TWI511550B - 自動對焦方法 - Google Patents

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TWI511550B TW101127066A TW101127066A TWI511550B TW I511550 B TWI511550 B TW I511550B TW 101127066 A TW101127066 A TW 101127066A TW 101127066 A TW101127066 A TW 101127066A TW I511550 B TWI511550 B TW I511550B
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    • G—PHYSICS
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Description

自動對焦方法
本發明是有關於一種自動對焦技術，且特別是有關於一種可切換對焦值搜尋演算法的自動對焦技術。
數位單眼相機(Digital Single Lens Reflex Camera,DSLR)擁有相當精密複雜的機械結構，更加強化了相機的功能性與操控性。除了使用者的拍攝技巧與四周環境影響等因素之外，DSLR內建的自動對焦(Auto Focus，AF)系統，對於拍攝出來之影像畫面的品質也有相當大的影響。
一般而言，自動對焦技術係指DSLR會移動鏡頭以變更鏡頭與被攝物體之間的距離，對應不同的鏡頭位置分別計算被攝主體畫面的對焦評估值(以下簡稱為對焦值)，直到找尋到最大對焦值為止。最大對焦值係表示對應目前鏡頭所在的位置能取得最大清晰度的被攝主體畫面。然而，搜尋過程中不斷地來回移動鏡頭並進行計算，耗費許多時間，因此DSLR為了對焦速度的考量，多半採用快速自動對焦技術，亦即透過爬山理論方法(Mountain-climbing method)來尋找區域最大值(Local peak)。然而，當被攝主體畫面中同時存在較近的被攝物體以及較遠的被攝物體時，區域最大值搜尋法容易產生對焦失敗的情況。
舉例來說，圖1繪示為一種影像的對焦曲線示意圖。其中橫軸為鏡頭步數，縱軸為對焦值。圖2(a)及圖2(b)分別繪 示為DSLR對拍攝場景進行對焦的顯示畫面示意圖。圖1所示之對焦曲線C1例如是針對圖2(a)所示之被攝主體畫面所計算出來的對焦曲線。圖2(a)之被攝主體畫面包括距離較遠的筆記型電腦、滑鼠、杯子等，且對焦框201內只有一個對焦目標(筆記型電腦)。由圖1所示可知，在鏡頭步數S1位置處可產生區域最大值F1，意即可產生最大清晰度的被攝主體畫面。然而，請參照圖2(b)，在對焦成功之後，再將被攝主體(筆)也移入對焦框203內進行對焦，此時對焦框203內包含較遠處的筆記型電腦以及較近處的筆。由於先前已成功對筆記型電腦進行對焦，因此再次做對焦時，仍然會依據對焦曲線C1中的鏡頭步數S1的附近位置來優先尋找區域最大值。也就是說，在對焦框203內仍會對焦到較遠處的筆記型電腦，導致近處的筆對焦失敗。基於上述原因，如何開發一個同時兼顧高效率及高精確度的自動對焦方法仍為一待解決之課題。
有鑑於此，本發明提供一種自動對焦方法，可依據使用者對影像擷取裝置之按鍵的操控行為來切換最大對焦值的搜尋演算法，以提升自動對焦準確率。
本發明提出一種自動對焦方法，適用於影像擷取裝置。自動對焦方法包括下列步驟。判斷是否偵測到使用者按壓影像擷取裝置之按鍵的第一按壓訊號。當偵測到第一按壓訊號時，採用區域最大值(Local peak)搜尋法進行自動對焦程序。並且判斷是否偵測到使用者按壓按鍵的第二按 壓訊號。若未偵測到第二按壓訊號，則判斷是否偵測到使用者釋放按鍵的第一釋放訊號，並藉由連續產生的第一釋放訊號與該第一按壓訊號來計算使用者連續釋放及按壓按鍵的連續按壓次數。接著，判斷連續按壓次數是否大於第一臨界值。若是，則採用全域最大值(Global peak)搜尋法進行自動對焦程序。若否，則仍採用區域最大值搜尋法進行自動對焦程序。
在本發明之一實施例中，上述之若未偵測到第二按壓訊號，則偵測使用者連續釋放及按壓按鍵的連續按壓次數的步驟包括當偵測到第一釋放訊號之後，判斷在一預設時間內是否又偵測到另一第一按壓訊號。若是，則累計連續按壓次數。若否，則將連續按壓次數之初始值設定為0。
在本發明之一實施例中，上述之自動對焦方法更包括當連續按壓次數並未大於第一臨界值時，仍採用區域最大值搜尋法進行自動對焦程序，並且繼續偵測是否接收到第二按壓訊號。
在本發明之一實施例中，上述之第一按壓訊號為使用者利用按鍵下達影像擷取裝置進行對焦操作下所產生的訊號。上述之第二按壓訊號為使用者利用按鍵下達影像擷取裝置進行曝光操作下所產生的訊號。
在本發明之一實施例中，上述之使用者半按影像擷取裝置之按鍵以產生第一按壓訊號，使用者全按影像擷取裝置之按鍵以產生第二按壓訊號。
本發明另提出一種自動對焦方法，適用於具有變焦鏡 頭的影像擷取裝置。自動對焦方法包括下列步驟。先判斷是否偵測到使用者按壓影像擷取裝置之按鍵的第一按壓訊號。當偵測到第一按壓訊號時，採用區域最大值搜尋法進行自動對焦程序，並且記錄對焦成功時，變焦鏡頭所對應的第一步數。接著，判斷是否偵測到使用者全按按鍵的第二按壓訊號。若未偵測到第二按壓訊號，則判斷是否偵測到使用者釋放按鍵的第一釋放訊號，並藉由連續產生的第一按壓訊號與第一釋放訊號來計算使用者連續釋放及按壓影像擷取裝置之按鍵的連續按壓次數。並且判斷連續按壓次數是否大於第一臨界值。若是，則採用全域最大值搜尋法進行自動對焦程序。若否，則仍採用區域最大值搜尋法進行自動對焦程序，並記錄對焦成功時，變焦鏡頭所對應的第二步數。
在本發明之一實施例中，上述之自動對焦方法更包括下列步驟。判斷第二步數與第一步數之差的絕對值是否小於步數臨界值。若是，則累計步數計算次數。若否，則初始化連續按壓次數與步數計算次數。
在本發明之一實施例中，上述之在判斷連續按壓次數是否大於第一臨界值的步驟更包括判斷步數計算次數是否大於第二臨界值。若連續按壓次數大於第一臨界值並且步數計算次數大於第二臨界值，則採用全域最大值搜尋法進行自動對焦程序。
基於上述，本發明所提供之自動對焦方法可依據使用者對影像擷取裝置之按鍵的操控行為來選擇使用區域最大 值搜尋法或全域最大值搜尋法。據此，在確保搜尋速度的前提下更可提升自動對焦準確率。
為讓本發明之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。
目前在市面上較為常見的數位單眼相機(Digital Single Lens Reflex Camera,DSLR)多半是採用兩段式按鍵設計。其中，第一段主要負責對焦功能或曝光值與白平衡值的參數設定等，而第二段則會進行曝光操作，意即正式拍攝影像。因此當使用者在使用具有兩段式按鍵設計的DSLR時，可先半按按鍵來啟動自動對焦功能。此時，數位相機的鏡頭便會依據對焦框內的被攝物體進行自動對焦。使用者確認對焦成功之後，再完全按下按鍵(即按下第二段按鍵)，便可完成影像拍攝。本發明係依據使用者對影像擷取裝置之按鍵的操控行為來切換所使用的自動對焦搜尋演算法，為了使本發明之內容更為明瞭，以下列舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。
圖3是依照本發明一實施例所繪示之影像擷取裝置的方塊圖。請參照圖3，本實施例的影像擷取裝置300例如是DSLR或數位攝影機(Digital Video Camcorder，DVC)等，在此並不限制其範圍。影像擷取裝置300包括影像感測單元310、偵測單元320、自動對焦模組330以及處理單元340。
其功能分述如下：
影像感測單元310包括感光元件312以及變焦鏡頭314。感光元件312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，影像感測單元310還可包括光圈等，在此皆不設限。
偵測單元320係用以偵測使用者按壓或釋放影像擷取裝置300之按鍵(未繪示)的操作訊號。
自動對焦模組330耦接至影像感測單元310，自動對焦模組330例如可透過步進馬達控制變焦鏡頭314的步數(step)位置，以改變焦距，並且搭配區域最大值(local peak)搜尋法或全域最大值(global peak)搜尋法來計算對焦值(focus value)。
處理單元340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)等，而可用以控制影像感測單元310、偵測單元320以及自動對焦模組330。
圖4是依照本發明一實施例所繪示之自動對焦方法的流程圖。本實施例的方法適用於圖3的影像擷取裝置300，以下即搭配影像擷取裝置300中的各構件說明本實施例自動對焦方法的詳細步驟：
首先，判斷偵測單元320是否偵測到使用者按壓影像擷取裝置300之按鍵的第一按壓訊號(步驟S401)。其中，第一按壓訊號為使用者利用按鍵下達影像擷取裝置300進 行對焦操作所產生的訊號，在本實施例中，第一按壓訊號為使用者半按影像擷取裝置300之按鍵。若是，則可接續步驟S403；若否則偵測單元320繼續偵測第一按壓訊號。
在步驟S403中，處理單元340先將連續按壓次數之初始值設定為0。接著，在步驟S405中，因為偵測單元320偵測到第一按壓訊號，處理單元340控制自動對焦模組330採用區域最大值搜尋法進行自動對焦程序。
接著，在步驟S407中，判斷偵測單元320是否偵測到使用者按壓按鍵的第二按壓訊號。其中，第二按壓訊號係為使用者利用按鍵下達影像擷取裝置300進行曝光操作下所產生的訊號，在本實施例中，第二按壓訊號為使用者完全按下影像擷取裝置300之按鍵，其代表使用者確定對焦成功並且決定拍攝影像。
若偵測單元320確實偵測到第二按壓訊號，則接續步驟S409，處理單元340控制影像感測單元310依據自動對焦程序的結果據以拍攝影像。
回到步驟S407，若偵測單元320並未偵測到第二按壓訊號，則接續步驟S411，處理單元340依據偵測單元320偵測使用者連續釋放及半按按鍵的連續操作訊號來計算連續按壓次數。
接著，處理單元340判斷連續按壓次數是否大於第一臨界值(步驟S413)。若是，則處理單元340控制自動對焦模組330採用全域最大值搜尋法進行自動對焦程序(步驟S415)。若否，則仍採用區域最大值搜尋法進行自動對焦程 序(步驟S417)，之後返回步驟S407，由偵測單元320繼續偵測是否接收到第二按壓訊號。
上述步驟S411中計算連續按壓次數的步驟更可分為5個子步驟S4110~S4118。在步驟S4110中，偵測單元320偵測是否接收到使用者釋放按鍵的第一釋放訊號。若否，則返回步驟S407；若是，則接續步驟S4112，影像擷取裝置300可顯示實時取景(live view)，藉以讓使用者在釋放按鍵後可重新調整被攝主題畫面，或者重新進行自動對焦。接著，在接收到第一釋放訊號後的一段預設時間內，偵測單元320偵測是否又接收到另一第一按壓訊號(步驟S4114)。換句話說，處理單元340判斷在接收到第一釋放訊號以及另一第一按壓訊號之間的時間差是否小於一預設時間(步驟S4116)，若是，則處理單元340累計連續按壓次數(步驟S4118)，意即，將連續按壓次數累加1。
值得一提的是，本實施例經實驗歸納後，預設時間例如可設定為0.5秒，第一臨界值例如可設定為5次，但本發明並不限於此，本領域具通常知識者可依實際情況設定之。也就是說，在接收到第一釋放訊號後的0.5秒內若又接收到另一第一按壓訊號，則將連續按壓次數累加1，當連續按壓次數大於5次後，則改為採用全域最大值搜尋法進行自動對焦，否則，仍採用區域最大值搜尋法進行自動對焦。
一般而言，若使用者在短時間內不斷重複半按按鍵以及釋放按鍵的步驟，大部分肇因於影像擷取裝置對焦失 敗，因而使用者必須先釋放按鍵後再重新半按按鍵以進行另一次的自動對焦程序。然而，當被攝主體畫面中同時存在較近的被攝物體以及較遠的被攝物體時，區域最大值搜尋法容易產生對焦失敗的情況，因此必須改用全域最大值搜尋法進行對焦。據此，本實施例藉由計算使用者在一預設時間內連續按壓按鍵的次數來判斷使用區域最大值搜尋法或使用全域最大值搜尋法的時機，以提昇自動對焦準確率。
另外需說明的是，使用者在短時間內不斷重複半按按鍵以及釋放按鍵的原因除了影像擷取裝置對焦失敗之外，亦可能是使用者欲重新選取或調整被攝主題畫面，即快速變換拍攝場景。針對此種情況本發明亦提供相對應的解決方法，以下另舉一實施例來對此進行說明。
圖5是依照本發明另一實施例所繪示之自動對焦方法的流程圖。本實施例的方法亦適用於圖3的影像擷取裝置300。以下請配合參照圖5。
首先，判斷是否偵測到使用者半按影像擷取裝置之按鍵的第一按壓訊號(步驟S501)。若是，則先將連續按壓次數與步數計算次數之初始值設定為0(步驟S503)；若否，則繼續偵測第一按壓訊號。
在初始化連續按壓次數與步數計算次數後，則先採用區域最大值搜尋法進行自動對焦程序，並且記錄對焦成功時，變焦鏡頭所對應的第一步數(步驟S505)。圖6繪示為本發明另一實施例之影像的對焦曲線示意圖。請參照圖6，對焦曲線L1例如是此次自動對焦程序所獲得的對焦資料，本 實施例會將第一區域對焦值F1所對應的鏡頭步數S1記錄下來。
接著，判斷是否偵測到使用者全按按鍵的第二按壓訊號(步驟S507)。若是，代表使用者確定對焦成功並且決定拍攝影像，此時可依據自動對焦程序的結果據以拍攝影像(步驟S509)。若未偵測到第二按壓訊號，則偵測使用者連續釋放及半按按鍵的連續操作訊號來計算連續按壓次數(步驟S511)。其中，連續操作訊號係指連續產生的第一按壓訊號與第一釋放訊號。步驟S511更可分為5個子步驟S511O~S5118，本實施例之計算連續按壓次數的子步驟S5110~S5118相同或類似於前述實施例的子步驟S4110~S4118，故在此不予贅述。
緊接著便判斷連續按壓次數是否大於第一臨界值並且判斷步數計算次數是否大於第二臨界值(步驟S513)。若連續按壓次數大於第一臨界值並且步數計算次數大於第二臨界值，則改為採用全域最大值搜尋法進行自動對焦程序(步驟S515)。否則，仍採用區域最大值搜尋法再次進行自動對焦程序，並記錄對焦成功時，變焦鏡頭所對應的第二步數(步驟S517)。請參照圖6，對焦曲線L2例如是此次自動對焦程序所獲得的對焦資料，在此步驟中會將第二區域對焦值F2所對應的鏡頭步數S2記錄下來。
與前述實施例不同的是，本實施例之自動對焦方法更包括判斷鏡頭步數S2(即，第二步數)與鏡頭步數S1(即，第一步數)之差的絕對值是否小於步數臨界值(步驟 S519)。若是，則累計步數計算次數，也就是將步數計算次數累加1(步驟S521)。若否，則初始化連續按壓次數與步數計算次數，意即返回步驟S503而將連續按壓次數與步數計算次數之初始值設定為0。
在本實施例中，預設時間例如可設定為0.5秒，第一臨界值例如可設定為5次，另外，經實驗歸納後，第二臨界值例如可設定為2次，步數臨界值例如可設定為100步，上述參數之設定為本實施例之較佳參數設定值，但不限於此，可由本領域具通常知識者依據實際應用情況自行調整。
本實施例藉由將執行第一次區域最大值搜尋法的鏡頭步數S1與執行第二次區域最大值搜尋法的鏡頭步數S2進行比較，若鏡頭步數S1與S2的步數差大於100步，則判定使用者已經快速地改變拍攝場景，即被攝主題畫面變化過大。此種情況下仍適用區域最大值搜尋法進行快速對焦。據此，本實施例之方法係在使用者針對同一拍攝場景(同一被攝主題畫面)下，快速地重複半按按鍵以及釋放按鍵的動作時，才會改為採用全域最大值搜尋法進行自動對焦程序。據此，如先前技術所述在同一拍攝場景下，先對遠物進行對焦後並且在對焦框內出現近物時，可以自動改為採用全域最大值搜尋法進行自動對焦，以避免近物對焦失敗的情況發生。
綜上所述，本發明可依據使用者對影像擷取裝置之按鍵的操控行為來自動選擇使用區域最大值搜尋法或全域最大值搜尋法。此外，藉由對焦成功的鏡頭步數資訊可用來 判斷使用者是否快速變換拍攝場景。在確定使用者是針對同一被攝主題畫面下快速地重複半按按鍵以及釋放按鍵的動作時，才切換對焦值的搜尋演算法。如此一來，可在確保搜尋速度的前提下提升自動對焦準確率。
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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
300‧‧‧影像擷取裝置
310‧‧‧影像感測單元
312‧‧‧感光元件
314‧‧‧變焦鏡頭
320‧‧‧偵測單元
330‧‧‧自動對焦模組
340‧‧‧處理單元
C1、L1、L2‧‧‧對焦曲線
F1、F2‧‧‧區域對焦值
S1、S2‧‧‧鏡頭步數
S401~S417‧‧‧一實施例之自動對焦方法的各步驟
S501~S421‧‧‧另一實施例之自動對焦方法的各步驟
圖1繪示為一種影像的對焦曲線示意圖。
圖2(a)及圖2(b)分別繪示為DSLR對拍攝場景進行對焦的顯示畫面示意圖。
圖3是依照本發明一實施例所繪示之影像擷取裝置的方塊圖。
圖4是依照本發明一實施例所繪示之自動對焦方法的流程圖。
圖5是依照本發明另一實施例所繪示之自動對焦方法的流程圖。
圖6繪示為本發明另一實施例之影像的對焦曲線示意圖。
S401~S417‧‧‧一實施例之自動對焦方法的各步驟

Claims (10)

  1. 一種自動對焦方法，適用於一影像擷取裝置，包括：判斷是否偵測到一使用者按壓該影像擷取裝置之一按鍵的一第一按壓訊號；當偵測到該第一按壓訊號時，採用一區域最大值搜尋法進行自動對焦程序；判斷是否偵測到該使用者按壓該按鍵的一第二按壓訊號；若未偵測到該第二按壓訊號，則判斷是否偵測到該使用者釋放該按鍵的一第一釋放訊號，並藉由該使用者對該按鍵的按壓與釋放來計算一連續按壓次數，其中每當該使用者對該按鍵按壓一次及釋放一次，則該連續按壓次數的值累加1；以及判斷該連續按壓次數是否大於一第一臨界值，該第一臨界值大於或等於3，若是，採用一全域最大值搜尋法進行自動對焦程序，若否，仍採用該區域最大值搜尋法進行自動對焦程序。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦方法，其中若未偵測到該第二按壓訊號，計算該連續按壓次數的步驟包括：當偵測到該第一釋放訊號之後，判斷在一預設時間內是否又偵測到另一第一按壓訊號；若是，累計該連續按壓次數；以及若否，將該連續按壓次數之初始值設定為0。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦方法，更包括：當該連續按壓次數並未大於該第一臨界值時，仍採用該區域最大值搜尋法進行自動對焦程序，並繼續偵測該第二按壓訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之自動對焦方法，其中該第一按壓訊號為該使用者利用該按鍵下達該影像擷取裝置進行對焦操作所產生的訊號，其中該第二按壓訊號為該使用者利用該按鍵下達該影像擷取裝置進行曝光操作所產生的訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之自動對焦方法，其中該使用者半按該按鍵以產生該第一按壓訊號，該使用者全按該按鍵以產生該第二按壓訊號。
  6. 一種自動對焦方法，適用於具有一變焦鏡頭的一影像擷取裝置，包括：判斷是否偵測到一使用者按壓該影像擷取裝置之一按鍵的一第一按壓訊號；當偵測到該第一按壓訊號時，採用一區域最大值搜尋法進行自動對焦程序，並記錄對焦成功時，該變焦鏡頭對應的一第一步數；判斷是否偵測到該使用者按壓該按鍵的一第二按壓訊號；若未偵測到該第二按壓訊號，則判斷是否偵測到該使用者釋放該按鍵的一第一釋放訊號，並藉由該使用者對該 按鍵的按壓與釋放來計算一連續按壓次數，其中每當該使用者對該按鍵按壓一次及釋放一次，則該連續按壓次數的值累加1；以及判斷該連續按壓次數是否大於一第一臨界值，該第一臨界值大於或等於3，若是，採用一全域最大值搜尋法進行自動對焦程序，若否，仍採用該區域最大值搜尋法進行自動對焦程序，並記錄對焦成功時，該變焦鏡頭對應的一第二步數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之自動對焦方法，更包括：判斷該第二步數與該第一步數之差的絕對值是否小於一步數臨界值；若是，累計一步數計算次數；以及若否，初始化該連續按壓次數與該步數計算次數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之自動對焦方法，其中在判斷該連續按壓次數是否大於該第一臨界值的步驟中更包括：判斷該步數計算次數是否大於一第二臨界值；以及若該連續按壓次數大於該第一臨界值並且該步數計算次數大於該第二臨界值，採用該全域最大值搜尋法進行自動對焦程序。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之自動對焦方法，其中若未偵測到該第二按壓訊號，計算該使用者連續釋放及按壓該按鍵的該連續按壓次數的步驟包括： 當偵測到該第一釋放訊號之後，判斷在一預設時間內是否又偵測到另一第一按壓訊號；若是，累計該連續按壓次數；以及若否，初始化該連續按壓次數與該步數計算次數。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之自動對焦方法，更包括：當偵測到該使用者按壓該按鍵的該第二按壓訊號時，依據自動對焦程序的結果據以拍攝一影像。
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