專利名稱：：自動(dòng)聚焦靜止和視頻圖像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，用于可用來捕獲視頻或突發(fā)捕獲的圖像序列以及靜止圖像的圖像捕獲裝置。
背景技術(shù)：
：通常用來捕獲靜止圖像和視頻片段的靜止圖像序列的數(shù)碼相機(jī)中的自動(dòng)聚焦經(jīng)常使用通過透鏡的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，該自動(dòng)聚焦系統(tǒng)基于對(duì)例如5-20或更多個(gè)亞采樣的自動(dòng)聚焦圖像的序列的對(duì)比度分析，上述亞采樣的自動(dòng)聚焦圖像是用處于不同位置的可移動(dòng)透鏡拍攝的。隨后，對(duì)自動(dòng)聚焦圖像進(jìn)行對(duì)比度分析，并且將提供最高對(duì)比度圖像的可移動(dòng)透鏡位置視為最佳聚焦條件。然后，在靜止圖像被捕獲之前，可移動(dòng)透鏡返回提供最高對(duì)比度的位置或至少兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像之間的內(nèi)插位置。雖然該方法的確提供了精確的聚焦條件，由于必須捕獲和分析大量自動(dòng)聚焦圖像，該方法比較慢。在視頻捕獲的過程中，從組成視頻片段的相同的靜止圖像或幀序列中提取自動(dòng)聚焦圖像。因此，每當(dāng)場(chǎng)景改變時(shí)，自動(dòng)聚焦的處理使得視頻中產(chǎn)生5-20或更多個(gè)焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)的幀。因此，在場(chǎng)景連續(xù)改變的情況下隨著相機(jī)搖攝移動(dòng)的視頻捕獲過程中，視頻片段的大部分實(shí)際上是失焦的。理想地，在捕獲視頻以及靜止圖像時(shí)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)要更快，在視頻捕獲的情況下，每一幀都要被聚焦以減少失焦幀的數(shù)量。這對(duì)于使得來自視頻片段中的圖像能夠被打印或以其它形式使用是特別重要的。為了自動(dòng)聚焦變快到足以實(shí)現(xiàn)30幀/秒的典型視頻幀速率下的逐幀自動(dòng)聚焦，整個(gè)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中需要若干改進(jìn)。第一，需要聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其可提供可在1/30秒內(nèi)或更快速地完成的聚焦質(zhì)量的測(cè)量。為了同樣在1/30秒內(nèi)獲得要求的聚焦質(zhì)量，聚焦測(cè)量必須提供足夠的信息以在距離和方向方面準(zhǔn)確地引導(dǎo)可移動(dòng)透鏡的移動(dòng)。第二，可移動(dòng)透鏡移動(dòng)控制系統(tǒng)必須快速到足以在1/30秒內(nèi)重定位可移動(dòng)透鏡。第三，由聚焦測(cè)量系統(tǒng)和可移動(dòng)透鏡移動(dòng)控制系統(tǒng)組成的整個(gè)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)必須在捕獲視頻的時(shí)間長(zhǎng)度上準(zhǔn)確，所述時(shí)間長(zhǎng)度通常是分鐘級(jí)的，但也可能更長(zhǎng)?，F(xiàn)有技術(shù)中有幾種快速到足以滿足1/30秒要求的聚焦測(cè)量系統(tǒng)雙透鏡測(cè)距儀模塊，分色濾色片系統(tǒng)，分孔徑裝置。為了提供逐幀自動(dòng)聚焦，所有這些聚焦測(cè)量系統(tǒng)需要特別的改進(jìn)以在視頻環(huán)境中操作。可從FujiElectric(富士電機(jī))買到雙透鏡測(cè)距儀沖莫塊的幾種樣式，例如FM6260W。在授予Haruki的US4,606,630中描述了FujiElectric測(cè)距儀才莫塊。雙透鏡測(cè)距儀沖莫塊包含兩個(gè)分隔一定距離的透鏡和兩個(gè)匹配傳感器區(qū)域，以使得匹配的低分辨率圖像的對(duì)能夠被捕獲。然后對(duì)匹配的低分辨率圖像的對(duì)進(jìn)行兩個(gè)圖像之間的相關(guān)性分析，以確定由兩個(gè)透鏡之間的間隔所導(dǎo)致的兩個(gè)圖像之間的偏移。然后，通過三角測(cè)量將偏移信息與透鏡間隔距離一起用于計(jì)算到場(chǎng)景的距離。計(jì)算的到場(chǎng)景的距離被用于引導(dǎo)可移動(dòng)透鏡的定位，以便于基于雙透鏡測(cè)距儀模塊測(cè)量的到場(chǎng)景的距離和通過透鏡自動(dòng)聚焦系統(tǒng)產(chǎn)生的最佳聚焦圖像序列之間建立的校準(zhǔn)曲線來產(chǎn)生最佳的圖像質(zhì)量。FujiFM6260W模塊在高靈敏度模式下的響應(yīng)時(shí)間被宣傳為Q.004秒，這完全在視頻自動(dòng)聚焦所要求的1/30秒之內(nèi)。然而，雙透鏡測(cè)距儀模塊的準(zhǔn)確度通常受到例如溫度或濕度變化的環(huán)境條件變化的影響。通常來說，這些雙透鏡測(cè)距儀模塊不獨(dú)立用于數(shù)碼相機(jī)中的自動(dòng)聚焦，而是用作基于通過透鏡對(duì)比度的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)所附加的聚焦粗調(diào)。雙透鏡測(cè)距儀模塊的問題在于，雙透鏡測(cè)距儀模塊和可移動(dòng)透鏡位置之間的校正在數(shù)碼相機(jī)的普通操作環(huán)境中不穩(wěn)定。例如溫度和濕度變化的環(huán)境條件可導(dǎo)致雙透鏡測(cè)距儀模塊所產(chǎn)生的計(jì)算的到場(chǎng)景的距離的改變超過10%。另外，可移動(dòng)透鏡控制系統(tǒng)中可移動(dòng)透鏡的測(cè)量位置也易于隨環(huán)境改變。分色濾色片系統(tǒng)和分孔徑裝置都使用透鏡系統(tǒng)中的分孔徑，以便產(chǎn)生可為獲得聚焦信息而解釋的圖像。分孔徑至少產(chǎn)生兩條光路，用于光通過透鏡以在傳感器處至少產(chǎn)生兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像。通過在透鏡系統(tǒng)的孔徑處分開光路，上述至少兩條光路中的每一條光路在圖像傳感器處從分孔徑中產(chǎn)生沒有陰影而光強(qiáng)減弱的完整圖像。在分色濾色片系統(tǒng)的情況下，分色濾色片在孔徑位置處插入透鏡的光路。分色濾色片被構(gòu)造成使得濾色片區(qū)域被分為至少兩個(gè)不同的區(qū)域，不同區(qū)域中的顏色不同。然后，同時(shí)捕獲兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像，其中6第一自動(dòng)聚焦圖像重疊在第二自動(dòng)聚焦圖像上，但是由于第一和第二自動(dòng)聚焦圖像的顏色不同，在重疊后的圖像中二者沒有重疊的區(qū)域可對(duì)它們進(jìn)行區(qū)分。在分孔徑裝置的情況下，在孔徑的至少兩個(gè)不同部分上按順序部分地遮擋孔徑，以產(chǎn)生至少兩條光路。由于分孔徑裝置中的上述至少兩條光路沒有不同的顏色，分孔徑裝置要求對(duì)每個(gè)部分遮擋情況捕獲自動(dòng)聚焦圖像，導(dǎo)致至少捕獲兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像。在這兩種情況下，至少兩條光路之間的差導(dǎo)致這些自動(dòng)聚焦圖像與圖像中目標(biāo)物體的散焦程度以及散焦方向成比例地橫向移位。在KeiichiJP2001-174496中描述了用于自動(dòng)聚焦的分色濾色片系統(tǒng)。在這種情況下，由孔徑相對(duì)側(cè)上的兩種不同顏色構(gòu)成的分色濾色片在傳感器上產(chǎn)生兩個(gè)不同顏色(通常為藍(lán)色和紅色)的重疊圖像。存在于圖像中的任何散焦在這兩個(gè)圖像之間產(chǎn)生偏移，該偏移隨后在圖像中目標(biāo)物體的任一側(cè)上顯示為彩色邊緣。聚焦透鏡的移動(dòng)根據(jù)離開聚焦的距離來減小或放大圖像中的彩色邊緣。當(dāng)圖像完全聚焦時(shí)，彩色邊緣消失。焦點(diǎn)之內(nèi)的散焦導(dǎo)致這些邊緣在圖像中目標(biāo)物體的一側(cè)上為一種顏色，而在另一側(cè)上為另一種顏色。焦平面之外的散焦導(dǎo)致彩色邊緣的顏色相反。因此，利用該方法，通過分色濾色片拍攝的一個(gè)圖像提供自動(dòng)聚焦圖像，可對(duì)該其進(jìn)行分析以確定散焦程度和散焦方向。Keiichi不將分色濾色片系統(tǒng)用于視頻過程中的自動(dòng)聚焦，而且Keiichi使用的分色濾色片固定在光路中，使得在視頻圖像捕獲過程中由光路中的分色濾色片產(chǎn)生相當(dāng)?shù)墓鈸p耗。一般來說，光路中分色濾色片的加入向光學(xué)系統(tǒng)引入了光損耗，這易于降低自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的速度，并使得在低亮度條件下難以進(jìn)行自動(dòng)聚焦。Kurahashi、Horikawa和Wolbarsht分別在JP1997-184973、US4，631，394和US4,201，456中描述了用于自動(dòng)聚焦的分孔徑裝置。在這些公開中，交替地對(duì)孔徑進(jìn)行部分遮擋，從而產(chǎn)生多條光路。當(dāng)對(duì)多條交替光路中的每一條捕獲的自動(dòng)聚焦圖像互相比較時(shí)，這些圖像與離開聚焦的距離成比例地橫向偏移。在光學(xué)系統(tǒng)被聚焦的情況下，當(dāng)交替地對(duì)孔徑進(jìn)行部分遮擋時(shí)，多個(gè)圖像在互相比較時(shí)不一黃向偏移。對(duì)部分遮擋孔徑的光路中的至少兩條采集一組圖像。該圖像組的比較使得能夠確定圖像之間的橫向偏移以及計(jì)算相關(guān)的離開聚焦的距離。因此，利用在孔徑的至少兩個(gè)不同的部分遮掩的情況下的一組圖像，該至少兩個(gè)圖像7之間的橫向差異指出散焦程度和散焦方向。然而，Kurahashi、Horikawa和Wolbarsht沒有將分孔徑裝置用于靜止圖像的快速自動(dòng)聚焦或用于視頻捕獲過程中的自動(dòng)聚焦。因此，為了在視頻捕獲過程中使用自動(dòng)聚焦系統(tǒng)以提供逐幀自動(dòng)聚焦，需要對(duì)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是提供一種用于圖像捕獲的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其克服了上面指出的問題。通過操作用于在電子成像器上聚焦圖像的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法來實(shí)現(xiàn)該目的，所述方法包括a.提供可調(diào)透鏡系統(tǒng)，其為場(chǎng)景光確定光路，并具有至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡以將場(chǎng)景的圖像聚焦到電子成像器上；b.使場(chǎng)景光的第一部分被遮擋，以便電子成像器捕獲第一自動(dòng)聚焦圖像，并且使場(chǎng)景光的第二不同部分被遮擋，以便電子成像器捕獲第二自動(dòng)聚焦圖像，其中第一和第二自動(dòng)聚焦圖像的部分是偏移的；以及c.將可移動(dòng)透鏡移動(dòng)到一位置，使得要捕獲的圖像將焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明提供一種用于圖像捕獲設(shè)備的自動(dòng)聚焦的方法，其允許基于逐幀的自動(dòng)聚焦。例如如果視頻捕獲過程中視頻幀的至少相當(dāng)一部分是24幀/秒或更快(通常是30幀/秒)，本發(fā)明確?；旧纤械囊曨l圖像將焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。該自動(dòng)聚焦方案對(duì)于靜止圖像的捕獲過程中的自動(dòng)聚焦也是有用的。隨著數(shù)字捕獲設(shè)備所捕獲的視頻圖像的分辨率和圖像質(zhì)量的提高，對(duì)于消費(fèi)者來說，單個(gè)的視頻圖像的打印質(zhì)量將變得越來越重要。通過提高所有視頻圖像的聚焦質(zhì)量，視頻的整體質(zhì)量將被提高，并且每個(gè)視頻圖像的打印質(zhì)量也將被提高。因此，連續(xù)使用能夠?qū)σ曨l圖像或靜止圖像進(jìn)行聚焦調(diào)節(jié)的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，例如分孔徑裝置，將是重要的。本發(fā)明的所有分孔徑裝置實(shí)施例共同具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，由于取像透鏡既用于自動(dòng)聚焦圖像捕獲也用于視頻圖像捕獲，不存在視差問題。第二，由于高質(zhì)量取像透鏡與全分辨率傳感器一同用于捕獲自動(dòng)聚焦圖像，有可能像在多點(diǎn)自動(dòng)聚焦中那樣在極高分辨率圖像或圖像的高分辨率部分上進(jìn)行自動(dòng)聚焦。第三，分孔徑裝置還可用于突發(fā)模式中多個(gè)圖像的自動(dòng)聚焦或單個(gè)靜止圖像的捕獲過程中的自動(dòng)聚焦。第四，所有分孔徑裝置實(shí)施例和用于圖像捕獲設(shè)備的快門一樣操作。圖1是示出主要元件的典型現(xiàn)有技術(shù)數(shù)字相機(jī)的示意圖2是用于現(xiàn)有技術(shù)靜止圖像捕獲的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的流程圖；圖3是典型現(xiàn)有技術(shù)視頻捕獲的流程圖4是根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的示意性框圖；用于在電子成像器上聚焦圖像；圖5是圖4的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的一部分的透視圖6a、6b和6c示出下半孔徑被遮擋時(shí)、上半孔徑一皮遮擋時(shí)和孔徑不被遮擋時(shí)圖4的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)所捕獲的圖像；圖7a、7b和7c示出電光學(xué)分孔徑裝置的三種不同操作狀態(tài)；圖8a和8b示出本發(fā)明的兩個(gè)不同的實(shí)施例；圖9示出圖4的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的透鏡散焦與圖像偏移的關(guān)系曲線圖；而圖10是供在視頻圖像捕獲中用于補(bǔ)償自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和場(chǎng)景中目標(biāo)物體之間相對(duì)移動(dòng)的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的示意性框圖。具體實(shí)施例方式由于使用用于信號(hào)捕獲和校正以及用于曝光控制的成像裝置和相關(guān)電路的數(shù)碼相機(jī)是熟知的，本說明書將特別涉及形成根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的一部分的元件，或者與根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備更直接地配合的元件。文中沒有特別示出或描述的元件是從領(lǐng)域中已知的元件中選擇的。以軟件提供將要描述的實(shí)施例的各特定方面。在以下材料中給出根據(jù)本發(fā)明示出和描述的系統(tǒng)的情況下，文中沒有特別示出、描述或暗示的對(duì)于實(shí)施本發(fā)明有用的軟件是常規(guī)的，并且在該領(lǐng)域的普通技術(shù)范圍內(nèi)。具體相機(jī)配置的說明是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的，并且明顯存在多種改變和附加特性。所述自動(dòng)聚焦系統(tǒng)包括可被拆卸和替換的透鏡。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明適用于任何類型的數(shù)碼相機(jī)，其中由可替代的元件提供相似的功能。還可使用例如移動(dòng)電話和機(jī)動(dòng)車的非相機(jī)設(shè)備來實(shí)施本發(fā)明。9示出主要系統(tǒng)元件的典型現(xiàn)有技術(shù)數(shù)碼相機(jī)的示意圖在圖1中示出。數(shù)碼相機(jī)包括可調(diào)透鏡系統(tǒng)12，其具有至少一個(gè)將圖像聚焦到電子成像器16上的可移動(dòng)透鏡14;按鈕18,當(dāng)操作員按下該按鈕18時(shí)，啟動(dòng)對(duì)靜止圖像、突發(fā)情況下的短圖像序列、或像在視頻中那樣的較長(zhǎng)圖像序列的捕獲；以及孔徑或光圏20,其用于控制通向電子成像器16的光量。數(shù)字信號(hào)處理器22能夠分析數(shù)據(jù)以確定提供最佳聚焦質(zhì)量的聚焦條件。數(shù)字信號(hào)處理器22還控制用于移動(dòng)可移動(dòng)透鏡14的常規(guī)結(jié)構(gòu)，以將圖像聚焦到電子成像器16上。此外，數(shù)字存儲(chǔ)元件24用于存儲(chǔ)與靜止圖像或構(gòu)成視頻的圖像序列對(duì)應(yīng)的數(shù)字信息。圖2中示出圖1的現(xiàn)有技術(shù)數(shù)碼相機(jī)的用于捕獲靜止圖像的典型現(xiàn)有技術(shù)事例程序的流程圖。步驟30中，壓下按鈕18以啟動(dòng)捕獲程序。更特別地，按鈕18具有將在本公開中的下文描述的三個(gè)不同的位置S0、Sl和S2。步驟32中，用在一系列不同的位置的可移動(dòng)透鏡14以常規(guī)方式捕獲5-20或更多個(gè)自動(dòng)聚焦圖像。步驟34中，數(shù)字信號(hào)處理器22分析數(shù)字化自動(dòng)聚焦圖像以確定將產(chǎn)生最佳聚焦的可移動(dòng)透鏡位置。步驟36中，可移動(dòng)透鏡14被移至產(chǎn)生最佳聚焦的位置。步驟38中，圖l的數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)捕獲聚焦的圖像。圖3中示出用于視頻圖像捕獲的現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的流程圖。步驟40中，壓下按鈕18以啟動(dòng)視頻捕獲。用于視頻的自動(dòng)聚焦使用與用于靜止圖像捕獲的程序類似的程序，其不同之處在于，自動(dòng)聚焦圖像和視頻圖像是相同的圖像。自動(dòng)聚焦圖像是每個(gè)視頻圖像的一小部分。在通過透鏡自動(dòng)聚焦的方法中，為了確定最佳聚焦的條件，必須利用不同位置的可移動(dòng)透鏡產(chǎn)生5-20或更多個(gè)自動(dòng)聚焦圖像，結(jié)果導(dǎo)致很多視頻圖像沒有良好聚焦。見步驟42。步驟44中，用數(shù)字信號(hào)處理器22測(cè)量每個(gè)圖像的對(duì)比度。步驟46中，數(shù)字信號(hào)處理器22將具有最高對(duì)比度的圖像確定為具有最佳聚焦條件的圖像。步驟48中，可移動(dòng)透鏡被移至與具有最高對(duì)比度的圖像對(duì)應(yīng)的位置。步驟50中繼續(xù)視頻圖像的捕獲。步驟52中，數(shù)字圖像處理器22重復(fù)類似的功能以估計(jì)重新聚焦的需求。每當(dāng)在視頻捕獲過程中檢測(cè)到場(chǎng)景中聚焦條件的變化時(shí)，重復(fù)自動(dòng)聚焦程序，并且產(chǎn)生更多的沒有良好聚焦的視頻圖像。當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)用于靜止圖像或視頻的捕獲時(shí)，必須用不同位置的可移動(dòng)透鏡捕獲5-20或更多個(gè)自動(dòng)聚焦圖像的序列。然后，對(duì)每個(gè)自動(dòng)聚焦圖像的一部分進(jìn)行分析以確定產(chǎn)生最佳聚焦質(zhì)量的可移動(dòng)透鏡的位置。然后，可移動(dòng)透鏡被移回至產(chǎn)生最佳聚焦質(zhì)量的位置，并且捕獲靜止圖像。盡管該方法產(chǎn)生高度準(zhǔn)確聚焦的圖像，由于在捕獲圖像的時(shí)刻之前必須捕獲和為對(duì)比度測(cè)量大量自動(dòng)聚焦圖像，在操作員按下捕獲按鈕的時(shí)刻和圖像被捕獲的時(shí)刻之間產(chǎn)生很大的延遲時(shí)間。因此，該方法不適合于在例如運(yùn)動(dòng)事件的需要快速自動(dòng)聚焦的情況下的靜止圖像捕獲，或聚焦質(zhì)量很重要的視頻捕獲情況。以下信息應(yīng)當(dāng)有助于在更詳細(xì)地討-淪本發(fā)明之前對(duì)其進(jìn)行理解。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的一個(gè)重要特征提供了一種自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其能夠單獨(dú)地聚焦視頻的每一幀，使得基本上所有的視頻圖像都被良好聚焦。聚焦,'本發(fā)明能夠以八1/30秒的周期連續(xù)操作。根據(jù)本說明書，逐幀自動(dòng)聚焦的闡述里包括其中在視頻幀的捕獲之前進(jìn)行聚焦測(cè)量和可移動(dòng)透鏡的移動(dòng)的情況；其中在自動(dòng)聚焦圖像或視頻圖像的捕獲過程中進(jìn)行聚焦測(cè)量或可移動(dòng)透鏡的移動(dòng)的情況；以及其中在一個(gè)視頻幀中收集自動(dòng)聚焦信息并且可移動(dòng)透鏡的移動(dòng)被應(yīng)用于下一個(gè)視頻幀的情況。在所有的情況中，自動(dòng)聚焦控制將被應(yīng)用于每個(gè)視頻圖像幀。一般來說，聚焦條件變化以及修正從一幀到下一幀聚焦條件變化所需的可移動(dòng)透鏡的相關(guān)移動(dòng)是很小的。在一些情況下，如果計(jì)算的離開聚焦的距離在透鏡的模糊圈(blurcircle)之內(nèi)，不重定位可移動(dòng)透鏡是優(yōu)選的。在另一些情況下，限制幀之間可移動(dòng)透鏡位置的變化量以提供幀之間聚焦的更平滑的轉(zhuǎn)變，是優(yōu)選的。本發(fā)明描述了用于產(chǎn)生快速和準(zhǔn)確的聚焦測(cè)量的方案，可用在自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中，以便于當(dāng)以大約24幀/秒或更快的視頻捕獲速率捕獲視頻圖像序列時(shí)，基于逐幀針對(duì)聚焦條件變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)提供了一種聚焦測(cè)量，其可用于在24幀/秒或更快的幀速率下測(cè)量圖像的聚焦質(zhì)量，使得可在為圖像捕獲提高聚焦準(zhǔn)確度以及增加可利用光的使用的同時(shí)在視頻片段的每一幀上進(jìn)行聚焦調(diào)節(jié)。通過使得每一幀都能夠被聚焦，視頻的整體圖像質(zhì)量被提高，從而在視頻捕獲和靜止圖像捕獲的過程中，基于視頻版本的，相機(jī)上顯示的預(yù)覽圖像的圖像質(zhì)量被提高。ii本發(fā)明依靠半孔徑遮擋器的使用來交替地遮擋孔徑一側(cè)的一部分，以及之后遮擋孔徑另一側(cè)的一部分。在一些情況下，移開半孔徑遮擋器或使其對(duì)視頻幀捕獲或靜止圖像捕獲的一部分基本透明，是有利的。半孔徑遮擋器可有若干種形式，既可以是電光學(xué)形式如液晶元件或電致變色器件；或者也可以是機(jī)械裝置如移去部分的轉(zhuǎn)盤或樞轉(zhuǎn)部件或滑動(dòng)部件。在本發(fā)明的精神下，任何能夠提供以下三(3)種操作狀態(tài)的裝置將為本發(fā)明提供適當(dāng)?shù)墓δ苁紫?，在孔徑的一?cè)上限制光；然后，在孔徑的另一側(cè)上限制光；然后，基本不限制光。還應(yīng)當(dāng)注意的是，半孔徑遮擋器的取向不重要如果半孔徑遮擋器交替地遮擋孔徑頂部和底部或孔徑相對(duì)側(cè)，裝置的操作將同樣良好。圖4中示出具有如本發(fā)明所描述的分孔徑裝置的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的示意性框圖，而圖5中示出具有如本發(fā)明所描述的分孔徑裝置60的透鏡組件的透視圖。在這種情況下，在孔徑的兩側(cè)被交替地遮擋例如各1/120秒的情況下，捕獲兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像；與自動(dòng)聚焦圖像分開地在不遮擋孔徑的情況下捕獲視頻幀，或者與兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像同時(shí)捕獲視頻幀。當(dāng)在電子成像器16上進(jìn)行捕獲時(shí)，自動(dòng)聚焦圖像和視頻幀可采用相同或不同的像素。聚焦的分孔徑測(cè)量類似于分色濾色片的聚焦測(cè)量通過交替遮擋一半孔徑來建立兩條光路。然而，在使用分孔徑裝置的本發(fā)明的情況下，在不同時(shí)刻建立兩條光路并從而產(chǎn)生兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像。如圖6a、6b和6c所示，通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)圖像之間的橫向偏移來檢測(cè)離開聚焦的距離。在圖6a中，通過遮擋孔徑的下半部分來捕獲自動(dòng)聚焦靜止圖像。在圖6b中，通過遮擋孔徑的上半部分來捕獲相同的圖像。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖6b中的自動(dòng)聚焦圖像與圖6a中的自動(dòng)聚焦圖像相比有垂直方向的偏移。通過互相相關(guān)兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像并確定它們之間的像素偏移來完成兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像之間的橫向偏移。如果圖像的期望部分良好聚焦，對(duì)應(yīng)于該部分的兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像將精確地相互疊加，并且將沖全測(cè)不到偏移。如果圖像的期望部分失焦，該部分中兩個(gè)圖像相互之間將有偏移。兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像之間的偏移距離和偏移方向與可移動(dòng)透鏡必須移動(dòng)以聚焦圖像該部分的距離和方向有關(guān)。參照?qǐng)D4和圖5以及圖7a、7b和7c對(duì)使用液晶元件的分孔徑裝置60進(jìn)行描述。液晶元件在本領(lǐng)域中是熟知的。在這種情況下，液晶元件12具有兩個(gè)遮擋器，它們可在兩種不同條件下獨(dú)立操作。在第一種條件下，第一遮擋器透明并透射光。在第二種條件下，第二遮擋器不透明，并使沿光軸X-X的光被遮掩或被遮擋，第一像素上沒有施加電壓差，并且第一像素是不透明的。第二像素上施加了電壓差，并且第二像素是透明的。相似地，在圖7b中，第二像素上沒有施加電壓差并且第二像素是不透明的，而第一像素上施加了電壓差并且第一像素是透明的。在圖7c中，兩個(gè)像素上都施加了電壓差并且兩個(gè)像素都是透明的?，F(xiàn)在應(yīng)當(dāng)清楚的是，分孔徑裝置60包括第一和第二部分或像素，其中在第一和第二條件下，每個(gè)像素有效地分別透射沿光路X-X的光，或限制該光達(dá)到電子成像器16。圖5通過定義光路X-X并包括固定透鏡64和可移動(dòng)透鏡14來示出可調(diào)透鏡系統(tǒng)?？烧{(diào)透鏡系統(tǒng)使得圖像被聚焦在電子成像器16上。特別地，回到圖4，示出了固定透鏡64、可移動(dòng)透鏡14、分孔徑裝置60以及電子成像器16。如圖7a、7b和7c所示，圖像順序控制器70決定分孔徑裝置60的操作順序。半快門控制器72接收來自順序控制器70的輸入并在分孔徑裝置60中的液晶元件的不同部分或像素上施加電壓差。自動(dòng)聚焦系統(tǒng)通過圖7a-7c所示的順序進(jìn)行操作。在圖7a中，電子成像器16捕獲自動(dòng)聚焦圖像，其中液晶元件的第一像素不透明。該圖像被導(dǎo)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器74。圖像順序控制器70將自動(dòng)聚焦圖像導(dǎo)入自動(dòng)聚焦臨時(shí)儲(chǔ)存存儲(chǔ)器76。然后，順序控制器使得第二自動(dòng)聚焦圖像被捕獲(見圖7b)并將其導(dǎo)入臨時(shí)儲(chǔ)存存儲(chǔ)器78?？勺鳛槲⑻幚砥饕徊糠值牟襟E80對(duì)兩個(gè)已存儲(chǔ)自動(dòng)聚焦圖像進(jìn)行相關(guān)，以測(cè)量?jī)蓚€(gè)已存儲(chǔ)自動(dòng)聚焦圖像之間的偏移。當(dāng)圖像有偏移時(shí)產(chǎn)生誤差信號(hào)，該信號(hào)被提供給操作透鏡移動(dòng)裝置84的可移動(dòng)透鏡位置控制器82。透鏡移動(dòng)裝置84對(duì)可移動(dòng)透鏡14進(jìn)行平移，以使得在要捕獲聚焦的圖像時(shí)，場(chǎng)景的圖像焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。在聚焦后，聚焦的圖像被捕獲并移入圖像存儲(chǔ)器79。如本領(lǐng)域中所熟知的，該圖像可被打印或傳送給其他裝置。圖8a示出機(jī)械式分孔徑裝置60的實(shí)施例，該機(jī)械式分孔徑裝置60使用第一半孔徑遮擋器61和第二半孔徑遮擋器62。在第一操作狀態(tài)中，半快門控制器72向第一半孔徑遮擋器控制器66發(fā)信號(hào)，使得第一半孔徑遮擋器61滑動(dòng)并限制沿光路X-X的光達(dá)到成像器16。在第二操作狀態(tài)中，半快門控制器72向第二半孔徑遮擋器控制器67發(fā)信號(hào)，使得第二半孔徑遮擋器62滑動(dòng)并限制沿光路X-X的光達(dá)到電子成像器16。當(dāng)分孔徑裝置在第一操作狀態(tài)中時(shí)，電子成像器16捕獲第一自動(dòng)聚焦圖像(見圖7a)。該圖像被導(dǎo)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器74。圖像順序控制器70將該自動(dòng)聚焦圖像導(dǎo)入自動(dòng)聚焦臨時(shí)儲(chǔ)存存儲(chǔ)器76。然后，順序控制器使得當(dāng)分孔徑裝置處于第二操作狀態(tài)時(shí)，第二自動(dòng)聚焦圖像被電子成像器16捕獲(見圖7b)。該第二自動(dòng)聚焦圖像被導(dǎo)入臨時(shí)儲(chǔ)存存儲(chǔ)器78。然后，步驟80計(jì)算兩個(gè)圖像之間的偏移。所得到的誤差信號(hào)被提供給對(duì)平移可移動(dòng)透鏡14的透鏡移動(dòng)裝置84進(jìn)行操作的可移動(dòng)透鏡位置控制器82,使得當(dāng)聚焦的圖像被捕獲時(shí)場(chǎng)景的圖像焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。在聚焦之后，半快門控制器72向半孔徑遮擋器控制器66、67兩者發(fā)信號(hào)，以便允許沿光路X-X的所有光都照射成像器(見圖7c)。在該第三操作狀態(tài)中，聚焦的圖像被捕獲并被移入圖像存儲(chǔ)器79。圖8b示出使用電動(dòng)機(jī)63以旋轉(zhuǎn)盤65的機(jī)械式分孔徑裝置60的實(shí)施例。盤65不透明，并具有兩個(gè)分隔的開口。在第一操作狀態(tài)中，盤65被旋轉(zhuǎn)并停止，使得允許沿光路X-X的光照射成像器16的第一部分。在第二操作狀態(tài)中，盤65被旋轉(zhuǎn)并停止，使得允許沿光路X-X的光照射成像器16的第二部分。當(dāng)分孔徑裝置處于第一操作狀態(tài)時(shí)，電子成像器16捕獲第一自動(dòng)聚焦圖像(見圖7a)。該圖像被導(dǎo)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器74。圖像順序控制器70將該自動(dòng)聚焦圖像導(dǎo)入自動(dòng)聚焦臨時(shí)儲(chǔ)存存儲(chǔ)器76。然后，順序控制器使得當(dāng)分孔徑裝置處于第二操作狀態(tài)時(shí)，第二自動(dòng)聚焦圖像被電子成像器16捕獲(見圖7b)。該第二自動(dòng)聚焦圖像被導(dǎo)入自動(dòng)聚焦臨時(shí)儲(chǔ)存存儲(chǔ)器78。然后，步驟80計(jì)算兩個(gè)圖像之間的偏移。所得到的誤差信號(hào)被提供給對(duì)平移可移動(dòng)透鏡14的透鏡移動(dòng)裝置84進(jìn)行操作的可移動(dòng)透鏡位置控制器82,使得當(dāng)捕獲聚焦的圖像時(shí)場(chǎng)景的圖像焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。在聚焦之后，盤65被旋轉(zhuǎn)并停止，使得允許沿光路X-X的所有光都照射成像器(見圖7c)。在第三操作狀態(tài)中，聚焦的圖像被捕獲并被移入圖像存儲(chǔ)器79。應(yīng)當(dāng)注意的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到該實(shí)施例可被進(jìn)一步改進(jìn)，以便于允許使用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的盤。在步驟80中，產(chǎn)生圖9所示曲線圖示出的誤差信號(hào)。根據(jù)相機(jī)的設(shè)計(jì)，每個(gè)特定相機(jī)具有其特有的曲線圖。在該示例性實(shí)例中，當(dāng)圖像偏差或偏移時(shí)，如曲線圖的X軸所示，誤差信號(hào)是可移動(dòng)透鏡14所需14的位置變化的量。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，可將該曲線圖包含在查詢表中，對(duì)于任何特定的相機(jī)設(shè)計(jì)，可通過實(shí)驗(yàn)確定該曲線圖。在捕獲^L頻時(shí)，也可使用如圖4所示的系統(tǒng)。如圖7a、7b和7c所示的遮擋方案為每一幀重復(fù)一次。例如，如果視頻有1800幀，自動(dòng)聚焦系統(tǒng)將為基本上所有的幀調(diào)節(jié)可移動(dòng)透鏡14。在本發(fā)明的精神下，在本發(fā)明的不同實(shí)施例下，兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像和一見頻幀的捕獲順序可不同。圖10是供在視頻幀捕獲中使用的包括補(bǔ)償自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和場(chǎng)景中目標(biāo)物體之間相對(duì)移動(dòng)的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的示意性框圖。利用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的微處理器(見圖l)可實(shí)施圖10中的步驟。如果步驟與圖4中的步驟對(duì)應(yīng)，將采用相同的附圖標(biāo)記。為了校正場(chǎng)景中的目標(biāo)物體與自動(dòng)聚焦系統(tǒng)之間的相對(duì)移動(dòng)，兩個(gè)基本聚焦的圖像必須被捕獲并存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器77中。以如圖4所述的相同方式捕獲這些圖像。然后，在步驟90中對(duì)最后兩個(gè)捕獲的視頻圖像進(jìn)行相關(guān)以確定兩個(gè)視頻圖像之間的移動(dòng)。該相關(guān)是熟知的，并且必須利用兩個(gè)圖像之間的對(duì)比度差異來進(jìn)行。參見例如，共同轉(zhuǎn)讓的美國專利第4,673，276號(hào)，通過引用將其公開結(jié)合在本文中。步驟76和78中執(zhí)行的自動(dòng)聚焦處理與圖4中相同。在步驟92中，倒數(shù)第二個(gè)自動(dòng)聚焦圖像被修正以補(bǔ)償步驟90中計(jì)算得到移動(dòng)。因此，事實(shí)上產(chǎn)生了一個(gè)新的自動(dòng)聚焦圖像并且步驟80提供如圖4所述的功能。更特別地，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如表1(如下所示)所示交替地捕獲自動(dòng)聚焦圖像和視頻圖像。例如，當(dāng)以30幀/秒捕獲視頻圖像時(shí)，可用于每個(gè)自動(dòng)聚焦圖像和每個(gè)視頻幀的交替采集的時(shí)間各為1/60秒。聚焦條件的計(jì)算是基于最后兩個(gè)捕獲的自動(dòng)聚焦圖像。15表1-利用分孔徑自動(dòng)聚焦的視頻捕獲時(shí)間秒按鈕操作孔徑操作自動(dòng)聚焦圖像捕獲操作視頻圖像捕獲操作圖像分析操作0按下按鈕SO到S2不遮擋孑L徑啟動(dòng)第一視頻捕獲1/60遮擋第一半孔徑啟動(dòng)第一自動(dòng)聚焦捕獲卸栽視頻捕獲并復(fù)位全部像素1/30不遮擋孔徑卸載第一自動(dòng)聚焦圖像并復(fù)位全部像素啟動(dòng)第二視頻捕獲3/60遮擋第二半孔徑啟動(dòng)第二自動(dòng)聚焦捕獲卸載視頻捕獲并復(fù)位全部像素對(duì)第一和第二視頻圖像進(jìn)行相關(guān)以確定場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)(和相才幾移動(dòng))2/30不遮擋孔徑卸載第二自動(dòng)聚焦圖像并復(fù)位全部像素啟動(dòng)第三視頻捕獲為場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)校正第二自動(dòng)聚焦圖像并計(jì)算聚焦圖像需要的透鏡位移5/60遮擋第一半孔徑啟動(dòng)第三自動(dòng)聚焦捕獲卸載視頻捕獲并復(fù)位全部像素對(duì)第二和第三視頻圖像進(jìn)行相關(guān)以確定場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)(和相才幾移動(dòng))3/30不遮^當(dāng)孑L徑卸載第三自動(dòng)聚焦圖像并復(fù)位全部像素啟動(dòng)第四視頻捕獲為場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)校正第三自動(dòng)聚焦圖像并計(jì)算聚焦圖像需要的透鏡位移到結(jié)束重復(fù)重復(fù)重復(fù)重復(fù)重復(fù)16在該實(shí)施例中，由于自動(dòng)聚焦圖像的捕獲在時(shí)間上是分開的，相機(jī)或自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的移動(dòng)和場(chǎng)景中的移動(dòng)有可能降低聚焦條件計(jì)算的準(zhǔn)確度。為了進(jìn)一步提高聚焦測(cè)量的準(zhǔn)確度，增加了對(duì)相機(jī)移動(dòng)或場(chǎng)景中移動(dòng)的校正。移動(dòng)校正包括在步驟90中互相比4交最后兩個(gè)一見頻圖像以確定相機(jī)和場(chǎng)景中目標(biāo)物體之間的相對(duì)移動(dòng)。然后，可基于確定的場(chǎng)景中的移動(dòng)或相機(jī)的移動(dòng)來修正一個(gè)或兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像，以校正相機(jī)的移動(dòng)或場(chǎng)景中的移動(dòng)。通過修正一個(gè)或兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像以校正場(chǎng)景中的移動(dòng)或相機(jī)中的移動(dòng)，提高了聚焦計(jì)算的準(zhǔn)確度。該實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是，通過分開自動(dòng)聚焦圖像捕獲與視頻圖像捕獲，在視頻幀中避免了由遮擋一半孔徑產(chǎn)生的散射光帶來的任何圖像惡化。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的任何實(shí)施例的自動(dòng)聚焦圖像可以是亞采樣圖像以減少像素的數(shù)量，以便實(shí)現(xiàn)從成像器中快速卸載自動(dòng)聚焦圖像。已描述的自動(dòng)聚焦方案很適合用于靜止圖像以及視頻幀的自動(dòng)聚焦，在靜止圖像的捕獲過程中，分孔徑裝置要求對(duì)自動(dòng)聚焦的操作進(jìn)行一些修正。表2和3(如下所示)示出利用分孔徑裝置進(jìn)行靜止圖像捕獲的自動(dòng)聚焦的操作時(shí)間線。17表2-利用分孔徑裝置的靜止圖像捕獲<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表3-利用分孔徑裝置的靜止圖像捕獲時(shí)間秒按鈕操作孔徑操作自動(dòng)聚焦圖像捕獲操作靜止圖像捕獲操作圖像分析操作0按下按鈕so到Sl并保持遮擋第一半孔徑啟動(dòng)亞采樣自動(dòng)聚焦捕獲1/60切換至遮擋第二半孔徑卸載第一亞采樣自動(dòng)聚焦圖像，復(fù)位自動(dòng)聚焦像素并啟動(dòng)第二亞采樣自動(dòng)聚焦捕荻1/30卸載第二亞采樣自動(dòng)聚焦圖像，復(fù)位傳感器3/60將孔徑遮擋器從孔徑處移開分析自動(dòng)聚焦捕獲，計(jì)算聚焦圖像需要的透鏡位移，計(jì)算曝光2/30移動(dòng)透鏡來聚焦，為了啄光調(diào)節(jié)孔徑和快門其后按下按鈕Sl到S2啟動(dòng)全分辨率靜止圖像捕獲卸載全分辨率靜止圖像并復(fù)位傳感器19表2示出特別針對(duì)靜止圖像捕獲的方案的操作時(shí)間線，在這種情況下，將捕獲按鈕從SQ—直按下到S2。其中，捕獲按鈕具有三種位置SO是在操作員還沒有按下捕獲按鈕的情況下的起始位置；Sl是其中相機(jī)計(jì)算自動(dòng)聚焦和自動(dòng)曝光而不啟動(dòng)圖像捕獲的中間位置；S2是其中一旦自動(dòng)聚焦和自動(dòng)曝光完成，相機(jī)啟動(dòng)圖像捕獲的位置。在將捕獲按鈕從SO直接按下到S2的情況下，在捕獲靜止圖像之前分孔徑裝置必須捕獲兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像，分析自動(dòng)聚焦圖像以得到偏移，計(jì)算誤差，計(jì)算曝光，將可移動(dòng)透鏡移至正確位置以及為了曝光調(diào)整孔徑和快門。在這種情況下，由于圖像可能失焦，必須在可捕獲靜止圖像之前測(cè)量并校正圖像聚焦。不同于視頻圖像捕獲的情況，在靜止圖像捕獲的過程中，在捕獲了自動(dòng)聚焦圖像之后，可使兩個(gè)半孔徑遮擋器在靜止圖像捕獲的過程中基本透明，以便為靜止圖像捕獲提供更多的光，從而為靜止圖像捕獲增加送至圖像傳感器的光。例如，自動(dòng)聚焦所需的時(shí)間大約就是捕獲一個(gè)視頻幀的時(shí)間或1/30秒。該方法比基于通過透鏡的對(duì)比度的典型自動(dòng)聚焦系統(tǒng)快很多，所述典型自動(dòng)聚焦系統(tǒng)需要捕獲并分析5到20個(gè)自動(dòng)聚焦圖像，使得自動(dòng)聚焦時(shí)間為0.4到2.0秒。表3示出另一方案的操作時(shí)間線，其中首先將按鈕從SO按下一半到Sl,以便于在將按鈕從S1接著按下到S2以捕獲靜止圖像之前允許相機(jī)自動(dòng)聚焦和自動(dòng)曝光。在這種情況下，利用各自通過遮擋一半孔徑捕獲的兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦。和表2所述的情況一樣，在捕獲了自動(dòng)聚焦圖像之后，可使半孔徑遮擋器基板透明，從而允許更多的光達(dá)到圖像傳感器以捕獲靜止圖像。在這種情況下，由于在將按鈕從S1按下到S2之前實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)聚焦和自動(dòng)曝光，當(dāng)將按鈕從Sl按下到S2時(shí)，捕獲所需的最終時(shí)間基本為零。表4(如下所示)示出用于視頻捕獲的分孔徑裝置的另一操作時(shí)間線。在該實(shí)施例中，當(dāng)按下按鈕18時(shí)，使第一半孔徑遮擋器基本不透明而使第二半孔徑遮擋器基本透明，并且同時(shí)啟動(dòng)第一自動(dòng)聚焦圖像捕獲和視頻捕獲。對(duì)于該特定實(shí)例，在大約1/60秒后，從傳感器卸載第一自動(dòng)聚焦圖像，傳感器的該部分被復(fù)位，使第一半孔徑遮擋器基本透明并且使第二半孔徑遮擋器基本不透明。然后，當(dāng)視頻圖像的捕獲繼續(xù)時(shí)，啟動(dòng)第二自動(dòng)聚焦圖像的捕獲。在1/30秒后，從傳感器卸載第二自動(dòng)聚焦圖像并且從傳感器卸載視頻圖像，使第二半孔徑遮擋器基本透20明并復(fù)位傳感器。然后，重復(fù)該處理，同時(shí)分析自動(dòng)聚焦圖像以確定偏移和誤差，改進(jìn)聚焦所需的可移動(dòng)透鏡位移，以及計(jì)算曝光。然后，將可移動(dòng)透鏡移至新的聚焦位置，并對(duì)快門進(jìn)行調(diào)整以校正曝光。21表4-利用分孔徑自動(dòng)聚焦裝置的視頻捕獲<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>本發(fā)明的該方案的優(yōu)點(diǎn)在于其為自動(dòng)聚焦圖像捕獲和視頻圖像提供了相對(duì)長(zhǎng)的曝光；由于自動(dòng)聚焦圖像較慢的幀速率，半孔徑遮擋器的移動(dòng)相對(duì)筒單；以及自動(dòng)聚焦圖像和視頻圖像的卸載速度相對(duì)慢。該方案很適合于其中與視頻幀相比，電子成像器上的不同像素被用于自動(dòng)聚焦圖像的情況。本發(fā)明的另一方案使用用于自動(dòng)聚焦視頻圖像的分孔徑裝置，其中第一和第二半孔徑遮擋器用于自動(dòng)聚焦圖像的快速捕獲，可單獨(dú)地使第一和第二半孔徑遮擋器基本透明或基本不透明，以交替地遮擋孔徑的一側(cè)并隨后遮擋孔徑的另一側(cè)。例如，首先在將孔徑的兩側(cè)交替地各遮擋1/120秒時(shí)捕獲兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像。在自動(dòng)聚焦圖像的捕獲之后，使兩個(gè)半孔徑遮擋器都基本透明以捕獲視頻幀。表5(如下所示)中示出用于該方案的時(shí)間線。23表5-利用分孔徑自動(dòng)聚焦的視頻捕獲時(shí)間秒按鈕操作孔徑操作自動(dòng)聚焦圖像捕獲操作視頻圖像捕獲操作圖像分析操作0按下按鈕SO到S2遮擋第一半孔徑啟動(dòng)自動(dòng)聚焦捕獲1/120切換至遮擋第二半孔徑卸載第一自動(dòng)聚焦圖像，復(fù)位自動(dòng)聚焦像素并啟動(dòng)第二自動(dòng)聚焦捕獲1/60卸載第二自動(dòng)聚焦圖像，復(fù)位自動(dòng)聚焦像素并啟動(dòng)下一自動(dòng)聚焦捕獲啟動(dòng)一見頻捕獲分析自動(dòng)聚焦捕獲，計(jì)算聚焦圖像需要的透鏡位移，計(jì)算曝光1/30卸載視頻捕獲并復(fù)位移動(dòng)透鏡來聚焦，為了曝光調(diào)節(jié)快門5/120重復(fù)重復(fù)重復(fù)重復(fù)24本發(fā)明的另一方案也使用具有半孔徑遮擋器的用于自動(dòng)聚焦的分孔徑裝置，可使半孔徑遮擋器基本透明或基本不透明，以便于交替地遮擋孔徑的一側(cè)并隨后遮擋孔徑的另一側(cè)。例如，在將孔徑的兩側(cè)交替地各遮擋1/120秒時(shí)捕獲兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像。在自動(dòng)聚焦圖像的捕獲之后，使兩個(gè)半孔徑遮擋器都基本透明1/60秒。在該方案中，視頻圖像捕獲實(shí)際上在遮擋一半孔徑時(shí)捕獲兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像的時(shí)間上以及在不遮擋孔徑的時(shí)間內(nèi)累計(jì)1/30秒的時(shí)間，是積分的。該方案可為一見頻圖像捕獲提供很長(zhǎng)的曝光。實(shí)例1作為一實(shí)例描述一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在該例子中使用快速液晶元件，如可/人LC-TecDisplay(LC-TECDISPLAYAB，Tunavagen281，SE-78173Borlange,瑞典)購買的，例如FOS-PSCT型號(hào)。通過施加大約100伏特的電壓，該元件從白色變成透明。以兩個(gè)可獨(dú)立控制的部分來布置該元件，以一次遮擋一半孔徑(一半白色，一半透明)，該元件還能夠在基本無限制模式(兩部分基本都透明)下或完全白色模式(兩部分都為白色)下操作。另外，存在至少一部分像素未濾色或是全色的成像器，其中未濾色或全色像素用于從基本覆蓋整個(gè)可見光范圍的波長(zhǎng)中捕獲單色自動(dòng)聚焦圖像。該液晶元件的優(yōu)點(diǎn)在于，其能夠在小于0.001秒的時(shí)間內(nèi)從打開轉(zhuǎn)換為關(guān)閉，并且透射從透明操作狀態(tài)中的80%以上轉(zhuǎn)到白色操作狀態(tài)中的小于5%。該液晶元件的缺點(diǎn)在于，白色操作狀態(tài)中快門對(duì)光進(jìn)行散射，使得在自動(dòng)聚焦圖像捕獲的過程中產(chǎn)生一定水平的漫射光。使用至少一部分像素未濾色或是全色的成像器的優(yōu)點(diǎn)在于，消除了由傳感器上的濾色片陣列帶來的光損耗，從而允許很快速的自動(dòng)聚焦圖像捕獲而不需要像素裝倉或像素累加，像素裝倉或像素累加會(huì)減小自動(dòng)聚焦圖像的分辨率并從而降低聚焦測(cè)量的準(zhǔn)確度。通過使用具有用于單色自動(dòng)聚焦圖像的至少一部分未濾色或全色像素的成像器，由于可在為自動(dòng)聚焦圖像捕獲分配的時(shí)間內(nèi)更有效地收集光線，還提高了弱光情形下的自動(dòng)聚焦速度和準(zhǔn)確度。圖4示出分孔徑裝置的優(yōu)選實(shí)施例，該分孔徑裝置具有布置為在自動(dòng)聚焦圖像捕獲過程中交替地一次遮擋一半孔徑的快速液晶元件。特定的成像器具有彩色像素，并且一些未濾色或全色的像素沒有在圖4中示25出，但它是實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明中所述的自動(dòng)聚焦圖像的快速捕獲的重要特征。表5示出分孔徑裝置的優(yōu)選實(shí)施例的時(shí)間線，其中與視頻圖像捕獲分開地捕獲自動(dòng)聚焦圖像。在這種情況下，當(dāng)隨著用如圖4所示的高速液晶元件交替地遮擋一半孔徑來以30幀/秒捕獲一見頻時(shí)，兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像各在大約1/120秒內(nèi)被捕獲。在兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像的捕獲之后，在大約1/60秒的視頻捕獲時(shí)間內(nèi)不遮擋孔徑。在視頻捕獲時(shí)間內(nèi)，根據(jù)需要對(duì)兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像進(jìn)行分析并對(duì)可移動(dòng)透鏡進(jìn)行重定位。然后，重復(fù)該處理以聚焦視頻片段的每一幀。該快速液晶元件和具有至少一部分未濾色或全色像素的成像器的優(yōu)點(diǎn)之一在于，可與視頻圖像分開地捕獲自動(dòng)聚焦圖像。當(dāng)以30幀/秒捕獲視頻時(shí)，快速液晶元件可以足夠快的速度交替地遮擋一半孔徑來進(jìn)行自動(dòng)聚焦圖像捕獲，以支持用于自動(dòng)聚焦圖像捕獲的1/120秒的曝光時(shí)間。通過分開地捕獲自動(dòng)聚焦圖像，遮擋過程中高速液晶元件所產(chǎn)生的散射的漫射光不影響視頻圖像的圖像質(zhì)量。并且，通過使用具有至少一部分未濾色或全色像素的成像器，傳感器的光收集效率高到足以實(shí)現(xiàn)在1/120秒內(nèi)捕獲自動(dòng)聚焦圖像。實(shí)例2在作為特別適合于靜止圖像捕獲的實(shí)例的另一優(yōu)選實(shí)施例中使用分孔徑裝置。在該實(shí)施例中，在捕獲自動(dòng)聚焦圖像之前，可移動(dòng)透鏡被定位在極限位置一近景深點(diǎn)(nearfocus)或者遠(yuǎn)景深點(diǎn)(farfocus)位置，圖像將顯著失焦，確保兩個(gè)自動(dòng)聚焦圖像之間有很大的差異。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，為分析提供了大信號(hào)以確定最佳聚焦質(zhì)量所需的可移動(dòng)透鏡位置。此后，捕獲自動(dòng)聚焦圖像和靜止圖像的時(shí)間安排將類似于表2和3所示的時(shí)間安排。實(shí)例3在作為實(shí)例的另一優(yōu)選實(shí)施例中，在場(chǎng)景內(nèi)容快速變化的情況下，幀到幀的聚焦變化可能比所期望的要快。在這種情況下，可對(duì)幀間的聚焦變化速率加以限制。每一幀還是將被單獨(dú)聚焦，但是不允許幀間的聚焦變化超過該限制。通過限制幀間的聚焦變化，視頻片段中的聚焦變化將顯得更平滑。實(shí)例426在另一優(yōu)選實(shí)施例中，使用了類似于實(shí)例1中所述的系統(tǒng)，其具有可一次遮擋一半孔徑或基本不遮擋孔徑的高速液晶元件。如表5所示，自動(dòng)聚焦圖像和視頻圖像被交替地捕獲。在該實(shí)施例中，當(dāng)以30幀/秒捕獲視頻圖像時(shí)，可用于捕獲自動(dòng)聚焦圖像的時(shí)間增加到1/60秒，以提高低亮度條件下的自動(dòng)聚焦性能。那么，聚焦條件的計(jì)算基于最后兩個(gè)捕獲的自動(dòng)聚焦圖像。在這種情況下，由于自動(dòng)聚焦圖像捕獲在時(shí)間上是分開的，場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)有可能降低聚焦條件計(jì)算的準(zhǔn)確度。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)或相機(jī)移動(dòng)的校正，對(duì)兩個(gè)一見頻圖像進(jìn)行互相相關(guān)，以確定任何場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)或相機(jī)移動(dòng)。然后，修正至少一個(gè)自動(dòng)聚焦圖像以在計(jì)算聚焦條件之前校正場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)和相機(jī)移動(dòng)。然后對(duì)下一視頻圖像捕獲應(yīng)用聚焦調(diào)節(jié)。附圖標(biāo)記12可調(diào)透鏡系統(tǒng)14可移動(dòng)透鏡16電子成像器18啟動(dòng)捕獲的按鈕20光圏22數(shù)字信號(hào)處理器24數(shù)字存儲(chǔ)元件30啟動(dòng)捕獲程序步驟32捕獲自動(dòng)聚焦圖像步驟34分析自動(dòng)聚焦圖像步驟36移動(dòng)可移動(dòng)透鏡步驟38捕獲圖像步驟40啟動(dòng)連續(xù)視頻圖像捕獲步驟42用可移動(dòng)透鏡捕獲圖像步驟44測(cè)量對(duì)比度步驟46確定具有最高對(duì)比度的圖像步驟48移動(dòng)可移動(dòng)透鏡步驟50捕獲連續(xù)視頻圖像步驟52評(píng)估圖像步驟60分孔徑裝置61第一半孔徑遮擋器62第二半孔徑遮擋器63電動(dòng)枳j64透鏡組件65盤66第一半孔徑遮擋器控制器67第二半孔徑遮擋器控制器70圖像順序控制器72半快門控制器74模數(shù)轉(zhuǎn)換器76最后自動(dòng)聚焦圖像臨時(shí)存儲(chǔ)器77視頻圖像存儲(chǔ)器78倒數(shù)第二自動(dòng)聚焦圖像臨時(shí)存儲(chǔ)器79視頻或靜止圖像存儲(chǔ)器80自動(dòng)聚焦圖像相關(guān)步驟82可移動(dòng)透鏡定位器控制器84聚焦透鏡移動(dòng)器電動(dòng)機(jī)90視頻圖像相關(guān)步驟92偏移倒數(shù)第二自動(dòng)聚焦圖像步驟28權(quán)利要求1.一種用于操作用于在電子成像器上聚焦圖像的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，包括a.提供可調(diào)透鏡系統(tǒng)，其為場(chǎng)景光確定光路，并具有至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡以將場(chǎng)景的圖像聚焦到電子成像器上；b.使場(chǎng)景光的第一部分被遮掩，以便電子成像器捕獲第一自動(dòng)聚焦圖像，并且使場(chǎng)景光的第二不同部分被遮掩，以便電子成像器捕獲第二自動(dòng)聚焦圖像，其中第一和第二自動(dòng)聚焦圖像的部分是偏移的；以及c.響應(yīng)于該偏移將可移動(dòng)透鏡移動(dòng)到一位置，使得要捕獲的圖像將焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。2.如權(quán)利要求1所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，還包括分孔徑裝置，其在分別遮擋光和透射光的第一和第二條件中起作用。3.如權(quán)利要求2所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中分孔徑裝置由至少一個(gè)具有兩個(gè)獨(dú)立操作的像素的液晶元件形成。4.如權(quán)利要求2所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中分孔徑裝置是具有第一、第二和第三操作狀態(tài)的機(jī)械式快門；其中第一和第二操作狀態(tài)分別限制在光路的第一和第二部分中的光，并且第三操作狀態(tài)允許光基本不受限制地通過以照射電子成像器。5.如權(quán)利要求4所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中機(jī)械式快門是旋轉(zhuǎn)盤，其中該盤的一些部分被去掉以提供第一、第二和第三操作狀態(tài)。6.如權(quán)利要求4所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中機(jī)械式快門由提供第一、第二和第三操作狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)滑動(dòng)部件組成。7.如權(quán)利要求1所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中在視頻捕獲過程中重復(fù)使用該自動(dòng)聚焦系統(tǒng)以聚焦視頻幀。8.如權(quán)利要求7所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中與視頻幀交替地捕獲第一和第二自動(dòng)聚焦圖像。9.如權(quán)利要求7所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中為在第一和第二自動(dòng)聚焦圖像之間發(fā)生的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和場(chǎng)景中的目標(biāo)物體的相對(duì)移動(dòng)，對(duì)自動(dòng)聚焦圖像進(jìn)行校正。10.如權(quán)利要求7所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中視頻圖像之間的聚焦變化被限制為保持在選定的值以下，以隨場(chǎng)景改變產(chǎn)生更平滑的聚焦轉(zhuǎn)變。11.如權(quán)利要求1所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中電子成像器包括彩色像素和未濾色或全色的像素。12.如權(quán)利要求11所述的用于操作自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法，其中未濾色或全色的像素被用于第一和第二自動(dòng)聚焦圖像。13.—種用于在電子成像器上聚焦圖像的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，包括a.確定光路的可調(diào)透鏡系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡以將圖像聚焦到電子成像器上；b.包括第一和第二光透射部分的分孔徑裝置，該第一和第二光透射部分各自在分別限制沿光路的光達(dá)到電子成像器和將光透射到電子成像器上的第一和第二條件中起作用；c.用于操作分孔徑裝置的裝置，使第一部分在第一條件中而第二部分在笫二條件中，以便電子成像器捕獲第一自動(dòng)聚焦圖像，然后使第一部分在第二條件中而第二部分在第一條件中，以便電子成像器捕獲第二自動(dòng)聚焦圖像，其中第一和第二自動(dòng)聚焦圖像的部分是偏移的；d.響應(yīng)于該偏移使可調(diào)透鏡系統(tǒng)將圖像聚焦到電子成像器上的裝置；以及e.用于使分孔徑裝置的第一部分和第二部分在電子成像器捕獲聚焦的圖像時(shí)在第二條件中的裝置。14.如權(quán)利要求13所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其中分孔徑裝置是電光學(xué)形式，并且第一和第二部分在分別遮擋光和透射光的第一和第二條件中起作用。15.如權(quán)利要求14所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其中分孔徑裝置由至少一個(gè)具有兩個(gè)獨(dú)立操作的像素的液晶元件形成。16.如權(quán)利要求13所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其中分孔徑裝置是具有第一、第二和第三操作狀態(tài)的機(jī)械式快門；其中第一和第二操作狀態(tài)分別限制在光路的第一和第二部分中的光，并且第三操作狀態(tài)允許光基本不受限制地通過以照射電子成像器。17.如權(quán)利要求13所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其中在視頻捕獲過程中重復(fù)使用該自動(dòng)聚焦系統(tǒng)以聚焦視頻幀。18.如權(quán)利要求17所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其中與視頻幀交替地捕獲第一和第二自動(dòng)聚焦圖像。19.如權(quán)利要求17所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其中為在第一和笫二自動(dòng)聚焦圖像之間發(fā)生的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和場(chǎng)景中的目標(biāo)物體的相對(duì)移動(dòng)，對(duì)自動(dòng)聚焦圖像進(jìn)行校正。20.如權(quán)利要求13所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其中電子成像器包括彩色像素和未濾色或全色的像素。21.如權(quán)利要求20所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，其中未濾色或全色的像素用于捕獲自動(dòng)聚焦圖像。全文摘要一種用于操作用于在電子成像器上聚焦圖像的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法包括提供可調(diào)透鏡系統(tǒng)，其為場(chǎng)景光確定光路，并具有至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡以將場(chǎng)景的圖像聚焦到電子成像器上；以及使場(chǎng)景光的第一部分被遮掩，以便電子成像器捕獲第一自動(dòng)聚焦圖像，并且使場(chǎng)景光的第二不同部分被遮掩，以便電子成像器捕獲第二自動(dòng)聚焦圖像，其中第一和第二自動(dòng)聚焦圖像的部分是偏移的。該方法進(jìn)一步包括將可移動(dòng)透鏡移至一位置，使得要捕獲的將焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。文檔編號(hào)H04N5/232GK101480042SQ200780024468公開日2009年7月8日申請(qǐng)日期2007年6月18日優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日發(fā)明者B·H·皮爾曼,J·N·博德,L·施林-本茲,R·J·帕倫申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司