聚焦位置检测装置和聚焦位置检测方法

聚焦位置检测装置和聚焦位置检测方法
【专利摘要】一种聚焦位置检测装置和聚焦位置检测方法，其针对成像单元的图像传感器上设置的测量区域中的移位量计算区域中的每一个，计算当第一子图像上的主体与第二子图像上的主体彼此最为重合时第二子图像相对于第一子图像的局部移位量以及表示局部移位量的准确度的概率分布的特征量；基于针对每个移位量计算区域的局部移位量和特征量来估计概率分布；将移位量计算区域的概率分布进行组合，以获得针对测量区域的局部移位量的准确度的分布；以及基于该分布来计算表示由成像单元的光学系统产生的聚焦位置与图像传感器之间的距离的代表值。
【专利说明】
聚焦位置检测装置和聚焦位置检测方法
技术领域
[0001] 本文中论述的实施方式涉及聚焦位置检测装置和聚焦位置检测方法，其基于通过 对主体进行成像而捕获的图像来检测主体的聚焦位置。
【背景技术】
[0002] 对主体进行成像的装置（例如数码相机或摄像机）已经结合自动地测量至主体的 距离并且基于测量结果聚焦在主体上的技术(所谓的自动聚焦），以便生成主体的清晰图 像。
[0003] 在这样的自动聚焦(AF)方法中，相位差检测方法作为使用穿过成像光学系统的光 束的方法的示例而为公众所知。在相位差检测方法中，来自主体并穿过成像光学系统的光 束被分成两束，并且根据由两个光束产生的主体的图像在图像传感器上的位置之间的距离 来确定图像传感器距聚焦位置的位移。接着，对成像光学系统的焦点位置进行调整，以使得 由两个光束产生的主体的图像的位置彼此重合。在相位差检测方法中，例如，可以通过相位 差检测方法检测到聚焦位置的区域被设置在图像传感器上。对聚光透镜中的每个的半部进 行遮罩，以获得与光束中之一对应的主体的图像，所述半部被设置在所述区域中包括的一 列中布置的多个固态成像元件的前方，并且垂直于布置固态成像元件的方向。类似地，对聚 光透镜中的每个的另一半部进行遮罩，以获得与光束中的另一光束对应的主体的图像，所 述另一半部被设置在所述区域中包括的另一列中布置的多个固态成像元件的前方，并且垂 直于布置固态成像元件的方向。
[0004] 已提出以下技术:在图像传感器上设置多个这样的区域，以使得在图像传感器中 的多个位置中使用相位差检测方法进行AF可行（例如，参见日本公开特许公报No. 2007-24941)。在日本公开特许公报No. 2007-24941公开的技术中，当要检测图像传感器上的、不 能执行使用相位差检测方法的焦点检测的关注区域中的聚焦位置时，在靠近关注区域并且 可以执行使用相位差检测方法的焦点检测的多个区域中的每一个中获得散焦量。然后，使 用所获得的散焦量的平均值作为关注区域中的估计散焦量。

【发明内容】

[0005] 然而，在每个区域中获得的主体的图像中可能包含大量噪声。在这种情况下，由于 噪声的影响，使用多个区域中的散焦量(即使用图像传感器距聚焦位置的位移量的平均值） 作为关注区域的估计散焦量可能导致估计散焦量的大量误差。此外，在不同区域中可能出 现不同主体，而不同区域从成像光学系统至主体可能具有不同距离。在这种情况下，估计散 焦量可能与主体中的任意主体的散焦量不同，并且即使当基于估计散焦量来调整成像光学 系统的焦点位置时，相机仍可能未聚焦在主体中的任意主体上。
[0006] 因此，本发明的目的在于提供一种能够提高使用相位差检测对聚焦位置进行检测 的准确度的聚焦位置检测装置。
[0007] 根据一个实施方式，提供了一种聚焦位置检测装置。聚焦位置检测装置包括处理 器，其被配置成：识别在成像单元中的图像传感器上设置的测量区域中包括的多个移位量 计算区域，其中，成像单元包括生成图像的图像传感器和光学系统，多个移位量计算区域中 的每一个生成表示出现在移位量计算区域中的主体的第一子图像和第二子图像，其中，第 一子图像上的主体与第二子图像上的主体之间的移位量根据光学系统聚焦到主体的聚焦 位置与图像传感器之间的距离而变化;针对多个移位量计算区域中的每一个，计算当第一 子图像上的主体和第二子图像上的主体彼此最为重合时第二子图像相对于第一子图像的 局部移位量;针对多个移位量计算区域中的每一个，计算表示代表局部移位量的准确度的 概率分布的特征量;针对多个移位量计算区域中的每一个，基于局部移位量和特征量来估 计表示局部移位量的准确度的概率分布;将针对多个移位量计算区域的表示局部移位量的 准确度的概率分布进行组合，以获得针对测量区域的局部移位量的准确度的分布；以及基 于该分布来计算表示由光学系统相对于出现在测量区域中的主体而产生的聚焦位置与图 像传感器之间的距离的代表值。
【附图说明】
[0008] 图1是作为结合聚焦位置检测装置的成像设备的示例的数码相机的示意性框图。
[0009] 图2是示出了图像传感器上设置的AF区域的示例的图。
[0010] 图3是示出了由图2中所示的AF区域中的两个像素列生成的子图像的示例的图。 [0011]图4是与聚焦位置的检测有关的控制单元的功能框图。
[0012] 图5是示出了测量区域与移位量计算区域之间的关系的示例的图。
[0013] 图6A是示出了等角线性拟合的原理的图。
[0014]图6B是示出了等角线性拟合的原理的图。
[0015] 图7A是示出了当在左侧图像和右侧图像上叠加高斯噪声时SAD的均值和标准偏差 的示例的图。
[0016] 图7B是示出了当在左侧图像和右侧图像上叠加高斯噪声时SAD的均值和标准偏差 的示例的图。
[0017]图8A是不出了根据图7A中所不的当在左侧图像和右侧图像上置加尚斯噪声时移 位量与SAD之间的关系而获得的局部移位量的概率的曲线图的图。
[0018]图8B是不出了根据图7B中所不的当在左侧图像和右侧图像上置加尚斯噪声时移 位量与SAD之间的关系而获得的局部移位量的概率的曲线的图。
[0019] 图9是示出了用于估计局部移位量的概率分布的处理的概要的图。
[0020] 图10是示出了针对多个SAD(s)值使用线性逼近而获得的移位量与SAD之间的关系 的图。
[0021] 图11是示出了要与测量区域中的移位量计算区域中的局部移位量的概率分布进 行组合的直方图的示例的图。
[0022] 图12是示出了要与测量区域中的移位量计算区域中的局部移位量的概率分布进 行组合的直方图的另一示例的图。
[0023] 图13是示出了表示整个测量区域中的局部移位量的准确度的分布的直方图以及 代表移位量与估计标准偏差之间的关系的示例的图。
[0024] 图14是用于检测聚焦位置的处理的操作流程图。
【具体实施方式】
[0025] 将参照附图来描述根据一个实施方式的聚焦位置检测装置。该聚焦位置检测装置 基于图像传感器上的测量区域中包括的、可以使用相位差检测来检测聚焦位置的多个区域 中的每一个中的主体的两个图像之间的移位量来获得整个测量区域中的聚焦位置。在这方 面而言，聚焦位置检测装置针对每个区域估计表示移位量的准确度的概率分布，并且基于 对区域中的概率分布进行组合的结果来获得整个测量区域的聚焦位置。
[0026] 为了便于说明，可以使用相位差检测来检测聚焦位置的区域将被称为AF区域。
[0027] 图1是示出了作为结合聚焦位置检测装置的成像设备的示例的数码相机的示意性 配置图。如图1中所示，数码相机1包括成像单元2、操作单元3、显示单元4、存储器单元5以及 控制单元6。数码相机1还可以包括符合串行总线标准(如通用串行总线）的接口电路(未描 绘），用于将数码相机1连接至计算机或其它设备，如电视机。例如，控制单元6通过总线被连 接至数码相机1的其它单元。注意，聚焦位置检测装置能够适用于包括成像单元的各种设 备。
[0028] 成像单元2包括图像传感器21、成像光学系统22以及执行器23。图像传感器21包括 以二维阵列布置的固态成像元件的阵列并且生成图像。例如，在固态成像元件中的每一个 的前部上设置有用于聚光的微型透镜。在图像传感器21中设置有多个AF区域。在图像传感 器21的前方设置有成像光学系统22,该成像光学系统22包括例如沿光轴布置的一个或更多 个透镜，并且形成图像传感器21上聚焦的主体的图像。执行器23例如包括步进马达，并且使 步进马达以根据来自控制单元6的控制信号的旋转量旋转，以使成像光学系统22的一些透 镜或所有透镜沿光轴移动，从而调节聚焦位置。每次成像单元2生成捕获到主体的图像时， 成像单元2将所生成的图像发送至控制单元6。
[0029] 图2是示出了设置在图像传感器21上的AF区域的示例的图。在该示例中，在图像传 感器21生成图像的成像区200中设置有m(水平方向）Xn(竖直方向）个AF区域201-1至201-(mXn)(其中1) JF区域中的每一个例如包括像素列203和像素列205,在像素列 203中，每个光接收表面的左半部被遮罩的多个固态成像元件202沿水平方向被布置在微型 透镜后方，在像素列205中，每个光接收表面的右半部被遮罩的多个固态成像元件204沿水 平方向被布置在微型透镜后方。
[0030] 图3是示出了通过图2中所示的AF区域中的两个像素列生成的子图像的示例的图。 在以下描述中，出于便利起见，由像素列203所生成的子图像将被称作左侧图像301，并且出 于便利起见，由像素列205所生成的子图像将被称作右侧图像302。当由成像光学系统22产 生的出现在AF区域中的主体的聚焦位置310位于图像传感器21上时，左侧图像301和右侧图 像302彼此大致重合。然而，当由成像光学系统22产生的聚焦位置310与图像传感器21相比 更靠近主体时，即，当聚焦位置310在图像传感器21前方时，左侧图像301从主体聚焦时左侧 图像301出现的位置向右移位。另一方面，右侧图像302从主体聚焦时右侧图像302出现的位 置向左移位。反之，当由成像光学系统22产生的聚焦位置310与图像传感器21相比更远离主 体时，g卩，当聚焦位置310在图像传感器21后方时，左侧图像301从主体聚焦时左侧图像301 出现的位置向左移位。另一方面，右侧图像302从主体聚焦时右侧图像302出现的位置向右 移位。因此，当在左侧图像301和右侧图像302中的一个在水平方向上相对于另一个进行移 位的同时对左侧图像301与右侧图像302之间的重合程度进行测量时，左侧图像301和右侧 图像302彼此最为重合时的移位量表示图像传感器21距聚焦位置的位移量。因此，控制单元 6可以通过移动成像光学系统22以使得移位量达到0而使得成像单元2聚焦在主体上。
[0031] 操作单元3例如包括由用户使用以操作数码相机1的各种操作按钮或拨号开关。操 作单元3响应于用户操作向控制单元6发送用于启动成像或聚焦的控制信号或者用于设置 快门速度或光圈的设置信号。
[0032] 操作单元3响应于用户操作还向控制单元6发送以下信息，所述信息表示要检测成 像单元2在成像区中的聚焦位置的区域(在下文中出于便利起见被称为测量区域）。预先设 置了多个测量区域，如成像区的中心、左上部、右下部以及整个成像区，并且用户通过对操 作单元3进行操作来选择测量区域中之一。替选地，测量区域可以被设置在成像区内的任意 位置。
[0033] 显示单元4例如包括显示装置如液晶显示器，并且显示从控制单元6接收的各类信 息或由成像单元2生成的图像。注意，可以例如使用触摸面板显示器将操作单元3和显示单 元4集成为一个单元。
[0034]存储器单元5例如包括可读可写易失性或非易失性半导体存储器电路系统。存储 器单元5存储从成像单元2接收的图像。存储器单元5还存储要由控制单元6使用以检测聚焦 位置的各类数据。存储器单元5例如存储以下信息作为这样的数据:表示每个AF区域的位置 和范围（例如由成像单元2生成的图像上每个AF区域的左上角和右下角的坐标）的信息、每 个AF区域的识别信息等。此外，存储器单元5存储用于成像光学系统22的焦点位置的调整的 焦点位置表。焦点位置表指示当成像光学系统22位于基准位置时与成像单元2到主体的距 离相对应的移位量与步进马达的旋转量之间的关系，其中，步进马达的旋转量对应于用于 使成像光学系统22聚焦在一定距离处的主体上的成像光学系统22的移动量。例如，成像光 学系统22的基准位置可以对应于当成像光学系统22聚焦于无穷远时成像光学系统22的位 置。当通过在控制单元6的处理器上执行的计算机程序来实现控制单元6的功能时，存储器 单元5可以存储计算机程序。
[0035]控制单元6是聚焦位置检测装置的示例，并且包括至少一个处理器及其外围电路。 控制单元6控制整个数码相机1。此外，控制单元6基于从成像单元2接收的图像来检测聚焦 位置，并且基于检测到的聚焦位置来调整成像光学系统22的聚焦位置。
[0036]图4是控制单元6的功能框图，其示出了与聚焦位置检测相关的功能块。控制单元6 包括:移位量计算区域识别单元11、特征量计算单元12、概率分布估计单元13、组合单元14、 代表值计算单元15以及聚焦单元16。控制单元6的这些单元例如被实现为由控制单元6的处 理器上执行的计算机程序实现的功能模块。替选地，实现控制单元6的各单元的功能的一个 或更多个集成电路可以与控制单元6分离地结合在数码相机1中。
[0037]移位量计算区域识别单元11识别图像传感器21上的由用户选择或设置的测量区 域中包括的AF区域作为移位量计算区域。在这方面而言，移位量计算区域识别单元11从存 储器单元5检索指示AF区域的位置和范围的信息。移位量计算区域识别单元11然后可以参 照指示AF区域的位置和范围的信息来识别至少部分地与测量区域交叠的AF区域作为移位 量计算区域。替选地，移位量计算区域识别单元11可以识别完全被包括在测量区域中的AF 区域作为移位量计算区域。
[0038]图5是示出了测量区域与移位量计算区域之间的关系的示例的图。在该示例中，在 由图像传感器21生成图像的成像区500中设置的测量区域501中包括12个AF区域510-1至 510-12。因此，AF区域510-1至510-12中的每一个被识别为移位量计算区域。
[0039]移位量计算区域识别单元11将被识别为移位量计算区域的每个AF区域的识别信 息提供至特征量计算单元12。
[0040] 特征量计算单元12针对通过由移位量计算区域识别单元11提供的AF区域的识别 信息而识别的每个移位量计算区域，计算当左侧图像与右侧图像彼此最为重合时的移位量 以及表示概率分布的特征量，所述概率分布表示移位量的准确度。
[0041] 首先将描述当左侧图像与右侧图像彼此最为重合时对每个移位量计算区域中的 移位量的计算(在下文中出于便利起见称为局部移位量）。
[0042] 例如，特征量计算单元12计算在将右侧图像相对于左侧图像逐像素移位的同时对 应像素的像素值之间的绝对差值的总和（SAD)。当SAD值为最小时，特征量计算单元12将右 侧图像相对于左侧图像的移位量设置为局部移位量。
[0043] 例如，特征量计算单元12可以根据以下给出的等式来针对每个移位量计算区域的 移位量s来计算SAD(s)。
[0044]
⑴
[0045] 其中，N表示用于一次SAD计算的左侧图像和右侧图像中的像素的数量。+S至-S表 示要找到局部移位量的移位量的范围。L[n]和R[n]分别表示在左侧图像和右侧图像中的第 η个像素的值。
[0046] 在等式（1)中，在逐像素的基础上来计算局部移位量。然而，实际上在SAD值为最小 处的局部移位量不必以像素为单位。特征量计算单元12因此使用SAD值为最小处的移位量 以及对于根据等式（1)获得的移位量周围的移位量的SAD值来通过等角线性拟合在逐子像 素的基础上获得局部移位量。
[0047]图6A和图6B是示出了等角线性拟合的原理的图。在图6A和图6B中，横轴表示移位 量，而纵轴表示SAD值。b表示根据等式（1)计算的SAD的最小值，a表示当移位量比与最小SAD 值对应的移位量小一个像素时的SAD值，以及c表示当移位量比与最小SAD值对应的移位量 大一个像素时的SAD值。在等角线性拟合中，假定当移位量自局部移位量减小时SAD值增大 的梯度等于当移位量增大时SAD值增大的梯度。
[0048] 因此，得到线601，其穿过与最小SAD值b对应的点以及与对应于较大SAD值(即线ab 或线be)且具有较大梯度绝对值的相邻点a或c对应的点。当如图6A中所示a>c时，线601为线 ab;另一方面，当如图6B中所示a < c时，线601为线be。此外，得到线602,其穿过对应于较小 SAD值且具有与线601相反的梯度（即，具有相反符号的梯度）的a或c。与线601和线602之间 的相交对应的移位量是在逐子像素基础上的局部移位量sh。
[0049] 特征量计算单元12可以根据以下给出的等式使用等角线性拟合来计算局部移位 量sh。
[0050]
[0051] 其中，Smin表示SAD值为最小处的在逐像素基础上的移位量；以及a = SAD[smin_l]，b = SAD[Smin]，C = SAD[Smin+l]。
[0052] 当构成左侧图像或右侧图像的像素的值不包括噪声分量时，如上所述计算的局部 移位量sh可以是相对准确的值。然而，例如当主体较暗时，噪声分量对构成左侧图像或右侧 图像的像素的值的贡献程度将较大。在这种情况下，所获得的局部移位量sh未必准确。
[0053] 因此，在针对每个移位量计算区域计算局部移位量sh之后，特征量计算单元12计 算表示下述概率分布的特征量，所述概率分布表示局部移位量sh的准确度。
[0054]首先将描述表示局部移位量sh的准确度的概率分布(在下文中简称为局部移位量 的概率分布）。
[0055] 令Ulj表示左侧图像的第i像素的像素值L[i]与右侧图像的第j像素的像素值R[j] 之间的绝对差。然后，当在左侧图像和右侧图像中的每个上叠加具有标准偏差σ/V'i的高斯 噪声时，对应像素之间的绝对差的概率密度函数可以写成：
[0056]
[0057] 换言之，fij(Xij)具有处于具有均值Uij和标准偏差〇的正态分布的分布，其中，取负 值的的范围被反转为正。等式(3)的右侧第二项对应于以下范围，其中，在具有均值 UlJ和 标准偏差σ的正态分布中取负值的Xlj被反转成正。
[0058] 可以如下使用等式(3)中的分布通过积分计算来计算f^(Xlj)的均值e[i][j]和方 差v[i][j] :
[0059]
[0060] v[i][j] = (UlJ2+〇2)-(e[i][j])2 (5)
[0061] 等式(4)中的erf(.)是误差函数，其被定义为：
[0062]
[0063] 与移位量s对应的5六0值^的概率密度函数^(^)对应于左侧图像的像素 L[i]与右 侧图像的像素 R[j]之间的绝对差的总和的概率分布，并且可以通过由以下等式表示的卷 积积分来计算该概率密度函数。
[0064] gs(xs) = ((. . . ((f(s+S)S*f(l+s+S)(l+S))*f(2+s+S)(2+S)) . . . ) *f (N-l+s+S) (N-1-S) ) ( Xs ) (7)
[0065] 其中，运算符表示两个函数的卷积积分，并且可以被定义为：
[0066]
(8^
[0067] 概率密度函数gs(Xs)的均值E[s]和方差V[s]可以写成：
[0068]
(§}
[0069]
C 1 Ο)
[0070] 等式（10)的右侧第二项的常数K是与第一项中添加的N个随机变量的协方差相关 的项，并且当所有N个随机变量彼此独立时，K为0。另一方面，当N个随机变量中包括并不独 立的至少一对随机变量时，K取非零值。例如，当在SAD计算之前对左侧图像和右侧图像执行 预处理(如平滑滤波)时，图像中的相邻像素的像素值使彼此关联，并且因此也使相邻像素 之间的绝对差相关联。因此，K取正值。另一方面，当未对左侧图像和右侧图像执行预处理 时，绝对差彼此独立，并且因此K为零。
[0071 ]图7A和图7B示出了当在左侧图像和右侧图像上叠加高斯噪声时SAD的均值和标准 偏差的示例。在图7A和图7B顶部的曲线图中，横轴表示像素的坐标，而纵轴表示像素值。图 7A中示出的输入图案701表示左侧图像和右侧图像中表示的主体的各个像素的值。类似地， 图7B中示出的输入图案702表示左侧图像和右侧图像中表示的主体的各个像素的值。图7B 中示出的输入图案702中的对比度是图7A中示出的输入图案701的对比度的二分之一。在图 7A和图7B二者中，假定左侧图像和右侧图像的输入图案相同，并且左侧图像与右侧图像之 间不存在相位差（即，局部移位量sh为0)。
[0072]在图7A和图7B底部的曲线图中，横轴表示当计算出SAD值时的移位量s，而纵轴表 示SAD值。图7A中示出的曲线图711表示当未在左侧图像和右侧图像上叠加噪声时移位量与 SAD之间的关系，当等式（1)中N=32时其对应于输入图案701。曲线图721表示当对输入图案 701添加了标准偏差σ为12.5的高斯噪声时SAD值的移位量与均值（=E[s])之间的关系。针 对每个移位量描绘的误差条731表示当对输入图案701添加了标准偏差 〇为12.5的高斯噪声 时的移位量处的SAD值的标准偏差(V[s]的平方根）。类似地，图7B中示出的曲线图712表示 当未在左侧图像和右侧图像上叠加噪声时移位量与SAD值之间的关系，其对应于输入图案 702。曲线图722表示当等式(1)中N = 32时对输入图案702添加了标准偏差σ为12.5的高斯噪 声时移位量与SAD值的均值之间的关系。针对每个移位量描绘的误差条732表示当对输入图 案702添加了标准偏差σ为12.5的高斯噪声时的移位量处的SAD值的标准偏差。
[0073] 如图7A和图7B中所示，当在左侧图像和右侧图像上叠加噪声时，SAD的均值通常在 每个移位量处增大，并且SAD值在一定程度上变化。当输入图案的对比度减小时，SAD值的变 化相对于移位量s的变化的比率减小，而所获得的局部移位量sh的误差很可能增大。
[0074] 当建立与每个移位量s对应的SAD值Xs的概率分布时，可以估计局部移位量的概率 分布。以下将描述用于估计局部移位量的概率分布的方法。
[0075] 出于简便起见，假定与在逐像素基础上获得的SAD Xs的最小值对应的移位量s是 局部移位量sh(即，未下降到子像素层级来计算局部移位量）。在这种情况下，可以通过获得 每个移位量处为最小的SAD值的概率来确定局部移位量sh的概率分布。
[0076] 当在给定移位量s处的SAD值xs为最小SAD值时，在除移位量s以外的任何移位量处 的SAD值比 Xs大。因此，可以通过针对每个移位量获得在该移位量处的SAD值将为最小的概 率以及将概率相加在一起来获得局部移位量sh的概率分布。
[0077] 在移位量s处的SAD值Xs的概率密度函数gs(Xs)的累积概率G s(Xs)可以被定义为：
[0078]
(11)
[0079] 在给定移位量i处的SAD值将大于心的概率是等式（11)的对立事件，即{l_Gi(Xs)}。 因此，在给定移位量s处的SAD值将为最小的概率h(s)(即移位量s为局部移位量sh的概率h (s))可以根据以下等式来计算。
[0080]
(1?}
[0081 ]图8A和图8B示出了在图7A和图7B所示的在左侧图像和右侧图像上叠加了标准偏 差σ为12.5的高斯噪声的示例中根据以上给出的等式从移位量与SAD值之间的关系获得的 概率h (s)的曲线图。在图8A和图8B中，横轴表示移位量，而纵轴表示概率。图8A中示出的概 率分布801可以根据移位量与SAD值的均值和SAD值的标准偏差之间的关系来获得，其对应 于图7A中的输入图案701，并且由曲线图721和误差条731示出。另一方面，图8B中示出的概 率分布802可以根据移位量与SAD值的均值和SAD值的标准偏差之间的关系来获得，其对应 于图7B中的输入图案702,并且由曲线图722和误差条733表示。在这些示例中，在假设概率 密度函数g s(Xs)的均值和方差分别根据正态分布的E(s)和V(s)的情况下，获得h(s)。
[0082] 如上所述，当在其上未叠加噪声的输入图案的形状即与主体对应的像素值的分布 外形和叠加在左侧图像和右侧图像上的噪声的特性已知时，可以得出局部移位量的概率分 布。然而，当根据实际获取的左侧图像和右侧图像来获得局部移位量时，这些信息项未知。 因此，特征量计算单元12根据每个移位量计算区域中的左侧图像和右侧图像来计算表示局 部移位量的概率分布的特征量，以使得概率分布估计单兀13可以估计概率分布。
[0083] 以下将描述表示局部移位量的概率分布的特征量。如上所述，当在每个移位量处 的SAD值的概率分布的方差(或标准偏差）以及SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的 比率已知时，可以在一定程度上估计局部移位量的概率分布。因此，该实施方式中的特征量 计算单元12计算下述特征量作为表示局部移位量的概率分布的特征量，所述特征量可以用 于估计SAD值的概率分布的方差以及SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比率。
[0084] 为了以简单的方式来估计SAD值的概率分布的方差，可以使用根据等式（1)获得的 SAD[s]的最小值SAD[smin]。假设在SAD[s]为最小处的移位量smin是无误差的准确局部移位 量(在下文中出于便利起见标注为s〇 pt)。在这种情况下，在未对像素值叠加噪声的条件下， 当右侧图像相对于左侧图像被移位达到局部移位量8_时，右侧图像的像素值完全等于左 侧图像的对应像素值。换言之，在等式(9)和（10)的右侧侧中对应像素的像素值之间的所有 绝对差1?为0,并且等式(9)和（10)可以被重写成：
[0087] E[Scipt]表示无误差的移位量SQpt处的SAD的均值，而V[SQpt]是其方差。根据等式 (13)和（14)，可以获得以下关系：
[0085]
[0086]
[0088]
< 1 S}
[0089] 根据等式（15)可以看出，方差随着SAD值的均值增大而增大。因此，可以根据SAD的 最小值[smin]来估计SAD值的方差。实际上，SAD值为最小处的移位量s min与准确局部移位量 s〇pt之间存在差异，此外，SAD[smin]可以随机变化。因此，在等式（15)中用SAD[s min]代替E [Scipt]未必会获得SAD值的准确方差。然而，因为SAD[smingE[Scipt]之间存在关系，所以如下 文描述的那样，可以根据SAD[s_]来估计SAD值的概率分布的方差。因此，特征量计算单元 12使用SAD[s_]作为用于估计SAD值的概率分布的方差的特征量(方差特征量）。
[0090] 作为修改示例，特征量计算单元12可以估计经滤波图像的像素的像素值与原始图 像的对应像素的像素值之间的均方根误差(RMSE)作为噪声的标准偏差 〇,其中，通过去噪滤 波器(如中值滤波器)对左侧图像或右侧图像进行正片叠底来获得经滤波图像。特征量计算 单元12可以使用标准偏差 〇作为用于估计SAD值的概率分布的方差的特征量。当可以估计噪 声的标准偏差σ时，可以根据等式(14)来估计SAD值的概率分布的方差。
[0091] 接下来将描述用于估计SAD的均值的变化相对于移位量的变化的比率的特征量。
[0092] 假定输入图案具有如图7A和图7B中所示的阶梯函数的形状，并且左侧图像和右侧 图像中的最大像素值与最小像素值之间的差（即对比度)为u。在这种情况下，可以根据如下 差来获得SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比率，所述差例如为通过等式（13)计 算的SAD的均值E [ Scipt ]与自该计算中使用的移位量起移位1时的移位量的SAD的均值E [ Scipt+ 1]之间的差。当未在左侧图像和右侧图像上叠加噪声时，在移位量自SAD为最小处的移位量 起移位1时，一个像素的像素值与其对应像素的像素值之间的绝对差将为u。另一方面，对于 其它像素(N-1个像素），左侧图像的像素的像素值完全等于右侧图像的对应像素的像素值。 从而，对应像素的像素值之间的绝对差为0。因此，通过反映等式(9)中的关系，E[ Scipt+l]可 以被重写为：
[0093]
Ο 6)
[0094] 根据等式（16)和（13 )，SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比率可以被重 写为：
[0095]
(17)
[0096] 通过使用对比度u对等式(17)的右侧部分地进行微分，可以获得以下等式：
[0097]
C 1 B)
[0098]因为等式（18)的右侧的误差函数erf的幅角总为正，所以误差函数本身总取正值。 根据这点可以看出，SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比率随图案的对比度增大 而增大。因此，特征量计算单元12计算左侧图像或右侧图像中的最大像素值与最小像素值 之间的差（即对比度)作为表示SAD的均值的变化相对于移位量的变化的比率的特征量(均 值特征量）。
[0099]根据修改的示例，特征量计算单元12可以计算左侧图像或右侧图像的像素值的方 差来代替对比度作为表示SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比率的特征量。
[0100] 根据另一修改的示例，特征量计算单元12可以针对使用等式（1)计算的各个移位 量S来计算一些或全部SAD[s]，作为表示局部移位量的概率分布的特征量。
[0101] 特征量计算单元12向概率分布估计单元13输出局部移位量sh以及表示针对每个 移位量计算区域的局部移位量sh的概率分布的特征量。
[0102] 概率分布估计单元13基于移位量计算区域的局部移位量sh和表示局部移位量sh 的概率分布的特征量，针对每个移位量计算区域来估计局部移位量sh的概率分布。
[0103] 图9是示出了用于估计局部移位量sh的概率分布的处理的概要的图。概率分布估 计单元13基于局部移位量sh和表示局部移位量sh的概率分布的特征量，针对图9的左侧部 分中的误差条所示出的每个移位量来估计SAD值的概率分布901。概率分布估计单元13然后 根据针对每个移位量的SAD值的概率分布901来估计局部移位量sh的概率分布902。因为概 率分布估计单元13针对每个移位量计算区域仅执行相同的处理，所以以下将描述针对一个 移位量计算区域的估计处理。
[0104] 首先将描述针对每个移位量对SAD值的概率分布的估计。出于简便起见，在该实施 方式中假定SAD值的概率分布的方差恒定，而不论移位量和SAD值的均值随移位量的变化而 线性地变化。
[0105] 首先，将描述对SAD值的概率分布的方差的估计。概率分布估计单元13可以基于由 特征量计算单元12获得的SAD值中的最小SAD值[s min ]来估计SAD值的概率分布的方差。如上 所述，最小SAD值[Smin]未必等于无误差的准确局部移位量Sopt处的SAD的均值E [ Sopt ]，而是 SAD [ smin]随机地小于E [ Scipt]。因此，如以下所给出的，使用使得E [ Scipt] = k*SAD [ smin]成立的 校正系数kU 1)来修正等式（15)，以及概率分布估计单元13使用经修正的等式来估计SAD 值的概率分布的方差V。
[0106]
(19)
[0107]此外，概率分布估计单元13使用以下等式来估计叠加到左侧图像和右侧图像上的 噪声的标准偏差〇,其中，通过基于SAD值的概率分布的方差修正等式（14)来建立所述等式。 标准偏差σ用于估计SAD的均值的变化相对于移位量的变化的比率。
[_8]
iz m
[0109] 此外，当已经获得了噪声的标准偏差0作为表示SAD值的概率分布的方差的特征量 时，概率分布估计单元13可以通过将标准偏差σ代入等式（14)来估计SAD值的概率分布的方 差。
[0110] 接下来将描述对SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比率的估计。概率分 布估计单元13可以通过将噪声的标准偏差σ和对比度u代入等式（17)来估计SAD值的均值的 变化相对于移位量的变化的比率。代替对比度，可以获得了左侧图像或右侧图像中的像素 值的方差作为特征量。在这种情况下，具有对比度u的阶梯函数的方差vSv = u2/4。以另一 方式表示，11=2^,因此，概率分布估计单元13可以通过在等式(17)中用2·^代替u的值来 获得SAD的均值的变化相对于移位量的变化的比率。
[0111] 注意，校正系数k并非恒定，而是随着SAD的均值的变化相对于移位量的变化的比 率而变化。因此，概率分布估计单元13可以首先使用校正系数k的预设初始值来计算方差V， 并且可以使用方差V来获得SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比率，接着可以根据 该比率来更新校正系数k。概率分布估计单元13可以使用经更新的校正系数k来重新计算方 差V，并且使用经重新计算的方差来重新计算SAD的均值的变化相对于移位量的变化的比 率。概率分布估计单元13可以通过重复该处理来提高对SAD的概率分布的方差和SAD的均值 的变化相对于移位量的变化的比率的估计的准确度。
[0112] 当已经获得了针对各个移位量s的一些或所有SAD[s]作为特征量时，概率分布估 计单元13可以通过线性地逼近所获得的SAD[s]的值来估计SAD值的概率分布。
[0113] 图10是示出了移位量与SAD值之间的关系的图，该关系可以通过对多个SAD[s]值 的线性逼近来获得。在图10中，横轴表示移位量，而纵轴表示SAD值。图10中的方形1001表示 针对通过特征量计算单元12获得的移位量s的SAD值SAD[s]。在这种情况下，概率分布估计 单元13可以使用优化方法(如最小二乘法)来线性地逼近SAD值，以将移位量与SAD值之间的 关系表示为两条线1010与1011。在这种情况下，概率分布估计单元13可以使用通过线性逼 近获得的两条线的梯度的绝对值的均值作为SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比 率。此外，概率分布估计单元13可以通过在等式（15)中用与两条线的相交对应的SAD值替代 E[ Scipt]来估计SAD值的概率分布的方差。
[0114] 概率分布估计单元13可以根据SAD[SminRPSAD值的均值的变化相对于移位量的变 化的比率来针对各个移位量s来估计SAD的概率分布的均值E[s]。因为，SAD的概率分布的方 差恒定，而不论移位量如何，所以概率分布估计单元13可以将如上所述计算的SAD的概率分 布的方差V视为各个移位量s的概率分布的方差V[s]。概率分布估计单元13可以基于针对各 个移位量s的SAD值的概率分布的均值E [ s ]和方差V[ s ]、根据等式(12)来获得局部移位量sh 的概率分布h (s)。在这方面而言，概率分布估计单元13假设SAD值的概率密度函数gs (xs)是 例如具有针对各个移位量s的SAD值的概率分布的均值E[s]和方差V[s]的正态分布。
[0115] 注意，当每次执行聚焦位置检测处理时概率分布估计单元13根据等式（12)针对每 个移位量计算区域来计算局部移位量sh的概率分布h(s)时，计算量是巨大的。为了解决这 个问题，例如可以预先在存储器单元5中存储指示下述概率分布h(s)的表，所述概率分布h (s)中的每一个与SAD值的概率分布的方差与SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比 率的每个组合相对应。在这种情况下，因为概率分布估计单元13可以通过参照该表来获得 与SAD值的概率分布的方差与SAD值的均值的变化相对于移位量的变化的比率的组合对应 的概率分布h(s)，所以可以减少计算量。
[0116] 概率分布估计单元13向组合单元14输出针对每个移位量计算区域的局部移位量 sh的概率分布h(s)。
[0117] 组合单元14根据各个移位量计算区域的局部移位量sh的概率分布h(s)来生成表 示整个测量区域中的局部移位量的准确度的分布的直方图。
[0118] 例如，组合单元14可以将移位量计算区域的局部移位量sh的概率分布h(s)相加， 以生成直方图。在这种情况下，组合单元14根据以下等式来计算概率值的总和作为针对移 位量s的频率H(s)，其中，每个概率值为针对每个移位量的局部移位量sh。
[0119]
(2 U
[0120] 其中，hds)表示测量区域中的以任何顺序的第i移位量计算区域中的局部移位量 的概率分布。Μ表示测量区域中包括的移位量计算区域的总数。
[0121]图11是示出了要与测量区域中的每个移位量计算区域中的局部移位量的概率分 布进行组合的直方图的示例的图。在图11中的示例中，测量区域1100中包括12个移位量计 算区域1101-1至1101-12。获得了针对移位量计算区域中的局部移位量的概率分布hKs)至 hi2(s)。然后，根据等式(21)针对各个移位量s来计算H(s)，由此获得其中对局部移位量的概 率分布hKs)至h 12(s)进行组合的直方图1110。在图11中，表示直方图1110的曲线图的横轴 表示移位量，而纵轴表示频率。
[0122] 在修改的示例中，组合单元14可以通过每个移位量计算区域中的局部移位量的概 率分布hKs)的平均值来表示hds)，由此减小计算直方图所需的计算量。
[0123] 在这种情况下，组合单元14对作为每个移位量计算区域中的局部移位量的概率分 布hKs)的均值的移位量81分配权重^，并且对除了移位量 81以外的移位量分配权重0。组合 单元14优选地对概率分布hi(s)的方差较小的移位量分配较大权重wi。例如，组合单元14可 以设置概率分布hi(s)的方差的倒数作为权重wi。以这种方式，组合单元14使得概率分布hi (s)的方差较小的移位量计算区域（即更可能计算出准确局部移位量的移位量计算区域)能 够对直方图作出更大贡献。
[0124] 组合单元14将权重^相加以生成离散直方图，其离散地表示针对整个测量区域的 局部移位量的准确度的分布。组合单元14可以通过具有特定宽度的平滑滤波器对所生成的 离散直方图进行相乘，以获得表示针对整个测量区域的局部移位量的准确度的分布的直方 图。在这种情况下，直方图中的每个移位量的频率等于该移位量处的权重^的总和。
[0125] 使用平滑滤波器以使离散直方图与通过将概率分布hds)相加而生成的直方图之 间的差最小化。组合单元14可以使用例如平均滤波器作为平滑滤波器。在这种情况下，滤波 器的宽度(抽头)优选地被设置成使得权重的总和的变化相对于移位量的变化的趋势被保 持。例如，可以根据以下等式来获得滤波器的宽度(抽头）。
[0126]
[0127] 其中，^是测量区域中以任何顺序的第i移位计算区域的概率分布hds)的标准偏 差。
[0128] 组合单元14可以将平滑滤波器的宽度设置成下述移位量计算区域中的概率分布 hds)的标准偏差的给定倍数(例如四倍），在所述移位量计算区域中，均值为最接近应用平 滑滤波器的范围的中心的移位量。代替平均滤波器，组合单元14可以使用高斯滤波器作为 平滑滤波器。
[0129] 图12是示出了根据该修改的示例要与测量区域中的移位量计算区域中的局部移 位量的概率分布进行组合的直方图的另一示例的图。在图12中示出的示例中，测量区域 1200中包括12个移位量计算区域1201-1至1201-12。获得了针对移位量计算区域的局部移 位量的概率分布hKs)至h 12(s)。对于各个移位量计算区域，对作为概率分布hds)的均值的 移位量81至8 12分配权重Wi。通过将移位量计算区域的权重Wi相加来获得离散直方图1210。然 后，对离散直方图1210应用平滑滤波器，以获得直方图1220。在图12中，表示离散直方图的 曲线图和表示直方图1220的曲线图的横轴表示移位量，而纵轴表示频率。
[0130] 组合单元14将所获得的直方图输出至代表值计算单元15。
[0131]代表值计算单元15基于表示整个测量区域中的局部移位量的准确度的分布的直 方图，计算代表移位量以及代表移位量的估计标准偏差，其中，代表移位量表示针对出现在 测量区域中的主体的聚焦位置。
[0132] 在该实施方式中，代表值计算单元15例如选择下述移位量计算区域，在所述移位 量计算区域中，作为局部移位量的概率分布hds)的均值的移位量被包括在以直方图中具 有最大频率的移位量 Smax2为中心的预定范围内。例如，预定范围可以是从(smax2-抽头/2)至 (smax2+抽头/2)的范围，其中，可以根据等式(22)来计算抽头。
[0133] 例如，代表值计算单元15获得作为针对选择的移位量计算区域的局部移位量的概 率分布的总和的均值的移位量作为测量区域的代表移位量，并且获得概率分布的总和的标 准偏差作为估计标准偏差。因此，当至成像单元2不同距离处的多个主体出现在测量区域中 时，代表值计算单元15可以获得代表移位量，以使得成像单元2聚焦在多个主体中具有最高 对比度的主体上。
[0134] 图13是示出了表示整个测量区域中的局部移位量的准确度的分布的直方图以及 代表移位量与估计标准偏差之间的关系的示例的图。在图13中，左侧直方图1300的横轴表 示移位量，而纵轴表示频率。在该示例中，测量区域1301中的、作为局部移位量的概率分布 hi(s)的均值的移位量被包括在以直方图1300中具有最大频率的移位量smax2为中心的预定 范围内的移位量计算区域为1、3、4、5、8、10以及11。在这种情况下，计算出作为移位量计算 区域中的局部移位量的概率分布hi (s)的总和的概率分布1310。作为概率分布1310的均值 的移位量为代表移位量8~，并且代表移位量的标准偏差为估计标准偏差t~。
[0135] 代表值计算单元15可以如下来获得选择的移位量计算区域中的局部移位量的概 率分布的总和的均值和标准偏差。
[0136] 例如，代表值计算单元15根据以下等式来定义选择的移位量计算区域j(j = 1、 2、···α，其中，L是选择的移位量计算区域的数量）中的局部移位量的概率分布h(s)的权重 Wjo
[0137] wj = 1/vj (23)
[0138] 其中，Vj表示概率分布hj (s)的方差。以这种方式设置权重wj使概率分布的总和的 标准偏差最小化，并且增大了可以获得具有较小误差的代表移位量的机率。
[0139] 代表值计算单元15可以根据以下等式使用权重Wj来计算作为选择的移位量计算 区域中的局部移位量的概率分布的均值的移位量(即代表移位量?Π 以及估计标准偏差
[0140]
[0141]
[0142] 其中，是作为第j局部移位量的概率分布h(s)的均值的移位量。
[0143] 控制单元6可以通过将成像光学系统22沿光轴移动与代表移位量相当的量来使成 像单元2聚焦在出现在测量区域中的主体上，并且因此代表移位量表示聚焦位置。代表值计 算单元15向聚焦单元16输出代表移位量和估计标准偏差。注意，如之后将描述的那样，当聚 焦单元16不同时使用对比度检测方法时，代表值计算单元15可以省去对估计标准偏差的计 算。
[0144] 聚焦单元16参照聚焦表来获得步进马达的旋转量，该旋转量相当于与代表移位值 对应的成像单元2的移动量。聚焦单元16然后向执行器23输出用于使成像单元2的执行器23 的步进马达以所获得的旋转量减去下述旋转量来旋转的控制信号，所述旋转量相当于成像 单元2的当前位置与成像单元2的参考位置之间的差。执行器23使步进马达以根据控制信号 的旋转量来旋转，以使成像光学系统22沿光轴移动，而使得代表移位量变成0。由此，成像单 元2可以聚焦在出现在测量区域中的主体上。
[0145] 根据修改的示例，聚焦单元16可以一起使用相位差检测方法与对比度检测方法， 以使成像单元2聚焦在出现在测量区域中的主体上。在这种情况下，如上所述，聚焦单元16 首先使执行器23的步进马达以根据代表移位量的旋转量来旋转，以使成像光学系统22沿光 轴移动，而使得代表移位量变成0。然后，聚焦单元16基于从代表值计算单元15接收的估计 标准偏差来设置成像光学系统22的位置的、在其中检查主体的对比度的范围。例如，聚焦单 元16设置相当于估计标准偏差的±2倍的范围作为成像光学系统22的位置的、在其中检查 主体的对比度的范围。聚焦单元16然后找到成像光学系统22的下述位置，在该位置处，在使 成像光学系统22在范围内移动的同时在与成像单元2获得的图像上的测量区域相当的区中 的对比度最大。聚焦单元16将成像光学系统22的、对比度最大的位置设置为成像光学系统 22聚焦在出现在测量区域中的主体上的位置。注意，当在所设置的成像光学系统22的位置 的范围内不存在对比度为最大的位置时，聚焦单元16可以找到成像光学系统22的、在该范 围以外的对比度为最大的位置。
[0146] 以这种方式，即使当一起使用相位差检测方法和对比度检测方法时，聚焦单元16 仍能够适当地设置成像光学系统22的位置的、在其中使用对比度检测方法来检查对比度的 范围。因此，聚焦单元16可以减小用于成像单元2聚焦在测量区域中的主体上所需的时间。
[0147] 图14是由控制单元6执行的聚焦位置检测处理的操作流程图。控制单元6从成像单 元2获取主体的捕获图像(步骤S101)。控制单元6然后将该图像存储在存储器单元5中。
[0148] 移位量计算区域识别单元11识别在指定测量区域中包括的移位量计算区域(步骤 S102)。移位量计算区域识别单元11然后将所识别的移位量计算区域提供至特征量计算单 元12。
[0149] 特征量计算单元12基于存储在存储器单元5中的图像，针对移位量计算区域中的 每一个来计算左侧图像和右侧图像彼此最为重合处的局部移位量以及表示局部移位量的 概率分布的特征量(步骤S103)。特征量计算单元12然后将每个移位量计算区域的局部移位 量和特征量输出至概率分布估计单元13。
[0150] 概率分布估计单元13基于局部移位量和特征量，针对每个移位量计算区域来获得 针对各个移位量的SAD值的概率分布的均值以及估计方差值(步骤S104)。概率分布估计单 元13基于针对各个移位量的SAD值的概率分布的均值以及估计方差值，针对每个移位量计 算区域来估计局部移位量的概率分布(步骤S105)。概率分布估计单元13将所估计的每个移 位量计算区域中的局部移位量的概率分布输出至组合单元14。
[0151] 组合单元14将所估计的针对移位量计算区域的局部移位量的概率分布进行组合， 以生成表示针对整个测量区域的局部移位量的准确度的分布的直方图（步骤S106)。组合单 元14将直方图输出至代表值计算单元15。
[0152]代表值计算单元15选择下述移位量计算区域，在所述移位量计算区域中，作为局 部移位量的概率分布的均值的移位量被包括在以直方图中具有最大频率的移位量为中心 的预定范围内（步骤S107)。代表值计算单元15然后计算与针对选择的移位量计算区域的局 部移位量的概率分布的总和的均值相当的移位量，作为整个测量区域的代表移位量。此外， 代表值计算单元15计算概率分布的总和的标准偏差作为估计标准偏差(步骤S108)。代表值 计算单元15将代表移位量和估计标准偏差输出至聚焦单元16。
[0153] 基于代表移位量和估计标准偏差，聚焦单元16使成像单元2的成像光学系统22沿 光轴移动，以使得成像单元2聚焦在出现在测量区域中的主体上(步骤S109)。然后，控制单 元6终止聚焦位置检测处理。
[0154] 如上文所述，聚焦位置检测装置针对测量区域中包括的移位量计算区域中的每一 个来估计局部移位量的概率分布，并且将所估计的概率分布进行组合，以生成表示局部移 位量的准确度的分布的直方图。聚焦位置检测装置然后基于直方图来获得表示聚焦位置的 代表移位量，从而即使当每个移位量计算区域中的左侧图像和右侧图像被叠加噪声时，聚 焦位置检测装置仍能够准确地检测聚焦位置。聚焦位置检测装置还使用直方图中具有最高 频率的移位量来获得表示聚焦位置的代表移位量来作为参考。因此，即使当测量区域中出 现位于距成像单元不同距离处的多个主体时，聚焦位置检测装置仍可以使成像单元聚焦在 多个主体中具有最高对比度的主体上。
[0155] 根据修改的示例，聚焦单元可以假定表示局部移位量的准确度的分布的直方图中 具有最高频率的移位量作为代表移位量。在这种情况下，聚焦单元可以减小用于获得代表 移位量的计算量。
[0156] 根据另一修改的示例，聚焦位置检测装置可以用在获得相对主体具有视差的两个 图像的成像设备(如双镜头相机）中，用于测量至主体的距离以及使用相位差检测来检测聚 焦位置。在这种情况下，例如，预先在成像设备的存储器单元中存储距离表，其指示代表移 位量与主体距成像设备的距离之间的关系。成像设备的控制单元可以对成像设备生成的两 个视差图像执行上文所述的实施方式中任一个的控制单元的功能，以针对生成图像的每个 图像传感器中设置的测量区域中出现的主体来计算代表移位量。然后，控制单元可以参照 距离表来获得成像设备距出现在测量区域中的主体的距离，该距离对应于代表移位量。
[0157]本文中详述的所有示例和条件式语言意在出于教学目的辅助读者理解发明以及 由
【发明人】贡献的深化本领域的构思，并且认为其并非限制于这样具体详述的示例和条件， 在说明书中的这样的示例的组织也并非涉及示出发明的优势和劣势。尽管已详细地描述了 本发明的各实施方式，应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对其做出各 种变化、替代以及变型。
【主权项】
1. 一种聚焦位置检测装置，包括： 移位量计算区域识别单元，其识别在成像单元中的图像传感器上设置的测量区域中包 括的多个移位量计算区域，所述成像单元包括生成图像的所述图像传感器以及光学系统， 所述多个移位量计算区域中的每一个生成表示出现在所述移位量计算区域中的主体的第 一子图像和第二子图像，其中，所述第一子图像上的主体与所述第二子图像上的主体之间 的移位量根据所述光学系统聚焦到所述主体的聚焦位置与所述图像传感器之间的距离而 变化； 特征量计算单元，其针对所述多个移位量计算区域中的每一个，计算当所述第一子图 像上的主体与所述第二子图像上的主体彼此最为重合时所述第二子图像相对于所述第一 子图像的局部移位量，并且计算表示代表所述局部移位量的准确度的概率分布的特征量； 概率分布估计单元，其针对所述多个移位量计算区域中的每一个，基于所述局部移位 量和所述特征量来估计所述概率分布； 组合单元，其将所述多个移位量计算区域的概率分布进行组合，以获得针对所述测量 区域的所述局部移位量的准确度的分布；以及 代表值计算单元，其基于所述分布来计算表示由所述光学系统产生的聚焦位置与所述 图像传感器之间的距离的代表值。2. 根据权利要求1所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述特征量计算单元针对所述多个移位量计算区域中的每一个，计算在将所述第二子 图像相对于所述第一子图像移位的同时所述第一子图像和所述第二子图像的对应像素的 像素值之间的绝对差的总和，并且基于所述总和来计算所述特征量。3. 根据权利要求2所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述特征量计算单元计算方差特征量和均值特征量作为所述特征量，所述方差特征量 表示针对所述第二子图像相对于所述第一子图像的每个移位量的、表示所述总和的准确度 的概率分布的方差，所述均值特征量表示代表所述总和的准确度的概率分布的均值的变化 相对于所述移位量的变化的比率。4. 根据权利要求3所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述特征量计算单元计算所述总和的最小值作为所述方差特征量。5. 根据权利要求3所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述特征量计算单元针对所述多个移位量计算区域中的每一个，计算通过对所述第一 子图像和所述第二子图像中的一个子图像应用去噪滤波器而获得的无噪声图像与所述第 一子图像和所述第二子图像中的所述一个子图像的对应像素的像素值之间的均方根误差 作为所述方差特征量。6. 根据权利要求3所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述特征量计算单元针对所述多个移位量计算区域中的每一个，计算所述第一子图像 和所述第二子图像中的一个的最大像素值与最小像素值之间的差或者所述第一子图像和 所述第二子图像中一个的像素值的方差作为所述均值特征量。7. 根据权利要求2所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述特征量计算单元针对所述第二子图像相对于所述第一子图像的多个移位量中的 每一个来计算所述总和作为所述特征量。8. 根据权利要求2至7中任一项所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述概率分布估计单元针对所述多个移位量计算区域中的每一个，基于所述局部移位 量和所述特征量来计算针对所述第二子图像相对于所述第一子图像的多个移位量中的每 一个的、表示所述总和的准确度的概率分布的均值和方差，并且基于所述均值和所述方差 来估计表示所述局部移位量的准确度的概率分布。9. 根据权利要求1所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述组合单元向针对所述多个移位量计算区域中的每一个的、与表示所述局部移位量 的准确度的概率分布的均值对应的移位量分配权重;将所述多个移位量计算区域中的每一 个中的所述移位量的权重逐个相加；以及应用平滑滤波器以获得所述分布，其中，所述概率 分布的方差越小，所述权重越大。10. 根据权利要求1所述的聚焦位置检测装置，其中， 所述代表值计算单元从所述多个移位量计算区域中选择下述移位量计算区域，在所述 移位量计算区域中，与所述概率分布的均值相当的移位量被包括在预定范围内，所述预定 范围包括所述分布中具有最高准确度的移位量；以及针对所选择的移位量计算区域，计算 与所述概率分布的总和的均值对应的移位量作为所述代表值。11. 一种用于检测聚焦位置的方法，包括： 识别在成像单元中的图像传感器上设置的测量区域中包括的多个移位量计算区域，所 述成像单元包括生成图像的所述图像传感器以及光学系统，所述多个移位量计算区域中的 每一个生成表示出现在所述移位量计算区域中的主体的第一子图像和第二子图像，其中， 所述第一子图像上的主体与所述第二子图像上的主体之间的移位量根据所述光学系统聚 焦到所述主体的聚焦位置与所述图像传感器之间的距离而变化； 针对所述多个移位量计算区域中的每一个，计算当所述第一子图像上的主体与所述第 二子图像上的主体彼此最为重合时所述第二子图像相对于所述第一子图像的局部移位量， 并且计算表示代表所述局部移位量的准确度的概率分布的特征量； 针对所述多个移位量计算区域中的每一个，基于所述局部移位量和所述特征量来估计 所述概率分布； 将所述多个移位量计算区域的概率分布进行组合，以获得针对所述测量区域的局部移 位量的准确度的分布；以及 基于所述分布来计算表示由所述光学系统产生的聚焦位置与所述图像传感器之间的 距离的代表值。
【文档编号】H04N5/232GK105933593SQ201610104581
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】中潟昌平, 近野惠
【申请人】富士通株式会社