DE102013201980A1

DE102013201980A1 - Verfahren zur Fokuseinstellung und entsprechendes Bilderfassungsgerät Kreuzverweis auf verwandte Anmeldungen

Info

Publication number: DE102013201980A1
Application number: DE102013201980A
Authority: DE
Inventors: Fu-Chang Tseng; Chen-Si Dai; Ying-Ru Lai; Hsin-Ti Chueh
Original assignee: HTC Corp
Current assignee: HTC Corp
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-02-08
Also published as: TWI451184B; US20130208166A1; DE102013201980B4; US9049364B2; CN103248816A; TW201333617A; CN103248816B

Abstract

Durch Bestimmen, mittels einer linearen Einstellung, einer direktionalen Einstellung oder einer Fokusabtasteinstellung an einer beweglichen Linseneinheit gemäß der Bereichsregion, in welche die Schärfe eines digitalen Bildes oder einer Region von Interesse des digitalen Bildes fällt, kann beste Fokusregelleistung einfach und schnell erzielt werden.

Description

In dieser Anmeldung wird die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/597,847, eingereicht am 13. Februar 2012, beansprucht.
Allgemeiner Stand der Technik
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fokuseinstellung und ein entsprechendes Bilderfassungsgerät und insbesondere ein Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß der Schärfe eines erfassten Bildes.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Tragbare Bilderfassungsgeräte, wie etwa Digitalkamera, Mobiltelefon und/oder Tablet, werden heutzutage von Konsumenten häufig verwendet. Um ein Bild mit guter Qualität zu erfassen, gibt es viele Parameter, die gemäß der Szenenänderung eingestellt werden müssen. Zum Beispiel muss die Belichtung gemäß einer Umgebungslichtbedingung eingestellt werden und ein Fokus muss in Bezug auf ein oder mehrere Zielobjekte der Szene eingestellt werden. Typischerweise wird beim Schießen eines Porträtbilds der Fokus festgelegt, um am Gesicht der Zielperson zu sein, das durch Gesichtserkennung identifiziert werden kann, oder er wird manuell vom Benutzer festgelegt. Für andere Arten von Gegenständen kann der Fokus einfach in der Mitte der Szene festgelegt sein. Der Fokus kann jedoch durch die oben genannten Verfahren nicht sehr genau eingestellt werden, da sie nur die Distanzbeziehung des Bilderfassungsgerätes zur Szene oder zum Objekt berücksichtigen. Aus diesem Grund gibt es einen Bedarf nach einem verbesserten Fokuseinstellungsmechanismus, der Bilder mit besserer Bildqualität bereitstellen kann.
Übersicht der Erfindung
Die beanspruchte Erfindung offenbart ein Verfahren zur Fokuseinstellung. Das Verfahren zur Fokuseinstellung beinhaltet das Erfassen eines digitalen Bildes durch ein Bildsensormodul, das eine Linseneinheit beinhaltet; das Berechnen eines Farbmerkmals des digitalen Bildes in der RAW-Bilddomäne; das Bestimmen eines Fokusregelalgorithmus gemäß dem Farbmerkmal; das Erzeugen eines Fokusregelsignals gemäß dem Fokusregelalgorithmus; und das Einstellen der Linseneinheit des Bildsensormoduls gemäß dem Fokusregelsignal.
Die beanspruchte Erfindung offenbart ferner ein Verfahren zur Fokuseinstellung. Das Verfahren zur Fokuseinstellung beinhaltet das Erfassen eines digitalen Bildes durch ein Bildsensormodul, das eine Linseneinheit beinhaltet; das Bestimmen einer Region von Interesse (ROI, Region of Interest) innerhalb des digitalen Bildes; das Berechnen eines Schärfewertes korrespondierend mit dem digitalen Bild gemäß (Bildpunkten in der ROI des digitalen Bildes; und das Bestimmen einer Anzahl von Schritten und einer Richtung zum Bewegen der Linseneinheit gemäß dem Schärfewert; als Reaktion auf den Schärfewert, der in einem ersten Bereich ist, das Bewegen der Linseneinheit um eine erste Anzahl von Schritten in eine erste Richtung, wobei die erste Anzahl und die erste Richtung von einer linearen Beziehung abgeleitet sind; und als Reaktion auf den Schärfewert, der in einem zweiten Bereich ist, das Bewegen der Linseneinheit um eine zweite Anzahl von Schritten in eine zweite Richtung. Die zweite Anzahl ist vorbestimmt.
Die beanspruchte Erfindung offenbart ein Bildholgerät. Das Bildholgerät beinhaltet ein Bildsensormodul, das eine bewegliche Linseneinheit beinhaltet und konfiguriert ist, um ein digitales Bild zu erfassen und eine Position der Linseneinheit gemäß einem Fokusregelsignal einzustellen; eine erste Bildverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, um das digitale Bild in der RAW-Domäne zu analysieren, und konfiguriert ist, um ein Farbmerkmal des digitalen Bildes zu bestimmen; und eine zweite Bildverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Fokusregelalgorithmus gemäß dem Farbmerkmal des digitalen Bildes zu bestimmen, und stellt das Fokusregelsignal für das Sensormodul gemäß dem Fokusregelalgorithmus bereit. Als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem ersten Bereich ist der Regelalgorithmus eine lineare Einstellung; als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem zweiten Bereich ist der Regelalgorithmus eine direktionale Einstellung; und als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem dritten Bereich ist der Regelalgorithmus eine Fokusabtasteinstellung.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden ohne Zweifel dem durchschnittlichen Fachmann nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen veranschaulicht ist, offensichtlich werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 veranschaulicht ein Bilderfassungsgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht schematisch unterschiedliche Schärfebereiche eines digitalen Bildes.
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm der Fokusregelalgorithmusbestimmung gemäß den in 2 gezeigten Bereichsregionen.
4 veranschaulicht das Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die mit 1–3 in Bezug steht.
5 veranschaulicht ein Verfahren zur Fokuseinstellung zum Einstellen des Fokus der Kameralinse als Reaktion auf eine ausgewählte Region von Interesse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Fokuseinstellung und ein Bilderfassungsgerät, das das Verfahren zur Fokuseinstellung benutzt, zum Zweck der Fokuseinstellung einer Kameralinse des Bilderfassungsgerätes, um die Schwierigkeiten der manuellen Einstellung des Fokus der Kameralinse zu vermeiden, um eine beste Schärfeleistung eines erfassten digitalen Bildes zu erzielen.
Es wird auf 1 verwiesen, die ein Bilderfassungsgerät 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Bilderfassungsgerät 100 ein Bildsensormodul 110, eine Bildvorverarbeitungseinheit 120, einen Bildsignalprozessor (ISP, Image Signal Processor) 130 und ein Vorschaumodul 140.
Das Bildsensormodul 110 beinhaltet eine Linseneinheit 112, die beweglich ist, und ist konfiguriert, um ein digitales Bild DI (Digital Image) im RAW-Datenformat zu erfassen. Ein digitales Bild DI kann später zur weiteren Verarbeitung von dem Bildsignalprozessor 130 in ein RGB-Format, ein YUV-Format oder ein HSV-Format umgewandelt werden.
Die Bildvorverarbeitungseinheit 120 ist konfiguriert, um das digitale Bild DI in der RAW-Bilddomäne zu analysieren, die für menschliche Augen nicht sichtbar ist, um Farbmerkmalinformationen des digitalen Bildes DI zu erzeugen, wie etwa Schärfe, und ist konfiguriert, um Fokusstatusinformationen des digitalen Bildes DI gemäß den Farbmerkmalen abzuleiten. Die Fokusstatusinformationen können von Farbmerkmalen des digitalen Bildes DI durch Vergleichen der Farbstatistiken mit einigen vorbestimmten Bedingungen abgeleitet werden. Die Farbstatistiken können einen Schärfewert, einen Vertrauenswert, einen Defokuswert und/oder andere Werte umfassen. Die Farbstatistiken können auf einen Fokusstatus hindeuten, der anzeigt, dass zum Beispiel je besser die Schärfe ist, umso besser der Fokus ist. Durch Bestimmen der Bereichsbedingungen, korrespondierend mit jedem Fokusstatus, in dem die Farbstatistiken liegen, kann daher bestimmt werden, was der Fokusstatus für ein aktuelles Bild sein kann. Und somit kann bestimmt werden, welcher Fokusregelalgorithmus zur Fokuseinstellung des Bilderfassungsgerätes zu verwenden ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Farbmerkmale des digitalen Bildes DI für unterschiedliche Farbkanäle (z. B. die Farbkanäle R, G und B) in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unabhängig oder zusammen analysiert werden können.
Der Bildsignalprozessor 130 ist konfiguriert, um verschiedene Vorgänge am digitalen Bild DI durchzuführen und Regelsignale für das Bildsensormodul 110 zur Fokuseinstellung bereitzustellen. Der Bildsignalprozessor 130 kann einen Fokusregelalgorithmus gemäß dem Fokusstatus bestimmen, der durch die Farbmerkmale angezeigt wird, die von der Bildvorverarbeitungseinheit 120 empfangen werden, um so die Bewegung der Linseneinheit 112 des Sensormoduls 110 zu regeln. Der Bildsignalprozessor 130 erzeugt ein Fokusregelsignal FC (Focus Control) gemäß dem bestimmten Fokusregelalgorithmus. Das Bildsensormodul 110 ist ferner konfiguriert, um die Linseneinheit 112 gemäß dem Fokusregelsignal FC zu bewegen.
Das Vorschaumodul 140 ist optional im Bilderfassungsgerät 100 angeordnet, um das digitale Bild DI anzuzeigen, das von dem Bildsensormodul 110 erfasst wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren zur Fokusregelung im Bildsignalprozessor 130 implementiert, um einen Fokusregelalgorithmus zu bestimmen und ein korrespondierendes Fokusregelsignal bereitzustellen, um die Linse des Bildsensormoduls 110 einzustellen. In dieser Ausführungsform wird der Fokusregelalgorithmus gemäß einem Bereich bestimmt, in dem der Schärfewert des digitalen Bildes DI liegt. Es wird auf 2 verwiesen, die schematisch unterschiedliche Bereiche der Schärfe veranschaulicht.
Wie ein durchschnittlicher Fachmann verstehen kann, kann die Schärfe eines Bildes auf dessen korrespondierenden Fokusstatus hindeuten. Wenn die Linseneinheit 112 des Bildsensormoduls 110 an einer Position im Fokus ist, sollte die Schärfe des somit erfassten digitalen Bildes DI besser sein. Falls die Linseneinheit 112 hingegen an einer Position aus dem Fokus ist, würde die Schärfe des somit erfassten digitalen Bildes DI schlechter sein. Aus diesem Grund können die Schärfe und die Position der Linseneinheit 112 eine Beziehung bilden, die auf eine Veränderung des Fokusstatus von einer Position zur anderen hindeutet. In der Ausführungsform von 2 ist der Fokusstatus in 3 Bereichen definiert: linearer Bereich, direktionaler Bereich und Aus-dem-Fokus-Bereich. Im linearen Bereich bilden die Schärfe und die Linsenposition eine lineare Beziehung. Durch Erhalten der Neigung der linearen Beziehung kann errechnet werden, was Schärfe für eine spezifische Linsenposition innerhalb dieses linearen Bereiches ist. Folglich kann bekannt sein, ob die Linseneinheit 112 des Sensormoduls 110 an einer Position ist, die einen vergleichbar besten Fokus aufweist, und falls nicht, in welche Richtung und um wie viele Schritte sich die Linseneinheit 112 bewegen sollte, um eine optimale Position zu erreichen, die einen vergleichbar besten Fokus aufweist. Im direktionalen Bereich gibt es keine solche lineare Beziehung zwischen der Schärfe und der Linsenposition. Es kann jedoch beobachtet werden, in welche Richtung sich die Linseneinheit 112 hinbewegen sollte, aber es ist möglicherweise nicht möglich, die genaue Anzahl von Schritten zu kennen. Im Aus-dem-Fokus-Bereich kann die Schärfe keine Informationen für die Bewegungsschritte und Richtung bereitstellen. Das kann darauf zurückzuführen sein, dass die Linseneinheit 112 an einer Position ist, die zu weit von oder zu nahe an der aufzunehmenden Szene ist, oder die Umgebungsbedingung sehr schlecht ist, wie etwa schwaches Licht. Aus diesem Grund kann der Bildsignalprozessor 130 unterschiedliche Fokusregelalgorithmen verwenden, um die Position der Kameralinse in Bezug auf diese Bereichsbedingungen einzustellen.
Wie in 2 gezeigt, kann die Schärfe in 3 Bereichsbedingungen unterteilt werden und jede Bereichsbedingung korrespondiert jeweils mit einem unterschiedlichen Fokusregelalgorithmus. Die drei Bereichsbedingungen können durch vier Schärfegrenzwerte R1, R2, R3 und R4 definiert werden. Die Schärfegrenzwerte R1, R2, R3 und R4 sind gemäß der Beziehung zwischen der Schärfe, dem Fokusstatus und/oder der Systemfähigkeit des Bilderfassungsmoduls 100 definiert. Ein erster Bereich V1 ist für Schärfewerte kleiner als der Schärfegrenzwert R1 definiert. Eine zweite Bereichsregion V2 ist für Schärfewerte zwischen den Schärfegrenzwerten R1 und R2 definiert. Eine dritte Bereichsregion V3 ist für Schärfewerte zwischen den Schärfegrenzwerten R2 und R3 definiert. Eine vierte Bereichsregion V4 ist für Schärfewerte zwischen den Schärfegrenzwerten R3 und R4 definiert. Eine fünfte Bereichsregion V5 ist für Schärfewerte größer als der Schärfegrenzwert R4 definiert.
Es wird darauf hingewiesen, dass stärkere größere Schärfe nicht unbedingt auf eine beste Schärfeleistung gerichtet ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Schärfegrenzwerte R1, R2, R3 und R4 daher gemäß unterschiedlichen Experimenten zu Schärfeleistungen bestimmt.
Es wird auf 3 verwiesen, die ein Flussdiagramm der Fokusregelalgorithmusbestimmung gemäß den in 2 gezeigten Bereichsregionen veranschaulicht. 3 umfasst Schritte wie die Folgenden:
Schritt 302: Bestimmen, in welchen Bereich die Schärfe des digitalen Bildes DI fällt, und eines korrespondierenden Fokusregelalgorithmus. Wenn die Schärfe in den Bereich V3 fällt, der ein linearer Bereich ist, wird der korrespondierende Fokusregelalgorithmus als eine lineare Einstellung selektiert und der Fluss geht zu Schritt 304. Wenn die Schärfe in den Bereich V2 oder V4 fällt, der ein direktionaler Bereich ist, wird der korrespondierende Fokusregelalgorithmus als eine direktionale Einstellung selektiert und der Fluss geht zu Schritt 306. Wenn die Schärfe CS in den Bereich V1 oder V5 fällt, was aus dem Bereich bedeutet, wird der korrespondierende Fokusregelalgorithmus als eine Fokusabtasteinstellung der Position der Linse selektiert und der Fluss geht zu Schritt 308.
Schritt 304: Für die lineare Einstellung weist das Fokussignal die Linseneinheit 112 an, sich von ihrer aktuellen Position einen ersten Schritt in eine erste Richtung zu bewegen. Der erste Schritt und die erste Richtung können gemäß einer linearen Beziehung zwischen dem Schärfewert und der aktuellen Position der Linseneinheit 112 berechnet werden. Und der Fluss geht zurück zu Schritt 302, um einen neuen Schärfewert zu prüfen.
Schritt 306: Für die direktionale Einstellung weist das Fokussignal die Linseneinheit 112 an, sich von ihrer aktuellen Position einen zweiten vorbestimmten Schritt in eine zweite Richtung zu bewegen. In dem Fall, dass der Schärfewert in den direktionalen Bereich fällt, kann nur die Bewegungsrichtung der Linse 112 bestimmt werden, da die Beziehung zwischen dem Schärfewert und der Linsenposition unbekannt ist. Der zweite Schritt ist daher vorbestimmt. Und der Fluss geht zu Schritt 302.
Schritt 308: Für die Fokusabtasteinstellung bedeutet es, dass der aktuelle Fokus aktuell aus dem Fokusbereich ist und somit das Bilderfassungsgerät 100 einen optimalen Fokus suchen würde. Das Fokusregelsignal würde die Linseneinheit 112 anweisen, sich in einem dritten vorbestimmten Schritt zu einer dritten Position hin zu bewegen. Die dritte Position wird gemäß der aktuellen Position der Linseneinheit 112 bestimmt. In einer Ausführungsform der Erfindung, in dem Fall, dass der Schärfewert darauf hindeutet, dass die Linseneinheit 112 an einer Position weit weg von der Szene ist, würde sich die Linseneinheit 112 in eine Richtung hin zur Szene bewegen. In dem Fall, dass die Schärfe darauf hindeutet, dass die Linseneinheit 112 an einer Position nahe zu der Szene ist, würde sich die Linseneinheit 112 in eine andere Richtung weg von der Szene bewegen. Als Nächstes geht der Fluss zu Schritt 310, um den Schärfewert von jeder Fokusabtasteinstellung zu prüfen.
Schritt 310: Der Schärfewert wird geprüft, um zu sehen, ob er in den linearen Bereich fällt. Falls ja, geht der Fluss zurück zu Schritt 302, so dass der Fokusregelalgorithmus umgestellt wird, um die lineare Einstellung zu sein. Falls nicht, springt der Fluss von selbst vorwärts zu Schritt 312, um eine optimale Position zu finden. Unter einigen kritischen Bedingungen, wie etwa einer Schwachlichtbedingung, ist es möglicherweise nicht möglich, den Schärfewert in den linearen Bereich zu bringen; daher wird stattdessen die optimale Position der Kameralinse, d. h. mit einem besten Schärfewert, gesucht.
Schritt 312: Der Schärfewert von jeder Fokusabtasteinstellung wird verglichen, um den optimalen Schärfewert, zum Beispiel einen Spitzenwert, zu finden. Die korrespondierende Linsenposition wird somit als eine optimale Position bestimmt. Die Linseneinheit 112 würde sich zur optimalen Position bewegen und der Fluss geht wieder zurück zu Schritt 302.
In Schritt 302 wird der Fokusregelalgorithmus gemäß dem Bereich bestimmt, in den der mit der Linsenposition korrespondierende Schärfewert fällt. Gewöhnlich gilt, je besser der Schärfewert ist, umso besser ist die Fokusposition. Der Schärfewert kann daher als eine Anzeige eines Fokusgrades verwendet werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können auch andere Farbmerkmale ebenfalls als Fokusgradanzeigen verwendet werden, wie etwa ein Vertrauensniveau.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die dritte Region V3 definiert für eine beste Schärfeleistung, so dass lediglich eine geringfügige Einstellung, d. h. eine lineare Einstellung, erforderlich ist. Wie in Schritt 304 angezeigt, wird, wenn der aktuelle Schärfewert CS in die Bereichsregion V3 fällt, eine lineare Einstellung durch Einstellen der Position der Linseneinheit 112 des Sensormoduls 110 um einen vorbestimmten Schritt durchgeführt, was ein Fokuslängenversatz oder ein Drehwinkelversatz sein kann. Sowohl der Fokuslängen- als auch der Drehwinkelversatz können mittels einer üblichen Formel zum Bestimmen einer Fokuslage der Linseneinheit 112 berechnet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Bereichsregionen V2 und V4 für einen etwas schlechteren Schärfeeffekt als die Bereichsregion V3 definiert. Wie in Schritt 306 angezeigt, wird, wenn die aktuelle Schärfe CS in die Bereichsregion V2 oder V4 fällt, eine direktionale Einstellung zum Bewegen der Position der Linseneinheit 112 in eine Richtung angewandt, dass die aktuelle Schärfe CS kontinuierlich geändert wird, um näher zur Bereichsregion V3 zu sein, bis die aktuelle Schärfe CS in die Bereichsregion V3 fällt. Danach wird die lineare Einstellung angewandt, um eine beste Schärfeleistung zu liefern.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Bereichsregionen V1 und V5 für einen schlechtesten Schärfeeffekt definiert, den das Bilderfassungsgerät 100 nicht direkt mittels der linearen Einstellung oder der direktionalen Einstellung bewältigen kann. Außerdem kann die Bewegungsrichtung der Linsenposition, um bessere Schärfe zu erreichen, nicht direkt bestimmt werden, wenn die aktuelle Schärfe CS in die Bereichsregionen R1 und R5 fällt. Wie in Schritt 308, Schritt 310 und Schritt 312 angezeigt, ist daher eine Fokusabtasteinstellung erforderlich, um die Bedingung zu bewältigen.
Die Fokusabtasteinstellung umfasst zwei Primärschritte: (1) Bewegen der Linseneinheit 112 um einen vorbestimmten Schritt in eine erste vorbestimmte Richtung und Prüfen, ob der mit der aktuellen Linsenposition korrespondierende Schärfewert besser ist als seine vorherige korrespondierende Linsenposition, wie durch Schritt 308 und Schritt 310 angezeigt; (2-1) als Reaktion auf die Bedingung, dass der Schärfewert besser wird, wird die Linseneinheit 112 wieder um den vorbestimmten Schritt hin zur ersten vorbestimmten Richtung bewegt, wie durch Schritt 310 angezeigt, und der Fluss würde wieder von Schritt 302 wiederholt, bis die aktuelle Schärfe CS in eine der Bereichsregionen R2, R3 und R4 für die direktionale Einstellung oder die lineare Einstellung fällt. (2-2) Andernfalls, als Reaktion auf die Bedingung, dass die Schärfe nach der ersten Einstellung schlechter wird, wird die Linseneinheit 112 in einem zweiten vorbestimmten Schritt hin zu einer zweiten vorbestimmten Richtung entgegen der ersten vorbestimmten Richtung bewegt. Wie durch Schritt 312 angezeigt, und der Fluss würde wieder ab Schritt 302 wiederholt, bis die aktuelle Schärfe CS auf eine der Bereichsregionen R2, R3 und R4 für die direktionale Einstellung oder die lineare Einstellung fällt. Es wird darauf hingewiesen, dass der zweite vorbestimmte Schritt größer sein kann als der erste vorbestimmte Schritt, da die Richtung der Einstellung annähernd fixiert wurde, während der zweite vorbestimmte Schritt in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung benutzt wird. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird bestimmt, dass der zweite vorbestimmte Schritt gleich der Hälfte der Länge der dritten Bereichsregion ist.
Das Fokusregelsignal FC wird als Reaktion auf einen beliebigen Befehl zum Bewegen der Linseneinheit 112 des Bildsensormoduls 110 erzeugt. Das Bildsensormodul 110 agiert als Reaktion auf das Fokusregelsignal FC zur Erreichung der oben genannten Einstellungen.
Es wird auf 4 verwiesen, die das Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die mit 1–3 in Bezug steht. Wie in 4 gezeigt, umfasst das Verfahren zur Fokuseinstellung Schritte wie die Folgenden:
Schritt 402: Erfassen eines digitalen Bildes DI.
Schritt 404: Berechnen der Farbmerkmale des digitalen Bildes DI in der RAW-Bilddomäne. Die Farbstatistiken können von einem speziellen Bildvorprozessor und vor dem Verarbeiten des digitalen Bildes DI durch den Bildsignalprozessor berechnet werden.
Schritt 406: Bestimmen eines Fokusregelalgorithmus, der zum Regeln der Linseneinheit des Bildsensormoduls gemäß den Farbmerkmalen zu verwenden ist. Der Fokusregelalgorithmus kann gemäß einem Bereich bestimmt werden, in dem die Farbstatistiken liegen.
Schritt 408: Erzeugen eines Fokusregelsignals FC gemäß dem Fokusregelalgorithmus. Das Fokusregelsignal FC beinhaltet Informationen für Bewegungsschritt und -Richtung der Linseneinheit. Unterschiedliche Fokusregelalgorithmen weisen unterschiedliche Festlegungen für den Schritt und die Richtung auf.
Schritt 410: Einstellen der Position der Linseneinheit gemäß dem Fokusregelsignal FC. Wie oben beschrieben, bewegt sich die Linseneinheit somit einen vorbestimmten Schritt hin zu einer vom Fokusregelsignal spezifizierten vorbestimmten Richtung.
Details von Schritt 406 werden primär in 3 offenbart. Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen, die durch angemessene Kombination/Permutation von und/oder Hinzufügung der oben genannten Beschränkungen zu den in 4 gezeigten Schritten gebildet werden, auch als Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden sollten.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Region von Interesse RoI (ROI, Region Of Interest) des digitalen Bildes DI ferner zum Bestimmen der Farbmerkmale gewählt, um so die Rechenkomplexität zu verringern. Die Region von Interesse ROI des digitalen Bildes DI kann ferner über einen Benutzerbefehl selektiert werden, wenn ein Benutzer des Bilderfassungsgerätes 100 das digitale Bild DI in einer Vorschau ansieht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Bildsignalprozessor 130 ferner konfiguriert, um Informationen der Region von Interesse RoI an die spezielle Bildverarbeitungseinheit 120 zu übertragen, d. h. der optionale, in 1 illustrierte gestrichelte Pfad zum Übertragen der Informationen der Region von Interesse RoI. Die spezielle Bildverarbeitungseinheit 120 analysiert danach die Region von Interesse RoI, um Fokusinformationen der Region von Interesse RoI zu erzeugen, und bestimmt die aktuelle Schärfe der Region von Interesse RoI gemäß den Fokusinformationen der Region von Interesse RoI.
Der Bildsignalprozesser 130 bestimmt einen geeigneten Fokusregelalgorithmus zum Einstellen der Position der Linseneinheit 112 gemäß der aktuellen Schärfe der Region von Interesse RoI und detaillierte Implementierung kann leicht bestimmt werden durch Austauschen der in 2–3 gezeigten Schärfe CS gegen die Schärfe der Region von Interesse RoI, so dass die detaillierte Implementierung nicht wiederholt beschrieben wird. Aus diesem Grund kann auch ein mit dem Schärfewert CS der Region von Interesse RoI korrespondierendes Fokusregelsignal für das Bildsensormodul 110 bestimmt werden, um den Fokus des Bilderfassungsgerätes 100 einzustellen.
Es wird auf 5 verwiesen, die ein Verfahren zur Fokuseinstellung zum Einstellen des Fokus der Kameralinse als Reaktion auf die ausgewählte Region von Interesse RoI gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren zur Fokuseinstellung umfasst Schritte wie die Folgenden:
Schritt 502: Empfangen eines digitalen Bildes DI.
Schritt 504: Bestimmen einer Region von Interesse innerhalb des digitalen Bildes DI. Die Region von Interesse RoI kann über einen Benutzereingabebefehl, eine vordefinierte Festlegung (wie etwa Definieren einer mittleren Region), Gesichtserkennung oder Objekterkennung bestimmt werden.
Schritt 506: Berechnen der Schärfe des digitalen Bildes DI gemäß den Bildpunkten innerhalb der Region von Interesse.
Schritt 508: Bestimmen einer Anzahl von Schritten und einer Richtung, die die Linseneinheit zu bewegen ist, gemäß der Schärfe des digitalen Bildes DI.
Desgleichen werden Details von Schritt 508 primär in 3 offenbart, außer dass die Schärfe CS von der Region von Interesse RoI bestimmt wird. Ausführungsformen, die durch angemessene Kombination/Permutation von und/oder Hinzufügung der oben genannten Beschränkungen zu den in 5 gezeigten Schritten gebildet werden, sollten daher auch als Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Fokuseinstellung und ein Bilderfassungsgerät, das das Verfahren zur Fokuseinstellung benutzt. Mit der Hilfe des Verfahrens zur Fokuseinstellung und des Bilderfassungsgerätes kann ein geholtes digitales Bild oder eine Region von Interesse innerhalb des geholten digitalen Bildes stets mit bester Fokusleistung durch einfaches und schnelles Einstellen einer Position einer Linseneinheit des Bilderfassungsgerätes gemäß Farbmerkmalen des digitalen Bildes durchsucht werden.
Es wird dem Fachmann klar sein, dass zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen am Gerät und am Verfahren gemacht werden können, ohne von der Lehre der Erfindung abzuweichen. Demgemäß sollte die obige Offenbarung so auszulegen sein, dass sie nur durch den Rahmen der anhängenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Ein Verfahren zur Fokuseinstellung, das Folgendes beinhaltet: Erfassen eines digitalen Bildes durch ein Bildsensormodul, das eine Linseneinheit beinhaltet; Berechnen eines Farbmerkmals des digitalen Bildes in der RAW-Bilddomäne; Bestimmen eines Fokusregelalgorithmus gemäß dem Farbmerkmal; Erzeugen eines Fokusregelsignals gemäß dem Fokusregelalgorithmus; und Einstellen der Linseneinheit des Bildsensormoduls gemäß dem Fokusregelsignal.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß Anspruch 1, das ferner Folgendes beinhaltet: Bestimmen einer Region von Interesse innerhalb des digitalen Bildes; Analysieren der Bildpunktwerte innerhalb der Region von Interesse; und Berechnen des Farbmerkmals gemäß den Bildpunktwerten der Region von Interesse.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Bestimmen des Regelalgorithmus gemäß dem Farbmerkmal Folgendes beinhaltet: als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem ersten Bereich, Bestimmen, dass der Regelalgorithmus eine lineare Einstellung ist; als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem zweiten Bereich, Bestimmen, dass der Regelalgorithmus eine direktionale Einstellung ist; und als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem dritten Bereich, Bestimmen, dass der Regelalgorithmus eine Fokusabtasteinstellung ist; wobei der erste Bereich, der zweite Bereich und der dritte Bereich mit Fokusgraden von jeweils stark bis schwach korrespondieren.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß Anspruch 3, wobei das Einstellen der Linseneinheit des Bildsensormoduls Folgendes beinhaltet: während des Durchführens der linearen Einstellung als Regelalgorithmus, Einstellen der Linseneinheit um einen ersten Schritt von einer aktuellen Position hin zu einer ersten Richtung, wobei der erste Schritt und die erste Richtung von einer linearen Beziehung zwischen der aktuellen Position der Linseneinheit und den Farbmerkmalen abgeleitet werden; und während des Durchführens der direktionalen Einstellung als Regelalgorithmus, Einstellen der Linseneinheit um einen zweiten vorbestimmten Schritt von der aktuellen Position in eine zweite Richtung, wobei die zweite Richtung von der aktuellen Position der Linseneinheit und den Farbmerkmalen abgeleitet wird.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß Anspruch 3, wobei das Einstellen der Linseneinheit der Bildsensormodullinse Folgendes beinhaltet: während des Durchführens der Fokusabtasteinstellung als Regelalgorithmus, wiederholtes Bewegen der Linseneinheit zu unterschiedlichen Positionen um einen dritten vorbestimmten Schritt in eine dritte Richtung; Berechnen des mit jeder Position korrespondierenden Schärfewertes; und Bestimmen, ob der Regelalgorithmus gemäß dem Schärfewert zu ändern ist, der mit einer spezifischen Position, die in den ersten Bereich fällt, korrespondiert oder unter anderem ein Spitzenwert ist.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Fokusregelsignal Informationen über eine Anzahl von Schritten und eine Richtung beinhaltet, in die die Linseneinheit bewegt wird, und wobei die Berechnung der Farbmerkmale von einer speziellen Verarbeitungseinheit durchgeführt wird und die Farbmerkmale ein oder eine Kombination von einem Schärfewert und/oder einem Vertrauenswert sind.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner Folgendes beinhaltet: Erfassen eines nächsten digitalen Bildes; und Einstellen der Linseneinheit gemäß Farbmerkmalen des nächsten digitalen Bildes.
Ein Verfahren zur Fokuseinstellung, das Folgendes beinhaltet: Erfassen eines digitalen Bildes durch ein Bildsensormodul, das eine Linseneinheit beinhaltet; Bestimmen einer Region von Interesse (ROI) innerhalb des digitalen Bildes; Berechnen eines Schärfewertes korrespondierend mit dem digitalen Bild gemäß Bildpunkten in der ROI des digitalen Bildes; Bestimmen einer Anzahl von Schritten und einer Richtung zum Bewegen der Linseneinheit gemäß dem Schärfewert; als Reaktion auf den Schärfewert, der in einem ersten Bereich ist, Bewegen der Linseneinheit um eine erste Anzahl von Schritten in eine erste Richtung, wobei die erste Anzahl und die erste Richtung von einer linearen Beziehung abgeleitet sind; und als Reaktion auf den Schärfewert, der in einem zweiten Bereich ist, Bewegen der Linseneinheit um eine zweite Anzahl von Schritten in eine zweite Richtung; wobei die zweite Anzahl vorbestimmt ist.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß Anspruch 8, wobei das Bestimmen der ROI auf einem Benutzereingabebefehl, einer vorbestimmten Region oder einem Bildverarbeitungsalgorithmus basiert, wobei der Bildverarbeitungsalgorithmus einer von Gesichtserkennung und Objekterkennung ist.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei das Berechnen des Schärfewertes in der RAW-Bilddomäne von einer speziellen Verarbeitungseinheit durchgeführt wird und an jedem Farbkanal der RAW-Bilddomäne separat durchgeführt wird.
Verfahren zur Fokuseinstellung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner Folgendes beinhaltet: als Reaktion auf den Schärfewert, der in einem dritten Bereich ist, Durchführen einer Fokusabtasteinstellung der Linseneinheit; wobei der erste Bereich mit einem linearen Fokusbereich korrespondiert, der zweite Bereich mit einem direktionalen Fokusbereich korrespondiert und der dritte Bereich mit einem Aus-dem-Fokus-Bereich korrespondiert.
Ein Bilderfassungsgerät, das Folgendes beinhaltet: ein Bildsensormodul, das eine bewegliche Linseneinheit beinhaltet und konfiguriert ist, um ein digitales Bild zu erfassen und eine Position der Linseneinheit gemäß einem Fokusregelsignal einzustellen; eine erste Bildverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, um das digitale Bild in der RAW-Domäne zu analysieren, und konfiguriert ist, um ein Farbmerkmal des digitalen Bildes zu bestimmen; und eine zweite Bildverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Fokusregelalgorithmus gemäß dem Farbmerkmal des digitalen Bildes zu bestimmen, und das Fokusregelsignal für das Sensormodul gemäß dem Fokusregelalgorithmus bereitstellt; wobei als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem ersten Bereich der Regelalgorithmus eine lineare Einstellung ist; als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem zweiten Bereich der Regelalgorithmus eine direktionale Einstellung ist; und als Reaktion auf das Farbmerkmal in einem dritten Bereich der Regelalgorithmus eine Fokusabtasteinstellung ist.
Bilderfassungsgerät gemäß Anspruch 12, wobei die erste Bildverarbeitungseinheit ferner konfiguriert ist, um eine Region-von-Interesse-Information von der zweiten Bildverarbeitungseinheit zu empfangen und die Bildpunkte innerhalb der Region von Interesse des digitalen Bildes zu analysieren, um den Schärfewert zu bestimmen, und wobei die zweite Bildverarbeitungseinheit ferner konfiguriert ist, um die Region von Interesse gemäß einem Benutzereingabebefehl, einer vorbestimmten Region oder einem Bildverarbeitungsalgorithmus zu bestimmen, und wobei der Bildverarbeitungsalgorithmus einer von Gesichtserkennung und Objekterkennung ist.
Bilderfassungsgerät gemäß Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei das Fokussignal Informationen über eine Anzahl von Schritten und eine Richtung zum Bewegen der Linseneinheit beinhaltet; und als Reaktion auf den Regelalgorithmus, der eine lineare Einstellung ist, die Anzahl von Schritten und die Richtung von den Farbmerkmalen und der aktuellen Position der Linseneinheit abgeleitet werden; als Reaktion auf den Regelalgorithmus, der eine direktionale Einstellung ist, die Richtung von den Farbmerkmalen und der aktuellen Position der Linseneinheit abgeleitet wird; und wobei die Anzahl von Schritten in der direktionalen Einstellung vorbestimmt ist.
Bilderfassungsgerät gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die erste Bildverarbeitungseinheit und die zweite Bildverarbeitungseinheit separat implementierte Hardware-Schaltungen sind.