TWI413846B

TWI413846B - Continuous focus method of digital camera

Info

Publication number: TWI413846B
Application number: TW098131258A
Authority: TW
Inventors: Chan Min Chou; Chia Lun Tsai; Chih Pin Yen
Original assignee: Altek Corp
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2013-11-01
Also published as: US8284296B2; US20110063494A1; TW201111893A

Description

數位相機的連續對焦方法

一種對焦方法，特別有關於一種數位相機在切換場景時決定是否調整對焦焦距的連續對焦方法。

使用者使用數位相機拍攝一張照片，往往分為幾個階段。第一為開啟數位相機，此時數位相機即進入所謂取像預覽階段(Live view)。第二為使用者對準待攝物後半按快門，此時數位相機即進入自動對焦階段(Auto Focusing)。第三為使用者全按壓快門，此時數位相機即進入拍攝階段(Shooting)。

所謂取像預覽階段是指使用者尚未按壓快門前，利用數位相機進行取景之預覽。換句話說，數位相機在預覽階段時會持續的擷取不同場景畫面，並將影像畫面顯示於數位相機的液晶顯示器。此時，數位相機會持續地對場景進行對焦，藉以將鏡頭的調整到合適的對焦位置(Continue Auto Focusing)。如此作法，可以再減少後續對焦的推估時間。

自動對焦階段則是使用者在半按快門後，數位相機會開始調整鏡頭組與場景中的被攝物之焦距。此時數位相機的對焦對象係為被攝物，因此，數位相機可能重新的調整對被攝物的焦距。而拍攝階段指的是，當使用者全按下快門時，數位相機會將當前的影像畫面記錄為一數位影像。

以預覽階段時的進行連續對焦程序為例，數位相機會對連續的多張影像進行對比計算。當數位相機的鏡頭位置在不同位置時，數位相機會得到各影像的清晰程度之對比值。接著，數位相機會利用二次曲線逼近法根據對比值與焦距的關係找出最佳對焦焦距。然而數位相機因場景的切換，使得鏡頭會不停的進行拉遠/推近的動作。這樣一來，除了會拉長數位相機對焦的時間外，也會嚴重的影響數位相機的電力耗損。

鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種數位相機的連續對焦方法應用於當數位相機於取像預覽階段由第一場景切換為第二場景時，判斷數位相機執行或不執行對焦程序。

為達上述目的，本發明所揭露之數位相機的連續對焦方法包括以下步驟：取得第二場景的預覽影像；對預覽影像進行模糊偵測程序，以獲取清晰值；當這些清晰值未超過對焦門檻值時，則執行對焦程序。

在本實施態樣中所指稱的對焦程序係包括以下步驟：在預覽影像中更設定至少取樣區域，取樣區域具有複數個影像像素；將取樣區域中所有相鄰的兩影像像素的像素值各別做比較，得到複數個對比差值；累計大於預設門檻值的該些對比差值的數量為清晰值。

從本發明的另一觀點而言，對焦程序中包括以下步驟：對預覽影像進行影像邊緣偵測程序，以得到複數個邊緣像素；從邊緣像素中選擇連續的複數個選定像素；取相鄰的選定像素的像素值的差異值中的最大值為相鄰差值；取選定像素的最大差值為總差值；將相鄰差值除以總差值而得到對比率；累計大於預設門檻值的對比率的數量為清晰值。

本發明提供了一種數位相機的連續對焦方法。數位相機在切換不同的場景畫面後判斷數位相機是否需要重新調整對焦焦距。如此一來，數位相機可以不用持續的驅動鏡頭的對焦動作，藉以達到省電與快速合焦的功效。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖示作最佳實施例詳細說明如下。

90‧‧‧數位相機

91‧‧‧鏡頭組

92‧‧‧感光元件

93‧‧‧儲存單元

94‧‧‧處理單元

410‧‧‧預覽影像

411‧‧‧對焦框

511‧‧‧比對像素

512‧‧‧目標像素

710‧‧‧邊緣影像

810‧‧‧清晰值

第1圖係為本發明的實施態樣之連續對焦流程圖。

第2圖係為本發明所適用之數位相機的架構示意圖。

第3圖係為第一種模糊偵測程序的流程示意圖。

第4圖係為取樣區域示意圖。

第5圖係為第二種模糊偵測程序的流程示意圖。

第6A圖係為選取水平相鄰像素之示意圖。

第6B圖係為選取垂直相鄰像素之示意圖。

第7圖係為第三種模糊偵測程序的流程示意圖。

第8A圖係為預覽影像中影像物件之邊緣示意圖。

第8B圖係為預覽影像中影像物件之邊緣示意圖。

第8C圖係為邊緣像素選取示意圖。

第9圖係為第四種模糊偵測程序的流程示意圖。

第10圖係為本發明實施態樣之清晰值統計圖。

目前大部分的數位相機在開機後，若未特別設定，隨即會進入取像預覽階段(或稱為S0階段)，並同時運行連續對焦程序。本發明數位相機的連續對焦方法適於在數位相機於取像預覽階段(live view)中由第一場景切換為第二場景時，判斷該數位相機是否執行連續對焦程序。

為清楚說明本發明中所述的第一場景與第二場景，在此定義為連續的兩張數位影像為具有第一場景的數位影像(以下簡稱為第一場景)與具有第二場景的數位影像(以下簡稱為第二場景)。第一場景與第二場景切換指的是數位相機在S0階段中所獲取的不同影像畫面。在S0階段中，數位相機的感光元件可能以固定的影像擷取率(例如：10(張/秒))持續的擷取不同的場景影像。

請參考「第1圖」，其係為本發明之連續對焦方法之示意圖。依據本發明，連續對焦方法包含：步驟S100：取得第二場景的預覽影像(意即於第二場景時取得一預覽影像)；步驟S200：對預覽影像進行模糊偵測程序，以獲取清晰值；步驟S300：判斷清晰值是否超過對焦門檻值；步驟S310：若否，則執行對焦程序；以及步驟S320：若是，不執行對焦程序。意即維持當前的對焦焦距。

當數位相機偵測到所擷取的數位影像由第一場景切換為第二場景時，數位相機會同時的將第二場景的數位影像記錄下來。在此將包含第二場景的數位影像定義為預覽影像。前述的數位相機可以是但不限於「第2圖」所示之數位相機。為能更清楚地說明本發明方法，茲請同步參考「第1圖」與「第2圖」。「第2圖」係為依據本發明所適用之數位相機的架構示意圖。數位相機90包括有：鏡頭組91、感光元件92、儲存單元93與處理單元94。鏡頭組91中具有一驅動馬達(未繪示)與多片鏡片(未繪示)。數位相機90透過驅動馬達調整鏡片組中的各鏡片相對位置，用以調整拍攝被攝物的焦距。感光元件92連接於鏡頭組91，感光元件92將當前場景的影像畫面轉換成數位影像的電訊號。感光元件92會持續的將所接收的影像訊號傳送至處理單元94。處理單元94電性連接於感光元件92與儲存單元93。處理單元94根據在取像預覽階段所擷取的之預覽影像，用以判斷需要進行調整鏡頭組之對焦焦距。

本發明係由第一場景切換為第二場景後，處理單元94會根據模糊偵測程序的結果決定數位相機90是否需要重新調整對焦焦距。模糊偵測程序會根據預覽影像的每一區域(各區域選取方式詳見後文)之清晰程度產生相應的清晰值。最後再根據清晰值的數量決定是否執行步驟300的對焦程序。當清晰值的數量越多時，則代表預覽影像的畫面越清晰；反之，清晰值的數量越少時，則代表預覽影像的畫面越模糊。

在數位相機90獲取第二場景的影像畫面時，將第二場景的影像畫面定義為預覽影像。處理單元94在每一次取得新的預覽影像後，會將清晰值重新設定，藉以避免將前次的清晰值帶入本次的運算中。

請參考「第3圖」所示，其係為本發明之一種模糊偵測程序的第一實施態樣示意圖。模糊偵測程序的第一實施態樣包含：.步驟S211：在預覽影像中更設定至少一取樣區域，取樣區域具有複數個影像像素；步驟S212：將取樣區域中所有相鄰的兩影像像素的像素值各別做比較，得到複數個對比差值；以及步驟S213：累計大於預設門檻值的對比差值的數量為清晰值。

在預覽影像中更定義至少一個取樣區域。取樣區域可以是但不限於整張預覽影像，也可以是數位相機90的固定對焦框、或人臉對焦框。在一般數位相機90中會設置有複數個固定對焦框，固定對焦框的位置分佈於預覽影像中的部分固定位置。固定對焦框用以提供使用者對欲拍攝的場景對焦的基準位置。當數位相機90設定其對焦框為中心對焦框時，則數位相機90會對中心對焦框進行對焦比對的動作。同理，其他區域位置的對焦框亦提供相同的作用。請參考「第4圖」所示，其係為取樣區域示意圖。人臉對焦框是根據數位相機90所判斷的人臉區域所產生的相應對焦框。若是同時出現多個人臉對焦框時，則在本發明的此一實施態樣中則假設取最主要之人臉對焦框作為進行判斷的取樣區域。最主要的人臉有可能是最大的人臉對焦框，或者是相機資料庫內的重要人物。

在第一實施態樣中係先計算出所有的對比差值後，接著會進行累計清晰值的動作。除此之外，亦可以將步驟S213之累計步驟改成每計算完對比差值後，就判斷是否要進行累計清晰值，此一運作流程請參考「第5圖」。

第二實施態樣係包括以下步驟：步驟S211：在預覽影像中更設定至少一取樣區域，取樣區域具有複數個影像像素；步驟S212：將取樣區域中所有相鄰的兩影像像素的像素值各別做比較，得到複數個對比差值；步驟S214：若對比差值大於預設門檻值，則累計清晰值；以及步驟S215：重複進行計算與累計清晰值之步驟，直到完成取樣區域中的所有影像像素為止。

在步驟S212的計算對比差值過程中，會分別選擇兩個相鄰的影像像素進行處理。在此將欲進行比較的影像像素定義為目標像素512，將另一個選出的相鄰像素定義為比對像素511。比對像素511之選取方式可以是水平相鄰或垂直相鄰的方式選取與目標像素相鄰的像素。目標像素512的選擇方式可以由取樣區域中像素的排列順序依序選取。舉例來說，若將取樣區域中的像素集合以一個二維陣列為例(假設像素集合為pixel_array[m][n]像素陣列)，則目標像素512的選取方式係由陣列的最小編號位置(意即pixel_array[0][0])逐一的移動至最大編號位置(意即pixel_array[0][n-1])。在完成每一行中的所有像素後，再由當前的行移動至次一行中，如「第6A圖」中的箭頭所示。比對像素511則可以從目標像素512的次一像素(水平方向或垂直方向)進行選取。請參考「第6A圖」與「第6B圖」所示，其係分別為選取水平相鄰像素與垂直相鄰像素之示意圖。再將所選出的目標像素512與比對像素511進行相減，藉以產生對應目標像素512的對比差值。再從預覽影像410中依序的選取出其他的目標像素512，並計算相應的對比差值。

請參考「第7圖」所示，其係為本發明之第三模糊偵測程序的實施態樣示意圖。模糊偵測程序包括：步驟S221：對預覽影像進行影像邊緣偵測程序，以得到複數個邊緣像素；步驟S222：從邊緣像素中選擇連續的複數個選定像素；步驟S223：取相鄰的選定像素的像素值的差異值中的最大值為相鄰差值；步驟S224：取選定像素的最大差值為總差值；步驟S225：將相鄰差值除以總差值而得到對比率；步驟S226：重覆步驟S223~225，直到完成所有邊緣像素之對比率之計算；以及步驟S227：累計大於預設門檻值的對比率的數量為清晰值。

將預覽影像經由影像邊緣偵測程序處理後，會產生相應的邊緣影像。在本發明中所述的邊緣偵測演送法可以是Sobel邊緣偵測法、Dijkstra’s演算法、或Canny邊緣偵測演算法等。請參考「第8A圖」所示，其係為預覽影像中影像物件之邊緣示意圖。

請配合參考「第8B圖」所示，再對邊緣影像710以行優先/列優先的方式依序讀取其像素值，藉以產生相應的灰階分佈曲線。舉例來說，若將邊緣影像710視為一二維陣列(將邊緣影像710視為pixel_array[m][n]像素陣列為例)時，且以行優先(row major)的方式由邊緣影像710的第一行開始依序讀取出像素值，意即pixel_array[0][x]，x={0,1…,n-1}。並將讀出的像素值與位置分別記錄在灰階分佈曲線中。當完成讀取第一行的像素值後，則生成第一行相應的灰階分佈曲線。並且對其他邊緣影像710中的其他行進行相應的灰階分佈曲線的讀取。除此之外，也可以利用列優先(column major)的方式進行讀取灰階分佈曲線。

再由灰階分佈曲線中選取像素變化超過一變化門檻值的區段，並將其定義為邊緣區段。再從邊緣區段中選取複數個邊緣像素。以「第8C圖」為例說明，在「第8C圖」中具有A、B、C、D四個邊緣像素(在「第8C圖」中以虛線圈選之範圍)。將兩兩相鄰的邊緣像素逐次進行選取，在此將每一組對比分佈值定義為邊緣像素集合。因此可以劃分為(A,B)、(B,C)、(C,D)三組邊緣像素集合，與一組總像素集合(A,D)。每一組邊緣像素集合相應有各自的差異值，且總像素集合亦具有一總差值。再從三組邊緣像素集合中選取差值最大者，並將所選取差值最大的一組除上總差值，得到對比率。在此一實施態樣中，(X,Y)係為Y像素值減掉X像素值並取其絕對值。請參考下式1所述：Max((A,B)、(B,C)、(C,D))/(D,A) (式1)

在此係以下述例子進行解說，假設從邊緣區段中選取四個像素A=38,B=46,C=68,D=82。邊緣像素集合係分別為(A,B)、(B,C)與(C,D)，其中各別是(A,B)=8、(B,C)=22、(C,D)=14，總差值則是(A,D)=44。三組邊緣像素集合的最大值為22，因此相鄰差值係為(B,C)，所以對比率即為22/44=0.5。

若是在邊緣區段中僅具有兩個像素時，則不計算此一邊緣區段之差異值。因為這樣會造成此一邊緣區段的對比率變成1，使其無法正確的判斷該邊緣區段是否為影像物件的邊緣。在完成此一邊緣區段後，則繼續灰階分佈曲線中其餘的邊緣區段之計算，並取得其餘的差異值。再取得差異值後，則比較差異值是否大於預設門檻值。計算該些大於預設門檻值的差異值之數量，將所累計後的數量定義為清晰值810。

相對第三實施態樣係將累計所有的對比率後，才開始累計清晰值。第四實施態樣亦先逐一的計算對比率後，再判斷所產生的對比率是否大於預設門檻值，並重複此一步驟直至完成所有對比率的計算為止。請參考「第9圖」所示其係為此一實施態樣的另一運作流程示意圖。

步驟S231：對預覽影像進行影像邊緣偵測程序，以得到複數個邊緣像素；步驟S232：從邊緣像素中選擇連續的複數個選定像素；步驟S233：取相鄰的選定像素的像素值的差異值中的最大值為相鄰差值；步驟S234：取相鄰的選定像素的像素值的差異值中的最大值為相鄰差值；步驟S235：取選定像素的最大差值為總差值；步驟S236：累計大於預設門檻值的對比率的數量為清晰值；以及. 步驟S237：重覆步驟S233~236，直到完成所有邊緣像素之對比率之計算並輸出最後累計的清晰值。

最後，以統計圖進行說明(請配合「第10圖」所示)，在「第10圖」的橫軸為對比差值，「第10圖」的縱軸為對比差值的相應數量。以第一實施態樣為例，在預覽影像中以一個100*100像素的取樣區域作為對焦的判斷依據，則取樣區域中的清晰值810的總數係為99*100個，並假設對焦門檻值為100。假若大於預設門檻值的清晰值810數量有45個時，則代表此張預覽影像是模糊的，所以需要重新調整鏡頭組中的鏡片位置，藉以獲取相應的對焦焦距。反之，若小於預設門檻值的清晰值810數量係為30個時，則代表此張預覽影像410是清晰的，不需要重新進行對焦。

本發明提供了一種數位相機90的連續對焦方法。數位相機90在切換不同的場景畫面後判斷數位相機90是否需要重新調整對焦焦距。如此一來，數位相機90可以不用持續的驅動鏡頭的對焦動作，藉以達到省電與快速對焦的功效。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種數位相機的連續對焦方法，適於在一數位相機於一取像預覽階段(live view)中由一第一場景切換為一第二場景時，判斷該數位相機是否執行一連續對焦程序，該連續對焦方法包括：於該第二場景時取得一預覽影像；對該預覽影像進行一模糊偵測程序，以獲取一清晰值，其中該模糊偵測程序包括：在該預覽影像中更設定至少一取樣區域，該取樣區域具有複數個影像像素；將該取樣區域中所有相鄰的兩影像像素的像素值各別做比較，得到複數個對比差值；以及累計大於一預設門檻值的該些對比差值的數量為該清晰值；判斷該清晰值是否超過一對焦門檻值；以及若否，則執行該連續對焦程序。
一種數位相機的連續對焦方法，適於在一數位相機於一取像預覽階段(live view)中由一第一場景切換為一第二場景時，判斷該數位相機是否執行一連續對焦程序，該連續對焦方法包括：於該第二場景時取得一預覽影像；對該預覽影像進行一模糊偵測程序，以獲取一清晰值，其中該模糊偵測程序包括：在該預覽影像中更設定至少一取樣區域，該取樣區域具有複數個影像像素；將該取樣區域中所有相鄰的兩影像像素的像素值各別做比較，得到複數個對比差值；若該對比差值大於一預設門檻值，則累計該清晰值；以及重複進行計算與累計該清晰值之步驟，直到完成該取樣區域中所有該些影像像素為止；判斷該清晰值是否超過一對焦門檻值；以及若否，則執行該連續對焦程序。
一種數位相機的連續對焦方法，適於在一數位相機於一取像預覽階段(live view)中由一第一場景切換為一第二場景時，判斷該數位相機是否執行一連續對焦程序，該連續對焦方法包括：於該第二場景時取得一預覽影像；對該預覽影像進行一模糊偵測程序，以獲取一清晰值，其中該模糊偵測程序包括：對該預覽影像進行一影像邊緣偵測程序，以得到複數個邊緣像素；依次計算該些邊緣像素之複數個對比率；以及累計大於一預設門檻值的該些對比率的數量為該清晰值；其中，該依次計算該些邊緣像素之複數個對比率之步驟包含：從該些邊緣像素中選擇連續的複數個選定像素；取相鄰的該些選定像素的像素值的差異值中的一最大值為一相鄰差值；取該些選定像素的最大差值為一總差值；將該相鄰差值除以該總差值而得到該對比率；以及重覆上述四步驟，直到完成所有該些邊緣像素之該對比率之計算；判斷該清晰值是否超過一對焦門檻值；以及若否，則執行該連續對焦程序。
一種數位相機的連續對焦方法，適於在一數位相機於一取像預覽階段(live view)中由一第一場景切換為一第二場景時，判斷該數位相機是否執行一連續對焦程序，該連續對焦方法包括：於該第二場景時取得一預覽影像；對該預覽影像進行一模糊偵測程序，以獲取一清晰值，其中該模糊偵測程序包括：進行一影像邊緣偵測程序，找出該預覽影像的影像物件之複數個邊緣像素；依次計算每一該邊緣像素之一對比率；重覆上述步驟，直到完成所有該些邊緣像素之該對比率之計算；以及累計大於一預設門檻值的該些對比率的數量為該清晰值；其中，該依次計算每一該邊緣像素之該對比率之步驟包含：選擇該些邊緣像素之一的複數個選定像素；取相鄰的該些選定像素的像素值的差異值中的一最大值為一相鄰差值；取該些選定像素的最大差值為一總差值；以及將該相鄰差值除以該總差值而得到該對比率；判斷該清晰值是否超過一對焦門檻值；以及若否，則執行該連續對焦程序。