專利名稱：自動聚焦圖像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所揭示的標(biāo)的物大體上涉及自動聚焦以電子方式捉取的圖像。
背景技術(shù)：
例如數(shù)碼相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等照相設(shè)備可包含電子圖像傳感器，所述電子圖像傳 感器捉取光以用于分別處理為靜態(tài)或視頻圖像。電子圖像傳感器通常包含數(shù)百萬個例如光 電二極管等光捉取元件。例如相機(jī)等許多圖像捉取裝置包括一自動聚焦系統(tǒng)。自動聚焦的過程包括以下步 驟捉取一圖像，處理該圖像以確定其是否已聚焦，且如果沒有，那么產(chǎn)生一反饋信號，其用 以改變裝置透鏡的聚焦。存在兩種主要的自動聚焦技術(shù)。第一種技術(shù)涉及對比度測量，另 一技術(shù)著眼于成對圖像之間的相位差。在該對比度方法中，分析鄰近像素之間的強(qiáng)度差，且 調(diào)整該聚焦，直到檢測到一最大對比度為止。雖然對于靜態(tài)圖片可接受，但該對比度技術(shù)不 適用于運(yùn)動視頻。該相位差方法包括將一傳入的圖像分裂為由分開的多個圖像傳感器捉取的兩個 圖像。將該等兩個圖像進(jìn)行比較以確定一相位差。調(diào)整該聚焦，直到該等兩個圖像匹配為 止。該相位差方法需要額外的部件，例如光束分裂器和一額外的圖像傳感器。另外，該相位 差方法分析一相對小的地帶的固定檢測點(diǎn)。具有一小組的檢測點(diǎn)容易出錯，因?yàn)樵肼暱赡?疊加到一個或一個以上點(diǎn)上。此技術(shù)在該等檢測點(diǎn)不與一圖像邊緣重合的情況下也是無效 的。最終，因?yàn)樵撓辔徊罘椒ǚ至言摴?，所以撞擊在一光傳感器上的光的量減半。這在該圖 像光強(qiáng)度已較低的暗淡環(huán)境中可出現(xiàn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
—種自動聚焦圖像系統(tǒng)，其包括耦合到一控制器的一圖像傳感器。該圖像傳感器 捉取一圖像，其具有至少一個具有一寬度的邊緣。該控制器產(chǎn)生一聚焦信號，其隨該邊緣的 寬度而變。


圖1是一自動聚焦圖像系統(tǒng)的一圖解；圖2是展示一自動聚焦過程的一流程圖；圖3是展示該系統(tǒng)的一控制器的一示意圖；圖4是該控制器的另一實(shí)施例的一示意圖；圖5是該控制器的另一實(shí)施例的一示意圖6是展示一高斯濾波器的脈沖響應(yīng)的一曲線圖；圖7a是展示一閾值濾波器的一曲線圖；圖7b是展示多個圖像像素的若干水平和垂直梯度的一圖解；圖7c是展示若干水平邊緣的一圖解；圖7d是展示若干垂直邊緣的一圖解；圖8a和8b是展示與垂直和水平邊緣成一近似45度關(guān)系的多個像素的該等梯度的圖解；圖8c和8d是展示從圖8a和8b中所示的該像素陣列的邊緣的該劃分識別的圖 解；圖8e是展示利用梯度滯后的對垂直邊緣的識別的一圖解；圖8f是展示利用梯度滯后的對水平邊緣的識別的一圖解；圖9是展示一確定一邊緣寬度的過程的一流程圖；圖IOa是展示一選定邊緣的該等像素的一圖解；圖IOb是展示具有超過一閾值的若干梯度的該等像素的一圖解；圖IOc是展示用于一經(jīng)聚焦邊緣和一未經(jīng)聚焦邊緣的亮度值的一圖解；圖IOd是展示用于一經(jīng)聚焦邊緣和一未經(jīng)聚焦邊緣的若干梯度值的一圖解；圖Ila是展示用于一邊緣的像素的若干亮度值的一圖解；圖lib是展示用于兩個邊緣的像素的若干梯度值的一圖解；圖12是一控制器的一替代實(shí)施例的一示意圖；圖13是展示一用以確定邊緣的極性的過程的一流程圖；圖14是一控制器的一替代實(shí)施例的一示意圖；圖15是展示一用以確定邊緣寬度的過程的一流程圖；圖16a是用于一未經(jīng)聚焦圖像的邊緣寬度的一直方圖；圖16b是用于一經(jīng)聚焦圖像的邊緣寬度的一直方圖；圖17a是具有用于一未經(jīng)聚焦圖像的經(jīng)加權(quán)邊緣寬度的一直方圖；圖17b是具有用于一經(jīng)聚焦圖像的經(jīng)加權(quán)邊緣寬度的一直方圖。
具體實(shí)施例方式所揭示的是一種自動聚焦圖像系統(tǒng)，其包括耦合到一控制器的一圖像傳感器。該 圖像傳感器捉取一圖像，其具有至少一個具有一寬度的邊緣。該控制器產(chǎn)生一聚焦信號，其 隨邊緣寬度而變。一透鏡接收該聚焦信號且調(diào)整一聚焦。該邊緣寬度可通過各種技術(shù)確定， 包括梯度的使用。邊緣寬度的一直方圖可用以確定一特定圖像經(jīng)聚焦還是未經(jīng)聚焦。具有 一大的計數(shù)的瘦邊緣寬度的一直方圖指示一經(jīng)聚焦圖像。更仔細(xì)地通過參考數(shù)字參看附圖，圖1展示一自動聚焦圖像系統(tǒng)102的一實(shí)施例。 該系統(tǒng)102可為一數(shù)字靜態(tài)相機(jī)的部分，但應(yīng)了解，該系統(tǒng)可實(shí)施在任何需要對一圖像進(jìn) 行受控聚焦的裝置之中。該系統(tǒng)102可包括一透鏡104、一光圈106、一圖像傳感器108、一 A/D轉(zhuǎn)換器110、一處理器112、一顯示器114、一存儲器卡116和一透鏡致動器118。來自一 場景的光通過該透鏡104進(jìn)入。該光圈106控制進(jìn)入該圖像傳感器108中的光的量。該圖 像傳感器108產(chǎn)生一模擬信號，其由該A/D轉(zhuǎn)換器110轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號。該數(shù)字信號隨后被發(fā)送到該處理器112，處理器112執(zhí)行各種處理，例如內(nèi)插。該處理器112產(chǎn)生一聚焦 控制信號，其被發(fā)送到該透鏡致動器118以控制該光圈106和該透鏡104兩者。一經(jīng)聚焦 圖像最終被提供到該顯示器114和/或存儲在該存儲器卡116中。該處理器112執(zhí)行用以 聚焦的算法。該圖像傳感器108、A/D轉(zhuǎn)換器110和處理器112可全部駐留在相同的集成電 路芯片上。圖2展示一用以自動聚焦一圖像的過程的一流程圖。在框202中，在當(dāng)前聚焦位 置處捉取一圖像。在框204中，處理該圖像以確定一聚焦信號FEV。在決策框206中，該處 理器基于該聚焦信號FEV而確定該圖像是否已聚焦。如果該圖像被認(rèn)為模糊，那么該過程 前進(jìn)到框208，其中選擇一不同的聚焦位置且重復(fù)過程框202、204和206。如果該圖像經(jīng)聚 焦，那么該過程結(jié)束。圖3展示一圖像提供單元302，其連接到一自動聚焦控制器304。該單元302將若 干圖像提供到該控制器304。該控制器304可實(shí)施為一電子裝置的一部分，例如一相機(jī)或一 類似裝置中的一處理單元。一圖像提供單元302可為一數(shù)字靜態(tài)相機(jī)，但不限于此一實(shí)施 例。該單元302可為一掃描儀、一數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、一網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或可提供數(shù)字圖像以及允許對 該圖像到該透鏡的焦距進(jìn)行調(diào)整的任何裝置。該單元302也可為一存儲器卡、一具有若干 數(shù)字圖像的硬盤，或可向該控制器304提供具有變化程度的聚焦距離的數(shù)字圖像的任何裝 置。 該聚焦控制器304可包括一邊緣檢測單元306、一寬度測量單元308以及一聚焦信 號產(chǎn)生單元310。該邊緣檢測單元306從由該圖像提供單元302提供的該等數(shù)字圖像中的 數(shù)據(jù)中檢測邊緣的存在。該等檢測到的邊緣隨后被發(fā)送到該寬度測量單元308，其中測量和 計算該等邊緣的寬度。該等計算出的邊緣寬度被提供到該聚焦信號產(chǎn)生單元310，其中基于 該等邊緣的該等寬度測量該圖像的銳度。該圖像的該銳度是以該控制器304產(chǎn)生的一聚焦 信號312來表示。圖4展示連接到一圖像提供單元402的一聚焦控制器400的另一實(shí)施例。該控制 器400包括一梯度測量單元404和一聚焦信號產(chǎn)生單元406。該梯度測量單元404從由該 圖像提供單元402提供的該等數(shù)字圖像中的數(shù)據(jù)中檢測邊緣的存在。該等檢測到的邊緣隨后被發(fā)送到該聚焦信號產(chǎn)生單元406，其產(chǎn)生表示圖像銳度的一聚焦信號408。圖5展示接收一圖像502的一邊緣檢測單元306的一實(shí)施例。該邊緣檢測單元 306包括一 RGB變換單元504，其變換該圖像以使得一圖像的三個信號紅、綠和藍(lán)轉(zhuǎn)換為一 單個信號。此信號可通過將該圖像變換為一灰度級圖像而產(chǎn)生。若干技術(shù)可用以將一圖像 變換為一灰度級。RGB值可用以計算一亮度或色度值，或可采用一特定比率的RGB值來形成 該灰度級圖像。舉例來說，可用以下等式計算該亮度值Y = O. 2126*R+0. 7152*G+0. 0722*B，其中 Y =亮度值。來自該灰度級圖像的該信號隨后由一噪聲移除單元506處理，其中對該圖像執(zhí)行 一先前噪聲移除。該噪聲移除單元506可為一低通濾波器或一高斯濾波器。圖6說明一高 斯濾波器的脈沖響應(yīng)。該高斯濾波器弄平周圍像素之間的像素信號值。參看圖5，隨后用一梯度產(chǎn)生單元508來計算該經(jīng)處理圖像的該梯度。存在各種 方法可用以計算該梯度，包括拉普拉斯算子(Laplacian)和索貝爾算子(Sobel)。在一個 實(shí)施例中，該邊緣檢測單元306分別的檢測垂直和水平邊緣。因此，計算跨越復(fù)數(shù)的列的該梯度和跨越復(fù)數(shù)的行的該梯度分別以一 Sobel-X算子和一 Sobel-Y算子來分別檢測垂直邊 緣和水平邊緣。像素位置[k，q]處的Sobel X算子(其中k為行數(shù)且q為列數(shù))由該等 式 Sx[k，q] =G[k，q+l]-G[k，q-l]給出。同一位置處的 Sobel Y 算子由等式 Sy [k，q]= G[k+1, q]-G[k_l，q]給出。一旦計算出該梯度，一濾波器便在一傾斜邊緣指派單元510中將若干傾斜邊緣指 派為水平邊緣或垂直邊緣。該濾波器可呈一簡單閾值濾波器或一滯后濾波器的形式。圖7a 展示一閾值濾波器。圖7b展示來自一圖像的一部分的多個像素與每一像素的水平和垂直 梯度。每一像素的該水平梯度展示于每一正方形的左上角，其中每一正方形表示一像素，而 該垂直梯度展示于右下角。對于圖7a中所示的該閾值濾波器，如果其水平梯度大于其垂直 梯度，則將一邊緣標(biāo)記為一垂直邊緣，反之亦然。圖7c和圖7d展示因圖7b所示的該梯度 而分別標(biāo)示為水平邊緣H和垂直邊緣V的多個像素。用于指派邊緣的另一技術(shù)是使用一滯后。假定該等像素是從頂部到底部沿該等列 掃描，且從左到右依序逐列掃描。(一替代掃描方案可沿該行水平掃描，且從頂部到底部依 序逐行掃描。)對已經(jīng)掃描的若干像素執(zhí)行將一像素指派到一垂直或一水平邊緣。對于一 當(dāng)前像素，已經(jīng)掃描的三個最近像素位于頂部、左邊和左上方處。在這三個像素中，具有最 大梯度的一個像素(無論垂直還是水平)被選作一參考像素。該參考像素的選定邊緣方向 是該當(dāng)前像素的優(yōu)選方向。給定一正梯度滯后值。如果該優(yōu)選方向是水平的，那么如果該 水平梯度不大于該垂直梯度與該梯度滯后的總和，則將該當(dāng)前像素標(biāo)記為水平的；否則將 該像素標(biāo)記為垂直的。如果該優(yōu)選方向是垂直的，那么如果該垂直梯度不大于該水平梯度 與該梯度滯后的總和，則將該當(dāng)前像素標(biāo)記為垂直的；否則將該像素標(biāo)記為水平的。圖8e 和8f分別展示一垂直邊緣梯度圖和一水平邊緣梯度圖，其使用一滯后2。該滯后濾波器方 法優(yōu)于該閾值濾波器方法的一優(yōu)點(diǎn)是一較低的邊緣斷裂的可能性，該邊緣斷裂源自一近45 度邊緣相對於中的像素的隨機(jī)指派為水平和垂直邊緣，其緣自幾乎相等的垂直和水平梯度 量值，例如圖8a所示的情形。這可導(dǎo)致一邊緣分裂為若干窄的邊緣，如圖8c和8d所示。這 將與圖8e和8f所示的未展現(xiàn)此些問題的結(jié)果進(jìn)行比較。再次參看圖5，一邊緣精細(xì)化單元512把該傾斜邊緣指派單元510所提供的該等邊 緣精細(xì)化。此精細(xì)化在存在許多邊緣擠在一起而使得多個邊緣可能彼此重疊時是必要的。 邊緣精細(xì)化確保在該多個重疊邊緣當(dāng)中只有最陡的邊緣得以保留。在精細(xì)化之后，將該經(jīng) 處理圖像提供到噪聲移除單元514，其移除噪聲。該噪聲移除單元514可排除具有落在一預(yù) 定窗之外的梯度級的邊緣。該噪聲移除單元514的目的是確保在亮區(qū)域和暗區(qū)域中由噪聲 引起的偽邊緣被消除。由單元514提供一經(jīng)處理數(shù)據(jù)信號516。圖9展示一由該邊緣精細(xì)化單元512執(zhí)行的過程。在過程框902中起初找到同一 邊緣中的多個像素中的最大梯度。如果多個像素是鄰接的、具有非零梯度且具有相同的梯 度極性，那么該等像素在同一邊緣中。接下來，在框904中消除其量值小于一預(yù)定閾值的梯 度。掃描剩余梯度以分別在框906和908中挑選出該斜坡的開始和結(jié)束。圖IOa展示一邊 緣的全部梯度值的一趨勢，其在執(zhí)行邊緣精細(xì)化之前在位置2開始且在位置9結(jié)束。該趨 勢的在位置4的峰代表該邊緣最顯著的位置。邊緣精細(xì)化是在可能存在邊緣的擁擠從而引 起梯度信號的一重疊時進(jìn)行。因此當(dāng)計算該邊緣的寬度時僅考慮鄰近于該梯度趨勢的峰的 若干顯著梯度值。閾值1004被計算為該邊緣的峰梯度值1002的一預(yù)定分?jǐn)?shù)；因此移除梯度值小于該閾值1004的若干像素，從而在此實(shí)例中僅留下具有高于該閾值1004的梯度值 的三個像素。因此，此特定邊緣的該寬度是3個像素寬。該斜坡的該開始被修正到位置3， 且該結(jié)束被修正到位置5。圖5所示的噪聲移除單元514檢查每一邊緣且決定該邊緣上的梯度量值是否過 低，且如果是，則丟棄該邊緣。此具有一益處，即移除偽邊緣，其在一暗淡區(qū)中緣自于噪聲， 或在一亮區(qū)中緣自于場景的反射率的一微小改變，其不表示真實(shí)的邊緣。噪聲移除單元514 的一個實(shí)施例是取該亮度信號(或一般來說，RGB變換單元504的輸出信號)于該邊緣的 開始位置處和結(jié)束位置處的之間的差。其量值于邊緣精細(xì)化 單元512所提供且在圖9所示 的該流程圖的框906和908中描述的若干位置處與該等相同開始和結(jié)束位置處的信號的平 均值的一預(yù)定分?jǐn)?shù)(另外稱為邊緣舍棄閾值)相比較。如果該差較小，那么將該邊緣認(rèn)作 偽的而舍棄。在該噪聲移除單元514的另一實(shí)施例中，將該邊緣內(nèi)的最大梯度量值與該邊 緣的開始位置處和結(jié)束位置處的亮度信號(或一般來說，RGB變換單元504的該輸出信號) 的平均值的一預(yù)定分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較，且在該最大梯度量值較小的情況下將該邊緣認(rèn)作偽的而 舍棄。圖IOc說明使用一邊緣過渡寬度來產(chǎn)生聚焦反饋信號的一方法。線1006是該相 同邊緣上的一相對未聚焦圖像的該圖像信號。線1008表示一邊緣上的一相對尖銳的經(jīng)聚 焦圖像的一圖像信號。其信號值可為該圖像的亮度，或色度通道中的一者。該水平軸是從 左到右的一像素計數(shù)。該垂直軸是該信號值。該較差聚焦圖像信號1008需要約5個像素 來進(jìn)行從左側(cè)的較低信號值到右側(cè)的較高信號值的過渡，其在像素3處開始且在像素7處 結(jié)束。較佳聚焦圖像信號1008需要約3個像素來進(jìn)行從像素4到6的過渡。該較差聚焦 圖像信號1006的過渡寬度是5，因此大于該較佳聚焦圖像信號1008的過渡寬度(其為3)。圖IOd說明使用梯度和在基于一相鄰像素區(qū)中的峰梯度的一分?jǐn)?shù)的閾值來計算 該過渡寬度。因此該梯度通過索貝爾算子計算。舉例來說，像素5處的梯度是像素7處的 一信號值減去5處的信號值?？墒褂靡徊煌奶荻扔嬎惴椒?，只要其產(chǎn)生與該過渡斜坡的 陡度成比例的值。線1010表示該較差聚焦圖像信號1006的一梯度曲線。線1012表示較 尖銳聚焦圖像信號1008的一梯度曲線。該經(jīng)聚焦圖像的峰值在60，而該較差聚焦圖像的峰 值在一較低值，大約30的。該梯度閾值計算為在該相鄰像素區(qū)中的峰值的三分之一(1/3)， 在此情況下分別為對于1012為60且對于1010為30，從而分別對于1012產(chǎn)生20且對于 1010產(chǎn)生10。該等梯度閾值分別展示為1014和1016的線。為了給1008計算邊緣過渡寬 度，對梯度值1012高于閾值1016的鄰接像素進(jìn)行計數(shù)，從而給出3。同樣，該相同的程序?qū)?于1006給出5。圖Ila展示2個連續(xù)邊緣的多個亮度信號值，且展示一第一邊緣1102的平均值和 1104的平均值。圖lib說明該等相同像素的梯度量值。一第一邊緣在位置2開始且在位 置5結(jié)束。具有一低得多的峰梯度的一第二邊緣在位置8開始且在位置9結(jié)束。從圖Ila 所示的平均值找到分別針對第一和第二邊緣的邊緣舍棄閾值電平1106和1108。該第一邊 緣的峰梯度出現(xiàn)在位置4處，且遠(yuǎn)高于該邊緣舍棄閾值1106，因此不舍棄該第一邊緣1102。 另一方面，該第二邊緣具有一峰梯度在位置8處，其低于該邊緣舍棄閾值1108，因此舍棄該 第二邊緣1104。作為一實(shí)例，該邊緣舍棄閾值可為該邊緣的亮度信號平均值的5%。在計 算該邊緣舍棄閾值時，該邊緣信號平均值可為該邊緣內(nèi)的所有像素上的平均值，或開始位置處和結(jié)束位置處的平均值，或成比例地表示該邊緣內(nèi)的平均信號電平的任何公式。圖12展示該邊緣檢測單元306的另一實(shí)施例，其接收一圖像1202。該圖像是提供 到一 RGB變換單元1204，其中一圖像的三個信號紅、綠和藍(lán)被轉(zhuǎn)換為一單個信號。該信號 可通過將該圖像變換為一灰度級圖像而產(chǎn)生。若干方法可用以將一圖像變換為一灰度級圖 像。舉例來說，RGB值可用以計算亮度或色度值，或可采用一特定比率的RGB值來形成該灰 度級圖像。舉例來說，可用以下等式計算該亮度值Y = O. 2126*R+0. 7152*G+0. 0722*B，其中 Y =亮度值。 來自該灰度級圖像的該信號是由噪聲移除單元1206來處理，其中對該圖像執(zhí)行 一先前噪聲移除。該噪聲移除單元1206可為一低通濾波器或一高斯濾波器。隨后由一梯 度產(chǎn)生單元1208計算該經(jīng)處理圖像的梯度。存在各種方法可用以計算該梯度，包括拉普拉 斯算子和索貝爾算子。該計算出的梯度表示該等圖像內(nèi)的邊緣，且可用以確定該圖像的銳 度。該梯度產(chǎn)生單元1208提供經(jīng)處理數(shù)據(jù)1210。圖13是可由該梯度產(chǎn)生單元508和1208執(zhí)行的一過程的一流程圖。在框1302 中，該索貝爾邊緣檢測算子是應(yīng)用在該圖像上。該索貝爾算子基于給于該算子的信號而檢 測該圖像中的一改變。舉例來說如上所述，可將該圖像亮度、色度或僅僅是紅、綠和藍(lán)值之 間的一比率饋送到該索貝爾算子以作為信號G。像素位置[k，q]處的Sobel X算子(其中k 為行數(shù)且q為列數(shù))由等式Sx[k，q] =G[k，q+l]-G[k，q-l]給出。同一位置處的該Sobel Y算子由等式Sy[k，q] =G[k+l，q]-G[k-l，q]給出。在此實(shí)施例中，該索貝爾算子通過表 示一負(fù)梯度來檢測信號電平中的一減小的改變，且使用一正梯度來檢測一增加的改變。取 決于如何應(yīng)用該索貝爾算子，可使用其它表示法來表達(dá)信號電平中的改變。在框1304中， 可使用極性的差異來確定該等邊緣及其相應(yīng)寬度。參看圖3，該寬度測量單元308接收由該邊緣檢測單元306識別的邊緣。在一個實(shí) 施例中，該寬度測量單元308接收例如在圖9的步驟906和908中產(chǎn)生的每一邊緣的開始 位置和結(jié)束位置，且進(jìn)一步傳遞到圖5所示的噪聲移除單元514。該邊緣的寬度是該結(jié)束位 置與該開始位置之間的差加1。作為一說明，考慮圖8e，其展示一垂直邊緣梯度圖。從左到右水平地且從該頂部行 到底部行依序掃描，且考慮到低于5的梯度量值被舍棄而高于5的梯度量值被接受的所有 像素，報告給寬度測量單元308的第一邊緣具有一寬度3，在行R1、列Cl處開始且在行R1、 列C3處結(jié)束。第二邊緣具有一寬度3，在行R2、列C2處開始且在行R2、列C4處結(jié)束。第三 邊緣具有一寬度3，在行R3、列C3處開始且在行R3、列C5處結(jié)束。第四且最后的邊緣具有 一寬度3，在行R4、列C4處開始且在行R4、列C6處結(jié)束。類似地掃描圖8f中的水平邊緣梯度圖，但是以轉(zhuǎn)置方式，即沿列垂直地從頂部到 底部且從左邊列到右邊列依序地掃描。找到兩個邊緣列C5中的具有一寬度1的一第一邊 緣以及列C6中的具有一寬度2的一第二邊緣。圖14展示該聚焦信號產(chǎn)生單元310的一實(shí)施例。來自該寬度測量單元308的寬 度1402由該聚焦信號產(chǎn)生單元310使用以測量該圖像的銳度。落在預(yù)定閾值外的寬度將 被丟棄，而將在寬度選擇單元1404中選擇剩余邊緣。一聚焦信號計算單元1406基于該選 定的邊緣寬度產(chǎn)生一聚焦信號1408?；蛘?，由該寬度測量單元308計算的所有該等寬度的 平均寬度可用作該聚焦信號1408。
圖15是展示一用以確定該等邊緣寬度的平均值的過程的一流程圖?；诳?502 和1504中的預(yù)定閾值而丟棄若干邊緣寬度。在框1506和1508中，可通過取該等剩余寬度 的平均值或者對該數(shù)據(jù)的其它操作(例如對較大寬度施加較高權(quán)重且隨后取其平均值)來 計算該聚焦信號。圖16a和圖16b分別展示一模糊圖像和一尖銳圖像的典型寬度分布。該χ軸表示 該寬度大小，而該y軸表示該邊緣計數(shù)。因此觀察到，模糊圖像具有約4到5個像素寬的較 寬寬度，而尖銳圖像具有約2到3個像素寬的較小寬度。一圖像的銳度與該等邊緣寬度之 間的關(guān)系是所產(chǎn)生的聚焦信號的基礎(chǔ)。從例如圖16b的一已聚焦位置到例如圖16a的一未聚焦位置的直方圖的典型改變 使得該未聚焦位置處的較寬區(qū)間中的峰計數(shù)數(shù)目小于該已聚焦位置處的較窄區(qū)間中的峰 計數(shù)。這可如下理解。在該已聚焦位置處，存在許多窄邊緣。這些窄邊緣可在未聚焦位置 處消失，因?yàn)槠涮荻嚷湓陬A(yù)定閾值以下，或者其合并在一起以形成較寬邊緣，其于是在數(shù)目 上較少。經(jīng)驗(yàn)上，寬邊緣的數(shù)目與邊緣寬度成反比。為了抵消此影響以使得在一未聚焦位 置處該等較寬邊緣區(qū)間有計數(shù)類似于與在已聚焦位置處較窄邊緣的區(qū)間具有的計數(shù)，將每 一區(qū)間中的計數(shù)乘以一不同的權(quán)重，使得較寬區(qū)間接收到較大的權(quán)重。圖17a展示一模糊 圖像在施加權(quán)重之前的一寬度分布，且圖17b展示在權(quán)重的該施加之后的一寬度分布。在 此實(shí)施例中，對于每一寬度，置于該邊緣計數(shù)上的該權(quán)重是該寬度本身。舉例來說，如果存 在處于寬度2的10個邊緣的一計數(shù)，那么這10個邊緣將乘以2以獲得20，一新的計數(shù)。該自動聚焦控制器的一個優(yōu)點(diǎn)是若干不同圖像的最小聚焦信號FEV具有近似相 同的值。這確保即使該相機(jī)正在搖動，該透鏡也將保持在相同的位置，但該圖像仍保持尖 銳。另一優(yōu)點(diǎn)在于具有不同聚焦距離的一場景的最大與最小聚焦信號之間的范圍足夠?qū)捯?確?？色@得最佳聚焦。雖然已在附圖中描述和展示了特定示范 性實(shí)施例，但應(yīng)理解，此些實(shí)施例只是說 明而不是限制本發(fā)明，且本發(fā)明不限于所展示和描述的特定構(gòu)造和布置，因?yàn)樗鶎兕I(lǐng)域的 一般技術(shù)人員可進(jìn)行各種其它修改。
權(quán)利要求
一種自動聚焦圖像系統(tǒng)，其包括一圖像傳感器，其捉取一圖像，所述圖像具有具有一寬度的至少一個邊緣；以及一控制器，其耦合到所述圖像傳感器，所述控制器產(chǎn)生一聚焦信號，其隨所述邊緣寬度而變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括一邊緣檢測單元、一寬度測量單 元和一聚焦信號產(chǎn)生單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一透鏡，所述透鏡響應(yīng)于所述聚焦信號 而調(diào)整一聚焦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣寬度是通過計算多個圖像像素的多個梯 度來確定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣寬度是通過去除低于作為一峰梯度的一 分?jǐn)?shù)的一閾值的梯度來精細(xì)化的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述梯度包括多個水平梯度值和多個垂直梯度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中一垂直邊緣經(jīng)選擇以包括至少一個像素，其具有 一水平梯度大于一垂直梯度，且一水平邊緣經(jīng)選擇以包括至少一個像素，具有一垂直梯度 大于一水平梯度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣的一寬度是通過比較所述梯度與一閾值 來確定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述聚焦信號是基于多個邊緣寬度的一直方圖。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣寬度中的至少一者具有一經(jīng)加權(quán)值。
11.一種自動聚焦圖像系統(tǒng)，其包括一圖像傳感器，其捉取一圖像，所述圖像具有至少一個邊緣，其具有一寬度；以及 用于產(chǎn)生一隨所述邊緣寬度而變的聚焦信號的構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述構(gòu)件計算多個圖像像素的多個梯度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣寬度是通過去除低于作為一峰梯度的 一分?jǐn)?shù)的一閾值的梯度來精細(xì)化的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一透鏡，所述透鏡響應(yīng)于所述聚焦信號而調(diào)整一聚焦。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述梯度包括多個水平梯度值和多個垂直梯度值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中一垂直邊緣經(jīng)選擇以包括至少一個像素，其具 有大于一垂直梯度的一水平梯度，且一水平邊緣經(jīng)選擇以包括至少一個像素，其具有大于 一水平梯度的一垂直梯度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣的一寬度是通過比較所述梯度與一閾 值來確定的。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述聚焦信號是基于多個邊緣寬度的一直方圖。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣寬度中的至少一者具有一經(jīng)加權(quán)值。
20.一種用于產(chǎn)生一聚焦信號的方法，其包括捉取一圖像，所述圖像具有至少一個邊緣，其具有一寬度； 產(chǎn)生一聚焦信號，其隨該邊緣寬度而變。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括響應(yīng)于該聚焦信號而改變一透鏡聚焦ο
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中該聚焦信號的該產(chǎn)生包括計算多個圖像像素的 多個梯度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包括通過去除低于作為一峰梯度的一分?jǐn)?shù) 的一閾值的梯度來精細(xì)化該邊緣寬度。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中該等梯度包括多個水平梯度值和多個垂直梯度值。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中一垂直邊緣經(jīng)選擇以包括至少一個像素，其水 平梯度大于一垂直梯度，且一水平邊緣經(jīng)選擇以包括至少一個像素，其垂直梯度大于一水 平梯度一的。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中通過比較該等梯度與一閾值來確定該邊緣的一寬度。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中該聚焦信號是基于多個邊緣寬度的一直方圖。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中該等邊緣寬度中的至少一者具有一經(jīng)加權(quán)值。
全文摘要
一種自動聚焦圖像系統(tǒng)，其包括耦合到一控制器的一圖像傳感器。該圖像傳感器捉取一圖像，所述圖像具有至少一個具有一寬度的邊緣。該控制器產(chǎn)生一聚焦信號，其隨該邊緣寬度而變。一透鏡接收該聚焦信號且調(diào)整一聚焦。該邊緣寬度可通過各種技術(shù)來確定，包括梯度的使用。邊緣寬度的一直方圖可用以確定一特定圖像是已聚焦還是未聚焦。具有一大的瘦邊緣寬度計數(shù)的一直方圖表示有一已聚焦圖像。
文檔編號G03B13/36GK101849407SQ200880112485
公開日2010年9月29日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者楊韻恩, 鄭蒼隆 申請人:坎德拉微系統(tǒng)(S)私人有限公司;鄭蒼隆