[发明专利]自动聚焦系统及方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于数字成像装置中的自动聚焦方法和系统。

背景技术

数字成像装置可分类为自动聚焦(自动聚焦(auto-focus))或固定聚焦装置。固定聚焦装置通常无法调节镜头或者改变光圈，相反其依赖于目标出现在焦点处的大的景深。尽管由固定聚焦装置所捕捉到的图像在很多情况中是可以接受的，但其不如那些由自动聚焦装置所捕捉到的图像那样清晰。

在镜头的焦点处捕捉到的图像是锐聚焦图像，此处，焦点是指位于照相机之镜头轴上的、光线会聚的点。然而，即使目标不在焦点处，如果目标在镜头的景深中，也可生成充分清晰的目标图像，即锐聚焦图像。景深是指离照相机的距离，在该距离范围内所捕捉到的目标图像能够充分聚焦。因此，景深是镜头焦点两侧的区域范围。

目前，已经公开了若干自动聚焦数字成像装置的方法和相关设备。在一方法中，镜头在光敏元件光强度增大的方向上移动，并且在达到最大光强度后镜头停止移动。在另一方法中，自动聚焦技术则依赖于有限脉冲响应(FIR)滤波器，以确定边缘特征和其清晰度(或称锐度，sharpness)。在图像具有大范围变化的强度/色彩值的情形下，这样的技术不太有效，因为与FIR滤波器相关的取平均值使得结果失真。

现有技术中其它的自动聚焦系统则采用测量从目标到照相机之距离的手段，并将该距离与驱动照相机光学系统的一些可测量的量相对应，从而实现正确的聚焦。这种自动聚焦的方法与主成像通路平行执行，这对于基于胶片的照相机而言是理想的。

尽管自动聚焦数字成像装置通常比固定聚焦成像装置性能更优，但是现有技术中自动聚焦装置通常在硬件方面更为复杂，制造更为昂贵并且在操作上比固定聚焦装置更慢。然而，期望的是提供成本最低且额外空间最小的自动聚焦，并且可以利用成像装置的现有组件，而不需为自动聚焦增加专门组件。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于数字成像装置之自动聚焦的方法和系统，该方法可以利用成像装置的现有组件，而不需为自动聚焦增加专门组件，或只增加很少的专门组件。

为实现上述的发明目的，在本发明的一实施方式中，提供了一种用于数字成像装置之自动聚焦的方法，其包括：(1)捕捉多个图像，其中，每一图像是在成像装置之镜头的不同位置捕捉的，(2)为每一图像产生各自的高空间频率(high spatial frequency)值，其中，每一高空间频率值代表包含在该图像中的高空间频率的信息量，(3)确定具有最大高空间频率值的图像，以及(4)调节镜头，使其位置与具有最大高空间频率值的图像被捕捉的位置相对应。

优选地，在上述的方法中，为每一图像产生各自的高空间频率值的步骤包括：

为每一图像选择多个聚焦区域；

确定多个聚焦区域中的每一个的各自的高空间频率值；以及

结合多个聚焦区域中的每一个的高空间频率值，以获得该图像的高空间频率值。

进一步地，在上述的方法中，确定多个聚焦区域的每一个的各自的高空间频率值的步骤包括：

为每一区域确定水平的高空间频率值和垂直的高空间频率值；以及

结合水平的和垂直的高空间频率值，以确定该区域的高空间频率值。

本发明的方法中，确定水平的高空间频率值可以包括确定该区域中水平邻近的像素的亮度值之间的差值，而确定垂直的高空间频率值则可以包括确定该区域中垂直邻近的像素的亮度值之间的差值。

本发明的方法中，结合多个聚焦区域中的每一个的高空间频率值的步骤可以包括为多个聚焦区域中的至少两个分配不同的权重。

本发明的方法中，为每一图像产生各自的高空间频率值的步骤可以包括：

为每一图像确定至少一个水平的高空间频率值和至少一个垂直的高空间频率值；以及

结合至少一个水平的高空间频率值和至少一个垂直的高空间频率值，以便确定该图像的高空间频率值。

类似地，确定至少一个水平的高空间频率值包括确定水平邻近的像素的亮度值之间的差值，而确定至少一个垂直的高空间频率值包括确定垂直邻近的像素的亮度值之间的差值。

另一方面，本发明还提供一种用于数字成像装置的自动聚焦系统，该自动聚焦系统能够实现上述的自动聚焦方法。

本发明所提供的自动聚焦系统及方法，可以避免在自动聚焦装置使用复杂的硬件，从而克服现有技术中自动聚焦装置制造昂贵并且在操作上比固定聚焦装置更慢的缺点。利用本发明的方法，可以提供成本最低且额外空间最小的自动聚焦，并且可以利用成像装置的现有组件，而不需为自动聚焦增加专门组件。

下面结合附图，来详细地说明本发明。但应该理解，为了清楚起见，附图中某些元件不是按比例绘制的。