CN1940699A - 具有自动聚焦系统的照相机 - Google Patents

Abstract

一种照相机，具有：对比度检测器，其连续地检测在图像传感器的光接收表面上形成的物像的对比度数据，和聚焦检测器，其基于该对比度数据检测聚焦情况。该照相机还具有通过驱动照相光学系统而聚焦物体的调焦器。当物体焦点未对准时，调焦器驱动照相光学系统，从而向前和向后移动成像表面。然后，聚焦检测器检测与移动成像表面之前的位置相对应的标准对比度数据，与向前位置相对应的向前对比度数据，和与向后位置相对应的向后对比度数据。调焦器向对比度数据增大的方向移动成像表面，其中该对比度数据从标准对比度数据，向前对比度数据，和向后对比度数据中获得。

Description

具有自动聚焦系统的照相机

技术领域

本发明涉及一种具有自动聚焦系统的照相机。特别地，本发明涉及一种采用对比度(contrast)检测方法的具有自动聚焦系统的相机。

背景技术

在诸如小型数码相机的数码相机中，利用对比度检测方法的自动聚焦系统被结合在相机中作为自动控制装置。在该对比度检测方法中，基于从图像传感器读取的图像相素信号连续地检测对比度数据，执行自动聚焦。当检测到峰值或最大对比度数据时，换句话说，当物像中的高空间高频部分(high spatial high frequency component)成为最大值时，确定物体处于聚焦状态，且聚焦镜头被驱动到焦点。使用者可以通过相机后表面上的LCD监视器确认聚焦情况。

通常，通过梯度(gradient)法(所谓的“爬山法”)检测聚焦位置，该方法在高频部分的分布曲线中搜寻顶点。连续检测对比度数据，同时连续驱动聚焦镜头，且当对比度数据具有峰值时确定物体处于聚焦状态。

当由于物体焦点未对准，而从清晰的物像变成模糊的物像时，搜寻聚焦位置，同时向光轴的前后方向移动成像表面。同样，聚焦镜头返回到初始位置，并被连续驱动，直到找到聚焦位置。聚焦镜头的这些驱动导致很难缩短聚焦所需时间。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能精确和快速地聚焦的照相机。

根据本发明的相机具有对比度检测器和聚焦检测器。对比度检测器连续检测在图像传感器的光接收表面上形成物像的对比度数据。聚焦检测器基于对比度数据检测聚焦情况。该相机还具有通过驱动照相光学系统聚焦物体的调焦器。

在本发明中，当物体焦点未对准时，调焦器驱动照相光学系统，从而将成像表面向前向后移动到与光接收表面相应的最终聚焦位置。成像表面被移动到靠近照相光学系统的向前位置以及被移动到离开照相光学系统的向后位置。然后，聚焦检测器检测与移动成像表面之前的位置相对应的标准对比度数据、与向前位置相对应的向前对比度数据，和与向后位置相对应的向后对比度数据。调焦器向对比度增大的方向移动成像表面，其中对比度数据从标准对比度数据，向前对比度数据，和向后对比度数据中获得。

优选地，当物体从聚焦情况变成焦点未对准时，调焦器向前向后移动成像表面。同样，优选地，当物像的对比度低时，调焦器向前向后移动成像表面。在该情况中，当向前和向后对比度数据小于标准对比度数据，且标准对比度数据与向前向后对比度数据之差处于容许范围内时，聚焦检测器确定处于聚焦情况。例如，调焦器移动成像表面，使得与标准对比度数据相对应的位置、向前位置和向后位置排列在大致恒定的间隔上。

附图说明

通过下面优选实施例的说明并参考附图，本发明将得到更好的理解，其中：

图1为根据本发明实施例的数码相机的后视图；

图2为数码相机的框图；

图3为由系统控制电路执行的自动聚焦方法的流程图；

图4为表示对比度数据和对比度差异数据的点图；

图5A和5B为表示三个相邻对比度数据的视图。

具体实施方式

下文中，将参考附图说明本发明的优选实施例。

图1为根据本发明实施例的数码相机的后视图。

数码相机10在后表面10B上具有LCD监视器30，和LCD监视器30上方的取景器22。此外，在后表面10B上具有一系列按钮。这里，提供了放大按钮12；由向上按钮16U、向下按钮16D、向右按钮16R和向左按钮16L组成的十字形按钮；OK按钮18；以及模式按钮19。模式按钮19操作成在照相模式、录像模式和重放模式之间切换。

上表面10U上具有主按钮11和释放按钮13。通过按下主按钮11开启相机10，并通过操作释放按钮13记录物像。在位于相机10前表面上的镜筒(图中未示出)中安装了照相光学系统。

图2为根据本实施例的数码相机10的框图。

包括CPU、ROM和RAM的系统控制电路50控制相机10，并且主开关11A、变焦开关12A、释放半压下开关13A、释放全压下开关13B、选择开关16A、进入开关18A和模式开关19A与系统控制电路50相连。在ROM中，储存用于控制相机10操作的程序。

当选择照相模式时，执行在LCD监视器30上显示电影(movie)图像或视频(video)图像的信号处理。通过穿过照相光学系统的光，在CCD 40的光接收表面上形成物像，且在CCD 40中产生与物像相对应的图像像素信号。由CCD驱动器52驱动CCD 40，使得以恒定的间隔从CCD 40连续地读取图像像素信号。这里，以1/30或1/60秒的间隔从CCD 40读取图像像素信号。图像像素信号在放大器42中被放大，在A/D转换器44中从模拟信号转化为数字信号。

在信号处理器46中，对数字图像进行多种的处理，例如白平衡和灰度系数(gamma)校正处理。经过处理的图像信号暂时储存在帧存储器(图中未示出)中，并被提供给LCD驱动器47。LCD驱动器基于图像信号驱动LCD监视器30，使得在LCD监视器30上显示视频图像。此外，在信号处理器46中从图像信号连续地产生亮度信号，该亮度信号被提供给系统控制电路50。在系统控制电路50中，从亮度信号中连续地产生对比度数据。

当释放按钮13被按下一半时，释放半压下开关13A开启。从而执行自动聚焦，并检测物体的亮度。包括在照相光学系统15中的聚焦镜头15A被沿着光轴驱动，使得成像表面与CCD 40的光接收表面重合。这里，使用对比度检测方法的自动聚焦被采用。聚焦镜头15A由镜头驱动器64驱动，驱动器64包括步进电机(图中未示出)。曝光控制器58基于来自系统控制电路50的控制信号控制聚焦镜头15A的位置。系统控制电路50检测聚焦镜头15A的位置。

当释放按钮13被完全按下时，释放全压下开关13B被开启，使得快门28开启指定时间间隔。快门28由曝光控制器58控制。从CCD 40读取一帧图像像素信号(one frame-worth ofimage-pixel signal)，并在放大器42、A/D转换器44和信号处理器46中经过多种处理。然后，在记录电路62中压缩图像数据，且经过压缩的图像数据被储存在存储卡60中。

当选择回放模式时，经过压缩的数据从存储卡60中被读取，并经过解压缩处理。经过解压缩的图像数据被提供给LCD驱动器47，且LCD驱动器47驱动LCD监视器30，使得所记录的物像显示在LCD监视器30上。当选择视频图像记录模式时，从CCD 40读取的数秒钟的系列图像像素信号经过图像处理，且视频图像数据被压缩并记录在存储卡60上。

图3为由系统控制电路50执行的自动聚焦方法的流程图。

在步骤S101中，聚焦镜头15A被设至初始位置，然后被驱动，使成像表面沿着光轴E连续移动。成像表面沿着光轴的位置随着从相机到所拍摄物体之间的距离而变化。聚焦镜头15A的初始位置聚焦在接近相机10的物体上，且聚焦镜头15A被连续驱动，使得成像表面朝向距离相机一定距离的物体或无限远处的物体被聚焦的方向移动。通过改变焦距，移动成像表面的位置，物像清晰地或锐利地形成在成像表面上。成像表面沿着光轴E的移动量取决于包括在镜头驱动器64中的步进电机的旋转量。

在步骤S102中，获得对比度数据。表示图像数据中的高频部分的该对比度数据以1/30或1/60秒间隔从一帧图像像素信号中连续地产生。通过计算亮度差异获得对比度信号，亮度差异是在一帧图像像素信号中最大亮度水平和最小亮度水平之间的差异。注意，为了进行低通滤波器处理，这里通过计算当前获得的对比度信号和前次(previously)获得的对比度信号的平均值而获得对比度信号。

在步骤S103中，计算对比度差异数据。对比度差异数据表示当前检测的对比度数据和RAM中存储的前次检测的对比度数据之间的差值。然后，在步骤S104中，确定前次检测的对比度数据是否是一系列所检测对比度数据中的峰值或最高数据。

图4为表示对比度数据和对比度差异数据的点图。

在图4中，对比度数据“D0”至“D6”和对比度差异数据“T1”至“T6”沿着成像表面移动的方向绘制。随着成像表面移动，对比度数据逐渐增大。然后，当成像表面移动到聚焦位置附近的位置时，换句话说，移动到CCD 40的光接收表面位置时，对比度数据急剧增大。当成像表面越过聚焦位置时，对比度急剧减小。另一方面，随着对比度数据增大，对比度差异数据逐渐增大，且当成像表面靠近聚焦位置(CCD 40的光接收表面的位置)时，对比度差异数据急剧增大。然后，当成像表面越过聚焦位置时，对比度差异数据急剧减小。通常，当成像表面越过聚焦位置时，对比度差异数据变成接近于零的值或负值(在图4中，为负值)。在图3中所示的步骤S104中，确定当前或最后的对比度数据是否低于前次(previous)或最近的(latest)对比度数据，并确定所计算的对比度差异数据是否以超过指定值的值下降。这里，确定当前所计算的对比度数据和前次所计算的对比度数据之间的下降差异“ΔD”是否超过预定标准差异“T0”。

当确定当前对比度数据不低于前次对比度数据，或差异“ΔD”不超过预定标准差异“T0”时(即，当确定前次对比度数据不是峰值或最高数据时)，过程回到步骤S102。另一方面，当确定前次对比度数据是峰值数据时，过程转向步骤S105。在图4中，对比度数据“D6”低于前次检测的对比度数据“D5”。在该情况中，当前计算的对比度差异数据“T6”和前次计算的对比度数据“T5”之间的差异“ΔD”超过标准差异“T0”。标准差异“T0”根据照相光学系统15的焦距进行定义。

在步骤S105中，从一系列所检测的对比度数据计算二次逼近曲线“PM”，并从该曲线“PM”获得最大峰值对比度数据“DT”，其为曲线“PM”中的最大值。然后计算成像表面的位置“FP”(下文中，称为“聚焦位置”)，其与最大对比度数据“DT”相对应。在步骤S106中，聚焦镜头15A被驱动，使成像表面返回到聚焦位置“FP”，其与CCD40的光接收表面重合。这样，可靠聚焦的图像显示在LCD监视器30上。

在步骤S107中，对比度数据是最近获取的。然后，在步骤S108中，确定物体是否维持在聚焦状态中。这里，确定最近获得的对比度数据和前次检测的对比度数据之间的差异是否处于预定的容许范围内。当差异处于该容许范围内时，确定最近获得的对比度数据与前次检测的对比度数据大致相同(即，维持聚焦情况)；然后过程转向步骤S107。当聚焦情况维持时，重复执行步骤S107至S108。另一方面，当确定差异超出该容许范围时(即，物体焦点未对准时)，该过程转向步骤S109。由于所拍摄物体的轮换或改变、物体运动或相机10的运动，聚焦情况可以变成散焦情况。

在步骤S109中，确定所检测的对比度数据是否具有相对较低的值；即，是否物像具有较低的对比度，即，图像的变化范围较小。这里，确定一系列所检测对比度数据中的最大数据是否等于或低于指定值。当确定对比度数据不是低对比度数据时，该过程转向步骤S110，其中聚焦镜头15A被驱动到初始位置。然后，执行步骤S102-S106以聚焦物体。另一方面，当确定对比度数据是低对比度数据时，该过程转向步骤S111。

在步骤S111中，聚焦镜头15A被向前向后驱动，使得成像表面朝向靠近相机的物体被聚焦的方向(下文中，称为“向前方向”)移动，然后进一步朝向远离相机的物体被聚焦的方向(下文中，称为“向后方向”)移动。成像表面被向前移动到指定位置，并被向后移动到指定位置。这两个位置(下文中，分别称为“向前位置”和“向后位置”)均从在步骤S106中确定的位置分离开共同的间距。在驱动聚焦镜头15A时，在向前位置处检测对比度数据(下文中，称为“向前对比度数据”)，并在向后位置处检测对比度数据(下文中，称为“向后对比度数据”)。在步骤S112中，基于向前和向后对比度数据和在步骤S107中获得的对比度数据(下文中，称为“标准对比度数据”)，确定聚焦情况是否大致维持在低对比度情况。在移动成像表面之前的位置处检测标准对比度数据。

图5A是表示三个相邻对比度数据的视图。对比度数据P1表示在移动聚焦镜头15A以前获得的标准对比度数据，而对比度数据P2和P3分别表示向前对比度数据和向后对比度数据。向前和向后对比度数据P2和P3低于际准对比度数据P1，且标准对比度数据P1和向前和向后对比度数据P2和P3之间的差异较小。在该情况中，大致维持聚焦情况。在步骤S112中，确定向前和向后对比度数据是否小于标准对比度数据，和标准对比度数据的下降速率是否等于或小于2％。当确定大致维持聚焦情况时，该过程回到步骤S107。

另一方面，当确定不维持聚焦情况时，该过程转向步骤S113。在步骤S113中，成像表面的移动方向基于标准对比度数据和向前和向后对比度数据而被确定。移动方向是接近照相光学系统15的向前方向、或远离照相光学系统15的向后方向，并对比度数据增加的方向被确定为移动方向。然后，根据所确定的移动方向驱动聚焦镜头15A。

图5B是表示另外三个相邻对比度数据的视图。对比度数据P1′表示标准对比度数据，而对比度数据P2′和P3′分别表示向后对比度数据和向前对比度数据。如图5B中所示，向前对比度数据P2′低于标准对比度数据P1′，而向后对比度数据P3′高于标准对比度数据P1′。在该情况中，由于成像表面相对于CCD40的光接收表面处于向前位置，因此成像表面向远离照相光轴系统15的向后方向移动。在步骤S113中，聚焦镜头15A被驱动，使成像表面与CCD 40的光接收表面重合。在执行了步骤S113后，该过程返回到步骤S102。

以这种方式，在该实施例中，聚焦镜头15被驱动，使CCD 40的成像表面从初始位置连续移动，并计算对比度差异数据。然后，基于对比度数据的下降和对比度差异数据的下降量确定物体是否处于聚焦状态。当确定物体已经处于聚焦状态时，通过逼近法(approximation)计算聚焦位置，且聚焦镜头15A被驱动，使成像位置位于所计算的聚焦位置上；即，CCD 40的光接收表面位置上。由于通过在成像表面越过聚焦位置后获得的最新的对比度数据检测到聚焦情况，因此可快速地进行自动聚焦。

此外，当物像的对比度较低时，通过三个彼此相邻的对比度数据确定成像表面的移动方向。这样，即使当物像的对比度较低时，也能快速地进行自动聚焦。

当物像的对比度较低时，在对比度数据连续地减小之后，可以确定聚焦情况。对比度数据可以通过不同于亮度差异数据的其它数据进行检测。

可选地，可以通过对比度差异数据的下降量确定成像表面是否越过聚焦位置。可选地，即使当物像的对比度不低时，也可以确定成像表面的移动方向。成像表面可以首先移动到向后位置，然后移动到向前位置。

最后，本领域技术人员可以理解上述说明是该装置优选实施例的说明，且可以对本发明做出多种变化和修改，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1、一种照相机，包括：

对比度检测器，其连续地检测在图像传感器的光接收表面上形成的物像的对比度数据；

聚焦检测器，其基于对比度数据检测聚焦情况；和

调焦器，其通过驱动照相光学系统而聚焦物体，当物体焦点未对准时，所述调焦器驱动所述照相光学系统，从而将成像表面向前和向后移动到光接收表面上，所述聚焦检测器检测与移动成像表面之前的位置相对应的标准对比度数据，与向前位置相对应的向前对比度数据，和与向后位置相对应的向后对比度数据，所述调焦器向对比度数据增大的方向移动成像表面，其中该对比度数据从标准对比度数据，向前对比度数据，和向后对比度数据中获得。

2、如权利要求1所述的照相机，其中，当物体相对于聚焦情况变成焦点未对准时，所述调焦器向前和向后移动成像表面。

3、如权利要求1所述的照相机，其中，当物像的对比度低时，所述调焦器向前和向后移动成像表面。

4、如权利要求3所述的照相机，其中，当向前和向后对比度数据低于标准对比度数据，且标准对比度数据与向前和向后对比度数据之间的差异处于容许范围内时，所述聚焦检测器确定处于聚焦情况。

5、如权利要求1所述的照相机，其中，所述调焦器移动成像表面，使得与标准对比度数据相对应的位置，向前位置，和向后位置排列在大致恒定的间隔上。

6、用于聚焦物体的设备，包括：

聚焦检测器，其基于连续检测的对比度数据检测聚焦情况；和

调焦器，其通过驱动照相光学系统而聚焦物体，当物体焦点未对准时，所述调焦器驱动所述照相光学系统，从而将成像表面向前和向后移动到光接收表面，所述聚焦检测器检测与移动成像表面之前的位置相对应的标准对比度数据，与向前位置相对应的向前对比度数据，和与向后位置相对应的向后对比度数据，所述调焦器向对比度数据增大的方向移动成像表面，其中该对比度数据从标准对比度数据，向前对比度数据，和向后对比度数据中获得。

7、一种计算机程序产品，包括：

聚焦检测器，其基于连续检测的对比度数据检测聚焦情况；和

调焦器，其通过驱动照相光学系统而聚焦物体，当物体焦点未对准时，所述调焦器驱动所述照相光学系统，从而将成像表面向前和向后移动到光接收表面，所述聚焦检测器检测与移动成像表面之前的位置相对应的标准对比度数据，与向前位置相对应的向前对比度数据，和与向后位置相对应的在后对比度数据，所述调焦器向对比度数据增大的方向移动成像表面，其中该对比度数据从标准对比度数据，向前对比度数据，和向后对比度数据中获得。

8、一种用于聚焦物体的方法，包括：

基于连续检测的对比度数据检测聚焦情况；

当物体焦点未对准时，驱动所述照相光学系统，从而使成像表面向前和向后移动到光接收表面；

检测与移动成像表面之前的位置相对应的标准对比度数据，与向前位置相对应的向前对比度数据，和与向后位置相对应的向后对比度数据；和

向对比度数据增大的方向移动成像表面，其中该对比度数据从标准对比度数据，向前对比度数据，和向后对比度数据中获得。

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