CN108337425B - 影像撷取装置及其对焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种影像撷取装置及其对焦方法，此方法适用于具有影像感测器以及触控屏幕的影像撷取装置并且包括下列步骤。首先，利用影像感测器撷取即时影像，并且将即时影像显示于触控屏幕。接着，检测对于触控屏幕的触碰操作，以自即时影像中选出关联于触碰操作的感兴趣区域。根据感兴趣区域的各个像素相对于至少一中央像素的相似度，计算感兴趣区域的第一对焦值，并且判断第一对焦值是否符合对焦条件。当第一对焦值符合对焦条件时，则控制影像感测器的镜头移动至对应第一对焦值的对焦位置。

Description

影像撷取装置及其对焦方法

技术领域

本发明涉及一种影像撷取装置，尤其涉及一种影像撷取装置及其对焦方法。

背景技术

随着科技的发展，各式各样的智能影像撷取装置，举凡平板电脑、个人数字助手及智能手机等，已成为现代人不可或缺的工具。其中，高级款的智能影像撷取装置所搭载的相机镜头已经与传统消费型相机不相上下，甚至可以取而代之，少数高级款更具有接近数字单眼的像素和画质。

一般而言，影像撷取装置的对焦运作行为是在移动镜头的同时，计算画面成像的清晰程度，据以取得最佳的对焦画面。然而，此对焦的功能在背景信息较为丰富的场景下，常会产生错误的对焦，以致于捕捉到并非是使用者所预期的对焦画面。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种影像撷取装置及其对焦方法，其可降低对焦失败的情况，以大幅提升使用者经验。

在本发明的一实施例中，上述影像撷取装置的对焦方法适用于具有影像感测器以及触控屏幕的影像撷取装置，并且包括下列步骤。首先，利用影像感测器撷取即时影像，并且将即时影像显示于触控屏幕。接着，检测对于触控屏幕的触碰操作，以自即时影像中选出关联于触碰操作的感兴趣区域。根据感兴趣区域的各个像素相对于至少一中央像素的相似度，计算感兴趣区域的第一对焦值，并且判断第一对焦值是否符合对焦条件。当第一对焦值符合对焦条件时，则控制影像感测器的镜头移动至对应第一对焦值的对焦位置。

在本发明的一实施例中，上述的影像撷取装置包括影像感测器、触控屏幕、存储器以及处理器，其中影像感测器包括镜头，而处理器耦接影像感测器、触控屏幕以及存储器。处理器利用影像感测器撷取即时影像，并且将显示即时影像显示于触控屏幕，又检测对于触控屏幕的触碰操作，以自即时影像中选出关联于触碰操作的感兴趣区域，再根据感兴趣区域的各个像素相对于至少一中央像素的相似度，计算感兴趣区域的第一对焦值，以及判断第一对焦值是否符合对焦条件。当第一对焦值符合对焦条件时，处理器将控制镜头移动至对应第一对焦值的对焦位置。

附图说明

图1是根据本发明一实施例所绘示的影像撷取装置的方块图。

图2是根据本发明之一实施例所绘示的影像撷取装置的对焦方法的流程图。

图3是根据本发明之一实施例所绘示的影像撷取装置的对焦方法的流程示意图。

图4是根据本发明之一实施例所绘示的对焦值与镜头位置的曲线关系图。

图5是根据本发明之一实施例所绘示的影像撷取装置的对焦方法的流程示意图。

附图标记说明：

100：影像撷取装置；

10：影像感测器；

15：镜头；

20：触控屏幕；

30：存储器；

40：处理器；

S202～S214：对焦方法的流程；

302、502：即时影像；

ROIa、ROIb：感兴趣区域；

Ca、Cb：触碰位置；

304、504：感兴趣区域的所有像素；

306a、306b、306、506a、506b、506：权重分配图；

C1、C2：对焦值与镜头位置的关系曲线；

Pf：前景物件的对焦位置；

Pb：背景区域的对焦位置。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

本发明的部份实施例接下来将会配合附图来详细描述，以下的描述所引用的元件符号，当不同附图出现相同的元件符号将视为相同或相似的元件。这些实施例只是本发明的一部分，并未揭示所有本发明的可实施方式。更确切地说，这些实施例只是本发明的权利要求中的方法与装置的范例。

图1是根据本发明一实施例所绘示的影像撷取装置的方块图，但此仅是为了方便说明，并不用以限制本发明。首先图1先介绍影像撷取装置的所有构件以及配置关系，详细功能将配合图2一并揭露。

请参照图1，影像撷取装置100包括影像感测器10、触控屏幕20、存储器30以及处理器40。在本实施例中，影像撷取装置100例如是数码相机、单眼相机、数码摄像机或是其他具有影像撷取功能的智能手机、平板电脑、个人数字助手、平板电脑、头戴显示器等装置，本发明不以此为限。

影像感测器10包括镜头15、致动器(未绘示)以及感光元件(未绘示)，其中镜头15包括透镜。致动器可以例如是步进马达(stepping motor)、音圈马达(voice coil motor，VCM)、压电致动器(piezoelectric actuator)或其它可机械式地移动透镜的致动器，本发明不在此设限。感光元件用以分别感测进入透镜的光线强度，进而分别产生影像。感光元件可以例如是电荷耦合元件(charge coupled device，CCD)、互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)元件或其他元件，本发明不在此设限。

触控屏幕20为一种整合触碰检测元件的显示装置，可同时提供显示及输入功能。此显示装置可以例如是液晶显示器(liquid crystal display，LCD)、发光二极管(light-emitting diode，LED)显示器、场发射显示器(field emission display，FED)或其他种类的显示器，但不限于此。触碰检测元件系成列、成行地配置在显示装置上，用以检测使用者手指、手掌或其他物体对于触控屏幕20的触碰。触碰检测元件可为例如电容式触碰检测元件、表面声波触碰检测元件、电磁触碰检测元件或近场成像触碰检测元件，但不限于此。

存储器30用以储存影像、资料，其可以例如是任意型式的固定式或可移动式随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、闪存(flash memory)、硬盘或其他类似装置或这些装置的组合。

处理器40可以例如是中央处理器(central processing unit，CPU)，或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、可编程控制器、专用集成电路(application specificintegrated circuits，ASIC)、可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其他类似装置或这些装置的组合。处理器40耦接影像感测器10、触控屏幕20以及存储器30，其用以执行对焦的流程，以提升影像撷取装置100所拍摄的影像的品质。

图2为根据本发明的一实施例所绘示的影像撷取装置的对焦方法流程图，而图2的影像撷取装置的对焦方法可以图1的影像撷取装置100的各元件实现。

请同时参照图1以及图2，首先，影像撷取装置100的处理器40将利用影像感测器10撷取即时影像(步骤S202)，并且将即时影像显示于触控屏幕20(步骤S204)。详细来说，处理器40可利用影像感测器10不断地撷取影像撷取装置100前方的即时影像，并且同时将所撷取到的即时影像显示于触控屏幕20，以供使用者观看。在一实施例中，处理器40可利用例如是爬山法(hill climbing)等对焦技术控制镜头15移动至对焦位置，以取得具有最大清晰度的即时影像。由于即时影像仅是为了供使用者来检视构图，因此镜头15可以较大的步距来加速对焦。然而，在另一实施例中，处理器40可在镜头15尚未完成对焦时，一面同步地执行下一步骤S206，本发明不在此设限。

接着，处理器40将检测对于触控屏幕20的触碰操作，以自即时影像中选出关联于触碰操作的感兴趣区域(region ofinterest，ROI)(步骤S206)。在此，影像撷取装置100可以将即时影像显示于触控屏幕20来提供使用者直觉地选择感兴趣的区域来进行对焦。当使用者在触控屏幕20上进行例如是点击、按压等触碰操作时，处理器40将会检测到此触碰操作的位置，并且会以即时影像中对应于触碰操作的位置为中心来设定具有预定大小的区域，以做为感兴趣区域。此预定大小可以是储存于存储器30的***预设值，而使用者也可以随时进行手动调整。举例来说，处理器40可将感兴趣区域以框线等形式显示于即时影像中，并且使用者可利用触控屏幕20进行例如是拖曳操作来针对感兴趣区域的大小进行调整。

相较于已知对焦程序的全域搜寻，由于对焦区域已锁定在感兴趣区域中，因此处理器40可以仅针对感兴趣区域进行对焦程序，以缩短对焦时间。在此可合理地假设触碰操作的位置所对应的物件即为使用者所欲对焦的目标物。基于感兴趣区域是以触碰操作的位置为中心所定义，因此感兴趣区域的中央区域即为目标物的所在位置。在此，处理器40将根据感兴趣区域的各个像素相对于至少一中央像素的相似度，计算感兴趣区域的第一对焦值(步骤S208)，其中中央像素即位于感兴趣区域的中心的像素，而中央像素的数量并非局限于单一个，以避免其为噪声或是假影的可能性。

在本实施例中，处理器40将先计算感兴趣区域的各个像素相对于中央像素的相似度。以另一观点而言，处理器40是计算感兴趣区域的各个像素相对于使用者的触碰操作所对应到的像素的相似度。在此的相似度可以各个像素与中央像素之间的影像坐标距离、色度坐标距离至少一者来表示，其中色度坐标可以是基于RGB、CMYK等色彩空间，本发明不在此设限。接着，处理器40将根据各个像素相对于中央像素的相似度来分配其所对应的权重值，其中相似度越大时，所分配到的权重值则越大。换句话说，邻近于使用者的触碰操作所对应到的目标物并且与其具有相似色彩特性的像素将给予越大的权重值。

具体而言，一般已知的对焦演算法仅针对所有对焦范围中的像素进行对比度的加总，例如以下的公式(1)：

其中(i,j)为感兴趣区域的像素的影像坐标，x为镜头的所在位置，FV_fg(x)为前景区域的对比度加总，FV_bg(x)为背景区域的对比度加总，而FV(x)为感兴趣区域的对比度加总(即，对焦值)。另一方面，本实施例的处理器40则是同时根据感兴趣区域中的各个像素的对比度以及权重值，取得感兴趣区域的对焦值(即为前述的“第一对焦值”)，例如以下的公式(2)：

其中(i,j)为感兴趣区域的像素的影像坐标，(i₀,j₀)为中央像素的影像坐标，c为影像坐标为(i,j)的像素的色度坐标，c₀为中央像素的色度坐标，x为镜头15的所在位置，C_fg(x)为前景区域的对比度加总，C_bg(x)为背景区域的对比度加总，而C(x)为感兴趣区域的对比度加总(即，第一对焦值)。附带一提的是，在此的中央像素的影像坐标可以是位于感兴趣区域的单一中心点，也可以是感兴趣区域的中心区域的任一位置。此外，中央像素的色度坐标可以是位于感兴趣区域的单一中心点的色度坐标，也可以是感兴趣区域的中心区域的平均色度坐标。

处理器40在计算出第一对焦值后，将会判断第一对焦值是否符合对焦条件(步骤S210)，以判定第一对焦值所对应的镜头位置是否为可产生对焦画面的位置。在此的对焦条件是指第一对焦值是否为局部最大对焦值。若是，则处理器40将控制镜头15移动至对应于第一对焦值的对焦位置(步骤S212)。若否，则处理器40将取得并且控制镜头15移动至具有局部最大对焦值的新的对焦位置(步骤S214)，而在此的新的对焦位置与具有第一对焦值的镜头位置将具有相同的对焦区域，以确保镜头15得以对焦到使用者所欲对焦的目标物。

为了方便明了前述对焦方法，以下将列举实际的应用以进行更详尽的说明。

图3是根据本发明的一实施例所绘示的影像撷取装置的对焦方法的流程示意图。

请同时参照图1以及图3，影像302为处理器40所撷取到的即时影像。由于影像302具有较为复杂的背景区域，因此以一般的对焦程序而言，镜头15将会对焦至背景区域，而呈现出聚焦清晰的背景区域以及失焦模糊的前景物件。此时，假设使用者针对位置Ca进行触碰操作，其中位置Ca为前景物件的所在位置。处理器40将会以位置Ca为中心定义感兴趣区域ROIa，并且针对感兴趣区域ROIa的所有像素304进行权重值的分配。

在本实施例中，处理器40将以二维的高斯函数(Gaussian function)来分配所有像素304的权重值，例如以下的公式(3)：

其中c＝(a,b)为影像坐标为(i,j)的像素的色度坐标，c₀＝(a₀,b₀)为影像中央像素的色度坐标。在基于影像坐标距离的相似度的权重分配图306a，与影像302中的位置Ca越靠近的区域将给予越大的权重值。在基于色度坐标距离的相似度的权重分配图306b，与影像302中的位置Ca色彩越接近的区域将给予越大的权重。在权重分配图306a以及权重分配图306b中，像素值越低的像素代表越低的权重值。在本实施例中，处理器40可结合权重分配图306a以及权重分配图306b，以例如是两者平均的方式产生权重分配图306，其可有效地将前景物件给予较高的权重值，而背景区域则是给予较低或是近乎0的权重值。

以图4根据本发明的一实施例所绘示的对焦值与镜头位置的曲线关系图为例，以已知对焦程序所产生的曲线C1来说，镜头将会移动至背景区域的对焦位置Pb。然而，处理器40在基于相似度来进行权重值分配后所产生曲线C2来说，镜头15将会移动至前景物件的对焦位置Pf，以捕捉到前景物件较为清晰的画面。

图5是根据本发明的另一实施例所绘示的影像撷取装置的对焦方法的流程示意图。

请同时参照图1以及图5，影像502为处理器40所撷取到的即时影像。此时，假设使用者针对位置Cb进行触碰操作，其中位置Cb为背景区域的所在位置。处理器40将会以位置Cb为中心定义感兴趣区域ROIb，并且将针对感兴趣区域ROIb的所有像素404进行权重值的分配。在本实施例中，处理器40同样可以公式(3)来分配所有像素504的权重值。在基于影像坐标距离的相似度的权重分配图506a，与影像502中的位置Cb越靠近的区域将给予越大的权重值。在基于色度坐标距离的相似度的权重分配图506b，与影像502中的位置Cb色彩越接近的区域将给予越大的权重。在权重分配图506a以及权重分配图506b中，像素值越低的像素代表越低的权重值。在本实施例中，处理器40可结合权重分配图506a以及权重分配图506b，以例如是两者平均的方式产生权重分配图506，其可有效地将背景区域给予较高的权重值，而前景物件则是给予较低或是近乎0的权重值。处理器40将以类似于图4的方式控制镜头15移动至对焦位置，以捕捉到背景区域较为清晰的画面。

综上所述，本发明所提出的影像撷取装置及其对焦方法，通过使用者对于即时影像的触碰操作来定义感兴趣区域，并且针对感兴趣区域进行像素的相似度计算，以计算出更为精确的对焦值。本发明除了可有效地加速对焦，更可降低对焦失败的情况，以大幅提升使用者经验。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种影像撷取装置的对焦方法，适用于具有影像感测器以及触控屏幕的影像撷取装置，其中该影像感测器包括镜头，该对焦方法包括下列步骤：

利用该影像感测器撷取即时影像，并且显示该即时影像于该触控屏幕；

检测对于该触控屏幕的触碰操作，以自该即时影像中选出关联于该触碰操作的感兴趣区域；

根据该感兴趣区域的各个像素相对于至少一中央像素的相似度，计算该感兴趣区域的第一对焦值；

判断该第一对焦值是否符合对焦条件；以及

当该第一对焦值符合该对焦条件时，控制该镜头移动至对应该第一对焦值的对焦位置；

其中，计算该感兴趣区域的该第一对焦值的步骤包括：

计算各所述像素相对于所述中央像素的该相似度；

计算各所述像素的该相似度所对应的权重值，其中该相似度越大时，该相似度所对应的该权重值也越大；以及

根据各所述像素的对比度以及该权重值，取得该感兴趣区域的该第一对焦值。

2.根据权利要求1所述的对焦方法，其特征在于，自该即时影像中选出关联于该触碰操作的该感兴趣区域的步骤包括：

以该即时影像中对应于该触碰操作的位置为中心，设定预定大小的区域，以做为该感兴趣区域。

3.根据权利要求1所述的对焦方法，其特征在于，各所述像素相对于所述中央像素的该相似度关联于该像素与所述中央像素之间的影像坐标距离。

4.根据权利要求1所述的对焦方法，其特征在于，各所述像素相对于所述中央像素的该相似度关联于该像素与所述中央像素之间的色度坐标距离。

5.根据权利要求1所述的对焦方法，其特征在于，计算各所述像素的该相似度所对应的该权重值的步骤包括：

以高斯函数分配各所述像素的该相似度所对应的该权重值。

6.根据权利要求1所述的对焦方法，其特征在于，判断该第一对焦值是否符合该对焦条件的步骤包括：

判断该第一对焦值是否具有局部最大对焦值。

7.根据权利要求1所述的对焦方法，其特征在于，还包括：

当该第一对焦值不符合该对焦条件时，取得并且移动该镜头至新的对焦位置。

8.一种影像撷取装置，包括：

影像感测器，包括镜头；

触控屏幕；

存储器；以及

处理器，耦接该影像感测器、该触控屏幕以及该存储器，并且用以：

利用该影像感测器撷取即时影像，并且显示该即时影像于该触控屏幕；

检测对于该触控屏幕的触碰操作，以自该即时影像中选出关联于该触碰操作的感兴趣区域；

根据该感兴趣区域的各个像素相对于至少一中央像素的相似度，计算该感兴趣区域的第一对焦值；

判断该第一对焦值是否符合对焦条件；以及

当该第一对焦值符合该对焦条件时，控制该镜头移动至对应该第一对焦值的对焦位置；

其中，计算该感兴趣区域的该第一对焦值的步骤包括：

计算各所述像素相对于所述中央像素的该相似度；

计算各所述像素的该相似度所对应的权重值，其中该相似度越大时，该相似度所对应的该权重值也越大；以及

根据各所述像素的对比度以及该权重值，取得该感兴趣区域的该第一对焦值。

9.根据权利要求8所述的影像撷取装置，其特征在于，当该第一对焦值不符合该对焦条件时，该处理器还用以取得并且移动该镜头至新的对焦位置。

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