专利名称：用于图像传感器的自动聚焦的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字成像，更具体地讲，本发明涉及数字成像装置的自动聚焦的机构和方法。
背景技术：
一般地，数字成像装置可分为两种类型自动聚焦(auto-focus)和固定焦距(fixed-focus)。固定焦距装置通常是不能调节镜头或改变光圈，相反，其依靠的是大景深(depth of field)，其中目标物显示在焦点上。尽管在很多场合可以采用固定焦距装置，但是其捕获的图像不如自动聚焦装置捕获的图像那样轮廓清晰。
在镜头的焦点处捕获的图像是锐聚焦(sharp focus)，其中焦点定义为照相机镜头轴线上的光线实际汇聚点或虚拟汇聚点。然而，只要目标物处于镜头的景深范围内时，就可以产生相当清晰的图像。景深是距离照相机的一定距离范围，在该距离范围内捕获的目标物图像可以达到足够的聚焦。因此，相对于镜头而言，景深是横跨精确焦点两侧的区域范围。
有多种不同的方法和相关装置用来自动聚焦数字成像装置。在一种方法中，镜头沿着增大感光元件上的光线强度的方向移动并且在获得最大强度后停止移动；另一种自动聚焦技术是依靠有限冲激响应(简称FIR)滤波器来确定边缘特征和其锐度(清晰度)。由于结果显示的是失真的平均值，因而这种技术对于强度/色度值变化范围较宽的图像的效果较差。
现有技术提供了大量的自动聚焦控制电路和装置，其中多数是采用测量与感兴趣目标物之间的距离的方法并将其绘制成可测的量，这些可测的量驱动该光学系统到达准确的焦点。这种自动聚焦方法在平行于主要成像路径(main imaging path)的方向上进行，这种方法对以胶片为基础的照相机效果比较理想。
由于数字成像装置在市场中占据了优势，自动聚焦方法主要依靠从主要成像数据路径获得的数据。其基本假定是当图像包含最大量的高频信息时到达最佳的聚焦状态，高频信息是通过对数字图像数据的一部分进行数字滤波测量的。计算出的滤波后的频谱能量作为频率含量的测量值。
虽然在许多情况下都很高级，但相对固定焦距的装置，自动聚焦的数字成像装置在硬件方面更为复杂、制造成本更为昂贵、并且在操作方面更慢。因此，急需提供一种具有最小成本、最小额外空间、并且能够利用成像设备的现有元件而不需要增加专门的自动聚焦元件的自动聚焦。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用现存的成像设备的元件来实现自动聚焦功能的数字成像装置。
本发明的一种技术方案是提供一种用于数字成像装置的自动聚焦设备，设备包括光学系统，能够在光学系统的焦平面形成目标物图像；感光元件的二维阵列用于产生像素数据来表现图像；窗口工具用于在图像的至少一区域上提取像素数据；在区域的提取的像素数据的基础上计算至少一个对应于区域的聚焦状态的值；以及在区域的提取的像素数据的基础上计算至少一个对应于区域的场景活性的值；聚焦状态变化探测工具用以在场景活性值的基础上计算离焦指示器值；以及，状态跟踪机用于计算方向值与大小值以便从当前位置调整和重置光学系统，基于计算的聚焦状态值和离焦指示器值。
其中，状态跟踪机的方向值与大小值的计算包括存储以前位置的聚焦状态值，其中，在第一模式，存储两个以前的连续位置的聚焦状态值；在第二模式，存储具有最好聚焦质量的位置的聚焦状态值并且清除另一个值；以及在第三模式，清除所有存储的聚焦状态值；将当前聚焦状态值与存储的聚焦状态值相比较并且确定一个希望的位置以调整光学系统，其中方向值与大小值在存储的聚焦状态值以及以前的方向与大小值的基础上被计算；当达到最小的大小数值并且确定聚焦状态比其它任何存储的以前的聚焦状态都更佳时，停止聚焦调整；以及当离焦指示器值显示离焦状况时，重新开始聚焦调整。
窗口工具包括至少一对应于图像的每个区域窗口处理资源，用于提取像素数据，其中图像区域通过向窗口工具提供它们的位置与大小来指定，这些区域可以重叠。
上述的窗口工具可以包括至少一主要窗口处理资源以及一第二窗口处理资源，其中，主要窗口处理资源专门针对视频自动聚焦应用；第二窗口处理资源专门针对图像自动聚焦应用；以及分别进行主要窗口处理资源结果的后续处理和第二窗口处理资源结果的后续处理。
上述的自动聚焦设备还可以包括一模式，用于在主要窗口处理资源与第二窗口处理资源之间进行选择，作为窗口工具中的主动处理资源。
上述的窗口工具还可以包括至少一对应于图像的每个区域的窗口处理资源，并且每个窗口处理资源都采用数字滤波器，用以处理提取的像素序列，以便产生用于计算聚焦状态值的数字滤波的序列。
每个数字滤波器采用的那组数字滤波器参数是从一个或者多个预定的数字滤波器参数组中选择的。
进一步包括若干累加器单元采用把序列中的像素数据加成总值的方式累加每个数字滤波序列，总值显示序列中所有以前像素数据的总和，其中最后累加结果是加上数字滤波序列中的最后一个像素数据后由累加器单元计算出的总值。
上述的自动聚焦设备还进一步通过加权与求和窗口处理资源的最后累加结果的方法，计算出算术加权的累加总和。
其中，算术权重可以根据每个新图像而更新。
算术权重可以被分配成至少一个曲线组，并且每个曲线组由以下内容定义严格地包含一个来自窗口处理资源的最后累加结果；以及每个最后累加结果与一曲线组相关联。
上述的自动聚焦设备还进一步通过加权与求和窗口处理资源的最后累加结果的方法，计算出算术加权的累加总和，其中主要窗口处理资源采用的一个权重是1。
其中，上述的处理过程可以被编程设计在数字成像装置的至少一集成电路中。
窗口处理资源处理来自图像的单独读出的一个像素序列。
上述的聚焦状态变化探测工具采用来自至少两条曲线的结果，计算出离焦指示器值，并通过处理每个曲线组的加权累加总和而产生两组中间结果，其中，第一组中间结果是通过获取同一曲线组的两个预定加权累加总和之间的差分来计算的；第二组中间结果是通过同一曲线组的两个预定加权累加总和相除来计算的；以及离焦指示器值是通过阈值探测工具来计算的，该阈值探测工具对四组值运行逻辑运算，两组中间结果来自当前图像，两组中间结果来自以前图像。
本发明的另一种技术方案是提供一种用于数字成像装置的自动聚焦方法，方法包括产生像素数据来表现图像，采用充分位于光学系统焦平面的感光元件的二维阵列；在图像的至少一区域上提取像素数据；在区域的提取的像素数据的基础上，计算出至少一个对应于至少一个区域的聚焦状态值；在区域的提取的像素数据的基础上，计算出至少一个对应于至少一个区域的场景活性值；在场景活性值的基础上，计算离焦指示器值；以及基于计算的聚焦状态值和离焦指示器值计算方向值与大小值，以便从当前位置调整和重置光学系统，。
其中，方向值与大小值的计算包括存储0、1或2个以前位置的聚焦状态值；将当前聚焦状态值与存储的聚焦状态值相比较并且确定一个希望的位置以调整光学系统；在存储的聚焦状态值和以前的方向与大小值的基础上计算方向值与大小值；当达到最小的大小数值并且确定聚焦状态比其它任何存储的以前的聚焦状态都更佳时，停止聚焦调整；以及当离焦指示器值显示离焦状况时，重新开始聚焦调整。
其中，计算方向值与大小值包括选择一个位置用以调整光学系统，该位置是如果聚焦状态改善，则在以前位置以及当前位置的同一侧；如果聚焦状态降低并且方向值以前已经被计算过，则在以前位置与当前位置之间；以及如果聚焦状态降低并且方向数量以前没有被计算过，则在当前位置相对于以前位置的相反一侧。
上述的功能可以被编程设计在数字成像装置的至少一集成电路中。
本发明的又一种技术方案是提供一种用于数字成像装置的自动聚焦手段，包括一种手段，用于产生像素数据来表现图像；一种手段，用于在图像的至少一区域上提取像素数据，其中提取的像素数据来自图像的绿色分量或者强度分量；一种手段，用于在区域的提取的像素数据的基础上计算出至少一个对应于至少一个区域的聚焦状态值；一种手段，用于在区域的提取的像素数据的基础上计算出至少一个对应于至少一个区域的图像统计学值；一种手段，用于在图像统计学值的基础上计算出离焦指示器值；以及一种手段，其根据计算的聚焦状态值和离焦指示器值，计算出向值与大小值，便从当前位置调整和重置光学系统。
本发明的有益效果是通过利用现存的成像设备的元件来实现自动聚焦功能，而不需要增加专门的自动聚焦元件，因此既不会占用额外的空间，又能降低成本。
图1是本发明一种具体实施方式
中自动聚焦过程的高度概括的示意图。
图2是本发明另一具体实施方式
中图1中所示窗口单元执行程序的框图。
图3是本发明又一具体实施方式
中图1所示的窗口处理电路示意图。
图4是本发明再一具体实施方式
中图1所示的聚焦状态变化探测电路示意图。
图5是本发明再一具体实施方式
中图1所示的状态跟踪机构的控制流程图。
具体实施例方式
在下面的描述中，提供了许多特定细节，以便对本发明的具体实施方式
进行透彻的理解。但所属领域的熟练技术人员可以认识到，在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下仍能实施本发明，或者采用其它方法、元件等的情况下仍能实施本发明。另外，为了清楚地描述本发明的各种实施方案，因而对众所周知的结构和操作没有示出或进行详细地描述。尽管本发明的各种特征主要是以数字静物照相机进行描述的，但是本发明可以应用于任何的数字图像捕获系统和设备。因而，本发明的具体描述并非将本发明的应用性局限于任何特定的应用领域内。
在下面的描述中所使用的术语应以最宽的合理方式进行解释，尽管它结合应用在本发明的某个具体实施方式
的详细描述中。某些术语可能在下面的描述中被强调，但是，任何术语的限制性解释都将如同下面具体实施方式
中一样，进行公开而明确的定义。
在本发明的说明书中，提及“一实施方案”或“某一实施方案”时是指该实施方案所述的特定特征、结构或者特性至少包含在本发明的一个实施方案中。因而，在说明书各处所出现的“在一实施方案中”或“在某一实施方案中”并不一定指的是全部属于同一个实施方案；而且，特定的特征、结构或者特性可能以合适的方式结合到一个或多个的具体实施方案中。
本发明的具体实施方式
与用于数字成像装置的自动聚焦方法和设备有关。本发明提出的方法与装置通过计算数字图像来计算光学系统的聚焦状态，除了数字图像-捕获信号流程路径外不需要任何的附加硬件。在本申请披露的一种方法中，以计算的聚焦状态为基础，计算镜头运动的方向和大小。在该方法中，计算后的量被传送到镜头驱动设备，用于光学系统的递增调整以获得较好的聚焦。当达到了希望的聚焦质量后，该装置停止控制镜头驱动设备。
本发明的具体实施方式
提出了简便的、响应快速的数字自动聚焦的方法和设备。图1是本发明一实施方案的自动聚焦过程100的示意图，其可灵活地应用于在各种成像应用软件中。该实施方案提供了一种独特的方法用于测量捕获图像的频率含量。为了达到最佳聚焦，按照计算成本效率方式，本发明提出迭代的方法以获得接近最理想的镜头位置。该方法采用非线性控制方法控制光学系统的驱动器，其复杂程度较低，但是对于视频与静物成像应用软件都是高效的，并且可以应用于任何采用了焦距可调整镜头的数字成像装置。
如图1所示，感光元件二维阵列所捕获的原始图像数据102，或者来自初步图像捕获装置106的预处理图像数据104，被提供到窗口单元108中，其计算出可以量化当前聚焦状态质量的数值来。随后，聚焦状态变化探测电路110利用这种量化的聚焦状态值，计算出离焦指示器(out-of-focus indicator)值。
状态跟踪机(tracking state-machine)112利用上述量化的聚焦状态值和离焦指示器值，计算出一组方向与量级的数值114，以便驱动光学系统向着更好的聚焦位置运动。该离焦指示器值决定该光学系统是否需要被驱动，其可以启动或者关闭状态跟踪机112计算该方向与量级的数值114，或者启动或者关闭状态跟踪机112向镜头驱动设备传送这些数值。
图2是窗口单元(windowing unit)108运行的流程框图。窗口单元108的主要任务是计算适当描述聚焦状态的值。与希望的聚焦状态对应的值不是绝对的，并且在不同成像环境下是可以改变的。窗口单元108由若干个窗口处理电路202组成，每个窗口处理电路202仅处理来自指派的图像区域的数据。每个指派区域可以通过可编程设计的位置与大小参数来设定。
在一实施方案中，该区域的形状是矩形的，而且其一般如此定位该区域全在该图像的范围内，也就是，该区域没有一部分位于该图像之外。在另一实施方案中，其大小是64×32，而且在图像的全部长度和宽度内可以进行改变。各区域可以是不同的大小。根据应用软件开发者的需要，各区域还可以在图像内相互重叠。每个区域的相对重要性由其加权函数确定。
实际应用中一般需要6个或者更少的窗口处理电路202。然而，使用者/应用软件开发者可以决定电路202的数量。例如，使用者可能发现仅需要2个窗口处理电路，这样使用者可将其余的4个窗口处理电路的权重设置为零。窗口处理电路越多，对于应用软件开发者来说就越灵活。
模式选择单元208将窗口处理电路0与窗口处理电路202中其余的1-5区别开来。将由窗口处理电路0设定的、来自单一区域的非加权窗口处理结果，与来自多重区域的加权窗口处理结果区分开来，对于应用软件开发者来说，可以提供一种灵活的方法。例如，窗口处理电路0可以设定为包括整个图像，而窗口处理电路1-5可以设定为图像内那些较小的非重叠区域。窗口处理电路0相对其余的窗口处理电路予以选定的一种实例是聚焦变化，这样可以使得那些小窗口在跟踪聚焦方面效率变低。窗口处理电路0可以在大窗口的基础上被选择为提取更全面的聚焦状态。图像的哪个部分进入窗口处理电路0，由应用软件开发者指定；当然，其最大可以是整个的图像。
图3显示了窗口处理电路202的处理机构。窗口提取电路302决定何时从主图像数据流中提取对应于指定区域的像素数据。若确定某个像素属于预先指定的区域，则将其保留并提供给数字滤波器A(304)与B(306)。否则，在接下来的所有处理中均将其忽略。两个数字滤波器304与306中的每一个都可以被编程设计成从一组数字滤波器系数中选择出的滤波器系数。应用软件开发者可将滤波器A与B编程设计以提取图像的各种光谱信息，其中，一个滤波器可以是对高频图像数据更敏感，而另一个可以是对低频图像数据更敏感。两个滤波器的输出结果都被聚焦状态变化探测单元所利用。但是状态跟踪机只使用其中一个滤波器的输出结果。
数字滤波器是评价聚焦状态的主要手段，并且提取和评价该图像区域的某些频率成份。在一实施方案中，滤波器是一维滤波器，并且只在“水平”方向上滤波(若图像数据是以水平光栅扫描次序进行扫描的)，其包括有限数量的滤波阀(filter taps)，例如3到15个阀，(例如，[-1 0 2 0 -1])，而且它们是可编程的。在该实施方案中，滤波器是FIR滤波器，即每个窗口处理的数据首先被储存在延迟链(delaychain)中。然后，FIR滤波阀乘以延迟链中对应的延迟数据，并将相乘后的结果进行累加，以形成滤波结果。然后，数字滤波的数据序列在累加器308和310中被累加，如图3所示，直到整个区域全被处理完毕。这些得到的最后累加总和被作为窗口处理电路202的输出结果。
随后，来自每个窗口处理电路202的最后累加总和在两个算术加权单元A(204)和B(206)中进行算术加权，生成加权累加总和(weightedaccumulated sum)。这些加权单元204和206可通过它们的数字滤波器类型区别开来。算术加权单元A(204)与从数字滤波器A(304)滤波序列中生成的最后累加总和相关。同理，算术加权单元B(206)与数字滤波器B(306)相关。这两个加权的累加总和提供了一种图像统计学的全面测量，其被聚焦状态变化探测电路110用于量化图像区域(场景)的活性，并被状态跟踪机112用于量化聚焦质量。每个滤波结果与一个权重相乘，加权后的结果再被进行加和。因此加权实际上是一个加权的总和，而不是相乘加权结果的阵列。权重是可编程设计的，可被应用软件开发者调谐。调谐处理可以获得最好的聚焦跟踪。权重直接影响跟踪性能。由于这些权重是可编程设计的，如果应用软件开发者愿意，它们既可以硬编码(hard-coded)在设计中，也可以采用对图像的附加处理生成这些权重，并将所需的权重反馈给聚焦跟踪模块。
图4显示了聚焦状态变化探测电路110的处理机构。来自窗口单元的两个最后累加总和被传递到微分电路(difference circuit)402与除法电路(divide circuit)404。这些电路首先进行最后累加总和的预扫描，然后分别减去和除以这两个最后累加总和。预扫描简单地去掉(截去/绕过)一些超额点(excess bits)以便在进行差分和除法前将结果值适当校直，并初步校直算术加权A与算术加权B之间的结果。扫描仅应用在其中一个算术加权单元。接着，离焦判断电路406通过评价差分与除法结果的相对大小并通过将它们与预设的阈值进行比较，而对聚焦状态作出判断。
随着镜头的移动，聚焦状态也在不断改变。这使两个加权总和A和B也在改变。每组改变可以描绘出一条曲线(例如，高斯曲线)。理想状态下，当镜头离焦时，总和A和B将返回较低的值，而当镜头接近聚焦点时，两个总和将返回它们的最大值。但是，根据图像特性，这两条曲线将包含相当量的噪音，即使在聚焦点处。为了处理噪音，采用两组滤波器A和B。使用两个不同的滤波器意味着两条曲线(对不同的光谱内容敏感)将具有不同的振幅。这可以获得两条曲线之间的差异和比率。利用两条曲线并获得它们之间的差异和比率，可使该方法具有更强的能力克服聚焦跟踪中的噪音。
图5描述了状态跟踪机112的控制流程图，其通过将相应的状态跟踪信息存储在存储器中的方式来保存以前两个位置的轨迹。根据当前状态和储存的状态信息，状态跟踪机112可计算出镜头调整所需的方向和大小。储存的状态信息包括与数字滤波器B相关的、来自窗口单元的加权累加总和、以前计算出的方向和大小的数值、以及离焦指示器值。
在后面的段落中将介绍聚焦跟踪程序的一个实例。总之，希望的方向的计算是基于将当前位置的加权累加总和与毗连位置(也就是，前面的1或2位置)的加权累加总和进行比较。如果镜头是沿着与以前两个位置同一个的方向运动，那么希望的方向就是以前的方向。否则，如果镜头调转其方向，那么希望的方向可能在当前位置的左侧也可能在当前位置的右侧。调整方向使得加权累加总和接近最大值。大小调整是基于两项假定(1)以前到达过的位置全部不会再次到达(除非那里有聚焦状态变化)，以及(2)镜头到达最佳聚焦点(当接近最佳聚焦时，镜头调整量级可能减小)。
设备开始通电以后，状态跟踪机112复位到中间状态，其中镜头处于中间的(或松弛的)位置。接着，计算该位置的状态跟踪信息并储存在存储器内。接着一正向步进(对应于正方向与非零大小数值)被应用于镜头驱动设备。该新位置的状态跟踪被计算并存储在存储器内。接着来自这两个状态的信息，即当前的与初始的信息，被用于计算希望的方向与大小的数值，以便调整镜头位置。如果当前位置带来更好的聚焦质量，则选择正向作为希望的方向。否则，选择负向。该步骤中希望的大小数值一般是以前大小数值的两倍。
随着镜头被重新定位，计算出新的加权累加总和。在这个阶段，状态跟踪机112在“全局搜索”模式下工作。确定希望的方向的过程仍然相同，但确定大小数值的过程不同。如果当前位置带来更好的聚焦质量，希望的方向与大小的数值都仍然相同。否则，调转希望的方向并且大小数值减半。对于后面的那种情况，下一次镜头位置将在当前位置与以前位置之间。
调转搜索方向的条件，如图5所示，是基于将当前加权累加总和与以前存储的加权累加总和相比较的简单条件。可以采用更详细的条件以减小全局搜索过程中的“过冲”的数量，即镜头被驱动超过了该最佳聚焦点。这些条件可以利用来自不同时间测量的图像序列的其它性质的信息。
当镜头被重新定位时，计算出新的加权累加总和并且状态跟踪机112在“局部搜索”模式下工作。这种搜寻模式的主要特性是，在更新过程中，如果当前位置与以前位置相比没有更好的聚焦质量，那么保留该最好聚焦位置的状态跟踪信息。另一方面，如果当前位置具有最好的聚焦质量，那么以前的状态跟踪信息被清除并且当前的状态跟踪信息被储存。
通过将当前的状态跟踪信息与具有最好聚焦质量的状态跟踪信息进行比较，来确定方向和大小数量，以便接近该最佳聚焦点。通过局部搜索确定了最佳聚焦点以后，状态跟踪机112被置于闲置状态并且保持在该闲置状态，直到聚焦状态变化探测单元110产生了离焦信号。
除非上下文中明确地要求，否则，在整个描述和权利要求书中，“包括”、“包括在”之类词语都具有一种包含的意思，与独一无二的意思相反。也就是说，包括但不限于。用单数的词语相应地包括其复数，而用复数的词语相应地包括其单数。另外，在这篇申请书中的“这里”、“上面”、“下面”和一些相近的词语，都应该是指整个申请文件，而不是一个特定的部分。当权利要求书用“或者”来列举两个或更多个项目时，该词语覆盖了以下所有的解释列举的任一项目、列举的所有项目以及列举的项目的组合。
上述的本发明的具体实施方式
的详细描述并不显示本发明完全穷尽于此或者将本发明局限于这些具体方式，也不显示将本发明的应用局限于这里所揭示的具体领域。这里揭示的本发明的具体实施方式
或者实施例只是用于介绍本发明，实际上，在本发明的范围内可以做出各种等同的变换，例如采用相关领域内的习知技术。而且，这里给出的本发明的启示可以应用于其它的系统，并不局限在这里所揭示的系统。上述的各种具体实施方式
的元件与操作可以进一步相互结合成新的具体实施方式
。
出现在该申请文件中的专利、专利申请或者其它参考文献用作本发明的参考。如果必要的话，可以改变本发明的特征以便采用上述各种参考内容的系统、功能与概念来进一步形成新的具体实施方式
。
在上述详细描述的基础上可以从本发明的宗旨作出各种改变。尽管上述介绍详细描述了本发明的某些具体实施方式
同时描述了预想的最佳实施方式，不管上述文字是如何的详细，仍应理解为本发明可由多种方式实现。因此，尽管实施细节可以适当改变但是这些改变仍然包含在本发明内。如上所述，在描述某个特征或者式样时使用的特定术语并不意味着这些术语在这里重新定义是对本发明的具体特性、特征、式样的限制。一般的，在接下来的权利要求中使用的词汇不应解释成是要把本发明限制在说明书所描述的具体实施方式
中，除非上述具体描述部分明确的定义了那些词汇。因此，本发明所实际涵盖的范围不仅包括所揭示的具体实施方式
，还包括所有在权利要求范围内的实施或者执行本发明的等同方式。
尽管本发明的某些特征是在接下来的某些权利要求项中显示的，但是发明人希望本发明的各种特征能存在于任意一项权利要求中。例如，尽管只有一个本发明的特征描述成包含在电脑可读媒介中，但是其它特征同样也是包含在电脑可读媒介中。因此，发明人保留在提出申请以后增加权利要求项的权利，以便为了表述本发明的其它特征而继续增加新的权利要求项。
权利要求
1.一种用于数字成像装置的自动聚焦设备，该设备包括光学系统，该光学系统能够在其焦平面处形成目标物图像；感光元件的二维阵列，其用于产生像素数据来表达该图像；窗口工具，其用于在该图像的至少一区域中提取像素数据；在该区域的提取的像素数据的基础上，计算至少一个对应于该区域的聚焦状态值；以及在该区域的提取的像素数据的基础上，计算至少一个对应于该区域的场景活性值；聚焦状态变化探测工具，用于在场景活性值的基础上计算离焦指示器值；以及状态跟踪机，其根据计算的聚焦状态值和离焦指示器值，计算出方向值与大小值，以便从当前位置调整和重置所述的光学系统。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述的状态跟踪机的方向值与大小值的计算包括存储以前位置的聚焦状态值，其中，在第一模式下，存储两个以前的连续位置的聚焦状态值；在第二模式下，存储具有最好聚焦质量的位置的聚焦状态值并且清除另一个值；以及在第三模式下，清除所有存储的聚焦状态值；将当前聚焦状态值与存储的聚焦状态值相比较并且确定一个希望的位置以调整该光学系统，其中，所述的方向值与大小值是在存储的聚焦状态值以及以前的方向值与大小值的基础上进行计算的；当达到最小的大小数值后并且确定该聚焦状态比其它任何存储的以前的聚焦状态都更佳时，停止聚焦调整；以及当离焦指示器值显示离焦状况时，重新开始聚焦调整。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述的窗口工具包括至少一对应于所述图像每一区域的窗口处理资源，以便从中提取所述的像素数据；其中，通过向所述的窗口工具提供其位置与大小来指定一图像区域；其中，所述的区域可以重叠。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述的窗口工具包括至少一主要窗口处理资源以及一第二窗口处理资源，其中，所述的主要窗口处理资源专门用于视频自动聚焦；第二窗口处理资源专门用于图像自动聚焦；以及分别进行主要窗口处理资源结果的后续处理和第二窗口处理资源结果的后续处理。
5.如权利要求4所述的设备，其进一步包括一模式，用于在所述的主要窗口处理资源与第二窗口处理资源之间进行选择，作为所述窗口工具中的主动处理资源。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述的窗口工具包括至少一对应与所述图像每一区域的窗口处理资源，而且每个所述窗口处理资源均采用数字滤波器处理所述提取的像素序列，以便产生数字滤波的序列，该序列用于所述聚焦状态值的计算。
7.如权利要求6所述的设备，其中，从一个或者多个预定的数字滤波器参数组中，选择出每个所述数字滤波器采用的那组数字滤波器参数。
8.如权利要求6所述的设备，其进一步包括若干累加器单元，该累加器单元通过把所述序列中的像素数据进行加和的方式，累加每个所述的数字滤波序列，得到显示该序列中所有以前像素数据总和的总值，其中，最后累加结果是加上数字滤波序列中的最后一个像素数据后由所述累加器单元计算出的总值。
9.如权利要求8所述的设备，其进一步通过加权与求和窗口处理资源的最后累加结果的方法，计算算术加权的累加总和。
10.如权利要求9所述的设备，其中，算术权重可以根据每个新图像而更新。
11.如权利要求9所述的设备，其中，算术权重被分配成至少一个曲线组，并且每个曲线组由以下内容定义严格地包含一个来自窗口处理资源的最后累加结果；以及每个最后累加结果与一曲线组相关联。
12.如权利要求4所述的设备，其进一步通过加权与求和窗口处理资源的最后累加结果的方法，计算算术加权的累加总和，其中，所述的主要窗口处理资源采用的一个权重是1。
13.如权利要求1所述的设备，其中，所述的处理过程被编程设计在所述数字成像装置的至少一集成电路中。
14.如权利要求3所述的设备，其中，窗口处理资源处理来自图像的单独读出的一个像素序列。
15.如权利要求11所述的自动聚焦设备，其中，所述的聚焦状态变化探测工具采用来自至少两条曲线的结果，计算离焦指示器值，并且通过处理每个曲线组的加权累加总和，产生两组中间结果，其中，第一组中间结果是通过获取同一曲线组的两个预定加权累加总和之间的差分而计算出的；第二组中间结果是通过同一曲线组的两个预定加权累加总和相除而计算出的；以及该离焦指示器是通过阈值探测工具来计算的，该阈值探测工具对四组值运行逻辑运算，该四组值中，两组中间结果来自当前图像，两组中间结果来自以前图像。
16.一种用于数字成像装置的自动聚焦方法，该方法包括产生像素数据来表达图像，其采用基本上位于光学系统焦平面处的感光元件的二维阵列；在所述图像的至少一区域中提取像素数据；在提取的像素数据的基础上，计算出至少一个对应于该至少一个区域的聚焦状态值；在提取的像素数据的基础上，计算出至少一个对应于该至少一个区域的场景活性值；在所述场景活性值的基础上，计算出离焦指示器值；以及在该计算的聚焦状态值和离焦指示器值的基础上，计算出方向值与大小值，以便从当前位置调整和重置所述光学系统。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述的方向值与大小值的计算包括存储0、1或2个以前位置的聚焦状态值；将当前聚焦状态值与存储的聚焦状态值相比较并确定一个希望的位置，以调整所述的光学系统；在存储的聚焦状态值和以前的方向值与大小值的基础上，计算出方向值与大小值；当达到最小的大小数值并确定该聚焦状态比其它任何存储的以前的聚焦状态都更佳时，停止聚焦调整；以及当所述的离焦指示器值显示离焦状况时，重新开始聚焦调整。
18.如权利要求16所述的方法，其中，计算所述的方向值与大小值包括选择一个位置用以调整所述的光学系统，该位置是如果所述聚焦状态改善，则其位于以前位置和当前位置的同一侧；如果所述聚焦状态变差并且所述方向值以前已经被计算过，则其位于以前位置与当前位置之间；以及如果所述聚焦状态降低并且所述方向值以前没有被计算过，则其位于当前位置相对于以前位置的相反一侧。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述的功能被编程设计在数字成像装置的至少一集成电路中。
20.一种用于数字成像装置的自动聚焦手段，包括一种用于产生像素数据来表现图像的手段；一种用于在该图像的至少一区域上提取像素数据的手段，其中，所述提取的像素数据来自该图像的绿色分量或者亮度分量；一种根据该区域的提取的像素数据计算出至少一个对应于该至少一个区域的聚焦状态值的手段；一种根据该区域的提取的像素数据计算出至少一个对应于该至少一个区域的图像统计学值的手段；一种根据所述的图像统计学值计算出离焦指示器值的手段；以及一种根据计算的聚焦状态值和离焦指示器值计算出方向值与大小值、以便从当前位置调整和重置所述光学系统的手段。
全文摘要
本发明公开了一种用于数字成像装置的自动聚焦方法和设备。本发明提出的方法与装置通过计算数字图像来计算光学系统的聚焦状态，除了数字图像－捕获信号流程路径以外不需要任何的附加硬件。本发明还提供了一种以计算的聚焦状态为基础、计算镜头运动的方向和大小的方法。在该方法中，计算后的数值传送到镜头驱动设备用于光学系统的增量调整以及获得较好的聚焦。当达到了希望的聚焦质量后，该装置停止控制该镜头驱动设备。
文档编号H04N5/232GK1825906SQ20061000463
公开日2006年8月30日 申请日期2006年1月26日 优先权日2005年1月26日
发明者黄晓林 申请人:豪威科技有限公司