专利名称：数字成像系统的自动调焦方法及其预览自动解析判读方法
技术领域：
本发明有关于一种数字成像系统的自动调焦方法及其预览自动解析判读方法，尤指一种采用特定设计的几何图形，且运用相应的数学算法将时域空间转成频域空间，以量化测试结果的数字成像系统的自动调焦方法及其预览自动解析判读方法。
背景技术：
数字系统的解析能力为反映系统成像清晰度的一个重要参数，也是衡量数字系统成像效果的一个重要指标之一。对不同画质的数字系统，随着研发、生产周期日益缩短和生产系统自动化能力提升的要求，准确调整数字系统的焦距及准确判定数字系统的解析能力已成为研发、生产厂商良率和自动化能力提升的一项重要要求，同时也是数字系统生产过程中的一个难点。
请参阅图1所示，其为公知数字成像系统的调焦方法的流程图，其步骤包括有首先，于白色纸上打印线宽不同的同心圆，放在光学系统的几何物距上(S100)；接着，通过光学系统，以预览在电视、计算机或LCD(LiquidCrystal Display)上所形成的动态图像(S102)；然后，采用人工判定图像中的光学干涉现象来判定清晰点(S104)，此部分跟作业人员的经验关系较大，无法量化准确调焦，也无法顾及整个画面的解析平衡度，调整出来的数字系统无法保证解析达到所需的要求，且调焦精度受测试环境亮度的影响，甚至光源的方向对调焦的精度也影响甚巨。
请参阅图2所示，其为公知数字成像系统的另一种调焦方法的流程图，其步骤包括有首先，于白色纸上打印线宽不同的同心圆，放在光学系统的几何物距上(S200)；接着，通过软件或DSP(Digital Signal Processors)硬件系统将调焦状况的清晰程度转化为对比度(S202)，当对比度数值大，代表分辨率也高(S204)；当对比度数值小，代表分辨率低(S206)。然而，对比度受环境亮度的影响甚大，不管亮度较大或较小，对比度值均随之偏小。而且，由于光学成像系统设计及制造过程中造成镜片不同部分的透光率差异，对对比度的影响较大。这样就容易导致具有同样的解析能力的光学系统，由于透光率的差别而产生软件或DSP返回对比度值偏差较大的情况，故而无法达到准确反映当前的解析能力。
请参阅图3所示，其为公知数字成像系统的解析判读方法的流程图，其步骤包括有首先，于白色纸上打印不同距离的黑白横条图案(S300)；接着，进行拍照，并将拍摄的图案传入计算机中(S302)；然后，由人眼或软件来进行解析判读(S304)。
现有数字成像系统的调焦方法、及其解析判读方法存在以下缺点(1)此方法须将拍摄的图案传入计算机再行判定，时间上花费较长。亦即，测试技术花费时间较长，生产作业过程复杂，造成自动化程度低。
(2)采用人眼主观判定分辨率，无法量化，且由于人眼判定的误差，易造成判读的误差。
(3)分辨率判定受测试环境的亮度、色温等外在因素影响较大。
由上可知，上述公知的数字成像系统的调焦方法、及其解析判读方法，在实际使用上，显然具有不便与缺陷存在，而可待加以改善。
发明内容
本发明的主要目的提供一种数字成像系统的调焦方法、及其解析判读方法，其采用特定设计的几何图形，且运用相应的算法将时域空间转成频域空间，以量化测试结果，同时可排除周围环境的影响，使调焦精度和解析精度效果一致，进而提高生产调整的精度、自动化程度及生产速度。
为了达到上述的目的，本发明提供一种数字成像系统的自动调焦方法，其步骤包括有首先，提供一具有感光耦合元件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的数字成像系统；接着，设置调焦测试图于该数字成像系统的预定焦距位置上；然后，通过该感光耦合元件或互补金属氧化物半导体，将该调焦测试图的成像，利用软件扫描识别，以预览方式读入该数字成像系统的存储器；接续，转换该成像的解析线条成为可分辨的线条数；然后，根据该线条数的多寡，以判定该光学成像系统是否达到预定的解析要求；最后，通过驱动装置，使该光学系统的光学成像停留在该预定解析要求的位置，从而达到调整预定焦距位置的要求。
根据本发明的构思，该调焦测试图为一黑白相间的几何图形。
根据本发明的构思，该黑白相间的几何图形可为至少一组水平和垂直方向组合的黑白并行线条、水平或垂直方向的放射状线条、或圆形放射图形。
根据本发明的构思，该转换的步骤中，进一步包括提供数学模型V＝V(n)/V(n+1)；其中V表示扫描过程中，两个相邻峰值亮度的比值；V(n)表示扫描过程中的最后一个峰值亮度；V(n+1)表示扫描过程中，新扫描到的峰值亮度；判断V与V_Level的关系；若V＞＝V_Level，则WhiteBlackCnt值加1；若V＜V_Level，则WhiteBlackCnt值维持不变，继续扫描下一个峰值；其中V_Level表示该调焦测试图所预定黑白变化的最小比值限度；WhiteBlackCnt表示可分辨线条数；以及完成一个扫描周期后，即可得到WhiteBlackCnt值。
根据本发明的构思，该判定的步骤中，进一步包括判定WhiteBlackCnt值的大小即可以确认该光学系统位置是否已经达到目标清晰位置。
根据本发明的构思，该驱动装置为一步进马达。
根据本发明的构思，该判定光学成像系统是否达到预定的解析要求的步骤中，若为否，则驱动该驱动装置，继续该调焦测试图的下一个位置的判断。
根据本发明的构思，该继续调焦测试图的下一个位置的判断的步骤后，进一步包括，若判定该光学成像系统无法满足预定的解析要求，即判为不良品。
为了达到上述的目的，本发明提供一种预览自动解析判读方法，其步骤包括有首先，提供一具有感光耦合元件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的数字成像系统；接着，设置调焦测试图于该数字成像系统的预定焦距位置上；然后，通过该感光耦合元件或互补金属氧化物半导体，将该调焦测试图的成像，利用软件扫描识别，以预览方式读入该数字成像系统的存储器；接续，转换该成像的解析线条成为可分辨的线条数；然后，根据该线条数的多寡，以判定该光学成像系统是否达到预定的解析要求；最后，通过驱动装置，使该光学系统的光学成像停留在该预定解析要求的位置，从而达到调整预定焦距位置的要求。
为了更进一步了解本发明为达到预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1是公知数字成像系统的调焦方法的流程图；图2是公知数字成像系统的另一种调焦方法的流程图；图3是公知数字成像系统的解析判读方法的流程图；图4是本发明数字成像系统的自动调焦方法的流程图；图5是本发明可分辨线条数量与解析能力的关系图；图6是本发明光成像系统的物理位置和解析能力(可判定线条数)的对应关系图；图7是本发明时域转频域的示意图；图8是本发明单一解析水平线条图形解析调焦方法的扫描清晰的示意图；图9是本发明单一解析水平线条图形解析调焦方法的扫描模糊的示意图；图10是本发明多种解析水平/垂直线条图形的解析调焦方法的示意图；图11是本发明放射状线条图形的解析调焦方法的示意图；图12是本发明圆形放射图形的解析调焦方法的示意图；以及图13是本发明数字成像系统的预览自动解析判读方法的流程图。
具体实施例方式
请参阅图4所示，其为本发明数字成像系统的自动调焦方法的流程图。由图中可知，数字成像系统的自动调焦方法的步骤包括有首先，在数字系统的光学物距上放置印有一组或几组水平和垂直方向的黑白并行线条(或一组或几组放射状线条，或圆形放射图形)的几何图形的调焦测试图(S400)；接着，通过数字系统的感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)以全景(Full Frame)成像方式预览读入系统存储器(RAM)区域(S402)；然后，利用软件扫描方式对要求解析判读的区域上的图案进行扫描识别，以仿真人眼判读解析方式，将图案上面的物理模型的时域空间(Time Domain)转化成频域空间(Frequency Domain)(S404)；接续，以数学计算方式算出系统的解析值不同解析区域的图形并继而转换成条数(S406)，并根据条数的多寡判定光学成像系统是否达到预定的解析要求(S408)。请参阅图5所示，其为本发明可分辨线条数量与解析能力的关系图，其中，可分辨线条数量越多，解析能力越高。
当可分辨线条的数量跟实际图片绘制线条数量一致时，解析能力处于最高值。通过驱动装置，其可为一驱动马达(图未示)，用以驱动光学成像系统，对光学成像系统的每个位置进行可分辨线条数计算并予以判定，这样当判定光学成像系统达到预定解析要求，同时，在可达到设定解析范围内找出可分辨线条数最高的位置，驱动步进马达，让光学成像停留在此位置，从而达到调整焦距位置的要求(S410)。如果光学系统可运动的范围内，未发现可分辨线条数达到要求的位置，即可判定此光学成像系统无法满足设定的解析要求，即判为不良品(S412)。请参阅图6所示，其为本发明光成像系统的物理位置和解析能力(可判定线条数)的对应关系图。
由图6可知，在光学成像系统运动过程中，解析能力通常是在某个位置呈现解析值的波峰，此处即为整个成像系统解析能力最佳的位置。自动调焦过程就是将这个位置找出并让光学成像系统停留在这个位置，并采用物理方式加以固定。保证光学系统的调焦清晰。
调焦测试图以白色作为底色，长宽尺寸跟具体的物距和CCD或CMOS成像的要求搭配，图上印有一组或几组水平和垂直方向的黑白并行线条(或一组或几组放射状线条，或圆形放射图形)的几何图形，每个测试区域所印的图形一致或根据不同区域的解析能力要求绘制不同的宽度的放射状或几组并行线条，线条均分为水平和垂直方向，也可以以圆形放射出去。图形上黑白距离的大小即代表不同的解析能力。扫描方向跟图片黑白方向一致，扫描过程中，将扫描路径上每点的亮度值记下，并和前面的点亮度作比较，当比值超过一定范围，即判定为黑白的变化，从而可分辨线条数加一。
请参阅图7所示，其是本发明时域转频域的示意图。本发明利用波峰值与波谷值的比值作为判定黑白的数学模型。其中V1～V11分别表示扫描过程中得出的亮度值；
V(n)表示扫描过程中的最后一个峰值亮度；V(n+1)表示扫描过程中的新扫描到的峰值亮度；V表示扫描过程中两个相邻峰值亮度的比值；V_Level表示设定的黑白变化的最小比值限度。
V_current表示当前亮度值。
WhiteBlackCnt表示可分辨线条数初始值为0，表示目前可扫描分辨出的线条数为零。
扫描过程中，每当扫描到黑白分界，即将WhiteBlackCnt加1，表示可分辨。当此数值达到实际线条数时，即表示系统达到目标解析位置。
扫描开始，由于扫描是从图的白色部分开始扫描，故立刻可得出图上白色部分的亮度V_current，并使V1＝V_current，继续扫描，当扫描过程中得出的亮度比V1大，即将V1＝V_current，扫描过程中得到的亮度V_current；当V_current达到亮度值最小时，记为V2，采用如下数学模型计算V＝V(n)/V(n+1)对计算结果V判定其与V_Level的关系(1)若V＞＝V_Level，表示V1和V2间存在黑白分界。WhiteBlackCnt加1；(2)若V＜V_Level，表示V1和V2间不存在黑白分界，WhiteBlackCnt维持不变，继续扫描到下一个峰值。如果扫描得后面的亮度值上升，表示此为亮度误差范围，属系统干扰或未达到清晰。
当一个扫描周期下来，可以得到WhiteBlackCnt值，判定WhiteBlackCnt值的大小即可以确认光学系统位置是否已经达到目标清晰位置。
当预定要求的位置未能达到设定解析要求时，驱动步进马达，继续下一个位置的判断。当在可调整的范围内进行全程确认解析值后，确定光学成像系统的最清晰位置，让光学成像系统停留在此位置，从而实现准确调焦。
由于此方法是采用模拟人眼判读解析的方式和机械自动调焦原理组成死循环控制系统，通过系统判定解析值来驱动光学成像系统，最后让光学成像系统停留在最清晰点位置，从而实现调焦。
以上为单一调焦系统的数学模型及对应的判定方法。对各种不同调焦图和解析图的调焦方式，其数学模型及相关原理源于上述。
对采用不同调焦图型的数学模型和实际方法细述如下(1)请阅图8及图9所示，其是本发明单一解析水平线条图形解析调焦方法的扫描清晰与模糊的示意图，其使用该步进马达驱动光学成像系统的机械部分，其中该步进马达的速度根据镜头实际能力作相应的调整；接着，在每步或每几步中作停顿，以读出画面；然后，依图8及图9中虚线部分，在画面指定位置分别从水平和垂直方向扫描；再根据系统读取得点亮度值，采用可分辨线条数的数学模型来判定黑线条或白线条；扫描完成后，根据扫描所得的线条数和实际绘制的线条数比较，得出光学成像系统停止位置和解析能力的对应关系；最后驱动步进马达让光学成像系统停留在扫描得线条数最多的位置，此即为清晰点位置。如果光学系统可运动的范围内，未发现可分辨线条数达到要求的位置，即可判定此光学成像系统无法满足设定的解析要求，即判为不良品(如图9所示)。
(2)请参阅图10所示，其是本发明多种解析水平/垂直线条图形的解析调焦方法的示意图，其使用步进马达驱动光学成像系统的机械部分，速度根据镜头实际能力作相应的调整。在每步或每几步中作停顿，然后读出画面，然后在画面指定位置分别对不同解析值的线条从水平和垂直方向扫描，如图中虚线部分的扫描方式，再根据系统读取得点亮度值，采用可分辨线条数的数学模型来判定黑线条或白线条，扫描完成后，根据扫描所得的线条数和实际绘制的线条数比较，得出光学成像系统停止位置和解析能力的对应关系。最后驱动步进马达让光学成像系统停留在扫描得线条数最多的位置，此即为清晰点位置。
(3)请参阅图11所示，其是本发明放射状线条图形的解析调焦方法的示意图。其使用步进马达驱动光学成像系统的机械部分，速度根据镜头实际能力作相应的调整。在每步或每几步中作停顿，然后读出画面，然后在画面指定位置分别从水平和垂直方向扫描，并延放射方向扫描，如图中虚线部分的扫描方式，再根据系统读取得点亮度值，采用可分辨线条数的数学模型来判定黑线条或白线条，扫描完成后，根据扫描所得的线条数和实际绘制的线条数比较，得出光学成像系统停止位置和解析能力的对应关系。
(4)请参阅图12所示，其本发明圆形放射图形的解析调焦方法的示意图。其使用步进马达驱动光学成像系统的机械部分，速度根据镜头实际能力作相应的调整。在每步或每几步中作停顿，然后读出画面，然后延图中虚线部分开始扫描，根据系统读取得点亮度值，采用可分辨线条数的数学模型来判定黑线条或白线条，扫描完成后，根据扫描所得的线条数和实际绘制的线条数比较，得出光学成像系统停止位置和解析能力的对应关系。
另外，请参阅图13所示，本发明提供一种数字成像系统的预览自动解析判读方法，其步骤包括有首先，提供一具有感光耦合元件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的数字成像系统(500)；接着，设置调焦测试图于该数字成像系统的预定焦距位置上(502)；然后，通过该感光耦合元件或互补金属氧化物半导体，将该调焦测试图的成像，利用软件扫描识别，以预览方式读入该数字成像系统的存储器(504)；接续，转换该成像的解析线条成为可分辨的线条数(506)；然后，根据该线条数的多寡，以判定该光学成像系统是否达到预定的解析要求(508)；最后，通过驱动装置，使该光学系统的光学成像停留在该预定解析要求的位置，从而达到调整预定焦距位置的要求(510)。
因此，预览解析判定原理跟自动调焦原理几乎一样，直接通过系统将成像所得图形直接进行可分辨线条数的计算(扫描过程跟自动调焦原理一致)，如果可分辨线条数达到设定的线条数(设定的解析值)，即可以作解析能力判定。此发明和其它方法不同的是直接通过成像系统预览时得到的图像，利用数字系统本身的计算和图像处理能力，直接对RAW Image Data(原始图像数据)进行分析和处理，得出可分辨的线条数。由于此为模拟人眼方法进行可分辨条数的读取和判定，结果可以和人眼判定一致。同时，可以省去必须拍照，读入计算机采用软件系统打开图像判定的步骤，加快生产的速度。另外，由于其具有固定的计算公式和方法，可以完全避免由于作业人员心情、人眼长时间作业疲劳、不同作业人员判定上的主观差别，保证判定结果的一致性。
以上所述，仅为本发明最佳的一的具体实施例的详细说明与附图，但本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以所附权利要求书为准，凡合于本发明的权利要求书的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技术者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种数字成像系统的自动调焦方法，其中包括的步骤有提供一具有感光耦合元件或互补金属氧化物半导体的数字成像系统；设置调焦测试图于该数字成像系统的预定焦距位置上；通过该感光耦合元件或互补金属氧化物半导体，将该调焦测试图的成像，利用软件扫描识别，以预览方式读入该数字成像系统的存储器；转换该成像的解析线条成为可分辨的线条数；根据该线条数的多寡，以判定该光学成像系统是否达到预定的解析要求；以及通过驱动装置，使该光学系统的光学成像停留在该预定解析要求的位置，从而达到调整预定焦距位置的要求。
2.如权利要求1项所述的数字成像系统的自动调焦方法，其特征是该调焦测试图为一黑白相间的几何图形。
3.如权利要求2项所述的数字成像系统的自动调焦方法，其特征是该黑白相间的几何图形可为至少一组水平和垂直方向组合的黑白并行线条、水平或垂直方向的放射状线条、或圆形放射图形。
4.如权利要求1项所述的数字成像系统的自动调焦方法，其特征是该转换的步骤中，进一步包括提供数学模型V＝V(n)/V(n+1)；其中V表示扫描过程中，两个相邻峰值亮度的比值；V(n)表示扫描过程中的最后一个峰值亮度；V(n+1)表示扫描过程中，新扫描到的峰值亮度；判断V与V_Level的关系；若V＞＝V_Level，则WhiteBlackCnt值加1；若V＜V_Level，则WhiteBlackCnt值维持不变，继续扫描下一个峰值；其中V_Level表示该调焦测试图所预定黑白变化的最小比值限度；WhiteBlackCnt表示可分辨线条数；以及完成一个扫描周期后，即可得到WhiteBlackCnt值。
5.如权利要求4项所述的数字成像系统的自动调焦方法，其特征是该判定的步骤中，进一步包括判定WhiteBlackCnt值的大小即可以确认该光学系统位置是否已经达到目标清晰位置。
6.如权利要求1项所述的数字成像系统的自动调焦方法，其特征是该驱动装置为一步进马达。
7.如权利要求1项所述的数字成像系统的自动调焦方法，其特征是该判定光学成像系统是否达到预定的解析要求的步骤中，若为否，则驱动该驱动装置，继续该调焦测试图的下一个位置的判断。
8.如权利要求7项所述的数字成像系统的自动调焦方法，其特征是该继续调焦测试图的下一个位置的判断的步骤后，进一步包括，若判定该光学成像系统无法满足预定的解析要求，即判为不良品。
9.一种数字成像系统的预览自动解析判读方法，其中包括的步骤有提供一具有感光耦合元件或互补金属氧化物半导体的数字成像系统；设置调焦测试图于该数字成像系统的预定焦距位置上；通过该感光耦合元件或互补金属氧化物半导体，将该调焦测试图的成像，利用软件扫描识别，以预览方式读入该数字成像系统的存储器；转换该成像的解析线条成为可分辨的线条数；以及根据该线条数的多寡，以判定该光学成像系统是否达到预定的解析要求。
全文摘要
本发明涉及一种数字成像系统的调焦方法及其解析判读方法，该数字成像系统的自动调焦方法包括提供一具有感光耦合元件或互补金属氧化物半导体的数字成像系统；设置调焦测试图于该数字成像系统的预定焦距位置；通过该感光耦合元件或互补金属氧化物半导体将该调焦测试图的成像，利用软件扫描识别，以预览方式读入该数字成像系统存储器；转换该成像的解析线条成为可分辨的线条数；根据该线条数的多寡，判定该光学成像系统是否达到预定解析要求；及通过驱动装置使该光学系统的光学成像停留在该预定解析要求的位置，达到调整预定焦距位置的要求。本发明可排除周围环境影响，使调焦精度和解析精度效果一致，提高生产调整精度、自动化程度及生产速度。
文档编号H04N5/225GK1831626SQ200510052628
公开日2006年9月13日 申请日期2005年3月7日 优先权日2005年3月7日
发明者区庆发, 陈首敏 申请人:普立尔科技股份有限公司