CN106034204B - 图像获取装置及其自动对焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像获取装置及其自动对焦方法，自动对焦方法适用于具有第一镜头以及第二镜头的图像获取装置，包括下列步骤。首先，利用第一镜头的感光元件，计算曝光时间。接着，判断曝光时间是否大于时间门槛值。若是，分别利用第一镜头以第一解析度与第一步距及第二镜头以第二解析度与第二步距于对焦范围内同时执行全域最大值搜寻，其中第一解析度大于第二解析度，第一步距小于第二步距。当利用第二镜头取得对焦位置所在的对焦区域内时，利用第一镜头自对焦区域内取得对焦位置。本发明可利用双镜头来有效地提升对焦速度。

Description

图像获取装置及其自动对焦方法

技术领域

本发明涉及一种图像获取装置，尤其涉及一种图像获取装置及其自动对焦方法。

背景技术

随着科技的发展，各式各样的智能图像获取装置，举凡平板电脑、个人数字化助理、及智能手机等，已成为现代人不可或缺的工具。其中，高级款的智能图像获取装置所搭载的相机镜头已经与传统消费型相机不相上下，甚至可以取而代之。少数高级款除了可提供千万像素、大光圈、防手震及双镜头等规格外，还具有接近数字单眼的像素和画质。

以具有双镜头配备的图像获取装置而言，其可利用拍摄所取得的景深信息来实现立体图像画面显示以及可针对已拍摄的照片来动态地调整对焦区域，以额外提供单镜头配备的图像获取装置未有的功能。此类具有双镜头的图像获取装置在进行一般的图像拍摄时，往往会关闭其中一个镜头，使其间接地成为一般单镜头的图像获取装置，并且利用单镜头所获取画面的清晰程度来执行对焦演算法。然而，一般单镜头在进行对焦的过程中，在例如是较暗的场景下往往因曝光时间较长，使其图像每秒所获取的速度(frame per second，fps)必须降低，进而导致对焦速度变慢的情况产生。

发明内容

本发明提供一种图像获取装置及其自动对焦方法，其可利用双镜头来有效地提升对焦速度。

本发明提出一种图像获取装置的自动对焦方法，适用于具有第一镜头以及第二镜头的图像获取装置。此方法包括下列步骤。首先，利用第一镜头的感光元件，计算曝光时间。接着，判断曝光时间是否大于时间门槛值。当曝光时间大于时间门槛值时，分别利用第一镜头以第一解析度与第一步距以及第二镜头以第二解析度与第二步距于对焦范围内同时执行全域最大值搜寻，其中第一解析度大于第二解析度，第一步距小于第二步距。当利用第二镜头取得对焦位置所在的对焦区域内时，利用第一镜头自对焦区域内取得对焦位置，据以取得对焦画面。

本发明另提出一种图像获取装置，包括第一镜头、第二镜头、存储单元以及处理单元，其中处理单元耦接第一镜头、第二镜头以及存储单元。存储单元用以记录多个模块，而处理单元用以存取并且执行存储单元中记录的所述模块。所述模块包括计算模块、判断模块以及对焦模块。计算模块用以利用第一镜头的感测元件来计算曝光时间。判断模块用以判断曝光时间是否大于时间门槛值。当曝光时间大于时间门槛值时。对焦模块分别利用第一镜头以第一解析度与第一步距以及利用第二镜头以第二解析度与第二步距于对焦范围内同时执行全域最大值搜寻，其中第一解析度大于第二解析度，第一步距小于第二步距。当对焦模块利用第二镜头取得对焦位置所在的对焦区域内时，将利用第一镜头自对焦区域内取得对焦位置，据以取得对焦画面。

基于上述，本发明所提出的图像获取装置及其自动对焦方法，当检测到环境亮度不足进而导致曝光时间较长时，将会利用双镜头可个别控制对焦、图像获取速度的特性，有效地加速自动对焦，以大幅提升使用者经验。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明一实施例所示的图像获取装置的方块图；

图2为根据本发明的一实施例所示的图像获取装置的自动对焦方法的流程图；

图3为根据本发明的一实施例所示的第一镜头以及第二镜头执行全域最大值搜寻的示意图；

图4为根据本发明的一实施例所示的分别以第一镜头以及第二镜头执行自动对焦的示意图；

图5为根据本发明的另一实施例所示的分别以第一镜头以及第二镜头执行自动对焦的示意图；

图6为依据本发明一实施例所示的自动对焦方法的流程图。

附图标记说明：

100：图像获取装置；

10a：第一镜头；

10b：第二镜头；

20：存储单元；

122：计算模块；

124：判断模块；

126：对焦模块；

30：处理单元；

S202～S210、S602～S608：自动对焦方法的流程；

310、320、410、420、510、520：曲线；

R1、R2、R3：区域；

P1、P2、P3：对焦位置。

具体实施方式

本发明的部分实施例接下来将会配合附图来详细描述，以下的描述所引用的元件符号，当不同附图出现相同的元件符号将视为相同或相似的元件。这些实施例只是本发明的一部分，并未揭示所有本发明的可实施方式。更确切的说，这些实施例只是本发明的权利要求中的装置与方法的范例。

图1是根据本发明一实施例所示的图像获取装置的方块图，但此仅是为了方便说明，并不用以限制本发明。首先图1先介绍图像获取装置的所有构件以及配置关系，详细功能将配合图2一并公开。

请参照图1，图像获取装置100包括第一镜头10a、第二镜头10b、存储单元20以及一或多个处理单元30。在本实施例中，图像获取装置100例如是数码相机、单眼相机、数码摄影机或是其他具有图像获取功能的智能手机、平板电脑、个人数字助理等电子装置，本发明不以此为限。

第一镜头10a以及第二镜头10b包括感光元件，用以分别感测进入第一镜头10a以及第二镜头10b的光线强度，进而分别产生图像。所述的感光元件例如是电荷耦合元件(Charge Coupled Device，简称CCD)、互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，简称CMOS)元件或其他元件。另外，第一镜头10a以及第二镜头10b的规格可以是相同或是不同，本发明不在此设限。

存储单元20例如是任意型式的固定式或可移动式随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、快闪存储器(Flashmemory)、硬盘或其他类似装置或这些装置的组合。存储单元20用以记录可由处理单元30执行的多个模块，这些模块可载入处理单元30，以对图像获取装置100执行自动对焦的功能。

处理单元30可以例如是中央处理单元(Central Processing Unit，简称CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，简称ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable Logic Device，简称PLD)或其他类似装置或这些装置的组合。处理单元30耦接第一镜头10a、第二镜头10b、以及存储单元20，其可存取并执行记录在存储单元20中的模块，以对图像获取装置100执行自动对焦的功能。

上述模块包括计算模块122、判断模块124以及对焦模块126，其可载入处理单元30，从而执行自动对焦的功能。以下即列举实施例说明针对图像获取装置100执行自动对焦方法的详细步骤。

图2为根据本发明的一实施例所示的图像获取装置的自动对焦方法流程图，而图2的图像获取装置的自动对焦方法可以图1的图像获取装置100的各元件实现。

请同时参照图1以及图2，首先，计算模块122利用第一镜头10a的感光元件，计算曝光时间(步骤S202)。接着，判断模块124判断曝光时间是否大于时间门槛值(步骤S204)。当曝光时间不大于时间门槛值时，对焦模块126利用第一镜头10a于对焦范围内执行自动对焦程序，以取得对焦画面(步骤S206)。

详细来说，在一般图像获取装置在进行一般的图像拍摄时，往往会关闭其中一个镜头，使其间接地成为一般单镜头的图像获取装置。在进行自动对焦的过程中，需将镜头持续移动并且同时计算画面成像的清晰程度，以找到具有最佳清晰程度的对焦画面；即，具有最大对焦值(Focus Value，简称FV)。在搜寻对焦画面的过程中，如果镜头所需移动的步数越少或是步距越大，则取得对焦画面的速度越快。然而，在较暗的场景下，往往会因曝光时间较长，使其图像每秒所获取的速度(即，画面更新率(frame per second，fps))必须降低，进而导致对焦速度变慢的情况产生。举例来说，在自动对焦演算法的运算中，是以画面(frame)为一个单位，而取得每一画面所需移动镜头的步数为一步。假设自动对焦演算法都是移动5次，在60fps下的对焦时间会比30fps快一倍。

据此，在本实施例中，对焦模块126将根据曝光时间将决定执行自动对焦的方式。当判断模块124判断曝光时间不大于时间门槛值时，也就是说在环境亮度足够的场景下，对焦模块126可利用单一镜头来执行传统的自动对焦程序，从而取得对焦画面。此传统的自动对焦程序可以是例如是爬山法(Hill Climbing)等自动对焦技术，本发明不在此设限。

另一方面，当曝光时间大于时间门槛值时，对焦模块126分别利用第一镜头10a以第一解析度与第一步距以及利用第二镜头10b以第二解析度与第二步距于对焦范围内同时执行全域最大值搜寻(Global Maximum Search)，其中第一解析度大于第二解析度，并且第一步距小于第二步距(步骤S208)。详细来说，当判断模块124判断曝光时间较长以至于画面更新率将会偏低时，对焦模块126将会启动第二镜头10b，以利用双镜头来改善整体的对焦时间。

在一实施例中，假设第一镜头10a以及第二镜头10b为规格相同的两个镜头时，对焦模块126将调降第二镜头10b的镜头解析度，以使第二镜头10b的镜头解析度小于第一镜头10a的镜头解析度，进而提高第二镜头10b的画面更新率。第二镜头10b的画面更新率提高时，则可进而以较大的步距进行全域最大值搜寻。

在另一实施例中，假设第一镜头10a以及第二镜头10b为规格不同的两个镜头时，由于第一镜头10a已是设定为一般自动对焦程序所采用的主要镜头，因此第一镜头10a的镜头解析度即大于第二镜头10b的镜头解析度。

由于第一解析度大于第二解析度，第一镜头10a的画面更新率即会小于第二镜头10b的画面更新率。换言之，第一镜头10a所移动的步距将会小于第二镜头10b所移动的步距。

举例来说，图3为根据本发明的一实施例所示的第一镜头以及第二镜头执行全域最大值搜寻的示意图。

请参照图3，曲线310为对应于第一镜头10a的对焦值与对焦位置之间的关系曲线，而曲线320为对应于第二镜头10b的对焦值与对焦位置之间的关系曲线。在第一镜头10a以及第二镜头10b在进行全域最大值搜寻时，将分别以步距d1以及步距d2移动，其中d2>d1。换言之，第二镜头10b将以较快的速度完成全域性的搜寻，从而得知最大对焦值位于步数0与步数1之间的区域R1。另一方面，虽然第一镜头10a将以较慢的速度完成全域性的搜寻，从而得知最大对焦值对应于步数3所在的对焦位置P1，然而第一镜头10a所取得的对焦位置较为精确。

请再参照图2，当对焦模块126利用第二镜头10b取得对焦位置所在的对焦区域内时，利用第一镜头10a自对焦区域内取得对焦位置，据以取得新的对焦画面(步骤S210)。如同图3所述，虽然第二镜头10b会以较快的速度完成全域最大值搜寻，然而其以较大的步距进行搜寻，因此仅能得知对焦位置所属的区域内。若要取得较为精确的对焦位置，对焦模块126可在第二镜头10b取得对焦区域时，控制第一镜头10a至该对焦区域内来搜寻最大对焦值。

以下将列举以第一镜头10a以及第二镜头10b执行自动对焦的实施例。为方便说明，在此将第二镜头10b执行全域最大值搜寻的程序定义为“快速粗略搜寻”(Fast CoarseSearch)，而第一镜头10a执行全域最大值搜寻的程序定义为“精细搜寻”(Fine Search)。

图4为根据本发明的一实施例所示的分别以第一镜头以及第二镜头执行自动对焦的示意图。

请参照图4，曲线410为对应于第一镜头10a的对焦值与对焦位置之间的关系曲线，而曲线420为对应于第二镜头10b的对焦值与对焦位置之间的关系曲线。在本实施例中，假设第一镜头10a以及第二镜头10b皆是自无限远的位置开始进行对焦，拍摄场景位于无限远处并且为偏暗的场景。假设第一镜头10a设定为15fps，而第二镜头10b设定为30fps。第二镜头10b找出具有最大对焦值的区域R2所需的步数为6，且共耗费200ms。第一镜头10a找出具有最大对焦值的对焦位置P2所需的步数为3，且共耗费333ms。

由于第一镜头10a以及第二镜头10b是同时启动，并且第二镜头10b在执行快速粗略搜寻时，第一镜头10a同时开始在无限远的位置执行精细搜寻。当第二镜头10b搜寻到区域R2(对焦区域)时，对焦模块126将会控制第一镜头10a直接于区域R2执行精细搜寻。此时，由于第一镜头10a已完成区域R2的搜寻，并且已得知最大对焦值对应于步数3所在的对焦位置P2。换言之，第一镜头10a与第二镜头10b有200ms的搜寻时间是重叠的，因此在此拍摄场景下总共只耗费333ms。以传统式的自动对焦而言，其以单一镜头将接续执行快速粗略搜寻以及精细搜寻。假设该单一镜头设定为15fps，则将耗费733ms。因此本实施例所提出的自动对焦方法相较于传统的方式减少了400ms的对焦时间，改善效率为54.5％。

图5为根据本发明的一实施例所示的分别以第一镜头以及第二镜头执行自动对焦的示意图。

请参照图5，曲线510为对应于第一镜头10a的对焦值与对焦位置之间的关系曲线，而曲线520为对应于第二镜头10b的对焦值与对焦位置之间的关系曲线。在本实施例中，假设第一镜头10a以及第二镜头10b皆是自无限远的位置开始进行对焦，拍摄场景为近距物体并且为偏暗的场景。假设第一镜头10a设定为15fps，而第二镜头10b设定为30fps。第二镜头10b找出具有最大对焦值的区域R3所需的步数为6，且共耗费200ms。第一镜头10a找出具有最大对焦值的对焦位置P3所需的步数为5，且共耗费333ms。

虽然第一镜头10a以及第二镜头10b是同时启动，然而第二镜头10b在完成快速粗略搜寻时，第一镜头10a仍在无限远的位置执行精细搜寻。此时，对焦模块126将会控制第一镜头10a移动至区域R3进行精细搜寻。因此，在此拍摄场景下总共耗费533ms。以传统式的自动对焦而言，假设该单一镜头设定为15fps，则将耗费733ms。因此本实施例所提出的自动对焦方法相较于传统的方式减少了200ms的对焦时间，改善效率为27.2％。

前述图像获取装置的自动变焦方法可利用图6依据本发明一实施例所示的流程图来总结。

请参照图6，首先，计算模块122计算曝光时间(步骤S602)。接着，判断模块124判断曝光时间是否大于时间门槛值(步骤S604)。当曝光时间不大于时间门槛值时，对焦模块126利用单一镜头执行传统式的自动对焦方法(步骤S606)。当曝光时间大于时间门槛值时，对焦模块126将利用不同fps的双镜头执行步骤S208以及S210所提出的自动对焦方法(步骤S608)。

综上所述，本发明所提出的图像获取装置及其自动对焦方法，当检测到环境亮度不足进而导致曝光时间较长时，将会利用双镜头可个别控制对焦、图像获取速度的特性，有效地加速自动对焦，以大幅提升使用者经验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种图像获取装置的自动对焦方法，其特征在于，适用于具有第一镜头以及第二镜头的图像获取装置，所述自动对焦方法包括：

利用所述第一镜头的感光元件，计算曝光时间；

判断所述曝光时间是否大于时间门槛值；

当所述曝光时间大于所述时间门槛值时：

分别利用所述第一镜头以第一解析度与第一步距以及所述第二镜头以第二解析度与第二步距于对焦范围内同时执行全域最大值搜寻，其中所述第一解析度大于所述第二解析度，所述第一步距小于所述第二步距；以及

当利用所述第二镜头取得对焦位置所在的对焦区域内时，利用所述第一镜头自所述对焦区域内取得所述对焦位置，据以取得对焦画面。

2.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，分别利用所述第一镜头以所述第一解析度与所述第一步距以及所述第二镜头以所述第二解析度以及所述第二步距同时执行全域最大值搜寻的步骤前，所述自动对焦方法还包括：

启动所述第二镜头；

判断所述第二镜头与所述第一镜头的规格是否相同；以及

若是，调降所述第二镜头的镜头解析度，以使所述第二镜头的镜头解析度小于所述第一镜头的镜头解析度。

3.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，分别利用所述第一镜头以所述第一解析度与所述第一步距以及所述第二镜头以所述第二解析度以及所述第二步距同时执行全域最大值搜寻的步骤前，所述自动对焦方法还包括：

设定所述第一镜头的画面更新率小于所述第二镜头的画面更新率，并且设定所述第一镜头以及所述第二镜头分别以所述第一步距以及所述第二步距执行全域最大值搜寻。

4.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，利用所述第一镜头自所述对焦区域内取得所述对焦位置，据以取得新的对焦画面的步骤包括：

控制所述第一镜头移动至所述对焦区域，以于所述对焦区域内搜寻所述对焦位置。

5.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，还包括：

当所述曝光时间不大于所述时间门槛值时，利用所述第一镜头于所述对焦范围内执行自动对焦程序，以取得另一对焦画面。

6.一种图像获取装置，其特征在于，包括：

第一镜头；

第二镜头；

存储单元，包括多个模块；以及

一或多个处理单元，耦接所述第一镜头、所述第二镜头以及所述存储单元，以执行所述存储单元中的所述多个模块，所述多个模块包括：

计算模块，利用所述第一镜头的感光元件，计算曝光时间；

判断模块，判断所述曝光时间是否大于时间门槛值；以及

对焦模块，当所述曝光时间大于所述时间门槛值时，所述对焦模块分别利用所述第一镜头以第一解析度与第一步距以及所述第二镜头以第二解析度与第二步距于对焦范围内同时执行全域最大值搜寻，当所述对焦模块利用所述第二镜头取得对焦位置所在的对焦区域内时，利用所述第一镜头自所述对焦区域内取得所述对焦位置，据以取得对焦画面，其中所述第一解析度大于所述第二解析度，所述第一步距小于所述第二步距。

7.根据权利要求6所述的图像获取装置，其特征在于，当所述曝光时间大于所述时间门槛值时，所述对焦模块还启动所述第二镜头，所述判断模块判断所述第二镜头与所述第一镜头的规格是否相同，若是，则所述对焦模块调降所述第二镜头的镜头解析度，以使所述第二镜头的镜头解析度小于所述第一镜头的镜头解析度。

8.根据权利要求6所述的图像获取装置，其特征在于，所述对焦模块还设定所述第一镜头的画面更新率小于所述第二镜头的画面更新率，并且设定所述第一镜头以及所述第二镜头分别以所述第一步距以及所述第二步距执行全域最大值搜寻。

9.根据权利要求6所述的图像获取装置，其特征在于，当所述对焦模块利用所述第二镜头取得所述对焦位置所在的所述对焦区域内时，所述对焦模块控制所述第一镜头移动至所述对焦区域，以于所述对焦区域内搜寻所述对焦位置。

10.根据权利要求6所述的图像获取装置，其特征在于，当所述曝光时间不大于所述时间门槛值时，所述对焦模块利用所述第一镜头于所述对焦范围内执行自动对焦程序，以取得另一对焦画面。