影像对焦方法以及应用该方法的影像提取装置与流程

本发明涉及影像光学的领域，尤其关于一种影像对焦方法以及应用该方法的影像提取装置。

背景技术：

近年来，随着电子工业的演进以及工业技术的蓬勃发展，各种电子装置设计及开发的走向逐渐朝轻便、易于携带的方向发展，以利使用者随时随地应用于行动商务、娱乐或休闲等用途。举例而言，各式各样的影像提取装置正广泛应用于各种领域，例如智能手机、穿戴式电子装置、空拍装置等电子装置，其具有体积小且方便携带的优点，使用者得以于有使用需求时随时取出并进行影像提取并储存，或进一步透过行动网路上传至网际网路之中，不仅具有重要的商业价值，更让一般大众的日常生活更添色彩。

再者，目前的影像提取装置大都内建自动对焦(Auto Focus，AF)系统，其对于成像品质具有相当大的影响。一般来说，自动对焦技术是指影像提取装置会移动镜头以变更镜头与被摄物体之间的距离，并从不同的镜头位置分别计算被摄主体的影像的对焦评估值(如对比值)，直到找寻到最大对焦评估值为止。具体而言，最大对焦评估值所对应的镜头位置即是能取得最大清晰度的影像的位置；然而，目前的自动对焦技术中所使用的爬山法(hill-climbing)或回归法(regression)中，镜头的连续推移以及最大对焦值的搜寻时间都需要若干幅影像才能达成一次的对焦，因此容易耗费许多时间。此外，在镜头的定位过程中镜头可能会移动过头，因此会有需要使镜头来回移动的情形，近而造成影像的边缘部份可能会有间歇性地超出感应范围，此即俗称的呼吸现象，而此现象破坏了对焦过程的稳定性。

根据以上的说明可知，现有的影像提取装置及其影像对焦方法具有改善的空间。

技术实现要素：

本发明的一目的在提供一种影像对焦方法，尤其关于一种在每一次的影像对焦过程中仅需截取单一影像并判断相位差异性就能得知镜头应移动多少距离才能完成对焦动作的影像对焦方法，借以提升影像对焦的速度，并提升影像对焦过程的稳定性。

本发明的一目的在提供一种影像提取装置，尤其关于一种应用上述影像对焦方法的影像提取装置。

于一较佳实施例中，本发明提供一种影像对焦方法，包括：

(a)提取一影像；其中，该影像中具有多个相位检测像素组，且每一相位检测像素组包括一第一入光像素以及一第二入光像素；

(b)聚集该多个第一入光像素以形成一第一图像以及聚集该多个第二入光像素以形成一第二图像；其中，该第一图像具有相对应于该影像的一对焦区域的一第一区块，而该第二图像具有相对应于该影像的该对焦区域的一第二区块；

(c)分别获得该第一区块与该第二区块以及多个测试区块的一图像相位差异；其中，该多个测试区块分别部份重叠或邻近于该第二区块；以及

(d)依据该多个图像相位差异中的一图像相位差异最小者移动一镜头以进行对焦。

其中该图像相位差异透过计算一峰值信号噪声比(PSNR)而获得。

其中于该步骤(d)中，该镜头是被一步进马达驱动而移动。

其中该步骤(d)还包括：依据该图像相位差异最小者查询一对照表，以获得对应于该图像相位差异最小者的该步进马达的一移动步数。

其中该步骤(d)还包括：输入该图像相位差异最小者至一线性回归方程式，以获得该步进马达的一移动步数。

其中该多个测试区块分别于一水平方向上部份重叠或邻近于该第二区块。

其中该多个测试区块分别与该第二区块具有相同大小。

其中该第一入光像素以及该第二入光像素分别为一左入光像素以及一右入光像素，抑或是该第一入光像素以及该第二入光像素分别为一右入光像素以及一左入光像素。

于一较佳实施例中，本发明亦提供一种影像提取装置，包括：

一镜头；

一感测元件，其感应经过该镜头并入射至该感测元件的光束以获得一影像，且该感测元件包括多个相位检测单元组，以使该影像中具有分别相对应于该多个相位检测单元组的多个相位检测像素组，而每一相位检测像素组包括一第一入光像素以及一第二入光像素；

一影像分割单元，连接于该感测元件，并用以聚集该多个第一入光像素以形成一第一图像以及聚集该多个第二入光像素以形成一第二图像，且该第一图像具有相对应于该影像的一对焦区域的一第一区块，而该第二图像具有相对应于该影像的该对焦区域的一第二区块；

一运算单元，连接于该影像分割单元，用以分别获得该第一区块与该第二区块以及多个测试区块的一图像相位差异，并依据该多个图像相位差异中的一图像相位差异最小者而输出一驱动信号；其中，该多个测试区块分别部份重叠或邻近于该第二区块；以及

一驱动单元，连接于该运算单元以及该镜头之间，用以于接收该驱动信号后驱动该镜头移动以进行对焦。

其中该图像相位差异透过计算一峰值信号噪声比(PSNR)而获得。

其中该驱动单元为一步进马达。

其中该运算单元中设置有一对照表，其供该运算单元依据该图像相位差异最小者进行查询而获得该步进马达的一移动步数，以输出相对应于该移动步数的该驱动信号予该驱动单元。

其中该运算单元将该图像相位差异最小者输入至一线性回归方程式以获得该步进马达的一移动步数。

其中该多个测试区块分别于一水平方向上部份重叠或邻近于该第二区块。

其中该多个测试区块分别与该第二区块具有相同大小。

其中该第一入光像素以及该第二入光像素分别为一左入光像素以及一右入光像素，抑或是该第一入光像素以及该第二入光像素分别为一右入光像素以及一左入光像素。

附图说明

图1为本发明影像提取装置于一较佳实施例的方块示意图。

图2为图1所示影像提取装置的感测元件的一较佳概念示意图。

图3为本发明影像对焦方法的一较佳方法流程图。

图4为图3所述步骤S1中所获得的影像的一较佳概念示意图。

图5A为图3所述第一图像的一较佳概念示意图。

图5B为图3所述第二图像的一较佳概念示意图。

图6为运算单元所获得的最大的峰值信号噪声比与步进马达应移动多少步数才能对焦的一较佳相对关系示意图。

图7为运算单元所获得的最大的峰值信号噪声比与步进马达应移动多少步数才能对焦的一较佳相对关系对照表。

【符号说明】

1 影像提取装置 2 影像

4 对照表 11 镜头

12 感测元件 13 影像分割单元

14 运算单元 15 驱动单元

22 相位检测像素组 31 第一图像

32 第二图像 121 相位检测单元组

221 第一入光像素 222 第二入光像素

311 第一区块 321 第二区块

322₁ 测试区块 322₂ 测试区块

322_m 测试区块 322_n 测试区块

1211 第一入光相位检测单元 1212 第二入光相位检测单元

D 驱动信号 L 对应关系线

P₁ 中心位置 P₂₁ 中心位置

P₂₂ 中心位置 P_2m 中心位置

P_2n 中心位置 S1 步骤

S2 步骤 S3 步骤

S4 步骤

具体实施方式

首先说明本发明影像提取装置的组成。请参阅图1与图2，图1为本发明影像提取装置于一较佳实施例的方块示意图，图2为图1所示影像提取装置的感测元件的一较佳概念示意图。影像提取装置1包括镜头11、感测元件12、影像分割单元13、运算单元14以及驱动单元15，且影像分割单元13连接于感测元件12以及运算单元14之间，而驱动单元15连接于运算单元14以及镜头11之间。其中，驱动单元15用以驱动镜头11移动以进行对焦，而感测元件12感应经过镜头11并入射至感测元件12的光束以获得影像，且感测元件12包括多个相位检测单元组121，每一相位检测单元组121包括第一入光相位检测单元1211以及第二入光相位检测单元1212。

接下来说明影像提取装置是如何进行对焦动作。请参阅图3～图5B，图3为本发明影像对焦方法的一较佳方法流程图，图4为图3所述步骤S1中所获得的影像的一较佳概念示意图，图5A为图3所述第一图像31的一较佳概念示意图，图5B为图3所述第二图像32的一较佳概念示意图。影像对焦方法包括步骤S1～步骤S4，以下分别对步骤S1～步骤S4进行详述。

步骤S1，当影像提取装置1欲进行拍摄时，先透过感测元件12获得一影像2；其中，影像2中具有一对焦区域21，且对焦区域21的位置可经由影像提取装置1的自动判断而决定，抑或是取决于影像提取装置1的使用者的设定。而由于感测元件12上设置有多个个相位检测单元组121，故其所获得的影像2中还具有分别相对应于多个相位检测单元组121的多个相位检测像素组22，且每一相位检测像素组22包括相对应于第一入光相位检测单元1211的第一入光像素221以及相对应于第二入光相位检测单元1212的第二入光像素222，其如图4所示。于本较佳实施例中，第一入光像素221以及第二入光像素222分别为左入光像素以及右入光像素，但实际应用上并不以此为限，例如亦可变更设计为第一入光像素221以及第二入光像素222分别为右入光像素以及左入光像素。

步骤S2，透过影像分割单元13接收来自感测元件12的影像2，并透过影像分割单元13聚集影像2中的多个第一入光像素221以形成一第一图像31以及聚集影像2中的多个第二入光像素222以形成一第二图像32，其如图5A以及图5B所示；其中，第一图像31以及第二图像32上分别具有相对应于影像2的对焦区域21的一第一区块311以及第二区块321。

步骤S3，透过运算单元14接收来自影像分割单元13的第一图像31以及第二图像32，并透过运算单元14获得第一区块311与第二区块321的图像相位差异E₁以及分别获得第一区块311与多个测试区块322₁、322₂…322_m、322_n的图像相位差异E₂₁、E₂₂…E_2m、E_2n；其中，多个测试区块322₁、322₂…322_m、322_n分别部份重叠或邻近于第二区块321。

进一步而言，于本较佳实施例中，多个测试区块322₁、322₂…322_m、322_n中的部份区块位于第二区块321的左侧，而另一部份区块则位于第二区块321的右侧，且第二区块321以及该些测试区块322₁、322₂…322_m、322_n具有相同大小；其中，第二区块321的中心位置P₁以及该些测试区块322₁、322₂…322_m、322_n的中心位置P₂₁、P₂₂…P_2m、P_2n中的任二相邻者水平相差(即左右相差)1像素(1pixel)，其如图5B所示；惟，上述仅为一实施例，测试区块P₂₁、P₂₂…P_2m、P_2n的选定并不以此为限，熟知本技艺人士皆可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计。

特别说明的是，若影像2的对焦区域21已处于准确对焦的情况下，则第一区块311以及第二区块321的图像相位差异E₁应为零或是彼次之间仅具由极小的图像相位差异，相反地，若影像2的对焦区域21并非处于准确对焦的情况下，则第一区块311以及第二区块321具有不同的图像相位；此时，则需从第二区块321以及该些测试区块322₁、322₂…322_m、322_n中寻找与第一区块311最小的图像相位差异，并依据最小的图像相位差异而进行相位补偿，亦即移动镜头11使影像对焦，此将于步骤S4详述。

再者，于本较佳实施例中，第一区块311与第二区块321的图像相位差异E₁以及第一区块311与任一测试区块322₁、322₂…322_m、322_n的图像相位差异E₂₁、E₂₂…E_2m、E_2n透过计算峰值信号噪声比(PSNR)而获得。一般来说，峰值信号噪声比是一种用来评断二图像的相似度的客观标准，而峰值信号噪声比越高则代表图像相位差异越小，其为熟知本技艺人士所知悉，在此即不再予以赘述。此外，在实际应用上，评价图像相位差异的标准并不以峰值信号噪声比为限，熟知本技艺人士亦可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计。

步骤S4，运算单元14依据所获得的多个图像相位差异E₁、E₂₁、E₂₂…E_2m、E_2n中的最小的图像相位差异而输出一相对应的驱动信号D予驱动单 元15；以本较佳实施例而言，由于本较佳实施例是以峰值信号噪声比来评价图像相位差异，故运算单元14是依据所获得的最大的峰值信号噪声比而输出相对应的驱动信号D予驱动单元15，而驱动单元15则于接收来自运算单元14的驱动信号D后驱动镜头11移动以进行对焦，因此影像提取装置1即可于影像对焦后进行拍摄。

于本较佳实施例中，驱动单元15为一步进马达，而驱动信号D为包含有步进马达应移动多少步数才能完成对焦的信号；进一步而言，请参阅图6，其为运算单元所获得的最大的峰值信号噪声比与步进马达应移动多少步数才能对焦的一较佳相对关系示意图，例如，当运算单元14所获得的最大的峰值信号噪声比为a1时，则会输出包含有步进马达应移动b1步数的驱动信号D予步进马达，进而驱动镜头11移动以进行对焦，而当运算单元14所获得的最大的峰值信号噪声比为a2时，则会输出包含有步进马达应移动b2步数的驱动信号D予步进马达，进而驱动镜头11移动以进行对焦；其中，图6中所示的对应关系线L可经由实验或数值模拟获得。补充说明的是，由于不同影像提取装置1的感测元件12以及步进马达难免具有生产上的公差，故不同影像提取装置1的对应关系线L不尽相同。

于一实施方式中，图6中所示的对应关系线L可供进行线性回归分析，借以获得对应关系线L的一线性回归方程式；其中，线性回归分析属于统计分析学的一种方法，其是利用称为线性回归方程的最小平方函数对一个或多个自变量(即本案中的峰值信号噪声比)和因变量(即本案中的马达移动步数)之间的关系进行建模的一种回归分析，此为熟知本技艺人士所知悉，故在此不再予以赘述。又，对应关系线L的线性回归方程式被设置于运算单元14中，故运算单元14可于获得图像相位差异最小者的峰值信号噪声比时将图像相位差异最小者的峰值信号噪声比输入至线性回归方程式中，以进而获得步进马达所应移动的步数。由于先前提过不同影像提取装置1的对应关系线L不尽相同，故不同影像提取装置1的对应关系线L的线性回归方程式亦不尽相同；是以，较佳者，但不以此为限，于每一影像提取装置1出厂前皆需进行线性回归分析，并将经由线性回归分析所获得的线性回归方程式设置于运算单元14中，以使出厂后的每一影像提取装置1能够于影像对焦的过程中精准的运作。

而于另一实施方式中，为了节省运算单元14的运算负载，图6中所示的对应关系线L可被制作为如图7所示的对照表4，且对照表4是被设置于运算单元14中，故运算单元14可于获得图像相位差异最小者的峰值信号噪声比时利用查表的方法获得步进马达所应移动的步数，举例来说，当运算单元14所获得图像相位差异最小者的峰值信号噪声比为a2时，利用查表的方法可获得步进马达所应移动的步数为b2。而由于利用查表法能够降低运算单元14的运算时间，因此影像对焦的速度得以被提升。由于先前提过不同影像提取装置1的对应关系线L不尽相同，故不同影像提取装置1的对照表4亦不尽相同；是以，较佳者，但不以此为限，于每一影像提取装置1出厂前皆需分别置作对照表4并予以设置于运算单元14中，以使出厂后的每一影像提取装置1能够于影像对焦的过程中精准的运作。

惟，驱动镜头11移动的方式并不以上述二实施方式为限，亦即镜头11并不仅限于被步进马达所驱动，而无论驱动镜头11移动的方式为何，熟知本技艺人士皆可由上述二实施方式所获得的启示而进行任何均等的变更设计。

根据以上的说明可知，本发明影像提取装置以及影像对焦方法在每一次的影像对焦过程中仅需截取单一影像并判断相位差异性就能得知镜头应移动多少距离才能完成对焦动作，相较于现有自动对焦技术中所使用的爬山法(hill-climbing)或回归法(regression)而言，本案镜头仅需被一次性的推移且不用再耗费搜寻最大对焦值的时间，故可大幅提升影像对焦的速度，并增加影像对焦过程的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请专利范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本案的申请专利范围内。