CN102483508B - 成像设备和成像方法 - Google Patents

Abstract

一种成像设备，其配置为包括：成像透镜；成像单元，其基于经由成像透镜接收到的被摄体的光学图像来获取图像数据；运动检测器，其基于从成像单元依次获取的图像数据检测被摄体的运动；焦点检测器，其在当运动检测器检测到被摄体的运动时，基于从成像透镜获取的图像数据来计算焦点位置数据；以及对焦位置估计单元，其基于计算出的焦点位置数据来估计对焦位置。

Description

成像设备和成像方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2009年7月23日提交的日本专利申请第2009-172558号和2010年3月2日提交的日本专利申请第2010-45936号的优先权，其公开在此通过引用其全体的方式并入于此。

技术领域

本发明涉及具有即使在被摄体移动的情况下也能够快速聚焦被摄体的自动聚焦功能的成像设备以及使用该成像设备的成像方法。

背景技术

诸如数码相机之类的成像设备一般并入自动聚焦(AF)单元以自动地聚焦被摄体。例如，已知用于AF单元的所谓爬山自动聚焦控制方法(例如，日本审查的特开专利公开No.39-5265(参考文献1)中公开的)。爬山自动聚焦控制要基于通过整合视频信号中包括的相邻像素的亮度差异所计算出的指示聚焦程度的AF估计值来聚焦被摄体，其中所述视频信号根据经由成像透镜的被摄体的光学图像从图像传感器输出。

当被摄体对焦时，被摄体图像的边缘部位锐利并且清楚，而当被摄体未对焦时，其边缘部位模糊。而且，处于对焦(in-focus)状态的被摄体图像的相邻像素的视频信号的亮度与处于非对焦状态的亮度的差异较小。即，AF估计值在处于对焦状态下是最大的。

AF单元配置为在移动成像透镜的同时获取预定时刻的被摄体图像的视频信号，根据每个时刻的视频信号计算AF估计值，并且通过将成像透镜自动移至获得具有最大AF估计值的视频信号的位置来聚焦被摄体。由此，通过爬山自动聚焦控制，通过在移动成像透镜的同时检测以预定时刻计算出的AF估计值的最大值，将成像透镜自动移至对焦位置。

注意，将处于对焦状态下的成像透镜的位置称为对焦位置，并且将为了计算AF估计值而把成像透镜移动的范围称为焦点(focus)搜索范围。

日本专利第3851027号(参考文献2)公开了更加精确、高速的爬山自动聚焦控制，其包含以微细间隔计算AF估计值的第一模式以及以粗略间隔对AF估计值进行采样的第二模式，直到成像透镜靠近对焦位置，并且其例如在成像透镜处于对焦位置附近时以微细的间隔而计算出。通过单独地使用第一和第二模式，可以高度地进行自动聚焦操作并且更快地使得被摄体聚焦。

进一步，日本特开专利公开第2008-58559号(参考文献3)公开在使得被摄体聚焦后聚焦重调的AF控制方法，以存储处于之前对焦位置的被摄体图像并且比较之前图像和当前图像以计算匹配度并且在匹配度例如处于预定范围时缩小焦点搜索范围。

然而，参考文献2中公开的AF控制方法具有的问题在于，当处于对焦的被摄体移动时，在粗略采样后进行微细采样需要一些时间而使得不可以足够快地进行AF控制以应对移动。即，自动聚焦操作期间被摄体的运动引起自动聚焦的重复，这可能导致无法捕获处于对焦的被摄体。为了解决这种问题，需要新的AF控制能够通过控制成像透镜的自动聚焦以微细范围移动来跟随经由成像透镜获取的被摄体图像中的运动。

除非在对焦位置中捕获被摄体，否则对比文件3中公开的AF控制方法不可能是有效的。由于不配置为随着时间或者被摄体的变化来跟随被摄体，因此除非被摄体处于对焦，否则其不工作，并且花费许多时间来完成AF操作。此外，焦点搜索范围与透镜位置无关地一律降低，使得伴随着相对于被摄体的距离的变化，AF控制花费更多时间。考虑解决该问题，需要新的AF控制即使在被摄体没有对焦的情况下也能够通过缩小焦点搜索范围并且在细微的搜索范围中进行自动聚焦来估计对焦位置，并且能够根据对于自动聚焦，成像透镜处于远焦侧还是广角侧来改变焦点搜索范围。

发明内容

本发明目标在于提供这样的成像设备：其可以通过以微小的搜索范围移动成像透镜以便快速进行自动聚焦来估计当经由成像透镜获得的被摄体图像移动时的对焦位置。进一步，其目标在于提供通过根据当被摄体移动以快速进行自动聚焦时的成像透镜的位置改变焦点搜索范围来改善对焦位置的估计精度的成像设备。

在本发明的一个方面中，成像设备配置为包括：成像透镜；成像单元，其基于经由成像透镜接收到的被摄体的光学图像来获取图像数据；运动检测器，其从成像单元依次获取的图像数据中检测被摄体的运动；焦点检测器，其在当运动检测器检测到被摄体的运动时，基于经由成像透镜获取的图像数据来计算焦点位置数据；以及对焦位置估计单元，其基于计算出的焦点位置数据来估计对焦位置。

优选地，对焦位置估计单元配置为基于焦点位置数据设置成像透镜的驱动开始位置和驱动方向中的至少一个，以使得成像透镜靠近对焦位置。

优选地，焦点位置数据是基于根据图像数据计算出的AF估计值的平滑差异操作的结果。

优选地，通过整合构成图像数据的相邻像素的亮度的差异来获得AF估计值。

优选地，平滑差异操作要计算通过相邻像素的AF估计值的差异的加权整合所获得的值的总和；并且加权整合中使用的加权系数设置为使得AF估计值中的差异越大，则加权系数越大。

优选地，对焦位置估计单元配置为在估计对焦位置之后，将成像透镜移动到驱动开始位置。

优选地，当无法估计对焦位置时，对焦位置估计单元配置为改变成像透镜的驱动开始位置并且再次计算焦点位置数据。

优选地，焦点检测器包含驱动范围改变单元，其配置为根据预定条件改变成像透镜的驱动范围。

优选地，所述预定条件是焦点检测器开始工作时的成像透镜的位置。

优选地，所述预定条件是焦点检测器开始工作时的拍摄模式。

优选地，所述预定条件是焦点检测器开始工作时的焦距。

在本发明的另一方面中，提供的是一种通过使用成像设备的成像方法，所述成像设备包含：成像透镜；成像单元，其基于经由成像透镜接收到的被摄体的光学图像来获取图像数据；运动检测器，其从成像单元依次获取的图像数据中检测被摄体的运动；焦点检测器，其在运动检测器检测到被摄体的运动时，基于经由成像透镜获取的图像数据来计算焦点位置数据；以及对焦位置估计单元，其基于计算出的焦点位置数据来估计对焦位置。所述方法包含以下步骤：利用运动检测器检测被摄体的运动；焦点检测器根据运动检测器检测到的被摄体的运动，在预定方向上将成像透镜从预定位置驱动预定量以获取图像数据，并且基于所获取的图像数据来获取焦点位置数据；以及对焦位置估计单元基于焦点位置数据来估计成像透镜的对焦位置。

附图说明

本发明的这些和其它目的、特征和优点将根据参照附图的详细描述而变得明显。

图1是根据本发明的成像设备的一个示例的前视图；

图2是根据本发明的成像设备的一个示例的俯视图；

图3是根据本发明的成像设备的一个示例的后视图；

图4是根据本发明的成像设备的一个示例的功能框图；

图5示出根据本发明的成像设备的自动聚焦区域；

图6是根据本发明的成像设备的预自动聚焦操作的流程图；

图7是示出根据本发明的成像设备获取焦点位置数据的时序的时序图；

图8是详细的预自动聚焦操作的流程图；

图9是详细的预自动聚焦操作的流程图；

图10A、10B是示出根据本发明的成像设备的自动聚焦操作中获得的AF估计值的变化的示例的坐标曲线图；

图11A、11B是示出根据本发明的成像设备的自动聚焦操作中计算出的平滑差异值的变化的示例的坐标曲线图；

图12是详细的预自动聚焦操作的流程图；

图13是示出预自动聚焦操作中的对焦位置估计的坐标曲线图；

图14是示出预自动聚焦操作中的对焦位置估计的坐标曲线图；

图15是示出预自动聚焦操作中的对焦位置估计的坐标曲线图；

图16是详细的预自动聚焦操作的流程图；

图17示出预自动聚焦操作中驱动开始位置和驱动范围的示例；

图18示出预自动聚焦操作中驱动开始位置和驱动范围的另一示例；

图19是根据本发明的成像设备的预自动聚焦操作的另一示例的流程图；

图20是详细的预自动聚焦操作的流程图；

图21是详细的预自动聚焦操作的流程图；

图22是详细的预自动聚焦操作的流程图；

图23是详细的预自动聚焦操作的流程图；

图24是详细的预自动聚焦操作的另一示例的流程图；

图25A、25B示出LCD上拍摄模式的显示的示例；

图26示出根据本发明的成像设备的成像透镜的拍摄模式和焦距的示例；

图27是详细的预自动聚焦操作的另一示例的流程图；

图28是示出预自动聚焦操作中的详细运动检测的一个示例的流程图；

图29是示出预自动聚焦操作中的详细运动检测的另一示例的流程图；

图30是示出预自动聚焦操作中的详细运动检测的另一示例的流程图；和

图31示出根据本发明的成像设备的成像透镜的焦距和驱动量的示例。

具体实施方式

下文参照附图，详细描述根据本发明的成像设备的实施方式。

图1～3分别从前面、顶部、背面示出根据本发明一个实施方式的成像设备(例如，数码相机)的外观。在图1中，闪光灯单元3、光学取景器4、遥控光接收器6、包括变焦透镜和聚焦透镜的镜筒单元(成像透镜)7提供在作为成像设备的外壳的相机机身CB的前面。存储卡/电池室2的盖子提供在相机机身CB的一侧。

如图2中所示，相机机身CB的顶部表面上提供的是释放按钮SW1、模式拨盘SW2和副液晶显示器(LCD)1。

在图3中，光学取景器4、自动聚焦发光二极管(LED)8、频闪LED 9、LCD 10、电源开关SW13、广角变焦开关SW3、远焦变焦开关SW4、自拍器置位/复位开关SW5、菜单开关SW6、向上/闪光灯开关SW7、向右开关SW8、显示开关SW9、向下/微距开关SW10、向左/图像检查开关SW11、确认开关SW12和快速访问开关SW13提供在相机机身CB的后面。

接下来参照图4描述根据本发明一个实施方式的成像设备的功能块。成像设备的操作(功能)由作为数字信号处理集成电路(IC)的处理器104控制。处理器104包含第一电荷耦合器件(CCD1)信号处理块1041、第二CCD(CCD2)信号处理块1042、CPU块1043、本地SRAM(static random accessmemory，静态随机存取存储器)1044、USB(universal serial bus，通用串行总线)块1045、串行块1046、JPEG编解码块1047、尺寸重调块1048、电视信号显示块1049和存储卡控制器块10410。这些块通过总线彼此连接。

SDRAM 103(synchronous random access memory，同步随机存取存储器)、RAM 107、内部存储器120、存储控制程序的ROM 108提供在处理器104外部，并且经由总线连接至处理器104。SDRAM 103存储捕获的被摄体图像的RAW-RGB图像数据、YUV图像数据和JPEG图像数据(它们统一地称为图像数据)。

镜筒单元7包括具有变焦透镜71a的变焦光学***71、具有聚焦透镜72a的聚焦光学***72、具有孔径光阑73a的孔径光阑单元73和具有机械快门74a的机械快门单元74。光学变焦***71、光学聚焦***72、孔径光阑单元73和机械快门单元74分别由变焦马达71b、聚焦马达72b、孔径光阑马达73b和机械快门马达74b驱动。这些马达由受控于处理器104的CPU块1043的马达驱动器705进行驱动。变焦马达71b和聚焦马达72b要移动成像透镜。

变焦透镜71a和聚焦透镜72a构成将被摄体图像聚焦在CCD 101的成像面上的成像透镜。CCD 101是用以将被摄体图像转换为电图像信号并且将图像信号输出至F/E(前端)-IC 102的图像传感器。F/E-IC 102包括相关双采样(CDS)1021、自动增益控制器(AGC)1022和模拟数字(A/D)转换器1023，用以分别对图像信号进行预定的处理。其还包括垂直驱动(VD)信号和水平驱动(HD)信号从处理器104的第一CCD信号处理块1041输入到的时序发生器(TG)1024。F/F-IC 102与经由TG 1024的VD/HD信号同步地处理图像信号。

F/E-IC 102将来自CCD 101的电图像信号转换为数字信号，并且将其输出至第一CCD信号处理块1041。第一CCD信号处理块1041对数字信号进行诸如白平衡调节、γ调节之类的信号处理，并且将其作为图像数据存储在SDRAM 103中并输出VD/HD信号。CCD 101、F/E-IC 102、第一CCD信号处理块1041和CPU块1043构成成像设备的成像单元。

处理器104的CPU块1043配置为控制音频记录电路1151的音频记录。音频由麦克风1153转换为音频记录信号，经麦克风放大器1152放大并且记录在内部存储器120上。CPU块1043还控制音频再现电路1161的操作。音频再现电路1161配置为从内部存储器120读取音频数据，并且利用音频放大器1162将其放大以便从扬声器1163输出。CPU块1043还控制用以从闪光灯单元3发光的频闪电路114，并且控制未示出的测距单元。

注意，根据本发明一个实施方式的成像设备配置为基于经由成像透镜获取的图像数据进行自动聚焦操作(稍后描述)。因此，并不总是需要测距单元测量到被摄体的距离，而是成像设备可以排除测距单元。可替代地，测距单元获得的距离信息可以由频闪电路114用在频闪发光控制中，或者补充地用于基于捕获的图像数据的聚焦控制。

CPU块1043连接至布置在处理器104外部的副CPU 109，并且副CPU109经由LCD驱动器111控制子LCD 1上的显示。副CPU 109与自动聚焦LED 8、闪光LED 9、遥控光接收器6、具有开关SW1～SW13(图3)的操作按键单元和蜂鸣器113连接。

USB块1045连接至USB连接器122，并且串行块1046通过串行驱动器电路1231连接至RS-232C连接器1232。电视信号显示块1049经由LCD驱动器117连接至LCD 10，并且经由视频放大器118连接至视频插孔119。存储卡控制器块10410连接至存储卡槽(throttle)121和存储卡之间的接触点，用以在安装在槽121中的时候与存储卡电连接。

当利用模式拨盘SW2将成像设备设置在拍摄模式时，处理器104经由副CPU 109检测模式拨盘SW2的设置并且控制电机驱动器75将镜筒单元7移到可拍摄位置。进一步，其将电源供给CCD 101、F/E-IC 102、LCD 10等以开始运行。一旦通电，在取景器模式下开始工作。

在取景器模式下，来自被摄体的光经由镜筒单元7的成像透镜入射在CCD 101上，从而转换为电信号并且作为RGB模拟信号输出至CDS 1021。然后，RGB模拟信号经由AGC 1022发送至A/D转换器1023，从而转换为RGB数字信号。数字信号经由电视信号显示块1049、视频放大器118和视频插孔119而显示在LCD 10或电视机上。

A/D转换器1023转换的RGB数字信号通过第二CCD信号处理块1042转换为YUV格式的图像数据，并且存储在SDRAM 103中。第二CCD信号处理块1042通过诸如滤波之类的适当处理，将RGB图像数据转换为YUV图像数据。CPU块1043从SDRAM 103读取图像数据并且将其发送至LCD 10以供显示。从来自被摄体的光入射至LCD 10上的显示器的处理以1/30秒的间隔重复，并且LCD 10上的显示在取景器模式下以每隔1/30秒更新。

现在描述根据本发明一个实施方式的成像设备的AF操作和自动曝光(AE)操作。在AF操作中，指示至少部分图像数据的聚焦程度的AF估计值和指示曝光程度的AE估计值根据经由成像透镜输入至第一CCD信号处理块1041的图像数据而计算出。然后，CPU块1043将具有最大AF估计值的透镜位置确定为对焦位置，并且驱动聚焦马达72b以将成像透镜移到对焦位置。

AF估计值根据经由成像透镜获得的成像数据的特定区域而计算出。该特定区域在此称为AF区域。图5示出处于取景器模式的成像设备的LCD 10的示例和LCD 10的中心周围的AF区域的示例。在屏幕的中心，以构成图像数据的垂直和水平像素的总数的水平40％、垂直30％的尺寸设置AF区域。AF区域的尺寸不应当限制到以上示例，而是其可以根据AF处理时间和AF精度任意地加以设置。对于更大的AF区域，自动聚焦精度改善但是AF处理时间增大，而对于更小的AF区域，自动聚焦精度减小但是AF处理时间缩短。

RGB数字信号分为多个区域(例如，水平16×垂直16)以发现每个区域中的亮度数据。每个区域中已超过预定阈值的像素被确定为目标，并且将其亮度值相加并乘以目标像素的数目以计算AE估计值。适当的曝光量根据每个区域中的亮度分布而计算出，并且用于校正下一图像帧的曝光。

成像设备包括多个拍摄模式，并且根据每个拍摄模式不同地设置AF拍摄范围。例如，AF拍摄范围在正常AF模式下为1m到无穷，而在微距AF模式下为1cm到无穷。利用模式拨盘SW2设置AF模式。

第一实施方式

接下来参照图6描述使用根据本发明第一实施方式的成像设备的成像方法。图6是步骤S10，S20，S30，S40，S50，S60，S70中的预自动聚焦操作的流程图。

根据第一实施方式，预自动聚焦操作在AF操作之前包括对焦位置估计，以便快速地发现对焦位置。当在成像设备正工作在取景器模式下的同时从经由成像透镜获得的图像数据检测到被摄体的运动时，预AF操作开始。

在预自动聚焦操作中，在比AF操作中的范围更窄的范围中移动成像透镜的同时获取在对焦位置的估计中使用的图像数据。例如一旦按向释放按钮SW1，则AF操作要基于根据经由在整个可移动范围中移动的成像透镜获取的图像数据所计算出的AF估计值来确定对焦位置。下面详细描述预自动聚焦操作。

首先，在步骤S10中的运动检测(运动检测器)中，进行关于是否使用AF区域(图5)中的图像数据检测到被摄体图像中的运动的确定。当经由成像透镜持续获得的图像数据之间的差异超过预定阈值并且被摄体或成像设备的实际运动不一定有关时，检测到被摄体图像中的运动。

在没有检测到被摄体图像中的运动的情况下(步骤S20中的“否”)，重复运动检测。在检测到被摄体图像中的运动的情况下(步骤S20中的“是”)，流程前进至步骤S30中的开始位置确定以确定成像透镜的驱动开始位置。在开始位置确定中，设置成像透镜的驱动开始位置、驱动方向和焦点搜索范围(驱动量)以获取据以获取焦点位置数据的图像数据。处于预自动聚焦的焦点搜索范围对应于比AF操作中的驱动量更小的驱动量。

在步骤S40中的焦点位置数据获取(焦点检测器)中，聚焦透镜72a以驱动方向从设置的驱动开始位置移动以获取焦点位置数据。

然后，在步骤S50中的对焦位置估计(聚焦位置估计单元)中，根据在步骤S40中的焦点位置数据获取中计算出的平滑差异值来估计对焦位置。

在步骤S60(AF值存储)中，从对焦位置估计的结果中获得AF值，使得成像透镜要靠近下一预自动聚焦的中对焦位置并被存储在SDRAM 103中。AF值指示关于驱动开始位置和驱动方向的信息。

在步骤S70中，成像透镜基于步骤S70中存储的AF值移动至驱动开始位置，完成预自动聚焦操作。

接下来，详细描述预自动聚焦操作的每个步骤。首先描述运动检测(步骤S10)。成像设备在预定时刻从被摄体图像获取图像数据。根据单个VD信号，将作为成像透镜的聚焦透镜72a预设为以预定的量驱动。例如通过将脉冲马达用于聚焦马达72b，预定的脉冲数对应于透镜驱动量。与VD信号的脉冲的下降步调一致地提供驱动脉冲以驱动聚焦透镜72a。在VD信号脉冲下一次下降时，以所述预定驱动量再次驱动聚焦透镜72a。由此，与VD信号(或帧时段)同步地驱动聚焦透镜72a。

图7是VD信号、与VD信号同步的聚焦透镜的驱动时序、电快门的放电脉冲(SUB)时序和曝光时序的时序图。如图7中所示，一旦生成单个VD信号，则生成用以驱动聚焦透镜72a的两个脉冲，并且以与两个驱动脉冲对应的量移动聚焦透镜72a。此外，通过由VD信号触发，在预定时间生成放电脉冲(子脉冲)，并且根据子脉冲的数目从CCD 101将电荷放电以进行曝光操作。通过曝光操作，捕获被摄体图像作为图像数据。驱动脉冲的数目随着焦距和聚焦透镜移动量(驱动范围)而可变。

在步骤S10中的运动检测中，如上面那样与VD信号同步地持续获取图像数据，并且将图像数据存储在SDRAM 103的未示出的缓冲存储器中。基于亮度差异的整合结果，通过比较存储的图像数据和当前图像来检测被摄体图像中的运动。例如，计算缓冲存储器中上次存储的图像数据和当前获取的图像数据之间的亮度差，并且以当前图像数据覆盖缓冲存储器中存储的图像数据。由此，使用在下一时刻获取的图像数据重复差异操作。

差异操作是要整合水平和垂直方向上的包含图像数据的各像素之中的相邻像素的亮度的差异，将结果与之前时刻获取的结果进行比较，并且组合水平方向和垂直方向上的差异以计算运动检测估计值Q。运动检测估计值Q是在生成VD信号的时刻计算出的。

运动检测中用于差异操作的算术表达式(1)如下，并且H(v)是当前时刻水平方向上相邻像素的亮度差的整合的结果：

$H\left(v\right)=\underset{i=\mathrm{Hstart}}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}|D(i,v)-D(i,v+1)|---\left(1\right)$

其中，D(i，v)是AF区域中像素的坐标，Hstart是AF区域中的水平开始位置，m是AF区域的水平范围。

算术表达式(2)如下。V(h)是当前时刻垂直方向上相邻像素的亮度差的整合的结果。

$V\left(h\right)=\underset{j=\mathrm{Vstart}}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}|D(h,j)-D(h+1,j)|---\left(2\right)$

其中，D(h，j)是AF区域中像素的坐标，Vstart是AF区域中的水平开始位置，n是AF区域的垂直范围。

在之前时刻计算出的H’(v)和V’(h)的结果与H(v)和V(h)的结果的总和Q(t)由下列表达式(3)表示。

$Q\left(t\right)=\underset{v=\mathrm{Vstart}}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}|H\left(v\right)-H^{\′}\left(v\right)|+\underset{h=\mathrm{Hstart}}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}|V\left(h\right)-V^{\′}\left(h\right)|---\left(3\right)$

当计算出的运动估计值Q(t)是预定阈值或更大时，确定被摄体图像中的运动检测(步骤S20中的“是”)。

可能存在利用以上表达式的图像数据的差异在亮或暗的条件下或相机晃动引起的图像数据的变化而超过预定阈值的情况。因此为了避免错误运动检测，最好将阈值设为可允许的值。

根据本发明第一实施方式的成像设备配置为通过以上运动检测确定被摄体的运动。然而，本发明不应限制于此。可以使用诸如利用直方图的差异提取之类的其它检测方法。此外，可以根据图像数据中的差异计算光学流(optical flow)，只要处理速度对于应对计算足够快即可。

接下来参照图8描述步骤S30中的开始位置确定。首先，在步骤S301中，进行关于是否已经执行预自动聚焦操作并且在SDRAM 103中存储AF值的确定。在存储了AF值的情况下(步骤S301中的“是”)，在步骤S302中，从SDRAM 103读取AF值以基于AF值设置聚焦透镜72a的驱动开始位置。

在SDRAM 103的预定存储区域中没有存储AF值的情况下(步骤S301中的“否”)，在步骤S303中，将聚焦透镜72a的驱动开始位置设置为在无穷方向上从当前位置移动预定量的位置，并且其从无穷侧驱动到近侧。这是由于将成像透镜从无穷侧移动至近侧以用于获取对焦位置估计数据所基于的AF估计值。

在步骤S304中，基于读取的AF值设置驱动方向和焦点搜索范围，并且在步骤S305，将聚焦透镜72a移动至驱动开始位置，完成驱动开始位置确定(S30)。

接下来参照图9描述步骤S40中的焦点位置数据获取。焦点位置数据是从AF估计值计算出的平滑差异值。首先，描述根据本发明第一实施方式的成像设备中的AF估计值和平滑差异值的计算。

通过下列表达式(4)计算处于当前位置的聚焦透镜72a的平滑差异值Y[0]。

$Y\left[O\right]=(\underset{i=0}{\overset{a}{\mathrm{\Σ}}}\left(x\right[i]-x[-i\left]\right)\×\mathrm{bi})---\left(4\right)$

其中，X[0]是根据经由处于当前位置的聚焦透镜72a的图像数据计算出的AF估计值，X[-i]是根据作为当前图像数据之前“i”个的图像数据计算出的AF估计值，X[i]是根据作为当前图像数据之后“i”个的图像数据计算出的AF估计值，bi是AF估计值(X[-i]～X[i])的系数。

对于使用当前AF估计值X[0]以及当前AF估计值之前和之后的三个AF估计值计算平滑差异值Y[0]，Y[0]＝(X[1]-X[-1])×1+(X[2]-X[-2])×2+(X[3]-X[-3])×3。这里，加权系数(bi＝1，2，3...)在随着AF估计值更接近于当前值X[0](例如，X[1])时被设置为更小值，而在其更远离当前值X[0](例如，X[3])时被设置为更大值。据此，以更大的系数bi计算与当前值X[0]相关联较低的AF估计值。具体的系数值不限于上面的示例。

参照图10A、10B和图11A、11B描述聚焦透镜72a的驱动和平滑差异值之间的关系。在10A、10B和图11A、11B的坐标曲线图中，横坐标轴表示聚焦透镜72a的总可驱动范围，纵坐标轴表示根据在每个透镜位置获得的图像数据所计算出的AF估计值。

图10A、10B分别是以LV 10和LV 8的不同光量捕获的被摄体图像的AF估计值的示例。图10B示出根据在更暗的条件(更少的光量)下捕获的图像数据所计算出的AF估计值。对于更少的光量，被摄体图像的相邻像素的亮度差将会非常小并且极大地受到噪声影响。结果，AF估计值将如图10B中所示那样偏离并且显示多个峰值。根据示出单个峰值(最大值)的图10中的坐标曲线图，可以将峰值容易地判定为对焦位置，而根据示出多个峰值的图10B中的坐标曲线图，不能简单地判定对焦位置。

图11A示出根据图10A中的AF估计值计算出的平滑差异值的变化的示例，而图11B示出根据图10B中的AF估计值计算出的平滑差异值的变化的示例。如其中所示的，平滑差异值随着聚焦透镜72a移动而增大，并且其在超过某个点时从负反转为正。在反转点获得的AF估计值是最大的，并且与此最大AF估计值对应的透镜位置要成为对焦位置。换言之，具有作为零的平滑差异值的透镜位置是对焦位置。由此，通过使用平滑差异，即使如图10B中所示那样在AF估计值中有背离的情况下也可以精确地确定对焦位置。

返回参照图9，在步骤S401中，流程等待VD信号的下降的检测。一旦检测到下降，则在步骤S402中根据用以驱动聚焦透镜72a的预定脉冲率(pulserate)驱动聚焦马达72b，并且在步骤S403中获取图像数据以计算AF估计值。

在步骤S404中，进行关于聚焦透镜72a是否已经达到焦点搜索范围的预设结束位置的确定。重复步骤S401～S404，直到聚焦透镜72a达到结束位置为止(步骤S404中的“否”)。在聚焦透镜72a处于结束位置的情况下(步骤S404中的“是”)，在步骤S405中使用获得的AF估计值来计算平滑差异值。

现在参照图12详细描述步骤S50中的对焦位置估计。首先，粗略地描述对焦位置的估计。当将焦点搜索范围设为聚焦透镜72a的总可驱动范围时，其中计算出的AF估计值如图13中所示那样包括最大值，并且如图14中所示那样将与平滑差异值的反转点对应的透镜位置确定为对焦位置。

然而，在预自动聚焦中，以不改变视角的聚焦透镜的这种小驱动范围来设置焦点搜索范围，以便其并不总是可以以这种小的驱动范围确定根据AF估计值所计算出平滑差异值的反转点。即，在步骤S40中，在图15中的区域A、B、C的任何一个中计算平滑差异值。

然后，在步骤S50中的对焦位置估计中，首先，进行关于在计算出的平滑差异值之中是否存在接近零的值的确定(步骤S501)。当存在一个时(步骤S502中的“是”)，流程前进至步骤S503(周边值确定)。

步骤S503中的周边值确定要确定接近零的值四周的平滑差异值是否相对于接近零的值单调地下降或上升。确切地，当在接近零的值之前获取的平滑差异值小于接近零的值并且在接近零的值之后获取的平滑差异值大于接近零的值时，确定平滑差异值单调地上升。相反，当在接近零的值之前获取的平滑差异值大于接近零的值并且接近零的值之后获取的平滑差异值小于接近零的值时，确定平滑差异值单调地下降。

在确定平滑差异值的单调上升或下降的情况下(S503中的“是”)，具有最大AF估计值的聚焦透镜位置必须处于与平滑差异值(接近零的值以及在接近零的值之前和之后获取的值)对应的聚焦透镜72a的位置之中。即，认为这些平滑差异值处于图15中的区域A中以使得可以估计已经检测到聚焦透镜的对焦位置(步骤S504)。

当存在接近零的平滑差异值时(S502中的“是”)并且其没有单调地上升或下降(S503中的“否”)时，确定对焦位置的检测的不可行，完成步骤S509中的对焦位置估计。

在没有接近零的平滑差异值的情况下，根据计算出的平滑差异值估计对焦位置。由于如上所述那样在预自动聚焦操作中将焦点搜索范围设置在小区域中，因此只基于计算出的平滑差异值不能指定对焦位置。

在没有接近零的平滑差异值的情况下(步骤S502中的“否”)，在步骤S505中进行关于计算出的平滑差异值是否都为正值的确定。在所有值都为正的情况下(步骤S505中的“是”)，在步骤S506中，可以估计在焦点位置数据获取步骤S40中计算出的平滑差异值属于图15中的区域B。计算出的值处于区域B意味着在聚焦透镜72a已经移动的焦点搜索范围中没有对焦位置，但是其要通过在同一驱动方向上移动聚焦透镜72a而得到。

在发现所有计算出的平滑差异值都为负值时(步骤S507中的“是”)，可以在步骤S508中估计步骤S40中获取的值属于图15中的区域C。这意味着在聚焦透镜72a已经移动的焦点搜索范围中没有对焦位置，但是对焦位置要通过在与之前驱动方向相反的方向上移动聚焦透镜72a而得到。

在不存在接近零的平滑差异值的情况下(S502中的“否”)或者并非所有计算出的值都为正值(步骤505中的“否”)或都为负值(步骤507中的“否”)的情况下，对焦位置的估计是不可行的，从而对焦位置估计在步骤S509中结束。流程前进至步骤S60中的AF值存储。

接下来参照图16详细描述步骤S60中的AF值存储。在步骤S50中估计对焦位置处于区域A的情况下(步骤S601中的“是”)，在步骤S602中，将驱动开始位置设为以预定量从对焦位置向无穷侧移动的位置，并且将其存储在SDRAM 103中。然后，在步骤S603中，将焦点搜索范围设为一般设置在预自动聚焦中的范围的两倍并且存储在SDRAM 103中。存储的驱动开始位置和焦点搜索范围用于要在下一预自动聚焦操作或AF操作中从SDRAM 103读取的AF值。焦点搜索范围可以随着诸如焦距、环境条件(亮或暗)之类的条件而改变。根据这种条件，可以进行驱动范围改变(驱动范围改变单元)以改变聚焦搜索区域。这使得能够在包括对焦位置的有限焦点搜索范围中进行下一预自动聚焦操作，增大AF操作的速度。

当估计对焦位置未处于区域A(步骤S601中的“否”)而是处于区域B(步骤S604中的“否”)时，在步骤S605中，将步骤S40中焦点搜索范围的结束位置设为聚焦透镜72a的下一驱动开始位置并且存储在SDRAM 103中。在步骤S606中，驱动方向要从无穷侧到近侧，并且焦点搜索范围设为相对于驱动开始位置的预定范围，并且它们也存储在SDRAM 103中。

如图17中所示，对于区域B中的平滑差异值，对焦位置没有出现在预自动聚焦区域(聚焦搜索区域)的无穷侧的区域中，而是在从预自动聚焦的结束位置到近侧的区域中。据此，聚焦透镜72a可以从对于其已经完成对焦位置估计的焦点搜索范围的结束位置开始驱动。这可以限制AF操作中聚焦透镜72a的移动范围，导致增大了AF操作的速度。

当估计对焦位置处于区域C时(步骤S607中的“是”)而不是区域A(步骤S601中的“否”)和区域B(步骤S604中的“否”)时，在步骤S608中，将步骤S40中焦点搜索范围的开始位置设置为聚焦透镜72a的下一驱动开始位置并且将其存储在SDRAM 103中。驱动方向要为近侧到无穷侧，并且在步骤S609中，将焦点搜索范围设置为相对于无穷侧的驱动开始位置的预定范围，并且将它们也存储在SDRAM 103中。

如图18中所示，对于区域C中的平滑差异值，对焦位置没有出现在预自动聚焦区域的近侧的区域中，而是在从预自动聚焦的开始位置到无穷侧的区域中。据此，聚焦透镜72a可以从对于其已经完成对焦位置估计的焦点搜索范围的开始位置开始驱动到无穷侧。这可以限制AF操作中聚焦透镜72a的移动范围，导致增大AF操作的速度。

进一步，当在步骤S601、S604、S607中估计对焦位置不处于区域A、B、C中的任何一个时，确定对焦位置的估计是不可行的。在步骤6010中，将聚焦透镜72a的下一驱动开始位置设为无穷端，并且在步骤S6011中，将焦点搜索范围设置到聚焦透镜72a的整个可驱动范围。

如上所述，即使在无法立刻检测对焦位置的情况下，根据第一实施方式的成像设备也可以通过重复预自动聚焦操作而逐渐靠近对焦位置。据此，由于提前限制了成像透镜的实际驱动范围(焦点搜索范围)，因此可以快速地确定AF操作中的对焦位置，所述AF操作在一旦半按向释放按钮SW时启动，并且其中以整个驱动范围驱动成像透镜。

第二实施方式

接下来参照图19描述使用根据本发明第二实施方式的成像设备的成像方法。图19是预自动聚焦操作的流程图。在本实施方式中，将相同的编号附给与第一实施方式中的那些步骤相同的步骤，并且其描述予以省略。

首先，在步骤S10中的运动检测中，进行关于是否使用AF区域(图5)中的图像数据检测被摄体图像中的运动的确定。在没有检测到被摄体图像中的运动的情况下(步骤S20中的“否”)，完成预自动聚焦操作。成像设备在拍摄模式期间总是准备好执行预自动聚焦，使得其在一旦没有检测到运动时不进行预自动聚焦，而在一旦检测到运动时重新启动预自动聚焦。

在检测到被摄体图像中的运动的情况下(步骤S20中的“是”)，流程前进至步骤S30中的开始位置确定以确定预自动聚焦的成像透镜的驱动开始位置。在步骤S40(焦点位置数据获取)中，聚焦透镜72a从焦点搜索范围中的所设置驱动开始位置移动以获取焦点位置数据。然后，在步骤S50(对焦位置估计)中，根据在步骤S40中的焦点位置数据获取中计算出的平滑差异值估计对焦位置。在步骤S60(AF值存储)中，将AF值存储在SDRAM 103中。AF值指示关于聚焦搜索区域的驱动开始位置和驱动方向的信息。

在步骤S80中，进行关于焦点位置数据获取(S40)的焦点搜索范围中是否包括对焦位置的确定。在对焦位置处于焦点搜索范围中的情况下(步骤S80中的“否”)，成像透镜移动到对焦位置，完成步骤S120中的预自动聚焦操作。在对焦位置不处于焦点搜索范围中的情况下(步骤S80中的“是”)，从SDRAM 103读取步骤S60中存储的AF值，从AF值指示的焦点搜索范围和驱动开始位置计算AF估计值，并且在步骤S90中再次获取焦点位置数据。步骤S90中的焦点位置数据重新获取与步骤S40类似。

在步骤S100中，基于获取的焦点位置数据确定对焦位置。在步骤S110中，AF值基于对焦位置而确定并存储在SDRAM 103中。然后，在步骤S120中，成像透镜根据AF值移动至驱动开始位置，从而完成预自动聚焦操作。

现在参照图20详细描述步骤S100中的对焦位置确定。在步骤S101中，进行关于在步骤S90中计算出的平滑差异值之中是否存在接近零的平滑差异值的确定。在发现接近零的值的情况下(步骤S102中的“是”)，在步骤S103中进行周边值确定。

步骤S103中的周边值确定要确定围绕接近零的值的平滑差异值是否相对于接近零的值单调地下降或上升。确切地，当在接近零的值之前获取的平滑差异值小于接近零的值并且在接近零的值之后获取的平滑差异值大于接近零的值时，确定平滑差异值单调地上升。相反，当在接近零的值之前获取的平滑差异值大于接近零的值并且在接近零的值之后获取的平滑差异值小于接近零的值时，确定平滑差异值单调地下降。

当确定平滑差异值的单调上升或下降时(S103中的“是”)，在步骤S104中确定对焦位置的存在，完成确定处理。当没有接近零的平滑差异值(S102中的“否”)并且其没有单调地上升或下降(S103中的“否”)时，在步骤S105中确定对焦位置的不存在，完成确定处理。

接下来参照图21描述步骤S110中的AF值存储。首先，当在步骤S100中确定对焦位置时(步骤S111中的“是”)，在步骤S113中，将成像透镜的驱动开始位置设为从对焦位置移动预定量的位置，并且将把焦点搜索范围设为预先确定的范围两倍的AF值存储在SDRAM 103的预定存储区域中。在本实施方式中，通过示例的方式，将加倍的焦点搜索范围设为包括对焦位置，并且将其存储为要用于下一预自动聚焦或AF操作的AF值。对焦位置最好随着焦距或环境条件(暗或亮)等而可变。其范围应当不限于一般(预定)范围的两倍。由此，由于聚焦透镜72a的有限移动范围，可以更高速度地处理下一AF操作。

在步骤S100中的聚焦确定中没有确定对焦位置(步骤111中的“否”)的情况下，确定对焦位置的确定是不可行的。然后，将成像透镜的驱动开始位置设为过聚焦(over-focus)位置，并且将把焦点搜索范围设为成像透镜的整个可驱动范围的AF值存储于SDRAM 103的预定存储区域(步骤S114、S115)。将驱动开始位置设为过聚焦位置以使得在步骤S111中不能判定对焦位置时不进行AF操作，这是由于在以低对比度捕获被摄体时，即使在上面的预自动聚焦之后，在AF操作中也可能不能够确定对焦位置。

第三实施方式

接下来参照作为预自动聚焦操作的流程图的图22，描述使用根据本发明第三实施方式的成像设备的成像方法。在本实施方式中，将相同的编号附给与第一实施方式中的那些步骤相同的步骤，并且其描述予以省略。

参照图22，在步骤S10中的运动检测中，进行关于是否检测到被摄体图像中的运动的确定。在没有检测到被摄体图像中的运动的情况下(步骤S21中的“否”)，完成预自动聚焦操作。成像设备在拍摄模式期间总是准备好执行预自动聚焦，使得其在一旦没有检测到运动时不进行预自动聚焦，而在一旦检测到运动时重新启动预自动聚焦。

在检测到被摄体图像中的运动的情况下(步骤S21中的“是”)，流程前进至步骤S31中的开始位置确定以确定预自动聚焦的成像透镜的驱动开始位置。在步骤S40(焦点位置数据获取)中，聚焦透镜72a从搜索区域中的设置的驱动开始位置移动以获取焦点位置数据。然后，在步骤S50(对焦位置估计)中，根据在步骤S40中的焦点位置数据获取中计算出的平滑差异值估计对焦位置。在步骤S60中，从估计出的对焦位置中获得AF值，并且将其存储在SDRAM 103中。在步骤S70中，基于存储的AF值，成像透镜移至驱动开始位置，完成预自动聚焦。

参照图23详细描述作为本实施方式的特征的开始位置确定(步骤S31)。首先，在步骤S311中，根据设置的拍摄模式和构成成像透镜的变焦透镜71a的位置来设置焦点搜索范围。

然后，在步骤S312中，根据SDRAM 103中存储的AF值的存在或不存在进行关于是否已经执行预自动聚焦的确定。在已经进行预自动聚焦的情况下(步骤S312中的“是”)，在步骤S313中，从SDRAM 103读取AF值以设定聚焦透镜72a的驱动开始位置和对焦位置。

在尚未进行预自动聚焦的情况下(步骤S312中的“否”)，在步骤S315中，将驱动开始位置设为无穷方向上距聚焦透镜72a的当前位置预定量的位置。这是由于在一旦半按到释放按钮SW1时启动的预自动聚焦操作和AF操作两者中，将成像透镜设置为从无穷驱动到近侧。

在步骤S314中，将聚焦透镜72a移到驱动开始位置，完成开始位置确定。

接下来，参照图24详细描述步骤S311中的焦点搜索范围设置。焦点搜索范围最好大到足以计算平滑差异的AF估计值并且比AF操作的更窄。

在步骤S3111中，进行关于设置的拍摄模式是否为正常模式的确定。在根据本实施方式的成像设备的取景器模式期间，拍摄模式可通过按压微距开关SW10而变为微距模式。用户可以在视觉上检查LCD 10上的设置的拍摄模式。通过示例的方式，图25A示出设置的正常模式，在LCD 10的右上边显示词语“正常”，图25B示出设置的微距模式，其上显示词语“微距”。

现在参照图26，描述微距模式和正常模式之间成像透镜的驱动分辨率的差异。图26示出当在焦点搜索范围中以相同的脉冲率驱动成像透镜时，成像透镜在正常模式和微距模式下的可驱动范围的示例。在附图中作为焦距的纵坐标上，正常模式下的焦点搜索范围D从0.5m到无穷，而微距模式下的焦点搜索范围E从7cm～12cm。在这种窄的焦点搜索范围中，即使被摄体的非常微小的运动都能够使得被摄体脱离视角。据此，相比于正常模式下，需要在微距模式下设置更宽的焦点搜索范围。

返回参照图24，在正常模式(步骤S3111中的“是”)下，在步骤S3112中，在焦点搜索范围中将驱动脉冲率设为16个脉冲，而在微距模式下(步骤S3111中的“否”)，在步骤S3113中将其设为24个脉冲。

通常，聚焦透镜72a的驱动分辨率在微距区域中比在正常区域中更加细微。因此，在微距模式下以与正常模式下的脉冲率相同的脉冲率在焦点搜索范围中驱动聚焦透镜的情况下，可计算出的AF估计值的区域变窄，使得不能进行充分的对焦确定。因此，为了可靠地估计对焦位置，在微距模式下增大驱动脉冲率，以为对焦位置估计获取平滑差异值所基于的AF估计值。

在步骤S3114中，例如基于变焦透镜71a的编码器的计数进行关于焦距是否处于远焦位置的确定。在焦距处于远焦位置时(步骤S3114中的“是”)，在步骤S3115和S3116中将焦点搜索范围设为预定距离的两倍。这么做是因为聚焦透镜72a的可驱动范围在广角侧或远焦侧是不同的。相比于广角侧时，可驱动范围在聚焦透镜72a处于远焦侧时更宽。由此，当聚焦透镜72a处于远焦侧时，提前设置更宽的焦点搜索范围。

图31示出成像透镜的驱动量和焦距的示例以示出广角侧和远焦侧的对焦位置的示例。根据本实施方式的成像设备，成像透镜在远焦侧的驱动量为在广角侧的驱动量的两倍。驱动量的差异应当不限于“两倍”。优选的是，用于焦点搜索范围的系数可依据各种焦距而改变。

在焦距未处于远焦位置的情况下(步骤S3114中的“否”)，在步骤S3116中将焦点搜索范围设为预定范围，完成步骤S311中的焦点搜索范围设置。

第四实施方式

接下来参照图27描述使用根据本公开第四实施方式的成像设备的成像方法。本实施方式涉及第三实施方式中焦点搜索范围设置的另一示例。在本实施方式中，将相同的编号附给与第三实施方式中的那些步骤相同的步骤，并且其描述予以省略。

在步骤S3111-1中，进行关于聚焦透镜72a当前是否处于与2.5m或更大的焦距等同的位置中的确定。基于聚焦透镜的特性将聚焦透镜72a的当前透镜位置转换至焦距。

在焦距为2.5m或更大时(步骤S3111-1中的“是”)，一旦确定被摄体在焦距附近，则仅对于大约2.5m区域或远侧区域获取AF估计值，以计算对焦位置估计的平滑差异值。在步骤S3112-1中，在焦点搜索范围中将驱动脉冲率设置为8个脉冲。

在焦距为2.5m以下或0.5m或更多时(步骤S3111-2中的“是”)，为了加宽焦点搜索范围，在步骤S3112中将驱动脉冲率设置为16个脉冲。在焦距为0.5m或更小时(步骤S3111-2中的“否”)，由于聚焦透镜72a处于近范围，因此在步骤S3113中将驱动脉冲率设置为24个脉冲。

在步骤S3114中，例如基于变焦透镜71a的编码器的计数进行关于焦距是否处于远焦位置的确定。聚焦透镜72a的可驱动范围在广角侧和远焦侧是不同的。相比于广角侧时，可驱动范围在聚焦透镜72a处于远焦侧时更宽。此外，如在微距模式和正常模式下那样，其驱动分辨率在广角侧和远焦侧是不同的。远焦侧的焦距例如为广角侧的焦距的两倍。

据此，在焦距处于远焦侧时(步骤S3114中的“是”)，在步骤S3115、S3116中，将焦点搜索范围设为预定范围的两倍。在焦距未处于远焦侧的情况下(步骤S3114中的“否”)，在步骤S3116中，将焦点搜索范围设为预定的范围。

第五实施方式

接下来描述使用根据本发明第五实施方式的成像设备的成像方法。本实施方式涉及第一到第四实施方式中运动检测的另一示例。在根据本实施方式的运动检测中，使得用于确定被摄体的运动的阈值可根据成像设备的变焦透镜的位置和操作模式而改变。

在运动检测中，通过每个VD信号获取一个图像数据(下文称为帧)，以计算之前帧和当前帧之间的差异并且输出结果作为运动像素数量。仅在图5中的AF区域中进行差异计算。运动像素数量为正整数值或负整数值，并且指示图像的运动方向。当每个帧的运动像素编号的总和超过某个值或检测阈值时确定运动检测。检测阈值可以是任意的，例如为30像素。

一旦检测到被摄体中的运动，则将整合(总共)的运动像素数量重置为零，并且再次添加每个帧的运动像素数量。当运动像素数量变为零或者图像的运动方向从之前的结果翻转时，将整合的运动像素数量复位。

现在描述如何根据成像透镜的变焦位置改变检测阈值。变焦放大率在取景器模式可通过广角变焦开关SW3和远焦变焦开关SW4而改变。默认地，其设到广角端。根据变焦位置、广角端或远焦端，LCD 10上的图像有很大地不同。在以相同的距离使得相机指向相同的被摄体时，显示器上的图像在变焦远焦端时看上去非常大。据此，在远焦端以相同的量移动相机，计算出的移动像素数量相比于广角端更大。因此，在远焦端的变焦位置中，将检测阈值设置为比广角端更大的值。

参照图28详细描述根据本实施方式的运动检测。在本实施方式中，可以从广角端到远焦端以16个级别设置变焦位置。一旦成像设备通电，在设备处于取景器模式时开始运动检测，并且在步骤S1001～S1003中确定当前变焦位置。在变焦位置处于广角端时，在步骤S1004中将检测阈值设为30。在变焦位置处于第八个级别时，在步骤S1005中将检测阈值设置为45。在变焦位置处于远焦端时，在步骤S1006中将检测阈值设置为60。

在步骤S1007中，进行关于变焦位置是否从之前帧的变焦位置改变的确定。在变焦位置改变的情况下(步骤S1007中的“否”)，在步骤S1014中，将总的运动像素数量复位为零，完成操作。在没有改变的情况下(步骤S1007中的“是”)，在步骤S1008中计算之前帧和当前帧的像素的差异。在没有发现运动像素时(步骤S1009中的“否”)，在步骤S1014中，将总的运动像素数复位到零，完成操作。在运动像素非零时，在步骤S1010中进行关于成像透镜的运动方向是否从之前帧的运动方向改变的确定。在运动方向改变的情况下(步骤S1010中的“否”)，在步骤S1014中，将总的运动像素数量复位到零，完成操作。

同时，在运动方向中没有改变的情况下，在步骤S1011中添加运动像素。在步骤S1012中，进行关于总的运动像素数量是否超过之前设定的检测阈值的确定。在总的数量超过检测阈值的情况下(步骤S1012中的“是”)，在步骤S1013中开始预自动聚焦。

如上所述，根据本实施方式中的成像设备，可以可变地为每个变焦位置设置最佳的检测阈值，使得防止了引起外来功耗的过于敏感的运动检测和引起预自动聚焦操作中的延迟和低效的过于不敏感的运动检测。

第六实施方式

接下来描述使用根据本发明第六实施方式的成像设备的成像方法。本实施方式涉及第五四实施方式中运动检测的另一示例。在运动检测中，计算之前帧和当前帧之间的差异，并且将结果输出为运动像素数量。一旦检测到被摄体中的运动超过检测阈值，则将整合(总共)的运动像素数量复位到零，并且再次添加每个帧的运动像素数量。当运动像素数量变为零或者图像的运动方向从之前结果翻转时，将整合的运动像素数量复位。

在取景器模式期间，通过按压微距开关SW10将成像设备转到微距模式。在微距模式下，能够以在正常模式下不能拍摄的非常近的范围中拍摄被摄体。因此，即使被摄体的微小运动也引起AF区域(图5)中图像数据的运动像素数量的增大。这与第五实施方式中远焦端处的变焦位置相同。最好相比于正常模式下，在微距模式下设置更大的检测阈值。

现在参照图29描述根据本实施方式的运动检测。在步骤S1101中，进行关于成像设备是否工作在微距模式下的确定。在微距模式下，在步骤S1102中将检测阈值设置为60，而在微距模式以外的模式中，在步骤S1103中将检测阈值设置为30。

在步骤S1104中，进行相对于之前帧是否存在拍摄模式的改变的确定。在改变的情况下(步骤S1104中的“否”)，在步骤S1111中，将总的运动像素数量复位到零，完成操作。在没有改变的情况下(步骤S1104中的“否”)，在步骤S1105中计算之前帧和当前帧的像素中的差异。在没有发现运动像素时(步骤S1106中的“否”)，在步骤S1111中，将总的运动像素数量复位到零，完成操作。在运动像素非零时，在步骤S1107中进行关于成像透镜的运动方向是否从之前帧的运动方向改变的确定。在运动方向改变的情况下(步骤S1107中的“否”)，在步骤S1111中，将总的运动像素数量复位到零，完成操作。

同时，在运动方向没有改变的情况下，在步骤S1108中添加运动像素。在步骤S1109中，进行关于总的运动像素数量是否超过之前设定的检测阈值的确定。在总的数量超过检测阈值的情况下(步骤S1109中的“是”)，在步骤S1110中开始预自动聚焦。

如上所述，根据本实施方式中的成像设备，可以针对每个变焦位置可变地设置最佳检测阈值，使得防止了引起外来功耗的过于敏感的运动检测和引起预自动聚焦操作中的延迟和低效的过于不敏感的运动检测。

第七实施方式

接下来描述使用根据本发明第七实施方式的成像设备的成像方法。本实施方式涉及第五实施方式中运动检测的另一示例。在运动检测中，计算之前帧和当前帧之间的差异，并且将结果输出为运动像素数量。一旦检测到被摄体中的运动超过检测阈值，则将整合(总共)的运动像素数量复位到零，并且再次添加每个帧的运动像素数量。当运动像素数量变为零或者图像的运动方向从之前结果翻转时，将整合的运动像素数量复位。

在取景器模式期间，可以将成像设备转至可利用模式拨盘SW2从多个场景模式选择的特定场景模式。选择场景模式使得可以根据拍摄条件容易设置拍摄参数(光圈值、白平衡等)。

例如，当利用模式拨盘SW2选择体育模式时，被摄体有可能不断地运动。最好设置更低的检测阈值以聚焦用户想要捕获的精确时刻。此外，在风景模式下，期望被摄体处于远距离并且几乎不移动。由于期望的运动像素数量即使在相机移动的情况下也非常小，因此最好设置更小的检测阈值(在本实施方式中为15个像素)。

参照图30描述根据本实施方式的运动检测。在步骤S1201中，进行关于成像设备是否工作在场景模式下的确定。在场景模式以外的模式中，在步骤S1204中将检测阈值设为30。在场景模式(步骤S1201中的“是”)中，确定场景模式的类型。在选择体育模式时(步骤S1202中的“是”)，在步骤S1205中将检测阈值设置为15。在选择风景模式时，在步骤S1206中将检测阈值设置为15。

在步骤S1207中，进行关于相对于之前帧是否存在场景模式的改变的确定。在改变的情况下(S1207中的“否”)，在步骤S1214中，将总的运动像素数量复位到零，完成操作。在没有改变的情况下(步骤S1207中的“是”)，在步骤S1208中计算之前帧和当前帧的像素的差异。在没有发现运动像素时(步骤S1209中的“否”)，在步骤S1214中，将总的运动像素数量复位到零，完成操作。在运动像素非零时，在步骤S1210中进行关于成像透镜的运动方向是否从之前帧的运动方向改变的确定。在运动方向改变的情况下(步骤S1210中的“否”)，在步骤S1214中，将总的运动像素数量复位到零，完成操作。

同时，在运动方向没有改变的情况下(步骤S1210中的“是”)，在步骤S1211中添加运动像素。在步骤S1212中，进行关于总的运动像素数量是否超过之前设定的检测阈值的确定。在总的数量超过检测阈值的情况下(步骤S1212中的“是”)，在步骤S1213中开始预自动聚焦。

如上所述，根据本实施方式中的成像设备，可以针对每个变焦位置可变地设置最佳检测阈值，使得防止了引起外来功耗的过于敏感的运动检测和引起预自动聚焦操作中的延迟和低效的过于不敏感的运动检测。

此外，根据上述实施方式中任何一个的成像设备可以在一旦检测被摄体的运动时以非常小的焦点搜索范围估计对焦位置，并且通过为下一焦点检测设置成像透镜的驱动开始位置而快速地进行AF操作。

此外，根据以上实施方式中任何一个的成像设备可以在一旦检测被摄体的运动时根据成像透镜的位置改变焦点搜索范围以估计对焦位置，并且通过为下一焦点检测设置成像透镜的驱动开始位置而快速地进行AF操作。

本发明可应用于手持设备中安装的具有相机功能的成像设备以及使用这种成像设备的成像方法。

尽管已经就示例性实施方式描述了本发明，然而其不限于此。应当理解，本领域技术人员可以在不脱离如所述权利要求书限定的本发明范围的情况下，对所描述的实施方式进行变型。

Claims (12)

1.一种成像设备，包含：

成像透镜；

成像单元，其基于经由成像透镜接收到的被摄体的光学图像来获取图像数据；

其特征在于，所述成像设备进一步包含：

运动检测器，其从成像单元依次获取的图像数据中检测被摄体的运动；

焦点检测器，其在当运动检测器检测到被摄体的运动时，基于经由成像透镜获取的图像数据来计算焦点位置数据；以及

对焦位置估计单元，其基于计算出的焦点位置数据来估计对焦位置；

其中，所述运动检测器通过确定所述依次获取的图像数据之间的差异是否超过预定阈值来检测被摄体的运动。

2.如权利要求1所述的成像设备，其中

对焦位置估计单元基于焦点位置数据设置成像透镜的驱动开始位置和驱动方向中的至少一个，以使得成像透镜靠近对焦位置。

3.如权利要求1所述的成像设备，其中

焦点位置数据是基于根据图像数据计算出的AF估计值的平滑差异操作的结果。

4.如权利要求3所述的成像设备，其中

通过整合构成图像数据的相邻像素的亮度的差异来获得AF估计值。

5.如权利要求3所述的成像设备，其中

平滑差异操作要计算通过相邻像素的AF估计值的差异的加权整合所获得的值的总和；并且

加权整合中使用的加权系数设置为使得AF估计值中的差异越大，则加权系数越大。

6.如权利要求2所述的成像设备，其中

对焦位置估计单元配置为在估计对焦位置之后，将成像透镜移动到驱动开始位置。

7.如权利要求1所述的成像设备，其中

当无法估计对焦位置时，对焦位置估计单元配置为改变成像透镜的驱动开始位置并且再次计算焦点位置数据。

8.如权利要求1所述的成像设备，其中

焦点检测器包含驱动范围改变单元，其配置为根据预定条件改变成像透镜的驱动范围。

9.如权利要求8所述的成像设备，其中

所述预定条件是焦点检测器开始工作时的成像透镜的位置。

10.如权利要求8所述的成像设备，其中

所述预定条件是焦点检测器开始工作时的拍摄模式。

11.如权利要求8所述的成像设备，其中

所述预定条件是焦点检测器开始工作时的焦距。

12.一种成像设备使用的成像方法，所述成像设备包含：成像透镜；成像单元，其基于经由成像透镜接收到的被摄体的光学图像来获取图像数据；

其特征在于，所述成像设备进一步包含：运动检测器，其从成像单元依次获取的图像数据中检测被摄体的运动；焦点检测器，其在运动检测器检测到被摄体的运动时，基于经由成像透镜获取的图像数据来计算焦点位置数据；以及对焦位置估计单元，其基于计算出的焦点位置数据来估计对焦位置，

所述方法包含以下步骤：

利用运动检测器检测被摄体的运动；

焦点检测器根据运动检测器检测到的被摄体的运动，在预定方向上将成像透镜从预定位置驱动预定量以获取图像数据，并且基于所获取的图像数据来获取焦点位置数据；以及

对焦位置估计单元基于焦点位置数据来估计成像透镜的对焦位置；

其中，所述运动检测器通过确定所述依次获取的图像数据之间的差异是否超过预定阈值来检测被摄体的运动。