TWI547749B - 對焦系統與對焦方法 - Google Patents

Description

對焦系統與對焦方法

本發明有關於一種對焦系統與對焦方法，尤指一種能夠進行快速對焦的對焦系統與對焦方法。

隨著科技的進步，現今的可攜式電子裝置，如智慧型手機、平板電腦等，其功能越來越多元。使用者除了可以利用行動裝置進行通話之外，還可以用來進行影像之擷取。

一般的可攜式電子裝置多採用被動式的自動對焦，且只有一個鏡頭。另外，隨著趨勢的發展，可攜式電子裝置的影像畫素越來越高，一般而言，目前具有800~1000萬畫素，甚至2000萬畫素的可攜式電子裝置的幀率(Frame Rate)大約介於25~30 FPS左右。但是，這將會因為畫素過高，使得資料量過於龐大，導致資料存取上的速度過於緩慢，使之無法快速地進行影像之擷取。此外，可攜式電子裝置多利用音圈馬達(Voice Coil Actuator/Voice Coil Motor)進行驅動，因此，若進行快速驅動時將會造成振動。

因此如何提出一種能夠進行快速對焦，以克服上述的缺失，已然成為該所屬技術領域人士所欲解決的重要課題。

鑒於以上之問題，本發明提供一種對焦系統與對焦方法，可進行快速對焦，同時快速地擷取影像。

本發明其中一實施例提供一種對焦方法，其包括調變一輔助鏡頭模組內的一液態透鏡單元的焦距，以進行所述輔助鏡頭模組的對焦距離掃描，其中所述輔助鏡頭模組具有多個對焦區段，所 述液態透鏡單元對多個所述對焦區段進行對焦距離掃描；分析多個所述對焦區段的影像資訊，以獲得一具有最佳影像清晰度的對焦區段；傳送所述最佳影像清晰度的對焦區段的資訊至一主鏡頭模組；以及所述主鏡頭模組依據所述具有最佳影像清晰度的對焦區段的資訊，在具有最佳影像清晰度的對焦區段內進行自動對焦。

本發明另外一實施例提供一種對焦系統，其包括一輔助鏡頭模組、一控制模組、及一主鏡頭模組。所述輔助鏡頭模組包括一影像擷取單元及一液態透鏡單元，其中所述液態透鏡單元具有多個對焦區段設定，所述影像擷取單元在所述液態透鏡單元進行調變掃描過程中擷取多個所述對焦區段的影像。所述控制模組電性連接於所述輔助鏡頭模組，其中所述控制模組分析多個所述對焦區段的影像資訊，且從多個所述對焦區段的影像資訊中選擇一具有最佳影像清晰度的對焦區段。所述主鏡頭模組電性連接於所述控制模組，其中所述主鏡頭模組依據所述控制模組所得到的所述最佳影像清晰度的對焦區段的資訊，以作為所述主鏡頭模組進行自動對焦掃描範圍依據。

本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的對焦系統與對焦方法，可先藉由輔助鏡頭模組的一液態透鏡單元進行多個不同對焦區段的調變掃描，再藉由控制模組的分析計算，而快速地得到具有最佳影像清晰度的對焦區段之位置。因此，主鏡頭模組可利用輔助鏡頭模組所得到的具有最佳影像清晰度的對焦區段位置，而快速地將主鏡頭模組的對焦位置調整至該具有最佳影像清晰度的對焦區段位置上。藉此，可以達到快速對焦之功效。換言之，本發明所提供的對焦系統與對焦方法，提供兩個鏡頭模組，其中一個為畫素較低且具有液態透鏡單元的輔助鏡頭模組可用來進行快速對焦，而另外一個為畫素較高的主鏡頭模組可藉由輔助鏡頭模組所得到的最佳影像清晰度的對焦區段的資訊，直接將主鏡頭模組的對焦位置調整至由具有最佳影像清晰度的對焦區 段位置，而後再於該具有最佳影像清晰度的對焦區段中進行自動對焦。換言之，由於輔助鏡頭模組已經取得了對焦位置的大略範圍，所以主鏡頭模組所需要進行搜索的範圍可以縮小，進而達到快速對焦之效果。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

S‧‧‧對焦系統

1‧‧‧輔助鏡頭模組

11‧‧‧影像擷取單元

12‧‧‧液態透鏡單元

2‧‧‧控制模組

3‧‧‧主鏡頭模組

R1‧‧‧景深1

R2‧‧‧景深2

R3‧‧‧景深3

R4‧‧‧景深4

S100~S106‧‧‧步驟

圖1為本發明第一實施例的對焦系統的簡單模組方塊示意圖。

圖2為本發明第二實施例的對焦方法的步驟流程示意圖。

圖3為本發明實施例的對焦面調變原理示意圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明所揭露「對焦系統與對焦方法」的實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示的內容輕易瞭解本發明的其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。又本發明的圖式僅為簡單說明，並非依實際尺寸描繪，亦即未反應出相關構成的實際尺寸，先予敘明。以下的實施方式係進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但並非用以限制本發明的技術範疇。

〔第一實施例〕

首先，請參閱圖1所示，圖1為本發明實施例的對焦系統S的簡單模組方塊示意圖。本發明第一實施例提供一種對焦系統S，其包括一輔助鏡頭模組1、一控制模組2、及一主鏡頭模組3，舉例來說，本發明所提供的對焦系統S可設置於電子裝置上，如智慧型手機、平板電腦等。

接著，如圖1所示，輔助鏡頭模組1可包括一影像擷取單元 11及一液態透鏡單元12，影像擷取單元11及液態透鏡單元12彼此相互電性連接。控制模組2可電性連接於輔助鏡頭模組1及主鏡頭模組3，以使控制模組2控制輔助鏡頭模組1及主鏡頭模組3。 另外，液態透鏡單元12具有多個對焦區段設定，須說明的是，多個對焦區段指的是液態透鏡單元12經調變後，影像擷取單元11所能夠擷取到的範圍。舉例來說，多個對焦區段可以分別為100公尺至無窮遠、100公尺至50公尺、50公尺至20公尺、20公尺至10公尺、10公尺至5公尺...等，然本發明不以此為限，端看該輔助鏡頭模組1的設計。承上述，當控制模組2偵測到一啟動訊號(例如：使用者啟動電子裝置的影像擷取功能)時，可控制輔助鏡頭模組1的影像擷取單元11在液態透鏡單元12進行調變掃描的過程中，進行擷取多個對焦區段的連續影像，亦即，影像擷取單元11擷取多張不同對焦距離的連續影像。

承上所述，請一併參閱圖3所示，圖3為本發明實施例的對焦面調變原理示意圖。圖中的短垂直線代表對焦面，而上面的水平直線代表景深。一般而言，對焦面越靠近影像擷取單元11其景深越淺。為進行快速對焦，本發明採用液態透鏡單元12對焦面掃描的機制，藉由從遠到近或從近到遠等方式，以連續取得不同對焦面的影像。並藉由恰當的液態透鏡單元12的調變量設計，讓連續之影像可以含蓋所設定之拍攝距離。舉例而言，圖3中景深1的R1為對焦距離為2公尺時的景深，景深2的R2為對焦距離為2.5公尺時的景深，景深3的R3為對焦距離為3.5公尺時的景深，景深4的R4為對焦距離為5公尺時的景深。液態透鏡單元12可調變對焦距離從遠到近或從近到遠，進行調變掃描，且由於液態透鏡單元12的對焦面調整時間快速(在<10ms等級)，因此可以快速完成影像調變。

另外，舉例來說，為了更快速地進行對焦之動作，輔助鏡頭模組1可選用具有500萬畫素以下之解析度，且輔助鏡頭模組1的 幀率(Frame Rate)可為60以上的畫面更新率(Frames per Second,FPS)。較佳地，可進一步選擇具有更低畫素之解析度的輔助鏡頭模組1，例如200萬畫素之解析度的相機模組(Compact Camera Module,CCM)，此時，該輔助鏡頭模組1的幀率的數值可以更高，例如可以為90以上或是至120的畫面更新率。藉此可以快速地存取影像資訊。換言之，當所提供的輔助鏡頭模組1畫素越低時，幀率的數值可以更高，同時可減少控制模組2的分析運算量，進而提高分析運算的效率。

承上所述，輔助鏡頭模組1的液態透鏡單元12進行對焦距離的調變掃描的過程中，影像擷取單元11可同時在液態透鏡單元12進行調變掃描過程中擷取多個對焦區段的影像。換言之，影像擷取單元11可同時擷取多張不同對焦距離的連續影像，並將所擷取到的連續影像同時傳輸至控制模組2當中。舉例來說，影像擷取單元11可擷取10至40張在不同對焦區段的影像或是不同對焦面的對焦距離下的影像，須說明的是，當所擷取的影像越多時，所耗費的時間也將會越多，使用者可自行選擇所欲擷取的影像張數。較佳地，影像擷取單元11可擷取10至20張在不同對焦區段下的影像或是不同對焦面的對焦距離下的影像。

承上所述，控制模組2可以分析從輔助鏡頭模組1所傳送過來的多張對焦區段的影像資訊，並從該些多個對焦區段的影像資訊中選擇一具有最佳影像清晰度的對焦區段。藉此，可以得到具有最佳影像清晰度的對焦區段的對焦距離資訊。舉例來說，控制模組2可利用鏡頭解像力(Resolution)的概念，以調制轉換方法(Modulation Transfer Method，MTF)做為影像清晰度演算法，算出影像的對比度(Contrast)及銳利度(Sharpness)數值。換言之，當影像擷取單元11所擷取多個不同對焦區段的影像時，若影像邊緣具有明顯的變化，相鄰像素間其灰階值的差異值或是梯度值越大即代表著所擷取的影像是較為清晰的畫面。利用這些特性，將影像 擷取單元11所擷取到的多個對焦區段的影像，通過控制模組2的處理，可得到作為判斷標準的清晰度數值資訊。另外，影像出現模糊的現象，也可能因位影像中高頻訊號的不足，低頻能量較多，可通過高通濾波器的頻域濾波方法，求得影像高頻資訊後，做為判斷的依據。另外，舉例而言，以本發明實施例而言，控制模組2可以是一微控制器(Microcontroller Unit,MCU)，或是可攜式電子裝置中的運算單元，如中央處理器(Central Processing Unit,CPU)，然本發明不以此為限。

接著，主鏡頭模組3可依據控制模組2所得到的最佳影像清晰度的對焦區段的資訊，以作為主鏡頭模組進行自動對焦掃描範圍的依據，藉此以調整主鏡頭模組3的對焦位置。具體來說，主鏡頭模組3可以是可攜式電子裝置中主要用來拍攝影像的相機模組。主鏡頭模組3中也可具有一透鏡單元(圖未繪示)，主鏡頭模組3藉由控制模組2所傳送的輔助鏡頭模組1所得到的最佳影像清晰度的對焦區段的資訊或對焦距離資訊，直接將主鏡頭模組3的透鏡單元對焦於最佳影像清晰度的對焦區段的位置上。藉此，可以省去主鏡頭模組3從無窮遠至最近距離的自動對焦所耗費時間。

承上所述，本發明實施例所提供的對焦系統S，主要具有兩個鏡頭模組，亦即，主鏡頭模組3與輔助鏡頭模組1。須說明的是，主鏡頭模組3與輔助鏡頭模組1所能夠擷取到的畫面大致相同，而主鏡頭模組3與輔助鏡頭模組1鄰近地相互設置。

值得一提的是，當本發明實施例所提供的對焦系統S設置於可攜式電子裝置上時，輔助鏡頭模組1可作為辨識使用者指紋的指紋讀取器。具體而言，可藉由液態透鏡單元12對焦距離的調變掃描而進行手指指紋掃描，同時，影像擷取單元11可同時進行擷取多張手指指紋圖像照片，已完成手指指紋辨視工作。

〔第二實施例〕

首先，請參閱圖2且同時配合圖1所示，圖2為本發明第二 實施例的對焦方法的步驟流程示意圖。本發明第二實施例提供一種對焦方法，以快速地進行對焦。如步驟S100所示，調變一輔助鏡頭模組1內的一液態透鏡單元12的焦距，以進行所述輔助鏡頭模組1的對焦距離掃描，其中所述輔助鏡頭模組1具有多個對焦區段，所述液態透鏡單元12對多個所述對焦區段進行對焦距離掃描。舉例來說，液態透鏡單元12可藉由一控制模組2的控制而進行從遠到近或從近到遠的對焦距離調變。另外，在其他實施態樣中，液態透鏡單元12的調變焦距的方式也可以為單次焦距調變、連續焦距調變、在預設範圍內作一次焦距調變掃描、或在預設範圍內作連續焦距調變掃描。接著，具體而言，由於輔助鏡頭模組1具有多個對焦區段，因此，液態透鏡單元12乃對多個對焦區段進行對焦距離掃描。

承上述，也可以同時藉由輔助鏡頭模組1內所提供的影像擷取單元11同時在液態透鏡單元12調變掃描過程中的對多個對焦區段進行影像之擷取。

舉例來說，影像擷取單元11可以在液態透鏡單元12進行調變掃描過程中擷取10至40張不同對焦距離的對焦面的連續影像。較佳地，影像擷取單元11可擷取10至20張在不同對焦區段下的影像或是不同對焦面的對焦距離下的影像。另外，以本發明實施例而言，所提供的輔助鏡頭模組1可選用具有500萬畫素以下之解析度，且輔助鏡頭模組1的幀率可為60以上的畫面更新率。 較佳地，可進一步選擇具有更低畫素之解析度的輔助鏡頭模組1，例如200萬畫素以下之解析度的輔助鏡頭模組1，此時，該輔助鏡頭模組1的幀率的數值可以更高，例如可以為90以上或是至120的畫面更新率，藉此可以快速地存取影像資訊。

接著，如步驟S102所示，分析多個對焦區段的影像資訊，以獲得一具有最佳影像清晰度的對焦區段。舉例來說，具有最佳影像清晰度的對焦區段可以是對焦正確的影像，或是具有最佳對焦 面的影像。另外，對於最佳影像清晰度的對焦區段的影像是否清晰或對焦是否正確，可藉由控制模組2進行判斷，並將其選擇而出。值得一提的是，具有最佳影像清晰度的對焦區段可藉由影像的對比度或銳利度數值判斷對焦是否正確，另外，也可以利用相鄰像素間其灰階值的差異值或是梯度值判斷。另外，值得說明的是，可同時利用對比度及銳利度數值，並配合液態透鏡單元12目前所調變的距離，再藉由控制模組2分析計算出當前所在的對焦區段的距離資訊，並將該對焦區段的距離資訊儲存。此外，也可以通過其他清晰度演算法判斷當前所在的對焦區段的距離資訊。

須說明的是，在步驟S100：調變一輔助鏡頭模組1內的一液態透鏡單元12的焦距，以進行所述輔助鏡頭模組1的對焦距離掃描，其中所述輔助鏡頭模組1具有多個對焦區段，所述液態透鏡單元12對多個所述對焦區段進行對焦距離掃描，以及步驟S102：分析多個對焦區段的影像資訊，以獲得一具有最佳影像清晰度的對焦區段的步驟中，也可以為每當輔助鏡頭模組1調變掃描至多個對焦區段中的其中一個時，即開始對所掃描的多個對焦區段中的其中一個進行分析。藉此，當液態透鏡單元12對多個所述對焦區段進行對焦距離掃描的步驟結束後，控制模組2也分析完每一個對焦區段中的影像。接著，可再藉由控制模組2從多個對焦區段分析出具有最佳影像清晰度的對焦區段的距離資訊。

承上所述，如步驟S104所示，傳送最佳影像清晰度的對焦區段的資訊至一主鏡頭模組3。舉例而言，可藉由控制模組2分析具有最佳影像清晰度的對焦區段的距離資訊，再將所分析出來的對焦距離資訊傳送至主鏡頭模組3。

承上所述，如步驟S106所示，所述主鏡頭模組3依據所述具有最佳影像清晰度的對焦區段的資訊，在具有最佳影像清晰度的對焦區段內進行自動對焦。換言之，當主鏡頭模組3接受到來自控制模組2的對焦距離資訊後，可直接依據對焦距離資訊，而直 接調整主鏡頭模組3的對焦位置調整至該具有最佳影像清晰度的對焦區段中，並在具有最佳影像清晰度的對焦區段中進行自動對焦。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的對焦系統S與對焦方法，可先藉由輔助鏡頭模組1的一液態透鏡單元12進行不同對焦面的對焦距離的調變掃描，再藉由控制模組2的分析計算，而快速地得到具有最佳影像清晰度的對焦區段之位置。因此，主鏡頭模組3可利用輔助鏡頭模組1所得到的具有最佳影像清晰度的對焦區段位置，而快速地將主鏡頭模組3的對焦位置調整至該具有最佳影像清晰度的對焦區段位置上。藉此，可以達到快速對焦之功效。換言之，本發明所提供的對焦系統S與對焦方法，提供兩個鏡頭模組，其中一個畫素較低且具有液態透鏡單元12的輔助鏡頭模組1可用來進行快速對焦，而另外一個畫素較高的主鏡頭模組3可先不進行自動對焦之功能，待主鏡頭模組3得到輔助鏡頭模組1的對焦距離資訊後，再將主鏡頭模組3的對焦位置調整至具有最佳影像清晰度的對焦區段中進行自動對焦。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。

S100~S106‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種對焦方法，其包括：調變一輔助鏡頭模組內的一液態透鏡單元的焦距，以進行所述輔助鏡頭模組的對焦距離掃描，其中所述輔助鏡頭模組具有多個對焦區段，所述液態透鏡單元對多個所述對焦區段進行對焦距離掃描；分析多個所述對焦區段的影像資訊，以獲得一具有最佳影像清晰度的對焦區段；傳送所述最佳影像清晰度的對焦區段的資訊至一主鏡頭模組；以及所述主鏡頭模組依據所述具有最佳影像清晰度的對焦區段的資訊，在具有最佳影像清晰度的對焦區段內進行自動對焦。
2. 如請求項1所述之對焦方法，其中所述最佳影像清晰度的對焦區段的資訊依據對比度或銳利度判斷而獲得。
3. 如請求項1所述之對焦方法，其中所述液態透鏡單元調變焦距的方式為單次焦距調變、連續焦距調變、在預設範圍內作一次焦距調變掃描、或在預設範圍內作連續焦距調變掃描。
4. 一種對焦系統，其包括：一輔助鏡頭模組，所述輔助鏡頭模組包括一影像擷取單元及一液態透鏡單元，其中所述液態透鏡單元具有多個對焦區段設定，所述影像擷取單元在所述液態透鏡單元進行調變掃描過程中擷取多個所述對焦區段的影像；一控制模組，所述控制模組電性連接於所述輔助鏡頭模組，其中所述控制模組分析多個所述對焦區段的影像資訊，且從多個所述對焦區段的影像資訊中選擇一具有最佳影像清晰度的對焦區段；以及一主鏡頭模組，所述主鏡頭模組電性連接於所述控制模組，其 中所述主鏡頭模組依據所述控制模組所得到的所述最佳影像清晰度的對焦區段的資訊，以作為所述主鏡頭模組進行自動對焦掃描範圍依據。
5. 如請求項4所述之對焦系統，其中所述輔助鏡頭模組具有200萬畫素以下之解析度，且所述輔助鏡頭模組的具有60以上的幀率。
6. 如請求項5所述之對焦系統，其中所述影像擷取單元在所述液態透鏡單元進行調變掃描過程中擷取10至20張不同對焦區段的影像。