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TWI622810B - 成像裝置及成像方法 - Google Patents

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TWI622810B
TWI622810B TW106113863A TW106113863A TWI622810B TW I622810 B TWI622810 B TW I622810B TW 106113863 A TW106113863 A TW 106113863A TW 106113863 A TW106113863 A TW 106113863A TW I622810 B TWI622810 B TW I622810B
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imaging module
imaging
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processor
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林英欣
楊明哲
張桂豪
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和碩聯合科技股份有限公司
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Abstract

一種成像裝置及成像方法。利用分光單元將入射光束分離為第一分光光束與第二分光光束，而第一分光光束與第二分光光束分別入射至第一成像模組與第二成像模組。基於環境光源的亮度啟動第一成像模組的相位檢測自動對焦模式與對比檢測自動對焦模式其中一個。驅動第一成像模組與第二成像模組以部分重疊的視角進行拍照以自第一成像模組與第二成像模組獲得以部分重疊的視角拍攝的第一影像與第二影像。疊加第一影像與第二影像而獲得合成影像。

Description

成像裝置及成像方法
本發明是有關於一種成像裝置及成像方法，且特別是有關於一種具有兩個成像模組的成像裝置及成像方法。
隨著可攜式電子裝置的用戶增加和顯示技術的發展，可攜式電子裝置不僅具有通話的功能，還兼具了各種多媒體的功能，如照相功能、動畫顯示功能和遊戲功能。在可攜式電子裝置的各項多媒體功能中，最受歡迎的是照相功能。
具有照相功能的可攜式電子裝置(如：相機、手機、平板電腦)因為機構限制，倘若想要使得其畫質趨近於單眼相機的畫質，一般是利用雙鏡頭系統的搭配來達成光學變焦的效果。然而，由於是雙鏡頭系統設計，因此可攜式電子裝置的外觀上會有兩個鏡頭孔，兩個鏡頭孔分別針對兩個鏡頭系統接收來自環境光源的多個光束，但可攜式電子裝置的外觀上較不美觀。另外，在拍攝較暗的地方時，無法提升對焦的精準度。
本發明提供一種成像裝置與成像方法，在可攜式電子裝置的外觀僅具有一個鏡頭孔，且可自動切換對焦模式以提升對焦精準度。
本發明的成像裝置，包括：分光單元、第一成像模組、第二成像模組以及處理器。分光單元接收入射光束，並將入射光束分離為第一分光光束與第二分光光束。第一成像模組接收第一分光光束而形成第一影像。第一成像模組基於環境光源的亮度在相位檢測自動對焦(Phase Detection Autofocus，PDAF)模式與對比檢測自動對焦(Contrast Detection Autofocus，CDAF)模式之間進行切換。第二成像模組接收第二分光光束而形成第二影像。處理器分別耦接至第一成像模組與第二成像模組，控制第一成像模組與第二成像模組以部分重疊的視角進行拍照以自第一成像模組與第二成像模組獲得以部分重疊的視角拍攝的第一影像與第二影像，並透過處理器疊加第一影像與第二影像而獲得合成影像。
在本發明的一實施例中，上述處理器包括影像訊號處理器，影像訊號處理器判斷環境光源的亮度是否小於預設值。在判定環境光源的亮度小於預設值時，處理器驅動第一成像模組切換至對比檢測自動對焦模式。在判定環境光源的亮度未小於預設值時，處理器驅動第一成像模組切換至相位檢測自動對焦模式。
在本發明的一實施例中，上述第一成像模組包括第一透鏡模組以及第一對焦感測器。第一透鏡模組接收第一分光光束。第一對焦感測器耦接處理器，且第一對焦感測器具有相位檢測自 動對焦模式以及對比檢測自動對焦模式，接收第一透鏡模組射出的第一射出光束而由第一對焦感測器形成第一影像。第二成像模組包括第二透鏡模組以及第二對焦感測器。第二透鏡模組接收第二分光光束。第二對焦感測器接收第二透鏡模組射出的第二射出光束而由第二對焦感測器形成第二影像。在此，第二透鏡模組的視角小於第一透鏡模組的視角。
在本發明的一實施例中，上述第一成像模組更包括：第一驅動電路，耦接至處理器；以及第一致動器，耦接至第一驅動電路與第一透鏡模組，處理器透過第一驅動電路控制該第一致動器以調整第一透鏡模組的位置。第二成像模組更包括：第二驅動電路，耦接至處理器；以及第二致動器，耦接至第二驅動電路與第二透鏡模組，處理器透過第二驅動電路控制第二致動器以調整第二透鏡模組的位置。
在本發明的一實施例中，上述第一成像模組更包括影像訊號處理器。影像訊號處理器耦接於第一對焦感測器，判斷作為環境光源的進入第一對焦感測器的第一射出光束的亮度是否小於預設值。在判定進入第一對焦感測器的第一射出光束的亮度小於預設值時，影像訊號處理器驅動第一對焦感測器切換至對比檢測自動對焦模式。在判定進入第一對焦感測器的第一射出光束的亮度未小於預設值時，影像訊號處理器驅動第一對焦感測器切換至相位檢測自動對焦模式。
在本發明的一實施例中，上述第一致動器為音圈馬達 (Voice Coil Motor，VCM)。
在本發明的一實施例中，上述第一透鏡模組包括廣角鏡頭，第二透鏡模組包括長焦段鏡頭。
在本發明的一實施例中，上述成像裝置更包括：入射單元，集中來自環境光源的複數個光束以輸出入射光束。
本發明的成像方法，包括：利用分光單元將入射光束分離為第一分光光束與第二分光光束，而第一分光光束與第二分光光束分別入射至第一成像模組與第二成像模組；基於環境光源的亮度啟動第一成像模組的相位檢測自動對焦模式與對比檢測自動對焦模式其中一個；驅動第一成像模組與第二成像模組以部分重疊的視角進行拍照而獲得以部分重疊的視角拍攝的第一影像與第二影像；以及疊加第一影像與第二影像而獲得合成影像。
在本發明的一實施例中，上述基於環境光源的亮度啟動第一成像模組的相位檢測自動對焦模式與對比檢測自動對焦模式其中一個的步驟包括：在判定環境光源的亮度小於預設值時，驅動第一成像模組切換至對比檢測自動對焦模式；以及在判定環境光源的亮度未小於預設值時，驅動第一成像模組切換至相位檢測自動對焦模式。
基於上述，在可攜式電子裝置的外觀僅具有一個鏡頭孔，便可利用雙成像模組達到光學變焦的效果，並且由於自動對焦模式可隨著環境光源的亮度而自行切換，因此在環境光源較暗時，也能夠提升對焦的精準度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、300‧‧‧成像裝置
110‧‧‧入射單元
120‧‧‧分光單元
130‧‧‧第一成像模組
131‧‧‧第一透鏡模組
133‧‧‧第一對焦感測器
135‧‧‧第一驅動電路
137‧‧‧第一致動器
140‧‧‧第二成像模組
141‧‧‧第二透鏡模組
143‧‧‧第二對焦感測器
148‧‧‧第二驅動電路
147‧‧‧第二致動器
150‧‧‧處理器
301‧‧‧影像訊號處理器
A‧‧‧光束
B‧‧‧入射光束
C1‧‧‧第一分光光束
C2‧‧‧第二分光光束
D1‧‧‧第一射出光束
D2‧‧‧第二射出光束
S405~S430‧‧‧成像方法各步驟
圖1是依照本發明一實施例的成像裝置的方塊圖。
圖2是依照本發明一實施例的成像裝置的結構示意圖。
圖3是依照本發明另一實施例的成像裝置的結構示意圖。
圖4是依照本發明一實施例的成像方法的流程圖。
圖1是依照本發明一實施例的成像裝置的方塊圖。請參照圖1，成像裝置100可設置於可攜式電子裝置或任何需要配備照相功能的電子裝置等。成像裝置100包括分光單元120、第一成像模組130、第二成像模組140以及處理器150。
分光單元120用以接收入射光束B，並將入射光束B分離為第一分光光束C1以及第二分光光束C2。第一成像模組130接收第一分光光束C1而形成第一影像。第二成像模組140接收第二分光光束C2而形成第二影像。
處理器150分別耦接至第一成像模組130與第二成像模組140，控制第一成像模組130與第二成像模組140以部分重疊的視角進行拍照以自第一成像模組130與第二成像模組140獲得以 部分重疊的視角拍攝的第一影像與第二影像，並透過處理器150疊加第一影像與第二影像而獲得合成影像，其中第一成像模組130與第二成像模組140可以同時進行拍照或者第一成像模組130與第二成像模組140彼此間隔一段時間進行拍照，於本實施例中不以此為限。
處理器150例如為中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、圖像處理單元(Graphic Processing Unit，GPU)、物理處理單元(Physics Processing Unit，PPU)、可程式化之微處理器(Microprocessor)、嵌入式控制晶片、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)或其他類似裝置。處理器150控制第一成像模組130與第二成像模組140進行拍照，以自第一成像模組130與第二成像模組140獲得第一影像與第二影像。
第一成像模組130與第二成像模組140為獨立的成像模組，藉由第一成像模組130與第二成像模組140來達成雙鏡頭光學變焦的效果。例如，第一成像模組130為廣角系統，第二成像模組140為望遠系統。底下再舉例來詳細說明成像裝置100的結構。
圖2是依照本發明一實施例的成像裝置的結構示意圖。請參照圖2，成像裝置100還包括入射單元110。入射單元110為一透鏡，可收集入射的光束。入射單元110用以集中來自環境光源的複數個光束A以輸出入射光束B，並將入射光束B入射至分 光單元120。
分光單元120例如為分光鏡或其他具有分光功能的分光裝置。
第一成像模組130包括第一透鏡模組131、第一對焦感測器133、第一驅動電路135以及第一致動器137。處理器150分別耦接至第一驅動電路135與第一對焦感測器133，透過處理器150來驅使第一驅動電路135與第一對焦感測器133進行運作。第一對焦感測器133例如為高速混合自動對焦(Fast Hybrid Autofocus)感測器。在此，高速混合自動對焦感測器是由相位檢測自動對焦(Phase Detection Autofocus，PDAF)感測器與對比檢測自動對焦(Contrast Detection Autofocus，CDAF)感測器結合。據此，第一對焦感測器133能夠提供兩種自動對焦模式，即對比檢測自動對焦模式與相位檢測自動對焦模式。第一成像模組130結合這兩種自動對焦模式以便在追蹤快速移動的拍攝目標時，可選擇性地於這兩種自動對焦模式之間作切換，提高準確度及快速回應。
相位檢測自動對焦模式是基於將進入鏡頭的光線投射到PDAF感測器上，利用PDAF感測器對鏡頭徑向兩方的光線進行對比。對比檢測自動對焦模式主要是通過在圖像中對焦主體對比度信息的調整過程中，檢測出最高對比度的位置，即，增加對焦點區域的亮度對比，尋找亮度對比最高的區域，並且將焦點鎖定在該位置。
在第一成像模組130中，處理器150透過第一驅動電路 135來控制負責調整第一透鏡模組131的位置的第一致動器137，以便調整焦距亦或是放大倍數。第一致動器137例如為音圈馬達(Voice Coil Motor，VCM)，亦可使鏡頭自動對焦及影像穩定等。
第二成像模組140包括第二透鏡模組141、第二對焦感測器143、第二驅動電路145以及第二致動器147。處理器150分別耦接至第二驅動電路145與第二對焦感測器143，透過處理器150來驅使第二驅動電路145與第二對焦感測器143進行運作。在第二成像模組130中，處理器150透過第二驅動電路145來控制負責調整第二透鏡模組141的位置的第二致動器147，以便調整焦距亦或是放大倍數。第二對焦感測器143為對比自動對焦感測器(contrast Autofocus sensor)。第二致動器147例如為音圈馬達。
第一透鏡模組131包括廣角鏡頭，第二透鏡模組141包括長焦段鏡頭。第二透鏡模組141的視角(field of view，FOV)小於第一透鏡模組131的視角。例如，第二透鏡模組141的視角為30°~50°，第一透鏡模組131的視角大於75°。然，在此僅為舉例說明，並不以此為限。
多個光束A進入到入射單元110並輸出入射光束B，入射光束B進入至分光單元120，並經過分光單元120分離成第一分光光束C1及第二分光光束C2。第一分光光束C1進入第一透鏡模組131，並通過第一透鏡模組131射出第一射出光束D1至第一對焦感測器133。第一對焦感測器133可以完全接收到第一射出光束D1，而在第一對焦感測器133形成第一影像。
同時，由分光單元120分離出的第二分光光束C2進入第二透鏡模組141，並通過第二透鏡模組141射出第二射出光束D2至第二對焦感測器143。第二對焦感測器143可以完全接收到第二射出光束D2，而在第二對焦感測器143形成第二影像。
在此，第一成像模組130會基於環境光源的亮度來決定啟動第一對焦感測器133的對比檢測自動對焦模式或相位檢測自動對焦模式。於一實施例中，例如處理器150包含一影像訊號處理器(Image Signal Processor，ISP)，由處理器150的影像訊號處理器來判斷環境光源的亮度是否小於預設值，而處理器150可以任何方式取得環境光源的亮度，於此不以為限。在判定環境光源的亮度小於預設值時，處理器150驅動第一對焦感測器133切換至對比檢測自動對焦模式。在判定環境光源的亮度未小於預設值時，處理器150驅動第一對焦感測器133切換至相位檢測自動對焦模式。
圖3是依照本發明另一實施例的成像裝置的結構示意圖。在本實施例中將與上述成像裝置100具有相同功能的構件標記相同的符號，並省略相關說明。圖3的成像裝置300與成像裝置100之間的差異點在於：影像訊號處理器(Image Signal Processor，ISP)係設置於成像裝置300的第一成像模組130，即第一成像模組130更包括一影像訊號處理器301，其中影像訊號處理器301耦接於第一對焦感測器133。
在本實施例中，例如，以第一分光光束C1經由第一透鏡 模組131射出的第一射出光束D1的亮度來做為環境光源的亮度，並且由耦接於第一對焦感測器133的影像訊號處理器301來判斷第一射出光束D1的亮度是否小於預設值。
在判定第一射出光束D1的亮度小於預設值時，影像訊號處理器301驅動第一對焦感測器133切換至對比檢測自動對焦模式。在判定第一射出光束D1的亮度未小於預設值時，影像訊號處理器301驅動第一對焦感測器133切換至相位檢測自動對焦模式。
另外，在其他實施例中，也可將影像訊號處理器301設置在第二成像模組140內，以第二分光光束C2經由第二透鏡模組141射出的第二射出光束D2的亮度來做為環境光源的亮度。在判定第二射出光束D2的亮度小於預設值時，影像訊號處理器301通知處理器150，由處理器150來驅動第一對焦感測器133切換至對比檢測自動對焦模式。在判定第二射出光束D2的亮度未小於預設值時，影像訊號處理器301通知處理器150，由處理器150來驅動第一對焦感測器133切換至相位檢測自動對焦模式。
底下搭配上述成像裝置100來說明成像方法。圖4是依照本發明一實施例的成像方法的流程圖。請同時參照圖2及圖4，在步驟S405中，利用分光單元120將入射光束B分離為第一分光光束C1與第二分光光束C2，而第一分光光束C1與第二分光光束C2分別入射至第一成像模組130與第二成像模組140。
接著，在步驟S410中，判斷環境光源的亮度是否小於預設值，以基於環境光源的亮度來啟動第一成像模組130的第一對 焦感測器133的相位檢測自動對焦模式與對比檢測自動對焦模式其中一個。在此，預設值例如為300 lux。然，300 lux僅為舉例說明，並不以此為限。
步驟S410對應影像訊號處理器301設置在處理器150內的實施例時，由影像訊號處理器301判斷環境光源的亮度是否小於預設值，進而驅動第一對焦感測器133以啟動第一對焦感測器133的相位檢測自動對焦模式與對比檢測自動對焦模式其中一個。
步驟S410對應圖3的實施例時，第一射出光束D1的亮度做為環境光源的亮度，並由耦接於第一對焦感測器133的影像訊號處理器301來判斷第一射出光束D1的亮度是否小於預設值，進而啟動第一對焦感測器133的相位檢測自動對焦模式與對比檢測自動對焦模式其中一個。
步驟S410對應影像訊號處理器301設置在第二成像模組140內的實施例時，第二射出光束D2的亮度做為環境光源的亮度，並由設置在第二對焦感測器143內的影像訊號處理器301判斷第二射出光束D2的亮度是否小於預設值，進而透過處理器150驅動第一對焦感測器133以啟動第一對焦感測器133的相位檢測自動對焦模式與對比檢測自動對焦模式其中一個。
在判定環境光源的亮度小於預設值時，在步驟S415中，驅動第一成像模組130以切換至對比檢測自動對焦模式。在判定環境光源的亮度未小於預設值時，在步驟S420中，驅動第一成像模組130以切換至相位檢測自動對焦模式。
在決定了第一對焦感測器133的自動對焦模式之後，在步驟S425中，處理器150控制第一成像模組130與第二成像模組140以部分重疊的視角進行拍照以自第一成像模組130與第二成像模組140獲得以部分重疊的視角拍攝的第一影像與第二影像。
具體而言，處理器150分別自第一對焦感測器133與第二對焦感測器143接收到第一對焦訊號與第二對焦訊號。之後，處理器150分別對應地產生第一控制訊號與第二控制訊號，並分別傳送第一控制訊號與第二控制訊號至第一驅動電路135與第二驅動電路145。
第一驅動電路135在接收到其對應的第一控制訊號之後，驅動第一致動器137來調整第一透鏡模組131的位置，而改變第一對焦感測器133的對焦距離。而第二驅動電路145在接收到其對應的第二控制訊號之後，驅動第二致動器147來調整第二透鏡模組141的位置，而改變第二對焦感測器143的對焦距離。之後，處理器150控制第一對焦感測器133與第二對焦感測器143以部分重疊的視角進行拍照，而自第一成像模組130與第二成像模組140獲得以部分重疊的視角拍攝的第一影像與第二影像。
在此第一對焦感測器133與第二對焦感測器143可以使用同一個對焦訊號來進行對焦，也可以使用不同的對焦訊號進行對焦。
在獲得第一影像與第二影像之後，在步驟S430中，處理器150疊加第一影像與第二影像而獲得合成影像。處理器150執 行影像處理演算法來疊加第一影像與第二影像。舉例來說，可使用影像縫合(Image Stitching)演算法來疊加多張影像。
影像縫合演算法主要包括影像比對(image matching)與融合(image blending)兩個部分。首先，比對第一影像與第二影像之間相同的特徵點，即找出重疊的部分，之後將重疊的部份進行縫合。然後，對縫合處進行色彩的調合與校正，使得第一影像與第二影像能夠疊加在一起，而不會產生色彩不連續的現象。
例如，在第一成像模組130所產生的第一影像中，框選欲合成區域進行背景與圖形的灰階2值化轉換，以找出合成區域的特徵點並設定門檻值(threshold)來進行置換比對。並且，對第二成像模組140所產生的第二影像進行灰階2值化轉換。接著，對第一影像和第二影像進行水平垂直向量差值計算後進行插補點的縫合匹配，將背景區域維持原樣，對合成區域進行圖形置換後，進行色彩還原，因此可將拍攝到的第一影像與第二影像做疊加，達到光學變焦的效果。
綜上所述，本發明組合屬於廣角系統的第一成像模組與屬於望遠系統的第一成像模組在一個成像裝置中，在外觀上僅需設計一個鏡頭孔來接收來自環境光源的多個光束A，並利用分光單元將入射光束分離為兩束光束，據此，可達到雙鏡頭的光學變焦的效果。並且，第一成像模組可基於環境光源的亮度而自行切換為對比檢測自動對焦模式或相位檢測自動對焦模式，因此在環境光源較暗時，也能夠提升對焦的精準度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種成像裝置，包括： 一分光單元，接收一入射光束，並將該入射光束分離為一第一分光光束與一第二分光光束； 一第一成像模組，接收該第一分光光束而形成一第一影像，該第一成像模組基於一環境光源的亮度在一相位檢測自動對焦模式與一對比檢測自動對焦模式之間進行切換； 一第二成像模組，接收該第二分光光束而形成一第二影像；以及 一處理器，分別耦接至該第一成像模組與該第二成像模組，控制該第一成像模組與該第二成像模組以部分重疊的視角進行拍照以自該第一成像模組與該第二成像模組獲得以部分重疊的視角拍攝的該第一影像與該第二影像，並透過該處理器疊加該第一影像與該第二影像而獲得一合成影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的成像裝置，其中該處理器包括一影像訊號處理器，該影像訊號處理器判斷該環境光源的亮度是否小於一預設值； 在判定該環境光源的亮度小於該預設值時，該處理器驅動該第一成像模組切換至該對比檢測自動對焦模式； 在判定該環境光源的亮度未小於該預設值時，該處理器驅動該第一成像模組切換至該相位檢測自動對焦模式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的成像裝置，其中 該第一成像模組，包括： 一第一透鏡模組，接收該第一分光光束；以及 一第一對焦感測器，耦接該處理器，且該第一對焦感測器具有該相位檢測自動對焦模式以及該對比檢測自動對焦模式，接收該第一透鏡模組射出的一第一射出光束而由該第一對焦感測器形成該第一影像； 該第二成像模組，包括： 一第二透鏡模組，接收該第二分光光束；以及 一第二對焦感測器，耦接該處理器，且該第二對焦感測器接收該第二透鏡模組射出的一第二射出光束而由該第二對焦感測器形成該第二影像； 其中，該第二透鏡模組的視角小於該第一透鏡模組的視角。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的成像裝置，其中 該第一成像模組更包括： 一第一驅動電路，耦接至該處理器；以及 一第一致動器，耦接至該第一驅動電路與該第一透鏡模組，該處理器透過該第一驅動電路控制該第一致動器以調整該第一透鏡模組的位置； 該第二成像模組更包括： 一第二驅動電路，耦接至該處理器；以及 一第二致動器，耦接至該第二驅動電路與該第二透鏡模組，該處理器透過該第二驅動電路控制該第二致動器以調整該第二透鏡模組的位置。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的成像裝置，其中該第一成像模組更包括： 一影像訊號處理器，耦接於該第一對焦感測器，判斷作為該環境光源的進入該第一對焦感測器的該第一射出光束的亮度是否小於一預設值； 其中，在判定進入該第一對焦感測器的該第一射出光束的亮度小於該預設值時，該影像訊號處理器驅動第一對焦感測器切換至該對比檢測自動對焦模式； 在判定進入該第一對焦感測器的該第一射出光束的亮度未小於該預設值時，該影像訊號處理器驅動第一對焦感測器切換至該相位檢測自動對焦模式。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的成像裝置，其中該第一致動器為一音圈馬達。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的成像裝置，其中該第一透鏡模組包括一廣角鏡頭，該第二透鏡模組包括一長焦段鏡頭。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的成像裝置，更包括： 一入射單元，集中來自該環境光源的複數個光束以輸出該入射光束。
  9. 一種成像方法，包括： 利用一分光單元將一入射光束分離為一第一分光光束與一第二分光光束，而該第一分光光束與該第二分光光束分別入射至一第一成像模組與一第二成像模組； 基於一環境光源的亮度啟動該第一成像模組的一相位檢測自動對焦模式與一對比檢測自動對焦模式其中一個； 驅動該第一成像模組與該第二成像模組以部分重疊的視角進行拍照而獲得以部分重疊的視角拍攝的一第一影像與一第二影像；以及 疊加該第一影像與該第二影像而獲得一合成影像。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的成像方法，其中基於該環境光源的亮度啟動該第一成像模組的該相位檢測自動對焦模式與該對比檢測自動對焦模式其中一個的步驟包括： 在判定該環境光源的亮度小於一預設值時，驅動該第一成像模組切換至該對比檢測自動對焦模式；以及 在判定該環境光源的亮度未小於該預設值時，驅動該第一成像模組切換至該相位檢測自動對焦模式。
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