[发明专利]具有置信度量的自动聚焦

说明书

技术领域

本发明一般地涉及图像获取，更具体地涉及自动图像聚焦机制。

背景技术

相机和其他光学装置通常提供用于对对象获得正确聚焦的自动化机构。通常响应于部分地按下快门触发器(例如一半)而进行自动聚焦(AF)。在一些情况下，自动聚焦特征在捕获图像之前或者在捕获图像序列或视频期间持续保持聚焦。

将会认识到，在自动聚焦期间，相机镜头自动在三维景物上聚焦并且聚焦是针对深度来控制的。本领域中已知许多自动聚焦机制。一种传统的自动聚焦方案搜索自动聚焦曲线的峰值。在一个实施例中，相机利用来自图像梯度的自动聚焦曲线。随着分析区域变得越聚焦，图像梯度变得越大。自动聚焦算法的目的是在需要最小数目的相机聚焦位置的同时达到自动聚焦曲线的峰值。然而，现有的机制可能永远不收敛于适当的焦点，并且它们经常是缓慢的或者可能持续“搜寻”适当的焦点位置。

用于捕获所需图像的一个重要量度是适当地聚焦。已开发了许多系统来估计或获得适当的相机聚焦。因为相机镜头系统具有多个相关的元件和特性，因此随后对这些元件和它们的相关特性进行简要讨论。

一般而言，拍摄镜头的两个主要光学参数是最大光圈(maximum aperture)和焦长(focal length)。焦长决定了对于与对象相距给定距离(物距)情况下图像相对于物体(对象)的大小和视角。最大光圈(f数(f-number)或f光圈(f-stop))限制了对于给定的设置(焦长/有效光圈)而言可用的图像亮度和最快快门速度，较小的数字表示更多的光被提供给焦平面，焦平面通常可被看作是简单的数码相机中的图像传感器的面。

一种形式的典型简单镜头(在技术上是具有单个元件的镜头)具有单个焦长并且也被称为“定焦镜头(prime lens)”。在使用单焦长镜头来对相机聚焦时，镜头与焦平面之间的距离改变，这使得变动了焦点，拍摄对象图像在该焦点投向焦平面。这样，虽然单焦长镜头具有固定的光学关系和焦长，但是它在相机中用于在一段调焦范围跨度聚焦在对象上。因此，不应当将镜头的固定焦距与使用该镜头的相机上可获得的焦距范围相混淆，从而，调整该镜头相对于焦平面的位置就变动了焦距。

在使用单焦长镜头时，将调整光圈以针对所需的快门速度来选择光量，然后根据物距(也称为焦距)调整聚焦并随后捕获图像。在其他的单焦长镜头上，宏观设置(macro setting)通常设有不同的焦长选择，用于拍摄特写镜头。远摄(telephoto)镜头以高倍率提供非常窄的视角，用于为画面帧(frame)填充来自远距物体的图像。

多焦长镜头通常被称为“变焦”镜头，因为图像倍率随着情况的可能而可以是“变焦的”或者“未变焦的”。变焦镜头允许用户选择对象的倍率量，或者说是对象填充画面帧的程度。了解到这些镜头或相机镜头系统的变焦功能在概念上与聚焦控制和光圈控制二者是分开的这一点是重要的。

不管是利用单焦长镜头还是利用多焦长镜头，都有必要针对给定的物距来适当地聚焦镜头。对于给定的聚焦设置，可接受的聚焦范围被称为“景深”，其是对物体空间或对象空间中的可接受锐度的深度的度量。例如，在15英尺的物距的情况下，高清晰度相机的可接受聚焦范围可以是约为几英寸，而最佳的聚焦可能要求更高的精度。将会认识到，随着聚焦从中间距离向外朝着“无限远”(例如拍摄远处的山、云等的图像)移动，景深增大，在该范围上当然具有无限制的景深。

对于单焦长镜头，在给定的光圈设置下，对于从相机到对象的给定距离(物距)将存在单个最佳聚焦设置。比相机的焦距更近或更远的对象部分将在所捕获的图像中显示出受到某种程度的模糊，这取决于影响景深的许多因素。然而，在多焦镜头中，对于镜头可获得的每个镜头倍率(镜头焦长)都存在最佳的焦点。为了提高实用性，镜头制造者大大降低了对响应于变焦设置而重新聚焦的需要，但是重新聚焦的必要性取决于所使用的特定相机镜头系统。另外，光圈设置可能需要响应于不同的变焦倍率水平而改变。

最初，相机聚焦仅仅可以响应于操作者的识别和手动聚焦调整而被确定和校正。然而，由于聚焦对结果的重要性，已经采用了聚焦辅助。最近，成像装置(imaging device)通常提供自动聚焦在对象上的能力，这是目前一般称为“自动聚焦”的功能。因为诸多的现有自动聚焦机制各自存在缺点和折衷，所以聚焦仍然是密集的技术开发点。