专利名称：解决在物体距离数字成像设备过近的条件下可接受聚焦的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及数字成像技术，尤其是用于数字成像设备的自动聚焦技术。
背景技术：
大多数的数字成像设备，例如数码相m^i(石^f象机，都具有自动对焦的镜 头系统。但是，无论1顿明P—种镜头，如果物体离镜头舰，数字成像设备都不 育鹏嘬佳的聚焦。在一些现有技术中的数字成像设备，接收至M顿者的^^刺 ilfct后(例如，i顿者至少部分按下快门键)，自动对焦系乡财会在图像的成像过 程中启动。因此，令4顿者感到沮丧的是，j顿者只能等到^^fe完成了劍紋
后才会意识到距离物体;ffi了。其姬见有技术中的数字成像设备虽然具有在成像 过程中形财顿者按下快门键即可启动的自动对焦系统(例如擀卖自动对焦)，但
是它们也^m到4顿者试图拍摄图像时才告知4OT者物体距离，。 因此，《te然需要在该领域中efcis^些方法和體，以解 字成像设备在
距物体逸丘的情况下无法获得可以接受的聚焦的问题。
图i是根据本发明的一个具体实施例的数字成像设备的功育離图。
图2是根据本发明的一个具体实施例的m^框图,其说明了附图i所示的数字
成像设备可以检测到物体距离i繊字成像设备a^而无法实现可接受的聚焦的一
种方式。
图3A和图3B表示根据本发明的一个具体实施例,M:改微字成像设备的
显示来告知IOT者物体距离i纖字成像设备M^而无法实现可接受聚焦的一种方 式。
图3C标根据本发明的另一个具体实施例,舰改微字成像设备的显示来 告知4OT者物体距离i繊字成像设备m而无法实现可接受聚焦的另一种方式。
图4A和图4B g根据本发明的一个具体实施例,在物体距离数字成像设备 ;U5而无法实现可接受聚焦的情况下的自动M。
图4C和4D标根据本发明的另一个具体实施例，在物体距离数字成像设备
;Ufi;而无法实现可接受聚焦的情况下的自动M。
图4E也是根据本发明的另一个具体实施例，在物体距离数字成像设备i^而
无法实现可接受聚焦的情况下的自动^IE。
图5A是根据本发明的一个具体实施例的图1中所示的的数字成像设备的操
作繊图。
图5B是根据本发明的另一个具体实施例的图1中所示的的数字成像设备的 操作繊图。
图6也是根据本发明的另一个具体实施例的图1中所示的的数字成像设备的 操作繊图。
图7也是根据本发明的另一个具体实施例的图1中所示的的数字成像设备的 操作繊图。
具体实驗式
一种数字成像设备，无需来自4OT者的指令就可以自动检测物体距离数字成 像设备太近以至于不能实现可接受聚焦，并通知使用者该瞎况。在另一个实施例 中，i纖字成像设备可以在没有来自4顿者的指令的瞎况下，检测到物体距离数 字成像设备，以致于不能实现可接受聚焦，自动调整镜头的焦距(例如稍微放 大纖小)，并在允剤顿者保持与之前大约相同的放大系数的同时，il/示4顿者 向育,实现魏聚焦的方向移动。在另一个实施例中，可以组合检测物体距离数 字成像设备Mi&以致于不能实现可接受聚焦，通知4OT^t^J瞎况，并自动调整
镜头的焦j 巨，以及^^使用者向肖,实现^i聚焦的方向移动。
图1是根据本发明的一个具体实施例的数字成像设备羅的功能框图。数字
成像设备满可以是招可肯,将场景的光学图像转 Mii(字图像的设备。例如包 括但不局限于此数码相机、数^Mf象机、具有数字照相功能的个人数字助理
(PDA),以及具有数字照相功能的職电话(例如蜂窝电话或PCS电话)。在图 1A中，控帝螺105 (例如微处理器或鹏带藤)可以ffl51M总线110与成像模 块115、存储器120、快门按钮125、显示器130以及聚焦控伟腿辑135进ffiS信。 除了快门按钮125以外，数字成像设备濯还可以包括其他的输入控制(图1未 示出)。例如，数字成像设备100可以具有用于浏览菜单和M&数码图像的导航键， #其他输入控制 ，制数字成像设备層的操作。显示器130可以是例如 液晶显示器(LCD)。
聚焦控制逻辑135包括用于自动调焦光学系统140 (例如镜头)的自动聚焦系 统。在说明书的后面的部分将会更加详细地说明聚焦控帝腿辑135超出传统自动 聚焦系统的特另仿面。在一个实施例中，聚焦控第腿辑135包括为存储器120的 一部分的固件。例如，聚焦控制逻辑135可以包括控审藤105执行的固件禾聘指 令。 一般，聚焦控伟腿辑135可以在硬件、软件、固件或它们的任意组合中执行。
光学系统140生成光学图像，可以ffl5M;像模l央115将J^光学图像转换成 数字图像。
在数字成像设备雨中，尽管没有棚者的樹可指令，自动聚焦(聚焦控制 逻辑135的一个方面)在图像合成期间(例如数字成像设备画盼'实时预览'1莫 式)处于工作状态。在本说明书和权利要求中，"i顿者的指令"指的是j顿者对 数字成像设备濯的招可输A^t激。j顿者部分按下快门繊钮125 (例如， 未超鹏获图像的隨"S2"的中间^S"S1")就是这种指令的一，仔。另一个 例子是4顿者用某种方式，、鹏数字成像设备的不同输入控制驢以影响自动聚 焦的操作(例如，启用自动聚焦)。
錢的自动聚焦算法是数字成像领域的技术人员熟知的。 一般，自动聚焦算 縣用优值，例如"差距系数总禾口(Sum-Modulus-Difference)"，估算镜头不同的聚 焦1體。在一^I常的方法中，"i^卖自动聚焦'，在图像合成期间(例如 "'实
时预览i莫式)，自动聚焦系统一mb于开启状态。已经开发出辦卖自动对焦的更
加有效的E爐，其中，仅仅在确实有必要时(例如实时预览期间数字成像设备检 观碟肠景改变时)，自动聚焦系^t,在合成期间的倒可时候调整聚焦。悬而未 决的美国专利申请10/762,872"用于数字成像设备的擀卖聚焦和曝光的方法和系 统描述了一个这种自动聚焦系统的例子，其于2004年1月21日申请，2005年7 月21日公开，公开号为20050157198，这里全文引入该专禾啲内容。招可 ^ 合成图片期间都可以使用的可接受自动聚焦算法，者阿以用于本发明。
图2是根据本发明的一个具体实施例的和i^框图,说明数字成像设备揚可以 检测到物体距离i纖字成像设备100 a^而无法实现可接受的聚焦的一种方式。 随着光学系统140向更短聚焦深度反复调整，聚焦效果不断改善，但是当光学系 统140聚ME最小聚焦深度或"最小物距"(即光学系统140可以聚焦的最小物距) 时{燃不肖鹏何接受的聚焦，聚焦控伟'J^辑135可以据此确定检测出至,体距
离规。*变焦(缩放)镜头的焦距者職一个最小物距，这是本领嫩术人 员公知的。
在图2中，聚焦深度(物体可聚焦的距离)的范围^E为向左聚焦深度连 缀曾加，向右聚焦深度遊卖陶氐。图2的目的在于假设数字成像设备濯指向距 离ffi而无法实现可接受聚焦(参见下面可接受聚焦"的定义)的物体。当聚焦
控制逻辑135在实时预览时开启自动聚焦程序时，在本实施例中光学系统140恰 好设置为开始聚焦205，聚焦控制逻辑135向着最佳聚焦230的方向调整聚, 210、 215、 220、以及225处。然而，因为光学系统140不會树距离近于最小物距 235的物体对焦，最佳聚焦230是无法超啲。 一般，聚焦控带腿辑135会M MiS佳聚焦230来定位最佳聚焦230。因为随着聚焦控帝腿辑135调整聚 210、 215、 220、以及225处，可以确定聚焦效果不断改善，但是却不育^i3iS佳 聚焦230，所以，聚焦控制逻辑可以确定物体距离数字成像设备100太近以致于 无法实现可接受的聚焦。本说明的详细描^S权利要求书中，"可接受的聚焦"是 指光学系统140的焦点设置在最佳聚焦230的预定容卩fe内。在图2的实施例中， 假设己会，出该预定容限。
在一些实施例中， 一旦数字成像设备100检测到物体距离i纖字成像设备腦 舰而无法实现可接受聚焦时，数字成像设备100就魏知{顿#^」瞎况。通 矢时OT^^」瞎况可以4顿几种不同的方法，包括但不限于此视觉、口愤或顿。 例如，当检测至鹏离舰的物体时，数字成像设备100的显示器130就^S行某 种变化。
图3A和图3B表示根据本发明的一个具体实施例,M31改鄉字成像设备100 的显示器130来告知4顿者物体距离该数字成像设备100 M35而无法实现可接受 的聚焦的一种方式。在图3A中显示器130JiM示一个实时预览图像305，并且数 字成像设备100超U了可接受的聚焦。显示器130包括聚焦框310，其外观可以 被改棘向〗顿者传达信息。在图3A的实施例中，聚焦框310显示为轮廓的形 式。在图3B中，当{柳##动至距离物体比最小物距235更^￡^后，聚焦控伟腿 辑135将聚焦框310从轮廓形5^J实心形式，以^^)体距离i^而无法实现 可接受聚焦。在一^f寺定的实施例中，可以改顿焦框310的颜fe^传iijt匕信息。 例如，聚焦框310可以/A^种其4鹏色(例如白色游絶)妙琥珀色，来告知
4顿者数字成像设备ioo距离物体ica而无法实现可接受的聚焦。如i^f述，所
有这些都是在没剤顿者的指令的情况下进行的。
图3C ^:根据本发明的另一个具体实施例,M31改^i(字成像设备100的显 示器130来告知4顿者物体距离i纖字成像设备謂Mia而无法实现可接受的聚 焦的另一种方式。在图3C中，显示器130JiM示一个文本消息315。图3C中， 该特定的文本消息仅仅是一，仔。在其他的实施例中，文本消息315可以结合 图3A和3B中的涉及聚焦框310的技术。
在其他实施例中，当物体距离数字成像设备100规而无法实现可接受的聚 焦时，数字成像设备100可以进行自动舰行为。在一些实施例中，这可以包括 明确地告知i顿者物体距离iC^而无法实现可接受的聚焦(参见下面的附图4A、 4B和4E)。在其他实施例中，并不明确地告知l顿者物体距离数字成像设备100 规而无法实现可接受的聚焦，数字成像设备京腿行自动舰行为，包括驗吏 用者以协助纠正该问题(参见下面的附图4C和4D)。
执行自动舰行为的一种方式如下首先，即使因为物術巨离数字成像设备 100 i^而使得聚焦控帝腿辑135不能实现可接受的聚焦，该聚焦控伟腿辑135 也可以确定物体所在的超腿巨离范围(例如小于12英寸)。其次，如果光学系统 140包at放(可变焦距的)镜头，聚焦控伟腿辑135可以自动为光学系统140 选择不同的焦距。聚焦控伟腿辑135 fflil参考储^存储器120中的慰旬表做出 选择，该都旬表是光学系统140在厂^iS行校准时创建的。最后，聚焦控律腿辑 可以弓1导{顿者在焦距和最小物距235之间做出权衡。 一般，长焦距(较多縮放) 意歸更大的最小物距；短焦距(1^>縮放)贝噫瞎更小的最小物距。许多数 码相机的4顿者并不知道，数字图像的完^Hf的放大倍率可以SM放和聚焦 距离的多种组合来实现。例如，特写镜头可以ffl5K顿短焦距并距离物悄瞎近 来拍摄。棘光学系统140可以^^巨离物体顿 娃更大{織。当然，本领 域的技术人员都知道，即^数文大倍率(图中物体的大小)完全相同，两种情况中 的景深也不同。如上戶員，为光学系统140选择好不同的焦距后，聚焦控律腿辑 135可以^^顿者向可以实现可接受聚焦的方向移动数字成像设备層。
自动M可以通过用光圈代替焦距的另一种方式执行。 一旦数字成像设备100 确定物体距离 而不能实现可接受聚焦时，聚焦控审Ji^辑135就会自动选择光 学系统140的光圈(例如高F值，赫小直径的光圈)，用于M31增加影mf共可 接受聚焦。因为选择该光圈可能会导致拍摄的数码图像的曝光不足，这种方 跑
括在曝光和焦lfet间进行权衡。总之，聚焦控帝腿辑135 ^M [，客尠卜的模拟 ^i(字增湖拍摄图像的曝光不;Sffl行,M尝。然而，对曝光不足的数码图像施加 客妙卜增益会陶氐图像品质(例如颗粒感或噪点)。可i&t也，聚焦控伟腿辑135可以 告知4OT者物体距离i^。可邀也，聚焦控伟腿辑135也可以告知4OT者可以实 现可接受聚焦的光圈可用，但魏择该光圈也i睹陶氐图像品质。在拍微码图 #^前，4OT者可以确认是否^ffl建议的光圈。
图4A和图4B te^根据本发明的一个具体实施例，在物体距离数字成像设备 100 ;Ufi而无法实现可接受的聚焦的情况下的自动舰。附图4A和犯所示的实 施例中，告知4柳者物体距离数字成像设备100 ;^fi而无法实现可接受的聚焦的 同时对该,J^S行自动校正。在图4A中，假设光学系统140具有相对较高的縮 方條数，如J^f述也就意瞎具有更大的最小物距235。 一旦聚焦控审腿辑135 检测到物体距离相对于飽的聚焦她聚焦控鹏辑135就会自动为光学系统 140选#~个更小的焦距，并Mil^示器130 J^示文本消息405提示使用者 移动至物体M^处并对其重新构图(例如保持与原来的縮放设置^(相同的放大 倍率)。在附图4A的例子中，文本消息315用于提Pf顿新主意聚焦的问题。在 附图4B中，假设光学系统140被设置较小的焦距。然而，如果j柳者更近于对于 该焦距的最小物距235时，依然无法实现可接受的聚焦。聚焦控伟腿辑135^i式 图基于对物体的估计距离做出校正，为光学系统140选^^h^长的焦距(更高 的縮放倍率)，并M51文本消息410 ^^顿者从物体后退一些以对其重新构图。 在附图4B的例子中，可以改 焦框310的夕卜观(例如颜色)来告知4OT者聚焦 问题。
图4C和4D ，根据本发明的另一个具体实施例，在物体距离数字成像设备 lOOidfi而无法实现可接受的聚焦的瞎况下的自动校正。这些图仅仅表明，在没 有明确告知4OT者物体距离数字成像设备100 ;Ufi而无法实现可接受的聚焦的情 况下，聚焦控伟腿辑135也可以执行自动校正以it)(^顿者做出^^。
图4E也是根据本发明的另一个具体实施例，说明在物体距离数字成像设备 IOO太近而无法实现可接受的聚焦的情况下的自动校正。在图4E中，检测到物体 距离;W而无法实现可接受聚焦之后，聚焦控伟腿辑135可以自动为光学系统140 选择一个掛共可接受聚焦的光圈(即使导致曝光不足)。聚焦控审腿辑135可以被 设置舰拍摄的数字图像施加客妙卜增益，以州尝曝光的不足。如附图4E所示，聚
焦控制逻辑135可以^^顿者(M)l消息415)对于聚焦有更飽的光亂但 是4顿该光圈也i拾陶氐图像的品质(例如颗粒感)。而且，4柳者也会有机会确 认^取消^ffi建议的光圈。如附图4E所示，可iMk，聚焦控审傻辑135还， 知4OT者(ilil消息315)物体距离数字成像设备100;Ufi而无法实现可接受的 聚焦。
图5A是根据本发明的一个具体实施例的数字成像设备腦的操作谳呈图。在 步骤505处，在没有4顿者的指令盼瞎况下，聚焦控审腿辑135可以自动检观鹏 体距离数字成像设备100规而无法实现可接受的聚焦。如i^述，随着光学系 统140的反复调劐吏得聚焦质量不断改善，但超到光学系统140聚焦至最小物 距235都无法超嘬佳的聚焦230，可以ffl31确定该瞎7诚实5JLb^目的。在步 骤510处，通知4顿者聚焦的问题，并在步骤515鹏束i^a程。
图5B是根据本发明的另一个具体实施例的数字成像设备腦的操作淑呈图。 在图5B中，在步骤505和510之后执行客矽卜步骤520。在步骤520中，聚焦控制 逻辑135执行自动舰并且JI^顿者，正如附图4A—4D所示的舰。特别的， 聚焦控铜傻辑135会调整光学系统140的焦距并且^^使用者向可以获得可接受 聚焦的方向移动数字成像设备100,如果增加焦距就向远离物体的方向移动，如 果陶氐焦厄就向^a物体的方向移动。然后i^S程在步骤525鹏束。
图6也是根据本发明的另一个具体实施例中的数字成像设备雨的操作繊呈 图。在图6中，省去步骤510，也就是执行完步骤505后，在不明确告知4顿者 物体距离数字成像设备lOO;Ufi而无法实现可接受的聚焦的情况下，就抛涉骤 520。 i縱程在步骤605鹏束。
图7也是根据本发明的另一个具体实施例的数字成像设备謂的操作漱呈图。 在图7中，在步骤705处，聚焦控伟腿辑135自动选微学系统140的一n亂 其可以通过增加的景^f共可接受的聚焦。如附图7所示，选择的光圈可以使之 后拍摄的数字图像曝光不足。可选他，在步骤710聚焦控制逻辑135会^^柳 者对于聚焦有顿合的光圈，但是i顿该光圈会陶氐图像的品质。进而聚焦控制 逻辑135可以给^ffi者樹，认^取消4OTB^择的光圈的选项。如果最后拍 摄了数字图像，在步骤715中，聚焦控制逻辑会对已拍摄的图像施加客砂卜增益， 以,M尝曝光不足。i^ia程在步骤720鹏束。
Jl^t本发明的描述，只是为了解释和说明。并非为了穷举赫将本发明限
制^J^公开的确定形式，根据，内容所做的其他修改和改变都是可行的。为
了最好地阐明本发明的思想而选择并说明的^h实施例，以及它们在这些方面的 实际应用，使得本领域的其^^术人员育,:1^子地利用本发明的不同的实施例以
及针对预期的特定用途而做出各种舰的实施例。除了先itr^术限定的范围，所
附的权利要求旨在包括本发明的其他可选择的实施例。
权利要求
1.一种数字成像设备100的自动聚焦的方法，包括在没有使用者的指令时，自动检测物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受聚焦；以及提示使用者物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦。
2. —种数字成像设备100的自动聚焦的方法，包括在没有4顿者的指令时，自动检测物体距离数字成像设备濯；U5;而无法实现可接受聚焦；以及自动调微字成像设备100的镜头140的焦距，il^f柳者向实l^物体的 可接受聚焦的方向移动该数字成像设备100，当焦距增加时，所述方向是鹏离物体，当焦距减小时，戶;M方向是^a物体。
3. —种数字成像设备濯的自动聚焦的方法，包括在没有4顿者的指令时，自动检测物体距离数字成像设备層规而无法实 现可接受聚焦；自动选择i纖字成像设备100的镜头140的光圈，以aai增加的景深5mf共可接受聚焦，被选择的光圈导致拍摄的数字图像曝光不足；以及 为了W尝曝光不足，对已拍摄的数字图像施加害妙卜增益。
4. 一种数字成像设备100，包括 光学系统140;以及聚焦控制逻辑135，其被设置鹏没有i顿者附旨令N1^测物体距离数字成 像设备100规以致于光学系统140无法实现可接受聚焦，并且JI^顿者物体 距离数字成像设备100 ;^以致于We学系统140无法实现可接受聚焦。
5. —种数字成像设备訓，包括 光学系统140;以及聚焦控制逻辑135，其被^gj^没有使用者的指令^^测物体距离数字成 像设备層规以致于该光学系统140无法实现可接受聚焦；自动调整该光学系统140的焦距；以及l^使用者向实m^物体的可接受聚焦的方向移动i纖字成像设备100，当焦距增加时，所述方向是远离物体，当焦距减小时，所述方向是 誕物体。
6. —种数字成像设备婦，包括 光学系统140;以及聚焦控制逻辑135，其被设置鹏没有4顿者附旨令鹏测物体距离数字成 像设备100 ;Ufi以致于该光学系统140无法实现可接受聚焦；自动选择i纖字成 像设备100的镜头140的光亂以ffiil增加的深^Jif共可接受聚焦，fei^择的光 圈会导致拍摄的数字图像曝光不足；以及对已拍摄的数字图像施加客妙卜增益以补 偿曝光不足。
全文摘要
一种数字成像设备，其自动检测物体距离该设备太近以致于无法实现可接受聚焦并提示使用者、采取自动校正操作、或者进行上述两个操作。
文档编号H04N5/232GK101352032SQ200680046833
公开日2009年1月21日 申请日期2006年11月30日 优先权日2005年12月15日
发明者A·巴特尔斯, D·M·布卢姆, J·约斯特 申请人:惠普开发有限公司