DE102007011222A1

DE102007011222A1 - Autofokusverfahren und Autofokusvorrichtung zu dessen Durchführung

Info

Publication number: DE102007011222A1
Application number: DE102007011222A
Authority: DE
Inventors: Serkan Suwon Guroglu; Sung Deuk Kim; Burhanettin Suwon Koc
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2007-11-08
Also published as: KR20070091813A; KR100806690B1; GB2435942B; GB0704414D0; CN101034198A; US20070212049A1; GB2435942A; JP2007241288A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Autofokusverfahren, umfassend das Einstellen mehrerer aktiver Fenster, umfassend ein zentrales Fenster und mehrere Randfenster, die um das zentrale Fenster angeordnet sind, und Zuordnen von Gewichten zu den mehreren aktiven Fenstern, um in jedem Schritt einen Autofokuswert zu errechnen; Errechnen einer Änderungsrate im Autofokuswert zwischen einem vorangehenden Schritt und einem laufenden Schritt aus dem in jedem Schritt errechneten Autofokuswert; Vergleich der errechneten Änderungsrate im Autofokuswert mit voreingestellten Autofokus-Bezugswerten und anschließendes Verändern einer Schrittweite entsprechend dem Vergleichsergebnis; Verschieben einer Linse auf eine Position, die der veränderten Schrittweite entspricht; Wiederholen vorgenannter Abläufe vom Einstellen der mehreren aktiven Fenster bis zum Verschieben der Linse, bis der Autofokuswert des vorangehenden Schritts größer als der Autofokuswert des laufenden Schritts ist, und anschließendes Ermitteln, ob der maximale Autofokuswert erfasst ist; und Verschieben der Linse auf eine Position, die dem maximalen Autofokuswert entspricht.

Description

Verweis auf verbundene Anmeldungen
Diese Anmeldung stützt sich auf die Koreanische Patentanmeldung Nummer 10-2006-0021410, die am 7. März 2006 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme mit eingebunden ist.
Stand der Technik
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Autofokusverfahren und eine Autofokusvorrichtung zu dessen Durchführung, die für auf mobilen Endgeräten montierte Kameramodule angewendet werden können.
Beschreibung des Stands der Technik
Da die Informationstechnik in jüngster Zeit eine rasante Entwicklung durchläuft, ist es notwendig, komplexe Mobilkommunikationsendgeräte zu entwickeln, in denen verschiedene Funktionen sowie eine Telefonfunktion integriert sind. Aus diesem Grund werden tragbare Mobilkommunikationsendgeräte mit Funktionen zur Übertragung und zum Empfang von Bildern und Stimmen realisiert. Als tragbare Mobilkommunikationsendgeräte werden Kameratelefone zur Verfügung gestellt, die durch Integration einer Digitalkamerafunktion in einem Mobilkommunikationsendgerät (Mobiltelefon) realisiert sind.
Ein herkömmliches Kameratelefon umfasst ein Kameramodul zur Bildaufnahme, ein Übertragungsmodul zur Übertragung der Stimme und des Bildes des Benutzers und ein Empfangsmodul zum Empfang der Stimme und des Bildes des Kommunikationspartners.
Das Kameramodul umfasst ein Linsensubsystem und ein Bildverarbeitungssubsystem.
Das Linsensubsystem umfasst eine Linseneinheit, umfassend ein Zoomobjektiv und eine Sammellinse, einen Aktuator, um das Zoomobjektiv oder die Sammellinse der Linseneinheit zu verfahren, und einen Aktuatortreiber.
Das Bildverarbeitungssubsystem umfasst einen Bildwandler und einen ISP (Image Signal Processor), einen Autofokus-Digitalsignalprozessor und dergleichen.
Das Linsensubsystem dient zum Scharfstellen auf ein zu photographierendes Außenmotiv. Ferner ermöglicht das Linsensubsystem das Einfallen von Licht (Lichtquelle) auf einen Bildwandler, wobei Licht vom Außenmotiv auf einen bestimmten, vorher festgelegten Bereich einfällt.
Der Bildwandler des Bildverarbeitungssubsystems umfasst Photolinsen, in denen elektrische Ladungen gespeichert werden, wenn Licht während einer bestimmten Absorptionszeit einfällt. Der Bildwandler wandelt die gespeicherten elektrischen Ladungen zur Ausgabe in Digitalwerte (Pixelwerte) um.
Der ISP des Bildverarbeitungssubsystems komprimiert Digitalwerte in Bezug auf erfasste Pixel und führt dann mit den komprimierten Digitalwerten eine Bildverarbeitung, zum Beispiel eine Verbesserung der Bildskalierung, aus, um sie an ein Mobiltelefongehäuse zu übertragen.
Zu diesem Zeitpunkt führt das Linsensubsystem eine Scharfstelloperation aus, um ein scharfes Bild aufzunehmen. In diesem Fall wird eine in einer herkömmlichen Kamera oder Digitalkamera vorgesehene Autofokusvorrichtung auf entsprechende Weise verwendet. Die Beschreibung dazu soll nachfolgend dargelegt werden.
Für gewöhnlich stellt die Autofokusvorrichtung einer herkömmlichen Kamera oder einer Digitalkamera automatisch scharf, so dass die Aufnahme durchgeführt wird, wenn ein Benutzer ein Arrangement eines zu fotografierenden Objekts einstellt und dann einen Auslöser betätigt.
Eine solche Autofokusvorrichtung wird in eine aktive Autofokusvorrichtung und eine passive Autofokusvorrichtung unterteilt.
Die aktive Autofokusvorrichtung wirft Infrarotstrahlen oder Ultraschallwellen auf ein Objekt und erfasst dann vom Objekt reflektiertes Licht oder Wellen, um eine Entfernung vom Objekt zu messen.
Die passive Autofokusvorrichtung ohne Lichtemissionseinheit empfängt von einem Objekt emittiertes Licht durch eine Linseneinheit und misst eine Entfernung vom Objekt durch die Objekthelligkeit.
Unter den von einem Bildwandler ausgehenden Signalen ermittelt die passive Autofokusvorrichtung für jedes Bildfeld ein Hochpassfrequenzsignal, wobei das Hochpassfrequenzsignal proportional zum Kontrast ist. Wenn ein Luminanzsignal einen Hochpassfilter durchläuft, wird das Hochpassfrequenzsignal gewonnen. Die passive Autofokusvorrichtung vergleicht den erzielten Kontrast mit dem Kontrast des vorherigen Bildfelds. Anschließend verfährt die passive Autofokusvorrichtung eine Sammellinse in eine Richtung, in der der Kontrast stärker wird und bringt die Sammellinse dann an einem Punkt zum Stehen, an dem der Kontrast am stärksten ist, so dass automatisch scharf gestellt wird.
Für gewöhnlich führt ein Autofokus-Kameramodul die Bildsignalverarbeitung für ein Bild aus, das durch einen CCD-(ladungsgekoppeltes Bauelement) oder CMOS-Bildwandler (komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) empfangen wird, und extrahiert aus einer Bildeinheit einen an eine Zentraleinheit (CPU) zu übertragenden Fokuswert, wobei der Fokuswert durch eine den Hochpassfilter (HPF) durchlaufende Flanke errechnet wird. Auf Grundlage des errechneten Fokuswerts ermittelt die CPU für die Sammellinse eine Verfahrrichtung und Entfernung und übermittelt einen entsprechenden Befehl an den Aktuatortreiber. Dadurch wird der Aktuator angetrieben, so dass die Linse so verfahren wird, dass automatisch scharf gestellt wird.
1A zeigt ein Diagramm, dass ein Fenster 101 innerhalb eines Bildes 100 darstellt. Wie in 1A gezeigt, ist die Bildmitte als Fenster 101 bezeichnet. Der Grund dafür liegt darin, dass die meisten Benutzer ihre Aufmerksamkeit auf die Bildmitte richten, wenn sie ein Bild aufnehmen.
Ferner werden die Anfangs- und Endpositionen des Fensters vom Autofokus-Digitalsignalprozessor so übertragen, dass das Fenster 101 innerhalb des Bildes 100 eingestellt wird. Ausgabewerte von einem das Fenster 101 betreffenden Hochpassfilter werden durch ein Rechenwerk zusammengefasst.
Zum Scharfstellen im Kameramodul wird der zusammengefasste Wert (Fokuswert) zu einem Bezugswert. Im Falle eines unbewegten Bildes wird durch Verfahren einer Linse scharf gestellt. Wenn das Bild vollständig fokussiert ist, ist der Fokuswert hoch. Wenn das Bild nicht fokussiert ist, ist der Fokuswert niedrig. In einer Kamera wird üblicherweise in Bezug auf die Bildmitte, auf die die meisten Benutzer ihre Aufmerksamkeit richten, scharf gestellt.
Der Algorithmus zur Ermittlung eines Autofokuswerts wird durch die CPU innerhalb des Autofokus-Digitalsignalprozessors durchgeführt. Die CPU ermittelt, in welche Richtung die Linse verfahren werden soll und treibt den Aktuator dann durch den Aktuatortreiber an.
1B. ist ein Diagramm, das einen Fokuswert zeigt, der einem Linsenbewegungsabstand entspricht.
Wie in 1B gezeigt, ist ein Fokuswert an einem Punkt „A" niedrig, wenn nicht scharf gestellt wird, auch wenn mit der Kamera dasselbe Bild aufgenommen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Verfahrrichtung der Linse an einem Punkt „B" erfasst, und die Linse wird in eine „C"-Richtung, in der sich der Fokuswert erhöht, verfahren. Wenn der Fokuswert einen Punkt „E" mit maximalem Fokuswert durchläuft, wird die Linse in eine „D"-Richtung (entgegen der „C"-Richtung) verschoben und am Punkt „E" zum Stehen gebracht, um den maximalen Fokuswert zu ermitteln.
Nach dem Stand der Technik wird der Fokuswert für jedes Bild errechnet. Der Grund dafür liegt darin, dass ein Wert, der durch Zusammenfas sen aller Randkomponenten des Fensters, auf das die Benutzer ihre Aufmerksamkeit richten, erzielt wird, für jedes Bild ausgegeben wird.
Aus diesem Grund wird nach dem Stand der Technik das nachfolgende Verfahren wiederholt, um den maximalen Fokuswert zu ermitteln. Die Fokuswerte der Bilder werden jeweils errechnet, und eine Richtung, die den errechneten Fokuswerten entspricht, wird ermittelt, so dass die Linse in diese Richtung verfahren wird.
Nach dem Stand der Technik wird ein Linsenbewegungsbereich während des Verfahrens zur Ermittlung des maximalen Fokuswerts in einen Feinscanbereich und einen Grobscanbereich unterteilt, so dass unterschiedliche, konstante Schrittweiten auf die jeweiligen Bereiche angewandt werden.
In einem solchen Verfahren ändert sich die Schrittweite jedoch nur dann, wenn während des Suchvorgangs ein Übergang vom Grobscanbereich zum Feinscanbereich erfolgt. Aus diesem Grund wird auf den Grobscanbereich unweigerlich eine kleine Schrittweite angewandt, so dass ein schmaler Spitzenwertbereich nicht überfahren wird. Dementsprechend verlängert sich die zum Ermitteln des maximalen Autofokuswerts benötigte Zeit und der Energieverbrauch nimmt zu.
In jüngster Zeit werden für Mobiltelefone, Smartphones und Personal Digital Assistant's (PDAs) zunehmend CMOS-Bildwandler mit geringem Energieverbrauch verwendet, da CMOS-Bildwandler eine bessere Bildqualität liefern. Aus diesem Grund verlängert sich die zum Ermitteln des maximalen Autofokuswerts benötigte Zeit, d. h. die Autofokuszeit. Die Bildfrequenz des CMOS-Bildwandlers liegt bei lediglich 30 Bildern pro Sekunde, und die Benutzer wünschen sich eine Bildqualität mit hoher Auflösung.
Aus diesem Grund wird die Bildfrequenz des CMOS-Bildwandlers deutlich geringer und die Autofokuszeit dadurch wesentlich länger.
Außerdem wird nach dem Stand der Technik in einer in 2 gezeigten Kurve mit flach verlaufendem Spitzenwertbereich ein unnötiger Suchvorgang mit kleiner Schrittweite wiederholt. Aus diesem Grund verlängert sich die Autofokuszeit, und der Energieverbrauch nimmt zu.
In dem herkömmlichen, passiven Autofokusverfahren ist es sehr wahrscheinlich, dass auf einen Hintergrund und nicht auf ein Objekt scharf gestellt wird. Wenn der Hintergrund eines Objekts einen starken Kontrast aufweist, ermitteln die meisten Algorithmen einen dem Hintergrund entsprechenden maximalen Autofokuswert. Um zu verhindern, dass auf einen Hintergrund scharf gestellt wird, sind für gewöhnlich mehrere Autofokusmessbereiche (ein kleines Fenster und ein großes Fenster) definiert. In diesem Verfahren werden der Grobscan und der Feinscan unter Verwendung verschiedener Bereiche durchgeführt.
Wenn der Spitzenwert eines Objekts und der Spitzenwert eines Hintergrunds nicht miteinander übereinstimmen, kann ein zweiter Scanvorgang im Feinscan erforderlich sein. Außerdem ist der Kontrast nicht stark genug, wenn ein Motiv im kleinen Fenster nahezu flach ist. Aus diesem Grund kann der Feinscan nicht zuverlässig durchgeführt werden.
Vorteile der Erfindung
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein Autofokusverfahren und eine Autofokusvorrichtung zu dessen Durchführung liefert, wobei ein Autofokusvorgang in kurzer Zeit und mit wenigen Schritten durchgeführt werden kann, so dass das Problem gelöst wird, dass auf ein Hintergrundmotiv scharf gestellt wird.
Weitere Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeines erfinderischen Konzepts werden teilweise durch die folgende Beschreibung erläutert und werden teilweise durch die Beschreibung offensichtlich oder können durch Umsetzung des allgemeinen erfinderischen Konzepts erkannt werden.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Autofokusverfahren das Einstellen mehrerer aktiver Fenster, umfassend ein zentrales Fenster und mehrere Randfenster, die um das zentrale Fenster angeordnet sind, und Zuordnen von Gewichten zu den mehreren Randfenstern, um in jedem Schritt einen Autofokuswert zu errechnen; Errechnen einer Änderungsrate im Autofokuswert zwischen einem vorangehenden Schritt und einem laufenden Schritt aus dem in jedem Schritt errechneten Autofokuswert; Vergleich der errechneten Änderungsrate im Autofokuswert mit voreingestellten Autofokus-Bezugswerten und anschließendes Verändern einer Schrittweite entsprechend dem Vergleichsergebnis; Verschieben einer Linse auf eine Position, die der veränderten Schrittweite entspricht; Wiederholen vorgenannter Abläufe vom Einstellen der mehreren aktiven Fenster bis zum Verschieben der Linse, bis der Autofokuswert des vorangehenden Schritts größer als der Autofokuswert des laufenden Schritts ist, und anschließendes Ermitteln, ob der maximale Autofokuswert erfasst ist; und Verschieben der Linse auf eine Position, die dem maximalen Autofokuswert entspricht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der maximale Autofokuswert beim Verschieben der Linse auf die Position, die dem maximalen Autofokuswert entspricht, so eingestellt wird, dass er dem Autofokuswert des vorangehenden Schritts entspricht, und dass die Linse auf eine Position verschoben wird, die dem Autofokuswert des vorangehenden Schritts entspricht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das Autofokusverfahren ferner das Ermitteln umfasst, ob beim Verschieben der Linse auf eine Position, die dem maximalen Autofokuswert entspricht, die Linse auf eine Position verschoben wird, die dem maximalen Autofokuswert entspricht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das Errechnen der Änderungsrate im Autofokuswert zwischen dem vorangehenden Schritt und dem laufenden Schritt auf Grundlage der folgenden Gleichung durchgeführt wird:
Ein weiter Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die voreingestellten Autofokus-Bezugswerte zwei sich voneinander unterscheidende Schwellwerte sind. Ferner werden die errechnete Änderungsrate im Autofokuswert und die Schwellwerte beim Vergleich der errechneten Änderungsrate verglichen, so dass entsprechend dem Vergleichsergebnis entweder eine kleine Schrittweite, mittlere Schrittweite oder große Schrittweite ausgewählt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Vergleich der errechneten Änderungsrate ferner das Ermitteln umfasst, ob der Autofokuswert einen Spitzenwert überschreitet, wenn die Änderungsrate im Autofokuswert zwischen einem vorangehenden Schritt und dem laufenden Schritt einen negativen Wert annimmt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Position der verschobenen Linse beim Verschieben der Linse ermittelt und gespeichert wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das unter den mehreren aktiven Fenstern befindliche zentrale Fenster mehrere gegliederte Bereiche (Fenster) umfasst.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass allen Bereichen, die die mehreren zentralen Fenster ausmachen, Gewichte zugeordnet sind, und dass ein Gewicht zumindest einem der mehreren Randfenster zugeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die den aktiven Fenstern zugeordneten Gewichte so festgelegt sind, dass sie sich voneinander unterscheiden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass eine Autofokusvorrichtung Folgendes umfasst: eine Linseneinheit, auf die ein optisches Signal trifft, wobei die Linseneinheit eine höhenverstellbare Sammellinse umfasst; einen Bildwandler und eine ISP-Einheit, um ein auf die Linseneinheit treffendes optisches Signal zu empfangen, um es in ein elektrisches Signal umzuwandeln und um anschließend digitalisierte Bilddaten auszugeben; eine Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit, umfassend ein optisches Erfassungsmodul, um Bilddaten vom Bildsensor und der ISP-Einheit zu empfangen, um vorher festgelegte Bildkomponenten auszuwählen, um mehrere aktive Fenster, umfassend ein zentrales Fenster und mehrere Randfenster, die um das zentrale Fenster angeordnet sind, einzustellen, um den mehreren aktiven Fenstern Gewichte zuzuordnen, so dass die vorher festgelegten Bildkomponenten zusammengefasst werden, um so einen Autofokuswert zu errechnen; und eine CPU, um den Autofokuswert vom optischen Erfassungsmodul zu empfangen und um den maximalen Autofokuswert zu errechnen, während die Sammellinse der Linseneinheit dem Autofokuswert entsprechend höhenverstellbar verfährt, wobei die CPU einen Autofokus-Algorithmus durchführt, in dessen Rahmen die Änderungsrate im Autofokuswert zwischen einem vorangehenden Schritt und einem laufenden Schritt errechnet wird und dann mit voreingestellten Autofokus-Bezugswerten verglichen wird, so dass eine Schrittweite derart geregelt wird, dass sie sich entsprechend dem Vergleichsergebnis verändert; und eine Antriebseinheit, die die Sammellinse der Linseneinheit entsprechend einem Steuersignal der Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit verfährt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass ein optisches Erfassungsmodul Folgendes umfasst: einen Hochpassfilter, um Bilddaten vom Bildwandler und der ISP-Einheit zu empfangen, um vorher festgelegte Bildkomponenten auszuwählen; ein Rechenwerk, um vorher festgelegte, aus dem Hochpassfilter ausgewählte Bildkomponenten zu empfangen und um Bildkomponenten in Bezug auf die jeweiligen aktiven Fenster, umfassend das zentrale Fenster und die Randfenster, zusammenzufassen und auszugeben; und eine Aktivbereich-Auswahleinheit, um die Anfangs- und Endadressen der mehreren aktiven Fenster an das Rechenwerk zu übertragen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Autofokusvorrichtung ferner einen Positionserfassungssensor umfasst, um zu ermitteln, ob die Linse auf eine Position verschoben wird, die dem maximalen Autofokuswert entspricht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die vorher festgelegten Bildkomponenten eine Randkomponente, Y-Komponente und Y-Komponente mit Maximalwert sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und/oder weitere Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts werden offensichtlich und können anhand der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser erkannt werden, wobei:
1A ein Diagramm ist, das ein Fenster innerhalb eines Bildes darstellt;
1B einen Graphen eines Fokuswerts in Bezug auf einen Linsenbewegungsabstand darstellt;
2 einen Graphen darstellt, um die Probleme des Autofokusverfahrens nach dem Stand der Technik zu erläutern;
3 ein Blockdiagramm ist, das eine erfindungsgemäße Autofokusvorrichtung darstellt;
4A ein Diagramm ist, das eine Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit der 3 darstellt;
4B ein internes Blockdiagramm eines optischen Erfassungsmoduls von 4A ist;
5 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Autofokus-Algorithmus ist;
6 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Errechnen eines Autofokuswerts in 5 zeigt;
7 ein Diagramm ist, das mehrere aktive Fenster darstellt, denen zum Errechnen eines Autofokuswerts Gewichte zugeordnet sind;
8 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Einstellen der Schrittweite in 5 zeigt;
9 ein Diagramm ist, das ein gewöhnliches, erfindungsgemäßes Fokussuchverfahren zeigt;
10 ein Diagramm ist, das acht aktive Fenster darstellt, die für eine Ausführungsform der Erfindung angewendet werden können;
11 ein Diagramm ist, das für jede Linsenposition Veränderungen im Autofokuswert der jeweiligen aktiven Fenster zeigt;
12. ein Diagramm ist, das für jeden Schritt Veränderungen im Gesamtautofokuswert zeigt; und
13 eine graphische Darstellung ist, die ein Funktionsbeispiel eines Autofokus-Algorithmus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In Detail wird nun auf die Ausführungsformen der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee Bezug genommen, wobei Beispiele durch die beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und identische Bezugszeichen durchgängig auf identische Elemente verweisen. Die Ausführungsformen werden nachfolgend erläutert, um das vorliegende allgemeine erfinderische Konzept unter Bezugnahme auf die Figuren zu erläutern.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Autofokusvorrichtung
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Autofokusvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. 4A ist ein Diagramm, das die Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit von 3 darstellt, und
4B ist ein internes Blockdiagramm eines optischen Erfassungsmoduls, das von der Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit von 4A angewendet werden kann.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die erfindungsgemäße Autofokusvorrichtung 300 eine Linseneinheit 301, auf die ein optisches Signal trifft, wobei die Linseneinheit 301 eine Sammellinse umfasst, die zum Scharfstellen höhenverstellbar verfährt; einen Bildwandler und eine ISP-Einheit 302, um auf die Linseneinheit 301 einfallendes Licht zu empfangen, um es in ein elektrisches Signal umzuwandeln und um anschließend digitalisierte Bilddaten auszugeben; eine Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit 303, um Bilddaten vom Bildwandler und der ISP-Einheit 302 zu empfangen und um anschließend einen Autofokus-Algorithmus durchzuführen, um den maximalen Autofokuswert zu errechnen; und eine Antriebseinheit 304, umfassend einen Aktuator 304b, der eine Sammellinse der Linseneinheit 301 verfährt, und einen Aktuatortreiber 304a.
Die Linseneinheit 301 umfasst ein Zoomobjektiv und eine Sammellinse. Das Zoomobjektiv dient zum Vergrößern des Bildes und die Sammellinse zum Scharfstellen. Einem Algorithmus für ein erfindungsgemäßes Autofokusverfahren entsprechend verfährt die Sammellinse so höhenverstellbar, dass die Linsenposition der optimalen Fokussierung bestimmt wird.
Der Bildwandler und die ISP-Einheit 302 umfassen einen Bildwandler und einen ISP (Bildsignalprozessor). Als Bildwandler können ein CCD-Bildwandler oder CMOS-Bildwandler verwendet werden, um das optische Signal in ein elektrisches Signal umwandeln. Um die Autofokuszeit zu verkürzen, wird vorzugsweise ein CMOS-Bildwandler verwendet.
Um Bilddaten so umzuwandeln, dass sie den Lichtverhältnissen angepasst sind, führt der ISP Bildverarbeitungsfunktionen, wie automatischen Weißabgleich, Autobelichtung, Gammakorrektur und dergleichen, durch, um die Bildqualität zu verbessern und um dann die Bilddaten mit verbesserter Bildqualität auszugeben.
Da es verschiedene Arten von CCD-Bildwandlern oder CMOS-Bildwandlern gibt, unterscheiden sich die Schnittflächen und Eigenschaften der ISPs in Abhängigkeit vom jeweiligen Hersteller. Aus diesem Grund wird der ISP der Bildwandlerart entsprechend gefertigt.
Der ISP führt Bildverarbeitungsfunktionen, wie Color-Filter-Array Interpolation, Farbmatrix, Farbkorrektur, Farbverstärkung und dergleichen, durch.
Im Fall eines mobilen Endgeräts werden die verarbeiteten Bilddaten in CCIR656 oder CCIR601 Format (YUV-Raum) umgewandelt, wobei ein Mobiltelefon-Hostrechner 306 ein Master-Taktsignal empfängt, um Y/Cb/Cr oder R/G/B Daten sowie ein Vertikalsynchronsignal, ein Horizontalsynchronsignal und ein Pixeltaktsignal auszugeben.
Wie in 4B gezeigt, umfasst der Autofokus-Digitalsignalprozessor (Autofokus DSP) 303 ein optisches Erfassungsmodul 401 zum Errechnen eines Autofokuswerts und eine CPU 402, um einen Autofokuswert vom optischen Erfassungsmodul 401 zu empfangen und um einen Autofokus-Algorithmus durchzuführen, um so den maximalen Autofokuswert zu errechnen, während die Sammellinse der Linseneinheit dem Autofokuswert entsprechend höhenverstellbar verfährt.
Das erfindungsgemäße optische Erfassungsmodul 401 empfängt Daten vom Bildwandler und der ISP-Einheit 302, um vorher festgelegte Bildkomponenten auszuwählen. Anschließend stellt das optische Erfassungsmodul 401 mehrere aktive Fenster ein, umfassend ein zentrales Fenster und mehrere Randfenster, die um das zentrale Fenster angeordnet sind, ordnet dem zentralen Fenster beziehungsweise den Randfenstern verschiedene Gewichte zu und fasst die vorher festgelegten Bildkomponenten zusammen, um einen Autofokuswert zu errechnen.
Das optische Erfassungsmodul 401 umfasst einen Hochpassfilter 401a, der Bilddaten vom Bildwandler und der ISP-Einheit 302 empfängt, um vorher festgelegte Bildkomponenten auszuwählen, ein Rechenwerk 401b, das vom Hochpassfilter 401a ausgewählte Bildkomponenten empfängt und das dann die Bildkomponenten in Bezug auf die mehreren aktiven Fenster, umfassend das zentrale Fenster beziehungsweise die Randfenster, zusammenfasst und ausgibt, und eine Aktivbereich-Auswahleinheit 401c, die die Anfangs- und Endadressen der mehreren aktiven Fenster, die im Rechenwerk 410b eingestellt werden, überträgt.
Wenn die vom Bildwandler und der ISP-Einheit 302 übertragenen Bilddaten in die Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit 303 eingegeben werden und anschließend den Hochpassfilter 401a durchlaufen, werden nur vorher festgelegte Bildkomponenten ausgewählt. Die vorher festgelegten, auszuwählenden Komponenten sind eine Randkomponente, eine Y-Komponente und eine Y-Komponente mit Maximalwert.
Wenn die Anfangs- und Endpositionen eines Aktivbereichs innerhalb eines Bildes durch die Aktivbereich-Auswahleinheit 401c übertragen werden, werden die durch den Hochpassfilter 401a ausgewählten Werte der Komponenten durch das Rechenwerk 401b zusammengefasst. Die zusammengefassten Werte dienen beim Scharfstellen des Kameramoduls als Bezugsdaten.
Ein Verfahren zum Errechnen eines Autofokuswerts, das von Bedeutung ist, soll nachfolgend erläutert werden.
Im Fall eines unbewegten Bildes wird durch Verfahren der Linseneinheit 301 scharf gestellt. Wenn das Bild vollständig fokussiert ist, ist der Fokuswert hoch. Wenn das Bild nicht fokussiert ist, ist der Fokuswert niedrig. Dementsprechend sollte, um den maximalen Fokuswert zu erzielen, die Position, in der der Fokuswert am höchsten ist, dann ermittelt werden, wenn die Linse 304 durch den Aktuator 304b, der durch den Aktuatortreiber 304a angetrieben wird, verfahren wird.
Der Algorithmus zum Erfassen eines Autofokuswerts wird durch die CPU 402 durchgeführt. Die CPU 402 ermittelt die Richtung, in die die Linseneinheit 30 verfahren werden soll, und steuert den Treiber 304, umfassend den Aktuatortreiber 304a und den Aktuator 304b. Die Antriebseinheit umfasst ferner einen Positionserfassungssensor 305, um zu erfassen, ob die Linse auf eine Position verschoben wird, die dem maximalen Autofokuswert entspricht. Immer dann, wenn die Linse verschoben wird, speichert der Positionserfassungssensor 305 die Position der verschobenen Linse als Daten.
Die CPU 402 empfängt vom optischen Erfassungsmodul 401 einen Autofokuswert und errechnet den maximalen Autofokuswert, wenn die Linse der Linseneinheit dem Autofokuswert entsprechend höhenverstellbar verfährt. Zu diesem Zeitpunkt errechnet die CPU 402 eine Änderungsrate im Autofokuswert zwischen einem vorangehenden Schritt und einem laufenden Schritt und vergleicht anschließend die errechnete Änderungsrate im Autofokuswert mit voreingestellten Autofokus-Bezugswerten, so dass eine Schrittweite entsprechend dem Vergleichsergebnis eingestellt wird.
Ein solcher durch die CPU 402 durchgeführter Autofokus-Algorithmus soll nachfolgend erläutert werden.
Autofokus-Algorithmus
5 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Autofokus-Algorithmus. 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Errechnen eines Autofokuswerts in 5 zeigt. 7 ist ein Diagramm, das mehrere aktive Fenster 70 darstellt, denen zum Errechnen des Autofokuswerts Gewichte zugeordnet sind. 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen der Schrittweite in 5 zeigt.
Wie in 5 gezeigt, soll der erfindungsgemäße Autofokus-Algorithmus auf folgende Weise durchgeführt werden. In 5 stellt die Bezugszahl AF_prev einen Autofokuswert eines vorangehenden Schritts, die Bezugszahl AF_cur einen Autofokuswert eines laufenden Schritts, die Bezugszahl AF_max einen maximalen Autofokuswert, das Bezugszeichen d eine Linsenposition der Ursprungslage, das Bezugszeichen L den gesamten Linsenversehiebungsbereich und i einen Zählwert dar, der einem aktiven Autofokusfenster zugeordnet ist.
Zuerst werden eine Schrittweite, AF_prev, AF_cur, AF_max, d, L, und i initialisiert (S10).
Dann wird der Autofokuswert AF_cur, der ein Autofokuswert eines laufenden Schritts ist, durch die vorgenannten, initialisierten Variablen (S20) errechnet. Der Autofokuswert AF_cur wird durch das in 6 gezeigte Flussdiagramm (S21 bis S24) errechnet, die mehreren aktiven Fenster 70, zur Berechnung des Autofokuswerts AF_cur sind in 7 dargestellt.
Wie in 7 gezeigt, umfasst das erfindungsgemäße aktive Fenster 70 ein zentrales Fenster 71, das als Fokussierziel dient, und mehrere Randfenster 72, die um das zentrale Fenster 71 angeordnet sind.
Wie in 6 gezeigt, werden des zentrale Fenster 71 und die Randfenster 72 ausgewählt (S21). Anschließend werden die Autofokuswerte in Bezug auf die jeweiligen aktiven Fenster (S22) ausgelesen, und entsprechend Ausdruck 1 werden Gewichte ω_i zugeordnet, so dass in jedem Schritt Autofokuswerte in Bezug auf die gesamten aktiven Fenster errechnet werden (S23).
In 6 stellt die Bezugszahl nw die Gesamtzahl an aktiven Autofokusfenstern, WAF_i einen Autofokuswert eines i-ten aktiven Fensters und ω_i ein Gewichtung dar, die einem i-ten aktiven Fenster zugeordnet ist.
[Ausdruck 1]
Das zentrale Fenster 71 der mehreren aktiven Fenster 70 ist vorzugsweise in mehrere Bereiche gegliedert (d. h. das zentrale Fenster 71 umfasst mehrere Fenster). Außerdem werden den Bereichen, die die mehreren zentralen Fenster 71 umfassen, vorzugsweise Gewichte zugeordnet, und ein Gewicht wird zumindest einem der mehreren Randbereiche 72 zugeordnet.
Dies dient zur Lösung des Problems des Stands der Technik, dass auf einen Hintergrund scharf gestellt wird. In einer derartigen Auslegung kann durch den Einzelscan durch die mehreren aktiven Fenster 70, denen Gewichte zugeordnet sind, auf ein gewünschtes Objekt scharf gestellt werden. Ferner sind die mehreren Randfenster 72 auch dann beim Ermitteln einer Fokussierposition hilfreich, wenn nicht ausreichend Randkomponenten im zentralen Fenster 71 erscheinen, obwohl Gewichte zugeordnet sind.
Anschließend wird ermittelt, ob der Autofokuswert AF_cur des laufenden Schritts oder der maximale Autofokuswert AF_max größer ist, wobei der Autofokuswert AF_cur durch das in 6 (S30) gezeigte Verfahren errechnet wird. Wenn der im laufenden Schritt errechnete Autofokuswert AF_cur größer als der maximale Autofokuswert AF_max, ist, wird der Autofokuswert AF_cur als maximaler Autofokuswert AF_max übernommen und gespeichert (S40). Wenn der im laufenden Schritt errechnete Autofokuswert AF_cur andererseits kleiner als der maximale Autofokuswert AF_max ist, wird ermittelt, dass der Autofokuswert in einer Linsenverschiebungskurve (S90) einen Spitzenwert (Maximalwert) überschritten hat. Diese Linseneinheit wird auf eine Position zurückverschoben, die dem Spitzenwert entspricht, und die Linsenposition wird anschließend überprüft (S100). Vorzugsweise wird die optimale Linsenposition als Wert des Positionserfassungssensors aufgezeichnet.
Aus diesem Grund ist eine Korrektur der Überschreitung möglich, die das Problem des Nachlaufs löst.
Anschließend wird ein zusammengefasster Linsenbewegungsabstand d, der mit dem Autofokuswert AF_cur übereinstimmt, errechnet (S50) und dann mit dem gesamten Linsenverschiebungsbereich L verglichen (S60). Wenn die Entfernung d größer als der gesamte Linsenverschiebungsbereich L ist, wird die Linse auf eine Position verschoben, die dem maximalen Autofokuswert unter den vorher errechneten Werten entspricht (S110), und die Position der Linse wird überprüft (S120). Wenn die Entfernung d jedoch kürzer als der gesamte Linsenverschiebungsbereich L ist, wird die Schrittweite für die Linsenverschiebung (S70) eingestellt.
Wie in 8. gezeigt, soll zur Einstellung der Schrittweite (S70) und zum Verfahren entsprechend der eingestellten Schrittweite (S80) eine Änderungsrate im Autofokuswert, d. h. eine Steigung, durch Ausdruck 2 unter Berücksichtigung eines Autofokuswerts AF_prev eines vorangehenden Schritts und eines Autofokuswerts AF_cur eines laufenden Schritts (S71 und S72) errechnet werden.
[Ausdruck 2]
Die Schrittweite kann durch Ausdruck 3 dargestellt werden.
[Ausdruck 3]

Schrittweite = Schritt (# des Schritts) × konstante Verschiebung

In Ausdruck 3 können die konstante Verschiebung und die Anzahl der Schritte in Bezug auf einen großen Schritt, mittleren Schritt und kleinen Schritt willkürlich bestimmt werden.
In 8 entsprechen Schwellwerte A und B einem Bezugswert, um eine geeignete Schrittweite entsprechend der errechneten Steigung zuordnen zu können. Die Steigung und die Schwellwerte A und B werden miteinander verglichen (S73), und eine geeignete Schrittweite wird in Abhängigkeit von den Vergleichsergebnissen zugeordnet (S74).
Das heißt, dass dann, wenn die errechnete Steigung kleiner als der Schwellwert A (S73a) ist, die Linse dem großen Schritt „C" entsprechend verschoben wird (S74a). Wenn die errechnete Steigung größer als der Schwellwert A und kleiner als der Schwellwert B (S73b) ist, wird die Linse dem mittleren Schritt „M" entsprechend verschoben (S74b). Wenn die errechnete Steigung größer als der Schwellwert B (S73c) ist, wird die Linse gemäß der Schrittweite, die dem kleinen Schritt „F" entspricht, verschoben (S74c). Wenn die errechnete Steigung einen negativen Wert annimmt (S73d), wird währenddessen überprüft, ob der Spitzenwert erfasst ist (S75). Wenn der Spitzenwert nicht erfasst ist, wird die Linse anschließend gemäß einer dem großen Schritt „C" entsprechenden Schrittweite verschoben. Wenn der Spitzenwert erfasst ist, wird die Linse in die entgegengesetzte Richtung verschoben (S76).
Die oben erläuterten Verfahren S20 und S80 werden so lange wiederholt, bis der Autofokuswert des vorangehenden Schritts größer als der Autofokuswert des laufenden Schritts wird. Das heißt, dass der erfindungsgemäße Algorithmus dann, wenn die Linse entsprechend einer vorher festgelegten Schrittweite verfahren wird und wenn der maximale Autofokuswert AF_max größer als der Autofokuswert AF_cur ist, ermittelt, dass der Spitzenwert erfasst ist. In diesem Fall entfällt ein weiteres Errechnen der Steigung.
Schließlich wird die Linse auf eine Position zurückverschoben (Spitzenwert), die dem maximalen Autofokuswert entspricht, und das Autofokusverfahren wird vollständig ausgeführt (S90 und S100). Der maximale Autofokuswert wird so eingestellt, dass er dem Autofokuswert des vorangehenden Schritts entspricht, und die Linse wird auf eine Position verschoben, die dem Autofokuswert des vorangehenden Schritts entspricht. Außerdem wird, wie oben erläutert, die Position der Linse vom Positionserfassungssensor durchgängig gespeichert. Aus diesem Grund kann die Linse durch die dem maximalen Autofokuswert entsprechenden Positionsdaten aus den Daten der gespeicherten Positionswerte verschoben werden. Wenn der Positionserfassungssensor verwendet wird, ist es bei der Korrektur einer Überschreitung möglich, Nachlaufprobleme zu überwinden.
9 ist ein Diagramm, das ein typisches erfindungsgemäßes Fokussuchverfahren zeigt. Zuerst werden zwei große Schritte durchgeführt. Dann wird eine Schrittweite entsprechend einer plötzlichen Steigungsänderung verkürzt. Die Linse wird entsprechend der verkürzten Schrittweite zurückverschoben, so dass sie sich wieder auf der Position befindet, die dem Spitzentwert entspricht.
Ausführungsform
Nachfolgend soll eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Autofokusverfahrens unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden.
10 ist ein Diagramm, das acht aktive Fenster darstellt, die bei einer Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden, 11 ist ein Diagramm, das für jede Linsenposition Veränderungen im Autofokuswert der jeweiligen aktiven Fenster zeigt. 12 ist ein Diagramm, das in jedem Schritt eine Veränderung im gesamten Autofokuswert zeigt. 13 ist ein Diagramm, das ein Funktionsbeispiel eines Autofokus-Algorithmus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 zeigt mehrere aktive Fenster W11, W14, W22, W23, W32, W33, W41 und W44, die auf diese Ausführungsform angewandt werden. Autofokuswerte werden in den jeweiligen aktiven Fenstern gemessen. Tabelle 1 zeigt Ergebnisse von Messungen der Autofokuswerte in den jeweiligen aktiven Fenstern in Bezug auf einen der Linsenposition entsprechenden Schritt.
[Tabelle 1]
In Tabelle 1 stellen die Spalten die aktiven Fenster zum Messen der Autofokuswerte und die Zeilen die in den aktiven Fenstern, das heißt in den Schritten, gemessenen Linsenpositionen dar. Die in der letzten Spalte aufgeführten Autofokuswerte zeigen die durch das in 6 gezeigte Flussdiagramm errechneten Autofokuswerte.
11 ist ein Diagramm, das für jede Linsenposition (Schritt) Veränderungen im Autofokuswert an acht der jeweiligen aktiven Fenster zeigt. 12 ist ein Diagramm, das eine Kurve zum Ermitteln des Spitzenwerts (des maximalen Autofokuswerts) zeigt. Die Kurve zeigt Änderungen im Autofokuswert, die durch die Messungen in den aktiven Fenstern, die der letzten Spalte in Tabelle 1 entsprechen, errechnet werden.
Die in der letzten Spalte in Tabelle 1 gezeigten Autofokuswerte wurden durch Ausdruck 1, der oben erläutert wurde, errechnet. In dieser Ausführungsform kann durch Ausdruck 4 in jedem Schritt ein Autofokuswert dargestellt werden. In dieser Ausführungsform wird das gleiche Gewicht ω von „1" allen aktiven Fenstern zugeordnet, wobei W_ij in Ausdruck 4 mit einem im entsprechenden aktiven Fenster gemessenen Autofokuswert übereinstimmt.
[Ausdruck 4]

Autofokuswert = ω·W11 + ω·W14 + ω·W22 + ω·W23 + ω·W32 + ω·W33 + ω·W41 + ω·W44

In der folgenden Tabelle 2 werden den Änderungsraten im Autofokuswert entsprechende Steigungen, die im Flussdiagramm der 8 errechnet werden, erläutert.
[Tabelle 2]
Nach der Initialisierung wird die Steigung zunächst nicht errechnet, aber ein kleiner Schritt ausgewählt.
Beim zweiten Schritt (II) ist der entsprechende Autofokuswert (1,636) größer als der Autofokuswert (1,62) des ersten Schritts. Aus diesem Grund wird der maximale Autofokuswert AF_max zu „1,636" aktualisiert und der Positionswert vom Positionserfassungssensor aufgezeichnet.
Wie in 5 gezeigt, wird durch Ausdruck 5 die nächste Steigung durch die Autofokuswerte des ersten und zweiten Schritts errechnet.
[Ausdruck 5]
Die Schrittweite kann hier durch Ausdruck 3 (Schrittweite = Schritt (# von Schritt) × konstanter Verschiebung) dargestellt werden.
In dieser Ausführungsform ist die konstante Verschiebung als „1" angenommen und die Anzahl der Schritte wie folgt definiert:

– Anzahl der Schritte in Bezug auf den großen Schritt: drei
– Anzahl der Schritte in Bezug auf den mittleren Schritt: zwei
– Anzahl der Schritte in Bezug auf den kleinen Schritt: eins

In der Zwischenzeit werden die Bezugswerte, die den in 8 gezeigten Schwellwerten A und B entsprechen, wie folgt definiert: A = 0,05 und B = 0,15.
Da die in Ausdruck 5 errechnete Steigung „0,016" beträgt, ist sie kleiner als der Schwellwert A. Aus diesem Grund wird, wie in 8 gezeigt, eine Schrittweite ausgewählt, die dem großen Schritt „C" entspricht.
Dann wird durch den Algorithmus unter Berücksichtigung einer „Schrittweite = 3", wie in Ausdruck 6, eine neue Steigung errechnet.
[Ausdruck 6]
Da der neue Autofokuswert größer als der vorangehende Autofokuswert ist, werden das Maximum AF_max und die Linsenposition in Bezug auf den maximalen Autofokuswert AF_max durch die Werte aktualisiert. Außerdem wird die mittlere Schrittweite „M" ausgewählt, da die errechnete Steigung einem Zwischenwert in den Schwellwerten A und B entspricht. Ähnlich wird auch eine neue Steigung durch den Algorithmus unter Berücksichtigung einer „Schrittweite = 2", wie in Ausdruck 7, errechnet.
[Ausdruck 7]
Nachdem sich der Autofokuswert einem Wert annähert, der größer als der Autofokuswert des vorangehenden Schritts ist, wird die Steigung errechnet, um die nächste Schrittweite einzustellen. Da die durch Ausdruck 7 errechnete Steigung größer als der Schwellwert B ist, wird eine kleine Schrittweite „M" ausgewählt. Ähnlich wird eine neue Steigung durch den Algorithmus unter Berücksichtigung einer „Schrittweite = 1" errechnet.
Wenn die Linse jedoch um einen Schritt weiter verschoben wird, wird „AF_max > AF_cur ermittelt. Somit hat der Algorithmus den Spitzenwert ermittelt. Aus diesem Grund entfällt ein erneutes Errechnen der Steigung.
Wenn der Spitzenwert erfasst ist, wird die Linse zurückverschoben, bis sie sich einer Position nähert, die dem maximalen Autofokuswert entspricht. Vorzugsweise ist es bei der Korrektur der Überschreitung möglich, Nachlaufprobleme zu lösen, da die optimale Fokussierposition als Wert vom Positionserfassungssensor aufgezeichnet wurde.
13 ist ein Diagramm, das ein Funktionsbeispiel des Autofokus-Algorithmus gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Wie in 13 gezeigt, kann gemäß dieser Ausführungsform ein Autofokuswert sich dem maximalen Autofokuswert durch nur fünf Schritte ➀ bis ➄ im Autofokus-Algorithmus annähern. Der letzte Schritt ➄ entspricht der Rückverschiebung. In diesem Fall wird die Fokusmessung nicht durchgeführt. Außerdem wird die Rückverschiebung, wie oben erläutert, vorzugsweise unter Verwendung des Ausgabewerts vom Positionserfassungssensor durchgeführt.
Gemäß des Autofokusverfahrens und der Autofokusvorrichtung zu dessen Durchführung wird der Autofokus in kurzer Zeit und mittels weniger Schritte so durchgeführt, dass eine Autofokuszeit verkürzt werden kann.
In jüngster Zeit werden zunehmend CMOS-Bildwandler mit erhöhter Bildqualität und geringem Energieverbrauch in Mobiltelefone, Smartphones und PDAs integriert. Mit der Erfindung ist es möglich, das Problem zu lösen, dass sich die Autofokuszeit aufgrund einer geringen Bildfrequenz des CMOS-Bildwandlers verlängert.
Um den Autofokuswert zu errechnen, werden zudem mehrere aktive Fenster eingestellt, denen Gewichte zugeordnet sind. Aus diesem Grund ist es möglich, das Problem zu überwinden, dass auf ein Hintergrundmotiv scharf gestellt wird.
Obwohl einige Ausführungsformen des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts dargestellt und erläutert wurden, können vom Fachmann Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden, ohne von den Prinzipien und dem Boden des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzuweichen, dessen Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Entsprechungen dargelegt ist.

Claims

Autofokusverfahren umfassend: Einstellen mehrerer aktiver Fenster, umfassend ein zentrales Fenster und mehrere Randfenster, die um das zentrale Fenster angeordnet sind, und Zuordnen von Gewichten zu den mehreren aktiven Fenstern, um in jedem Schritt einen Autofokuswert zu errechnen; Errechnen einer Änderungsrate im Autofokuswert zwischen einem vorangehenden Schritt und einem laufenden Schritt aus dem in jedem Schritt errechneten Autofokuswert; Vergleich der errechneten Änderungsrate im Autofokuswert mit voreingestellten Autofokus-Bezugswerten und anschließendes Verändern einer Schrittweite entsprechend dem Vergleichsergebnis; Verschieben einer Linse auf eine Position, die der veränderten Schrittweite entspricht; Wiederholen vorgenannter Abläufe vom Einstellen der mehreren aktiven Fenster bis zum Verschieben der Linse, bis der Autofokuswert des vorangehenden Schritts größer als der Autofokuswert des laufenden Schritts ist, und anschließendes Ermitteln, ob der maximale Autofokuswert erfasst ist; und Verschieben der Linse auf eine Position, die dem maximalen Autofokuswert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verschieben der Linse auf die Position, die dem maximalen Autofokuswert entspricht, der maximale Autofokuswert so eingestellt wird, dass er dem Autofokuswert des vorangehenden Schritts entspricht, und dass die Linse auf eine Position verschoben wird, die dem Autofokuswert der vorangehenden Schritts entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verschieben der Linse auf die Position, die dem maximalen Autofokuswert entspricht, ermittelt wird, ob die Linse auf eine Position verschoben wird, die dem maximalen Autofokuswert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Errechnen der Änderungsrate im Autofokuswert zwischen dem vorangehenden Schritt und dem laufenden Schritt auf Grundlage der folgenden Gleichung durchgeführt wird:
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die voreingestellten Autofokus-Bezugswerte zwei sich voneinander unterscheidende Schwellwerte sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergleich der errechneten Änderungsrate die errechnete Änderungsrate im Autofokuswert und die Schwellwerte verglichen werden, so dass entsprechend dem Vergleichsergebnis entweder eine kleine Schrittweite, mittlere Schrittweite oder große Schrittweite ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der errechneten Änderungsrate ferner ein Ermitteln, ob der Autofokuswert den Höchstwert überschreitet, umfasst, wenn die Änderungsrate im Autofokuswert zwischen dem vorangehenden Schritt und dem laufenden Schritt einen negativen Wert annimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der verschobenen Linse nach dem Verschieben der Linse ermittelt und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das unter den mehreren aktiven Fenstern befindliche zentrale Fenster mehrere gegliederte Bereiche (Fenster) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass all diesen Bereichen, die die mehreren zentralen Fenster ausmachen, Gewichte zugeordnet sind und dass ein Gewicht zumindest einem der mehreren Randfenster zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den aktiven Fenstern zugeordneten Gewichte so eingestellt sind, dass sie sich voneinander unterscheiden.
Autofokusvorrichtung umfassend: eine Linseneinheit, auf die ein optisches Signal trifft, wobei die Linseneinheit eine höhenverstellbare Sammellinse umfasst; einen Bildwandler und eine ISP-Einheit (Image Signal Processing Einheit), die das auf die Linseneinheit treffende optische Signal empfangen, um es in ein elektrisches Signal umzuwandeln und um anschließend digitalisierte Bilddaten auszugeben; eine Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit, umfassend: ein optisches Erfassungsmodul, das Bilddaten vom Bildsensor und der ISP-Einheit empfängt, um vorbestimmte Bildkomponenten auszuwählen, um mehrere aktive Fenster, umfassend ein zentrales Fenster und mehrere Randfenster, die um das zentrale Fenster angeordnet sind, einzustellen und um den mehreren aktiven Fenstern Gewichte zuzuordnen, so dass die vorbestimmten Bildkomponenten zusammengefasst werden, um den Autofokuswert zu errechnen; und eine Zentraleinheit (CPU), die den Autofokuswert vom optischen Erfassungsmodul empfängt und die den maximalen Autofokuswert errechnet, während die Sammellinse der Linseneinheit dem Autofokuswert entsprechend höhenverstellbar verfährt, wobei die CPU einen Autofokus-Algorithmus durchführt, in dessen Rahmen die Änderungsrate im Autofokuswert zwischen einem vorangehenden Schritt und einem laufenden Schritt errechnet und anschließend mit voreingestellten Autofokus-Bezugswerten verglichen wird, so dass eine Schrittweite entsprechend der Änderung des Vergleichsergebnisses gesteuert wird; und eine Antriebseinheit, die die Sammellinse der Linseneinheit entsprechend einem Steuersignal der Autofokus-Digitalsignalverarbeitungseinheit verfährt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Erfassungsmodul umfasst: einen Hochpassfilter, der Bilddaten vom Bildwandler und der ISP-Einheit empfängt, um vorbestimmte Bildkomponenten auszuwählen, ein Rechenwerk, das die vom Hochpassfilter ausgewählten, vorbestimmten Bildkomponenten empfängt und die Bildkomponenten in Bezug auf die jeweiligen aktiven Fenster, umfassend das zentrale Fenster und die Randfenster, zusammenfasst und ausgibt; und eine Aktivbereich-Auswahleinheit, die die Anfangs- und Endadressen der mehreren aktiven Fenster an das Rechenwerk überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Positionserfassungssensor zur Ermittlung, ob die Linse auf eine Position verschoben wird, die dem maximalen Autofokuswert entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten Bildkomponenten eine Grenzkomponente, eine Y-Komponente und eine Y-Komponente mit Maximalwert sind.