专利名称：利用闪光灯辅助侦测焦距的方法
技术领域：
本发明是关于一种利用 闪光灯辅助侦测焦距的方法，特别是一种利用依曝光特 征值查表以辅助侦测焦距的方法。
背景技术：
使用相机在拍摄影像时，需要正确地把焦距对到被摄物体上以得到清晰的照 片。对焦的方式包括有手动对焦和自动对焦，而在现今一般的数字相机都已内建有自动 对焦功能。自动对焦大致上可以分为两大类，一为主动式自动对焦(active auto focus)， 另一为被动式对焦(passive auto focus)。主动式自动对焦的技术是利用一组红外线发射器或是雷射发射器和相对的接收 器投射光的图案在被摄体上，再以三角测量法(triangulation)等方法计算相机与被摄物体 之间的距离，而此距离即为焦距。由于使用主动式自动对焦需在相机内额外设置光发收 器和接收器，因此存在有成本较高的问题。被动式自动对焦为在正式拍摄前，数字相机移动相机镜头到多个对焦位置，其 中对焦位置位于从离数字相机最近的微距到被设为无限远的区域中。数字相机在对焦位 置上获取影像，并分析所获得的影像的清晰度来决定焦距。被动式自动对焦方式只需用 到相机本身所具有的影像传感器及运算单元，故能够减轻制造成本。然而被动式自动对焦得依赖由预先获取的影像所计算出的清晰度，故当被摄物 体处于环境亮度不足时，估测出的焦距容易产生误差。摄影时若光线充足则被摄物体 会具有明显的合焦点(in-focus)，使得相机容易找到正确的对焦位置。反之若环境亮度 不足，在估算清晰度时会因为普遍影像清晰度较低等情况而使得相机不易找出正确的焦 距。故被动式自动对焦在环境亮度不足时，会存在有对焦不够准确的问题。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明在于提供一种利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，借以 解决上述问题。本发明所揭露的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，适用于一具有闪光灯 的数字相机，依据一被摄目标提供数字相机一目标焦距，其方法包括闪光并获取一第 一影像；依据第一影像计算而得至少一曝光特征值(characteristic exposure value)；依据 曝光特征值查阅一焦段对照表获得一起始对焦位置；以及依据起始对焦位置执行一对焦 程序以得到目标焦距。其中依据第一影像计算而得至少一曝光特征值的步骤可以包含搜寻第一影像 中的一对焦框，对焦框具有一对焦框影像；以及计算对焦框影像的一曝光值作为曝光特 征值。根据本发明，焦段对照表是包含多个曝光表列值以及与曝光表列值对应的多个 焦距值，依据曝光特征值查阅焦段对照表获得起始对焦位置的步骤即是以曝光特征值于 焦段对照表中查阅曝光表列值，得出与曝光特征值对应的焦距值作为起始对焦位置。
又依据第一影像计算而得至少一曝光特征值的步骤另可以包含搜寻第一影像 中的多个对焦框，每一对焦框均具有一对焦框影像；分别计算对焦框影像的曝光值；以 及把曝光值取平均值作为曝光特征值。此外，依据第一影像计算而得至少一曝光特征值的步骤还可以包含搜寻第一 影像中的多个对焦框，每一对焦框均具有一对焦框影像；分别计算对焦框影像的曝光 值；以及以曝光值作为曝光特征值。根据本发明，依据曝光特征值查阅焦段对照表获得起始对焦位置的步骤包含 分别以曝光值于该焦段对照表查阅而得多个焦距值；以及以焦距值的最小值作为起始对 焦位置。依照本发明的一实施例，依据起始对焦位置执行对焦程序以得到目标焦距的步 骤可包括依据起始对焦位置指定一对焦区段；在对焦区段内的至少三个焦距分别获取 一测焦影像；分别计算测焦影像的一清晰值；以清晰值及与清晰值对应的焦距进行曲线 拟合以得到一二次多项式；以及以二次多项式的斜率为零所对应的焦距作为目标焦距。根据本发明的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，应用于一具有闪光灯的数字相 机，可依据闪光灯预闪时获取的第一影像计算曝光特征值。根据曝光特征值，可提供数 字相机一目标焦距以供数字相机的镜头装置等硬设备来拍摄数字影像。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限 定。
图1为根据本发明一实施例的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法的流程图；图2为根据本发明所适用的数字相机的架构示意图；图3A为根据本发明一实施例的步骤S22的第一实施例的流程示意图；图3B为根据本发明一实施例的步骤S22的第二实施例的流程示意图；图3C为根据本发明一实施例的步骤S22的第三实施例的流程示意图；图4A为根据本发明一实施例的一对焦框的示意图；图4B为根据本发明一实施例的另一对焦框的示意图；图5为根据本发明一实施例的步骤S26的流程示意图；图6A为根据本发明一实施例的水平屏蔽的示意图；图6B为根据本发明一实施例的垂直屏蔽的示意图。其中，附图标记100数字相机102 闪光灯104镜头装置 106光圈装置108 感光元件 110 取样电路(sample hold circuit)112 储存单元114 驱动马达
116处理单元118操作单元130第一影像132对焦框140屏蔽142屏蔽内容元素
具体实施例方式以下叙述的关于本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相关技艺 者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及 图式，任何熟悉相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。请参照图1，其为根据本发明一实施例的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法的流程 图。本发明的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法适于一具有闪光灯的数字相机，该方法依 据一被摄目标提供该数字相机一目标焦距。图2为根据本发明所适用的数字相机的架构 示意图。关于本发明所适用的数字相机可以是但不限于图2。数字相机100包括闪光灯102、镜头装置104、光圈装置106、感光元件108、取 样电路110 (Sampling hold circuit)、储存单元112、驱动马达114、处理单元116与操作单 元118。被景象所反射的光线经由镜头装置104与光圈装置106进入感光元件108，感光 元件108将进入的光线转换成影像信号并传给取样电路110后记录于储存单元112。拍摄时，处理单元116致动驱动马达114以移动镜头装置104至指定焦距位置。 处理单元116并透过驱动马达114调整光圈装置106。感光元件108对应于镜头装置104 并把当前场景的影像画面转换成数字影像的电信号。经由处理单元的驱动，取样电路110 将感光元件108所接收的影像信号传送至储存单元112。处理单元116根据在取像预览阶 段所获取的的预览影像，用以判断需要进行调整镜头装置104的对焦焦距以提供数字相 机100拍摄。请再参考图1并配合图2阅览，从图1中可以见悉，利用闪光灯辅助侦测焦距的 方法包含步骤S20 闪光并获取第一影像；S22 依据第一影像计算而得至少一曝光特征 值；S24:依据曝光特征值查阅焦段对照表，获得起始对焦位置；以及S26:依据起始对 焦位置执行一对焦程序以得到目标焦距。于步骤S20中，处理单元116透过驱动马达114使闪光灯102动作。在闪光灯 102发出一个预闪亮光时，数字相机100获取第一影像并记录于储存单元112内。处理单 元116分析此第一影像并把分析后的数据用于辅助自动对焦(auto focus)。前述获取的影 像并不限于只获取一张，实际应用时为求精确亦可使用多张的影像进行处理。以下仅以 单张作为说明。前述步骤S 22的第一影像是代表了被摄物体反射的环境光与由闪光灯102发出 并被反射的光线的结合，因此形成第一影像的光线内包含反射预闪亮光。故在此曝光值 亦可称之为反射曝光值。曝光特征值是表示被摄物体在给予预闪亮光的状态下的曝光程 度，会依据被摄物体与数字相机100的距离而有所差别。曝光特征值的计算方式容后详 述。
得到曝光特征值之后，步骤S24以曝光特征值查阅一焦段对照表(亦可称为对焦 区段对照表)。焦段对照表是包含多个曝光表列值以及与曝光表列值对应的焦距值。此 焦段对照表乃是一个将曝光特征值与对应该曝光特征值的可能焦距值的对照表。也就是 说，把曝光特征值在曝光表列值去查阅与曝光特征值对应的焦距值即可得到前述的起始 对焦位置。依据曝光特征值查阅焦段对照表后可得到的起始对焦位置即可以供后续对焦 程序之用。关于焦段对照表的建表方式容后详述。步骤S26是借由得到起始对焦位置作为对焦程序的对焦扫描位置的参考点，使得对焦程序可免除扫描所有由微距至无限远内的对焦位置，进而减少传统对焦程序所需 的对焦时间及耗电。关于由第一影像获得曝光特征值的步骤，请参考图3A、图3B与图3C。图3A 为根据本发明一实施例的步骤S22的第一实施例的流程示意图。此实施例的流程包含步 骤S30:搜寻第一影像中的一对焦框，对焦框具有一对焦框影像；与步骤S32:计算对焦 框影像的曝光值作为曝光特征值。步骤S30在第一影像中搜寻出对焦框后，获取对焦框影像。前述对焦框是用以 在获取影像时，标示出影像中被摄主体的部分。对焦框的形状可以是但不限定是一个方 框形，其大小、个数与在影像中的位置等亦均无限制。而计算曝光值的方法可以先针对 对焦框影像中每一像素。每一像素具有一三原色值(RGB value)，RGB分别指此像素的 红色、绿色和蓝色的值。其方法先把每一像素的三原色值依照公式(0.6G+0.3R+0.1B)先 转换成灰度值，再将灰度值依照公式lo&(0.6G+0.3R+0.1B)算出每一像素的曝光值，接 下来再取所有像素的曝光值的平均值作为对焦框影像的曝光特征值。图3B为根据本发明一实施例的步骤S22的第二实施例的流程示意图。此实施 例的流程包含步骤S40:搜寻第一影像中的多个对焦框，每一对焦框均具有一对焦框影 像；步骤S42:分别计算对焦框影像的曝光值；与步骤S44:把曝光值取平均值作为曝 光特征值。各数字相机100内所内建的对焦框型态可能有所差异，请再参照图4A与图4B， 并配合图3B与图3C阅览。图4A与图4B为根据本发明不同实施例的对焦框的示意图。 对焦框可以是但不限于图4A或是图4B。例如第一影像130内可以具有三个对焦框132， 形成1*3的形状。第一影像130内也可以具有5个对焦框132，形成十字形。步骤S40 搜寻出第一影像中多个对焦框后，获取对焦框内的对焦框影像。步骤S42再依照上述计 算曝光值的公式分别计算对焦框影像的曝光值。步骤S44把步骤S42所计算出来的多个曝光值取平均作为曝光特征值。取平均 的做法可采用一般的平均值计算方法，亦可以使用加权平均。例如把画面中央的影像视 为比画面边缘的影像重要，故在计算平均时给予靠近画面中央的对焦框曝光值较大的权 重。此外，在此亦可取亮度最高的曝光值取代取平均的方式作为曝光特征值。图3C为根据本发明一实施例的步骤S22的第三实施例的流程示意图。此实施 例的流程包含步骤S50:搜寻第一影像中的多个对焦框，每一对焦框均具有一对焦框影 像；步骤S52:分别计算每一对焦框影像的曝光值；与步骤S54:以该些曝光值作为曝 光特征值。以此步骤S22的第三实施例所得到的曝光特征值将不限于一个，其具有多个 曝光特征值。
根据本发明，在上述计算对焦框影像的曝光值的方法之中，可以对焦框影像中 较亮的部分像素取代对焦框影像的全体像素取平均作为对焦框影像的曝光值。其中较亮 的部分是指把所有像素按曝光值高低排序后，曝光值较高的像素。例如可以取对焦框影 像中最亮的前30%或是最亮的前50%去计算对焦框影像的曝光值，再进行计算曝光特征 值。如此可避免获取影像中包含大量亮度不足的环境的影像所造成的影响。得到曝光特征值之后，即可执行上述步骤S24，以曝光特征值查阅焦段对照表后 可获得起始对焦位置。根据本发明的实施例，所得到的曝光特征值可能在焦段对照表内无正好对应的 曝光表列值。此时则取出表内两个最接近于曝光特征值的曝光表列值及与其相对应的焦 距值，以内插法计算曝光特征值所应对应的焦距值作为起始对焦位置。又，对应步骤S22的第三实施例，步骤S24的“依据该曝光特征值查阅一焦段对 照表获得一起始对焦位置”为分别将该些曝光特征值在焦段对照表进行查阅，以分别取 得对应的焦距值。接着，再比对各个焦距值，以最短的焦距值作为前述起始对焦位置。请参照图5，其为根据本发明一实施例的步骤S26的流程示意图。由图5可以见 悉其包含步骤S60:依据起始对焦位置指定一对焦区段；步骤S62:在对焦区段内的至少 三个焦距分别获取一测焦影像；步骤S64:分别计算测焦影像的清晰值；步骤S66:以 清晰值及与清晰值对应的焦距进行曲线拟合，得到一二次多项式；与步骤S68:以二次 多项式的斜率为零所对应的焦距作为目标焦距。步骤S60根据起始对焦位置指定对焦区段，以供对焦程序在此区段内搜寻目标 焦距。此依据起始对焦位置指定对焦区段的方式有几种实施例。其一为以起始对焦位置 向近焦与远焦位置扩大三个以上的步距(step，或称步进距离)，每个步距的距离可以一 致或不一致。根据本发明的一实施例，可根据获取第一影像时的缩放倍率来决定对焦区 段。例如当获取第一影像时，数字相机的缩放倍率较接近广角端(wide)，就有可能是对 远处风景或是较远焦距进行对焦。因此，可指定由起始对焦位置离数字相机较近的三个 步距起，到起始对焦位置离数字相机较远的六个步距为止的区段为对焦区段。又根据本发明的另一实施例，当数字相机在获取第一影像时若缩放倍率较接近 望远端(tele，会把远处的景物影像拉近数字相机，像把影像放大的作用)，则指定由起始 对焦位置离数字相机较近的六个步距起，到起始对焦位置离数字相机较远的十二个步距 为止的区段为对焦区段。根据本发明，依据起始对焦位置指定对焦区段的方法中，并不限于以一个步距 为单位。对焦区段的大小亦可以多个步距或以距离(例如一公分或是一公厘)为单位来 指定。此外，对焦区段中参考起始对焦位置往近或是往远的方向找寻的区段大小亦不限 制。除上述实施例之外，焦区段中参考起始对焦位置往近或是往远的方向找寻的区段大 小亦可相同，或是往近的方向的区段较大。步骤S62在步骤S60所指定的对焦区段内的焦距上，分别获取一测焦影像，且在 对 焦区段内至少包含三个焦距。对焦程序会对这些测焦影像进行计算及分析，以求得最 后的目标焦距。步骤S64分别计算以获取的测焦影像的清晰值，其中计算清晰值的方式可以根 据本发明的一实施例，先把测焦影像以边缘侦测(edge-detection)程序处理。边缘侦测程序可以采用Sobel边缘侦测法、Dijkstra，s算法、或Canny边缘侦测算法等，根据本发
明并不与以限制。经过边缘侦测程序处理过后，清晰值可以是定义为测焦影像中的边缘数。根据本发明的边缘侦测程序，其分别把每一测焦影像套用水平屏蔽或垂直屏蔽，屏蔽的内容请参考图6A与图6B。图6A与图6B分别是根据本发明一实施例的水平 屏蔽与垂直屏蔽的示意图。如图所示，屏蔽140内有包含不同的屏蔽内容元素142。测焦影像套用过屏蔽140后，测焦影像的每一像素获得一对比值，并依对比值 的大小顺序将对比值描点成曲线，而每一测焦影像皆可得到一对比曲线。计算清晰值的 程序指定一阈值于对比曲线，若对比值高于阈值者表示对比的程度够高(即影像中够锐 利的部分)。接下来把对比曲线对阈值以上的部分计算积分，则可以把计算出来的数值定 义为清晰值。依据清晰值，步骤S66以各测焦影像的清晰值及与其对应的焦距进行二次多项 式的曲线拟合(curve fitting)，并可得到一二次多项式。计算出的二次多项式是表示在指 定的对焦区段内所获取的测焦影像的清晰度的变化。因此二次多项式的顶点，也就是斜 率为零的点，也就代表在对焦区段内可获得的最大的清晰值，与可以得到最清晰影像的 焦距。为了得到上述二次多项式的顶点，步骤S68对二次多项式微分以搜寻多项式上 微分为零的点，亦即斜率为零的点。步骤S68把二次多项式中斜率为零的点所对应的焦 距作为目标焦距。根据本发明的一实施例，当由曲线拟合而得到的二次多项式的斜率为 零的点不正好落在对焦区段内指定的任一焦距上时，则取距离斜率为零的点最近的焦距 作为目标焦距。根据本发明的另一实施例，当在对焦区段内得到的二次多项式并不具有斜率为 零的点时，则扩大对焦程序所扫描的对焦区段以取得更多的测焦影像。对焦程序并依据 原本的测焦影像和新得到的测焦影像重新进行曲线拟合，并搜寻新的二次多项式的斜率 为零的点以取得目标焦距。根据本发明，数字相机100依据利用闪光灯辅助侦测焦距的方法获得目标焦距 后，透过驱动马达114带动镜头装置104移动至指定焦距位置并进行拍摄。前述焦段对照表是可采用实验法建立。实验法建立是指在暗房内闪光并以不同 的焦距对各种被摄物体拍摄，计算而得对应各焦距的曝光特征值，借以建立前述焦段对 照表。前述被摄物体可以是任何物体或是一面墙。此实验可依据不同被摄物体的表面特 性(例如容易反光或容易吸光)而得到多组的曝光特征值以产生多组的焦段对照表，并可 因应实际拍摄状况提供不同的模式给使用者选择。同理，实验亦可在暗房内模拟多组不 同的拍摄环境状况，得到相对应的多组焦段对照表以因应实际拍摄状况提供不同的模式 给使用者选择。根据本发明的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，应用于一具有闪光灯的数字相 机，可依据闪光灯预闪时获取的第一影像计算曝光特征值。根据曝光特征值，可提供数 字相机一目标焦距以供数字相机的镜头装置等硬设备来拍摄数字影像。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况 下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围 。
权利要求
1.一种利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，其特征在于，适用于一具有闪光灯的数字 相机，该方法依据一被摄目标提供该数字相机一目标焦距，该方法包括闪光并获取一第一影像； 依据该第一影像计算而得至少一曝光特征值； 依据该曝光特征值查阅一焦段对照表获得一起始对焦位置； 依据该起始对焦位置执行一对焦程序以得到该目标焦距。
2.根据权利要求1所述的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，其特征在于，该依据该第 一影像计算而得至少一曝光特征值的步骤包含搜寻该第一影像中的一对焦框，该对焦框具有一对焦框影像； 计算该对焦框影像的一曝光值作为该曝光特征值。
3.根据权利要求1所述的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，其特征在于，该焦段对照 表是包含多个曝光表列值以及与该些曝光表列值对应的多个焦距值，依据该曝光特征值 查阅一焦段对照表获得一起始对焦位置的步骤即是以该曝光特征值于该焦段对照表中查 阅该曝光表列值，获得与该曝光特征值对应的该焦距值作为该起始对焦位置。
4.根据权利要求1所述的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，其特征在于，该依据该第 一影像计算而得至少一曝光特征值的步骤包含搜寻该第一影像中的多个对焦框，每一该对焦框均具有一对焦框影像； 分别计算该对焦框影像的一曝光值； 把该曝光值取平均值作为该曝光特征值。
5.根据权利要求1所述的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，其特征在于，该依据该第 一影像计算而得至少一曝光特征值的步骤包含搜寻该第一影像中的多个对焦框，每一该对焦框均具有一对焦框影像； 分别计算该对焦框影像的一曝光值； 以该曝光值作为该曝光特征值。
6.根据权利要求5所述的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，其特征在于，该依据该曝 光特征值查阅一焦段对照表获得一起始对焦位置的步骤包含分别以该曝光值于该焦段对照表查阅而得多个焦距值； 以该焦距值的最小值作为该起始对焦位置。
7.根据权利要求1所述的利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，其特征在于，该依据该起 始对焦位置执行一对焦程序以得到该目标焦距的步骤包括依据该起始对焦位置指定一对焦区段；在该对焦区段内的至少三个焦距分别获取一测焦影像；分别计算该测焦影像的一清晰值；以该清晰值以及与该清晰值对应的该焦距进行曲线拟合以得到一二次多项式； 以该二次多项式的斜率为零所对应的该焦距作为该目标焦距。
全文摘要
本发明公开了一种利用闪光灯辅助侦测焦距的方法，适用于具有闪光灯的数字相机。此方法是先致动数字相机的闪光灯并获取影像，然后计算影像的曝光特征值。根据曝光特征值查阅一焦段对照表后可得到一起始对焦位置，再依据起始对焦位置执行一对焦程序并得到目标焦距。
文档编号H04N5/232GK102023459SQ200910173840
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者严志彬, 卢宗斌, 周詹闵, 蔡嘉伦, 黄梓晃 申请人:华晶科技股份有限公司