TWI392852B - 利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備以及利用自動對焦測量距離之方法 - Google Patents

Description

利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備以及利用自動對焦測量距離之方法

本發明係關於一種可攜式電子設備，尤其是關於利用自動對焦來測量距離之可攜式電子設備。

具有自動對焦功能之可攜式電子設備係用以對物件進行拍攝而獲得影像，例如：數位相機以及照相手機等。而上述可攜式電子設備為了獲得良好的拍攝品質，因此必須透過自動對焦功能而使可攜式電子設備對焦於物件上。

一般自動對焦大致分為主動式自動對焦(Active Auto Focus)及被動式自動對焦(Passive Auto Focus)。由於主動式自動對焦需要額外設置光發射器及接收器，增加了可攜式電子設備的成本且攜帶不便，因此一般可攜式電子設備皆採用被動式自動對焦。

請參閱第一圖，其為習知被動式自動對焦的方塊流程圖。在被動式自動對焦方法中，將鏡頭移動到不同對焦位置(亦即不同的鏡頭步數)，並依據在每一鏡頭位置所獲得之對焦值(Focus Value)，來決定影像清晰或是模糊程度。第一圖中，可攜式電子設備將鏡頭移動一個鏡頭步數後進行拍攝而取得影像(步驟S1)，接著計算影像的對焦值(步驟S2)，再來判斷是否已獲得最大的對焦值(步驟S3)，若未獲得最大對焦值，則將鏡頭移到下一個鏡頭步數重複自動對焦程序(步驟S4)，若已獲得最大對焦值則結束自動對焦程序。

習知技術中已公開一種利用自動對焦功能來測量距離之可攜式電子設備，請參閱第二圖A以及B，第二圖A為習知可攜式電子設備之外觀示意圖，而第二圖B為習知可攜式電子設備另一角度之外觀示意圖。第二圖A以及B中，可攜式電子設備1係為照相手機。可攜式電子設備1包括一顯示螢幕11、一拍攝模組12以及一運算單元13，拍攝模組12用以對目標物T(請參閱第三圖)進行拍攝。

接下來請參閱第三圖，其為習知可攜式電子設備對目標物拍攝之成像示意圖。第三圖中，拍攝模組12包括一鏡頭121、一傳動機構122以及一光學感測元件123，傳動機構122連接於鏡頭121，用以於自動對焦時移動鏡頭121，而光學感測元件123用以使目標物T成像，且拍攝模組12具有一焦距f。當使用者欲得到目標物T至自己所在位置之距離(亦即目標物距離p)時，利用可攜式電子設備1之拍攝模組12對目標物T進行拍攝，首先拍攝模組12對目標物T進行自動對焦，而傳動機構122輸出動力以移動鏡頭121，當鏡頭121移動至使拍攝模組12可獲得最大對焦值時，拍攝模組12對目標物T拍攝，且目標物影像I成像於光學感測元件123上，其中光學感測元件123至鏡頭121之距離為像距q。拍攝完成之後，運算單元13根據已知的焦距f以及像距q套入高斯 光學成像公式-1/p+1/q=1/f進行運算而獲得目標物距離p，而目標物距離p則顯示於顯示螢幕11上以供使用者觀看。

由上述可知，習知可攜式電子設備1測量距離係利用自動對焦來取得像距q，再透過運算單元13進行公式的運算而達成。然而，習知可攜式電子設備1於測量距離的過程中，由於需要運算單元13進行公式運算，因此使用者必須等待運算單元13運算完畢才可獲得目標物距離p。另一方面，運算單元13的運算會消耗可攜式電子設備1中大量的資源，使得可攜式電子設備1的運作遲緩。

本發明之目的在提供一種可快速測量距離之可攜式電子設備。

本發明之另一目的在提供一種利用自動對焦測量距離之方法。

於一較佳實施例中，本發明提供一種利用自動對焦測量距離之方法，應用於一可攜式電子設備，該可攜式電子設備包括一拍攝模組，且該拍攝模組具有一鏡頭，該方法包括：建立一距離對照表，其中該距離對照表包括複數鏡頭移動步數值以及複數目標物距離值；使用該可攜式電子設備之該拍攝模組對一目標物進行自動對焦以及拍攝而獲得該鏡頭於自動對焦時移動之一目前鏡頭移動步數；以及根據該鏡頭移動步數而可由該距離對照表之該複數鏡頭移動步數獲得對應於該目前鏡頭移動步數之一目前鏡頭移動步數值，且由該距離對照表之該複數目標物距離值獲得對應於該目前鏡頭移動步數值之一目前目標物距離值。

於一較佳實施例中，該距離對照表之該複數鏡頭移動步數值包括一近距離臨界值，當該目前鏡頭移動步數值大於該近距離臨界值時，對應於該目前鏡頭移動步數值之該目標物距離值係根據一高斯光學成像公式計算而獲得；而當該目前鏡頭移動步數值小於或等於該近距離臨界值時，對應於該目前鏡頭移動步數值之該目標物距離值係實際測量而獲得。

於一較佳實施例中，該高斯光學成像公式為1/p+1/q=1/f，其中p係為該目標物距離，q係為該目標物之影像至該透鏡之距離，而f係為該可攜式電子設備之一焦距。

於一較佳實施例中，該拍攝模組更包括一傳動機構以及一光學感測元件，該傳動機構連接於該鏡頭，用以於該可攜式電子設備進行自動對焦時移動該鏡頭，而該光學感測元件位於該鏡頭之一側，用以使該目標物之影像成像於其上。

於一較佳實施例中，該可攜式電子設備更包括一顯示螢幕，用以顯示對應於之該目前鏡頭移動步數之該目前目標物距離值。

於一較佳實施例中，該可攜式電子設備係一數位相機或一照相手機。

於一較佳實施例中，本發明更提供一種利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備，用以測量一目標物之距離，該可攜式電子設備包括：一拍攝模組，用以對該目標物進行自動對焦以及拍攝，該拍攝模組包括：一鏡頭，用以因應自動對焦而移動

一光學感測元件，位於該鏡頭之一側，用以使該目標物之影像成像於其上；以及一傳動機構，連接於該鏡頭，用以於該可攜式電子設備進行自動對焦時移動該鏡頭；以及一距離測量程式，用以因應該拍攝模組之自動對焦以及拍攝而獲得一目標物距離，該距離測量程式具有一距離對照表，且該距離對照表包括複數鏡頭移動步數值以及複數目標物距離值；其中當該拍攝模組對該目標物進行自動對焦以及拍攝時，該鏡頭被該傳動機構移動而使該距離測量程式獲得該鏡頭於自動對焦時移動之一目前鏡頭移動步數，並根據該鏡頭移動步數而可由該距離對照表之該複數鏡頭移動步數獲得對應於該目前鏡頭移動步數之一目前鏡頭移動步數值，且由該距離對照表之該複數目標物距離值獲得對應於該目前鏡頭移動步數值之一目前目標物距離值。

於一較佳實施例中，該距離對照表之該複數鏡頭移動步數值包括一近距離臨界值，當該目前鏡頭移動步數值大於該近距離臨界值時，對應於該目前鏡頭移動步數值之該目標物距離值係根據一高斯光學成像公式計算而獲得；而當該目前鏡頭移動步數值小於或等於該近距離臨界值時，對應於該目前鏡頭移動步數值之該目標物距離值係實際測量而獲得。

於一較佳實施例中，該高斯光學成像公式為1/p+1/q=1/f，其中p係為該目標物距離，q係為該目標物之影像至該透鏡之距離，而f係為該可攜式電子設備之一焦距。

於一較佳實施例中，本發明利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備更包括一顯示螢幕，用以顯示對應於之該目前鏡頭移動步數之該目前目標物距離值。

為了改善習知技術的缺點，本發明提供一種利用自動對焦測量距離之方法。第四圖係本發明利用自動對焦測量距離之方法於一較佳實施例中之方塊流程圖。本發明利用自動對焦測量距離之方法包括步驟S1’：建立距離對照表，其中距離對照表包括複數鏡頭移動步數值以及複數目標物距離值。關於建立距離對照表之細節將於稍後說明。距離對照表建立完成後進入步驟S2’：使用可攜式電子設備之拍攝模組對目標物進行自動對焦以及拍攝而獲得拍攝模組之鏡頭於自動對焦時移動之目前鏡頭移動步數。接下來步驟S3’：根據目前鏡頭移動步數而可由距離對照表之複數鏡頭移動步數獲得對應於目前鏡頭移動步數之目前鏡頭移動步數值，且由距離對照表之複數目標物距離值獲得對應於目前鏡頭移動步數值之目前目標物距離值。測量距離完成。

為了詳細說明利用自動對焦測量距離之方法，以實施例來說明，請參閱第五圖A以及B，第五圖A為本發明利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備於一較佳實施例中之外觀示意圖，而第五圖B則為可攜式電子設備另一角度之外觀示意圖。可攜式電子設備2包括一顯示螢幕21、一拍攝模組22以及一距離測量程式23，拍攝模組22用以對目標物T’(請參閱第六圖)進行拍攝，距離測量程式23具有一距離對照表231，距離測量程式23用以根據拍攝模組22之自動對焦以及拍攝而獲得目標物距離。於本較佳實施例中，可攜式電子設備2係照相手機，而於其他較佳實施例中，可攜式電子設備則可為數位相機。

本發明測量距離之方法主要是建立一距離對照表231，並利用拍攝模組22自動對焦以及拍攝而獲得之目前鏡頭移動步數，再根據目前鏡頭移動步數而由距離對照表231快速搜尋到對應於目前鏡頭移動步數之目前目標物距離。因此，距離對照表231的建立係本發明的關鍵所在。

接下來說明距離對照表231的建立，請參閱第六圖A以及B，其為本發明利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備於一較佳實施例中對目標物拍攝之成像示意圖。第六圖A中，拍攝模組22包括一鏡頭221、一傳動機構222以及一光學感測元件223，傳動機構222連接於鏡頭221，用以於自動對焦時移動鏡頭221，而光學感測元件223用以使目標物T’成像，且拍攝模組22具有一焦距f’，其中焦距f’之數值為已知。於本較佳實施例中，光學感測元件223係一電荷耦合裝置(Charge Coupled Device)。

欲建立距離對照表231時，必須先獲得目標物影像I’至光學感測元件223之距離(其距離被定義為像距q’)。因此，先將目標物T’放置於拍攝模組22之前，目標物T’至拍攝模組22之距離定義為目標物距離P’並測量目標物距離P’，故目標物距離P’之數值為已知。利用拍攝模組22對目標物T’自動對焦以及拍攝，鏡頭221被傳動機構222移動，且目標物影像I’成像於光學感測元件223上。而由於焦距f’之數值以及目標物距離P’之數值為已知，透過高斯光學成像公式-1/p+1/q=1/f進行運算而獲得像距q’之數值，須特別說明的是，由於目標物影像I’成像於靠近光學感測元件223之一側(亦即鏡頭221之右側)，故高斯光學成像公式中的像距q之數值為正值，且目標物T”位於遠離光學感測元件223之一側(亦即鏡頭221之左側)，故高斯光學成像公式中的物距p之數值為負值。

拍攝模組22中，設定鏡頭221可移動的步數為n步，並設定鏡頭221由無窮遠處開始移動之總移動距離為d，也就是說，鏡頭221每移動一步所移動的距離為d/n。當目標物T’與拍攝模組22之距離為目標物距離P”時，其中目標物距離P”之數值為未知。為了獲得目標物距離P”之數值，拍攝模組22對目標物T’進行自動對焦以及拍攝，當拍攝模組22對焦於目標物T’且進行拍攝時，鏡頭221移動x步(於鏡頭221對焦時所移動之鏡頭步數定義為目前鏡頭移動步數，且目前鏡頭移動步數x為已知)，因此其像距q”隨著鏡頭221之移動而改變，其像距q”等於(q’-x×d/n)，而目標物影像I”成像於光學感 測元件233上，如第六圖B所示。

將已知的焦距f’以及像距q”之數值套入高斯光學成像公式-1/p+1/q=1/f進行運算而獲得目標物距離p”之數值。根據反覆變更目標物T’之位置並進行上述步驟而可獲得對應於複數鏡頭步數值之複數目標物距離值，並將複數鏡頭步數值以及複數目標物距離值記載於一距離對照表231中，如下所示：

由此可知，可攜式電子設備2於測量距離時，可對目標物T’進行拍攝而獲得目前鏡頭對焦步數x，並透過距離測量程式23於距離對照表231中搜尋對應於目前鏡頭對焦步數x之目標物距離值P_x ”。此外，經過反覆的實驗發現，利用高斯光學成像公式或者利用高斯光學成像公式所建立的距離對照表231於近距離對焦時所獲得的目標物距離值所產生的誤差超過容 許範圍，造成距離測量的不準確。

為了確保測量距離的準確度，本發明於距離對照表231之複數鏡頭移動步數值(1~n)設定一近距離臨界值th，當鏡頭221移動的鏡頭步數(亦即目前鏡頭移動步數)等於近距離臨界值th，表示鏡頭221所對焦的目標物T’位於近距離的範圍內，也就是說，當目前鏡頭移動步數值小於或等於近距離臨界值th時，目標物T’位於近距離的範圍內，而當目前鏡頭移動步數值大於近距離臨界值th時，目標物T’則不位於近距離的範圍。當目前鏡頭移動步數值小於或等於近距離臨界值th時，目標物距離值p_th ”~P_n ”係以實際測量方式而獲得。而目標物距離值p₁ ”~p_th-1 ”則以高斯光學成像公式計算而獲得。獲得複數目標物距離值後，距離對照表231建立完成(步驟S1’)。

請再度參閱第六圖B以及距離對照表231，當使用者欲利用可攜式電子設備2來測量目標物T’之距離時，使用拍攝模組22對目標物T’進行自動對焦以及拍攝而獲得拍攝模組22之鏡頭221於自動對焦時移動之目前鏡頭移動步數x(步驟S2’)，假設鏡頭221移動的步數為兩步，亦即目前鏡頭移動步數x等於2。接下來根據目前鏡頭移動步數x而可由距離對照表231之複數鏡頭移動步數(亦即1~n)中獲得對應於目前鏡頭移動步數之目前鏡頭移動步數值(也就是說由距離對照表231中搜尋鏡頭移動步數值等於2的欄位)，且由距離對照表231之複數目標物距離值獲得對應於目前鏡頭移動步數值(亦即2)之目前目標物距離值p₂ ”(步驟S3’)，距離測量結束。當獲得目前目標物距離值後，目前目標物距離值被輸出而顯示於顯示螢幕21以供使用者觀看。

需特別說明的是，本較佳實施例中所揭露之距離對照表包括的複數鏡頭移動步數值以及複數目標物距離值係針對拍攝模組之一焦距值所設定，當拍攝模組利用另一焦距值進行自動對焦時，距離對照表更包括對應於另一焦距值之複數另一鏡頭移動步數值以及複數另一目標物距離值。

根據上述較佳實施例可知，本發明係於拍攝模組拍攝前建立距離對照表而使可攜式電子設備於測量距離時可直接由距離對照表中搜尋所需要的鏡頭移動步數，進而獲得目標物距離，藉此本發明得以不經過計算而完成測量距離工作。與習知技術相比，本發明可大幅減少工作時間。再者，本發明之距離對照表中的目標物距離值係事先測量而獲得，因此可實際測量位於近距離的目標物之目標物距離，而可克服拍攝模組於近距離處進行對焦會產生誤差的缺點，以提升測量距離之準確度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。

1、2．．．可攜式電子設備

11、21．．．顯示螢幕

12、22．．．拍攝模組

13．．．運算單元

23．．．距離測量程式

121、221．．．鏡頭

122、222．．．傳動機構

123、223．．．光學感測元件

231．．．距離對照表

d．．．鏡頭移動距離

f`、f’．．．焦距

I、I’、I”．．．目標物影像

n．．．鏡頭總移動步數

p、p’．．．目標物距離

S1～S4、S1’～S3’．．．步驟

T、T’．．．目標物

q、q’、q”．．．像距

p₁ ”～p_n ”．．．目標物距離值

x．．．目前鏡頭移動步數

第一圖係習知被動式自動對焦的方塊流程圖。

第二圖A以及B係習知可攜式電子設備之外觀示意圖。

第三圖係習知可攜式電子設備對目標物拍攝之成像示意圖。

第四圖係本發明利用自動對焦測量距離之方法於一較佳實施例中之方塊流程圖。

第五圖A以及B係本發明利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備於一較佳實施例中之外觀示意圖。

第六圖A以及B係本發明利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備於一較佳實施例中對目標物拍攝之成像示意圖。

2‧‧‧可攜式電子設備

22‧‧‧拍攝模組

23‧‧‧距離測量程式

231‧‧‧距離對照表

Claims (8)

1. 一種利用自動對焦測量距離之方法，應用於一可攜式電子設備，該可攜式電子設備包括一拍攝模組，且該拍攝模組具有一鏡頭，該方法包括：建立一距離對照表，其中該距離對照表包括複數鏡頭移動步數值以及複數目標物距離值；使用該可攜式電子設備之該拍攝模組對一目標物進行自動對焦以及拍攝而獲得該鏡頭於自動對焦時移動之一目前鏡頭移動步數；以及根據該鏡頭移動步數而可由該距離對照表之該複數鏡頭移動步數獲得對應於該目前鏡頭移動步數之一目前鏡頭移動步數值，且由該距離對照表之該複數目標物距離值獲得對應於該目前鏡頭移動步數值之一目前目標物距離值；其中該距離對照表之該複數鏡頭移動步數值包括一近距離臨界值，當該目前鏡頭移動步數值大於該近距離臨界值時，對應於該目前鏡頭移動步數值之該目標物距離值係根據一高斯光學成像公式計算而獲得；而當該目前鏡頭移動步數值小於或等於該近距離臨界值時，對應於該目前鏡頭移動步數值之該目標物距離值係實際測量而獲得。
2. 如申請專利第1項所述之利用自動對焦測量距離之方法，其中該高斯光學成像公式為1/p+1/q=1/f，其中p係為該目標物距離，q係為該目標物之影像至該透鏡之距離，而f係為該可攜式電子設備之一焦距。
3. 如申請專利範圍第1項所述之利用自動對焦測量距離之方法， 其中該拍攝模組更包括一傳動機構以及一光學感測元件，該傳動機構連接於該鏡頭，用以於該可攜式電子設備進行自動對焦時移動該鏡頭，而該光學感測元件位於該鏡頭之一側，用以使該目標物之影像成像於其上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用自動對焦測量距離之方法，其中該可攜式電子設備更包括一顯示螢幕，用以顯示對應於之該目前鏡頭移動步數之該目前目標物距離值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之利用自動對焦測量距離之方法，其中該可攜式電子設備係一數位相機或一照相手機。
6. 一種利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備，用以測量一目標物之距離，該可攜式電子設備包括：一拍攝模組，用以對該目標物進行自動對焦以及拍攝，該拍攝模組包括：一鏡頭，用以因應自動對焦而移動一光學感測元件，位於該鏡頭之一側，用以使該目標物之影像成像於其上；以及一傳動機構，連接於該鏡頭，用以於該可攜式電子設備進行自動對焦時移動該鏡頭；以及一距離測量程式，用以因應該拍攝模組之自動對焦以及拍攝而獲得一目標物距離，該距離測量程式具有一距離對照表，且該距離對照表包括複數鏡頭移動步數值以及複數目標物距離值；其中當該拍攝模組對該目標物進行自動對焦以及拍攝時，該鏡頭被該傳動機構移動而使該距離測量程式獲得該鏡頭於自動對焦時移動之一目前鏡頭移動步數，並根據該鏡頭移動步數而可由該距離對 照表之該複數鏡頭移動步數獲得對應於該目前鏡頭移動步數之一目前鏡頭移動步數值，且由該距離對照表之該複數目標物距離值獲得對應於該目前鏡頭移動步數值之一目前目標物距離值；其中該距離對照表之該複數鏡頭移動步數值包括一近距離臨界值，當該目前鏡頭移動步數值大於該近距離臨界值時，對應於該目前鏡頭移動步數值之該目標物距離值係根據一高斯光學成像公式計算而獲得；而當該目前鏡頭移動步數值小於或等於該近距離臨界值時，對應於該目前鏡頭移動步數值之該目標物距離值係實際測量而獲得。
7. 如申請專利範圍第6項所述之利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備，其中該高斯光學成像公式為1/p+1/q=1/f，其中p係為該目標物距離，q係為該目標物之影像至該透鏡之距離，而f係為該可攜式電子設備之一焦距。
8. 如申請專利範圍第6項所述之利用自動對焦測量距離之可攜式電子設備更包括一顯示螢幕，用以顯示對應於之該目前鏡頭移動步數之該目前目標物距離值。