TWI643018B - 設定攝影機焦點之方法及器件、及電腦程式產品 - Google Patents

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強納 尼斯羅
畢瓊恩 班德魯斯
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Abstract

本發明大體上係關於設定一攝影機之一焦點之自動聚焦演算法。更明確言之，本發明係關於一種設定一攝影機之一焦點之方法(600)及器件，其中在藉由一滾動快門影像感測器讀出像素資料期間連續地量測(S604)該攝影機之一攝影機運動位準，且其中該自動聚焦演算法使用利用該等連續量測的攝影機運動位準計算(S612)之加權焦點量測。

Description

設定攝影機焦點之方法及器件、及電腦程式產品
本發明大體上係關於設定一攝影機之一焦點之自動聚焦演算法。
影像擷取器件(諸如數位攝影機及其他類似機構)正變得愈來愈常見。 曾經僅可用於高端專業攝影機上，現今此等器件發現於行動電話、個人數位助理及其他可攜式電子器件中。可用於諸多可攜式電子器件中之影像擷取器件包含一自動聚焦構件。自動聚焦系統使用影像處理電路來自動判定適當焦點，藉此無需使用者進行此。
此等自動聚焦機構之一個缺點係其等可相對較緩慢。例如，在整合至電子器件(例如，可攜式電子器件(諸如行動電話)或靜止電子器件(諸如連接至一網路之一監控攝影機))中之一些影像擷取系統中，自動聚焦系統必須透過智慧試誤而使透鏡移動至對應於一聚焦影像之一特定位置。自動聚焦系統藉由以下步驟而完成此：檢查一影像；移動透鏡；擷取另一影像；及再次檢查影像以判定是否已達成適當焦點。重複程序直至發現最佳透鏡位置。若影像擷取器件在自動聚焦操作發生時移動，則時間可大大延長。例如，一使用者顫抖的手或一移動平台可引起影像擷取器件顯著移動。此移動可導致模糊影像，此係因為自動聚焦構件缺乏對其達成聚焦之一致主體。此外，甚至在最終達成聚焦之情況下，此移動仍引起花費甚至更多的 時間來完成自動聚焦操作。
US 8,274,596(Motorola Mobility有限責任公司)係關於一種在執行一自動聚焦(AF)程序之前判定入射於一影像感測器上之一影像是否足夠穩定之方法及影像擷取器件。可例如藉由硬體(諸如一陀螺儀或加速度計)判定影像是否穩定。雖然本文件中之揭示內容可解決模糊影像之問題，但由於除非影像穩定否則不執行AF程序，故其仍未增大AF程序之速度。相反地，當攝影機移動時，AF程序延遲。
鑑於上文，本發明之一目的係解決或至少減少上文論述之一個或數個缺點。通常，藉由隨附獨立專利技術方案達成上述目的。
根據一第一態樣，本發明藉由一種設定一攝影機之一焦點之自動聚焦方法而實現，該攝影機包括一滾動快門影像感測器及一聚焦透鏡配置，該自動聚焦方法包括以下步驟： - 藉由該滾動快門影像感測器擷取一或多個影像圖框，其中該滾動快門影像感測器包括複數個像素區，其中該滾動快門影像感測器在擷取一影像圖框期間一次自一個像素區讀出像素資料， - 在像素資料之該讀出期間連續地量測該攝影機之一攝影機運動位準，以產生與該像素資料相關聯且指示在自該複數個像素區讀出像素資料期間量測之複數個攝影機運動位準之運動資料， - 使用一自動聚焦演算法設定該攝影機之該焦點，該自動聚焦演算法將該一或多個影像圖框之各者劃分成複數個聚焦窗(focus window)，其中各聚焦窗包括該複數個像素區之一或多者之像素資料。
此外，針對該複數個聚焦窗之各聚焦窗，該自動聚焦演算法包括： - 基於該聚焦窗中包括之該像素資料計算該聚焦窗之一焦點量測，- 基於與該聚焦窗中包括之該像素資料相關聯之該運動資料計算該聚焦窗之一運動位準，及- 藉由按至少該聚焦窗之該運動位準加權該聚焦窗之該焦點量測而計算該聚焦窗之一加權焦點量測。
一滾動快門影像感測器係並非在一單一時間例項擷取一場景之一影像而是通常垂直地或水平地跨場景掃描且因此在不同時刻讀出像素資料之一感測器。換言之，並非場景之影像之全部部分皆在完全相同之瞬間記錄。因此，在本說明書之內容背景中，術語「像素區」應被理解為例如該滾動快門影像感測器之一像素列或一像素行。一像素區亦可包括該滾動快門影像感測器之複數個列或行。在像素資料之此讀出期間，連續地量測該攝影機之一攝影機運動位準。可例如針對該滾動快門影像感測器之各像素區量測或每隔一個像素區等量測該攝影機運動位準。然而，在像素資料自該複數個像素區之該讀出期間將至少兩次量測該攝影機運動位準，使得一個像素區可與一運動資料(指示該經量測攝影機運動位準)相關聯，該運動資料不同於與另一像素區相關聯之一運動資料。
發明者已認識到，當使用一自動聚焦(AF)演算法設定該攝影機之該焦點時，可有利地使用與各別像素區相關聯之此不同運動資料。該自動聚焦演算法將該一或多個影像圖框之各者劃分成複數個聚焦窗，使得各聚焦窗包括該複數個像素區之一或多者之像素資料。此意謂一影像圖框之一第一聚焦窗可包括在該攝影機(及因此該滾動快門影像感測器)之一移動期間讀出之像素資料，而該相同影像圖框之另一聚焦窗包括在該攝影機完全靜止(或者或多或少移動)時讀出之像素資料。藉由在計算一聚焦窗之一焦點量 測時考量該攝影機之該(等)移動，與包括在該攝影機之較少或零移動期間讀出之像素資料的一聚焦窗之一焦點量測之一重要性相比，包括在該攝影機之移動期間讀出之像素資料的一聚焦窗之一焦點量測之一重要程度可減小。
藉由計算各聚焦窗之一運動位準而執行對該焦點量測之加權。該運動位準可為例如與該聚焦窗中之像素資料相關聯之該攝影機之最大移動(由該運動資料指示)，或其可為與該聚焦窗中之像素資料相關聯之該攝影機之平均移動(由該運動資料指示)。可採用計算該聚焦窗之該運動位準之其他方式。
接著，在計算一特定聚焦窗之該焦點量測之重要程度時使用該聚焦窗之該運動位準。換言之，藉由按至少該聚焦窗之該運動位準加權該聚焦窗之該焦點量測而計算該聚焦窗之一加權焦點量測。
因此，本發明提供一種改良的自動聚焦演算法，此係因為可與源自在該攝影機之較少移動期間讀出之像素資料的焦點量測不同地加權源自在該攝影機之移動期間讀出之像素資料的焦點量測。此繼而使得在例如該攝影機之非實質移動期間讀出該像素資料之部分之情況下，仍可使用其中在例如該攝影機之一實質移動期間讀出該像素資料之其他部分之影像圖框。因此，AF演算法之速度可增大，此係因為即使該攝影機在讀出像素資料期間移動，仍可執行AF。此外，本發明之自動聚焦演算法可提供一更準確結果，此係因為可如上文描述般向下加權(down weight)源自在該攝影機之移動期間讀出之像素資料的焦點量測。
根據一些實施例，擷取一或多個影像圖框之該步驟包括：擷取僅一個影像圖框，且計算一焦點量測之該步驟包括：自該聚焦窗中包括之該像素 資料計算一基於相位之焦點量測。根據此實施例，計算一加權焦點量測之該步驟包括：加權該焦點量測使得與具有一低運動位準之一聚焦窗之一焦點量測相比，將以一較低權重加權具有一高運動位準之一聚焦窗之一焦點量測。
藉由將傳入光劃分成影像對並比較該等影像對而達成相位偵測。相位偵測自動聚焦感測器比較主體之兩個偏移影像(自該僅一個影像圖框導出)且計算其等之間的相位差或分離誤差(separation error)。若該等影像未對齊(即，分離誤差不為零)，則主體未對焦。該等影像之間的分離誤差用於決定該焦點應改變多少，而該兩個影像之相對位置用於決定與一目前焦點設定相比，新焦點需更近還是更遠。對於具有一滾動快門影像感測器之一攝影機，各聚焦窗可導致一不同分離誤差，此係因為該攝影機在讀出該聚焦窗中包括之該像素資料期間可不同地移動。藉由加權該焦點量測使得與具有一低運動位準之一聚焦窗之一焦點量測相比，將以一較低權重加權具有一高運動位準之一聚焦窗之一焦點量測，可達成一改良的自動聚焦演算法，此係因為與在該攝影機之一較低移動期間讀出之像素資料之一焦點量測相比，在該攝影機之移動期間讀出之像素資料之一焦點量測(自分離誤差導出)較不正確。
根據一些實施例，設定該攝影機之該焦點之該步驟包括：計算該僅一個影像圖框之該複數個聚焦窗之各者之該加權焦點量測之一平均值。此實施例可導致設定該攝影機之該焦點之一低計算複雜度。
根據一些實施例，擷取一或多個影像圖框之該步驟包括：擷取複數個影像圖框，藉由該攝影機使用該聚焦透鏡配置之一不同焦點設定擷取各影像圖框。根據此實施例，該自動聚焦演算法將該複數個影像圖框之各者劃 分成複數個聚焦窗。因此，該複數個影像圖框之各影像圖框將被劃分成複數個聚焦窗，且因此例如一第一影像圖框之一聚焦窗將對應於其餘影像圖框之各者中之一聚焦窗。接著，一基於對比度之焦點量測可用於計算各聚焦窗之一焦點量測。計算一加權焦點量測之該步驟可包括：使用該聚焦窗之該運動位準及該複數個該等影像圖框之其餘影像圖框之各者中之該對應聚焦窗之該運動位準來計算一融合運動位準；及按該融合運動位準加權該焦點量測使得與具有一低融合運動位準之一聚焦窗之一焦點量測相比，將以較低權重加權具有一高融合運動位準之一聚焦窗之一焦點量測。
在本說明書之內容背景中，術語「融合運動位準」應被理解為組合複數個運動位準(一個運動位準用於該複數個影像圖框之中的該等對應聚焦窗之各者)以計算該融合運動位準。根據一些實施例，該複數個運動位準經加總以形成該融合運動位準。根據其他實施例，將該複數個運動位準之中的一最大值、平均值或中間值用作該融合運動位準。換言之，對於各聚焦窗，組合在不同時間點量測之複數個(可不同)運動位準以形成一特定聚焦窗之該融合運動位準。
可藉由透過透鏡量測一感測器場或聚焦窗內之對比度而達成一基於對比度之聚焦演算法。在正確影像焦點之情況下，例如一聚焦窗中包括之該像素資料之相鄰像素或附近像素之間的強度差或焦點量測增大。藉由使用不同焦點擷取複數個影像圖框且比較該複數個影像圖框中之對應聚焦窗之間的該焦點量測，可設定該攝影機之一正確焦點。本實施例可有利地向下加權一組對應聚焦窗之該焦點量測之重要性，其中該等聚焦窗之至少一者包括在該攝影機移動時擷取之像素資料。
例如，若使用一爬山演算法，則若該攝影機在擷取該兩個聚焦窗之任 一者中包括之該像素資料期間移動，則可向下加權一第一影像圖框之該聚焦窗與一第二影像圖框之該對應聚焦窗之間的比較，此係因為該兩個焦點量測之間的比較可給出一錯誤結果。
根據一些實施例，該計算一融合運動位準包括：計算該聚焦窗之該運動位準與該複數個該等影像圖框之其餘影像圖框之各者中之該對應聚焦窗之該運動位準之一總和。此在該攝影機之移動影響一組對應聚焦窗之一個以上聚焦窗中之該經計算焦點量測之情況中可為有利的，與若該組中之該等聚焦窗之僅一者包括在該攝影機之移動期間讀出之像素資料相比，此可對該組之該焦點量測之間的一比較之正確度影響更多。
根據一些實施例，該計算一融合運動位準包括：計算該聚焦窗之該運動位準及該複數個該等影像圖框之該等其餘影像圖框之各者中之該對應聚焦窗之該運動位準之一最大運動位準。此實施例可減小計算該融合運動位準之計算複雜度。
根據一些實施例，針對該影像感測器之各像素區之各讀出量測該攝影機運動位準，使得與該像素資料相關聯之該運動資料包括各像素區之各讀出之一各別攝影機運動位準。此可改良該自動聚焦演算法之正確度。
根據一些實施例，當該攝影機運動位準低於一預定攝影機運動位準時，將該運動資料設定為一第一值，且當該攝影機運動位準處於或高於該預定攝影機運動位準時，將該運動資料設定為一第二值。例如，低於該預定攝影機運動位準之全部攝影機運動位準(即，攝影機移動)可被解譯為不影響一經計算焦點量測，且因此可忽略該攝影機移動。此可減小該自動聚焦演算法之計算複雜度且亦增大該演算法之速度。
根據一些實施例，該運動資料之該第二值導致以零之一權重加權包括 與該運動資料相關聯之像素資料之一聚焦窗之該焦點量測。此意謂一旦已讀出該聚焦窗中包括之任何像素資料而該攝影機已移動多於該預定攝影機運動位準，則在設定該攝影機之該焦點時將完全忽略此聚焦窗之該焦點量測。在採用該基於對比度之焦點量測之情況下，此意謂用於一組對應聚焦窗中之全部該等聚焦窗之該焦點量測之權重(該複數個影像圖框之各者各有一權重，如上文描述)將為零，且因此在設定該攝影機之該焦點時將完全忽略。
根據一些實施例，當該攝影機運動位準低於一第一預定攝影機運動位準時，將該運動資料設定為一第一值，當該攝影機運動位準高於一第二預定攝影機運動位準時，將該運動資料設定為一第二值，且當該攝影機運動位準介於該第一預定攝影機運動位準與該第二預定攝影機運動位準之間時，將該運動資料設定為介於該第一值與該第二值之間的另一值，其中該另一值與該攝影機運動位準有關。例如，在可藉由從零至一之數字表示該運動資料之情況下(其中零表示無攝影機運動且一表示最大攝影機運動)，可如下實施本實施例。若該攝影機運動位準低於該第一預定攝影機運動位準，則可將該運動資料設定為零(即，無運動)，且若該攝影機運動位準高於該第二預定攝影機運動位準，則可將該運動資料設定為一(即，最大運動)，且在該第一預定攝影機運動位準與該第二預定攝影機運動位準中間，取決於該攝影機運動位準，可將該運動資料設定為介於零與一之間的一數字。因此，該攝影機運動位準與該運動資料之間的轉變可類似於一S型函數。
此可減小該自動聚焦演算法之計算複雜度且亦增大該演算法之速度，此係因為該攝影機運動位準定限為高於及低於特定預定攝影機運動位準之恆定運動資料值。
以一類似方式，當採用一基於對比度之焦點量測時，根據一些實施例，當該融合運動位準低於一第一預定運動位準時，按該融合運動位準加權該焦點量測之該步驟包括：以一第一權重加權該焦點量測。根據此實施例，當該融合運動位準高於一第二預定運動位準時，按該融合運動位準加權該焦點量測之該步驟包括：以一第二權重加權該焦點量測。此外，根據此實施例，當該融合運動位準介於該第一預定運動位準與該第二預定運動位準之間時，按該融合運動位準加權該焦點量測之該步驟包括：以介於該第一權重與該第二權重之間的另一權重加權該焦點量測，其中該另一權重與該融合運動位準有關。此實施例通常可具有與上文關於該運動資料之定限描述之實施例相同之特徵及優點。
根據一些實施例，連續地量測該攝影機運動位準包括：自該攝影機之一運動感測器接收輸入之步驟，該輸入與由該運動感測器感測之攝影機運動有關。該運動感測器可為任何適合類型之運動感測器，諸如振動感測器、陀螺儀、加速度計、紅外線感測器等。此一感測器可已存在於該攝影機上且因此亦可因此原因而採用。替代地或額外地，根據一些實施例，連續地量測該攝影機運動位準包括以下步驟：自該攝影機之一搖攝/傾斜PT馬達接收輸入，該輸入與由該PT馬達誘發之攝影機運動有關。此可為有利的，此係因為可在該攝影機之實際移動之前接收此輸入且因此該演算法可利用知道該攝影機將移動。
在一第二態樣中，本發明提供一種包括一電腦可讀儲存媒體之電腦程式產品，該電腦可讀儲存媒體具有經調適以在由具有處理能力之一器件執行時實行第一態樣之方法之至少部分之指令。根據一些實施例，該電腦程式產品包括具有經調適以實行第一態樣之整個方法之一電腦可讀儲存媒 體。根據其他實施例，該電腦程式產品包括具有經調適以實行關於自動聚焦演算法之第一態樣之方法之步驟之指令之一電腦可讀儲存媒體。
在一第三態樣中，本發明提供一種設定一攝影機之一焦點之器件，該攝影機包括一滾動快門影像感測器及一聚焦透鏡配置，該器件經配置以：- 接收與由該滾動快門影像感測器擷取之一或多個影像圖框有關之像素資料，其中該滾動快門影像感測器包括複數個像素區，其中該滾動快門影像感測器在擷取一影像圖框期間一次自一個像素區讀出像素資料，- 接收與該像素資料相關聯且指示在自該複數個像素區讀出像素資料期間量測之複數個攝影機運動位準之運動資料，其中在像素資料之該讀出期間連續地量測該攝影機之該攝影機運動位準，- 使用一自動聚焦演算法設定該攝影機之該焦點，該自動聚焦演算法將該一或多個影像圖框之各者劃分成複數個聚焦窗，其中各聚焦窗包括該複數個像素區之一或多者之像素資料，其中針對該複數個聚焦窗之各聚焦窗，該自動聚焦演算法包括：- 基於該聚焦窗中包括之該像素資料計算該聚焦窗之一焦點量測，- 基於與該聚焦窗中包括之該像素資料相關聯之該運動資料計算該聚焦窗之一運動位準，- 藉由按至少該聚焦窗之該運動位準加權該聚焦窗之該焦點量測而計算該聚焦窗之一加權焦點量測。
此一器件可在該攝影機中實施或可為與該攝影機分離且有線或無線耦合至該攝影機之一器件。
該第二態樣及該第三態樣通常可具有與該第一態樣相同之特徵及優點。
100‧‧‧影像圖框
100a至100f‧‧‧影像圖框/影像
102‧‧‧攝影機運動位準
104‧‧‧像素/像素資料
106a至106d‧‧‧像素資料之集/像素列/像素資料/像素區
108a至108c‧‧‧聚焦窗
112‧‧‧運動資料
114‧‧‧預定攝影機運動位準
116‧‧‧第一預定攝影機運動位準
118‧‧‧第二預定攝影機運動位準
202‧‧‧點曲線
204‧‧‧實曲線
206‧‧‧曲線之極大值之間的距離/基於相位之焦點量測
208‧‧‧曲線
210‧‧‧曲線
212‧‧‧曲線之極大值之間的距離/基於相位之焦點量測
402‧‧‧黑點/焦點量測之平均值
404‧‧‧實線
406‧‧‧點線
408‧‧‧虛線
502‧‧‧虛線區域
600‧‧‧自動聚焦方法
S602‧‧‧擷取一或多個影像圖框
S604‧‧‧量測攝影機運動位準
S606‧‧‧計算聚焦窗之焦點量測/步驟
S608‧‧‧計算聚焦窗之運動位準
S610‧‧‧計算融合運動位準
S612‧‧‧計算聚焦窗之加權焦點量測
S614‧‧‧設定攝影機之焦點
700‧‧‧攝影機
702‧‧‧滾動快門影像感測器
703‧‧‧運動位準量測器件
704‧‧‧PT馬達
706‧‧‧運動感測器
708‧‧‧聚焦透鏡配置
710‧‧‧器件
參考隨附圖式(其中相同元件符號將用於類似元件)，透過本發明之實施例之以下闡釋性及非限制性詳細描述將更佳理解本發明之上述以及額外目的、特徵及優點，其中：圖1展示由一滾動快門影像感測器擷取之一影像圖框，其中由滾動快門影像感測器讀出之像素資料與運動資料相關聯，圖2a至圖2b展示一經量測攝影機運動位準與所得運動資料之間的映射函數之實例，圖3展示圖1之影像圖框之基於相位之焦點量測之一曲線圖，圖4繪示根據本發明之實施例如何使用一基於對比度之焦點量測設定一攝影機之焦點，圖5繪示根據本發明之實施例如何使用一爬山演算法用於一基於對比度之焦點量測而設定一攝影機之焦點，圖6展示根據本發明之實施例之設定一攝影機之一焦點之一自動聚焦方法，圖7展示根據本發明之實施例之設定一攝影機之一焦點之一器件，圖8展示根據本發明之其他實施例之設定一攝影機之一焦點之一器件。
在具有滾動快門影像感測器之一攝影機中，由於在稍微不同的時間讀取像素之線(列或行)，故一些讀數可受振動(由例如一陀螺儀或加速度計或藉由PT信號而感覺到)之影響且一些讀數不受影響。此在圖1中作描述。在圖1之闡釋性實例中，滾動快門影像感測器包括四個像素區。在擷取攝影機 前方之場景期間，滾動快門影像感測器讀出四個像素資料集106a至106d。 換言之，影像圖框100之像素資料包括四個像素104列106a至106d。由於連續地量測攝影機之振動及/或其他移動，故各像素104可與一攝影機運動位準102(在圖1中藉由箭頭表示，其中箭頭之長度表示運動之量，且箭頭之方向示意性地表示移動之方向)相關聯。應注意，可針對各像素區量測或每隔一個像素區量測攝影機運動位準102，或在讀出影像圖框100所包括之像素資料期間量測任何其他次數。經量測運動位準用於產生與像素資料相關聯之運動資料。
根據一些實施例，運動資料可為經量測運動位準之一直接數位表示。
根據其他實施例，運動資料可表示經量測運動位準之一映射數位表示。圖2a至圖2b中展示此等映射。
例如，在圖2a中，當攝影機運動位準102低於一預定攝影機運動位準114時，可將運動資料112設定為一第一值，且當攝影機運動位準102處於或高於預定攝影機運動位準114時，可將運動資料112設定為一第二值。此實施例可例如用於在稍後用於一自動聚焦演算法中時省略影像圖框100之像素資料104之部分(在攝影機運動位準102處於或高於預定攝影機運動位準114之情況下)，而與低於預定攝影機運動位準114之一攝影機運動位準102相關聯之像素資料104之部分在稍後用於自動聚焦演算法中時可不受影響。
圖2b中展示另一映射函數，其中當攝影機運動位準102低於一第一預定攝影機運動位準116時，將運動資料112設定為一第一值。當攝影機運動位準102高於一第二預定攝影機運動位準118時，將運動資料112設定為一第二值，且當攝影機運動位準介於第一預定攝影機運動位準116與第二預定 攝影機運動位準118之間時，將運動資料112設定為介於第一值與第二值之間的另一值，其中該另一值與攝影機運動位準102有關。類似於圖2a中所展示之實施例，此實施例可達成在稍後用於自動聚焦演算法中時省略像素資料之一部分(與處於或高於第二預定攝影機運動位準118之一攝影機運動位準102相關聯)且使像素資料之另一部分(與低於第一預定攝影機運動位準116之一攝影機運動位準102相關聯)不受影響。但與圖2a中之實施例相比，當稍後用於自動聚焦演算法中時，與介於第一預定攝影機運動位準116與第二預定攝影機運動位準118之間的攝影機運動位準102相關聯之像素資料之重要性可根據攝影機在讀出該像素資料期間之移動量而變化。
出於自動聚焦之目的，將影像圖框劃分成複數個聚焦窗108a至108b。 在圖1中，各聚焦窗108a至108b包括兩個像素列，例如，上聚焦窗108a包括兩個上像素列106a至106b。根據其他實施例，各聚焦窗可包括一個、三個、五個或任何其他適合數目個像素列。此外，根據一些實施例，一聚焦窗可不包括整個列，而是可在一水平方向及一垂直方向兩者上將各影像圖框100劃分成聚焦窗。
運動資料用於計算各聚焦窗108a至108b之一運動位準。可使用與一聚焦窗中包括之像素資料相關聯之全部運動資料之一相加來計算運動位準。 亦可基於與一聚焦窗中包括之像素資料相關聯之任何運動資料之最大值或與一聚焦窗中包括之像素資料相關聯之全部運動資料之平均值計算運動位準。可使用計算一聚焦窗之一運動位準之任何其他適合方式。
接著，一聚焦窗之運動位準可用於藉由按至少聚焦窗之運動位準加權聚焦窗之一焦點量測而計算聚焦窗之一加權焦點量測。基於聚焦窗中包括之像素資料計算聚焦窗之焦點量測。自像素資料計算一焦點量測係一熟知 程序且因此在本文件中將僅作簡要描述。
圖3繪示圖1之影像圖框之基於相位之焦點量測之一曲線圖。在此情況下，自動聚焦演算法需要僅一個影像圖框。上曲線圖係關於上聚焦窗108a且下曲線圖係關於下聚焦窗108b。簡言之，點曲線202係自聚焦窗108a之像素資料導出之一第一偏移影像之一焦點曲線圖，且實曲線204係自聚焦窗108b之像素資料導出之一第二偏移影像之一焦點曲線圖。兩個曲線202、204之極大值之間的距離206對應於相位差(或分離誤差)。使用距離206導出聚焦窗108a之一焦點量測。下曲線圖以一類似方式展示聚焦窗108b之一焦點量測，其中兩個曲線208、210之極大值之間的一距離212對應於一相位差或分離誤差。自距離212導出聚焦窗108b之一焦點量測。
距離206描述20個像素之一分離誤差，而距離212描述25個像素之一分離誤差。應注意，數目20及25僅被視為純粹用來簡化一般原理之說明之實例。可使用不同數值，且亦可以其他術語(諸如以一相位差之度數)表達分離誤差。在將不應用對兩個分離誤差之加權之情況下，自動聚焦演算法可導致基於22.5個像素(20+25之平均值)之一分離誤差設定攝影機之焦點。分離誤差經計算以找出物件是否處於前焦點或後焦點位置。將分離誤差轉換成一焦點量測(焦距、聚焦誤差等)，該焦點量測用作對攝影機焦點之所需改變量(例如，藉由聚焦環移動)之一估計。然而，如自圖1顯而易見，上聚焦窗108a中包括之像素資料106a至106b係在攝影機之移動期間讀出，而下聚焦窗108b中包括之像素資料106c至106d係在攝影機未移動期間讀出。由於本發明係關於基於至少聚焦窗之運動位準加權焦點量測，故當設定攝影機之焦點時，與下聚焦窗108b之焦點量測相比，上聚焦窗108a之焦點量測可視為較不重要。
例如，上聚焦窗中包括之在讀出像素資料期間量測之攝影機運動位準可高於如結合圖2a描述之預定攝影機運動位準。在此情況下，若採用結合圖2a描述之映射函數，且運動資料112之第二值導致按零之一權重加權聚焦窗108a之焦點量測，則在設定攝影機之焦點時可完全忽略來自上聚焦窗108a之焦點量測。此繼而意謂將採用僅來自下聚焦窗108b之焦點量測，且因此導致可基於25個像素之一分離誤差設定攝影機之焦點。
根據另一實例，以權重0.2加權來自上聚焦窗108a之焦點量測，而以權重0.8加權來自下聚焦窗108b之焦點量測。在此情況下，可基於24個像素(20*0.2+25*0.8)之一分離誤差設定攝影機之焦點。換言之，基於僅一個影像圖框100之複數個聚焦窗108a至108b之各者之加權焦點量測之一平均值設定攝影機之焦點。
應注意，可以大量不同方式計算如本說明書中描述之權重。例如，可採用類似於圖2a至圖2b中描述之映射函數之運動資料之預定定限。此外，權重可計算為運動資料之一倒數，例如，
1/(1+sum(運動資料))。
權重可在乘以焦點量測之前經正規化。
圖4描述其中採用基於對比度之焦點量測之一AF演算法之一實施方案。對於此實施方案，擷取複數個影像圖框100a至100f，使用聚焦透鏡配置之一不同焦點設定擷取各影像圖框。
AF演算法將複數個影像圖框100a至100f之各者劃分成複數個聚焦窗108a至108c。藉由例如對聚焦窗像素資料使用一Sobel運算元判定聚焦窗之對比度之量而計算聚焦窗之焦點量測。圖4繪示各聚焦窗108a至108c之焦點量測如何針對聚焦透鏡配置之不同焦點設定而變化。在圖4中，藉由實線 404表示聚焦窗108a之焦點量測，藉由虛線408表示聚焦窗108b之焦點量測且藉由點線406表示聚焦窗108c之焦點量測。
如圖4中可見，聚焦窗108b至108c之焦點量測皆增大直至達到用於影像圖框100d之焦點設定，接著減小。然而，對於聚焦窗108a，焦點量測在影像圖框100c與影像圖框100d之間驟降。
在使用來自不同聚焦窗之焦點量測之一直接平均值(由黑點402表示)之情況下，自動聚焦演算法將判定影像100c之焦點設定係最佳的。然而，由於影像圖框100d之聚焦窗108a中包括之像素資料係在影響此聚焦窗之焦點量測甚劇之一攝影機運動位準期間讀出，故關於全部影像100a至100f中之聚焦窗108a之焦點量測讀數之重要性將減小。
得出此結論係因為對於針對聚焦窗108a計算之全部焦點量測，使用影像圖框100a至100f之各者中之聚焦窗108a之運動位準計算一融合運動位準。換言之，歸因於影響此融合運動位準之圖框100d之高運動位準，全部複數個影像圖框100a至100f中之聚焦窗108a之焦點量測之重要性應減小。因此，與聚焦窗108b至108c之焦點量測相比，將以較低權重加權影像圖框100a至100f中之聚焦窗108a之焦點量測。
例如，聚焦窗108a之焦點量測之權重可為零，此意謂將省略此聚焦窗之焦點量測讀數。返回至圖4，顯而易見在不管對應於聚焦窗108a之焦點量測之實線404時，用於影像100d之焦點設定給出最高平均值，且因此，自動聚焦演算法接著將斷定影像100d之焦點設定反而係最佳的。
可留意，所描述之融合運動位準亦可以與上文結合圖2a至圖2b及圖3描述類似之一方式映射至一權重。
代替始終針對攝影機之聚焦透鏡配置之全部可能焦點設定擷取影像 圖框，可採用一爬山演算法。此意謂只要聚焦窗之焦點量測(或例如平均焦點量測)增大，則測試一進一步焦點設定，但當焦點量測開始減小時，不測試進一步焦點設定，且將目前為止給出最佳結果之焦點設定用於設定攝影機之焦點。
對於此演算法，僅比較一目前焦點設定之焦點量測與先前焦點設定之焦點量測。因此，在本發明之內容背景中，自動聚焦方法一次僅使用兩個影像圖框。除使用一爬山演算法外，圖5中之曲線圖之焦點量測讀數及情況與圖4中之焦點量測讀數及情況相同。如圖5中所展示(在虛線區域502內部)，使用一典型自動聚焦演算法(使用焦點量測之平均值402)將導致在設定攝影機之焦點時選擇用於影像圖框100c之聚焦透鏡配置之焦點設定。
然而，由於假定在擷取影像100d中之聚焦窗108a之像素資料之時攝影機係移動的，故應基於自影像圖框100c及影像圖框100d之運動位準計算之一高融合運動位準加權兩個影像100c至100d之聚焦窗108a之焦點量測。以此方式，聚焦窗108a之焦點量測(實線404)在影像圖框100c與影像圖框100d之間的驟降之重要性將減小，且爬山演算法將針對至少一個以上焦點設定(影像圖框100e)繼續且接著判定用於影像圖框100d之焦點設定係最佳的。
現將結合圖6至圖8描述設定包括一滾動快門影像感測器及一聚焦透鏡配置之一攝影機之一焦點之一器件。在圖7中，在一攝影機700內部實施器件710，而在圖8中，與攝影機700分離但與攝影機700通信地實施器件710。攝影機700包括一滾動快門影像感測器702，其包括複數個像素區(例如，像素列或行)。滾動快門影像感測器經組態以在一影像圖框使用攝影機之一擷取期間一次自一個像素區讀出像素資料。
攝影機亦包括用於在藉由滾動快門影像感測器702讀出像素資料期間連續地量測S604攝影機運動位準之一運動位準量測器件703。運動位準量測器件703可為例如一運動感測器706(振動感測器、陀螺儀、加速度計、紅外線感測器等)。替代地或額外地，運動位準量測器件703可為來自攝影機之一搖攝/傾斜PT馬達704之接收輸入，該輸入與由PT馬達704誘發之攝影機運動有關。
攝影機700進一步包括一聚焦透鏡配置708。
設定攝影機700之一焦點之器件710經配置以接收關於由滾動快門影像感測器702擷取S602之一或多個影像圖框之像素資料，且進一步接收與像素資料相關聯且指示在自滾動快門影像感測器702之複數個像素區讀出(藉由滾動快門影像感測器702)像素資料期間由運動位準量測器件703量測S604之複數個攝影機運動位準之運動資料。在圖8之實施例中，此資料可由設定攝影機700之一焦點之器件710藉由任何適合通信手段(諸如經由一導線或使用任何無線通信協定(諸如Bluetooth、WiFi等))接收。
設定攝影機700之一焦點之器件710經配置以使用由器件710實施之一自動聚焦演算法來設定攝影機之焦點(經由聚焦透鏡配置708)。器件710可例如包括一處理器(例如，一適當系統之一既有電腦處理器或一專用電腦處理器)，其可執行包括具有經調適以實行自動聚焦演算法之指令的一電腦可讀儲存媒體之一電腦程式產品。
如上文結合圖1至圖5更詳細描述，自動聚焦演算法功能包括：針對複數個聚焦窗之各聚焦窗，基於聚焦窗中包括之像素資料計算S606聚焦窗之一焦點量測；基於與聚焦窗中包括之像素資料相關聯之運動資料計算S608聚焦窗之一運動位準；及藉由按至少聚焦窗之運動位準加權聚焦窗之焦點 量測而計算S612聚焦窗之一加權焦點量測。
視情況，在採用一基於對比度之自動聚焦演算法之情況下，自動聚焦演算法進一步包括：使用聚焦窗之運動位準及複數個影像圖框之其餘影像圖框之各者中之一對應聚焦窗之運動位準來計算S610一融合運動位準。在此情況下，按融合運動位準加權在步驟S606中計算之焦點量測。
最後，使用例如自動聚焦演算法之輸出設定S614攝影機之焦點。
儘管圖可展示方法步驟之一特定順序，然步驟之順序可不同於所描繪之順序。亦可同時地或部分同時地執行兩個或更多個步驟。例如，較佳同時使用例如攝影機700之各別處理器或攝影機700之一單一處理器之各別線程執行使用滾動快門影像感測器702擷取S602一或多個影像圖框之步驟及量測S604攝影機之一攝影機運動位準以產生運動資料之步驟。此變動將取決於所選取之軟體及硬體系統以及設計者選擇。全部此等變動在本發明之範疇內。

Claims (15)

  1. 一種設定一攝影機(700)之一焦點之自動聚焦方法(600)，該攝影機(700)包括一滾動快門影像感測器(702)及一聚焦透鏡配置(708)，該自動聚焦方法包括以下步驟：藉由該滾動快門影像感測器擷取(S602)一或多個影像圖框(100；100a至100f)，其中該滾動快門影像感測器包括複數個像素區(106a至106d)，其中該滾動快門影像感測器在擷取一影像圖框期間每次自一個像素區讀出像素資料(104)，在像素資料之該讀出期間連續地量測(S604)該攝影機之一攝影機運動(motion)位準(102)以產生與該像素資料相關聯且指示在自該複數個像素區讀出像素資料期間量測之複數個攝影機運動位準之運動資料(112)，其中該複數個像素區之至少一像素區與一攝影機運動位準相關聯，使用一自動聚焦演算法設定(S614)該攝影機之該焦點，該自動聚焦演算法將該一或多個影像圖框之各者劃分成複數個聚焦窗(108a至108c)，其中各聚焦窗包括該複數個像素區之一或多者之像素資料，其中針對該複數個聚焦窗之各聚焦窗，該自動聚焦演算法包括：基於該聚焦窗中包括之該像素資料計算(S606)該聚焦窗之一焦點量測，基於與該聚焦窗中包括之該像素資料相關聯之該運動資料計算(S608)該聚焦窗之一運動位準，藉由按至少該聚焦窗之該運動位準加權該聚焦窗之該焦點量測使得與具有一低運動位準之一聚焦窗之一焦點量測相比，將以一較低權 重加權具有一高運動位準之一聚焦窗之一焦點量測，而計算(S612)該聚焦窗之一加權焦點量測。
  2. 如請求項1之方法，其中擷取一或多個影像圖框之該步驟包括：擷取僅一個影像圖框(100)，其中計算一焦點量測之該步驟包括：自該聚焦窗中包括之該像素資料計算一基於相位之焦點量測(206、212)。
  3. 如請求項2之方法，其中設定該攝影機之該焦點之該步驟包括：計算該僅一個影像圖框之該複數個聚焦窗之各者之該加權焦點量測之一平均值。
  4. 如請求項1之方法，其中擷取一或多個影像圖框之該步驟包括：擷取複數個影像圖框(100a至100f)，藉由該攝影機使用該聚焦透鏡配置之一不同焦點設定擷取各影像圖框，其中該自動聚焦演算法將該複數個影像圖框之各者劃分成複數個聚焦窗，其中計算一焦點量測之該步驟包括：計算一基於對比度之焦點量測，其中計算一加權焦點量測之該步驟包括：使用該聚焦窗之該運動位準及該複數個該等影像圖框之其餘影像圖框之各者中之一對應聚焦窗之該運動位準計算(S610)一融合運動位準；及按該融合運動位準加權該焦點量測 使得與具有一低融合運動位準之一聚焦窗之一焦點量測相比，將以較低權重加權具有一高融合運動位準之一聚焦窗之一焦點量測。
  5. 如請求項4之方法，其中該計算一融合運動位準包括：計算該聚焦窗之該運動位準與該複數個該等影像圖框之其餘影像圖框之各者中之該對應聚焦窗之該運動位準之一總和。
  6. 如請求項4之方法，其中該計算一融合運動位準包括：計算該聚焦窗之該運動位準及該複數個該等影像圖框之該等其餘影像圖框之各者中之該對應聚焦窗之該運動位準之一最大運動位準。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中針對該影像感測器之各像素區之各讀出量測該攝影機運動位準，使得與該像素資料相關聯之該運動資料包括各像素區之各讀出之一各別攝影機運動位準。
  8. 如請求項1至6中任一項之方法，其進一步包括以下步驟：當該攝影機運動位準低於一預定攝影機運動位準(114)時，將該運動資料設定為一第一值，及當該攝影機運動位準處於或高於該預定攝影機運動位準時，將該運動資料設定為一第二值。
  9. 如請求項8之方法，其中該運動資料之該第二值導致以一零權重加權包括與該運動資料相關聯之像素資料之一聚焦窗之該焦點量測。
  10. 如請求項1至6中任一項之方法，其進一步包括以下步驟：當該攝影機運動位準低於一第一預定攝影機運動位準(116)時，將該運動資料設定為一第一值，當該攝影機運動位準高於一第二預定攝影機運動位準(118)時，將該運動資料設定為一第二值，及在該攝影機運動位準介於該第一預定攝影機運動位準與該第二預定攝影機運動位準之間時，將該運動資料設定至介於該第一值與該第二值之間的另一值，其中該另一值與該攝影機運動位準有關。
  11. 如請求項4之方法，其中：當該融合運動位準低於一第一預定運動位準時，按該融合運動位準加權該焦點量測之該步驟包括：以一第一權重加權該焦點量測，當該融合運動位準高於一第二預定運動位準時，按該融合運動位準加權該焦點量測之該步驟包括：以一第二權重加權該焦點量測，及當該融合運動位準介於該第一預定運動位準與該第二預定運動位準之間時，按該融合運動位準加權該焦點量測之該步驟包括：以介於該第一權重與該第二權重之間的另一權重加權該焦點量測，其中該另一權重與該融合運動位準有關。
  12. 如請求項1至6中任一項之方法，其中連續地量測該攝影機運動位準包括以下步驟：自該攝影機之一運動感測器(706)接收輸入，該輸入與由該運動感測器 感測之攝影機運動有關。
  13. 如請求項1至6中任一項之方法，其中連續地量測該攝影機運動位準包括以下步驟：自該攝影機之一搖攝/傾斜PT馬達(704)接收輸入，該輸入與由該PT馬達誘發之攝影機運動有關。
  14. 一種包括一電腦可讀儲存媒體之電腦程式產品，該電腦可讀儲存媒體具有經調適以在由具有處理能力之一器件執行時實行如請求項1至13中任一項之方法之至少部分之指令。
  15. 一種設定一攝影機(700)之一焦點之器件(710)，該攝影機(700)包括一滾動快門影像感測器(702)及一聚焦透鏡配置(708)，該器件經配置以：接收與由該滾動快門影像感測器擷取(S602)之一或多個影像圖框(100；100a至100f)有關之像素資料(104)，其中該滾動快門影像感測器包括複數個像素區(106a至106d)，其中該滾動快門影像感測器在擷取一影像圖框期間每次自一個像素區讀出像素資料，接收與該像素資料相關聯且指示在自該複數個像素區讀出像素資料期間量測之複數個攝影機運動位準(102)之運動資料(112)，其中在像素資料之該讀出期間連續地量測(S604)該攝影機之該攝影機運動位準，其中該複數個像素區之各像素區與零或一攝影機運動位準相關聯，使用一自動聚焦演算法設定(S614)該攝影機之該焦點，該自動聚焦演算法將該一或多個影像圖框之各者劃分成複數個聚焦窗(108a至108c)，其 中各聚焦窗包括該複數個像素區之一或多者之像素資料，其中針對該複數個聚焦窗之各聚焦窗，該自動聚焦演算法包括：基於該聚焦窗中包括之該像素資料計算(S606)該聚焦窗之一焦點量測，基於與該聚焦窗中包括之該像素資料相關聯之該運動資料計算(S608)該聚焦窗之一運動位準，藉由按至少該聚焦窗之該運動位準加權該聚焦窗之該焦點量測使得與具有一低運動位準之一聚焦窗之一焦點量測相比，將以一較低權重加權具有一高運動位準之一聚焦窗之一焦點量測，而計算(S612)該聚焦窗之一加權焦點量測。
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