镜头自动对焦方法和相关的相机芯片.pdf

本发明涉及镜头自动对焦方法和相关的相机芯片。一种镜头自动对焦方法包括：在镜头移动的同时进行曝光，以依次获得多个图框数据，其中，多个图框数据分别对应多个镜头位置；根据多个图框数据计算分别对应于多个镜头位置的多个锐利度值；根据获得多个图框数据时镜头的移动信息，计算产生每一个图框的修正后镜头位置；以及根据多个修正后镜头位置与多个锐利度值确定镜头的对焦位置。

1.  一种镜头自动对焦方法，包括：
在镜头移动的同时进行曝光，以依次获得多个图框数据，其中， 所述多个图框数据分别对应多个镜头位置；
根据所述多个图框数据计算分别对应于所述多个镜头位置的 多个锐利度值；
根据获得所述多个图框数据时所述镜头的移动信息，计算产生 每一个图框的修正后镜头位置；以及
根据多个所述修正后镜头位置与所述多个锐利度值，确定所述 镜头的对焦位置。

2.  根据权利要求1所述的镜头自动对焦方法，其中，根据获得所述多 个图框数据时所述镜头的移动信息计算产生每一个图框的修正后镜 头位置的步骤包括：
针对每一个图框，计算所述镜头在不同位置的曝光时间，并据 此修正相对应的镜头位置。

3.  根据权利要求2所述的镜头自动对焦方法，其中，根据获得所述多 个图框数据时所述镜头的移动信息计算产生每一个图框的修正后镜 头位置的步骤包括：
针对每一个图框，计算所述镜头在不同位置的曝光时间，并根 据所述镜头在不同位置的曝光时间来确定多个权重值；
针对每一个图框，使用所述多个权重值来对所述镜头多个不同 位置进行加权相加，以得到对应于所述图框的修正后镜头位置。

4.  根据权利要求3所述的镜头自动对焦方法，其中，针对每一个图框， 计算所述镜头在不同位置的曝光时间并根据所述镜头在不同位置的 曝光时间来确定所述多个权重值的步骤包括：
针对每一个图框，计算所述镜头在起始位置的曝光时间、所述 镜头在移动时的曝光时间以及所述镜头在终点位置的曝光时间，并 据此确定三个权重值；以及
针对每一个图框，使用所述多个权重值来对所述镜头多个不同 位置进行加权相加以得到对应于所述图框的修正后的镜头位置的步 骤包括：
使用所述三个权重值来对所述镜头的起始位置、移动时的 中间位置以及终点位置进行加权相加，以得到对应于所述图框 的修正后镜头位置。

5.  根据权利要求1所述的镜头自动对焦方法，其应用于滚动快门曝光 模式。

6.  一种相机芯片，包括：
锐利度值计算单元，根据多个图框数据来计算分别对应于多个 镜头位置的多个锐利度值，其中，所述多个图框数据是在镜头移动 时同时进行曝光而依次获得的，且所述多个图框数据分别对应所述 多个镜头位置；以及
镜头位置确定和控制单元，耦接至所述锐利度值计算单元，用 于根据获得所述多个图框数据时所述镜头的移动信息，计算产生每 一个图框的修正后镜头位置，并根据多个所述修正后镜头位置与所 述多个锐利度值，确定所述镜头的对焦位置。

7.  根据权利要求6所述的相机芯片，其中，所述镜头位置确定和控制 单元针对每一个图框计算所述镜头在不同位置的曝光时间，并据此 修正相对应的镜头位置。

8.  根据权利要求7所述的相机芯片，其中，所述镜头位置确定和控制 单元针对每一个图框计算所述镜头在不同位置的曝光时间，并根据 所述镜头在不同位置的曝光时间来确定多个权重值；以及针对每一 个图框，所述镜头位置确定和控制单元使用所述多个权重值来对所 述镜头的多个不同位置进行加权相加，以得到对应于所述图框的修 正后镜头位置。

9.  根据权利要求8所述的相机芯片，其中，所述镜头位置确定和控制 单元针对每一个图框计算所述镜头在起始位置的曝光时间、所述镜 头在移动时的曝光时间以及所述镜头在终点位置的曝光时间，并据 此确定三个权重值；以及所述镜头位置确定和控制单元使用所述三 个权重值来对所述镜头的起始位置、移动时的中间位置以及终点位 置进行加权相加，以得到对应于所述图框的修正后的镜头位置。

10.  根据权利要求6所述的相机芯片，其应用于滚动快门曝光模式。

镜头自动对焦方法和相关的相机芯片
技术领域
本发明涉及镜头自动对焦方法，尤其涉及一种可以修正镜头位置的统 计值以增加自动对焦精度的镜头自动对焦方法和相关的相机芯片。
背景技术
请参照图1，图1是现有镜头自动对焦算法的示意图。参照图1，现 有镜头自动对焦算法可描述如下：（1）将镜头移动到欲获得表示锐利程度 统计值（锐利度值）的位置L1，并同时对图框1进行曝光；（2）在获得 图框2的过程中取出镜头在位置L1所获得的锐利度值，并同时将镜头移 动到位置L2并同时对图框2进行曝光；（3）重复进行上述步骤以获得对 应多个位置（L1、L2、L3、…）的锐利度值；（4）将镜头移动到锐利度 值最高的位置或是通过二次曲线逼近法所找出的锐利度值最高点的镜头 位置，并将镜头推往该位置。
图1所示的镜头自动对焦方法会造成精度上的问题，因为在曝光时镜 头仍在移动，因此所获得的锐利度值并不能精确表示所对应的镜头位置的 清晰程度，举例来说，由于在曝光图框2时镜头是由位置L1移动到L2， 因此，所获得的镜头在位置L2的锐利度值并非精确地对应到位置L2。为 了解决该问题，有以下另外两种方法，其分别描述于图2、图3。
在图2所示的镜头自动对焦方法中，是先将镜头移动到位置L1之后， 再曝光图框1，因此可以解决图1所示的所获得的锐利度值并不能精确表 示所对应的镜头位置的问题。然而，图2的方法会有以下几个问题，其一 是在低亮度时必须将图框时间（也即图2所示的图框1、图框2、图框3 的时间长度）拉长，造成影格速率（Frames Per Second，FPS）的变化和 下降，并且对于某些影格速率需固定或维持高张数的连续影像并不适用； 其二是此方法限制在全局快门（global shutter）曝光模式，而无法适用于 滚动快门（rolling shutter）曝光模式，其理由是由于滚动快门曝光模式中 每一个感测元件曝光完成的时间不一样，因此在一般场景的曝光条件下无 法分离出一段完全没曝光的图框区段进行镜头的移动。
在图3所示的镜头自动对焦方法中，是等待完整的一个图框，使得在 镜头停在L1位置并且完整地曝光一个图框，至下一个图框3时再取出精 确表示位置L1的锐利度值，但是代价则是自动对焦所花的时间将会大幅 增加。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种镜头自动对焦方法和相关的装 置，其可以解决自动对焦在曝光中镜头移动的偏差问题，且不用耗费多余 时间等待重新曝光以及更改影格速率，此外，本发明可用在全局快门曝光 模式以及滚动快门曝光模式，以解决现有技术中的问题。
根据本发明的实施例，一种镜头自动对焦方法包括：在镜头移动的同 时进行曝光，以依次获得多个图框数据，多个图框数据分别对应多个镜头 位置；根据多个图框数据计算分别对应于多个镜头位置的多个锐利度值； 根据获得多个图框数据时镜头的移动信息，计算产生每一个图框的修正后 镜头位置；以及根据多个修正后镜头位置与多个锐利度值，确定镜头的对 焦位置。
根据本发明的实施例，一种相机芯片包括锐利度值计算单元以及镜头 位置确定和控制单元，其中，锐利度值计算单元用于根据多个图框数据来 计算分别对应于多个镜头位置的多个锐利度值，其中，多个图框数据是在 镜头移动时同时进行曝光而依次获得的，且多个图框数据分别对应多个镜 头位置；以及镜头位置确定和控制单元用于根据获得多个图框数据时镜头 的移动信息，计算产生每一个图框的修正后镜头位置，并根据多个修正后 镜头位置与多个锐利度值，确定镜头的对焦位置。
附图说明
图1是现有镜头自动对焦算法的示意图；
图2是现有镜头自动对焦算法的示意图；
图3是现有镜头自动对焦算法的示意图；
图4是根据本发明的实施例的影像获取装置的示意图；
图5是在曝光图框时镜头的位置和移动状态的示意图；
图6分别示出了原始镜头位置与锐利度值的关系曲线以及修正后镜 头位置与锐利度值的关系曲线；
图7是在逐行曝光图框时镜头的位置和移动状态的示意图；
图8是根据本发明的实施例的一种镜头自动对焦方法的流程图。
具体实施方式
请参照图4，图4是根据本发明的实施例的影像获取装置400的示意 图。如图4所示，影像获取装置400主要包括：镜头410、感测元件420、 相机芯片430以及镜头驱动芯片440，其中，相机芯片430包括锐利度值 计算单元432以及镜头位置确定和控制单元434。在本发明中，影像获取 装置400可以应用于数字相机、网络摄像机（IP cam或是web cam）…等 影像获取装置，感测元件420可以是电荷耦合元件（Charge Coupled  Device，CCD）或是互补金氧氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide  Semiconductor，CMOS），且感测元件420所采用的曝光方式可以是全局 快门（global shutter）曝光模式或是滚动快门（rolling shutter）曝光模式。 此外，锐利度值计算单元432以及镜头位置确定和控制单元434可以使用 硬件电路来实施，或者使用微处理器来执行对应的程序代码的软件方式来 实施。
影像获取装置400的自动对焦操作时序类似图1所示的内容，也即， 镜头位置确定和控制单元434提供镜头位置信息至镜头驱动芯片440，使 镜头移动到位置L1，接着，镜头410将外界光线聚焦后投射到感测元件 420上，感测元件420再将所感测到的影像数据（图框1）传送到锐利度 值计算单元432中，以计算对应镜头位置L1的图框1的锐利度值；接着， 镜头位置确定和控制单元434会提供镜头位置信息至镜头驱动芯片440中 以移动镜头到位置L2，接着，镜头410将外界光线聚焦后投射到感测元 件420上，感测元件420并将所感测到的影像数据（图框2）传送到锐利 度值计算单元432中，以计算对应镜头位置L2的图框2的锐利度值；接 着，重复上述操作以分别计算对应于镜头位置L3、L4、…的图框3、图框 4的锐利度值。
如现有技术中所述，由于在曝光时镜头410仍在移动，因此所计算出 的锐利度值并不能精确表示所对应的镜头位置的清晰程度，因此，在本发 明中，会对镜头位置L1、L2、L3、…做修正以描述所计算出的锐利度值 实质上是对应到哪一个镜头位置，之后再根据这些统计值来计算镜头的最 佳位置。以下将针对全局快门曝光模式与滚动快门曝光模式来详述本发明 的详细操作。
对采用全局快门曝光模式的感光组件420来说（全局快门曝光模式是 指感光组件420中所有的感测单元（CCD或CMOS）一起曝光来产生整 个图框的数据），请参照图5，图5是在曝光图框1时镜头410的位置和移 动状态的示意图。参照图5，由于相机芯片430内部会存储有镜头410的 移动信息以及所需要符合的相关规格，因此，镜头位置确定和控制单元434 可以根据这些信息来获得镜头410在曝光图框1时的位置和移动状态。举 例来说，在图5中，在曝光图框1时，镜头410会先停留在起始位置（也 即附图中的L0）约4微秒（ms），之后镜头410会从位置L0移动到位置 L1，而移动的时间约8微秒，最后镜头410停留在终点位置（也即附图中 的L1）约16微秒；因此，在图5的例子中，镜头410停留在位置L0的 时间比例为（1/7）、镜头410在移动时的时间比例为（2/7）、而镜头410 停留在位置L1的时间比例为（4/7），根据这些信息，镜头位置确定和控 制单元434可以使用以下公式来得到修正后的位置L1’：
L1’=L0*Wi+LM*Wm+L1*Wd；
其中Wi为镜头410停留在初始位置L0的时间比例（本实施例中为 （1/7））、Wm为镜头410在移动时的时间比例（本实施例中为（2/7））、 Wd为镜头410停留在终点位置L1的时间比例（本实施例中为（4/7））、 LM为镜头410移动时的中间位置（在本实施例中可以为（L0+L1）/2）。
需注意的是，上述计算出的修正后的位置L1’的公式仅为示例说明， 而并非作为本发明的限制，在本发明的其它实施例中，只要修正后的位置 L1’是根据镜头410的位置和移动状态的信息而计算出来的，其计算公式 可以有其它任何适当的变化，这些设计上的变化均应属于本发明的范围。
接着，锐利度值计算单元432计算对应于图框1的锐利度值。因此， 在镜头位置确定和控制单元434所记录的统计值中，图框1的锐利度值是 对应修正后的镜头位置L1’，而并非如现有技术中的镜头位置L1。
需注意的是，图5所示的时序仅为示例说明，而并非是本发明的限制 在其它的例子中，在曝光图框1时，可能不会有镜头停留在位置L0的情 形，此时上述公式中的权重值Wi就会为“0”；同样地，若是在曝光图框 1时没有镜头停留在位置L1的情形，则上述公式中的权重值Wd就会为 “0”。
同样地，在接下来的操作中，锐利度值计算单元432分别计算对应于 图框2、图框3、…等的锐利度值，而镜头位置确定和控制单元434也根 据上述的公式来得到修正后镜头位置L2’、L3’、…，因此，在镜头位置确 定和控制单元434所记录的统计值中，记录了图框1、图框2、图框3、… 等的锐利度值与所对应的修正后镜头位置L1’、L2’、L3’、…。
接着，镜头位置确定和控制单元434根据所记录的图框1、图框2、 图框3、…等的锐利度值与所对应的修正后镜头位置L1’、L2’、L3’、… 来确定镜头410的对焦位置（最佳位置）。详细来说，请参照图6，图6 分别描述了原始镜头位置与锐利度值的关系曲线，以及修正后镜头位置与 锐利度值的关系曲线。在本发明中，镜头位置确定和控制单元434会根据 修正后镜头位置与锐利度值的关系曲线来确定镜头410的对焦位置，其中， 该对焦位置可以是附图中锐利度值最高的位置或是通过二次曲线逼近法 所找出的锐利度值最高点的镜头位置。
在确定镜头410的对焦位置之后，镜头位置确定和控制单元434会将 该镜头位置信息传送到镜头驱动芯片440中以控制镜头410移动到该对焦 位置，以获得具有最佳锐利度的摄像质量。
对采用滚动快门曝光模式的感光组件420来说（滚动快门曝光模式是 指感光组件420中的感测单元（CCD或CMOS）是逐行曝光来产生整个 图框的数据），请参照图7，图7是在逐行曝光图框1时镜头410的位置和 移动状态的示意图。由于相机芯片430内部会存储有镜头410的移动信息 以及所需要符合的相关规格，例如目前曝光的行数、镜头移动速度、镜头 移动间距、读取/重设时间、…等等，因此，镜头位置确定和控制单元434 可以根据这些信息来获得镜头410在曝光图框1时每一行的位置和移动状 态，并据此确定图7中曝光图框1的虚线中的“镜头在位置L0”、“镜头 从L0移动到L1”以及“镜头在位置L1”的时间比例（也即附图中的面 积比例），镜头位置确定和控制单元434可以使用以下公式来得到修正后 的位置L1’：
L1’=L0*Wi+LM*Wm+L1*Wd；
其中，Wi为镜头410在曝光图框1时停留在初始位置L0的时间比例、 Wm为镜头410在移动时的时间比例、Wd为镜头410在曝光图框1时停 留在终点位置L1的时间比例、LM为镜头410移动时的中间位置（在本 实施例中可以为（L0+L1）/2）。
需注意的是，上述计算出的修正后的位置L1’的公式仅为示例说明， 而并非作为本发明的限制，在本发明的其它实施例中，只要修正后的位置 L1’是根据镜头410的位置和移动状态的信息而计算出来的，其计算公式 可以有其它任何适合的变化，这些设计上的变化均应属于本发明的范围。
接着，锐利度值计算单元432计算对应于图框1的锐利度值。因此， 在镜头位置确定和控制单元434所记录的统计值中，图框1的锐利度值是 对应修正后镜头位置L1’，而并非如现有技术中的镜头位置L1。
需注意的是，图7所示的时序仅为示例说明，而并非是本发明的限制 在其它的例子中，在曝光图框1时，可能不会有镜头停留在位置L0的情 形，此时上述公式中的权重值Wi就会为“0”；同样地，若是在曝光图框 1时没有镜头停留在位置L1的情形，则上述公式中的权重值Wd就会为 “0”。
同样地，在接下来的操作中，锐利度值计算单元432分别计算对应于 图框2、图框3、…等的锐利度值，而镜头位置确定和控制单元434也根 据上述的公式来得到修正后镜头位置L2’、L3’、…，因此，在镜头位置确 定和控制单元434所记录的统计值中，记录了图框1、图框2、图框3、… 等的锐利度值与所对应的修正后镜头位置L1’、L2’、L3’、…。
接着，镜头位置确定和控制单元434根据所记录的图框1、图框2、 图框3、…等的锐利度值与所对应的修正后镜头位置L1’、L2’、L3’、… 来确定镜头410的对焦位置（最佳位置），其方法类似上述图6所示，镜 头位置确定和控制单元434会根据修正后镜头位置与锐利度值的关系曲线 来确定镜头410的对焦位置，其中，该对焦位置可以是附图中锐利度值最 高的位置或是通过二次曲线逼近法所找出的锐利度值最高点的镜头位置。
在确定镜头410的对焦位置之后，镜头位置确定控制单元434会将该 镜头位置信息传送到镜头驱动芯片440中以控制镜头410移动到该对焦位 置，以获得具有最佳锐利度的摄像质量。
请参照图8，图8是根据本发明的实施例的一种镜头自动对焦方法的 流程图，参照图1、图4-图7以及以上的叙述，流程叙述如下：
步骤800：在镜头移动的同时进行曝光，以依次获得多个图框数据， 其中，该多个图框数据分别对应多个镜头位置；
步骤802：根据多个图框数据计算分别对应于多个镜头位置的多个锐 利度值；
步骤804：根据获得多个图框数据时镜头的移动信息，计算产生每一 个图框的修正后镜头位置；
步骤806：根据多个修正后镜头位置与多个锐利度值，确定镜头的对 焦位置。
简要归纳本发明，在本发明的镜头对焦方法中，是通过每一个图框在 曝光时的镜头的位置和移动信息来修正相对应的镜头位置信息，因此可以 增加自动对焦精度，且本发明不需要增加额外的对焦时间，也不会降低影 格速率。另外，本发明的镜头对焦方法可以同时适用于全局快门曝光模式 与滚动快门曝光模式。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所有根据本发明权利要求书所做 的均等变化与修改，均应属本发明的覆盖范围。