CN1866069A - 用于数字图像处理装置的自动聚焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数字图像处理装置使用的自动聚焦方法，所述数字图像处理装置包括在第一导向杆的移动范围内移动的变焦透镜和在所述第一导向杆的延长线上设置的第二导向杆的移动范围内移动的聚焦透镜。所述方法包括如果当前照相模式是近距照相模式且所述变焦透镜的当前位置是变焦极限位置，则在从所述第一导向杆的变焦极限位置到设定变焦极限位置的范围内移动所述变焦透镜的同时进行聚焦。

Description

用于数字图像处理装置的自动聚焦方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2005年5月20日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0042570的优先权，在此引入其整个内容作为参考。
技术领域
本发明涉及用于数字图像处理装置的自动聚焦方法，更具体地说，涉及用于包括变焦透镜和聚焦透镜并通过当聚焦透镜位于其可移动范围的端点时移动变焦透镜来进行自动聚焦的数字图像处理装置的自动聚焦方法。
背景技术
在标题为“Method of Notification of Inadequate Picture Quality”的美国专利申请No.20040119876中公开了常规图像处理装置的一个实例。如所公开，所述图像处理装置包括变焦透镜和聚焦透镜并进行自动聚焦。
大多数用户需要性能更好并为了容易携带需要更小的数字图像处理装置。实现更小的数字图像处理装置的一个关键是减小由变焦透镜和聚焦透镜的移动范围确定的光学系统(例如透镜镜筒等)的尺寸(例如长度)。
发明内容
本发明提供了用于数字图像处理装置的自动聚焦方法，所述方法有效地扩大了聚焦范围而没有扩大聚焦透镜的移动范围，因此有效地减小了光学系统透镜镜筒的长度。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于数字图像处理装置的自动聚焦方法，所述数字图像处理装置包括沿第一导向杆(guide bar)在具有上变焦极限和下变焦极限的变焦范围内移动的变焦透镜和沿在所述第一导向杆的延长线上设置的第二导向杆移动的聚焦透镜，所述聚焦透镜在具有上聚焦极限和下聚焦极限的聚焦范围内移动。所述方法包括如果当前照相模式是近距照相模式且所述变焦透镜的当前位置是变焦极限位置，则在变焦范围内沿所述第一导向杆将所述变焦透镜移动到设定变焦极限位置的同时进行聚焦。
在所述自动聚焦方法中，当当前照相模式是近距照相模式且所述变焦透镜的当前位置是变焦范围上限位置时，使用变焦透镜在从变焦范围上限位置到新聚焦设定变焦透镜位置的微距范围内进行聚焦，同时保持聚焦透镜位于固定位置。由此，可以扩大聚焦透镜的聚焦范围而聚焦透镜的移动范围保持不变。因此，可以有效地减小光学系统透镜镜筒的长度。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其它特征和优点将更加清楚，其中：
图1是图示根据本发明实施例的数码相机的背部的图；
图2是图示在图1的数码相机1中包括的光学系统(OPS)的镜筒模块的内部结构和通过其的光学路径的剖面图；
图3示出了图1的数码相机1的变焦透镜和聚焦透镜的驱动状态以图示在照相操作期间进行的自动聚焦算法；
图4示出了对应于变焦透镜的每个位置的图3的聚焦透镜的聚焦范围以图示在图1的数码相机的照相操作期间进行的自动聚焦算法；
图5是图示在图1的数码相机的照相操作期间进行的自动聚焦算法的流程图；
图6是当变焦透镜的当前位置是在第一导向杆中的变焦极限位置并且物体在设定近距处时，进行图5的操作S51和S53之后获得的聚焦图像；以及
图7是在图5的操作S57中使用变焦透镜进行聚焦之后获得的聚焦图像。
具体实施方式
现在，将参考附图详细说明本发明，其中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应该认为限于这里所述的实施例；而是，提供这些实施例以使本公开全面而完整，并将本发明的思想完全展现给本领域的技术人员。
参考图1，根据本发明的数字图像处理装置具体化为数码相机1，并包括快门释放按钮13、功能按钮15、彩色LCD面板35、广角变焦按钮39W、远摄变焦(telephoto-zoom)按钮39T。当然，虽然没有示出，数码相机1还可以包括处理器、存储器、电源和本领域公知的其它照相机部件。
当用户按下快门释放按钮13时，进行包括自动聚焦操作的照相操作。
功能按钮15用于操作数码相机1的具体功能，并用作控制按钮以管理在例如彩色LCD面板35的菜单屏幕上显示的活动光标的移动。功能按钮15包括自定时/右按钮15R、闪光/左按钮15L、微距/下按钮15D、语音备忘/上按钮15U以及菜单/选择确认按钮15M。
当用户按下广角变焦按钮39W或远摄变焦按钮39T时，变焦马达被驱动，其进而移动变焦透镜。图2是图示在图1的数码相机1中包括的光学系统(下面称为OPS镜筒组件)的示例性内部结构和通过其的光学路径的剖面图。
参考图2，OPS镜筒模块包括倾斜并具有正折射能力的第一透镜组件10、进行变焦操作并具有负折射能力的第二透镜组件20、具有正折射能力的第三透镜组件30、进行聚焦操作并具有正折射能力的第四透镜组件40、以及光电转换单元(OEC)90。
第一透镜组件10包括第一透镜镜筒14、G1透镜11、G3透镜13以及棱镜12。第一透镜镜筒14包括配置在照相机1的外壳上以面向物体的前孔径，以及与前孔径垂直的侧孔径。G1透镜11安装在第一透镜镜筒14的前孔径中。G3透镜13安装在第一透镜镜筒14的侧孔径中。棱镜12将入射在G1透镜11上的光以向右的角度转向G3透镜13。
第四透镜组件40(即聚焦透镜)包括透镜镜筒41和包括透镜45和46的多个透镜。同样，第二透镜组件20(即变焦透镜)包括透镜镜筒和多个透镜。第三透镜组件30(即辅助透镜)包括透镜镜筒和固定透镜。
OEC 90包括光学低通滤波器(LPF)91和电荷耦合器件(CCD)95。CCD 95将通过透镜10、20、30、40的光转换成电信号，并可以通过互补金属氧化物半导体(CMOS)等来实现。
在数码相机1中，根据作为变焦透镜的第二透镜组件20的位置并根据作为聚焦透镜的第四透镜组件40的位置的焦距，确定入射在OPS镜筒组件上的图像的放大率。因此，数码相机1的主控制器(例如微处理器、DSP等)可以根据第四透镜组件40相对于OPS镜筒的已知设计数据的位置获得焦距。根据第四透镜组件40的位置的焦距可以根据第二透镜组件20的位置设定为不同值(参见图4)。
参考图1和2，当用户按下广角变焦按钮39W时，焦距变短，视角变宽，因此减小图像放大率。由此，作为聚焦透镜的第四透镜组件40的聚焦范围变窄(参见图4)。
相反，当用户按下远摄变焦按钮39T时，焦距变长，视角变窄，因此增加图像放大率。由此，作为聚焦透镜的第四透镜组件40的聚焦范围变宽(参见图4)。
在自动聚焦模式中，第四透镜组件40(即聚焦透镜)在根据第二透镜组件20(即变焦透镜)的当前位置设定的移动范围内移动。也就是说，在设定变焦透镜放大率之后调节聚焦透镜。这样，如在下面将进一步详细讨论的图4所示，在将变焦透镜设定在给出希望放大率的位置之后，限制聚焦透镜在相对于变焦透镜的设定位置的范围内移动。在此过程中，将提供输入图像信号的最大高频分量的第四透镜组件40的位置作为聚焦位置。
在自动聚焦模式中，如果第二透镜组件20(即变焦透镜)的当前位置是变焦极限位置以及当前照相模式是近距照相模式使得第四透镜组件40(即聚焦透镜)被设定在其可移动范围的末端处的近距聚焦位置，则仍可以使用距离变焦极限位置在微距范围内的第二透镜组件20进行聚焦。因此，即使当第四透镜组件40(即聚焦透镜)的移动范围保持不变时，也可以扩大聚焦范围。这样，当第四透镜组件40在其可移动范围的末端时通过移动第二透镜组件20用于聚焦，可以有效地减小OPS镜筒的长度。下面将参考图3到7详细描述自动聚焦技术和方法。
图3示出了图2的变焦透镜ZL(即第二透镜组件20)和聚焦透镜FL(即第四透镜组件40)的驱动状态，以图示在图1的数码相机1的照相操作期间进行的自动聚焦算法。图4示出了对应于变焦透镜ZL的每个位置的图3的聚焦透镜FL聚焦范围，以图示在图1的数码相机1的照相操作期间进行的自动聚焦算法。
在图3和4中，标号701表示变焦透镜ZL沿其前进的第一导向杆，标号702表示在第一导向杆701的延长线上设置的、聚焦透镜FL沿其前进的第二导向杆。可以理解，变焦透镜ZL沿第一导向杆701在由端点位置ZLL和ZHL限定的可移动范围内移动。标号ZLL表示变焦透镜ZL在第一导向杆701的移动范围内提供最小放大率的位置。标号ZHL表示变焦透镜ZL在第一导向杆701的移动范围内提供最大放大率的位置。标号ZHS表示在进行自动聚焦操作之前设定的变焦透镜ZL的位置。
可以理解，聚焦透镜FL沿第二导向杆702在由端点位置FLL和FSL限定的可移动范围内移动。标号FLL表示聚焦透镜FL在第二导向杆702上提供最长焦距的位置，标号FSL表示当变焦透镜ZL的位置是变焦极限位置以及当前照相模式是近距照相模式时设定聚焦透镜FL的聚焦极限位置。换句话说，标号FSL表示在第二导向杆702的移动范围内具有最短焦距的聚焦透镜位置。
参考图1到4，当用户按下广角变焦按钮39W或远摄变焦按钮39T时，变焦透镜ZL在第一导向杆701的移动范围ZLL至ZHL内移动。
当用户按下远摄变焦按钮39T时，变焦透镜ZL移向变焦极限位置ZHL。由此，焦距变长，视角变窄，因此增加图像放大率。在此情况下，聚焦透镜FL的聚焦范围变宽。例如，如图4所示，当变焦透镜ZL在变焦极限位置ZHL时，聚焦透镜FL的聚焦范围(即在ZHL位置处上曲线和下曲线之间的垂直间距)是F1至FSL。
相反，当用户按下广角变焦按钮39W时，变焦透镜ZL移向最小放大率ZLL的位置。由此，焦距变短，视角变宽，因此减小图像放大率。在此情况下，通过观察，聚焦范围(即在ZLL位置处上曲线和下曲线之间的垂直间距)小于当其位于ZHL时聚焦透镜FL的上述聚焦范围。
如上所述，在自动聚焦模式中，聚焦透镜FL在相对于变焦透镜ZL的当前位置确定的移动范围内移动。在此过程中，确定聚焦透镜FL的位置，例如聚焦马达(例如驱动第四透镜模块40的位置的步进马达等)的多个驱动步，以使输入图像信号的高频分量最大并将该位置作为聚焦位置。
如果变焦透镜ZL的当前位置为变焦极限位置ZHL以及当前照相模式是近距照相模式，即如果对应于近距照相模式的聚焦透镜FL的位置是聚焦极限位置FSL(图4中的点A)，则使用变焦透镜ZL在从变焦极限位置ZHL至设定变焦透镜位置ZHS的范围内进行聚焦。
换句话说，当聚焦搜索范围宽于聚焦透镜FL的可移动范围FLL至FSL时，主控制器在移动变焦透镜ZL同时使用变焦透镜ZL进行聚焦。参考图4，在使用变焦透镜ZL进行聚焦之后，点从“A”移动到“B”。由此，尽管聚焦透镜FL的可移动范围FLL至FSL保持不变，聚焦范围可以扩大到FLL至FSL+α的范围。因此，可以有效地减小OPS镜筒模块的长度。
在设定变焦透镜位置ZHS处的图像放大率基本上与在变焦极限位置ZHL处的最大图像放大率相同。试验上，当变焦透镜ZL被设定在变焦透镜ZL提供最大放大率的位置ZLL时，变焦透镜位于离原点0.1mm(8个驱动步)处。此外，变焦极限位置ZHL位于离原点8.4mm(670个驱动步)处，并且对应于当聚焦透镜位置被设定在其可移动范围的末端(ZHL)时的近距照相模式的聚焦极限位置FSL位于离原点5.0mm(500个驱动步)处，用于聚焦的合适的设定变焦透镜位置ZHS位于离原点6.9mm(550个驱动步)处。在此情况下，在使用变焦透镜ZL在从变焦极限位置ZHL至设定变焦透镜位置ZHS的范围内进行聚焦之后，可以获得聚焦透镜FL的新聚焦极限位置FSL+α。这里，新聚焦极限位置ZHL位于离原点6.0mm(610个驱动步)处，其与上述变焦透镜位置相距某种程度上可忽略的距离0.9mm即60个驱动步。
因此，通过从ZHL至ZHS移动变焦透镜来进行聚焦，可以理解，尽管聚焦透镜FL的可移动范围(FLL至FSL)保持不变，但是聚焦范围扩大了1.0mm，到达从FLL至FSL+α的范围(图4)。由此，可以有效地减小OPS镜筒的长度。
图5是图示数码相机1的照相操作期间进行的自动聚焦算法的流程图。图6是当变焦透镜ZL的当前位置是在第一导向杆701中的变焦极限位置ZHL以及物体在设定近距处时，进行图5的操作S51和S53之后获得的聚焦图像。图7是在图5的操作S57中使用变焦透镜ZL进行聚焦之后获得的聚焦图像。
在图6和7中，与图3和4类似的标号表示类似的部分。在图6和7中，标号CHF表示输入图像信号的高频分量的量。将参考图3至7逐步描述图5的自动聚焦算法。
在步骤S51中，数码相机1的主控制器(例如数码相机处理器、DSP、微处理器等)确定当前照相模式是否是近距照相模式。当不在近距照相模式下时，聚焦透镜FL的聚焦范围在可移动范围FLL至FSL内。这样，主控制器使用聚焦透镜FL在相对于变焦透镜ZL的当前位置的可移动范围FLL至FSL内进行聚焦(S55)。更具体地说，主控制器设定聚焦透镜FL的位置，以使输入图像信号的高频分量最大。如图6所示，当聚焦透镜FL设定在位置FSL时，高频分量CHF最大。进一步如图7所示，FL固定在用于近距照相的位置FSL，而变焦透镜ZL移动到位置ZF，使得输入图像信号的高频分量CHF最大。
然而，在步骤S51中，当主控制器确定数码相机设定在近距照相模式下时，主控制器然后在步骤S53中确定变焦透镜ZL的当前位置是否在具有设定最大放大率的位置，即在第一导向杆701的变焦极限位置ZHL上。
如果在步骤S53中确定变焦透镜ZL的当前位置不在具有设定最大放大率的位置，即不在变焦极限位置ZHL上，则聚焦透镜FL的聚焦范围在聚焦透镜FL的可移动范围FLL至FSL内。因此，主控制器使用聚焦透镜FL在对应于变焦透镜的当前位置的聚焦透镜FL的聚焦范围内进行聚焦(S55)。
当当前照相模式为近距照相模式并且变焦透镜ZL的当前位置在具有设定最大放大率的位置，即在变焦极限位置ZHL上时，聚焦透镜FL的聚焦范围FLL至FSL+α宽于聚焦透镜FL的可移动范围FLL至FSL(参见图4和6)。因此，主控制器使用变焦透镜ZL在从变焦极限位置ZHL至设定变焦透镜位置ZHS的范围内进行聚焦(S57)。更具体地说，主控制器将具有输入图像信号的最大高频分量的变焦透镜ZL的位置设定为变焦透镜ZL的聚焦位置ZF。
如上所述，在根据本发明的数字图像处理装置使用的自动聚焦方法中，当照相模式为近距照相模式并且变焦透镜的当前位置为变焦极限位置时，使用变焦透镜在从变焦极限位置至设定变焦透镜位置的微距范围内进行聚焦。由此，尽管聚焦透镜的移动范围保持不变，也可以扩大聚焦范围。因此，可以有效地减小OPS镜筒的长度。
尽管参考示例性实施例具体示出和描述了本发明，本领域的技术人员应该理解，只要不脱离下列权利要求限定的本发明的精神和范围，可以进行各种形式上和细节上的修改。

Claims (14)

1.一种用于聚焦数字图像处理装置的方法，所述数字图像处理装置包括沿第一导向杆移动的变焦透镜和沿在一个方向上与所述第一导向杆相邻的第二导向杆移动的聚焦透镜，所述方法包括以下步骤：
a)确定所述数字图像处理装置是否被设定用于近距照相；
b)如果在步骤a)确定为近距照相设定，则确定图像放大率水平；以及
c)如果确定步骤b)中的所述图像放大率水平为最大，则保持所述聚焦透镜处于固定位置并相对于所述聚焦透镜移动所述变焦透镜。
2.根据权利要求1的方法，其中步骤a)包括：
检测所述聚焦透镜的位置；以及
确定所述聚焦透镜的所述位置是否基本上与邻近所述第一导向杆的所述第二导向杆的端点相同。
3.根据权利要求2的方法，其中所述检测步骤包括计算沿所述第二导向杆移动所述聚焦透镜的驱动马达的步数。
4.根据权利要求1的方法，其中步骤b)包括：
检测所述变焦透镜的位置；以及
确定所述变焦透镜的所述位置是否基本上与邻近所述第二导向杆的所述第一导向杆的端点相同。
5.根据权利要求4的方法，其中所述检测步骤包括计算沿所述第一导向杆移动所述变焦透镜的驱动马达的步数。
6.根据权利要求1的方法，其中步骤c)包括：
驱动马达通过多个增量步以移动所述变焦透镜；
在所述多个增量步的每一步测量所述图像的高频分量的水平；
相对于所述测量步骤，确定所述高频分量的最大水平；以及
在所述多个增量步中的一个步定位所述变焦透镜，其中在所述一个步上测量到所述高频分量的最大水平。
7.一种用于聚焦数字图像处理装置的方法，所述数字图像处理装置包括具有正折射能力的第一透镜组件，具有负折射能力并沿第一导向杆可移动的用于变焦图像的第二透镜组件，具有正折射能力的第三透镜组件，以及具有正折射能力并沿第二导向杆可移动的用于聚焦所述图像的第四透镜组件，所述方法包括以下步骤：
a)检测所述第四透镜组件的位置；
b)确定所述第四透镜组件的位置是否基本上与邻近所述第一导向杆的所述第二导向杆的端点相同；
c)检测所述第二透镜组件的位置；
d)如果确定步骤c)中的所述第二透镜组件的位置基本上与邻近所述第二导向杆的所述第一导向杆的端点相同，则固定所述第四透镜组件的位置并移动所述第二透镜组件使其离开所述第四透镜组件的位置。
8.根据权利要求7的方法，其中步骤a)包括计算沿所述第二导向杆移动所述第四透镜组件的驱动马达的步数。
9.根据权利要求7的方法，其中步骤c)包括计算沿所述第一导向杆移动所述第二透镜组件的驱动马达的步数。
10.根据权利要求7的方法，其中步骤d)包括：
驱动马达通过多个增量步以移动所述第二透镜组件；
在所述多个增量步的每一步测量所述图像的高频分量的水平；
相对于所述测量步骤，确定所述高频分量的最大水平；以及
在所述多个增量步中的一个步定位所述第二透镜组件，其中在所述一个步上测量到所述高频分量的最大水平。
11.一种用于聚焦数码相机的方法，所述数码相机包括具有正折射能力的第一透镜组件，具有负折射能力并通过第一马达沿第一导向杆驱动的用于变焦图像的第二透镜组件，具有正折射能力的第三透镜组件，以及具有正折射能力并通过第二马达沿第二导向杆驱动的用于聚焦图像的第四透镜组件，所述方法包括以下步骤：
a)检测沿所述第二导向杆的所述第四透镜组件的位置；
b)确定所述第四透镜组件的位置是否基本上与邻近所述第一导向杆的所述第二导向杆的端点相同；
c)检测所述第二透镜组件的位置；
d)如果确定步骤c)中的所述第二透镜组件的位置基本上与邻近所述第二导向杆的所述第一导向杆的端点相同，则制动所述第二马达以固定所述第四透镜组件的位置，并致动所述第一马达以沿邻近所述第二导向杆的所述第一导向杆的预定末端部分相对于所述第四透镜组件的位置移动所述第二透镜组件。
12.根据权利要求11的方法，其中步骤a)包括计算所述第二马达的步数。
13.根据权利要求11的方法，其中步骤c)包括计算所述第一马达的步数。
14.根据权利要求11的方法，其中步骤d)包括：
驱动所述第一马达通过包括所述预定末端部分的多个增量步；
在所述多个增量步的每一步测量所述图像的高频分量的水平；
相对于所述测量步骤，确定所述高频分量的最大水平；以及
在所述多个增量步中的一个步定位所述第二透镜组件，其中在所述一个步上测量到所述高频分量的最大水平。
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