用於自適應自動聚焦算法的方法和系統的製作方法
2023-04-24 14:08:26 2
專利名稱：用於自適應自動聚焦算法的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理，更具體地，涉及基於焦點測量的噪聲水平的圖像自動聚焦。
背景技術：
許多當前的數字式照相機提供自動聚焦特徵，其由具有一個或更多傳感器的光學系統和沿著光軸定位透鏡從而自動檢測最佳焦點的控制系統組成。傳感器估算該焦點測量(通常是圖像中梯度的和)，並且將透鏡停止在最大焦點測量的位置(是最尖銳焦點的位置)。為了確定已經發現實際最尖銳焦點位置，許多數字式照相機採用自動聚焦算法，其包括通過持續將透鏡移動過可疑的最尖銳焦點從而使圖像變模糊而超過最尖銳焦點的過程。如果該模糊發生，那麼照相機假設實際上已經找到最尖銳焦點位置，並且將透鏡返回到焦點測量最大化的位置。照相機到達最尖銳焦點所用的時間對能夠獲取期望圖像是關鍵。為了試圖最小化到達最尖銳焦點位置的時間，自動聚焦算法可以限制過調的量，同時試圖驗證最尖銳焦點。然而，這樣做導致不可靠的驗證並且可能導致錯過最尖銳焦點位置。更慎重的自動聚焦算法可以顯著地增加過調以保證驗證最尖銳焦點的位置，但是可能導致令人不快的模糊顯示給照相機操作人員。自動聚焦算法中過調的理想選擇實際上取決於聚焦的特定場景(scene)，包括對象的移動、場景的照明度和圖像內的對比度。在具有高對比度的高度照明的圖像中，只需要少量過調驗證最尖銳焦點的位置。在低光條件中，圖像和焦點測量隨圖像中的噪聲變模糊，由此促使更長時間的過調。典型的自動聚焦算法引入預定義模糊過調閾值，該閾值是為「正常」條件集合設計的，但是其在高亮度/低噪聲環境中不是最有效的，並且不可用於低亮度/高噪聲環境。這些不足導致在高焦點 測量情形和低焦點測量情形中非最佳的自動聚焦，並且可能不能在低亮度條件中自動聚焦。因此，需要能夠基於焦點測量的噪聲水平確定過調閾值的自適應自動聚焦算法。進一步地，自適應閾值被設計成焦點測量的多個當前噪聲水平。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供了以下自動聚焦系統和自動聚焦方法:(I) 一種用於自動聚焦的系統，包括:圖像獲取裝置，被配置為接收圖像；控制器，被配置為確定所述圖像的焦點測量和所述焦點測量的噪聲水平；以及聚焦系統，被配置為:基於所述噪聲水平確定自適應閾值；以及使用自適應閾值水平，通過移動所述圖像獲取裝置中的透鏡調節所述圖像的焦點，直到達到最大焦點測量位置。
(2)根據(I)所述的系統，其中，所述控制器持續確定所述焦點測量和所述焦點測量的所述噪聲水平。(3)根據(I)所述的系統，其中，所述聚焦系統將用於所述焦點測量的所述自適應閾值確定為所述焦點測量的多個所述噪聲水平。(4)根據(I)所述的系統，其中，所述焦點系統通過將所述最大焦點測量位置過調一自適應閾值量然後返回到所述最大焦點測量位置，驗證所述最大焦點測量位置。(5)根據(I)所述的系統，其中，所述控制器基於強度確定所述焦點測量。(6)根據(I)所述的系統，其中，所述控制器基於所述圖像的梯度和確定所述焦點測量。(7) 一種用於自動聚焦的系統，包括:圖像獲取裝置，被配置為接收圖像；控制器，被配置為確定所述圖像的焦點測量和所述焦點測量的噪聲水平；以及聚焦系統，被配置為:基於所述焦點測量的所述噪聲水平確定所述焦點測量的自適應閾值；通過在第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的透鏡來調節所述圖像的焦點，直到所述焦點測量值減小等於所述自適應閾值的值；以及在第二方向上移動所述圖像獲取裝置中的所述透鏡。(8)根據(7)所述的系統，其中，所述聚焦系統在所述第二方向上移動所述透鏡，直到所述焦點測量達到最大值，然後從所述最大值減小等於所述自適應閾值的值。(9)根據(7)所述的系統，其中，所述聚焦系統在所述第二方向上移動所述透鏡，直到達到最大焦點測量位置。(10)—種用於自動聚焦的方法，包括:在圖像獲取裝置中接收圖像；確定所述圖像的焦點測量；通過在第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的透鏡，調節所述圖像焦點；估算所述焦點測量的噪聲水平；通過在所述第一方向上進一步移動所述透鏡來持續調節所述圖像的焦點，直到所述焦點測量減小自適應閾值量；以及通過在第二方向上將所述透鏡移動到最大焦點測量位置來調節所述圖像的焦點，其中，所述自適應閾值量基於所述焦點測量的噪聲水平。(11)根據(10)所述的方法，其中，所述估算所述焦點測量的噪聲水平是持續執行的。(12)根據(10)所述的方法，其中，所述估算所述焦點測量的噪聲水平是周期性執行的。( 13)根據(10)所述的方法，其中，所述自適應閾值量是持續估算的。( 14)根據(10)所述的方法，其中，所述自適應閾值量是所述焦點測量的多個噪聲水平。(15)根據(10)所述的方法，其中，所述自適應閾值由於所述圖像的照明度減小而增加。
(16)根據(10)所述的方法，其中，所述焦點測量的確定基於光強度。(17)根據(10)所述的方法，其中，所述焦點測量的確定包括對所述圖像的梯度求和。( 18)根據(10)所述的方法，進一步包括，在通過在所述第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的所述透鏡來調節所述圖像的焦點直到達到最大焦點測量位置之前，在所述第二方向上移動所述透鏡，其中所述焦點測量減小。(19)根據(18)所述的方法，進一步包括:—旦確定所述焦點測量在減小，通過在所述第一方向上移動所述透鏡來調節所述圖像的焦點。(20)根據(19)所述的方法，其中，確定所述焦點測量在減小包括在所述第二方向上移動所述透鏡，直到所述焦點測量減小自適應閾值量。
參考附圖描述了示例性的實施方式。在附圖中，類似參考數字指示相同的或者功能類似的元件。另外，參考數字的最左側數字識別參考數字首次出現的圖。圖1示出用於圖像獲取裝置的自動聚焦系統的實例；圖2是示出在自動聚焦系統中給定焦點測量的透鏡位置的示圖實例，其排除焦點測量的噪聲水平分量；圖3是示出在自動聚焦系統中給定焦點測量的透鏡位置的示圖實例，其示出焦點測量估算的噪聲採樣；
圖4是示出根據本發明實施方式的在自動聚焦系統中給定焦點測量的透鏡位置的詳細示圖，其示出焦點測量估算的噪聲採樣；圖5是示出根據本發明實施方式的在具有低噪聲的自動聚焦系統中給定焦點測量的透鏡位置的示圖；圖6是示出根據本發明實施方式的在具有高噪聲的自動聚焦系統中給定焦點測量的透鏡位置的示圖；圖7和圖8示出根據本發明實施方式的用於基於焦點測量的噪聲水平的自適應自動聚焦算法的示例性方法的方框圖；以及圖9是根據本發明實施方式的自動聚焦系統的實例實施示圖。現在參考附圖描述示例性的實施方式。
具體實施例方式下列詳細說明參考附圖從而說明示例性的實施方式。詳細說明中提到的「一個示例性實施方式」、「示例性實施方式」等表示所描述的示例性實施方式可以包括特定的特徵、結構或者特點，但是每個示例性的實施方式可以不必包括特定特徵、結構或者特點。此外，這種短語不必指相同的示例性實施方式。進一步地，當結合示例性實施方式描述特定特徵、結構、特點時，在本領域技術人員已知的範圍內，無論是否明確描述，結合其他示例性的實施方式會影響這些特徵、結構或者特點。這裡所秒述的示例性實施方式是為說明性目的提供的，而不是限制。其他實施例也是可能的，並且在本公開的精神和範圍內可以對示例性實施方式作出修改。因此，該詳細說明不是意圖限制。而是本發明的保護範圍僅僅按照權利要求和其等價物限定。實施方式可以以硬體(例如，數位照相機和/或電路)、固件、軟體、或者其任何組合執行。實施方式也可實施為在機器可讀介質上存儲的指令，其可以由一個或更多處理器讀取並執行。機器可讀介質可以包括用於存儲由機器(例如，計算裝置)可讀形式的信息的任何機構。例如，機器可讀介質可以包括只讀存儲器(ROM);隨機存取存儲器(RAM);磁碟存儲器介質；光存儲介質；閃速存儲裝置。進一步地，這裡可以將固件、軟體、例行程序、指令描述為執行某些動作。然而，應該理解，這些描述僅僅為了方便起見，並且這些動作實際上源於計算裝置、處理器、控制器、或者執行固件、軟體、例行程序、指令等等的其他裝置。 為了討論的目的，術語「模塊」應該被理解為包括軟體、固件、和硬體(諸如電路、微晶片、或裝置，或者其任何組合中的一個或多個)、和其任何組合的至少一個。此外，應當清楚，每個模塊在實際裝置內可以包括一個或多於一個的組件，並且形成所述模塊的一部分的每個組件可以與形成該模塊一部分的任何其他組件合作或者獨立地起作用。相反地，這裡描述的多個模塊可以表示實際裝置內的單個組件。進一步，模塊內的組件可以在單個裝置中，或者以有線或無線的方式分布在多個裝置之間。示例性實施方式的下列詳細說明會完全揭示其總體性質，其他的能夠通過應用本領域技術人員已知知識，容易在不偏離本公開的精神和保護範圍為不同應用改進和/或改變，而無需過多實驗。因此，這些改變和改進在根據這裡給出的教導和指導的示例性實施方式的意義和多個等價物內。應當理解，這裡的短語或術語用於描述的目的而不是限制目的，以便本說明書的術語或者短語會由本領域技術人員按照這裡的教導解釋。儘管實施方式的描述是按照圖像獲取裝置(具體地，數字式照相機)描述的，但是本領域技術人員會認識到，該實施方式可以適用於其他成像裝置，而不偏離本公開的精神和範圍。 數字成像圖1示出根據本發明實施方式的自動聚焦(AF)系統100的方框圖。AF系統100包括能夠接收並獲取對象120的圖像的圖像獲取裝置110。圖像獲取裝置110包括可移動透鏡112、圖像傳感器114、模-數轉換器(ADC)116、數字圖像信號處理器(ISP)118、照相機控制器120以及聚焦驅動系統122。透鏡112由聚焦驅動系統122在任何方向上移動，但被示出為在由運動方向113指示的平面上移動。照相機控制器120分析圖像傳感器114的輸出，從而確定透鏡112是否應該由聚焦驅動系統122移動，以便使得對象120的圖像(這裡稱為圖像120)聚焦在圖像傳感器114上。ADC116將圖像120的模擬圖像數據轉換為數字圖像數據。照相機控制器120通過測量焦點測量確定圖像120是否焦點對準，焦點測量是通過在ISP118中處理圖像120估算的。焦點測量是從在圖像傳感器114上圖像120的像素值處理獲得的數學值。存在許多用於處理圖像120的算法，包括圖像上梯度和的簡單焦點測量，例如鄰近像素之間的絕對差的和。以這種算法，如果圖像是模糊的，則鄰近像素會具有非常近似的值，並因此焦點測量會相對低。如果圖像是尖銳的，則鄰近像素之間的差會相對高，並因此焦點測量會相對高。最尖銳的圖像對應於鄰近像素差值的最大和，並且表示圖像120聚焦的點。
在更加複雜的AF算法中，附加處理可用於執行額外的圖像分析。例如，只分析圖像特定區域的像素，例如在圖像中心的像素，或者可應用例如用於像素亮度、顏色、和立體頻率的濾波器。照相機控制器120在圖像傳感器114分析圖像120時也面臨圖像120內含有的其他信息，例如噪聲。圖像噪聲是數字照相中的常見問題。圖像噪聲能夠被看作模擬膠片照相中的膠片顆粒。圖像噪聲通常是所獲取圖像中的照明或者顏色的隨機變化，其增加了虛假和外來信息。圖像噪聲在低光條件下變得更加明顯。在低光下，圖像的適當曝光需要使用更長的快門速度、更高ISO設定(例如，增益或者曝光指數)、或這兩者的結合。在數字式照相機中，較長的快門速度和/或較高ISO設定導致圖像120內的噪聲相對增加。為了快速有效地達到焦點，如後面所討論的，ISP118引入圖像120中噪聲水平的分析和隨後聚焦驅動系統122和透鏡112的控制。自動聚焦期間的過調圖2是示出根據本發明實施方式的AF算法的基本循環的示圖實例，其示出給定焦點測量的透鏡位置。圖2中示圖沒有示出如後面所討論的任何圖像噪聲或對焦點測量的關聯影響。如前面所提到的，為了確定已經發現實際最尖銳焦點位置，數字式照相機通常採用自動聚焦算法，其包括通過持續將透鏡移動過懷疑的最尖銳焦點從而使圖像變模糊的過調最尖銳焦點。當該模糊發生時，照相機假設已經找到並經過最尖銳焦點位置，並且將透鏡返回到焦點測量最大化的位置。圖2示出焦點測量作為透鏡位置的函數的曲線圖。焦點測量最大化的位置(在點D)指示最尖銳焦點位置。點A指示透鏡112可能的起始位置。聚焦驅動系統122任意選擇透鏡112開始移動的方向113。在選擇`「正確」方向的情形中，透鏡112開始從點A向點D移動。然而，為了確定點D是否是最大焦點測量,照相機控制器120指示聚焦驅動系統122持續在相同方向上移動透鏡112，直到照相機控制器120確定圖像傳感器114上的圖像120的焦點測量在減小。一旦照相機控制器120作出這樣的決定，其指示聚焦驅動系統122將透鏡112在相反方向上移動,返回點D。當聚焦驅動系統122不正確地選擇移動透鏡112的起始方向113時，透鏡112開始從點A向點B移動。照相機控制器120感測到聚焦在減小，然後逆反透鏡112的移動方向113使得透鏡112向點D移動。如在先前的實例中，為了確定點D是否是最大焦點測量，照相機控制器120指示聚焦驅動系統122持續在相同方向上移動，直到照相機控制器120確定圖像傳感器114上的圖像120的焦點測量在減小。一旦照相機控制器120作出這樣的決定，其指示聚焦驅動系統122將透鏡112在相反方向上移動，返回點D。透鏡112從點A到B和從點D到C的移動可以被認為與對達到最尖銳聚焦點的過程的適得其反。同樣，如果在圖像120中不存在噪聲，那麼透鏡在從A到B的不正確的初始方向上和從點D到C的過調驗證情形中的移動能夠最小化到由於透鏡移動基本上無低效出現的點。然而，由於數字圖像本身包括噪聲，特別在低光線且高ISO設定中，過調驗證是必需的。自動聚焦期間的噪聲影響
圖3是根據本發明實施方式的AF算法的基本循環的示圖實例，其包括圖像噪聲的影響。儘管圖2示出點之間的平滑過渡，但是圖3包括隨機圖像噪聲，如具有用於對比的參考點A、B、C、和D的較小點所示。實際上，如圖2所示，AF算法不具有平滑清楚的焦點測量曲線，而是面臨在透鏡位置被修改的某些時間點的焦點測量估計的有噪聲樣本。圖3中的測量是有噪聲的並且由於圖像中的固有噪聲隨機波動，而且由於其他因素隨機地波動，例如照相機的隨機振動、運動、變化的照明度、ISO值設定等等。因此，在任何方向上從初始透鏡位置A向B或者D的移動會導致一些點聚焦值減小。在這種情況下，不是指示已經達到最尖銳聚焦點，而是僅指示已經找到「局部」峰值點。圖4示出這種情況，其中AF系統中的透鏡112具有由點A，a所示的初始位置。聚焦驅動系統122向點D移動透鏡116，試圖定位最尖銳焦點，例如焦點測量最大化的點。隨著透鏡116向點D開始移動，焦點測量值增加然後減小。在無噪聲環境中，照相機控制器120會得出達到最大焦點測量值的結論，因為焦點測量值開始減小。然而，如圖4所示，由於圖像噪聲，「最大」檢測點不是最尖銳焦點，而只是局部最大值。
隨著透鏡116持續移動經過局部最大點，達到局部最小點，其後焦點測量值再次增加並超越局部最大值。這種情況表明還沒有達到真實的最大焦點測量，並且懷疑的最大焦點測量值僅僅是局部最大值。為了避免這種錯誤檢測，必須在證實已經檢測到真實焦點測量點並且逆反透鏡112的移動方向返回到實際尖銳聚焦點之前，檢測大量的焦點測量。過調的值是任何AF算法內的關鍵權衡。如果過調的量太小，那麼會在最大焦點測量點錯誤地識別局部最大值。如果過調的值太大，那麼在超過尖銳焦點位置之後發生過度過調、浪費時間並產生觀察得到的模糊圖像。典型AF算法試圖通過定義在大部分情形中其作用的中程過調值，減輕錯誤識別和過度過調的發生，該中程過調值在整個噪聲條件的範圍不是最佳的。圖5和6將討論具有全範圍噪聲情形的自適應自動聚焦。在低噪聲中自適應自動聚焦圖5是示出根據本發明實施方式的自適應AF算法的循環的示圖實例，其示出在具有低噪聲信息含量的自動聚焦系統中給定焦點測量的透鏡位置。如前面所提到的，圖像噪聲在低光、高ISO情形中增加，而噪聲信息在高亮度、低ISO環境中減小。自適應自動聚焦算法識別圖像中含有的相對低的噪聲信息，且因此減小相應過調值的閾值。圖5再次示出透鏡112在點A的初始開始位置。還示出在無噪聲情況下焦點測量和透鏡位置之間的關係，被標作無噪聲軌跡。照相機控制器120周期性或持續地確定所接收圖像中的噪聲信息的量。噪聲信息的量被圖示為特定點和無噪聲軌跡之間的偏移。示出點W和標記低噪聲delta ( Δ )的實例。在具有低噪聲Λ的情況下，照相機控制器120基於噪聲Λ的量(例如，低噪聲Λ )分配過調閾值。在實施例中，該閾值在特定時間點被設定為多個噪聲測量例如，3χ噪聲Λ。因此,驗證真實最尖銳焦點位置是點D所需的過調量示為點D和點X之間的過調Δ。由於圖像噪聲水平不必需是常數，所以在實施方式中，照相機控制器120持續地監視所接收圖像中的噪聲的量並能夠持續修改過調閾值。在另一個實施方式中，照相機控制器120周期地確定所接收焦點測量中的噪聲的量並修改過調閾值。無論如何，該過調閾值自適應所接收焦點測量中的噪聲水平。
儘管在實施方式中移動透鏡112，但是在AF系統100內持續監視當前焦點測量。初始當前焦點測量值存儲在AF系統100內並被稱作最大焦點測量。噹噹前焦點測量超過所存儲的最大焦點測量時，所存儲的最大焦點測量以新的最大焦點測量替換。透鏡移動持續，直到焦點測量開始減小。由於焦點測量的減小能夠由隨機噪聲波動引起，所以透鏡移動在相同方向上持續，直到觀察到焦點測量統計上的顯著減小。此時兩種不同情形都是可能的。第一個情形發生，其中在透鏡移動期間焦點測量一直減小，在透鏡移動期間沒有達到和經過統計上顯著的最大值。在該情形中，透鏡移動方向被反向，並且重複該過程。給定該反方向，會達到最大聚焦，隨後焦點測量下降。第二種情形發生，其中在透鏡移動期間焦點測量最初增加，達到統計上顯著的最大值，然後焦點測量開始減小。在這個情形中，確定最大聚焦的位置，並且透鏡被移回最大聚焦位置。在傳統現有技術中，AF算法由預定或試探性定義的常數確定過調閾值。在本公開中，所需過調被確定為焦點測量噪聲的統計上顯著最大值。該方法給出最小化過調的優點。用戶通常認為當察覺的圖像顯著模糊時，AF系統預先形成不必要的、或者過度的、自動聚焦搜索。在本發明實施方式中，透鏡剛好移動到由於散焦的模糊與由於噪聲的模糊可比的點，因此不會觀察到感覺過度的模糊。然而，在顯著圖像噪聲的情況下，會相應增加閾值並且會保持魯棒性和可靠的AF操作。同樣的方法用於這樣的情形，其中從初始透鏡開始位置A，聚焦驅動系統122在焦點D的相反方向上選擇透鏡112的前進方向。在該情形中，照相機控制器120將基於多個噪聲測量確定圖像120的噪聲含量並選擇過調閾值。當超過閾值時，聚焦系統113會逆反透鏡112的前進方向。在高噪聲中自 適應自動聚焦圖6是示出根據 本發明實施方式的自適應AF算法循環的示圖實例，其示出在具有高噪聲信息含量的自動聚焦系統中給定焦點測量的透鏡位置。自適應自動聚焦算法識別圖像中含有的相對較高的噪聲信息，因此增加相應過調值的閾值，以便保證精確的最大焦點測量判斷。雖然低噪聲中自適應自動聚焦允許更快更有效的最尖銳聚焦位置確定，但是高噪聲環境中自適應自動聚焦允許精確的最大焦點測量判斷，其中典型的AF算法不能確定任何類型的最大焦點測量位置。圖6再次示出透鏡112在點A的初始開始位置。還示出在無噪聲情況下焦點測量和透鏡位置之間的關係，被標作無噪聲軌跡。照相機控制器120周期性或持續地確定所接收圖像中的噪聲信息的量。噪聲信息的量被圖示為特定點和無噪聲軌跡之間的偏移。示出點Y和標記的高噪聲Δ的實例。注意,高噪聲Δ大於圖5所不的低噪聲Δ。在高噪聲Λ的情形中，照相機控制器120基於噪聲Λ量分配過調閾值，例如高噪聲Λ。在實施方式中，該閾值設定在任何特定時間點的多個噪聲測量，例如3χ噪聲Λ。因此，驗證真實最尖銳焦點位置是點D所需的過調量被示為點D和Z之間的過調△。再次，注意高噪聲過調Δ大於圖5中所示的低噪聲過調。如前面所提，圖像噪聲水平不必是常數，並且照相機控制器120能夠持續或周期性監視所接收圖像中的噪聲量並修改關聯的過調閾值。
一旦已經得到閾值水平，照相機控制器120指示聚焦系統113將透鏡112返回到最大焦點測量位置，該位置由圖6中的點D指示。由於已知在特定點的噪聲水平的量，並且在這個實例中已經確定相對大，需要合理量的過調行進驗證點D實際上是最大焦點測量位置。因此，實際上可確定最尖銳聚焦位置D，然而典型AF算法使用不基於圖像的當前噪聲信息含量的「標準」或者名義上過調閾值，且不能確定任何類型的非焦點位置。同樣的方法用於在這樣的情形，其中從初始透鏡開始位置A，聚焦驅動系統122在焦點D的相反方向上選擇透鏡112的前進方向。在該情形中，照相機控制器120將基於多個噪聲測量確定圖像120的噪聲含量並選擇過調閾值。當超過閾值時，聚焦系統113將逆反透鏡112的前進方向。自適應自動聚焦算法的示例性方法結合圖2至圖6中所示的自適應自動聚焦算法和圖1中所述的系統描述根據實施方式的方法，但不限制於此。圖7是根據本發明實施方式的基於焦點測量的噪聲水平的自適應自動聚焦算法的示例性方法700的流程圖。為了易於解釋，參考使用圖2至圖6中方法的圖1中自適應自動聚焦系統描述方法700，但是方法實施方式不限制於此。方法700從在圖像獲取裝置接收圖像的步驟702開始。在實施方式中，自動聚焦系統100包括能夠接收並獲取對象120的圖像的圖像獲取裝置110。方法700通過在步驟704中確定圖像的焦點測量而繼續。在實施方式中，圖像獲取裝置110在圖像傳感器114接收對象120的圖像。照相機控制器120確定圖像傳感器114的焦點測量。方法700通過在步驟706中通過在第一方向上移動圖像獲取裝置中的透鏡調節圖像的焦點直到得到最大焦點 測量而繼續。在實施方式中，聚焦驅動系統122任意選擇開始移動透鏡112的方向113。如圖2所示，在選擇「正確」方向的情形中，透鏡112開始從點A向點D移動，其為最大焦點測量。方法700通過在步驟708估算焦點測量的噪聲水平而繼續。在實施方式中，照相機控制器120周期或持續地確定所接收圖像中的噪聲信息的量。噪聲信息的量示為特定點和無噪聲軌跡之間的偏移。圖5示出點W並標記為低噪聲Λ的實例。方法700通過在步驟710中在第一方向上進一步移動透鏡持續調節圖像的焦點直到焦點測量減小自適應閾值量而繼續。在實施方式中，為了確定點D是否是最大焦點測量，照相機控制器120指示聚焦驅動系統122持續在相同方向上移動透鏡120，直到照相機控制器120確定圖像傳感器114上的圖像120的焦點測量減小。一旦照相機控制器120作出這樣的確定，其指示聚焦驅動系統122在相反方向上移動透鏡112返回到點D。方法700通過在步驟712中基於自適應閾值量證實最大焦點測量表示尖銳焦點位置而繼續。在實施方式中，在如圖5所示的相對低噪聲△的情形中，照相機控制器120基於噪聲△量(例如，低噪聲△)分配過調閾值。在實施方式中，該閾值在任何特定時間點被設定在多個噪聲測量，例如3χ噪聲Λ。因此，驗證真實最尖銳焦點位置是點D所需要的過調的量被示為點D和X之間的過調Δ。方法700通過在步驟714中通過在第二方向上移動透鏡到尖銳焦點位置來調節圖像的焦點而繼續，其中自適應閾值量基於焦點測量的噪聲水平。在實施方式中，一旦已經得到該閾值水平，照相機控制器120指示聚焦系統113將透鏡112返回到最大焦點測量位置，該位置由圖5和6中的點D指示。然後，方法700結束。圖8是根據本公開實施方式的用於基於焦點測量的噪聲水平的自適應自動聚焦算法的示例性方法800的流程圖。為了易於解釋，參考圖1的自適應自動聚焦系統使用圖2至圖6的方法描述方法800，但是該方法的實施方式不限制於此。方法800從步驟802開始，選擇透鏡的移動方向並在所選擇方向上移動透鏡。在實施方式中，自動聚焦系統100包括能夠接收並獲取對象120的圖像的圖像獲取裝置110。在實施方式中，聚焦驅動系統122任意選擇開始移動透鏡112的方向113，並且開始在該方向上移動透鏡112。方法800通過在步驟804中確定圖像的焦點測量而繼續。在實施方式中，圖像獲取裝置110在圖像傳感器114接收對象120的圖像。照相機控制器120確定在圖像傳感器114的圖像120的焦點測量。方法800通過在步驟806中移動透鏡直到與焦點測量的噪聲水平相比焦點測量統計上顯著減小而繼續。在實施方式中，聚焦驅動系統122在方向113上移動透鏡112的位置，同時由ISP118監視焦點測量。如果當前焦點測量值超過先前的焦點測量，那麼ISP118以新值更新存儲的最大焦點測量。持續該過程直到觀察到焦點測量統計上顯著減小。方法800通過在步驟808中估算是否已經得到統計上顯著的聚焦最大值而繼續。在實施方式中，照相機控制器120周期性或持續地確定所接收圖像中的噪聲信息的量。噪聲信息的量被示為特定點和無噪聲軌跡之間的偏移。圖5中示出點W和標記為低噪聲Λ的實例。在實施方式中，為了確定點D是否是最大焦點測量，照相機控制器120指示聚焦驅動系統122持續在相同方向上移動透鏡112，直到照相機控制器120確定圖像傳感器114上的圖像120的焦點測量正在減小。方法800通過在步驟810判定是否已經得到最大焦點測量而繼續。如果判定實際上已經得到最大焦點 測量，那麼方法800直接進入步驟812，從而透鏡移動到最尖銳焦點置。如果沒有得到最大焦點測量，那麼步驟810改變透鏡的移動方向，並且移動透鏡直到觀察到焦點測量統計上顯著減小。在實施方式中，一旦照相機控制器120作出還沒有得到聚焦最大值的判定，則指示聚焦驅動系統122在相反方向上移動透鏡112，返回到點D。方法800通過在步驟812移動透鏡到最尖銳焦點位置而繼續。在實施方式中，一旦已經得到閾值水平，照相機控制器120指示聚焦系統113將透鏡112返回到最大焦點測量位置，該位置由圖5和6中的點D指示。然後,方法800結束。相關領域技術人員將認識到，該方法可額外地或可替換地包括上面討論的自動聚焦系統100的任何功能，並且示例性方法的上面描述既不應該被視為限制該方法，也不應該被視為限制自適應自動聚焦系統的描述。實例處理器系統實施圖9使出根據本發明實施方式的自動聚焦(AF)系統900的方框圖。AF系統900包括能夠接收並獲取對象920的圖像的圖像獲取裝置910。圖像獲取裝置910包括沿著光軸913可移動的透鏡912、圖像傳感器914、模-數轉換器(ADC) 916、數字圖像信號處理器(ISP) 918、照相機控制器920、聚焦驅動系統922、存儲單元930、RAM940和視頻輸出埠950。
在實施方式中，從圖像傳感器914獲得信號，並且該信號由ADC916轉換為數字格式。然後該數字格式圖像由ISP918處理，ISP918處理數字圖像並且在視頻輸出埠 950生成圖像獲取裝置910的輸出視頻。視頻輸出信號可以是數字或者模擬形式的，用於在照相機屏幕上顯示、和/或存儲、和/或經由電纜或者無線傳輸，和/或進一步的信號處理和/或播放、壓縮和/或編碼等等。ISP918也估算諸如圖像亮度和對比度的參數，用於照相機控制和圖像調諧。ISP918通過處理圖像或者視頻流估算這些參數。特別是ISP918估算焦點測量，其被傳輸到照相機控制器920，進而經由聚焦驅動系統922控制透鏡位置。結論應當理解，具體實施方式
而非摘要旨在用於解釋權利要求。摘要可以闡述一個或更多而不是全部示例性的實施方式，因此並未旨在以任何方式限制權利要求。上面藉助功能性結構單元描述了實施方式，這些功能性結構單元示出特定功能及其關係的實施。這些功能性結構單元的邊界在此為了描述的便利任意定義。也可定義可替換邊界，只要其中特定功能和關係是適當執行的。對於相關領域技術人員而言，顯然可以在不偏離本發明的精神和範圍的情況下對形式和細節進行不同改變。因此本發明不受任何上述示例性實施方式限制，而是僅由所附權利要求及其等價物 限定。
權利要求
1.一種用於自動聚焦的系統，包括: 圖像獲取裝置，被配置為接收圖像； 控制器，被配置為確定所述圖像的焦點測量和所述焦點測量的噪聲水平；以及 聚焦系統，被配置為: 基於所述噪聲水平確定自適應閾值；以及 使用自適應閾值水平，通過移動所述圖像獲取裝置中的透鏡調節所述圖像的焦點，直到達到最大焦點測量位置。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制器持續確定所述焦點測量和所述焦點測量的所述噪聲水平，或所述聚焦系統將用於所述焦點測量的所述自適應閾值確定為所述焦點測量的多個所述噪聲水平。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述焦點系統通過將所述最大焦點測量位置過調一自適應閾值量然後返回到所述最大焦點測量位置，驗證所述最大焦點測量位置。
4.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制器基於強度或基於所述圖像的梯度和確定所述焦點測量。
5.一種用於自動聚焦的系統，包括: 圖像獲取裝置，被配置為接收圖像； 控制器，被配置為確定所述圖像的焦點測量和所述焦點測量的噪聲水平；以及 聚焦系統，被配置為: 基於所述焦點測量的所述噪聲水平確定所述焦點測量的自適應閾值； 通過在第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的透鏡來調節所述圖像的焦點，直到所述焦點測量值減小等於所述自適應閾值的值；以及 在第二方向上移動所述圖像獲取裝置中的所述透鏡。
6.根據權利要求5所述的系統，其中，所述聚焦系統在所述第二方向上移動所述透鏡，直到所述焦點測量達到最大值，然後從所述最大值減小等於所述自適應閾值的值，或所述聚焦系統在所述第二方向上移動所述透鏡，直到達到最大焦點測量位置。
7.一種用於自動聚焦的方法，包括: 在圖像獲取裝置中接收圖像； 確定所述圖像的焦點測量； 通過在第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的透鏡，調節所述圖像焦點； 估算所述焦點測量的噪聲水平； 通過在所述第一方向上進一步移動所述透鏡來持續調節所述圖像的焦點，直到所述焦點測量減小自適應閾值量；以及 通過在第二方向上將所述透鏡移動到最大焦點測量位置來調節所述圖像的焦點， 其中，所述自適應閾值量基於所述焦點測量的噪聲水平。
8.根據權利要求7所述的方法，進一步包括，在通過在所述第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的所述透鏡來調節所述圖像的焦點直到達到最大焦點測量位置之前，在所述第二方向上移動所述透鏡，其中所述焦點測量減小。
9.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 一旦確定所述焦點測量在減小，通過在所述第一方向上移動所述透鏡來調節所述圖像的焦點。
10.根據權利要求7所述的方法，其中，確定所述焦點測量在減小包括在所述第二方向上移動所述透鏡，直到所 述焦點測量減小自適應閾值量。
全文摘要
本發明提出了一種用於自適應自動聚焦算法的方法和系統，其在圖像獲取裝置接收圖像、確定圖像的焦點測量、並通過在第一方向上移動圖像獲取裝置中移動透鏡調節圖像的焦點直到達到最大焦點測量位置。然後，該方法和系統估算焦點測量的噪聲水平，並通過在第一方向上進一步移動透鏡持續調節圖像的焦點直到焦點測量減小自適應閾值量，其中自適應閾值量基於焦點測量的噪聲水平。然後，該方法和系統通過在第二方向上移動透鏡到最大焦點測量位置調節圖像的焦點。
文檔編號G03B13/36GK103226279SQ20121057618
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月26日 優先權日2011年10月20日
發明者伊利亞·布萊瓦斯 申請人:美國博通公司