專利名稱：用于數(shù)字圖像處理裝置的自動聚焦方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于數(shù)字圖像處理裝置的自動聚焦方法，更具體地說，涉及用于包括變焦透鏡和聚焦透鏡并通過當聚焦透鏡位于其可移動范圍的端點時移動變焦透鏡來進行自動聚焦的數(shù)字圖像處理裝置的自動聚焦方法。
背景技術：
在標題為“Method of Notification of Inadequate Picture Quality”的美國專利申請No.20040119876中公開了常規(guī)圖像處理裝置的一個實例。如所公開，所述圖像處理裝置包括變焦透鏡和聚焦透鏡并進行自動聚焦。
大多數(shù)用戶需要性能更好并為了容易攜帶需要更小的數(shù)字圖像處理裝置。實現(xiàn)更小的數(shù)字圖像處理裝置的一個關鍵是減小由變焦透鏡和聚焦透鏡的移動范圍確定的光學系統(tǒng)(例如透鏡鏡筒等)的尺寸(例如長度)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于數(shù)字圖像處理裝置的自動聚焦方法，所述方法有效地擴大了聚焦范圍而沒有擴大聚焦透鏡的移動范圍，因此有效地減小了光學系統(tǒng)透鏡鏡筒的長度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于數(shù)字圖像處理裝置的自動聚焦方法，所述數(shù)字圖像處理裝置包括沿第一導向桿(guide bar)在具有上變焦極限和下變焦極限的變焦范圍內(nèi)移動的變焦透鏡和沿在所述第一導向桿的延長線上設置的第二導向桿移動的聚焦透鏡，所述聚焦透鏡在具有上聚焦極限和下聚焦極限的聚焦范圍內(nèi)移動。所述方法包括如果當前照相模式是近距照相模式且所述變焦透鏡的當前位置是變焦極限位置，則在變焦范圍內(nèi)沿所述第一導向桿將所述變焦透鏡移動到設定變焦極限位置的同時進行聚焦。
在所述自動聚焦方法中，當當前照相模式是近距照相模式且所述變焦透鏡的當前位置是變焦范圍上限位置時，使用變焦透鏡在從變焦范圍上限位置到新聚焦設定變焦透鏡位置的微距范圍內(nèi)進行聚焦，同時保持聚焦透鏡位于固定位置。由此，可以擴大聚焦透鏡的聚焦范圍而聚焦透鏡的移動范圍保持不變。因此，可以有效地減小光學系統(tǒng)透鏡鏡筒的長度。


通過參考附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點將更加清楚，其中圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)碼相機的背部的圖；圖2是圖示在圖1的數(shù)碼相機1中包括的光學系統(tǒng)(OPS)的鏡筒模塊的內(nèi)部結構和通過其的光學路徑的剖面圖；圖3示出了圖1的數(shù)碼相機1的變焦透鏡和聚焦透鏡的驅動狀態(tài)以圖示在照相操作期間進行的自動聚焦算法；圖4示出了對應于變焦透鏡的每個位置的圖3的聚焦透鏡的聚焦范圍以圖示在圖1的數(shù)碼相機的照相操作期間進行的自動聚焦算法；圖5是圖示在圖1的數(shù)碼相機的照相操作期間進行的自動聚焦算法的流程圖；圖6是當變焦透鏡的當前位置是在第一導向桿中的變焦極限位置并且物體在設定近距處時，進行圖5的操作S51和S53之后獲得的聚焦圖像；以及圖7是在圖5的操作S57中使用變焦透鏡進行聚焦之后獲得的聚焦圖像。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參考附圖詳細說明本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實現(xiàn)，并且不應該認為限于這里所述的實施例；而是，提供這些實施例以使本公開全面而完整，并將本發(fā)明的思想完全展現(xiàn)給本領域的技術人員。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字圖像處理裝置具體化為數(shù)碼相機1，并包括快門釋放按鈕13、功能按鈕15、彩色LCD面板35、廣角變焦按鈕39W、遠攝變焦(telephoto-zoom)按鈕39T。當然，雖然沒有示出，數(shù)碼相機1還可以包括處理器、存儲器、電源和本領域公知的其它照相機部件。
當用戶按下快門釋放按鈕13時，進行包括自動聚焦操作的照相操作。
功能按鈕15用于操作數(shù)碼相機1的具體功能，并用作控制按鈕以管理在例如彩色LCD面板35的菜單屏幕上顯示的活動光標的移動。功能按鈕15包括自定時/右按鈕15R、閃光/左按鈕15L、微距/下按鈕15D、語音備忘/上按鈕15U以及菜單/選擇確認按鈕15M。
當用戶按下廣角變焦按鈕39W或遠攝變焦按鈕39T時，變焦馬達被驅動，其進而移動變焦透鏡。圖2是圖示在圖1的數(shù)碼相機1中包括的光學系統(tǒng)(下面稱為OPS鏡筒組件)的示例性內(nèi)部結構和通過其的光學路徑的剖面圖。
參考圖2，OPS鏡筒模塊包括傾斜并具有正折射能力的第一透鏡組件10、進行變焦操作并具有負折射能力的第二透鏡組件20、具有正折射能力的第三透鏡組件30、進行聚焦操作并具有正折射能力的第四透鏡組件40、以及光電轉換單元(OEC)90。
第一透鏡組件10包括第一透鏡鏡筒14、G1透鏡11、G3透鏡13以及棱鏡12。第一透鏡鏡筒14包括配置在照相機1的外殼上以面向物體的前孔徑，以及與前孔徑垂直的側孔徑。G1透鏡11安裝在第一透鏡鏡筒14的前孔徑中。G3透鏡13安裝在第一透鏡鏡筒14的側孔徑中。棱鏡12將入射在G1透鏡11上的光以向右的角度轉向G3透鏡13。
第四透鏡組件40(即聚焦透鏡)包括透鏡鏡筒41和包括透鏡45和46的多個透鏡。同樣，第二透鏡組件20(即變焦透鏡)包括透鏡鏡筒和多個透鏡。第三透鏡組件30(即輔助透鏡)包括透鏡鏡筒和固定透鏡。
OEC 90包括光學低通濾波器(LPF)91和電荷耦合器件(CCD)95。CCD 95將通過透鏡10、20、30、40的光轉換成電信號，并可以通過互補金屬氧化物半導體(CMOS)等來實現(xiàn)。
在數(shù)碼相機1中，根據(jù)作為變焦透鏡的第二透鏡組件20的位置并根據(jù)作為聚焦透鏡的第四透鏡組件40的位置的焦距，確定入射在OPS鏡筒組件上的圖像的放大率。因此，數(shù)碼相機1的主控制器(例如微處理器、DSP等)可以根據(jù)第四透鏡組件40相對于OPS鏡筒的已知設計數(shù)據(jù)的位置獲得焦距。根據(jù)第四透鏡組件40的位置的焦距可以根據(jù)第二透鏡組件20的位置設定為不同值(參見圖4)。
參考圖1和2，當用戶按下廣角變焦按鈕39W時，焦距變短，視角變寬，因此減小圖像放大率。由此，作為聚焦透鏡的第四透鏡組件40的聚焦范圍變窄(參見圖4)。
相反，當用戶按下遠攝變焦按鈕39T時，焦距變長，視角變窄，因此增加圖像放大率。由此，作為聚焦透鏡的第四透鏡組件40的聚焦范圍變寬(參見圖4)。
在自動聚焦模式中，第四透鏡組件40(即聚焦透鏡)在根據(jù)第二透鏡組件20(即變焦透鏡)的當前位置設定的移動范圍內(nèi)移動。也就是說，在設定變焦透鏡放大率之后調(diào)節(jié)聚焦透鏡。這樣，如在下面將進一步詳細討論的圖4所示，在將變焦透鏡設定在給出希望放大率的位置之后，限制聚焦透鏡在相對于變焦透鏡的設定位置的范圍內(nèi)移動。在此過程中，將提供輸入圖像信號的最大高頻分量的第四透鏡組件40的位置作為聚焦位置。
在自動聚焦模式中，如果第二透鏡組件20(即變焦透鏡)的當前位置是變焦極限位置以及當前照相模式是近距照相模式使得第四透鏡組件40(即聚焦透鏡)被設定在其可移動范圍的末端處的近距聚焦位置，則仍可以使用距離變焦極限位置在微距范圍內(nèi)的第二透鏡組件20進行聚焦。因此，即使當?shù)谒耐哥R組件40(即聚焦透鏡)的移動范圍保持不變時，也可以擴大聚焦范圍。這樣，當?shù)谒耐哥R組件40在其可移動范圍的末端時通過移動第二透鏡組件20用于聚焦，可以有效地減小OPS鏡筒的長度。下面將參考圖3到7詳細描述自動聚焦技術和方法。
圖3示出了圖2的變焦透鏡ZL(即第二透鏡組件20)和聚焦透鏡FL(即第四透鏡組件40)的驅動狀態(tài)，以圖示在圖1的數(shù)碼相機1的照相操作期間進行的自動聚焦算法。圖4示出了對應于變焦透鏡ZL的每個位置的圖3的聚焦透鏡FL聚焦范圍，以圖示在圖1的數(shù)碼相機1的照相操作期間進行的自動聚焦算法。
在圖3和4中，標號701表示變焦透鏡ZL沿其前進的第一導向桿，標號702表示在第一導向桿701的延長線上設置的、聚焦透鏡FL沿其前進的第二導向桿?？梢岳斫?，變焦透鏡ZL沿第一導向桿701在由端點位置ZLL和ZHL限定的可移動范圍內(nèi)移動。標號ZLL表示變焦透鏡ZL在第一導向桿701的移動范圍內(nèi)提供最小放大率的位置。標號ZHL表示變焦透鏡ZL在第一導向桿701的移動范圍內(nèi)提供最大放大率的位置。標號ZHS表示在進行自動聚焦操作之前設定的變焦透鏡ZL的位置。
可以理解，聚焦透鏡FL沿第二導向桿702在由端點位置FLL和FSL限定的可移動范圍內(nèi)移動。標號FLL表示聚焦透鏡FL在第二導向桿702上提供最長焦距的位置，標號FSL表示當變焦透鏡ZL的位置是變焦極限位置以及當前照相模式是近距照相模式時設定聚焦透鏡FL的聚焦極限位置。換句話說，標號FSL表示在第二導向桿702的移動范圍內(nèi)具有最短焦距的聚焦透鏡位置。
參考圖1到4，當用戶按下廣角變焦按鈕39W或遠攝變焦按鈕39T時，變焦透鏡ZL在第一導向桿701的移動范圍ZLL至ZHL內(nèi)移動。
當用戶按下遠攝變焦按鈕39T時，變焦透鏡ZL移向變焦極限位置ZHL。由此，焦距變長，視角變窄，因此增加圖像放大率。在此情況下，聚焦透鏡FL的聚焦范圍變寬。例如，如圖4所示，當變焦透鏡ZL在變焦極限位置ZHL時，聚焦透鏡FL的聚焦范圍(即在ZHL位置處上曲線和下曲線之間的垂直間距)是F1至FSL。
相反，當用戶按下廣角變焦按鈕39W時，變焦透鏡ZL移向最小放大率ZLL的位置。由此，焦距變短，視角變寬，因此減小圖像放大率。在此情況下，通過觀察，聚焦范圍(即在ZLL位置處上曲線和下曲線之間的垂直間距)小于當其位于ZHL時聚焦透鏡FL的上述聚焦范圍。
如上所述，在自動聚焦模式中，聚焦透鏡FL在相對于變焦透鏡ZL的當前位置確定的移動范圍內(nèi)移動。在此過程中，確定聚焦透鏡FL的位置，例如聚焦馬達(例如驅動第四透鏡模塊40的位置的步進馬達等)的多個驅動步，以使輸入圖像信號的高頻分量最大并將該位置作為聚焦位置。
如果變焦透鏡ZL的當前位置為變焦極限位置ZHL以及當前照相模式是近距照相模式，即如果對應于近距照相模式的聚焦透鏡FL的位置是聚焦極限位置FSL(圖4中的點A)，則使用變焦透鏡ZL在從變焦極限位置ZHL至設定變焦透鏡位置ZHS的范圍內(nèi)進行聚焦。
換句話說，當聚焦搜索范圍寬于聚焦透鏡FL的可移動范圍FLL至FSL時，主控制器在移動變焦透鏡ZL同時使用變焦透鏡ZL進行聚焦。參考圖4，在使用變焦透鏡ZL進行聚焦之后，點從“A”移動到“B”。由此，盡管聚焦透鏡FL的可移動范圍FLL至FSL保持不變，聚焦范圍可以擴大到FLL至FSL+α的范圍。因此，可以有效地減小OPS鏡筒模塊的長度。
在設定變焦透鏡位置ZHS處的圖像放大率基本上與在變焦極限位置ZHL處的最大圖像放大率相同。試驗上，當變焦透鏡ZL被設定在變焦透鏡ZL提供最大放大率的位置ZLL時，變焦透鏡位于離原點0.1mm(8個驅動步)處。此外，變焦極限位置ZHL位于離原點8.4mm(670個驅動步)處，并且對應于當聚焦透鏡位置被設定在其可移動范圍的末端(ZHL)時的近距照相模式的聚焦極限位置FSL位于離原點5.0mm(500個驅動步)處，用于聚焦的合適的設定變焦透鏡位置ZHS位于離原點6.9mm(550個驅動步)處。在此情況下，在使用變焦透鏡ZL在從變焦極限位置ZHL至設定變焦透鏡位置ZHS的范圍內(nèi)進行聚焦之后，可以獲得聚焦透鏡FL的新聚焦極限位置FSL+α。這里，新聚焦極限位置ZHL位于離原點6.0mm(610個驅動步)處，其與上述變焦透鏡位置相距某種程度上可忽略的距離0.9mm即60個驅動步。
因此，通過從ZHL至ZHS移動變焦透鏡來進行聚焦，可以理解，盡管聚焦透鏡FL的可移動范圍(FLL至FSL)保持不變，但是聚焦范圍擴大了1.0mm，到達從FLL至FSL+α的范圍(圖4)。由此，可以有效地減小OPS鏡筒的長度。
圖5是圖示數(shù)碼相機1的照相操作期間進行的自動聚焦算法的流程圖。圖6是當變焦透鏡ZL的當前位置是在第一導向桿701中的變焦極限位置ZHL以及物體在設定近距處時，進行圖5的操作S51和S53之后獲得的聚焦圖像。圖7是在圖5的操作S57中使用變焦透鏡ZL進行聚焦之后獲得的聚焦圖像。
在圖6和7中，與圖3和4類似的標號表示類似的部分。在圖6和7中，標號CHF表示輸入圖像信號的高頻分量的量。將參考圖3至7逐步描述圖5的自動聚焦算法。
在步驟S51中，數(shù)碼相機1的主控制器(例如數(shù)碼相機處理器、DSP、微處理器等)確定當前照相模式是否是近距照相模式。當不在近距照相模式下時，聚焦透鏡FL的聚焦范圍在可移動范圍FLL至FSL內(nèi)。這樣，主控制器使用聚焦透鏡FL在相對于變焦透鏡ZL的當前位置的可移動范圍FLL至FSL內(nèi)進行聚焦(S55)。更具體地說，主控制器設定聚焦透鏡FL的位置，以使輸入圖像信號的高頻分量最大。如圖6所示，當聚焦透鏡FL設定在位置FSL時，高頻分量CHF最大。進一步如圖7所示，F(xiàn)L固定在用于近距照相的位置FSL，而變焦透鏡ZL移動到位置ZF，使得輸入圖像信號的高頻分量CHF最大。
然而，在步驟S51中，當主控制器確定數(shù)碼相機設定在近距照相模式下時，主控制器然后在步驟S53中確定變焦透鏡ZL的當前位置是否在具有設定最大放大率的位置，即在第一導向桿701的變焦極限位置ZHL上。
如果在步驟S53中確定變焦透鏡ZL的當前位置不在具有設定最大放大率的位置，即不在變焦極限位置ZHL上，則聚焦透鏡FL的聚焦范圍在聚焦透鏡FL的可移動范圍FLL至FSL內(nèi)。因此，主控制器使用聚焦透鏡FL在對應于變焦透鏡的當前位置的聚焦透鏡FL的聚焦范圍內(nèi)進行聚焦(S55)。
當當前照相模式為近距照相模式并且變焦透鏡ZL的當前位置在具有設定最大放大率的位置，即在變焦極限位置ZHL上時，聚焦透鏡FL的聚焦范圍FLL至FSL+α寬于聚焦透鏡FL的可移動范圍FLL至FSL(參見圖4和6)。因此，主控制器使用變焦透鏡ZL在從變焦極限位置ZHL至設定變焦透鏡位置ZHS的范圍內(nèi)進行聚焦(S57)。更具體地說，主控制器將具有輸入圖像信號的最大高頻分量的變焦透鏡ZL的位置設定為變焦透鏡ZL的聚焦位置ZF。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字圖像處理裝置使用的自動聚焦方法中，當照相模式為近距照相模式并且變焦透鏡的當前位置為變焦極限位置時，使用變焦透鏡在從變焦極限位置至設定變焦透鏡位置的微距范圍內(nèi)進行聚焦。由此，盡管聚焦透鏡的移動范圍保持不變，也可以擴大聚焦范圍。因此，可以有效地減小OPS鏡筒的長度。
盡管參考示例性實施例具體示出和描述了本發(fā)明，本領域的技術人員應該理解，只要不脫離下列權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍，可以進行各種形式上和細節(jié)上的修改。
權利要求
1.一種用于聚焦數(shù)字圖像處理裝置的方法，所述數(shù)字圖像處理裝置包括沿第一導向桿移動的變焦透鏡和沿在一個方向上與所述第一導向桿相鄰的第二導向桿移動的聚焦透鏡，所述方法包括以下步驟a)確定所述數(shù)字圖像處理裝置是否被設定用于近距照相；b)如果在步驟a)確定為近距照相設定，則確定圖像放大率水平；以及c)如果確定步驟b)中的所述圖像放大率水平為最大，則保持所述聚焦透鏡處于固定位置并相對于所述聚焦透鏡移動所述變焦透鏡。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中步驟a)包括檢測所述聚焦透鏡的位置；以及確定所述聚焦透鏡的所述位置是否基本上與鄰近所述第一導向桿的所述第二導向桿的端點相同。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中所述檢測步驟包括計算沿所述第二導向桿移動所述聚焦透鏡的驅動馬達的步數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中步驟b)包括檢測所述變焦透鏡的位置；以及確定所述變焦透鏡的所述位置是否基本上與鄰近所述第二導向桿的所述第一導向桿的端點相同。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其中所述檢測步驟包括計算沿所述第一導向桿移動所述變焦透鏡的驅動馬達的步數(shù)。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中步驟c)包括驅動馬達通過多個增量步以移動所述變焦透鏡；在所述多個增量步的每一步測量所述圖像的高頻分量的水平；相對于所述測量步驟，確定所述高頻分量的最大水平；以及在所述多個增量步中的一個步定位所述變焦透鏡，其中在所述一個步上測量到所述高頻分量的最大水平。
7.一種用于聚焦數(shù)字圖像處理裝置的方法，所述數(shù)字圖像處理裝置包括具有正折射能力的第一透鏡組件，具有負折射能力并沿第一導向桿可移動的用于變焦圖像的第二透鏡組件，具有正折射能力的第三透鏡組件，以及具有正折射能力并沿第二導向桿可移動的用于聚焦所述圖像的第四透鏡組件，所述方法包括以下步驟a)檢測所述第四透鏡組件的位置；b)確定所述第四透鏡組件的位置是否基本上與鄰近所述第一導向桿的所述第二導向桿的端點相同；c)檢測所述第二透鏡組件的位置；d)如果確定步驟c)中的所述第二透鏡組件的位置基本上與鄰近所述第二導向桿的所述第一導向桿的端點相同，則固定所述第四透鏡組件的位置并移動所述第二透鏡組件使其離開所述第四透鏡組件的位置。
8.根據(jù)權利要求7的方法，其中步驟a)包括計算沿所述第二導向桿移動所述第四透鏡組件的驅動馬達的步數(shù)。
9.根據(jù)權利要求7的方法，其中步驟c)包括計算沿所述第一導向桿移動所述第二透鏡組件的驅動馬達的步數(shù)。
10.根據(jù)權利要求7的方法，其中步驟d)包括驅動馬達通過多個增量步以移動所述第二透鏡組件；在所述多個增量步的每一步測量所述圖像的高頻分量的水平；相對于所述測量步驟，確定所述高頻分量的最大水平；以及在所述多個增量步中的一個步定位所述第二透鏡組件，其中在所述一個步上測量到所述高頻分量的最大水平。
11.一種用于聚焦數(shù)碼相機的方法，所述數(shù)碼相機包括具有正折射能力的第一透鏡組件，具有負折射能力并通過第一馬達沿第一導向桿驅動的用于變焦圖像的第二透鏡組件，具有正折射能力的第三透鏡組件，以及具有正折射能力并通過第二馬達沿第二導向桿驅動的用于聚焦圖像的第四透鏡組件，所述方法包括以下步驟a)檢測沿所述第二導向桿的所述第四透鏡組件的位置；b)確定所述第四透鏡組件的位置是否基本上與鄰近所述第一導向桿的所述第二導向桿的端點相同；c)檢測所述第二透鏡組件的位置；d)如果確定步驟c)中的所述第二透鏡組件的位置基本上與鄰近所述第二導向桿的所述第一導向桿的端點相同，則制動所述第二馬達以固定所述第四透鏡組件的位置，并致動所述第一馬達以沿鄰近所述第二導向桿的所述第一導向桿的預定末端部分相對于所述第四透鏡組件的位置移動所述第二透鏡組件。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中步驟a)包括計算所述第二馬達的步數(shù)。
13.根據(jù)權利要求11的方法，其中步驟c)包括計算所述第一馬達的步數(shù)。
14.根據(jù)權利要求11的方法，其中步驟d)包括驅動所述第一馬達通過包括所述預定末端部分的多個增量步；在所述多個增量步的每一步測量所述圖像的高頻分量的水平；相對于所述測量步驟，確定所述高頻分量的最大水平；以及在所述多個增量步中的一個步定位所述第二透鏡組件，其中在所述一個步上測量到所述高頻分量的最大水平。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)字圖像處理裝置使用的自動聚焦方法，所述數(shù)字圖像處理裝置包括在第一導向桿的移動范圍內(nèi)移動的變焦透鏡和在所述第一導向桿的延長線上設置的第二導向桿的移動范圍內(nèi)移動的聚焦透鏡。所述方法包括如果當前照相模式是近距照相模式且所述變焦透鏡的當前位置是變焦極限位置，則在從所述第一導向桿的變焦極限位置到設定變焦極限位置的范圍內(nèi)移動所述變焦透鏡的同時進行聚焦。
文檔編號G03B13/36GK1866069SQ20051010695
公開日2006年11月22日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者韓泳洙, 金星佑 申請人:三星Techwin株式會社