CN1145074C - 用于使用数字相机自动捕获图象的方法和设备 - Google Patents

Abstract

具有固定镜头系统[110]，用于容易地并自动地记录物体[140]的聚焦图象[155]的数字图象记录设备[105]。该物体的位于各种物体到镜头距离[160]的连续图象[155]被记录，程序[430]被用于选择存储在存储器[420]中聚焦最准确的图象[155]。程序[430]既可以被存储在静态存储器中，也可以被存储在动态存储器中。在一个有代表性的实施例中，图象[155]通过计算使用一个焦点函数[610]获得的图象对比值[630]被选择。与最大的焦点函数值[630]相对应的图象[155]作为聚焦最准确图象被选择。

Description

用于使用数字相机自动捕获图象的方法和设备

技术领域

本发明一般地涉及数字图象记录设备，尤其涉及数字相机和数字录像机，更尤其涉及这些设备的聚焦。

背景技术

为记录相对数字图象记录设备，诸如数字相机或数字录像机，距离变化中的物体的清晰图象，投射到胶片或图象感应器上的图象必须焦点对准，其中胶片或图象感应器用于捕获图象。得到这样的聚焦的一种典型方法是根据从物体到镜头的距离手工地或自动地改变镜头与胶片或图象感应器平面之间的距离。

但是，便宜的照相机可以使用固定镜头系统被制造。在这种照相机中，从镜头到曝光平面的距离是固定的。然而，得到清晰图象变得更困难了，因为照相机必须被移动到距物体一个固定的距离，使物体焦点对准。聚焦物体到镜头的距离被透镜系统的焦距和镜头到曝光平面的距离确定，其中镜头到曝光平面的距离是数字图象记录设备的镜头与用于记录物体图象的胶片或图象感应器平面之间的距离。在其它装置中，聚焦物体到镜头的距离可以通过如下任一方法被获得并随后调整：(1)猜测距离，(2)使用光学范围探测器，(3)从位于分开一个短的距离的两个镜头在一个图象感应器上形成两幅图象，使用镜子来移动其中一幅图象直到由在感应器上的两幅图象产生的两组信号具有最大相关性，然后使物体到镜头的距离与镜子的位置相关联，(4)测量超声波脉冲到达物体并被反射回照相机上的检测器所用的时间，(5)测量从一个场景对于发射的闪光反射回的光或红外线辐射的数量，并根据观察到的平均反射系数和场景的平均反射系数将该度量与物体到镜头的距离相联系，以及(6)在单镜头反射照相机中，在曝光前浏览图象。所有这些方法都是有用的，但都有其缺点。猜测最容易产生误差，而其它技术昂贵而且费时，因为它们可能需要额外的装备，以及曝光前需要测量并随后调整物体到镜头距离的多次迭代。此外，在依赖于所用的技术的一些情况下可能发生误读。举例来说，如果物体到镜头的距离用物体对发出的闪光的反射光的度量来设定，被过量照明的场景可能指示错误的物体到镜头距离。具有大的物体到镜头距离范围的镜头系统也被使用，但只在物体到镜头距离很大时有用，在该范围中物体的图象处于焦点对准。

因此，需要一种图象曝光系统，该曝光系统能够使用固定镜头系统容易地，精确地，廉价地，并且自动地捕获焦点对准的图象。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种一种用于探测物体的一组图象，并用于识别哪个图象聚焦最准确的方法，包括如下步骤：在一个数字图象系统中，通过数字图象记录设备的镜头将图象投射到一个图象感应器上，其中镜头具有固定的镜头到感应器距离；改变物体到镜头的距离，其中物体穿过镜头的固定的焦平面；人工地激活连接到图象感应器和存储器的存储电路；在存储电路被激活后，将图象存储在存储器中；从存储器重新得到图象；以及电子地选择聚焦最准确的图象。

根据本发明的另一个方面，提供了用于存储物体的一组图象并用于选择该组图象中聚焦最准确的图象的数字图象系统，包括：数字图象记录设备，以及用于选择聚焦最准确的图象的电子装置，其中该数字图象记录设备包括：图象感应器；镜头，其中镜头与图象感应器相距固定的距离，并且该镜头将图象投射到图象感应器上；连接到图象感应器的存储电路；以及连接到存储电路的存储器，其中存储电路的激活使在存储器中存储图象成为可能。

其中，在优选的实施例中，所述用于选择聚焦最准确的图象的装置包括：设定用于计算的第一逻辑电路，其中第一逻辑电路为从存储器输入到该第一逻辑电路的每幅图象计算一个与焦点相关的参数；以及在数字信号处理器上的程序，该程序含有用于根据计算得到的与焦点相关的参数以及预先选定的规则选择存储在存储器中的聚焦最准确的图象的功能。

在另一个优选实施例中，用于选择聚焦最准确的图象的装置包括：在数字信号处理器上的程序，该程序含有用于输入至少一幅已存储的图象，其中该图象存储在存储器中，以及用于为每幅输入到该程序的图象计算一个与焦点相关的参数的功能。设定用于选择的第二逻辑电路，用于根据计算得到的与焦点相关的参数以及预先选定的规则从存储器中选择聚焦最准确的图象。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种用于记录物体焦点对准的图象的方法，包括如下步骤：在数字图象记录设备中，通过镜头将图象投射到图象感应器上，其中镜头具有固定的镜头到感应器距离以及固定的焦平面；改变物体到镜头距离，其中物体经过镜头的固定焦平面；在物体穿越固定焦平面时使用距离测定设备检测；在物体穿越固定焦平面时，自动地激活连接到图象感应器和存储器的存储电路；以及当存储电路被激活时在存储器中存储图象。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于记录物体焦点对准的图象的数字图象记录设备，包括：图象感应器；镜头，其中镜头与图象感应器相距固定的距离，并且其中该镜头将图象投射到图象感应器上；连接到图象感应器的存储电路；以及连接到存储电路的存储器，其中存储电路的激活使在存储器中存储图象成为可能；以及连接到存储电路的距离测定设备，其中在预先选定的物体到镜头距离处，距离测定设备激活存储电路。

在优选的实施例中，本专利文档描述了用于使用具有固定的镜头到曝光平面距离的数字图象记录设备获得焦点对准的图象的方法和装置，其中镜头到曝光平面距离是数字图象记录设备的镜头与用于记录图象的胶片或图象感应器之间的距离。在优选的实施例中，数字图象记录设备自动地记录物体在变化的物体到镜头距离处一组连续地被检测到的图象，并识别该组图象中聚焦最准确的图象，其中数字图象记录设备可以是数字相机或数字录像机。

为获得该组图象，相机与物体相对移动，其中物体的图象将被记录。一个优选实施例为每幅已存储的图象计算一个对比值，并把具有最大对比值的图象选出作为该组记录的图象中聚焦最准确的图象。其他图像如果较模糊，则具有较小的计算的对比值。

在一个备选实施例中，距离测定设备检测位置，在该位置投射到图象感应器上的图象焦点对准，并自动地记录在该距离处检测到的图象。距离测定设备可以是距离测量仪或相似的设备。

本发明的其它方面及优点根据下面的详细描述将变得显而易见，该详细描述参照附图进行，其中附图通过举例演示了本发明的原理。

附图说明

附图提供了将被用于更详细地描述本发明的形象的表示，并可被本领域的技术人员用于更好地理解本发明及其内在优点。在这些附图中，相同的引用数字标识相应的元件，并且：

图1是根据本发明的数字图象记录设备的附图。

图2是根据本发明的数字图象记录设备的另一附图。

图3是根据本发明的数字图象记录设备的又一附图。

图4是根据本发明的数字图象系统的附图。

图5是根据本发明的数字图象系统的另一附图。

图6是根据本发明的在存储器中连续存储的图象对比值计算结果的曲线图。

图7是根据本发明用于选择聚焦最准确图象的电路的附图。

图8是根据本发明用于选择聚焦最准确图象的方法步骤的流程图。

图9是根据本发明的数字图象记录设备的额外的附图。

具体实施方式

如在附图中所示，本专利文档描述用于使用具有固定的镜头到曝光平面距离的数字图象记录设备获得清晰图象的方法和装置，其中镜头到曝光平面的距离是数字图象记录设备的镜头与用于记录图象的胶片或图象感应器之间的距离。在优选的实施例中，数字图象记录设备，如数字相机或数字录像机，具有固定的镜头到曝光平面距离，自动地记录物体的一组被连续地检测到的图象，并识别该组图象中聚焦最准确的图象。在下面的详细描述中，以及在附图的一些图形中，相同的元件被用相同的引用数字标识。

图1是根据本发明的数字图象记录设备105的附图。在一个优选的实施例中，数字图象记录设备105包含一个镜头110和一个图象感应器130，其中镜头110被放置在距图象感应器130一个固定的距离处。该固定的距离在此被称为镜头到曝光平面的距离120，也被称为镜头到图象感应器的距离120。数字图象记录设备105，举例来说，可以是数字相机105或数字录像机105。在图1中，物体140在相对于数字图象记录设备105的第一，第二，和第三位置151，152，153被显示。第一位置151的物体到镜头距离160小于第二位置15 2的物体到镜头距离160，而第二位置152的物体到镜头距离160小于第三位置153的物体到镜头距离160。这些相对位置151，152，153可以通过物体140或数字图象记录设备105的移动来获得。注意在图1中物体140的图象155，举例来说，它可以是一张纸140的图象155，仅当物体被放在镜头110的固定焦平面170，即图1中显示的第二位置152处时，被投射在图象感应器130上的该图象才能焦点对准。在其它的物体到镜头距离160处物体140投射在图象感应器130上的图象155则没有焦点对准。

图2是根据本发明的数字图象记录设备105的另一附图。在图2中物体140位于第一位置151。这种情况下，由于固定的焦平面170距镜头110的距离大于物体离镜头的距离160，物体140投射到图象感应器130上的图象155没有焦点对准。为显示的方便和清晰，图象感应器130和图象155在图1中被显示，而没在图2中出现。如图2所示，操作者平行于Y轴280沿“相机运动”箭头290指示的方向将数字图象记录设备105移离物体140，由此增大物体到镜头的距离160。

图3是根据本发明的数字图象记录设备105的又一附图。在图3中，数字图象记录设备105已经被移动，相对于其在图2中的位置更远离物体140。实际上，图3的物体140现在位于第二位置152，由于固定焦平面170与物体140距镜头110有相同的距离，物体140投射到图象感应器130上的图象155现在焦点对准。为显示的方便和清晰，图象感应器130和图象155再次在图1中被显示，而没在图3中出现。如图3中指示的，操作者继续平行于Y轴280沿“相机运动”箭头290指示的方向将数字图象记录设备105移离物体140，由此增大物体到镜头的距离160。但是，为演示的目的在图2和图3中，只有物体140相对于镜头110的两个位置151和152被显示，在优选实施例中，物体到镜头的距离160从第一个位置151，其中物体到镜头距离160小于镜头110到固定焦平面170的距离，通过第二位置152，其中投射到图象感应器130上的图象155处于焦点对准，连续改变到第三位置153，其中物体到镜头距离160大于镜头110到固定焦平面170的距离。应当指出，是数字图象记录设备105，还是物体140被移动不是实质性问题。物体140与数字图象记录设备105之间的相对运动是远离还是趋近也不是实质性的。而重要的是两者之间的相对运动。

图4是根据本发明的数字图象系统400的附图。图4显示了位于镜头110的固定焦平面170处的物体140。图4中该位置仅用于演示的目的，因为在操作中数字图象记录设备105相对于物体140的该位置被移动。由于数字图象记录设备105，或等价地，物体140被移动，连续的图象155被投射到图象感应器130上。被激活后，存储电路410将图象数据存储到存储器420。虽然其它装置是可能的，存储电路410可以被计时器405激活，其中计时器405被开关401启动和关闭。因此，在不同物体到镜头距离160处的一系列图象155被记录在存储器420中。在数字信号处理器440上执行的图象选择程序430从存储器420重新得到图象155，并确定聚焦最准确的一幅图象155。程序430可以被存储在内置于或连接到数字信号处理器440的静态或动态存储器中。举例来说，静态存储器可以是只读存储器(ROM)，动态存储器可以是随机访问存储器(RAM)或快闪存储器。随着聚焦最准确的图象155的被确定，其余的图象155可以从存储器420被删除。

图5是根据本发明的数字图象系统400的另一附图。在这个实施例中，图象选择程序430在计算机540上被执行。在该实施例中，图象155可以被存储在存储器420中，并在以后被传输到计算机540，在其中图象选择程序430确定聚焦最准确的一幅图象155。程序430可以被存储在内置于或连接到计算机540的静态或动态存储器中。举例来说，静态存储器可以是只读存储器(ROM)或光盘(CD)，动态存储器可以是随机访问存储器(RAM)，硬盘，软盘，或快闪存储器。

图6是根据本发明关于在存储器420中连续存储的图象155的焦点函数值610的计算结果图，该焦点函数值，举例来说，可以是对比函数值610。在各种实施例中，连续图象155如图1至图5所示被得到。虽然为演示的目的，图6的图被显示为一条连续的曲线，它实际上是一组离散的值，每个值对应一幅存储的图象155，根据本发明，其中每幅图象在一个给定的物体到镜头距离160处被得到。在有代表性的例子中，该图通过为每幅图象155计算一个焦点函数值而得到，图象155在图6中被显示说明为在图4的存储器420中连续存储的图象620，举例来说，计算使用了各种算法，诸如求模差的和，二次方差的和，三次方差的和，四次方差的和，幂的差值的和，绝对梯度，有界绝对梯度，二次梯度，拉普拉斯算子，有界视频信号内容，有界视频信号像素计算，信号功率，标准偏差，规范化标准偏差，绝对偏差，以及规范化绝对偏差。作为一个特殊例子，使用求模差和的方法，每幅图象的图5的焦点函数值是图象中所有相邻像素间强度的绝对差值的和。如同所说的，存储的每次曝光与特定的物体到镜头距离160一一对应。应当指出，最大的对比函数值610确定最接近焦点对准的存储图象。所有其它存储的图象155，620由于焦点没有对准而有些模糊，并因此有较低的对比函数值610。图象选择程序430选择与最大的对比值630相对应的图象155，620作为焦点对准的曝光，这里最大对比值630也被称为最大焦点函数值630。所有其它图象随后可被从存储器420中删除。

图7是根据本发明用于选择聚焦最准确图象的图象选择电路700的附图。电路700包括设定用于计算的第一逻辑电路710和设定用于选择的第二逻辑电路720。图象数据被从存储器420输入到第一逻辑电路710。第一逻辑电路710为每幅输入到第一逻辑电路710的图象计算与焦点相关的参数，举例来说，该参数可以是图6的焦点函数值610，并将计算得到的与焦点相关的参数传递给第二逻辑电路720，在第二逻辑电路720中聚焦最准确的图象155根据计算得到的与焦点相关的参数以及预先选定的规则被选出。然后，所有存储在存储器420中的其它图象155将被删除，或者聚焦最准确的图象155可以被传输到另一存储器，打印，或显示在计算机屏幕或其它输出设备上。

图8是根据本发明用于选择聚焦最准确的图象155的方法步骤的流程图。

在第一个有代表性的实施例中，在模块810中，来自存储器420的图象155被输入到程序430中，其中程序430在图4的数字信号处理器440中被执行。然后模块810将控制转到模块820。

模块820为每幅输入的图象155计算与焦点相关的参数，举例来说，该参数可以是图6的焦点函数值610。然后模块820将控制转到模块830。

模块830根据计算得到的与焦点相关的参数，以及预先选定的规则，选择聚焦最准确的图象155。模块830是这个过程的结束模块。

在第二个有代表性的实施例中，模块820和830的处理被实现为在数字信号处理器440上执行的程序430的功能，模块830的处理被用硬件实现，例如图7的第二逻辑电路720。

在第三个有代表性的实施例中，模块810和820的处理被用硬件实现，例如图7的第一逻辑电路710，模块830的处理被实现为在数字信号处理器440上执行的程序430的功能。

在第四个有代表性的实施例中，模块810和820的处理被用硬件实现，例如图7的第一逻辑电路710，模块830的处理也被用硬件实现，例如图7的第二逻辑电路720。

图9是根据本发明的数字图象记录设备105的额外附图。在一个备选的实施例中，图9显示了位于镜头110的固定焦平面170处的物体140。在此图中这个位置仅被用于演示的目的，在操作中数字图象记录设备105将相对于物体140的位置被移动。在图9所示的实施例中，距离测定设备930被开关401激活。由于数字图象记录设备105，或等价地，物体140，被移动，距离测定设备930，举例来说，可以是距离测量仪930，或范围探测器930，识别距离并自动激活存储电路410，其中在该距离处投射在图象感应器130上的图象155焦点对准，而存储电路410将图象155的数据存储到存储器420中。举例来说，距离测量仪930可以使用光信号，红外线信号，或超声波信号来测量距离。被激活时，存储电路410将图象数据存储到存储器420中。这样，虽然在变化中的物体到镜头距离160处一系列图象被投射到图象感应器130上，只有焦点对准的一幅图象155被记录在存储器420中。其它实施例也是可能的，例如图9的存储电路410可以被用来打开或关闭一个机械的或电子的快门，从而只允许在图象感应器130上聚焦的图象被记录在存储器420中。

在本专利文档中描述的实施例与现有的具有固定镜头系统110的数字图象记录设备105相比，一个主要的优点是自动地记录聚焦图象的能力。操作者不需要精确地将物体140定位在固定的焦平面170。因此，便宜，容易使用的数字图象记录设备105能够使用本专利文档的方法被制造。

尽管参照其中的优选实施例本发明已经被详细描述，这里已经描述的实施例是作为举例而不是限制。本领域的技术人员应当理解，对于所述实施例的形式和细节，可以作导致在所附的权利要求的范围内的等价实施例的改变。

Claims (10)

1.一种用于探测物体[140]的一组图象[155]，并用于识别哪个图象[155]聚焦最准确的方法，包括如下步骤：

在一个数字图象系统[100]中，通过数字图象记录设备[105]的镜头[110]将图象[155]投射到一个图象感应器[130]上，其中镜头[110]具有固定的镜头到感应器距离[120]；

改变物体到镜头的距离[160]，其中物体[140]穿过镜头[110]的固定的焦平面[170]；

人工地激活连接到图象感应器[130]和存储器[420]的存储电路[410]；

在存储电路[410]被激活后，将图象[155]存储在存储器[420]中；

从存储器[420]重新得到图象[155]；以及

电子地选择聚焦最准确的图象[155]。

2.用于存储物体[140]的一组图象[155]并用于选择该组图象[155]中聚焦最准确的图象的数字图象系统[100]，包括：

数字图象记录设备[105]，其包括：

图象感应器[130]；

镜头[110]，其中镜头[110]与图象感应器[130]相距固定的距离，并且该镜头[110]将图象[155]投射到图象感应器[130]上；

连接到图象感应器[130]的存储电路[410]；以及

连接到存储电路[410]的存储器[420]，其中存储电路[410]的激活使在存储器[420]中存储图象[155]成为可能；以及用于选择聚焦最准确的图象[155]的电子装置。

3.如权利要求2中列举的数字图象系统[100]，其中用于选择聚焦最准确的图象[155]的装置包括：

能够从存储器[420]接收图象[155]的数字信号处理器[440]；以及

程序[430]，该程序含有用于识别聚焦最准确的图象[155]的功能，其中程序[430]在数字信号处理器[440]上可执行。

4.如权利要求2中列举的数字图象系统[100]，其中用于选择聚焦最准确的图象[155]的装置包括：

设定用于计算的第一逻辑电路[710]，其中第一逻辑电路[710]为从存储器[420]输入到该第一逻辑电路[710]的每幅图象[155]计算一个与焦点相关的参数；以及

在数字信号处理器[440]上的程序[430]，该程序含有用于根据计算得到的与焦点相关的参数以及预先选定的规则选择存储在存储器[420]中的聚焦最准确的图象[155]的功能。

5.如权利要求2中列举的数字图象系统[100]，其中用于选择聚焦最准确的图象[155]的装置包括：

在数字信号处理器[440]上的程序[430]，该程序含有用于输入至少一幅已存储的图象[155]，其中该图象[155]存储在存储器[420]中，以及用于为每幅输入到该程序[430]的图象[155]计算一个与焦点相关的参数的功能。

设定用于选择的第二逻辑电路[720]，用于根据计算得到的与焦点相关的参数以及预先选定的规则从存储器[420]中选择聚焦最准确的图象[155]。

6.如权利要求2中列举的数字图象系统[100]，其中用于选择聚焦最准确的图象[155]的装置包括：

在数字信号处理器[440]上包含有下列功能的程序[430]：

用于输入至少一幅已存储的图象[155]，以及用于为每幅输入到程序[430]的图象[155]计算一个与焦点相关的参数的功能；以及

用于根据计算得到的与焦点相关的参数以及预先选定的规则选择聚焦最准确的图象[155]的功能。

7.如权利要求2中列举的数字图象系统[100]，进一步包括：

设定用于计算的第一逻辑电路[710]，其中第一逻辑电路[710]为输入到该第一逻辑电路[710]的每幅图象[155]计算一个与焦点相关的参数；以及

设定用于选择的第二逻辑电路[720]，用于根据计算得到的与焦点相关的参数以及预先选定的规则选择聚焦最准确的图象[155]。

8.如权利要求2中列举的数字图象系统[100]，其中用于选择聚焦最准确的图象[155]的装置包括：

计算机[540]；以及

程序[430]，该程序含有用于识别聚焦最准确的图象[155]的功能，其中程序[430]在计算机[540]上可执行。

9.一种用于记录物体[140]焦点对准的图象[155]的方法，包括如下步骤：

在数字图象记录设备[105]中，通过镜头[110]将图象[155]投射到图象感应器[130]上，其中镜头[110]具有固定的镜头到感应器距离[120]以及固定的焦平面[170]；

改变物体到镜头距离[160]，其中物体[140]经过镜头[110]的固定焦平面[170]；

在物体[140]穿越固定焦平面[170]时使用距离测定设备[830]检测；

在物体[140]穿越固定焦平面[170]时，自动地激活连接到图象感应器[130]和存储器[420]的存储电路[410]；以及

当存储电路[410]被激活时在存储器[420]中存储图象[155]。

10.用于记录物体[140]焦点对准的图象[155]的数字图象记录设备[105]，包括：

图象感应器[130]；

镜头[110]，其中镜头[110]与图象感应器[130]相距固定的距离，并且其中该镜头[110]将图象[155]投射到图象感应器[130]上；

连接到图象感应器[130]的存储电路[410]；以及

连接到存储电路[410]的存储器[420]，其中存储电路[410]的激活使在存储器[420]中存储图象[155]成为可能；以及

连接到存储电路的距离测定设备[830]，其中在预先选定的物体到镜头距离[160]处，距离测定设备[830]激活存储电路[410]。

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