TWI680339B - 執行自動對焦之方法、自動對焦系統及包括一自動對焦模組之相機 - Google Patents

執行自動對焦之方法、自動對焦系統及包括一自動對焦模組之相機 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種在一變焦操作期間自動對焦一相機之方法，其包括將鏡頭變焦至一第一變焦位置(S1)，量測自該相機至待對焦之一物體之一第一物體距離(S2)，使用該第一物體距離判定一第一對焦開始位置(S3)，使用該第一對焦開始位置作為一起始點來執行一第一自動對焦操作(S4)，藉此判定一第一判定焦點位置。基於該第一判定焦點位置來判定一第一查找物體距離(S5)。一第一校正因數被計算為該第一查找物體距離與該第一物體距離之間之一比率(S6)。該鏡頭被變焦至一第二變焦位置(S13)，並且使用被計算為該第一物體距離與基於在該第二及第一變焦位置處之景深之一比率之一第二校正因數(S15)之一乘積之一第二物體距離(S16)來判定(S17)一第二焦點位置。

Description

執行自動對焦之方法、自動對焦系統及包括一自動對焦模組之相機
本發明係關於相機之自動對焦領域，且尤其係關於PTZ相機(即，能夠平移、傾斜及變焦之相機)之自動對焦。
自動對焦係相機中一廣泛使用之功能性。其用於手持相機以及監測相機、靜態影像相機以及視訊相機。執行自動對焦之諸多不同方法係已知的，並且其等可通常被分類為被動、主動或混合方法。一種已知被動方法指稱最大對比度法或對比度偵測方法。在此方法中，研究一擷取影像中之鄰近像素之間之對比度，並且藉由圍繞一起始點稍微改變焦點，尋找並且有希望找到最高對比度之一焦點位置。例如，可使用稱為「爬山」之一數學最佳化技術來執行對最大對比度之搜尋。當已找到一焦點位置時，此焦點位置及變焦馬達位置用於在由鏡頭之設計者或供應商提供之一組軌跡曲線中找到一對應物體距離軌跡曲線。軌跡曲線將對焦馬達位置對準變焦馬達位置，其中一個曲線用於數個物體距離之各者。通常理論上使用包含於一變焦距鏡頭系統中之各個鏡頭之理論特性來計算此等曲線。提供數個曲線，其各者係基於一離散物體距離。當放大及縮小時希望將焦點保持在相同物體距離時，軌跡曲線然後用於找到應給出適當焦點之對焦馬達位置， 使得不必針對各變焦位置執行對比度判定。若物體距離與軌跡曲線之任一者不匹配，則執行內插以獲得兩個曲線之間之物體距離。
在某些情況下，諸如在低光照條件下或具有低對比度或具有點狀光源之場景中，可能難以找到對比度之一最大值，並且自動對焦演算法可能最終會「搜索」，此意味著不斷改變對焦馬達位置，而無法找到一最大值。
即使在良好之光照條件下，當演算法尋找最佳對焦馬達位置時，在自動對焦程序期間發生之焦點之改變可出現為令人煩惱之影像晃動。
在主動自動對焦方法中，使用例如一雷射對待對焦物體進行一實際距離量測。然後可使用針對鏡頭之一軌跡曲線來判定焦點位置。此等有效方法增加相機之成本，此係因為其等需要新增一距離量測系統，但其等具有在低光照條件下促進自動對焦之優點。其等亦具有一立即對焦位置之優點，使得不存在如被動自動對焦方法可發生之晃動及「搜索」。
被動及主動方法常見之一問題係安裝於相機上之鏡頭可能與製作軌跡曲線之鏡頭偏離，使得使用針對判定物體距離所指示之焦點位置無法達成適當對焦。在製造相機期間，可測試個別鏡頭，以用於在選擇一適當焦點位置時計算與待使用之理論軌跡曲線之一生產偏移。然而，此偏移測試通常僅針對兩個變焦位置「遠端」及「寬」進行，並且僅用於無限遠之對焦。此外，由於生產經濟之原因，偏移測試在某些情況下僅在每鏡頭類型下完成一次，而不係針對各個別鏡頭。即使測試各個別鏡頭，由鏡頭製造商做出之內部設計公差及潛在調整通常將導致偏離理論軌跡曲線形狀之一實際軌跡曲線形狀，使得生產偏移不能全部沿軌跡曲線應用。另一鏡頭樣品以及在其他變焦位置及物體距離處之實際行為可能會很好地偏離軌跡曲 線，即使考慮到工廠或生產偏移。更糟糕的是，鏡頭之行為可隨時間而變化，例如由於溫度改變或由於鏡頭組件老化。
為改良自動對焦，可使用組合一被動方法及一主動方法之一混合方法。例如，可使用雷射距離量測來提供用於一對比度偵測方法之一起始點，藉此促進在具有挑戰性之場景中之自動對焦。此外，一混合方法可降低「搜索」之風險，並且可使使用一潛在更佳起始點來更快地執行被動方法成為可能，因此減少在搜尋一最佳對焦位置期間之令人煩惱之晃動。
在PTZ相機中，與已知自動對焦方法相關之問題通常會加劇。當相機在一新方向上平移及/或傾斜時，需要進行自動對焦以便在新視野中對物體進行對焦。一般而言，自動對焦程序不足夠快而無法在自一監測場景中之一個點至另一點之一平移及/或傾斜移動期間提供對焦影像。因此，可在移動開始時及移動結束時獲得對焦影像，但其等之間之影像將為模糊的。對於相機放大或縮小之情況亦係如此。在移動及變焦期間之此模糊可能對於觀看一擷取視訊序列之一操作者而言係煩惱的，該擷取視訊序列(例如)來自一所謂之「保護巡視」，即，經執行以監測一監測區域之各種部分之平移、傾斜及變焦操作之一預先程式化序列。在平移、傾斜及變焦期間，操作者可能會遺失重要視覺資訊。
本發明之一目的係提供一種可提供更佳對焦影像之自動對焦方法。本發明之另一目的係提供一種亦可在平移、傾斜及變焦期間給出更佳對焦影像之自動對焦方法。本發明之另一目的係提供一種可比先前技術方法更快地執行之自動對焦方法。
根據一第一態樣，全部或至少部分藉由在一變焦操作期間自動對焦 一相機之一方法來達成此等及其他目的，該相機包括一變焦鏡頭，該方法包括將鏡頭變焦至一第一變焦位置，量測自相機至待對焦之一物體之一第一物體距離，使用該第一物體距離判定一第一對焦開始位置，使用一被動自動對焦演算法執行一第一自動對焦操作，並將該第一對焦開始位置用作針對該演算法之一起始點，藉此判定一第一判定焦點位置，基於第一判定焦點位置判定一第一查找物體距離，計算一第一校正因數作為第一查找物體距離與第一物體距離之間之一比率，判定針對該第一變焦位置之第一景深，將鏡頭變焦至該第二變焦位置，判定針對該第二變焦位置之一第二景深，計算一第二校正因數作為第一校正因數與第二景深與第一景深之間之一比率之一乘積，計算一第二物體距離作為第一物體距離與第二校正因數之一乘積，使用第二物體距離判定一第二焦點位置。
使用此一自動對焦方法，更佳地使用由鏡頭製造商提供之軌跡曲線係可行的。即使在相機上使用之個別鏡頭無法與針對其計算軌跡曲線之鏡頭表現的完全一致，並且即使在相機製造期間針對鏡頭類型判定之生產偏移並不十分適合個別鏡頭，但基於量測物體距離及對應於由被動自動對焦演算法找到之對焦馬達位置之距離之第一校正因數之計算使得可在變焦期間遵循一更適合之內插物體距離軌跡曲線。以此種方式，可在變焦期間提供更佳對焦影像。因此，自相機觀看一視訊序列之一操作者可自影像獲得更多資訊，並且可減輕觀看模糊影像之煩惱。在使用被動自動對焦演算法來自動對焦期間，操作者亦可放鬆觀看晃動影像，此係因為一更佳起始點可使用被動自動對焦演算法加快對焦點之搜尋。
此外，藉由繼續在變焦期間基於在一當前變焦位置處之景深與先前變焦位置處之景深之間之比率來計算更新校正因數，例如每擷取或傳輸影 像圖框一次，可更佳地考慮與理論軌跡曲線之偏差，使得對於各圖框或新變焦位置，判定在軌跡曲線中使用之一新物體距離。
一旦鏡頭已到達所需變焦位置，可使用在變焦操作期間使用軌跡曲線找到之對焦馬達位置作為針對被動自動對焦演算法之一起始點，以判定一第二判定焦點位置。因此，可更快地發現適當焦點。若正在進行一保護巡視，但操作者在場景中看到有趣事物並中斷變焦操作，則此亦係有益的。然後可將使用校正因數及軌跡曲線找到之最新對焦馬達位置用作針對被動自動對焦演算法之起始點，使得可快速提供對焦影像。
可基於第二判定焦點位置來判定一第二查找物體距離，並且可將一新校正因數計算為第二查找物體距離與第一物體距離之間之一比率。以此方式，可判定更容易找到一適當焦點之一更新校正因數。
該方法亦可包括將鏡頭變焦至第一變焦位置與一第二變焦位置之間之一中間變焦位置，判定針對該中間變焦位置之一中間景深，計算一中間校正因數作為第一校正因數與中間景深與第一景深之間之一比率之一乘積，計算一中間物體距離作為第一物體距離與中間校正因數之一乘積，使用中間物體距離判定一中間焦點位置。以此方式，可在一中間變焦位置處判定自動對焦位置，而不必執行一耗時被動自動對焦演算法。使用此一方法，可在變焦操作期間連續地計算校正因數，使得可藉由遵循適合軌跡曲線來獲得良好焦點。
根據一變體，該方法其進一步包括使用被動自動對焦演算法並使用中間焦點位置作為針對演算法之一起始點來執行一中間自動對焦操作，藉此判定一中間判定焦點位置。以此方式，在自第一變焦位置至第二變焦位置之變焦操作期間，亦可在變焦位置處達成一改良對焦。當時間允許時， 諸如當對於被動自動對焦演算法存在一高輸入圖框速率，並且用戶請求一較低輸出圖框速率時，可使用被動自動對焦演算法，以最新判定焦點位置作為起始點，藉此使得可能比僅藉由遵循軌跡曲線更佳地對焦。此可例如在變焦操作期間不係針對各圖框進行，而係以規則或不規則間隔進行。
每次使用被動自動對焦演算法時，可更新校正因數。例如，可基於中間判定焦點位置來判定一中間查找物體距離，並且一新中間校正因數可被計算為中間查找物體距離與第一物體距離之間之一比率。被動自動對焦演算法亦可針對非到達一新變焦位置之其他原因而啟動。例如，當相機平移或傾斜時，當監測場景改變(例如由於照明改變)時，並且當環境溫度改變時，可啟動被動自動對焦演算法。若待對焦之物體處於另一距離處而非針對其判定最新儲存校正因數之距離處，則亦可使用最新儲存校正因數。
可藉由自控制鏡頭之一鏡頭控制器重新請求來判定針對各變焦位置之景深。
對於諸多鏡頭，在一過渡變焦位置之任一側使用不同校正因數可能係有益處的。因此，該方法可進一步包括在一預定過渡變焦位置處，使用一先前儲存之校正因數，其係基於針對該過渡變焦位置與一第三變焦位置之間之一變焦位置之一景深，其超出該第二變焦位置，而非基於針對該第一變焦位置與該過渡變焦位置之間之一變焦位置之一景深。例如，在5倍變焦之一變焦位置，在繪示景深比率與物體距離之間之關係之一曲線中可能存在一「扭結」。為處理此種情況，使用針對過度變焦位置之「另一側」之一變焦位置而先前判定之一校正因數。因此，可在過渡變焦位置之一「遠端」側上變焦期間持續地更新可指稱一遠端校正因數之事物，並且可在過渡變焦位置之「寬」側上變焦期間持續地更新可指稱一寬校正因數 之事物。一旦在一個方向上之變焦(放大或縮小)到達過渡變焦位置，就應使用過渡變焦位置之另一側上之變焦位置之最新判定校正因數來計算物體距離。
可使用相機中所包括之一距離量測系統來執行量測自相機至待對焦之物體之物體距離。距離量測系統可例如係一雷射距離量測系統。
根據本發明之一第二態樣，全部或至少部分藉由用於在一變焦操作期間自動對焦一相機之一自動對焦系統達成上文提及之目的，該自動對焦系統包括：一相機；一距離量測系統，其經配置以量測自該相機至待對焦之一物體之一第一物體距離；及一自動對焦模組，其經配置以執行第一態樣之方法。第二態樣之自動對焦系統可類似於第一態樣之方法來體現，具有伴隨優點。
根據一第三態樣，全部或至少部分藉由一相機來達成此等及其他目的，該相機包括一變焦鏡頭，及經配置以執行第一態樣之方法之一自動對焦模組。
該相機可包括一整合物體距離量測系統，其經配置以量測自相機至待對焦之一物體之第一物體距離。物體距離量測系統可例如係一雷射距離量測系統。
第三態樣之相機通常可類似於第一態樣之方法來體現，具有伴隨優點。
根據一第四態樣，全部或至少部分藉由一電腦程式產品來達成此等及其他目的，該電腦程式產品包括具有指令之一電腦可讀儲存媒體，該等指令適於在由一處理器執行時實行第一態樣之方法。處理器可為任何種類之處理器，例如一中央處理單元(CPU)、一圖形處理單元(GPU)，在一積 體電路、一ASIC、一FPGA或包含離散組件之邏輯電路中實施之一客制處理裝置。
自下文給出之詳細描述，本發明之一進一步適用範疇將變得顯而易見。然而，應理解，儘管指示本發明之較佳實施例，但僅以繪示之方式給出詳細描述及具體實例，此係因為在本發明之範疇內之各種改變及修改對於參閱此詳細描述之熟習此項技術者將變得顯而易見。
因此，應理解，本發明不限於所描述之裝置之特定組件部分或所描述之方法之步驟，此係因為此裝置及方法可變化。亦應理解，本文使用之術語僅用於描述特定實施例之目的，而不意欲為限制性的。必須指出，如在說明書及隨附申請專利範圍中所使用，冠詞「一(a)」，「一(an)」，「該(the)」及該(said)」意欲表示存在元件之一或多者，除非上下文另有明確指示。例如，因此對「一物體」或「該物體」之一參考引用可包含若干物體及類似物。此外，詞語「包括」並不排除其他元件或步驟。
1‧‧‧場景
2‧‧‧相機
3‧‧‧建築物
4‧‧‧左門
5‧‧‧中央門
6‧‧‧右門
7‧‧‧路徑
8‧‧‧路徑
9‧‧‧路徑
10‧‧‧灌木叢
11‧‧‧灌木叢
12‧‧‧灌木叢
20‧‧‧變焦鏡頭
21‧‧‧影像感測器
22‧‧‧處理電路
23‧‧‧記憶體
24‧‧‧本機儲存器件
25‧‧‧網路介面
26‧‧‧雷射距離量測系統
30‧‧‧自動對焦模組
31‧‧‧距離輸入模組
32‧‧‧被動自動對焦演算法模組
33‧‧‧校正因數更新模組
S1‧‧‧變焦至第一變焦位置
S2‧‧‧量測第一物體距離
S3‧‧‧判定第一對焦開始位置
S4‧‧‧被動自動對焦演算法
S5‧‧‧判定第一查找物體距離
S6‧‧‧計算第一校正因數
S7‧‧‧判定第一景深
S8‧‧‧變焦至中間變焦位置
S9‧‧‧判定中間景深
S10‧‧‧計算中間校正因數
S11‧‧‧計算中間物體距離
S12‧‧‧判定中間對焦位置
S13‧‧‧變焦至第二變焦位置
S14‧‧‧判定第二景深
S15‧‧‧計算第二校正因數
S16‧‧‧計算第二物體距離
S17‧‧‧判定第二焦點位置
現在將藉由實例並參考隨附示意圖更詳細地描述本發明，其中：圖1繪示由一PTZ相機監測之一場景，其中物體位於距離該相機各種距離處，圖2繪示以上展示之圖1之場景，圖3係圖1之相機之一方塊圖，圖4係展示圖3中所展示之相機之一自動對焦模組之一方塊圖，圖5係針對諸如圖1中之一個相機之一相機之一組軌跡曲線之一實例，及圖6係展示一種自動對焦方法之一流程圖。
如圖1所見，使用一相機2監測一場景1。場景1自圖2中之上方展示。
在場景1中，存在具有三個門4、5、6之建築物3。對於各門，存在一各自路徑7、8、9。在建築物3外面存在三個灌木叢10、11、12。
相機2在此實例中係一PTZ相機，即能夠平移、傾斜及變焦之一相機。可使用具有一變焦鏡頭之一相機並將其安裝於一所謂之PT頭上(即，平移並傾斜以其他方式固定之相機之一裝置)來達成相同種類之功能性。
相機2擷取場景1之影像，對其等進行編碼並將其等作為一視訊序列傳輸至例如視訊序列被解碼之一控制中心，使得一操作者可即時觀看視訊序列。視訊序列亦可儲存以用於稍後檢視。相機2亦可具有板載儲存器件，例如位於一SD卡上，其中可儲存視訊序列以用於稍後檢索。
相機2之視野可使得一次僅監測圖1中所示之場景1之部分係可行的。藉由平移、傾斜及變焦相機2，操作者可監測場景1之不同部分。此可使用例如一操縱桿手動地完成。亦可利用一預先程式化之保護巡視來完成，該保護巡視以一預定循序訪問場景中之數個關注點，並且停留在各關注點處一預定時間。每次相機被平移並傾斜至一新位置時，其可能需要重新對焦，因為對焦之物體將很可能位於距離相機不同距離處。例如，相機可最初指向左門4並對焦在該門上，用於監測通過左門4進入或離開建築物3之人員。然後相機2可向右平移以覆蓋中央門5，其比左門4稍微遠離相機2。因此，為獲得行進通過中央門5之人員之適當對焦影像，相機2將需要重新對焦。隨後，相機2可進一步向右平移，以擷取更遠離於相機2之右門6之影像。再次，相機2將需要被重新對焦以便提供行進通過右門6之人員之適當對焦影像。在每次此重新對焦時，使用一自動對焦程序。類似地， 每次相機2被放大或縮小時皆需要重新對焦，除非對焦馬達被鎖定至如位於一等焦面變焦鏡頭中之變焦馬達，該等焦面變焦鏡頭可指稱一真實變焦鏡頭。借助於一變焦距鏡頭，在變焦期間丟失焦點，並且必須重新對焦鏡頭。
現在參考圖3，其係展示相機2之一些組件之一簡化方塊圖。相機2具有一變焦鏡頭20，或嚴格地說係一變焦距鏡頭。變焦鏡頭20包括一變焦馬達及一對焦馬達，其等皆不係在圖式中明確展示，而兩者皆係變焦鏡頭之眾所周知之特徵。此外，相機2具有用於擷取被監測場景之影像之一影像感測器21，及用於處理影像並對其等進行編碼之處理電路22。相機亦具有由處理電路22使用之記憶體23，用於在相機中儲存影像(例如，在一SD卡上)之本機儲存器件24，以及用於將影像自相機2傳輸至例如一控制中心之一網路介面25。相機2具有用於量測自相機至待對焦之物體之物體距離之一雷射距離量測系統26。另外，相機2具有一自動對焦模組30，其經配置以執行自動對焦。
在圖3中示意性地展示自動對焦模組30。其由一距離輸入模組31、一被動自動對焦演算法模組32及一校正因數更新模組33組成。
參考圖1至圖6，現在將借助於一使用案例來描述相機2之功能，且更具體而言係自動對焦模組30之功能。將看出，相機2形成用於自動對焦之一整合系統。
一操作者正監測場景1。首先，相機2指向相機2應對焦之左門4。變焦鏡頭20設定於一第一變焦位置處(圖6中之步驟S1)。雷射距離量測系統26量測自相機2至左門4之一距離D1(S2)。為選擇針對量測距離D1之一適合對焦馬達位置，可查看由鏡頭製造商提供之一軌跡曲線。圖5中展示針 對一鏡頭之一組軌跡曲線之一實例。若變焦鏡頭20根據由鏡頭製造商提供之軌跡曲線精確地運行，則可簡單地藉由尋找對應於物體距離D1之曲線，並且尋找對應於水平軸上之當前變焦位置之垂直軸上之對焦馬達位置來判定適當對焦馬達位置。然而，此在大多數情況下將不會給出一最佳焦點位置，因為各個別鏡頭可能偏離軌跡曲線之行為，甚至考慮到產生偏移。因此，亦使用一被動自動對焦演算法，促使使用一混合方法之自動對焦方法。在此實例中，被動自動對焦演算法係一對比度偵測演算法。將基於量測距離D1而在軌跡曲線中找到之自動對焦位置標記為第一自動對焦開始位置AF1start(S3)，使用對比度偵測演算法(S4)來判定指稱一第一判定自動對焦位置AF1之一新調整之自動對焦位置。當執行對比度偵測演算法時，使用第一自動對焦開始位置AF1start作為起始點。可在第一對焦開始位置周圍之一範圍內執行導致最大對比度之一馬達對焦位置之搜尋，第一對焦開始位置對應於以第一自動對焦開始位置AF1start為中心之在當前變焦位置處之景深DOF或例如景深之80%。可自控制鏡頭之一鏡頭控制器(未展示)獲得景深DOF(S7)。由對比度偵測演算法找到之對焦馬達位置AF1在諸多情況下將與AF1start不同。藉由查看軌跡曲線，可找到一第一查找物體距離D1’(S5)，其對應於第一判定焦點位置AF1。根據以下通式計算一第一校正因數ACF1(S6)作為第一查找物體距離D1’與第一物體距離D1之間之一比率：
Figure TWI680339B_D0001
此處，ACF係校正因數，D係量測物體距離，且D’係使用被動自動對焦演算法找到之物體距離。當自第一變焦位置放大或縮小時，第一校正因數用於在一新變焦位置處找到校正軌跡曲線。然而，若考慮到各自變焦 位置處之景深，則可達成更佳校正。
返回至操作者監測左門4之實例，一人員出現在門口，並且操作者希望放大人臉，試圖識別該人員。因此，操作者可能希望自第一變焦位置放大至一第二位置。變焦將不為暫態的，但將發生在數個影像圖框上。此處，假設在第一變焦位置之後到達一中間變焦位置，並且在到達第二變焦位置之前到達一額外變焦位置。熟習此項技術者將意識到，在自第一變焦位置至第二變焦位置之變焦期間可遍歷任何數量個額外變焦位置。當鏡頭已變焦至中間變焦位置(S8)時，判定中間變焦位置處之景深(S9)，標記為中間景深DOFi。計算標記為第一景深度DOF1之第一變焦位置處之中間景深與景深之間之一比率，並且藉由計算一中間校正因數ACFi(S10)作為第一校正因數ACF1與景深之比率DOFi/DOF1之一乘積來更新校正因數。因此，根據以下通式計算更新校正因數：
Figure TWI680339B_D0002
此處，指數k表示先前之變焦位置，且指數k+1表示當前變焦位置。每次計算一新校正因數時，前一校正因數將被覆寫。
一中間物體距離Di被計算(S11)為量測第一物體距離D1與中間校正因數ACFi之一乘積。可使用以下通用公式來描述中間變焦位置處之物體距離之計算：
Figure TWI680339B_D0003
此處，指數k表示先前變焦位置，指數k+1表示當前之變焦位置，且指數1表示初始量測。
此中間物體距離Di用於在軌跡曲線中找到一中間對焦馬達位置Afi(S12)。以此種方式，亦可在中間變焦位置處提供一對焦影像，而不必執 行一耗時之對比度偵測。
然後將鏡頭變焦至額外變焦位置，並重複在中間變焦位置處之程序。因此，判定額外變焦位置處之景深DOFa，並且計算此額外景深與中間景深之間之一比率。藉由計算一額外校正因數ACFa作為中間校正因數ACFi與景深之比率DOFa/DOFi之一乘積來更新校正因數。
一額外物體距離Da被計算為第一物體距離D1與額外校正因數ACFi之一乘積。此額外物體距離Da用於在軌跡曲線中找到一額外焦點馬達位置AFa。因此，在額外變焦位置處亦可達成良好對焦。
當到達第二變焦位置時(S13)，判定在此第二變焦位置處之景深DOF2(S14)，並且藉由計算額外校正因數與第二景深DOF2與額外景深DOFa之間之比率之乘積來更新校正因數(S15)。一第二物體距離D2被計算(S16)為第二校正因數ACF2與量測第一物體距離D1之一乘積。此第二物體距離用於在軌跡曲線中找到一第二焦點位置AF2(S17)。使用此第二焦點位置AF2作為一起始點，可再次使用對比度偵測演算法來尋找在第二變焦位置處之適當焦點。此將給出一第二判定自動對焦位置，其將對應於一第二查找物體距離D2’。現在可藉由計算一新校正因數ACFnew作為量測第一物體距離D1與第二查找物體距離D2’之比率來更新校正因數。新校正因數接著被儲存並可稍後在放大及縮小時使用。
應理解，儘管變焦程序已被描述為自第一變焦位置經由中間變焦位置及額外變焦位置至第二變焦位置，但可能存在此情況，其中自第一至第二變焦位置之變焦位置中之距離係如此之短，使得在其具有其他變焦位置(例如中間及額外變焦位置)之間將不存在任何影像圖框。在此情況下，該方法適用於第二物體距離被計算為第一物體距離D1、第一校正因數ACF1 以及第一校正因數ACF1以及第二及第一景深之比率DOF2/DOF1之一乘積。此可能例如以一低輸出圖框速率在非常慢變焦期間發生。
如發明內容中提及，鏡頭可能展現一行為，該行為使得需要針對變焦位置之一「遠端」範圍及變焦位置之一「寬」範圍使用不同校正因數。作為一實例，此過渡變焦位置可能發生在5倍變焦處。一個校正因數可用於「遠端」範圍，指稱ACFT，且另一校正因數可用於「寬」範圍，指稱ACFW。此等校正因數之兩者皆以與上述相同之方式計算，但其各者用於過渡變焦位置之各自側上之變焦位置之間之變焦。
再次返回至監測場景1中之操作者監測左門4之實例，相機可能已如剛剛描述般自第一變焦位置變焦至第二位置，此等兩個變焦位置之兩者皆位於過渡變焦位置之「遠端」側。在研究出現在門口之人員之面部之後，操作者希望縮小至一第三變焦位置，以能夠監測左門4以及中央門5，但保持至物體之距離以對焦。自第二變焦位置(其在人臉上放大)變焦回至第一變焦位置(其略微更寬，但仍位於「遠端」側)，與剛剛描述之相同之程序用於獲得變焦操作期間之對焦影像。繼續縮小，變焦鏡頭20通過過渡變焦位置。為了計算一過渡物體距離Dt，使用先前儲存之用於過渡變焦位置之「寬」側之校正因數ACFW。已以與上述相同方式判定此寬校正因數ACFW，但具有位於過渡變焦位置之「寬」側之變焦位置處之景深。
判定過渡景深DOFt，並且藉由計算先前儲存之寬校正因數與景深之比率之乘積來更新寬校正因數ACFW，如可使用以下公式更一般地描述：
Figure TWI680339B_D0004
近似地，當在過渡變焦位置之「遠端」側變焦時，遠端校正因數ACFT更新如下：
Figure TWI680339B_D0005
如前述，指數k表示先前變焦位置，且指數k+1表示當前變焦位置。
因此，過渡物體距離Dt被計算為更新寬校正因數ACFW與量測第一物體距離D1之一乘積。以與之前相同之方式，過渡物體距離Dt用於在軌跡曲線中找到過渡對焦馬達位置AFt。
當相機2及自動對焦模組30首次起動時，藉由將各校正因數之值設定為1來初始化自動對焦模組30，即，ACFW=1及ACFT=1。一旦已藉由用由雷射距離量測系統量測之物體距離去除由對比度自動對焦演算法判定之物體距離來計算一新校正因數，即用新值更新對應校正因數。因此，若將鏡頭設定在「寬」範圍中之一變焦位置，則ACFW被更新，而若將鏡頭設定在「遠端」範圍中之一變焦位置，則ACFT被更新。類似地，如上文描述般使用連續變焦位置處之景深之間之比率來更新各自校正因數ACFW或ACFT。
鏡頭控制器可根據以下公式來判定在中等到大物體距離處之景深：
Figure TWI680339B_D0006
 其中N係光圈設定或f數，c係混淆圓，f係焦距，且s係物體距離。可注意，在上文描述中未詳細討論焦距，而係已討論變焦位置。然而，此等兩個參數係密切相關，因為變焦馬達位置之改變需要改變鏡頭之焦距。
對於特寫，可根據以下公式判定景深：
Figure TWI680339B_D0007
 其中m係放大率。
應注意，不同鏡頭製造商可使用略微不同公式來計算景深，但只要可判定景深，所使用之確切公式對於通氣自動對焦方法而言並不重要。
將瞭解，熟習此項技術者可依諸多方式修改上述實施例，並且仍使用如上文實施例中所示之本發明之優點。作為一實例，雖然已在在距相機之一恆定距離處之一物體上變焦之背景內容中描述本發明方法，但相同原理可用於遠離或朝向相機移動之一物體上之一恆定變焦，使得物體距離改變。可使用相同儲存之校正因數，而不管物體距離如何，或者可針對數個物體距離之各者儲存一個校正因數。方法之選擇可能取決於所使用之鏡頭類型。
此外，在上述實施例中，雖然相機配備有用於量測自相機至待對焦之物體之距離之一雷射距離量測系統，但量測系統可替代地使用例如雷達或超聲波。使用未整合於相機中之一單獨量測系統亦將係可行的。作為一簡單量測系統，可使用一卷尺或量測桿。
並非實際量測至待對焦物體之距離，可使用另一種被動自動對焦方法。例如，在另一可能更可靠相機上執行之相同演算法可用作參考而不係一實體量測之距離。替代地，另一自動對焦演算法可在同一相機上執行並用作參考。若其他自動對焦演算法提供更佳結果，則此可為有益處的，但花費更多時間或計算能力。
如上文描述，當相機已到達一新變焦位置時判定景深。然而，執行該方法之步驟之順序並不係至關重要的。例如，在準備自一第一變焦位置至一第二變焦位置之一變焦操作時，可自鏡頭控制器請求第一變焦位置與第二變焦位置之間之數個中間變焦位置之景深，使得在到達彼等中間變焦位置之前其等係已知的。
在所描述之實例中，被動自動對焦演算法係一對比度判定演算法。熟習此項技術者將瞭解可使用其他被動自動對焦演算法。例如，可使用一 相位偵測演算法。
已將校正因數ACF描述為被初始計算為對應於由對比度偵測演算法獲得之對焦馬達位置之物體距離與由雷射量測系統量測之物體距離之間之比率。應理解，由於物體距離及對焦馬達位置透過軌跡曲線緊密相關，故將校正因數計算為由對比度偵測演算法獲得之對焦馬達位置與對應於量測物體距離之對焦馬達位置之間之比率將亦係可行的。
可以任何期望方式以自動對焦方法實施來自鏡頭製造商之軌跡曲線。例如，軌跡曲線上之離散點可儲存於一查找表中。對於在軌跡曲線組中不具有其自己曲線之距離，值可被內插。替代地，代替形成一查找表，以一多項式形式之一函數可擬合於各軌跡曲線上並用於判定物體距離、變焦馬達位置及對焦馬達位置之間之關係。
作為過渡變焦位置之一實例，已提及5倍變焦。然而，過渡變焦位置可自一種鏡頭類型變化至另一種鏡頭類型。一些鏡頭可具有一個以上過渡變焦位置。對於一些鏡頭，亦可繼續計算更新校正因數，而不使用一先前儲存之超出過渡變焦位置之變焦位置之校正因數。一些鏡頭類型可能甚至不具有一過渡變焦位置。可透過測試來判定一特定鏡頭類型之行為。
已在PTZ相機之背景內容中描述本發明，但如已提及，在配置於一PT頭上之情況下，一固定變焦相機亦可充當一PTZ相機。此外，本發明同樣可應用於不能夠進行平移及傾斜但具有一變焦鏡頭(或更嚴格而言係一變焦距鏡頭)之固定變焦相機，通常指稱固定盒式相機。
相機可為一監測相機。其可為一數位相機或一模擬相機。相機可為任何類型之相機，諸如一可見光相機、一紅外線(IR)相機或一熱相機。
如上文描述，相機2形成用於自動對焦之一整合系統。然而，此一系 統亦可由兩個或更多個單獨組件組成。例如，距離量測系統不需要整合於相機中，而係可單獨提供。由量測系統量測之物體距離接著將被提供給自動對焦模組以用於自動對焦方法。此外，自動對焦模組可配置在相機外部，但可操作地連接至相機。作為一進一步選項，距離量測系統及自動對焦模組可配置於可操作地連接至相機之一共用單元中。
使用發明概念，在一變焦操作期間或者當一待對焦物體在恒定變焦位置處遠離或朝向相機移動時執行更快自動對焦係可行的。以此方式，當執行被動自動對焦演算法時，晃動較少，並且可在使用被動自動對焦演算法之間之圖框中達成更佳對焦。由於校正因數持續更新，故可補償例如由環境溫度改變或由鏡頭之老化引起之鏡頭行為之改變。此外，如果其等之一或兩者變得大於一預定臨限值，則校正因數可被監測且一警報事件可產生。此可能表示需要重新校準、維修或甚至更換鏡頭。
因此，本發明不應限於所示之實施例，而應僅由隨附申請專利範圍界定。

Claims (12)

  1. 一種在一變焦(zooming)操作期間自動對焦一相機(2)之方法，該相機包括一變焦鏡頭(20)，該方法包括將該鏡頭變焦(S1)至一第一變焦位置，量測(S2)自該相機至待對焦之一物體之一第一物體距離(D1)，使用該第一物體距離並使用物體距離、變焦位置及焦點位置之間之一關係來判定(S3)一第一對焦開始位置(AF1start)，使用一被動自動對焦演算法並使用該第一對焦開始位置作為該演算法之一起始點來執行(S4)一第一自動對焦操作，藉此判定一第一判定焦點位置(AF1)，基於該第一判定焦點位置來判定(S5)一第一查找物體距離(D1')，計算(S6)一第一校正因數(ACF1)作為該第一查找物體距離(D1')與該第一物體距離(D1)之間之一比率，判定(S7)該第一變焦位置之一第一景深(DOF1)，將該鏡頭變焦(S13)至該第二變焦位置，判定(S14)該第二變焦位置之一第二景深(DOF2)，計算(S15)一第二校正因數(ACF2)作為該第一校正因數(ACF1)與該第二景深(DOF2)與該第一景深(DOF1)之間之一比率之一乘積，計算(S16)一第二物體距離(D2)作為該第一物體距離(D1)與該第二校正因數(ACF2)之一乘積，使用該第二物體距離(D2)並使用物體距離、變焦位置及焦點位置之間之該關係來判定(S17)一第二焦點位置(AF2)，該方法進一步包括使用該被動自動對焦演算法並使用該第二焦點位置(AF2)作為針對該演算法之一起始點來執行一第二自動對焦操作，藉此判定一第二判定焦點位置，基於該第二判定焦點位置判定一第二查找物體距離(D2')，及計算一新校正因數(ACFnew)作為該第二查找物體距離(D2')與該第一物體距離(D1)之間之一比率。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括將該鏡頭變焦(S8)至該第一變焦位置與一第二變焦位置之間之一中間變焦位置，判定(S9)針對該中間變焦位置之一中間景深(DOFi)，計算(S10)一中間校正因數(ACFi)作為該第一校正因數與該中間景深與該第一景深之間之一比率之一乘積，計算(S11)一中間物體距離(Di)作為該第一物體距離與該中間校正因數之一乘積，使用該中間物體距離來判定一中間焦點位置(AFi)。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括使用該被動自動對焦演算法並使用該中間焦點位置作為針對該演算法之一起始點來執行一中間自動對焦操作，藉此判定一中間判定焦點位置。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包括基於該中間判定焦點位置來判定一中間查找物體距離，並計算一新中間校正因數作為該中間查找物體距離與該第一物體距離之間之一比率。
  5. 如請求項1至4項中任一項之方法，其中藉由自控制該鏡頭之一鏡頭控制器請求來判定景深。
  6. 如請求項1至4項中任一項之方法，其中在一預定過渡變焦位置處，使用一先前儲存之校正因數，其係基於針對該過渡變焦位置與一第三變焦位置之間之一變焦位置之一景深，該第三變焦位置超出該第二變焦位置，而不係基於針對該第一變焦位置與該過渡變焦位置之間之一變焦位置之一景深。
  7. 如請求項1至4項中任一項之方法，其中使用包括在該相機中之一距離量測系統來執行量測自該相機至待對焦之該物體之該第一物體距離。
  8. 一種用於在一變焦操作期間自動對焦一相機之自動對焦系統，其包括一相機，一距離量測系統，其經配置以量測自該相機至待對焦之一物體之一第一物體距離，及一自動對焦模組，其經配置以執行如請求項1至7項中任一項之方法。
  9. 一種相機，其包括一變焦鏡頭及一自動對焦模組，該自動對焦模組經配置以執行如請求項1至7項中任一項之方法。
  10. 如請求項9之相機，其進一步包括一整合物體距離量測系統，該量測系統經配置以量測自該相機至待對焦之該物體之該第一物體距離。
  11. 一種電腦程式產品，其具有適於在由一處理器執行時實行如請求項1至7項中任一項之方法之指令。
  12. 一種電腦可讀儲存媒體，其儲存有如請求項11之電腦程式產品。
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