TW201350954A - 主動式距離對焦系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種應用於數位相機之主動式距離對焦系統及方法，該數位相機包括深度攝影機鏡頭、自動對焦裝置及顯示螢幕。該系統包括相機啓動模組、焦點選擇模組、焦距計算模組及自動對焦模組。所述之主動式距離對焦系統直接以深度攝影機鏡頭取得之場景Z方向景深資訊，確認深度攝影機鏡頭至焦點位置相應場景位置點之間的距離資訊，並推算深度攝影機鏡頭應調整對焦之拍攝位置點，自動調整深度攝影機鏡頭至焦距拍攝位置，使數位相機在對焦調整作業上更加精確，提高了影像拍攝效果。

Description

主動式距離對焦系統及方法

本發明涉及一種對焦系統及方法，尤其係關於一種結合深度攝影機之主動式距離對焦系統及方法。

數位相機（Digital Camera）是一種利用電子傳感器把光學影像轉換成電子數據的照相機。在進行拍攝作業時，一般需要調整鏡頭與感光元件之間的距離，讓被攝物體能夠清晰成像的過程便為對焦作業。為方便使用者能夠輕鬆、快速地拍出清晰之影像，數位相機多已具備自動對焦之功能，能夠主動針對使用者欲拍攝畫面進行分析，調整鏡頭之焦點位置。目前市售數位相機所具備的自動對焦功能，一般分為主動式對焦及被動式對焦兩種對焦方式。

主動式對焦方式透過相機發射一測距射線（例如紅外線），相機再根據反射回來之射線信號確定被攝體的距離，自動調節鏡頭，完成自動對焦之作業。雖此種自動對焦方式較容易實現、反應速度快且成本低，但當被攝物體前出現反射體（例如玻璃等），相機即可能無法正確判別焦距位置，且影像中的對焦位置亦較無彈性，相機僅能針對畫面中心點位置進行測距、對焦作業。若使用者不甚熟悉相機之對焦技巧，構圖重點非位於畫面中心點位置，便容易產生對焦錯誤之狀況發生，無法拍得清晰地影像畫面。

被動式對焦方式是利用鏡頭擷取的數位化影像，計算影像差異值或影像梯度值所定義的清晰度值，再移動鏡頭的鏡片改變焦距，尋找清晰度為最大值的成像位置，做為最佳對焦點的位置，成像出最清晰的影像。被動式對焦方式的優點是自身不需發射測距光束，能夠透過玻璃等透明障礙物對焦，也可提供使用者自行選擇欲拍攝物體之焦點位置，在拍攝影像之焦點位置選擇上較具彈性，而不受限固定中央焦點位置。然而，此種自動對焦方式對於環境中的亮度、色澤反差要求度高，因此，於低照度等影像差異度低之條件下便難以準確對焦。

鑒於以上內容，有必要提供一種應用於數位相機之主動式距離對焦系統及方法，利用結合深度攝影機主動調整鏡頭焦距拍攝位置，能夠使數位相機精確完成鏡頭對焦調整作業，提高影像之拍攝效果。

所述之主動式距離對焦系統安裝並運行於數位相機中，該數位相機包括深度攝影機鏡頭、自動對焦裝置及顯示螢幕。該主動式距離對焦系統包括：相機啓動模組，用於啓動數位相機之功能設定操作界面，透過該功能設定操作界面選擇對焦模式來開啟數位相機之深度對焦功能進行對焦作業；焦點選擇模組，用於將深度攝影機鏡頭調整至欲拍攝場景位置，並將拍攝場景畫面成像至顯示螢幕上，於顯示螢幕顯示之拍攝場景畫面上選擇欲拍攝場景內之鏡頭焦點位置，以及藉由深度攝影機鏡頭持續攝取欲拍攝場景之XY方向即時影像畫面及Z方向景深資訊；焦距計算模組，用於根據已攝取之欲拍攝場景位置點之Z方向景深資訊獲取鏡頭焦點位置對應場景位置點之間的距離，及根據獲取之距離計算出深度攝影機鏡頭所需對焦之最佳拍攝焦距位置；及自動對焦模組，用於利用自動對焦裝置自動調整深度攝影機鏡頭至最佳拍攝焦距位置。

所述之主動式距離對焦方法，應用於數位相機中，該數位相機包括深度攝影機鏡頭、自動對焦裝置及顯示螢幕。該方法包括步驟：啓動數位相機之功能設定操作界面，透過該功能設定操作界面選擇對焦模式來開啟數位相機之深度對焦功能進行對焦作業；將深度攝影機鏡頭調整至欲拍攝場景位置，並將拍攝場景畫面成像至顯示螢幕上；於顯示螢幕顯示之拍攝場景畫面上選擇欲拍攝場景內之鏡頭焦點位置；藉由深度攝影機鏡頭持續攝取欲拍攝場景之XY方向即時影像畫面及Z方向景深資訊；根據已攝取之欲拍攝場景位置點之Z方向景深資訊獲取鏡頭焦點位置對應場景位置點之間的距離；根據獲取之距離計算出深度攝影機鏡頭所需對焦之最佳拍攝焦距位置；及利用自動對焦裝置自動調整深度攝影機鏡頭至最佳拍攝焦距位置。

相較於習知技術，本發明所述之主動式距離對焦系統及方法以深度攝影機鏡頭攝取前方場景各位置點之Z方向景深資訊，不僅可讓使用者自行在顯示螢幕上點選影像中欲拍攝場景之焦點位置，不受限於鏡頭中心點單一位置的限制，並可使數位相機之對焦作業不因環境光線、亮度等影響，進而使得數位相機之對焦調整作業上更加精確，提高影像拍攝效果。

如圖1所示，係為本發明主動式距離對焦系統10較佳實施例之架構圖。於本實施例中，所述之主動式距離對焦系統10安裝並運行於數位相機（Digital Camera）1中，能夠主動調整鏡頭焦距拍攝位置，使數位相機1在精確完成鏡頭對焦調整作業，提高影像之拍攝效果。該數位相機1還包括，但不僅限於，深度攝影機鏡頭（Depth-sensing Camera Lens）11、自動對焦裝置12、顯示螢幕13、儲存裝置14及微處理器15。

所述之深度攝影機鏡頭11是一種具有3D攝影功能的TOF（Time of Flight）攝影機裝置，可取得被攝物體於水平方向（XY方向）之即時影像資訊，亦即可以取得被攝物體影像各點距離攝影機鏡頭之縱深方向（Z方向）距離資訊。該深度攝影機鏡頭11主要利用光照針對被攝物體發射參考光束，藉由計算返回光束的時間差或相位差來進行攝影機與被攝物體之間的距離換算，進而產生一組深度距離資訊，即Z方向距離資訊。

所述之自動對焦裝置12用於自動調整深度攝影機鏡頭11的最佳拍攝焦距位置。所述之顯示螢幕13是一種觸控式LED螢幕，使用者可以透過點選等操作完成影像拍攝作業。所述之微處理器15是一種主控程式晶片(MCU)，能夠進行測光運算、曝光控制、閃光控制及拍攝邏輯控制等作業。

於本實施例中，所述之主動式距離對焦系統10包括相機啓動模組101、焦點選擇模組102、焦距計算模組103及自動對焦模組104。本發明所稱之模組係指一種能夠被微處理器15所執行並且能夠完成固定功能之一系列程式指令段，其儲存於儲存裝置14中，關於各模組之功能將於圖2之流程圖中作具體描述。

參考圖2所示，係本發明應用於數位相機1之主動式距離對焦方法較佳實施例之流程圖。於本實施例中，該方法能夠主動調整鏡頭焦距拍攝位置，使數位相機1精確完成鏡頭對焦調整作業，提高影像之拍攝效果。

步驟S21，相機啓動模組101啓動數位相機1之功能設定操作界面，透過該功能設定操作界面上選擇對焦模式來開啟數位相機1之深度對焦功能進行對焦作業。參考圖3所示，當使用者開啟數位相機1後，所述之相機啓動模組101啓動數位相機1之功能設定操作界面並將該功能設定操作界面顯示於顯示螢幕13上，使用者透過功能設定操作界面點選對焦模式來選擇深度對焦功能，相機啓動模組101開啟數位相機1之深度對焦功能，使用者可於拍照過程中使用該深度對焦功能進行對焦作業。

步驟S22，焦點選擇模組102將數位相機1之深度攝影機鏡頭11調整至欲拍攝場景位置，並將拍攝場景畫面成像至顯示螢幕13上，以供使用者確認場景拍攝範圍。參考圖4所示，假設使用者欲拍攝場景內包含不同距離之蘋果、橘子及香蕉等水果影像畫面，所述之焦點選擇模組102先將數位相機1之深度攝影機鏡頭11調整至適當位置，將水果影像畫面顯示於螢幕13上，以供使用者確認拍攝範圍確實包含蘋果、橘子及香蕉等水果影像畫面。

步驟S23，當使用者確認拍攝場景範圍後，使用者透過焦點選擇模組102於顯示螢幕13顯示之拍攝場景畫面中點選欲拍攝場景內之鏡頭焦點位置。於本實施例中，在使用者進行數位相機1之深度攝影機鏡頭11拍攝位置調整作業中，可於顯示螢幕13中看到一個焦點位置（如圖5標示的方框標記），當使用者完成深度攝影機鏡頭11拍攝位置調整作業後，使用者即可由顯示螢幕13上自行點選、決定影像中欲拍攝景物之焦點位置，作為影像對焦作業之依據。

步驟S24，焦點選擇模組102藉由深度攝影機鏡頭11持續攝取前方欲拍攝場景之XY方向即時影像畫面及Z方向景深資訊。於本實施例中，於使用者調整深度攝影機鏡頭11之拍攝位置過程中，焦點選擇模組102持續透過深度攝影機鏡頭11取得前方場景之XY方向即時影像畫面及其Z方向景深資訊，取得場景中蘋果、橘子及香蕉等水果影像畫面，以及深度攝影機鏡頭11至各水果之間的距離景深資訊。

步驟S25，焦距計算模組103根據已取得之場景各位置點之Z方向景深資訊獲取鏡頭焦點位置對應場景位置點之間的距離。於本實施例中，待使用者由顯示螢幕13上確認欲取景之影像畫面並點選欲拍攝之焦點位置後，焦距計算模組103將由微處理器15進行測光運算，曝光控制和閃光控制及拍攝邏輯控制等作業，並根據使用者所點選之焦點位置及深度攝影機鏡頭11已取得之場景各位置點之Z方向景深資訊，獲取深度攝影機鏡頭11至焦點位置對應場景位置點之間的距離。

步驟S26，焦距計算模組103根據獲取之距離計算出深度攝影機鏡頭11所需對焦之最佳拍攝焦距位置。於本實施例中，當焦距計算模組103獲取深度攝影機鏡頭11至焦點位置相應場景位置點之間的距離後，即可推算出深度攝影機鏡頭11所需調整、對焦之最佳拍攝焦距位置。

步驟S27，自動對焦模組104利用數位相機1之自動對焦裝置12自動調整深度攝影機鏡頭11至最佳拍攝焦距位置。於本實施例中，自動對焦模組104將以自動對焦裝置12自動調整深度攝影機鏡頭11至該距離最佳拍攝焦距位置。

步驟S28，當深度攝影機鏡頭11自動調整至最佳拍攝焦距位置後，使用者按下數位相機1之快門鍵，數位相機1利用深度攝影機鏡頭11即可於該最佳拍攝焦距位置下拍攝出清晰之場景影像畫面。

參考圖6所示，若使用者於顯示螢幕13上點選蘋果位置為鏡頭焦點位置，數位相機1便可攝取場景中包含蘋果之所有水果影像畫面，但由於此時鏡頭焦點位於蘋果上，將可取得聚焦於蘋果之蘋果清晰影像畫面。若使用者於顯示螢幕13上點選橘子或香蕉等位置為鏡頭焦點位置，數位相機1可攝取得場景中包含橘子與香蕉之所有水果影像畫面，但由於此時鏡頭焦點位於橘子或香蕉上，將可取得聚焦於橘子或香蕉之橘子或香蕉清晰影像畫面。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，且已達廣泛之使用功效，凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成之均等變化或修飾，均應包含於下述之申請專利範圍內。

1．．．數位相機

10．．．主動式距離對焦系統

101．．．相機啟動模組

102．．．焦點選擇模組

103．．．焦距計算模組

104．．．自動對焦模組

11．．．深度攝影機鏡頭

12．．．自動對焦裝置

13．．．顯示螢幕

14．．．儲存裝置

15．．．微處理器

圖1係為本發明數位相機之主動式距離對焦系統較佳實施例之架構圖。

圖2係為本發明數位相機之主動式距離對焦方法較佳實施例之流程圖。

圖3係為數位相機之功能設定操作界面之示意圖。

圖4係為透過數位相機上之顯示螢幕確認深度攝影機鏡頭拍攝狀況之示意圖。

圖5係為於數位相機之顯示螢幕上點選拍攝之鏡頭焦點位置之示意圖。

圖6係為根據使用者所選之鏡頭焦點位置調整最佳拍攝焦距位置之示意圖。

1．．．數位相機

10．．．主動式距離對焦系統

101．．．相機啟動模組

102．．．焦點選擇模組

103．．．焦距計算模組

104．．．自動對焦模組

11．．．深度攝影機鏡頭

12．．．自動對焦裝置

13．．．顯示螢幕

14．．．儲存裝置

15．．．微處理器

Claims (10)

1. 一種主動式距離對焦系統，安裝並運行於數位相機中，該數位相機包括深度攝影機鏡頭、自動對焦裝置及顯示螢幕，該主動式距離對焦系統包括：
   相機啓動模組，用於啓動數位相機之功能設定操作界面，透過該功能設定操作界面選擇對焦模式來開啟數位相機之深度對焦功能進行對焦作業；
   焦點選擇模組，用於將深度攝影機鏡頭調整至欲拍攝場景位置，並將拍攝場景畫面成像至顯示螢幕上，於顯示螢幕顯示之拍攝場景畫面上選擇欲拍攝場景內之鏡頭焦點位置，以及藉由深度攝影機鏡頭持續攝取欲拍攝場景之XY方向即時影像畫面及Z方向景深資訊；
   焦距計算模組，用於根據已攝取之欲拍攝場景位置點之Z方向景深資訊獲取鏡頭焦點位置對應場景位置點之間的距離，及根據獲取之距離計算出深度攝影機鏡頭所需對焦之最佳拍攝焦距位置；及
   自動對焦模組，用於利用自動對焦裝置自動調整深度攝影機鏡頭至最佳拍攝焦距位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之主動式距離對焦系統，其中，當深度攝影機鏡頭自動調整至所述之最佳拍攝焦距位置後，利用深度攝影機鏡頭於該最佳拍攝焦距位置下拍攝出清晰之場景影像畫面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之主動式距離對焦系統，其中，所述之深度攝影機鏡頭為一種具有3D攝影機裝置，用於取得場景影像範圍內被拍攝物體之XY方向影像資訊及被拍攝物體距離深度攝影機鏡頭之Z方向景深資訊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之主動式距離對焦系統，其中，所述之顯示螢幕是一種觸控式LED螢幕，使用者可以透過點選操作完成影像拍攝作業。
5. 如申請專利範圍第1項所述之主動式距離對焦系統，其中，所述之數位相機還包括微處理器，該處理器是一種主控程式晶片MCU，用於數位相機進行測光運算、曝光控制、閃光控制及拍攝邏輯控制作業。
6. 一種主動式距離對焦方法，應用於數位相機中，該數位相機包括深度攝影機鏡頭、自動對焦裝置及顯示螢幕，該方法包括步驟：
   啓動數位相機之功能設定操作界面，透過該功能設定操作界面選擇對焦模式來開啟數位相機之深度對焦功能進行對焦作業；
   將深度攝影機鏡頭調整至欲拍攝場景位置，並將拍攝場景畫面成像至顯示螢幕上；
   於顯示螢幕顯示之拍攝場景畫面上選擇欲拍攝場景內之鏡頭焦點位置；
   藉由深度攝影機鏡頭持續攝取欲拍攝場景之XY方向即時影像畫面及Z方向景深資訊；
   根據已攝取之欲拍攝場景位置點之Z方向景深資訊獲取鏡頭焦點位置對應場景位置點之間的距離；
   根據獲取之距離計算出深度攝影機鏡頭所需對焦之最佳拍攝焦距位置；及
   利用自動對焦裝置自動調整深度攝影機鏡頭至最佳拍攝焦距位置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之主動式距離對焦方法，還包括步驟：
   當深度攝影機鏡頭自動調整至所述之最佳拍攝焦距位置後，利用深度攝影機鏡頭於該最佳拍攝焦距位置下拍攝出清晰之場景影像畫面。
8. 如申請專利範圍第6項所述之主動式距離對焦方法，其中，所述之深度攝影機鏡頭為一種具有3D攝影機裝置，用於取得場景影像範圍內被拍攝物體之XY方向影像資訊及被拍攝物體距離深度攝影機鏡頭之Z方向景深資訊。
9. 如申請專利範圍第6項所述之主動式距離對焦方法，其中，所述之顯示螢幕是一種觸控式LED螢幕，使用者可以透過點選操作完成影像拍攝作業。
10. 如申請專利範圍第6項所述之主動式距離對焦方法，其中，所述之數位相機還包括微處理器，該處理器是一種主控程式晶片MCU，用於數位相機進行測光運算、曝光控制、閃光控制及拍攝邏輯控制作業。