TW201336300A - 自動對焦成像模組 - Google Patents
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Abstract
一種自動對焦成像模組，包括一個取像鏡頭、一個與該取像鏡頭光學耦合之影像感測器、一個色彩分離處理器、一個控制器及一個形狀記憶合金驅動器。光線經該取像鏡頭後成像於影像感測器。該色彩分離處理器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。該控制器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物距。如果當前拍攝物距大於一預設標準值，該控制器對該影像感測器感測到之圖像進行失焦模糊修正。如果當前拍攝物距小於該預設標準值，該控制器控制該形狀記憶合金驅動器帶動該取像鏡頭進行對焦。
Description
本發明涉及一種成像模組，尤其涉及一種自動對焦成像模組。
數位式自動對焦技術藉由軟體仿真、計算將影像感測器所感應到之圖像進行處理，使得因影像感測器圖元點上因失焦而模糊之圖像變得清晰。擴展景深(Extend Depth of Field：EDoF)技術是常見之數位式自動對焦技術，其利用光之三原色(紅色、綠色、藍色)在不同距離時各自有最佳之模量傳輸函數值(modulation transfer function, MTF)曲線，因此可以利用物體當前距離之最佳原色利用演算法數字仿真出其他兩原色，以達到全幅之全彩清晰影像。然而，數字式對焦之缺陷在於對於近距由於各MTF曲線相似度較大導致成像能力不足，一般來說，如果物距在預設標準值範圍(該預設標準值通常為40cm)以內，則數位自動對焦技術之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之自動對焦成像模組。
一種自動對焦成像模組，其包括一個取像鏡頭、一個與所述取像鏡光學耦合之影像感測器、一個與所述影像感測器相連接之色彩分離處理器、一個與所述色彩分離處理器相連接之控制器以及一個形狀記憶合金驅動器。光線經過所述取像鏡頭後成像於所述影像感測器。所述色彩分離處理器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。所述控制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物距，如果當前拍攝物距大於一預設標準值，則所述控制器對所述影像感測器感測到之圖像進行失焦模糊修正。如果當前拍攝物距小於所述預設標準值，則所述控制器控制所述形狀記憶合金驅動器帶動所述取像鏡頭進行對焦。
對於已有技術，所述控制器首先確定被攝物體之物距，並根據物距之情形是否大於所述預設標準值選擇採用圖像進行失焦模糊修正之方式進行對焦或者採用形狀記憶合金驅動器進行對焦，無論物距是否大於所述預設標準值，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及圖2，為本發明實施方式之自動對焦成像模組1，包括一個取像鏡頭100、一個電路板200、一個影像感測器300、一個色彩分離處理器400、一個形狀記憶合金(shape memory alloy, SMA)驅動器500及一個控制器600。
所述取像鏡頭100具有一光軸OO並包括一個鏡筒10、一個鏡座12及至少一個具有正光焦度之非球面之鏡片14。光線經所述取像鏡頭100投射至所述影像感測器300之感測區域並在影像感測區域形成圖像。
所述鏡筒10大致為中空圓柱狀，其包括一圓柱狀主體部101、自所述主體部101一端向該主體部101中心軸延伸之前蓋部102以及環繞所述前蓋部102並向遠離所述前蓋部102方向延伸凸緣部103，所述主體部101之中心軸與所述光軸OO重疊。所述凸緣部103為圓環形，其外徑大於所述主體部101之外徑。所述凸緣部103開設有兩個貫穿該凸緣部103且平行所述光軸OO之導孔1031。所述兩個導孔1031對稱地設置於所述凸緣部103之一直徑方向上。所述凸緣部103包括一個平行於所述光軸OO之側面1032。
所述鏡座12為兩端開口之中空管狀並開設有一個頂部收容腔121及一個與所述頂部收容腔121連通且同軸設置之底部收容腔122。所述頂部收容腔121為圓柱形且其內徑大於所述底部收容腔122之內徑以及所述凸緣部103之外徑，所述頂部收容腔121包括一個平行於所述光軸OO之第一內壁1211。所述底部收容腔122包括一個平行於所述光軸OO之第二內壁1221。所述第一內壁1211與所述第二內壁1221連接處形成一個垂直光軸OO之環形之端面123。所述凸緣部103收容於所述頂部收容腔121內且所述側面1032與所述第一內壁1211間隔相對，所述端面123與所述凸緣部103間隔相對且所述端面123開設有兩個安裝孔1231，所述兩個安裝孔1231對稱地設置於所述端面123之一直徑方向上，每個安裝孔1231為盲孔並與一個導孔1031相對應。每個安裝孔1231內通過螺紋配合方式安裝有一個導桿124，每個導桿124同時貫穿對應一個導孔1031。所述底部收容腔122之內徑對應於所述主體部101之外徑，所述主體部101同時收容於所述頂部收容腔121及所述底部收容腔122內。所述鏡片14收容於所述鏡筒10內。
所述電路板200安裝於所述鏡座12之底端，其用於電性連接所述影像感測器300、所述色彩分離處理器400、及所述形狀記憶合金驅動器500及所述控制器600。
所述影像感測器300收容於所述底部收容腔122內並連接至所述電路板200。所述影像感測器300與所述取像鏡頭100光學耦合並包括多個圖元單元(圖未示)，所述多個圖元單元呈陣列狀分佈於所述影像感測器300之有效感測區域。每一個圖元單元均包括三原色(紅、綠、藍)圖元。較佳地，所述影像感測器300至少包括2048×1536個圖元單元。本實施方式中，所述影像感測器300可以為電荷耦合器件(charged-coupled device，CCD)感測器或者互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)感測器。
所述色彩分離處理器400與所述影像感測器300相連。在其他實施方式中，所述色彩分離處理器400也可以集成於所述影像感測器300內。所述色彩分離處理器400是一個具有特定功能之積體電路(aplication specific integrated circuit, ASIC)，所述色彩分離處理器400用於將所述影像感測器300所感測到之影像分離為用三原色表示之圖像。所述形狀記憶合金驅動器500連接在所述鏡筒10及所述鏡座12之間。具體之所述形狀記憶合金驅動器500包括兩個子驅動組件52。每個子驅動組件52包括一個形狀記憶合金線521、一個第一連接件522、一個第二連接件523及一個掛接件524。所述形狀記憶合金線521為由形狀記憶合金製成，例如，可以是鎳鈦基合金、銅基合金等。所述第一連接件522為金屬材料製成，其安裝於所述側面1032上。所述第二連接件523也由金屬製成並安裝在所述端面123上。所述第一連接件522及第二連接件523均經由所述電路板電連接至所述控制器600。所述掛接件524由絕緣材料製成，其大致為圓弧形且其兩端安裝在所述第一內壁1211上，所述掛接件524沿平行於所述光軸OO之方向相對於所述第一連接件522更遠離所述影像感測器300。在其他實施方式中，所述掛接件524也可以是一個掛勾。所述第一連接件522、第二連接件523及掛接件524位於同一平面。所述兩個子驅動組件52對稱之設置於所述鏡筒10之一直徑方向上。所述形狀記憶合金線521穿過對應一個掛接件524且兩端分別連接至第一連接件522及第二連接件523。所述形狀記憶合金線521之兩端之間掛接在對應之掛接件524上使所述形狀記憶合金線521處於繃緊狀態。本實施方式中，所述兩個子驅動組件52及兩個導桿124大致位於同一平面。所述鏡筒10通過兩個子驅動組件52懸掛於所述鏡座12內且可在所述鏡座12內沿所述兩個導桿124滑動。所述兩個導桿124用於防止所述鏡筒10在所述鏡座12內發生傾斜或旋轉。
所述控制器600與所述色彩分離處理器400及所述形狀記憶合金驅動器500相連。所述控制器600包括一個調製傳遞函數(modulation transfer function, MTF)運算模組61、一個物距運算模組62、一個物距判斷模組63、一個模糊量運算模組64、一個模糊修正量運算模組65、一個對焦位置運算模組66、一個驅動量運算模組67及一個圖像處理模組68。
所述MTF運算模組61與所述色彩分離處理器400相連，所述物距運算模組62與所述MTF運算模組61相連，所述物距判斷模組63與所述物距運算模組62相連，所述對焦位置運算模組66以及所述模糊量運算模組64均與所述物距判斷模組63相連，所述驅動量運算模組67與所述對焦位置運算模組66以及所述形狀記憶合金驅動器500相連；所述模糊修正量運算模組65與模糊量運算模組64以及所述圖像處理模組68相連。
所述MTF運算模組61用於對所述影像感測器300上每一圖元單元所感測到之圖像區域進行MTF運算，得到對應區域之MTF值。本實施方式中，所述MTF運算模組61對每一圖元單元對應之三原色圖像分別進行MTF值運算。
所述物距運算模組62用於依據所述MTF運算模組之運算結果，確定每一圖元單元所感測到之圖像之物距。
所述物距判斷模組63用於依據所述物距運算模組62之運算結果，確定當前之拍攝物距。具體地，所述物距判斷模組63將所述物距運算模組之運算結果作綜合運算，並將該綜合運算之結果與一預設標準值進行比較，根據比較結果確定當前拍攝物距。本實施方式中，所述綜合運算為對所述物距運算模組62所得到之每一圖元單元所感測到圖像之物距進行採樣，並根據採樣之資料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。本實施方式中，所述標準值為40cm。
所述模糊量運算模組64用於依據所述MTF運算模組61之運算結果，確定該每一圖元單元運算所得到之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圖元單元所感測到之圖像之模糊量。所述標準MTF值為每一圖元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運算模組61運算得到之每一個圖元單元之MTF值與對應之標準MTF值之間之差異可以表徵每一圖元單元所感測到之圖像之模糊量。本實施方式中，所述模糊量運算模組64對每一圖元單元之三原色圖像分別進行模糊量運算。所述模糊量運算模組64依據所述物距判斷模組63所確定之拍攝物距而確定是否其功能是否開啟。本實施方式中，當所述物距判斷模組63判斷當前拍攝物距大於所述預設標準值時，所述模糊量運算模組64功能開啟，所述對焦位置運算模組66功能關閉。
所述模糊修正量運算模組65用於根據所述模糊量運算模組64所得到之模糊量，確定對每一圖元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組65對每一圖元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組66用於根據所述物距運算模組62之運算結果，確定所述取像鏡頭100之最佳對焦位置。所述對焦位置運算模組66依據所述物距判斷模組63所確定之拍攝物距而確定是否其功能是否開啟。本實施方式中，當所述物距判斷模組63判斷當前拍攝物距小於或等於所述預設標準值時，所述對焦位置運算模組66功能開啟，所述對焦位置運算模組66功能關閉。
所述驅動量運算模組67用於根據所述物距運算模組62所得到之取像鏡頭100之最佳對焦位置，確定所述取像鏡頭100之對焦驅動量。
所述圖像處理模組68用於根據所述模糊修正量運算模組65所得到之修正量，對每一圖元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48對每一圖元單元之圖像進行三原色之修正。
所述形狀記憶合金驅動器500用於根據所述驅動量運算模組67所得到之對焦驅動量驅動所述取像鏡頭100至最佳對焦位置。所述驅動對焦量為所述形狀記憶合金驅動器500驅動所述鏡筒10移動至最佳對焦位置時，所述兩個形狀記憶合金線521產生相應形變所需之驅動電流。
使用時，所述色彩分離處理器400將影像感測器300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；所述MTF運算模組61對所述影像感測器300每一圖元單元所感測到之圖像區域進行MTF運算，得到每一圖元單元所感測到之圖像區域對應之MTF值；所述物距運算模組62依據所述每一圖元單元所感測到之圖像之MTF值確定所述每一圖元單元所感測到之圖像之物距；所述物距判斷模組63依據所述每一圖元單元所感測到之圖像之物距，確定當前拍攝物距。
如果當前拍攝物距大於所述預設標準值時，則所述模糊量運算模組64依據每一圖元單元所感測到之圖像區域對應之MTF值，確定對應圖元單元所感測到之圖像之模糊量；所述模糊修正量運算模組65依據所述每一影像感測單元所感測到之圖像之模糊量，確定對應圖元單元所感測到之圖像之模糊修正量；所述圖像處理模組68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。
如果當前拍攝物距小於或等於所述預設標準值，則所述對焦位置運算模組66依據所述每一圖元單元所感測到之圖像之物距，確定最佳對焦位置；所述對焦位置運算模組66依據所述最佳對焦位置確定取像鏡頭之對焦驅動量；並根據對焦驅動量向每根形狀記憶合金線521經所述電路板200、對應之第一連接件522及第二連接件523提供相應之驅動電流，每根形狀記憶合金線521通過驅動電流進行加熱，其中，向兩根形狀記憶合金線521提供之驅動電流相等，如此使兩根形狀記憶合金線521產生相等之變形量。當每個形狀記憶合金線521加熱到馬氏體逆轉變開始溫度時，對應形狀記憶合金線521由馬氏體相轉變到高溫母相(即奧氏體相)，體積收縮，從而驅動所述鏡筒沿光軸OO向靠近所述影像感測器300方向移動，進行對焦，依據所述對焦驅動量驅動取像鏡頭至最佳對焦位置。當控制驅動電路停止提供所述驅動電流，每個形狀記憶合金線521快速冷卻，當溫度低於所述形狀記憶合金線521之馬氏體相變開始溫度，所述形狀記憶合金線521由高溫母相轉變到低溫馬氏體相並由收縮狀態回復至初始緊繃狀態。
所述自動對焦成像模組首先利用所述控制器確定被攝物體之物距，並根據物距之情形確定當前拍攝物距，依據拍攝物選擇軟體計算方式或者驅動取像鏡頭之方式進行對焦，可以達成無論拍攝物距是否大於所述預設標準值，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。
1．．．自動對焦成像模組
100．．．取像鏡頭
OO．．．光軸
10．．．鏡筒
101．．．主體部
102．．．前蓋部
103．．．凸緣部
1031．．．導孔
1032．．．側面
12．．．鏡座
121．．．頂部收容腔
1211．．．第一內壁
122．．．底部收容腔
1221．．．第二內壁
123．．．端面
1231．．．安裝孔
124．．．導桿
14．．．鏡片
200．．．電路板
300．．．影像感測器
400．．．色彩分離處理器
500．．．形狀記憶合金驅動器
52．．．子驅動組件
521．．．形狀記憶合金線
522．．．第一連接件
523．．．第二連接件
524．．．掛接件
600．．．控制器
61．．．MTF運算模組
62．．．物距運算模組
63．．．物距判斷模組
64．．．模糊量運算模組
65．．．模糊修正量運算模組
66．．．對焦位置運算模組
67．．．驅動量運算模組
68．．．圖像處理模組
圖1是本發明實施方式之自動對焦成像模組之結構示意圖。
圖2是本發明實施方式之自動對焦成像模組之原理圖。
1．．．自動對焦成像模組
100．．．取像鏡頭
OO．．．光軸
10．．．鏡筒
101．．．主體部
102．．．前蓋部
103．．．凸緣部
1031．．．導孔
1032．．．側面
12．．．鏡座
121．．．頂部收容腔
1211．．．第一內壁
122．．．底部收容腔
1221．．．第二內壁
123．．．端面
1231．．．安裝孔
124．．．導桿
14．．．鏡片
200．．．電路板
300．．．影像感測器
400．．．色彩分離處理器
500．．．形狀記憶合金驅動器
52．．．子驅動組件
521．．．形狀記憶合金線
522．．．第一連接件
523．．．第二連接件
524．．．掛接件
600．．．控制器
Claims (10)
- 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學耦合之影像感測器、一個與所述影像感測器相連接之色彩分離處理器、一個與所述色彩分離處理器相連接之控制器以及一個與所述控制器連接之形狀記憶合金驅動器；光線經所述取像鏡頭後成像於所述影像感測器；所述色彩分離處理器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；所述控制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物距，如果當前拍攝物距大於一預設標準值，則所述控制器對所述影像感測器感測到之圖像進行失焦模糊修正；如果當前拍攝物距小於或等於所述預設標準值，則所述控制器控制所述形狀記憶合金驅動器帶動所述取像鏡頭進行對焦。
- 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦成像模組，其中，所述控制器包括一個MTF運算模組、一個物距運算模組、一個物距判斷模組、一個模糊量運算模組、一個模糊修正量運算模組、一個對焦位置運算模組、一個驅動量運算模組以及一個圖像處理模組；所述MTF運算模組用於對所述影像感測器上每一圖元單元所感測到之圖像區域進行MTF運算，得到對應區域之MTF值；所述物距運算模組用於依據所述MTF運算模組之運算結果，確定每一圖元單元所感測到之圖像之物距；所述物距判斷模組用於依據所述物距運算模組之運算結果，確定當前之拍攝物距；所述模糊量運算模組用於依據所述MTF運算模組之運算結果，確定該每一圖元單元運算所得到之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圖元單元所感測到之圖像之模糊量；所述模糊修正量運算模組用於根據所述模糊量運算模組所得到之模糊量，確定對每一圖元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組用於根據所述物距運算模組之運算結果，確定所述取像鏡頭之最佳對焦位置；所述驅動量運算模組用於根據所述物距運算模組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；所述圖像處理單元用於對所述影像感測器感測到之圖像進行失焦模糊修正。
- 如申請專利範圍第2項所述之自動對焦成像模組，其中，所述MTF運算模組對每一圖元單元對應之三原色圖像分別進行MTF值運算。
- 如申請專利範圍第2項所述之自動對焦成像模組，其中，所述物距判斷模組將所述物距運算模組之運算結果作綜合運算，並將該綜合運算之結果與所述預設標準值進行比較，根據比較結果確定當前拍攝物距；所述綜合運算為對所述物距運算模組所得到之每一圖元單元所感測到圖像之物距進行採樣，並根據採樣之資料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。
- 如申請專利範圍第4項所述之自動對焦成像模組，其中，所述預設標準值為40cm。
- 如申請專利範圍第5項所述之自動對焦成像模組，其中，當前拍攝物距大於所述預設標準值時，所述模糊量運算模組功能開啟所述對焦位置運算模組功能關閉；當前拍攝物距小於或等於所述預設標準值時，所述對焦位置運算模組功能開啟，所述模糊量運算模組功能關閉。
- 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦成像模組，其中，所述取像鏡頭包括一個鏡筒、一個鏡座及至少一個具有正光焦度之非球面之鏡片；所述鏡筒包括一圓柱狀主體部、自所述主體部一端向該主體部中心軸延伸之前蓋部以及環繞所述前蓋部並向遠離所述前蓋部方向延伸凸緣部；所述凸緣部為圓環形且外徑大於所述主體部之外徑；所述凸緣部開設有兩個貫穿該凸緣部且對稱地設置於所述凸緣部之一直徑方向上導孔；所述鏡座為兩端開口之中空管狀並開設有一個頂部收容腔及一個與所述頂部收容腔連通且同軸設置之底部收容腔；所述頂部收容腔之內徑大於所述底部收容腔之內徑以及所述凸緣部之外徑，所述頂部收容腔包括一個第一內壁；所述底部收容腔包括一個第二內壁；所述第一內壁與所述第二內壁連接處形成一個垂直於所述取像鏡頭之光軸之環形之端面；所述凸緣部收容於所述頂部收容腔內且所述側面與所述第一內側壁間隔相對，所述端面與所述凸緣部間隔相對且所述端面開設有兩個對稱地設置於所述端面之一直徑方向上有兩個安裝孔，每個安裝孔與一個導孔對應且安裝有一個導桿；每個導桿同時貫穿對應一個導孔；所述底部收容腔之內徑對應於所述主體部之外徑，所述主體部同時收容於所述頂部收容腔及所述底部收容腔；所述至少一個鏡片收容於所述鏡筒內。
- 如申請專利範圍第7項所述之自動對焦成像模組，其中，所述形狀記憶合金驅動器包括兩個子驅動組件；每個子驅動元件包括一個形狀記憶合金線、一個第一連接件、一個第二連接件及一個掛接件；所述第一連接件為金屬材料製成並安裝於所述側面上；所述第二連接件由金屬製成並安裝在所述端面上；所述掛接件由絕緣材料製成且為圓弧形且其兩端安裝在所述第一內壁上；所述形狀記憶合金線由形狀記憶合金製成並穿過對應一個掛接件且兩端分別連接至第一連接件及第二連接件；所述形狀記憶合金兩端之間掛接在對應之掛接件上使所述形狀記憶合金線處於繃緊狀態。
- 如申請專利範圍第8項所述之自動對焦成像模組，其中，所述掛接件沿平行於所述光軸之方向相對於所述第一連接件更遠離所述影像感測器。
- 如申請專利範圍第8項所述之自動對焦成像模組，其中，每個子驅動元件之所述第一連接件、第二連接件及掛接件位於同一平面且均連接至所述驅動量運算模組；所述兩個子驅動組件對稱之設置於所述鏡筒之一直徑方向上。
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