TW201616168A - 自動對焦方法及電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種自動對焦方法及電子裝置。此方法是透過調整影像擷取單元的焦距，以擷取具有不同焦距的多張影像。接著，根據各張影像中位於對焦框內之多個像素的像素值，計算適於對焦對焦框內物件的焦距。然後，根據所計算之焦距調整對焦框的尺寸。最後，重新根據各張影像中位於調整後對焦框內之像素的像素值，計算適於對焦對焦框內物件的焦距，並用以調整影像擷取單元以進行對焦。

Description

自動對焦方法及電子裝置

本發明是有關於一種自動對焦的技術，且特別是有關於一種自動對焦方法及電子裝置。

目前行動裝置上的相機使用越來越廣泛，使用者對於行動裝置上相機應用的要求也越來越多。然而，相機成像的對焦成功與否除了取決於本身光學感光元件的尺寸，後端的影像處理也是重要關鍵。以目前後端影像處理的方式來看，影像資料量的多寡是決定後端處理器能否找到最清楚對焦點的因素之一。例如，在近景拍攝時後端處理器根據標準尺寸對焦框內的影像資料量就能找到清楚的焦點，但相同的對焦框尺寸卻可能在遠景拍攝時，造成影像資料量過少或是對比度不足而造成對焦失敗。

詳言之，對於遠處的物件，如果相機對焦範圍內的影像剛好是低對比度，就有可能找不到最佳的焦點，因此造成對焦失敗。舉例來說，圖1是習知拍攝遠景影像的示意圖，圖2是使用圖1之對焦框20拍攝影像所得到之影像對比度變化圖。請先參照 圖1，相機的拍攝畫面10主要包括投影布幕12與舞台布幕14，其對焦框20係落在投影布幕12上，由於投影布幕12幾乎呈現全白，因此相機透過對焦框20取得的影像會有非常低的對比度，最終使得相機無法找到最佳的對焦點而造成對焦失敗。由圖2所示的對比度與鏡頭步數的關係圖可知，無論相機如何調整焦距(即在不同的鏡頭步數下)，其透過對焦框20擷取的影像的對比度幾乎沒有變化，這也導致相機無法找到合適的對焦點而造成對焦失敗。

本發明提供一種自動對焦方法及電子裝置，能依據相機焦距對應調整對焦框的尺寸，使得自動對焦結果更為準確。

本發明的一種自動對焦方法，適用於具有影像擷取單元的電子裝置。此方法係調整影像擷取單元的焦距，以擷取具有不同焦距的多張影像。根據各張影像中位於對焦框內之像素的像素值，計算適於對焦對焦框內物件的焦距。根據所計算之焦距調整對焦框的尺寸。重新根據各張影像中位於調整後對焦框內之像素的像素值，計算適於對焦對焦框內物件的焦距，並用以調整影像擷取單元以進行對焦。

在本發明的一實施例中，上述在根據各張影像中位於對焦框內之像素的像素值，計算適於對焦對焦框內物件的焦距的步驟之前，更包括接收對於影像的點選操作。並且根據點選操作在 影像中的位置，決定對焦框的位置，其中對焦框的尺寸為影像的尺寸乘上一預設比例。

在本發明的一實施例中，上述在根據所計算之焦距調整對焦框的尺寸的步驟還包括判斷所計算之焦距是否超過門檻值。若焦距超過門檻值，調整對焦框的尺寸為第一尺寸。若焦距未超過門檻值，調整對焦框的尺寸為第二尺寸，其中第一尺寸大於第二尺寸。

在本發明的一實施例中，上述電子裝置更包括動態感測單元，而在判斷所計算之焦距是否超過門檻值的步驟之前，更包括利用動態感測單元偵測影像擷取單元擷取影像的拍攝角度。並且根據拍攝角度調整門檻值的大小。

在本發明的一實施例中，上述根據各張影像中位於對焦框內之多個像素的像素值，計算適於對焦對焦框內物件的焦距的步驟，還包括計算各張影像之對焦框內像素的對比度。並且選取對比度最高之影像所具有的焦距做為適於對焦對焦框內物件的焦距。

本發明的電子裝置，包括影像擷取單元及處理單元。影像擷取單元用以調整影像擷取單元的焦距，以擷取具有不同焦距的多張影像。處理單元，耦接影像擷取單元，根據各張影像中位於對焦框內之多個像素的像素值，計算適於對焦對焦框內物件的焦距，根據所計算之焦距調整對焦框的尺寸，重新根據各張影像中位於調整後對焦框內之像素的像素值，計算適於對焦對焦框內 物件的焦距，並用以調整影像擷取單元以進行對焦。

在本發明的一實施例中，上述之電子裝置更包括輸入單元，用以接收對於影像的點選操作，其中處理單元根據點選操作在影像中的位置，決定對焦框的位置，其中對焦框的尺寸為影像的尺寸乘上預設比例。

在本發明的一實施例中，上述處理單元更判斷所計算之焦距是否超過門檻值。若焦距超過門檻值，調整對焦框的尺寸為第一尺寸。以及，若焦距未超過門檻值，調整對焦框的尺寸為第二尺寸。其中第一尺寸大於第二尺寸。

在本發明的一實施例中，上述之電子裝置更包括動態感測單元耦接處理單元，用以偵測影像擷取單元擷取影像的拍攝角度，其中處理單元根據拍攝角度調整門檻值的大小。

在本發明的一實施例中，上述處理單元更計算各張影像之對焦框內像素的對比度，且選取對比度最高之影像所具有的焦距做為適於對焦對焦框內物件的焦距。

基於上述，本發明的自動對焦方法及電子裝置，能依據自動對焦結果動態地調整對焦框的尺寸，並據此重新計算自動對焦的焦距。藉此，可提升自動對焦的精準度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10、60‧‧‧相機的拍攝畫面

12、62‧‧‧投影布幕

14、64‧‧‧舞台布幕

20、66‧‧‧對焦框

30、90‧‧‧電子裝置

32、92‧‧‧影像擷取單元

34、94‧‧‧處理單元

70‧‧‧最高點

96‧‧‧動態感測單元

S401~S407‧‧‧本發明一實施例的自動對焦方法的步驟

S501~S505、S1001~1009‧‧‧本發明一實施例的調整對焦框方法的步驟

圖1是習知拍攝遠景影像的示意圖。

圖2是使用圖1之對焦框拍攝影像所得到之影像對比度變化圖。

圖3是依照本發明一實施例所繪製之電子裝置的方塊圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪製的自動對焦方法的流程圖。

圖5是依照本發明一實施例所繪製的調整對焦框方法的流程圖。

圖6是依照本發明一實施例所繪示拍攝遠景影像的示意圖。

圖7是使用圖6之對焦框拍攝影像所得到之影像對比度變化圖。

圖8A、8B、8C及8D分別繪示為依據一實施例的門檻值示意圖。

圖9是依照本發明一實施例所繪製之電子裝置的方塊圖。

圖10是依照本發明一實施例所繪製的調整對焦框方法的流程圖。

由於從對焦框中所獲得的資料量會影響最終對焦結果，為了在各種環境下仍能取得足夠的資料量來進行對焦，本發明提出一種動態改變對焦框尺寸的技術，先利用準標尺寸的對焦框進行自動對焦，再根據自動對焦所獲得的焦距調整對焦框的尺寸，最後則使用調整後的對焦框重新進行自動對焦。藉此，可解決由 於對焦框過小所造成之影像資料量或對比度不足而難以對焦的問題，並提升自動對焦的準確性。

圖3是依照本發明一實施例所繪製之電子裝置的方塊圖。請參照圖3，本實施例的電子裝置30例如是數位相機、智慧型手機(Smart phone)、平板電腦(Tablet PC)等，在此不設限。電子裝置30包括影像擷取單元32及處理單元34，其功能分述如下：影像擷取單元32例如是包含光學定焦鏡頭或光學變焦鏡頭，以及電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補金氧半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)元件等感光元件的裝置，在本實施例中，影像擷取單元32可調整焦距以擷取不同焦距的影像。

處理單元34例如是中央處理單元(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC)或其他類似元件或上述元件的組合。在本實施例中，處理單元34是用以控制影像擷取單元32以執行自動對焦。

圖4是依照本發明一實施例所繪製的自動對焦方法的流程圖。請同時參照圖3與圖4，本實施例的方法適用於上述的電子裝置30，以下即搭配圖3中電子裝置30中的各項元件，說明本實 施例自動對焦方法的詳細步驟。

首先，由處理單元34控制影像擷取單元32調整其焦距，以擷取具有不同焦距的多張影像(步驟S401)。具體來說，影像擷取單元32會擷取多張具有不同焦距的影像，由於各廠牌提供的鏡頭規格不同，依據鏡頭焦距變化所擷取的影像張數也有所不同，在此不設限。

接著，處理單元34根據上述步驟所擷取具有不同焦距的影像，分析影像中位於對焦框內之多個像素的像素值，計算適合對焦對焦框內物件的焦距(步驟S403)。上述的對焦框例如具有預設尺寸使其能包含被攝物件，且例如預設於影像的中心。然而，對焦框也可以設置於影像中任何由使用者點選的位置，在此不設限。此外，上述計算焦距的方法例如有對比檢測自動對焦(Contrast Detection Autofocus)、相位檢測自動對焦(Phase Detection Autofocus)、混合自動對焦(Hybrid Autofocus)等，本發明在此不設限。

在一實施例中，處理單元34會計算影像擷取單元32所擷取影像之對焦框內像素的對比度，並且選取對比度最高之影像的焦距作為適於對焦對焦框內物件的焦距。具體而言，對比度是影像中黑與白的比值，當比值愈大，從黑到白的漸變層次愈多且色彩表現愈豐富，影像也愈清晰。因此，具有最高對比度的影像所對應之焦距可視為拍攝被攝物件最適合的焦距。

此外，在另一實施例中，電子裝置30會透過觸碰螢幕等 輸入單元接收使用者對於影像的點選操作，並且由處理單元34根據點選操作在影像中的位置，決定對焦框的位置。詳言之，使用者例如可在電子裝置30的觸控螢幕上，以觸控筆或手指點選所欲拍攝的物件。此時，處理單元34即會根據點選位置設置對焦框。值得一提的是，對焦框的尺寸為影像尺寸乘上預設比例。例如，對焦框尺寸為影像尺寸乘上10%或是25%，在此不設限。

回到圖4的流程，當計算出適合對焦框內物件的焦距後，處理單元34會根據所計算之焦距調整對焦框的尺寸(步驟S405)。詳細來說，隨著焦距增加，對焦框的尺寸也會動態加大。例如根據計算出的焦距以無段式、多段式或線性方式調整對焦框的尺寸。此外，在一實施例中，藉由設定一個門檻值將對焦框尺寸的調整區分為二階段。具體來說，即是將焦距與門檻值相比較，當焦距值超過門檻值時則放大對焦框，當焦距值未超過門檻值時則縮小對焦框。

舉例來說，圖5是依照本發明一實施例所繪製的調整對焦框方法的流程圖。請參照圖5，處理單元34判斷所計算之焦距是否超過門檻值例如為1.2公尺(步驟S501)。若焦距超過門檻值，放大對焦框尺寸或調整對焦框的尺寸為較大尺寸，例如為影像尺寸的25%(步驟S503)。若焦距未超過門檻值，縮小對焦框尺寸或調整對焦框的尺寸為較小尺寸，例如為影像尺寸的10%(步驟S505)。

詳細來說，圖6是依照本發明一實施例所繪示拍攝遠景 影像的示意圖。圖7是使用圖6之對焦框66拍攝影像所得到之影像對比度變化圖。請先參照圖6，相機的拍攝畫面60主要包括投影布幕62與舞台布幕64，其對焦框66係落在投影布幕62與舞台布幕64上，由於採用較大對焦框66後，對焦框內的物件包含投影布幕62及舞台布幕64，影像反差明顯，因而較能準確地完成自動對焦。由圖7所示的對比度與鏡頭步數的關係圖可知，透過對焦框66擷取的影像對比度有明顯差異，並且具有最大對比度(最高點70)，因此找到合適的對焦點而使得自動對焦結果更加精準。

根據上述實施例，處理單元14會將所計算出的焦距與門檻值做比較，判斷目前是拍攝近物或遠景，若判斷為近物攝影則縮小對焦框，若判斷是遠景攝影則放大對焦框，藉由適當地減少或增加資料量以達到準確對焦之目的。

詳言之，從上述實施例及說明可以了解遠景、近景以及對焦框尺寸的關係，所以設計一個動態的對焦框尺寸對於對焦精準度有正向幫助。因此，需要考慮的是對於遠景、近景的判斷。

舉例來說，圖8A、8B、8C及8D分別繪示為依據一實施例的門檻值示意圖。圖8A為一種個人空間(Personal Space)的示意圖。請參照圖8A，人因工程中定義，120公分的範圍是人和人之間往來接觸較適當的距離。並且，根據研究報告指出，拍攝人物照最適切的距離為120公分。因此，例如作為遠景與近物拍攝的門檻值可以定為120公分。有了距離的分水嶺，就能利用鏡頭的景深表決定鏡頭移動的距離以對應調整對焦框尺寸。表1是 鏡頭景深表的示例。一般而言，每個鏡頭依據不同廠牌不同型號會有它本身的景深表，在此僅為舉例說明。因此藉由查表可知，當對焦在120公分，也就是1.2公尺(m)時，鏡頭需移動0.012毫米(mm)。

圖8B為一種制動器效能的示意圖。請參考圖8B，其中縱軸表示鏡頭移動的距離，橫軸表示所需的電流值。由圖8B所示可知，移動0.012毫米對應所需電流約為25毫安培(mA)。圖8C為另一種制動器效能的示意圖。由圖8C所示可知，100毫安培對應1024位元，所以1毫安培對應的碼值為1024位元除以100毫安培等於10.24碼。因此將所需電流25毫安培(mA)以類比轉數位換算成碼，即為25毫安培乘上10.24碼可以得到256碼，大約為250碼(codes)。圖8D是一種自動對焦表的示意圖。由圖8D查表可知，250碼(codes)對應到26步數。因此，例如作為遠景 與近物拍攝的分水嶺可以定為26步數。

也就是說，處理單元14比較所計算的焦距值與門檻值(例如為26步數或1.2公尺)；若焦距值超過26步數或1.2公尺，設置對焦框尺寸例如為影像尺寸乘上25%；若焦距值未超過26步數或1.2公尺，設置對焦框尺寸例如為影像尺寸乘上10%。

回到圖4的流程，處理單元34調整對焦框尺寸後，處理單元34重新根據影像擷取單元32所擷取之不同焦距的影像中位於調整後對焦框內之像素的像素值，計算適於對焦調整後對焦框內物件的焦距，並且處理單元34控制影像擷取單元32調整其焦距以進行對焦(步驟S407)。其中，在一實施例中，步驟S405與步驟S407可反覆執行，直到自動對焦方法找到最適於被攝物件的焦距，或是達到預設處理時間為止。

值得一提的是，由於對焦框調整之後明顯改變計算的資料量，因此為能準確計算出對焦焦距，在一實施例中，處理單元34會將對焦框內的影像資料作加權運算並且與樣本資料進行比較，再以此比較結果計算適合於對焦框內物件的焦距。舉例來說，假設樣本資料為原始對焦框(影像的10%)內的影像資料，並且調整後對焦框大小為影像的25%；加權運算會將調整後對焦框內的影像資料量除以25再乘上10，使加權運算後的資料量與樣本資料相同再進行比較。其中樣本資料可以是根據不同門檻值設定的對焦框內的影像資料。此外，在另一實施例中，處理單元34根據所計算之焦距與門檻值比較後，判斷需要放大對焦框時，才執行 加權運算以更精確的找出適合的焦距。

藉由上述方法，本發明實施例的電子裝置30即可透過所計算出的焦距調整對焦框大小繼而重新計算合適的焦距，因此有效提升自動對焦的精確度。

需說明的是，在另一實施例中，上述的電子裝置30亦可包含動態感測單元，針對影像擷取單元32的拍攝角度調整對焦框。以下則再舉一實施例詳細說明。

圖9是依照本發明一實施例所繪製之電子裝置的方塊圖。請參照圖9，本實施例的電子裝置90包括影像擷取單元92、處理單元94及動態感測單元96。其中，影像擷取單元92及處理單元94係與圖3實施例中的影像擷取單元32及處理單元34相同或相似，故其詳細功能在此不再贅述。

與前述實施例不同的是，在本實施例中，電子裝置90還包括動態感測單元96，此動態感測單元96例如是重力感測器(G-sensor)、陀螺儀感測器(gyro sensor)，或是羅盤感測器(compass sensor)，其係耦接處理單元94，用以偵測影像擷取單元92所擷取影像的拍攝角度，並且處理單元94會據此拍攝角度調整門檻值。

圖10是依照本發明一實施例所繪製的調整對焦框方法的流程圖。請參照圖10，本實施例的方法適用於圖9的電子裝置90，以下即搭配電子裝置90中的各構件說明本實施例調整對焦框方法的詳細步驟。

首先，動態感測單元96偵測影像擷取單元92所擷取影 像的拍攝角度(步驟S1001)。具體來說，動態感測單元96能偵測目前電子裝置90的傾斜角度且據以得到影像的拍攝角度。然後，處理單元94根據拍攝角度調整門檻值的大小(步驟S1003)。詳言之，考量各種拍攝情況下，當影像的拍攝角度是朝向地心時，可能是進行微距的微物拍攝，因此，當偵測到拍攝角度為朝向地心時，門檻值設置例如為3公尺；或者當偵測到拍攝角度為水平方向時，門檻值設置例如為1.2公尺；又或者當偵測到拍攝角度為背向地心時，門檻值設置為1.2公尺或是只執行標準的自動對焦程序。如此一來，可以更恰當的劃分各種拍攝的距離以及角度。接著，處理單元94會判斷所計算之焦距是否超過門檻值例如為3公尺(步驟S1005)。若焦距超過門檻值，調整對焦框的尺寸例如為影像尺寸乘上25%(步驟S1007)。若焦距未超過門檻值，調整對焦框的尺寸例如為影像尺寸乘上10%(步驟S1009)。因此，結合拍攝角度的判斷，對焦框的調整可以更有變化，更能達到準確對焦的目的。

綜上所述，本發明的自動對焦方法及電子裝置藉由分析由標準對焦框所獲得之自動對焦的焦距，重新調整對焦框的尺寸並且再次自動對焦，以期能準確地完成自動對焦。並且，也能以拍攝角度作為調整對焦框的尺寸的依據，使能更加準確地得到最適合的焦距以完成自動對焦之目的。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的 精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S401~S407‧‧‧本發明一實施例的自動對焦方法的步驟

Claims (10)

1. 一種自動對焦方法，適用於具有一影像擷取單元的一電子裝置，該方法包括下列步驟：調整該影像擷取單元的一焦距，以擷取具有不同焦距的多張影像；根據各所述影像中位於一對焦框內之多個像素的像素值，計算適於對焦該對焦框內物件的該焦距；根據所計算之該焦距調整該對焦框的尺寸；以及重新根據各所述影像中位於調整後該對焦框內之所述像素的像素值，計算適於對焦該對焦框內物件的該焦距，並用以調整該影像擷取單元以進行對焦。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦方法，其中在根據各所述影像中位於該對焦框內之所述像素的像素值，計算適於對焦該對焦框內物件的該焦距的步驟之前，更包括：接收對於所述影像的一點選操作；以及根據該點選操作在所述影像中的位置，決定該對焦框的位置，其中該對焦框的尺寸為所述影像的尺寸乘上一預設比例。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦方法，其中根據所計算之該焦距調整該對焦框的尺寸的步驟包括：判斷所計算之該焦距是否超過一門檻值；若該焦距超過該門檻值，調整該對焦框的尺寸為第一尺寸；以及 若該焦距未超過該門檻值，調整該對焦框的尺寸為第二尺寸，其中該第一尺寸大於該第二尺寸。
4. 如申請專利範圍第3項所述之自動對焦方法，其中該電子裝置更包括一動態感測單元，而在判斷所計算之該焦距是否超過該門檻值的步驟之前，所述方法更包括：利用該動態感測單元偵測該影像擷取單元擷取所述影像的一拍攝角度；以及根據該拍攝角度調整該門檻值的大小。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦方法，其中根據各所述影像中位於該對焦框內之多個像素的像素值，計算適於對焦該對焦框內物件的該焦距的步驟包括：計算各所述影像之該對焦框內所述像素的一對比度；以及選取該對比度最高之該影像所具有的該焦距做為適於對焦該對焦框內物件的該焦距。
6. 一種電子裝置，包括：一影像擷取單元，調整該影像擷取單元的一焦距，以擷取具有不同焦距的多張影像；一處理單元，耦接該影像擷取單元，根據各所述影像中位於一對焦框內之多個像素的像素值，計算適於對焦該對焦框內物件的該焦距，根據所計算之該焦距調整該對焦框的尺寸，重新根據各所述影像中位於調整後該對焦框內之所述像素的像素值，計算適於對焦該對焦框內物件的該焦距，並用以調整該影像擷取單元 以進行對焦。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，更包括：一輸入單元，接收對於所述影像的一點選操作，其中該處理單元根據該點選操作在所述影像中的位置，決定該對焦框的位置，其中該對焦框的尺寸為所述影像的尺寸乘上一預設比例。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中該處理單元更判斷所計算之該焦距是否超過一門檻值，若該焦距超過該門檻值，調整該對焦框的尺寸為第一尺寸，以及，若該焦距未超過該門檻值，調整該對焦框的尺寸為第二尺寸，其中該第一尺寸大於該第二尺寸。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，更包括：一動態感測單元，耦接該處理單元，偵測該影像擷取單元擷取所述影像的一拍攝角度，其中該處理單元根據該拍攝角度調整該門檻值的大小。
10. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中該處理單元更計算各所述影像之該對焦框內所述像素的一對比度，且選取該對比度最高之該影像所具有的該焦距做為適於對焦該對焦框內物件的該焦距。