专利名称：自动对焦装置、自动对焦方法、以及图像拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动地调整图像拾取装置中的对象的对焦状态的自动对焦技术。
背景技术：
具有包括CCD (电荷耦合器件)传感器和CMOS (互补金属氧化物半导体)传感器 的图像传感器的诸如数码静态相机和数码摄像机的图像拾取装置被投入实际使用。随着自 动对焦(AF)系统被应用于这些图像拾取装置，对比度检测系统变为是众所周知的，其使用 由图像传感器获得拍摄图像。 对比度检测系统使用如下的事实当由图像光学系统形成在图像传感器的成像表 面上的对象图像被对焦时，由成像传感器获得的拍摄图像的对比度高。更加具体地说，通过 移动对焦镜头的位置或者被包括在成像光学系统中的图像传感器的位置，在更改对象图像 的图像位置的同时，连续地获得拍摄图像。 计算指示由图像传感器连续地获得的多个拍摄图像的对比度的对比度评估。此 外，具有最大的对比度评估值的对象图像的图像位置被确定为对焦位置。例如，空间频率的 高频率分量的积分值用于对比度评估值。搜索对比度评估值的最大值以确定对焦位置的控 制算法被称为"爬山(mountain-climbing)控制"。 此外，存在一种即使在自动对焦期间对象已经移动也能对对象进行对焦的被建议 的技术(日本未经审查的专利申请公开No. 2007-11054(Hirai)和日本未经审查的专利申 请公开No. 2003-241065 (Tanida))。在Hirai公布的图像拾取装置中，对拍摄屏幕中的中心 和其它位置指定了多个AF区域，检测这些AF区域之间的对象的移动，并且根据对象的移动 结果，使用中心AF区域和其它的AF区域的信息确定对焦位置。然而，在上述技术中存在如 下问题着重于拍摄屏幕的中心AF区域来执行对焦操作，并且如果对象移动到除了拍摄屏 幕的中心之外的位置，则将不会对焦于用户想要对焦的对象。 在Tanida公布的自动对焦系统中，计算连续的图像数据的相同像素之间的差。然 后基于该差将具有比特定区域大的区域指定为新的AF区域。然而，如果在拍摄屏幕中检测 到多个面部区域，那么将AF区域指定为多个区域，并且使得目标对象可能没有被对焦。
发明内容
如上所述，本发明人已经发现如下问题在上述技术中，如果对象移动，那么可能 不对焦于目标对象。 本发明的实施例的第一示例性方面是自动对焦装置，该自动对焦装置包括评估单 元，该评估单元基于从对象获得的图像数据评估在拍摄屏幕中指定的第一评估区域中的成 像状态，并且确定对象是否已经移动，其中，通过成像光学系统形成对象；切换单元，如果评 估单元确定在第一评估区域中对象已经移动，那么该切换单元切换到第二评估区域，其中， 第二评估区域大于第一评估区域并且包括多个块；以及更改单元，该更改单元评估多个块 中的每一个的成像状态，并且将第一评估区域更改为多个块中的一个。
本发明的实施例的第二示例性方面是自动对焦的方法，该自动对焦的方法包括
基于从对象获得的图像数据评估在拍摄屏幕中指定的第一评估区域中的成像状态，以确定
对象是否已经移动，其中，通过成像光学系统形成对象；如果确定在第一评估区域中对象
已经移动，那么切换到第二评估区域，其中，第二评估区域大于第一评估区域并且包括多个
块；以及评估多个块中的每一个的成像状态，并且将第一评估区域更改为多个块中的一个。 本发明的实施例的第三示例性方面是图像拾取装置，该图像拾取装置包括成像单
元，该成像单元对对象进行拍摄，以生成图像数据，其中，通过成像光学系统形成所述对象；
评估单元，该评估单元基于图像数据评估在拍摄屏幕中指定的第一评估区域中的成像状
态，并且确定对象是否已经移动；切换单元，如果评估单元确定在第一评估区域中对象已经
移动，那么该切换单元切换到第二评估区域，其中，第二评估区域大于第一评估区域并且包
括多个块；更改单元，该更改单元评估多个块中的每一个的成像状态，并且将第一评估区域
更改为多个块中的一个；以及控制单元，该控制单元根据由更改单元更改的第一评估区域
的成像状态，执行成像光学系统的对焦操作。 这使能够随着对象的移动，而将第一评估区域移动到对象已经移动的位置。因此 即使对象移动也能够对用户设为目标的对象进行对焦。
结合附图，从某些示例性实施例的以下描述中，以上和其它示例性方面、优点和特 征将更加明显，其中 图1是示出根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的框图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的AF控制单元的框图；
图3是描述了通过根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的自动对焦过程 的流程图；以及 图4A至图4D解释由根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置确定的评估区域 的示例。
具体实施例方式
在下文中，参考附图描述合并了本发明的具体示例性实施例。在附图中，为了解释 清楚，相同的标号表示相同的组件，同时适当地省略对其的详细描述。 参考图1解释根据本发明的第一示例性实施例的图像拾取装置10的构造。图1 是示出根据本示例性实施例的图像拾取装置10的主要构造的框图。如图1中所示，图像拾 取装置10被提供有镜头组1、传感器2、图像处理单元3、AF控制单元4、镜头驱动单元5、以 及显示单元6。在下文中，依次解释图1中包括的各个组件。 在图1中，作为成像光学系统的镜头组l，在稍后描述的传感器2的成像表面上形 成对象图像。镜头组l由多个光学镜头组组成，并且包括对焦镜头ll。通过稍后描述的镜 头驱动单元5，对焦镜头11能够在将镜头组1连接至传感器2的光轴方向中移动。
传感器2光电地转换经由镜头组1进入的光学信号，并且输出模拟图像信号。传 感器2包括图像传感器21、模拟信号处理单元22、以及A/D转换单元23。例如，传感器2是 CCD(电荷耦合器件)图像传感器，和CM0S(互补式M0S)图像传感器等等。
模拟信号处理单元22执行诸如放大和对从图像传感器输出的模拟图像信号的噪 音进行消除的处理。A/D转换单元23采样从模拟信号处理单元22输出的模拟图像信号，以 生成图像数据作为数字图像信号。图像处理单元3对从传感器2中的A/D转换单元23提 供的图像数据执行诸如色彩校正、白平衡调整、以及伽玛校正等等的图像处理。
AF控制单元4使用从图像处理单元3提供的图像，通过对比度检测系统自动地对 焦。更加具体地说，AF控制单元4评估由传感器2生成并且在拍摄屏幕内指定的第一评估 区域中的成像状态，并且确定对焦镜头11的位置使得与图像数据中的第一评估区域相对 应的区域的对比度变为最大值。 第一评估区域是包括用户想要对焦的对象图像的区域。在执行自动对焦之前的早 期，例如，可以将拍摄屏幕的基本上中心的部分指定为第一评估区域。用户调整图像拾取装 置的位置，使得对象落入到第一评估区域中，并且然后，例如，将快门按钮半按。能够计算第 一评估区域中的对比度。注意的是，如稍后所述，在本发明中，第一评估区域随着对象图像 的移动而移动。 镜头驱动单元5在AF控制单元4的控制下在光轴方向中移动对焦镜头11。显示 单元6顺序地显示从传感器2输出的拍摄图像(通过镜头图像)、在完成自动对焦之后的通 过镜头图像、以及通过快门按钮(未示出)的用户操作而获得的拍摄图像。此外，显示单元 6显示稍后描述的第一评估区域、第二评估区域、以及AF目标区域。例如，显示单元6能够 为这些区域中的每一个显示不同的颜色框架。 在下文中，参考图2来详细地描述AF控制单元4的构造。图2是示出根据本示例 性实施例的AF控制单元4的主要构造的框图。如图2中所示，AF控制单元4被提供有评 估单元40、切换单元41、更改单元42、评估值计算单元43、以及控制单元44。
评估单元40基于从通过镜头组1形成的对象而获得的图像数据，评估在拍摄屏幕 中指定的第一评估区域中的成像状态，并且评估对象是否已经移动。更加具体地说，评估单 元40计算与图像数据中的第一评估区域相对应的区域的对比度，并且如果对比度被减少， 评估单元40评估对象在第一评估区域中已经移动。例如，为对比度指定了阈值，并且如果 第一评估区域的对比度被减少到低于阈值以下，那么评估单元40能够确定对象在第一评 估区域中已经移动。 如果评估单元40确定对象在第一评估区域中已经移动，那么切换单元41切换到
第二评估区域。第二评估区域包括第一评估区域，大于第一评估区域，并且被提供有多个
块。例如，第二评估区域将会是第一评估区域的尺寸的4倍，并且被提供有4个块。 更改单元42评估第二评估区域中的各个块的成像状态，并且将第一评估区域更
改为多个块中的一个。被评估为在所述块当中具有最高的对比度的块是包括用户想要对焦
的对象的区域。更改单元42为各个块计算对比度，并且将具有最高对比度的块更改为新的
第一评估区域。 如果用户不执行拍摄处理，那么评估单元40进一步评估在已更改的第一评估区 域中的成像状态，并且评估对象是否已经移动。然后，以类似的方式，如果评估单元40评估 对象在第一评估区域中已经移动，那么第一评估区域被切换到第二评估区域。然后评估单 元40评估第二评估区域中的各个块的成像状态，并且将第一评估区域更改为多个块中的 一个。这样，即使对象持续地移动，第一评估区域也能够跟随移动。注意的是，如果评估单元40评估对象在第一评估区域中还没有移动，那么将不会更改评估区域。
然后，如果用户按下快门按钮，并且执行拍摄处理，那么此时的第一评估区域是AF 目标区域。评估值计算单元43至少为与图像数据当中的AF目标区域相对应的区域计算对 比度评估值。作为对比度评估值，能够使用反映拍摄图像的对比度的大小的各种参数。
例如，通过离散余弦变换(DCT)可以获得AF目标区域的空间频谱，并且空间频率 的高频率分量的大小可以用作对比度评估值。此外，对于AF目标区域的各个像素，为水平 或者垂直方向中的像素和相邻像素计算像素值的差(绝对值)，并且可以将所获得的像素 值进行结合来用作对比度评估值。注意的是，对比度评估值的计算方法不限于此。
控制单元44使用由评估值计算单元43计算的AF计算值，来评估传感器2的成像 表面上的对焦状态，并且确定对焦镜头11要对焦的位置。更加具体地说，控制单元44控制 传感器2以连续地获得拍摄图像，同时移动对焦镜头ll，找到对焦镜头ll具有最大的AF评 估值的位置，并且确定该位置作为对焦位置。 注意的是，通过诸如高斯曲线和二次方曲线或者在试验中获得的特性曲线的近似 曲线来评估来自于对焦镜头11的位置的AF评估值，从而评估具有最大对比度的对焦位置 的技术可以应用到通过控制单元44的对焦位置的搜索算法中。不限于这些具体的示例，通 过控制单元44，可以将各种不同的已知算法应用于使用对比度评估值来对对焦状态进行评 估中。镜头驱动单元5在控制单元44的控制下沿着光轴方向移动对焦镜头11。
在下文中，参考图3和图4A至图4C解释由AF控制单元4执行的自动对焦过程。 图3是示出由AF控制单元4执行的自动对焦过程的流程图。图4A至图4C解释更改第一 评估区域的示例。注意的是，图3不仅示出第一评估区域的更改过程，而且示出了用于执行 拍摄处理的过程。图4A至图4C示出了拍摄屏幕，并且矩形框架表示在拍摄屏幕中指定的 第一评估区域A和第二评估区域B。 如图3中所示，由传感器2生成的图像数据被输入至评估单元40，以评估在拍摄屏 幕中指定的第一评估区域中的成像状态(步骤SIOI)。如图4A中所示，用户调整位置使得 对象R进入第一评估区域A中，并且将快门按钮半按，其中，所述第一评估区域A被设置为 基本上是拍摄屏幕的中心部分。然后能够评估第一评估区域中的成像状态。即，计算第一 评估区域A的对比度。 然后，评估单元40评估对象是否已经在第一评估区域中移动(步骤S102)。如图 4B中所示，如果对象R已经移到第一评估区域A中的右下位置，那么第一评估区域中存在对 象R和背景。因此，第一评估区域中的对比度被减少。如果第一评估区域中的对比度被减 少到指定的阈值以下，那么评估单元40确定对象在第一评估区域中已经移动。
另一方面，如果第一评估区域中的对比度高于阈值，那么评估单元40评估对象在 第一评估区域中还没有移动。如果评估单元40评估对象在第一评估区域中还没有移动(步 骤S102 :否)，那么评估区域将不会被更改。然后处理返回到步骤S101，再次计算第一评估 区域中的对比度，并且在步骤S102中，评估单元40评估对象是否已经移动。
如果评估单元40评估对象在第一评估区域中已经移动(步骤S102 :是)，那么评 估区域被从第一评估区域切换到第二评估区域(步骤S103)。如图4C中所示，第二评估区 域包括第一评估区域，大于第一评估区域，并且被提供有多个块。在图4C中示出的示例中， 第二评估区域B将会是第一评估区域A的大小的4倍，并且被提供有四个块，bl、b2、b3、以
8及b4。 然后，多个块bl、 b2、 b3、以及b4中的每一个的成像状态被评估，并且第一评估区 域被更改为多个块中的一个(步骤S104)。具体地，多个块bl、b2、b3、以及b4中的每一个 的对比度被计算，并且第一评估区域A被更改为在多个块当中具有最高的对比度的块。如 图4C中所示，与块bl、 b2、以及b3相比，对象R的较多部分被包括在块b4中。因此，块b4 的对比度高于块bl、b2、以及b3的对比度。因此，如图4D中所示，块b4被指定为最新的第 一评估区域A。 注意的是，第一评估区域A可以被更改为多个块bl、 b2、 b3、以及b4当中的块，其 具有的对比度与在对对象R是否已经在第一评估区域A中移动进行评估之前的第一评估区 域中获得对比度相接近。这使能够更加精确地对焦目标对象。 如果用户不按下快门按钮，也不执行拍摄处理(步骤S105 :否)，那么处理返回到 步骤S101，对已更改的第一评估区域A中的成像状态进行评估，以评估对象是否已经移动。 然后，以相似的方式，如果评估单元40评估对象在第一评估区域中已经移动，那么评估区 域被切换到第二评估区域，对第二评估区域中的各个块的成像状态进行评估，并且第一评 估区域被更改为多个块中的一个。因此，即使对象移动，第一评估区域也能够跟随该移动。
另一方面，如果用户按下快门按钮，并且执行拍摄处理(步骤S105 :是)，那么此 时的第一评估区域被确定为AF目标区域。使用此AF目标区域执行自动对焦处理(步骤 S106)。具体地，在步骤S106中，执行自动对焦处理，使得在控制单元44的控制下已确定的 AF目标区域的对比度变成最大值。因此，此时控制单元44计算第一评估区域的对焦状态， 并且确定对焦镜头11的位置以对该区域中的对象进行对焦。 最后，利用已完成的自动对焦处理执行拍摄处理(步骤S107)。在通过图像处理单 元3的图像处理之后在步骤S107中获得的图像数据被存储在存储器(未示出)中。注意 的是，响应于按下被提供给图像拾取装置10的快门按钮(未示出)的用户操作可以执行包 括图3中所示的拍摄处理、自动对焦、以及拍摄的一系列的处理。还注意的是，可以执行自 动曝光(AE)处理使得拍摄图像可以具有跟随自动对焦处理的适当的亮度。
如上所述，本发明使第一评估区域跟随对象的移动。因此，能够执行自动对焦处 理，同时跟随目标对象。即使对象移到不同于拍摄屏幕的中心的位置，也能够对目标对象进 行对焦。 注意的是，在上述示例中，第一和第二评估区域的形状是矩形的，然而其不限于此 形状，而是能够被更改为由用户指定的形状。此外，尽管图4A至图4C示出对象在纵向方向 中已经移动的示例，但是其不限于此。当对象靠近或者远离图像拾取装置时，对比度被减 少。同样，在这样的情况下，以与上述相类似的方式，第一评估区域能够被切换为第二评估 区域，所述第二评估区域大于第一评估区域并且包括多个块，从而更改第一评估区域。
如果对象不处于第二评估区域中，并且不能确定多个块当中的哪一个块更改为第 一评估区域，那么返回初始状态，使用第一评估区域评估成像状态，并且能够重复与上述相 类似的处理，其中，所述第一评估区域被指定为拍摄屏幕的基本上中心的部分。
这样，通过包括用于存储图像数据的存储器和执行描述图2中的步骤S101至S105 的流程的过程的CPU(中央处理单元)的计算机，能够实现由图1中所示的AF控制单元4 执行的处理。
注意的是，上述示例性实施例解释的是，通过移动镜头组1中包括的对焦镜头11 来调整对象图像的图像位置的示例。然而，通过移动作为图像传感器的传感器2，也可以调 整对象图像的图像位置。 虽然已经按照若干示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解， 在所附的权利要求的精神和范围内，可以对本发明进行各种修改的实践，并且本发明并不 限于上述的示例。 此外，权利要求的范围不受到上述的示例性实施例的限制。 此外，应当注意的是，申请人意在涵盖所有权利要求要素的等同形式，即使在后期 的审查过程中对权利要求进行过修改亦是如此。
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权利要求
一种自动对焦装置，包括评估单元，所述评估单元基于从对象获得的图像数据评估在拍摄屏幕中指定的第一评估区域中的成像状态，并且确定所述对象是否已经移动，所述对象是通过成像光学系统形成的；切换单元，如果所述评估单元确定在所述第一评估区域中所述对象已经移动，那么所述切换单元切换到第二评估区域，所述第二评估区域大于所述第一评估区域并且包括多个块；以及更改单元，所述更改单元评估所述多个块中的每一个的成像状态，并且将所述第一评估区域更改为所述多个块中的一个。
2. 根据权利要求l所述的自动对焦装置，其中，如果所述评估单元确定在所述第一评 估区域中所述对象没有移动，那么不更改所述第一评估区域。
3. 根据权利要求1所述的自动对焦装置，其中所述更改单元 计算所述多个块中的每一个的对比度，并且将所述第一评估区域更改为所述多个块当中具有最高的对比度的块。
4. 根据权利要求2所述的自动对焦装置，其中所述更改单元 计算所述多个块中的每一个的对比度，并且将所述第一评估区域更改为所述多个块当中具有最高的对比度的块。
5. 根据权利要求1所述的自动对焦装置，其中所述更改单元 计算所述多个块中的每一个的对比度，并且将所述第一评估区域更改为在所述多个块当中的如下块所述块具有的对比度与在确 定在所述第一评估区域中所述对象是否已经移动之前获得的所述第一评估区域的对比度 相近。
6. 根据权利要求2所述的自动对焦装置，其中所述更改单元 计算所述多个块中的每一个的对比度，并且将所述第一评估区域更改为在所述多个块当中的如下块所述块具有的对比度与在确 定在所述第一评估区域中所述对象是否已经移动之前获得的所述第一评估区域的对比度 相近。
7. —种自动对焦的方法，包括基于从对象获得的图像数据评估在拍摄屏幕中指定的第一评估区域中的成像状态，以 确定所述对象是否已经移动，所述对象是通过成像光学系统形成的；如果确定在所述第一评估区域中所述对象已经移动，那么切换到第二评估区域，所述 第二评估区域大于所述第一评估区域并且包括多个块；以及评估所述多个块中的每一个的成像状态，并且将所述第一评估区域更改为所述多个块 中的一个。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，如果确定在所述第一评估区域中所述对象没有 移动，那么不更改所述第一评估区域。
9. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括计算所述多个块中的每一个的对比度；并且将所述第一评估区域更改为所述多个块当中具有最高的对比度的块。
10. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括 计算所述多个块中的每一个的对比度；并且将所述第一评估区域更改为所述多个块当中具有最高的对比度的块。
11. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括 计算所述多个块中的每一个的对比度；并且将所述第一评估区域更改为在所述多个块当中的如下的块所述块具有的对比度与在确定在所述第一评估区域中所述对象是否已经移动之前获得的所述第一评估区域的对比 度相近。
12. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括 计算所述多个块中的每一个的对比度；并且将所述第一评估区域更改为在所述多个块当中的如下的块所述块具有的对比度与在 确定在所述第一评估区域中所述对象是否已经移动之前获得的所述第一评估区域的对比 度相近。
13. —种图像拾取装置，包括成像单元，所述成像单元拍摄对象以生成图像数据，所述对象是通过成像光学系统形 成的；以及根据权利要求1所述的自动对焦装置。
14. 一种图像拾取装置，包括成像单元，所述成像单元拍摄对象以生成图像数据，所述对象是通过成像光学系统形 成的；评估单元，所述评估单元基于图像数据评估在拍摄屏幕中指定的第一评估区域中的成 像状态，并且确定所述对象是否已经移动；切换单元，如果所述评估单元确定在所述第一评估区域所述对象已经移动，那么所述 切换单元切换到第二评估区域，所述第二评估区域大于所述第一评估区域并且包括多个 块，更改单元，所述更改单元评估多个块中的每一个的成像状态，并且将所述第一评估区 域更改为所述多个块中的一个；以及控制单元，所述控制单元根据由所述更改单元更改的所述第一评估区域的所述成像状 态，执行所述成像光学系统的对焦操作。
15. 根据权利要求14所述的图像拾取装置，其中如果所述评估单元确定在所述第一评估区域中所述对象没有移动，那么不更改所述第 一评估区域，并且所述控制单元基于没有更改的所述第一评估区域的成像状态，执行所述成像光学系统 的对焦操作。
16. 根据权利要求14所述的图像拾取装置，其中，所述更改单元 计算所述多个块中的每一个的对比度；并且将所述第一评估区域更改为所述多个块当中具有最高的对比度的块。
17. 根据权利要求15所述的图像拾取装置，其中，所述更改单元 计算所述多个块中的每一个的对比度；并且将所述第一评估区域更改为所述多个块当中具有最高的对比度的块。
18. 根据权利要求14所述的图像拾取装置，其中，所述更改单元 计算所述多个块中的每一个的对比度，并且将所述第一评估区域更改为在所述多个块当中的如下的块所述块具有的对比度与在 确定在所述第一评估区域中所述对象是否已经移动之前获得的所述第一评估区域的对比 度相近。
19. 根据权利要求15所述的图像拾取装置，其中，所述更改单元 计算所述多个块中的每一个的对比度，并且将所述第一评估区域更改为在所述多个块当中的如下的块所述块具有的对比度与在 确定在所述第一评估区域中所述对象是否已经移动之前获得的所述第一评估区域的对比 度相近。
全文摘要
本发明涉及自动对焦装置、自动对焦方法、以及图像拾取装置。根据本发明的示例性实施例的自动对焦装置被提供有评估单元、切换单元、以及更改单元。评估单元基于从对象中获得的图像数据评估在拍摄屏幕中指定的第一评估区域中的成像状态，并且确定对象是否已经移动，其中，通过镜头组形成所述对象。如果评估单元确定在第一评估区域中对象已经移动，那么切换单元切换到第二评估区域，其中，第二评估区域大于第一评估区域并且包括多个块。更改单元评估多个块中的每一个的成像状态，并且将第一评估区域更改为多个块中的一个。
文档编号H04N5/232GK101750715SQ200910253000
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者杉山实辉雄 申请人:恩益禧电子股份有限公司