CN1260595C

CN1260595C - 自动对焦方法

Info

Publication number: CN1260595C
Application number: CN 03100523
Authority: CN
Inventors: 刘权辉
Original assignee: Kinpo Electronics Inc
Current assignee: Kinpo Electronics Inc
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: CN1517741A

Abstract

一种自动对焦方法，适用于具有变焦镜头的影像撷取装置，例如为数字相机、数字摄影机等。此自动对焦方法包括下列步骤：(a)于单一更新画面的时间选取多个对焦区域；(b)计算出对应于上述对焦区域的评价值；(c)将评价值对时域以及空间域予以均一化，并根据此均一化后的结果预测出物距分布；(d)根据物距分布判断出对焦方向，并根据上述评价值的差值计算出驱动距离；(e)根据对焦方向与驱动距离驱动影像撷取装置中的变焦镜头；以及(f)重复上述步骤(a)至步骤(e)。此自动对焦方法能够在单一更新画面的时间内判定合焦方向，以有效节省自动对焦所耗费的时间。

Description

自动对焦方法

技术领域

本发明是有关于一种影像撷取装置的自动对焦方法，且特别是有关于一种能够在单一更新画面时间(frame)内判定合焦方向的自动对焦方法。

背景技术

因应全球数字化的趋势，各种光输入/输出产品已迅速地切入了市场，如数字相机(DC)、数字摄影机(DV)、扫描仪(Scanner)、多功能事物机(Multi-Function Printer，MFP)等。上述产品的成像品质皆与影像传感器有关，而这些影像传感器绝大部分为电荷耦合元件(ChargeCoupled Device，CCD)，而电荷耦合元件的取像分辨率对于上述产品所撷取到的画面品质将有决定性的影响。此外，上述产品的成像品质亦与变焦镜头亦息息相关，原因在于通过软件演算所获得数字变焦结果与通过变焦镜头所谓的光学变焦结果在品质上差异很大，也因此变焦镜头的自动对焦方式已成为研发的重点之一。

为了使变焦镜头能够自动对焦，一般是利用影像信号所产生的一评价值(evaluation)作为自动对焦判断的依据，此评价值是根据影像信号通过带通滤波器(band pass filter)或是高通滤波器(high pass filter)后所产生的高频分量计算而获得。在变焦镜头移动时，对应于各个对焦位置上的高频分量累加值(即评价值)会构成一曲线，而曲线上存在有一相对最大峰值，且对应此最大峰值的对焦位置即为数字相机的焦点。

公知的对焦方式主要是在亮度固定的条件下，以顺向或逆向的方式驱动对焦马达，并通过评价值的计算来判断是否有峰值。公知的自动对焦技术可略分为单次自动对焦(one shot AF)、追踪自动对焦(tracking AF)等方式。以单次自动对焦为例，在进行扫描时，首先会通过对焦马达将变焦镜头驱动至起始位置，接着再往固定方向驱动以进行扫描取样程序。一旦扫描点的评价值下降次数与比例满足合焦条件时，则反向驱动变焦镜头回到最大评价值的位置，如此即完成了自动对焦的动作。由于单次自动对焦在每次取像之前都会驱动变焦镜头回到起始位置，并重新进行扫描取样的程序，因此单次自动对焦必须耗费许多更新画面的时间方可完成。

以追踪自动对焦为例，变焦镜头在每一个更新画面时间内都在进行对焦的动作，此方式虽已针对单次自动对焦的部份缺点进行改善，但每当评价值的变异大于换景条件时，如变换场景或快速晃动等情况下，变焦镜头仍须回到起始位置上重新进行扫描取样的程序。

由上述可知，当使用者变换场景或是快速晃动时，单次自动对焦与追踪自动对焦皆无法在单一更新画面的时间内判断出合焦的方向。此外，在物距不变且变焦镜头由广角端推向望远程时，则自动对焦评价曲线中的波峰(peak)会变为相对的窄，此时，公知的自动对焦方法必须有更高的分辨率，且必须耗费多个更新画面的时间才能够达成对焦。

为了降低自动对焦所耗费的时间，曾有公知技术采用外挂的辅助对焦模块量测焦点的大概位置，或是拉大取样距离进行一次预扫的动作以找出焦点的大概位置，接着再通过正常的扫描取样程序判断出确切的焦点位置。然而，上述作法虽可改善自动对焦耗时的问题，但改善的幅度有限，且使用外挂的辅助对焦模块亦会使制造成本增加。

发明内容

因此，本发明的目的就是在提供一种自动对焦方法，其能够在单一更新画面的时间内判定合焦方向，以有效节省自动对焦所耗费的时间。

为达上述目的，本发明提出一种自动对焦方法，适用于具有变焦镜头的影像撷取装置，例如为数字相机、数字摄影机等。此自动对焦方法包括下列步骤：(a)于单一更新画面的时间选取多个对焦区域；(b)计算出对应于上述对焦区域的评价值；(c)将评价值对时域(timedomain)以及空间域(space domain)予以均一化，并根据此均一化后的结果预测出物距分布；(d)根据物距分布判断出对焦方向，并根据上述评价值的差值计算出驱动距离；(e)根据对焦方向与驱动距离驱动影像撷取装置中的变焦镜头；以及(f)重复上述步骤(a)至步骤(e)。

为达上述目的，本发明提出一种对焦方向的判断方法，适用于具有变焦镜头的影像撷取装置，例如为数字相机、数字摄影机等。此自动对焦方法包括下列步骤：(a)于单一更新画面的时间选取多个对焦区域；(b)计算出对应于上述对焦区域的评价值；(c)将评价值对时域以及空间域予以均一化，并根据此均一化后的结果预测出物距分布；以及(d)根据物距分布判断出对焦方向。

本发明的较佳实施例中，在计算评价值之前，可先通过影像撷取装置取得各个对焦区域的亮度平均值，之后再将对焦区域的亮度平均值对空间域予以均一化(normalize)。

本发明的较佳实施例中，例如是于单一更新画面的时间内选取三个对焦区域，分别为对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C。其中，对焦区域A与对焦区域C分别位于对焦区域B的两侧。接着计算出对应于对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C的评价值，并从这些评价值之间的关系获得物距分布。之后再根据上述的物距分布判断出对焦方向，并根据评价值的差值计算出驱动距离。最后才根据上述的对焦方向与驱动距离驱动变焦镜头。

本发明的较佳实施例中，在计算评价值之前，例如先通过影像撷取装置取得对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C的亮度平均值，之后再将对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C的亮度平均值均一化。本实施例中，例如是以对焦区域B的亮度平均值进行均一化，意即对焦区域B的亮度平均值均一化后为1。

本发明的较佳实施例中，对焦区域A、该对焦区域B与该对焦区域C的评价值对时域予以均一化之后的结果为E_A、E_B、E_C，其对时域均一化是通过函式演算而得。此外，E_A、E_B、E_C对空间域予以均一化之后的结果为a、b、c，其演算结果为a＝E_A/E_B；b＝E_B/E_B＝1；c＝E_C/E_B。

本发明即利用评价值均一化之后的结果a、b、c作为单一更新画面的时间内自动对焦的判断依据。以下将针对物距分布的判断方式举例如下表所示。

	a	B	c	对焦方向
	a	B	c	对焦方向	情况1	＞1	1	＞1	近拍焦距
情况2	＜1	1	＞1	近拍焦距	情况1	＞1	1	＞1	近拍焦距
情况2	＜1	1	＞1	近拍焦距	情况3	＜1	1	＜1	远拍焦距
情况4	1	1	＜1	远拍焦距	情况3	＜1	1	＜1	远拍焦距
情况4	1	1	＜1	远拍焦距	情况5	1	1	＞1	近拍焦距
情况6	1	1	1	近拍焦距	情况5	1	1	＞1	近拍焦距

由于本发明于单一更新画面的时间内选取多个对焦区域，并计算出这些对焦区域的评价值以获得物距分布，因此本发明不须回到起始位置上重新进行扫描取样的程序，而能够在固定的合焦范围内有意义地调整焦距。

附图说明

图1为依照本发明一较佳实施例自动对焦的方框流程图；

图2为依照本发明一较佳实施例通过影像撷取装置在单一更新画面的时间内选取多个对焦区域的示意图；

图3A至图3C为依照本发明一较佳实施例一种对时域及空间域予以均一化的示意图；

图4A至图4C为依照本发明一较佳实施例另一种对时域及空间域予以均一化的示意图；以及

图5A至图5C为依照本发明一较佳实施例焦距与样本位置之间的关系图。

S100～S110：自动对焦的流程

200：影像撷取装置

300、302、304、306：弧线

400：样本

A、B、C：对焦区域

θ：视角

具体实施方式

图1为依照本发明一较佳实施例自动对焦的方框流程图。请参照图1，本实施例中，自动对焦的步骤如下：首先于单一更新画面的时间选取多个对焦区域(S100)，接着计算出对应于上述对焦区域的评价值(S102)，将评价值对时域以及空间域予以均一化，并根据此均一化后的结果预测出物距分布(S104)。接着再根据所获得的物距分布判断出对焦方向，并根据评价值的差值计算出驱动距离(S106)。在判断出对焦方向与驱动距离之后，便根据对焦方向与驱动距离驱动(调整)影像撷取装置的变焦镜头(S108)，以完成自动对焦的动作(S110)。本领域普通技术人员应知，使用者在使用的过程中，上述步骤系持续重复进行，以达到追踪自动对焦(tracking AF)的目的。

图2为依照本发明一较佳实施例通过影像撷取装置在单一更新画面的时间内选取多个对焦区域的示意图。请参照图2，本较佳实施例中，例如是于单一更新画面的时间内选取三个对焦区域，分别为对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C。其中，对焦区域A与对焦区域C分别位于对焦区域B的两侧。接着先通过影像撷取装置取得对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C的亮度平均值，之后再将对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C的亮度平均值对空间域予以均一化。本实施例中，例如系以对焦区域B的亮度平均值进行均一化，意即，对焦区域B的亮度平均值在均一化之后为1。

图3A至图3C为依照本发明一较佳实施例一种对时域及空间域予以均一化的示意图。请同时参照图2以及图3A至图3C，由于对焦区域A、对焦区域B、对焦区域C中的样本未必相同，若欲将对焦区域A、对焦区域B、对焦区域C的评价值进行比较时，必须有相同的基准，因此本实施例将对焦区域A、对焦区域B、对焦区域C的评价值对时域予以均一化，此作法是将对焦当时计算出的评价值a2与取样时间Δt(取样前数个更新画面的时间)内的最高评价值a1与最低评价值a3进行比较，其演算的方式如下：

E_A＝(a2-a3)/(a1-a3)

E_B＝(b2-b3)/(b1-b3)

E_C＝(c2-c3)/(c1-c3)

其中，E_A、E_B、E_C分别代表对焦区域A、对焦区域B、对焦区域C的评价值对时域予以均一化后的结果。

然而，本领域普通技术人员应知，对焦区域A、B、C的评价值对时域予以均一化的方式并不限定于上述的演算方式，均一化的型态可视产品规格、属性而有所变化。图4A至图4C即为依照本发明一较佳实施例另一种对时域及空间域予以均一化的示意图。请同时参照图2以及图4A至图4C，此作法的取样时间Δt例如为单一更新画面的时间，亦即，将对焦当时所计算出的评价值a2与前一个更新画面所计算出的评价值a1(取样前数个)进行比较，其演算的方式如下：

E_A＝f(a2，a1)

E_B＝f(b2，b1)

E_C＝f(c2，c1)

其中，E_A、E_B、E_C同样代表对焦区域A、对焦区域B、对焦区域C的评价值对时域予以均一化后的结果。此外，函式f会依产品规格、属性而有所不同。

承上述，由于以影像撷取装置的自动对焦动作属于连续性的动作，故各个对焦区域A、B、C均一化之后的评价值E_A、E_B、E_C可以轻易地将此单一更新画面的时间内所取得的评价值与前一个或数个更新画面时间内所取得的评价值比较而获得。此外，上述对时域予以均一化的动作亦可在初始化(initialization)的阶段完成。

本较佳实施例中，在计算获得各个对焦区域A、B、C的评价值E_A、E_B、E_C之后，例如可将对焦区域A的评价值E_A、对焦区域B的评价值E_B以及对焦区域C的评价值E_C对空间域予以均一化，其均一化之后的结果为a、b、c，其中a＝E_A/E_B；b＝E_B/E_B＝1；而c＝E_C/E_B。

图5A至图5C为依照本发明一较佳实施例焦距与样本位置之间的关系图。本较佳实施例主要是利用评价值均一化之后的结果a、b、c作为单一更新画面的时间内自动对焦的判断依据。以下将针对物距分布的判断方式举例如表1所示。

表1

首先请同时参照图4A至图4C，影像撷取装置200的视角例如为θ，对焦区域A例如是位于影像撷取装置200的左前方，对焦区域B例如是位于影像撷取装置200的正前方，而对焦区域C例如是位于影像撷取装置200的右前方。弧线300、弧线302、弧线304以及弧线306分别代表不同焦距的情况，且各条弧线300、302、304、306上的任意一点皆与影像撷取装置200等距离。此外，影像撷取装置200前方的样本400会以任何距离、任何角度呈现。

接着请同时参照图5A与表1，在情况1中，样本400在对焦区域B中距离弧线304、弧线306较远，而在对焦区域A以及对焦区域C中距离弧线304、弧线306较近，属于a＞1，b＝1，c＞1的情况。影像撷取装置200在对焦区域B中所撷取的影像较为模糊，而在对焦区域A以及对焦区域C中所撷取的影像较为清晰。因此，在上述情况中，会根据a、b、c之间的差值换算出驱动距离，并驱动变焦镜头往近拍焦距方向移动。

在情况3中，样本400在对焦区域B中距离弧线300、弧线302较近，而在对焦区域A以及对焦区域C中距离弧线300、弧线302较远，属于a＜1，b＝1，c＜1的情况。影像撷取装置200在对焦区域B中所撷取的影像较为清晰，而在对焦区域A以及对焦区域C中所撷取的影像较为模糊。因此，在上述情况中，会根据a、b、c之间的差值换算出驱动距离，并驱动变焦镜头往远拍焦距方向移动。

接着请同时参照第5B图与表1，在情况4中，样本400在对焦区域A与对焦区域B中位于弧线302上或是距离弧线300一较短距离，而样本400在对焦区域C中距离弧线300、弧线302一较长距离，属于a1，b＝1，c＜1的情况。影像撷取装置200在对焦区域A与对焦区域B中所撷取的影像较为清晰，而在对焦区域C中所撷取的影像较为模糊。因此，在上述情况中，会根据a、b、c之间的差值换算出驱动距离，并驱动变焦镜头往远拍焦距方向移动。

在情况5中，样本400在对焦区域A与对焦区域B中距离弧线306一距离，而样本400在对焦区域C中则位于弧线306上，属于a1，b＝1，c＞1的情况。影像撷取装置200在对焦区域A与对焦区域B中所撷取的影像较为模糊，而在对焦区域C中所撷取的影像较为清晰。因此，在上述情况中，会根据a、b、c之间的差值换算出驱动距离，并驱动变焦镜头往近拍焦距方向移动。

在情况6中，样本400在对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C中与弧线304的距离相当，属于a1，b＝1，c1的情况。影像撷取装置200在对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C中所撷取的影像清晰程度亦相当，但并非时分析清晰。因此，在上述情况，中会根据a、b、c之间的差值换算出驱动距离，并驱动变焦镜头往近拍焦距方向移动。

最后请同时参照图5C与表1，在情况6中，样本400在对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C中与弧线300的距离相当，属于a1，b＝1，c1的情况。影像撷取装置200在对焦区域A、对焦区域B以及对焦区域C中所撷取的影像清晰程度亦相当，但并非时分析清晰。因此，在上述情况中，会根据a、b、c之间的差值换算出驱动距离，并驱动变焦镜头往近拍焦距方向移动。

在情况2中，样本400在对焦区域A中距离弧线302、304、306一较短距离，样本400在对焦区域C中距离弧线302、304、306一较长距离，而样本400在对焦区域B中与弧线302、304、306的距离介于上述较短距离与较长距离之间，属于a＜1，b＝1，c＞1的情况。影像撷取装置200在对焦区域A中所撷取的影像较为模糊，影像撷取装置200在对焦区域C中所撷取的影像较为清晰，而影像撷取装置200在对焦区域B中所撷取的影像清晰程度介于前述二者之间。因此，在上述情况中，会根据a、b、c之间的差值换算出驱动距离，并驱动变焦镜头往近拍焦距方向移动。

本发明的自动对焦方法至少具有下列优点：

1.当评价值的变异大于换景条件时，如变换场景或快速晃动等情况下，变焦镜头不需要回到起始位置上重新进行扫描取样的程序，在单一更新画面的时间内即可判断出合焦方向。

2.本发明通过软件演算的方式取代通过外挂辅助对焦模块或是拉大取样距离以进行预扫等寻找焦点的方式，不但有效缩减自动对焦的时间，且使得制造成本大幅度地降低。

Claims

1.一种自动对焦方法，适用于具有一变焦镜头的一影像撷取装置，其特征是，该自动对焦方法包括：

(a)于单一更新画面的时间选取多个对焦区域；

(b)计算出对应于该些对焦区域的多个评价值；

(c)将该些评价值对时域以及空间域予以均一化，并根据均一化后的结果预测一物距分布；

(d)根据该物距分布判断出一对焦方向，并根据该些评价值的绝对差值计算出两两相邻区域的一驱动距离；

(e)根据该对焦方向与该驱动距离驱动该变焦镜头；以及

(f)重复步骤(a)至步骤(e)。

2.如权利要求1所述的自动对焦方法，其特征是，步骤(a)与步骤(b)之间更包括下列步骤：

取得该些对焦区域的亮度平均值；以及

将该些对焦区域的亮度平均值对空间域予以均一化。

3.如权利要求1所述的自动对焦方法，其特征是，该些对焦区域包括一对焦区域A、一对焦区域B与一对焦区域C，且该对焦区域A与该对焦区域C分别位于该对焦区域B的两侧。

4.如权利要求3所述的自动对焦方法，其特征是，该对焦区域A、该对焦区域B与该对焦区域C的评价值对时域予以均一化之后的结果为EA、EB、EC，而EA、EB、EC再对空间域予以均一化之后的结果为a、b、c，且a＝E_A/E_B；b＝E_B/E_B＝1；c＝E_C/E_B。

5.如权利要求4所述的自动对焦方法，其特征是，当a＞1，b＝1，c＞1时，则驱动该变焦镜头往近拍焦距方向移动。

6.如权利要求4所述的自动对焦方法，其特征是，当a＜1，b＝1，c＞1时，则驱动该变焦镜头往近拍焦距方向移动。

7.如权利要求4所述的自动对焦方法，其特征是，当a＜1，b＝1，c＜1时，则驱动该变焦镜头往远拍焦距方向移动。

8.如权利要求4所述的自动对焦方法，其特征是，当a1，b＝1，c＜1时，则驱动该变焦镜头往远拍焦距方向移动。

9.如权利要求4所述的自动对焦方法，其特征是，当a1，b＝1，c＞1时，则驱动该变焦镜头往近拍焦距方向移动。

10.如权利要求4所述的自动对焦方法，其特征是，当a1，b＝1，c1时，则驱动该变焦镜头往近拍焦距方向移动。

11.一种对焦方向的判断方法，适用于具有一变焦镜头的一影像撷取装置，其特征是，该对焦方向的判断方法包括：

(a)于单一更新画面的时间选取多个对焦区域；

(b)计算出对应于该些对焦区域的多个评价值；

(c)将该些评价值对时域以及空间域予以均一化，并根据均一化后的结果预测一物距分布；以及

(d)根据该物距分布判断出一对焦方向。

12.如权利要求11所述的对焦方向的判断方法，其特征是，步骤(a)与步骤(b)之间更包括下列步骤：

取得该些对焦区域的亮度平均值；以及

将该些对焦区域的亮度平均值对空间域予以均一化。

13.如权利要求11所述的对焦方向的判断方法，其特征是，该些对焦区域包括一对焦区域A、一对焦区域B与一对焦区域C，且该对焦区域A与该对焦区域C分别位于该对焦区域B的两侧。

14.如权利要求13所述的对焦方向的判断方法，其特征是，该对焦区域A、该对焦区域B与该对焦区域C的评价值对时域予以均一化之后的结果为E_A、E_B、E_C，而E_A、E_B、E_C再对空间域予以均一化之后的结果为a、b、c，且a＝E_A/E_B；b＝E_B/E_B＝1；c＝E_C/E_B。

15.如权利要求14所述的对焦方向的判断方法，其特征是，当a＞1，b＝1，c＞1时，该对焦方向朝向近拍焦距。

16.如权利要求14所述的对焦方向的判断方法，其特征是，当a＜1，b＝1，c＞1时，该对焦方向朝向近拍焦距。

17.如权利要求14所述的对焦方向的判断方法，其特征是，当a＜1，b＝1，c＜1时，该对焦方向朝向远拍焦距。

18.如权利要求14所述的对焦方向的判断方法，其特征是，当a1，b＝1，c＜1时，该对焦方向朝向远拍焦距。

19.如权利要求14所述的对焦方向的判断方法，其特征是，当a1，b＝1，c＞1时，该对焦方向朝向近拍焦距。

20.如权利要求14所述的对焦方向的判断方法，其特征是，当a1，b＝1，c1时，该对焦方向朝向近拍焦距。