专利名称：具有自动对焦系统的照相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有自动对焦系统的照相机。特别涉及使用对比检测方法的具有自动对焦系统的照相机。
背景技术：
在如小型数字相机的数字照相机中，使用对比检测方法的自动对焦系统设置在照相机中作为伺服机构。在对比检测方法中，基于来自从图像传感器的图像象素信号连续检测对比数据，并执行自动对焦检测。当检测到峰值或最大的对比数据时，也就是说，在目标的图像高空间高频分量变为最高值时，确定目标的聚焦状态，并将对焦镜头驱动到聚焦点。用户可以通过照相机后面的LCD显示器确认聚焦状态。
通常，聚焦位置由梯度方法(所说的“爬坡方法”)得到检测，在此方法中，搜索高频分量分布曲线的顶点值。在持续驱动对焦镜头的同时连续检测对比值，来确定当对比数据具有峰值时目标处于聚焦状态。
为了确定对比数据是否为实际的峰值对比数据，驱动对焦镜头以超过聚焦位置，进一步检测多个对比数据，这样导致很难缩短对焦所需的时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种能准确和快速对焦目标的照相机。
根据本发明的照相机具有对比检测器和聚焦检测器。对比检测器连续检测形成在图像传感器的光接收表面上的目标图像的对比数据。聚焦检测器连续计算当前检测的对比数据和从前检测的对比数据之间的差值，并基于差值和检测的对比数据检测聚焦状态。例如，对比检测器基于从图像传感器连续读取的图像象素信号检测对比数据，所述照相机具有基于图像象素信号显示视频图像的视频图像显示器。此外，照相机具有聚焦调整器。
在本发明中，聚焦调整器驱动摄影光学系统沿光轴从一给定位置连续移动成像表面。在摄影光学系统被驱动的同时，聚焦检测器基于差值的降低量，确定成像表面是否超过一个对应于光接收表面位置的位置(以后称“聚焦位置”)。当成像表面超过聚焦位置，焦距调整器驱动摄影光学系统，将成像表面定位在聚焦位置。已经对焦的目标图像形成在光接收表面，并在显示器上显示清晰的图像，或记录在存储器中。
优选为，聚焦检测器确定被检测的对比数据是否低于从前检测的对比数据，且差值是否低于一个大于预定值的给定值。例如，聚焦检测器确定差值是否增加，且是否等于或小于接近零的正值。优选为，聚焦检测器从一系列大约的对比数据中计算最大对比数据。聚焦调整器限定对应于最大对比数据的位置为聚焦位置。
本发明结合以下附图从本发明的优选实施例的描述中得到更清楚的理解，其中图1是根据本发明实施例的数字照相机的后视图；图2是数字照相机的方框图；图3是系统控制电路执行的自动对焦过程的流程图；图4是表示对比数据和对比差值数据曲线图的视图；以及图5A和图5B是表示三个相邻对比数据的视图。
具体实施例方式
此下参照附图描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明实施例的数字照相机的后视图。
数字照相机10在后表面10B具有LCD显示器30，以及在显示器30上方的取景器22。另外，在后表面10B具有一系列的按钮。此处，该数字照相机具有变焦按钮12；由向上按钮16U、向下按钮16D、向右按钮16R和向左按钮16L组成的十字形按钮；OK按钮18以及模式按钮19。操作模式按钮19在摄影模式、视频图像记录模式和重放模式之间转换。
主按钮11和释放按钮13设置在上表面10U上。通过按下主按钮11开启照相机10，通过操作释放按钮13记录目标图像。在照相机10前表面的镜头筒(未表示)中安装有摄影光学系统15。
图2是根据本发明实施例的数字照相机10的方框图。
包括CPU、ROM和RAM的系统控制电路50控制照相机10的操作，并且主开关11A、变焦开关12A、半释放开关13A、全释放开关13B、选择开关16A、进入开关18A和模式开关19A与系统控制电路50相连。在ROM中，存储有控制照相机10的操作的程序。
当选择了摄影模式时，执行在LCD显示器30上显示电影图像和视频图像的信号处理。光通过摄影光学成像系统在CCD40的光接收表面形成目标图像，在CCD40中产生对应于目标图像的图像象素信号。CCD 40由CCD驱动器52驱动，以便以恒定的时间间隔从CCD 40连续读取图像象素信号。这里，以1/30或1/60秒的时间间隔从CCD 40中读取图像象素信号。图像象素信号在放大器42中被放大，并在A/D转换器44中从模拟信号转换为数字信号。
在信号处理器46中，对数字图像信号执行如白平衡、伽马校正处理等不同的处理。处理的图像信号被暂时存储在画幅存储器(未表示)中，并提供到LCD驱动器47。LCD驱动器基于图像信号驱动LCD显示器30，以便在LCD显示器30上显示视频图像。另外，从图像处理器46中的图像信号连续产生的亮度信号，被供给到系统控制电路50。在系统控制电路50中，从亮度信号连续产生对比数据。
当半按释放开关13时，开启半释放开关13A。从而，执行自动对焦，以及检测目标的亮度。包含在摄影光学系统15中的对焦镜头15A沿光轴E被驱动，以便成像表面与CCD 40的光接收表面一致。在此，使用对比检测方法进行自动对焦。对焦镜头15A受含有步进电机(未表示)的镜头驱动器64的驱动。曝光控制器58基于系统控制电路50的控制信号，控制对焦镜头15A的位置。系统控制电路50检测对焦镜头15A的位置。
当完全按下释放按钮13时，开启全释放开关13B，因此快门28以给定的时间间隔打开。快门28由曝光控制器58控制。从CCD 40中读取的一幅图像象素信号，在放大器42、A/D转换器44和信号处理器46中得到不同的处理。然后，图像数据被压缩到记录电路62，且压缩的图像被存储在存储卡60中。
当选择回放模式时，压缩数据从存储卡60被读取，并受到解压缩处理。解压缩的图像数据被供给到LCD驱动器47，LCD驱动器47驱动LCD显示器30，使记录的目标图像在LCD显示器30上显示。当选择视频图像记录模式时，从CCD 40中读取的几秒种的一系列图像象素信号得到图像处理，视频信号被压缩并记录在存储卡60中。
图3是系统控制电路50执行的自动对焦过程的流程图；在步骤S101，对焦镜头15A被设置在初始位置，并受到驱动，以便成像表面沿光轴E连续移动。沿光轴的成像表面的位置随着照相机与被捕捉的目标的距离而改变。对焦镜头15A的初始位置聚焦在接近照相机10的位置，对焦镜头15A被连续地驱动，以便成像表面向使离照相机有一定距离的目标或无限远的目标聚焦的方向移动。形成清晰和锐利图像的形成表面的位置通过改变焦距得到移动。沿光轴E的成像表面的移动量取决于包含在镜头驱动器64中的步进电机的旋转量。
在步骤S102，获取对比数据。代表图像数据高频分量的对比数据相继以1/30或1/60秒的时间间隔从一幅图像象素信号中产生。对比数据是通过计算亮度差值获得的，该差值是一幅图像数据的最大亮度水平和最小亮度水平的差值。请注意，为了执行低通滤波处理，这里通过计算当前获得的对比数据和从前获得的对比数据的平均值来获得对比数据。
在步骤S103，计算对比数据差值。该对比差值数据代表当前检测的对比数据与存储在RAM中的从前检测的对比数据的差值。接下来，在步骤S104，确定从前检测的对比数据是否为一系列检测对比数据的峰值或最高值。
图4是表示对比数据和对比差值数据曲线图的视图。
图4中，描绘出沿成像表面的移动方向的对比数据“D0”到“D6”以及对比差值数据“T1”到“T6”。对比数据随着成像表面的移动逐渐增加。然后，对比数据在成像表面移到接近聚焦位置时突然增加；也就是，CCD40的光接收表面位置。当成像表面超过聚焦点，对比数据突然降低。另外，对比差值数据在对比数据增加的同时逐渐增加，并在成像表面接近聚焦位置(CCD40的光接收表面位置)时突然增加。接下来，对比差值数据在成像表面超过聚焦位置时突然降低。一般来讲，对比差值数据在成像形成表面超过聚焦位置(图4，负值)时，变为接近零的值或负值。在图3所示的步骤S104，确定当前和最近的对比数据是否比低于从前或上一个对比数据，且计算的对比差值数据是否降低了大于一个给定值的量。在此，确定当前计算的对比差值数据与从前计算的对比差值数据的降低的差值“ΔD”是否超过一个预定的标准差值“T0”。
当确定当前的对比数据不低于从前的对比数据或差值“ΔD”没超过标准差值“T0”(即，当确定从前的对比数据不是峰值和最高值)，处理返回到步骤S102。另一方面，当确定从前的对比数据是峰值，处理进入步骤S105。图4中，对比数据“D6”低于从前检测的对比数据“D5”。在这种情况下，当前计算的对比差值数据“T6”与从前计算的对比数据的“T5”之间的差值“ΔD”超过标准差值“T0”。标准差值“T0”是根据摄影光学系统15的焦距限定的。
在步骤S105，从一系列检测的对比数据计算近似的二次曲线“PM”，从曲线“PM”获得作为曲线“PM”最大峰值的对比数据“DT”。接下来，计算对应于最大对比数据“DT”的成像表面位置“FP”(以后称“聚焦位置”)。在步骤S106，对焦镜头15A被驱动，以便成像表面返回到聚焦位置“FP”，该位置与CCD40的光接收表面一致。因此，在LCD30显示器上显示稳定的聚焦图像。
在步骤S107，重新获取对比数据。接下来在步骤S108，确定目标是否保持在聚焦位置。在此，确定最新获得的对比数据和从前检测的对比数据的差值是否在预定的允许范围。当差值在允许的范围内时，确定最新获得的对比数据是否与从前检测的对比数据基本相同(即保持聚焦位置)；然后，处理返回到步骤S107。当聚焦位置保持不变，重复执行步骤S107和S108。另一方面，当确定差值超过允许范围(即目标没有聚焦)时，处理进入步骤S109。由于被捕捉的目标的变化或改变、目标的移动或照相机10的移动可能使聚焦位置改变到离焦位置。
在步骤S109，确定检测的对比数据是否有相对较低的值，即目标图像是否为低对比情况，如图像的变化范围较小。在此，确定一系列的检测的对比数据的最大值是否等于或低于一个给定值。当确定对比数据不是低对比数据时，处理进入步骤S110，此时对焦镜头15A被驱动到初始位置。接下来，执行步骤S102到步骤S106以对焦目标。另一方面，当确定对比数据是低对比数据时，处理进入步骤S111。
在步骤S111，向前和向后驱动变焦镜头15A以便成像表面向使接近照相机的目标聚焦的方向(以后称“前方”)移动，和向使远离照相机的目标聚焦的方向(以后称“后方”)移动。成像表面向前方移动到指定的位置，以及向后方移动到指定的位置。这两个位置(以后分别称“向前位置”和“向后位置”)都被分开由步骤S106中通常的时间间隔决定的距离。在驱动对焦镜头15A的同时，在向前位置检测对比数据(以后称“向前对比数据”)，在向后位置检测对比数据(以后称“向后对比数据”)。在步骤S112，基于向前向和后对比数据以及步骤S107中获得的对比数据(以后称“标准对比数据”)，确定聚焦位置是否基本保持在低对比情况。在移动成像表面之前，检测位置的标准对比数据。
图5A是表示三个相邻对比数据的视图。对比数据P1代表在移动对焦镜头15A之前获得的标准对比数据，对比数据P2和P3分别代表向前对比数据和向后对比数据。向前和向后对比数据P2和P3低于标准对比数据P1，标准对比数据P1与向前和向后对比数据P2和P3之间的差值很小。在这种情况下，基本保持聚焦状态。在步骤S112，确定向前和向后对比数据是否低于标准对比数据，且标准对比数据的降低率是否等于或低于百分之2。当确定基本保持聚焦状态，处理回到步骤S107。
另一方面，当确定没有保持聚焦状态，处理进入步骤S113。在步骤S113，基于标准对比数据以及向前和向后对比数据决定成像表面的移动方向。移动方向是接近摄影光学系统15的向前方向或远离摄影光学系统15的向后方向，将对比数据增加的方向确定为移动方向。然后，根据确定的移动方向驱动对焦镜头15A。
图5B表示另外三个相邻对比数据的视图。对比数据P1′代表标准对比数据，对比数据P2′和P3′分别代表向前和向后对比数据。如图5B所示，向前对比数据P2′高于标准对比数据P1′，而向后对比数据P3′低于标准对比数据P1′。在这种情况下，由于成像表面位于相对于CCD40的光接收表面的向后位置，成像表面向接近摄影光学系统15的向前方向移动。在步骤S113，驱动对焦镜头15A，以便成像表面与CCD40的光接收表面一致。在执行步骤S113后，处理返回到步骤S102。
以这种方式，在本实施例中，驱动对焦镜头15A，以便目标的成像表面从初始位置连续移动，并计算对比差值数据。然后，基于对比数据的降低值和对比差值数据的降低量确定目标是否在聚焦位置。当确定目标在聚焦位置，大约计算聚焦位置，驱动对焦镜头15A，以便成像位置位于计算的聚焦位置；即，CCD40的光接收表面位置。由于根据成像表面超过聚焦位置后获得的最新对比数据检测聚焦位置，可快速执行自动对焦。
另外，当目标图像是低对比时，根据三个彼此相邻的对比数据确定成像表面的移动方向。因此，即使目标图像是低对比时，也快速执行自动对焦。
当目标图像是低对比时，可以在对比数据连续降低后确定聚焦位置。可以根据另外的数据而不是亮度差值数据来检测对比数据。
也可选择，通过对比差值数据的降低量来确定成像表面是否超过聚焦位置。也可选择，即使在目标图像不是低对比时，确定成像表面的移动方向。成像表面首先被移动到向后位置，然后在被移动到向前位置。
最后，本领域技术人员应当理解，以上只描述了本发明的一个优选实施例，可以在不偏离本发明的实质和范围下进行各种变化和改进。
权利要求
1.一种照相机，包括对比检测器，其连续检测形成在图像传感器的光接收表面上的目标图像的对比数据；聚焦检测器，其连续计算当前检测的对比数据和从前检测的对比数据之间的差值，并基于差值和检测的对比数据检测聚焦状态；以及聚焦调整器，其驱动摄影光学系统以沿光轴从一给定位置连续移动成像表面，所述聚焦检测器基于差值的降低量，确定成像表面是否超过一个对应于光接收表面位置的聚焦位置，所述聚焦调整器驱动所述摄影光学系统以便在成像表面超过聚焦位置时将成像表面定位在聚焦位置。
2.根据权利要求1所述的照相机，其中聚焦检测器确定被检测的对比数据是否低于从前检测的对比数据，且差值是否低于一个大于预定值的给定值。
3.根据权利要求1所述的照相机，其中所述聚焦检测器确定差值是否增加，且是否等于或小于接近零的正值。
4.根据权利要求1所述的照相机，其中所述对比检测器基于从图像传感器连续读取的图像象素信号检测对比数据。
5.根据权利要求4所述的照相机，进一步包括基于图像象素信号显示视频图像的视频图像显示器。
6.根据权利要求1所述的照相机，其中所述聚焦检测器从一系列对比数据中大约计算最大对比数据，所述聚焦调整器限定对应于最大对比数据的位置为聚焦位置。
7.用于检测聚焦状态的装置，包括对比检测器，其连续检测形成在图像传感器的光接收表面上的目标图像的对比数据；计算器，其连续计算当前检测的对比数据和从前检测的对比数据之间的差值；以及聚焦调整器，其基于差值和检测的对比数据检测聚焦状态，一摄影光学系统被驱动，以沿光轴从一给定位置连续移动成像表面，所述聚焦检测器基于差值的降低量，确定成像表面是否超过一个对应于光接收表面位置的聚焦位置。
8.一种计算机程序产品，包括对比检测器，其连续检测形成在图像传感器的光接收表面上的目标图像的对比数据；计算器，其连续计算当前检测的对比数据和从前检测的对比数据之间的差值；以及聚焦检测器，其基于差值和检测的对比数据检测聚焦状态，一摄影光学系统被驱动，以沿光轴从一给定位置连续移动成像表面，所述聚焦检测器基于差值的降低量，确定成像表面是否超过一个对应于光接收表面位置的聚焦位置。
9.一种用于检测聚焦状态的方法，包括连续检测形成在图像传感器的光接收表面上的目标图像的对比数据；连续计算当前检测的对比数据和从前检测的对比数据之间的差值；驱动摄影光学系统，以沿光轴从一给定位置连续移动图像传感器的成像表面；以及基于差值的降低量和检测的对比数据，确定成像表面是否超过一个对应于光接收表面位置的聚焦位置。
全文摘要
一种照相机具有对比检测器和聚焦检测器，对比检测器连续检测形成在图像传感器的光接收表面上的目标图像的对比数据，聚焦检测器连续计算当前检测的对比数据和从前检测的对比数据之间的差值，并基于差值和检测的对比数据检测聚焦状态。该照相机进一步具有聚焦调整器，其驱动摄影光学系统沿光轴从一给定位置连续移动成像表面。在摄影光学系统被驱动的同时，聚焦检测器基于差值的降低量，确定成像表面是否超过一个对应于光接收表面位置的聚焦位置。
文档编号G03B43/00GK1940700SQ20061015993
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月26日 优先权日2005年9月26日
发明者川浪直人 申请人:宾得株式会社