[发明专利]自动聚焦方法、自动聚焦系统和包括自动聚焦模块的相机

说明书

本发明涉及自动聚焦方法、自动聚焦系统和包括自动聚焦模块的相机。公开了一种在变焦操作期间使相机自动聚焦的方法，包括：将镜头变焦至第一变焦位置(S1)；测量从相机到要聚焦的对象的第一物距(S2)；使用第一物距，确定第一聚焦起始位置(S3)；使用第一聚焦起始位置作为起始点，执行第一自动聚焦操作(S4)，从而确定第一确定聚焦位置。基于第一确定聚焦位置，确定第一查找物距(S5)。计算作为第一查找物距与第一物距之间的比率的第一校正因子(S6)。将镜头变焦至第二变焦位置(S13)，并且使用作为第一物距和第二校正因子的乘积而计算出的第二物距(S16)，确定第二聚焦位置(S17)，第二校正因子基于第二变焦位置和第一变焦位置处的景深之间的比率(S15)。

技术领域

本发明涉及相机的自动聚焦领域，尤其涉及PTZ相机(即：能够平移、倾斜和变焦的相机)的自动聚焦。

背景技术

自动聚焦是相机中广泛使用的功能。自动聚焦用于手持式相机以及监控相机、静态相机以及摄影机中。已知多种不同的执行自动聚焦的方法，这些方法通常被分类为被动式、主动式或混合式方法。一种已知的被动式方法被称为极大对比度法或对比度检测法。在此方法中，研究所捕获的图像中的相邻像素之间的对比度，并且通过稍微改变起始点周围的焦点，寻求并且有望找到最高对比度的聚焦位置。例如，可使用被称为“爬山法(hill-climbing)”的数学优化技术来执行对最大对比度的搜寻。当已经找到聚焦位置时，此聚焦位置以及变焦马达位置用于在由镜头的设计者或供应商提供的一组轨迹曲线中找到对应的物距轨迹曲线。轨迹曲线绘制了聚焦马达位置与变焦马达位置，针对多个物距中的每个具有一条曲线。这些曲线通常理论上使用包括在变焦距镜头(varifocal lens)系统中的各种镜头的理论特征来计算。提供了多条曲线，每条曲线基于离散的物距。当放大(zoom in)和缩小(zoom out)希望将焦点保持在相同的物体距离时，轨迹曲线则用于找到应该给出适当焦点的聚焦马达位置，以使得不必对每个变焦位置执行对比度确定。如果物距与轨迹曲线中的任何一个不匹配，则执行插值法以获取两条曲线之间的物距。

在一些情况下，诸如在弱光条件下或者在具有低对比度或点状光源的场景中，可能难以找到对比度的最大值，并且自动聚焦算法可能会结束“搜索(hunting)”，这意味着它保持改变聚焦马达位置而无法找到最大值。

即使是在良好的光照条件下，当算法寻求最佳聚焦马达位置时，在自动聚焦期间发生的焦点变化可能会出现烦人的图像颤动。

在主动式聚焦方法中，使用例如激光对要聚焦的对象进行实际距离测量。然后，可使用镜头的轨迹曲线确定聚焦位置。这种主动式方法增加了相机的成本，因为这些方法需要添加距离测量系统，但它们具有在弱光条件下促进自动聚焦的优势。这些方法还具有立即聚焦位置的优势，使得不存在伴随被动式自动聚焦方法可能会发生的颤动或“搜索”。

被动式和主动式方法中常见的问题是：安装在相机上的镜头可能会偏离轨迹曲线指定的那个，使得使用确定的物距所指示的聚焦位置无法实现适当的聚焦。可以在制造相机期间测试单个透镜，以在选择适当的聚焦位置时从要使用的理论轨迹曲线计算生产偏移量(production offset)。然而，这种偏移量测试通常仅对“远程(tele)”和“宽(wide)”两个变焦位置进行，并且仅用于在无限远处聚焦。此外，出于生产节约的原因，在某些情况下，偏移量测试在某些情况下每个透镜类型仅完成一次，而不是针对每个单独的透镜。即使测试了每个单独的镜头，镜头制造商的内部设计公差和潜在的调整也通常会产生偏离理论轨迹曲线形状的实际轨迹曲线形状，使得生产偏移量不会都沿着轨迹曲线应用。即使考虑到出厂偏移量或生产偏移量，另一种镜头样本在其他变焦位置和物距处的实际行为可能严重地偏离轨迹曲线。更糟糕的是，镜头的性能可能会随着时间而变化，例如，由于温度变化或者由于镜头组件的老化而变化。