自动聚焦方法和自动聚焦照相机.pdf

为了能够记录高质量运动图像，并且能够在记录运动图像期间甚至在记录静止图像时记录以高精度聚焦的静止图像，当执行用于开始运动图像记录的特定操作时，从图像感测器中输出通过将与各个像素一对一对应的图像信号进行混合而获得的混合图像信号，以便基于混合图像信号执行相对高速的自动聚焦，并且记录高质量运动图像。当对快门开关进行半按时，从图像感测器输出从中已经减少在垂直方向像素的图像的稀疏图像信号，以便基于稀疏图像信号执行相对高精度和高速的自动聚焦。当对快门开关进行全按时，从图像感测器输出所有像素的图像信号，以便记录静止图像。

1.  一种用于这样一种照相机的自动聚焦方法，所述照相机能够基于从图像感测装置输出的图像信号记录运动图像，并且能够在记录运动图像期间记录静止图像，所述方法包括：
基于通过混合多个像素的各个图像信号而获得的混合图像信号，执行用于运动图像记录的自动聚焦；以及
基于用于在水平和垂直方向中任一方向中像素连续并且从中已经减少在另一方向中像素的图像的稀疏图像信号，或者基于作为图像感测范围内部分区域的图像信号的部分区域图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦。

2.  根据权利要求1的方法，其特征在于，所述图像感测装置执行图像信号的混合、以及所述部分区域的稀疏处理或截取，并且输出所述混合图像信号和稀疏图像信号或所述部分区域图像信号。

3.  根据权利要求1的方法，其特征在于，
响应于第一快门操作，执行用于静止图像记录的自动聚焦，以及
当执行第二快门操作时，或者当执行第二快门操作并且响应于第一快门操作通过所述自动聚焦达到聚焦状态时，执行静止图像的记录。

4.  根据权利要求3的方法，其特征在于，
所述第一快门操作是快门半按操作；以及
所述第二快门操作是快门全按操作。

5.  根据权利要求1的方法，其特征在于，
响应于快门操作，执行用于静止图像记录的自动聚焦；以及
当通过所述自动聚焦达到聚焦状态时，执行静止图像的记录。

6.  一种用于这样一种照相机的自动聚焦方法，所述照相机能够基于从图像感测装置输出的图像信号记录运动图像，并且能够在记录所述运动图像期间记录静止图像，所述方法包括：
基于通过混合多个像素的各个图像信号而获得的混合图像信号，执行用于运动图像记录的自动聚焦；以及
当使用光学取景器时，基于作为图像感测范围内部分区域的图像信号的部分区域图像信号，或者当不使用光学取景器时，基于在水平和垂直方向中任一方向中像素连续并且从中已经减少在另一方向中像素的图像的稀疏图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦。

7.  根据权利要求6的方法，其特征在于，基于从所述图像感测装置输出的所述混合图像信号、所述部分区域图像信号或者所述稀疏图像信号，执行运动图像记录和静止图像记录中每一个的自动聚焦。

8.  根据权利要求6的方法，其特征在于，
响应于第一快门操作，执行用于静止图像记录的自动聚焦；以及
当执行第二快门操作时，或者当执行第二快门操作并且响应于第一快门操作通过所述自动聚焦达到聚焦状态时，执行静止图像的记录。

9.  根据权利要求8的方法，其特征在于，
所述第一快门操作是快门半按操作；以及
所述第二快门操作是快门全按操作。

10.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
响应于快门操作，执行用于静止图像记录的自动聚焦；以及
当通过所述自动聚焦达到聚焦状态时，执行静止图像的记录。

11.  一种自动聚焦照相机，能够基于从图像感测装置输出的图像信号记录运动图像，并且能够在记录所述运动图像期间记录静止图像，所述照相机包括：
运动图像记录自动聚焦装置，用于基于通过混合多个像素的各个图像信号而获得的混合图像信号，执行用于运动图像记录的自动聚焦；以及
静止图像记录自动聚焦装置，用于基于在水平和垂直方向中任一方向中像素连续并且从中已经减少在另一方向中像素的图像的稀疏图像信号，或者基于作为用于图像感测范围内部分区域的图像信号的部分区域图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦。

12.  一种自动聚焦照相机，能够基于从图像感测装置输出的图像信号记录运动图像，并且能够在记录运动图像期间记录静止图像，所述照相机包括：
运动图像记录自动聚焦装置，用于基于通过混合多个像素的各个图像信号而获得的混合图像信号，执行用于运动图像记录的自动聚焦；
取景器使用感测装置，用于感测是否正在使用光学取景器；以及
静止图像记录自动聚焦装置，用于当感测到所述光学取景器的使用时，基于作为图像感测范围内部分区域的图像信号的部分区域图像信号，或者当未感测到所述光学取景器的使用时，基于在水平和垂直方向中任一方向中像素连续并且从中已经减少在另一方向中像素的图像的稀疏图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦。

自动聚焦方法和自动聚焦照相机
相关申请的交叉引用
这个非临时申请要求享受于2003年9月19日在日本提交的专利申请2003-328339的优先权，其内容引入在此以供参考。
技术领域
本发明涉及用于通过自动聚焦记录运动图像和静止图像的自动聚焦照相机，以及用于这种照相机的自动聚焦方法。
背景技术
能够记录运动图像和静止图像的传统数字照相机，基于从图像感测装置输出的图像信号，执行DCT(离散余弦变换)，并且执行自动聚焦，以便加强指定的空间频率分量。更具体地，在用于多个帧的图像信号上执行DCT，同时通过驱动镜头改变焦点位置，并且使镜头移到例如使RF分量最大的位置(参见例如日本公开专利申请No.HEI6-245129)。
当增加组成一帧的像素数量时，用于从图像感测装置读取图像信号所需的时间以及用于DCT所需的时间增加，从而使感测图像与记录聚焦图像之间的时间间隔趋向更长。鉴于这种趋势，考虑到运动图像的分辨率不必与静止图像的分辨率相同，基于已经从中减少了例如垂直方向像素的图像的稀疏(thinned)图像信号执行自动聚焦，并且为记录运动图像而记录上述稀疏图像信号，而在为记录静止图像而执行自动聚焦的状态中，从图像感测装置中读出所有像素的图像信号。
然而，当如上所述减少像素时，由于基本上丢失了图像信息，所以降低了运动图像的质量。为了防止这种情况的发生，可以考虑通过使图像感测装置输出一个混合图像信号来提高运动图像的质量，所述混合图像信号是通过混合每个指定像素数量的各个图像信号以便对其进行记录而获得的。然而，在这种情况下，也基于混合图像信号执行记录运动图像时的自动聚焦。然而，在基于混合图像信号的自动聚焦中，在记录运动图像期间，执行静止图像的记录时，难以记录以高精度聚焦的静止图像。也就是说，由于混合图像信号包括所有像素的图像信号，而图像信号的混合使RF分量降低，所以不能执行适合于记录静止图像的高精度自动聚焦。
因此，传统的自动聚焦照相机面临这样的问题：在允许记录高质量运动图像时，难以执行对以高精度自动聚焦的静止图像的记录。
发明内容
鉴于上述问题，因此本发明的目的是，允许记录高质量运动图像，并且甚至在记录运动图像期间记录静止图像时，允许记录以高精度聚焦的静止图像。
为了解决上述问题，根据本发明的第一自动聚焦方法是一种用于这样一种照相机的自动聚焦方法，该照相机能够基于从图像感测装置输出的图像信号记录运动图像，并且能够在记录运动图像期间记录静止图像，该方法包括：基于通过混合多个像素的各个图像信号而获得的混合图像信号，执行用于运动图像记录的自动聚焦；以及，基于其中在水平和垂直方向中任一方向中像素连续并且从中已经减少另一方向中像素的图像的稀疏图像信号，或者基于作为图像感测范围内部分区域的图像信号的部分区域图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦。
在该方案中，混合图像信号没有象在稀疏图像信号中观察到的那样丢失图像信息，从而执行相对高质量运动图像的记录。另一方面，基于在水平和垂直方向中任一方向中连续的像素的图像信号，或者基于部分区域的图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦，从而适当地提取例如RF分量，并且以相对高的精度执行自动聚焦，同时已经减少在水平和垂直方向中另一方向中的像素或者从对应于图像信号的图像中被局部地截取。这允许以相对高速执行自动聚焦。
还可以从执行图像信号的混合以及部分区域的减少或者截取的图像感测装置中输出混合图像信号以及稀疏图像信号或部分区域图像信号。
该方案不仅允许减少提取图像信号的RF分量等所需的时间，而且实现了从图像感测装置输出图像信号所需时间的减少，从而执行快速的自动聚焦。
可以响应于第一快门操作、例如快门半按操作，执行用于静止图像记录的自动聚焦，并且当执行第二快门操作、例如快门全按操作时，或者当执行第二快门操作并且响应于第一快门操作通过自动聚焦达到聚焦状态时，可以执行静止图像的记录。
或者，还可以响应于快门操作，执行用于静止图像记录的自动聚焦，并且当通过自动聚焦达到聚焦状态时，还可以执行静止图像的记录。
该方案允许通过简单和容易的快门操作进行静止图像的记录，以及正向聚焦静止图像的记录。
根据本发明的第二自动聚焦方法，是一种用于这样一种照相机的自动聚焦方法，该照相机能够基于从图像感测装置输出的图像信号记录运动图像，并且能够在记录运动图像期间记录静止图像，该方法包括：基于通过混合多个像素的各个图像信号而获得地混合图像信号，执行用于运动图像记录的自动聚焦；以及，当使用光学取景器时，基于作为图像感测范围内部分区域的图像信号的部分区域图像信号，或者当不使用该光学取景器时，基于在水平和垂直方向中任一方向中像素连续并且从中已经减少在另一方向中像素的图像的稀疏图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦。
如果在该方案中使用了取景器，则基于区域输出执行相对高速和高精度的自动聚焦，并且可以在监视器上仅显示部分区域的图像，或者因为用户没有正在观看在监视器上显示的图像，所以可以适当地暂停显示。如果在该方案中没有使用取景器，则基于稀疏图像信号执行自动聚焦，并且在监视器上显示整个图像感测范围。这允许用户通过使用监视器识别图像感测范围，并且易于记录静止图像。
基于分别从图像感测装置输出的混合图像信号、部分区域图像信号或稀疏图像信号，可以执行用于运动图像记录和静止图像记录中每一个的自动聚焦。
该方案不仅允许减少提取图像信号的RF分量等所需的时间，而且实现了从图像感测装置输出图像信号所需时间的减少，从而执行快速的自动聚焦。
可以响应于第一快门操作、例如快门半按操作，执行用于静止图像记录的自动聚焦，并且当执行第二快门操作、例如快门全按操作时，或者当执行第二快门操作、并且响应于第一快门操作通过自动聚焦达到聚焦状态时，可以执行静止图像的记录。
或者，还可以响应于快门操作，执行用于静止图像记录的自动聚焦，并且当通过自动聚焦达到聚焦状态时，还可以执行静止图像的记录。
该方案允许通过简单和容易的快门操作进行静止图像的记录，以及正向聚焦静止图像的记录。
根据本发明的第一自动聚焦照相机，是这样一种自动聚焦照相机，它能够基于从图像感测装置输出的图像信号记录运动图像，并且在记录运动图像期间记录静止图像，该照相机包括：运动图像记录自动聚焦装置，用于基于通过混合多个像素的各个图像信号而获得的混合图像信号执行用于运动图像记录的自动聚焦；以及，静止图像记录自动聚焦装置，用于基于在水平和垂直方向中任一方向中像素连续并且从中已经减少在另一方向中像素的图像的稀疏图像信号，或者基于作为用于图像感测范围内部分区域的图像信号的部分区域图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦。
根据本发明的第二自动聚焦照相机，是这样一种自动聚焦照相机，它能够基于从图像感测装置输出的图像信号记录运动图像，并且在记录运动图像期间记录静止图像，该照相机包括：运动图像记录自动聚焦装置，用于基于通过混合多个像素的各个图像信号而获得的混合图像信号，执行用于运动图像记录的自动聚焦；取景器使用感测装置，用于感测是否正在使用光学取景器；以及，静止图像记录自动聚焦装置，用于当感测到光学取景器的使用时，基于作为图像感测范围内部分区域的图像信号的部分区域图像信号，或者当未感测到光学取景器的使用时，基于在水平和垂直方向中任一方向中像素连续并且从中已经减少在另一方向中像素的图像的稀疏图像信号，执行用于静止图像记录的自动聚焦。
此外，在该方案中，根据与上述相同的机制，执行相对高质量运动图像的记录，同时通过相对高精度和高速度的自动聚焦执行静止图像的记录。
图1是示出了根据实施例1的第一自动聚焦照相机的结构的方框图；
图2是说明了在根据实施例1的图像感测器102中的彩色像素排列的图；
图3是说明了根据实施例1输出的图像信号的像素排列的图；
图4是说明了根据实施例1将被减少的像素的排列的图；
图5是示出了根据实施例1的自动聚焦照相机的操作的流程图；
图6是说明了根据实施例2从图像感测器102输出图像信号的区域的例子；
图7是示出了根据实施例2的自动聚焦照相机的操作的流程图；
图8是示出了根据实施例3的自动聚焦照相机的结构的方框图；以及
图9是示出了根据实施例3的自动聚焦照相机的操作的流程图。
参考附图，以下将对本发明的实施例进行详细地描述。
实施例1
自动聚焦照相机的结构
图1是示出了根据实施例1的自动聚焦照相机的结构的方框图。如图中所示，该自动聚焦照相机包括：透镜单元101、图像感测器102、同步脉冲发生器103、ADC(AD转换器)104、DSP(数字信号处理器)105、控制单元106、监视器107、记录装置108和快门开关109。
透镜单元101具有光学透镜和驱动器部分，所述驱动器部分用于移动光学透镜以便在控制单元106的控制下调整焦点位置。
图像感测器102由诸如CCD固态图像感测装置或MOS固态图像感测装置的图像感测装置组成，它以每个像素为单位，将通过透镜单元101入射的光转换成模拟信号，并且与从同步脉冲发生器103输入的脉冲同步地输出图像信号。图像感测器102不仅输出每个像素的图像信号，而且输出通过混合图像信号获得的、每个给定像素数目的混合图像信号，以及已经在控制单元106的控制下减少了拍摄屏(shot screen)中例如垂直方向像素的稀疏图像信号。下面将对图像信号的混合和稀疏处理进行更详细地描述。
ADC104将从图像感测器102输出的图像信号转换成数字图像数据(AD转换)。
DSP105基于从ADC104输入的图像数据，例如通过DCT，提取RF分量，并且将所提取的RF分量输出到控制单元106。DSP105还将从ADC104输出的图像数据转换成对应于监视器107的图像信号，并且将图像信号输出到监视器107，同时将图像数据转换成例如JPEG或MEPG格式，并且将其输出到记录装置108。
通过例如使用微型计算机来构成控制单元106，以控制整个自动聚焦照相机的操作。特别地，控制单元106例如通过向图象感测器102输出与图像信号(混合图像信号等)的输出模式有关的指令，或者向透镜单元101输出驱动信号以便对其进行驱动，来执行自动聚焦，以便使从DSP105输出的图像数据的RF分量最大。
监视器107由例如液晶显示装置组成，以便显示所记录的图像。
记录装置108将从DSP105输出的图像数据记录在记录介质上，例如存储卡中。
快门开关109将响应于例如半按和全按的两步操作的信号输出到控制单元106。
图像信号的混合以及稀疏处理
以下是特定地执行图像信号的混合以及稀疏处理的示例性方式。
图2是说明了图像感测器102中的彩色像素排列的图。在此，假定附着在图像感测装置前面的滤色器是例如Bayer排列的。尽管Gr和Gb实际上表示相同的颜色，但是为了描述方便，将在两侧水平地插在R滤光器之间的过滤器像素指定为Gr，并且将在两侧水平地插在B滤光器之间的过滤器像素指定为Gb。
当从控制单元106输出指示图像信号混合的信号时，在图像感测器102中，对在由像素Gr、B、Gb或R组成的混合像素单位区域201至204的每一个中的总共9个像素Gr、B、Gb或R(即，中心像素和周围的8个像素)的各个图像信号进行混合。例如如图3中所示，从图像感测器102中，将混合图像信号的每一个输出作为位于混合像素单位区域201至204的相应一个的中心处的像素211至214中的一个的图像信号(在以下描述的图3和4中，通过忽略单个像素色彩间的区别，将每个像素简单地指定为P)。
当从控制单元106输出指示图像信号稀疏处理的信号时，减少水平行231到234中的像素，以便例如如图4所示，输出行221至225中的所有像素的图像信号。简单地说，减少了垂直方向中一半的像素。
自动聚焦照相机的操作
图5是显示了这样构造的自动聚焦照相机的操作的流程图。
(S101)当首先执行用于开始运动图像记录的特定操作时，控制单元106将指示图像信号混合的信号输出到图像感测器102，以便如上所述那样从图像感测器102输出通过对属于同一单位区域的相同颜色的9个像素进行混合而获得的混合图像信号，同时在监视器107上执行显示。
(S102)基于图像信号，执行自动聚焦。特别地，通过ADC104，将从图像感测器102输出的图像信号转换成数字图像数据，并且通过DSP105从中提取RF分量并将其输入到控制单元106。控制单元106执行自动聚焦，以便使RF分量最大，同时将驱动信号输出到透镜单元101，并且因此稍微移动透镜(更具体地说，为自动聚焦重复地执行步骤S101中的图像信号输出)。如上所述，由于通过对属于同一单位区域的相同颜色的9个像素进行混合获得从图像感测器102输出的每个图像信号，因此减少了其输出所需的时间和提取RF分量所需的时间，从而执行高速的自动聚焦。
(S103)当达到聚焦状态时，将在达到聚焦状态时从图像感测器102输出的信号中的经受A/D转换的图像数据转换成以MPEG等格式的数据，并通过记录装置108将其记录在记录介质中。作为上述混合的结果，所记录的图像数据具有数量减少了的像素，但包括有关所有原始像素的信息，从而能够获得比从中已经减少了像素的图像数据质量高的运动图像。
(S104)此后，判定是否已经半按了快门开关109。如果还未执行半按(或者如果未执行结束运动图像记录的操作)，则重复步骤S101和上述后续过程，并且继续运动图像的记录。
(S105)如果在步骤S104中感测到半按了快门开关109，则控制单元106将指示图像信号稀疏处理的信号输出到图像感测器102，同时从图像感测器102输出如上所述从中已经减少在垂直方向中像素的图像的图像信号，并且在监视器107上执行显示。
(S106)基于图像信号，用与步骤S102相同的方式执行自动聚焦。在这种情况下，由于如上所述已经对从图像感测器102输出的图像信号进行稀疏处理，所以缩短了其输出所需的时间和提取RF分量所需的时间，从而执行高速的自动聚焦。另外，基于至少在水平方向连续的像素上的图像数据提取RF分量，从而以相对高精度执行自动聚焦。
(S107)此后，判定是否已经全按了快门开关109。如果未执行全按，则如上所述重复步骤S105和上述后续过程，以便维持用于静止图像记录的聚焦状态。甚至当已经全按了快门开关109时，如果未达到聚焦状态，则还可以适当地继续自动聚焦操作。也能够在上述步骤S104中感测快门开关109的全按，并且在步骤S107中感测是否已经达到了聚焦状态，以便执行随后的静止图像的记录。
(S108)另一方面，如果在步骤S107中感测到全按了快门开关109，则图像感测器102响应于从控制单元106输出的指令信号，输出所有像素的图像信号。
(S109)然后，通过DSP105，将基于所有像素的上述图像信号的静止图像的图像数据转换成例如JPEG格式的数据，并且通过记录装置108，将该数据记录在记录介质中。
实施例2
当执行用于静止图像记录的自动聚焦时，还可以采用图像感测器102，输出诸如例如图6所示的拍摄屏的中心部分的局部区域301的图像信号，而不是如上所述已经从中减少像素的图像的图像信号。在这种情况下，在监视器107上不显示除区域301之外的部分的图像，而执行用于静止图像记录的自动聚焦。但是，如果通过例如快门开关109的单步操作允许静止图像的记录，则能够降低如上所述显示的影响。
特别地，还有可能用与实施例1(见图5)相同的方式，通过步骤S101至S103中的过程，执行运动图像的记录，而例如图7中所示，通过步骤S204至S207中的过程而不是步骤S104至S107中的过程，执行用于静止图像记录的自动聚焦。也就是说，在步骤S204中判断是否已经全按了快门开关109，并且如果未执行全按，则继续记录运动图像。另一方面，如果已经执行了全按(步骤S205)，则响应于来自控制单元106的指令，从图像感测器102输出区域301的图像信号。在步骤S206，用与上述步骤S106中相同的方式，执行自动聚焦，不同之处在于它是基于区域301的图像信号执行的。此后，在步骤S207中判断是否已经达到了聚焦状态，并且当达到聚焦状态时，在步骤S108和S109中立即执行静止图像的记录。
如上所述，甚至当基于局部区域301的图像信号执行用于静止图像记录的自动聚焦时，基于部分但是连续的像素提取RF分量，从而以相对高精度执行自动聚焦。如果适当地设置了区域301的大小，则还有可能减少自动聚焦所需的时间，并且在全按了快门开关109后，易于允许静止图像的短时间记录(实质上没有时滞)。
尽管区域301一般最好由与图像感测范围的中心等距的多个像素组成，但不局限于此。根据自动聚焦照相机所需规格和图像感测器102的特性，可以适当地设置区域301的大小和位置。
在执行用于静止图像记录的自动聚焦期间，可以暂停监视器107上的显示，或者可以适当地维持基于用于运动图像记录的直接在前图像数据的显示。
用与实施例1相同的方式，当通过半按快门按钮109开始用于静止图像记录的自动聚焦，并且达到全按状态或全按和聚焦状态时，还可以适当地执行静止图像的记录。
实施例3
此外，根据用户是否正在观察光学取景器，也能够在如在实施例1和2中所述的使用稀疏输出进行用于静止图像记录的自动聚焦与使用区域输出进行用于静止图像记录的自动聚焦之间进行切换。也就是说，当提供用于允许用户经透镜单元101或另外的透镜查看主体的取景器时，还有可能进一步提供用于感测用户是否正在观察取景器的取景器感测器单元401，如图8所示，以便如果正在使用取景器，则通过图像感测器102产生区域输出，并且如果不是正在使用取景器，则产生稀疏输出。
特别地，在实施例2中(见图7)，在感测全按快门开关109(S204)和从图像感测器102中输出区域301的图像信号(S205)之间，判断是否使用取景器。如果正使用取景器，则执行基于区域输出的自动聚焦和静止图像的记录(S205至S109)。也就是说，如果正使用取景器，则可以在监视器107上仅适当地显示区域301的图像(整个帧上)，或者因为用户不是正在查看监视器107，所以适当地暂停显示，以便成功地执行基于区域输出的自动聚焦。如果不是正在使用取景器，则以与实施例1相同的方式(见图5)，执行基于减少了行的输出的自动聚焦(S105和S106)，并且在达到聚焦状态后(S302)，执行静止图像的记录(S108和S109)。这是因为，在这种情况下，用户可能正在查看监视器107，以便在显示整个感测范围的状态中，执行自动聚焦。
代替如上所述在记录运动图像期间感测快门开关109的全按(S204)，还有可能感测快门开关109的半按，并且代替判断在用于静止图像记录的自动聚焦期间是否已经达到聚焦状态(S207和S302)，还有可能用与实施例1相同的方式，感测快门开关109的全按、或者快门开关109的全按和聚焦状态。
尽管实施例1至实施例3中的每一个都示出了这样一个例子，其中将9个像素的图像信号混合为混合图像信号，但不局限于此。稀疏处理不限于垂直1/2稀疏处理。还有可能执行水平稀疏处理或者以大于或小于1/2的比率进行稀疏处理。
不仅可以在记录运动图像期间适当地执行静止图像的记录，而且还可以在运动图像模式中仅仅适当地执行运动图像的记录，或者在静止图像模式中仅仅适当地执行静止图像的记录。
因此，根据本发明的自动聚焦方法，不仅允许高质量运动图像的记录，而且还允许在记录运动图像期间甚至在记录静止图像时以高精度聚焦的静止图像的记录，从而当用在用于通过自动聚焦记录运动图像和静止图像的自动聚焦照相机中时，并且用作这种照相机的自动聚焦方法时，它是有用的。