镜头自动对焦方法和相关的相机芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镜头自动对焦方法，尤其涉及一种可以修正镜头位置的统计值以增加自动对焦精度的镜头自动对焦方法和相关的相机芯片。
【背景技术】
[0002]请参照图1，图1是现有镜头自动对焦算法的示意图。参照图1，现有镜头自动对焦算法可描述如下:(I)将镜头移动到欲获得表示锐利程度统计值(锐利度值)的位置LI，并同时对图框I进行曝光；(2)在获得图框2的过程中取出镜头在位置LI所获得的锐利度值，并同时将镜头移动到位置L2并同时对图框2进行曝光；(3)重复进行上述步骤以获得对应多个位置(L1、L2、L3、…)的锐利度值；(4)将镜头移动到锐利度值最高的位置或是通过二次曲线逼近法所找出的锐利度值最高点的镜头位置，并将镜头推往该位置。
[0003]图1所示的镜头自动对焦方法会造成精度上的问题，因为在曝光时镜头仍在移动，因此所获得的锐利度值并不能精确表示所对应的镜头位置的清晰程度，举例来说，由于在曝光图框2时镜头是由位置LI移动到L2，因此，所获得的镜头在位置L2的锐利度值并非精确地对应到位置L2。为了解决该问题，有以下另外两种方法，其分别描述于图2、图3。
[0004]在图2所示的镜头自动对焦方法中，是先将镜头移动到位置LI之后，再曝光图框1，因此可以解决图1所示的所获得的锐利度值并不能精确表示所对应的镜头位置的问题。然而，图2的方法会有以下几个问题，其一是在低亮度时必须将图框时间(也即图2所示的图框1、图框2、图框3的时间长度)拉长，造成影格速率(Frames Per Second, FPS)的变化和下降，并且对于某些影格速率需固定或维持高张数的连续影像并不适用；其二是此方法限制在全局快门(global shutter)曝光模式,而无法适用于滚动快门(rolling shutter)曝光模式，其理由是由于滚动快门曝光模式中每一个感测元件曝光完成的时间不一样，因此在一般场景的曝光条件下无法分离出一段完全没曝光的图框区段进行镜头的移动。
[0005]在图3所示的镜头自动对焦方法中，是等待完整的一个图框，使得在镜头停在LI位置并且完整地曝光一个图框，至下一个图框3时再取出精确表示位置LI的锐利度值，但是代价则是自动对焦所花的时间将会大幅增加。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的之一在于提供一种镜头自动对焦方法和相关的装置，其可以解决自动对焦在曝光中镜头移动的偏差问题，且不用耗费多余时间等待重新曝光以及更改影格速率，此外，本发明可用在全局快门曝光模式以及滚动快门曝光模式，以解决现有技术中的问题。
[0007]根据本发明的实施例，一种镜头自动对焦方法包括:在镜头移动的同时进行曝光，以依次获得多个图框数据，多个图框数据分别对应多个镜头位置；根据多个图框数据计算分别对应于多个镜头位置的多个锐利度值；根据获得多个图框数据时镜头的移动信息，计算产生每一个图框的修正后镜头位置；以及根据多个修正后镜头位置与多个锐利度值，确定镜头的对焦位置。
[0008]根据本发明的实施例，一种相机芯片包括锐利度值计算单元以及镜头位置确定和控制单元，其中，锐利度值计算单元用于根据多个图框数据来计算分别对应于多个镜头位置的多个锐利度值，其中，多个图框数据是在镜头移动时同时进行曝光而依次获得的，且多个图框数据分别对应多个镜头位置；以及镜头位置确定和控制单元用于根据获得多个图框数据时镜头的移动信息，计算产生每一个图框的修正后镜头位置，并根据多个修正后镜头位置与多个锐利度值，确定镜头的对焦位置。
【附图说明】
[0009]图1是现有镜头自动对焦算法的示意图；
[0010]图2是现有镜头自动对焦算法的示意图；
[0011]图3是现有镜头自动对焦算法的示意图；
[0012]图4是根据本发明的实施例的影像获取装置的示意图；
[0013]图5是在曝光图框时镜头的位置和移动状态的示意图；
[0014]图6分别示出了原始镜头位置与锐利度值的关系曲线以及修正后镜头位置与锐利度值的关系曲线；
[0015]图7是在逐行曝光图框时镜头的位置和移动状态的示意图；
[0016]图8是根据本发明的实施例的一种镜头自动对焦方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]请参照图4，图4是根据本发明的实施例的影像获取装置400的示意图。如图4所示，影像获取装置400主要包括:镜头410、感测元件420、相机芯片430以及镜头驱动芯片440，其中，相机芯片430包括锐利度值计算单元432以及镜头位置确定和控制单元434。在本发明中，影像获取装置400可以应用于数字相机、网络摄像机(IP cam或是web cam)…等影像获取装置，感测元件420可以是电荷稱合元件(Charge Coupled Device, CO))或是互补金氧氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS),且感测兀件420所采用的曝光方式可以是全局快门(global shutter)曝光模式或是滚动快门(rollingshutter)曝光模式。此外，锐利度值计算单元432以及镜头位置确定和控制单元434可以使用硬件电路来实施，或者使用微处理器来执行对应的程序代码的软件方式来实施。
[0018]影像获取装置400的自动对焦操作时序类似图1所示的内容，也即，镜头位置确定和控制单元434提供镜头位置信息至镜头驱动芯片440，使镜头移动到位置LI，接着，镜头410将外界光线聚焦后投射到感测元件420上，感测元件420再将所感测到的影像数据(图框I)传送到锐利度值计算单元432中，以计算对应镜头位置LI的图框I的锐利度值；接着，镜头位置确定和控制单元434会提供镜头位置信息至镜头驱动芯片440中以移动镜头到位置L2，接着，镜头410将外界光线聚焦后投射到感测元件420上，感测元件420并将所感测到的影像数据(图框2)传送到锐利度值计算单元432中，以计算对应镜头位置L2的图框2的锐利度值；接着，重复上述操作以分别计算对应于镜头位置L3、L4、…的图框3、图框4的锐利度值。
[0019]如现有技术中所述，由于在曝光时镜头410仍在移动，因此所计算出的锐利度值并不能精确表示所对应的镜头位置的清晰程度，因此，在本发明中，会对镜头位置L1、L2、L3、…做修正以描述所计算出的锐利度值实质上是对应到哪一个镜头位置，之后再根据这些统计值来计算镜头的最佳位置。以下将针对全局快门曝光模式与滚动快门曝光模式来详述本发明的详细操作。
[0020]对采用全局快门曝光模式的感光组件420来说(全局快门曝光模式是指感光组件420中所有的感测单元(C⑶或CMOS)—起曝光来产生整个图框的数据)，请参照图5，图5是在曝光图框I时镜头410的位置和移动状态的不意图。参照图5,由于相机芯片430内部会存储有镜头410的移动信息以及所需要符合的相关规格，因此，镜头位置确定和控制单元434可以根据这些信息来获得镜头410在曝光图框I时的位置和移动状态。举例来说，在图5中，在曝光图框I时，镜头410会先停留在起始位置(也即附图中的L0)约4微秒(ms)，之后镜头410会从位置LO移动到位置LI,而移动的时间约8微秒,最后镜头410停留在终点位置(也即附图中的LI)约16微秒；因此，在图5的例子中，镜头410停留在位置LO的时间比例为(1/7)、镜头410在移动时的时间比例为(2/7)、而镜头410停留在位置LI的时间比例为(4/7)，根据这些信息，镜头位置确定和控制单元434可以使用以下公式来得到修正后的位置LI’:
[0021]LI，=L0*ffi+LM*ffm+LI*ffd ；
[0022]其中Wi为镜头410停留在初始位置LO的时间比例(本实施例中为(1/7))、Wm为镜头410在移动时的时间比例(本实施例中为(2/7))、Wd为镜头410停留在终点位置LI的时间比例(本实施例中为(4/7))、LM为镜头410移动时的中间位置(在本实施例中可以为(L0+L1) /2)。
[0023]需注意的是，上述计算出的修正后的位置LI’的公式仅为示例说明，而并非作为本发明的限制，在本发明的其它实施例中，只要修正后的位置LI’是根据镜头410的位置和移动状态的信息而计算出来的，其计算公式可以有其它任何适当的变化，这些设计上的变化均应属于本发明的范围。
[0024]接着，锐利度值计算单元432计算对应于图框I的锐利度值。因此，在镜头位置确定和控制单元434所记录的统计值中，图框I的锐利度值是对应修正后的镜头位置LI’，而并非如现有技术中的镜头位置LI。
[0025]需注意的是，图5所示的时序仅为示例说明，而并非是本发明的限制在其它的例子中，在曝光图框I时，可能不会有镜头停留在位置LO的情形，此时上述公式中的权重值Wi就会为“O”;同样地，若是在曝光图框I时没有镜头停留在位置LI的情形，则上述公式中的权重值Wd就会为“O”。
[0026]同样地，在接下来的操作中，锐利度值计算单元432分别计算对应于图框2、图框3、…等的锐利度值，而镜头位置确定和控制单元434也根据上述的公式来得到修正后镜头位置L2’、L3’、…，因此，在镜头位置确定和控制单元434所记录的统计值中，记录了图框1、图框2、图框3、…等的锐利度值与所对应的修正后镜头位置LI’、L2’、L3’、…。
[0027]接着，镜头位置确定和控制单元434根据所记录