TW201312249A - 影像處理系統及自動對焦方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種影像處理系統，包括一第一相機、一第二相機、以及一自動對焦模組。該第一相機對一區域照像以產生一第一影像。該第二相機對該區域照像以產生一第二影像，其中該第一影像與該第二影像之間存在著一視差。該自動對焦模組依據該視差調整該第一相機及該第二相機之焦距。

Description

影像處理系統及自動對焦方法

本發明係有關於影像，特別是有關於影像之自動對焦。

當相機進行拍攝影像時，必須對鏡頭進行焦距的調整，才能使入射鏡頭的光成像於相機的感光元件。此一焦距調整的過程稱之為對焦。要使所拍攝的影像達到高的清晰度(accuracy)，對焦過程必須十分精確，以使入射光確實聚焦於感光元件上，而使感光元件上形成的影像達到足夠清晰度。因此，對焦過程經常十分耗時。

目前一般較高級的數位相機均有自動對焦的功能。然而，一般的自動對焦功能，係由數位相機逐步調整鏡頭的焦距，再檢測感光元件上形成的影像是否達到足夠清晰度。當感光元件上形成的影像未達到足夠的清晰度，數位相機便再度調整鏡頭的焦距。而一般數位相機的焦距調整係由歩進馬達移動鏡頭內的凸透鏡及凹透鏡之相對距離而達成。如此反覆的過程使得整個自動對焦過程十分耗時，造成使用者拍攝影像的不便。若能縮短自動對焦過程的時間，則能大幅提升相機的效能。因此，需要一種自動對焦的方法。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種影像處理系統，以解決習知技術存在之問題。於一實施例中，該影像處理系統包括一第一相機、一第二相機、以及一自動對焦模組。該第一相機對一區域照像以產生一第一影像。該第二相機對該區域照像以產生一第二影像，其中該第一影像與該第二影像之間存在著一視差。該自動對焦模組依據該視差調整該第一相機及該第二相機之焦距。

本發明更提供一種自動對焦方法。於一實施例中，一影像處理系統包括一第一相機、一第二相機、以及一自動對焦模組。首先，以該第一相機對一區域照像以產生一第一影像。接著，以該第二相機對該區域照像以產生一第二影像，其中該第一影像與該第二影像之間存在著一視差。接著，以該自動對焦模組依據該視差調整該第一相機及該第二相機之焦距。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：

第1圖為依據本發明之可自動對焦的影像處理系統100的區塊圖。於一實施例中，影像處理系統100包括相機102及104、以及影像處理裝置106。影像處理裝置106包括同步(synchronization)模組112、調整(rectification)模組114、自動對焦模組118、以及影像處理器110。於一實施例中，影像處理器110更包括一深度圖產生模組116。相機102及104連接至影像處理系統106。相機102對一區域照像以產生一第一影像。相機104對該區域照像以產生一第二影像。於一實施例中，第一相機102與第二相機104可用不同的焦距該區域照像，亦可用相同的焦距該區域照像。於一實施例中，第一相機102與第二相機104係平行併列，並對一目標物件產生一3D圖示或3D錄影。同步模組112使相機102及104對第一影像與第二影像之拍攝達成同步，並結合第一影像及第二影像以產生一聯合影像。調整(image rectification)模組114修正第一影像與第二影像因視角不同所造成的失真(distortion)以產生一調整影像。影像處理器110對調整影像進行影像處理。

深度圖產生模組116依據經同步模組112同步調整後之第一影像及第二影像間之視差資訊而產生一深度圖(depth map)。第一影像與第二影像間存在因相機102及104的視角不同所造成的差異，而深度圖產生模組116將第一影像與第二影像間存在的差異轉化為對應於調整影像各畫素之視差資訊，再進一步將各畫素之視差資訊轉換為各畫素對應之距離資訊。於一實施例中，相機102及相機104之鏡頭朝向同一方向，且相機102及相機104之鏡頭相距一固定距離。由於相機102及相機104之鏡頭相距一固定距離，同一物體於相機102所拍攝的第一影像及相機104所拍攝的第二影像中的位置會略有不同，而此一位置的差距稱之為視差(visual difference)。因此，深度圖產生模組116所產生的深度圖帶有第一影像及第二影像間之視差資訊。

於一實施例中，深度圖產生模組116自第一影像及第二影像中選取一目標物件，並藉由目標物件在第一影像與第二影像內成像位置的差距決定第一影像及第二影像間之視差。由於目標物件的視差大小與目標物件的距離成反比，因此深度圖產生模組116可確切的估計目標物件與相機102及104之中心點的距離。深度圖產生模組116依據該視差產生深度圖(depth map)，其中該深度圖包含該區域內之該目標物件相對於影像處理系統106之物距(camera-to-subject distance)。於一實施例中，深度圖產生模組116依據該物距決定第一相機102及第二相機104之焦距。

深度圖產生模組116所產生的深度圖被送至自動對焦模組118。自動對焦模組118依據深度圖帶有的視差資訊調整第一相機102及第二相機104之焦距。接著，自動對焦模組118更依據所估計的目標物件之距離調整相機102及104之焦距，以使目標物件的影像能清晰地聚焦於第一影像及第二影像。於一實施例中，自動對焦模組118包含一音圈馬達以調整該第一相機及該第二相機之焦距。於一實施例中，自動對焦模組118分別產生第一對焦控制信號及第二對焦控制信號，以控制相機102及104的對焦過程。由於自動對焦模組118已知目標物件的距離，便可快速地計算出目標物件成像於相機102及104之感光元件上的焦距，並對相機102及104的焦距進行調整。因此，影像處理系統100不用如同習知對焦過程般嘗試錯誤地遞廻調整焦距，而耗費大量的時間。因此，本發明的影像處理系統100的對焦過程所需的時間可大幅縮短，而增進影像處理系統100的效能。

第2圖為依據本發明之自動對焦方法200之流程圖。首先，第一相機102對一區域照像以產生一第一影像(步驟202)。接著，第二相機104對該區域照像以產生一第二影像(步驟204)。接著，深度圖產生模組116依據該第一影像及該第二影像產生一深度圖(步驟206)，其中深度圖包括存在於該第一影像及該第二影像間之視差資訊。接著，深度圖產生模組116依據該深度圖之視差資訊估計一目標物件與該影像處理系統之距離(步驟208)。於一實施例中，該距離為自該目標物件至該第一相機及該第二相機之中心點之間的距離。於一實施例中，當目標物件之視差愈大，則自動對焦模組118所估計之目標物件之距離愈短；而當目標物件之視差愈小，則自動對焦模組118所估計之目標物件之距離愈長。

第3A圖為具較短之距離之目標物件350的視差之示意圖。目標物件350位於相機302及304之中軸線上。目標物件350與相機302及304之中心點的距離為D₁，因此目標物件350與相機302及304距離較短。目標物件350與相機304之中軸線的垂直距離為D₃。因此，目標物件350與相機304之視差角度α₂為tan^-1(D₃/D₁)。因為目標物件350與相機302之視差角度α₂相等於視差角度α₁，因此目標物件350於相機302及304所拍攝之影像中的總視差角度為2×tan^-1(D₃/D₁)。第3B圖為具較長之距離之目標物件352的視差之示意圖。目標物件352位於相機302及304之中軸線上。目標物件352與相機302及304之中心點的距離為D₂，因此目標物件350與相機302及304距離較長。同理，目標物件352於相機302及304所拍攝之影像中的總視差角度為2×tan^-1(D₂/D₁)。很明顯的，由於第3B圖之目標物件352之距離D₂大於第3A圖之目標物件350之距離D₁，因此第3B圖之目標物件352之總視差角度2×tan^-1(D₃/D₂)小於第3A圖之目標物件350之總視差角度2×tan^-1(D₃/D₁)。因此，當目標物件之視差愈大，則深度圖產生模組116所估計之目標物件之距離愈短；而當目標物件之視差愈小，則深度圖產生模組116所估計之目標物件之距離愈長。

當深度圖產生模組116依據深度圖之視差資訊產生目標物件之估計距離後，自動對焦模組119依據該估計距離調整第一相機102及第二相機104之焦距(步驟210)。一般而言，第一相機102及第二相機104皆具有變焦鏡頭(zoom lens)，可藉調整鏡頭內的凸透鏡與凹透鏡之距離以變動焦距，而鏡頭內的凸透鏡與凹透鏡之距離係以歩進馬達進行調整。於一實施例中，深度圖產生模組116依據目標物件之估計距離計算一估計焦距，自動對焦模組119再發出對焦控制信號調整第一相機102及第二相機104之變焦鏡頭，以使第一相機102及第二相機104之焦距符合該估計焦距。因此，目標物件可於直接投影於相機102及104的感光元件後形成清晰的影像。最後，自動對焦模組118再對第一相機102及第二相機104之焦距進行微調以符合影像清晰度(步驟212)。

第4圖為依據本發明之自影像400選取目標物件的示意圖。影像400可為相機102產生的第一影像、相機104產生的第二影像、同步模組112產生的聯合影像、或調整模組114產生的調整影像。首先，影像處理器110將影像400分割為多個影像分區401~409。舉例來說，影像400可被分割為上左、上中、上右、中左、中中、中右、下左、下中、下右等九個影像分區。接著，影像處理器110搜尋多個影像分區中之一特定分區而得到目標物件。一般而言，位於影像400中間的影像分區405被預設為搜尋目標物件之特定分區。然而，影像處理系統100之使用者亦可指定特定分區。於一實施例中，當影像處理器110搜尋特定分區時，可進行人臉辨識，而得到目標物件。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

(第1圖)

100．．．影像處理系統

102,104．．．相機

106．．．影像處理裝置

112．．．同步模組

114．．．調整模組

116．．．深度圖產生模組

110．．．影像處理器

118．．．自動對焦模組

(第3A圖/第3B圖)

350,352．．．目標物件

302,304．．．相機

第1圖為依據本發明之可自動對焦的影像處理系統的區塊圖；

第2圖為依據本發明之自動對焦方法之流程圖；

第3A圖為具較短之距離之目標物件的視差之示意圖；

第3B圖為具較長之距離之目標物件的視差之示意圖；以及

第4圖為依據本發明之自影像選取目標物件的示意圖。

Claims (25)

1. 一種影像處理系統，包括：一第一相機，對一區域照像以產生一第一影像；一第二相機，對該區域照像以產生一第二影像，其中該第一影像與該第二影像之間存在著一視差；以及一影像處理裝置，耦接於該第一相機及該第二相機，包括：一深度圖產生模組；以及一自動對焦模組，依據該視差調整該第一相機及該第二相機之焦距。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理系統，其中該第一相機與該第二相機係平行併列，並對一目標物件產生一3D圖示或3D錄影。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理系統，其中該深度圖產生模組依據該視差產生一深度圖(depth map)，自該第一影像及該第二影像中選取一目標物件，並依據該深度圖中的該目標物件之該視差估計該目標物件與該影像處理系統之一距離。
4. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理系統，其中該深度圖產生模組自該第一影像及該第二影像中選取一目標物件，並藉由該目標物件在該第一影像與該第二影像內成像位置的差距決定該視差。
5. 如申請專利範圍第4項所述之影像處理系統，其中該深度圖產生模組依據該視差產生一深度圖(depth map)，其中該深度圖包含該區域內之該目標物件相對於該影像處理系統之物距(camera-to-subject distance)。
6. 如申請專利範圍第5項所述之影像處理系統，其中該深度圖產生模組依據該物距決定該第一相機及該第二相機之焦距。
7. 如申請專利範圍第6項所述之影像處理系統，其中該自動對焦模組依據該深度圖產生模組所決定之焦距調整該第一相機及該第二相機之焦距。
8. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理系統，其中該自動對焦模組包含一音圈馬達以調整該第一相機及該第二相機之焦距。
9. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理系統，其中該自動對焦模組更對該第一相機及該第二相機之焦距進行微調，直到該目標物件於該第一相機及該第二相機之影像清晰度符合一標準。
10. 如申請專利範圍第5項所述之影像處理系統，其中當對應於該目標物件之視差愈大，該深度圖產生模組所產生之該目標物件之該物距愈短；當對應於該目標物件之視差愈小，該深度圖產生模組所產生之該目標物件之該物距愈長。
11. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理系統，其中該第一相機及該第二相機之鏡頭朝向同一方向，且該第一相機及該第二相機之鏡頭相距一固定距離。
12. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理系統，其中該第一影像及該第二影像被劃分為多個影像分區，且該目標物件係藉搜尋該多個影像分區中之一特定分區而得，其中該特定分區可為預設或由一使用者指定。
13. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理系統，其中該影像處理系統包括一影像處理器，該深度圖產生模組位於該影像處理器之中，且該影像處理器產生一對焦控制信號給該自動對焦模組以調整該第一相機及該第二相機之焦距。
14. 一種自動對焦方法，其中一影像處理系統包括一第一相機、一第二相機、以及一自動對焦模組，該自動對焦方法包括：以該第一相機對一區域照像以產生一第一影像；以該第二相機對該區域照像以產生一第二影像，其中該第一影像與該第二影像之間存在著一視差；以及以該自動對焦模組依據該視差調整該第一相機及該第二相機之焦距。
15. 如申請專利範圍第14項所述之自動對焦方法，其中該第一相機與該第二相機係平行併列，並對一目標物件產生一3D圖示或3D錄影。
16. 如申請專利範圍第14項所述之自動對焦方法，其中該影像處理系統更包括一深度圖產生模組，而該自動對焦方法更包括：以該深度圖產生模組自該第一影像及該第二影像中選取一目標物件；以及以該深度圖產生模組藉由該目標物件在該第一影像與該第二影像內成像位置的差距決定該視差。
17. 如申請專利範圍第16項所述之自動對焦方法，更包括：以該深度圖產生模組依據該視差產生一深度圖(depth map)，其中該深度圖包含該區域內之該目標物件相對於該影像處理系統之物距(camera-to-subject distance)。
18. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦方法，更包括：以該深度圖產生模組依據該物距決定該第一相機及該第二相機之焦距。
19. 如申請專利範圍第18項所述之自動對焦方法，更包括：以該自動對焦模組依據該深度圖產生模組所決定之焦距調整該第一相機及該第二相機之焦距。
20. 如申請專利範圍第14項所述之自動對焦方法，其中該自動對焦模組包含一音圈馬達以調整該第一相機及該第二相機之焦距。
21. 如申請專利範圍第14項所述之自動對焦方法，更包括：以該自動對焦模組對該第一相機及該第二相機之焦距進行微調，直到該目標物件於該第一相機及該第二相機之影像清晰度符合一標準。
22. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦方法，其中當對應於該目標物件之視差愈大，該深度圖產生模組所產生之該目標物件之該物距愈短；當對應於該目標物件之視差愈小，該深度圖產生模組所產生之該目標物件之該物距愈長。
23. 如申請專利範圍第14項所述之自動對焦方法，其中該第一相機及該第二相機之鏡頭朝向同一方向，且該第一相機及該第二相機之鏡頭相距一固定距離。
24. 如申請專利範圍第14項所述之自動對焦方法，更包括：劃分該第一影像及該第二影像為多個影像分區；以及搜尋該多個影像分區中之一特定分區而得到該目標物件，其中該特定分區可為預設或由一使用者指定。
25. 如申請專利範圍第14項所述之自動對焦方法，其中該影像處理系統包括一影像處理器，該深度圖產生模組位於該影像處理器之中，且該影像處理器產生一對焦控制信號給該自動對焦模組以調整該第一相機及該第二相機之焦距。