[发明专利]自动对焦方法与装置

说明书

技术领域

本发明是有关于一种自动对焦方法与装置，且特别是有关于一种运用于摄像机的自动对焦方法与装置。 

背景技术

一般来说，自动对焦(auto focus)功能为现今摄像机的重要指标之一。透过自动对焦功能，摄像机使用者可快速地找到镜头组的焦距，提高拍摄结果的成功率，提高影像的品质。再者，自动对焦功能也能够正确的追踪快速移动的物件，使得摄像技术入门容易。其中摄像机可为数位照相机或者数位摄影机。 

众所周知，自动对焦功能的基本运作是物件透过摄像机系统自动化地控制透镜组的移动，使得物件的影像清晰地成像在感光单元上。请参照图1a与图1b，其所绘示为摄像机调整透镜成像的示意图。如图1a所示，物件110经过摄相机的透镜100，并成像120在透镜100与感光单元130之间。当然，由于物件110位置的远近不同，其成像120的位置也会不同。由于现今摄像机中的感光单元130是固定不动的。因此，摄像机必须移动透镜100使得成像120的位置落在感光单元130上。 

如图1b所示，摄像机将透镜100往感光单元130方向移动距离d后，物件110的成像120即可落在感光单元130上。换句话说，现今摄像机中自动对焦功能即是利用各种不同的方式来控制透镜100的移动，使得物件的成像能够落在感光单元上。 

一般来说，已知自动对焦功能可分为主动式与被动式自动对焦。所谓的主动式自动对焦在曝光前先由摄像机发出一红外光束或者一超音波至欲拍摄的物件，根据接收的反射信号得知物件与摄像机之间的距离，进而控制透镜的移动而达成自动对焦的目的。 

另一方面，已知被动式自动对焦利用感光单元所产生的影像作为判断对焦是 否正确的依据。而摄像机中则会包括一对焦处理器，其根据感光单元接收的影像的清晰程度判断透镜的对焦状况，并且据以控制透镜的移动。 

当摄像机中的对焦处理器控制透镜移动的过程，对焦处理器会对感光单元产生的影像像素进行统计。一般来说，当透镜聚焦尚未成功之前，感光单元上的成像会较模糊，因此画面上像素的亮度分布较窄(或者，最大亮度值会较低)；反之，透镜聚焦成功时，感光单元上的成像会较清晰，因此画面上像素的亮度分布较广(或者，最大亮度值会较高)。 

请参照图2a与图2b，其所绘示为已知被动式自动对焦的一种控制方法。如图2a所示，在透镜的移动过程中，于第一位置时，画面中最大亮度值为I1(亮度分布较窄)。如图2b所示，于第二位置时，画面中最大亮度值为I2(亮度分布较广)。由于I2大于I1，摄像机判断透镜位于第二位置具有较佳的聚焦结果。也就是说，利用上述特性，即可在反复移动透镜的过程中找到最佳的聚焦位置。 

另一种方式为，于对焦处理器控制透镜移动的过程，对焦处理器根据感光单元所产生的影像中，单一位置周围像素的对比度来判断对焦是否正确。一般来说，在透镜聚焦尚未成功前，感光单元上的成像会较模糊，因此画面上的对比程度较差；反之，透镜聚焦成功时，感光单元上的成像会较清晰，因此画面上的对比程度较佳。也就是说，当对比程度较佳时，在画面中边缘(edge)附近的像素之间的亮度变化会很大；反之，当对比程度较差时，在画面中边缘附近的像素之间的亮度变化会较低。 

请参照图3a与图3b，其所绘示为已知被动式自动对焦的另一种控制方法。如图3a所示，在透镜的移动过程中，位置p1附近边缘的亮度变化较小。如图3b所示，位置p1附近边缘的亮度变化较大。因此，图3b具有较佳的聚焦结果。也就是说，利用上述特性，即可在反复移动透镜的过程中找到最佳的聚焦位置。由于以上两种对焦方式应用的原理皆为：影像像素对比度较大时，影像清晰度较高，亦即透镜位于较佳聚焦位置；以上两种对焦方式亦可被同时援用，不限于单独应用。 

另一种被动式自动对焦方式为利用相位差方式来决定聚焦位置。请参照图4a、图4b、图4c，其所绘示者为利用相位差来进行自动对焦的光学系统示意图。如图4a所示，来自相同位置的光信号源200经过透镜210聚焦在第一成像面220上。而成像面上具有一开口，使得焦点附近的光通该此开口并发散。利用二次成像透镜组232与235将光线分别聚焦在二线型感应器(linear image sensor)252与255 上。因此，二线型感应器252、255个别产生光感应信号。