專利名稱：一種自動對焦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)碼攝像裝置，特別涉及一種自動對焦方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)碼攝像裝置的自動對焦從基本原理來說，可以分成兩大類一類是基于鏡頭與被拍攝目標(biāo)之間距離測量的測距自動對焦，第二類是基于對焦屏上成像清晰的聚焦檢測自動對焦。
所述第二類方法可以用多種判據(jù)判斷圖像是否清晰，包括1)頻率法，利用圖像的灰度分布信息來自動對焦，當(dāng)圖像各像素的灰度值都集中在較窄范圍內(nèi)時，則；2)相位法，利用離焦時光線到達(dá)對稱于光軸的兩感光器件的時間有先后，而得到兩感光器件輸出電信號的相位信息，在相位相同時，則對焦準(zhǔn)確；3)梯度信息，一般具體做法為用一個算子模板遍歷整個圖像區(qū)域，計算出每個像素與周圍像素的對比度，并將該值累加，以得到圖像的總的對比度，與其它鏡頭位置所對應(yīng)的圖像的對比度相比，較大值則對應(yīng)著對焦較清晰的鏡頭位置，找到最大的對比度值，則其對應(yīng)的鏡頭位置就是對焦準(zhǔn)確的位置。
另外，在數(shù)碼攝像裝置中一般都有圖像處理器，其功能包括圖像增強(qiáng)或優(yōu)化等，在此過程中，會涉及到圖像邊緣的提取，提取圖像邊緣其實就是利用了圖像的梯度信息。
通過研究所攝取的圖像可以發(fā)現(xiàn)，對焦越準(zhǔn)確的影像，其輪廓就越清晰，即邊緣就越突出，反之，離焦的影像，其輪廓或邊緣就模糊不清。因此，如果拍攝的是同一個場景，對焦準(zhǔn)確得到的圖像必然具有更清晰的邊緣，即包含有更多的邊界信息，如圖1(a)、1(b)所示。
由上述內(nèi)容可知，邊緣在對焦和圖像處理中都可以用到，但是一般的數(shù)碼攝像裝置卻未能將所述兩過程中的邊緣的提取結(jié)合起來，因此造成了系統(tǒng)資源的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出了一種自動對焦方法，目的在于節(jié)省系統(tǒng)資源。
本發(fā)明公開了一種自動對焦方法包括以下步驟a)獲取鏡頭初始位置的圖像數(shù)據(jù)并提取出圖像的邊緣，統(tǒng)計所述邊緣上各點的像素值，得到邊界信息值并存儲下來，同時存儲相應(yīng)鏡頭位置；b)移動鏡頭，并按照步驟a)所述方法得到當(dāng)前鏡頭位置所對應(yīng)圖像的邊界信息值；c)比較所述當(dāng)前圖像的邊界信息值和上一次存儲下來的邊界信息值，將其中的較大值及其對應(yīng)的鏡頭位置保存下來，然后循環(huán)執(zhí)行步驟b)、c)，直至找到最大邊界信息值。
優(yōu)選地，所述邊緣上各點的像素值，為灰度值或亮度值。
優(yōu)選地，所述統(tǒng)計邊緣上各點像素值的具體方法為對邊緣上各點像素值的絕對值取n次方，然后求和，所述n為正整數(shù)。
優(yōu)選地，所述邊界信息為圖像邊緣上各點像素值的平方和。
優(yōu)選地，鏡頭每次移動的距離是相等的。
優(yōu)選地，首先令鏡頭以較大距離值運動，在找到對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置范圍后，再令鏡頭以較小距離值在所述范圍內(nèi)運動，找到對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置。
優(yōu)選地，鏡頭移動的方向是朝向邊界信息值較大的方向，具體實現(xiàn)方法為在步驟c)比較兩邊界信息值得到結(jié)果后，如果當(dāng)前圖像的邊界信息值小于上一次存儲的較大邊界信息值，則令鏡頭的移動方向與上一次移動方向相反，否則與上一次移動方向相同。
優(yōu)選地，判斷當(dāng)前存儲的較大邊界信息值是否為最大值的方法為如果鏡頭在某個位置時的邊界信息值先后兩次作為較大值被存儲下來，則為最大值。
優(yōu)選地，預(yù)先設(shè)定整個畫面中的若干個小區(qū)域為自動對焦區(qū)域，只在這些區(qū)域中攝取圖像進(jìn)行自動對焦過程。
優(yōu)選地，所述自動對焦區(qū)域為整個畫面的中心區(qū)域。
本發(fā)明利用對焦越清晰的圖像其圖像邊緣也越突出，即邊界信息越大的特點，通過提取出圖像的邊緣并計算出其邊界信息，比較從不同鏡頭位置得到的各幅圖像的邊界信息，從而找到對焦最為準(zhǔn)確的鏡頭位置。


圖1(a)中所示的橫坐標(biāo)1～8是指針對同一場景拍攝的8幅對焦位置不同的圖像，縱坐標(biāo)表示其邊界信息值，其邊界信息為邊緣上各點灰度值的絕對值之和。
圖1(b)的橫坐標(biāo)意義與圖1(a)相同，其縱坐標(biāo)表示的邊界信息具體為邊緣上各點灰度值的平方和；圖2是本發(fā)明自動對焦方法的流程圖；圖3為透鏡聚焦示意圖。
具體實施例方式
由背景技術(shù)的描述可知，圖像的邊緣清晰與否與圖像的焦距準(zhǔn)確與否是相關(guān)的，而且在處理圖像和自動對焦過程中，都可以用到圖像邊緣，因此完全可以將提取圖像邊緣的過程在自動對焦過程中實現(xiàn)，并且將圖像邊緣的信息保存下來，在圖像處理過程中應(yīng)用，達(dá)到事半功倍的效果。
本發(fā)明自動對焦的方法，具體步驟如圖2所示100、獲取鏡頭初始位置的圖像數(shù)據(jù)并提取出圖像的邊緣，統(tǒng)計所述邊緣上各點的像素值，得到邊界信息值并存儲下來，同時存儲相應(yīng)鏡頭位置；
本步驟包括幾個分步驟，具體如下101、攝取當(dāng)前第n幅圖像；該分步驟中，也可以只攝取預(yù)先設(shè)定的自動對焦區(qū)域中的圖像，即只攝取整個畫面中部分區(qū)域的圖像，這樣做可以大大減少所需處理的數(shù)據(jù)量，提高自動對焦的速度。自動對焦區(qū)域可以設(shè)置為一個或多個，可由用戶選擇確定。當(dāng)只有一個對焦區(qū)域時，一般可令對焦區(qū)域位于整個畫面的中心，以適應(yīng)絕大多數(shù)情況下拍照的需求；若對焦區(qū)域為多個，因為是在綜合各個區(qū)域的信息之后選定鏡頭位置，所以對焦會更為準(zhǔn)確。
102、提取并保存當(dāng)前圖像的邊界信息；所述的邊界信息可以由以下方法得到，首先將圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D像，然后提取出圖像的邊緣，所述邊緣上各點的值是灰度值。
在一個實施例中，假設(shè)圖像傳感器所輸出的是RGB Bayer格式的數(shù)據(jù)，那么需要先對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計算，得到每個像素的RGB值后，再提取圖像的邊界信息。
另外，有的圖像傳感器也能直接輸出YUV格式的數(shù)據(jù)，那么可以先提取出每個像素的亮度分量Y，然后直接用亮度分量Y作為圖像的灰度值來提取圖像邊緣。
所述邊緣的提取有很多種算法，如可利用二階導(dǎo)數(shù)算子來得到圖像的邊緣，邊緣上每個點的值都是灰度值。這不是本發(fā)明的主要內(nèi)容，在此不予詳述。
提取出第n幅圖像的邊緣后，計算得到其邊界信息值Bn，所述邊界信息可以為圖像邊緣上各點灰度值的絕對值和，即Bn＝∑|Dn|，Dn表示圖像邊緣上第n個像素的灰度值。
邊界信息也可以是圖像邊緣上各個像素灰度值的平方和，即令Bn＝∑|Dn2|，這樣可以更容易得到兩幅圖像邊界信息的比較結(jié)果。
除了上述用邊緣上各點灰度絕對值之和或平方和作為邊界信息之外，也可以用更高次冪，如立方的絕對值等，這樣在比較邊界信息時會更容易，但是計算高次冪會增加計算的難度，降低運算速度。一般情況下，用平方和來計算即可。
200、移動鏡頭，并按照步驟100)所述方法得到當(dāng)前鏡頭位置所對應(yīng)圖像的邊界信息值；鏡頭的移動可以遍歷整個可移動區(qū)域，如果采用這種方式，則在步驟4中所有鏡頭位置所對應(yīng)的圖像邊界信息都會參加比較，每次保存較大值，最后得到最大邊界信息及其對應(yīng)鏡頭位置，分別記為B和L。
鏡頭的移動也可以是朝向步驟4中所述邊界信息較大的方向，這樣做可以提高自動對焦的效率。具體方法如下如果當(dāng)前圖像的邊界信息Bn大于上一次存儲的較大值B，則令鏡頭的移動方向與上一次移動方向相同；否則令鏡頭的移動方向與上一次移動方向相反。
前面所述每次鏡頭的移動距離是相等的，除此之外，也可以首先令鏡頭每次以較大距離d1移動進(jìn)行粗調(diào)，然后再以較小距離d2移動進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到迅速、準(zhǔn)確對焦的目的。
300、比較所述當(dāng)前圖像的邊界信息值和上一次存儲下來的邊界信息值，將其中的較大值及其對應(yīng)的鏡頭位置保存下來，然后循環(huán)執(zhí)行步驟100)、200)，直至找到最大邊界信息值。
當(dāng)前第n幅圖像的邊界信息值Bn，應(yīng)該與上一次保存的較大邊界信息B相比較，當(dāng)Bn＞B時，將B的內(nèi)容修改為Bn，同時記錄當(dāng)前圖像所對應(yīng)的鏡頭位置Ln為L，否則保持原記錄值。
用上述方法得到的最大邊界信息對應(yīng)的鏡頭位置即為對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置，將鏡頭移動到該位置，就可以進(jìn)行正常拍攝了。
下面假定鏡頭的初始位置，具體說明鏡頭從不同的初始位置到對焦準(zhǔn)確位置的移動過程。
假設(shè)該相機(jī)自動對焦時鏡頭每次移動的距離固定為d；鏡頭第一次移動的方向為向前，即圖3中所示的左方移動。
(一)設(shè)當(dāng)前鏡頭位于圖3所示的b位置，與準(zhǔn)確對焦的鏡頭位置a相距5*d。
首先得到b位置的邊界信息，然后移動鏡頭。
這是第一次移動鏡頭，由于事先已設(shè)定應(yīng)向前，即圖中所示的左方移動，則鏡頭向左移動距離d，此時鏡頭與位置a相距6*d；由于鏡頭遠(yuǎn)離了位置a，因此第一次移動鏡頭后所得到的邊界信息值一定小于未移動鏡頭時得到的邊界信息值；因此保持B和L值不變，鏡頭向右移動d的距離，此時鏡頭與位置a相距5*d，此時回到了起點，則當(dāng)前的邊界信息值Bn等于最大邊界信息值B，在這種情況下，令鏡頭的移動方向與上一次移動方向相同；則鏡頭再向右移動d的距離，此時鏡頭與位置a相距4*d，由于鏡頭趨近對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置a，因此得到的邊界信息值一定大于上一次保存的較大值，因此令鏡頭繼續(xù)向右移動距離d，此時鏡頭與位置a相距3*d；同理，再令鏡頭向右移動三次，就移動到了位置a，位置a對應(yīng)的邊界信息值大于位置a左邊與其距離d的位置的邊界信息值，因此保存位置a對應(yīng)的邊界信息值及其對應(yīng)的鏡頭位置a；因為上一步中鏡頭趨近對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置a，所以再令鏡頭向右移動距離d，此時鏡頭遠(yuǎn)離了準(zhǔn)確對焦的鏡頭位置a，因此此時得到的邊界信息值比位置a的邊界信息值小，位置a的邊界信息值和相應(yīng)鏡頭位置保持不變；這時位置a的邊界信息值大于其兩邊鄰近位置的邊界信息值，所以位置a一定是對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置，結(jié)束自動對焦過程。
(二)設(shè)當(dāng)前鏡頭位于圖3所示的c位置，與準(zhǔn)確對焦的鏡頭位置a相距3*d。
第一次移動鏡頭仍向圖3中所示的左方移動，則鏡頭向左移動距離d，此時鏡頭與位置a相距2*d；
之后的步驟與例(一)中同理，只是在此例中，鏡頭再向左移動三次，此時鏡頭在位置a的左邊并且與a的距離為d的位置，前兩次移動之后都是將新位置的鏡頭位置及其對應(yīng)的邊界信息值記入L和B，第三次移動之后，因為鏡頭遠(yuǎn)離了位置a，所以仍保持位置a所對應(yīng)的邊界信息值和鏡頭位置不變；這時位置a的邊界信息值大于其兩邊鄰近位置的邊界信息值，說明位置a一定是對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置，結(jié)束自動對焦過程。
(三)設(shè)當(dāng)前鏡頭位于圖3所示的a位置，即準(zhǔn)確對焦的鏡頭位置。
第一次移動鏡頭仍向左方移動，則鏡頭向左移動距離d，此時鏡頭與位置a相距d；因為鏡頭遠(yuǎn)離了位置a，所以當(dāng)前的邊界信息值小于移動前的值，保持移動前的邊界信息值不變；同時令鏡頭向反方向，即右方移動距離d，移動一次后，因為當(dāng)前邊界信息值等于B，所以再次向右移動，此時鏡頭在a右方與其距離為d的位置；當(dāng)前的邊界信息值也小于第一次移動前的值，仍保持該邊界信息值不變；這時位置a的邊界信息值大于其兩邊鄰近位置的邊界信息值，說明位置a一定是對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置，結(jié)束自動對焦過程。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種自動對焦方法，其特征在于，包括以下步驟a)獲取鏡頭初始位置的圖像數(shù)據(jù)并提取出圖像的邊緣，統(tǒng)計所述邊緣上各點的像素值，得到邊界信息值并存儲下來，同時存儲相應(yīng)鏡頭位置；b)移動鏡頭，并按照步驟a)所述方法得到當(dāng)前鏡頭位置所對應(yīng)圖像的邊界信息值；c)比較所述當(dāng)前圖像的邊界信息值和上一次存儲下來的邊界信息值，將其中的較大值及其對應(yīng)的鏡頭位置保存下來，然后循環(huán)執(zhí)行步驟b)、c)，直至找到最大邊界信息值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)中所述邊緣上各點的像素值，為灰度值或亮度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述統(tǒng)計邊緣上各點像素值的具體方法為對邊緣上各點像素值的絕對值取n次方，然后求和，所述n為正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述邊界信息為圖像邊緣上各點像素值的平方和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，鏡頭每次移動的距離是相等的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，首先令鏡頭以較大距離值運動，在找到對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置范圍后，再令鏡頭以較小距離值在所述范圍內(nèi)運動，找到對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，鏡頭移動的方向是朝向邊界信息值較大的方向，具體實現(xiàn)方法為在步驟c)比較兩邊界信息值得到結(jié)果后，如果當(dāng)前圖像的邊界信息值小于上一次存儲的較大邊界信息值，則令鏡頭的移動方向與上一次移動方向相反，否則與上一次移動方向相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，判斷當(dāng)前存儲的較大邊界信息值是否為最大值的原則為如果鏡頭在某個位置時的邊界信息值大于其兩邊鄰近位置的邊界信息值，則為最大值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，預(yù)先設(shè)定整個畫面中的若干個小區(qū)域為自動對焦區(qū)域，只在這些區(qū)域中攝取圖像進(jìn)行自動對焦過程。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述自動對焦區(qū)域為整個畫面的中心區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動對焦方法，包括以下步驟a)獲取鏡頭初始位置的圖像數(shù)據(jù)并提取出圖像的邊緣，統(tǒng)計所述邊緣上各點的像素值，得到邊界信息值并存儲下來，同時存儲相應(yīng)鏡頭位置；b)移動鏡頭，并按照步驟a)所述方法得到當(dāng)前鏡頭位置所對應(yīng)圖像的邊界信息值；c)比較所述當(dāng)前圖像的邊界信息值和上一次存儲下來的邊界信息值，將其中的較大值及其對應(yīng)的鏡頭位置保存下來，然后循環(huán)執(zhí)行步驟b)、c)，直至找到最大邊界信息值，其對應(yīng)的鏡頭位置即為對焦準(zhǔn)確的鏡頭位置。本發(fā)明利用了對焦準(zhǔn)確性和圖像邊緣之間的關(guān)系，能夠更好地實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確對焦，可以廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、攝像頭等數(shù)碼攝像裝置中。
文檔編號G03B13/32GK1794032SQ20051013740
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者溫小勇, 王浩, 俞青 申請人:北京中星微電子有限公司