專利名稱：一種防抖動的調焦方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種防抖動的調焦方法和系統(tǒng)，尤其涉及一種可應用于移動數 碼攝像設備的攝像模組的防抖動調焦方法和系統(tǒng)。
背景技術：
隨著科技的進步和感光元器件成本的不斷降低，移動數碼攝像設備日益普及。由于CMOS工藝水平不斷提高，移動數碼攝像設備拍攝的圖像質量有了質 的飛躍，像素從起初的11萬發(fā)展到如今的500萬，噪聲控制與色彩還原水平 得到很大提高，人們在使用過程中也越來越關注移動數碼攝像設備的成像質 量。無論工藝水平如何改善使色彩、噪聲等影響圖像質量的各因素都控制在一 個比較理想的水平，影響圖像質量的第一因素依然是清晰度。而在移動數碼攝 像設備的攝像模組生產中，調焦這一環(huán)節(jié)直接決定了攝像模組的清晰度。目前，各移動數碼攝像設備攝像模組生產廠家普遍采用手工調焦。調焦的 具體過程如下在一個標準光源的燈箱內，距離頂部光源一定位置處放置待調 焦的攝像模組。在頂部光源處放置一張用于調焦的標準的EIAJ卡(如圖1所 示)。手動調整攝像模組的焦距，直到人眼看到的攝像模組出來的圖像達到最 清晰即EIAJ卡上分辨率達到最高，此時認為此攝像模組的清晰度已經調整至 最高，即可固定焦距完成此步驟。但是，在對移動數碼攝像設備的攝像模組調焦過程中模組難免會發(fā)生抖 動，特別是模組帶有金屬軟帶時抖動會更加嚴重，這會影響攝<斜莫組的焦距固 定，而這將直接影響移動數碼攝像設備的清晰度。 發(fā)明內容鑒于上述內容，本發(fā)明實施例提供一種防抖動的調焦方法和系統(tǒng)，能夠實 現通過調焦系統(tǒng)調焦，且在調焦過程中減少模組抖動對固定焦距的影響，從而 提高攝像模組的清晰度水平。本發(fā)明實施例提供的一種防抖動的調焦方法，可應用于對移動數碼攝像設備的攝像模組的調焦，包括對圖像進行運動估計，當運動估計值在補償范圍內時對所述圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像；對所述補償后的圖像劃分中心以及四周的調焦區(qū)域，對各調焦區(qū)域的圖像 進行清晰度值計算；根據計算得到的各調焦區(qū)域的圖像清晰度值，利用整體清晰度評價函數計算所述補償后圖像的整體清晰度值，并輸出清晰度值計算結果。 本發(fā)明實施例還提供一種防抖動的調焦系統(tǒng)，包括 輸入模塊，用于接收輸入的圖像；防抖動模塊，用于對所述輸入模塊接收到的圖像進行運動估計；當運動估 計值在補償范圍內時對所述圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像并將其發(fā)送 給清晰度計算模塊；清晰度計算模塊，用于對所述補償后的圖像劃分中心以及四周的調焦區(qū) 域，對各調焦區(qū)域的圖像進行清晰度值計算，并利用整體清晰度評價函數對補 償后圖像的整體清晰度值進行計算，然后將清晰度值計算結果發(fā)送給輸出模 塊；輸出模塊，用于輸出清晰度計算模塊得出的清晰度值計算結果。 通過上述技術方案的描述可知，本發(fā)明實施例提供的一種防抖動的調焦方 法和系統(tǒng)，能夠通過調焦系統(tǒng)實現防抖動調焦。當調整焦距時，通過調焦系統(tǒng) 得到當前的清晰度值，當焦距調整至最佳時，調焦系統(tǒng)返回的清晰度值會達到 最大；同時，由于本發(fā)明實施例在調焦的基礎上加入了防抖動處理，能夠在調焦過程中減少攝像模組抖動對固定焦距的影響，從而使返回的清晰度更加準 確。本發(fā)明實施例經過實際的驗證，能夠較好的完成移動數碼攝像設備攝像模 組調焦的步驟。


圖1是現有技術中用于調焦的標準EIAJ卡示意圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的CMOS圖像傳感器總像素、有效像素以及防抖 補償后有效像素的關系示意圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的防抖動調焦方法處理示意圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的菱形搜索的首個搜索區(qū)域示意圖；圖5是本發(fā)明實施例提供的菱形環(huán)狀搜索示意圖；圖6是本發(fā)明實施例提供的一次菱形搜索后找到最佳匹配點的示意圖；圖7是本發(fā)明實施例提供的劃分調焦區(qū)域的EIAJ卡示意圖；圖8是本發(fā)明實施例提供的防抖動調焦系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明實施例提供一種防抖動的調焦方法和系統(tǒng)，可以實現對數碼i^f象設 備的攝傳J漠組調焦。本發(fā)明實施例的防抖動調焦方法原理如下對當前輸入的 圖像進行裁剪處理，即對當前輸入幀進行裁剪，去掉全部像素中的緩沖區(qū)域， 形成有效像素區(qū)域；對有效像素區(qū)域進行宏塊的劃分，并對中心宏塊(即位于 有效像素中心的宏塊)的運動(即運動矢量)進行估計；當中心宏塊的運動矢 量估計值在補償范圍內時，以中心宏塊的運動矢量作為全局的運動矢量在緩沖 區(qū)域對裁剪處理后的圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像，當中心宏塊的運 動矢量估計值超出補償范圍時不進行抖動補償；然后根據調焦參照物對補償后 的圖像劃分中心以及四周的調焦區(qū)域，對各調焦區(qū)域的圖像的清晰度值進行計算。根據計算得到的各調焦區(qū)域的圖像清晰度值，利用整體清晰度評價函數計 算補償后圖像的整體清晰度值，并輸出清晰度值計算結果。根據整體清晰度評 價函數計算得到補償后圖像的整體清晰度值，即可以判斷補償后的圖像焦距是 否調整至最佳。本發(fā)明實施例中，當調整焦距時，通過調焦系統(tǒng)能夠得到當前 圖像的清晰度值，當焦距調整至最佳時，調焦系統(tǒng)輸出的清晰度值會達到最大。 本發(fā)明實施例在實現防抖動處理過程中，需要利用緩沖區(qū)域對圖像進行抖動補償，因此不能利用CMOS圖像傳感器的全部像素(即總像素數)，全部像素區(qū)域去掉緩沖區(qū)域后得到的即為有效像素區(qū)域，因此有效像素區(qū)域小于圖像 傳感器的全部像素區(qū)域。當本發(fā)明實施例所支持的最大抖動以相對移動范圍作 為指標時，當前圖像傳感器的有效像素區(qū)域為圖像傳感器全部的像素區(qū)域的中 心，則最大抖動的補償范圍不能超出圖像傳感器的總像素區(qū)域。設在水平方向上最大的補償范圍為±Xmax,在豎直方向上最大的補償范圍為土Ymax,如果 抖動幅度在這個范圍以內則可以進行抖動補償，否則不進行抖動補償。CMOS 圖像傳感器總像素區(qū)域、有效像素區(qū)域以及防抖動補償后的有效像素區(qū)域的關 系示意圖如圖2所示。圖3是本發(fā)明實施例提供的防抖動調焦方法示意圖，下面結合附圖3進行詳 細描述，步驟如下步驟l:對當前輸入幀進行裁剪，去掉全部像素中的緩沖區(qū)域，形成有效像 素區(qū)域；然后對有效像素區(qū)域進行宏塊的劃分，并對中心宏塊的運動矢量進行 估計。本發(fā)明實施例采用的運動估計方法為菱形搜索法，并以宏塊的SAD作 為衡量準則。通過搜索在當前幀中尋找與上一幀中心宏塊匹配誤差最小的宏 塊，來確定中心宏塊的運動矢量。W-l JV-1SAD的定義^口下SAD(x,y)= Z Z_ F — !(x + 少+力|,其中F"(/， _/)、,(/,_/)分別為當前幀和上一幀中位于搜索區(qū)域的對應像素各顏色分量值之和，(x,y)為運動矢量，N為宏塊大小，本發(fā)明實施例中N46，即宏塊的大小為16X16。若在某一個(x,y)處，SAD(x,y)的值達到最小，即說明匹配誤差最 小，則(x,y)就是要找的最佳匹配點。在搜索過程中，每個點代表一個宏塊，即 每個宏塊是以點為中心、面積大小為16X16的方形區(qū)域。本發(fā)明實施例的菱 形搜索過程如下第一步，只在搜索區(qū)域中心附近的5個點進行搜索，圖4是 本發(fā)明發(fā)明實施例提供的菱形搜索的首個搜索區(qū)域示意圖，如圖4所示最中心 的形成菱形的5個點，同時設立一個門限值，當這5個點中的最優(yōu)點的匹配誤 差(即SAD值)小于門限值時，就可以認為已經找到了最佳匹配點。同時停 止搜索過程。如果在第一步搜索過程中沒有找到符合條件的點，則進行一種菱 形環(huán)狀搜索過程，圖5是本發(fā)明實施例提供的菱形環(huán)狀搜索示意圖，如圖5所 示在每個搜索步驟中搜索一個環(huán)狀結構中的點，如圖5中標記為2， 3, 4的 菱形環(huán)。在每一個搜索步驟結束之后，將最小匹配誤差與門限值比較，如果最 小匹配誤差小于門限值，則終止搜索過程，否則繼續(xù)下一個環(huán)的搜索過程。本 發(fā)明實施例中如果搜索已經進行到第4個環(huán)，找到的點的匹配誤差仍然大于設 定的門限值，則繼續(xù)進行下一環(huán)搜索，直到找到匹配誤差小于門限值的點。例 如，圖6是本發(fā)明實施例提供的進行一次菱形搜索后找到最佳匹配點的示意圖。 圖6中，通過菱形環(huán)狀搜索，在第4個菱形環(huán)上找到最接近的匹配點，但是匹 配誤差仍然大于設定的門限值，于是繼續(xù)下一環(huán)搜索，最后在第6環(huán)上找到最 佳匹配點，至此搜索過程結束。步驟2:對中心宏塊的運動矢量進行估計后，若中心宏塊的運動矢量估計 值在補償范圍內時，就以中心宏塊的運動矢量作為全局的運動矢量在緩沖區(qū)域 對裁剪處理后的圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像；當中心宏塊的運動矢 量估計值超出補償范圍時則不進行抖動補償。當在運動估計中搜索到最優(yōu)點設 其為A，坐標為(x,y) , A與中心坐標之差即為移動向量(u，v)(即A相對亍 上一幀的對應像素的移動矢量)。將CMOS圖像傳感器的有效像素區(qū)域在緩沖 區(qū)域中移動(-u,-v)來進行運動補償，得到補償后的圖像。在對當前幀進行抖動補償后，可以繼續(xù)進行對下一幀的防抖動處理。步驟3:針對補償后的圖像進行清晰度計算。本發(fā)明實施例根據攝像模組生產過程中實際應用的調焦卡(EIAJ卡)來進行清晰度計算，如圖1所示。通 常在才莫組調焦過程中，關注的是EIAJ卡上四周圓環(huán)區(qū)域的清晰度以及中心線區(qū) 域的清晰度。例如，對于VGA (即30萬像素)的模組，在模組生產過程中通常 認為對于EIAJ卡，在中心300刻度時恰能區(qū)分開，同時四周200刻度也恰能區(qū)分 開，則認為模組調焦清楚。本發(fā)明實施例將EIAJ卡分為A, B， C, D, E, F, G， H， I這九個調焦區(qū) 域。圖7是本發(fā)明實施例提供的EIAJ卡的劃分調焦區(qū)域示意圖。如圖7所示，A, B, C， D對應四周區(qū)域，E對應于中心區(qū)域，F, G, H, I對應中心四個環(huán)狀區(qū) 域。每個區(qū)域采取同樣的亮度差分法來進行調焦計算。以A區(qū)為例，具體如下根據亮度差分法利用圖像的相鄰像素的亮度差的絕對值之和作為清晰度 評價函數。設當前點為/(x,力，則左邊相鄰的點為/(x-l,力，上邊相鄰的點為 /(x,7-1)。設A區(qū)的清晰度評價函數為，則凡①=Z!/(x，j;)—/(x，y-l)| /(x—(i=0,l,2...m)通過上述函數，即可計算得出A區(qū)的清晰度值。同理，利用上述函數，可 以分別計算得到B, C， D, E, F, G, H， I區(qū)域的清晰度值。對于本發(fā)明實 施例劃分的A， B， C, D， E， F， G, H， I這九個調焦區(qū)域，設總的權重為 15，正中心區(qū)域E的權重占3，中心線狀區(qū)域F, G, H， I的權重各占2，四 周圓形區(qū)域A， B， C, D的權重各占l。因此整體圖像清晰度評價函數為 F(O = [3凡(/)+2鄉(xiāng))+2尸g(/)+2,+2F/(0+爛+糊+鄉(xiāng))+F柳/15 。當圖像焦距調整至最佳時，即清晰度最好時，i^;)的取值為最大。亮度差 分法是一種微分方法，即對圖像進行梯度變換，也就是利用了圖像的邊緣增強 處理，使圖像清晰度評價函數的特征曲線更加陡峭，即聚焦圖像與離焦圖像的 評價函數值更分明，提高了準確聚焦的靈敏度。根據上述分析，本發(fā)明實施例采用的亮度差分法能實現快速、實時和有效的測量要求。本發(fā)明實施例還提供一種防抖動的調焦系統(tǒng)，如圖8所示，圖8是本發(fā)明實施例提供的防抖動調焦系統(tǒng)結構示意圖，調焦系統(tǒng)具體可以包括輸入模塊、 防抖動模塊、清晰度計算模塊、輸出模塊； 輸入模塊，用于接收輸入的圖像；防抖動模塊，用于對輸入模塊接收到的圖像進行運動估計；當運動估計值 在補償范圍內時對圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像并將其發(fā)送給清晰度 計算模塊；當運動估計值超出補償范圍時不進行抖動補償；清晰度計算模塊，用于根據調焦參照物對補償后的圖像劃分中心以及四周 的調焦區(qū)域，根據清晰度評價函數對各調焦區(qū)域的圖像進行清晰度值計算，并 根據整體清晰度評價函數,=附/) + 2凡0〕+2, + 2,〕 + 2F/(/)+爛+尸s(/)+Fc(/)+糊]/15 對補償后的圖像的整體清晰度值進行計算，然后將整體清晰度值計算結果發(fā)送 給輸出模塊；輸出模塊，用于接收到清晰度計算模塊計算得出的清晰度值計算結果后， 將其輸出。清晰度值計算結果還可以包括計算得到的各調焦區(qū)域的圖像清晰度 值；所述輸出的清晰度值計算結果用于提示圖像焦距是否調整至最佳。上述防抖動模塊具體可以包括運動估計模塊、運動補償模塊。運動估計模塊，用于接收輸入的圖像，對輸入的圖像進行裁剪處理，去掉 全部像素中的緩沖區(qū)域，形成有效像素區(qū)域，對該有效像素區(qū)域進行宏塊的劃 分，并對位于中心的宏塊(即中心宏塊)的運動矢量進行估計，得出運動估計 值并將其發(fā)送給運動補償模塊；運動補償模塊，用于收到運動估計值后，判斷該運動估計值是否在補償范 圍內，當運動估計值在補償范圍內時，以上述中心宏塊的運動矢量作為全局的 運動矢量在上述緩沖區(qū)域對上述裁剪處理后的圖像進行抖動補償，得到補償后 的圖像并將其發(fā)送給清晰度計算模塊。綜上所述，本發(fā)明實施例提供的一種防抖動的調焦方法和系統(tǒng)，能夠實現 通過調焦系統(tǒng)調焦。在調整焦距時，通過調焦系統(tǒng)得到補償后圖像的清晰度值， 當焦距調整至最佳時，調焦系統(tǒng)輸出的整體清晰度值會達到最大；同時，由于 本發(fā)明實施例在調焦的基礎上加入了防抖動處理，在調焦過程中減少了攝像模 組抖動對固定焦距的影響，從而使調焦系統(tǒng)輸出的清晰度更加準確。本發(fā)明實 施例經過實際的驗證，能夠較好的完成移動數碼攝像設備的攝像模組調焦的步 驟。上述各實施例只是本發(fā)明眾多實施例中的一部分，雖然通過實施例描繪了 本發(fā)明，本領域普通技術人員知道，本發(fā)明有許多變形和變化而不脫離本發(fā)明 的精神，本發(fā)明的申請文件的權利要求包括這些變形和變化。
權利要求
1、一種防抖動的調焦方法，其特征在于，包括對圖像進行運動估計，當運動估計值在補償范圍內時對所述圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像；對所述補償后的圖像劃分中心以及四周的調焦區(qū)域，對各調焦區(qū)域的圖像進行清晰度值計算；根據計算得到的各調焦區(qū)域的圖像清晰度值，利用整體清晰度評價函數計算所述補償后圖像的整體清晰度值，并輸出清晰度值計算結果。
2、 如權利要求l所述的一種防抖動的調焦方法，其特征在于，所述方法 還包括在對所述圖像進行運動估計前，對所述圖像進行裁剪處理；所述裁剪 處理包括去掉全部像素中的緩沖區(qū)域，形成有效像素區(qū)域。
3、 如權利要求2所述的一種防抖動的調焦方法，其特征在于，所述進行運 動估計包括對所述有效像素區(qū)域進行宏塊的劃分，對中心宏塊的運動矢量進 行估計。
4、 如權利要求3所述的一種防抖動的調焦方法，其特征在于，所述的抖動 補償包括以中心宏塊的運動矢量作為全局的運動矢量在所述緩沖區(qū)域對所述 裁剪處理后的圖像進行抖動補償。
5、 如權利要求l所述的一種防抖動的調焦方法，其特征在于，對所述補償 后的圖像劃分中心以及四周的調焦區(qū)域，是根據調焦參照物對補償后的圖像劃 分中心以及四周的調焦區(qū)域。
6、 如權利要求l所述的一種防抖動的調焦方法，其特征在于，所述輸出的 清晰度值計算結果還可以包括所述計算得到的各調焦區(qū)域的圖像清晰度值；所述輸出的清晰度值計算結果用于提示圖像焦距是否調整至最佳。
7、 一種基于權利要求1至6所述的防抖動的調焦系統(tǒng)，其特征在于，包括輸入模塊，用于接收輸入的圖像；防抖動模塊，用于對所述輸入模塊接收到的圖像進行運動估計；當運動估計值在補償范圍內時對所述圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像并將其發(fā)送給清晰度計算模塊；清晰度計算模塊，用于對所述補償后的圖像劃分中心以及四周的調焦區(qū) 域，對各調焦區(qū)域的圖像進行清晰度值計算，并利用整體清晰度評價函數對補 償后圖像的整體清晰度值進行計算，然后將清晰度值計算結果發(fā)送給輸出模 塊；輸出模塊，用于輸出所述清晰度值計算結果。
8、 如權利要求7所述的一種防抖動的調焦系統(tǒng)，其特征在于，所述防抖 動模塊，包括運動估計模塊，對所述圖像進行宏塊的劃分，并對中心宏塊的運動矢量進 行估計，得出運動估計值并將其發(fā)送給所述運動補償模塊；運動補償模塊，用于判斷運動估計模塊得出的運動估計值是否在補償范圍 內，當所述運動估計值在補償范圍內時，以所述中心宏塊的運動矢量作為全局 的運動矢量對所述圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像并將其發(fā)送給所述清 晰度計算模塊。
9、 如權利要求7或8所述的一種防抖動的調焦系統(tǒng)，其特征在于，所述 運動估計模塊在進行所述宏塊劃分前，對所述輸入模塊接收到的圖像進行裁剪 處理，包括去掉全部像素中的緩沖區(qū)域，形成有效像素區(qū)域；所述對所述圖像 進行宏塊的劃分是對所述有效像素區(qū)域進行宏塊的劃分；所述運動補償模塊對 所述圖像進行抖動補償，是在所述緩沖區(qū)域對所述裁剪處理后的圖像進行抖動 補償。
10、 如權利要求7所述的一種防抖動的調焦系統(tǒng)，其特征在于，所述清晰 度計算模塊對所述補償后的圖像劃分中心以及四周的調焦區(qū)域，是根據調焦參 照物對補償后的圖像進行劃分。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種防抖動調焦方法和系統(tǒng)。方法包括對圖像進行運動估計，當運動估計值在補償范圍內時對所述圖像進行抖動補償，得到補償后的圖像；對所述補償后的圖像劃分中心以及四周的調焦區(qū)域，對各調焦區(qū)域的圖像進行清晰度值計算；根據計算得到的各調焦區(qū)域的圖像清晰度值，利用整體清晰度評價函數計算所述補償后圖像的整體清晰度值，并輸出清晰度值計算結果。能夠實現通過調焦系統(tǒng)調焦，且在調焦過程中減少模組抖動對固定焦距的影響，從而提高攝像模組的清晰度水平。
文檔編號H04N5/232GK101246250SQ20081005571
公開日2008年8月20日 申請日期2008年1月7日 優(yōu)先權日2008年1月7日
發(fā)明者飛 譚 申請人:北京思比科微電子技術有限公司