專利名稱：用于自適應(yīng)自動聚焦算法的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理，更具體地，涉及基于焦點測量的噪聲水平的圖像自動聚焦。
背景技術(shù)：
許多當(dāng)前的數(shù)字式照相機(jī)提供自動聚焦特征，其由具有一個或更多傳感器的光學(xué)系統(tǒng)和沿著光軸定位透鏡從而自動檢測最佳焦點的控制系統(tǒng)組成。傳感器估算該焦點測量(通常是圖像中梯度的和)，并且將透鏡停止在最大焦點測量的位置(是最尖銳焦點的位置)。為了確定已經(jīng)發(fā)現(xiàn)實際最尖銳焦點位置，許多數(shù)字式照相機(jī)采用自動聚焦算法，其包括通過持續(xù)將透鏡移動過可疑的最尖銳焦點從而使圖像變模糊而超過最尖銳焦點的過程。如果該模糊發(fā)生，那么照相機(jī)假設(shè)實際上已經(jīng)找到最尖銳焦點位置，并且將透鏡返回到焦點測量最大化的位置。照相機(jī)到達(dá)最尖銳焦點所用的時間對能夠獲取期望圖像是關(guān)鍵。為了試圖最小化到達(dá)最尖銳焦點位置的時間，自動聚焦算法可以限制過調(diào)的量，同時試圖驗證最尖銳焦點。然而，這樣做導(dǎo)致不可靠的驗證并且可能導(dǎo)致錯過最尖銳焦點位置。更慎重的自動聚焦算法可以顯著地增加過調(diào)以保證驗證最尖銳焦點的位置，但是可能導(dǎo)致令人不快的模糊顯示給照相機(jī)操作人員。自動聚焦算法中過調(diào)的理想選擇實際上取決于聚焦的特定場景(scene)，包括對象的移動、場景的照明度和圖像內(nèi)的對比度。在具有高對比度的高度照明的圖像中，只需要少量過調(diào)驗證最尖銳焦點的位置。在低光條件中，圖像和焦點測量隨圖像中的噪聲變模糊，由此促使更長時間的過調(diào)。典型的自動聚焦算法引入預(yù)定義模糊過調(diào)閾值，該閾值是為“正?！睏l件集合設(shè)計的，但是其在高亮度/低噪聲環(huán)境中不是最有效的，并且不可用于低亮度/高噪聲環(huán)境。這些不足導(dǎo)致在高焦點 測量情形和低焦點測量情形中非最佳的自動聚焦，并且可能不能在低亮度條件中自動聚焦。因此，需要能夠基于焦點測量的噪聲水平確定過調(diào)閾值的自適應(yīng)自動聚焦算法。進(jìn)一步地，自適應(yīng)閾值被設(shè)計成焦點測量的多個當(dāng)前噪聲水平。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了以下自動聚焦系統(tǒng)和自動聚焦方法:(I) 一種用于自動聚焦的系統(tǒng)，包括:圖像獲取裝置，被配置為接收圖像；控制器，被配置為確定所述圖像的焦點測量和所述焦點測量的噪聲水平；以及聚焦系統(tǒng)，被配置為:基于所述噪聲水平確定自適應(yīng)閾值；以及使用自適應(yīng)閾值水平，通過移動所述圖像獲取裝置中的透鏡調(diào)節(jié)所述圖像的焦點，直到達(dá)到最大焦點測量位置。
(2)根據(jù)(I)所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器持續(xù)確定所述焦點測量和所述焦點測量的所述噪聲水平。(3)根據(jù)(I)所述的系統(tǒng)，其中，所述聚焦系統(tǒng)將用于所述焦點測量的所述自適應(yīng)閾值確定為所述焦點測量的多個所述噪聲水平。(4)根據(jù)(I)所述的系統(tǒng)，其中，所述焦點系統(tǒng)通過將所述最大焦點測量位置過調(diào)一自適應(yīng)閾值量然后返回到所述最大焦點測量位置，驗證所述最大焦點測量位置。(5)根據(jù)(I)所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器基于強(qiáng)度確定所述焦點測量。(6)根據(jù)(I)所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器基于所述圖像的梯度和確定所述焦點測量。(7) 一種用于自動聚焦的系統(tǒng)，包括:圖像獲取裝置，被配置為接收圖像；控制器，被配置為確定所述圖像的焦點測量和所述焦點測量的噪聲水平；以及聚焦系統(tǒng)，被配置為:基于所述焦點測量的所述噪聲水平確定所述焦點測量的自適應(yīng)閾值；通過在第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的透鏡來調(diào)節(jié)所述圖像的焦點，直到所述焦點測量值減小等于所述自適應(yīng)閾值的值；以及在第二方向上移動所述圖像獲取裝置中的所述透鏡。(8)根據(jù)(7)所述的系統(tǒng)，其中，所述聚焦系統(tǒng)在所述第二方向上移動所述透鏡，直到所述焦點測量達(dá)到最大值，然后從所述最大值減小等于所述自適應(yīng)閾值的值。(9)根據(jù)(7)所述的系統(tǒng)，其中，所述聚焦系統(tǒng)在所述第二方向上移動所述透鏡，直到達(dá)到最大焦點測量位置。(10)—種用于自動聚焦的方法，包括:在圖像獲取裝置中接收圖像；確定所述圖像的焦點測量；通過在第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的透鏡，調(diào)節(jié)所述圖像焦點；估算所述焦點測量的噪聲水平；通過在所述第一方向上進(jìn)一步移動所述透鏡來持續(xù)調(diào)節(jié)所述圖像的焦點，直到所述焦點測量減小自適應(yīng)閾值量；以及通過在第二方向上將所述透鏡移動到最大焦點測量位置來調(diào)節(jié)所述圖像的焦點，其中，所述自適應(yīng)閾值量基于所述焦點測量的噪聲水平。(11)根據(jù)(10)所述的方法，其中，所述估算所述焦點測量的噪聲水平是持續(xù)執(zhí)行的。(12)根據(jù)(10)所述的方法，其中，所述估算所述焦點測量的噪聲水平是周期性執(zhí)行的。( 13)根據(jù)(10)所述的方法，其中，所述自適應(yīng)閾值量是持續(xù)估算的。( 14)根據(jù)(10)所述的方法，其中，所述自適應(yīng)閾值量是所述焦點測量的多個噪聲水平。(15)根據(jù)(10)所述的方法，其中，所述自適應(yīng)閾值由于所述圖像的照明度減小而增加。
(16)根據(jù)(10)所述的方法，其中，所述焦點測量的確定基于光強(qiáng)度。(17)根據(jù)(10)所述的方法，其中，所述焦點測量的確定包括對所述圖像的梯度求和。( 18)根據(jù)(10)所述的方法，進(jìn)一步包括，在通過在所述第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的所述透鏡來調(diào)節(jié)所述圖像的焦點直到達(dá)到最大焦點測量位置之前，在所述第二方向上移動所述透鏡，其中所述焦點測量減小。(19)根據(jù)(18)所述的方法，進(jìn)一步包括:—旦確定所述焦點測量在減小，通過在所述第一方向上移動所述透鏡來調(diào)節(jié)所述圖像的焦點。(20)根據(jù)(19)所述的方法，其中，確定所述焦點測量在減小包括在所述第二方向上移動所述透鏡，直到所述焦點測量減小自適應(yīng)閾值量。


參考附圖描述了示例性的實施方式。在附圖中，類似參考數(shù)字指示相同的或者功能類似的元件。另外，參考數(shù)字的最左側(cè)數(shù)字識別參考數(shù)字首次出現(xiàn)的圖。圖1示出用于圖像獲取裝置的自動聚焦系統(tǒng)的實例；圖2是示出在自動聚焦系統(tǒng)中給定焦點測量的透鏡位置的示圖實例，其排除焦點測量的噪聲水平分量；圖3是示出在自動聚焦系統(tǒng)中給定焦點測量的透鏡位置的示圖實例，其示出焦點測量估算的噪聲采樣；

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的在自動聚焦系統(tǒng)中給定焦點測量的透鏡位置的詳細(xì)示圖，其示出焦點測量估算的噪聲采樣；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的在具有低噪聲的自動聚焦系統(tǒng)中給定焦點測量的透鏡位置的示圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的在具有高噪聲的自動聚焦系統(tǒng)中給定焦點測量的透鏡位置的示圖；圖7和圖8示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于基于焦點測量的噪聲水平的自適應(yīng)自動聚焦算法的示例性方法的方框圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明實施方式的自動聚焦系統(tǒng)的實例實施示圖。現(xiàn)在參考附圖描述示例性的實施方式。
具體實施例方式下列詳細(xì)說明參考附圖從而說明示例性的實施方式。詳細(xì)說明中提到的“一個示例性實施方式”、“示例性實施方式”等表示所描述的示例性實施方式可以包括特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特點，但是每個示例性的實施方式可以不必包括特定特征、結(jié)構(gòu)或者特點。此外，這種短語不必指相同的示例性實施方式。進(jìn)一步地，當(dāng)結(jié)合示例性實施方式描述特定特征、結(jié)構(gòu)、特點時，在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的范圍內(nèi)，無論是否明確描述，結(jié)合其他示例性的實施方式會影響這些特征、結(jié)構(gòu)或者特點。這里所秒述的示例性實施方式是為說明性目的提供的，而不是限制。其他實施例也是可能的，并且在本公開的精神和范圍內(nèi)可以對示例性實施方式作出修改。因此，該詳細(xì)說明不是意圖限制。而是本發(fā)明的保護(hù)范圍僅僅按照權(quán)利要求和其等價物限定。實施方式可以以硬件(例如，數(shù)字照相機(jī)和/或電路)、固件、軟件、或者其任何組合執(zhí)行。實施方式也可實施為在機(jī)器可讀介質(zhì)上存儲的指令，其可以由一個或更多處理器讀取并執(zhí)行。機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括用于存儲由機(jī)器(例如，計算裝置)可讀形式的信息的任何機(jī)構(gòu)。例如，機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括只讀存儲器(ROM);隨機(jī)存取存儲器(RAM);磁盤存儲器介質(zhì)；光存儲介質(zhì)；閃速存儲裝置。進(jìn)一步地，這里可以將固件、軟件、例行程序、指令描述為執(zhí)行某些動作。然而，應(yīng)該理解，這些描述僅僅為了方便起見，并且這些動作實際上源于計算裝置、處理器、控制器、或者執(zhí)行固件、軟件、例行程序、指令等等的其他裝置。 為了討論的目的，術(shù)語“模塊”應(yīng)該被理解為包括軟件、固件、和硬件(諸如電路、微芯片、或裝置，或者其任何組合中的一個或多個)、和其任何組合的至少一個。此外，應(yīng)當(dāng)清楚，每個模塊在實際裝置內(nèi)可以包括一個或多于一個的組件，并且形成所述模塊的一部分的每個組件可以與形成該模塊一部分的任何其他組件合作或者獨立地起作用。相反地，這里描述的多個模塊可以表示實際裝置內(nèi)的單個組件。進(jìn)一步，模塊內(nèi)的組件可以在單個裝置中，或者以有線或無線的方式分布在多個裝置之間。示例性實施方式的下列詳細(xì)說明會完全揭示其總體性質(zhì)，其他的能夠通過應(yīng)用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知知識，容易在不偏離本公開的精神和保護(hù)范圍為不同應(yīng)用改進(jìn)和/或改變，而無需過多實驗。因此，這些改變和改進(jìn)在根據(jù)這里給出的教導(dǎo)和指導(dǎo)的示例性實施方式的意義和多個等價物內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，這里的短語或術(shù)語用于描述的目的而不是限制目的，以便本說明書的術(shù)語或者短語會由本領(lǐng)域技術(shù)人員按照這里的教導(dǎo)解釋。盡管實施方式的描述是按照圖像獲取裝置(具體地，數(shù)字式照相機(jī))描述的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到，該實施方式可以適用于其他成像裝置，而不偏離本公開的精神和范圍。 數(shù)字成像圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的自動聚焦(AF)系統(tǒng)100的方框圖。AF系統(tǒng)100包括能夠接收并獲取對象120的圖像的圖像獲取裝置110。圖像獲取裝置110包括可移動透鏡112、圖像傳感器114、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)116、數(shù)字圖像信號處理器(ISP)118、照相機(jī)控制器120以及聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122。透鏡112由聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122在任何方向上移動，但被示出為在由運動方向113指示的平面上移動。照相機(jī)控制器120分析圖像傳感器114的輸出，從而確定透鏡112是否應(yīng)該由聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122移動，以便使得對象120的圖像(這里稱為圖像120)聚焦在圖像傳感器114上。ADC116將圖像120的模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。照相機(jī)控制器120通過測量焦點測量確定圖像120是否焦點對準(zhǔn)，焦點測量是通過在ISP118中處理圖像120估算的。焦點測量是從在圖像傳感器114上圖像120的像素值處理獲得的數(shù)學(xué)值。存在許多用于處理圖像120的算法，包括圖像上梯度和的簡單焦點測量，例如鄰近像素之間的絕對差的和。以這種算法，如果圖像是模糊的，則鄰近像素會具有非常近似的值，并因此焦點測量會相對低。如果圖像是尖銳的，則鄰近像素之間的差會相對高，并因此焦點測量會相對高。最尖銳的圖像對應(yīng)于鄰近像素差值的最大和，并且表示圖像120聚焦的點。
在更加復(fù)雜的AF算法中，附加處理可用于執(zhí)行額外的圖像分析。例如，只分析圖像特定區(qū)域的像素，例如在圖像中心的像素，或者可應(yīng)用例如用于像素亮度、顏色、和立體頻率的濾波器。照相機(jī)控制器120在圖像傳感器114分析圖像120時也面臨圖像120內(nèi)含有的其他信息，例如噪聲。圖像噪聲是數(shù)字照相中的常見問題。圖像噪聲能夠被看作模擬膠片照相中的膠片顆粒。圖像噪聲通常是所獲取圖像中的照明或者顏色的隨機(jī)變化，其增加了虛假和外來信息。圖像噪聲在低光條件下變得更加明顯。在低光下，圖像的適當(dāng)曝光需要使用更長的快門速度、更高ISO設(shè)定(例如，增益或者曝光指數(shù))、或這兩者的結(jié)合。在數(shù)字式照相機(jī)中，較長的快門速度和/或較高ISO設(shè)定導(dǎo)致圖像120內(nèi)的噪聲相對增加。為了快速有效地達(dá)到焦點，如后面所討論的，ISP118引入圖像120中噪聲水平的分析和隨后聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122和透鏡112的控制。自動聚焦期間的過調(diào)圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的AF算法的基本循環(huán)的示圖實例，其示出給定焦點測量的透鏡位置。圖2中示圖沒有示出如后面所討論的任何圖像噪聲或?qū)裹c測量的關(guān)聯(lián)影響。如前面所提到的，為了確定已經(jīng)發(fā)現(xiàn)實際最尖銳焦點位置，數(shù)字式照相機(jī)通常采用自動聚焦算法，其包括通過持續(xù)將透鏡移動過懷疑的最尖銳焦點從而使圖像變模糊的過調(diào)最尖銳焦點。當(dāng)該模糊發(fā)生時，照相機(jī)假設(shè)已經(jīng)找到并經(jīng)過最尖銳焦點位置，并且將透鏡返回到焦點測量最大化的位置。圖2示出焦點測量作為透鏡位置的函數(shù)的曲線圖。焦點測量最大化的位置(在點D)指示最尖銳焦點位置。點A指示透鏡112可能的起始位置。聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122任意選擇透鏡112開始移動的方向113。在選擇`“正確”方向的情形中，透鏡112開始從點A向點D移動。然而，為了確定點D是否是最大焦點測量,照相機(jī)控制器120指示聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122持續(xù)在相同方向上移動透鏡112，直到照相機(jī)控制器120確定圖像傳感器114上的圖像120的焦點測量在減小。一旦照相機(jī)控制器120作出這樣的決定，其指示聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122將透鏡112在相反方向上移動,返回點D。當(dāng)聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122不正確地選擇移動透鏡112的起始方向113時，透鏡112開始從點A向點B移動。照相機(jī)控制器120感測到聚焦在減小，然后逆反透鏡112的移動方向113使得透鏡112向點D移動。如在先前的實例中，為了確定點D是否是最大焦點測量，照相機(jī)控制器120指示聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122持續(xù)在相同方向上移動，直到照相機(jī)控制器120確定圖像傳感器114上的圖像120的焦點測量在減小。一旦照相機(jī)控制器120作出這樣的決定，其指示聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122將透鏡112在相反方向上移動，返回點D。透鏡112從點A到B和從點D到C的移動可以被認(rèn)為與對達(dá)到最尖銳聚焦點的過程的適得其反。同樣，如果在圖像120中不存在噪聲，那么透鏡在從A到B的不正確的初始方向上和從點D到C的過調(diào)驗證情形中的移動能夠最小化到由于透鏡移動基本上無低效出現(xiàn)的點。然而，由于數(shù)字圖像本身包括噪聲，特別在低光線且高ISO設(shè)定中，過調(diào)驗證是必需的。自動聚焦期間的噪聲影響
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方式的AF算法的基本循環(huán)的示圖實例，其包括圖像噪聲的影響。盡管圖2示出點之間的平滑過渡，但是圖3包括隨機(jī)圖像噪聲，如具有用于對比的參考點A、B、C、和D的較小點所示。實際上，如圖2所示，AF算法不具有平滑清楚的焦點測量曲線，而是面臨在透鏡位置被修改的某些時間點的焦點測量估計的有噪聲樣本。圖3中的測量是有噪聲的并且由于圖像中的固有噪聲隨機(jī)波動，而且由于其他因素隨機(jī)地波動，例如照相機(jī)的隨機(jī)振動、運動、變化的照明度、ISO值設(shè)定等等。因此，在任何方向上從初始透鏡位置A向B或者D的移動會導(dǎo)致一些點聚焦值減小。在這種情況下，不是指示已經(jīng)達(dá)到最尖銳聚焦點，而是僅指示已經(jīng)找到“局部”峰值點。圖4示出這種情況，其中AF系統(tǒng)中的透鏡112具有由點A，a所示的初始位置。聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122向點D移動透鏡116，試圖定位最尖銳焦點，例如焦點測量最大化的點。隨著透鏡116向點D開始移動，焦點測量值增加然后減小。在無噪聲環(huán)境中，照相機(jī)控制器120會得出達(dá)到最大焦點測量值的結(jié)論，因為焦點測量值開始減小。然而，如圖4所示，由于圖像噪聲，“最大”檢測點不是最尖銳焦點，而只是局部最大值。

隨著透鏡116持續(xù)移動經(jīng)過局部最大點，達(dá)到局部最小點，其后焦點測量值再次增加并超越局部最大值。這種情況表明還沒有達(dá)到真實的最大焦點測量，并且懷疑的最大焦點測量值僅僅是局部最大值。為了避免這種錯誤檢測，必須在證實已經(jīng)檢測到真實焦點測量點并且逆反透鏡112的移動方向返回到實際尖銳聚焦點之前，檢測大量的焦點測量。過調(diào)的值是任何AF算法內(nèi)的關(guān)鍵權(quán)衡。如果過調(diào)的量太小，那么會在最大焦點測量點錯誤地識別局部最大值。如果過調(diào)的值太大，那么在超過尖銳焦點位置之后發(fā)生過度過調(diào)、浪費時間并產(chǎn)生觀察得到的模糊圖像。典型AF算法試圖通過定義在大部分情形中其作用的中程過調(diào)值，減輕錯誤識別和過度過調(diào)的發(fā)生，該中程過調(diào)值在整個噪聲條件的范圍不是最佳的。圖5和6將討論具有全范圍噪聲情形的自適應(yīng)自動聚焦。在低噪聲中自適應(yīng)自動聚焦圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的自適應(yīng)AF算法的循環(huán)的示圖實例，其示出在具有低噪聲信息含量的自動聚焦系統(tǒng)中給定焦點測量的透鏡位置。如前面所提到的，圖像噪聲在低光、高ISO情形中增加，而噪聲信息在高亮度、低ISO環(huán)境中減小。自適應(yīng)自動聚焦算法識別圖像中含有的相對低的噪聲信息，且因此減小相應(yīng)過調(diào)值的閾值。圖5再次示出透鏡112在點A的初始開始位置。還示出在無噪聲情況下焦點測量和透鏡位置之間的關(guān)系，被標(biāo)作無噪聲軌跡。照相機(jī)控制器120周期性或持續(xù)地確定所接收圖像中的噪聲信息的量。噪聲信息的量被圖示為特定點和無噪聲軌跡之間的偏移。示出點W和標(biāo)記低噪聲delta ( Δ )的實例。在具有低噪聲Λ的情況下，照相機(jī)控制器120基于噪聲Λ的量(例如，低噪聲Λ )分配過調(diào)閾值。在實施例中，該閾值在特定時間點被設(shè)定為多個噪聲測量例如，3χ噪聲Λ。因此,驗證真實最尖銳焦點位置是點D所需的過調(diào)量示為點D和點X之間的過調(diào)Δ。由于圖像噪聲水平不必需是常數(shù)，所以在實施方式中，照相機(jī)控制器120持續(xù)地監(jiān)視所接收圖像中的噪聲的量并能夠持續(xù)修改過調(diào)閾值。在另一個實施方式中，照相機(jī)控制器120周期地確定所接收焦點測量中的噪聲的量并修改過調(diào)閾值。無論如何，該過調(diào)閾值自適應(yīng)所接收焦點測量中的噪聲水平。
盡管在實施方式中移動透鏡112，但是在AF系統(tǒng)100內(nèi)持續(xù)監(jiān)視當(dāng)前焦點測量。初始當(dāng)前焦點測量值存儲在AF系統(tǒng)100內(nèi)并被稱作最大焦點測量。當(dāng)當(dāng)前焦點測量超過所存儲的最大焦點測量時，所存儲的最大焦點測量以新的最大焦點測量替換。透鏡移動持續(xù)，直到焦點測量開始減小。由于焦點測量的減小能夠由隨機(jī)噪聲波動引起，所以透鏡移動在相同方向上持續(xù)，直到觀察到焦點測量統(tǒng)計上的顯著減小。此時兩種不同情形都是可能的。第一個情形發(fā)生，其中在透鏡移動期間焦點測量一直減小，在透鏡移動期間沒有達(dá)到和經(jīng)過統(tǒng)計上顯著的最大值。在該情形中，透鏡移動方向被反向，并且重復(fù)該過程。給定該反方向，會達(dá)到最大聚焦，隨后焦點測量下降。第二種情形發(fā)生，其中在透鏡移動期間焦點測量最初增加，達(dá)到統(tǒng)計上顯著的最大值，然后焦點測量開始減小。在這個情形中，確定最大聚焦的位置，并且透鏡被移回最大聚焦位置。在傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)中，AF算法由預(yù)定或試探性定義的常數(shù)確定過調(diào)閾值。在本公開中，所需過調(diào)被確定為焦點測量噪聲的統(tǒng)計上顯著最大值。該方法給出最小化過調(diào)的優(yōu)點。用戶通常認(rèn)為當(dāng)察覺的圖像顯著模糊時，AF系統(tǒng)預(yù)先形成不必要的、或者過度的、自動聚焦搜索。在本發(fā)明實施方式中，透鏡剛好移動到由于散焦的模糊與由于噪聲的模糊可比的點，因此不會觀察到感覺過度的模糊。然而，在顯著圖像噪聲的情況下，會相應(yīng)增加閾值并且會保持魯棒性和可靠的AF操作。同樣的方法用于這樣的情形，其中從初始透鏡開始位置A，聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122在焦點D的相反方向上選擇透鏡112的前進(jìn)方向。在該情形中，照相機(jī)控制器120將基于多個噪聲測量確定圖像120的噪聲含量并選擇過調(diào)閾值。當(dāng)超過閾值時，聚焦系統(tǒng)113會逆反透鏡112的前進(jìn)方向。在高噪聲中自 適應(yīng)自動聚焦圖6是示出根據(jù) 本發(fā)明實施方式的自適應(yīng)AF算法循環(huán)的示圖實例，其示出在具有高噪聲信息含量的自動聚焦系統(tǒng)中給定焦點測量的透鏡位置。自適應(yīng)自動聚焦算法識別圖像中含有的相對較高的噪聲信息，因此增加相應(yīng)過調(diào)值的閾值，以便保證精確的最大焦點測量判斷。雖然低噪聲中自適應(yīng)自動聚焦允許更快更有效的最尖銳聚焦位置確定，但是高噪聲環(huán)境中自適應(yīng)自動聚焦允許精確的最大焦點測量判斷，其中典型的AF算法不能確定任何類型的最大焦點測量位置。圖6再次示出透鏡112在點A的初始開始位置。還示出在無噪聲情況下焦點測量和透鏡位置之間的關(guān)系，被標(biāo)作無噪聲軌跡。照相機(jī)控制器120周期性或持續(xù)地確定所接收圖像中的噪聲信息的量。噪聲信息的量被圖示為特定點和無噪聲軌跡之間的偏移。示出點Y和標(biāo)記的高噪聲Δ的實例。注意,高噪聲Δ大于圖5所不的低噪聲Δ。在高噪聲Λ的情形中，照相機(jī)控制器120基于噪聲Λ量分配過調(diào)閾值，例如高噪聲Λ。在實施方式中，該閾值設(shè)定在任何特定時間點的多個噪聲測量，例如3χ噪聲Λ。因此，驗證真實最尖銳焦點位置是點D所需的過調(diào)量被示為點D和Z之間的過調(diào)△。再次，注意高噪聲過調(diào)Δ大于圖5中所示的低噪聲過調(diào)。如前面所提，圖像噪聲水平不必是常數(shù)，并且照相機(jī)控制器120能夠持續(xù)或周期性監(jiān)視所接收圖像中的噪聲量并修改關(guān)聯(lián)的過調(diào)閾值。
一旦已經(jīng)得到閾值水平，照相機(jī)控制器120指示聚焦系統(tǒng)113將透鏡112返回到最大焦點測量位置，該位置由圖6中的點D指示。由于已知在特定點的噪聲水平的量，并且在這個實例中已經(jīng)確定相對大，需要合理量的過調(diào)行進(jìn)驗證點D實際上是最大焦點測量位置。因此，實際上可確定最尖銳聚焦位置D，然而典型AF算法使用不基于圖像的當(dāng)前噪聲信息含量的“標(biāo)準(zhǔn)”或者名義上過調(diào)閾值，且不能確定任何類型的非焦點位置。同樣的方法用于在這樣的情形，其中從初始透鏡開始位置A，聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122在焦點D的相反方向上選擇透鏡112的前進(jìn)方向。在該情形中，照相機(jī)控制器120將基于多個噪聲測量確定圖像120的噪聲含量并選擇過調(diào)閾值。當(dāng)超過閾值時，聚焦系統(tǒng)113將逆反透鏡112的前進(jìn)方向。自適應(yīng)自動聚焦算法的示例性方法結(jié)合圖2至圖6中所示的自適應(yīng)自動聚焦算法和圖1中所述的系統(tǒng)描述根據(jù)實施方式的方法，但不限制于此。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施方式的基于焦點測量的噪聲水平的自適應(yīng)自動聚焦算法的示例性方法700的流程圖。為了易于解釋，參考使用圖2至圖6中方法的圖1中自適應(yīng)自動聚焦系統(tǒng)描述方法700，但是方法實施方式不限制于此。方法700從在圖像獲取裝置接收圖像的步驟702開始。在實施方式中，自動聚焦系統(tǒng)100包括能夠接收并獲取對象120的圖像的圖像獲取裝置110。方法700通過在步驟704中確定圖像的焦點測量而繼續(xù)。在實施方式中，圖像獲取裝置110在圖像傳感器114接收對象120的圖像。照相機(jī)控制器120確定圖像傳感器114的焦點測量。方法700通過在步驟706中通過在第一方向上移動圖像獲取裝置中的透鏡調(diào)節(jié)圖像的焦點直到得到最大焦點 測量而繼續(xù)。在實施方式中，聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122任意選擇開始移動透鏡112的方向113。如圖2所示，在選擇“正確”方向的情形中，透鏡112開始從點A向點D移動，其為最大焦點測量。方法700通過在步驟708估算焦點測量的噪聲水平而繼續(xù)。在實施方式中，照相機(jī)控制器120周期或持續(xù)地確定所接收圖像中的噪聲信息的量。噪聲信息的量示為特定點和無噪聲軌跡之間的偏移。圖5示出點W并標(biāo)記為低噪聲Λ的實例。方法700通過在步驟710中在第一方向上進(jìn)一步移動透鏡持續(xù)調(diào)節(jié)圖像的焦點直到焦點測量減小自適應(yīng)閾值量而繼續(xù)。在實施方式中，為了確定點D是否是最大焦點測量，照相機(jī)控制器120指示聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122持續(xù)在相同方向上移動透鏡120，直到照相機(jī)控制器120確定圖像傳感器114上的圖像120的焦點測量減小。一旦照相機(jī)控制器120作出這樣的確定，其指示聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122在相反方向上移動透鏡112返回到點D。方法700通過在步驟712中基于自適應(yīng)閾值量證實最大焦點測量表示尖銳焦點位置而繼續(xù)。在實施方式中，在如圖5所示的相對低噪聲△的情形中，照相機(jī)控制器120基于噪聲△量(例如，低噪聲△)分配過調(diào)閾值。在實施方式中，該閾值在任何特定時間點被設(shè)定在多個噪聲測量，例如3χ噪聲Λ。因此，驗證真實最尖銳焦點位置是點D所需要的過調(diào)的量被示為點D和X之間的過調(diào)Δ。方法700通過在步驟714中通過在第二方向上移動透鏡到尖銳焦點位置來調(diào)節(jié)圖像的焦點而繼續(xù)，其中自適應(yīng)閾值量基于焦點測量的噪聲水平。在實施方式中，一旦已經(jīng)得到該閾值水平，照相機(jī)控制器120指示聚焦系統(tǒng)113將透鏡112返回到最大焦點測量位置，該位置由圖5和6中的點D指示。然后，方法700結(jié)束。圖8是根據(jù)本公開實施方式的用于基于焦點測量的噪聲水平的自適應(yīng)自動聚焦算法的示例性方法800的流程圖。為了易于解釋，參考圖1的自適應(yīng)自動聚焦系統(tǒng)使用圖2至圖6的方法描述方法800，但是該方法的實施方式不限制于此。方法800從步驟802開始，選擇透鏡的移動方向并在所選擇方向上移動透鏡。在實施方式中，自動聚焦系統(tǒng)100包括能夠接收并獲取對象120的圖像的圖像獲取裝置110。在實施方式中，聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122任意選擇開始移動透鏡112的方向113，并且開始在該方向上移動透鏡112。方法800通過在步驟804中確定圖像的焦點測量而繼續(xù)。在實施方式中，圖像獲取裝置110在圖像傳感器114接收對象120的圖像。照相機(jī)控制器120確定在圖像傳感器114的圖像120的焦點測量。方法800通過在步驟806中移動透鏡直到與焦點測量的噪聲水平相比焦點測量統(tǒng)計上顯著減小而繼續(xù)。在實施方式中，聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122在方向113上移動透鏡112的位置，同時由ISP118監(jiān)視焦點測量。如果當(dāng)前焦點測量值超過先前的焦點測量，那么ISP118以新值更新存儲的最大焦點測量。持續(xù)該過程直到觀察到焦點測量統(tǒng)計上顯著減小。方法800通過在步驟808中估算是否已經(jīng)得到統(tǒng)計上顯著的聚焦最大值而繼續(xù)。在實施方式中，照相機(jī)控制器120周期性或持續(xù)地確定所接收圖像中的噪聲信息的量。噪聲信息的量被示為特定點和無噪聲軌跡之間的偏移。圖5中示出點W和標(biāo)記為低噪聲Λ的實例。在實施方式中，為了確定點D是否是最大焦點測量，照相機(jī)控制器120指示聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122持續(xù)在相同方向上移動透鏡112，直到照相機(jī)控制器120確定圖像傳感器114上的圖像120的焦點測量正在減小。方法800通過在步驟810判定是否已經(jīng)得到最大焦點測量而繼續(xù)。如果判定實際上已經(jīng)得到最大焦點 測量，那么方法800直接進(jìn)入步驟812，從而透鏡移動到最尖銳焦點置。如果沒有得到最大焦點測量，那么步驟810改變透鏡的移動方向，并且移動透鏡直到觀察到焦點測量統(tǒng)計上顯著減小。在實施方式中，一旦照相機(jī)控制器120作出還沒有得到聚焦最大值的判定，則指示聚焦驅(qū)動系統(tǒng)122在相反方向上移動透鏡112，返回到點D。方法800通過在步驟812移動透鏡到最尖銳焦點位置而繼續(xù)。在實施方式中，一旦已經(jīng)得到閾值水平，照相機(jī)控制器120指示聚焦系統(tǒng)113將透鏡112返回到最大焦點測量位置，該位置由圖5和6中的點D指示。然后,方法800結(jié)束。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，該方法可額外地或可替換地包括上面討論的自動聚焦系統(tǒng)100的任何功能，并且示例性方法的上面描述既不應(yīng)該被視為限制該方法，也不應(yīng)該被視為限制自適應(yīng)自動聚焦系統(tǒng)的描述。實例處理器系統(tǒng)實施圖9使出根據(jù)本發(fā)明實施方式的自動聚焦(AF)系統(tǒng)900的方框圖。AF系統(tǒng)900包括能夠接收并獲取對象920的圖像的圖像獲取裝置910。圖像獲取裝置910包括沿著光軸913可移動的透鏡912、圖像傳感器914、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 916、數(shù)字圖像信號處理器(ISP) 918、照相機(jī)控制器920、聚焦驅(qū)動系統(tǒng)922、存儲單元930、RAM940和視頻輸出端口950。
在實施方式中，從圖像傳感器914獲得信號，并且該信號由ADC916轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。然后該數(shù)字格式圖像由ISP918處理，ISP918處理數(shù)字圖像并且在視頻輸出端口 950生成圖像獲取裝置910的輸出視頻。視頻輸出信號可以是數(shù)字或者模擬形式的，用于在照相機(jī)屏幕上顯示、和/或存儲、和/或經(jīng)由電纜或者無線傳輸，和/或進(jìn)一步的信號處理和/或播放、壓縮和/或編碼等等。ISP918也估算諸如圖像亮度和對比度的參數(shù)，用于照相機(jī)控制和圖像調(diào)諧。ISP918通過處理圖像或者視頻流估算這些參數(shù)。特別是ISP918估算焦點測量，其被傳輸?shù)秸障鄼C(jī)控制器920，進(jìn)而經(jīng)由聚焦驅(qū)動系統(tǒng)922控制透鏡位置。結(jié)論應(yīng)當(dāng)理解，具體實施方式
而非摘要旨在用于解釋權(quán)利要求。摘要可以闡述一個或更多而不是全部示例性的實施方式，因此并未旨在以任何方式限制權(quán)利要求。上面借助功能性結(jié)構(gòu)單元描述了實施方式，這些功能性結(jié)構(gòu)單元示出特定功能及其關(guān)系的實施。這些功能性結(jié)構(gòu)單元的邊界在此為了描述的便利任意定義。也可定義可替換邊界，只要其中特定功能和關(guān)系是適當(dāng)執(zhí)行的。對于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行不同改變。因此本發(fā)明不受任何上述示例性實施方式限制，而是僅由所附權(quán)利要求及其等價物 限定。
權(quán)利要求
1.一種用于自動聚焦的系統(tǒng)，包括: 圖像獲取裝置，被配置為接收圖像； 控制器，被配置為確定所述圖像的焦點測量和所述焦點測量的噪聲水平；以及 聚焦系統(tǒng)，被配置為: 基于所述噪聲水平確定自適應(yīng)閾值；以及 使用自適應(yīng)閾值水平，通過移動所述圖像獲取裝置中的透鏡調(diào)節(jié)所述圖像的焦點，直到達(dá)到最大焦點測量位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器持續(xù)確定所述焦點測量和所述焦點測量的所述噪聲水平，或所述聚焦系統(tǒng)將用于所述焦點測量的所述自適應(yīng)閾值確定為所述焦點測量的多個所述噪聲水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述焦點系統(tǒng)通過將所述最大焦點測量位置過調(diào)一自適應(yīng)閾值量然后返回到所述最大焦點測量位置，驗證所述最大焦點測量位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器基于強(qiáng)度或基于所述圖像的梯度和確定所述焦點測量。
5.一種用于自動聚焦的系統(tǒng)，包括: 圖像獲取裝置，被配置為接收圖像； 控制器，被配置為確定所述圖像的焦點測量和所述焦點測量的噪聲水平；以及 聚焦系統(tǒng)，被配置為: 基于所述焦點測量的所述噪聲水平確定所述焦點測量的自適應(yīng)閾值； 通過在第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的透鏡來調(diào)節(jié)所述圖像的焦點，直到所述焦點測量值減小等于所述自適應(yīng)閾值的值；以及 在第二方向上移動所述圖像獲取裝置中的所述透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述聚焦系統(tǒng)在所述第二方向上移動所述透鏡，直到所述焦點測量達(dá)到最大值，然后從所述最大值減小等于所述自適應(yīng)閾值的值，或所述聚焦系統(tǒng)在所述第二方向上移動所述透鏡，直到達(dá)到最大焦點測量位置。
7.一種用于自動聚焦的方法，包括: 在圖像獲取裝置中接收圖像； 確定所述圖像的焦點測量； 通過在第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的透鏡，調(diào)節(jié)所述圖像焦點； 估算所述焦點測量的噪聲水平； 通過在所述第一方向上進(jìn)一步移動所述透鏡來持續(xù)調(diào)節(jié)所述圖像的焦點，直到所述焦點測量減小自適應(yīng)閾值量；以及 通過在第二方向上將所述透鏡移動到最大焦點測量位置來調(diào)節(jié)所述圖像的焦點， 其中，所述自適應(yīng)閾值量基于所述焦點測量的噪聲水平。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括，在通過在所述第一方向上移動所述圖像獲取裝置中的所述透鏡來調(diào)節(jié)所述圖像的焦點直到達(dá)到最大焦點測量位置之前，在所述第二方向上移動所述透鏡，其中所述焦點測量減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括: 一旦確定所述焦點測量在減小，通過在所述第一方向上移動所述透鏡來調(diào)節(jié)所述圖像的焦點。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，確定所述焦點測量在減小包括在所述第二方向上移動所述透鏡，直到所 述焦點測量減小自適應(yīng)閾值量。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于自適應(yīng)自動聚焦算法的方法和系統(tǒng)，其在圖像獲取裝置接收圖像、確定圖像的焦點測量、并通過在第一方向上移動圖像獲取裝置中移動透鏡調(diào)節(jié)圖像的焦點直到達(dá)到最大焦點測量位置。然后，該方法和系統(tǒng)估算焦點測量的噪聲水平，并通過在第一方向上進(jìn)一步移動透鏡持續(xù)調(diào)節(jié)圖像的焦點直到焦點測量減小自適應(yīng)閾值量，其中自適應(yīng)閾值量基于焦點測量的噪聲水平。然后，該方法和系統(tǒng)通過在第二方向上移動透鏡到最大焦點測量位置調(diào)節(jié)圖像的焦點。
文檔編號G03B13/36GK103226279SQ20121057618
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者伊利亞·布萊瓦斯 申請人:美國博通公司