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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Bilderfassung
und insbesondere ein Verfahren zum Fokussieren von Bilderfassungseinrichtungen.
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Üblicherweise
wird ein Schrittmotor verwendet, wenn eine bekannte Digitalkamera
(oder ein digitaler Camcorder) eine Fokussierung durchführt, um den
Brennpunkt bzw. die Bildschärfe
vor oder zurück in
der Linse zu bewegen (der Bewegungsbereich wird durch eine Anzahl
von Schritten repräsentiert), wobei
das eintretende Licht den Brennpunkt durch einen Lichtsensor empfängt (z.B.
CCD). Danach wird ein digitaler Signalprozessor (DSP) verwendet,
um den Kontrastwert zu berechnen, welcher mit jeder unterschiedlichen
Position des Brennpunktes korrespondiert. In 1 ist ein Diagramm gezeigt, welches eine
typische Übereinstimmung
zwischen der Fokussierschrittanzahl und dem Kontrastwert zeigt,
wenn die Digitalkamera eine Fokussierung bzw. ein Scharfstellen
durchführt.
Die horizontale Achse gemäß 1 stellt dabei die Fokussierschrittanzahl
dar, welche die Position darstellt, wo der Brennpunkt liegt. Die
Werte der Fokussierschrittanzahl werden gegenüber einer Referenzposition
(das Original in 1) gemessen.
Die vertikale Achse in 1 stellt
den Kontrastwert dar, gemäß des Kontrasts
durch den DSP berechnet wird. In 1 wird
die Übereinstimmung
als eine Kurve mit einem Pikwert gezeigt. Bei einer gewöhnlichen
Situation ist der Extremwert der Kurve ein optimaler Kontrastwert,
wobei der Kontrast der horizontalen Achse zu diesem optimalen Kontrastwert
korrespondiert mit einer optimalen Fokussierschrittanzahl. Die Digitalkamera
sollte die beste Auflösung
erreichen, wenn an der optimalen Fokussierschrittanzahl aufgenommen
wird.
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Jedoch
kann in einigen bestimmten Situation ein Fokussierfehler erzeugt
werden, so dass die Fokussierschrittanzahl, welche mit dem Extremwert
gemäß 1 korrespondiert, nicht
die optimale Fokussierschrittanzahl ist. Wenn die durch die Linse
eintretende Lichtrate auf der Teleseite nicht hoch genug ist (das
heißt
die Linse ist eine Linse „zweiter
Klasse"), kann zum
Beispiel der Fokussierfehler auftreten, während die Kamera die Fokussierung
bzw. Scharfstellung an der Teleseite durchführt. Zu dieser Zeit ist die
Schrittanzahl, welche mit dem Extremwert gemäß 1 korrespondiert, nicht die optimale
Fokussierschrittanzahl, welche die beste Auflösung bringen kann.
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Wenn
die oben genannte Angelegenheit bei dem Herstellungsprozess von
Digitalkameras auftritt, liegt eine bekannte Lösung darin, diese Fokussierfehler
zu vernachlässigen
oder die Linse zweiter Klasse direkt zu ersetzen, wenn der Fehler
außerhalb vorbestimmter
Toleranzen liegt. Somit wird bei der bekannten Vorgehensweise, wenn
ausgewählt
wird, den Fehler zu vernachlässigen,
die Auflösung
und die Leistung der hergestellten Kamera verschlechtert; wenn die
Linse zweiter Klasse ersetzt wird, werden die Herstellungskosten
signifikant steigen.
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Demnach
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren
der eingangsgenannten Gattung vorzuschlagen, bei dem die Fokussierfehlerprobleme
vermieden werden und die Auflösung
und die Leistung einer Bilderfassungseinrichtung, wie z. B. einer
Digitalkamera oder eines Camcorders, weiter verbessert werden.
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Eine
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein Verfahren
zum Einstellen einer Fokussierschrittanzahl für ein digitales Bildgerät, wie z.B.
einer Digitalkamera oder eines Camcorders, mit einer Schärfeneinstellung
vorgeschlagen wird. Das Verfahren kann die Schärfeneinstellung einstellen,
um eine optimale Fokussierschrittanzahl angeben zu können, wodurch
die beste Auflösung
für die digitale
Bilderfassungseinrichtung erreicht wird.
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Um
die sogenannten Ausgestaltungen und Aufgaben zu lösen, wird
ein Verfahren zum Fokussieren gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgeschlagen, welches eine Schärfeneinstellungsprozedur
Fokussierprozedur durchführt,
um eine erste Position eines Brennpunktes der Bilderfassungseinrichtung zu
bestimmen, wobei die erste Position mit einem ersten Kontrastwert
korrespondiert. Ferner führt
das Verfahren eine Kalibrierungsprozedur durch, um eine zweite Position
der Schärfeneinstellung
bzw. des Brennpunktes zu bestimmen und das Verfahren vergleicht
die erste Position und die zweite Position, um eine Einstellanzahl
der Schritte zu erzeugen, und um schließlich den Brennpunkt gemäß der Einstellschritte
einzustellen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung schlägt ein Verfahren zum Einstellen
der Fokussierschrittanzahl gemäß der vorliegenden
Erfindung vor, umfassend das Durchführen einer Fokussierprozedur,
um eine erste Schrittanzahl des Brennpunktes zu bestimmen, wobei
die erste Schrittanzahl mit einem ersten Kontrastwert korrespondiert;
Einstellung der Schärfe
bzw. des Brennpunktes in einer Vielzahl von Schritten und Aufnehmen
eines korrespondierenden Bildes bei jedem Schritt; Auswählen eines zweiten
Schrittes von den Schritten entsprechend der Größe der korrespondierenden Bilder;
Vergleichen des ersten und des zweiten Schrittes, um eine Einstellanzahl
von Schritten zu erzeugen; und ein Einstellen der Fokussierschrittanzahl
des Brennpunktes gemäß der Einstellanzahl
der Schritte.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand der dazugehörigen Zeichnungen
erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm, welches eine typische Korrespondenz zwischen der Fokussierschrittanzahl und
dem Kontrastwert zeigt, wenn eine Digitalkamera eine Fokussierung
bzw. Schärfeneinstellung durchführt;
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2 ein
Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Fokussierverfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Diagramm, welches das Verfahren zum Durchführen der Schritte 21 bis 23 gemäß 2 zeigt;
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4 ein
Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum
Einstellen der Fokussierschrittanzahl gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum
Fokussieren gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zum
Fokussieren bei einem Bilderfassungsgerät, wie z.B. einer Digitalkamera
oder einem Digitalcamcorder, angewendet. Das Bilderfassungsgerät erfasst
einen Brennpunkt, der sich vor und zurück bewegen kann, wenn das Verfahren
zum Fokussieren durchgeführt
wird. Die Bewegungsdistanz des Brennpunktes wird durch eine Anzahl
von Schritten angegeben. Wie in 2 gezeigt,
umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:
- 21 Durchführen
einer Fokussierprozedur, um eine erste Position des Brennpunktes
zu bestimmen;
- 22 Durchführen
einer Kalibrierungsprozedur, um eine zweite Position des Brennpunktes
zu bestimmen;
- 23 Vergleichen der ersten und der zweiten Position,
um eine Einstellschrittanzahl zu erzeugen;
- 24 Positionieren des Brennpunktes gemäß der Einstellungsschrittzahl.
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Bei
dem Verfahrensschritt 21 wird die Fokussierprozedur durch
das Einstellen des Brennpunktes an einer Vielzahl von Positionen
ausgeführt
und ein korrespondierender Kontrastwert für jede dieser Position berechnet.
Dann wird ein maximaler Kontrastwert ausgewählt und seine korrespondierende
Position als die erste Position bestimmt.
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Bei
Verfahrensschritt 22 wird eine Kalibrierungsprozedur durchgeführt, entsprechend
eines Konzepts, bei dem die größte Auflösung einer
Linse die Größe eines
aufzunehmenden Bildes ist. Demnach wird die Kalibrierungsprozedur
durch die Einstellung des Brennpunktes an einer Vielzahl unterschiedlicher
Positionen durchgeführt
und ein korrespondierendes Bild an jeder dieser Positionen aufgenommen.
Danach wird eine maximale Größe ausgewählt und
deren korrespondierende Position als die zweite Position bestimmt.
Das Bilderfassungsgerät kann
eine optimale Auflösung
erreichen, wenn der Brennpunkt an der zweiten Position eingestellt
wird. Bei einer Ausgestaltung umfassen diese unterschiedlichen Positionen
die oben genannte erste Position, wobei die Intervallanzahl der
Schritte zwischen jeder benachbarten Position gleich ist. Z. B.
können die
verschiedenen Positionen zwischen dem Bereich von 14 Schritten nach
vorne und zurück
entsprechend der ersten Position verteilt werden, wobei die Intervallanzahl
der Schritte zwischen zwei benachbarten Positionen 2 beträgt.
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Jede
Position des Brennpunktes kann durch eine korrespondierende Fokussierschrittanzahl
repräsentiert
werden. Somit kann nachdem die erste und die zweite Position bestimmt
sind, der Unterschied zwischen den korrespondierenden Fokussierschrittanzahlen
dieser beiden Positionen berechnet werden, um die Einstellanzahl
der Schritte in dem Verfahrensschritt 23 zu erhalten. Die
Einstellschrittzahl kann als ein Fokussierfehler betrachtet werden und
dessen Wert durch die Eigenschaften der Linse bestimmt werden, welche
in der Bilderfassungseinrichtung verwendet wird. Ein Nullwert zeigt
keinen Fokussierfehler an.
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3 zeigt
ein Diagramm, welches das Verfahren zum Durchführen der Verfahrensschritte 21 bis 23 gemäß 2 darstellt.
In 3 wird eine Kurve 1 durch Ausführen der
Fokussierprozedur bei dem Verfahrensschritt 21 erhalten.
Die Kurve 1 beschreibt eine Korrespondenz zwischen der
Fokussierschrittanzahl (horizontale Achse) und dem Kontrastwert (vertikale
Achse), wobei die Fokussierschrittanzahl mit dem Extremwert der
Kurve 1 korrespondiert, welches der ersten Position entspricht.
Auf der anderen Seite wird eine Kurve 2 durch Ausführen der
Kalibrierungsprozedur gemäß dem Verfahrensschritt 22 erhalten.
Die Kurve 2 beschreibt eine Korrespondenz der Fokussierschrittanzahl
(horizontale Achse) und der Dateigröße (vertikale Achse). Der Extremwert
der Kurve 2 zeigt eine maximale Dateigröße, wobei die Fokussierschrittanzahl
mit diesem Extremwert korrespondiert, welcher der zweiten Position
entspricht. Die unterschiedliche Anzahl von Schritten zwischen der
ersten und der zweiten Position ist die Einstellanzahl der Schritte.
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Danach
kann bei dem Verfahrensschritt 24 der Brennpunkt gemäß der Einstellanzahl
der Schritte eingestellt werden, wodurch die optimale Auflösung erreicht
wird. Wenn z.B. hiernach das Bilderfassungsgerät eine Fokussierung durchführt, wird
die Fokussierprozedur bei dem Verfahrensschritt 21 zuerst
ausgeführt
und der Brennpunkt wird an einer Position mit möglichst maximalem Kontrastwert
ausgerichtet (hier wird der Term möglichst verwendet, da dort
ein Fokussierfehler vorliegen kann). Danach wird der Brennpunkt
weiter durch die Einstellanzahl bewegt, um die optimale Auflösung zu
erreichen. Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Einstellanzahl
der Schritte in einem Speicher des Bilderfassungsgerätes gespeichert.
Somit ist es für
das Bilderfassungsgerät
einfach, diesen Einstellwert zu erhalten, wenn die Fokussierung
durchgeführt
wird.
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Zudem
kann die Einstellanzahl der Schritte mit verschiedenen Aufnahmeparametern
des Bilderfassungsgerätes
variiert werden. Demnach ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens zum Fokussieren gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen, ferner eine oder mehrere Aufnahmeparameter auszuwählen und
die Verfahrensschritte 21 bis 23 wiederholt bei
verschiedenen Einstellwerten der Aufnahmeparameter auszuführen, wobei korrespondierende
Einstellanzahlschritte erzeugt werden. Die Korrespondenz zwischen
den Aufnahmeparametern und diesen Einstellanzahlen kann ebenso in
dem Speicher des Bilderfassungsgerätes abgespeichert werden. Danach
wird bei Verfahrensschritt 24 auf der Basis des gegenwärtigen Einstellwertes
der Aufnahmeparameter die korrespondierenden Einstellanzahlschritte
von dem Speicher ausgelesen und der Brennpunkt wird entsprechend
des ausgelesenen Wertes eingestellt. Die Auswahl der Aufnahmeparameter
ist Abhängigkeit
von einer benötigten
Genauigkeit. Im Prinzip gilt, je mehr Parameter ausgewählt werden,
desto geringer ist das Auftreten von Fokussierfehlern. Bei einer
Ausführungsform wird
der Zoomschritt und der Aufnahmeabstand ausgewählt.
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Gemäß 4 ist
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Einstellen
der Fokussierschrittanzahl gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform verwendet das Verfahren
zum Einstellen ein digitales Bilderfassungsgerät, wie z.B. eine Digitalkamera
oder einen digitalen Camcorder. Das digitale Bilderfassungsgerät umfasst
einen Brennpunkt, der vor und zurück bewegt werden kann, wenn
das Einstellverfahren angewendet wird. Die Bewegungsdistanz des
Brennpunktes wird durch eine Anzahl von Schritten präsentiert.
Wie in 4 gezeigt, werden folgende Verfahrensschritte
durchgeführt:
- 41 Durchführen einer Fokussierprozedur,
um eine erste Schrittanzahl des Brennpunktes zu bestimmen;
- 42 Einstellen des Brennpunktes mit einer Vielzahl von
unterschiedlichen Schrittanzahlen und Aufnehmen eines korrespondierenden
Bildes bei jeder Schrittanzahl;
- 43 Auswählen
einer zweiten Schrittanzahl von der Anzahl der Schritte entsprechend
der Dateigröße der korrespondierenden
Bilder;
- 44 Vergleichen der ersten und zweiten Schrittanzahl,
um eine Einstellanzahl der Schritte zu erhalten;
- 45 Einstellen der Fokussierschrittanzahl des Brennpunktes
entsprechend der Einstellanzahl der Schritte.
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Bei
Verfahrensschritt 41, ähnlich
wie bei dem Verfahrensschritt 21 gemäß 2, wird
die Fokussierprozedur durch Einstellung des Brennpunktes an einer
Vielzahl von Schrittanzahlen durchgeführt und ein korrespondierender
Kontrastwert für
jede Schrittanzahl berechnet. Danach wird ein maximaler Kontrastwert ausgewählt und
seine korrespondierende Schrittanzahl als erste Schrittanzahl bestimmt.
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Bei
Verfahrensschritt 42 umfassen die unterschiedlichen Schrittanzahlen
die oben genannte erste Schrittanzahl, wobei das Intervall zwischen
zwei benachbarten Schrittanzahlen gleich ist. Bei Verfahrensschritt 43 korrespondiert
die zweite Schrittanzahl mit dem Bild mit einer maximalen Dateigröße. Bei Verfahrensschritt 44 wird
der Unterschied zwischen den ersten und den zweiten Schrittanzahlen
berechnet, um die Einstellanzahl der Schritte zu erhalten. Bei einer
Ausführungsform
wird die erhaltene Einstellanzahl in einem Speicher des digitalen
Bilderfassungsgerätes
für die
spätere
Verwendung abgespeichert.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Einstellverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung werden ein oder mehrere Aufnahmeparameter ausgewählt, und
die Verfahrensschritte 41 bis 44 wiederholt bei
verschiedenen Einstellwerten der Aufnahmeparameter ausgeführt, wobei
eine korrespondierende Einstellanzahl von Schritten erzeugt wird.
Die Korrespondenz zwischen den Aufnahmeparametern und diesen Einstellanzahlen
kann in dem Speicher des digitalen Bilderfassungsgerätes abgespeichert
werden. Danach wird bei Verfahrensschritt 45, basierend
auf den gegenwärtigen
Einstellwerten der Aufnahmeparameter, die korrespondierende Anzahl
der Schritte aus dem Speicher ausgelesen und die Einstellung des
Brennpunktes entsprechend des ausgelesenen Wertes eingestellt. Bei
einer Ausführungsform
werden der Zoomschritt und der Aufnahmeabstand als Aufnahmeparameter
ausgewählt.
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Während die
vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird die Erfindung durch diese nicht beschränkt. Verschiedene
Modifikationen und Alternativen werden von dem Erfindungsgedanken
mit umfasst.
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Es
wird ein Verfahren zum Fokussieren bzw. Scharfstellen bei einem
Bilderfassungsgerät
oder Bilderfassungseinrichtung mit einem Brennpunkt offenbart. Das
Fokussierverfahren bestimmt zuerst einen maximalen Kontrastwert
und eine korrespondierende erste Position des Brennpunktes durch
eine Fokussierprozedur. Ferner wird eine zweite Position des Brennpunktes
durch eine Kalibrierungsprozedur bestimmt. Danach vergleicht das
Fokussierverfahren die erste Position und die zweite Position, um
eine Einstellanzahl von Schritten zu bestimmen und danach die Positionen
des Brennpunktes entsprechend der Einstellanzahl zu erhalten bzw.
einzustellen. Durch die Anwendung dieses Verfahrens kann das Fokussierfehlerproblem
bei Bilderfassungsgeräten verbessert
werden, wodurch die Auflösung
und die Leistung des Bilderfassungsgerätes weiter erhöht werden
kann.