[发明专利]自动聚焦静止和视频图像

说明书

技术领域

本发明涉及自动聚焦系统，用于可用来捕获视频或突发捕获的图像序列以及静止图像的图像捕获装置。

背景技术

通常用来捕获静止图像和视频片段的静止图像序列的数码相机中的自动聚焦经常使用通过透镜的自动聚焦系统，该自动聚焦系统基于对例如5-20或更多个亚采样的自动聚焦图像的序列的对比度分析，上述亚采样的自动聚焦图像是用处于不同位置的可移动透镜拍摄的。随后，对自动聚焦图像进行对比度分析，并且将提供最高对比度图像的可移动透镜位置视为最佳聚焦条件。然后，在静止图像被捕获之前，可移动透镜返回提供最高对比度的位置或至少两个自动聚焦图像之间的内插位置。虽然该方法的确提供了精确的聚焦条件，由于必须捕获和分析大量自动聚焦图像，该方法比较慢。

在视频捕获的过程中，从组成视频片段的相同的静止图像或帧序列中提取自动聚焦图像。因此，每当场景改变时，自动聚焦的处理使得视频中产生5-20或更多个焦点未对准的帧。因此，在场景连续改变的情况下随着相机摇摄移动的视频捕获过程中，视频片段的大部分实际上是失焦的。理想地，在捕获视频以及静止图像时自动聚焦系统要更快，在视频捕获的情况下，每一帧都要被聚焦以减少失焦帧的数量。这对于使得来自视频片段中的图像能够被打印或以其它形式使用是特别重要的。

为了自动聚焦变快到足以实现30帧/秒的典型视频帧速率下的逐帧自动聚焦，整个自动聚焦系统中需要若干改进。第一，需要聚焦测量系统，其可提供可在1/30秒内或更快速地完成的聚焦质量的测量。为了同样在1/30秒内获得要求的聚焦质量，聚焦测量必须提供足够的信息以在距离和方向方面准确地引导可移动透镜的移动。第二，可移动透镜移动控制系统必须快速到足以在1/30秒内重定位可移动透镜。第三，由聚焦测量系统和可移动透镜移动控制系统组成的整个自动聚焦系统必须在捕获视频的时间长度上准确，所述时间长度通常是分钟级的，但也可能更长。

现有技术中有几种快速到足以满足1/30秒要求的聚焦测量系统：双透镜测距仪模块，分色滤色片系统，分孔径装置。为了提供逐帧自动聚焦，所有这些聚焦测量系统需要特别的改进以在视频环境中操作。

可从Fuji Electric(富士电机)买到双透镜测距仪模块的几种样式，例如FM6260W。在授予Haruki的US 4,606,630中描述了FujiElectric测距仪模块。双透镜测距仪模块包含两个分隔一定距离的透镜和两个匹配传感器区域，以使得匹配的低分辨率图像的对能够被捕获。然后对匹配的低分辨率图像的对进行两个图像之间的相关性分析，以确定由两个透镜之间的间隔所导致的两个图像之间的偏移。然后，通过三角测量将偏移信息与透镜间隔距离一起用于计算到场景的距离。计算的到场景的距离被用于引导可移动透镜的定位，以便于基于双透镜测距仪模块测量的到场景的距离和通过透镜自动聚焦系统产生的最佳聚焦图像序列之间建立的校准曲线来产生最佳的图像质量。Fuji FM6260W模块在高灵敏度模式下的响应时间被宣传为0.004秒，这完全在视频自动聚焦所要求的1/30秒之内。然而，双透镜测距仪模块的准确度通常受到例如温度或湿度变化的环境条件变化的影响。通常来说，这些双透镜测距仪模块不独立用于数码相机中的自动聚焦，而是用作基于通过透镜对比度的自动聚焦系统所附加的聚焦粗调。双透镜测距仪模块的问题在于，双透镜测距仪模块和可移动透镜位置之间的校正在数码相机的普通操作环境中不稳定。例如温度和湿度变化的环境条件可导致双透镜测距仪模块所产生的计算的到场景的距离的改变超过10％。另外，可移动透镜控制系统中可移动透镜的测量位置也易于随环境改变。

分色滤色片系统和分孔径装置都使用透镜系统中的分孔径，以便产生可为获得聚焦信息而解释的图像。分孔径至少产生两条光路，用于光通过透镜以在传感器处至少产生两个自动聚焦图像。通过在透镜系统的孔径处分开光路，上述至少两条光路中的每一条光路在图像传感器处从分孔径中产生没有阴影而光强减弱的完整图像。