一种自动对焦的方法及图像采集装置的制作方法

专利名称：一种自动对焦的方法及图像采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动对焦技术，特别是涉及一种基于人脸检测的自动对焦 方法以及图像采集装置。
背景技术：
对于图像采集装置而言，需要拍摄的物体和采集设备的距离常常处于一种 变动状态，为了拍摄清晰的图像，必须根据被摄物相对采集设备的距离调整焦 距。这个自动调整焦距获得清晰图像的过程称为自动对焦。一般的对焦算法都采用在焦距的所有可调范围内，采集图像并进行分析， 得到每个位置的清晰度的评估值，并计算最大评估值对应的焦距位置，将焦距 调整到该位置，以获得清晰的图像。而一般而言，镜头焦距的调节范围比较广，而且，焦距调节机构为机械装 置，对所有位置都进行图像采集分析，需要较长的时间，尤其对于快速变化的 物体，聚焦过程显得过于繁琐。综上可知，现有自动对焦技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有 必要加以改进。发明内容针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种自动对焦的方法及图像采集 装置，其不仅对焦处理速度更快，而且对焦准确度高。为了实现上述目的，本发明提供一种用于图像采集装置的自动对焦的方 法，其中该图像采集装置包括至少一个用于成像的成像透镜，至少一个用于调 焦的调焦透镜， 一感光器件， 一焦距调节机构，其特点在于，所述方法包括如 下歩骤A、根据物体实际尺度，物体在感光器件上所成像的像实际尺度，感光器 件与成像透镜的距离，计算所述感光器件与成像透镜的距离与物体实际尺度之积除以所述物体实际尺度与像实际尺度之和作为对焦焦距估计值FF;B、 调节所述焦距调节机构使得焦距达到所述对焦焦距估计值FF;C、 分别将焦距微调到所述对焦焦距估计值FF附近若干个焦距位置，计算所述每个焦距位置所成图像的对焦评估值，取最大对焦评估值所对应的焦距作为精确对焦焦距MF;D、 调节所述焦距调节机构使得焦距达到所述精确对焦焦距MF，完成自动对焦过程。优选地，所述步骤C进一步包括Cl、在范围[FF-DELTAL， FF+DELTAR]中预定一步长step作为微调单 位，其中所述DELTAL， DELTAR为预定常数；C2、调节焦距到达所述每个步长Step对应位置，并采集图像，计算所述 各个位置所成图像的对焦评估值，得到一条对焦评估值曲线；C3、取对所述对焦评估值曲线上最大对焦评估值对应的焦距为精确对焦 焦距MF。优选地，所述步骤C2中计算每个位置所成图像的对焦评估值进一步包括C21 、根据物体的像实际尺度和/或中心位置确定物体像区域；C22、计算该物体像区域内所有像素点的点评估值，所述点评估值为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次方累加；C23、将物体像区域内所有像素点的点评估值相加作为该物体像区域的对焦评估值。优选地，所述物体像区域包括人脸像区域和若干其他像区域，并且为不同 的区域设置不同的区域像素权值；所述步骤C22中，计算所述人脸像区域和其他像区域内所有像素点的点 评估值，所述点评估值为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次 方累加；所述步骤C23中，将所述人脸像区域和其他像区域内所有像素点的点评 估值加权相加作为该物体像区域的对焦评估值。优选地，所述物体像区域包括人脸像区域，所述人脸像区域包括若干人脸 像部位，并为不同的人脸像部位设定不同的部位像素权值；所述步骤C22中，计算所述人脸像区域内所有像素点的点评估值，所述点评估值为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次方累加；所述步骤C23中，将各个所述人脸像区域内所有像素点的点评估值加权相加作为该人脸像区域的对焦评估值。优选地，所述步骤A中预先设定所述物体实际尺度以及所述感光器件与成像透镜的距离，并采用如下步骤获得物体在感光器件上所成像的像实际尺度采集包含所述物体的图像；采用图像自动分析方式得到物体像的像素尺度；预设感光器件的实际尺度以及所述感光器件的像素分辨率，根据所述感光 器件的实际尺度和所述像素分辨率以及所述物体像的像素尺度计算物体像的 实际尺度为感光器件的实际尺度乘以所述物体像的像素尺度，然后除以所述感光器件的像素分辨率。优选地，所述步骤A中定义物体像的像素尺度除以感光器件的实际尺度为物体像的归一化像素尺度，并计算所述感光器件与成像透镜的距离与所述物 体实际尺度之积除以所述物体实际尺度与所述物体像的归一化像素尺度之和作为对焦焦距估计值FF。优选地，所述预设的物体实际尺度为多个同类物体实际尺度的平均值。 优选地，所述尺度为宽度、高度或者长度。优选地，所述焦距调节机构包含一焦距控制参数査找表，根据所需对焦焦 距査找所述焦距控制参数査找表，得到焦距调节机构控制参数，并进一步根据 焦距调节机构控制参数来控制焦距调节机构使得焦距达到该所需对焦焦距。优选地，所述步骤A还包括一循环调节的步骤设定焦距初始值FFo为O;预定一循环调节次数的门限T;如果循环的次数t未超过该预定的门限T，继续采集图像并进行分析，以计算估计此物距下对焦焦距估计值FFt;如果相邻两次循环的对焦焦距估计值的绝对值小于一预定的常数TF，则 结束循环；或者如果该循环的计数t超过该预定的门限T，则结束循环。 优选地，所述物体包含人脸，并采用人脸检测方法得到人脸像尺度。 为了实现上述目的，本发明还提供了一种图像采集装置，其特点在于，所述图像采集装置包括至少一个用于成像的成像透镜；至少一个用于调焦的调 焦透镜； 一感光器件； 一焦距调节机构，用于调节所述调焦透镜； 一焦距估计单元，分别与该感光器件和焦距调节机构相联系，其中该焦距估计单元用于 根据物体实际尺度，物体在感光器件上所成像的像实际尺度，感光器件与成像 透镜的距离，计算所述感光器件与成像透镜的距离与物体实际尺度之积除以所述物体实际尺度与像实际尺度之和作为对焦焦距估计值FF，并将所述对焦焦 距估计值FF提供给所述焦距调节机构以进行对焦； 一清晰度评估单元，分别与所述感光器件、焦距调节机构和焦距估计单元相联系，其中该清晰度评估单元用于分别将焦距微调到所述对焦焦距估计值FF附近若干个焦距位置，计算 所述每个焦距位置所成图像的对焦评估值，取最大对焦评估值所对应的焦距作 为精确对焦焦距MF，并将所述精确对焦焦距MF提供给所述焦距调节机构以 进行对焦。优选地，该装置还包括一多轮调节单元，设置有: 一计数器，用于记录循 环的次数，和一控制器，计算所述相邻两次对焦焦距估计值FF之差，并且根 据焦距估计值之差和所述计数器的计数结果，判定是否完成对焦。优选地，所述物体包含人脸，所述图像采集装置通过人脸检测方法得到人 脸像尺度。本发明首先计算当前物距下的对焦焦距估计值，然后将焦距调到该估计值 位置，大大縮短了调节时间，从而避免了现有技术存在的分析所有可能焦距范 围带来的计算量大，反应慢的缺点；并且本发明还进一步在所述对焦焦距估计值附近微调，计算每个位置所成图像的对焦评估值，取最大对焦评估值所对应 的焦距作为精确对焦焦距使得成像更清晰，进而提高了对焦结果的准确度。本 发明尤其适用于基于人脸检测的自动对焦方法以及图像采集装置。特别的是， 本发明通过利用物体像的归一化尺度消除了数字分辨率对结果的影响。


图1是图像采集装置的成像原理图；图2是本发明的能够自动对焦的图像采集装置的一实施例结构图，其中包 含一焦距估计单元和一清晰度评估单元；图3是本发明的能够自动对焦的图像采集装置的又一实施例结构图，其中包含一用于多轮调焦的多轮调节单元；图4为本发明自动对焦方法的流程图,具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。得到广泛应用的图像采集装置包括至少一个用于成像的成像透镜;至少一 个用于调焦的调焦透镜； 一感光器件，其中感光器件具有预定的面积l^V和 分辨率WfN;以及一焦距调节机构。图像采集装置的成像原理大都符合凸透镜成像的原理。参照图1所示，根 据凸透镜成像的原理， 一个具有高度H的实物在经过具有焦距f的凸透镜聚焦 后会形成倒像，该倒像的高度是h。其中，实物到凸透镜的距离A称为物距， 而像至凸透镜的距离a称为像距。那么，根据凸透镜成像的原理，焦距f与物距A和像距a应当满足下列关 系式丄+丄1 7(公式1)对图像采集装置而言，其所成为实像，根据图l所示光线的几何关系，可 以知道存在关系(公式2)丛IT根据公式2，得到^=3*[，将其带入到公式l，得到:i7力+ H(公式3)对于焦距可以调节的图像采集装置而言，可以认为其成像透镜到感光器件 的距离DLS不变，而通过调节改变调焦透镜的位置，来改变焦距，使得像成 在感光器件的成像平面处，从而得到物体清晰的像，所以，正确对焦(或者称 作清晰对焦)情况下，像距a等于DLS。一种估计正确对焦情况下焦距的方法为，得到成像透镜距离感光器件的距 离DLS，物体实际尺度H，物体所成像的像实际尺度h,根据公式(3)可知萨膨HFF是对焦焦距估计值。控制焦距调节机构调节调焦透镜位置，使得透镜 焦距为FF，即将图像采集装置粗调到初步对焦状态。物体实际尺度可以根据经验获得，而物体的像实际尺度则需要采集包含物 体图像，并进行自动图像分析得到物体像的实际大小。本说明书和权利要求中提到的实际尺度，就是指物体或像的物理尺度，包 括物体或像的长、宽和高，单位为长度计量单位。图像采集装置中最常出现的物体是人，而且，不同人间的尺度比较接近。 尤其是人脸不仅仅是图像采集装置中最常出现的物体，而且，人脸在图像中所 占面积一般会比较大，而且，对人脸的自动图像分析方法取得了很多已有成果， 能够达到实际应用的要求。通常，普通人的脸部尺度近似相同，例如用AHF表示人脸的实际尺度。 假定某时刻感光器件上人脸所成的像的尺度为hF，此刻，要将焦距f调节到 FF，使得像距a为DLS，即像平面和感光器件位置相同。根据公式3得到此 时的FF为~T7T (公式4)确定人脸像的尺度需要采用人脸检测等技术。人脸检测是一项现有成熟技 术，此处不再赘述。利用人脸检测技术可以检测到人脸的尺度(包括宽度和高 度)和位置(包括中心点横坐标和纵坐标)。宽度和高度都可以用来衡量人脸 的实际尺度和人脸像的尺度。下面以人脸作为物体为例介绍获得对焦焦距估计 值FF的方法。图像采集装置一般采用数字方式，即采用一个二维矩阵来表示离散化的物 像。对于一个分辨率为M*N的感光器件，相当于将物像离散化为M*N的矩 阵。在图像数字化过程中，假定感光器件的面积为U*V，如果分辨率为\\^^ (应该满足W/l^N/V)，则单位尺度上的像素数为W/U。本发明所采用的数 字化图像采集装置，有一个数字化的坐标(x， y)对应。例如对于一个640*480分辨率的图像，某 点的坐标位置满足{ (x， y) I x>=0&& x<640， y >= 0 && y < 480 }。人脸检测 算法对感光器件所成图像进行分析，得到人脸的宽度PFW和高度PFH以及中 心点横坐标PFX和中心点纵坐标PFY，人脸宽度/高度和中心点横/纵坐标的单 位均为像素，可以得到人脸像的实际宽度FW和实际高度FH分别为<formula>formula see original document page 12</formula> (公式5)<formula>formula see original document page 12</formula> (公式6) iV其中，U为感光器件的水平实际尺度，V为感光器件的垂直实际尺度，w 为感光器件的水平分辨率，N为感光器件的垂直分辨率。在本发明中，将物体像在感光器件上成像所占的像素数目称为物体像的像 素尺度。以人脸宽度为人脸尺度的度量值，此时，hF为FW，根据公式4和公式5， 得到对焦焦距估计值FF为-W (公式7)或者，以人脸高度为人脸尺度的度量值，此时，hF为FH，根据式4和式 6，得到对焦焦距估计值FF为萨膨 (公式8)<formula>formula see original document page 12</formula>根据本发明的方法，首先，可通过成像模块摄取一图像，并自动分析图像 获得人脸像尺度。接下来，根据感光器件的分辨率W*N，计算该人脸像的归一化像素尺度。 本发明通过下列关系式来定义人脸像的归一化像素尺度NPFW: NPFH二<formula>formula see original document page 12</formula> (公式9)<formula>formula see original document page 12</formula>(公式IO) 其中，NPFW表示为人脸像的归一化像素宽度，NPFH表示为人脸像的归一化像素高度，并且感光器件的分辨率W和N可以软件设置调节。将求取的人脸像的归一化像素尺度(公式9和10)和根据经验所得出的人脸实际尺度代入到公式7或者8从而消除数字分辨率对结果的影响，即对焦焦距估计值FF可以采用下列公式计算得到以人脸宽度为人脸尺度的度量值，根据公式7和公式9，得到对焦焦距估计值FF为<formula>formula see original document page 13</formula>以人脸高度为人脸尺度的度量值，根据公式8和公式10，得到对焦焦距 估计值FF为(公式12)ffiH + y * w舰不同人之间的人脸尺度虽然接近，但依然有所区别，进一步，可以采用多 个人的平均人脸尺度作为人脸实际尺度的衡量值。假定得到的人脸平均宽度为AAFW，人脸的平均高度为AAFH，则对焦焦距估计值FF为界<formula>formula see original document page 13</formula>根据公式4的物理含义，进一步推广公式13和14，可知正确对焦焦距为:(公式15)其中DLS为成像透镜到感光器件的实际距离，AAS为物体的实际尺度， NPS为该物体在图像中所成像的归一化尺度，S为感光器件在该尺度方向上的 尺度。尺度可以为宽度、高度或者长度。人脸像的宽度或者高度可以采用人脸检测的方法确定，也可以采用其他方 式确定。比如可以采用双眼区域检测的方式，采用双眼区域的宽度作为人脸像 的宽度。双眼区域检测方法和人脸特征点定位方法均为现有技术。此外，所述物体的尺度可以定义为物体上部分区域的尺度。对于人脸而言， 可以采用人脸上任意两个点之间的距离来确定，可行的方式为采用人脸上两两 特征点连线组成一个物体，所述特征点包括左右眼中心点，左右眼角点，嘴巴 中心点，嘴巴左右角点，眉毛左右边缘点，鼻尖点，鼻孔点，脸部轮廓特征点， 上述脸部特征点定位方法有很多现有技术可以利用，比如采用主动形状模型 (ASM)等可以定位脸部特征点位置，从而能够自动得到人脸部分组成的物 体像的尺度。
最后，调整该焦距调节机构，使得该图像采集装置镜头的焦距到该到对焦
焦距估计值FF位置。
需要指出的是，由于不同人脸的尺度不同，人脸的姿态也会影响人脸像的 尺度，人脸检测算法确定的人脸像的尺度也存在误差。为了提高自动对焦的准 确度，还需要在计算得到的对焦焦距估计值FF附近微调，为每个位置采集图 像，并得到对焦评估值，采用最大对焦评估值的位置作为精确对焦焦距MF。
图2显示了上述方法对应的图像采集装置20的结构图，包括镜头21、感 光器件22、焦距估计单元23、清晰度评估单元24及焦距调节机构25，其中
镜头21，包括至少一用于成像的成像透镜和至少一用于调焦的调焦透镜， 所述镜头21将实际的物体(未示出)成像在感光器件22上。
感光器件22，用于在当前物距下釆集图像，并将感应的图像信号经过AD 转换传输到焦距估计单元23。
焦距估计单元23，分别与感光器件22和焦距调节机构25相联系。该焦 距估计单元23用于对图像进行分析，得到物体的归一化像素尺度，并计算对 焦焦距估计值FF，所述物体以人脸作为优选实例。具体而言，焦距估计单元 23根据物体实际尺度H，物体在感光器件22上所成像的像实际尺度h，感光 器件与成像透镜的距离DLS，计算所述感光器件与成像透镜的距离DLS与物 体实际尺度H之积除以所述物体实际尺度H与像实际尺h度之和作为对 焦焦距估计值FF，即^=^^,并将计算得到的对焦焦距估计值FF提供
给焦距调节机构25以进行初步对焦。
清晰度评估单元24，分别与感光器件22、焦距调节机构25和焦距估计单 元23相联系。该清晰度评估单元24用于分别将焦距微调到对焦焦距估计值 FF附近若干个焦距位置，计算所述每个焦距位置所成图像的对焦评估值，取最大对焦评估值所对应的焦距作为精确对焦焦距MF，并将所述精确对焦焦距
MF提供给所述焦距调节机构25以进行精确对焦。
焦距调节机构25，用于调节所述调焦透镜以实现调焦过程。具体而言， 其受焦距估计单元23或清晰度评估单元24的控制来进行调焦先根据焦距估 计单元23提供的对焦焦距估计值FF将焦距粗调到该FF位置；再根据清晰度 评估单元24提供微调焦距进行焦距微调，得到精确对焦焦距MF后，将焦距 调到该精确对焦焦距MF位置，最终完成对焦。
进一步，为了能够控制焦距调节机构25将焦距调节到某目标值， 一种可 行实施方案为记录焦距和焦距调节机构控制参数的对应关系，称为焦距调节参 数査找表。首先，根据焦距估计单元23或者清晰度评估单元24提供的所需对 焦焦距，例如对焦焦距估计值FF或者精确对焦焦距MF，査找所述焦距调节 参数查找表得到所需对焦焦距对应的焦距调节机构控制参数，并根据该控制参 数来控制焦距调节机构25将焦距调节到目标值。
需要指出，当调节调焦透镜时，物距发生了变化，这个变化会影响到上述 计算得到的对焦焦距估计值FF的准确度。尤其当对焦焦距估计值FF距离当 前焦距位置很远时，误差更大。为了克服这一误差的影响，本发明在焦距粗调 过程中进一步采用了多轮调节方案。如图3所示，本发明的图像采集装置20 还包括一个与感光器件22和焦距估计单元23相联系的多轮调节单元26，该 多轮调节单元26设置有至少一控制器26a和至少一计数器26b。其中计数器 26b，用于记录循环的次数；该控制器26a，通过计算相邻两次焦距调节的对 焦焦距估计值FF之差，并且根据焦距估计值之差和计数器计数结果，判定是 否完成对焦。
具体本发明的图像装置20，可以进一步采用如下多轮调节方式 设定焦距初始值FFo为0，并且预定一循环调节次数的门限T; 对t^到T，循环进行下列操作，由计数器26b来计循环次数 第一步，采集图像并进行分析，计算估计此物距下对焦焦距估计值FFt; 第二步，调整焦距调节机构25，使得焦距为FFt;
如果IEF「 ^TF，或t〉T则在控制器26a控制下退出循环，完成调节； 否则，跳到第一步；其中TF为常数。
图4示出了本发明自动对焦方法的流程，其通过图2或者图3所示的图像采集装置20来实现，具体包括歩骤有
步骤S401，拍摄图像，并对该图像进行采集分析，估计此物距下对焦焦
距估计值FF，本步骤由焦距估计单元23实现。更具体的是，根据物体实际尺 度H，物体在感光器件22上所成像的像实际尺度h，感光器件与成像透镜的 距离DLS，计算所述感光器件与成像透镜的距离DLS与物体实际尺度H之积 除以所述物体实际尺度H与像实际尺度h之和作为对焦焦距估计值FF，计算 公式为W=^^。
优选的是，所述步骤S401中预先设定所述物体实际尺度H以及所述感光 器件与成像透镜的距离DLS，所述物体实际尺度为多个同类物体实际尺度的 平均值，并采用如下步骤获得物体在感光器件22上所成像的像实际尺度h:
采集包含所述物体的图像，本实例中物体像为人脸像；
采用图像自动分析方式得到物体像的像素尺度，图像自动分析方式包括人 脸检测方式，即采用人脸检测方法得到人脸像尺度。
预设感光器件的实际尺度以及感光器件的像素分辨率，根据所述感光器件 的实际尺度和像素分辨率以及人脸像的像素尺度计算人脸像的实际尺度为感 光器件的实际尺度乘以所述人脸像的像素尺度，然后除以感光器件的像素分辨 率，其通过所述公式5或者公式6来计算
iW=^"*PFW (公式5)
i^=!*PF7f (公式6) iV
进一步地，所述步骤S401中定义物体像的像素尺度除以感光器件的实际 尺度为物体像的归一化像素尺度，例如公式9或公式10中求得的人脸像的归 一化像素宽度NPFW，人脸像的归一化像素高度NPFH，并计算所述感光器件 与成像透镜的距离与所述物体实际尺度之积除以所述物体实际尺度与所述物 体像的归一化像素尺度之和作为对焦焦距估计值FF，从而消除数字分辨率对 结果的影响。
更进一步地，所述步骤S401中还包括一多轮调节过程，通过图3所示的 图像采集装置20的多轮调节单元26实现，以克服当对焦焦距估计值FF距离 当前焦距位置很远时误差大的问题，包括
设定焦距初始值FFo为O;预定一循环调节次数的门限T; 对t^到T，循环进行下列操作
如果循环的次数t未超过该预定的门限T，继续采集图像并进行分析，以
计算估计此物距下对焦焦距估计值FFt;
如果l巧-巧—,IF，或^T则退出循环，完成调节；否则，跳到第一步;
其中TF为常数。
步骤S402，调节焦距调节机构25使得焦距达到对焦焦距估计值FF。焦 距调节机构25受焦距估计单元23的控制先进行焦距粗调过程，即根据焦距估 计单元23提供的对焦焦距估计值FF将焦距粗调到该FF位置。
歩骤S403，分别将焦距微调到对焦焦距估计值FF附近若干个焦距位置， 计算所述每个焦距位置所成图像的对焦评估值，取最大对焦评估值所对应的焦 距作为精确对焦焦距MF。本步骤由清晰度评估单元24实现。
优选的是，所述步骤S403进一步包括如下子步骤
步骤a)在范围[FF-DELTAL， FF+DELTAR]中预定一步长step作为微 调单位，其中所述DELTAL， DELTAR为预定常数。
步骤b)调节焦距到达所述每个步长Step对应位置，并采集图像，计算所 述各个位置所成图像的对焦评估值，得到一条对焦评估值曲线。其中对焦评估 值曲线的获取方式可以采用现有对焦技术中的任何一种， 一种可行的方式是采 用已授权专利"自动对焦技术"(申请号02121281.3)中的方法。并且在得到 对焦评估值曲线后，可以对曲线进行平滑获得更好的效果。举人脸像为例，计 算每个位置所成图像的对焦评估值进一步包括根据人脸像实际尺度和/或中 心位置确定人脸像区域；计算该人脸像区域内所有像素点的点评估值，所述点 评估值为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次方累加，所述N 可以为1， 2，也可以为其他数值，所述邻域像素点可以为四邻域像素点也可 以为八邻域像素点；将人脸像区域内所有像素点的点评估值相加作为该位置下 的人脸像区域的对焦评估值。
进一步地，由于一般拍摄的主体都是人，那么人脸像区域是否清晰便是评 价是否准确对焦的重要依据。现有方法也有基于不同区域评估值加权的方式， 但是，并没有区分人脸像区域和其它像区域，本发明进一步将物体像区域分为 人脸像区域和若干其他像区域，并为不同的区域设定不同的像素权值，这里人 脸像区域的像素权值要大于其他像区域的权值，所述步骤b中计算每个位置所成图像的对焦评估值的过程优选为
步骤一一、计算所述人脸像区域和其他像区域内所有像素点的点评估值， 所述点评估值为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次方累加；
步骤一二、将所述人脸像区域和其他像区域内所有像素点的点评估值加权 相加作为该人脸像区域的对焦评估值。
更进一步地，所述人脸像区域包括若干人脸像部位，并为不同的人脸像部 位设定不同的部位像素权值。一种可行方式为将眼睛附近区域的像素权值设为 WE，嘴巴附近区域的像素权值设为WM，其他区域设为l，则所述步骤b中 计算每个位置所成图像的对焦评估值的过程优选为
步骤二一、计算所述人脸像区域内所有像素点的点评估值，所述点评估值 为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次方累加；
步骤二二、将各个所述人脸像区域内所有像素点的点评估值加权相加作为 该人脸像区域的对焦评估值。
步骤C)取对所述对焦评估值曲线上最大对焦评估值对应的焦距，作为精 确对焦焦距MF。
步骤S404，调节焦距调节机构25使得焦距达到精确对焦焦距MF，完成 自动对焦过程。所述焦距调节机构25受清晰度评估单元24的控制在进行焦距 微调过程，即根据清晰度评估单元24提供微调焦距进行焦距微调，得到精确 对焦焦距MF后，将焦距粗调到该精确对焦焦距MF，最终完成对焦。
综上可知，本发明通过先计算当前物距下的对焦焦距估计值，然后将焦距 调到该估计值位置，仅分析该物距对应的焦距范围内的评估值，大大縮短了调 节时间，从而避免了现有技术存在的分析所有可能焦距范围带来的计算量大， 反应慢的缺点；且本发明进一步在所述对焦焦距估计值附近微调，计算每个位 置所成图像的对焦评估值，取最大对焦评估值所对应的焦距作为精确对焦焦距 使得成像更清晰，进而提高了对焦结果的准确度。本发明尤其适用于基于人脸 检测的自动对焦方法以及图像采集装置。
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、一种用于图像采集装置的自动对焦的方法，其中该图像采集装置包括至少一个用于成像的成像透镜，至少一个用于调焦的调焦透镜，一感光器件，一焦距调节机构，其特征在于，所述方法包括如下步骤A、根据物体实际尺度，物体在感光器件上所成像的像实际尺度，感光器件与成像透镜的距离，计算所述感光器件与成像透镜的距离与物体实际尺度之积除以所述物体实际尺度与像实际尺度之和作为对焦焦距估计值FF；B、调节所述焦距调节机构使得焦距达到所述对焦焦距估计值FF；C、分别将焦距微调到所述对焦焦距估计值FF附近若干个焦距位置，计算所述每个焦距位置所成图像的对焦评估值，取最大对焦评估值所对应的焦距作为精确对焦焦距MF；D、调节所述焦距调节机构使得焦距达到所述精确对焦焦距MF，完成自动对焦过程。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括Cl、在范围[FF-DELTAL， FF+DELTAR]中预定一步长step作为微调单 位，其中所述DELTAL， DELTAR为预定常数；C2、调节焦距到达所述每个步长Step对应位置，并采集图像，计算所述 各个位置所成图像的对焦评估值，得到一条对焦评估值曲线；C3、取对所述对焦评估值曲线上最大对焦评估值对应的焦距为精确对焦 焦距MF。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C2中计算每个 位置所成图像的对焦评估值进一步包括C21、根据物体的像实际尺度和/或中心位置确定物体像区域；C22、计算该物体像区域内所有像素点的点评估值，所述点评估值为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次方累加；C23、将物体像区域内所有像素点的点评估值相加作为该物体像区域的对焦评估值。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述物体像区域包括人脸 像区域和若干其他像区域，并且为不同的区域设置不同的区域像素权值；所述步骤C22中，计算所述人脸像区域和其他像区域内所有像素点的点 评估值，所述点评估值为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次 方累加；所述步骤C23中，将所述人脸像区域和其他像区域内所有像素点的点评 估值加权相加作为该物体像区域的对焦评估值。
5、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述物体像区域包括人脸 像区域，所述人脸像区域包括若干人脸像部位，并为不同的人脸像部位设定不 同的部位像素权值；所述步骤C22中，计算所述人脸像区域内所有像素点的点评估值，所述 点评估值为该像素点与若干邻域像素点的亮度绝对差值的N次方累加；所述步骤C23中，将各个所述人脸像区域内所有像素点的点评估值加权 相加作为该人脸像区域的对焦评估值。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述歩骤A中预先设定所 述物体实际尺度以及所述感光器件与成像透镜的距离，并采用如下歩骤获得物 体在感光器件上所成像的像实际尺度采集包含所述物体的图像；采用图像自动分析方式得到物体像的像素尺度；预设感光器件的实际尺度以及所述感光器件的像素分辨率，根据所述感光 器件的实际尺度和所述像素分辨率以及所述物体像的像素尺度计算物体像的 实际尺度为感光器件的实际尺度乘以所述物体像的像素尺度，然后除以所述 感光器件的像素分辨率。
7、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤A中定义物体像 的像素尺度除以感光器件的实际尺度为物体像的归一化像素尺度，并计算所述 感光器件与成像透镜的距离与所述物体实际尺度之积除以所述物体实际尺度 与所述物体像的归一化像素尺度之和作为对焦焦距估计值FF。
8、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设的物体实际尺度 为多个同类物体实际尺度的平均值。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述尺度为宽度、高度或 者长度。
10、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焦距调节机构包含一焦距控制参数查找表，根据所需对焦焦距査找所述焦距控制参数査找表，得到 焦距调节机构控制参数，并进一步根据焦距调节机构控制参数来控制焦距调节 机构使得焦距达到该所需对焦焦距。
11、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括一循 环调节的步骤-设定焦距初始值FFo为O; 预定一循环调节次数的门限T;如果循环的次数t未超过该预定的门限T，继续采集图像并进行分析，以计算估计此物距下对焦焦距估计值FFt;如果相邻两次循环的对焦焦距估计值的绝对值小于一预定的常数TF，则 结束循环；或者如果该循环的计数t超过该预定的门限T，则结束循环。
12、 根据权利要求1 11任一项所述的方法，其特征在于，所述物体包含 人脸，并采用人脸检测方法得到人脸像尺度。
13、 一种实现如权利要求1~11任一项所述方法的图像采集装置，其特征 在于，所述图像采集装置包括至少一个用于成像的成像透镜； 至少一个用于调焦的调焦透镜；一感光器件；一焦距调节机构，用于调节所述调焦透镜；一焦距估计单元，分别与该感光器件和焦距调节机构相联系，其中该焦距 估计单元用于根据物体实际尺度，物体在感光器件上所成像的像实际尺度，感 光器件与成像透镜的距离，计算所述感光器件与成像透镜的距离与物体实际尺 度之积除以所述物体实际尺度与像实际尺度之和作为对焦焦距估计值FF，并 将所述对焦焦距估计值FF提供给所述焦距调节机构以进行对焦；一清晰度评估单元，分别与所述感光器件、焦距调节机构和焦距估计单元 相联系，其中该清晰度评估单元用于分别将焦距微调到所述对焦焦距估计值 FF附近若干个焦距位置，计算所述每个焦距位置所成图像的对焦评估值，取 最大对焦评估值所对应的焦距作为精确对焦焦距MF，并将所述精确对焦焦距 MF提供给所述焦距调节机构以进行对焦。
14、 根据权利要求13所述的图像采集装置，其特征在于，该装置还包括一多轮调节单元，设置有一计数器，用于记录循环的次数，和一控制器，计算所述相邻两次对焦焦距估计值FF之差，并且根据焦距估 计值之差和所述计数器的计数结果，判定是否完成对焦。
15、根据权利要求13所述的图像采集装置，其特征在于，所述物体包含人脸，所述图像采集装置通过人脸检测方法得到人脸像尺度。
全文摘要
本发明公开了一种自动对焦的方法及图像采集装置，其中该装置包括至少一个成像透镜，至少一个调焦透镜，一感光器件，一焦距调节机构，该方法包括A.根据物体实际尺度，物体在感光器件上所成像的像实际尺度，感光器件与成像透镜的距离，计算感光器件与成像透镜的距离与物体实际尺度之积除以物体实际尺度与像实际尺度之和作为对焦焦距估计值FF；B.调节焦距调节机构使得焦距达到对焦焦距估计值FF；C.分别将焦距微调到对焦焦距估计值FF附近若干个焦距位置，计算每个焦距位置所成图像的对焦评估值，取最大对焦评估值所对应的焦距作为精确对焦焦距MF；D.调节焦距调节机构使得焦距达到所述精确对焦焦距MF，完成自动对焦过程。
文档编号G03B13/36GK101290388SQ20081011428
公开日2008年10月22日 申请日期2008年6月2日 优先权日2008年6月2日
发明者青 俞, 邓中翰, 邓亚峰, 英 黄 申请人:北京中星微电子有限公司