专利名称：利用多个带通滤波器执行自动对焦功能的成像装置及方法
技术领域：
本发明涉及例如用于成像装置的自动对焦。
背景技术：
最近，随着多媒体装置和因特网连接变得越来越广泛，对于用户来说将他们已经在多媒体装置上摄取的照片进行存储或者将照片上载到因特网博客(blog)已经变得更容易。因此，拥有相机的人(camera ownership)在近年已经增加。现代相机支持自动对焦(AF)功能，允许自动焦点调整。通常，AF系统使用反差方法或相位差检测方法。相位差检测方法可以在短时间内进行定焦。然而，需要利用单独的光学系统的专用检测装置，所述光学系统对于用于焦点检测的光进行导向。相位差检测方法通常用于数字单反(DSLR)相机。因为反差方法不需要单独的空间，所以它主要用于小型的紧凑型照相机。然而，因为反差方法不能直接测量散焦的数量，所以测量要被重复若干次。
发明内容
本发明的目的是提供一种图像装置和对焦方法，其对于捕获的图像信号的多个频带计算多个焦点信号值、基于对于两个位置计算的焦点信号值计算聚焦镜头的散焦数量、 以及取决于计算的散焦数量来控制聚焦镜头的位置。为了实现该目的，根据本发明一个实施例的成像装置包括镜头单元，包括具有聚焦镜头的光学系统；驱动单元，驱动镜头单元；图像拾取单元，检测通过镜头单元的光以生成图像信号；自动对焦单元，对于在图像拾取单元中生成的图像信号的多个频带、计算并输出多个焦点信号值；以及控制单元，基于第一焦点信号值和第二焦点信号值计算聚焦镜头的散焦数量，所述第一焦点信号值是在聚焦镜头的第一位置处的多个焦点信号值，所述第二焦点信号值是在聚焦镜头的第二位置处的多个焦点信号值，并且控制驱动单元使得取决于计算的散焦数量来移动聚焦镜头的位置。根据示范性实施例的自动对焦方法，包括检测通过镜头单元的光以生成图像信号；对于所生成的图像信号的多个频带、计算多个焦点信号值；基于第一焦点信号值和第二焦点信号值计算聚焦镜头的散焦数量，所述第一焦点信号值是在聚焦镜头的第一位置处的多个焦点信号值，所述第二焦点信号值是在聚焦镜头的第二位置处的多个焦点信号值； 以及驱动聚焦镜头以便取决于计算的散焦数量来移动聚焦镜头的位置。
本专利或申请文件包含至少一个以彩色制作的附图。当请求并支付必要费用时， 将由专利局提供具有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本。通过下面结合附图进行的对示例实施例的描述，本发明的各种特征、方面和益处将会变得清楚和更加容易理解，其中图1是根据本发明示范性实施例的相机的配置的框图；图2是根据本发明示范性实施例的相机的详细配置的框图；图3是根据本发明示范性实施例的自动对焦方法的流程图；图4A和图4B是示出根据本发明示范性实施例的取决于聚焦镜头位置和频率的焦点信号值的曲线图；图5A到图5D是示出根据本发明示范性实施例的取决于聚焦镜头位置和频率的焦点信号值和焦点信号比的曲线图；图6是示出根据本发明示范性实施例的在四个频带中取决于聚焦镜头位置的焦点信号比的曲线图；图7示出根据本发明示范性实施例的从五个带通滤波器输出的焦点信号的示例；图8示出根据本发明示范性实施例的通过两次散焦数量计算来检测聚焦 (on-focus)位置的处理；图9示出根据本发明示范性实施例的、通过一次散焦数量计算来检测聚焦位置以及利用3F δ驱动间隔执行三点插值的处理；图10示出根据本发明示范性实施例的通过一次散焦数量计算来检测聚焦位置以及利用6F δ驱动间隔来执行三点插值的处理；图11示出根据本发明示范性实施例的通过一次散焦数量计算以及执行三点插值来直接移动到邻近于聚焦位置的位置的处理；图12示出根据本发明示范性实施例的当起始位置是在聚焦位置以外的位置时的自动对焦处理。
具体实施例方式现在将参照附图更详细地描述本发明的特定实施例。在下面的描述中，即使在不同的附图中相同附图标号也用于相同元件。虽然利用详细的结构和元件描述实施例以帮助对实施例的各种应用和优点的全面的理解，然而应该清楚的是，可以在没有那些具体的详细细节的情况下实现实施例。此外，将不详细描述公知功能或结构，从而避免不必要的细节模糊本描述。应该注意的是，在附图中，特征的尺寸不意指真实的比例，而是为了允许更好的理解起见可以对其进行放大。图1是根据本发明示范性实施例的具有自动对焦设备的相机100的配置的框图。 如图1所示，相机可包括镜头单元110、图像拾取单元120、自动对焦单元130、控制单元140 和驱动单元150。镜头单元110可对来自对象(subject)的光进行集聚并在图像拾取单元120上形成图像。镜头单元110可由包括多个镜头的光学系统组成，根据镜头的功能将镜头形成为光学组。镜头单元110可包括执行对焦功能的聚焦镜头115。
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可以移动聚焦镜头115的位置以对镜头单元110进行调焦。更具体地，驱动单元 150可将聚焦镜头115移动到聚焦位置。图像拾取单元120可检测通过镜头单元110的光以生成关于对象图像的图像信号。对于胶片照相机，胶片装在图像拾取单元120上。然而，对于数字照相机，图像传感器排列在图像拾取单元120上。在本示范性实施例中，将描述数字照相机作为示例。可以在图像拾取单元120上安排用于曝光对象图像的图像传感器。数字照相机中使用的典型的图像传感器一般来说可包括，例如，电荷耦合器件(CCD)和互补金属-氧化物-半导体(CMOS)，它们在工艺机制方面不同但是根据实质上相同的基本原理来操作。图像拾取单元120将生成的图像信号发送到自动对焦单元130。自动对焦单元130可根据聚焦镜头115的具体位置、针对在图像拾取单元120中生成的图像信号的多个频带计算并输出多个焦点信号值。下面将参照图2具体地描述自动对焦单元130。图2是示出根据本发明示范性实施例的相机100的详细配置的框图。如图2所示，自动对焦单元130可包括图像处理单元210、多个带通滤波器221到225以及焦点信号值计算单元230。图像处理单元210可提取在图像拾取单元120中生成的图像信号的部分区域。此处，生成的图像信号的部分区域指示用于焦点检测的部分。可以调整(adapt)相机以定焦于捕获的图像的部分区域，通常，定焦于屏幕的中心部分的部分区域。然而，本发明不限于此。例如，可以调整相机以检测对于捕获的图像信号的各部分的焦点。相机100可定焦于由图像处理单元210提取的部分区域，从而减少用于自动聚焦的计算并提高聚焦速度。带通滤波器221到225可分别使处理的图像信号的不同频带通过。具体地，带通滤波器221到225可以具有相同的带宽，并且其中间频率可以以预定间隔从最低频率连续地增加。例如，假设带通滤波器包括BPF1221到BPF5225并且各个滤波器具有51p/mm的带宽，并且其中间频率分别是 51p/mm、101p/mm、151p/mm、201p/mm 和 251p/mm。从而，BPF1221 的通带是 2. 51p/mm 到 7. 51p/mm、BPF2222 的通带是 7. 51p/mm 到 12. 51p/mm、BPF3223 的通带是 12. 51p/mm 到 17. 51p/mm、BPF4224 的通带是 17. 51p/mm 到 22. 51p/mm 并且 BPF5225 的通带是 22. 51p/mm 到 27. 51p/mm。因为低频带的焦点信号具有较宽的峰宽，所以可以对聚焦镜头115的驱动方向的计算有用。因为高频带的焦点信号在聚焦位置具有较窄的峰宽，所以可以对精确的焦点检测有用。因此，当使用多个带通滤波器执行自动聚焦功能时，可以使用焦点信号的低频带和高频带两者，使得有可能执行更精确的自动聚焦。然而，应该注意的是，带通滤波器的数量、中间频率和带宽不局限于以上所述而是可以不同地改变。可以将通过带通滤波器221到225的各个频带的图像信号输入到焦点信号值计算单元230。例如，在图2中，焦点信号值计算单元230从五个带通滤波器接收五个频带的图
像信号。随后，焦点信号值计算单元230可以对于各个频带的图像信号计算焦点信号值。 换句话说，对于通过带通滤波器中的一个的频带的图像信号，焦点信号值计算单元230可以计算一个焦点信号值。因此，由焦点信号值计算单元230生成的焦点信号值的数量可以与带通滤波器的数量相同。例如，在图2中，焦点信号值计算单元230生成五个焦点信号值，即，通过BPF1221 的图像信号的焦点信号值a、通过BPF2222的图像信号的焦点信号值b、通过BPF3223的图像信号的焦点信号值c、通过BPF42M的图像信号的焦点信号值d以及通过BPF5225的图像信号的焦点信号值e。此处，可以使用焦点信号值来检测焦点并且对于一个频带的图像信号计算一个值。更具体地，焦点信号值可以是反差值(contrast value) 0将通过反差方法来执行自动对焦。具有如上所述的配置的自动对焦单元130可以根据聚焦镜头115的具体位置、对于多个频带计算焦点信号值。随后，自动对焦单元130可以向控制单元140发送计算的焦点信号值。控制单元140可以接收在自动对焦单元130中计算的焦点信号值。控制单元140 可以基于第一焦点信号值和第二焦点信号值来计算聚焦镜头115的散焦数量，所述第一焦点信号值是在聚焦镜头115的第一位置处的焦点信号值，所述第二焦点信号值是在聚焦镜头115的第二位置处的焦点信号值，并且控制单元140可以控制驱动单元150使得取决于计算的散焦数量来移动聚焦镜头115的位置。在此，散焦数量是指示聚焦镜头115从聚焦 (on-focus)位置(即，对准焦点的位置)偏离的程度。具体地，当聚焦镜头115处于第一位置时，控制单元140可以从自动对焦单元130 接收第一焦点信号值。随后，控制单元140可以控制驱动单元150使得聚焦镜头115移动到第二位置。随后，当聚焦镜头115处于第二位置时，控制单元140可以从自动对焦单元130 接收第二焦点信号值。换句话说，第一位置是聚焦镜头115的先前位置并且第二位置是聚焦镜头115的当前位置。然后，控制单元140可以计算焦点信号比(第二焦点信号值/第一焦点信号值)， 也就是说对于每个频带的第二焦点信号值对第一焦点信号值的比值。换句话说，可以每个频带计算一个焦点信号比。例如，当包括如图2所示的五个带通滤波器221到225时，频带数量是五，使得控制单元140计算五个焦点信号比。从而，控制单元140根据聚焦镜头115 的两个位置对每个频带计算焦点信号比值。例如，可以进行如下假设当聚焦镜头115处于第一位置时，焦点信号值计算单元 230可以对于通过BPF1221的图像信号生成焦点信号值al、对于通过BPF2222的图像信号生成焦点信号值bl、对于通过BPF3223的图像信号生成焦点信号值cl、对于通过BPF42M 的图像信号生成焦点信号值dl并且对于通过BPF5225的图像信号生成焦点信号值el，并且当聚焦镜头115处于第二位置时，焦点信号值计算单元230可以对于通过BPF1221的图像信号生成焦点信号值a2、对于通过BPF2222的图像信号生成焦点信号值1^2、对于通过 BPF3223的图像信号生成焦点信号值c2、对于通过BPF4224的图像信号生成焦点信号值d2 并且对于通过BPF5225的图像信号生成焦点信号值e2。然后，控制单元140可以计算a2/ al、b2/bl、c2/cl、d2/dl和e2/el，作为各个频带的焦点信号比。随后，控制单元140可以确定焦点信号比是大于1或等于1还是小于1。在这种情况下，当确定低频带的焦点信号比是大于1或等于1还是小于1时准确性很高。这是因为低频带的焦点信号具有平滑的峰值和较小的噪音。因此，控制单元140可以对于多个频带的最低频率带确定焦点信号比是大于1或等于1还是小于1。当焦点信号比大于1或等于1时，指示聚焦镜头115从第一位置到第二位置的移动是在趋近聚焦位置的方向。当焦点信号比小于1时，指示聚焦镜头115从第一位置到第二位置的移动是在远离聚焦位置的方向。因此，当焦点信号比大于1或等于1时，控制单元140可以使得聚焦镜头115以从第一位置到第二位置的方向驱动。相反，当焦点信号比小于1时，控制单元140可以使得聚焦镜头115以与从第一位置到第二位置的移动方向相反的方向驱动。从而，控制单元140可以取决于多个频带的焦点信号比是大于1或等于1还是小于1来确定聚焦镜头的驱动方向。此外，当多个频带的焦点信号比大于1或等于1时，控制单元140可以计算与具有最大焦点信号比的频带相应的散焦的数量。相反，当对于多个频带的焦点信号比小于1时， 控制单元140可以计算与具有最小的焦点信号比的频带相应的散焦的数量。将参照图6具体地描述由控制单元140确定聚焦镜头116的移动方向以及计算散焦数量的原理。图6是示出在四个频带中取决于聚焦镜头115的位置的焦点信号比的曲线图。在图6中，曲线图的X轴指示散焦的数量、Y轴指示焦点信号比并且四条线条指示四个频带的比值。这里，散焦的数量为零的位置指示聚焦位置。如图6所示，可以看出在聚焦位置(散焦数量是零)的左边(散焦数量为负的区域)焦点信号比大于1并且在右边(散焦数量为正的区域)焦点信号比小于1。换句话说， 可以看出当焦点信号比大于1时，聚焦镜头115从第一位置到第二位置的移动方向(当前移动方向)是趋近聚焦位置的方向。相反，可以看出当焦点信号比小于1时，聚焦镜头115 的当前移动方向是远离聚焦位置的方向。如图6所示，可以看出对于高频带，焦点信号比具有接近聚焦位置的峰值，并且对于低频带，峰值偏离聚焦位置。在图6中，可以看出，在区域A具有最高频带05到301p/mm)的图像信号的焦点信号比比其他频带的焦点信号比要大。此外，可以看出在区域B具有第二最高频带(12.5 到17.51p/mm)的图像信号的焦点信号比是最大的。此外，可以看出在区域C具有第三最高频带(7. 5到17. 51p/mm)的图像信号的焦点信号比是最大的。此外，可以看出在具有负的散焦数量的、偏离区域C的区域，具有最低频带(2. 5到12. 51p/mm)的图像信号的焦点信号比是最大的。此外，在图6中，可以看出，在区域a具有最高频带05到301p/mm)的图像信号的焦点信号比比其他频带的焦点信号比要小。此外，可以看出在区域b具有第二最高频带 (12. 5到17. 51p/mm)的图像信号的焦点信号比是最小的。此外，可以看出在区域c具有第三最高频带(7. 5到17. 51p/mm)的图像信号的焦点信号比是最小的。此外，可以看出在具有正的散焦数量、偏离区域c的区域，具有最低频带(2. 5到7. 51p/mm)的图像信号的焦点信号比是最小的。使用上述特征，控制单元140可以基于聚焦镜头115的先前位置和当前位置的各个频带的焦点信号比来计算当前聚焦镜头115的散焦数量。具体地，当由控制单元140计算的焦点信号比大于或等于1时，控制单元140从多个频带选择具有最大焦点信号比的频带。当多个频带的最高频带(25到301p/mm)具有最大焦点信号比时，控制单元140可以知道当前聚焦镜头115的散焦数量属于范围A。因此，控制单元140可以设置范围A的中间值-0. 2作为当前聚焦镜头115的散焦数量。此外，因为由控制单元140计算的焦点信号比大于1或等于1，所以控制单元140可以将聚焦镜头115的移动方向设置为与当前移动方
向一样。此外，当多个频带的第二最高频带(12. 5到17. 51p/mm)具有最大焦点信号比时， 控制单元140可以知道当前聚焦镜头115的散焦数量属于范围B。因此，控制单元140可以设置范围B的中间值-0. 6作为当前聚焦镜头115的散焦数量。此外，因为由控制单元140 计算的焦点信号比大于1或等于1，所以控制单元140可以将聚焦镜头115的移动方向设置为与当前移动方向一样。当多个频带的第三最高频带(7. 5到12. 51p/mm)具有最大焦点信号比时，控制单元140可以知道当前聚焦镜头115的散焦数量属于范围C。因此，控制单元140可以设置范围C的中间值-1作为当前聚焦镜头115的散焦数量。此外，因为由控制单元140计算的焦点信号比大于1或等于1，所以控制单元140可以将聚焦镜头115的移动方向设置为与当前
移动方向一样。最终，当多个频带的最低频带(2. 5到7. 51p/mm)具有最大焦点信号比时，控制单元140可以知道当前聚焦镜头115的散焦数量偏离范围C。因此，控制单元140可以设置范围C的最小值-1. 2作为当前聚焦镜头115的散焦数量。此外，因为由控制单元140计算的焦点信号比大于1或等于1，所以控制单元140可以将聚焦镜头115的移动方向设置为与当前移动方向一样。另一方面，当由控制单元140计算的焦点信号比小于1时，控制单元140可以从多个频带选择具有最小焦点信号比的频带。当多个频带的最高频带05到301p/mm)具有最小的焦点信号比时，控制单元140 可以知道当前聚焦镜头115的散焦数量属于范围a。因此，控制单元140可以设置范围a的中间值0.4作为当前聚焦镜头115的散焦数量。此外，因为由控制单元140计算的焦点信号比小于1，所以控制单元140可以将聚焦镜头115的移动方向设置为与当前移动方向相反。此外，当多个频带的第二最高频带(12. 5到17. 51p/mm)具有最小的焦点信号比时，控制单元140可以知道当前聚焦镜头115的散焦数量属于范围b。因此，控制单元140 可以设置范围b的中间值0. 8作为当前聚焦镜头115的散焦数量。此外，因为由控制单元 140计算的焦点信号比小于1，所以控制单元140可以将聚焦镜头115的移动方向设置为与当前移动方向相反。当多个频带的第三最高频带(7. 5到12. 51p/mm)具有最小的焦点信号比时，控制单元140可以知道当前聚焦镜头115的散焦数量属于范围C。因此，控制单元140可以设置范围c的中间值1. 4作为当前聚焦镜头115的散焦数量。此外，因为由控制单元140计算的焦点信号比小于1，所以控制单元140可以将聚焦镜头115的移动方向设置为与当前移动方向相反。最终，当多个频带的最低频带(2. 5到7. 51p/mm)具有最小的焦点信号比时，控制
9单元140可以知道当前聚焦镜头115的散焦数量偏离范围C。因此，控制单元140可以设置范围c的最大值1. 7作为当前聚焦镜头115的散焦数量。此外，因为由控制单元140计算的焦点信号比小于1，所以控制单元140可以将聚焦镜头115的移动方向设置为与当前移动方向相反。通过上述原理，控制单元140可以通过使用焦点信号比来计算散焦数量。在上面的描述中，设置范围A、范围B和范围C以及范围a、范围b和范围c的中间值作为散焦数量。 然而，应该注意，这仅是示例。例如，控制单元140可以设置范围A、范围B和范围C以及范围a、范围b和范围c的任意值作为散焦数量。从而，控制单元140可以计算聚焦镜头115的散焦数量然后控制驱动单元150使得取决于散焦数量来移动聚焦镜头115。更具体地，控制单元140可以控制驱动单元150， 使得计算的散焦数量越大聚焦镜头115的移动速度越快。此外，控制单元140可以基于计算来控制驱动单元使得聚焦镜头115被移动到靠近聚焦位置的位置、或者在运动(travel) 期间第二次计算散焦数量之后将聚焦镜头115移动到靠近聚焦位置的位置。另外，当确定聚焦镜头115被移动到靠近聚焦位置的位置时，控制单元140可以通过三点插值(three-point interpolation)来计算正确的聚焦位置。具体地，控制单元140 可以对于三个靠近聚焦位置的位置计算聚焦信号值并且将这样的位置确定为聚焦位置在该位置处一个位置的切线与两个点的连接线相交。下面将参照图8具体地描述该过程。驱动单元150可以在控制单元140的控制下驱动聚焦镜头115。通过上述配置，相机100可以通过使用多个频带的焦点信号来计算散焦数量并且取决于散焦数量来移动聚焦镜头115的位置，从而执行自动对焦功能。当散焦数量较大时，相机100可以使聚焦镜头 115快速移动，使得有可能在短时间内获得焦点。以下，将参照图3具体描述自动对焦方法的示例。图3是根据本发明实施例的自动聚焦方法的流程图。首先，相机100检测通过镜头单元110的、对象的入射光并生成关于对象图像的图像信号(S310)。随后，相机100提取生成的图像信号的部分区域(S320)。这里，捕获的图像信号的部分区域指示用于焦点检测的部分。可以调整相机以聚焦于捕获的图像的部分区域，例如，聚焦于屏幕的中心部分的部分区域。然而，本发明不限于此。例如，可以调整相机以检测对于捕获的图像信号的各部分的焦点。从而，相机100可定焦于由图像处理单元210 提取的部分区域，从而减少用于执行自动聚焦功能的计算并提高聚焦速度。然后，相机100通过使用多个带通滤波器将图像信号分离为多个不同的频带 (S330)。随后，相机100分别接收已经通过多个带通滤波器的频带的图像信号，并且对于各个频带的图像信号计算焦点信号值(S340)。换句话说，相机100对于已经通过带通滤波器中的一个的频带的图像信号计算一个焦点信号值。因此，由相机100计算的焦点信号值的数量与带通滤波器的数量相同。这里，焦点信号值是与反差自动对焦方法一致的反差值。然后，相机100基于第一焦点信号值和第二焦点信号值来计算聚焦镜头115的散焦数量，所述第一焦点信号值是在聚焦镜头115的第一位置处的焦点信号值，所述第二焦点信号值是在聚焦镜头115的第二位置处的焦点信号值，并且取决于计算的散焦数量来移动聚焦镜头115的位置。在此，散焦数量是指示聚焦镜头115从聚焦位置(即，对准焦点的位置)偏离的程度。为此，相机100计算第一焦点信号值和第二焦点信号值的比值，所述第一焦点信号值是在聚焦镜头115的第一位置处的多个焦点信号值，所述第二焦点信号值是在聚焦镜头115的第二位置处的多个焦点信号值(S350)。具体地，当聚焦镜头115处于第一位置时，相机100计算第一焦点信号值。随后， 相机100将聚焦镜头115移动到第二位置。当聚焦镜头115处于第二位置时，相机100计算第二焦点信号值。此时，第一位置是聚焦镜头115的先前位置并且第二位置是聚焦镜头 115的当前位置。然后，相机100计算焦点信号比(第二焦点信号值/第一焦点信号值)，也就是说对于每个频带、第二焦点信号值对第一焦点信号值的比值。换句话说，可以每个频带计算一个焦点信号比。例如，当包括如图2所示的五个带通滤波器221到225时，频带数量是五， 使得相机100计算五个焦点信号比。如此，相机100根据聚焦镜头115的两个位置对每个频带计算焦点信号比值。例如，可以进行如下假设当聚焦镜头115处于第一位置时，焦点信号值计算单元 230对于通过BPF1221的图像信号生成焦点信号值al、对于通过BPF2222的图像信号生成焦点信号值bl、对于通过BPF3223的图像信号生成焦点信号值cl、对于通过BPF4224的图像信号生成焦点信号值dl并且对于通过BPF5225的图像信号生成焦点信号值el，然后当聚焦镜头115处于第二位置时，焦点信号值计算单元230对于通过BPF1221的图像信号生成焦点信号值a2、对于通过BPF2222的图像信号生成焦点信号值1^2、对于通过BPF3223的图像信号生成焦点信号值c2、对于通过BPF4224的图像信号生成焦点信号值d2并且对于通过BPF5225的图像信号生成焦点信号值e2。然后，控制单元140计算a2/al、M/bl、c2/ cl、d2/dl以及e2/el，作为各个频带的焦点信号比。随后，相机100确定焦点信号比是大于1或等于1还是小于1 (S360)。在这种情况下，当确定低频带的焦点信号比是大于1或等于1还是小于1时准确性很高。这是因为低频带的焦点信号具有平滑的峰值和较小的噪音。当多个频带的焦点信号比大于1或等于1时(S360中的是)，相机100计算与具有焦点信号比的最大焦点信号比的频带相应的散焦数量(S370)。当焦点信号比大于1或等于1时(S360中的是)，指示聚焦镜头115从第一位置到第二位置的移动方向是趋近聚焦位置的方向。因此，当焦点信号比大于或等于1时(S360 中的是)，相机100进行驱动使得聚焦镜头115以与散焦数量相应的移动速度、以当前移动方向(从第一位置到第二位置的移动方向)移动。另一方面，当焦点信号比小于1时(S360中的否)，相机100计算与具有焦点信号比的最小焦点信号比的频带相应的散焦的数量(S380)。当焦点信号比小于1时(S360中的否)，聚焦镜头115以与散焦数量相应的移动速度、以与当前移动方向(从第一位置到第二位置的移动方向)相反的方向移动。从而，相机100取决于多个频带的焦点信号比是大于1或等于1还是小于1来确定聚焦镜头的驱动方向。已经参照图6描述了由相机100计算散焦数量的方法。
从而，在移动聚焦镜头115以后，相机100确定聚焦镜头115是否靠近聚焦位置 (S390)。具体地，当在先前位置焦点信号比大于1并且然后在当前位置焦点信号比小于1 时、或者当在先前位置焦点信号比小于1并且然后在当前位置焦点信号比大于1时，相机 100可以确定聚焦镜头靠近聚焦位置。此外，当焦点信号值增大然后减少时、或者当焦点信号值减少然后增大时，相机100可以确定聚焦镜头靠近聚焦位置。当聚焦镜头没有靠近聚焦位置时(S390中的否)，相机100再次从S310执行本过程。另一方面，当聚焦镜头靠近聚焦位置(S390中的是)时，相机100通过使用三点插值来检测聚焦位置并将聚焦镜头115移动到检测的聚焦位置。通过上述过程，相机100可以通过使用多个频带的焦点信号来计算散焦数量并且取决于散焦数量来移动聚焦镜头115的位置，从而执行自动对焦功能。当散焦数量较大时， 相机100可以快速移动聚焦镜头115，使得有可能在短时间内获得焦点。以下，参照图4A到7，将使用曲线图描述焦点信号的特征。图4A和图4B是示出根据示范性实施例的取决于聚焦镜头位置和频率的焦点信号值的曲线图。图4A是示出对于各个频率的焦点信号值的曲线图。在图4A中，X轴指示图像信号的频率值并且Y轴指示焦点信号值(即，反差值)。曲线图上的线条指示聚焦镜头115的散焦数量。当散焦数量是零时，其相应于聚焦位置。当散焦数量大于零或小于零时，其指示位置更远离聚焦位置。如图4A所示，可以看出，越靠近聚焦位置，取决于频率的焦点信号值的变化变得平滑，而越偏离聚焦位置，焦点信号值随着频率增加快速地减小。换句话说，可以看出越偏离聚焦位置，高频的反差快速地减小。图4B是示出对于散焦数量的焦点信号值的曲线图。在图4B中，X轴指示聚焦镜头115的散焦数量、并且Y轴指示焦点信号值(即，反差值)。曲线图上的线条指示图像信号的频率。如图4B所示，可以看出，在聚焦位置处大部分焦点信号值靠近1，但是散焦数量越大，焦点信号值减小。特别地，可以看出频率越高，焦点信号值就越快速地减小。如可以从图4A和图4B看出的，散焦数量越大，焦点信号值就越减小，并且取决于频率减小的程度不同。图5A到图5D是示出根据本发明示范性实施例的取决于聚焦镜头位置和频带的焦点信号值和焦点信号比的曲线图。虽然图5A和图5B与图4A和图4B相似，但是图4A和图4B是关于频率值的曲线图，而图5A和图5B是关于频带的曲线图。因此，可以看出焦点信号具有频带的特征，其与频率值的特征相似。图5C是示出通过对图5A和图5B的曲线图进行归一化而得到的结果的曲线。图5D是示出对于散焦数量的焦点信号比的曲线图。图5D中，X轴指示散焦数量、 Y轴指示焦点信号比并且每个线条指示一个频带。这里，散焦数量为零的位置指示聚焦位置。如图5D所示，可以看出在聚焦位置(散焦数量是零的区域)的左边(散焦数量为负的区域)焦点信号比大于1并且在右边(散焦数量为正的区域)焦点信号比小于1。也就是说，当散焦数量为负时，随着散焦数量增加焦点信号值向上增大到峰值，并且当散焦数量为正时，随着散焦数量增加焦点信号值向下减小到峰值。此外，可以看出当焦点信号比大于1时，聚焦镜头115的当前移动方向是接近聚焦位置的方向。另一方面，可以看出当焦点信号比小于1时，聚焦镜头115的当前移动方向是离开聚焦位置的方向。如图5D所示，可以看出对于高频带，焦点信号比具有接近聚焦位置的峰值焦点信号比，并且对于低频带，峰值离开聚焦位置。通过使用上述特征，相机100可以基于聚焦镜头115的当前位置的焦点信号比来
计算散焦数量。图6是示出根据本发明一个实施例的四个频带中取决于聚焦镜头位置的焦点信号比的曲线图。如图6所示，可以看出，当选择四个频带时，有可能更容易地察觉焦点信号比的特征。因为已经描述了图6，所以省略详细描述。图7示出根据本发明一个实施例的从五个带通滤波器(BPF)输出的焦点信号的示例。如图7所示，带通滤波器使具有不同频带的信号能够通过。可以看出，取决于频带，焦点信号呈现不同的特征，并且取决于散焦数量(即，焦点位置)，焦点信号比最大或最小的频带不同。通过使用焦点信号比的特征，相机100计算散焦数量并取决于散焦数量移动聚焦镜头115的位置，从而执行自动对焦功能。以下，将参照图8到图12描述将聚焦镜头115移动到聚焦位置的过程。图8示出根据本发明一个实施例的通过两次散焦数量计算来检测聚焦位置的过程。在图8中，上部的视图示出与取决于聚焦镜头位置(S卩，散焦数量)的焦点信号值有关的曲线图。图8下部的视图示出与取决于聚焦镜头位置的镜头驱动时间有关的曲线图。如图8所示，可以看出，相机100在每个时间间隔c计算焦点信号值。在图8中，聚焦镜头115的初始位置由编号1进行标记。当聚焦镜头115处于编号1位置时，相机100可以计算第一焦点信号值然后将聚焦镜头115移动到编号2位置。当聚焦镜头115处于编号2位置时，相机100可以计算第二焦点信号值。此时，图8上部的曲线图仅描绘一个频带以简化说明。实际上，该实施例的相机100可以如上所述对于多个频带计算焦点信号值。然后，相机100可以计算焦点信号比(第二焦点信号值/第一焦点信号值)，也就是说，当聚焦镜头115处于编号2位置时的第二焦点信号值与第一焦点信号值的比。随后， 相机可以通过使用计算的焦点信号比来计算聚焦镜头115在编号2位置处的散焦数量。随后，相机可以取决于计算的散焦数量来提高移动速度以将聚焦镜头115朝着聚焦位置移动到编号3位置。当经由编号3位置移动到编号4位置时，相机100可以计算焦点信号比和散焦数量。随后，考虑到散焦数量，相机100可以将聚焦镜头115移动到编号5 位置。当聚焦镜头115到达编号5位置时，相机100可以检测到该位置靠近聚焦位置并可以执行三点插值。具体地，相机100可以分别计算编号5位置、编号6位置和编号7位置的焦点信号值，然后计算连接编号5位置和编号6位置的焦点信号值的线条与编号7位置处的焦点信号值的切线相交的点，如图8的上部的曲线图所示。随后，相机100可以确定两条线条彼此相交的编号8位置作为聚焦位置，并最终将聚焦镜头115移动到编号8位置。
通过上述过程，相机100可以执行自动对焦。此外，如图8所示，可以看出聚焦需要的时间是大约5c的时间间隔。特别地，可以看出聚焦镜头115从编号2位置移动到编号 3位置的速度比聚焦镜头从编号1位置移动到编号2位置的速度要高。从而，因为相机100可以取决于散焦数量来控制聚焦镜头115的移动速度，所以有可能在比聚焦镜头115以恒定速度移动的情况中要短的时间内获得焦点。图9示出根据本发明一个实施例的通过一次散焦数量计算并利用3F δ的驱动时间间隔执行三点插值来检测聚焦位置的过程。这里，因为时间间隔c相应于6F δ的驱动间隔，所以3F δ的驱动间隔相应于c/2的时间间隔。图9上部的视图是关于取决于聚焦镜头位置(即，散焦数量)的焦点信号值的曲线图。图9的下部的视图是关于取决于聚焦镜头位置的镜头驱动时间的曲线图。如图9所示，可以看出相机100在每个时间间隔c计算焦点信号值。在图9中，聚焦镜头115的初始位置是编号1位置。当聚焦镜头115处于编号1 位置时，相机100可以计算第一焦点信号值然后将聚焦镜头115移动到编号2位置。当聚焦镜头115处于编号2位置时，相机100可以计算第二焦点信号值。此时，图9的上部的曲线图仅描绘一个频带以简化说明。事实上，该实施例的相机100可以如上所述对于多个频带计算焦点信号值。然后，相机100可以计算焦点信号比(第二焦点信号值/第一焦点信号值)，也就是说在聚焦镜头115处于编号2位置状态下第二焦点信号值对第一焦点信号值的比。随后， 相机可以通过使用计算的焦点信号比来计算聚焦镜头115处于编号2位置的散焦的数量。随后，相机可以取决于计算的散焦数量增大移动速度以将聚焦镜头115朝着聚焦位置移动到编号3位置。随后，相机100可以经由编号3位置将聚焦镜头移动到编号4位置。当聚焦镜头115到达编号4位置时，相机100可以检测到该位置靠近聚焦位置并执行三点插值。具体地，相机100可以分别计算编号4位置、编号5位置和编号6位置的焦点信号值，并且然后计算连接编号4位置和编号5位置的焦点信号值的线条与编号6位置处的焦点信号值的切线相交的点，如图9的上部的曲线图所示。此时，可以看出执行三点插值的时间间隔是c/2(即，3FS)。随后，相机100可以确定两条线条彼此相交的编号7位置作为聚焦位置，并最终将聚焦镜头115移动到编号7位置。通过以上所述处理，相机100执行自动对焦。此外，如图9所示，可以看出聚焦需要的时间大约是4c的时间间隔。特别地，可以看出，聚焦镜头115从编号2位置移动到编号3位置的速度比聚焦镜头从编号1位置移动到编号2位置的速度要高。从而，因为相机100可以取决于散焦数量来控制聚焦镜头115的移动速度，所以有可能在比聚焦镜头115以恒定速度移动的情况下要短的时间内检测到焦点。图10示出根据本发明一个实施例的通过一次散焦数量计算并利用6F δ的驱动间隔执行三点插值来检测聚焦位置的过程。这里，时间间隔c相应于6F δ的驱动间隔。图10的上部的视图是关于取决于聚焦镜头位置(即，散焦数量)的焦点信号值的曲线图。图10的下部的视图是关于取决于聚焦镜头位置的镜头驱动时间的曲线图。如图 10所示，可以看出相机100可以在每个时间间隔C计算焦点信号值。
在图10中，聚焦镜头115的初始位置是编号1位置。当聚焦镜头115处于编号1 位置时，相机100可以计算第一焦点信号值然后将聚焦镜头115移动到编号2位置。当聚焦镜头115处于编号2位置时，相机100可以计算第二焦点信号值。此时，图10的上部的曲线图仅描绘一个频带以简化说明。事实上，该实施例的相机100可以如上所述对于多个频带计算焦点信号值。然后，相机100可以计算焦点信号比(第二焦点信号值/第一焦点信号值)，也就是说在聚焦镜头115处于编号2位置状态下第二焦点信号值对第一焦点信号值的比。随后， 相机可以通过使用计算的焦点信号比来计算聚焦镜头115的编号2位置的散焦数量。随后，相机可以取决于计算的散焦数量增大移动速度以将聚焦镜头115朝着聚焦位置移动到编号3位置。随后，相机100可以经由编号3位置将聚焦镜头移动到编号4位置。当聚焦镜头115到达编号4位置时，相机100可以检测到该位置靠近聚焦位置并执行三点插值。具体地，相机100可以分别计算编号4位置、编号5位置和编号6位置的焦点信号值，并且然后计算编号4位置处的焦点信号值的切线与连接编号5位置和编号6位置的焦点信号值的线条相交的点，如图10的上面的曲线图所示。此时，可以看出，执行三点插值的时间间隔是c(即，6FS)。随后，相机100可以确定两条线条彼此相交的编号7位置作为聚焦位置，并最终将聚焦镜头115移动到编号7位置。通过以上所述处理，相机100执行自动对焦。此外，如图10所示，可以看出聚焦需要的时间大约是6c的时间间隔。特别地，可以看出，聚焦镜头115从编号2位置移动到编号3位置的速度比聚焦镜头从编号1位置移动到编号2位置的速度要高。从而，因为相机100可以取决于散焦数量来控制聚焦镜头115的移动速度，所以有可能在比聚焦镜头115以恒定速度移动的情况下要短的时间内检测到焦点。图11示出根据本发明一个实施例的通过一次散焦数量计算以及执行三点插值直接移动到邻近于聚焦位置的位置的过程。和图10相反，可以看出图11中聚焦镜头115的位置从编号2位置直接移动到靠近聚焦位置的编号3位置。此外，可以看出相机100通过使用编号3位置、编号4位置和编号5位置来执行三点插值。在图11中，可以看出聚焦需要的时间是5c，比图10中的情况要短时间C。从而，相机100可以通过使用两个位置的焦点信号比来计算散焦数量并利用计算的散焦数量将聚焦镜头115移动到邻近聚焦位置的位置。从而，有可能更快地执行自动对焦功能。图12示出根据本发明一个实施例的当初始位置在聚焦位置以外时的自动对焦过程。图12的上部的视图是关于取决于聚焦镜头位置(即，散焦数量)的焦点信号值的曲线图。图12的下部的视图是有关取决于聚焦镜头位置的镜头驱动时间的曲线图。如图 12所示，可以看出相机100可以在每个时间间隔c计算焦点信号值。在图12中，聚焦镜头115的初始位置是编号1位置。当聚焦镜头115处于编号1 位置时，相机100可以计算第一焦点信号值然后将聚焦镜头115移动到编号2位置。当聚
15焦镜头115处于编号2位置时，相机100可以计算第二焦点信号值。此时，图12的上面的曲线图仅描绘一个频带以简化说明。事实上，该实施例的相机100可以如上所述对于多个频带计算焦点信号值。然后，相机100可以计算焦点信号比(第二焦点信号值/第一焦点信号值)，也就是说在聚焦镜头115处于编号2位置状态下第二焦点信号值对第一焦点信号值的比。此时， 焦点信号值小于1。这是因为编号2位置的焦点信号值小于编号1位置的焦点信号值。因此，当前移动方向(即，从编号1位置到编号2位置的移动方向)是远离聚焦位置的方向。 从而，相机100可以以与聚焦镜头的当前移动方向相反的方向将聚焦镜头115移动到编号 3位置。随后，相机可以通过使用计算的焦点信号比来计算聚焦镜头115处于编号2位置的散焦的数量。此时，计算出具有正值的散焦数量。随后，考虑到散焦数量，相机100可以增大移动速度，并经由编号3位置和编号4位置将聚焦镜头115移动到编号5位置。当聚焦镜头115到达编号5位置时，相机100可以检测到该位置靠近聚焦位置并执行三点插值。具体地，相机100可以分别计算编号5位置、编号6位置和编号7位置的焦点信号值，并且然后计算连接编号5位置和编号6位置的焦点信号值的线条与编号7位置处的焦点信号值的切线相交的点，如图12的上部的曲线图所示。此时，可以看出，执行三点插值所需的时间间隔是c/2。随后，相机100可以确定两条线条彼此相交的编号8位置作为聚焦位置，并最终将聚焦镜头115移动到编号8位置。通过以上处理，相机100执行自动对焦。此外，如图12所示，即使当聚焦镜头115 的初始移动方向是远离聚焦位置的方向时，相机100也可以改变聚焦镜头115的移动方向。 可以看出，通过上述过程进行聚焦需要的时间大约是5c时间间隔。此外，可以看出，聚焦镜头115从编号2位置移动到编号3位置的速度比聚焦镜头从编号1位置移动到编号2位置的速度要高。从而，因为相机100可以取决于散焦数量来控制聚焦镜头115的移动速度，所以有可能在比聚焦镜头115以恒定速度移动的情况下要短的时间内获得焦点。虽然在上面的描述中，已经参照相机100作为成像装置进行描述，但是可以在任意能够捕获对象图像并具有自动对焦功能的成像装置中实践所述实施例的教导。例如，成像装置可以包括录像摄像机、数字照相机等等。上述实施例和优点仅是示范性的，并不视作对本发明的限制。可以容易地将本教导应用于其他类型的装置。此外，实施例的描述旨在示例性的，本领域技术人员应该理解， 在不脱离其范围在所附权利要求及其等同物中定义的本公开的教导的原理和精神的情况下，可以进行很多改变、替换、修改和变化。
权利要求
1.一种成像装置，包括镜头单元，包括具有聚焦镜头的光学系统；驱动单元，驱动镜头单元；图像拾取单元，检测通过镜头单元的光以生成图像信号；自动对焦单元，对于在图像拾取单元中生成的图像信号的多个频带计算并输出多个焦点信号值；以及控制单元，基于第一焦点信号值和第二焦点信号值计算聚焦镜头的散焦数量，所述第一焦点信号值是在聚焦镜头的第一位置处的多个焦点信号值，所述第二焦点信号值是在聚焦镜头的第二位置处的多个焦点信号值，并且控制驱动单元使得取决于计算的散焦数量来移动聚焦镜头的位置。
2.如权利要求1所述的成像装置，其中所述自动对焦单元包括图像处理单元，提取在图像拾取单元中生成的图像信号的部分区域；多个带通滤波器，允许被处理的图像信号的不同频带通过；以及焦点信号值计算单元，分别对于已经通过多个带通滤波器的各个频带的图像信号计算并输出焦点信号值。
3.如权利要求2所述的成像装置，其中所述焦点信号值计算单元对于通过带通滤波器中的一个的一个频带的图像信号计算一个焦点信号值。
4.如权利要求2所述的成像装置，其中所述带通滤波器具有相同的带宽并且其中间频率以预定的间隔从最低频率连续地增加。
5.如权利要求2所述的成像装置，其中所述焦点信号值是通过带通滤波器的图像信号的反差值。
6.如权利要求1所述的成像装置，其中所述控制单元对于每个频带计算焦点信号比一第二焦点信号值/第一焦点信号值，所述焦点信号比是第二焦点信号值与第一焦点信号值的比值，并且通过使用多个频带的焦点信号比来计算散焦数量。
7.如权利要求6所述的成像装置，其中当所述多个频带的焦点信号比大于或等于1时， 所述控制单元计算与具有焦点信号比的最大焦点信号比的频带相应的散焦数量。
8.如权利要求6所述的成像装置，其中当所述多个频带的焦点信号比小于1时，所述控制单元计算与具有焦点信号比的最小焦点信号比的频带相应的散焦数量。
9.如权利要求6所述的成像装置，其中所述控制单元取决于多个频带的焦点信号比是大于1或等于1还是小于1来确定聚焦镜头的移动方向。
10.如权利要求1所述的成像装置，其中所述第一位置是聚焦镜头的先前位置并且第二位置是聚焦镜头的当前位置。
11.如权利要求1所述的成像装置，其中所述控制单元控制驱动单元使得计算的散焦数量越大，则聚焦镜头的移动速度越快。
12.一种自动对焦方法，包括检测通过镜头单元的光以生成图像信号；对于生成的图像信号的多个频带计算多个焦点信号值；基于第一焦点信号值和第二焦点信号值计算聚焦镜头的散焦数量，所述第一焦点信号值是在聚焦镜头的第一位置处的多个焦点信号值，所述第二焦点信号值是在聚焦镜头的第二位置处的多个焦点信号值；以及取决于计算的散焦数量来驱动聚焦镜头以便移动聚焦镜头的位置。
13.如权利要求12所述的自动对焦方法，其中所述焦点信号值计算包括 提取生成的图像信号的部分区域；通过分别使用允许不同频带通过的多个带通滤波器来将处理的图像信号分离成多个频带的图像信号；以及对于通过多个带通滤波器分离的各个频带的图像信号计算焦点信号值。
14.如权利要求13所述的自动对焦方法，其中所述焦点信号值计算包括对于通过带通滤波器中的一个的一个频带的图像信号计算一个焦点信号值。
15.如权利要求13所述的成自动对焦方法，其中所述带通滤波器具有相同的带宽并且其中间频率以预定的间隔从最低频率连续地增加。
全文摘要
提供一种成像装置和自动对焦方法，尤其涉及一种利用多个带通滤波器执行自动对焦功能的成像装置及方法。对于捕获的图像信号的多个频带计算多个焦点信号值。基于对于两个位置计算的焦点信号值计算聚焦镜头的散焦的数量。取决于计算的散焦数量来控制聚焦镜头的位置。从而，所述图像装置可以以更高的速度检测焦点。
文档编号H04N5/232GK102200674SQ20111007013
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者文憬焕, 朴景台, 李正源 申请人:三星电子株式会社