主动式距离对焦系统及方法
【专利摘要】一种应用于数字相机的主动式距离对焦系统及方法，该数字相机包括深度摄影机镜头、自动对焦装置及显示屏幕。该系统包括相机启动模块、焦点选择模块、焦距计算模块及自动对焦模块。该方法直接利用深度摄影机镜头取得的场景Z方向景深信息，确认深度摄影机镜头至焦点位置相应场景位置点之间的距离信息，并推算深度摄影机镜头应调整对焦的拍摄位置点，自动调整深度摄影机镜头至焦距拍摄位置，使数字相机在对焦调整操作上更加精确，提高影像拍摄效果。
【专利说明】主动式距离对焦系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对焦系统及方法，特别是关于一种结合深度摄影机的主动式距离对焦系统及方法。
【背景技术】
[0002]数字相机(Digital Camera)是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。在进行拍摄时，一般需要调整镜头与感光组件之间的距离，让被摄物体能够清晰成像的过程便为对焦操作。为方便使用者能够轻松、快速地拍出清晰的影像，数字相机多已具备自动对焦的功能，能够主动针对使用者欲拍摄画面进行分析，调整镜头的焦点位置。目前市售数字相机所具备的自动对焦功能，一般分为主动式对焦和被动式对焦两种对焦方式。
[0003]主动式对焦方式通过相机发射一测距射线(例如红外线)，相机再根据反射回来的射线信号确定被摄体的距离，自动调节镜头，完成自动对焦的操作。虽此种自动对焦方式较容易实现、反应速度快且成本低，但当被摄物体前出现反射体(例如玻璃等)，相机即可能无法正确判别焦距位置，且影像中的对焦位置亦较无弹性，相机仅能针对画面中心点位置进行测距、对焦操作。若使用者不甚熟悉相机的对焦技巧，构图重点非位于画面中心点位置，便容易产生对焦错误的状况发生，无法拍得清晰地影像画面。
[0004]被动式对焦方式是利用镜头撷取的数字化影像，计算影像差异值或影像梯度值所定义的清晰度值，再移动镜头的镜片改变焦距，寻找清晰度为最大值的成像位置，做为最佳对焦点的位置，成像出最清晰的影像。被动式对焦方式的优点是自身不需发射测距光束，能够通过玻璃等透明障碍物对焦，也可提供使用者自行选择欲拍摄物体的焦点位置，在拍摄影像的焦点位置选择上较具弹性，而不受限固定中央焦点位置。然而，此种自动对焦方式对于环境中的亮度、色泽反差要求度高，因此，在低照度等影像差异度低的条件下便难以准确对焦。
【发明内容】
[0005]鉴于以上内容，有必要提供一种应用于数字相机的主动式距离对焦系统及方法，结合深度摄影机主动调整镜头焦距拍摄位置，能够使数字相机精确完成镜头对焦调整操作，提高影像的拍摄效果。
[0006]所述的主动式距离对焦系统安装并运行于数字相机中，该数字相机包括深度摄影机镜头、自动对焦装置及显示屏幕。该主动式距离对焦系统包括:相机启动模块，用于启动数字相机的功能设定操作界面，通过该功能设定操作界面选择对焦模式来开启数字相机的深度对焦功能进行对焦操作；焦点选择模块，用于将深度摄影机镜头调整至欲拍摄场景位置，并将拍摄场景画面成像至显示屏幕上，在显示屏幕显示的拍摄场景画面上选择欲拍摄场景内的镜头焦点位置，以及通过深度摄影机镜头持续摄取欲拍摄场景的XY方向实时影像画面及Z方向景深信息；焦距计算模块，用于根据已摄取的欲拍摄场景位置点的Z方向景深信息获取镜头焦点位置对应场景位置点之间的距离，及根据获取的距离计算出深度摄影机镜头所需对焦的最佳拍摄焦距位置；自动对焦模块，用于利用自动对焦装置自动调整深度摄影机镜头至最佳拍摄焦距位置。
[0007]所述的主动式距离对焦方法，应用于数字相机中，该数字相机包括深度摄影机镜头、自动对焦装置及显示屏幕。该方法包括步骤:启动数字相机的功能设定操作界面，通过该功能设定操作界面选择对焦模式来开启数字相机的深度对焦功能进行对焦操作；将深度摄影机镜头调整至欲拍摄场景位置，并将拍摄场景画面成像至显示屏幕上；在显示屏幕显示的拍摄场景画面上选择欲拍摄场景内的镜头焦点位置；通过深度摄影机镜头持续摄取欲拍摄场景的XY方向实时影像画面及Z方向景深信息；根据欲拍摄场景位置点的Z方向景深信息获取镜头焦点位置对应场景位置点之间的距离；根据获取的距离计算深度摄影机镜头所需对焦的最佳拍摄焦距位置；利用自动对焦装置自动调整深度摄影机镜头至最佳拍摄焦距位置。
[0008]相较于现有技术，本发明所述的主动式距离对焦系统及方法利用深度摄影机镜头摄取前方场景各位置点的Z方向景深信息，不仅可让使用者自行在显示屏幕上点选影像中欲拍摄场景的焦点位置，不受限于镜头中心点单一位置的限制，并可使数字相机的对焦操作不因环境光线、亮度等影响，进而使得数字相机的对焦调整操作上更加精确，提高影像拍摄效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明数字相机的主动式距离对焦系统较佳实施例的架构图。
[0010]图2是本发明数字相机的主动式距离对焦方法较佳实施例的流程图。
[0011]图3是数字相机的功能设定操作界面的示意图。
[0012]图4是通过数字相 机上的显示屏幕确认深度摄影机镜头拍摄状况的示意图。
[0013]图5是在数字相机的显示屏幕上点选拍摄的镜头焦点位置的示意图。
[0014]图6是根据使用者所选择的镜头焦点位置调整最佳拍摄焦距位置的示意图。
[0015]主要元件符号说明
[0016]数字相机I
[0017]主动式距离对焦系统10
[0018]相机启动模块101
[0019]焦点选择模块102
[0020]焦距计算模块103
[0021]自动对焦模块104
[0022]深度摄影机镜头 11
[0023]自动对焦装置12
[0024]显示屏幕13
[0025]存储装置14
[0026]微处理器15
[0027]如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。【具体实施方式】
[0028]如图1所示，是本发明主动式距离对焦系统10较佳实施例的架构图。在本实施例中，所述的主动式距离对焦系统10安装并运行于数字相机(Digital Camera) I中，能够主动调整镜头焦距拍摄位置，使数字相机I在精确完成镜头对焦调整操作，提高影像的拍摄效果。该数字相机I还包括，但不仅限于，深度摄影机镜头(Depth-sensing Camera Lens)
11、自动对焦装置12、显示屏幕13、存储装置14及微处理器15。
[0029]所述的深度摄影机镜头11是一种具有3D摄影功能的TOF (Time of Flight)摄影机装置，可以取得被摄物体于水平方向(XY方向)的实时影像信息，也可以取得被摄物体影像各点距离摄影机镜头的纵深方向(Z方向)距离信息。该深度摄影机镜头11利用光照针对被摄物体发射参考光束，通过计算返回光束的时间差或相位差来进行摄影机与被摄物体之间的距离换算，进而产生一组深度距离信息，即Z方向距离信息。
[0030]所述的自动对焦装置12用于自动调整深度摄影机镜头11的最佳拍摄焦距位置。所述的显示屏幕13是一种触控式LED屏幕，使用者可以通过点选等操作完成影像拍摄。所述的微处理器15是一种主控程序芯片(MCU)，能够进行测光运算、曝光控制、闪光控制及拍摄逻辑控制等操作。
[0031]在本实施例中，所述的主动式距离对焦系统10包括相机启动模块101、焦点选择模块102、焦距计算模块103及自动对焦模块104。本发明所称的模块系指一种能够被微处理器15所执行并且能够完成固定功能的一系列程序指令段，其存储于存储装置14中，关于各模块的功能将于图2的流程图中作具体描述。
[0032]参考图2所示，是本发明应用于数字相机I的主动式距离对焦方法较佳实施例的流程图。在本实施例中，该方法能够主动调整镜头焦距拍摄位置，使数字相机I精确完成镜头对焦调整操作，提高影像的拍摄效果。
[0033]步骤S21，相机启动模块101启动数字相机I的功能设定操作界面，通过该功能设定操作界面选择对焦模式来开启数字相机I的深度对焦功能进行对焦操作。参考图3所示，当使用者开启数字相机I后，所述的相机启动模块101启动数字相机I的功能设定操作界面并将该功能设定操作界面显示在显示屏幕13上，使用者通过功能设定操作界面点选对焦模式来选择深度对焦功能，相机启动模块101开启数字相机I的深度对焦功能，使用者可在拍照过程中使用该深度对焦功能进行对焦操作。
[0034]步骤S22，焦点选择模块102将数字相机I的深度摄影机镜头11调整至欲拍摄场景位置，并将拍摄场景画面成像至显示屏幕13上，以供使用者确认场景拍摄范围。参考图4所示，假设使用者欲拍摄场景内包含不同距离的苹果、橘子及香蕉等水果影像画面，所述的焦点选择模块102先将数字相机I的深度摄影机镜头11调整至适当位置，将水果影像画面显示于屏幕13上，以供使用者确认拍摄范围确实包含苹果、橘子及香蕉等水果影像画面。
[0035]步骤S23，当使用者确认拍摄场景范围后，使用者通过焦点选择模块102在显示屏幕13显示的拍摄场景画面中点选欲拍摄场景内的镜头焦点位置。在本实施例中，在使用者进行数字相机I的深度摄影机镜头11拍摄位置调整操作中，可在显示屏幕13中看到一个焦点位置(如图5标示的方框标记)，当使用者完成深度摄影机镜头11拍摄位置调整操作后，使用者即可由显示屏幕13上自行点选、决定影像中欲拍摄景物的焦点位置，作为影像对焦操作的依据。[0036]步骤S24，焦点选择模块102通过深度摄影机镜头11持续摄取前方欲拍摄场景的XY方向实时影像画面及Z方向景深信息。在本实施例中，于使用者调整深度摄影机镜头11的拍摄位置过程中，焦点选择模块102持续通过深度摄影机镜头11取得前方场景的XY方向实时影像画面及其Z方向景深信息，取得场景中苹果、橘子及香蕉等水果影像画面，以及深度摄影机镜头11至各水果之间的距离景深信息。
[0037]步骤S25，焦距计算模块103根据已取得的场景各位置点的Z方向景深信息获取镜头焦点位置对应场景位置点之间的距离。在本实施例中，待使用者由显示屏幕13上确认欲取景的影像画面并点选欲拍摄的焦点位置后，焦距计算模块103将由微处理器15进行测光运算，曝光控制和闪光控制及拍摄逻辑控制等操作，并根据使用者所点选的焦点位置及深度摄影机镜头11已取得的场景各位置点的Z方向景深信息，获取深度摄影机镜头11至焦点位置对应场景位置点之间的距离。
[0038]步骤S26，焦距计算模块103根据获取的距离计算出深度摄影机镜头11所需对焦的最佳拍摄焦距位置。在本实施例中，当焦距计算模块103获取深度摄影机镜头11至焦点位置相应场景位置点之间的距离后，即可推算出深度摄影机镜头11所需调整、对焦的最佳拍摄焦距位置。
[0039]步骤S27,自动对焦模块104利用数字相机I的自动对焦装置12自动调整深度摄影机镜头11至最佳拍摄焦距位置。在本实施例中，自动对焦模块104将以自动对焦装置12自动调整深度摄影机镜头11至该距离最佳拍摄焦距位置。
[0040]步骤S28，当深度摄影机镜头11自动调整至最佳拍摄焦距位置后，使用者按下数字相机I的快门键，数字相机I利用深度摄影机镜头11即可在该最佳拍摄焦距位置下拍摄出清晰的场景影像画面。
[0041]参考图6所示，若使用者在显示屏幕13上点选苹果位置为镜头焦点位置，数字相机I便可摄取场景中包含苹果的所有水果影像画面，但由于此时镜头焦点位于苹果上，将可取得聚焦于苹果的苹果清晰影像画面。若使用者在显示屏幕13上点选橘子或香蕉等位置为镜头焦点位置，数字相机I可摄取得场景中包含橘子与香蕉的所有水果影像画面，但由于此时镜头焦点位于橘子或香蕉上，将可取得聚焦于橘子或香蕉的橘子或香蕉清晰影像画面。
[0042]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种主动式距离对焦系统，安装并运行于数字相机中，该数字相机包括深度摄影机镜头、自动对焦装置及显示屏幕，其特征在于，所述的主动式距离对焦系统包括: 相机启动模块，用于启动数字相机的功能设定操作界面，以及通过该功能设定操作界面选择对焦模式来开启数字相机的深度对焦功能进行对焦操作； 焦点选择模块，用于将深度摄影机镜头调整至欲拍摄场景位置，并将拍摄场景画面成像至显示屏幕上，在显示屏幕显示的拍摄场景画面上选择欲拍摄场景内的镜头焦点位置，以及通过深度摄影机镜头持续摄取欲拍摄场景的XY方向实时影像画面及Z方向景深信息； 焦距计算模块，用于根据已摄取的欲拍摄场景位置点的Z方向景深信息获取镜头焦点位置对应场景位置点之间的距离，及根据获取的距离计算出深度摄影机镜头所需对焦的最佳拍摄焦距位置；以及 自动对焦模块，用于利用自动对焦装置自动调整深度摄影机镜头至最佳拍摄焦距位置。
2.如权利要求1所述的主动式距离对焦系统，其特征在于，所述的主动式距离对焦系统，其中，当深度摄影机镜头自动调整至所述的最佳拍摄焦距位置后，利用深度摄影机镜头于该最佳拍摄焦距位置下拍摄出清晰的场景影像画面。
3.如权利要求1所述的主动式距离对焦系统，其特征在于，所述的深度摄影机镜头为一种具有3D摄影机装置，用于取得场景影像范围内被拍摄物体的XY方向影像信息及被拍摄物体距离深度摄影机镜头的Z方向景深信息。
4.如权利要求1所述的主动式距离对焦系统，其特征在于，所述的显示屏幕是一种触控式LED屏幕，使用者通 过点选操作完成欲拍摄场景的影像拍摄。
5.如权利要求1所述的主动式距离对焦系统，其特征在于，所述的数字相机还包括微处理器，该处理器是一种主控程序芯片MCU，用于数字相机进行测光运算、曝光控制、闪光控制及拍摄逻辑控制操作。
6.一种主动式距离对焦方法，应用于数字相机中，该数字相机包括深度摄影机镜头、自动对焦装置及显示屏幕，其特征在于，该方法包括步骤: 启动数字相机的功能设定操作界面，通过该功能设定操作界面选择对焦模式来开启数字相机的深度对焦功能进行对焦操作； 将深度摄影机镜头调整至欲拍摄场景位置，并将拍摄场景画面成像至显示屏幕上； 在显示屏幕显示的拍摄场景画面上选择欲拍摄场景内的镜头焦点位置； 通过深度摄影机镜头持续摄取欲拍摄场景的XY方向实时影像画面及Z方向景深信息； 根据已摄取的欲拍摄场景位置点的Z方向景深信息获取镜头焦点位置对应场景位置点之间的距离； 根据获取的距离计算出深度摄影机镜头所需对焦的最佳拍摄焦距位置；以及 利用自动对焦装置自动调整深度摄影机镜头至最佳拍摄焦距位置。
7.如权利要求6所述的主动式距离对焦方法，其特征在于，该方法还包括步骤: 当深度摄影机镜头自动调整至所述的最佳拍摄焦距位置后，利用深度摄影机镜头于该最佳拍摄焦距位置下拍摄出清晰的场景影像画面。
8.如权利要求6所述的主动式距离对焦方法，其特征在于，所述的深度摄影机镜头为一种具有3D摄影机装置，用于取得场景影像范围内被拍摄物体的XY方向影像信息及被拍摄物体距离深度摄影机镜头的Z方向景深信息。
9.如权利要求6所述的主动式距离对焦方法，其特征在于，所述的显示屏幕是一种触控式LED屏幕，使用者通过点选操作完成欲拍摄场景的影像拍摄。
10.如权利要求6所述的主动式距离对焦方法，其特征在于，所述的数字相机还包括微处理器，该处理器是一种主控程序芯片MCU，用于数字相机进行测光运算、曝光控制、闪光控制及拍摄逻辑控制操作 。
【文档编号】G02B7/28GK103475805SQ201210186689
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年6月8日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】李后贤, 李章荣, 罗治平 申请人:鸿富锦精密工业（深圳）有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司