或通过对应用户输入手动实施。在自动情况下，通过在自动对焦控制器130中执行的简单视差估计检查等来验证成像系统110、120中的每一个突出区，以便确保它们在所有视图中覆盖的场景内容相同。在手动情况下，首先为例如仅由第一成像系统110提供的单个视图确定突出区。通过应用基本视差估计，在自动对焦控制器130中确定由第二成像系统120以及最后由第三成像系统140等等提供的所有其它视图中的突出区。然后，将在第一和第二清晰度测量块132和134中分别为每个突出区获取的目标函数的结果一起用于分别控制第一和第二镜头系统112和122的每一个中的至少一个可移动镜头的位置。因此，各个自动对焦搜索步骤中的各个可移动镜头位置的更新基于在各个先前自动对焦搜索步骤中为成像系统110、120中的每一个获取的目标函数的联合结果。自动对焦控制器，更具体而言是处理元件136，还用于，在各个自动对焦搜索步骤之后，通过在每次迭代之后检查中止条件来控制自动对焦搜索步骤的迭代次数。在镜头系统112、122(最后是142)中的至少一个聚焦于焦距内位置的情况下，中止条件得以满足。

图4所示为根据本发明的成像设备100、100'中自动对焦的方法400的流程图。在开始步骤405后，开始步骤405为例如启动本发明的成像设备100、100'或开启成像设备100、100'的相机应用，使用上述任意可用自动或手动方法为第一成像系统100检测图像的突出区。该检测步骤410在自动对焦控制器130中并由自动对焦控制器130执行。然后，在随后的步骤420中，为第二成像系统120选择相同的突出区。该步骤420同样在自动对焦控制器130中并由自动对焦控制器130执行。为了为第二成像系统120找到对应的突出区，可以使用任何视差估计方法，例如，简单块匹配。在随后由自动对焦控制器130与对应的镜头驱动器114、124合作执行的步骤430中，为第一和第二成像系统110和120的第一镜头系统112和第二镜头系统114的可移动镜头分别设置初始镜头位置。据此，应当注意，两个镜头系统112、122的可移动镜头共享同一搜索范围，即，各个可移动镜头的搜索范围与总搜索范围相同。搜索范围是第一和第二镜头系统112和122中的每个相应可移动镜头的可移动范围。如果，例如，将总归一化搜索范围设置在0与1之间，那么第一镜头系统112中的可移动镜头的初始位置可位于0.25，第二镜头系统122的可移动镜头的初始位置可位于0.75等。然后，在下一步骤440中，为第一成像系统110和第二成像系统120中的每一个分别计算目标函数的结果。据此，使用相应突出区中的像素，通过第一清晰度测量块132为第一成像系统110计算目标函数的结果，通过第二清晰度测量块134计算第二图像系统120的目标函数的结果。然后，在自动对焦控制器130中，例如在处理元件136中，执行下一步骤450，也就是，使用由第一和第二清晰度测量块132、134中的每一个提供的目标函数计算结果计算第一和第二镜头系统112、122中的每一个的相应新镜头位置的估算。

据此，可以使用任何常规凸目标函数计算，例如，上文所述的目标函数O的示例，或能够实现突出区中的清晰度估算的任何其它合适的凸目标函数计算。然后，自动对焦控制器130控制镜头驱动器114、124来将可移动镜头分别移至第一镜头系统112和第二镜头系统122的新镜头位置。这在图4的流程图中通过步骤452和454显示，步骤452和454分别示出第一和第二镜头系统112、122中镜头的移动。然后，在随后由自动对焦控制器130执行的步骤460中，例如，在处理元件136中，检查是否达到预设中止标准。预设中止标准可为，例如，当达到自动对焦搜索步骤的最大迭代次数，或者当搜索区间与整个初始间隔范围相比已变得非常小，或者如果目标函数的结果不再明显变化。例如，当已达到最大迭代次数时，例如，30次，可以中止自动对焦搜索。或者，如果更新的搜索区间长度与初始搜索区间长度相比已变得非常小，例如，为初始搜索区间长度的10％或初始搜索区间长度的1％，则中止自动对焦搜索。如果达到中止标准，那么，在步骤480中，做出对应决定，然后，在步骤490中，中止自动对焦搜索，以及在步骤490中，获取自动对焦搜索的结果。这些步骤在自动对焦控制器130中执行，例如，在处理元件136中执行。在步骤460中，如果未达到中止标准，那么，在步骤470中，执行对应确定，并且过程返回440，为相应新确定的镜头位置计算第一和第二镜头系统112、122的目标函数的结果。

图5所示为在本发明的成像系统100、100'的自动对焦控制器130中执行的步骤450的详细实施方式的实施例的示意性流程图。

作为步骤450的输入，使用如在方法400的步骤440中计算的第一镜头系统112的目标函数的结果500和第二镜头系统122的目标函数的结果502。

然后，在相应随后步骤510和512中，在内存或存储中将镜头位置的目标函数的结果作为最佳镜头位置与目标函数的相应结果一起存储。须注意，如图5所示，为第一镜头系统112和第二镜头系统122中的每一个分别存储最佳镜头位置和目标函数的对应结果。据此，最佳镜头位置为例如可移动镜头的当前位置。

须注意，如图5所示的由自动对焦控制器130执行的流程图和步骤在各个自动对焦搜索步骤之后相应地反复执行，在初始步骤中，在步骤500和502中为第一和第二成像系统110和120分别获取目标函数的结果分别是初始镜头位置的结果。在第一自动对焦搜索步骤之后，在步骤500和502中获取的目标函数的结果是在镜头位置改变之后获取的目标函数的结果。在这种情况下，在步骤510和512中，将第一和第二成像系统110和120的获取的目标函数的结果分别与第一和第二成像系统110和120中的每一个的先前存储的最佳结果相比较。如果分别为第一和第二成像系统110和120中的每一个获取的目标函数的结果分别优于先前存储的最佳结果，则更新最佳结果。这对第一和第二成像系统110和120分别执行。然后，在步骤520中，比较第一和第二成像系统110和120的相应两个最佳结果，然后将较好的结果存储为成像系统110和120两者的全局最佳结果。然后将这个全局最佳结果与对应的镜头位置一起存储。据此，更新的镜头位置可简单地为镜头的当前位置加上当前步长。步长是自动对焦搜索步骤的步长，如果开始位置被认为是“0”，那么步长可以是正数或负数。如果在新的迭代中搜索方向没有变化，那么步长始终为正数，否则，其为负数。如果第一和第二镜头系统112和122之一分别产生减小的目标函数结果，那么这意味着已经过最佳聚焦位置。在这种情况下，这在步骤530和532中分别为第一镜头系统112和第二镜头系统122检测，表明结果减小的镜头系统的自动对焦搜索的方向发生变化，镜头在随后的自动对焦搜索步骤移至相反方向。如果在步骤530和/或532中确定相应目标函数的结果仍有增加，则镜头搜索方向不变。然而，如果镜头系统112和122之一或两者的镜头方向发生变化，则确定新搜索范围。

因此，更新的搜索参数是第一和第二镜头系统112、122中的每一个执行的自动对焦搜索的公共搜索范围。在步骤530和532之一或两者中确定搜索方向发生变化以后，确定新搜索范围，新搜索范围小于相应先前搜索范围。据此，将搜索方向发生变化的镜头系统112、122的镜头位置作为新搜索范围的新上或下边界。在下一步骤540中，其中更新了全局搜索区间，全局搜索区间是第一和第二镜头系统112、122同时使用的公共搜索区间。然而，在这个迭代自动对焦搜索过程中，会发生镜头位置之一突然位于新搜索区间之外，这是由于其它镜头系统非常靠近最佳焦距内位置的事实。在这种情况下，在剩余的自动对焦迭代中，可丢弃位于新全局搜索区间之外的镜头系统，以便节能等，或者可以将其移入新搜索区间中来继续支持搜索过程。在步骤540中更新全局搜索区间之后，还依据以及根据新全局搜索区间和下一步骤550更新了自动对焦搜索的步长。据此，选择步长使得第一和第二镜头系统112、122的可移动镜头的下一位置不会位于新搜索边界之外。例如，可以通过将相应当前搜索范围距离除以常量值来简单地确定步长。在整个自动对焦迭代期间，这个常量值可以始终不变，使得较小的新搜索区间带来较小的搜索步长，从而不断改进自动对焦搜索。在确定新全局搜索区间和新步长以及第一和第二镜头系统112、122中的可移动镜头的搜索方向之后，在步骤560和562中，计算第一和第二镜头系统112、122中的可移动镜头的下一镜头位置。

然后，在方法400的步骤452、454中，调整镜头系统的新位置。然后，过程返回步骤440，在步骤440中针对新镜头位置计算第一和第二镜头系统112、122中的每一个的目标函数的结果，并且根据图4和图5中的流程图继续迭代过程，直到达到根据如图4所示的步骤460的中止标准。

选择和选取自动对焦搜索中的步长和搜索区间的估算以便最小化整体自动对焦时间。在移动镜头的伺服电机较慢(这通常发生于智能手机)的设备中，通过更多的迭代来最小化优化过程期间第一和第二镜头系统112、122的移动镜头的平均覆盖镜头距离。应调整这些参数以找到覆盖的镜头距离与迭代次数之间的最佳权衡。例如，增加步长通常产生较大的覆盖距离，但同时也减少了所需迭代次数。

图6和7所示为第一镜头系统112和第二镜头系统122执行的自动对焦步骤迭代的示例图。搜索范围是所示图中的纵轴，迭代次数是所示图中的横轴。在图6中，一排正方形600是第一镜头系统112的可移动镜头的迭代步骤的示例，一排圆点610是第二镜头系统122的可移动镜头的迭代步骤的示例。第一镜头系统112开始于搜索范围中的0.75位置，第二镜头系统122开始于搜索范围中的0.25位置，如上文的示例中说明的。将第一镜头系统112(例如，形式为单个镜头或多个镜头)移至同一方向(图中向下)而不对方向进行任何改变。另一方面，第二镜头系统122(例如，形式为单个镜头或多个镜头)在自动对焦迭代的点a之后第一次、点b之后第二次、点c处第三次以及点d处最后一次改变其搜索方向。这表示第二镜头系统122是向产生目标函数的最佳结果的聚焦内位置高效聚焦的那一个。在示例中，在20次迭代之后达到这个结果，如图6所示。第一镜头系统112，以由第二镜头系统122的方向变化导致的减少的步长，向最佳焦距内位置聚焦，但永远不会到达最佳焦距内位置，因为第二镜头系统122已首先到达该焦距内位置。在图6所示的示例中，焦距内位置位于搜索范围的位置0.2处。在点a，确定搜索区间的新下边界。在点b，找到搜索区间的新上边界。在点c，找到搜索区间的新下边界，在点d，找到新上边界。每次找到搜索区间的新上或下边界时，如结合图5的步骤540说明的，更新全局搜索区间，并且如结合图5的步骤550说明的，减小步长。然后，在本示例中，在20次迭代之后，达到预设中止标准，中止标准是以下项中的一项或多项：新搜索范围在预设阈值内，自动对焦步骤数目达到预设数目，或获取的目标函数结果与存储的最佳结果相比没有明显变化。这一明显变化可为，例如，百分比，该百分比显示结果的变化与存储的最佳结果相比不超过10％、5％、1％或0.1％。

图7所示为与图6类似的图，其中，第一镜头系统(一排正方形700)和第二镜头系统(一排圆点710)向同一最佳焦距内位置0.4聚焦。据此，第二镜头系统122在点a和点b改变其搜索方向，其中，在点a，确定搜索范围的新下边界，在点b，确定搜索范围的新上边界。在点b，第一镜头系统112，虽然在正确的方向移动，但是结果是位于新搜索范围之外，从而不再在自动对焦搜索中使用。

已经结合作为实例的不同实施例以及示例性的实施方式描述了本发明。但本领域技术人员通过实践所请发明，研究附图、本公开以及独立权项，能够理解并获得其他变体。在权利要求以及描述中，术语“包括”不排除其他元件或步骤，且“一个”并不排除复数可能。单个元件或其它单元可满足权利要求书中所叙述的若干实体或项目的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能在有利的实现方式中使用。

Claims (15)

1.一种成像设备(100，100')，其特征在于，包括：

具有第一镜头系统(112)的第一成像系统(110)；

具有第二镜头系统(122)的第二成像系统(120)；以及

自动对焦控制器(130)，用于基于搜索参数使用所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)执行逐步自动对焦搜索；其中，所述自动对焦控制器(130)还用于在各个自动对焦搜索步骤之后为所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)中的每一个获取目标函数的结果，以及用于根据所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)中的每一个的所述获取的目标函数结果来更新所述搜索参数。

2.根据权利要求1所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于首先在公共初始搜索范围中的预定位置中为所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)中的每一个获取目标函数的结果，以及用于为所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)中的每一个将所述获取的目标函数的相应结果分别作为存储的最佳结果来存储。

3.根据权利要求2所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于为所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)中的每一个分别存储所述获取的目标函数的相应最佳结果，以及用于在各个自动对焦搜索步骤之后将所述获取的目标函数的相应结果与所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)中的每一个的所述存储的最佳结果进行比较，其中，所述自动对焦控制器(130)还用于根据所述比较的结果更新所述搜索参数。

4.根据权利要求3所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于，如果所述比较结果是，对于所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)之一，所述获取的目标函数结果与这个镜头系统的所述存储的最佳结果相比在退化，则更新所述搜索参数。

5.根据权利要求4所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述搜索参数是所述自动对焦搜索的公共搜索范围，所述自动对焦控制器(130)还用于，如果所述比较的结果是，对于所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)之一，所述获取的目标函数结果在退化，则在更新所述搜索参数时设置新搜索范围，所述新搜索范围小于相应的先前搜索范围。

6.根据权利要求5所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于将所述第一镜头系统(112)或所述第二镜头系统(122)的位置确定为所述新搜索范围的新边界，在所述位置处，这个镜头系统的所述获取的目标函数结果在退化。

7.根据权利要求6所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于在所述镜头系统(112、122)的所述逐步自动对焦搜索期间反转移动方向，在所述移动方向，所述获取的目标函数结果在退化。

8.根据权利要求5、6或7所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于基于所述新搜索范围确定所述第一镜头系统(112)和所述第二镜头系统(122)中的每一个的所述自动对焦搜索的步长。

9.根据权利要求8所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于使用常量基于将所述新搜索范围的长度值除以所述常量值来确定所述步长，所述常量对整个自动对焦搜索有效。

10.根据权利要求4至9之一所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于，当设置所述新搜索范围之后所述第一镜头系统(112)或所述第二镜头系统(122)位于所述新搜索范围之外时，停止所述相应镜头系统(112、122)的所述自动对焦搜索。

11.根据权利要求4至9之一所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于，当设置所述新搜索范围之后所述第一镜头系统(112)或所述第二镜头系统(122)位于所述新搜索范围之外时，将所述相应镜头系统(112、122)移入所述新搜索范围中。

12.根据权利要求2至11之一所述的成像设备(100、100')，其特征在于，所述自动对焦控制器(130)还用于在满足预定标准时终止所述自动对焦搜索。

13.根据权利要求1至12之一所述的成像设备(100')，其特征在于：

还包括具有第三镜头系统(142)的第三成像系统(140)；

其中，所述自动对焦控制器(130)还用于基于搜索参数使用所述第三镜头系统(142)执行逐步自动对焦搜索；所述自动对焦控制器(130)还用于在各个自动对焦搜索步骤之后获取所述第三镜头系统(142)的目标函数的结果，以及用于根据所述第一镜头系统(112)、所述第二镜头系统(122)和所述第三镜头系统(142)中的每一个的所述获取的目标函数结果来更新所述搜索参数。

14.一种用于成像设备中自动对焦的方法，其中所述成像设备具有第一成像系统和第二成像系统，所述第一成像系统具有第一镜头系统，所述第二成像系统具有第二镜头系统，其特征在于，包括：

基于搜索参数使用所述第一镜头系统和所述第二镜头系统执行逐步自动对焦搜索，所述执行包括：在各个自动对焦搜索步骤之后为所述第一和所述第二镜头系统中的每一个获取目标函数的结果，以及根据所述第一镜头系统和所述第二镜头系统中的每一个的所述获取的目标函数结果来更新所述搜索参数。

15.一种带有程序代码的计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行根据权利要求14的方法。