专利名称：图像摄取设备和图像摄取控制方法
技术领域：
本发明涉及一种图像摄取设备和图像摄取控制方法，特别地，涉及一种用于在低照度条件下或在对象具有低对比度时实现正确聚焦的图像摄取设备和图像摄取控制方法。
背景技术：
当利用已知技术执行自动聚焦时，在移动聚焦透镜的同时检测并获得对比度信号。然后，将聚焦透镜移动到已达到最大对比度的位置处，从而实现聚焦。
例如，公开了一种摄像机，其中，基于随着聚焦透镜移动生成的并被用于确定是否有对比度的评估值的改变，来确定评估值已达到最大值的聚焦透镜的位置。如果随着聚焦透镜移动得更远，该评估值持续减少，则将该最大值指定为最大评估值，即，最大对比度点。然后，对应于该最大评估值的聚焦透镜位置被确定为聚焦位置(例如，见日本专利第3747474号)。
发明内容
然而，即使当确定不存在对比度(例如，在低照度条件下或在对象具有低对比度时)时，聚焦透镜也不会再次移动来检测和获得对比度信号。因此，不能实现正确聚焦。
此外，由于该自动聚焦是通过将聚焦透镜移动到特定的固定位置实现的，所以很难确定实现了正确聚焦。
针对上述情况提出了本发明。期望提供一种用于在低照度条件下或在对象具有低对比度时实现正确聚焦的技术。
根据本发明的一个实施例，提供了一种图像摄取设备，其中，通过移动聚焦透镜并检测对应于在第一曝光时间内拍摄的对象图像的图像数据而获得的对比度信号被用于实现聚焦。该图像摄取设备包括存储单元，用于存储对应于聚焦透镜已移动到的各个聚焦透镜位置的对比度信号；累加器，用于对于每个聚焦透镜位置，累加对应于各个聚焦透镜位置的所存储的对比度信号；以及控制器，用于使聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处。
该图像摄取设备还包括第一确定单元，用于确定累加对比度信号的最大和最小值之差是否超过用于确定对比度存在的第一阈值。如果确定了该差等于或小于第一阈值，则控制器可以控制聚焦透镜的移动，以使可以再次获得每个聚焦透镜位置的对比度信号。
该图像摄取设备还包括计算器，用于在确定了该差等于或小于第一阈值的情况下，计算期望该差超过第一阈值的第二曝光时间。控制器可以控制聚焦透镜的移动，以使可以获得在计算出来的第二曝光时间内拍摄的对象的每个聚焦透镜位置的对比度信号。
该图像摄取设备还包括第二确定单元，用于确定获得在计算出来的第二曝光时间中拍摄的对象的对比度信号所需的时间是否超过预定的第二阈值。如果确定了获得对比度信号所需的时间超过第二阈值，则计算器可以计算第三曝光时间，以使获得对比度信号所需的时间不超过第二阈值。控制器可以控制聚焦透镜的移动，以使可以获得在计算出来的第三曝光时间内拍摄的对象的每个聚焦透镜位置的对比度信号。
当第三曝光时间与第二曝光时间的比值小于预定值时，控制器可以使聚焦透镜移动到预定的固定位置或者移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处。
根据本发明的另一实施例，提供了一种图像摄取设备的图像摄取控制方法，其中，通过移动聚焦透镜并检测对应于在第一曝光时间内拍摄的对象图像的图像数据而获得的对比度信号被用于实现聚焦。图像摄取控制方法包括以下步骤存储对应于聚焦透镜已移动到的各个聚焦透镜位置的对比度信号；对于每个聚焦透镜位置，累加对应于各个聚焦透镜位置的所存储的对比度信号；以及使聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处。
因此，存储对应于聚焦透镜移动到过的各个聚焦透镜位置的对比度信号，对于每个聚焦透镜位置，累加对应于各个聚焦透镜位置的所存储的对比度信号，然后控制聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处。
根据本发明的上述实施例，可以实现自动聚焦，同时可以在低照度条件下或在对象具有低对比度时实现正确聚焦。
图1A和图1B是示出根据本发明实施例的数码照相机的示例性外部构造的透视图；图2是示出根据本发明实施例的数码照相机的示例性内部构造的方框图；图3是示出自动聚焦(AF)处理器的示例性功能性构造的方框图；图4是示出扫描AF控制过程的流程图；图5是示出扫描处理过程的流程图；图6A和图6B示出了通过扫描处理生成的示例性对比度信号；以及图7示出了示例性累加对比度信号。
具体实施例方式
现在将描述本发明的实施例。以下部分中将描述说明书或附图中所示的本发明及实施例的构成元件之间的示例性对应关系。该描述的目的是保证在说明书或附图中示出支持本发明的实施例。因此，即使存在在本说明书或附图中的其他处示出的、但在此处没有被描述为对应于本发明的构成元件的实施例，但这并不意味着该实施例不对应于本发明的任何构成元件。同时，即使在此处将实施例示为对应于本发明的特定构成元件的实施例，但这也并不意味着该实施例不对应于本发明的任何其他构成元件。
根据本发明的一个实施例，提供了一种图像摄取设备，其中，通过移动聚焦透镜并检测对应于在第一曝光时间拍摄的对象图像的图像数据而获得的对比度信号被用于实现聚焦。该图像摄取设备包括存储单元(例如，图3的对比度信号存储单元64)，用于存储对应于聚焦透镜已移动到的各个聚焦透镜位置的对比度信号；累加器(例如，图3的对比度信号累加器65)，用于对于每个聚焦透镜位置，累加对应于各个聚焦透镜位置的所存储的对比度信号；以及控制器(例如，图3的AF控制器63)，用于使聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处。
该图像摄取设备还包括第一确定单元(例如，图3的对比度确定单元66)，用于确定累加对比度信号的最大和最小值之差是否超过用于确定对比度存在的第一阈值。如果确定了该差等于或小于第一阈值，则控制器可以控制聚焦透镜的移动，以使可以再次获得每个聚焦透镜位置的对比度信号(例如，图4的步骤S14)。
该图像摄取设备还包括计算器(例如，图3的曝光时间计算器62)，用于在确定了该差等于或小于第一阈值的情况下，计算期望其中该差超过第一阈值的第二曝光时间。控制器可以控制聚焦透镜的移动，以使可以获得在计算出来的第二曝光时间内拍摄的对象的每个聚焦透镜位置的对比度信号(例如，图4的步骤S14)。
该图像摄取设备还包括第二确定单元(例如，图3的扫描时间确定单元68)，用于确定获得在计算出来的第二曝光时间内拍摄的对象的对比度信号所需的时间是否超过预定的第二阈值。如果确定了获得对比度信号所需的时间超过了第二阈值，则计算器可以计算第三曝光时间，以使获得对比度信号所需的时间不超过第二阈值(例如，图4的步骤S21)。控制器可以控制聚焦透镜的移动，以使可以获得在计算出来的第三曝光时间内拍摄的对象的每个聚焦透镜位置的对比度信号(例如，图4的步骤S14)。
当第三曝光时间与第二曝光时间的比值小于预定值时，控制器可以使聚焦透镜移动到预定的固定位置处或移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处(例如，图4的步骤S25)。
根据本发明的另一实施例，提供了一种图像摄取设备的图像摄取控制方法，其中，通过移动聚焦透镜以及检测对应于在第一曝光时间内拍摄的对象图像的图像数据而获得的对比度信号被用于实现聚焦。图像摄取控制方法包括以下步骤存储对应于聚焦透镜移动到的各个聚焦透镜位置的对比度信号(例如，图5的步骤S54)；对于每个聚焦透镜位置，累加对应于各个聚焦透镜位置的所存储的对比度信号(例如，图4的步骤S15)；以及使聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处(例如，图4的步骤S24)。
在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。
图1A和图1B是示出根据本发明实施例的数码照相机的示例性外部构造的透视图。
图1A示出了朝向对象的数码照相机1的正面或透镜侧。图1B示出了朝向用户的数码照相机1的背面或面板侧。
如图1A所述，透镜单元11设置在数码照相机1的正面的右侧。虽然未示出，但透镜单元11包括用于会聚来自对象的光的透镜、用于调焦的聚焦透镜、诸如光圈的光学系统等。当数码照相机1通电时，透镜单元11从数码照相机1的壳体中凸出。当数码照相机1断电时，透镜单元11缩回到数码照相机1的壳体中。图1A示出了透镜单元11被装配到数码照相机1的壳体中的状态。
参照图1A，自动聚焦(AF)辅助光投光部(auxiliary lightprojector)12位于数码照相机1的正面中心的右上侧。AF辅助光投光部12沿着透镜单元11的光学系统的光轴发射用作AF辅助光的光，从而照亮对象。这使得即使在例如黑暗处也可以拍摄对象的图像，并基于所拍摄的图像来实现聚焦到对象上，即，启动所谓的自动聚焦功能。如果将AF辅助光的发射设置为强制关闭，则即使在黑暗处AF辅助光投光部12也不发射AF辅助光。
延伸到数码照相机1背面的取景器13位于数码照相机1中心的左上侧。闪光灯14位于取景器13的左侧。
用于打开或关闭电源的电源开关15和用于记录拍摄的图像的快门按钮(或释放按钮)16设置在数码照相机1的顶部。从数码照相机1的正面看，电源开关15和快门按钮16位于左侧。
参照图1B，变焦按钮17、模式拨盘(mode dial)18、和操作按钮19位于数码照相机1背面的右侧。位于右上侧的变焦按钮17用于调整变焦倍数。变焦按钮17左侧的模式拨盘18用于从可用模式(例如，用于强制启动或停用AF辅助光投光部12或闪光灯14发光的模式、用于允许用户使用自拍器的模式、以及用于在液晶面板20上显示菜单的模式)中选择数码照相机1的模式。例如，设置在变焦按钮17下的操作按钮19用于移动光标来从液晶面板20上显示的菜单中选择选项并确认该选择。液晶显示面板20能够显示各种图像。
图2示出了图1A和图1B的数码照相机1的示例性内部构造。数码照相机1包括透镜单元11、AF辅助光投光部12、取景器13、闪光灯14、液晶面板20、电荷耦合器件(CCD)31、模拟信号处理器32、模/数(A/D)转换器33、数字信号处理器34、记录装置35、中央处理单元(CPU)36、操作单元37、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)38、程序只读存储器(ROM)39、随机存取存储器(RAM)40、定时发生器(TG)41、电机驱动器42、传动装置(电机)43。
出于简化的目的，图2中省略了图1A中所示的AF辅助光投光部12、取景器13、和闪光灯14。
CCD 31是CCD传感器，并根据由定时发生器41提供的定时信号来工作。CCD 31通过透镜单元11接收来自对象的光，执行光电转换，并将作为对应于所接收到的光量的电信号的模拟图像信号提供给模拟信号处理器32。CCD 31不限制于CCD传感器，而可以是能够以像素为单位生成图像信号的任何图像摄取设备(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器)。
模拟信号处理器32在CPU 36的控制下执行模拟信号处理(例如，放大来自CCD 31的模拟图像信号)，并将由模拟信号处理产生的图像信号提供给A/D转换器33。
A/D转换器33在CPU 36的控制下对图像信号执行A/D转换(其中，该图像信号是从模拟信号处理器32接收的模拟信号)，并将由A/D转换产生的数字信号所表示的图像数据提供给数字信号处理器34。
数字信号处理器34在CPU 36的控制下对来自A/D转换器33的图像数据执行数字信号处理(诸如降噪)，并将生成的图像数据提供给该图像数据将在其上进行显示的液晶面板20。同样，数字信号处理器34以联合图像专家组(JPEG)格式等压缩来自A/D转换器33的图像数据，并将生成的压缩图像数据提供给将使图像数据记录于其中的记录装置35。此外，数字信号处理器34展开记录在记录装置35中的压缩图像数据，并将生成的展开图像数据提供给将使图像数据显示于其上的液晶面板20。
例如，记录装置35是诸如盘存储卡的半导体存储器或者诸如数字化多用途光盘(DVD)的其它类型的可移动记录介质。记录装置35可以容易地插入数码照相机1或从数码照相机1移除。
CPU 36通过执行记录在程序ROM 39中的程序来控制数码照相机1的每个组件。同样，CPU 36根据来自操作单元37的信号执行各种处理操作。
由用户操作操作单元37，并将对应于用户操作的信号提供给CPU 36。操作单元37包括在图1B中示出的电源开关15、快门按钮16、变焦按钮17、模式拨盘18、和操作按钮19。
在CPU 36的控制下，EEPROM 38存储在数码相机1断电之后需要保留的数据。存储在EEPROM 38中的数据的实例包括对数码照相机1的各种设置。
程序ROM 39存储将被CPU 36执行的程序以及CPU 36执行程序所需的数据。RAM 40临时存储CPU 36执行各种处理操作所需的程序和数据。
定时发生器41在CPU 36的控制下将定时信号提供给CCD 31。根据从定时发生器41提供给CCD 31的定时信号来控制CCD 31的曝光时间(即，快门速度)等。
电机驱动器42在CPU 36的控制下驱动传动装置43。当驱动传动装置43时，透镜单元11从数码照相机1的壳体中凸出或缩回到数码照相机1的壳体中。此外，当驱动传动装置43时，透镜单元11的光圈被调整或透镜单元11的聚焦透镜被移动。
在如上所述构造的数码照相机1中，CCD 31通过透镜单元11接收来自对象的光，执行光电转换，并输出生成的模拟图像信号。通过模拟信号处理器32和A/D转换器33处理由CCD 31输出的模拟图像信号，将其转换为由数字信号表示的图像数据，然后提供给数字信号处理器34。
从A/D转换器33提供给数字信号处理器34的图像数据还被提供给液晶面板20，并被作为所谓的通过图像(through image)显示于其上。
接下来，当用户操作图1A和图1B所示的快门按钮16时，对应于该操作的信号被从操作单元37提供给CPU 36。当从操作单元37提供对应于对快门按钮16执行的操作的信号时，CPU 36使数字信号处理器34压缩从A/D转换器33提供给数字信号处理器34的图像数据，并且还使数字信号处理器34将生成的压缩图像数据记录在记录装置35中。
以上述方式执行典型的拍摄。
由CPU 36执行的程序被预先安装或存储到程序ROM 39中，或者可以记录在记录装置35中，将其作为程序包介质提供给用户，并通过安装在数码照相机1中的数字信号处理器34和CPU 36将其从程序包介质中存储到EEPROM 38中。将由CPU 36执行的程序还可以从下载站点直接下载到图2的数码照相机1中，或者暂时下载到计算机(未示出)中，其被提供给图2的数码照相机1，并被存储在安装在数码照相机1中的EEPROM 38中。
图2的数码照相机1具有自动聚焦功能，并基于由CCD 31拍摄的图像通过移动聚焦透镜来调整焦距。
更具体地，例如，在预定的曝光时间内移动聚焦透镜的同时，数码照相机1检测从数字信号处理器34获得的沿聚焦透镜移动的路径的每个聚焦透镜位置的图像数据的照度信号的高频分量，从而生成对比度信号。然后，数码照相机1将聚焦透镜移动到已获得对比度信号最大值的聚焦透镜位置处，以聚焦到对象上，从而实现自动聚焦。
对比度信号是通过例如对从拍摄的对象图像的图像信号提取的并存在于预定区域中的高频分量进行积分而获得的数据。较大的对比度信号值意味着对象的较高的对比度，而较小的对比度信号值则意味着对象的较小的对比度。通过将聚焦透镜移动到已获得最高对比度的聚焦透镜位置处来使数码照相机1聚焦到对象上，从而实现自动聚焦。
下文中，在预定曝光时间内移动聚焦透镜的情况下于每个聚焦透镜位置处生成并获得对比度信号将被称作“扫描”。同样，通过扫描实现自动聚焦将被称作“扫描AF”。
在图2的数码照相机1中，在CPU 36执行程序时执行与自动聚焦功能相关的AF处理。
图3是示出执行AF处理的AF处理器51的示例性功能性构造的方框图。当CPU 36执行程序时实现了AF处理器51。
AF处理器51包括照度测量控制器61、曝光时间计算器62、AF控制器63、对比度信号存储单元64、对比度信号累加器65、对比度确定单元66、扫描时间计算器67以及扫描时间确定单元68。
照度测量控制器61使数码照相机1中的照度传感器(未示出)测量对象位置处的照度。照度测量控制器61获得来自照度传感器的所测量的照度并将获得的照度提供给曝光时间计算器62。可选地，照度测量控制器61可以检测由对比度信号存储单元64提供的对象图像数据的亮度并根据检测到的亮度来确定照度。
基于由照度测量控制器61提供的照度，曝光时间计算器62计算曝光时间，在曝光时间内获得了用于生成对比度信号的图像数据。例如，计算曝光时间，将其作为对应于由用户指定的曝光值的预定的时段。
例如，如果确定了在第一扫描处理中不存在对比度，则曝光时间计算器62计算曝光时间，在该曝光时间中，期望确定在第二扫描处理中存在对比度。更具体地，曝光时间计算器62基于累积的对比度信号(下面将进行描述)的最大值和最小值之差和预定阈值来计算曝光时间，在该曝光时间中，期望该差超过预定阈值。
另外，例如，如果确定了在上述曝光时间中执行扫描所需的时间超过预定时间(其中，在上述曝光时间中期望确定在第二扫描处理中存在对比度)，则曝光时间计算器62改变曝光时间，以使其不超过预定时间。
换句话说，曝光时间计算器62基于各种条件计算用于扫描处理的最合适曝光时间。
AF控制器63确定作为执行扫描处理的聚焦范围的扫描范围。扫描范围是到将被聚焦的对象的距离的范围。AF控制器63限定对应于扫描范围的移动范围，并且聚焦透镜在该范围内移动。基于由曝光时间计算器62计算出来的曝光时间，AF控制器63通过定时发生器41控制CCD 31，并且还控制电机驱动器42，以使聚焦透镜在对应于扫描范围的所限定的移动范围内移动。
在移动聚焦透镜时，在计算出来的曝光时间内，AF控制器63获得由CCD 31拍摄的图像数据。在沿着聚焦透镜移动的路径上的每个聚焦透镜位置处，AF控制器63都从图2的数字信号处理器34获得该图像数据。根据在每个聚焦透镜位置处从数字信号处理器34获得的图像数据，AF控制器63提取并检测照度信号的高频分量。基于检测的结果，AF控制器63对于每个聚焦透镜位置都生成对比度信号。换句话说，AF控制器63在计算出来的曝光时间内获得图像数据并控制扫描处理。
此外，基于扫描处理的结果，AF控制器63控制聚焦透镜的移动，以使聚焦透镜移动到已获得对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处，从而聚焦对象。AF控制器63以上述方式控制扫描AF。
此外，例如，如果确定了下一扫描处理无效，或更具体地，如果由曝光时间计算器62计算出来的改变的曝光时间远小于改变之前的曝光时间并且难以获得令人满意的对比度信号，则AF控制器63控制聚焦透镜的移动，以使其移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处或者移动到预定的固定位置处。这里，例如，固定位置是通过由用户指定的距离所限定的位置。
对比度信号存储单元64将AF控制器63为对应于相应的聚焦透镜位置的每个聚焦透镜位置生成的对比度信号作为数据进行存储。
对于每个聚焦透镜位置，对比度信号累加器65累加存储在对比度信号存储单元64中的对比度信号。换句话说，对于每个聚焦透镜位置，对比度信号累加器65将通过执行多次扫描处理获得的多个对比度信号加在一起。
对比度确定单元66确定根据不同聚焦透镜位置的累加对比度信号获得的差值是否超过用于确定对比度存在或不存在的预定阈值。这里，例如，差值是累加对比度信号的最大值和最小值之间的差值。换句话说，对比度确定单元66通过确定累加对比度信号的最大值和最小值之差是否超过预定阈值来确定对比度的存在或不存在。
扫描时间计算器67基于计算出来的曝光时间来计算将聚焦透镜移动到对应于扫描范围的其移动范围内、以及为各个聚焦透镜位置生成对比度信号所需的时间。换句话说，扫描时间计算器67计算扫描时间，即，扫描处理所需的时间。
扫描时间确定单元68确定计算出来的扫描时间是否超过预定时间。换句话说，扫描时间确定单元68确定扫描AF所需的且基于计算出来的扫描时间所计算出来的时间是否超过预定时限。
接下来，将描述在低照度条件下或在对象具有低对比度时在数码照相机1中执行的扫描AF控制。
图4是示出在数码照相机1的AF处理器51中执行的示例性扫描AF控制的流程图。
在步骤S11中，照度测量控制器61使数码照相机1的照度传感器(未示出)测量对象位置处的照度。照度测量控制器61从照度传感器获得测得的照度并将所获得的照度提供给曝光时间计算器62。
在步骤S12中，AF控制器63确定扫描范围，扫描范围为在其中执行扫描处理的聚焦范围。更具体地，例如，如果在AF辅助光投光部12发射AF辅助光的黑暗位置处将AF辅助光的发射设置为强制关闭，则AF控制器63将扫描范围限制到从接近位置到固定位置的距离(例如，两米)，以减少扫描时间。这里，例如，固定位置可以是由AF辅助光到达的距离或由任意指定的距离所限定的位置。
在步骤S13中，基于由照度测量控制器61提供的照度，曝光时间计算器62计算用于获得生成对比度信号的图像数据的曝光时间。例如，曝光时间计算器62计算对应于由用户指定的曝光值的曝光时间。
在步骤S14中，AF控制器63控制在计算出来的曝光时间内的扫描处理。
现在，将参照图5的流程图来描述对应于步骤S14的扫描处理的详细实例。
在步骤S51中，AF控制器63控制电机驱动器42，以将聚焦透镜移动到扫描AF的开始位置。例如，如图6A所示，字母A～I表示沿着对应于移动范围的路径的聚焦透镜位置，其中，聚焦透镜在移动范围内移动且该移动范围对应于扫描范围，AF控制器63控制电机驱动器42，以使聚焦透镜移动到聚焦透镜位置A处。
更具体地，例如，如果在步骤S12中确定的扫描范围是从接近位置开始达到两米，则图6A的聚焦透镜位置A～I是对应于从接近位置开始直到两米的范围内的各个位置的聚焦透镜位置。即，AF控制器63使聚焦透镜在聚焦透镜位置A和I之间移动，以在从接近位置开始直到两米的扫描范围内拍摄对象。
在步骤S52中，AF控制器63在使聚焦透镜移动的同时检测在计算出来的曝光时间内拍摄的图像数据。更具体地，在使聚焦透镜移动时，AF控制器63通过定时发生器41控制CCD 31，以使基于测量的照度在计算的曝光时间内在聚焦透镜位置A的附近拍摄对象。AF控制器63从数字信号处理器34获得由CCD 31拍摄的图像数据。基于获得的图像数据，AF控制器63提取并检测作为数字信号的图像数据的照度信号的高频分量。
在步骤S53中，AF控制器63根据检测结果生成聚焦透镜位置A处的对比度信号。
在步骤S54中，对比度信号存储单元64将在聚焦透镜位置A处生成的对应于聚焦透镜位置A的对比度信号作为数据进行存储。在图6A中，聚焦透镜位置A处的箭头长度表示在聚焦透镜位置A处的对比度信号的值。例如，对比度信号存储单元64存储对应于表示聚焦透镜位置A的信息的该值。
在步骤S55中，AF控制器63确定下一聚焦透镜位置是否存在于移动范围内，聚焦透镜在该移动范围内移动并且该移动范围对应于扫描范围。如果在步骤S55中确定了下一聚焦透镜位置存在于聚焦透镜的移动范围内，则该处理进行到步骤S56。
在步骤S56中，AF控制器63控制电机驱动器42，以使聚焦透镜移动到下一聚焦透镜位置。更具体地，例如，AF控制器63控制电动机驱动器42，以使聚焦透镜移动到图6A的聚焦透镜位置B。在步骤S56之后，该处理返回到步骤S52并重复后续步骤。
另一方面，如果在步骤S55中确定了下一聚焦透镜位置不存在于聚焦透镜移动的范围内，换句话说，当重复上述步骤并完成了图6A的聚焦透镜位置I(即，扫描AF的结束位置)处的处理时，该扫描处理结束。
以这种方式，当聚焦透镜从聚焦透镜位置A移动至I时，在计算出来的曝光时间内在各个聚焦透镜位置附近拍摄对象。因此，在第一扫描中，如图6A所示，可以获得每个聚焦透镜位置的对比度信号。在第一扫描中，在聚焦透镜位置E处获得了最大对比度信号值，并在聚焦透镜位置H和I处获得了最小对比度信号值。
再次参照图4，在步骤S15中，对于每个聚焦透镜位置，对比度信号累加器65都将存储在对比度信号存储单元64中的对比度信号加到一起。对比度信号累加器65将累加对比度信号提供给对比度确定单元66。然而，在第一循环的步骤S15中，在第一扫描中在各个聚焦透镜位置处获得的对比度信号被简单地从对比度信号累加器65发送到对比度确定单元66，这是因为在第一扫描之后还没有累加对比度信号。
在步骤S16中，对比度确定单元66计算累加对比度信号的最大和最小值之差。然而，由于在第一扫描之后还没有累加对比度信号，因此在第一循环的步骤S16中，计算在第一扫描中获得的对比度信号的最大和最小值之差。更具体地，例如，如图6A所示，对比度确定单元66计算聚焦透镜位置E处的最大对比度信号和聚焦透镜位置H或I处的最小对比度信号之差“a”。
在步骤S17中，对比度确定单元66确定对比度信号的最大和最小值之差是否等于或大于预定阈值。这里，预定阈值是用于确定对象是否具有对比度的值。例如，当用于确定对比度存在的最大和最小对比度信号之间的最小差被用作预定阈值时，如果差“a”等于或大于预定阈值，则确定扫描对象具有对比度。换句话说，对比度确定单元66通过确定差“a”是否等于或大于预定阈值来确定被扫描对象是否具有对比度。
如果在步骤S17中确定了对比度信号的最大和最小值之差小于预定阈值，换句话说，如果确定了不存在对比度，则处理进行到步骤S18。
在步骤S18中，曝光时间计算器62计算下一扫描的曝光时间。例如，基于差“a”和预定阈值，曝光时间计算器62计算曝光时间，其中，期望在第二扫描处理之后获得的累加对比度信号的最大和最小值之差“b”等于或大于预定阈值。换句话说，曝光时间计算器62计算曝光时间，在该曝光时间中，期望确定出存在对比度。
更具体地，如果将用于确定是否存在对比度的阈值设置为例如“3a”，则因为阈值“3a”和在第一扫描处理中获得的差“a”之差为“2a”，所以曝光时间计算器62计算第二扫描的曝光时间，以使在第二扫描处理之后获得的差等于或大于“2a”。即，曝光时间计算器62计算用于第二扫描的曝光时间，使其为第一扫描处理的曝光时间的两倍或更长。
在步骤S19中，扫描时间计算器67基于计算的曝光时间来计算下一扫描所需的时间。
在步骤S20中，扫描时间确定单元68确定计算出来的扫描时间是否超过预定时间。换句话说，扫描时间确定单元68确定扫描AF所需的且基于计算出来的扫描时间所计算出来的时间是否超过预定时限。
如果在步骤S20中确定了计算出来的扫描时间超过预定时间，即，扫描AF所需的时间超过预定时限，则处理进行到步骤S21。
另一方面，如果在步骤S20中确定了计算出来的扫描时间没有超过预定时间，即，扫描AF所需的时间没有超过预定时限，则处理返回到步骤S14并执行后续步骤。
在步骤S21中，曝光时间计算器62改变曝光时间以使扫描时间不超过预定时间。更具体地，例如，曝光时间计算器62通过根据预定时限执行逆计算来确定曝光时间，以使扫描AF所需的时间不超过预定时限。
在步骤S22中，曝光时间计算器62将改变后的曝光时间与改变前的曝光时间(即，与在步骤S18中计算出来的曝光时间)进行比较。
在步骤S23中，基于在步骤S22中执行的比较，AF控制器63确定下一扫描是否有效。
例如，AF控制器63确定改变后的曝光时间与改变前的曝光时间的比值是否等于或大于预定值。更具体地，如果预定值是50％或0.5，则AF控制器63确定改变的曝光时间是否等于或大于改变前的曝光时间的一半。如果改变后的曝光时间远小于改变前的曝光时间，则例如在第二扫描处理中获得的对比度信号值很小。在这种情况下，获得的作为累加对比度信号的最大和最小值之差的值是不令人满意的，从而第二扫描处理被确定为无效。即，基于改变后的曝光时间和改变前的曝光时间之间的比较结果，AF控制器63确定下一扫描是否有效。因此，数码照相机1不必执行不必要的扫描处理。
如果在步骤S23中确定了改变后的曝光时间与改变前的曝光时间的比值等于或大于预定值，即，如果确定了下一扫描有效，则处理返回到步骤S14并执行后续步骤。
在第二循环的步骤S14中，在步骤S18中计算出来的曝光时间内或在步骤S21中获得的改变后的曝光时间内，AF控制器63控制扫描处理。在第二扫描处理中，可以获得如图6B所示的各个聚焦透镜位置的对比度信号。如果对象或拍摄对象的环境没有明显的改变，则在第二扫描处理中获得与第一扫描处理中获得的那些信号基本相同的对比度信号。
在第二循环的步骤S15中，对比度信号累加器65为每个聚焦透镜位置累加存储在对比度信号存储单元64中的对比度信号。更具体地，对于聚焦透镜位置A～I中的每一个，对比度信号累加器65都将在第一和第二扫描处理中获得的并存储在对比度信号存储单元64中的对比度信号加到一起。
因此，可以获得如图7所示的累加对比度信号。
在第二循环的步骤S16中，对比度确定单元66计算累加对比度信号的最大和最小值之差。更具体地，如图7所示，对比度确定单元66计算聚焦透镜位置E处的最大对比度信号和聚焦透镜位置H或I处的最小对比度信号之差“b”。例如，如果在第二扫描处理中获得的对比度信号与在第一扫描处理中获得的对比度信号基本相同，则差“b”基本等于“2a”，其中，“2a”为在第一扫描处理中获得的差值“a”的两倍。
在第二循环的步骤S17中，对比度确定单元66确定累加对比度信号的最大和最小值之差是否等于或大于预定阈值。更具体地，例如，对比度确定单元66通过确定差“b”是否等于或大于预定阈值来确定被扫描对象是否具有对比度。
如果在第二循环中的步骤S17中确定了累加对比度信号的最大和最小值之差“b”小于预定阈值，即，如果确定了不存在对比度，则处理进行到步骤S18并重复后续步骤。
另一方面，如果在步骤S17中确定了累加对比度信号的最大和最小值之差(即，在第一扫描处理中获得的差“a”、由第二扫描处理和对比度信号的累加所生成的差“b”、或者由第三或后续扫描处理和对比度信号的累加所生成的差)等于或大于预定阈值，换句话说，如果确定了存在对比度，则处理进行到步骤S24。
因此，只要不超过时限，则重复扫描处理和对比度信号的累加，直到确定了存在对比度。
在步骤S24中，AF控制器63执行控制，以使聚焦透镜移动到已经获得累加对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处，然后结束处理。例如，AF控制器63执行控制，以使聚焦透镜移动到通过第二扫描处理和对比度信号的累加已获得对比度信号最大值的聚焦透镜位置E处(图7中所示)。
另一方面，如果在步骤S23中确定了改变后的曝光时间远小于改变前的曝光时间，且改变后的曝光时间与改变前的曝光时间的比值小于预定值，即，如果确定了下一扫描无效，则处理进行到步骤S25。
在步骤S25中，AF控制器63执行控制，以使聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处或者移动到预定的固定位置处，然后处理结束。例如，如果在第一循环的步骤S23中确定了下一扫描或第二扫描无效，则AF控制器63执行控制，以使聚焦透镜移动到在第一扫描处理中已获得累加最大对比度信号的聚焦透镜位置E处(图6中所示)或者移动到例如与距离接近位置两米远的固定位置对应的聚焦透镜位置处。这里，固定位置可以位于无穷远处或者任意指定的位置处。
如上所述，在低照度条件下或在对象具有低对比度时，数码照相机1将对比度信号进行多次相加，并可将聚焦透镜移动到已获得最大对比度信号的聚焦透镜位置处。
因此，可以在低照度条件下或当对象具有低对比度时提高实现聚焦的可能性。同时，可以通过计算第二和后续扫描处理所需的曝光时间并减少实现聚焦所需的时间来实现高速自动聚焦。
在本实施例中，通过使CPU 36执行程序来执行AF处理。然而，可以通过专用硬件来执行AF处理。
不必按流程图所示的时间顺序来执行描述用于使CPU 36执行各种类型处理的程序的处理步骤，而这些步骤包括并行或单独执行的处理，例如，并行处理或面向对象的处理。
同样，程序可以通过单独的CPU来进行处理，或者可以通过多个CPU来进行分布式处理。
当以上述方式控制聚焦透镜的移动时可以实现自动聚焦。同样，在控制聚焦透镜的移动以使将对应于聚焦透镜移动到的相应的聚焦透镜位置处的对比度信号进行存储时，为每个聚焦透镜位置累加对应于各个聚焦透镜位置的所存储的对比度信号，并将聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号最大值的聚焦透镜位置处，可以在低照度条件下或在对象具有低对比度时实现正确聚焦。
本发明不仅应用于数码照相机，而且应用于能够拍摄对象的诸如数码摄像机的其他设备。
本发明的实施例并不限于上述实施例，而是在不背离本发明范围的情况下可以对实施例作出各种改变。
权利要求
1.一种图像摄取设备，其中，通过移动聚焦透镜并检测对应于在第一曝光时间内拍摄的对象图像的图像数据而获得的对比度信号被用于实现聚焦，所述图像摄取设备包括存储装置，用于存储对应于所述聚焦透镜已移动到的各个聚焦透镜位置的所述对比度信号；累加装置，用于针对每个所述聚焦透镜位置，累加对应于所述各个聚焦透镜位置的所存储的所述对比度信号；以及控制装置，用于使所述聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处。
2.根据权利要求1所述的图像摄取设备，还包括第一确定装置，用于确定所述累加对比度信号的最大和最小值之差是否超过用于确定对比度存在的第一阈值，其中，如果确定了所述差等于或小于所述第一阈值，则所述控制装置控制所述聚焦透镜的移动，以使可以再次获得对于所述聚焦透镜位置的对比度信号。
3.根据权利要求2所述的图像摄取设备，还包括计算装置，用于如果确定了所述差等于或小于所述第一阈值，则计算第二曝光时间，在所述第二曝光时间中期望所述差大于所述第一阈值，其中，所述控制装置控制所述聚焦透镜的移动，以使可以获得在计算出来的第二曝光时间内拍摄的所述对象的每个所述聚焦透镜位置的对比度信号。
4.根据权利要求3所述的图像摄取设备，还包括第二确定装置，用于确定获得在所述计算出来的所述第二曝光时间内拍摄的所述对象的对比度信号所需的时间是否超过预定的第二阈值，其中，如果确定了获得所述对比度信号所需的时间超过所述第二阈值，则所述计算装置计算第三曝光时间，以使获得所述对比度信号所需的时间不超过所述第二阈值；以及所述控制装置控制所述聚焦透镜的移动，以使可以获得在计算出来的第三曝光时间内拍摄的所述对象的每个所述聚焦透镜位置的对比度信号。
5.根据权利要求4所述的图像摄取设备，其中，当所述第三曝光时间与所述第二曝光时间的比值小于预定值时，所述控制装置使所述聚焦透镜移动到预定的固定位置处或者移动到已获得所述累加对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处。
6.一种图像摄取设备的图像摄取控制方法，其中，通过移动聚焦透镜并检测对应于在第一曝光时间内拍摄的对象图像的图像数据而获得的对比度信号被用于实现聚焦，所述图像摄取控制方法包括以下步骤存储对应于所述聚焦透镜已移动到的各个聚焦透镜位置的所述对比度信号；对于每个所述聚焦透镜位置，累加对应于所述各个聚焦透镜位置的所存储的所述对比度信号；以及使所述聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处。
7.一种图像摄取设备，其中，通过移动聚焦透镜并检测对应于在第一曝光时间内拍摄的对象图像的图像数据而获得的对比度信号被用于实现聚焦，所述图像摄取设备包括存储单元，用于存储对应于所述聚焦透镜已移动到的各个聚焦透镜位置的所述对比度信号；累加器，用于针对所述聚焦透镜位置中的每一个，累加对应于所述各个聚焦透镜位置的所存储的所述对比度信号；以及控制器，用于使所述聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处。
8.根据权利要求7所述的图像摄取设备，还包括第一确定单元，用于确定所述累加对比度信号的最大和最小值之差是否超过用于确定所述对比度存在的第一阈值，其中，如果确定了所述差等于或小于所述第一阈值，则所述控制器控制所述聚焦透镜的移动，以使可以再次获得每个所述聚焦透镜位置的所述对比度信号。
9.根据权利要求8所述的图像摄取设备，还包括计算器，用于如果确定了所述差等于或小于所述第一阈值，则计算第二曝光时间，在所述第二曝光时间中，期望所述差超过所述第一阈值，其中，所述控制器控制所述聚焦透镜的移动，以使可以获得在计算出来的所述第二曝光时间内拍摄的所述对象的每个所述聚焦透镜位置的对比度信号。
10.根据权利要求9所述的图像摄取设备，还包括第二确定单元，用于确定获得在所述计算出来的所述第二曝光时间内拍摄的所述对象的对比度信号所需的时间是否超过预定的第二阈值，其中，如果确定了获得所述对比度信号所需的时间超过所述第二阈值，则所述计算器计算第三曝光时间，以使获得所述对比度信号所需的时间不超过所述第二阈值；以及所述控制器控制所述聚焦透镜的移动，以使可以获得在计算出来的所述第三曝光时间内拍摄的所述对象的每个所述聚焦透镜位置的对比度信号。
11.根据权利要求10所述的图像摄取设备，其中，当所述第三曝光时间与所述第二曝光时间的比值小于预定值时，所述控制器使所述聚焦透镜移动到预定的固定位置处或者移动到已获得所述累加对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处。
全文摘要
一种图像摄取设备，其中，通过移动聚焦透镜并检测对应于在第一曝光时间内拍摄的对象图像的图像数据而获得的对比度信号被用于实现聚焦，该装置包括存储单元，用于存储对应于聚焦透镜已移动到的各个聚焦透镜位置的对比度信号；累加器，用于对于每个聚焦透镜位置，累加对应于各个聚焦透镜位置的所存储的对比度信号；以及控制器，用于使聚焦透镜移动到已获得累加对比度信号的最大值的聚焦透镜位置处。
文档编号H04N5/225GK101078852SQ20071010731
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月26日
发明者东野文宣 申请人:索尼株式会社