KR20020008194A - 목표지정가능 자동 초점 시스템 - Google Patents

Abstract

디지탈 카메라는 광 밀폐 하우징을 포함한다. 적어도 하나의 고상 어레이 이미지 센서가 하우징에 설치된다. 렌즈는 하우징을 통하여 고상 어레이 이미지 센서에 광학적으로 결합된다. 뷰잉 스크린은 고상 어레이 이미지 센서에 의해 감지된 이미지를 뷰잉하기 위하여 고상 어레이 이미지 센서에 결합된다. 이미지 상의 어느 지점이든 선택하기 위하여 사용자-조작식 포인팅 장치가 이용된다. 고상 어레이 이미지 센서와 관련된 회로는 이미지 상의 포인트와 관련된 영역을 뷰잉 스크린 상에 표시하기 위하여 포인팅 장치에 반응하며, 그 영역은 확대되고 이미지의 나머지 부분에 대하여 높은 해상도를 갖는다.

Description

목표지정가능 자동 초점 시스템{TARGETABLE AUTOFOCUS SYSTEM}

자동 초점 시스템은 공지의 기술로서, 특히 소비자에게는 "포인트 앤 슛(point and shoot)" 카메라로, 그리고 전문가 레벨에서는 일안-렌즈 리플렉스 카메라로써 나타내어진 바와 같이 알려져 있다. 이들 시스템들은 뷰 필드의 중앙에 있는 작은 액티브 영역의 이미지를 두개의 서브 이미지로 분할함으로써 동작한다. 이들 두개의 서브 이미지는 그후 개별의 광학 경로를 통과하고 비교되어 당업자에게 잘 알려진대로, 디초점 거리의 기함수인 전기적 에러 신호를 생성한다. 이 에러 신호는 렌즈의 초점 모터를 동작시키는데 이용됨으로써, 서브 이미지가 초점 맞춰지게 한다. 초점 모터가 구동되어질 방향은 오드 에러 신호의 표시로부터 알게된다.

그러한 카메라의 뷰 파인더를 통하여 보면서, 사진가는 초점 영역을 윤곽그리는 박스를 그 또는 그녀가 포커싱하기를 바라는 이미지의 부분에 목표로 하고, 셔터 릴리즈 버튼을 반쯤 누르고, 카메라를 움직여서 찍기를 원하는 프레이밍을 이룬 다음, 셔터 릴리즈 버튼을 완전히 누름으로써, 실제로 이미지를 노출한다. 일부 좀더 진보된 카메라들은 몇개의 알고리즘을 사용하는 카메라에 의해서 스위치되는 수개의 서브 이미지 영역을 가지고 있다. 캐논 카메라 중 일부는 소정의 서브 이미지 중 어느 것을 특정 노출에 이용할지를 결정하기 위해서 심지어 사진가의 눈의 위치를 트랙하는 것을 시도한다.

디지탈 카메라는 단순히 이러한 스타일의 자동 초점 시스템을 모방해왔으며, 그들의 필름 상대에 대한 이점을 제공하지 않았다. 본 발명의 목적은 별도의 광학 시스템 또는 센서의 필요성 없이, 초점 모터를 동작시키기 위하여 이미지를 포착하는데 이용되는 동일한 디지탈 이미지 센서로부터의 신호를 이용하는 디지탈 카메라용의 자동 초점 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 두번째 목적은 제조업자에 의해 고정된 것이라기 보다는 사용자에 의해 선택가능한 서브 이미지 영역 상에서 동작하는 디지탈 카메라용의 자동 초점 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 디지탈 이미징 디바이스 및 디지탈 카메라에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 목표지정가능 자동 초점 시스템 및 목표지정가능 자동 초점 시스템을 사용한 디지탈 카메라에 관한 것이다.

도 1은 전자 카메라용 뷰 파인더 디스플레이의 전면도의 개략도.

도 2는 본 발명에서 이용하는 디스플레이의 외관을 보여주는 이미지도.

도 3은 렌즈 초점 설정의 함수로써의 초점 메트릭의 플롯.

도 4는 도 3에 도시된 초점 메트릭의 개별 데이타 포인트를 계산하기 위한 회로의 블록도.

도 5는 본 발명에 따라 자동 초점을 수행하기 위한 방법을 도시하는데 이용되는 흐름도.

도 6은 도 5의 방법에서 이용되기 위한 새로운 초점 메트릭을 계선하는데 이용될 수 있는 프로세스의 흐름도.

도 7은 도 5의 방법에서 이용되는 초기 초점 휠 증분을 설정하는 프로세스를 도시하는 흐름도.

도 8은 피트(fit)를 포물선 에러 커브로 계산하고, 추정된 최상 위치에 포커싱하는 방법을 도시하는 흐름도.

이 기술 분야의 당업자들은 다음의 본 발명의 설명이 오직 예시적인 것이며 한정하는 것이 아님을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 다른 실시예들은 이 개시문의 이익을 갖는 당업자들에 의해 쉽게 제안될 수 있을 것이다.

본 발명은, 전자 카메라(10)용 뷰파인더 디스플레이의 뷰를 개략적 형태로 보여주는 도 1과 관련하여 보다 잘 이해될 수 있다. 메인 윈도우(12)는, 이미지를 캡쳐하는 데 사용되는 전자 이미징 어레이 분야에 속하는 전체 이미지를 디스플레이하는 데 사용된다. 본 기술 분야의 숙련자들은, 임의의 고품질의 이미징 어레이가, 휴대용 카메라 상에 장착하기에 충분히 작은 전자 디스플레이 상에 완전히 디스플레이될 수 있는 것보다 고 해상도를 가지므로, 윈도우(12)에 디스플레이되는 이미지를 형성하는 데 사용되는 비디오 스트림을 생성하기 위해 센서 어레이의 실제 픽셀(pixel) 중 작은 부분만이 어드레스된다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명과 동일한 양수인에게 양도되어 본 명세서에 참고로 사용된 1999년 4월 30일에 "COLOR SEPARATION PRISMS HAVING SOLID-STATE IMAGERS MOUNTED THEREONAND CAMERA EMPLOYING SAME"이라는 명칭으로 출원된 공동 계류중인 출원 제09/302,565호(대리인 관리 번호 제FOV-031호)에 개시되어 있는 컬러 분리 프리즘에 부착된 3개의 2000×2000 픽셀 센서 칩을 사용하여 고품질 이미징 시스템이 형성될 수 있다.

통상의 액정 뷰파인더 디스플레이는 512×512 픽셀을 갖는다. 센서 어레이로부터의 비디오 이미지를 뷰파인더 스크린 상에 디스플레이하기 위해, 제4행의 센서 어레이 모두가 어드레스되고 각각의 어드레스된 행으로부터 제4 픽셀 모두가 출력된다. 제4 픽셀 모두가 사용되는 본 실시예에서는, 500×500 픽셀의 디스플레이 이미지가 생성된다. 이러한 센서 어레이의 부표본은 예를 들어, 본 발명과 동일한 양수인에게 양도되어 1998년 7월 21일에 "IMAGE SCANNING CIRCUITRY WITH ROW AND COLUMN ADDRESSING FOR USE IN ELECTRONIC CAMERAS"이라는 명칭으로 출원된 공동 계류중인 출원 제09/120,491호에 개시되어 있는 센서 칩 상에 집적된 회로를 어드레스함으로써 달성될 수 있다. 이러한 종래 출원은 본 명세서에서 참고로 사용되었다. 센서 어레이의 온-칩 부표본에 의해 뷰파인더 이미지를 생성하는 이점은 칩을 판독하기 위한 픽셀의 수가 큰 팩터(예시된 예에서는 16)로 감소되어, 판독 시스템의 대역폭 한도 내에서 보다 고속의 프레임 레이트 뷰파인더가 수행될 수 있게 한다.

도 1을 재참조하면, 메인 윈도우(12) 내의 이미지의 선택가능한 서브 영역은, 이미지 내의 관심 영역의 중심에 위치한 커서형 타겟, 크로스-헤어 또는 다른 인디케이터(참조 번호 20로 표시됨)를 이동 및 위치 설정하기 위해, 예를 들어 터치패드같은 포인팅 장치(18), 조이스틱 등을 사용하여 사용자에 의해 정해진다. 서브 영역(14)은 사용자에 의해 사진을 이미징하는 사람의 눈과 같은 특정 관심있는 이미지 영역으로서 선택된다. 각각의 사진 구성이 고유하므로, 관심 영역이 촬영자에 의해 이동될 수 있다는 것이 중요하다. 본 발명은 종래 기술에서 불가능하였던 이러한 특징을 제공한다.

동작시에, 서브 영역(14)은 공동 계류중인 출원 제09/120,491호에 개시되어 있는 센서 칩 상에 장착되는 어드레싱 회로를 사용하여 완전 해상도로 스캐닝된다. 포인팅 장치(18)는 사용자에 의해 이미지 내의 임의 영역의 관심점에 중심이 위치된다. 이러한 설명 및 공동 계류중인 출원 제09/120,491호의 개시된 이점을 갖는 본 기술 분야의 숙련자들이 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 서브 영역(14)의 시작 행 및 열 어드레스는 서브 영역(14)의 중심을 정하는 포인팅 장치(18)의 위치의 행 및 열 어드레스로부터 쉽게 얻어진다. 서브 영역(14)의 시작 행 어드레스는 포인팅 장치 위치의 행 어드레스로부터 서브 영역(14)의 길이(행에서)의 절반을 감산함으로써 얻어진다. 서브 영역(14)의 시작 열 어드레스는 포인팅 장치 위치의 열 어드레스로부터 서브 영역(14)의 폭(열에서)의 절반을 감산함으로써 얻어진다.

그 결과 뷰파인더 스크린 해상도에서 디스플레이될 때 영역(14)보다 큰 완전 해상도 이미지가 된다. 본 명세서에 개시된 예시적 시스템으로부터 번호를 사용하면, 스크린 상에 서브 영역(14)을 완전 해상도로 디스플레이하는 데 필요한 영역이 서브 영역(14)으로 정해진 영역보다 각 치수의 4배 크며, 영역의 16배 크다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 영역(14)의 완전 해상도 버전을 확대 영역(16)으로서 최초 디스플레이 상의 대응 이미지 영역을 대신하여 영역(14)의 중심에 디스플레이하였다. 이러한 중첩에 의해 생성되는 시각 효과는 확대경 또는 루페(loupe)의 효과와 같아서, 그 아래의 서브 영역(14)의 이미지의 일부를 확장시킨다. 본 발명에 따른 디스플레이의 외형은 도 2에 도시되어 있다. 확대 기술은 컴퓨터 메모리에 저장된 텍스트 또는 이미지과 같은 것에 사용되었지만, 본 발명에서와 같은 휴대용 전자 카메라의 생생한 뷰파인더 이미지의 사용자-선택가능 서브 영역을 확대하는 데 사용되지는 않았다. 고해상도 이미지 센서를 시간상 인터리빙된(interleave) 두 가지 다른 모드로 스캔하는 능력은 성능을 떨어뜨리지 않고서 확대된 서브 이미지를 얻는데 결정적인 것이다. 본 발명의 현재의 양호한 실시예에서, 이러한 인터리빙은 1998년 7월 2일에 동계류중인 미국출원번호 제120,491호에 개시된 대로 시작 및 중단 주소를 저장하고 칩상의 제어 레지스터에서 모드 각각을 위해 주소를 증가시키고, 영역(12)과 서브 영역(16)의 데이터를 검색하도록 그들 사이에서 토글하여 달성된다.

뷰파인더(viewfinder)는 카메라(10)상의 편리한 위치에 장착될 수 있다. 당업자가 잘 알 수 있는 바와 같이, 카메라(10)는 렌즈(26)를 통해 차광기(24) 안에 배치된 최소한 하나의 이미지 어레이(22)상에 이미지를 포커싱한다. 렌즈(26)는 가변 초점 렌즈이고, 공지된 바와 같이 렌즈 소자를 이동시키기 위한 초점 모터를 장착하고 있다.

본 발명의 제2 형태는 카메라 렌즈(26)의 초점 모터를 구동하기 위해서 서브 영역(16)에 디스플레이된 데이터를 이용하여, 사진사에 의해 선택된 범위 내에서명확하게 자동 초점 능력을 달성하는 것이다. 이미지의 서브 영역(16)이 메인 윈도우(12)의 전체 이미지과 비교하여 데이터 양이 적으므로, 보다 높은 레이트로 리프레시될 수 있다.

카메라 렌즈의 이미지면에 위치한 고해상도 전자 이미지 시스템은 종래 기술의 카메라 자동 초점 시스템에 의해 요구되는 홀수 에러 신호를 제공하지 않는다. 예를 들면, C. Mead 및 M. Ismail, Eds., 7장, 171-188쪽, Kluwer Academic Publisher, 보스톤, 1989, 아날로그 집적 신경 시스템에 대한 워크샵의 프로시딩, 신경 시스템의 아날로그 VLSI 구현(Analog VLSI implementation of neural systems)의 T. Delbruck의 "그 자체에 이미지를 포커싱하는 칩(A chip that focuses an image on itself)"에 개시된 바와 같이, 초점 시스템을 동작시키기 위해 이미지 어레이로부터 초점 품질의 짝수 에러 메트릭을 사용하여 동작하였다. 본 발명에 따르면, 이미지 품질의 짝수 에러 메트릭은 이미지 자체로부터, 예를 들면 영역에 걸쳐 인접 픽셀의 제1 차이의 제곱의 합을 위하여 얻어진다. 렌즈 초점 설정의 함수로서 이러한 유형의 초점 메트릭의 플롯이 도 3에 도시되어 있다. 초점 메트릭에 대한 개별 데이터 점 중의 하나가 참조번호(28)로 표시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 측정된 함수는 포물선으로 맞추어지고, 렌즈 초점 설정은 계산된 최대 위치(최상의 초점)로 되돌아갔다. 이러한 유형의 계산이 이전에 수행되었다 하여도, 다른 렌즈 초점 설정 각각에서 많은 이미지가 스캔되어야만 하므로, 휴대용의 고해상도 카메라의 상황에서 달성하는 것이 가능하지 않았다. 고해상도 이미지를 스캔하는데 필요한 시간은 1초 단위이고, 그러므로 많은 이미지를 스캔하는 것은 실시간 자동 초점 시스템을 달성할 수 없었다. 그러나, 본 발명에 따라 사용자 선택 서브 이미지(16)를 고해상도로 스캔하는 것은 초의 짧은 일부동안 수행될 수 있다. 각각이 다른 렌즈 초점 설정이고, 최상의 초점을 계산할 필요가 있는 복수의 서브 이미지가 일 초내에 얻어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 사용자가 선택한 이미지의 영역에서 초점을 최적화하는 실시간 자동 초점 시스템을 가능하게 한다.

도 4를 참조하면, 블럭도는 도 3에 도시된 초점 메트릭의 개별 데이터 점을 판정하는 도시적인 계산을 수행하는 회로(30)를 나타낸다. 회로(30)는 3 라인들에 의해 구동된다. 먼저, 픽셀 데이터 스트림은 라인(32)상에 주어진다. 픽셀 클럭은 픽셀 클럭 라인(34) 상에 주어진다. 새로운 이미지 신호는 새 이미지 라인(36)에 주어진다. 픽셀0 레지스터(38)는 라인(32)의 픽셀 데이터 스트림 및 라인(34) 상의 픽셀 클럭에 의해 구동된다. 픽셀0 레지스터(38)는 먼저 라인(36) 상의 새 이미지 신호에 의해 소거된다. 픽셀 클럭 라인(34) 상의 다음 클럭 펄스는 현재 픽셀(픽셀0)의 값을 픽셀0 레지스터(38)로 클럭한다.

픽셀 클럭 라인(34)의 제2 클럭 펄스는 새로운 현재 픽셀(픽셀0)의 값을 픽셀0 레지스터(38)로 클럭하고 최신 이전 현재 픽셀(픽셀-1)을 픽셀-1 레지스터(40)로 클럭한다. 픽셀-1 레지스터(40) 픽셀-1 레지스터(40)의 픽셀-1 출력은 승산기(42)에서 (-1)과 승산되어 그 부호가 변경된 후, 가산기(44)에서 현재 픽셀0의 값으로부터 감산된다. 감산 결과는 유닛(46)에서 제곱화된다.

유닛(46)의 출력은 가산기(50)에서 초점 메트릭 레지스터(48)의 출력에 가산된다. 당업자는 초점 메트릭 레지스터(48)도 라인(36)상의 새 이미지 신호에 의해 소거되었음을 알 것이다.

따라서, 초점-메트릭 레지스터(48)는, 라인(36) 상의 새로운 이미지 신호의 표명(assertion) 후의 제1 픽셀 클럭 펄스 이후에 제로값을 포함한다. 이는 라인(36) 상의 새로운 이미지 신호의 표명 후의 제2 픽셀 클럭 펄스 이후에 픽셀0 레지스터(38) 내의 값의 제곱과 동일한 값을 포함한다. 이는 라인(36) 상의 새로운 이미지 신호의 표명 후의 제3 픽셀 클럭 펄스 이후에만, 최초 2개의 픽셀값의 제곱의 합과 동일한 값을 포함한다. 서브 이미지에 대한 모든 픽셀값이 클럭 인(clock in) 된 후에, 초점-메트릭 레지스터(48)의 출력은 서브 이미지의 선명도(sharpness)를 나타낸다. 상기 값이 다른 레지스터에 의해 판독된 후에, 새로운 이미지 신호가 라인(36) 상에 표명되어 회로(30) 내의 모든 레지스터(38, 40, 48)를 리셋하고, 다음 서브 이미지는 회로(30) 내로 판독될 수 있다. 회로(30)는, 픽셀 클럭에 의해 클럭 인된 각각의 픽셀 값이 클럭 인된 이전 픽셀 값에 인접한 픽셀로부터이고, 비인접 픽셀, 즉 라인 상의 최종 픽셀와 다음 라인 상의 제1 픽셀 상에서는 계산을 수행하지 않는다는 것을 가정한다.

당업자는 회로(30)가 서브 이미지의 수직 및 수평 라인 중 어느 것에서도 작동되고, 이러한 2개의 회로(30)는 수직 및 수평 방향에서 하나의 선택된 라인 상에서 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 당업자는 회로(30)에 의해 구현된 알고리즘이 픽셀값에 기초한 이미지의 초점을 판별하기 위한 유일한 수단이 아니라는 것을 아르 수 있을 것이다. 다른 실시예는 엣지(edge) 검출 알고리즘을 사용하여서브 이미지를 더 필터링할 수 있다. 가장 한정된 엣지 근처의 픽셀들만이 이러한 시스템을 통해 작동할 수 있다.

도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 자동 초점을 수행하기 위한 방법을 도시하기 위하여 흐름도가 사용된다. 도 5에 도시된 방법은, 초점 메트릭 값을 취하여 카메라 초점 메커니즘(이하, "초점 휠(focus wheel)"이라 함)을 이동시킴으로써 최대 이미지 선명도를 검색하여, 3개의 이전 초점 메트릭 값에 기초하여 렌즈 초점을 변화시킨다. 도 5의 시스템에서는 초점 메트릭 이력에 기초하여 높은 초점 메트릭 값을 얻기위해 렌즈를 이동하려고 시도한다.

도 5에 도시된 방법에서, 렌즈의 초점 메커니즘이 얼마자 변화하는지를 제어하는 초점 휠 증분값(FW)이 단계 60에서 제로로 설정되어 초기화된다. 제1 초점 메트릭 FM0이 단계 62에서 계산된다(예를 들면, 도 4의 회로(30)를 이용함). 단계 64에서, 초점 메트릭 FM0이 선명도 임계값보다 큰지 아닌지의 여부에 따라 초기 초점 휠 증분값 FW가 설정된다. 단계 64에서 설정된 FW 증분은 도 7에서 더 상세히 설명된다.

다음, 단계 66에서, 새로운 초점 메트릭 FM0이 초점 휠 증분값 FW을 이용하여 회로(30)에 의해 계산된다. 단계 68에서, 새로운 초점 메트릭 FM0이 현재 초점 휠 증분값 FW을 이용하여 회로(30)에 의해 다시 계산된다. 단계 70에서, 단계 68에서 계산된 새로운 초점 메트릭을, 가장 최근의 초점 메트릭 FM1(단계 66으로부터의) 및 그 다음 최근의 초점 메트릭 FM2(단계 62으로부터의)과 비교하여, 조건 FM0≥FM1≥FM2가 참인지의 여부를 테스트한다. 단계 68에서 단계 66이 반복되어, 단계 70에서의 테스트가 수행되는 첫번째에 FM1과 FM2에 대해 비제로값이 존재하게 된다. 조건 FM0≥FM1≥FM2이 참인 경우, 초점 메트릭 FM0이 되는 현재 초점 설정은 초점 메트릭 FM1이 되는 가장 최근의 초점 설정만큼 적어도 양호하고, 가장 최근의 초점 설정은 초점 메트릭 FM2이 되는 그 다음 가장 최근의 초점 설정 만큼 적어도 양호하다. 이는 초점 휠 FW이 최적 초점을 향하는 방향으로 증분한다는 것을 나타낸다. 다음, 단계 72가 수행되어, 그 현재 값 FW에서 초점 휠 증분을 유지한다.

단계 70에서 FM0 ≥FM1 ≥FM2이 참이 아닌 경우, 단계 68에서 계산된 새로운 초점 메트릭을 단계 74에서의 가장 최근의 초점 메트릭 FM1 및 그 다음 최근의 초점 메트릭 FM2와 비교하여, 조건 FM0 < FM1 ≥FM2이 참인지의 여부를 테스트한다. 조건 FM0 < FM1 ≥FM2이 참인 경우, 현재 초점 설정은 초점 메트릭 FM1이 되는 가장 최근의 초점 설정보다 열악하고, 초점 메트릭 FM1이 되는 가장 최근의 초점 설정은 초점 메트릭 FM2이 되는 그 다음 이전 초점 설정보다 열악하지 않다. 이는 현재 초점 설정 FM0이 과거의 최적 초점 설정을 지나쳤음을 의미한다. 이러한 경우, 초점 휠 방향을 최적 초점 포인트를 향하도록 되돌려 역행시키도록 하기 위하여, 단계 76에서 초점 휠 증분값 FW를 -FW/2와 동일한 새로운 값으로 설정한다. 증분의 크기는 최적 초점 포인트를 오버슛(overshoot)하는 것을 피하기 위하여, 이전 증분의 1/2과 동일한 양으로 설정한다.

FM0 < FM1 ≥FM2가 만족되지 않는 경우, 단계 68에서 계산된 새로운 초점 메트릭은, 단계 78에서, 조건 FM0 > FM1 < FM2이 만족되는지를 테스트하기 위해 최근초점 메트릭 FM1 및 다음 최근 초점 메트릭 FM2와 비교된다. 조건 FM0 > FM1 < FM2이 만족되는 경우, 현재의 초점 설정은 초점 메트릭 FM1이 된 이전의 초점 설정보다 양호하지만, 초점 메트릭 FM1이 된 최근 초점 설정은 초점 메트릭 FM2가 된 다음 최근 초점 설정만큼 양호하지는 않다. 전형적으로, 이 조건은 새로운 초점 메트릭이 조건 FM0 < FM1 > FM2를 따르는 초점 휠 증분값 FW = -FW/2를 이용하여 계산되고, 초점 메트릭 FM0이 된 현재 초점 설정이 최적의 초점 설정을 향해 역행한 때에 만족된다. 이 경우, 초점 휠 증분값 FW를 값 FW/2로 설정하는 단계 80이 수행되어, 초점 휠을 최적 지점측으로 이전 증분값의 절반만큼 더 증가시킴으로써, 오버슛을 방지한다.

FM0 > FM1 < FM2이 만족되지 않는 경우, 현재 초점 설정은 초점 메트릭 FM1이 된 최근 초점 설정만큼 양호하지 않으며, 초점 메트릭 FM1이 된 최근 초점 설정은 초점 메트릭 FM2가 된 다음 최근 초점 설정만큼 양호하지 않았다. 이것은 초기 초점 설정 FM2가 최적의 초점 설정을 지나쳤고, 초점 설정 FM1 및 FM0가 최적의 초점 설정으로부터 계속 멀어지고 있음을 의미한다. 이 경우, 초점 휠 증분 FW를 값 -2FW로 설정하기 위한 단계 82가 행해져서, 초점 휠의 방향을 더 큰 증분값만큼 최적점을 향해 역행시킨다. 이것은 초점 휠 증분값 FW의 부호(이동 방향)을 반전시킬 것이며, 초점 설정을 초점 메트릭 FM2로 된 설정으로 되돌려 놓을 것이다. 도 6의 조사로부터 알 수 있는 바와 같이, 초점 휠 증분값은 초점 메트릭이 계산된 후 최적 초점을 향하는 방향으로 증분할 것이다.

단계 72, 76, 80 또는 82 중 어느 하나가 수행된 후, 현재 초점 휠 증분값이1 미만인지를 테스트하기 위한 단계 84가 행해진다. FW < 1인 경우, 광학 시스템은 인-초점 조건에 충분히 가까우며, 프로세스는 중단된다. 그렇지 않은 경우, 프로세스는 단계 68로 진행하여 새로운 초점 메트릭 FM0를 계산한다.

이제, 도 6으로 되돌아가서, 흐름도를 이용하여, 도 5의 방법에서 이용되는 새로운 초점 메트릭을 계산하기 위한 방법을 설명한다. 우선, 단계 90에서, 초점 휠은 증분값 FW만큼 이동된다. 다음으로 단계 92에서, 새로운 초점 설정을 이용하여 이미저(imager)에 의해 새로운 이미지가 캡쳐된다. 단계 94, 96 및 98 각각에서, 이전의(old) FM2 값은 이전의 FM1 값으로 대체되고, 이전의 FM1 값은 이전의 FM0 값에 의해 대체되며, 이전의 FM0 값은 새롭게 얻어진 이미지에 대해 계산된 FM값에 의해 대체된다. 도 5의 단계 66 및 68과 관련하여 전술한 바와 같이, 이들 두 단계는 FM1 및 FM2에 대하여 0이 아닌 초기값을 제공하기 위해 행해진다.

이제, 도 7을 참조하여 도 5의 프로세스에서 이용될 초기 초점 휠 증분값 FW을 선택하기 위한 예시적인 방법이 설명된다. 우선, 단계 100에서, FW는 64로 설정된다. 그 다음, 단계 102에서, 단계 62에서 계산된 제1 FM0가 선명도(sharpness) 임계값보다 큰지에 대한 판정이 이루어진다. 선명도 임계값보다 크지 않은 경우, FW 초기화는 값 FW를 64로 설정하는 것으로 종료된다. 그러나, 이미지 FM0의 선명도가 임계값보다 큰 경우, 값 FW를 2로 설정하기 위한 단계 104가 행해진다. 이 프로세스의 수행은, 초기의 렌즈 설정이 초점에서 크게 벗어나고 지나치게 큰 FW 증분값을 이용했던 경우에 포커싱하는 데에 많은 시간이 소요되는 것과, 초기 렌즈 설정이 최적의 초점에 가까웠던 경우에 최적의 초점 설정을오버슛팅하는 것 간의 균형을 조절한다. 2의 멱수인 값 64와 2를 이용하여, 단계 76과 단계 80을 조합하여 반복 수행하면, 결국 FW의 값이 0.5로 감소하여 단계 84의 FW < 1 조건이 만족되고, 그 결과 도 5의 초점 탐색 알고리즘이 종료하게 된다.

도 5에 나타난 방법은 초점 설정을 최적 상태로 수렴시키는 다수의 가능한 방법들 중의 하나이다. 이상적으로, 이것은 완성에 도달하며, 초점 휠 증분값(FW)을 렌즈 모터에 의해 분해가능한 최소 단계 미만으로 감소시킨 후에 중단된다 (도 5에서 1 미만). 그러나, 일반적으로 그렇듯이, 초점 메트릭(FM)의 측정값이 노이즈의 영향을 받거나, 이 방법을 행하는 동안에 주체(subject)가 계속적으로 움직이는 경우, 이 방법이 최적 초점을 추적하려 할 때, FW값이 연속적으로 반감 및 배가될 것이다. 이 경우, 이 방법은 중단되지 않거나, 포토그래퍼가 사진을 찍기 전에 충분히 수렴하지 않을 수도 있다. 그러한 경우에 대하여, 포물선형의 에러 곡선을 최근의 FM 값에 맞추어, 초점 모터를 추측되는 최적의 설정으로 이동시키는 최종 FW 증분값을 계산하는 것이 유리하다.

도 5의 방법을 이용하거나, 혹은 가능한 초점 위치를 샘플링하는 몇몇 다른 방법을 사용하던 간에, 최종 증분 FW를 계산하여 그 현재 설정에서 추정된 최상의 초점 설정으로 초점을 이동시킬 수 있는 것이 유용하다.

도 8을 참조하면, 흐름도는 포물선 에러 곡선에 대한 피트(fit)를 계산하고, 추정된 최상의 위치에 초점을 맞추는 방법에 대해 설명한다. 제1 단계 110에서, FP 및 FW는 0으로 설정된다. FP는 초점 위치값이고 FW는 초점 휠 증분값이다. 단계 112에서, 렌즈 초점 휠은 양 FW 만큼 이동되고 위치 FP는 FP=FP+FW를 설정함으로써 새로운 위치를 반영하도록 업데이트된다. 단계 114에서, 초점 매트릭 FM이 측정된다. 다음으로, 단계 116에서, 양 FP, FP², FP³, FP⁴, FM, FM*FP 및 FM*FP²의 평균을 산출한다. 단계 118에서, 모든 테이터를 취할 것인지를 결정한다. 만약 아니라면, 단계 120에서, 새로운 FW가 선택된다. 단계 "다음 FW 선택" 및 "행해졌는가?"는 도 5의 단계 또는 다른 초점 추적 방법에서와 같은 동일한 단계에 대응하도록 규정된다. 예를 들면, "행해졌는가?" 테스트는 자동 초점 버튼을 작동시키던가 또는 셔터 릴리즈를 누르는 것 등의 사용자 입력에 의해 대답될 수 있거나, 도 5를 참조하여 설명한 것과 같은 추적 방법의 수렴에 의해 대답될 수 있다.

단계 120에서 "행해졌는가?"의 결정이 만약 "예"이면, 방법은 포물선 에러 함수를 설정으로부터의 측정에 마춤으로써 최상의 초점 위치의 추정을 결정하는 단계로 간다. 많은 파라미터 추정 방법이 알려져있는데, 단순화하면, 최종 N 데이터 값 에 최상으로 잘 맞는 포물선(2차식, 최적점에 대하여 짝수 대칭을 갖는 가장 단순한 에러 함수)을 발견하기 위해 잘 알려진 최소 제곱법 곡선 핏팅 방법이 사용되며, 여기서, N은 통상 5 내지 10의 포인트들중 선택된 수이다. 포물선의 피트를 계산하기 위해, 도 5의 방법에 명시되어 있지 않은 초점 위치를 얻을 필요가 있다. 그렇게 하기 위해서는, 절대 위치를 렌즈 모터에 부착된 엔코더로부터 판독하거나, 만약 이 장치를 이용할 수 없다면, 단순히 임의의 0의 위치에서 시작하거나 증분 FW를 누적하여, 도 8의 방법에 도시된 바와 같이, 상대 초점 위치 FP를 계속해서 추적한다.

당기술에 잘 알려진 바와 같이, 2차 에러 함수에 대한 최상의 피트 산출은, 독립 변수 FP, 종속 변수 FM의 평균값 및 그들의 곱과 멱수(FP, FP², FP³, FP⁴, FM, FM*FP, FM*FP²의 수단)의 평균값에만 의존하기 때문에 증분적으로 행해질 수 있다. 이 평균값들은 N 포인트의 실행 평균, 또는 포인트의 지수 가중 평균으로서 산출될 수 있다. 따라서, 초점 추적 방법은 적은 노력으로 어느때든 최종 단계 FW를 중단시켜 산출할 수 있다.

도 8에 도시된 방법의 실시예에 따르면, 초점 위치(FP) 값과 초점 매트릭(FM)값 셋트가 단계 122, 124 및 126에서 하기의 최적 피팅 2차 함수의 계수(A2, A1 및 A0)을 계산하는데 이용된다:

FM(FP)∼=A2* FP²+ A1* FP+ A0

마찬가지로, 포물선은 그 중심 부분에 대한 항으로 파라미터화될 수 있으며;

FM(FP)∼=A2*(FP-FC)²+B0

여기서, 파러미터 FC는 초점 위치 크기의 포물선의 초점의 중심 또는 피크를 나타내고, 제1 파라미터화가 기울기 0를 갖는 지점에서 풀음으로써 단계 128에서 제공된다:

FC =-A1/(2*A2)

파라미터 AO 및 B0는 최적의 초점 위치를 위치 지정하는 것과 관련이 있는 것이 아니라, 그들을 최소 제곱법 문제에 대한 매트릭스해에 포함시키는 것이 가장 쉽다.

노이즈가 있는 초점 매트릭의 경우에, 또는 초점이 맞춰지는 곳에 작은 구조물이 있는 경우에, 또는 최적 지점 근처에서 탐색을 하고 매우 작은 증가분으로 이동하였을 경우의, 또 다른 잠재적인 문제점은 추정된 포물선 에러 함수가 샘플링된 영역 양단에서 거의 편평하거나 심지어는 반전되어, 최적의 초점 위치가 심각하게 잘못 추정될 수 있다는 것이다. 이러한 문제에 대한 해결책은 곡선 파라미터 A2가 특정 네거티브 제한값 Amax보다도 더 네거티브가 되도록 제한되어, FM 데이터 내에 정보가 조금 있거나 또는 없는 경우에도, 포물선이 충분히 좁은 피크와 샘플링된 위치 FP 내에 또는 근방의 추정 중심값 FC를 갖게되도록 제한되는 제한된 최소 제곱법 피트를 행한다. 도 8에서, A2의 제1 계산값이 충분히 네거티브가 아니면, 최적의 값 A1 및 A0에 대한 피트는 Amax로 고정된 A2로 계산된다.

일단 FC값이 단계 128에서 결정되면, 렌즈는 단계 128에서 도시된 바와 같이 FW = FC - FP로 설정함으로써 최적 초점의 위치로 복귀될 수 있으며, 여기서, FP는 가장 최근의 초점 위치로서, 단계 130에서 최종 증분 FW만큼 증분된다.

비록 본 발명이 상기 실시예에 대해서만 기술 및 도시되었지만, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 실시예에 대한 변형 및 수정 실시예가 가능하다는 것은 주지의 사실이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 사상을 제외하고는 상기 실시예만에 한정되는 것은 아니다.

Claims (7)

1. 디지탈 카메라에 있어서,

   광 밀폐 하우징과,

   상기 하우징에 배치된 적어도 하나의 고상(solid-state) 어레이 이미지 센서와,

   포커싱 메카니즘을 가지며, 상기 하우징을 통해 상기 고상 어레이 이미지 센서에 광학적으로 결합되는 조정식-초점 렌즈와,

   상기 고상 어레이 이미지 센서에 결합되어 상기 고상 어레이 이미지 센서에 의해 감지된 이미지를 관찰하는 뷰잉 스크린과,

   상기 이미지 상의 어느 한 지점을 선택하는 사용자 조작식 포인팅 장치와,

   상기 고상 어레이 이미지 센서에 연관되고 상기 포인팅 장치에 응답하여, 상기 이미지 상의 상기 지점에 연관되고 상기 이미지의 나머지에 비해 확대되며 보다 높은 해상도를 갖는 영역을 나타내는 픽셀 그룹을 상기 뷰잉 스크린 상에 제공하기 위한 회로

   를 포함하는 디지탈 카메라.
2. 제1항에 있어서, 상기 이미지 상의 상기 지점에 연관된 상기 영역을 나타내는 픽셀들을 처리하여 초점 데이타를 도출해 내기 위한 회로와,

   상기 회로에 결합되어 상기 회로로부터의 상기 초점 데이타에 응답하여, 상기 이미지가 선택된 허용 범위 내에서 상기 이미징 어레이 상에 포커싱되도록 상기 포커싱 메카니즘을 구동시키기 위한 포커싱 수단을 더 포함하는 디지탈 카메라.
3. 제2항에 있어서, 상기 초점 데이타는 초점 포물선을 정의하며, 상기 선택된 허용 범위는 상기 초점 포물선의 초점-중심 피크인 디지탈 카메라.
4. 광 밀폐 하우징과; 상기 하우징에 배치된 적어도 하나의 고상 어레이 이미지 센서와; 포커싱 메카니즘을 가지며, 상기 하우징을 통해 상기 고상 어레이 이미지 센서에 광학적으로 결합되는 조정식-초점 렌즈와; 상기 고상 어레이 이미지 센서에 결합되어 상기 고상 어레이 이미지 센서에 의해 감지된 이미지를 관찰하는 뷰잉 스크린과; 상기 이미지 상의 어느 한 지점을 선택하는 사용자 조작식 포인팅 장치를 포함하는 디지탈 카메라에서, 상기 뷰잉 스크린 상에 제공된 이미지를 포커싱하기 위한 방법에 있어서,

   상기 가변-초점 렌즈로부터의 이미지를 상기 적어도 하나의 고상 어레이 이미지 센서 상으로 전달시키는 단계와,

   상기 뷰잉 스크린 상에 상기 이미지를 디스플레이하는 단계와,

   상기 사용자-조작식 포인팅 장치로부터 상기 뷰잉 스크린 상의 한 지점을 식별하는 출력 신호를 감지하는 단계와,

   상기 뷰잉 스크린 상의 상기 지점에 연관된 영역을 정의하는 단계와,

   상기 적어도 하나의 고상 어레이 이미지 센서로부터 상기 지점에 연관된 상기 이미지의 일부에 대해 확대되고 고 해상도인 뷰를 나타내는 픽셀 그룹을 판독하는 단계와,

   상기 뷰잉 스크린 상의 초점 영역에 상기 픽셀 그룹을 디스플레이하는 단계

   를 포함하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 픽셀 그룹에 대해 상기 가변-초점 렌즈로부터 상기 적어도 하나의 고상 어레이 이미지 센서 상으로 전달되는 상기 이미지의 선명도를 조정하는 자동-초점 조작을 행하는 단계를 더 포함하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 자동-초점 조작은

   상기 이미지 상의 상기 지점에 연관된 상기 영역을 나타내는 상기 픽셀 그룹을 처리하여 상기 초점 데이타를 도출해 내는 단계와,

   상기 초점 데이타에 응답하여, 선택된 허용 범위 내에서 상기 이미지가 상기 이미징 어레이 상에 포커싱되도록 상기 렌즈의 상기 포커싱 메카니즘을 구동시키기는 단계를 포함하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 초점 데이타를 처리하는 단계는 상기 초점 데이타를 처리하여 초점 포물선을 정의하는 단계를 포함하며, 상기 선택된 허용 범위는 상기 초점 포물선의 초점-중심 피크인 방법.