CN108076268B - 用于自动对焦的方法及相关的成像设备和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及基于对象距离信息提供自动对焦能力的设备、系统和方法。用于确定镜头系统的配置的技术和机制。在一个实施例中，针对经由镜头系统可观察到的多个对象中的每一个，确定距参考的相应距离。基于对象距离，确定对焦对象的计数，每个针对于镜头系统的对应焦点配置。对焦对象的每个这样的计数表示在对应的焦点配置期间处于(或将处于)对焦的对象的总数，其中多个对象中的相应一个对象处于对应焦点配置的近景深处。在另一个实施例中，基于对焦对象的计数确定相对于另一焦点配置的对一个焦点配置的偏好。

Description

用于自动对焦的方法及相关的成像设备和存储介质
技术领域
本公开一般涉及光学领域，并且特别地但不是仅仅地，涉及具有可变焦点镜头系统的图像传感器的操作。
背景技术
在光学中，景深(“DOF”)是场景中较近距离和较远距离之间的范围，在该距离之间，图像中的对象可以显现得可接受地锐利。固定焦点镜头只能精确地对焦在场景内的单个深度上，因此这种锐度在该焦距的任一侧逐渐减小。落在景深内的对象被认为具有可接受的锐度。
诸如数字相机的数字成像设备通常包括将图像光对焦到测量图像光并且基于测量生成图像的图像传感器上的镜头组件。可变焦点镜头可以调节其焦距，使其可以在不同时间、不同距离进行对焦。这使得成像设备可以在各种距离的任何一个处转换景深以对焦在对象上。传统的成像设备通常支持自动对焦功能，以便于改变焦距。随着时间的推移，成像设备的形状因子的数量和种类不断增加，预期对提供响应和/或以其它方式有效的自动对焦功能的解决方案的需求增加。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种设备，包括：镜头系统，所述镜头系统用于接收来自所述设备外部的环境的光；距离评估电路，所述距离评估电路被配置为识别从所述镜头系统到所述镜头系统的视场中的多个对象中的每一个的相应距离，所述多个对象包括第一对象和第二对象；选择电路，所述选择电路被耦合到所述距离评估电路以确定所述镜头系统的焦点，所述选择电路被配置为：在所述第一对象因第一焦点配置和第一光圈而处于第一近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第一计数；在所述第二对象因第二焦点配置和所述第一光圈而处于第二近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第二计数；比较基于所述第一计数的第一分数和基于所述第二计数的第二分数；以及基于所述比较，提供指示在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间的偏好的信号；焦点控制器，所述焦点控制器被耦合以基于所述信号调节所述镜头系统；以及图像传感器，所述图像传感器被光学耦合以捕获用所述镜头系统接收的图像。
本公开的另一个方面还涉及一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令当由一个或多个处理单元执行时，使所述一个或多个处理单元执行操作，所述操作包括：识别从镜头系统到在所述镜头系统的视场中的多个对象中的每一个的相应距离，所述多个对象包括第一对象和第二对象；确定所述镜头系统的焦点，包括：在所述第一对象因第一焦点配置和第一光圈而处于第一近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第一计数；在所述第二对象因第二焦点配置和所述第一光圈而处于第二近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第二计数；比较基于所述第一计数的第一分数和基于所述第二计数的第二分数；以及基于所述比较，提供指示在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间的偏好的信号；基于所述信号调节所述镜头系统；以及捕获用所述镜头系统接收的图像。
本公开的再一个方面涉及一种方法，包括：识别从镜头系统到在所述镜头系统的视场中的多个对象中的每一个的相应距离，所述多个对象包括第一对象和第二对象；确定所述镜头系统的焦点，包括：在所述第一对象因第一焦点配置和第一光圈而处于第一近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第一计数；在所述第二对象因第二焦点配置和所述第一光圈而处于第二近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第二计数；比较基于所述第一计数的第一分数和基于所述第二计数的第二分数；以及基于所述比较，提供指示在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间的偏好的信号；基于所述信号调节所述镜头系统；以及捕获用所述镜头系统接收的图像。
附图说明
在附图中通过示例而非限制的方式示出了本发明的各种实施例，其中：
图1是图示出根据实施例的用于确定焦点配置的系统的元件的功能框图。
图2是图示出根据实施例的用于操作图像传感器设备的方法的元素的流程图。
图3A是根据实施例的包括提供自动对焦能力的设备的环境的平面图。
图3B是图示出根据实施例的被执行以确定焦点配置的过程的图。
图4是图示出根据实施例的用于确定焦点配置的过程的元素的流程图。
图5示出了图示出根据实施例的图像传感器设备在其中要提供自动对焦能力的环境的特征的各种视图。
具体实施方式
本文描述的实施例不同地提供了用于确定要用镜头系统提供的焦点类型的技术和机制。在一些实施例中，这样的镜头系统可以被配置为基于对通过镜头系统可观察到的对象是否可能是不同的对焦或失焦的评估——例如，给定特定光圈和/或光学耦合到镜头系统的图像传感器的其它操作特性。在确定一个镜头系统配置导致(或将导致)更多对象处于对焦的情况下，与另一镜头系统配置相比，根据实施例，可以生成信号以指示相对于另一个镜头系统配置的对所述一个镜头系统配置的相对偏好。
在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文描述的技术可以在没有一个或多个具体细节，或与其它方法、组件、材料等一起的情况下实践。在其它情况下，公知的结构、材料或操作未被详细地示出或描述以避免模糊某些方面。在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的各个地方的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。
在一些传统的数字成像中，如果在场景中只有一个主体，则自动对焦(AF)算法通常调节镜头位置以设置关于该一个主体的焦距。一些实施例基于发明人的实现，在某些情况下，对于具有位于不同距离处的诸如人脸的几个对象的场景，该方法可能不是最佳的。这些实施例通过提供辨识出与另一个焦点场相比一个焦点场可以得到更多的数目和/或更好地布置的对焦对象的机制，来不同地改进常规的自动对焦技术。
如本文所使用的，“视场”是指通过镜头系统可观察的环境部分。视场可以例如是指三维环境的那部分，其图像可以经由指向该部分的特定镜头系统而被捕获为二维图像。术语“焦点场(field of focus)”(也称为“焦点场(focus field)”或“焦点场(focalfield)”)是指其中根据一些预先确定的标准，如通过镜头系统观察到的一个或多个对象将充分对焦的视场的那部分。例如，可以部分地取决于成像系统的给定光圈的给定对焦场包括相应的焦距和相应的景深。
“焦距”是从某个参考点(例如，镜头系统的镜头的中心)到焦点场的中心的距离。“景深”是焦点场的总深度(例如，如沿着延伸到/来自参考点的方向线测量)。景深也被称为“焦点范围”，在近景深和远景深之间延伸。术语“近景深”是指如从诸如镜头系统的镜头的中心的参考点测量的到景深最近边缘的距离。类似地，“远景深”在本文是指从参考点到景深最远边缘的距离。
对于许多光学系统，焦距(s)和近景深(Dn)之间的关系可以例如通常由以下等式表示：
对于Dn<H，s≈(Dn*H)/(H-Dn)， (1)
其中超焦距(H)是在其处镜头系统可以对焦同时保持处于无限远处的对象的可接受的锐利的最近距离。通常，当镜头对焦在超焦距时，在从超焦距的一半到无限远的距离处的所有对象将是可接受的锐利。对于该成像系统的不同设置(例如，不同的光圈)，成像系统的超焦距可以是不同的。
Dn、s和H之间的关系也可以通常由下列等式表示：
对于s<H，Dn≈(Hs)/(H+s)， (2)
对于s≥H，Dn≈H/2， (3)
并且远景深(Df)、s和H之间的关系一般可以用以下等式表示：
对于s<H，Df≈(Hs)/(H-s)， (4)
对于s≥H，Df≈∞。 (5)
然而，可以使用各种附加或替换标准(例如，包括改自常规成像技术的一个或多个等式)中的任一种来识别Dn、Df、H和s中的各种之间的关系。
短语“焦点配置”在本文中是指镜头系统的给定配置(例如，多种可能的配置中的一种)，其便于提供对应的焦点场。焦点场可能是镜头系统本身的。替换地，焦点场可以是由镜头系统与一个或多个其它设备(例如，包括另一个或多个镜头、特定光圈结构、执行图像对焦软件的电路和/或类似)组合提供的总体焦点场。
本文描述的实施例不同地确定例如自动地确定相对于另一焦点配置的对一个焦点配置的相对偏好，其中这种确定基于对可能在焦点场中的一个或多个对象的评估。除非另有说明，否则“识别对象”或“多个识别对象”在本文中不同地指在镜头系统的视场中并且每个已经被识别(例如，包括彼此区分)为具有从诸如位于镜头系统中或其上的点的一些参考的相应距离的一个或多个对象。这样的一个或多个对象可以仅包括通过镜头系统可观察到的较大的多个对象的子集(例如，其中子集仅包括每个占据视场的至少一些最小部分的对象)。
如本文所使用的，“对焦对象集合”是指在镜头系统的特定焦点配置期间如镜头系统观察到的是对焦或将对焦的那些一个或多个识别对象的集合。因此，镜头系统的各种焦点配置可以对应于不同的相应的对焦对象集合。在给定的对焦对象集合中的一个或多个对象中，最接近镜头系统的对象可以被称为“最近的对焦对象”，而与镜头系统最远的对象被称为“最远的对焦对象”。因此，各种对焦对象集合可以包括不同的相应最近的对焦对象和/或最远的对焦对象。在本文中，“对焦对象的计数”(为简洁起见，在本文中也称为“对象计数”)指对焦对象集合中的一个或多个对象的总数。
图1图示出了根据实施例的系统100的元件，以确定要被实施用于图像捕获操作的焦点配置。系统100仅仅是被配置为基于视场内的对象的相应距离来确定相对于另一焦点配置的对一个焦点配置的偏好的实施例的一个示例。这样的偏好可以例如基于每个针对相应焦点配置的所计算的分数来被确定。分数可以每个等于或以其它方式基于与对应焦点场相关联的对焦对象的相应计数。
在所示的说明性实施例中，系统100包括镜头系统110，镜头系统110包括一个或多个镜头(诸如所示的说明镜头112)，以从外部环境接收光105。镜头系统110可以包括容纳可调节对焦能力的各种光学设备中的任何一种。可以基于本文所描述的技术，使用改自常规自动对焦技术的一个或多个对焦调节机制来控制这种光学设备。
镜头系统110可以被光学耦合以将光105从外部环境引导到系统100的图像传感器120，例如，其中由镜头系统110输出的光通过光圈122对焦到像素阵列124上。像素阵列124可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)像素和/或改自常规图像感测技术的各种其它像素中的任何一个。一些实施例不限于用于基于光105生成图像数据的特定像素阵列架构。在一些实施例中，给定特定尺寸的光圈122，镜头系统110的配置将被确定-例如，其中图像传感器120是固定光圈设备或者其中一个焦点配置将从多个可能的焦点配置中选择，以与特定尺寸的光圈122组合使用。
例如，系统100还可以包括距离传感器140，其被配置为作为测距仪进行操作，用于检测用镜头系统110可观察到的视场中的对象。用距离传感器140检测对象距离可包括改自常规测距技术的一个或更多的操作，其在本文中不详细描述，以避免模糊各种实施例的特征。作为说明而非限制，距离传感器140可以提供激光测距仪、超声波测距仪或红外测距仪的功能。用于测距的其它方式是可能的，诸如光检测和测距(LIDAR)、无线电检测和测距(RADAR)、微波测距等。
距离传感器140可以被耦合到系统100的距离评估电路150的输出信号142。距离评估电路150可以包括逻辑，例如包括专用集成电路(ASIC)、处理器电路、状态机和/或其它半导体硬件，所述逻辑被配置为基于信号142来检测多个对象处于通过镜头系统110可观察到的视场中。一些或所有这些对象可以通过与系统100不同的相应距离彼此区分开。
用距离传感器140和距离评估电路150的测距可以包括主动检测技术、被动无源检测技术(例如，包括相位检测、对比度测量和/或类似的)或其组合。在一个实施例中，距离评估电路150可以针对多个对象中的每个对象，识别相对于系统100中或其上的某个参考位置到该对象的相应距离。该识别可以例如基于对从距离传感器140输出的激光和/或其它测距信号的阈值响应。这样的最小阈值响应可以将所识别的多个对象限制到其每个占据视场的至少一些最小阈值量的那些对象。替换地或附加地，这样的最小阈值响应可以将所识别的多个对象限制到距系统100的某个最大阈值距离内的视场中的那些对象。
虽然一些实施例在这方面不受限制，但是距离传感器140可以提供方向测距功能，其为视场的不同的相应部分识别到相应对象的距离，其的至少部分占据视场的那部分。例如，距离传感器140可以被操作顺序地(或以其它方式)扫过视场，因此，其中依次由距离传感器140接收的对应的响应信号每个与视场的不同的相应部分相关联。在这样的实施例中，距离评估电路150可以对应每个具有视场的不同相应部分的各种对象距离。
系统100还可以包括选择电路160，其被耦合以从距离评估电路150接收指定或以其他方式指示多个对象距系统100的相应距离的信息。选择电路160可以包括逻辑，例如包括ASIC、处理器电路和/或类似物，以基于这样的对象距离来确定实施镜头系统110的焦点配置。这种确定可以包括选择电路160识别相对于第二焦点配置的对某个第一焦点配置的相对偏好。该偏好可以基于例如，确定与第二焦点配置相比较，第一焦点配置将得到更大的数目和/或更好的布置(由某个分数或其他度量指示的)的对焦对象。
在一个说明性实施例中，选择电路160包括或以其它方式具有对参考信息的访问，所述参考信息描述用镜头系统100提供的焦距(s)、近景深(Dn)、远景深(Df)、超焦距(H)和/或各种其它光学特性中的任一种之间的一个或多个关系。作为说明而非限制，选择电路160可以包括或被耦合到存储器130，该存储器130被例如由制造商、零售商、计算机网络服务或其它代理商预编程有这样的参考信息。基于来自距离评估电路150的对象距离数据，选择电路160可以访问存储器130处的参考信息，以针对一个这样的对象的给定距离选择、计算和/或以其它方式确定在镜头系统110的对应的焦点配置期间对焦(或将对焦)的对象的总数。例如，焦点配置可以对应于所讨论的对象位于要用镜头系统110提供的近景深处。
基于对多个可能的焦点配置的评估，选择电路160可以输出信号162，其识别或以其它方式指示已被确定为是相对于至少一个替换焦点配置优选的焦点配置。响应于信号162，系统100的焦点控制器(FC)170可以调节或以其它方式配置要用镜头系统110实施的焦点场。FC170可以包括各种一个或多个硬件和/或软件机制中的任何一个以改变被提供有镜头系统110的有效焦距。作为说明而非限制，FC 170可以包括电动机以相对于彼此和/或相对于像素阵列124移动镜头系统110的镜头。替换或附加地，FC 170可以包括例如通过图像处理计算至少部分地实施有效的焦点场的逻辑(例如，包括ASIC、处理器、执行软件和/或类似物)。基于信号162，FC 170可以实施用镜头系统110提供特定景深的焦点配置。在这样的焦点配置期间，图像传感器120可以被操作，例如响应于选择电路160和/或FC 170，以捕获外部环境的图像。
虽然一些实施例在这方面不受限制，但是距离评估电路150还可以包括或被耦合到图像辨识电路(未示出)，该图像辨识电路被配置为基于经由镜头系统110接收的光来接收和处理通过像素阵列124生成的图像信息。这样的图像辨识电路可以例如被预编程(或以其它方式访问)描述对象的一个或多个类的其它参考信息。基于这样的其它参考信息，图像辨识电路可以评估来自像素阵列124的信号，以确定视场的任何区域是否包括属于预定义对象类的某些对象的表示。对象类的一些示例包括但不限于眼睛类、嘴部类、头部类、机动车类、建筑类和/或类似物。对象类的一个或多个对象的识别可以包括改自常规图像辨识技术的操作。在一个实施例中，由信号142各种不同地指示的一个或多个对象距离可以每个与被识别为属于对应的对象类的相应对象相关联。
总而言之，图1所示的设备(系统100)可以包括以下元件中的至少一些的组合：镜头系统110，用于从设备外部的环境接收光；距离评估电路150，其被配置为识别到包括至少第一对象和第二对象的多个对象中的每一个的相应距离，其中所述距离评估电路150可以被耦合到距离传感器140，以便处理距离传感器140的输出信号142以及基于信号142的评估来确定相应对象的距离；选择电路160，其被耦合到距离评估电路150以确定镜头系统110的焦点，选择电路160包括当被执行时使得设备(系统100)执行操作的逻辑，所述操作包括：在第一对象因第一焦点配置(例如，镜头系统110的给定配置)以及因第一光圈122(例如，第一光圈122的尺寸，该第一光圈将光对焦到与镜头系统110光学耦合的图像传感器120的像素阵列124上，以捕获用镜头系统110接收的图像)而处于第一近景深Dn处时，确定多个对象中将处于对焦的任何对象的第一计数；在第二对象因第二焦点配置和因第一光圈而处于第二近景深Dn处时，确定多个对象中将处于对焦的任何对象的第二计数；比较基于第一计数的第一分数和基于第二计数的第二分数；以及基于所述比较，提供指示在第一焦点配置或第二焦点配置之间的偏好的信号162。
这里，第一/第二计数的相应第一或第二分数可以分别基于第一计数的值或第二计数的值。例如，可以从相关联的加权计数导出相应的分数，其中包括在计数中的各个对象可以被分配不同的权重。如果这样的权重被忽略，那么第一分数和第二分数可以分别等于第一计数和第二计数。否则，分数可以至少部分地基于被分配给在视场中的对象的权重值。
此外，设备可以包括焦点控制器170，其被耦合以基于信号162来调整镜头系统110。
可以由设备(系统100)执行的操作还定义了一种基于对象距离信息来提供自动对焦能力的方法，这将在下面对于一个实施例进行更详细的描述，并且可以通过执行存储在非暂时计算机可读存储介质上的对应指令来实施。
图2图示出了根据实施例的用于确定镜头系统的焦点配置的方法200的元素。为了说明各种实施例的某些特征，本文参照图3A、3B所示的示例场景描述了方法200。图3A示出了根据实施例图像传感器设备310要操作的环境300的顶视图。图3B示出了从图像传感器设备310到环境300中的相应对象的如投影到单个线路360上的各种距离的视图350。方法200可以利用图像传感器设备310的一个或多个组件来执行，例如其中图像传感器设备310包括系统100的一些或所有特征。然而，其它实施例包括由具有本文所述特征的各种其它图像传感器设备中的任何一个执行的方法200。
在一个实施例中，方法200包括在210处识别在镜头系统的视场中的多个对象中的每一个的相应距离。例如，如图3A所示，图像传感器设备310可以被放置(定位和定向)，使得诸如所示的说明性的六个对象A到F的某些多个对象每个处于可以通过图像传感器设备310的镜头系统312观察到的视场320(例如，在视线322、324之间)。对象A至F不限制一些实施例，并且图像传感器设备310可以被配置为基于更多、更少和/或不同布置的对象执行方法200。
视场320中的对象的位置可以至少部分地参考例如包括距离维度x和径向维度θ的极坐标系(例如，圆柱形或球面坐标系的一部分)被识别。在所示的说明性场景中，视场320已经在其中定位了在位置(x1，θ4)处的对象A，位置(x2，θ3)处的对象B，位置(x3，θ2)处的对象C，位置(x4，θ5)的对象D，位置(x5，θ6)处的对象E和位置(x6，θ1)处的对象F。在图3A所示的示例场景中，对象A至F每个在二维平面中。然而，应当理解，一些或所有这样的对象可以各种不同地位于三维空间中的不同垂直高度处，例如，对象位置的垂直高度分量可能导致对象和图像传感器310之间的一些附加距离。在210处的确定可以包括例如识别距离x1、x2、x3、x4、x5、x6，例如，其中基于信号142用距离评估电路150执行这种识别。
方法200还可以包括执行要实施的焦点配置的第一确定(在图3A的示例中用镜头系统312)。这种确定(本文也简称为“第一焦点确定”)可以确定镜头系统的焦点，例如，包括基于对焦对象的相应计数提供至少两个焦点配置的比较评估的操作。例如，第一焦点确定可以包括：在220处，在多个对象中的第一对象因镜头系统的第一焦点配置和第一光圈(即，可以是固定的或替选地可调节的特定光圈尺寸)而处于第一近景深处时，确定多个对象中将处于对焦的任何对象的第一计数。第一个计数可以表示，在第一焦点场用第一焦点配置和第一光圈两者被实施时，多个对象中如果用镜头系统观察则将出现对焦的任何对象的第一总数。
第一焦点确定还可以包括：在230处，在多个对象中的第二对象因第二焦点配置和第一光圈而处于第二近景深处时，确定多个对象中将处于对焦的任何对象的第二计数。第二计数可以表示，在第二焦点场用镜头系统的第二焦点配置和第一光圈两者被实施时，多个对象中如果用镜头系统观察则将出现对焦的任何对象的第二总数。在230处的确定可以包括对与第二焦点配置相对应的第二对焦对象集合的对象的总数进行计数。
图3B图示出了焦点配置确定(诸如包括在220和230处确定)的一个示例，其包括对于多个焦点配置中的每一个，对与该焦点配置对应的对焦对象集合中的对象的相应计数进行计数。这样的计数(在本文中称为“对焦对象计数”)可以包括将近景深变量设置为等于特定对象距离的距离，以及计算或以其它方式确定远景深值，该远景深值对应于近景深值，例如，与近景深值同时发生。然后可以评估在210处识别的距离，以确定哪些对象在近景深和对应的远景深之间。
例如，如视图350所示，焦点配置确定可以对于焦点场D1执行第一对焦对象计数，其中D1的近景深与对象A一样处于距图像传感器310相同的距离(x1-x0)。第一对焦对象计数可以确定当镜头系统312具有第一焦点配置以促成D1时，对象A到F，即，对象A，中的仅一个处于(或将处于)对焦。可以对于焦点场D2执行第二对焦对象计数，其中D2的近景深与对象B一样处于距图像传感器310相同的距离(x2-x0)。第二对焦对象计数可以确定当镜头系统312具有第二焦点配置以促进D2时，总共三个对象，即对象B、C和D，处于或将处于对焦。
焦点配置确定还可以对于焦点场D3执行第三对焦对象计数，其中D3的近景深与对象C一样处于距图像传感器310相同的距离(x3-x0)。第三对焦对象计数可以确定当镜头系统312具有第三焦点配置以促进D3时，总共两个对象，即对象C和D，处于或将处于对焦。对于焦点场D4可以执行第四对焦对象计数，其中D4的近景深与对象D一样处于距图像传感器310相同的距离(x4-x0)。第四对焦对象计数可以确定当镜头系统312具有第四焦点配置以促进D4时，总共两个对象，即对象D和E，处于或将处于对焦。
焦点配置确定可以进一步对焦点场D5执行第五对焦对象计数，其中D5的近景深与对象E一样处于距图像传感器310相同的距离(x5-x0)。第五对焦对象计数可以确定当镜头系统312具有第五焦点配置以促进D5时，只有一个对象，即对象E，处于或将处于对焦。可以对于焦点场D6执行第六对焦对象计数，其中D6的近景深与对象F一样，处于距图像传感器310相同的距离(x6-x0)。第六对焦对象计数可以确定当镜头系统312具有第六焦点配置以促进D6时，仅一个对象，即对象F，处于或将处于对焦。D1-D6的相应的景深可以基本相等，例如在彼此的10％以内，并且在一些实施例中在彼此5％以内。
由方法200执行的焦点配置确定还可以包括在240处，执行对基于在220确定的第一计数的第一分数和基于在230确定的第二计数的第二分数的比较。例如，第一分数和第二分数可以分别等于第一计数和第二计数。在另一个实施例中，分数可以至少部分地基于被分配给在视场中对象的权重值。这种权重值的分配可以基于例如在视场中的所讨论的对象的位置。作为说明而非限制，可以至少部分地基于对象相对于视场中参考点或参考线(例如，中心、中线、边缘和/或角落)的位置而将权重值分配给所述对象。替换或附加地，可以至少部分地基于其在视场中相对于也在该视场中的一个或多个其它对象的位置来将这样的权重值分配给对象。这样的权重值可以附加或替换地至少部分地基于通过图像辨识处理被识别为与对象相对应的对象类类型来分配。
基于在240执行的比较的结果，方法200还可以包括在250处提供指示在第一焦点配置或第二焦点配置之间的偏好的信号。例如，信号可以指定或以其它方式指示第一焦点配置相对于第二焦点配置优选。在250处提供的信号可以指示，与否则可能由第二焦点配置提供的第二焦点场相比较，要被以第一焦点配置设置的第一焦点场将得到对焦对象的更大数目和/或更好的加权得分。
再次参考图3B所示的示例场景，在250处的信号可以指示相比于促进D1的焦点配置的对促进D2的焦点配置的偏好。这样的信号可以识别多个这样的配置中将得到最大数目的对焦对象的焦点配置。在一些实施例中，在250处提供的信号可以独立于在多个对象中的每一个都偏离近景深时将处于对焦的对象的任何计数而被生成，例如，独立于对应于除了将多个对象中的一个放置在近景深的焦点配置以外的焦点配置的对焦对象计数的任何确定。例如，对于视场320中的对象A至F执行的焦点配置确定可以包括仅执行六个对焦对象计数，即，针对所示的焦点场D1至D6中的相应的每一个。
确定镜头对焦的常规技术在焦距的范围上各种不同地扫过，对于大的焦点场集合中的每一个执行相应的计算。该较大的集合通常包括没有所识别的对象位于(或将位于)近景深处的许多焦点场。相比之下，一些实施例计算相对较小、更特别的焦点场集合的分数，例如其总数可以不多于多个对象的总数。仅对D1至D6进行比较评估，例如，不同时评估D1至D6中各个之间的每个的许多其它中间焦点场，阐明了许多此类实施例获得的一种效率。与常规技术相比，这样的实施例通过提供相对更简单且因此更快的处理来评估焦点场而更有效。
虽然一些实施例在这方面不受限制，但是方法200可以包括基于在250处提供的信号来操作图像传感器设备的一个或多个附加操作(未示出)。例如，方法200还可以包括基于在250处提供的信号配置镜头系统，例如，其中镜头系统将实施第一配置以在近景深处定位第一对象。在这样的实施例中，除了第一对象之外的对象可以是镜头阵列的最接近的对象(在全部多个对象中)。在配置镜头系统之后，方法200还可以操作像素阵列以捕获用镜头系统接收的图像。虽然一些实施例在这方面不受限制，但是方法200可以重复一次或多次，例如包括(例如)选择电路160执行包括第一焦点确定的多个焦点确定的一个或多个附加焦点确定,。例如，这些多个焦点确定中的一些或全部可以每个对应于与镜头系统一起操作的不同的相应光圈。
图4图示出了根据实施例的用于确定焦点配置的方法400的元素。方法200可以例如用系统100或图像传感器设备310执行。在一个实施例中，方法200包括方法200的特征中的一些或全部。
在所示的说明性实施例中，方法400包括初始化用于确定优选的焦点配置的变量的操作。作为说明而非限制，这种操作可以包括在405处将表示当前优选的近焦点场的变量Dmax和表示对应于Dmax的对焦对象计数的另一变量Nmax中的每个设置为零。在405处的操作可以附加地或替换地包括将计数器变量x设置为初始值，例如，一(1)。
方法400还可以包括在410处，确定已被确定在经由镜头系统可观察到的视场内的多个对象的第x个对象(其中第x个是对应于变量x的当前值的序数)的距离dx。距离dx可以相对于诸如镜头系统的镜头中或其上的中心点的参考位置来确定。在415，方法400可以确定表示对焦对象计数的值Nx，即，镜头系统具有将第x个对象放置在近焦点场处的焦点配置时处于(或将处于)对焦的对象的计数。例如，在415处的确定可以包括一个或多个操作，诸如在220处的确定或在230处的确定中的那些操作。
方法400还可以包括在420处确定最近在415处确定的值Nx是否大于Nmax的当前值。在420处确定Nmax大于当前Nmax值的情况下，方法400可以在425处执行包括将Nmax设置为等于最近确定的值Nx的操作。在425处的操作可以进一步包括将Dmax设置为等于最近确定的值Dn。随后，在430处，可以做出关于多个对象中的任何其它对象是否仍由方法400寻址的确定。相反地，如果在420处确定Nmax小于(或等于，在一些实施例中)当前Nmax值时，方法400可以放弃在425处的操作的实例，并且进行在430处的确定。
响应于在430处确定多个对象中的每一个已经被寻址，方法400可以进行或接下来后续操作(未示出)，以在镜头系统处实施焦点配置，该焦点配置提供等于最近的Dmax值的近景深。相反地，在430处确定多个对象中的至少一个尚未被寻址的情况下，方法400可以在435处递增计数器x，并且继续执行(对于x的新增加值)在410处确定的另一个实例。
在一个实施例中，将由方法400寻址的多个对象中的初始第x个对象，即第一对象，是多个对象中最接近镜头系统的对象。将由方法400寻址的每个下一个第x个对象可以例如是远离镜头系统的下一个对象。在这样的实施例中，可以评估一个或多个附加测试条件(未示出)以确定是否要执行从方法400的退出。
作为说明而非限制，可以响应于确定(例如，在420处)Nx表示第x个对象和比第x个对象更远离镜头系统(多个对象中)所有其它对象，执行从方法400的提前退出。替换或附加地，可以响应于确定(例如，在420)对Nx的任何后续评估不能大于Nmax的当前值(例如，在方法400根据它们距镜头系统相应的距离的增加的次序对对象依次寻址的情况下)，执行从方法400的提前退出。
图5图示出了实施例的特征，其中基于视场中的对象的相应分数来确定镜头系统的焦点配置，其中分数基于分配给各个对象的不同权重值依次确定。这样的确定可以例如由一个系统100或图像传感器设备310执行，例如根据方法200、400中的一个执行。
图5示出了根据实施例的图像传感器设备510要操作的环境500的顶视图。如图5所示，图像传感器设备510可以被放置(定位和定向)，使得例如所示的说明性的多个对象A到F每个在可以通过图像传感器设备510的镜头系统512可观察的在视线522、524之间视场520中。在各种实施例中，图像传感器设备510可以被放置成附加地或替换地成像更多、更少和/或不同布置的对象。
图5示出了在视场520内的对象A至F(作为示例性场景中，对象A至F是人)的示例视场550，如通过镜头系统512可以看到的视图550。可以例如部分地基于对象A至F距镜头系统512的相应距离x1至x6来确定镜头系统512的焦点配置。在一些实施例中，焦点配置的这种确定可以进一步基于视图550中的对象A至F中的一些或全部的相应位置。
例如，预编程的参考信息(例如，存储在存储器130中)可以对应于视图550的不同的区域，每个具有指示放置在该区域中的对象上的值的程度的相应值。在所示的说明性实施例中，这样的区域包括其中位于视图550中心(与视场520的中心线526对准的中心)的区域554。这些区域可以进一步包括区域556，与区域554毗连以及围绕区域554延伸，以及另一个区域558，与区域556毗连以及围绕区域556延伸。围绕558的另一个区域可以延伸到视图550的边缘552。
对于这样的区域中给定的一个，被识别为在该区域中的对象可以被分配权重，该权重等于或以其它方式基于与该区域相关联的预定义的偏好值。在所示的说明性实施例中，对象A可以被分配对应于区域554的第一权重，并且对象B、C和D可以每个被分配对应于区域558的第二权重。对象E和F可以每个被分配对应于与区域558毗连并围绕区域558的区域的第三权重。
可以计算镜头系统512的给定焦点配置Cx的分数Sx，例如，其中Cx提供等于多个对象中的第x个对象距镜头系统512的距离的近景深。在一个实施例中，可以根据以下计算Sx值：
Figure GDA0002246358240000181
其中I是等于多个对象的总数的整数，如果第i个对象在Cx期间处于或将处于对焦，则Bix是等于“1”的布尔值(并且其他情况下等于“0”)，并且Wi是与第i个对象所位于的视图550区域相关联的权重值。在一些其它实施例中，可以基于对应的第i个对象所属的对象类型附加地或替换地确定给定的权重值Wi。作为说明而非限制，在图像辨识处理将对应的第i个对象识别为人脸(或其部分)对象类型的一个实例的情况下，权重值Wi可能相对更重要。将特定权重分配给相应对象可以基于例如由制造商、零售商、用户或其它代理预先编程的或以其它方式预先确定的各种可能的对象类型偏好中的任何一种。在一个说明性实施例中，与一个或多个替换对象类型相比，可以将相对更重要(例如更大的值)权重分配给人脸对象类型的对象。然而，要确定这样的偏好的技术可以取决于具体实施方式细节，并且可能不限于某些实施例。例如，与对焦对象计数相反，Sx值(或Wi值)可以是除了任何整数之外的数。等式(6)仅仅是用于确定给定第x个对象的Sx的一个示例计算。根据不同的实施例，可以执行用于确定Sx值的各种其它计算中的任何一个。
一些实施例可以计算被识别为位于视场520中的I个对象中的两个或更多个(例如每一个)的相应Sx值。随后可以基于对这些分数的这种评估来配置镜头系统512。例如，镜头系统512的焦点配置可以基于具有最大Sx值的焦点配置来实施。在某些情况下，两个或多个焦点配置可以每个具有相同的Sx值，例如，其中Sx值大于任何另外计算的Sx值。在这样的实施例中，与两个更多焦点配置中的其它配置相比，可以基于具有最短焦距的焦点配置来选择这两个更多焦点配置中的一个用于实施。
本文描述了用于操作光学设备的技术和架构。根据计算机存储器内的数据位上的操作的算法和符号表示来呈现本文的详细描述的一些部分。这些算法描述和表示是计算领域的技术人员用来最有效地将其工作的实质传达给本领域技术人员的手段。算法在这里，并且通常被认为是导致期望结果的自洽的步骤序列。这些步骤是需要物理量的物理操纵的步骤。通常，虽然不一定，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。有时，主要是为了普遍使用的原因，将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、项、数字等等是证实方便的。
然而，应该记住，所有这些和类似的术语都应该与适当的物理量相关联，并且仅仅是适用于这些量的方便的标签。除非另有明确说明，否则从本文的讨论中显而易见，应理解，在整个说明书中，使用诸如“处理”或“计算(computing)”或“运算(calculating)”或“确定”或“显示”等术语的讨论是指计算机系统或类似的电子计算设备的操作和过程，其将表示为计算机系统寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵和变换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它这种信息存储、传输或显示设备内的物理量的其它数据。
某些实施例还涉及用于执行本文操作的装置。该装置可以为所需目的而特别构造，或者可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，诸如但不限于包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘的任何类型的盘，只读存储器(ROM)，诸如动态RAM(DRAM)、EPROM、EEPROM的随机存取存储器(RAM)，磁或光卡之类或适于存储电子指令的并耦合到计算机系统总线的任何类型的介质。
本文呈现的算法和显示器并不固有地与任何特定的计算机或其它设备相关。各种通用系统可以根据本文的教导与程序一起使用，或者可以证明方便地构建更专用的装置来执行所需的方法步骤。各种这些系统的所需结构将从本文的描述中出现。此外，某些实施例不参考任何特定的编程语言来描述。应当理解，可以使用各种编程语言来实施如本文所述的这样的实施例的教导。
除了本文所描述的内容之外，可以对所公开的实施例及其实施方式进行各种修改，而不脱离其范围。因此，这里的说明和示例应当被解释为说明性的而不是限制性的。本发明的范围应仅通过参考下面的权利要求来衡量。

Claims (22)

1.一种成像设备，包括：
镜头系统，所述镜头系统用于接收来自所述设备外部的环境的光；
距离评估电路，所述距离评估电路被配置为识别从所述镜头系统到在所述镜头系统的视场中的多个对象中的每一个的相应距离，所述多个对象包括第一对象和第二对象；
选择电路，所述选择电路被耦合到所述距离评估电路以确定所述镜头系统的焦点，所述选择电路被配置为：
调节所述镜头系统以具有第一焦点配置和第一光圈，所述第一对象以所述第一焦点配置和所述第一光圈处于第一近景深处；
在所述第一对象因所述第一焦点配置和所述第一光圈而处于所述第一近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第一计数，其中所述第一计数表示在所述第一对象处于所述第一近景深处时处于对焦的对象的数目；
调节所述镜头系统以具有第二焦点配置和所述第一光圈，所述第二对象以所述第二焦点配置和所述第一光圈处于第二近景深处；
在所述第二对象因所述第二焦点配置和所述第一光圈而处于所述第二近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第二计数，其中所述第二计数表示在所述第二对象处于所述第二近景深处时处于对焦的对象的数目；
比较从所述第一焦点配置得出的基于所述第一计数的第一分数和从所述第二焦点配置得出的基于所述第二计数的第二分数以识别在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间基于哪个焦点配置提供更大数目的对焦对象的偏好；以及
基于所述第一分数和所述第二分数的所述比较，提供指示在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间基于哪个焦点配置提供更大数目的对焦对象的所述偏好的信号；
焦点控制器，所述焦点控制器被耦合以基于所述信号调节所述镜头系统；以及
图像传感器，所述图像传感器被光学耦合以捕获在所述镜头系统已经基于所述信号被调节之后用所述镜头系统接收的图像。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述选择电路进一步被配置为：独立于所述设备在所述多个对象中的全部对象偏离近景深时执行针对当前焦点配置的将处于对焦的对象的任何计数，来生成指示所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间的所述偏好的所述信号。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述选择电路被配置为使得所述设备确定所述镜头系统的一个或多个其它焦点，所述一个或多个其它焦点中的每一个焦点部分地由于除了所述第一光圈之外的相应光圈引起。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述信号指示对所述第一焦点配置的偏好，并且所述多个对象中除了所述第一对象之外的对象是在所述镜头系统具有所述第一焦点配置时与所述镜头系统最接近的对象。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述选择电路进一步被配置为基于第一权重值来计算所述第一分数，所述第一权重值基于在所述镜头系统中的所述视场中的所述第一对象的位置被分配给所述第一对象。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，在所述视场中的所述第一对象的所述位置是相对于所述视场的参考点或参考线的。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述参考点是所述视场的中心。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，在所述视场中的所述第一对象的所述位置是相对于所述多个对象中的另一对象的。
9.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一分数包括除了任何整数之外的数。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述选择电路进一步被配置为基于第一权重值来计算所述第一分数，所述第一权重值基于所述第一对象的对象类型被分配给所述第一对象。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述对象类型包括人脸对象类型。
12.一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令当由一个或多个处理单元执行时，使所述一个或多个处理单元执行操作，所述操作包括：
识别从镜头系统到在所述镜头系统的视场中的多个对象中的每一个的相应距离，所述多个对象包括第一对象和第二对象；
确定所述镜头系统的焦点，包括：
调节所述镜头系统以具有第一焦点配置和第一光圈，所述第一对象以所述第一焦点配置和所述第一光圈处于第一近景深处；
在所述第一对象因所述第一焦点配置和所述第一光圈而处于所述第一近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第一计数，其中所述第一计数表示在所述第一对象处于所述第一近景深处时处于对焦的对象的数目；
调节所述镜头系统以具有第二焦点配置和所述第一光圈，所述第二对象以所述第二焦点配置和所述第一光圈处于第二近景深处；
在所述第二对象因所述第二焦点配置和所述第一光圈而处于所述第二近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第二计数，其中所述第二计数表示在所述第二对象处于所述第二近景深处时处于对焦的对象的数目；
比较从所述第一焦点配置得出的基于所述第一计数的第一分数和从所述第二焦点配置得出的基于所述第二计数的第二分数以识别在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间基于哪个焦点配置提供更大数目的对焦对象的偏好；以及
基于所述第一分数和所述第二分数的所述比较，提供指示在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间基于哪个焦点配置提供更大数目的对焦对象的所述偏好的信号；
基于所述信号调节所述镜头系统；以及
在所述镜头系统已经基于所述信号被调节之后捕获用所述镜头系统接收的图像。
13.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，指示所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间的所述偏好的所述信号独立于执行针对当前焦点配置的在所述多个对象中的全部对象偏离近景深时将处于对焦的对象的任何计数而被生成。
14.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述操作还包括确定所述镜头系统的一个或多个其它焦点，所述一个或多个其它焦点中的每一个焦点部分地由于除了所述第一光圈之外的相应光圈引起。
15.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述信号指示对所述第一焦点配置的偏好，并且所述多个对象中除了所述第一对象之外的对象是在所述镜头系统具有所述第一焦点配置时与所述镜头系统最接近的对象。
16.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述操作还包括基于第一权重值来计算所述第一分数，所述第一权重值基于在所述视场中的所述第一对象的位置被分配给所述第一对象。
17.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，在所述视场中的所述第一对象的所述位置是相对于所述视场的参考点或参考线的。
18.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，在所述视场中的所述第一对象的所述位置是相对于所述多个对象中的另一对象的。
19.一种用于自动对焦的方法，包括：
识别从镜头系统到在所述镜头系统的视场中的多个对象中的每一个的相应距离，所述多个对象包括第一对象和第二对象；
确定所述镜头系统的焦点，包括：
调节所述镜头系统以具有第一焦点配置和第一光圈，所述第一对象以所述第一焦点配置和所述第一光圈处于第一近景深处；
在所述第一对象因所述第一焦点配置和所述第一光圈而处于所述第一近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第一计数，其中所述第一计数表示在所述第一对象处于所述第一近景深处时处于对焦的对象的数目；
调节所述镜头系统以具有第二焦点配置和所述第一光圈，所述第二对象以所述第二焦点配置和所述第一光圈处于第二近景深处；
在所述第二对象因所述第二焦点配置和所述第一光圈而处于所述第二近景深处时，确定所述多个对象中将处于对焦的任何对象的第二计数，其中所述第二计数表示在所述第二对象处于所述第二近景深处时处于对焦的对象的数目；
比较从所述第一焦点配置得出的基于所述第一计数的第一分数和从所述第二焦点配置得出的基于所述第二计数的第二分数以识别在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间基于哪个焦点配置提供更大数目的对焦对象的偏好；以及
基于所述第一分数和所述第二分数的所述比较，提供指示在所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间基于哪个焦点配置提供更大数目的对焦对象的所述偏好的信号；
基于所述信号调节所述镜头系统；以及
在所述镜头系统已经基于所述信号被调节之后捕获用所述镜头系统接收的图像。
20.根据权利要求19所述方法，其中，指示所述第一焦点配置和所述第二焦点配置之间的所述偏好的所述信号独立于在所述多个对象中的全部对象偏离近景深时执行针对当前焦点配置的将处于对焦的对象的任何计数而被生成。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述信号指示对所述第一焦点配置的偏好，并且所述多个对象中除了所述第一对象之外的对象是在所述镜头系统具有所述第一焦点配置时与所述镜头系统最接近的对象。
22.根据权利要求19所述的方法，还包括基于第一权重值来计算所述第一分数，所述第一权重值基于在所述视场中的所述第一对象的位置被分配给所述第一对象。
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