TW201827911A

TW201827911A - 影像擷取裝置及其對焦方法

Info

Publication number: TW201827911A
Application number: TW106101343A
Authority: TW
Inventors: 佑和
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2018-08-01

Abstract

一種影像擷取裝置及其對焦方法，此方法適用於具有影像感測器以及觸控螢幕的影像擷取裝置並且包括下列步驟。首先，利用影像感測器擷取即時影像，並且將即時影像顯示於觸控螢幕。接著，偵測對於觸控螢幕的觸碰操作，以自即時影像中選出關聯於觸碰操作的感興趣區域。根據感興趣區域的各個畫素相對於至少一中央畫素的相似度，計算感興趣區域的第一對焦值，並且判斷第一對焦值是否符合對焦條件。當第一對焦值符合對焦條件時，則控制影像感測器的鏡頭移動至對應第一對焦值的對焦位置。

Description

影像擷取裝置及其對焦方法

本發明是有關於一種影像擷取裝置，且特別是有關於一種影像擷取裝置及其對焦方法。

隨著科技的發展，各式各樣的智慧型影像擷取裝置，舉凡平板型電腦、個人數位化助理、及智慧型手機等，已成為現代人不可或缺的工具。其中，高階款的智慧型影像擷取裝置所搭載的相機鏡頭已經與傳統消費型相機不相上下，甚至可以取而代之，少數高階款更具有接近數位單眼的畫素和畫質。

一般而言，影像擷取裝置的對焦運作行為是在移動鏡頭的同時，計算畫面成像的清晰程度，據以取得最佳的對焦畫面。然而，此對焦的功能在背景資訊較為豐富的場景下，常會產生錯誤的對焦，以致於補捉到並非是使用者所預期的對焦畫面。

有鑑於此，本發明提供一種影像擷取裝置及其對焦方法，其可降低對焦失敗的情況，以大幅提升使用者經驗。

在本發明的一實施例中，上述影像擷取裝置的對焦方法適用於具有影像感測器以及觸控螢幕的影像擷取裝置，並且包括下列步驟。首先，利用影像感測器擷取即時影像，並且將即時影像顯示於觸控螢幕。接著，偵測對於觸控螢幕的觸碰操作，以自即時影像中選出關聯於觸碰操作的感興趣區域。根據感興趣區域的各個畫素相對於至少一中央畫素的相似度，計算感興趣區域的第一對焦值，並且判斷第一對焦值是否符合對焦條件。當第一對焦值符合對焦條件時，則控制影像感測器的鏡頭移動至對應第一對焦值的對焦位置。

在本發明的一實施例中，上述的影像擷取裝置包括影像感測器、觸控螢幕、記憶體以及處理器，其中影像感測器包括鏡頭，而處理器耦接影像感測器、觸控螢幕以及記憶體。處理器利用影像感測器擷取即時影像，並且將顯示即時影像顯示於觸控螢幕，又偵測對於觸控螢幕的觸碰操作，以自即時影像中選出關聯於觸碰操作的感興趣區域，再根據感興趣區域的各個畫素相對於至少一中央畫素的相似度，計算感興趣區域的第一對焦值，以及判斷第一對焦值是否符合對焦條件。當第一對焦值符合對焦條件時，處理器將控制鏡頭移動至對應第一對焦值的對焦位置。

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。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的方法與裝置的範例。

圖1是根據本發明一實施例所繪示之影像擷取裝置的方塊圖，但此僅是為了方便說明，並不用以限制本發明。首先圖1先介紹影像擷取裝置之所有構件以及配置關係，詳細功能將配合圖2一併揭露。

請參照圖1，影像擷取裝置100包括影像感測器10、觸控螢幕20、記憶體30以及處理器40。在本實施例中，影像擷取裝置100例如是數位相機、單眼相機、數位攝影機或是其他具有影像擷取功能的智慧型手機、平板電腦、個人數位助理、平板電腦等、頭戴顯示器等裝置，本發明不以此為限。

影像感測器10包括鏡頭15、致動器（未繪示）以及感光元件（未繪示），其中鏡頭15包括透鏡。致動器可以例如是步進馬達（stepping motor）、音圈馬達（voice coil motor，VCM）、壓電致動器（piezoelectric actuator）或其它可機械式地移動透鏡的致動器，本發明不在此設限。感光元件用以分別感測進入透鏡的光線強度，進而分別產生影像。感光元件可以例如是電荷耦合元件（charge coupled device，CCD）、互補性氧化金屬半導體（complementary metal-oxide semiconductor，CMOS）元件或其他元件，本發明不在此設限。

觸控螢幕20為一種整合觸碰偵測元件的顯示裝置，可同時提供顯示及輸入功能。此顯示裝置可以例如是液晶顯示器（liquid crystal display，LCD）、發光二極體（light-emitting diode，LED）顯示器、場發射顯示器（field emission display，FED）或其他種類的顯示器，但不限於此。觸碰偵測元件係成列、成行地配置在顯示裝置上，用以偵測使用者手指、手掌或其他物體對於觸控螢幕20的觸碰。觸碰偵測元件可為例如電容式觸碰偵測元件、表面聲波觸碰偵測元件、電磁觸碰偵測元件或近場成像觸碰偵測元件，但不限於此。

記憶體30用以儲存影像、資料，其可以例如是任意型式的固定式或可移動式隨機存取記憶體（random access memory，RAM）、唯讀記憶體（read-only memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）、硬碟或其他類似裝置或這些裝置的組合。

處理器40可以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 circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（programmable logic device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合。處理器40耦接影像感測器10、觸控螢幕20以及記憶體30，其用以執行對焦的流程，以提升影像擷取裝置100所拍攝的影像的品質。

圖2為根據本發明之一實施例所繪示的影像擷取裝置的對焦方法流程圖，而圖2的影像擷取裝置的對焦方法可以圖1的影像擷取裝置100的各元件實現。

請同時參照圖1以及圖2，首先，影像擷取裝置100的處理器40將利用影像感測器10擷取即時影像（步驟S202），並且將即時影像顯示於觸控螢幕20（步驟S204）。詳細來說，處理器40可利用影像感測器10不斷地擷取影像擷取裝置100前方的即時影像，並且同時將所擷取到的即時影像顯示於觸控螢幕20，以供使用者觀看。在一實施例中，處理器40可利用例如是爬山法（hill climbing）等對焦技術控制鏡頭15移動至對焦位置，以取得具有最大清晰度的即時影像。由於即時影像僅是為了供使用者來檢視構圖，因此鏡頭15可以較大的步距來加速對焦。然而，在另一實施例中，處理器40可在鏡頭15尚未完成對焦時，一面同步地執行下一步驟S206，本發明不在此設限。

接著，處理器40將偵測對於觸控螢幕20的觸碰操作，以自即時影像中選出關聯於觸碰操作的感興趣區域（region of interest，ROI）（步驟S206）。在此，影像擷取裝置100可以將即時影像顯示於觸控螢幕20來提供使用者直覺地選擇感興趣的區域來進行對焦。當使用者在觸控螢幕20上進行例如是點擊、按壓等觸碰操作時，處理器40將會偵測到此觸碰操作的位置，並且會以即使影像中對應於觸碰操作的位置為中心來設定具有預定大小的區域，以做為感興趣區域。此預定大小可以是儲存於記憶體30的系統預設值，而使用者亦可以隨時進行手動調整。舉例來說，處理器40可將感興趣區域以框線等形式顯示於即時影像中，並且使用者可利用觸控螢幕20進行例如是拖曳操作來針對感興趣區域的大小進行調整。

相較於習知對焦程序的全域搜尋，由於對焦區域已鎖定在感興趣區域中，因此處理器40可以僅針對感興趣區域進行對焦程序，以縮短對焦時間。在此可合理地假設觸碰操作的位置所對應的物件即為使用者所欲對焦的目標物。基於感興趣區域是以觸碰操作的位置為中心所定義，因此感興趣區域的中央區域即為目標物的所在位置。在此，處理器40將根據感興趣區域的各個畫素相對於至少一中央畫素的相似度，計算感興趣區域的第一對焦值（步驟S208），其中中央畫素即位於感興趣區域的中心的畫素，而中央畫素的數量並非侷限於單一個，以避免其為雜訊或是假影的可能性。

在本實施例中，處理器40將先計算感興趣區域的各個畫素相對於中央畫素的相似度。以另一觀點而言，處理器40是計算感興趣區域的各個畫素相對於使用者的觸碰操作所對應到的畫素的相似度。在此的相似度可以各個畫素與中央畫素之間的影像座標距離、色度座標距離至少之一者來表示，其中色度座標可以是基於RGB、CMKY等色彩空間，本發明不在此設限。接著，處理器40將根據各個畫素相對於中央畫素的相似度來分配其所對應的權重值，其中相似度越大時，所分配到的權重值則越大。換句話說，鄰近於使用者的觸碰操作所對應到的目標物並且與其具有相似色彩特性的畫素將給予越大的權重值。

具體而言，一般習知的對焦演算法僅針對所有對焦範圍中的畫素進行對比度的加總，例如以下的公式(1)：公式(1) 其中為感興趣區域的畫素的影像座標，x 為鏡頭的所在位置，為前景區域的對比度加總，為背景區域的對比度加總，而為感興趣區域的對比度加總（即，對焦值）。另一方面，本實施例的處理器40則是同時根據感興趣區域中的各個畫素的對比度以及權重值，取得感興趣區域的對焦值（即為前述的「第一對焦值」），例如以下的公式(2)：公式(2) 其中為感興趣區域的畫素的影像座標，為中央畫素的影像座標，為影像座標為的畫素的色度座標，為中央畫素的色度座標，x 為鏡頭15的所在位置，為前景區域的對比度加總，為背景區域的對比度加總，而為感興趣區域的對比度加總（即，第一對焦值）。附帶一提的是，在此的中央畫素的影像座標可以是位於感興趣區域的單一中心點，亦可以是感興趣區域的中心區域的任一位置。此外，中央畫素的色度座標可以是位於感興趣區域的單一中心點的色度座標，亦可以是感興趣區域的中心區域的平均色度座標。

處理器40在計算出第一對焦值後，將會判斷第一對焦值是否符合對焦條件（步驟S210），以判定第一對焦值所對應的鏡頭位置是否為可產生對焦畫面的位置。在此的對焦條件是指第一對焦值是否為局部最大對焦值。若是，則處理器40將控制鏡頭15移動至對應於第一對焦值的對焦位置（步驟S212）。若否，則處理器40將取得並且控制鏡頭15移動至具有局部最大對焦值的新的對焦位置（步驟S214），而在此的新的對焦位置與具有第一對焦值的鏡頭位置將具有相同的對焦區域，以確保鏡頭15得以對焦到使用者所欲對焦的目標物。

為了方便明瞭前述對焦方法，以下將列舉實際的應用以進行更詳盡的說明。

圖3是根據本發明之一實施例所繪示的影像擷取裝置的對焦方法的流程示意圖。

請同時參照圖1以及圖3，影像302為處理器40所擷取到的即時影像。由於影像302具有較為複雜的背景區域，因此以一般的對焦程序而言，鏡頭15將會對焦至背景區域，而呈現出聚焦清晰的背景區域以及失焦模糊的前景物件。此時，假設使用者針對位置Ca進行觸碰操作，其中位置Ca為前景物件的所在位置。處理器40將會以位置Ca為中心定義感興趣區域ROIa，並且針對感興趣區域ROIa的所有畫素304進行權重值的分配。

在本實施例中，處理器40將以二維的高斯函數（Gaussian function）來分配所有畫素304的權重值，例如以下的公式(3)：公式(3) 其中為影像座標為的畫素的色度座標，為影像中央畫素的色度座標。在基於影像座標距離的相似度的權重分配圖306a，與影像302中的位置Ca越靠近的區域將給予越大的權重值。在基於色度座標距離的相似度的權重分配圖306b，與影像302中的位置Ca色彩越接近的區域將給予越大的權重。在權重分配圖306a以及權重分配圖306b中，像素值越低的畫素代表越低的權重值。在本實施例中，處理器40可結合權重分配圖306a以及權重分配圖306b，以例如是兩者平均的方式產生權重分配圖306，其可有效地將前景物件給予較高的權重值，而背景區域則是給予較低或是近乎0的權重值。

以圖4根據本發明之一實施例所繪示的對焦值與鏡頭位置的曲線關係圖為例，以習知對焦程序所產生的曲線C1來說，鏡頭將會移動至背景區域的對焦位置Pb。然而，處理器40在基於相似度來進行權重值分配後所產生曲線C2來說，鏡頭15將會移動至前景物件的對焦位置Pf，以補捉到前景物件較為清晰的畫面。

圖5是根據本發明之另一實施例所繪示的影像擷取裝置的對焦方法的流程示意圖。

請同時參照圖1以及圖5，影像502為處理器40所擷取到的即時影像。此時，假設使用者針對位置Cb進行觸碰操作，其中位置Cb為背景區域的所在位置。處理器40將會以位置Cb為中心定義感興趣區域ROIb，並且將針對感興趣區域ROIb的所有畫素404進行權重值的分配。在本實施例中，處理器40同樣可以公式(3)來分配所有畫素504的權重值。在基於影像座標距離的相似度的權重分配圖506a，與影像502中的位置Cb越靠近的區域將給予越大的權重值。在基於色度座標距離的相似度的權重分配圖506b，與影像502中的位置Cb色彩越接近的區域將給予越大的權重。在權重分配圖506a以及權重分配圖506b中，像素值越低的畫素代表越低的權重值。在本實施例中，處理器40可結合權重分配圖506a以及權重分配圖506b，以例如是兩者平均的方式產生權重分配圖506，其可有效地將背景區域給予較高的權重值，而前景物件則是給予較低或是近乎0的權重值。處理器40將以類似於圖4的方式控制鏡頭15移動至對焦位置，以補捉到背景區域較為清晰的畫面。

綜上所述，本發明所提出的影像擷取裝置及其對焦方法，藉由使用者對於即時影像的觸碰操作來定義感興趣區域，並且針對感興趣區域進行畫素的相似度計算，以計算出更為精確的對焦值。本發明除了可有效地加速對焦，更可降低對焦失敗的情況，以大幅提升使用者經驗。

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。

100‧‧‧影像擷取裝置

10‧‧‧影像感測器

15‧‧‧鏡頭

20‧‧‧觸控螢幕

30‧‧‧記憶體

40‧‧‧處理器

S202～S214‧‧‧對焦方法的流程

302、502‧‧‧即時影像

ROIa、ROIb‧‧‧感興趣區域

Ca、Cb‧‧‧觸碰位置

304、504‧‧‧感興趣區域的所有畫素

306a、306b、306、506a、506b、506‧‧‧權重分配圖

C1、C2‧‧‧對焦值與鏡頭位置的關係曲線

Pf‧‧‧前景物件的對焦位置

Pb‧‧‧背景區域的對焦位置

圖1是根據本發明一實施例所繪示的影像擷取裝置的方塊圖。圖2是根據本發明之一實施例所繪示的影像擷取裝置的對焦方法的流程圖。圖3是根據本發明之一實施例所繪示的影像擷取裝置的對焦方法的流程示意圖。圖4是根據本發明之一實施例所繪示的對焦值與鏡頭位置的曲線關係圖。圖5是根據本發明之一實施例所繪示的影像擷取裝置的對焦方法的流程示意圖。

Claims

一種影像擷取裝置的對焦方法，適用於具有影像感測器以及觸控螢幕的影像擷取裝置，其中該影像感測器包括鏡頭，該對焦方法包括下列步驟：　　利用該影像感測器擷取即時影像，並且顯示該即時影像於該觸控螢幕；　　偵測對於該觸控螢幕的觸碰操作，以自該即時影像中選出關聯於該觸碰操作的感興趣區域；　　根據該感興趣區域的各個畫素相對於至少一中央畫素的相似度，計算該感興趣區域的第一對焦值；　　判斷該第一對焦值是否符合對焦條件；以及　　當該第一對焦值符合該對焦條件時，控制該鏡頭移動至對應該第一對焦值的對焦位置。
如申請專利範圍第1項所述的對焦方法，其中自該即時影像中選出關聯於該觸碰操作的該感興趣區域的步驟包括：　　以該即時影像中對應於該觸碰操作的位置為中心，設定預定大小的區域，以做為該感興趣區域。
如申請專利範圍第1項所述的對焦方法，其中該根據該感興趣區域的各所述畫素相對於所述中央畫素的該相似度，計算該感興趣區域的該第一對焦值的步驟包括：　　計算各所述畫素相對於所述中央畫素的該相似度；　　計算各所述畫素的該相似度所對應的權重值，其中該相似度越大時，該相似度所對應的該權重值亦越大；以及　　根據各所述畫素的對比度以及該權重值，取得該感興趣區域的該第一對焦值。
如申請專利範圍第3項所述的對焦方法，其中各所述畫素相對於所述中央畫素的該相似度關聯於該畫素與所述中央畫素之間的影像座標距離。
如申請專利範圍第3項所述的對焦方法，其中各所述畫素相對於所述中央畫素的該相似度關聯於該畫素與所述中央畫素之間的色度座標距離。
如申請專利範圍第3項所述的對焦方法，其中計算各所述畫素的該相似度所對應的該權重值的步驟包括：　　以高斯函數分配各所述畫素的該相似度所對應的該權重值。
如申請專利範圍第1項所述的對焦方法，其中判斷該第一對焦值是否符合該對焦條件的步驟包括：　　判斷該第一對焦值是否具有局部最大對焦值。
如申請專利範圍第1項所述的對焦方法，更包括：　　當該第一對焦值不符合該對焦條件時，取得並且移動該鏡頭至新的對焦位置。
一種影像擷取裝置，包括：　　影像感測器，包括鏡頭；　　觸控螢幕；　　記憶體；以及　　處理器，耦接該影像感測器、該觸控螢幕以及該記憶體，並且用以：　　　　　　利用該影像感測器擷取即時影像，並且顯示該即時影像於該觸控螢幕；　　　　偵測對於該觸控螢幕的觸碰操作，以自該即時影像中選出關聯於該觸碰操作的感興趣區域；　　　　根據該感興趣區域的各個畫素相對於至少一中央畫素的相似度，計算該感興趣區域的第一對焦值；　　　　判斷該第一對焦值是否符合對焦條件；以及　　　　當該第一對焦值符合該對焦條件時，控制該鏡頭移動至對應該第一對焦值的對焦位置。
如申請專利範圍第9項所述的影像擷取裝置，其中當該第一對焦值不符合該對焦條件時，該處理器更用以取得並且移動該鏡頭至新的對焦位置。