CN106154689A - 自动对焦方法及使用该自动对焦方法的影像撷取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动对焦方法及使用该自动对焦方法的影像撷取装置。该影像撷取装置包括镜头以及感光组件。该自动对焦方法包括先以第一间隔量改变该镜头与该感光组件的相对位置并在复数个位置分别撷取影像而得到复数个影像，然后计算出这些影像的清晰度值，再将这些清晰度值经过适当的数学函数运算后得到复数个运算值而使这些运算值与位置的关系曲线接近直线，再使用线性内插法运算出而准确地推算出清晰度的目标值所对应的镜头与感光组件的目标相对位置，最后以第二间隔量调整镜头与感光组件的相对位置至该目标相对位置以完成对焦。

Description

自动对焦方法及使用该自动对焦方法的影像撷取装置

技术领域

本发明有关于一种自动对焦方法及使用该自动对焦方法的影像撷取装置，特别是有关于一种将影像的清晰度值以数学函数进行运算后以推估清晰度的目标值并藉此进行对焦的自动对焦方法及使用该自动对焦方法的影像撷取装置。

背景技术

已知的对焦方法中，有所谓的两阶段对焦方法，第一阶段先由步进马达驱动对焦镜片移动并以较大的间隔量在多个位置分别得到影像清晰度值，然后找出这些影像清晰值中的最大值，在第二阶段中，在上述最大值的附近由步进马达驱动对焦镜片移动而以较小的间隔量在多个位置中找出影像清晰度值的最佳值。

但由于上述两阶段的对焦方法相当耗时，因此另一种已知的自动对焦方法则揭露先以较大的间隔量驱动对焦镜片移动而在多个位置分别得到对应于各个位置的影像清晰度值，然后以这些影像清晰度值以数学运算的方式推估出以另一较小的间隔量移动对焦镜片时可以得到影像清晰度值的最佳值的对应位置，如图1所示，以较大间隔量改变镜头中的对焦镜片的位置P₀’至P_N’，而得到多数个影像清晰度值，然后取影像清晰度值较佳的三个位置P₁’、P₂’及P₃’，并由该三个位置P₁’、P₂’及P₃’对应的影像清晰度值M₁’、M₂’及M₃’应用线性内插法在自动对焦曲线C上推算以较小间隔量移动对焦镜片时的最佳位置P₂₁’，在此最佳位置P₂₁’可得到最佳的影像清晰度值M_f’。即如图1所示，P₁₁’为P₁’与P₂’的中点，P₂₂’为P₂’与P₃’的中点，假设P₁₁’至P₂₁’的距离与P₂₁’至P₂₂’的距离的比值为Δx'/(S'-Δx')，以线性内插法其满足 $\frac{\mathrm{\Δ}{x}^{\′}}{S^{\′}-\mathrm{\Δ}{x}^{\′}}=\frac{{M_2}^{\′}-{M_3}^{\′}}{{M_2}^{\′}-{M_1}^{\′}},$ 因此 $\mathrm{\Δ}{x}^{\′}=\frac{M_2^{\′}-{M_3}^{\′}}{({M_2}^{\′}-{M_1}^{\′})+({M_2}^{\′}-{M_3}^{\′})}\×S^{\′},$ 已知 ${P_{21}}^{\′}={P_2}^{\′}-\frac{1}{2}{S}^{\′}+\mathrm{\Δ}{x}^{\′}$ 且S'＝(P₂'-P₁')，因此可以得到： ${P_{21}}^{\′}={P_2}^{\′}-\frac{1}{2}({P_2}^{\′}-{P_1}^{\′})+\frac{{M_2}^{\′}-{M_3}^{\′}}{({M_2}^{\′}-{M_1}^{\′})+({M_2}^{\′}-{M_3}^{\′})}\×({P_2}^{\′}-{P_1}^{\′}).$

但是在图1所示的方法中，由于自动对焦曲线C并非直线，而使用线性内插法在自动对焦曲线C上求得的影像清晰度值的最佳值与实际的影像清晰度值的最佳值会有误差，因而无法准确地找到可产生最清晰影像的位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的自动对焦方法无法准确地找到可产生最清晰影像的位置的缺陷，提供一种自动对焦方法，可准确找到可产生最清晰影像的位置。

本发明的另一目的在于提供一种影像撷取装置，可适用本发明的自动对焦方法。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种自动对焦方法的一实施例用于影像撷取装置，该影像撷取装置包括镜头以及感光组件，该镜头与该感光组件的相对位置可根据参数加以调整而完成对焦，该参数可根据第一间隔量以及第二间隔量进行改变，该自动对焦方法包括：根据该第一间隔量改变该参数以调整该镜头与该感光组件的相对位置而得到复数个数值，这些数值对应于经由该镜头于该感光组件上成像的复数个状态；将这些数值进行数学运算而分别得到复数个运算值；基于这些运算值以推估出根据该第二间隔量改变该参数而得到该镜头与该感光组件的目标相对位置，该目标相对位置对应于经由该镜头在该感光组件上成像的目标状态；以及调整该镜头或该感光组件至该目标相对位置以得到该目标状态。

在上述实施例中，这些状态包括第一状态、第二状态以及第三状态，经由该镜头在该感光组件上成像较为清晰，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于这些数值中的第一数值、第二数值以及第三数值。

在上述实施例中，该镜头包括对焦镜片，该参数为该对焦镜片的位置或该感光组件的位置。

在上述实施例中，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于该对焦镜片或该感光组件的第一位置、第二位置以及第三位置，该第一位置与该第三位置相邻于该第二位置。

在上述实施例中，该第二状态为这些状态中经由该镜头于该感光组件上成像的最清晰状态。

上述实施例更包括将这些数值以数学函数进行运算而分别得到这些运算值。

在上述实施例中，该数学函数包括对数函数，该目标相对位置以下列方程式推测：

$P_{21}=P_2-\frac{1}{2}(P_2-P_1)+\frac{\log M_2-\log M_3}{(\log M_2-\log M_1)+(\log M_2-\log M_3)}\×(P_2-P_1)$

其中在P₁表示该第一位置，P₂表示该第二位置，P₃表示该第三位置，M₁表示该第一数值，M₂表示该第二数值，M₃表示该第三数值，P₂₁表示该目标相对位置。

上述实施例更包括：调整该参数至复数个参数值以调整该镜头与该感光组件的相对位置，这些参数值从最小值以该第一间隔量累进至最大值；以及每当该参数调整至这些参数值的其中的一参数值时，撷取经由该镜头成像于该感光组件的影像，而得到复数个影像；以及由这些影像分别计算出这些数值。

在上述实施例中，这些数值为这些影像的清晰度值。

在上述实施例中，该第二间隔量较该第一间隔量小。

本发明的影像撷取装置的一实施例包括：感光组件，将接收的光线转换成电子讯号；镜头，光线经由该镜头成像于该感光组件；处理单元，用于根据第一间隔量改变参数以调整该镜头与该感光组件的相对位置而得到复数个数值，这些数值对应于经由该镜头于该感光组件上成像的复数个状态，利用这些数值进行运算而得到复数个运算值，基于这些运算值以推估出根据第二间隔量改变该参数而得到该镜头与该感光组件的目标相对位置，该目标相对位置对应于经由该镜头在该感光组件上成像的目标状态，并根据该第二间隔量改变该参数以调整该镜头或该感光组件至该目标相对位置以得到该目标状态。

在上述实施例中，这些状态包括第一状态、第二状态以及第三状态，经由该镜头在该感光组件上成像较为清晰，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于这些数值中的第一数值、第二数值以及第三数值。

在上述实施例中，该镜头包括对焦镜片，该参数为该对焦镜片的位置或该感光组件的位置。

在上述实施例中，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于该对焦镜片或该感光组件的第一位置、第二位置以及第三位置，该第一位置与该第三位置相邻于该第二位置。

在上述实施例中，该第二状态为这些状态中经由该镜头于该感光组件上成像的最清晰状态。

上述实施例更包括该处理单元将这些数值以数学函数进行运算而分别得到这些运算值。

在上述实施例中，该数学函数包括对数函数，该目标相对位置由该处理单元以下列方程式推测：

$P_{21}=P_2-\frac{1}{2}(P_2-P_1)+\frac{\log M_2-\log M_3}{(\log M_2-\log M_1)+(\log M_2-\log M_3)}\×(P_2-P_1)$

其中在P₁表示该第一位置，P₂表示该第二位置，P₃表示该第三位置，M₁表示该第一数值，M₂表示该第二数值，M₃表示该第三数值，P₂₁表示该目标相对位置。

在上述实施例中，该处理单元调整该参数至复数个参数值以调整该镜头与该感光组件的相对位置，这些参数值从最小值以该第一间隔量累进至最大值；每当调整该参数至这些参数值的其中的参数值时，该处理单元撷取经由该镜头成像于该感光组件的影像，而得到复数个影像；该处理单元由这些影像分别计算出这些数值。

在上述实施例中，这些数值为这些影像的清晰度值。

在上述实施例中，该第二间隔量较该第一间隔量小。

实施本发明的自动对焦方法及使用该自动对焦方法的影像撷取装置，具有以下有益效果：将影像清晰度的数值经过适当的数学函数运算后得到运算值，而此运算值与位置的关系曲线接近直线，如此再使用线性内插法运算后，就能准确地推算出影像清晰度的最佳数值所对应的镜头与感光组件的目标相对位置。

附图说明

为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出实施例并配合附图作详细说明。

图1表示已知的自动对焦方法所使用的自动对焦曲线。

图2A为适用于本发明的自动对焦方法的影像撷取装置的一实施例的方块图。

图2B为适用于本发明的自动对焦方法的影像撷取装置的另一实施例的方块图。

图3为本发明的自动对焦方法的流程图。

图4为本发明的自动对焦方法所使用的自动对焦曲线。

具体实施方式

请参阅图2A，其表示适用本发明的自动对焦方法的影像撷取装置的一实施例。该影像撷取装置包括镜头10、感光组件20、处理单元30、控制单元40以及驱动单元50，镜头10具有对焦镜片12。光线经由镜头10成像于感光组件20上，并由对焦镜片12调整对焦，感光组件20将接收的光线转换成电子讯号，处理单元30用于撷取成像于感光组件20上的影像并将该影像进行运算处理后，将运算处理的结果传递给控制单元40，控制单元40控制驱动单元50以改变对焦镜片12的位置，藉此调整对焦镜片12与感光组件20的相对位置而使光线清晰地成像于感光组件20上。在本实施例中，感光组件20为影像感测组件，例如CCD或CMOS。

请参阅图2B，其表示适用本发明的自动对焦方法的影像撷取装置的另一实施例。该影像撷取装置包括镜头10、感光组件20、处理单元30、控制单元40以及驱动单元50，镜头10具有对焦镜片12。光线经由镜头10成像于感光组件20上，感光组件20将接收的光线转换成电子讯号，处理单元30用于撷取成像于感光组件20上的影像并将该影像进行运算处理后，将运算处理的结果传递给控制单元40，控制单元40根据该运算的结果控制驱动单元50以改变感光组件20的位置，藉此调整对焦镜片12与感光组件20的相对位置而使光线清晰地成像于感光组件20上。在本实施例中，感光组件20为影像感测组件，例如CCD或CMOS。

本发明的自动对焦方法可藉由图2A或图2B的影像撷取装置实现，但不限于图2A或图2B的影像撷取装置。本发明的自动对焦方法藉由改变一参数而调整上述对焦镜片12与感光组件20的相对位置来完成对焦，上述参数可以是对焦镜片12的位置或者是感光组件20的位置，上述参数可以根据第一间隔量以及第二间隔量进行改变，对焦镜片12的位置或者是感光组件20的位置可以由驱动单元50进行调整，驱动单元50可以是步进马达，因此前述的第二间隔量可以是步进马达驱动的最小步距，而第一间隔量则为最小步距的倍数。

请参阅图3，其表示本发明的自动对焦方法的流程。在步骤S1中，根据第一间隔量改变上述参数至复数个参数值以调整镜头10与感光组件20的相对位置而得到复数个数值，这些参数值从最小值以该第一间隔量累进至最大值，这些数值对应于经由镜头10于感光组件20上成像的复数个状态。驱动单元50以第一间隔量，即步进马达以第一间隔量移动对焦镜片12或感光组件20以调整镜头10与感光组件20的相对位置，处理单元30在以该第一间隔量得到的复数个位置分别撷取影像，如图4所示，在位置P₀至P_N由处理单元30分别撷取影像，P₀为最小位置，P_N为最大位置，然后由处理单元30对于每个撷取的影像计算其清晰度值(数值)，所计算的清晰度值可以对应于光线经由镜头10于感光组件20上成像的状态。当处理单元30计算出每个影像的清晰度值后，进入步骤S2。

在步骤S2中，将上述数值进行运算而分别得到复数个运算值。处理单元30将所计算出的复数个清晰度值进行数学运算而得到复数个运算值，在本实施例中，运算单元30取清晰度值较佳的第一位置P₁、第二位置P₂及第三位置P₃所撷取到的影像，分别计算出第一清晰度值(第一数值)M₁、第二清晰度值(第二数值)M₂以及第三清晰度值(第三数值)M₃，第一清晰度值M₁、第二清晰度值M₂以及第三清晰度值M₃分别表示光线经过镜头10成像于感光模块20的第一状态、第二状态以及第三状态，其中第二位置P₂的第二清晰度值M₂为所有位置P₀至P_N的清晰度值中最高的，第一位置P₁与第三位置P₃相邻于第二位置P₂，然后将对应于第一位置P₁、第二位置P₂及第三位置P₃的第一、二、三清晰度值M₁、M₂及M₃以数学函数进行运算，为了改进已知技术中线性内插法应用于对焦曲线会有误差的问题，经过以实际数值计算验证后发现，如图4所示，经过以对数函数运算后的运算值与位置的关系曲线D较接近直线，因此利用以对数函数运算后的运算值与位置的关系曲线D来应用线性内插法可以得到相当小的推估误差。接着进入步骤S3。

在步骤S3中，基于这些运算值以推估出根据该第二间隔量改变上述参数而得到镜头10与感光组件20的目标相对位置，该目标相对位置对应于经由镜头10在感光组件20上成像的目标状态，第二间隔量较第一间隔量小，在本实施例中，该目标状态为经由镜头10在感光组件20上成像的最清晰状态。由于图4中经对数函数运算后的运算值与位置的关系曲线D较接近直线，因此应用关系曲线D来推算成像的目标相对位置，如图4所示，P21为上述目标相对位置，目标相对位置P21所对应的最大影像清晰度值为Mf，最大影像清晰度值为Mf的对数函数运算值为logMf，P11为第一位置P1与第二位置P2的中点，P22为第二位置P2与第三位置P3的中点。P11与P22相距S，令P11与P21相距Δx，因此P21与P22相距S-Δx，根据图4的线性关系，P11至P21的距离与P21至P22的距离的比值等于logM2与logM3的差以及logM2与logM1的差的比值，即

$\frac{\mathrm{\Δx}}{S-\mathrm{\Δx}}=\frac{\log M_2-\log M_3}{\log M_2-{\log M}_1}$ 因此

$\mathrm{\Δx}=\frac{\log M_2-\log M_3}{(\log M_2-{\log M}_1)+(\log M_2-\log M_3)}\×S---\left(1\right)$

又已知以及S＝(P₂-P₁)，可以得到：

$P_{21}=P_2-\frac{1}{2}(P_2-P_1)+\mathrm{\Δx}---\left(2\right)$

由方程式(1)与(2)可得到目标相对位置P₂₁为：

$P_{21}=P_2-\frac{1}{2}(P_2-P_1)+\frac{\log M_2-\log M_3}{(\log M_2-\log M_1)+(\log M_2-{\log M}_3)}\×(P_2-P_1)---\left(3\right)$

处理单元30根据方程式(3)计算出目标相对位置P₂₁后，接着进入步骤S4。

在步骤S4中，调整镜头10或感光组件20至目标相对位置P₂₁以得到该目标状态。处理单元30根据方程式(3)计算出目标相对位置P₂₁后，将目标相对位置P₂₁的数据传递至控制单元40，控制单元40根据目标相对位置P₂₁的数据控制驱动单元50而驱动对焦镜片12或感光组件20移动至目标相对位置P₂₁，以得到清晰度最佳的影像，即完成对焦。

本发明的自动对焦方法利用数学函数计算成像的清晰度值，而得到近似直线的关系曲线，藉此可以利用线性内插法准确地推估成像最清晰的位置，而完成自动对焦。

本发明虽以实施例揭露如上，但其非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种自动对焦方法，用于影像撷取装置，其特征在于，该影像撷取装置包括镜头以及感光组件，该镜头与该感光组件的相对位置可根据参数加以调整而完成对焦，该参数可根据第一间隔量以及第二间隔量进行改变，该自动对焦方法包括：

根据该第一间隔量改变该参数以调整该镜头与该感光组件的相对位置而得到复数个数值，这些数值对应于经由该镜头于该感光组件上成像的复数个状态；

利用这些数值进行运算而得到复数个运算值；

基于这些运算值以推估出根据该第二间隔量改变该参数而得到该镜头与该感光组件的目标相对位置，该目标相对位置对应于经由该镜头在该感光组件上成像的目标状态；以及

根据该第二间隔量改变该参数以调整该镜头或该感光组件至该目标相对位置以得到该目标状态。

2.如权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，这些状态包括第一状态、第二状态以及第三状态，经由该镜头在该感光组件上成像较为清晰，且该第二状态为这些状态中的最清晰状态，该镜头包括对焦镜片，该参数为该对焦镜片的位置，该第一状态、第二状态以及一第三状态分别对应于该对焦镜片的第一位置、第二位置以及第三位置，该第一位置与该第三位置相邻于该第二位置，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于这些数值中的第一数值、第二数值以及第三数值。

3.如权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，这些状态包括第一状态、第二状态以及第三状态，经由该镜头在该感光组件上成像较为清晰，且该第二状态为这些状态中的最清晰状态，该参数为该感光组件的位置，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于该对焦镜片的第一位置、第二位置以及第三位置，该第一位置与该第三位置相邻于该第二位置，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于这些数值中的第一数值、第二数值以及第三数值。

4.如权利要求2或3所述的自动对焦方法，其特征在于，更包括将这些数值以数学函数进行数学运算而分别得到这些运算值。

5.如权利要求4所述的自动对焦方法，其特征在于，该数学函数包括对数函数，该目标相对位置以下列方程式推测：

$P_{21}=P_2-\frac{1}{2}(P_2-P_1)+\frac{\log M_2-\log M_3}{(\log M_2-\log M_1)+(\log M_2-\log M_3)}\×(P_2-P_1)$

其中在P₁表示该第一位置，P₂表示该第二位置，P₃表示该第三位置，M₁表示该第一数值，M₂表示该第二数值，M₃表示该第三数值，P₂₁表示该目标相对位置。

6.如权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，该第二间隔量小于该第一间隔量。

7.一种影像撷取装置，其特征在于，包括：

感光组件，将接收的光线转换成电子讯号；

镜头，光线经由该镜头成像于该感光组件；以及

处理单元，用于根据第一间隔量改变参数以调整该镜头与该感光组件的相对位置而得到复数个数值，这些数值对应于经由该镜头于该感光组件上成像的复数个状态，利用这些数值进行运算而得到复数个运算值，基于这些运算值以推估出根据第二间隔量改变该参数而得到该镜头与该感光组件的目标相对位置，该目标相对位置对应于经由该镜头在该感光组件上成像的目标状态，并根据该第二间隔量改变该参数以调整该镜头或该感光组件至该目标相对位置以得到该目标状态。

8.如权利要求7所述的影像撷取装置，其特征在于，这些状态包括第一状态、第二状态以及第三状态，经由该镜头在该感光组件上成像较为清晰，且该第二状态为这些状态中的最清晰状态，该镜头包括对焦镜片，该参数为该对焦镜片的位置，该第一状态、第二状态以及一第三状态分别对应于该对焦镜片的第一位置、第二位置以及第三位置，该第一位置与该第三位置相邻于该第二位置，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于这些数值中的第一数值、第二数值以及第三数值。

9.如权利要求7所述的影像撷取装置，其特征在于，这些状态包括第一状态、第二状态以及第三状态，经由该镜头在该感光组件上成像较为清晰，且该第二状态为这些状态中的最清晰状态，该参数为该感光组件的位置，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于该对焦镜片的第一位置、第二位置以及第三位置，该第一位置与该第三位置相邻于该第二位置，该第一状态、第二状态以及第三状态分别对应于这些数值中的第一数值、第二数值以及第三数值。

10.如权利要求8或9所述的影像撷取装置，其特征在于，该处理单元将这些数值以数学函数进行数学运算而分别得到这些运算值。

11.如权利要求10所述的影像撷取装置，其特征在于，该数学函数包括对数函数，该目标相对位置由该处理单元以下列方程式推测：

$P_{21}=P_2-\frac{1}{2}(P_2-P_1)+\frac{\log M_2-\log M_3}{(\log M_2-\log M_1)+(\log M_2-\log M_3)}\×(P_2-P_1)$

其中在P₁表示该第一位置，P₂表示该第二位置，P₃表示该第三位置，M₁表示该第一数值，M₂表示该第二数值，M₃表示该第三数值，P₂₁表示该目标相对位置。

12.如权利要求7所述的影像撷取装置，其特征在于，该第二间隔量小于该第一间隔量。