TWI635333B - 可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的攝影裝置及其自動對焦方法 - Google Patents

Abstract

一種可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的自動對焦方法，應用於一攝影裝置。該自動對焦方法包含有將該攝影裝置之一拍攝週期劃分為複數個時間區間，在每一該複數個時間區間執行多次自動對焦以產生複數個取樣值，利用該複數個取樣值計算出對應於每一該複數個時間區間之一估算值，以及驅動該攝影裝置根據該複數個時間區間的多個估算值與該攝影裝置拍攝當下所對應之時間區間調整該攝影裝置之該鏡頭焦距。

Description

可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的攝影裝置及其自動對焦方法

本發明係提供一種攝影裝置及其對焦方法，尤指一種可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的攝影裝置及其自動對焦方法。

傳統的監視器大都有提供日間模式和夜間偵測模式的功能。在日間模式，為了避免紅外光造成監視器影像色偏問題，通常都會加裝一片紅外光濾光片；而到了夜間偵測模式，此紅外光濾光片將會移走，使監視器能夠接收紅外光，以加強監視器的感測器之感光能力。

然由於紅外光濾光片的折射效應會影響影像感測器的成像位置，意即影像感測器在日間正常光源模式下使用紅外光濾光片以取得清晰監控影像，一旦啟用夜間偵測模式而不使用紅外光濾光片時就會造成影像感測器的失焦，傳統的解決方法是監視器執行自動對焦程序，以取得清晰的監控影像。然傳統的自動對焦方法所需執行時間較長，如此會造成監視器於執行自動對焦的期間無法進行監控，因而造成監控的不全面，故如何解決監視器在日間、夜間偵測模式下不共焦而造成之監控不全面的缺點，以增加監控的全面性，便為相關監控產業的重點發展目標。

本發明係提供一種可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的攝影裝置及其自動對焦方法，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的自動對焦方法，應用於一攝影裝置。該自動對焦方法包含有將該攝影裝置之一拍攝週期劃分為複數個時間區間，在每一該複數個時間區間執行多次自動對焦以產生複數個取樣值，利用該複數個取樣值計算出對應於每一該複數個時間區間之一估算值，以及驅動該攝影裝置根據該複數個時間區間的多個估算值與該攝影裝置拍攝當下所對應之時間區間調整該攝影裝置之該鏡頭焦距。

本發明之申請專利範圍另揭露一種可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的攝影裝置，其包含有一影像感測器以及一運算處理器。該影像感測器用來擷取一監控影像。該運算處理器電連接於該影像感測器。該運算處理器係於判斷該監控影像產生模糊現象或失焦現象時，執行前述的自動對焦方法，以提高該監控影像之清晰度。

本發明之攝影裝置在安裝到定位點時便會執行自動對焦程序，取得對應於該監控區的估算值或估算曲線。另外，在季節變換時，環境光強可能也會有所不同，故攝影裝置於季節轉換期間也可執行自動對焦程序，獲取最新的估算值或估算曲線。如果攝影裝置的影像分析功能發現擷取之監控影像的辨識度不佳，亦能再次啟用自動對焦程序，取得最新的估算值或估算曲線，確保攝影裝置得以隨時擷取到清晰監控影像，供車牌辨識之用。

請參閱第1圖，第1圖為本發明實施例之攝影裝置10之功能方塊圖。攝影裝置10包含相互電連接的影像感測器12以及運算處理器14。攝影裝置10設置在一個預定監控區，影像感測器12用來擷取該監控區的監控影像。運算處理器14可分析監控影像是否模糊或失焦，並於監控影像產生模糊現象或失焦現象時執行自動對焦程序，以提高時間區間T2(如第3圖至第7圖所示)裡的監控影像之清晰度。一般來說，攝影裝置10可安裝在交通要道，配備有不可見光補光功能以應用於夜間偵測。影像感測器12擷取行經交通要道的運載工具的車牌影像。運算處理器14係於特定時間條件下執行自動對焦程序，調整攝影裝置10之鏡頭焦距以清楚解析車牌影像之圖案。

請參閱第2圖至第4圖，第2圖為本發明實施例之自動對焦方法之流程圖，第3圖為本發明實施例之隨時間進程動態改變鏡頭焦距之變動關係圖，第4圖為本發明實施例之隨時間進程執行學習取樣程序之示意圖。首先，執行步驟200與步驟202，運算處理器14將攝影裝置10之拍攝週期T1劃分為複數個時間區間T2，並於每一個時間區間T2裡間隔地分別執行多次自動對焦來產生複數個取樣值S。該些時間區間T2可以均勻分佈於拍攝週期T1內，使每一個時間區間T2的長度彼此相同，如第3圖所示。或者，每一個時間區間T2的長度另能依照所包含之複數個取樣值S的級別分佈而相應調整。

舉例來說，拍攝週期T1可定義為二十四小時，拍攝週期T1劃分為二十四個時間區間T2，意即每一個時間區間T2的長度為一小時。在日夜交替時，攝影裝置10的不可見光補光功能會於某一個時間區間T2啟動，並且亦會在此時間停止使用不可見光濾光片，例如傍晚18:00~19:00間。此時，取樣值S在不可見光補光功能啟動前和啟動後以及不可見光濾光片打開前和打開後的分佈會有顯著差異，故時間區間T2的長度可因取樣值S之級別分佈相應變化，例如將時間區間T2(傍晚18:00~19:00)可根據不可見光濾光片的切換時機點再分割為第一次時間區間(傍晚18:00~18:30)與第二次時間區間(傍晚18:30~19:00)。次時間區間的分割數量與時間長度不限於前揭態樣所述，端視實際需求而定。

在每一個時間區間T2裡都獲得足夠數量的取樣值之後，執行步驟204與步驟206，運算處理器14根據複數個取樣值S的級別分佈選擇性定義各級別的對應權重，以及利用複數個取樣值S和對應權重計算出對應於每一個時間區間T2的估算值E。若自動對焦方法選擇不定義各級別的權重，運算處理器14可直接計算每一個時間區間T2裡複數個取樣值S的平均當作估算值E；若選擇定義各級別的權重，自動對焦方法係計算每一個取樣值S與對應權重的乘積，計算出複數個取樣值S與複數個對應權重之所有乘積的加總平均，始能將其定義為步驟206提及的估算值E。

在步驟204中，自動對焦方法首先計算各級別裡所包含之取樣值S的個數，然後計算複數個取樣值S的總數，最後將各級別所包含之取樣值S的個數分別除以複數個取樣值S的總數，即定義為各級別的對應權重。通過步驟206計算出每一個時間區間T2的估算值E之後，再執行步驟208，由運算處理器14根據攝影裝置10拍攝當下所對應之時間區間T2、及複數個時間區間T2的多個估算值E調整攝影裝置10的鏡頭焦距。因此在關閉不可見光補光功能的白天時段，攝影裝置10可依照相應的時間區間T2的估算值E調整對焦參數，在啟動不可見光補光功能並且停止使用不可見光濾光片的夜間時段亦能對應地調整對焦參數，確保攝影裝置10全天候都擷取到清晰監控影像。

請參閱第5圖，第5圖為本發明實施例之關於取樣值S級別分佈之示意圖。自動對焦方法可根據鏡頭焦距值將每一個時間區間T2區分為多個級別，例如第5圖所示態樣將時間區間T2劃分為四個級別L1、L2、L3與L4，然實際應用不限於此。複數個取樣值S係隨意分佈在多個級別裡；若有某一個特殊取樣值S的級別分佈和其它取樣值S的級別分佈之差異過大，可認定該特殊取樣值S屬於雜訊，自動對焦方法捨棄該特殊取樣值S、亦不會定義其對應權重。舉例來說，某一級別L2裡只有一個取樣值，其它級別L3與L4裡分別都有至少兩個取樣值；當判斷其數量差異大於預設門檻(例如兩個取樣值)時，可認定級別L2裡的取樣值S為雜訊；藉此排除偏差過大的取樣值，提高估算值E的精確性。

該些級別L1、L2、L3與L4的級別範圍係為取樣值S的數值可變化範圍。通常來說，級別分佈的各級別範圍為預定值，例如所有級別的範圍彼此相同、或是每一級別的範圍可選擇性根據取樣值S之分佈數量而適應性改變。以第5圖為例，時間區間T2裡上半部的取樣點S數量較多、下半部的取樣點S數量較少；自動對焦方法可將取樣點S較集中的上半部定義成不同於級別L3與L4的一個次級別，取樣點S較稀疏的下半部定義成不同於級別L2的另一個次級別，沒有取樣點S的其它區域亦可定義為不同於級別L1的再一個次級別。因此，自動對焦方法能根據取樣點S的分佈數量進一步定義時間區間T2裡的級別範圍，得以計算出更精確、更具代表性的估算值E。

請參閱第6圖與第7圖，第6圖與第7圖分別為本發明不同實施例之估算曲線之示意圖。自動對焦方法計算出對應於每一個時間區間T2的估算值E後，可利用多種方式調整攝影裝置10的鏡頭焦距。如第6圖所示，每一個時間區間T2都有一個對應的估算值E，自動對焦方法係依照攝影裝置10拍攝當下的時間點，找出其對應到拍攝週期T1裡的某個時間區間T2，然後將鏡頭焦距直接調整為與該時間區間T2對應的估算值E，鏡頭焦距在時間區間T2裡的任一個時間點都相當於估算值E。再者，第6圖所示態樣的估算曲線是鋸齒狀曲線，然亦可將複數個時間區間T2與複數個估算值E集合建立一個查找表，自動對焦方法係利用鋸齒狀的估算曲線或查找表執行鏡頭焦距的自動調整。

如第7圖所示，雖然每一個時間區間T2仍然只會有一個對應估算值E，但自動對焦方法進一步可利用平滑機制，將拍攝週期T1裡的複數個估算值E轉換出一條平滑的估算曲線，意即每一個時間區間T2裡的每一個時間點都可換算出一個對應估算值E，鏡頭焦距在時間區間T2裡的任一個時間點都會隨著平滑估算曲線變動，攝影裝置10能依照拍攝當下的時間與估算曲線之函數相應地調整鏡頭焦距。

請參閱第1圖、第8圖與第9圖，第8圖為本發明實施例之攝影裝置10於學習階段之執行示意圖，第9圖為本發明實施例之攝影裝置10於校正階段之執行示意圖。首先執行步驟800，使用者將拍攝週期T1的參數輸入攝影裝置10；一般來說，拍攝週期T1係以24小時為基數，然實際應用可不限於此。接著，執行步驟802及步驟804，攝影裝置10根據拍攝週期T1之各時間區間T2進行自動對焦調整，找出適合於每一個時間區間T2的對焦值，並輸出可隨時間進程動態改變的對焦曲線。完成學習階段後，另執行步驟900與步驟902，先以將前揭對焦曲線作為攝影裝置10的輸入函數，攝影裝置10再根據時間區間T2和學習階段的對焦曲線自行調整鏡頭焦距。接下來，於步驟904及步驟906中，運算處理器14對影像感測器12所感測的影像進行失焦分析，根據影像是否失焦的分析結果，決定是否校正對焦曲線在特定時間區間T2(如該時間區間T2裡的影像有失焦)內的對焦值。

綜上所述，本發明的攝影裝置應用於偵測運載工具的車牌號碼。攝影裝置在白天時段可取得清晰的監控影像，但在夜晚時段因開啟不可見光補光功能並且停止使用不可見光濾光片會造成失焦；本發明的攝影裝置不使用傳統的自動對焦方法，而是執行一套可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的自動對焦方法，配合日夜變化依估算值或估算曲線主動調整鏡頭焦距，由此可縮短自動對焦所耗時間，並增加監控的全面性。此外，本發明的攝影裝置可以是固定式攝影機，也能是可動式攝影機(PTZ攝影機)。攝影裝置為可動式攝影機時，由於同樣監控區內的不同位置可能有不同的對焦需求，可動式攝影機在監控區內的多個取像點都會分別執行一次本發明的自動對焦程序，確保取得清晰完整的監控影像。

本發明的攝影裝置在安裝到定位點時便會執行自動對焦程序，取得對應於該監控區的估算值或估算曲線。另外，在季節變換時，環境光強可能也會有所不同，故攝影裝置於季節轉換期間也可執行自動對焦程序，獲取最新的估算值或估算曲線。如果攝影裝置的影像分析功能發現擷取之監控影像的辨識度不佳，亦能再次啟用自動對焦程序，取得最新的估算值或估算曲線，確保攝影裝置得以隨時擷取到清晰監控影像，供影像分析如車牌辨識之用。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧攝影裝置
12‧‧‧影像感測器
14‧‧‧運算處理器
T1‧‧‧拍攝週期
T2‧‧‧時間區間
E‧‧‧估算值
E(t)‧‧‧估算曲線
S‧‧‧取樣值
L1、L2、L3、L4‧‧‧時間區間的級別
200、202、204、206、208‧‧‧步驟
800、802、804‧‧‧步驟
900、902、904、906‧‧‧步驟

第1圖為本發明實施例之攝影裝置之功能方塊圖。 第2圖為本發明實施例之自動對焦方法之流程圖。 第3圖為本發明實施例之隨時間進程動態改變鏡頭焦距之變動關係圖。 第4圖為本發明實施例之隨時間進程執行學習取樣程序之示意圖。 第5圖為本發明實施例之關於取樣值級別分佈之示意圖。 第6圖與第7圖分別為本發明不同實施例之估算曲線之示意圖。 第8圖為本發明實施例之攝影裝置於學習階段之執行示意圖。 第9圖為本發明實施例之攝影裝置於校正階段之執行示意圖。

Claims (12)

1. 一種可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的自動對焦方法，應用於一攝影裝置，該自動對焦方法包含有：將該攝影裝置之一拍攝週期劃分為複數個時間區間；在每一該複數個時間區間執行多次自動對焦以產生複數個取樣值，其中該複數個取樣值係為該攝影裝置執行自動對焦所得之鏡頭焦距；利用該複數個取樣值之平均或加權平均計算出對應於每一該複數個時間區間之一估算值；以及驅動該攝影裝置於該複數個時間區間內根據拍攝當下所對應之時間區間將該攝影裝置之該鏡頭焦距調整為該對應估算值。
2. 如請求項1所述之自動對焦方法，更包含：將鏡頭焦距值之可變化範圍劃分為多個級別；以及依該複數個取樣值之級別分佈，將各級別所包含取樣值之數量與該複數個取樣值之總數的比例定義為各級別之一對應權重。
3. 如請求項1所述之自動對焦方法，其中該複數個時間區間均勻分佈於該拍攝週期內，以使該複數個時間區間之各區間長度彼此相同。
4. 如請求項2所述之自動對焦方法，其中該複數個時間區間之任一時間區間依照該複數個取樣值之該級別分佈而相應調整其區間長度。
5. 如請求項2所述之自動對焦方法，其中該級別分佈之各級別範圍為一 預定值。
6. 如請求項2所述之自動對焦方法，其中該級別分佈之各級別範圍係根據該複數個取樣值而適應性改變。
7. 如請求項2所述之自動對焦方法，其中該複數個時間區間之任一時間區間所屬的該複數個取樣值之任一取樣值的級別分佈和其它取樣值的級別分佈之差異大於一門檻值時，捨棄該任一取樣值，且不定義該任一取樣值之該對應權重。
8. 如請求項2所述之自動對焦方法，其中依該複數個取樣值之級別分佈定義各級別之該對應權重的步驟包含有：計算各級別所包含之該複數個取樣值的個數；計算該複數個取樣值的總個數；以及將各級別所包含之該複數個取樣值的個數分別除以該複數個取樣值的總個數所得之值定義為各級別之該對應權重。
9. 如請求項2所述之自動對焦方法，更包含有：計算該每一個取樣值與該對應權重的乘積；以及將該複數個取樣值分別與該複數個對應權重之所有乘積的加總平均定義為該估算值。
10. 如請求項1所述之自動對焦方法，其中調整該攝影裝置之該鏡頭焦距的步驟更包含：依據該攝影裝置拍攝當下所對應之時間區間，將該鏡頭焦 距調整為與該時間區間對應之該估算值。
11. 如請求項1所述之自動對焦方法，其中調整該攝影裝置之該鏡頭焦距的步驟更包含：利用一平滑機制轉換該複數個估算值以建立一估算曲線，並驅動該鏡頭焦距依照該估算曲線之函數及該攝影裝置拍攝當下所對應之時間進行相應調整。
12. 一種可隨時間進程動態改變鏡頭焦距的攝影裝置，其包含有：一影像感測器，用來擷取一監控影像；以及一運算處理器，電連接於該影像感測器，該運算處理器係於判斷該監控影像產生模糊現象或失焦現象時，執行如請求項1至請求項11所述之自動對焦方法，以提高該監控影像之清晰度。