TW201328342A - 自動對焦成像模組及自動對焦方法 - Google Patents

Abstract

一種自動對焦成像模組，其包括一個取像鏡頭、一個影像感測器、一個色彩分離單元、一個處理器、一個圖像處理單元以及一個驅動器。該取像鏡頭用於捕捉物體之圖像，並將所捕捉到之圖像聚焦於該影像感測器表面。該影像感測器用於感測該取像鏡頭所捕捉之圖像。該色彩分離單元用於將該影像感測器所感測到之圖像分別用紅、綠、藍三原色表示。該處理器用於對該影像感測器所感測到之圖像進行MTF運算，根據運算結果確定當前拍攝模式，並根據所確定之當前拍攝模式選擇控制該圖像處理單元或者該驅動器。

Description

自動對焦成像模組及自動對焦方法

本發明涉及一種成像模組，尤其涉及一種具有自動對焦功能的自動對焦成像模組以及一種自動對焦方法。

隨著科技之進步，多數電子設備之鏡頭模組具備自動對焦功能。鏡頭模組之自動對焦技術分為機械式自動對焦技術以及數字式自動對焦技術。

機械式自動對焦技術採用機械結構移動鏡頭內鏡片進行對焦。由於機械式對焦技術要採用複雜的機械結構，導致自動對焦鏡頭成本上升且體積較大。

數位式自動對焦技術藉由軟體模擬、計算將影像感測器所感應到之圖像進行處理，使得因影像感測器畫素點上因失焦而模糊的圖像變的清晰。例如，擴展景深（Extend Depth of Field：EDoF）技術，其利用光的三原色（紅色、綠色、藍色）在不同距離時各自有最佳之MTF曲線，物體在不同距離時，可以當下距離之最佳原色利用演算法數位模擬出其他兩原色，以達到全幅之清晰影像數。然，數位式對焦對焦的缺陷在於對於近距成像能力不足，一般來說，如果物距在40cm以內，則數位自動對焦技術的對焦效果往往不能令人滿意。

有鑒於此，有必要提供一種避免上述問題的自動對焦成像模組，還有必要提供一種自動對焦方法。

一種自動對焦成像模組，其包括一個取像鏡頭、一個與所述取像鏡頭光軸對正之影像感測器、一個與所述影像感測器相連接之色彩分離單元、一個與所述色彩分離單元相連接之處理器、分別與所述處理器相連接之一個圖像處理單元以及一個驅動器。所述取像鏡頭用於捕捉物體之圖像，並將所捕捉到之圖像聚焦於所述影像感測器表面。所述影像感測器用於感測所述取像鏡頭所捕捉之圖像。所述色彩分離單元用於將所述影像感測器所感測到之圖像分別用紅、綠、藍三原色表示。所述處理器用於對所述影像感測器所感測到之圖像進行MTF運算，根據運算結果確定當前拍攝模式，並根據所確定之當前拍攝模式選擇控制所述圖像處理單元或者所述驅動器。所述圖像處理單元用於通過圖像處理方式對所述影像感測器感測到之圖像進行失焦模糊修正。所述驅動器用於驅動所述取像鏡頭進行對焦。

一種自動對焦方法，其包括如下步驟：

將影像感測器所感測到之圖像進行色彩分離，該圖像分別表示為紅、綠、藍三原色圖像；

對所述影像感測器每一畫素單元所感測到之圖像區域進行MTF運算，得到每一畫素單元所感測到之圖像區域對應之MTF值；

依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之MTF值確定所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距；

依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距，確定當前拍攝模式；

如果當前拍攝模式為近焦模式，則進行下列步驟：

依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距，確定最佳對焦位置；

依據所述最佳對焦位置確定取像鏡頭之對焦驅動量；

依據所述對焦驅動量驅動取像鏡頭至最佳對焦位置；

如果當前拍攝模式為遠焦模式，則進行下列步驟：

依據每一畫素單元所感測到之圖像區域對應之MTF值，確定對應畫素單元所感測到之圖像之模糊量；

依據所述每一影像感測單元所感測到之圖像之模糊量，確定對應畫素單元所感測到之圖像之模糊修正量；

依據所述模糊修正量，對每一影像感測單元所感測到之圖像進行模糊修正。

相較先前技術，所述自動對焦成像模組以及以及自動對焦方法利用軟體計算模擬之方式確定被攝物體之物距，並根據物距之情形確定當前拍攝模式，依據拍攝模式選擇軟體計算方式或者驅動取像鏡頭之方式進行對焦，可以達成無論近焦還是遠較拍攝模式下，都能夠得到對焦清晰之圖像。

下面將結合附圖對本發明作一具體介紹。

請參閱圖1，所示為本發明實施方式之自動對焦成像模組100之示意圖，所述自動對焦成像模組100包括一個取像鏡頭10、一個影像感測器20、一個色彩分離單元30、一個處理器40、一個圖像處理單元50以及一個驅動器60。所述影像感測器20之中心對準所述取像鏡頭10之光軸，所述色彩分離單元30與所述影像感測器20相連，所述處理器40與所述色彩分離單元30相連，所述圖像處理單元50以及所述驅動器60均與所述處理器40相連，所述驅動器60還與所述取像鏡頭10相連。

所述取像鏡頭10用於捕捉物體的影像，並將捕捉的影像聚焦投射至所述影像感測器20之感測區域。所述取像鏡頭10內包括至少一個具有正光焦度之鏡片11，所述鏡片11為非球面鏡片。

所述影像感測器20用於感測所述取像鏡頭10所捕捉到之影像。所述影像感測器20包括複數畫素單元（圖未示），所述複數畫素單元呈陣列狀分佈於所述影像感測器20之有效感測區域。其中，每一個畫素單元均包括三原色（紅、綠、藍）畫素。較佳地，所述影像感測器20至少包括2048×1536個畫素單元。本實施方式中，所述影像感測器20可以為Charged-coupled Device（CCD）感測器或者Complementary Metal Oxide Semiconductor（CMOS）感測器。

所述色彩分離單元30用於將所述影像感測器20所感測到之影像分離為用三原色表示之圖像。

所述處理器40包括一個調變傳遞函數（Modulation Transfer Function: MTF）運算模塊41、一個物距運算模塊42、一個物距判斷模塊43、一個模糊量運算模塊44、一個模糊修正量運算模塊45、一個對焦位置運算模塊46及一個驅動量運算模塊47。所述MTF運算模塊41與所述色彩分離單元30相連，所述物距運算模塊42與所述MTF運算模塊41相連，所述物距判斷模塊43與所述物距運算模塊42相連，所述對焦位置運算模塊46以及所述模糊量運算模塊44均與所述物距判斷模塊43相連，所述驅動量運算模塊47與所述對焦位置運算模塊46以及所述驅動器60相連；所述模糊修正量運算模塊45與所述模糊修正量運算模塊45以及所述圖像處理單元50相連。

所述MTF運算模塊41用於對所述影像感測器20上每一畫素單元所感測到之圖像區域進行MTF運算，得到對應區域的MTF值。本實施方式中，所述MTF運算模塊41對每一畫素單元對應之三原色圖像分別進行MTF值運算。

所述物距運算模塊42用於依據所述MTF運算模塊之運算結果，確定每一畫素單元所感測到之圖像之物距。

所述物距判斷模塊43用於依據所述物距運算模塊42之運算結果，確定當前的拍攝模式。具體地，所述物距判斷模塊43將所述物距運算模塊之運算結果作綜合運算，並將該綜合運算之結果與一預設之標準值進行比較，根據比較結果確定當前拍攝模式。本實施方式中，所述綜合運算為對所述物距運算模塊42所得到之每一畫素單元所感測到圖像之物距進行採樣，並根據採樣之數據運算得到用於表徵當前拍攝主要目標物之距離之物距表徵量。所述預設之標準值用於區分當前拍攝模式為近焦模式或者遠焦模式，本實施方式中，所述標準值為40cm，如果所述物距表徵量大於40cm，則當前拍攝模式為遠焦模式，如果所述物距表徵量小於（等於）40cm，則當前拍攝模式近焦模式。

所述模糊量運算模塊44用於依據所述MTF運算模塊41之運算結果，確定該每一畫素單元運算所得到之MTF值與對應物距內標準MTF值之差異，並根據該差異確定每一畫素單元所感測到之圖像之模糊量。所述標準MTF值為每一畫素單元在對應物距內所感測到之最清晰圖像區域之MTF值，因此，所述MTF運算模塊41運算得到之每一個畫素單元之MTF值與對應之標準MTF值之間之差異可以表徵每一畫素單元所感測到之圖像之模糊量。本實施方式中，所述模糊量運算模塊44對每一畫素單元之三原色圖像分別進行模糊量運算。所述模糊量運算模塊44依據所述物距判斷模塊43所確定之拍攝模式而確定是否其功能是否開啟。本實施方式中，當所述物距判斷模塊43判斷當前拍攝模式為遠焦模式時，所述模糊量運算模塊44功能開啟，當所述物距判斷模塊43判斷當前拍攝模式為近焦模式時，所述模糊量運算模塊44功能關閉。

所述模糊修正量運算模塊45用於根據所述模糊量運算模塊44所得到之模糊量，確定對每一畫素單元所感應到之圖像進行模糊修正之修正量。本實施方式中，所述模糊修正量運算模塊45對每一畫素單元之圖像分別進行三原色之模糊修正量運算。

所述對焦位置運算模塊46用於根據所述物距運算模塊42之運算結果，確定所述取像鏡頭10之最佳對焦位置。所述對焦位置運算模塊46依據所述物距判斷模塊43所確定之拍攝模式而確定是否其功能是否開啟。本實施方式中，當所述物距判斷模塊43判斷當前拍攝模式為近焦模式時，所述對焦位置運算模塊46功能開啟，當所述物距判斷模塊43判斷當前拍攝模式為遠焦模式時，所述對焦位置運算模塊46功能關閉。

所述驅動量運算模塊47用於根據所述物距運算模塊42所得到之取像鏡頭10之最佳對焦位置，確定所述取像鏡頭10之對焦驅動量。

所述圖像處理單元50用於根據所述模糊修正量運算模塊45所得到之修正量，對每一畫素單元所感應到之圖像進行模糊修正，以得到清晰圖像。本實施方式中，所述圖像處理單元50對每一畫素單元之圖像進行三原色之修正。

所述驅動器60用於根據所述驅動量運算模塊47所得到之對焦驅動量驅動所述取像鏡頭10至最佳對焦位置。本實施方式中，所述驅動器60為壓電式馬達，當然，所述驅動器60也可以為音圈馬達等其他類型之驅動元件。

請參閱圖2，本發明實施方式之自動對焦方法包括如下步驟：

將影像感測器所感測到之圖像進行色彩分離，該圖像分別表示為紅、綠、藍三原色圖像；

對所述影像感測器每一畫素單元所感測到之圖像區域進行MTF運算，得到每一畫素單元所感測到之圖像區域對應之MTF值；

依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之MTF值確定所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距；

依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距，確定當前拍攝模式；

如果當前拍攝模式為近焦模式，則進行下列步驟：

依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距，確定最佳對焦位置；

依據所述最佳對焦位置確定取像鏡頭之對焦驅動量；

依據所述對焦驅動量驅動取像鏡頭至最佳對焦位置；

如果當前拍攝模式為遠焦模式，則進行下列步驟：

依據每一畫素單元所感測到之圖像區域對應之MTF值，確定對應畫素單元所感測到之圖像之模糊量；

依據所述每一影像感測單元所感測到之圖像之模糊量，確定對應畫素單元所感測到之圖像之模糊修正量；

依據所述模糊修正量，對每一影像感測單元所感測到之圖像進行模糊修正。

所述自動對焦成像模組以及自動對焦方法利用軟體計算模擬之方式確定被攝物體之物距，並根據物距之情形確定當前拍攝模式，依據拍攝模式選擇軟體計算方式或者驅動取像鏡頭之方式進行對焦，可以達成無論近焦還是遠焦拍攝模式下，都能夠得到對焦清晰之圖像。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100．．．自動對焦成像模組

10．．．取像鏡頭

11．．．鏡片

20．．．影像感測器

30．．．色彩分離單元

40．．．處理器

41．．．MTF運算模塊

42．．．物距運算模塊

43．．．物距判斷模塊

44．．．模糊量運算模瑰

45．．．模糊修正量運算模塊

46．．．對焦位置運算模塊

47．．．驅動量運算模塊

50．．．圖像處理單元

60．．．驅動器

圖1係本發明實施方式之自動對焦成像模組之示意圖。

圖2係本發明實施方式之自動對焦方法之流程圖。

100．．．自動對焦成像模組

10．．．取像鏡頭

11．．．鏡片

20．．．影像感測器

30．．．色彩分離單元

40．．．處理器

41．．．MTF運算模塊

42．．．物距運算模塊

43．．．物距判斷模塊

44．．．模糊量運算模塊

45．．．模糊修正量運算模塊

46．．．對焦位置運算模塊

47．．．驅動量運算模塊

50．．．圖像處理單元

60．．．驅動器

Claims (10)

1. 一種自動對焦成像模組，其包括一個取像鏡頭、一個與所述取像鏡頭光軸對正之影像感測器、一個與所述影像感測器相連接之色彩分離單元、一個與所述色彩分離單元相連接之處理器、分別與所述處理器相連接之一個圖像處理單元以及一個驅動器；所述取像鏡頭用於捕捉物體之圖像，並將所捕捉到之圖像聚焦於所述影像感測器表面；所述影像感測器用於感測所述取像鏡頭所捕捉之圖像；所述色彩分離單元用於將所述影像感測器所感測到之圖像分別用紅、綠、藍三原色表示；所述處理器用於對所述影像感測器所感測到之圖像進行MTF運算，根據運算結果確定當前拍攝模式，並根據所確定之當前拍攝模式選擇控制所述圖像處理單元或者所述驅動器；所述圖像處理單元用於通過圖像處理方式對所述影像感測器感測到之圖像進行失焦模糊修正；所述驅動器用於驅動所述取像鏡頭進行對焦。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦成像模組，其中，所述取像鏡頭包括至少一個具有正光焦度之非球面鏡片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦成像模組，其中，所述處理器包括一個MTF運算模塊、一個物距運算模塊、一個物距判斷模塊、一個模糊量運算模塊、一個模糊修正量運算模塊、一個對焦位置運算模塊以及一個一個驅動量運算模塊；所述MTF運算模塊用於對所述影像感測器上每一畫素單元所感測到之圖像區域進行MTF運算，得到對應區域的MTF值；所述物距運算模塊用於依據所述MTF運算模塊之運算結果，確定每一畫素單元所感測到之圖像之物距；所述物距判斷模塊用於依據所述物距運算模塊之運算結果，確定當前的拍攝模式；所述模糊量運算模塊用於依據所述MTF運算模塊之運算結果，確定該每一畫素單元運算所得到之MTF值與對應物距內標準MTF值之差異，並根據該差異確定每一畫素單元所感測到之圖像之模糊量；所述模糊修正量運算模塊用於根據所述模糊量運算模塊所得到之模糊量，確定對每一畫素單元所感應到之圖像進行模糊修正之修正量；所述對焦位置運算模塊用於根據所述物距運算模塊之運算結果，確定所述取像鏡頭之最佳對焦位置；所述驅動量運算模塊用於根據所述物距運算模塊所得到之取像鏡頭之最佳對焦位置，確定所述取像鏡頭之對焦驅動量。
4. 如申請專利範圍第3項所述之自動對焦成像模組，其中，所述MTF運算模塊對每一畫素單元對應之三原色圖像分別進行MTF值運算。
5. 如申請專利範圍第3項所述之自動對焦成像模組，其中，所述物距判斷模塊將所述物距運算模塊之運算結果作綜合運算，並將該綜合運算之結果與一預設之標準值進行比較，根據比較結果確定當前拍攝模式。
6. 如申請專利範圍第5項所述之自動對焦成像模組，其中，所述綜合運算為對所述物距運算模塊所得到之每一畫素單元所感測到圖像之物距進行採樣，並根據採樣之數據運算得到用於表徵當前拍攝主要目標物之距離之物距表徵量。
7. 如申請專利範圍第6項所述之自動對焦成像模組，其中，所述預設之標準值為40cm，如果所述物距表徵量大於40cm，則所述物距判斷模塊判斷當前拍攝模式為遠焦模式，如果所述物距表徵量小於或者等於40cm，則所述物距判斷模塊判斷當前拍攝模式為近焦模式。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自動對焦成像模組，其中，當前拍攝模式為遠焦模式時，所述模糊量運算模塊功能開啟，當前拍攝模式為近焦模式時，所述對焦位置運算模塊功能開啟。
9. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦成像模組，其中，所述驅動器為壓電式馬達。
10. 一種自動對焦方法，其包括如下步驟：
    將影像感測器所感測到之圖像進行色彩分離，該圖像分別表示為紅、綠、藍三原色圖像；
    對所述影像感測器每一畫素單元所感測到之圖像區域進行MTF運算，得到每一畫素單元所感測到之圖像區域對應之MTF值；
    依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之MTF值確定所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距；
    依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距，確定當前拍攝模式；
    如果當前拍攝模式為近焦模式，則進行下列步驟：
    依據所述每一畫素單元所感測到之圖像之物距，確定最佳對焦位置；
    依據所述最佳對焦位置確定取像鏡頭之對焦驅動量；
    依據所述對焦驅動量驅動取像鏡頭至最佳對焦位置；
    如果當前拍攝模式為遠焦模式，則進行下列步驟：
    依據每一畫素單元所感測到之圖像區域對應之MTF值，確定對應畫素單元所感測到之圖像之模糊量；
    依據所述每一影像感測單元所感測到之圖像之模糊量，確定對應畫素單元所感測到之圖像之模糊修正量；
    依據所述模糊修正量，對每一影像感測單元所感測到之圖像進行模糊修正。