TW201331662A - 相機系統以及自動對焦方法 - Google Patents

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Wei-Ting Liu
Yu-Chun Peng
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Abstract

本發明提供一種相機系統。於一實施例中，該相機系統包括一相機模組以及一處理器，該處理器包括一擴展景深模組以及一自動對焦模組。該相機模組拍攝一目標物體以產生一影像。該擴展景深模組以一擴展景深程序處理該影像以產生一處理影像。該自動對焦模組以一自動對焦程序調整該相機模組之焦距。

Description

相機系統以及自動對焦方法
本發明係有關於相機，特別是有關於相機之自動對焦。
景深(lens depth of field,DOF)表示影像中清晰度高於一界限值的距離範圍。當相機以一特定焦距拍攝一影像時，於該影像中通常僅有該特定焦距所對應之一距離範圍內的物體為清晰的，而於該影像中位於該距離範圍外的物體則為模糊不清的。第1A圖為一般相機100之景深的示意圖。相機100以一特定焦距拍攝物體101、102、103之影像。假設該特定焦距係對應於物體102之距離，因此物體102於影像中係清晰的。此外，若物體與相機100的距離落在D1與D2之間，則物體於影像中的清晰度(sharpness)亦高於一清晰界限值，而D1與D2間之距離範圍稱之為景深。
由於物體101與相機100的距離小於距離D1，因此物體101於影像中的清晰度低於清晰界限值而顯得模糊。同理，由於物體103與相機100的距離大於距離D2，因此物體103於影像中的清晰度低於清晰界限值而顯得模糊。因此，當相機100欲拍攝物體101或103的清晰影像時，需要另行調整相機100的焦距。
擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)係一新的技術，利用特殊的影像處理技術提高影像中物體的清晰度，以擴展影像中的景深。第1B圖為運用擴展景深技術之相機150之景深的示意圖。相機150以一特定焦距拍攝物體161、162、163之影像，再以擴展景深技術提升影像中物體的清晰度。假設該特定焦距係對應於物體162之距離，因此物體162於影像中係清晰的。然而，因為影像經過擴展景深技術之處理，因此影像之景深自第1A圖中原本的D1至D2的距離範圍延展為第1B圖中的D1’至D2’的距離範圍。因為物體161、163與相機之距離皆落在的D1’至D2’的距離範圍中，因此物體161、162於影像中的清晰度皆高於清晰界限值。
自動對焦技術可自動調整相機之焦距，而使相機拍攝到清晰的影像。習知的相機的自動對焦功能需要逐步調整相機之焦距，而需耗費相當長的時間，造成使用者的不便。若妥善運用擴展景深技術之提高影像的清晰度之優點，將可縮短自動對焦技術過程隊交所需的時間，而提升相機的效能。因此，需要一種可結合擴展景深技術之優點的自動對焦技術，以提升相機的整體效能。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種相機系統，以解決習知技術存在之問題。於一實施例中，該相機系統包括一相機模組以及一處理器，該處理器包括一擴展景深模組以及一自動對焦模組。該相機模組拍攝一目標物體以產生一影像。該擴展景深模組以一擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)程序處理該影像以產生一擴展景深影像。該自動對焦模組以一自動對焦程序調整該相機模組之焦距。
本發明提供一種自動對焦方法。於一實施例中，一相機系統包括一相機模組、一擴展景深模組、以及一自動對焦模組。首先，決定是否一目標物體與該相機系統之距離大於一預設界限。若該目標物體與該相機系統之距離大於該預設界限，不調整該相機模組之焦距而控制該相機模組直接拍攝該目標物體以得到一影像。若該目標物體與該相機系統之距離小於該預設界限，於該自動對焦模組自動調整該相機模組之焦距後，控制該相機模組拍攝該目標物體以得到該影像。接著，以該擴展景深模組運用一擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)程序處理該影像以產生清晰度高於一清晰界限值的一擴展景深影像。
本發明更提供一種自動對焦方法。於一實施例中，一相機系統包括一相機模組、一擴展景深模組、以及一自動對焦模組。首先，將一物體與該相機系統之距離劃分為多個距離範圍，並設定分別對應於該等距離範圍之多個預設焦距值。接著，自該等預設焦距值選取一目標預設焦距值。接著，以該自動對焦模組調整該相機模組之焦距為該目標預設焦距值。接著，以該相機模組拍攝一目標物體以產生一影像。接著，以該擴展景深模組運用一擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)程序處理該影像以產生一擴展景深影像。若該擴展景深影像中之該目標物體之清晰度符合一清晰界限值，輸出該擴展景深影像。若該擴展景深影像中之該目標物體之清晰度未達到該清晰界限值，重複執行該目標預設焦距值之選取步驟、該相機模組之焦距之調整步驟、該目標物體之拍攝步驟、該影像之處理步驟，直到該擴展景深影像中之該目標物體之清晰度符合該清晰界限值為止。
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2圖為依據本發明之一相機系統200的區塊圖。於一實施例中，相機系統200包括相機模組202、處理器204、以及驅動器206。處理器204包括一擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)模組222以及一自動對焦模組224。於一實施例中，擴展景深模組222及自動對焦模組224為處理器204所執行的軟體程式。首先，自動對焦模組224以一自動對焦程序使處理器204發出一對焦控制信號，以調整相機模組202之焦距。驅動器206接著依據自處理器204接收的對焦控制信號調整相機模組202之焦距。相機模組202包括一擴展景深鏡頭212以及一感測器214。擴展景深鏡頭212可依據一焦距使外界的物體之影像投影於感測器214上。感測器214接著捕捉其上的影像以產生一影像資料。於一實施例中，擴展景深鏡頭212具有大光圈(aperture)之鏡頭，以提升影像之清晰度。接著，相機模組202產生之影像資料被送至處理器204。擴展景深模組222接著運用一擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)程序處理該影像資料。經過擴展景深程序處理的影像之景深範圍被延展，而使影像中的物體具有更高的清晰度。處理器204再對影像資料進行影像處理後輸出。
第3圖為依據本發明之自動對焦方法300之第一實施例的流程圖。首先，處理器204啟動自動對焦模組224，並控制自動對焦模組224以調整焦距為一預設值(步驟302)。於一實施例中，該焦距預設值對應一遠距離焦點。接著，處理器204啟動擴展景深模組222(步驟304)。假設相機系統200欲拍攝一目標物體之影像。接著，處理器204決定是否目標物體與相機系統200之距離大於一界限距離(步驟306)。若目標物體與相機系統200之距離大於界限距離，經過擴展景深模組222處理之影像之景深範圍應可涵蓋目標物體之位置，而使目標物體之影像不需調整焦距即具有足夠的清晰度。因此，處理器308關閉自動對焦模組224(步驟308)，並且控制相機模組202直接對目標物體拍照以產生一影像(步驟310)。處理器204接著以擴展景深模組222處理該影像以產生一擴展景深影像(步驟310)。
若目標物體與相機系統200之距離小於界限距離(步驟306)，經過擴展景深模組222處理之影像之景深範圍仍無法涵蓋目標物體之位置，因此必須調整焦距後相機模組202才可拍攝到目標物體之清晰影像。因此，處理器204利用自動對焦模組224進行自動對焦以調整相機模組202的焦距(步驟312)。接著，相機模組202對目標物體拍照以產生一影像，而處理器204以擴展景深模組222處理該影像以產生一擴展景深影像(步驟314)。於上述的步驟308與310中，由於相機系統200未經需時較久的自動對焦過程即可拍攝得到目標物體之清晰影像，因此可以節省使用者的時間，而提高相機系統200的效能。
第4圖為對應於第3圖之目標物體距離與影像清晰度的關係之示意圖。假設處理器204於步驟302中調整之焦距預設值對應於焦點位置L2。相機模組202直接以焦距預設值拍攝目標物體所得之影像的清晰度如曲線401’所示，若目標物體與位置L2的距離愈近，則目標物體之影像清晰度愈高。接著，經過擴展景深模組222處理後之擴展景深影像之影像清晰度如曲線401所示，該曲線401之影像清晰度明顯地較原本的曲線401’為高。假設使用者對影像清晰度之最低要求標準為一清晰界限值，而清晰界限值與影像清晰度曲線401之交點為距離T，該距離T為步驟306之界限距離值。若目標物體與相機200之距離大於界限距離值T，則目標物體於擴展景深影像中之清晰度均高於清晰界限值。因此，若目標物體與相機200之距離大於界限距離值T，相機模組202不需調整焦距即能拍攝得到清晰的目標物體影像。
若目標物體與相機200之距離小於界限距離值T，則目標物體於擴展景深影像中之清晰度低於清晰界限值。因此，處理器204必須啟動自動對焦模組224以調整相機模組202之焦距。假設目標物體位於位置L2，則相機模組202以調整後焦距拍攝目標物體所得之影像的清晰度如曲線402’所示。經過擴展景深模組222處理後之擴展景深影像之影像清晰度如曲線402所示，該曲線402之影像清晰度明顯地較原本的曲線402’為高。因此，若目標物體與相機200之距離小於界限距離值T，相機模組202需調整焦距才能拍攝得到清晰的目標物體影像。
第5圖為依據本發明之自動對焦方法500之第二實施例的流程圖。假設處理器204將一物體與相機系統200之距離劃分為多個距離範圍，並設定分別對應於該等距離範圍之多個預設焦距值。第6圖為對應於第5圖之目標物體距離與影像清晰度的關係之示意圖。假設物體與相機系統200之距離被劃分為3個距離範圍：(1)大於距離T1、(2)介於距離T2與距離T1之間、以及(3)小於距離T2。對應於距離範圍(1)、(2)、(3)的預設焦距值所對應的焦點位置分別為L1、L2、以及L3。假設當相機模組202之焦距被設定為對應於位置L1的第一預設焦距值時，相機模組202拍攝後經過擴展景深模組222處理所得之擴展景深影像的清晰度曲線為601。由於曲線601與清晰界限值的交點為T1，因此與相機系統200之距離大於距離T1的物體於該擴展景深影像中之清晰度皆高於清晰界限值。
同理，假設當相機模組202之焦距被設定為對應於位置L2的第二預設焦距值時，相機模組202拍攝後經過擴展景深模組222處理所得之擴展景深影像的清晰度曲線為602。由於曲線602與清晰界限值的交點為T1與T2，因此與相機系統200之距離界於距離T2與距離T1之間的物體於該擴展景深影像中之清晰度皆高於清晰界限值。同理，假設當相機模組202之焦距被設定為對應於位置L3的第三預設焦距值時，相機模組202拍攝後經過擴展景深模組222處理所得之擴展景深影像的清晰度曲線為603。由於曲線603與清晰界限值的交點為T2，因此與相機系統200之距離小於距離T2的物體於該擴展景深影像中之清晰度皆高於清晰界限值。
第5圖為為依據本發明之自動對焦方法500之第二實施例的流程圖。首先，處理器204啟動自動對焦模組224(步驟502)。接著，處理器204啟動擴展景深模組222(步驟504)。接著，處理器204控制自動對焦模組224將相機模組202之焦距調整為第一焦距預設值(步驟506)，以對焦至第6圖之位置L1。接著，相機模組202依據第一焦距預設值拍攝目標物體以得到第一影像，而擴展景深模組222處理第一影像以得到第一擴展景深影像(步驟506)。接著，處理器204檢查是否第一擴展景深影像中目標物體之清晰度高於清晰界限值(步驟508)。若目標物體與相機200之距離大於第6圖之距離T1，則第一擴展景深影像中目標物體之清晰度可高於清晰界限值，處理器204因此將第一擴展景深影像輸出。
若第一擴展景深影像中目標物體之清晰度低於清晰界限值(步驟508)，表示目標物體與相機200之距離小於第6圖之距離T1，則處理器204控制自動對焦模組224將相機模組202之焦距調整為第二焦距預設值(步驟510)，以對焦至第6圖之位置L2。接著，相機模組202依據第二焦距預設值拍攝目標物體以得到第二影像，而擴展景深模組222處理第二影像以得到第二擴展景深影像(步驟510)。接著，處理器204檢查是否第二擴展景深影像中目標物體之清晰度高於清晰界限值(步驟512)。若目標物體與相機200之距離小於第6圖之距離T1且大於第6圖之距離T2，則第二擴展景深影像中目標物體之清晰度可高於清晰界限值，處理器204因此將第二擴展景深影像輸出。
若第二擴展景深影像中目標物體之清晰度低於清晰界限值(步驟512)，表示目標物體與相機200之距離小於第6圖之距離T2，則處理器204控制自動對焦模組224將相機模組202之焦距調整為第三焦距預設值(步驟514)，以對焦至第6圖之位置L3。接著，相機模組202依據第三焦距預設值拍攝目標物體以得到第三影像，而擴展景深模組222處理第三影像以得到第三擴展景深影像(步驟514)。接著，處理器204檢查是否第三擴展景深影像中目標物體之清晰度高於清晰界限值(步驟516)。若目標物體與相機200之距離小於第6圖之距離T2，則第三擴展景深影像中目標物體之清晰度可高於清晰界限值，處理器204因此將第三擴展景深影像輸出。
最後，若第三擴展景深影像中目標物體之清晰度低於清晰界限值(步驟516)，則處理器204利用自動對焦模組224進行自動對焦以調整焦距(步驟518)。接著，相機模組202對目標物體拍照以產生第四影像，而擴展景深模組222處理第四影像以產生第四擴展景深影像，處理器204因此將第四擴展景深影像輸出。上述自動對焦方法500的流程僅有在步驟518運用到耗時長的自動對焦程序，而之前的步驟506、510、514均以跳躍性的調整焦距至焦距預設值，可大幅節省拍攝目標物體之影像所需的時間，而提高相機系統200之效能。
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。
200．．．相機系統
202．．．相機模組
212．．．擴展景深(EDOF)鏡頭
214．．．感測器
204．．．處理器
206．．．驅動器
222．．．擴展景深(EDOF)模組
224．．．自動對焦模組
第1A圖為為一般相機100之景深的示意圖；
第1B圖為運用擴展景深技術之相機150之景深的示意圖；
第2圖為依據本發明之一相機系統200的區塊圖；
第3圖為依據本發明之自動對焦方法300之第一實施例的流程圖；
第4圖為對應於第3圖之目標物體距離與影像清晰度的關係之示意圖；
第5圖為依據本發明之自動對焦方法300之第二實施例的流程圖；
第6圖為對應於第5圖之目標物體距離與影像清晰度的關係之示意圖。
200．．．相機系統
202．．．相機模組
212．．．擴展景深(EDOF)鏡頭
214．．．感測器
204．．．處理器
206．．．驅動器
222．．．擴展景深(EDOF)模組
224．．．自動對焦模組

Claims (16)

  1. 一種相機系統，包括：一相機模組，依據一焦距拍攝一目標物體以產生一影像；以及一處理器，包括：一擴展景深模組，以一擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)程序處理該影像，以產生一擴展景深影像；以及一自動對焦模組，以一自動對焦程序調整該相機模組之該焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之相機系統，其中該相機模組具有大光圈(aperture)之一鏡頭(lens)，以提升該影像之清晰度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之相機系統，其中若該目標物體與該相機系統之距離大於一預設界限，則該處理器不調整該焦距而直接控制該相機模組拍攝該目標物體以得到第一影像，並使該擴展景深模組處理該第一影像以產生高於一清晰界限值的一第一擴展景深影像。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之相機系統，其中若該目標物體與該相機系統之距離小於一預設界限，則該處理器使該自動對焦模組自動調整該焦距，控制該相機模組拍攝該目標物體以得到第二影像，並使該擴展景深模組處理該第二影像以產生高於該清晰界限值的一第二擴展景深影像。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之相機系統，其中該處理器將一物體與該相機系統之距離劃分為多個距離範圍，並設定分別對應於該等距離範圍之多個預設焦距值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之相機系統，其中當該相機模組之焦距被設定為該等預設焦距值其中之一時，位於對應於被設定的該預設焦距值之該距離範圍內的物體於該擴展景深影像中之清晰度皆高於一清晰界限值。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之相機系統，其中該處理器調整該焦距為一第一預設焦距值，該相機模組依據該第一預設焦距值拍攝該目標物體以得到一第一影像，該擴展景深模組處理該第一影像以得到一第一擴展景深影像，且若於該第一擴展景深影像中之該目標物體之清晰度符合該清晰界限值則該處理器輸出該第一擴展景深影像。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之相機系統，其中若於該第一擴展景深影像中之該目標物體之清晰度不符合該清晰界限值，該處理器調整該焦距為一第二預設焦距值，該相機模組依據該第二預設焦距值拍攝該目標物體以得到一第二影像，該擴展景深模組處理該第二影像以得到一第二擴展景深影像，且若於該第二擴展景深影像中之該目標物體之清晰度符合該清晰界限值則該處理器輸出該第二擴展景深影像。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之相機系統，其中若於該第二擴展景深影像中之該目標物體之清晰度不符合該清晰界限值，該處理器調整該焦距為一第三預設焦距值，該相機模組依據該第三預設焦距值拍攝該目標物體以得到一第三影像，該擴展景深模組處理該第三影像以得到一第三擴展景深影像，且若於該第三擴展景深影像中之該目標物體之清晰度符合該清晰界限值則該處理器輸出該第三擴展景深影像。
  10. 一種自動對焦方法，其中一相機系統包括一相機模組、一擴展景深模組、以及一自動對焦模組，該自動對焦方法包括下列步驟：決定是否一目標物體與該相機系統之距離大於一預設界限；若該目標物體與該相機系統之距離大於該預設界限，不調整該相機模組之焦距而控制該相機模組直接拍攝該目標物體以得到一影像；若該目標物體與該相機系統之距離小於該預設界限，於該自動對焦模組自動調整該相機模組之焦距後，控制該相機模組拍攝該目標物體以得到該影像；以及以該擴展景深模組運用一擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)程序處理該影像以產生清晰度高於一清晰界限值的一擴展景深影像。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之自動對焦方法，其中該相機系統包括一處理器，而該擴展景深模組以及該自動對焦模組位於該處理器中。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之自動對焦方法，其中該相機模組具有大光圈(aperture)之一鏡頭(lens)，以提升該影像之清晰度。
  13. 一種自動對焦方法，其中一相機系統包括一相機模組、一擴展景深模組、以及一自動對焦模組，該自動對焦方法包括下列步驟：將一物體與該相機系統之距離劃分為多個距離範圍，並設定分別對應於該等距離範圍之多個預設焦距值；自該等預設焦距值選取一目標預設焦距值；以該自動對焦模組調整該相機模組之焦距為該目標預設焦距值；以該相機模組拍攝一目標物體以產生一影像；以該擴展景深模組運用一擴展景深(Extending lens depth of field,EDOF)程序處理該影像以產生一擴展景深影像；若該擴展景深影像中之該目標物體之清晰度符合一清晰界限值，輸出該擴展景深影像；以及若該擴展景深影像中之該目標物體之清晰度未達到該清晰界限值，重複執行該目標預設焦距值之選取步驟、該相機模組之焦距之調整步驟、該目標物體之拍攝步驟、該影像之處理步驟，直到該擴展景深影像中之該目標物體之清晰度符合該清晰界限值為止。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之自動對焦方法，其中當該相機模組之焦距被設定為該等預設焦距值其中之一時，位於對應於被設定的該預設焦距值之該距離範圍內的物體於該擴展景深影像中之清晰度皆高於該清晰界限值。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之自動對焦方法，其中該目標預設焦距值之選取步驟包括自未被選取過的該等預設焦距值中依序選取對應於與該相機系統距離最遠之該距離範圍的該預設焦距值作為該目標預設焦距值。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之自動對焦方法，其中該相機模組具有大光圈(aperture)之一鏡頭(lens)，以提升該影像之清晰度。
TW101103217A 2012-01-20 2012-02-01 相機系統以及自動對焦方法 TWI446057B (zh)

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