CN108535833A - 用于执行自动对焦的方法 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于执行自动对焦的方法”。本发明涉及用于在成像设备中执行自动对焦的方法。本发明解决的技术问题在于，在透镜到达目标位置之前，成像设备中的所述透镜振荡不期望的时间段。一般来讲，这降低了所述成像设备的帧速率。在各种实施方案中，所述方法通过逐渐增加所述目标位置，改变PID控制器的增益，以及向位置信号添加反冲脉冲来减少透镜的稳定时间。本发明实现的技术效果是提供用以缩短所述透镜振荡的时间长度，并因此在较短的时间段内到达所述目标位置，从而增加所述成像设备的所述帧速率的方法。

Description

用于执行自动对焦的方法

技术领域

本发明涉及用于在成像设备中执行自动对焦的方法。

背景技术

电子设备诸如，移动电话、相机和计算机通常使用透镜模块结合图像传感器来捕获图像。许多成像系统采用自动对焦方法和技术以通过调整透镜相对于图像传感器的位置来改善图像质量。

自动对焦系统分析来自图像传感器的图像数据以确定透镜的最佳位置。通常，由于自动对焦系统中使用的机械机构，透镜在到达目标位置之前振荡一定的时间段。该时间延迟通常被称为稳定时间。减少稳定时间使用户能够以增加的帧速率捕获图像。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，在透镜到达目标位置之前，成像设备中的透镜振荡不期望的时间段。一般来讲，这降低了成像设备的帧速率。

在各种实施方案中，该方法和装置可通过逐渐增加目标位置，改变PID控制器的增益，以及向位置信号添加反冲脉冲来减少透镜的稳定时间。

根据一个方面，利用透镜执行自动对焦的方法包括：检测透镜的位置；输出表示透镜的位置的位置信号；生成透镜的目标位置；根据所生成的目标位置计算透镜的中间目标值；对位置信号和中间目标值求和以产生偏差值；根据偏差值生成控制变量；基于控制变量来生成驱动器信号；以及根据驱动器信号移动透镜。

在一个操作中，上述方法还包括：如果偏差值小于最小阈值，则生成反冲脉冲信号。

在一个操作中，上述方法还包括根据反冲脉冲信号调整控制变量的大小和方向。

在一个操作中，上述方法还包括将增益施加到偏差值，其中将增益施加到偏差值包括根据增益计数器施加预定第一增益和预定第二增益中的一者。

在上述方法的一个操作中，生成中间目标值包括：基于步宽和步数来计算步长值；并且将步长值与先前的中间目标值求和。

根据另一个方面，利用透镜执行自动对焦的方法包括：捕获图像数据；生成表示透镜的位置的位置信号；根据图像数据生成目标位置；根据所生成的目标位置生成中间目标值；根据所生成的中间目标值和所生成的位置信号计算偏差值；将增益施加到计算的偏差值；基于所计算的偏差值来计算反冲脉冲信号；基于所计算的反冲脉冲信号和控制信号来计算新位置值；以及根据新位置值重新定位透镜。

在上述方法的一个操作中，将增益施加到偏差值包括根据增益计数器施加预定第一增益和预定第二增益中的一者。

在上述方法的一个操作中，计算反冲脉冲信号进一步基于偏差值是否大于阈值。

在上述方法的一个操作中，生成中间目标值包括基于步宽和步数来计算步长值。

在上述方法的一个操作中，生成中间目标值还包括将步长值与先前的中间目标值求和。

本发明实现的技术效果是提供用以缩短透镜振荡的时间长度，因此在较短的时间段内到达目标位置，从而增加成像设备的帧速率的方法。

附图说明

当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式更全面地了解本技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。

图1代表性地示出了根据本技术的示例性实施方案的成像系统；

图2是根据本技术的示例性实施方案的自动对焦系统的框图；

图3是根据本技术的示例性实施方案的自动对焦系统的流程图；

图4是根据本技术的示例性实施方案的用于更新自动对焦系统中的目标值的流程图；

图5是根据本技术的示例性实施方案的用于计算自动对焦系统中的目标值的流程图；

图6是根据本技术的示例性实施方案的用于设置自动对焦系统中的增益的流程图；

图7是根据本技术的示例性实施方案的用于计算自动对焦系统中的反冲脉冲的流程图；

图8代表性地示出了使用常规方法的输入目标值以及对应的信号和信号稳定时间；

图9代表性地示出了使用常规方法的输入目标值以及对应的信号和信号稳定时间；

图10代表性地示出了根据本技术的示例性实施方案的输入目标值以及对应的信号和信号稳定时间；

图11代表性地示出了根据本技术的示例性实施方案计算中间目标位置；

图12是常规自动对焦系统的输出波形；并且

图13是根据本技术的示例性实施方案的输出波形。

具体实施方式

本技术可在功能块部件和各种加工步骤方面进行描述。此类功能块可通过被配置成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件来实现。例如，本技术可采用可执行多种功能的各种致动器、传感器、透镜、半导体器件，诸如晶体管和电容器等。此外，本技术可结合任何数量的系统诸如，汽车、航空航天、医疗、科学、监视和消费电子器件来实施，所述的这些系统仅为该技术的示例性应用。另外，本技术可采用任何数量的常规技术，以用于捕获图像数据、采样图像数据、处理图像数据等。

根据本技术的各个方面的用于自动对焦的方法和装置可结合任何合适的电子系统诸如，成像系统、“智能设备”、可穿戴设备、消费电子器件等一起操作。参见图1和2，可将示例性成像系统100结合到电子设备，诸如数字相机或便携式计算设备中。例如，在各种实施方案中，成像系统100可包括图像传感器110，图像信号处理器120、透镜模块105和驱动器电路125，它们一起操作以将物体或场景自动对焦在图像传感器110上。

图像传感器110可被适当地配置成捕获图像数据。例如，图像传感器110可包括像素阵列(未示出)以检测光并通过以下方式传送构成图像的信息：将光波的可变衰减(在它们穿过物体或经物体反射时)转换成电信号。像素阵列可包括被布置成行和列的多个像素，并且像素阵列可包含任何数量的行和列，例如数百或数千行和列。每个像素可包括任何合适的光传感器，诸如光电门、光电二极管等，以检测光并将所检测的光转换成电荷。图像传感器110可结合任何合适的技术来实施，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)和电荷耦合器件中的有源像素传感器。

透镜模块105可被配置成将光聚焦在图像传感器110的感测表面上。例如，透镜模块105可包括透镜130，该透镜具有固定直径，其被定位成邻近图像传感器110的感测表面。透镜模块105还可包括致动器281，诸如音圈电机(VCM)，该致动器被配置成重新定位透镜130。

在各种实施方案中，成像系统100被配置成移动透镜模块105的固定或以其他方式耦接到透镜130的部分。例如，透镜模块105可包括相对于静止部分移动的伸缩部分。在各种实施方案中，透镜130可被固定或耦接到伸缩部分，并且致动器281可移动伸缩部分以将透镜130偏移远离或靠近图像传感器110，该图像传感器被固定到静止部分以将物体或场景聚焦在图像传感器110上。

在各种实施方案中，图像信号处理器120可执行各种数字信号处理功能，诸如彩色插值、彩色校正、促进自动对焦、曝光调整、降噪、白平衡调整、压缩等以产生最终输出图像。图像信号处理器120可包括用于执行计算、传输和接收图像像素数据的任何数量的半导体器件，诸如晶体管、电容器等，以及用于存储像素数据的存储单元，诸如随机存取存储器、非易失性存储器或任何其他适用于具体应用的存储器设备。在各种实施方案中，图像信号处理器120可用可编程逻辑设备诸如，现场可编程门阵列(FPGA)或具有可重配置数字电路的任何其他设备实现。在其他实施方案中，图像信号处理器120可以使用不可编程设备的硬件实现。图像信号处理器120可使用任何合适的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或制造工艺部分或完全地形成于含硅的集成电路内，使用处理器和存储器系统部分或完全地形成于ASIC(专用集成电路)中，或使用另一合适的实施方式部分或完全地形成。

图像信号处理器120可被配置成将输出图像传输到用于存储和/或查看图像数据的输出设备(未示出)，诸如显示屏或存储器部件。输出设备可从图像信号处理器120接收数字图像数据，诸如视频数据、图像数据、帧数据和/或增益信息。在各种实施方案中，输出设备可包括外部设备，诸如计算机显示器、存储卡或一些其他外部单元。

系统100还可包括位置传感器200，诸如霍尔传感器，以检测透镜130的移动和位置。位置传感器200可被集成在透镜模块105或驱动器电路125中。位置传感器200可通过响应于磁场改变输出电压来确定透镜130的位置。输出电压可对应于透镜130相对于参考点的大小和方向。

驱动器电路125控制功率并将功率提供给系统内的各种设备。例如，驱动器电路125可控制功率并将功率提供给透镜模块105以移动致动器281。驱动器电路125可结合图像信号处理器120和位置传感器200操作以确定提供给致动器281的功率的适当量。驱动器电路125可将具有一定大小和方向的恒定驱动器电流I_dr提供给致动器281。在其他实施方案中，驱动器电路125可被配置成以固定占空比提供恒定电压或脉宽调制。一般来讲，致动器281通过将透镜130移动与由驱动器电路125提供的功率的量成比例的量来响应于恒定驱动器电流。驱动器电路125可接收各种信号并且响应于各种信号以确定透镜130的适当位置。例如，驱动器电路125可经由位置传感器200接收与透镜130的当前位置有关的信息，并且经由目标位置信号从图像信号处理器120接收与透镜130的目标位置有关的信息。驱动器电路125可包括能够为致动器281提供能量的任何合适的设备或系统。

驱动器电路125还可包括各种电路和/或系统以缩短透镜130到达目标位置所花费的时间长度。一般来讲，一旦驱动器电路125从图像信号处理器120接收目标位置信号，透镜130在稳定到期望的目标位置中或预定阈值范围内之前振荡一定的时间段。该时间段可称为稳定时间。在各种实施方案中，驱动器电路125可包括任何合适的设备和/或系统以执行增益控制，计算可变步进函数，并且用反冲脉冲来使信号升压，所述设备和/或系统可组合或单独地缩短稳定时间。例如，驱动器电路125可包括可变步进电路275、寄存器220、放大器、第一加法电路230、信号控制电路295和恒定电流驱动器225。驱动器电路125还可包括至少一个信号转换器以将信号从模拟信号转换为数字信号并且/或者从数字信号转换为模拟信号。例如，驱动器电路125可包括数模转换器(DAC)270和/或模数转换器(ADC)265。

放大器245可被配置成放大信号，诸如来自位置传感器200的信号。放大器245可被耦接到位置传感器200和ADC 265。例如，放大器245可与位置传感器200和ADC 265串联耦接。放大器245可被耦接到位置传感器200的输出端以接收位置信号，放大位置信号，并且将放大的位置信号输出到ADC 265。

在示例性实施方案中，ADC 265可被配置成接收模拟信号并且将该信号转换成数字信号。例如，ADC 265可与位置传感器200和放大器245串联耦接，并且可从放大器245接收放大的位置信号。ADC 265可将ADC输出信号传输到第一加法电路230。

可变步进电路275可检索透镜130的目标值设置Tset(例如，目标位置)，该目标值设置对应于在图像传感器110上产生对焦图像所需的位置。可变步进电路275可进一步计算中间目标位置Treg。可变步进电路275可被耦接到ISP 120以接收与目标值设置Tset相关的数据并且调整目标值设置Tset以到达中间目标位置Treg。可变步进电路275可包括任何合适的电路和/或系统以存储数据并且根据期望的输出来计算值。

在示例性实施方案中，并且参见图2和11，可变步进电路275可根据步进变化数N(其中N＝0、1、2、…N+1)、步宽数Step_N(其中N＝0、1、2、…N+1)和步进变化阈值THstep_N(其中N＝1、2、…N+1)来计算中间目标位置。可变步进电路275可被配置成检索存储在寄存器220中的数据，诸如目标值设置Tset。在示例性实施方案中，可变步进电路275将中间目标位置Treg计算为小于目标值设置Tset，以确保透镜130的位置逐渐改变。可变步进电路275可包括能够计算小于目标值设置Tset的中间目标位置Treg的任何设备和/或系统。

寄存器220可被配置成存储目标值设置Tset。例如，寄存器可被耦接到ISP 120并且可从ISP 120接收持续更新的位置数据。寄存器220可被配置成在目标值设置Tset从ISP120传输时持续存储新位置数据。寄存器220可被配置成存储新数据和来自先前周期的数据。例如，寄存器220可存储当前目标值设置Tset和先前目标值设置Tset_pre，其中先前目标值设置Tset_pre是来自先前周期的目标值设置。寄存器220可被配置成存储中间目标位置Treg。例如，寄存器220可存储新中间目标位置Treg_new和先前中间目标位置Treg_pre，其中先前中间目标位置Treg_pre是来自先前周期的目标位置。寄存器220可包括能够更新并存储目标值设置Tset的任何合适的存储器或存储设备。

第一加法电路230可被配置成将一个或多个输入值求和(即，相加)。例如，第一加法电路230可接收中间目标位置Treg作为输入并且接收ADC输出信号作为输入。加法电路230可对值求和并且输出偏差值Vdev。第一加法电路230可包括适于求和的任何设备和/或系统。

信号控制电路295可被配置成执行各种信号处理功能，例如，信号控制电路295可调整误差信号的增益，计算控制变量，并且调整控制变量的大小和方向。例如，信号控制电路295可被耦接到第一加法电路230，并且接收偏差值Vdev作为输入误差信号，调整偏差值Vdev的增益，根据偏差值Vdev计算控制变量PIDout，输出控制变量PIDout，并且调整控制变量PIDout的大小和方向。信号控制电路295可包括适于执行输入的增益控制，计算控制变量，并且调整控制变量的大小和方向的任何数量的电路。在示例性实施方案中，信号控制电路295包括反冲脉冲电路205、增益控制电路210、PID控制器215和第二加法电路235。

反冲脉冲电路205可被配置成生成反冲脉冲信号Vkick。反冲脉冲电路205可根据偏差值Vdev计算反冲脉冲信号Vkick。在各种实施方案中，仅在偏差值Vdev在预定阈值范围之外的情况下引入反冲脉冲信号Vkick。例如，并且参见图10，阈值范围可包括大于目标值设置Tset的最大阈值THmax和小于目标值设置Tset的最小阈值THmin。因此，如果偏差值Vdev小于最大阈值THmax并且大于最小阈值THmin，则反冲脉冲电路205将不会生成反冲脉冲信号Vkick。如果偏差值大于最大阈值THmax，则反冲脉冲电路205将生成反冲脉冲信号Vkick。类似地，如果偏差值Vdev小于最小阈值THmin，则反冲脉冲电路205将生成反冲脉冲信号Vkick。最小阈值THmin和最大阈值THmax可根据任何合适的参数来固定，诸如期望的操作规范、稳定时间、功耗等。

增益控制电路210可被配置成控制误差信号的增益，例如偏差值Vdev。增益控制电路210可包括任何合适的设备和/或系统以增加或减小偏差值Vdev的增益。例如，增益控制电路210可包括第一增益元件240、第二增益元件280、第三增益元件285和第四增益元件290。增益元件240、280、285、290可包括具有可变增益的放大器。例如，第一增益元件240可具有可变增益Ga，第二增益元件280可具有可变增益Gp，第三增益元件285可具有可变增益Gi，并且第四增益元件290可具有可变增益Gd。每个增益元件240、280、285、290的增益可根据期望的操作特性、功耗、PID控制器215的操作特性等来设置。

第一增益元件240可与第二增益元件280、第三增益元件285和第四增益元件290串联耦接，而第二增益元件280、第三增益元件285和第四增益元件290可并联耦接。例如，第一增益元件240可首先放大偏差值Vdev，然后第二增益元件280、第三增益元件285和第四增益元件290再次放大偏差值Vdev。第二增益元件280、第三增益元件285和第四增益元件290可将放大偏差值Vdev中的每个放大偏差值Vdev输出到PID控制器215。

PID控制器215可被配置成接收误差值，诸如偏差值Vdev，并且基于比例、积分和微分项来施加校正。PID控制器215可通过调整控制变量PIDout来操作以随着时间推移使误差最小化。PID控制器215可包括常规PID控制器电路。例如，基于当前的变化率，PID控制器215可包括用以考虑误差的目前值的P控制器250，用以考虑误差的过去值的I控制器255，以及用以考虑误差的可能的未来趋势的D控制器260。PID控制器可将控制变量PIDout传输到第二加法电路235。在各种实施方案中，系统100还可包括被耦接到PID控制器215的滤波器(未示出)以从各种PID处理信号移除噪声。

第二加法电路235可被配置成将反冲脉冲信号Vkick引入到控制变量PIDout。例如，第二加法电路235可将反冲脉冲信号Vkick和控制变量PIDout求和(即，相加)。在各种实施方案中，第二加法电路235可被耦接到PID控制器215并且从该PID控制器接收控制变量。第二加法电路235还可被耦接到反冲脉冲电路205并且从该反冲脉冲电路接收反冲脉冲信号Vkick。加法电路230可对值求和并输出新位置值Pnew，并且将新位置值Pnew传输到DAC270。第一加法电路230可包括适于对两个或更多个值求和的任何设备和/或系统。

在各种实施方案中，系统100还可包括用以计算制动脉冲的制动脉冲电路(未示出)和用以计算速度控制值的速度控制电路(未示出)。制动脉冲和速度控制值还可用于计算新位置值Pnew。

DAC 270可被配置成接收新位置值Pnew并且将该新位置值Pnew转换成模拟信号。DAC 270可包括适于将数字信号转换成模拟信号的任何电路。DAC 270可将模拟信号传输到恒定电流驱动器225。

恒定电流驱动器225可从DAC 270接收模拟信号并响应于该模拟信号，并且将恒定驱动器输出信号，例如驱动器电流I_dr(或者电压或PMW)提供给致动器281以移动透镜130以到达目标位置。恒定电流驱动器225可包括用于改变电路两端的电压以便维持恒定的电流输出的任何合适的电路。例如，恒定电流驱动器225可将驱动器电流I_dr传输到透镜模块105以控制致动器281的大小和方向。

在操作中，用于自动对焦的方法和装置为成像系统的透镜提供了比利用常规操作的成像系统更短的稳定时间。例如，并且参见图8和9，常规操作可施加直接移动控制(图8)或者步进移动控制(图9)，与实现施加中间目标值Treg(图10)的可变步进移动的系统相比，这两者均导致透镜围绕目标位置以更高振幅振荡。用于自动对焦的方法和装置可实现各种操作，所述操作适合于增加信号增益，确保透镜位置逐渐改变，并且在适当时提供升压信号以缩短到达目标位置的总体处理时间。

参见图1至13，在示例性操作中，系统100处理来自位置传感器200的信号并且利用来自图像信号处理器120的信息来确定透镜130的新目标位置。该方法和操作有利于减小(或移除)围绕目标位置的透镜振荡，由此缩短稳定时间。例如，并且参见图3，当驱动器电路125从位置传感器200接收位置信号时，操作可开始(300)。在各种实施方案中，位置信号然后由放大器245放大。放大器245然后将放大的位置信号传输到ADC 265，其中ADC 265将位置信号转换成数字信号(305)。

图像信号处理器120可将位置数据传输到寄存器220以更新目标值设置Tset(310)。可变步进电路275然后可确定目标值设置Tset是否已被更新以及是否进行到下一个步骤。例如，并且参见图4，可变步进电路275可通过获得存储在寄存器220中的目标值设置Tset来开始。例如，可变步进电路275可检索当前目标值设置Tset和先前目标值设置Tset_pre(400)。可变步进电路275然后可确定当前目标值设置Tset是否不同于先前目标值设置Tset_pre(405)。如果当前目标值设置Tset不同于先前目标值设置Treg_pre，则目标值操作标志Ftarget被设置为1(410)，增益计数器被初始化并设置为零(415)，并且反冲脉冲计数器被初始化并设置为零(420)。可变步进电路275然后确定目标值设置Tset是否大于先前中间目标值Treg_pre(425)。如果目标值设置Tset不大于先前中间目标值Treg_pre，则方向标志Fdir被设置为-1(435)。如果目标值设置Tset大于先前中间目标值Treg_pre，则方向标志Fdir被设置为+1(430)。可变步进电路275然后输出目标值设置Tset以及对应的方向标志Fdir。

可变步进电路275然后可计算新中间目标值Treg_new(315)。例如，并且参见图5，可变步进电路275可通过首先从寄存器220接收目标值操作标志Ftarget(500)来操作。如果目标值操作标志Ftarget不等于一(505)，则操作结束并且可变步进电路275输出来自先前周期的中间目标值Treg(即，Treg_pre)。

如果目标值操作标志Ftarget等于一(505)，则可变步进电路275使用步宽Step_N、步进变化数N、步进变化阈值THstep_N、方向标志Fdir、先前中间目标值Treg_pre和目标值设置Tset来确定步长值(StepValue)。可变步进电路275可使步进变化数N初始化(510)并且根据步进变化数N将目标值设置Tset和先前中间目标值Treg_pre的差值与步进变化阈值THstep_N进行比较(515)。每个步进变化数N可对应于特定步进变化阈值THstep_N。如果目标值设置Tset与先前中间目标值Treg_pre的差值小于步进变化阈值THstep_N，则计算步长值(530)。如果目标值设置Tset与中间目标值Treg的差值不小于步进变化阈值THstep_N，则当前步进变化数N递减1(520)。如果步进变化数N等于零(525)，则根据等式StepValue＝Fdir*Step_N来计算步长值(530)。如果步进变化数N不等于零(525)，则可变步进电路275重新评估目标值设置Tset与先前中间目标值Treg_pre的差值是否小于步进变化阈值THstep_N。

可变步进电路275可通过将方向标志Fdir乘以步进变化数N来计算步长值(530)。然后可变步进电路275通过将步长值与先前中间值Treg_pre相加来计算新中间目标值Treg_new(535)。

可变步进电路275然后确定方向标志Fdir是否等于+1(540)。如果方向标志Fdir等于+1，则可变步进电路275确定新中间目标值Treg_new是否小于目标值设置Tset(545)。如果方向标志Fdir不等于+1，则可变步进电路275确定新中间目标值Treg_new是否大于目标值设置Tset(550)。

如果新中间目标值Treg_new小于目标值设置Tset，则操作结束，并且可变步进电路275输出新中间目标值Treg_new(565)。如果新中间目标值Treg_new不小于目标值设置Tset，则新中间目标值Treg_new被设置为等于目标值设置Tset(555)，并且目标值操作标志Ftarget被设置为零(560)。操作结束，然后逻辑电路275输出新中间目标Treg_new(565)。

如果新中间目标值Treg_new大于目标值设置Tset，则操作结束，并且可变步进电路275输出中间目标值Treg(565)。如果新中间目标值Treg_new不大于目标值设置Tset，则新中间目标值Treg_new被设置为等于目标值设置Tset(555)，并且目标值操作标志Ftarget被设置为零(560)。操作结束，然后可变步进电路275输出新中间目标值Treg_new(565)。

可变步进电路275然后可将中间目标值Treg传输到第一加法电路230。第一加法电路230然后可对最近中间目标值Treg(即，Treg_new)和ADC输出求和以获得偏差值Vdev。

偏差值Vdev然后可被传输到增益控制电路210，其中增益控制电路210执行增益控制操作(320)。在各种实施方案中，增益控制电路210用第一增益元件240计算并施加总增益，并且进一步经由第二增益元件280、第三增益元件285和第四增益元件290分别将各个增益施加到P控制器250、I控制器255和D控制器260(320)。例如，并且参见图6，增益控制电路210执行增益操作，当增益控制电路210接收偏差值Vdev时该增益操作开始(600)。增益控制电路210然后确定增益计数器是否小于增益上升时间到达计数值(即，增益控制电路210的执行时间的计数值)(605)。如果增益计数器小于增益上升时间到达计数值，则增益计数器递增1(610)，P控制器250的增益Gp被设置为上升P增益值Gp_up(615)，I控制器255的增益Gi被设置为上升I增益值Gi_up(620)，并且D控制器260的增益Gd被设置为上升D增益值Gd_up(625)。一旦可变增益Gp、Gi、Gd已被设置，则增益操作结束。上升增益值Gp_up、Gi_up、Gd_up可以是固定的值，并且根据致动器281的规范来预定。

如果增益计数器不小于增益上升时间到达计数，则P控制器250的增益Gp被设置为正常P增益值Gp_nom(630)，I控制器255的增益Gi被设置为正常I增益值Gi_nom(635)，并且D控制器260的增益Gd被设置为正常D增益值Gd_nom(640)。一旦可变增益Gp、Gi、Gd已被设置，则增益操作结束。正常增益值Gp_nom、Gi_nom、Gd_nom可以是固定的值，并且根据致动器281的规范来预定。

偏差值Vdev可被进一步传输到反冲脉冲电路205，其中反冲脉冲电路205执行反冲脉冲操作(325)。在各种实施方案中，反冲脉冲电路205可通过将偏差值Vdev与最大阈值THmax和最小阈值THmin进行比较来确定反冲脉冲信号Vkick是否是必需的。如果偏差值Vdev在阈值范围之外，则反冲脉冲电路205可激活反冲脉冲操作(325)。如果反冲脉冲电路205激活反冲脉冲操作(325)，则反冲脉冲操作(325)计算反冲脉冲信号Vkick的大小和方向(325)。例如，并且参见图7，反冲脉冲操作(325)可通过接收偏差值Vdev、反冲脉冲计数器值和反冲脉冲时间到达计数值(即，反冲脉冲电路205执行时间的计数值)来开始。反冲脉冲电路205可确定反冲脉冲计数器值是否小于反冲脉冲时间到达计数值。如果反冲脉冲计数器值不小于反冲脉冲时间到达计数值，则反冲脉冲值Vkick被设置为零(735)，并且操作通过输出反冲脉冲值Vkick来结束(740)。

如果反冲脉冲计数器小于反冲脉冲时间到达，则反冲脉冲计数器递增1(710)。反冲脉冲电路205然后可确定偏差值Vdev的绝对值是否大于反冲脉冲操作阈值THkick(715)。反冲脉冲操作阈值THkick是预定值并且可基于合适的参数，诸如期望的操作规范、稳定时间等。例如，步骤715可用作在反冲脉冲电路205被不经意地激活的情况下的对策。

如果偏差值Vdev的绝对值不大于反冲脉冲操作阈值THkick，则反冲脉冲值Vkick被设置为零(735)，并且操作通过输出反冲脉冲值Vkick来结束(740)。

如果偏差值Vdev的绝对值大于反冲脉冲操作阈值THkick，则反冲脉冲电路205确定偏差值Vdev是否大于零(720)。如果偏差值Vdev大于零，则反冲值Vkick根据以下等式计算：Vkick＝Vdev*Gkick+Vkickfix，其中Gkick是影响反冲脉冲信号Vkick的大小的固定值，并且Vkickfix也是影响反冲脉冲信号Vkick的大小的固定值(725)。Gkick和Vkickfix的值是预定的，并且基于致动器208的规范和/或期望的结果。如果偏差值Vdev不大于零，则反冲值Vkick根据以下等式来计算：Vkick＝-1*(Vdev*Gkick+Vkickfix)(730)。在计算出反冲值之后反冲操作结束(740)，并且反冲脉冲电路205然后将反冲值Vkick输出到第二加法电路235，以与PID控制器215的输出PIDout求和。

在第二加法电路对反冲值Vkick和P控制器输出PIDout求和以获得新位置值Pnew之后，DAC 270可将新位置值Pnew转换为模拟信号，其中模拟信号被传输到恒定电流驱动器225。恒定电流驱动器225提供驱动器电流I_dr以控制致动器281的位置。致动器281响应于驱动器电流I_dr的大小和方向。

在致动器281接收驱动器电流I_dr之后，位置传感器200检测到新位置，并且周期在图3的起始(300)处重新开始。如图3所述的过程继续直到透镜130已经稳定在目标位置处。在示例性实施方案中，并且参见图13，与现有系统相比，可变步进电路、增益控制电路210和反冲脉冲电路205一起操作以从起始位置到目标位置缩短透镜的稳定时间(例如，如图12所示)。例如，现有系统的稳定时间为约15ms，而本技术的稳定时间为约5ms。

在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。所示和所述特定具体实施方式用于展示所述技术及其最佳模式，而不旨在以任何方式另外限制本技术的范围。实际上，为简洁起见，方法和系统的常规制造、连接、制备和其他功能方面可能未详细描述。此外，多张图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中可能存在多个替代的或另外的功能关系或物理连接。

根据一个方面，能够利用透镜聚焦图像并从图像信号处理器接收图像数据的自动对焦装置包括：致动器，该致动器被耦接到透镜并且被配置成移动该透镜；位置传感器，该位置传感器被耦接到透镜，其中位置传感器输出表示透镜的位置的位置信号；驱动器电路，该驱动器电路被耦接到致动器，该驱动器电路包括：可变步进电路，该可变步进电路被耦接到图像信号处理器并且被配置成计算中间目标值；第一加法电路，该第一加法电路被耦接到位置传感器以及可变步进电路的输出端，并且被配置成对位置信号和中间目标值求和以产生偏差值；和信号控制电路，该信号控制电路被耦接到第一加法电路的输出端并且被配置成调整控制变量以及调整控制变量的增益；其中：驱动器电路根据控制变量向致动器输出恒定的驱动器信号；并且致动器响应于恒定的驱动器信号。

在一个实施方案中，信号控制电路被进一步配置成生成反冲脉冲信号，其中反冲脉冲信号调整控制变量的大小和方向。

在一个实施方案中，如果偏差值小于最小阈值，则生成反冲脉冲信号。

在一个实施方案中，信号控制电路包括增益控制电路，该增益控制电路被耦接到第一加法电路的输出端并且被配置成接收偏差值而且基于该偏差值调整增益。

在一个实施方案中，增益控制电路包括：第一增益控制元件；第二增益控制元件；第三增益控制元件；和第四增益控制元件；其中第二增益控制元件、第三增益控制元件和第四增益控制元件并联耦接，并且第一增益控制元件与第二增益控制元件、第三增益控制元件和第四增益控制元件串联耦接。

在一个实施方案中，信号控制电路还包括耦接到增益控制电路的PID控制器；其中PID控制器包括：P控制器，该P控制器耦接到第二增益控制元件的输出端；I控制器，该I控制器耦接到第三增益控制元件的输出端；和D控制器，该D控制器耦接到第四增益控制元件的输出端。

在一个实施方案中，自动对焦装置还包括PID控制器，该PID控制器耦接到增益控制电路的输出端，其中PID控制器输出控制变量。

在一个实施方案中，信号控制电路还包括反冲脉冲电路，该反冲脉冲电路被耦接到第一加法电路的输出端并且被配置成输出具有一定大小和方向的反冲脉冲信号。

在一个实施方案中，信号控制电路还包括第二加法电路，该第二加法电路被耦接到反冲脉冲电路的输出端以及PID控制器的输出端，并且被配置成：根据反冲脉冲信号来改变控制变量的大小和方向；以及输出新位置信号。

根据另一个方面，利用透镜执行自动对焦的方法包括：检测透镜的位置；输出表示透镜的位置的位置信号；生成透镜的目标位置；根据所生成的目标位置计算透镜的中间目标值；对位置信号和中间目标值求和以产生偏差值；根据偏差值生成控制变量；基于控制变量来生成驱动器信号；以及根据驱动器信号移动透镜。

在一个操作中，该方法还包括：如果偏差值小于最小阈值，则生成反冲脉冲信号。

在一个操作中，该方法还包括根据反冲脉冲信号调整控制变量的大小和方向。

在一个操作中，该方法还包括将增益施加到偏差值，其中将增益施加到偏差值包括根据增益计数器施加预定第一增益和预定第二增益中的一者。

在一个操作中，生成中间目标值包括：基于步宽和步数来计算步长值；并且将步长值与先前的中间目标值求和。

根据另一个方面，利用透镜执行自动对焦的方法包括：捕获图像数据；生成表示透镜的位置的位置信号；根据图像数据生成目标位置；根据所生成的目标位置生成中间目标值；根据所生成的中间目标值和所生成的位置信号计算偏差值；将增益施加到计算的偏差值；基于计算的偏差值来计算反冲脉冲信号；基于所计算的反冲脉冲信号和控制信号来计算新位置值；以及根据新位置值重新定位透镜。

在一个操作中，将增益施加到偏差值包括根据增益计数器施加预定第一增益和预定第二增益中的一者。

在一个操作中，计算反冲脉冲信号进一步基于偏差值是否大于阈值。

在一个操作中，用于执行自动对焦的方法还包括基于所计算的偏差值计算反冲脉冲信号。

在一个操作中，生成中间目标值包括基于步宽和步数来计算步长值。

在一个操作中，生成中间目标值还包括将步长值与先前的中间目标值求和。

在另一个方面，具有自动对焦特征的成像系统包括：图像传感器，该图像传感器被配置成捕获图像数据；图像信号处理器，该图像信号处理器被耦接到图像传感器并且被配置成处理图像数据；透镜模块，该透镜模块被定位成邻近图像传感器，该透镜模块包括：透镜；致动器，该致动器被耦接到透镜并且被配置成移动该透镜；位置传感器，该位置传感器响应于透镜的位置，其中位置传感器输出位置信号；以及驱动器电路，该驱动器电路被耦接到图像信号处理器和致动器，该驱动器电路包括：可变步进电路，该可变步进电路被耦接到图像信号处理器并且被配置成计算中间目标值；第一加法电路，该第一加法电路被耦接到位置传感器以及可变步进电路的输出端，并且被配置成对位置信号和中间目标值求和以产生偏差值；信号控制电路，该信号控制电路包括：增益控制电路，该增益控制电路被耦接到第一加法电路的输出端并且被配置成接收偏差值而且基于中间目标值施加增益；PID控制器，该PID控制器耦接到增益控制电路的输出端，其中PID控制器输出PID信号；和反冲脉冲电路，该反冲脉冲电路被耦接到第一加法电路的输出端并且被配置成输出具有一定大小和方向的反冲脉冲信号；以及第二加法电路，该第二加法电路被耦接到反冲脉冲电路的输出端以及PID控制器的输出端，并且被配置成根据反冲脉冲信号来改变PID信号的大小和方向以及输出新位置信号；其中致动器响应于新位置信号。

在成像系统的一个实施方案中，增益控制电路包括：第一增益控制元件；第二增益控制元件；第三增益控制元件；和第四增益控制元件；其中第二增益控制元件、第三增益控制元件和第四增益控制元件并联耦接，并且第一增益控制元件与第二增益控制元件、第三增益控制元件和第四增益控制元件串联耦接。

在成像系统的一个实施方案中，PID控制器包括：P控制器，该P控制器耦接到第二增益控制元件的输出端；和I控制器，该I控制器耦接到第三增益控制元件的输出端；以及D控制器，该D控制器耦接到第四增益控制元件的输出端。

在成像系统的一个实施方案中，可变步进电路进一步基于步宽和步数来计算：步长值；并且通过将步长值与先前的中间值求和来计算中间目标值。

在成像系统的一个实施方案中，反冲脉冲电路基于偏差值生成反冲脉冲信号。

已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情况下作出各种修改和变化。以示例性而非限制性方式考虑说明和附图，并且所有此类修改旨在包括在本技术的范围内。因此，应通过所述的一般实施方案及其在法律意义上的等同形式，而不是仅通过上述具体示例确定所述技术的范围。例如，除非另外明确说明，否则可以任何顺序执行任何方法或工艺实施方案中列举的步骤，并且不限于具体示例中提供的明确顺序。另外，任何装置实施方案中列举的组件和/或元件可以多种排列组装或者以其他方式进行操作配置，以产生与本技术基本上相同的结果，因此不限于具体例子中阐述的具体配置。

上文已经针对具体实施方案描述了有益效果、其他优点和问题解决方案。然而，任何有益效果、优点、问题解决方案或者可使任何具体有益效果、优点或解决方案出现或变得更明显的任何要素都不应被解释为关键、所需或必要特征或组成部分。

术语“包含”、“包括”或其任何变型形式旨在提及非排他性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品、组合物或装置不仅仅包括这些列举的要素，而且还可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、组合物或装置固有的其他要素。除了未具体引用的那些，本技术的实施所用的上述结构、布置、应用、比例、元件、材料或组件的其他组合和/或修改可在不脱离其一般原理的情况下变化或以其他方式特别适于具体环境、制造规范、设计参数或其他操作要求。

上文已结合示例性实施方案描述了本技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情况下对示例性实施方案作出变化和修改。这些和其他变化或修改旨在包括在本技术的范围内，如随附权利要求所述。

Claims (10)

1.一种用于利用透镜执行自动对焦的方法，其特征在于，包括：

检测所述透镜的位置；

输出表示所述透镜的所述位置的位置信号；

生成所述透镜的目标位置；

根据所述所生成的目标位置计算所述透镜的中间目标值；

对所述位置信号和所述中间目标值求和以产生偏差值；

根据所述偏差值生成控制变量；

基于所述控制变量来生成驱动器信号；以及

根据所述驱动器信号移动所述透镜。

2.根据权利要求1所述的用于执行自动对焦的方法，其特征还在于，包括：如果所述偏差值小于最小阈值，则生成反冲脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的用于执行自动对焦的方法，其特征还在于，包括根据所述反冲脉冲信号调整所述控制变量的大小和方向。

4.根据权利要求1所述的用于执行自动对焦的方法，其特征还在于，包括将增益施加到所述偏差值，其中将所述增益施加到所述偏差值包括根据增益计数器施加预定第一增益和预定第二增益中的一者。

5.根据权利要求1所述的用于执行自动对焦的方法，其特征在于，生成所述中间目标值包括：

基于步宽和步数来计算步长值；以及

将所述步长值与先前的中间目标值求和。

6.一种用于利用透镜执行自动对焦的方法，其特征在于，包括：

捕获图像数据；

生成表示所述透镜的位置的位置信号；

根据所述图像数据生成目标位置；

根据所述所生成的目标位置生成中间目标值；

根据所述所生成的中间目标值和所述所生成的位置信号计算偏差值；

将增益施加到所述所计算的偏差值；

基于所述所计算的偏差值来计算反冲脉冲信号；

基于所述所计算的反冲脉冲信号和控制信号来计算新位置值；以及

根据所述新位置值重新定位所述透镜。

7.根据权利要求6所述的用于执行自动对焦的方法，其特征在于，将所述增益施加到所述偏差值包括根据增益计数器施加预定第一增益和预定第二增益中的一者。

8.根据权利要求7所述的用于执行自动对焦的方法，其特征在于，计算所述反冲脉冲信号进一步基于所述偏差值是否大于阈值。

9.根据权利要求6所述的用于执行自动对焦的方法，其特征在于，生成所述中间目标值包括基于步宽和步数来计算步长值。

10.根据权利要求9所述的用于执行自动对焦的方法，其特征在于，生成所述中间目标值还包括将所述步长值与先前的中间目标值求和。