用于產(chǎn)生隨多個邊緣寬度而變的一聚焦信號的方法
【專利摘要】一種自動聚焦圖像系統(tǒng)，其包括耦合到一聚焦信號產(chǎn)生器的一像素陣列。該像素陣列捕捉具有具一寬度的至少一個邊緣的一圖像。該聚焦信號產(chǎn)生器可產(chǎn)生一聚焦信號，該聚焦信號隨邊緣寬度和/或邊緣寬度統(tǒng)計而變。一處理器接收該聚焦信號和/或該邊緣寬度統(tǒng)計，且調(diào)整一聚焦透鏡的一聚焦位置?？赏ㄟ^包括使用梯度等各種技術(shù)來確定該邊緣寬度?？墒褂眠吘墝挾鹊囊恢狈綀D來確定一特定圖像是已聚焦的還是未聚焦的。具有一大的瘦邊緣寬度計數(shù)的一直方圖指示一已聚焦的圖像。
【專利說明】用于產(chǎn)生隨多個邊緣寬度而變的一聚焦信號的方法
[0001 ] 本申請是申請?zhí)枮?01080066987.7、申請日為2010年5月27日、發(fā)明名稱為“自動聚焦圖像系統(tǒng)”的PCT國際發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]所揭示的標(biāo)的物一般涉及自動聚焦電子捕捉的圖像。
【背景技術(shù)】
[0003]例如數(shù)碼相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等攝影設(shè)備可包含電子圖像傳感器，其捕捉光以用于分別處理成靜止或視頻圖像。電子圖像傳感器通常包含數(shù)百萬個光捕捉元件，例如光電二極管。
[0004]例如相機(jī)等許多圖像捕捉裝置包括自動聚焦系統(tǒng)。自動聚焦過程包括以下步驟:捕捉圖像;處理圖像以確定其是否對焦；以及如果未對焦，那么產(chǎn)生用以改變聚焦透鏡的聚焦位置的反饋信號。存在兩種主要自動聚焦技術(shù)。第一種技術(shù)涉及對比度測量，另一技術(shù)考慮一對圖像之間的相位差。在對比度方法中，分析鄰近像素之間的強(qiáng)度差，且調(diào)整焦點(diǎn)，直到檢測到最大對比度為止。盡管對于靜態(tài)圖片來說是可接受的，但對比度技術(shù)對于運(yùn)動視頻來說是不合適的。
[0005]相位差方法包括將傳入圖像分裂成兩個圖像，其由單獨(dú)的圖像傳感器捕捉。將兩個圖像進(jìn)行比較以確定相位差。調(diào)整聚焦位置，直到兩個圖像匹配為止。相位差方法需要額外零件，例如光束分裂器和額外圖像傳感器。另外，相位差方法分析相對小的固定檢測點(diǎn)帶。具有較小的檢測點(diǎn)群組易于導(dǎo)致誤差，因為噪聲可疊加到一個或一個以上點(diǎn)上。如檢測點(diǎn)不與圖像邊緣重合，那么此技術(shù)也是無效的。最后，因為相位差方法將光分裂，因此撞擊在光傳感器上的光的量被切為兩半或更多。在圖像光強(qiáng)度已經(jīng)較低的暗淡環(huán)境中，這可成為問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明揭示一種自動聚焦圖像系統(tǒng)，其包括耦合到聚焦信號產(chǎn)生器的像素陣列。該像素陣列捕捉圖像，該圖像具有具一寬度的至少一個邊緣。該產(chǎn)生器產(chǎn)生聚焦信號，該聚焦信號隨邊緣寬度和邊緣寬度的各種統(tǒng)計而變。
【附圖說明】
[0007]圖1是自動聚焦圖像拾取設(shè)備的實施例的示意圖。
[0008]圖2是自動聚焦圖像拾取設(shè)備的替代實施例的示意圖。
[0009]圖3是聚焦信號產(chǎn)生器的框圖。
[0010]圖4是圖像信號矩陣上的水平索貝爾算子的運(yùn)算的說明。
[0011]圖5說明從水平梯度計算邊緣寬度。
[0012]圖6A、圖6B是具有傾斜角度Φ的邊界中的垂直邊緣的邊緣寬度的計算的說明。
[0013]圖6C、圖6D是具有傾斜角度Φ的邊界中的水平邊緣的邊緣寬度的計算的說明。
[0014]圖7是計算傾斜角度并校正具有傾斜度的邊界中的垂直邊緣的邊緣寬度。
[0015]圖8是垂直級聯(lián)邊緣的說明。
[0016]圖9Α是緊密堆積的垂直條的群組的說明。
[0017]圖9Β是越過圖9Α的圖像信號的曲線圖。
[0018]圖9C是越過圖9Α的水平索貝爾梯度的曲線圖。
[0019]圖10是用以消除具有淺調(diào)制深度的緊密堆積邊緣的過程的流程圖。
[0020]圖11是說明用于計算細(xì)聚焦信號的邊緣寬度范圍的邊緣寬度的直方圖。
[0021]圖12是場景的說明。
[0022]圖13是說明圖12的場景的聚焦掃描期間的窄邊緣計數(shù)的變化的曲線圖。
[0023]圖14是說明圖12的場景的聚焦掃描期間的毛聚焦信號的變化的曲線圖。
[0024]圖15是說明聚焦位置范圍上的細(xì)聚焦信號的變化的曲線圖。
[0025]圖16是顯示場景中的多個對象以及該等對象中的一者上的選擇標(biāo)記的設(shè)備的說明。
[0026]圖17是排除校準(zhǔn)器的第一實施例的框圖。
[0027]圖18是排除校準(zhǔn)器的第二實施例的框圖。
[0028]圖19是用以確定一個邊緣特性的排除范圍的過程的流程圖。
[0029]圖20是用以確定多個邊緣特性的排除范圍鏈的過程的流程圖。
[0030]圖21是具有各自在不同照明下的不同聚焦距離處的邊緣的場景的說明。
[0031]圖22是邊緣的最大亮度的第一直方圖以及在圖21的區(qū)(壁鐘)內(nèi)的僅足夠尖銳的邊緣的第二直方圖。
[0032]圖23是邊緣的色調(diào)的第一直方圖以及圖21的區(qū)(壁鐘)內(nèi)的僅足夠尖銳的邊緣的第二直方圖。
[0033]圖24是邊緣上的亮度變化量值的第一直方圖以及圖21的區(qū)(壁鐘)內(nèi)的僅足夠尖銳的邊緣的第二直方圖。
[0034]圖25是聚焦掃描過程的流程圖。
[0035]圖26到圖28是在不同聚焦位置處捕捉到的圖12的場景的圖像的說明。
[0036]圖29是說明圖13的聚焦位置FA、FB和FC處的尖銳邊緣計數(shù)對色調(diào)的曲線圖。
[0037]圖30A是展示聚焦位置FA(“山脈、太陽和地平線”)的色調(diào)排除范圍的曲線圖。
[0038]圖30B是展示聚焦位置FB(“汽車”)的色調(diào)排除范圍的曲線圖。
[0039]圖30C是展示聚焦位置FC(“人”)的色調(diào)排除范圍的曲線圖。
[0040]圖31是展示在顯示器上加亮的對應(yīng)于圖13的聚焦位置FA的呈尖銳聚焦的邊緣的說明。
[0041]圖32是展示在顯示器上加亮的圖14的尖銳聚焦位置FB的邊緣的說明。
[0042]圖33是展示圖像捕捉裝置上的供用戶請求跳到下一較遠(yuǎn)或較近尖銳聚焦位置的按鈕的說明。
[0043]圖34是處于搜尋模式的聚焦控制系統(tǒng)的流程圖。
[0044]圖35是在搜尋聚焦位置FB以及隨后切換到跟蹤模式期間的窄邊緣計數(shù)對聚焦位置的曲線圖。
[0045]圖36是展示在搜尋對應(yīng)于圖35的聚焦位置FB期間的毛聚焦信號的曲線圖。
[0046]圖37是其中聚焦系統(tǒng)切換到跟蹤模式的替代實施例的窄邊緣計數(shù)對聚焦位置的曲線圖。
[0047]圖38是處于圖37的搜尋模式的聚焦控制系統(tǒng)的流程圖。
[0048]圖39是說明在使細(xì)聚焦信號維持最小的聚焦控制系統(tǒng)的實施例在跟蹤移動對象期間的細(xì)聚焦信號的變化的曲線圖。
[0049]圖40是說明在尖銳聚焦獲取期間細(xì)聚焦信號如何隨時間變化的曲線圖。
[0050]圖41是說明在使細(xì)聚焦信號維持與最小值的偏移的聚焦控制系統(tǒng)的替代實施例跟蹤移動對象期間的細(xì)聚焦信號的變化的曲線圖。
[0051]圖42A是展示當(dāng)選擇區(qū)選擇場景中的鳥且排除校準(zhǔn)器在該鳥呈尖銳聚焦時校準(zhǔn)該鳥時所捕捉到的第一圖像的說明。
[0052]圖42B是展示在鳥已移動到圖像捕捉畫框的第二位置之后捕捉到的第二圖像的說明。
[0053]圖42C是展示在鳥已從第二位置移動到第三位置之后捕捉到的第三圖像的說明。
[0054]圖43是級聯(lián)邊緣的長度的第一直方圖以及圖42A的僅級聯(lián)的足夠尖銳的邊緣(鳥)的第二直方圖。
[0055]圖44是與邊緣的垂直軸的傾斜角度的第一直方圖以及圖42A的僅足夠尖銳的邊緣(鳥)的第二直方圖。
[0056]圖45是聚焦信號產(chǎn)生器的替代實施例的框圖。
[0057]圖46是自動聚焦圖像拾取設(shè)備的替代實施例的示意圖。
[0058]圖47是具有主像素陣列和輔助像素陣列的自動聚焦圖像拾取設(shè)備的實施例的示意圖。
[0059]圖48是具有主像素陣列和輔助像素陣列的自動聚焦圖像拾取設(shè)備的替代實施例的示意圖。
[0060]圖49是具有主像素陣列和輔助像素陣列的自動聚焦圖像拾取設(shè)備的替代實施例的示意圖。
[0061]圖50是來自主像素陣列的邊緣寬度的變化以及來自處于不同聚焦位置的輔助像素陣列的邊緣寬度的變化的說明。
【具體實施方式】
[0062]所揭示的是一種自動聚焦圖像系統(tǒng)，其包括耦合到聚焦信號產(chǎn)生器的像素陣列。該像素陣列捕捉圖像，該圖像具有具一寬度的至少一個邊緣。聚焦信號產(chǎn)生器可產(chǎn)生聚焦信號，其隨邊緣寬度和/或邊緣寬度的統(tǒng)計而變。處理器接收聚焦信號和/或邊緣寬度的統(tǒng)計，并調(diào)整聚焦透鏡的聚焦位置。邊緣寬度可由包括使用梯度在內(nèi)的各種技術(shù)來確定。可使用邊緣寬度的直方圖來確定特定圖像是聚焦還是未聚焦。具有大的較瘦邊緣寬度計數(shù)的直方圖指示已聚焦的圖像。
[0063]架構(gòu)
[0064]通過參考數(shù)字來更具體地參考圖式，圖1展示自動聚焦圖像捕捉系統(tǒng)102的實施例。系統(tǒng)102可為數(shù)字靜態(tài)相機(jī)的一部分，但將理解，該系統(tǒng)可在需要圖像的受控聚焦的任何裝置中實施。系統(tǒng)102可包括聚焦透鏡104、像素陣列和電路108、A/D轉(zhuǎn)換器110、處理器112、顯示器114、存儲器卡116以及驅(qū)動電動機(jī)/電路118。來自場景的光穿過透鏡104進(jìn)入。像素陣列和電路108產(chǎn)生模擬信號，模擬信號由A/D轉(zhuǎn)換器110轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。像素陣列108可并入有鑲嵌色彩圖案，例如拜耳圖案?？蓪?shù)字信號發(fā)送到處理器112，其執(zhí)行各種處理，例如色彩內(nèi)插、聚焦位置控制、色彩校正、圖像壓縮/解壓縮、用戶接口控制以及顯示器控制;且可將數(shù)字信號發(fā)送到聚焦信號產(chǎn)生器120。在聚焦信號產(chǎn)生器120和處理器112駐存在不同封裝內(nèi)的情況下，可實施色彩內(nèi)插單元148以對數(shù)字信號130執(zhí)行色彩內(nèi)插，以為聚焦信號產(chǎn)生器120估計每一像素上的缺失色彩信號。或者，在聚焦信號產(chǎn)生器120和處理器112—起駐存在封裝144內(nèi)的情況下，聚焦信號產(chǎn)生器120可如圖2所示，在總線146上輸入來自處理器112的經(jīng)內(nèi)插的色彩圖像，或從由A/D轉(zhuǎn)換器110產(chǎn)生的原始圖像信號得出的單個圖像信號，例如灰度級信號。
[0065]聚焦信號產(chǎn)生器120接收來自處理器112的一組控制信號132，另外，且可將信號134輸出到處理器112。輸出信號134可包括以下各項中的一者或一者以上:聚焦信號134、窄邊緣計數(shù)以及表示圖像中的邊緣寬度的統(tǒng)計的一組數(shù)字。處理器112可產(chǎn)生聚焦控制信號136，其被發(fā)送到驅(qū)動電動機(jī)/電路118以控制聚焦透鏡104。已聚焦的圖像最終提供給顯示器114且/或存儲在存儲器卡116中。用于調(diào)整聚焦位置的算法可由處理器112執(zhí)行。
[0066]像素陣列和電路108、A/D轉(zhuǎn)換器110、聚焦信號產(chǎn)生器120以及處理器112可全部駐存在一封裝內(nèi)?；蛘?，像素陣列和電路108、A/D轉(zhuǎn)換器110、聚焦信號產(chǎn)生器120可獨(dú)立于處理器112而作為圖1中所示的圖像傳感器150駐存在封裝142內(nèi)?；蛘撸劢剐盘柈a(chǎn)生器120和處理器112可獨(dú)立于像素陣列108和A/D轉(zhuǎn)換器110而作為相機(jī)控制器160駐存在封裝144內(nèi)。
[0067]聚焦信號產(chǎn)生器
[0068]圖3展示接收來自圖像提供單元202的圖像的聚焦信號產(chǎn)生器120的實施例。圖像提供單元202可為圖1中的色彩內(nèi)插器148或圖2中的處理器212。聚焦信號產(chǎn)生器120可包括邊緣檢測與寬度測量(EDWM)單元206、聚焦信號計算器210、長度過濾器212、寬度過濾器209、排除過濾器207以及排除校準(zhǔn)器205。聚焦信號產(chǎn)生器120可進(jìn)一步包括細(xì)化開關(guān)220和排除開關(guān)230，其分別由輸入“細(xì)化” 222和“排除” 232控制。聚焦信號產(chǎn)生器120可提供來自寬度過濾器209的窄邊緣計數(shù)以及來自聚焦信號計算器210的聚焦信號，該聚焦信號可在細(xì)聚焦信號與毛聚焦信號之間配置，其可由輸入“細(xì)化”222選擇。或者，可計算細(xì)聚焦信號和毛聚焦信號兩者，并將其作為輸出信號134的一部分輸出。邊緣檢測與寬度測量單元206接收由圖像提供單元202提供的圖像。排除校準(zhǔn)器205接收輸入到聚焦信號計算器210的命令和控制信號(校準(zhǔn)命令、索引和R/W)。在圖1和圖2的情形中，這些命令和控制信號，以及控制信號“細(xì)化”222和“排除”232可由處理器112在信號132中提供。而且在圖1和圖2的情形中，可將輸出信號134提供給處理器112，處理器112充當(dāng)聚焦系統(tǒng)控制器，其控制聚焦透鏡104的聚焦位置，以通過分析輸出信號134以檢測圖像中的尖銳對象來使對象的圖像達(dá)到像素陣列108上的尖銳聚焦。下文描述聚焦信號產(chǎn)生器120的各種組件。
[0069]EDTOl單元206可變換輸入圖像，使得圖像的三個信號紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)被轉(zhuǎn)換為單個圖像信號?？衫萌舾煞N技術(shù)來將圖像變換為單個圖像?？墒褂肦GB值來計算亮度或色度值，或可取RGB值的特定比率來形成單個圖像信號。舉例來說，可用等式Y(jié) = 0.2126*R+0.7152*G+0.0722*B來計算亮度值，其中Y為亮度值。該單個圖像信號可接著由高斯過濾器或任何低通過濾器處理，以平滑相鄰像素之間的像素信號值而移除噪聲。
[0070]聚焦信號產(chǎn)生器120、120’、120”不限于灰度級信號。聚焦信號產(chǎn)生器120、120’、120”可對任何一個圖像信號操作，以檢測該圖像信號中的一個或一個以上邊緣?；蛘撸劢剐盘柈a(chǎn)生器120、120’、120”可對圖像信號的任何組合操作，例如Y、R-G或B-G。聚焦信號產(chǎn)生器120、120’、120”可分別對R、G、B圖像信號中的每一者或其任何一個或一個以上組合操作，以檢測邊緣。聚焦信號產(chǎn)生器120、120’、120”可針對1?、6、8圖像信號中的每一者或其任何組合而形成邊緣寬度的統(tǒng)計。聚焦信號產(chǎn)生器120、120’、120”可根據(jù)來自一個或一個以上圖像信號的邊緣寬度的統(tǒng)計形成聚焦信號。
[0071]接著計算經(jīng)處理圖像的梯度。有各種方法可用以計算梯度，包括拉普拉斯和索貝爾?？煞謩e例如使用索貝爾X算子和索貝爾Y算子來計算列和行上的梯度，以分別檢測垂直和水平邊緣。通過等式341^，(1]=1][1(1+1]-1][1^(1-1]給出像素位置[1^(1]處的索貝爾父算子，其中讓為行編號，且(1為列編號。通過等式57[1^]=1][1^1，(1]-1][1^1，(1]給出同一位置處的索貝爾Y算子，其中U是經(jīng)處理圖像的圖像信號。
[0072]定向加標(biāo)簽
[0073]如果垂直或水平梯度量值超過預(yù)定下限(“消除閾值”)(例如針對8位圖像為5)，那么對每一像素加水平邊緣(“H”)或垂直邊緣(“V”)的標(biāo)簽，或如果兩者都不是，那么加無邊緣的標(biāo)簽。此下限消除因柔和陰影或噪聲而導(dǎo)致的偽邊緣。如果像素的水平梯度量值超過其垂直梯度量值預(yù)定的滯后量或以上(例如，對于8位圖像來說為2)，那么將像素加標(biāo)簽為垂直邊緣，且反之亦然。如果兩個梯度量值相差小于滯后量，那么像素獲得與其最近的具有已確定的方向標(biāo)簽的相鄰者的方向標(biāo)簽相同的方向標(biāo)簽。舉例來說，如果在每一行中從左到右并向下逐行地掃描圖像，那么相鄰像素的檢查序列可為上方像素第一、左上方像素第二，且左側(cè)像素第三，且右上方像素最后。應(yīng)用此滯后有助于確保如果鄰近像素中的每一者具有幾乎相同的水平和垂直梯度量值，那么鄰近像素獲得類似標(biāo)簽。圖4說明水平和垂直梯度的6x6陣列上的加標(biāo)簽的結(jié)果。在每一單元中，水平梯度位于左上，垂直梯度在右側(cè)，且方向標(biāo)簽在底部。在此步驟中，僅具有超過5的水平或垂直梯度量值的像素合格，因為邊緣像素以粗體印刷，且獲得方向標(biāo)簽。
[0074]可針對垂直邊緣水平掃描且針對水平邊緣垂直掃描圖像、梯度和標(biāo)簽。如果同一行中具有相同水平梯度極性且全部針對垂直邊緣而加標(biāo)簽的每一連續(xù)像素群組的左側(cè)或右側(cè)的鄰近像素不同樣，那么可將該像素群組標(biāo)示為垂直邊緣。同樣，如果同一列中具有相同垂直梯度極性且全部針對水平邊緣而加標(biāo)簽的每一連續(xù)像素群組的上方或下方的鄰近像素均不滿足上述條件，那么可將該像素群組標(biāo)示為水平邊緣。因此，可識別水平和垂直邊緣。
[0075]邊緣寬度
[0076]可通過移除梯度量值小于邊緣內(nèi)的峰梯度量值的給定分?jǐn)?shù)的像素來精細(xì)化每一邊緣。圖5說明使用等于邊緣的峰梯度量值的三分之一的精細(xì)化閾值來將邊緣寬度從原來的9向下精細(xì)化到3的此步驟。此邊緣精細(xì)化辨別占優(yōu)勢的梯度分量(其設(shè)定在邊緣的銳度的視覺感知中占優(yōu)勢的視在邊緣寬度)，而不管具有可能導(dǎo)致梯度在許多像素上柔和地衰退的多個重疊陰影的圖像。
[0077]可在已知方法的任一者中計算邊緣寬度。一種計算邊緣寬度的方法是簡單地對邊緣內(nèi)的像素的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)。圖5中展示計算邊緣寬度的替代方法。在圖5中，通過從精細(xì)化閾值304進(jìn)行內(nèi)插，在經(jīng)細(xì)化邊緣的第一外像素(像素3)與鄰近的外側(cè)像素(像素2)之間找到第一分?jǐn)?shù)像素位置(2.4)。同樣，在第二外像素(像素5)與其鄰近的外側(cè)像素(像素6)之間找到第二分?jǐn)?shù)像素位置(5.5)。認(rèn)為邊緣寬度為這兩個分?jǐn)?shù)像素位置之間的差，5.5-2.4 =3.1。
[0078]傾斜度校正
[0079]在一圖像中，當(dāng)該圖像變得更聚焦或變得較不聚焦時，具有不同輝度或色調(diào)的兩個區(qū)之間的邊界變得更厚或更薄。此邊界的該厚度是在垂直于該邊界的方向上跨該邊界的寬度。
[0080]如果該邊界是垂直的，那么垂直于該邊界的該方向是水平方向。如果該邊界是水平的，那么垂直于該邊界的該方向是垂直方向。
[0081]在該邊界內(nèi)，圖像信號(例如，發(fā)光度、藍(lán)色色度信號，或紅色色度信號)具有從該邊界的一側(cè)到另一側(cè)的轉(zhuǎn)變。該邊界的視覺上感知的范圍覆蓋了該轉(zhuǎn)變最陡處的附近。
[0082]如果該邊界是垂直的，那么該轉(zhuǎn)變的陡度反映于跨該邊界從一側(cè)到另一側(cè)水平產(chǎn)生的梯度信號中。因此，梯度信號達(dá)到峰處的鄰域以及該鄰域的寬度分別對應(yīng)于該邊界的視覺上感知的范圍和該邊界的厚度。該鄰域是一組鄰近像素，該組鄰近像素的水平梯度高于峰梯度的預(yù)定分?jǐn)?shù)。該鄰域是本描述中早先界定的垂直邊緣，且該鄰域的寬度是該垂直邊緣的邊緣寬度。隨后可看到該垂直邊界包括垂直排列的多個此類垂直邊緣。
[0083]同樣，如果該邊界是水平的，那么可看到其包括水平排列的多個水平邊緣，且其邊緣寬度表示該水平邊界的厚度。
[0084]然而，并不是一圖像中的多個區(qū)之間的全部邊界都垂直或水平定向。許多邊界相對于垂直方向和水平方向傾斜，且通常相對于一者比相對于另一者傾斜得少。在圖6A到6D中說明此情形。在圖6A中，邊界410是區(qū)420與區(qū)430之間的直邊界，且以順時針方式以一傾斜角度從垂直虛線傾斜。在圖6B中，邊界412是區(qū)422與區(qū)432之間的直邊界，且以逆時針方式以一傾斜角度從垂直虛線傾斜。在圖6C中，邊界414是區(qū)424與區(qū)434之間的直邊界，且以逆時針方式以一傾斜角度從水平虛線傾斜。在圖6D中，邊界416是區(qū)426與區(qū)436之間的直邊界，且以順時針方式以一傾斜角度從水平虛線傾斜。
[0085]如圖6A到6D中所示，邊界的作為垂直地跨該等邊界的寬度的厚度(展示為b)與傾斜角度無關(guān)?？鐖D6A和6B中的邊界在水平方向上測得的寬度(展示為a)以及同樣跨圖6C和6D中的邊界在垂直方向上測得的寬度是該等邊界中的該等邊緣(圖6A和6B的垂直邊緣；圖6C和6D的水平邊緣)的邊緣寬度。但與垂直邊界和水平邊界的情況不一樣，該等邊緣寬度不再表示邊界的厚度。當(dāng)邊界不是垂直的或水平的時，保持對邊界在圖像中未聚焦的程度的量度的是邊界的厚度，而不是邊緣寬度。使用現(xiàn)狀的邊緣寬度來形成聚焦信號而不考慮該等邊緣所屬的邊界的傾斜度將導(dǎo)致聚焦信號受到圖像中的邊界的定向影響。這是在本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)并解決的不合意的效應(yīng)。
[0086]此問題的一解決方案是校正從邊緣在規(guī)定方向(例如，水平方向，或垂直方向)上測得的邊緣寬度，從而獲得該邊緣所屬的邊界的寬度，隨后將經(jīng)校正的邊緣寬度而不是未經(jīng)校正的邊緣寬度輸入到聚焦信號計算。邊界的寬度是垂直地跨邊界測得的。
[0087]通過將邊緣寬度從沿著該方向測量邊緣寬度的規(guī)定方向(其垂直于邊緣方向)投影到垂直于邊界的方向的方向，可找出邊界的寬度。將邊界從邊緣方向的傾斜角度標(biāo)示為Φ，可通過將邊緣寬度乘以cos( Φ)或其近似值來執(zhí)行該校正。
[0088]存在用于找出傾斜角度Φ的各種方法。一類方法涉及從邊緣中的垂直和水平梯度找出tan( Φ )或其近似值。一個實例是找出比率y/x，其中是X是垂直于邊緣方向的梯度，且y是平行于邊緣方向的梯度，對于鄰域(其可在該邊緣內(nèi)或可為與該邊緣重疊的二維鄰域)中的每一像素，隨后找出該鄰域內(nèi)的比率的平均值(其可為經(jīng)加權(quán)的平均值)。
[0089]為了從邊緣寬度計算聚焦信號，在那些規(guī)定方向中的一者或另一者上測得的邊緣寬度將通過將該等邊緣寬度縮小到在垂直于相應(yīng)邊緣的方向的方向上的寬度而經(jīng)過校正。邊緣檢測和寬度測量單元206對邊緣寬度執(zhí)行此校正。如圖6A中所示，所測得的寬度a是其底邊(以寬度b標(biāo)記)垂直地跨過陰影邊界的直角三角形的斜邊的長度?？蓮乃鶞y得的寬度a到垂直于邊界的方向的投影獲得經(jīng)校正的寬度b?？赏ㄟ^b = a cos( Φ )給出此投影，但只要獲得在20%以內(nèi)的準(zhǔn)確度，便可使用近似值?？赏ㄟ^此項技術(shù)中已知的用于找出一圖像中的邊緣的方向的任何方法，或通過圖7中所示的流程圖中所描述的更準(zhǔn)確的方法，來找出角度Φ或(308(Φ)自身。
[0090]可針對每一水平或垂直邊緣的邊緣寬度分別與水平或垂直定向(規(guī)定方向)的傾斜度，來校正該邊緣寬度。圖6A、6B說明針對具有與垂直線的傾斜度的邊界(和因此形成該邊界的邊緣)的用于在水平方向上測得的邊緣寬度的校正計算。圖6C、6D說明針對具有與水平線的傾斜度的邊界(和因此形成該邊界的邊緣)的用于在垂直方向上測得的邊緣寬度的校正計算。該校正可通過將在規(guī)定方向(例如，垂直方向或水平方向)上測得的邊緣寬度乘以因子COS(Ci))來進(jìn)行，其中Φ是從規(guī)定方向的傾斜角度。此傾斜角度Φ可進(jìn)一步用于排除過濾器207和排除校準(zhǔn)器205中。
[0091]舉例來說，圖7展示用以針對從垂直線傾斜的邊界中的邊緣的傾斜度來校正邊緣寬度的過程的流程圖。(對于從水平線傾斜的邊界中的水平邊緣，在流程圖中用‘行’代替“列”，且將‘垂直’與‘水平’互換)。
[0092]從步驟502到步驟506，找出傾斜角度Φ。對于每一垂直邊緣，在步驟502處，定位水平梯度量值達(dá)到峰的列位置，且找出水平梯度X。在步驟504處，找出沿列位置且在兩個像素的距離內(nèi)具有最大量值的垂直梯度，且假設(shè)y是此垂直梯度。
[0093]在步驟506處，找出傾斜角度Φ ztan—Hy/x)。在步驟506處，可通過查找查找表來找出傾斜角度。盡管步驟502到506呈現(xiàn)一種找出傾斜角度的特定程序和方法，但可改為使用此項技術(shù)中已知的其它程序和方法。
[0094]最后，在步驟508處，通過與cos(Φ )或與其近似表示相乘來按比例縮小邊緣寬度，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在實踐中通常做的那樣。
[0095]圖7中展示的過程的第一修改是通過提供具有輸入值X和y的各種組合的條目的查找表來代替步驟506以及步驟508的部分。對于輸入值X和y的每一組合，查找表返回邊緣寬度校正因子。由查找表輸出的邊緣寬度校正因子可為cos(tan—Hy/x))的在20%以內(nèi)(優(yōu)選在5%以內(nèi))的近似表示。接著使邊緣寬度乘以此校正因子，以產(chǎn)生經(jīng)傾斜度校正的邊緣寬度。
[0096]第二修改為計算垂直梯度y與水平梯度X之間的商y/x，以產(chǎn)生商q，接著使用q來輸入到具有針對q的各種值的條目的查找表。對于q的每一值，查找表返回邊緣寬度校正因子。邊緣寬度校正因子可為cos(tan—1 (q))的在20%以內(nèi)(優(yōu)選在5%以內(nèi))的近似表示。
[0097]為了找出傾斜角度Φ(或其近似表示，使得校正因子準(zhǔn)確到在20%以內(nèi))且隨后找出校正因子COS(Ci))(或其近似表示)，或為了直接找出校正因子而不找出傾斜角度Φ (如在第一和第二修改中)，可在步驟502到506中獲得X和y的值，但可改為使用其它方法。
[0098]第三修改是對邊緣中的多個像素中的每一者執(zhí)行以下操作:(a)為像素找出水平梯度X和垂直梯度y兩者，(b)為此像素找出q = y/x，以及(C)找出對應(yīng)于q的校正因子，例如C0S(tan—1U))或其到20%以內(nèi)的近似表示。最后，通過對來自多個像素中的每一者的校正因子求平均來找出用于該邊緣寬度的校正因子。平均值可為經(jīng)加權(quán)平均值，例如其中具有較大水平梯度的像素被給予比具有較小水平梯度的另一像素大的權(quán)重的平均值。
[0099]第四修改是，在步驟504處，找出在距峰水平梯度兩列和兩行內(nèi)具有最大量值的垂直梯度，且假設(shè)y是此垂直梯度。
[0100]沿這些方向或其它方向的其它修改是可能的。
[0101]篩選閾值
[0102]如果鄰近邊緣的峰梯度量值低于鄰近的較寬邊緣的峰梯度量值的預(yù)定分?jǐn)?shù)，那么可完全阻止該等鄰近邊緣對聚焦信號作貢獻(xiàn)，或使其貢獻(xiàn)削弱。圖9A、圖9B和圖9C說明正解決的問題。
[0103]圖9A說明由各自寬度為2個像素的兩個窄黑空間分離的三個垂直白條。中間白條的寬度為窄條2個像素。圖9B展示水平越過圖9A中的圖像的針對尖銳圖像和模糊圖像中的每一者而描繪的圖像信號。圖9C描繪圖9B的針對尖銳圖像和模糊圖像的索貝爾X梯度。在圖9C中，如所預(yù)期，模糊圖像的第一邊緣(像素2到5)比尖銳圖像寬，且最后邊緣(像素13到15)也是如此。然而，兩個最窄邊緣(像素9和10，以及像素11和12)在兩個圖像中具有寬度二。在圖9B中，像素9和10以及像素11和12處的對應(yīng)斜率各自取兩個像素以完成過渡。然而，模糊圖像具有從較寬邊緣到較窄邊緣的峰梯度量值的顯著下降，多達(dá)50%。另一方面，尖銳圖像在較寬邊緣與窄邊緣之間改變少于10%。
[0104]鄰近于具有相對正負(fù)號梯度的較寬邊緣的較窄邊緣的峰梯度量值的顯著下降(例如20%或更大)提示模糊的圖像未經(jīng)良好聚焦，且因此，不應(yīng)依賴較窄邊緣作為模糊圖像為尖銳的指示。
[0105]同樣，只要具有交替梯度極性的互相鄰近的邊緣彼此非常接近，例如相隔不超過I個像素(“最小邊緣間隙”)，就不應(yīng)依靠其來用于此指示，即使其邊緣寬度較小。最小邊緣間隙是依據(jù)像素的數(shù)目，例如I或2或之間。
[0106]此外，假定一個邊緣可能因具有小于消除閾值的峰梯度而已被消除，具有相同梯度極性且隔開不超過最小邊緣間隙的兩倍加上sharp_edge_width(sharp_edge_width為經(jīng)指派以標(biāo)示尖銳邊緣的邊緣寬度的數(shù)字)的兩個連續(xù)邊緣可用作用于消除或降級來自兩個相互鄰近的邊緣中的一者或兩者的貢獻(xiàn)的條件。任一。
[0107]可通過以下接近度測試中的任一者來確定此檢測中的鄰近性，例如(a)通過超過預(yù)定零點(diǎn)交叉閾值的梯度信號來檢測鄰近于該邊緣的零點(diǎn)交叉的陡度，該預(yù)定零點(diǎn)交叉閾值可隨該等邊緣中的一者或兩個邊緣的峰梯度和/或該等邊緣中的一者或兩個邊緣的寬度而變，(b)檢測最小邊緣間隙內(nèi)的相反正負(fù)號的梯度，該最小邊緣間隙可隨該等邊緣中的一者或兩個邊緣的邊緣寬度而變，每一梯度具有超過預(yù)定閾值的量值，該預(yù)定閾值可隨該等邊緣中的一者或兩個邊緣的峰梯度和/或該等邊緣中的一者或兩個邊緣的寬度而變，以及(C)檢測邊緣的峰之間的小于峰峰間距閾值的峰峰間距，該峰峰間距閾值預(yù)定為隨該等邊緣中的一者或兩個邊緣的邊緣寬度而變。
[0108]邊緣檢測與寬度測量單元206可執(zhí)行以下算法，以用于基于從較寬邊緣建立的篩選閾值以及可開啟和關(guān)閉的調(diào)制篩選旗標(biāo)而消除緊密堆積的較窄邊緣。
[0109]對于每一邊緣，根據(jù)圖10中所示的流程圖的過程來確定將用于相對極性的緊接下一邊緣的篩選閾值和篩選旗標(biāo)。
[0110]在給定篩選閾值和篩選旗標(biāo)的情況下，可取消邊緣，除非以下條件中的一者為真:(a)對于此邊緣，篩選旗標(biāo)關(guān)閉，(b)邊緣的峰梯度量值不小于用于此邊緣的篩選閾值?？蓪l件(C)添加到條件(a)和(b)，邊緣寬度不小于sharp_edge_width+l，其中已為sharp_edge_width指派一數(shù)字以標(biāo)示尖銳邊緣的邊緣寬度，且其中可改變“+I”以設(shè)定高于sharp_edge_width的邊緣寬度的范圍，在該范圍內(nèi)，如果邊緣無法達(dá)到(a)和(b)，那么消除該等邊緣。對于圖9A到圖9C中所示的實例，sharp_edge_width可為2。
[0111]圖10是為每一邊緣確定篩選閾值和篩選旗標(biāo)的流程圖。對于垂直邊緣，假定沿行從左到右掃描，但這不是要求的。(對于水平邊緣，假定沿列從上到下掃描，但這不是要求的。)為sharp_edge_width指派一數(shù)字，且其對于圖9A到圖9C所示的實例可為2。在步驟702處，在第一邊緣處開始，在步驟720處，詢問每一邊緣其邊緣寬度是否大于或等于一加sharp_edge_width，值一是用于此說明的最小邊緣間隙值，但可使用不同的值，例如在0.5與2.0之間。如果是，那么該邊緣為較寬邊緣，且步驟706接著將具有相對極性的緊接下一邊緣的篩選閾值設(shè)定為β乘以邊緣的峰梯度量值，β為從0.3到0.7，優(yōu)選為0.55，接著步驟708開啟用于下一邊緣的篩選旗標(biāo)，接著進(jìn)行到下一個邊緣。如果否，那么該邊緣不是較寬邊緣，且步驟730接著檢查距相同梯度極性的前一邊緣的間距是否大于最小邊緣間隙(或不同的預(yù)定數(shù)字)的兩倍加上sharp_edge_width，且相對極性的最接近的前一邊緣(如果存在)是否大于遠(yuǎn)離的最小邊緣間隙。如果是，那么步驟710接著關(guān)閉用于下一邊緣的篩選旗標(biāo)。如果否，那么保持用于下一邊緣的篩選旗標(biāo)和篩選閾值，且進(jìn)行到下一邊緣。β可為預(yù)定分?jǐn)?shù)，或其可為依據(jù)預(yù)定公式計算的分?jǐn)?shù)，例如邊緣寬度的函數(shù)。在后者情況下，β可從圖像的一部分到另一部分不等。
[0112]為了說明以及實施簡單起見，圖10中的流程圖將作為較寬邊緣的具有大于或等于一加sharp_edge_width的邊緣寬度的邊緣與其它邊緣(較窄邊緣)分離開來。但是，較寬邊緣的含義并未因此受限制:較寬邊緣僅僅寬于較窄邊緣。
[0113]長度過濾器
[0114]下文描述長度過濾器212的功能。廣義上說，長度過濾器212形成對各自連接到類似定向的一個或一個以上邊緣的邊緣的偏好。群組內(nèi)類似定向且相互連接的邊緣群組(“級聯(lián)邊緣”)與不接觸類似定向的任何其它邊緣的隔離邊緣相比，較不可能由噪聲引起。因此，級聯(lián)在一起的具有類似定向的邊緣越多，其由噪聲引起的概率就越小。該群組由噪聲引起的概率隨著群組內(nèi)的邊緣的數(shù)目增加而以指數(shù)方式下降，且遠(yuǎn)快于線性方式?？衫么诵再|(zhì)來拒斥噪聲，尤其是在光線暗淡或短曝光情形下，其中信噪比較弱，例如小于10，在圖像內(nèi)或在所關(guān)注區(qū)內(nèi)?？稍谌魏魏侠矸椒ㄖ袑嵤┢靡员磉_(dá)此偏好。下文所描述的若干方式僅為實例。
[0115]第一種方法是消除屬于具有小于級聯(lián)長度閾值的長度的垂直/水平級聯(lián)邊緣的邊緣。當(dāng)所關(guān)注區(qū)較暗淡時，級聯(lián)長度閾值可較大。舉例來說，級聯(lián)長度閾值可開始小至2，但隨著所關(guān)注區(qū)內(nèi)的信噪比降到5而增加到8。級聯(lián)長度閾值可由處理器112、112’、112”(例如通過圖3所示的“長度命令”信號)作為信號132的一部分而提供?；蛘?，可根據(jù)聚焦信號產(chǎn)生器上的公式來計算閾值。
[0116]第二種方法是在長度過濾器212中針對每一邊緣提供一長度權(quán)重，且在聚焦信號計算器210中應(yīng)用該長度權(quán)重來計算聚焦信號。與作為較短級聯(lián)邊緣的一部分的邊緣相比，作為較長級聯(lián)邊緣的一部分的邊緣接收較大的權(quán)重。舉例來說，長度權(quán)重可為級聯(lián)邊緣的長度的平方。因此，可使每一邊緣對聚焦信號的貢獻(xiàn)乘以因子A/B，之后對所有貢獻(xiàn)進(jìn)行求和以形成聚焦信號，其中B是進(jìn)入聚焦信號計算的所有邊緣的長度權(quán)重的總和，且A是邊緣的長度權(quán)重。同樣，可作為信號134的一部分輸出的邊緣寬度直方圖可具有作為較長級聯(lián)邊緣的成員的邊緣，因此，優(yōu)選的是，更多地貢獻(xiàn)對應(yīng)于其相應(yīng)邊緣寬度且因此為優(yōu)選的區(qū)間，而不是所有邊緣均貢獻(xiàn)相同的量，例如+1。因此，舉例來說，每一邊緣可貢獻(xiàn)A/C，其中C為該邊緣上的A的平均值。類似地，窄邊緣計數(shù)可具有作為貢獻(xiàn)較多的較長級聯(lián)邊緣的成員的邊緣。因此，舉例來說，來自每一邊緣的貢獻(xiàn)可乘以A/D，其中D是在窄邊緣計數(shù)中計數(shù)的邊緣之間的A的平均值。
[0117]N個垂直(水平)邊緣的群組(其中，頂部(最左)和底部(最右)邊緣除外)，每一邊緣接觸兩個其它垂直(水平)邊緣，一個其它邊緣在邊緣本身上方(左側(cè))，且在該邊緣本身下方(右側(cè))另一其它邊緣為長度為N的垂直(水平)級聯(lián)邊緣。頂部(最左)邊緣僅需要觸碰在其本身下方(右側(cè))的一個邊緣。底部(最右)邊緣僅需要觸碰其上方(左側(cè))的一個邊緣。
[0118]圖8說明垂直級聯(lián)邊緣及其長度。在圖8中，單元R2C3和R2C4形成第一垂直邊緣，單元R3C3、R3C4以及R3C5—起形成第二垂直邊緣，且單元R4C4和R4C5—起形成第三垂直邊緣。第一和第三垂直邊緣各自僅觸碰一個其它垂直邊緣，而第二垂直邊緣觸碰兩個其它垂直邊緣。第一、第二和第三垂直邊緣一起形成具有長度3的垂直級聯(lián)邊緣。
[0119]在垂直(水平)級聯(lián)邊緣具有兩個或兩個以上分支(S卩，在行(列)中具有兩個邊緣)的情形(未圖示)中，可將長度界定為級聯(lián)邊緣內(nèi)的邊緣的總數(shù)?；蛘?，可將長度界定為從其中的最頂部(最左)邊緣到其中的最底部(最右)邊緣加一的垂直(水平)距離。
[0120]除以上提議之外，有其它可能的方法來界定級聯(lián)長度。舉例來說，級聯(lián)邊緣的長度的界定應(yīng)具有以下性質(zhì):長度與級聯(lián)邊緣內(nèi)至少達(dá)三個的成員邊緣的數(shù)目成比例。這將與先前陳述的推論一致，該推論為較多邊緣通過彼此接觸而相互連接將以指數(shù)方式降低由噪聲引起的級聯(lián)邊緣的概率，且因此長度應(yīng)表達(dá)與級聯(lián)邊緣內(nèi)達(dá)合理數(shù)目的成員邊緣的數(shù)目的比例性，該合理數(shù)目充分增強(qiáng)級聯(lián)邊緣中超過針對單個成員的置信度的置信度。長度過濾器212可淡化或消除且因此(一般地說)區(qū)別對待級聯(lián)長度為一的邊緣。長度過濾器212可區(qū)別對待級聯(lián)長度為二的邊緣。長度過濾器212可區(qū)別對待級聯(lián)長度為三的邊緣，以進(jìn)一步降低噪聲的影響。長度過濾器212可根據(jù)來自處理器的命令進(jìn)行這些動作中的任一者。
[0121]盡管圖3中展示為緊跟在邊緣檢測與寬度測量單元206之后，但其它布置是可能的。舉例來說，可在聚焦信號計算器210之前以及排除開關(guān)230之后插入長度過濾器212，其中由長度過濾器212處理的邊緣是穿過寬度過濾器209和排除過濾器207中任一者或兩者的邊緣，其取決于“細(xì)化”和“排除”命令信號。
[0122]在聚焦信號產(chǎn)生器的替代實施例中，可移除細(xì)化開關(guān)220，使得聚焦信號計算單元210接收未由寬度過濾器209過濾的第一組數(shù)據(jù)以及經(jīng)過濾的第二組數(shù)據(jù)，且針對每一者計算不同聚焦信號，針對前者計算毛聚焦信號，針對后者計算細(xì)聚焦信號，且將上述兩種信號輸出到處理器112、112’。
[0123]寬度過濾器
[0124]接下來參看圖3以理解寬度過濾器209的操作。圖11描繪邊緣寬度的直方圖，即邊緣計數(shù)對邊緣寬度的曲線圖。在邊緣寬度2處，即前面提到的sharp_edge_width，存在峰，其指示圖像中尖銳邊緣的存在。然而，在邊緣寬度4和5處，存在峰，其指示可能因?qū)?yīng)的成像對象在焦點(diǎn)外、與產(chǎn)生尖銳邊緣的對象相比在遠(yuǎn)離聚焦透鏡的不同距離處而模糊的邊緣。為了計算聚焦信號，可使用寬度過濾器209來淡化寬度在預(yù)定范圍(“窄邊緣范圍”)外的邊緣。寬度過濾器209可針對在窄邊緣范圍外的邊緣寬度產(chǎn)生較小的權(quán)重，以供聚焦信號計算中使用。舉例來說，可為邊緣寬度指派權(quán)重I.0，而為在上限840右側(cè)大于+1的邊緣寬度指派權(quán)重0，且為之間的邊緣寬度指派在O與1.0之間的權(quán)重，隨邊緣寬度而單調(diào)下降?；蛘?，寬度過濾器209可防止此些邊緣全部進(jìn)入聚焦信號計算。適當(dāng)?shù)纳舷?30和下限840取決于若干因素，包括像素陣列108中的串?dāng)_、用以產(chǎn)生由聚焦信號產(chǎn)生器120接收的圖像的缺失色彩的內(nèi)插方法，以及用于邊緣檢測與寬度測量單元206中所使用的低通過濾器中的過濾器系數(shù)。可通過捕捉各種尖銳程度的圖像并檢查邊緣寬度直方圖來為圖像拾取設(shè)備102、102’確定適當(dāng)?shù)纳舷?30和下限840以及參數(shù)sharp_edge_width。舉例來說，如果尖銳圖像在邊緣寬度2處具有峰，那么適當(dāng)?shù)南孪藓蜕舷蘅煞謩e為1.5和3，且可將sharp_edge_width設(shè)定為2.0?？扇缟洗_定下限和上限以及sharp_edge_width，且通過處理器112、112”提供給聚焦信號產(chǎn)生器120、120’、120”。當(dāng)“細(xì)化命令”為ON時，如此計算的細(xì)聚焦信號淡化在窄邊緣范圍外的邊緣寬度。
[0125]另外，寬度過濾器209可計算邊緣寬度落在窄邊緣范圍內(nèi)的邊緣的總計數(shù)，且作為輸出信號134的一部分而輸出?？蓪⒄吘売嫈?shù)輸入到聚焦系統(tǒng)控制器(處理器112)且由聚焦系統(tǒng)控制器(處理器112)使用，以檢測尖銳圖像的存在且/或用于起始跟蹤。
[0126]聚焦信號
[0127]接下來參看圖3的聚焦信號計算器210，聚焦信號計算器210接收邊緣寬度且輸出聚焦信號?？蓪⒕劢剐盘栍嬎銥樗羞吘墝挾鹊慕?jīng)加權(quán)平均值，其中權(quán)重為針對每一邊緣寬度的邊緣計數(shù)，即聚焦信號=ΣWiei/ΣWi，其中ei為邊緣寬度，Wi為權(quán)重，其中此處Wi =Ci，Ci為邊緣寬度ei處的邊緣計數(shù)，i為邊緣寬度的直方圖的區(qū)間數(shù)目。或者，每一邊緣寬度處的權(quán)重可為針對邊緣寬度的邊緣計數(shù)乘以邊緣寬度本身，即Wi = Ciei。另外，來自寬度過濾器209的按照權(quán)重而表達(dá)的偏好可進(jìn)一步乘以每一邊緣寬度。舉例來說，對于寬度過濾器209所產(chǎn)生的權(quán)重Ωι，Σ Qi = I，可將聚焦信號計算為Σ Qiwiei/Σ Qiwi。如果控制信號“細(xì)化”為0Ν，且“排除”為0FF，那么聚焦信號將為非?？拷鼒D11中所示的實例的尖銳邊緣寬度2.0的值，從而指示在將產(chǎn)生在2.0與3.0之間的邊緣寬度的在聚焦距離范圍內(nèi)的對象細(xì)節(jié)之中，大多數(shù)對象細(xì)節(jié)實際上處于尖銳聚焦。如果控制信號“細(xì)化”為0FF，且“排除”為0FF，那么聚焦信號可為靠近5.0的值，從而指示存在在焦點(diǎn)外的圖像的大部分細(xì)節(jié)。接通細(xì)化開關(guān)220允許聚焦信號較多地響應(yīng)略微模糊的對象，而較少地響應(yīng)完全模糊的對象。當(dāng)細(xì)化開關(guān)220為ON時，將把聚焦信號稱為細(xì)聚焦信號，而當(dāng)細(xì)化開關(guān)220為OFF時，將把聚焦信號稱為毛聚焦信號。如前面所提到，可以若干方式中的一種方式將長度過濾器212所表達(dá)的強(qiáng)調(diào)并入到聚焦信號中，例如消除不再強(qiáng)調(diào)的邊緣使其不進(jìn)入聚焦信號計算，或降低邊緣對對應(yīng)邊緣寬度區(qū)間的計數(shù)ei的貢獻(xiàn)的權(quán)重。
[0128]圖15簡述細(xì)聚焦信號對對象處于尖銳聚焦的地方附近的聚焦位置的調(diào)整的響應(yīng)。細(xì)聚焦信號達(dá)到最小值，近似在sharp_edge_width處，其中聚焦位置使圖像達(dá)到尖銳聚焦，且否則便增加。細(xì)聚焦信號可用于跟蹤已已聚焦或非常接近于聚焦的對象。對于移動對象，細(xì)聚焦信號允許聚焦控制系統(tǒng)使對象保持尖銳聚焦，即使聚焦距離不斷地變化也是如此。細(xì)聚焦信號還可用于獲取尚未處于尖銳聚焦但足夠靠近的對象的尖銳聚焦(“獲取”)，使得該對象產(chǎn)生寬度落在窄邊緣范圍內(nèi)的邊緣。由于邊緣寬度直方圖在對應(yīng)于遠(yuǎn)離sharp_edge_width的對象的邊緣寬度處展現(xiàn)峰，從而導(dǎo)致細(xì)聚焦信號大于sharp_edge_width，因此聚焦控制系統(tǒng)可通過以下動作來響應(yīng):調(diào)整聚焦位置以使細(xì)聚焦信號值朝向sharp_edge_width，從而因邊緣寬度值處的對象等于sharp_edge_width而使邊緣寬度的峰居中。
[0129]基本使用
[0130]圖12到圖16說明可如何使用窄邊緣計數(shù)、毛聚焦信號和細(xì)聚焦信號來執(zhí)行聚焦控制以實現(xiàn)尖銳圖像。
[0131]圖12說明在不同的聚焦距離處具有3個對象群組的戶外場景:在前景中的“人”、在背景中的“山脈、太陽和地平線”，以及在其之間的“車”。
[0132]圖13是當(dāng)聚焦透鏡104的聚焦位置從遠(yuǎn)到近地掃掠過圖12中所說明的場景時，對照時間而描繪的窄邊緣計數(shù)的說明。當(dāng)聚焦位置使對象達(dá)到像素陣列108上的尖銳圖像時，窄邊緣計數(shù)到達(dá)到峰。因此，窄邊緣計數(shù)曲線展現(xiàn)3個峰，在掃掠期間，“山脈、太陽和地平線”、“汽車”和“人”以此次序各一個峰。
[0133]圖14展示對照時間而描繪的毛聚焦信號。當(dāng)聚焦位置接近窄邊緣計數(shù)達(dá)到峰的3個聚焦位置中的每一者時，毛聚焦信號展現(xiàn)最小值。然而，在每一最小值處，毛聚焦信號并不處于尖銳邊緣寬度水平，其在此實例中為2.0，因為在焦點(diǎn)外的其它對象所貢獻(xiàn)的邊緣寬度較大。
[0134]圖15說明對照在圖12的場景中的“汽車”的尖銳聚焦位置附近的聚焦位置而描繪的細(xì)聚焦信號。細(xì)聚焦信號本質(zhì)上實現(xiàn)尖銳邊緣寬度，其在此實例中為2，盡管存在模糊對象(“人”和“山脈、太陽和地平線”)。再次參看圖11，其中寬度4和5處的兩個峰由該等兩個模糊對象群組貢獻(xiàn)，這可理解為寬度過濾器324已減小權(quán)重或完全消除來自在上限840右側(cè)的邊緣寬度的貢獻(xiàn)。
[0135]聚焦控制系統(tǒng)可在搜索模式中使用毛聚焦信號來搜索最近的尖銳聚焦位置。聚焦控制系統(tǒng)可將聚焦位置移離當(dāng)前聚焦位置，以確定毛聚焦信號是增加還是減小。舉例來說，如果當(dāng)聚焦位置向內(nèi)(向外)移動時，毛聚焦信號增加(減小)，那么存在離當(dāng)前聚焦位置較遠(yuǎn)的尖銳聚焦位置。處理器112、112’、112”可接著提供聚焦驅(qū)動信號，以在朝向鄰近的尖銳聚焦位置的方向上移動聚焦透鏡104。
[0136]聚焦控制系統(tǒng)可使用細(xì)聚焦信號來跟蹤已經(jīng)處于尖銳聚焦的對象，以使對應(yīng)的圖像維持尖銳(因此“跟蹤模式”)，而不管場景的變化、對象的移動或圖像拾取設(shè)備的移動。當(dāng)對象處于尖銳聚焦時，細(xì)聚焦信號電平是穩(wěn)定的，而不管此些變化。因此，細(xì)聚焦信號的變化暗示對象距圖像拾取設(shè)備的聚焦距離的變化。通過將聚焦控制系統(tǒng)“鎖定”到最小值附近的給定細(xì)聚焦信號電平，例如在此實例中介于2.0與2.5之間，明確地說2.1，細(xì)聚焦信號電平的任何移位會立即告知處理器112、112’、112”對象的聚焦距離的變化。處理器112、112’、112”可接著確定方向，且致使聚焦透鏡104移動以使細(xì)聚焦信號電平回到“鎖定”電平。因此，圖像拾取設(shè)備102、103、103 ’、103”能夠跟蹤移動對象。
[0137]聚焦控制系統(tǒng)(例如在處理器112、112’、112”中的算法中實施)可使用窄邊緣計數(shù)來觸發(fā)從搜索模式到跟蹤模式的改變。在跟蹤模式下，聚焦控制系統(tǒng)使用細(xì)聚焦信號來“鎖定”對象。在聚焦位置充分靠近對象的尖銳聚焦位置之前，聚焦控制系統(tǒng)可使用毛聚焦信號來識別移動方向并調(diào)節(jié)透鏡的移動速度。當(dāng)對象進(jìn)入尖銳聚焦時，窄邊緣計數(shù)急劇地達(dá)到峰。在檢測到窄邊緣計數(shù)的急劇升高或達(dá)到峰或兩者后，處理器112、112’、112”可即刻切換到跟蹤模式中，且使用細(xì)聚焦信號來進(jìn)行聚焦位置控制?？蓪㈤撝?每一不同尖銳聚焦位置可不同)指派給從端到端聚焦位置“掃描”找到的每一對象群組，且隨后當(dāng)窄邊緣計數(shù)超過此閾值時，檢測對應(yīng)的對象群組。對于靜止場景，例如對于靜態(tài)圖像拍攝，端到端聚焦位置掃描可返回最大計數(shù)列表，窄邊緣計數(shù)的每一達(dá)到峰具有一個最大計數(shù)?？?例如)通過取最大計數(shù)的50%而從最大計數(shù)列表產(chǎn)生閾值列表。
[0138]圖16說明圖像拾取設(shè)備102，其具有顯示器114、包括按鈕的輸入裝置107，以及在顯示器114中加亮的選擇標(biāo)記1920。用戶可使用輸入裝置107來創(chuàng)建、定形和操縱選擇標(biāo)記1920。盡管此實例中展示為包括按鈕，但輸入裝置107可包括上覆于顯示器114上的觸摸屏，以檢測顯示器114上的觸摸或敲擊位置。輸入裝置107和處理器112、112’、112”或用于輸入裝置107的單獨(dú)的專用控制器(未圖示)可確定選擇區(qū)?？山?jīng)由總線132(或在聚焦信號產(chǎn)生器120是處理器112的一部分的情況下，在處理器112內(nèi)部)將用于描述選擇區(qū)的參數(shù)發(fā)射到聚焦信號產(chǎn)生器120、120’、120”。作為響應(yīng)，聚焦信號產(chǎn)生器120可將聚焦信號計算或窄邊緣計數(shù)或兩者限于由所述參數(shù)描述的選擇區(qū)內(nèi)的邊緣，或淡化選擇區(qū)外的邊緣。這樣做可淡化來自聚焦信號的非所要對象，且接著甚至毛聚焦信號也將展現(xiàn)出單個最小值和在尖銳邊緣寬度的1.0或以下內(nèi)的最小電平。
[0139]排除過濾
[0140]下文描述由排除過濾器207、910執(zhí)行的排除過濾。
[0141]一般來說，假定針對每一特性界定一個或一個以上圖像特性以及一個或一個以上排除范圍，排除過濾形成對未落入任一特性中的任一排除范圍中的邊緣的偏好。
[0142]圖像特性的集合可為預(yù)定的。以下是非窮舉列表:色調(diào)(圖23)、色調(diào)對、色調(diào)改變、飽和度、最大亮度(圖22)、亮度變化(圖24)、平均亮度、傾斜角度(圖6A到圖6D以及圖44)、級聯(lián)邊緣的長度(圖8和圖43)以及到最近邊緣的間距。
[0143]排除過濾器的第一實施例是消除屬于賦予排除過濾器的任一特性中的任一排除范圍的邊緣。
[0144]圖22說明將最大亮度用作用于排除的特性。圖22說明圖21中所說明的場景(僅有壁鐘處于尖銳聚焦)的所捕捉圖像的最大亮度的所有邊緣和尖銳邊緣直方圖。最大亮度是邊緣內(nèi)的最高亮度值。圖22展示尖銳邊緣(與圖21中的壁鐘相關(guān)聯(lián))的直方圖以及所有邊緣(與圖像中的未處于尖銳聚焦的其它對象(燈罩、香蕉、大淺盤、桌布、燈泡)以及壁鐘相關(guān)聯(lián))的直方圖。在圖22中，與被明亮地照明的所有其它對象相比，壁鐘占據(jù)最大亮度的下部范圍。大致涵蓋最大亮度范圍的上半部的排除范圍(圖22中展示)淡化不處于尖銳聚焦的大多數(shù)邊緣或甚至完全排除該等大多數(shù)邊緣。
[0145]圖23說明將色調(diào)用作用于排除的特性。圖23展示尖銳邊緣(與圖21中的壁鐘相關(guān)聯(lián))的直方圖以及所有邊緣(與圖像中的未處于尖銳聚焦的其它對象以及壁鐘相關(guān)聯(lián))的直方圖。對于此色調(diào)直方圖，如果邊緣的兩側(cè)具有相同色調(diào)值，那么包含該色調(diào)值的色調(diào)區(qū)間從此邊緣獲得+2的計數(shù)貢獻(xiàn);而如果每一側(cè)具有不同的色調(diào)值，那么包含該等色調(diào)中的一者的每一色調(diào)區(qū)間獲得+1的計數(shù)貢獻(xiàn)。在圖23中，壁鐘和大淺盤一起占據(jù)棕色色調(diào)附近的較小色調(diào)范圍。一起涵蓋色調(diào)范圍的其余部分的大多數(shù)的排除范圍I和排除范圍2(圖23中展示)將排除未處于尖銳聚焦的大多數(shù)邊緣，源自大淺盤的邊緣除外，其不是非尖銳對象的主要部分。如果邊緣的兩側(cè)上的色調(diào)均屬于這兩個排除范圍中的任一者，那么根據(jù)這些排除范圍操作的排除過濾器將淡化該邊緣，或甚至完全排除該邊緣。
[0146]色調(diào)對可用作排除特性。來自一邊緣的一側(cè)的第一色調(diào)和來自同一邊緣的另一側(cè)的第二色調(diào)可經(jīng)過測量且一起用于將該邊緣指派給直方圖中的多個區(qū)間中的具有二維橫坐標(biāo)的一個區(qū)間。二維橫坐標(biāo)中的每一區(qū)間對應(yīng)于該邊緣的一側(cè)上的色調(diào)的第一范圍和該邊緣的另一側(cè)上的色調(diào)的第二范圍。
[0147]色調(diào)差可用作排除特性。色調(diào)從同一邊緣的一側(cè)到另一側(cè)的改變可經(jīng)過測量且用于將該邊緣指派給具有多個區(qū)間的直方圖中的多個區(qū)間中的一者，每一區(qū)間針對一色調(diào)差范圍。圖24說明將亮度變化用作用于排除的特性。亮度變化是邊緣上的亮度的變化量值。圖23展示尖銳邊緣(與圖21中的壁鐘相關(guān)聯(lián))的直方圖以及所有邊緣(與圖像中的未處于尖銳聚焦的其它對象以及壁鐘相關(guān)聯(lián))的直方圖。在圖24中，來自壁鐘的邊緣占據(jù)下部范圍處的較小區(qū)，且涵蓋上部范圍的排除范圍(圖24中所展示)將淡化未處于尖銳聚焦的大多數(shù)邊緣，或甚至完全排除該等邊緣。
[0148]圖43說明級聯(lián)邊緣的長度的直方圖以及圖42A的場景的排除范圍。此直方圖可用于分離具有不同大小的對象。
[0149]到最近邊緣的間距是另一圖像特性。針對每一垂直(水平)邊緣來計算并關(guān)聯(lián)沿著同一行(列)到最近相鄰垂直(水平)邊緣的間距(“邊緣間距”)。所有邊緣和足夠尖銳的邊緣的邊緣間距具有其相應(yīng)的直方圖。與其它特性一樣形成邊緣間距的排除范圍。邊緣間距可用于區(qū)分具有許多小細(xì)節(jié)(例如，具有許多樹葉和樹枝的樹)的對象與不具有類似密度的細(xì)節(jié)的其它對象(例如，汽車)。
[0150]排除過濾器的替代實施例將在排除過濾器212和/或910中為每一邊緣創(chuàng)建排除權(quán)重，且在聚焦信號計算器210中將排除權(quán)重應(yīng)用于聚焦信號的計算。針對第一特性的值落在第一特性的排除范圍內(nèi)的邊緣與值落在所有排除范圍外的邊緣相比，接收該特性的較小權(quán)重(“特性權(quán)重”)。舉例來說，特性權(quán)重在排除范圍的中間可為0，在排除范圍的邊緣處升高到1，且在所有排除范圍外的任何地方為I。如果排除過濾僅使用一個特性，那么特性權(quán)重為排除權(quán)重。如果使用兩個或兩個以上特性，那么每一特性針對每一邊緣具有一特定權(quán)重，且所有特性權(quán)重可相乘在一起以形成排除權(quán)重。因此，每一邊緣可具有第一、第二和第三特性權(quán)重，其中在排除鏈中使用三個不同特性，且排除權(quán)重將為所有三個特性權(quán)重的乘積。因此，可使每一邊緣對聚焦信號的貢獻(xiàn)乘以因子E/G，之后對所有貢獻(xiàn)進(jìn)行求和以形成聚焦信號，其中G為進(jìn)入聚焦信號計算的所有邊緣的排除權(quán)重的總和，且E為邊緣的排除權(quán)重。同樣，邊緣寬度直方圖(其可作為信號134的一部分而輸出)可使不是任何特性的任何排除范圍的成員的邊緣向?qū)?yīng)于其相應(yīng)邊緣寬度的區(qū)間作出更多貢獻(xiàn)，而不是所有邊緣貢獻(xiàn)相同的量(例如+1)。因此，例如每一邊緣可向邊緣寬度直方圖的區(qū)間貢獻(xiàn)E/H，而不是+1，其中H是E在直方圖中計數(shù)的邊緣之間的平均值。類似地，窄邊緣計數(shù)可使不是任何特性的任何排除范圍的邊緣作出更多貢獻(xiàn)。因此，例如，來自每一邊緣的貢獻(xiàn)可乘以E/J，其中J為E在窄邊緣直方圖中計數(shù)的邊緣之間的平均值。
[0151]排除校準(zhǔn)
[0152]接下來參看圖3的排除校準(zhǔn)器205，排除校準(zhǔn)器205接收邊緣、邊緣寬度和輸入圖像，且對其進(jìn)行處理以產(chǎn)生各種排除控制參數(shù)來配置排除過濾器207。排除校準(zhǔn)器205可進(jìn)一步接收控制信號“校準(zhǔn)命令”、“索引”和“R/W”。這些控制信號可來自聚焦系統(tǒng)控制器，例如圖1或圖2的處理器112。
[0153]排除校準(zhǔn)器205經(jīng)配置以應(yīng)“校準(zhǔn)命令”輸入控制信號上的命令而檢查(一般)邊緣的一個或一個以上圖像特性以及(特別地)單獨(dú)檢查尖銳邊緣的一個或一個以上圖像特性，且在該特性中創(chuàng)建一個或一個以上排除范圍，以排除實質(zhì)量的不夠尖銳的邊緣。足夠尖銳的邊緣是寬度落在sharp_edge_Width周圍的預(yù)定窄范圍(“尖銳邊緣范圍”)內(nèi)的邊緣。尖銳邊緣范圍可包括在窄邊緣范圍內(nèi)。舉例來說，尖銳邊緣范圍可為sharp_edge_width周圍+/-0.2。如果sharp_edge_width為2.0，那么尖銳邊緣范圍可從1.8到2.2，而窄邊緣范圍可從1.5到3.0?？赏ㄟ^在“R/W”輸入控制信號上提供寫入命令，而在“索引”輸入控制信號所提供的唯一索引值下存儲排除范圍?？纱鎯Χ嘟M排除范圍，每一組具有一不同的索引值。可通過在“索引”輸入控制信號上提供其相關(guān)聯(lián)索引值且在“R/W”輸入控制信號上提供讀取命令來檢索一組排除范圍。圖3中的排除過濾器207可應(yīng)用檢索到的排除范圍來排除落在這些排除范圍內(nèi)的邊緣?？稍诘诙匦缘呐懦秶皯?yīng)用第一特性的排除范圍。
[0154]圖17展示排除校準(zhǔn)器的一個實施例的框圖。邊緣統(tǒng)計單元902接收圖像、一組邊緣和邊緣寬度。邊緣統(tǒng)計單元902計算所有邊緣統(tǒng)計，其為與這些邊緣相關(guān)聯(lián)的一個或一個一個以上特性的直方圖。邊緣統(tǒng)計單元902還計算尖銳邊緣統(tǒng)計，其為相同特性但僅在邊緣寬度落在尖銳邊緣范圍內(nèi)的邊緣上的直方圖。所有邊緣統(tǒng)計和尖銳邊緣統(tǒng)計兩者可存儲在存儲器I 904中。排除計算器906接收上述兩組統(tǒng)計、執(zhí)行計算以基于其中的直方圖形成一個或一個以上特性中的排除范圍，且輸出到存儲器2 908，存儲器2 908可應(yīng)輸入控制信號“R/W”上的寫入命令而存儲在輸入控制信號“索引”上所提供的索引值下的這些排除范圍。
[0155]圖18是排除校準(zhǔn)器的替代實施例的框圖。此實施例將排除過濾器910添加到圖17的結(jié)構(gòu)。排除過濾器910根據(jù)排除范圍組的鏈進(jìn)行過濾，每一組對應(yīng)于一不同特性。根據(jù)該鏈中一個接一個組來對邊緣進(jìn)行過濾。在每次反復(fù)時，將針對在先前反復(fù)時分析的特性而計算的該組排除范圍附加到排除范圍組的鏈。由排除過濾器910輸出且進(jìn)一步根據(jù)新添加的組而過濾的所得邊緣和邊緣寬度(以及排除權(quán)重，如果排除過濾器910遵循前面提到的排除過濾器的替代實施例)由邊緣統(tǒng)計單元902分析，以產(chǎn)生一組新的所有邊緣統(tǒng)計以及尖銳邊緣統(tǒng)計(以及排除權(quán)重，同上)。排除計算器906分析該組新的所有邊緣統(tǒng)計和尖銳邊緣統(tǒng)計(以及排除權(quán)重，同上)，并選擇下一特性和其多組排除范圍。挑選在先前反復(fù)中未使用的特性。
[0156]圖20中的流程圖說明此過程。在步驟1010處，將排除范圍組的鏈初始化為空。在步驟1012處，邊緣統(tǒng)計單元902針對從排除過濾器910接收到的邊緣和相關(guān)聯(lián)的邊緣寬度的特性的數(shù)目而產(chǎn)生所有邊緣統(tǒng)計和尖銳邊緣統(tǒng)計。在步驟1014處，排除計算器906針對先前反復(fù)中未使用的特性的數(shù)目計算排除范圍。在步驟1016處，從上文所提到的特性中選擇下一特性，且將其相關(guān)聯(lián)組的排除范圍附加到排除范圍組的鏈。在步驟1018處，作出對“足夠好”的詢問(下文描述)。如果回答為是，那么進(jìn)行反復(fù)過程，且可將排除范圍組的鏈存儲到存儲器2 908。如果回答為否，那么在步驟1020處，排除過濾器910進(jìn)一步用最新添加的排除范圍對先前輸入到步驟1012的邊緣及其相關(guān)聯(lián)的邊緣寬度進(jìn)行過濾，且隨后在步驟1012處開始，以重新計算邊緣統(tǒng)計。
[0157]圖20中的每一反復(fù)可以若干方式中的一者選擇先前反復(fù)中未使用的不同特性。在第一方式中，所有特性的序列可為預(yù)定的，使得每個下一反復(fù)使用沿該序列的下一特性。在第二方式中，為了在第一特性與第二特性之間進(jìn)行選擇以成為下一特性，與其它特性相比，更偏好產(chǎn)生淡化仍存在于當(dāng)前反復(fù)中的較多邊緣或甚至排除該邊緣的排除范圍的特性。如果該特性淡化尖銳邊緣的多于某一分?jǐn)?shù)(例如10%到50%，優(yōu)選20%)或移除多于某一分?jǐn)?shù)，那么此偏好可相反。針對下一特性的此選擇程序適用于圖17的實施例以及圖18的實施例。
[0158]—般來說，如果第一特性導(dǎo)致足夠尖銳的邊緣與在使用一組對應(yīng)的排除范圍重新過濾之后仍存在的邊緣中的所有邊緣的比率的較大增加，那么與第二特性相比，可更偏好第一特性。
[0159]對應(yīng)于不同索引的數(shù)目的排除范圍可經(jīng)組合以形成在新索引下存儲的新排除范圍。對于在所述不同索引中的一者或一者以上下存在的每一特性，在所述不同索引下的所述特性的排除范圍可跨所述索引進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算，接著求反，以形成新的排除范圍，使得當(dāng)且僅當(dāng)至少在其排除鏈中具有所述特性的索引的值不在所述特性的排除范圍內(nèi)時，所述值才在此些新的排除范圍內(nèi)。實際上，針對所述特性的此些新排除范圍嘗試將足夠尖銳的邊緣從所有所述不同索引中排除。可以此方式對一個或一個以上特性進(jìn)行操作，以產(chǎn)生新的排除范圍。此些特性可形成排除鏈。排除校準(zhǔn)器可接收命令輸入，該命令輸入指定一組不同索引以及新索引，以在其下存儲所得的排除鏈?？蓹z索因此形成于新索引下的新排除鏈，以應(yīng)用于排除過濾器207上，以排除來自已校準(zhǔn)的若干對象的邊緣貢獻(xiàn)，從而發(fā)現(xiàn)場景中的剩余對象。
[0160]排除校準(zhǔn)從校準(zhǔn)命令的開始反復(fù)地起作用，直到滿足某一“足夠好“條件或沒有更多特性剩下為止。接著，可將整個排除范圍組鏈連同來自“索引”輸入控制信號的索引值存儲在存儲器2 808中，或發(fā)射到處理器112、112’、112”，或兩者。可以若干方式中的一種來滿足“足夠好”條件。在一種方式中，如果排除范圍鏈具有預(yù)定數(shù)目個特性(例如三個)，那么滿足該條件。在第二種方式中，如果(例如)在排除過濾之后消除75%或在50%到100%之間的某一其它百分?jǐn)?shù)的作為不夠尖銳邊緣的邊緣，那么滿足該條件。在第三種方式中，如果在排除過濾之后，足夠尖銳的邊緣的數(shù)目在數(shù)量上超過其余邊緣三比一，或不小于二比一的某一其它比率，那么滿足該條件?！白銐蚝谩睏l件可為上述條件中的任一者，或其組合，或指示在排除過濾之后剩下的邊緣未由除足夠尖銳邊緣之外的邊緣支配的其它合理條件。
[0161]圖19是圖17和圖18中所示的排除計算器906針對每一特性產(chǎn)生排除范圍的流程圖。可將該特性的范圍分成若干區(qū)間，每一區(qū)間涵蓋該范圍的分?jǐn)?shù)，且所有區(qū)間一起涵蓋整個范圍，且鄰近區(qū)間除了共享共同邊界外不重疊。在步驟1002處以第一區(qū)間開始，清空排除范圍。在步驟1004處，將足夠尖銳的邊緣的計數(shù)與所有邊緣的計數(shù)進(jìn)行比較。如果此區(qū)間中的足夠尖銳的邊緣的計數(shù)為零或小于此區(qū)間中的所有邊緣的計數(shù)的給定分?jǐn)?shù)，例如四分之三，那么將此區(qū)間包括在排除范圍內(nèi)。重復(fù)步驟1004和1006，直到完成所有區(qū)間為止。
[0162]排除校準(zhǔn)器可通過將足夠尖銳的邊緣限于圖像中的給定區(qū)內(nèi)來創(chuàng)建一組單獨(dú)的排除范圍(“所指出的排除范圍”)。為此，進(jìn)一步收緊尖銳邊緣統(tǒng)計，以排除位于給定區(qū)之外的邊緣。舉例來說，在圖16中，由展示為重疊在顯示器114中所顯示的圖像上的選擇區(qū)1920形成給定區(qū)。選擇區(qū)1920指示希望處于尖銳聚焦的對象。因此，如果存在在選擇區(qū)1920外但與選擇區(qū)1920內(nèi)的對象處于相同聚焦距離的不同對象，那么該不同對象不干擾用以舍棄不與所要對象有關(guān)的邊緣的排除范圍的形成。排除校準(zhǔn)器可創(chuàng)建并存儲對應(yīng)于將足夠尖銳的邊緣進(jìn)一步限制于選定區(qū)內(nèi)的一組單獨(dú)的排除范圍?；蛘?，可將給定區(qū)形成為在數(shù)碼相機(jī)的顯示器且一般來說在相機(jī)的取景器中心的預(yù)定聚焦區(qū)(未圖示)，其常呈矩形形狀或圓形形狀。或者，可通過重疊在顯示器114上的觸摸屏傳感器來形成給定區(qū)。觸敏屏傳感器可感測(例如)尖筆和手指中的一者或一者以上的一個或一個以上觸摸敲擊，且將此信息作為觸摸位置提供給處理器以確定對應(yīng)的選擇區(qū)。
[0163]盡管展示為一起駐存在聚焦信號產(chǎn)生器120中，但排除校準(zhǔn)器205的一個或一個以上組件可改為駐存在處理器112、112 ’、112”中。舉例來說，排除計算器906和存儲器908可駐存在處理器112、112’、112”中。在此配置中，處理器112、112’、112”經(jīng)由信號134接收所有邊緣和尖銳邊緣統(tǒng)計(圖17和圖18中展示)，以供在排除計算器906中使用。處理器112、112’、112”可完全在其本身內(nèi)或結(jié)合聚焦信號產(chǎn)生器120、120’來執(zhí)行圖19和/或圖20中的流程圖的過程。
[0164]結(jié)合排除的使用
[0165]排除校準(zhǔn)器205和排除過濾器207—起可用于形成排除范圍鏈，以消除不屬于在某一時間捕捉到的一個圖像中處于尖銳聚焦的對象的邊緣。隨后可將同一排除范圍鏈用于消除其它邊緣，盡管對象已相對于背景對象移動。這樣做允許對象的邊緣繼續(xù)支配聚焦信號。無論圖3中的細(xì)化開關(guān)220是否旁通寬度過濾器209，均可操作排除過濾。如果寬度過濾器209被旁通，即聚焦信號為毛聚焦信號，那么可消除圖11中的在邊緣寬度4.0和5.0處的兩個外峰，使得即使先前對焦的對象已移到焦點(diǎn)外這么多以致相關(guān)聯(lián)的峰820移到窄邊緣范圍夕卜，毛聚焦信號也可仍向聚焦控制系統(tǒng)提供良好反饋信號，以估計要調(diào)整聚焦位置到什么程度來使所關(guān)注對象回到窄邊緣范圍中，其中細(xì)聚焦信號可提供較準(zhǔn)確的反饋控制信號，以最終使對象處于尖銳聚焦。
[0166]可在任何時間(例如在跟蹤所關(guān)注對象期間)通過向排除校準(zhǔn)器205發(fā)出“校準(zhǔn)”命令來執(zhí)行重新校準(zhǔn)。處理器112、112’、112”可向排除校準(zhǔn)器205提供與在其下存儲了所關(guān)注對象的現(xiàn)存經(jīng)校準(zhǔn)排除范圍的索引相同的索引。索引可為用以檢索當(dāng)前在校準(zhǔn)過濾器207中使用的排除范圍組的鏈。發(fā)出與現(xiàn)存索引相同的索引將用新的排除范圍組的鏈來代替對應(yīng)于現(xiàn)存索引的先前經(jīng)校準(zhǔn)的排除范圍和鏈。
[0167]當(dāng)在所關(guān)注對象上和/或周圍形成選擇區(qū)以將足夠尖銳的邊緣僅限于該選擇區(qū)內(nèi)時(如上文所論述)，可執(zhí)行重新校準(zhǔn)?？蓪ⅰ八赋龅呐懦秶被颉八赋龅呐懦湣?而不是未指出的排除范圍或鏈)發(fā)送到排除過濾器207且在排除過濾器207處使用，例如在處理器112接收到以上文所提到的方式中的一者提供給定區(qū)的用戶命令時。
[0168]可在所關(guān)注對象在場景內(nèi)移動從而致使屬于該對象的一個或一個以上圖像特性改變期間，執(zhí)行重新校準(zhǔn)。舉例來說，一旦所關(guān)注對象不再加亮或正失去越來越多的指示尖銳邊緣的加亮區(qū)，用戶就可命令所關(guān)注對象上和/或周圍的給定區(qū)。
[0169]為了重新校準(zhǔn)，處理器112可提供新索引以存儲排除范圍組的新鏈，而不是提供相同索引?？稍谛滤饕麓鎯?jīng)重新校準(zhǔn)的排除范圍組的鏈，且不蓋寫現(xiàn)存索引及其相關(guān)聯(lián)的排除范圍組的鏈?？蓪碜孕碌暮同F(xiàn)存索引的排除范圍組的鏈進(jìn)行比較，以識別哪些特性改變，且哪些特性未改變。從現(xiàn)存索引到新索引不改變的特性可得到支持，以在新的鏈中變得較早?？蓪⒏淖兊奶匦詮逆溨邢?。因此，隨時間而保持不變的特性被保留以用于隨時間跟蹤相同對象。如果在用該特性進(jìn)行重新過濾之后，用現(xiàn)存鏈的特性的排除范圍來代替新鏈中的特性的排除范圍將導(dǎo)致足夠尖銳的邊緣與所有邊緣的比率的顯著改變，那么可認(rèn)為該特性已改變。該比率的顯著改變可按照百分比來預(yù)定，例如大于50%。可將該預(yù)定百分比指定為隨圖像或圖像的序列而變。
[0170]對于幾乎處于尖銳聚焦使得其產(chǎn)生在尖銳邊緣范圍內(nèi)的邊緣的所關(guān)注對象，排除校準(zhǔn)器205和排除過濾器207有助于消除由在焦點(diǎn)外的對象貢獻(xiàn)的邊緣，使得對細(xì)聚焦信號(未對其將寬度過濾器旁通)的貢獻(xiàn)受由所關(guān)注對象貢獻(xiàn)的邊緣支配，以給出細(xì)聚焦信號的準(zhǔn)確性的改進(jìn)，作為聚焦尖銳度的指示。
[0171]當(dāng)在所關(guān)注對象上和/或周圍形成選擇區(qū)1920時，聚焦信號產(chǎn)生器120可在處理器112的控制(未圖示)下，在聚焦信號的計算中偏好對應(yīng)于僅選擇區(qū)1920的邊緣(“優(yōu)選邊緣”)。對優(yōu)選邊緣的偏好可以若干方式中的一者給出。在總線130上向聚焦信號產(chǎn)生器120提供的圖像可限于選擇區(qū)1920內(nèi)?；蛘?，可對進(jìn)入聚焦信號計算的邊緣施加權(quán)重，使得在選擇區(qū)1920外且/或距選擇區(qū)1920較遠(yuǎn)的邊緣與優(yōu)選邊緣相比具有較少權(quán)重，或甚至為零(即，等效于完全被從聚焦信號計算中排除)?；蛘?，可在聚焦信號產(chǎn)生器120內(nèi)的單元中的任一者(例如邊緣檢測與寬度測量單元206、寬度過濾器209以及排除過濾器207)處消除不是優(yōu)選邊緣的邊緣。偏好區(qū)內(nèi)邊緣的方式不限于上文。也不需要選擇區(qū)1920的內(nèi)側(cè)與外側(cè)之間的剛性或明顯不同。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易了解，只要選擇多個邊緣以對應(yīng)于該選擇區(qū)并接收抵制在選擇區(qū)外的多個邊緣的此偏好便已足夠。
[0172]當(dāng)在所關(guān)注對象上或周圍形成選擇區(qū)1920時，處理器112可控制聚焦信號產(chǎn)生器以產(chǎn)生毛聚焦信號，其對優(yōu)選邊緣應(yīng)用偏好。這樣做可拒斥不屬于所關(guān)注對象的邊緣。舉例來說，圖14中展示在不應(yīng)用此偏好的情況下，從遠(yuǎn)到近地跨聚焦位置掃掠的毛聚焦信號。毛聚焦信號展現(xiàn)出多個最小值，但僅位置FB處的一個最小值是歸因于汽車。通過對汽車應(yīng)用此偏好，例如通過使用圖16中所示的選擇區(qū)1920，可消除對應(yīng)于位置FC處的前景“人”和位置FA處的背景“山脈、太陽和水平線”的最小值。另外，位置FB處對應(yīng)于“汽車”的毛聚焦信號電平將具有較靠近尖銳邊緣寬度的值。聚焦控制系統(tǒng)102可控制聚焦透鏡104的聚焦位置，以通過應(yīng)用已知控制方法中的一者(PI控制器)來評估當(dāng)前毛聚焦信號電平與sharp_edge_width之間的差，而減小聚焦位置FB與當(dāng)前聚焦位置之間的差。聚焦控制系統(tǒng)102可在當(dāng)前聚焦信號電平落入足夠靠近sharp_edge_width的范圍(例如窄邊緣范圍)內(nèi)時進(jìn)行切換以使用細(xì)聚焦信號。
[0173]控制-掃描
[0174]圖25是例如圖1和圖2的處理器112等聚焦系統(tǒng)控制器調(diào)整聚焦位置且在使聚焦位置跨其范圍從一端到另一端移動以搜索呈現(xiàn)場景中的對象的尖銳圖像的聚焦位置時測量聚焦信號的流程圖。在步驟1400處，將聚焦位置設(shè)定到遠(yuǎn)端?？汕宄糜趫D3的排除校準(zhǔn)器205的所有索引，以及圖17和圖18的存儲器2 908中的排除范圍數(shù)據(jù)。在步驟1402處，將聚焦位置移近一個步長。在步驟1404處，如果聚焦位置為近端，那么掃描完成。如果不是，那么在步驟1406處，檢查以查看窄邊緣計數(shù)是否達(dá)到峰。如果未達(dá)到峰，那么轉(zhuǎn)到下一反復(fù)，在步驟1402處重新開始。如果達(dá)到峰，那么為此聚焦位置創(chuàng)建新索引、記錄該聚焦位置、將校準(zhǔn)命令發(fā)送到排除校準(zhǔn)器205以搜集邊緣統(tǒng)計、形成多組排除范圍的鏈，且發(fā)送索引和寫入命令以存儲排除范圍鏈，接著進(jìn)行到下一反復(fù)，在步驟1402處重新開始。
[0175]可在對找到尖銳圖像的每一聚焦位置的掃描過程期間形成多組排除范圍的鏈。在對這些對象中的任一者的后續(xù)搜索中，可將排除范圍應(yīng)用于聚焦信號產(chǎn)生器，以幫助淡化和排斥由其它對象貢獻(xiàn)的邊緣，使得毛聚焦信號可展現(xiàn)出單個谷，且另外該谷具有靠近sharp_edge_Width的最小值，且使得細(xì)聚焦信號也具有來自焦點(diǎn)外對象的較少干擾，使得其與Sharp_edge_Width的偏差給出要調(diào)整聚焦位置到什么程度來使對象尖銳聚焦的準(zhǔn)確估計。即使所關(guān)注對象相對于其它對象移動，上述兩者仍是有用和可靠的。
[0176]作為說明，圖13是當(dāng)掃描圖12中所說明的場景時對照時間而描繪的窄邊緣計數(shù)的曲線圖。每當(dāng)聚焦位置使得對象在圖1或圖2中的像素陣列108上投影尖銳圖像時，窄邊緣計數(shù)就達(dá)到峰，因此其達(dá)到峰表示足夠尖銳的邊緣的存在。圖26、圖27和圖28說明當(dāng)聚焦透鏡處于窄邊緣計數(shù)達(dá)到峰的那些聚焦位置中的每一者處時捕捉到的圖像。
[0177]圖14展示由聚焦信號產(chǎn)生器120在掃描期間輸出的毛聚焦信號，其中排除過濾器207被作為OFF的“排除”信號旁通。毛聚焦信號正確地展現(xiàn)出對應(yīng)于聚焦位置接近三個聚焦位置中使一對象處于尖銳聚焦的每一者時的時間的最小值。然而，毛聚焦信號的最小值因來自在焦點(diǎn)外的其它對象所貢獻(xiàn)的模糊邊緣的干擾而并不處于sharp_edge_width水平，其在此實例中為2.0。如前面所提到，在已校準(zhǔn)排除校準(zhǔn)器205之后開啟“排除”信號將隨后允許毛聚焦信號通過使用每一對象群組的索引來檢索排除范圍而針對3個對象群組中的每一者展現(xiàn)出單個全局最小值，，即使該等對象已從其在掃描期間所處的位置移動也是如此。圖29以及圖30A到圖30C說明可如何形成針對該等三個對象群組中的每一者的色調(diào)排除范圍。
[0178]搜索-顯示和用戶指南
[0179]圖31到圖33說明當(dāng)聚焦位置使邊緣處于尖銳聚焦時，可如何在圖1或圖2的顯示器114上加亮該邊緣。當(dāng)圖像捕捉分辨率遠(yuǎn)高于顯示器分辨率時，加亮尖銳邊緣或足夠尖銳的邊緣對用戶來說尤其有用，使得不夠尖銳的聚焦邊緣在顯示器上仍看起來是尖銳的。這還解決了其中用戶無法分辨場景中的若干對象之中的哪一對象處于尖銳聚焦的常見問題。在被如此告知哪些對象處于尖銳聚焦之后，用戶可接著按壓圖16的圖像捕捉設(shè)備102的向外按鈕1912以聚焦在較遠(yuǎn)對象上，或按壓向內(nèi)按鈕1910以聚焦在較近對象上，或使用輸入此類用戶命令可用的用戶輸入裝置和方法中的任一者。圖像捕捉設(shè)備102還可顯示閃爍的輪廓2100，閃爍的輪廓2100與在將聚焦在其邊緣上的對象重疊，如圖33中所示。一般來說，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，可使用用以指示一個或一個以上足夠尖銳的邊緣的任何顯示方法。
[0180]搜索模式
[0181]圖34是用于在給定方向上搜尋到第N個對象的流程圖。在步驟2200處，聚焦透鏡104移動，直到跳過N-1個峰為止?？赏ㄟ^將若干信號中的一者用于峰檢測(“峰檢測信號”)來檢測峰跳過。一個候選峰檢測信號為毛聚焦信號，其如圖36展示在存在產(chǎn)生所捕捉到的圖像中的尖銳邊緣的對象的每一位置處獲得局部最小值。對于圖12的場景，為了使汽車達(dá)到尖銳聚焦，聚焦透鏡將從最內(nèi)位置向外移動，以跳過人處于尖銳聚焦的聚焦位置FC，經(jīng)過毛聚焦信號達(dá)到局部最小值(其幾乎達(dá)到81^印_6(^6_'\^(1丨11值2.0)的聚焦位置。另一候選峰檢測信號為窄邊緣計數(shù)。圖35展示當(dāng)聚焦位置從最內(nèi)位置向外移動經(jīng)過人產(chǎn)生所捕捉到的圖像中的尖銳圖像的位置時的窄邊緣計數(shù)。
[0182]在圖34中的流程圖的步驟2202處，除非已找到第N個峰，否則在步驟2206處繼續(xù)在同一方向上移動聚焦透鏡，且返回到2202處的相同詢問。如果找到第N個峰，那么移動到步驟2204以開啟跟蹤模式。對第N個峰的檢測可使用若干個峰檢測信號中的一者。一個候選峰檢測信號為毛聚焦信號。另一候選者為窄邊緣計數(shù)?？蓪Σ襟E2202使用與步驟2200不同的峰檢測信號。在檢測到峰之后(如在圖34的流程圖之后的圖35和圖36中所示)或當(dāng)靠近且足夠接近峰時(如在圖38的流程圖之后的圖37中所示)開啟跟蹤。(“足夠接近”可為超過例如來自前一掃描的前一檢測到的峰的預(yù)定分?jǐn)?shù))。
[0183]用戶對搜索的控制
[0184]可以若干方式中的一者來建立與要搜尋的聚焦位置相關(guān)聯(lián)的數(shù)目為N。
[0185]在第一方法中，設(shè)備102可提供用戶控制，例如圖16中所示的按鈕1912和1910，或本描述中提到的任何其它形式的用戶輸入方法/設(shè)備，以在尖銳聚焦位置之中向外或向內(nèi)導(dǎo)航。舉例來說，按鈕1912的每次按壓可選擇下一較遠(yuǎn)尖銳聚焦位置，而按鈕1910的每次按壓可選擇下一較近尖銳聚焦位置。設(shè)備102可在尖銳邊緣或尖銳對象上顯示加亮區(qū)，例如圖31中所示的加亮區(qū)2000?？稍趻呙杵陂g存儲尖銳聚焦位置。在掃描期間，可在掃描期間找到的每一尖銳聚焦位置處形成加亮區(qū)2000或?qū)?yīng)的尖銳邊緣或兩者，并將其存儲在存儲器中，例如存儲在處理器112、112’、112”內(nèi)?？梢黄鸫鎯γ恳患怃J聚焦位置處顯示的圖像。在向目標(biāo)聚焦位置導(dǎo)航(例如通過使用按鈕1912和1910以在尖銳聚焦位置之中跳得較遠(yuǎn)和較近)期間，可從存儲器檢索對應(yīng)于選定尖銳聚焦位置的加亮區(qū)，并將其顯示在顯示器1902上。連同加亮區(qū)2000—起，先前存儲的對應(yīng)于選定尖銳聚焦位置的所顯示圖像也可顯示以展示所存儲的顯示圖像中的什么對象產(chǎn)生選定尖銳聚焦位置處的尖銳邊緣。借此幫助，用戶可決定選定尖銳聚焦位置是否對應(yīng)于他或她的既定目標(biāo)尖銳，或他或她是否需要導(dǎo)航較遠(yuǎn)或較近。因此，甚至在不同聚焦距離處的若干不同對象產(chǎn)生在圖16的顯示器1902中的圖像內(nèi)重疊的邊緣(例如人的頭部和汽車的左端)的情況下，用戶也能夠選擇目標(biāo)對象。處理器112因此確定用于對目標(biāo)尖銳聚焦位置及其相關(guān)聯(lián)的所存儲尖銳聚焦位置或排除鏈或索引或其任何組合的選擇。如果從掃描發(fā)現(xiàn)目標(biāo)尖銳聚焦位置是最近的，那么N為I。如果是緊接其后的一個聚焦位置，那么N為2;且依此類推?？蓹z索相關(guān)聯(lián)的排除范圍鏈，并將其應(yīng)用于排除過濾器207，相關(guān)聯(lián)的鏈先前已校準(zhǔn)、創(chuàng)建和在索引下存儲。
[0186]在第二方法中，不采取先前掃描。使用如先前段落中所描述的同一用戶接口，用戶可導(dǎo)航遠(yuǎn)或近N個步長。舉例來說，用戶可按壓按鈕1912三次，以要求從當(dāng)前聚焦位置經(jīng)過第一尖銳聚焦位置接著第二尖銳聚焦位置以在第三尖銳聚焦位置處停止的向外搜索。聚焦系統(tǒng)控制器112通過遵循圖34中的流程圖而命令聚焦透鏡104向外移動到第三尖銳聚焦位置，N初始化為3。如果用戶隨后通過按壓按鈕1910—次來要求將目標(biāo)尖銳聚焦位置改變到第二尖銳聚焦位置，那么聚焦系統(tǒng)控制器112通過遵循圖34中的流程圖而命令聚焦透鏡104移動到第二尖銳聚焦位置，但此次是在向內(nèi)方向上移動聚焦位置，N初始化為I。每當(dāng)在最終目的地處(或在經(jīng)過最終目的地中)找到尖銳聚焦位置時，設(shè)備102可在尖銳邊緣上顯示加殼區(qū)2000。
[0187]以上方法中的任一者均對處理其中來自不同聚焦距離處的對象的邊緣重疊的不同聚焦情形有用。此情形的一個實例為鐵絲網(wǎng)和鐵絲網(wǎng)后面的雞。如果聚焦位置具有處于尖銳聚焦的鐵絲網(wǎng)，而雞為所要的對象，那么用戶可使用用戶接口向外導(dǎo)航一個步長，例如通過按壓向外按鈕1912—次。作為響應(yīng)，聚焦系統(tǒng)控制器112命令聚焦透鏡104向外移動，直到檢測到下一尖銳聚焦為止，其為雞的尖銳聚焦位置。另一方面，如果聚焦位置具有處于尖銳聚焦的雞，而鐵絲網(wǎng)為所要的對象，那么用戶可使用用戶接口向內(nèi)導(dǎo)航一個步長，例如通過按壓向內(nèi)按鈕1910—次。作為響應(yīng)，聚焦系統(tǒng)控制器112命令聚焦透鏡104向內(nèi)移動，直到檢測到下一尖銳聚焦為止，其為鐵絲網(wǎng)的尖銳聚焦位置。在任一情況下，每當(dāng)對象處于尖銳聚焦時，就可在顯示器1902上加亮尖銳對象或其邊緣，以幫助用戶確定哪一對象處于尖銳聚焦。
[0188]在顯示器上加亮處于尖銳聚焦的對象或其邊緣、提供接受用戶的命令以起始和/或請求搜尋到下一聚焦位置的方向以使較遠(yuǎn)或較近的對象處于尖銳聚焦的用戶接口、在用戶經(jīng)由所述用戶接口輸入對應(yīng)命令后即刻搜尋到所述下一尖銳聚焦位置，以及在過渡到最終聚焦位置期間加亮達(dá)到尖銳聚焦的對象或其邊緣是對設(shè)備102的用戶有用的步驟，不管聚焦信號如何形成，也不管處于尖銳聚焦的對象或其邊緣如何確定?？赏ㄟ^(如在本申請案中)測量圖像中的邊緣的寬度來產(chǎn)生聚焦信號?；蛘撸O(shè)備102可測量跨邊緣的對比度，且通過檢測聚焦透鏡104的聚焦位置改變時所述對比度的達(dá)到峰來檢測邊緣的尖銳聚焦?；蛘?，設(shè)備102可通過以下步驟來產(chǎn)生聚焦信號:將圖像分成若干個鄰近像素群組，例如每一群組具有16X16個像素，在每一群組內(nèi)測量到的對比度作為表示從場景反射的可見光的信號(例如亮度)的最大值與最小值之間的差；以及通過檢測聚焦透鏡104的聚焦位置改變時所述對比度的達(dá)到峰而檢測所述像素群組內(nèi)的尖銳聚焦；以及加亮顯示器1902中所顯示圖像的對應(yīng)于所述像素群組的一部分。或者，設(shè)備102可使用任何常規(guī)方法來產(chǎn)生聚焦信號。
[0189]跟蹤模式
[0190]當(dāng)跟蹤模式開始時，聚焦系統(tǒng)控制器(例如圖1或圖2中的處理器112)可開啟“細(xì)”控制信號以控制聚焦信號產(chǎn)生器120接收細(xì)聚焦信號。如果幾乎對焦的對象先前已經(jīng)校準(zhǔn)，那么還可開啟“排除”控制信號，且將對應(yīng)索引提供給聚焦信號產(chǎn)生器120內(nèi)的排除校準(zhǔn)205，以檢索對應(yīng)的排除范圍。如果幾乎對焦的對象先前尚未經(jīng)校準(zhǔn)，那么可向排除校準(zhǔn)205發(fā)出校準(zhǔn)命令以執(zhí)行校準(zhǔn)，且提供新索引以存儲經(jīng)校準(zhǔn)的排除范圍，且隨后檢索該排除范圍以供排除過濾器207使用。這樣做通過極大地衰減來自非想要對象的干擾而改進(jìn)細(xì)聚焦信號的準(zhǔn)確性。
[0191]聚焦系統(tǒng)控制器可調(diào)整聚焦位置以使細(xì)聚焦信號盡可能保持最接近最小值，如圖39中所示，或聚焦系統(tǒng)控制器可尋求控制聚焦位置的替代策略以使細(xì)聚焦信號保持遠(yuǎn)離81^印_6(^_'\￥丨(11:11某一偏移量并高于最小值，如圖40和圖41中所示。(在圖40到圖41中將sharp_edge_width標(biāo)記為hFB)。使細(xì)聚焦信號維持高于sharp_edge_width和最小值某一偏移量具有以下益處:細(xì)聚焦信號因?qū)ο蟮娜魏我苿佣鴮?dǎo)致的細(xì)微變化給出對象是移近還是移遠(yuǎn)的線索。如果聚焦位置比將使細(xì)聚焦信號處于最小值的理想聚焦位置遠(yuǎn)(因此，細(xì)聚焦信號電平高于最小值)，那么對象的減小細(xì)聚焦信號的移動必須向外導(dǎo)向，即較靠近其中當(dāng)前聚焦位置將形成尖銳圖像的場景位置。另一方面，如果對象的移動增加細(xì)聚焦信號，那么對象必然向內(nèi)移動，即遠(yuǎn)離該場景位置。另一方面，如果聚焦位置比理想聚焦位置近，那么將為相反的情況。聚焦系統(tǒng)控制器接著可立即使聚焦透鏡在如此確定的方向上移動。這在圖41中展示，其中展示細(xì)聚焦信號總是在小偏離之后返回到相同電平，而在圖39中，其中聚焦系統(tǒng)控制器將細(xì)聚焦信號定目標(biāo)到最小值，不能夠立即確定對象的移動方向，且在對象開始移動時可能犯錯，從而導(dǎo)致細(xì)聚焦信號的初始增加較快，且僅在其之后認(rèn)識到錯誤的方向猜測并自己校正。在圖39中，假定對象繼續(xù)在同一方向上移動，那么使后續(xù)波動維持與圖41 一樣小，因此聚焦系統(tǒng)控制器不會犯第二次方向錯誤。但如果對象改變方向，那么定目標(biāo)為最小聚焦信號電平的聚焦系統(tǒng)控制器可能再次犯錯。
[0192]—般來說，在此替代性策略中，聚焦系統(tǒng)控制器應(yīng)將聚焦信號伺服到與(聚焦信號的)最佳信號水平有偏移的目標(biāo)水平，最佳信號水平指示其邊緣寬度貢獻(xiàn)于聚焦信號的多個邊緣的最尖銳的聚焦，目標(biāo)水平指示與最佳信號水平相比之下的多個邊緣的較不聚焦的狀態(tài)。這歸因于以下觀察:如果聚焦透鏡定位在這些邊緣的最尖銳的聚焦位置處，那么對聚焦信號的影響在聚焦透鏡的前向移位與后向移位之間不能區(qū)別，因為前向移位和后向移位都將導(dǎo)致邊緣變寬。
[0193]結(jié)合所說明的排除的使用
[0194]圖42A到圖42C說明聚焦控制系統(tǒng)跟蹤相對于背景對象而移動的對象(鳥)的能力。在圖42A中，鳥處于尖銳聚焦，且聚焦系統(tǒng)控制器向排除校準(zhǔn)器205發(fā)出校準(zhǔn)命令，且開啟“細(xì)”控制信號以產(chǎn)生細(xì)聚焦信號，且開啟“排除”控制信號以排除在圖42A中不尖銳的郵箱。排除校準(zhǔn)器205找出兩個特性，即級聯(lián)邊緣的長度和傾斜角度，其排除范圍分別在圖43和圖44中展示，以將郵箱從鳥排除。
[0195]接下來，在圖42B中，鳥飛近且停留在郵箱上。在圖42A與圖42B之間，聚焦控制系統(tǒng)繼續(xù)跟蹤鳥以使其保持尖銳聚焦。當(dāng)鳥變?yōu)橥Ａ粼卩]箱上時，郵箱所貢獻(xiàn)的邊緣也是足夠尖銳的邊緣，但排除過濾器207通過使用兩個特性而將其排除，該等兩個特性即為級聯(lián)邊緣的長度及傾斜角度，其排除范圍分別在圖43和圖44中展示。細(xì)聚焦信號繼續(xù)指示僅由鳥(不是郵箱)共享的邊緣的尖銳度。最后，當(dāng)鳥飛離時，聚焦控制系統(tǒng)繼續(xù)跟蹤鳥以使其圖像維持尖銳聚焦，且不會錯誤地鎖定到郵箱上，偏航較大數(shù)目個邊緣原本將支配細(xì)聚焦信號，且錯誤地告知聚焦控制信號所關(guān)注對象仍在同一聚焦距離處。
[0196]某些優(yōu)點(diǎn)
[0197]聚焦信號產(chǎn)生器的一個優(yōu)點(diǎn)是不同圖像的最小聚焦信號近似處于相同的值。這確保了透鏡即使在相機(jī)晃動的情況下也將留在相同位置中，但圖像仍保持尖銳。另一優(yōu)點(diǎn)是場景的具有不同聚焦距離的最大聚焦信號與最小聚焦信號之間的范圍足夠?qū)挘源_?？色@得最佳聚焦。
[0198]另一優(yōu)點(diǎn)是聚焦信號值并不依賴于照明，也不依賴于場景中的對象色彩或反射性。產(chǎn)生聚焦信號的常規(guī)對比度方法產(chǎn)生強(qiáng)烈依賴于所有所述因素的對比度信號，使得當(dāng)新的對象進(jìn)入場景時，即使在尖銳聚焦距離處，對比度方法所產(chǎn)生的聚焦信號通常也改變。
[0199]替代實施例
[0200]圖45展示聚焦信號產(chǎn)生器120’的替代實施例。聚焦信號產(chǎn)生器120’輸出邊緣和邊緣寬度的統(tǒng)計。在控制器120’輸出的邊緣寬度統(tǒng)計之中可為以下各項中的一者或一者以上:邊緣寬度直方圖，其包括不同邊緣寬度下的邊緣計數(shù);其中邊緣寬度計數(shù)達(dá)到最大值的邊緣寬度;一組系數(shù)，其代表估計不同邊緣寬度下的邊緣計數(shù)的樣條函數(shù)；以及可代表邊緣寬度的函數(shù)的任何數(shù)據(jù)。普查單元240可接收在具有聚焦信號產(chǎn)生器120’的其它單元中的一者或一者以上中計算的數(shù)據(jù)以計算邊緣寬度的統(tǒng)計。一般來說，聚焦信號產(chǎn)生器120’可輸出具有邊緣寬度的分布的指示的信號。
[0201]參看圖46，因此在信號134中向替代自動聚焦圖像拾取設(shè)備102’中的處理器112’的替代實施例提供的邊緣寬度統(tǒng)計可由處理器112’用來根據(jù)上文所論述的方法或其等效物來計算毛和/或細(xì)聚焦信號以及窄邊緣計數(shù)。另外，可將在聚焦信號產(chǎn)生器120’中計算的任何數(shù)據(jù)作為輸出信號134的一部分輸出到處理器112’。舉例來說，可將排除范圍和鏈以及邊緣統(tǒng)計(例如用于根據(jù)圖19或圖20的流程圖來計算排除范圍和鏈的邊緣特性的統(tǒng)計)發(fā)送到處理器112’。
[0202]除包括于圖1的處理器112中的功能之外，處理器112’可在內(nèi)部產(chǎn)生聚焦信號和/或窄邊緣計數(shù)。
[0203]像素陣列108、A/D轉(zhuǎn)換器110、色彩內(nèi)插器148和產(chǎn)生器120’可駐存在封裝142內(nèi)，一起構(gòu)成與處理器112’分開的圖像傳感器150’。
[0204]聚焦信號產(chǎn)生器的又一實施例可將普查單元240添加到圖1的產(chǎn)生器102，且將在此產(chǎn)生器中計算的一個或一個以上統(tǒng)計輸出到處理器112。
[0205]輔助像素陣列
[0206]圖47展示自動聚焦圖像拾取系統(tǒng)103的替代實施例。除包括于系統(tǒng)102中的元件之夕卜，系統(tǒng)103可包括部分反射鏡2850、全反射鏡2852、光學(xué)低通過濾器2840、主像素陣列2808以及主A/D轉(zhuǎn)換器2810。部分反射鏡2850可將傳入光束分裂成第一分光束和第二分光束，一者被透射，且另一者被反射。第一分光束在最終到達(dá)主像素陣列2808之前可進(jìn)一步穿過光學(xué)低通過濾器2840，其檢測第一分光束并將其轉(zhuǎn)換為模擬信號。第二分光束在最終到達(dá)輔助像素陣列108”之前可由全反射鏡2852反射，輔助像素陣列108”對應(yīng)于圖1所示的系統(tǒng)102中的像素陣列108。在部分反射鏡2850處分裂之后，第一光束與第二光束的光強(qiáng)度(以焦耳/秒為單位)的比率可大于I比I，優(yōu)選大于2比I。舉例來說，該比率可為4比I。
[0207]主像素陣列2808可由彩色鑲嵌圖案(例如拜耳圖案)的彩色濾光片陣列覆蓋。光學(xué)低通過濾器2808防止聚焦在像素陣列2808上的最小光點(diǎn)過小而導(dǎo)致混疊。在鑲嵌圖案的彩色濾光片覆蓋像素陣列2808的地方，混疊可在色彩內(nèi)插之后引起色彩摩爾紋假象。舉例來說，通過使用光學(xué)低通過濾器，包圍主像素陣列2808上的光點(diǎn)的可見光功率的84%的圓的最小直徑(“最小主直徑”)可保持大于一又二分之一像素寬度，但小于兩個像素寬度。舉例來說，如果主像素陣列2808具有4.5um的像素寬度，而最小直徑為2.0um，而無光學(xué)低通過濾，那么可選擇光學(xué)低通過濾器2840以使光點(diǎn)的直徑為6.7um或更大。
[0208]輔助像素陣列108”可包括一個或一個以上光電檢測器陣列。該陣列中的每一者可由或可不由彩色鑲嵌圖案的彩色濾光片陣列覆蓋。輔助像素陣列108”中的陣列在模擬信號中輸出圖像，該模擬信號由A/D轉(zhuǎn)換器110轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號130。將圖像發(fā)送到聚焦信號產(chǎn)生器120。色彩內(nèi)插器148可產(chǎn)生從由彩色濾光片覆蓋的像素產(chǎn)生的圖像的缺失色彩。如果輔助像素陣列108”包括多個光電檢測器陣列，那么每一陣列可捕捉對應(yīng)于由主像素陣列2808捕捉到的圖像的一部分的子圖像。該多個陣列可物理上分開一百個以上像素寬度，且可共享或可不共享半導(dǎo)體襯底。在輔助像素陣列108”內(nèi)的像素陣列不共享半導(dǎo)體襯底的情況下，該像素陣列可一起容納在一封裝(未圖示)中。
[0209]主A/D轉(zhuǎn)換器2810將來自主像素陣列2808的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字主圖像數(shù)據(jù)信號2830，其被發(fā)送到處理器112，其中在主像素陣列2808上捕捉到的圖像可接受圖像處理，例如色彩內(nèi)插、色彩校正以及圖像壓縮/解壓縮，且最后存儲在存儲器卡116中。
[0210]輔助像素陣列108”中的光電檢測器陣列可具有小于主像素陣列2808的像素寬度(“主像素寬度”)的像素寬度(“輔助像素寬度”)。輔助像素寬度可小至主像素寬度的一半。如果輔助像素由彩色濾光片覆蓋，且在無光學(xué)低通過濾的情況下，輔助像素寬度小于可見光的最小光點(diǎn)的1.3倍，那么可在輔助陣列108”前面插入第二光學(xué)低通過濾器，以使輔助像素陣列108”上的最小直徑(“最小輔助直徑”)增加到在1.3倍到2倍大之間，但仍小于最小主直徑，優(yōu)選為1.5。輔助圖像中的輕微摩爾紋不成問題，因為輔助圖像并不作為最終捕捉圖像向用戶呈現(xiàn)。
[0211]圖50說明針對來自主像素陣列2808的主圖像(實曲線)和來自輔助像素陣列108”的輔助圖像(虛曲線)，邊緣寬度可如何關(guān)于尖銳聚焦位置而變化。正當(dāng)主圖像到達(dá)所定標(biāo)的尖銳邊緣寬度2時，輔助圖像給出較尖銳的斜坡。準(zhǔn)許輔助圖像達(dá)到低于所定標(biāo)的尖銳邊緣寬度，因為因混疊而導(dǎo)致的摩爾紋在輔助像素中并不那么關(guān)鍵，因為輔助圖像并不作為最終圖像向用戶呈現(xiàn)。這有助于使尖銳邊緣寬度下方和上方的斜坡尖銳。較尖銳的斜坡也由小于主像素寬度的輔助像素寬度促進(jìn)。
[0212]圖50中的陰影區(qū)指示在其內(nèi)控制聚焦位置以使主圖像保持尖銳聚焦的良好區(qū)。聚焦位置向外的改變將導(dǎo)致邊緣寬度在輔助圖像中增加，而向內(nèi)改變將導(dǎo)致邊緣寬度在輔助圖像中減小。為了使主圖像的邊緣寬度維持接近尖銳邊緣寬度，可使用線性反饋控制系統(tǒng)以將中間輔助邊緣寬度值定目標(biāo)在陰影區(qū)內(nèi)，且將從輔助圖像產(chǎn)生的邊緣寬度用作反饋信號。這是根據(jù)在以上跟蹤模式段落中所描述的替代策略，其中聚焦系統(tǒng)控制器應(yīng)將聚焦信號伺服到與(聚焦信號的)最佳信號水平有偏移的目標(biāo)水平，最佳信號水平指示其邊緣寬度貢獻(xiàn)于聚焦信號的多個邊緣的最尖銳的聚焦，目標(biāo)水平指示與最佳信號水平相比之下的多個邊緣的較不聚焦的狀態(tài)。參考圖50，聚焦控制系統(tǒng)將來自輔助陣列的邊緣寬度伺服到略微大于輔助陣列上可實現(xiàn)的可能最小的邊緣寬度的寬度。
[0213]輔助像素陣列108”、A/D轉(zhuǎn)換器110、聚焦信號產(chǎn)生器120—起可容納在封裝142中，且構(gòu)成輔助傳感器150。輔助傳感器150可進(jìn)一步包括色彩內(nèi)插器148。
[0214]圖48展示除聚焦信號產(chǎn)生器120’代替聚焦信號產(chǎn)生器120外類似于設(shè)備103的自動聚焦圖像拾取設(shè)備103’的替代實施例。輔助像素陣列108”、A/D轉(zhuǎn)換器110、聚焦信號產(chǎn)生器120—起可容納在封裝142中，且構(gòu)成輔助傳感器150’。輔助傳感器150可進(jìn)一步包括色彩內(nèi)插器148。
[0215]圖49展示自動聚焦圖像拾取設(shè)備103”的替代實施例。聚焦信號產(chǎn)生器120和處理器112”可作為相機(jī)控制器容納在封裝144中，與輔助像素陣列108”分離。處理器112”類似于處理器112，不同之處在于處理器112”接收來自主像素陣列2808以及輔助像素陣列108”的圖像。處理器112”可執(zhí)行色彩內(nèi)插、色彩校正、壓縮/解壓縮以及將在信號2830上接收到的圖像存儲到存儲器卡116，類似于圖2中處理器112可對信號130執(zhí)行的處理。不同于圖2中的是，此處在信號130上接收到的圖像無需接受壓縮/解壓縮且存儲到存儲器卡116。處理器112”可針對由輔助像素陣列108”中的彩色濾光片覆蓋的像素對在信號130上接收到的圖像執(zhí)行色彩內(nèi)插，且在信號146上將經(jīng)色彩內(nèi)插的圖像發(fā)送到聚焦信號產(chǎn)生器120。
[0216]自動聚焦圖像拾取系統(tǒng)102、102’、103、103 ’、103”可包括計算機(jī)程序存儲媒體(未圖示)，其包括分別致使處理器112、112’、112”和/或聚焦信號產(chǎn)生器120、120’執(zhí)行本文所描述的功能中的一者或一者以上的指令。舉例來說，所述指令可致使處理器112或產(chǎn)生器120’根據(jù)圖7的流程圖對邊緣寬度執(zhí)行傾斜度校正。作為另一實例，所述指令可致使處理器112’或產(chǎn)生器120根據(jù)上文針對寬度過濾器209的描述執(zhí)行邊緣寬度過濾?；蛘?，處理器112、112’或產(chǎn)生器120、120’可經(jīng)配置以具有用于本文所包括的功能中的一者或一者以上的固件與硬件的組合或純硬件實施方案。舉例來說，在產(chǎn)生器120中，可在純硬件中執(zhí)行傾斜度校正，且根據(jù)固件中的指令執(zhí)行長度過濾器212。
[0217]雖然將存儲器卡116展示為系統(tǒng)102的部分，但可改為使用任何非易失性存儲媒體，例如硬盤驅(qū)動器，其中存儲在其中的圖像可由用戶存取，且可復(fù)制到系統(tǒng)102外且遠(yuǎn)離系統(tǒng)102的不同位置。
[0218]用于該系統(tǒng)中的一個或一個以上參數(shù)(例如sharp_edge_width)可存儲在系統(tǒng)內(nèi)的裝置中的非易失性存儲器中。該裝置可為快閃存儲器裝置、處理器或圖像傳感器，或作為與之分離的裝置的聚焦信號產(chǎn)生器。用于系統(tǒng)中的一個或一個以上公式(例如用于計算級聯(lián)長度閾值，或用于計算β)可同樣作為參數(shù)或作為計算機(jī)可執(zhí)行指令存儲在那些裝置中的一者或一者以上中的非易失性存儲器中。
[0219]雖然附圖中已描述并展示了某些示范性實施例，但將理解，此些實施例僅說明而非限制本發(fā)明，且本發(fā)明不限于所展示和描述的特定構(gòu)造和布置，因為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可想到各種其它修改。
【主權(quán)項】
1.一種用于產(chǎn)生隨多個邊緣寬度而變的一聚焦信號的方法，每一邊緣寬度屬于一圖像中的多個邊緣中的一者，該方法包括: 排斥在多個尖銳聚焦位置處找出的多個足夠尖銳的邊緣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括: 找出排斥所述多個足夠尖銳的邊緣的一排除范圍；以及， 使用該排除范圍對該多個邊緣寬度進(jìn)行過濾。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括: 使用具有通過所述過濾步驟過濾的該多個邊緣寬度的該聚焦信號來控制對不處于該多個尖銳聚焦位置中的一尖銳聚焦位置的搜索。4.一種用于產(chǎn)生隨多個邊緣寬度而變的一聚焦信號的方法，每一邊緣寬度屬于一圖像中的多個邊緣中的一者，該方法包括: 從一第一圖像從一給定區(qū)中的僅足夠尖銳的邊緣形成一排除范圍；以及， 在一第二圖像中通過使用該排除范圍對邊緣寬度進(jìn)行過濾來排斥若干邊緣。5.—種用于產(chǎn)生隨多個邊緣寬度而變的一聚焦信號的方法，每一邊緣寬度屬于一圖像中的多個邊緣中的一者，該方法包括: 從多個特性中選擇一第一特性； 形成該第一特性的排除范圍來排斥該圖像中的多個不夠尖銳的邊緣。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包括: 選擇不同于該第一特性的一第二特性，該第二特性與未被選擇的一第三特性相比，排除是不夠尖銳的邊緣且未被該第一特性的該等排除范圍排除的更多邊緣。7.—種用于產(chǎn)生隨多個邊緣寬度而變的一聚焦信號的方法，每一邊緣寬度屬于一圖像中的多個邊緣中的一者，該方法包括: 從一第一圖像找出針對一第一特性的一第一組排除范圍； 從一第二圖像找出針對該第一特性的一第二組排除范圍； 使用該第一組排除范圍對該第二圖像進(jìn)行過濾，以找出足夠尖銳的邊緣的一第一計數(shù)以及足夠尖銳和不夠尖銳的邊緣的一第二計數(shù)； 使用該第二組排除范圍對該第二圖像進(jìn)行過濾，以找出足夠尖銳的邊緣的一第三計數(shù)以及足夠尖銳和不夠尖銳的邊緣的一第四計數(shù)； 找出該第一計數(shù)與該第二計數(shù)之間的一第一比率； 找出該第三計數(shù)與該第四計數(shù)之間的一第二比率； 將該第一比率與該第二比率進(jìn)行比較；以及， 如果存在從該第一比率到該第二比率的一顯著改變，那么拒斥該第一特性。8.—種使用隨多個邊緣寬度而變的一聚焦信號對一圖像系統(tǒng)進(jìn)行自動聚焦控制的方法，每一邊緣寬度屬于一圖像中的多個邊緣中的一者，該方法包括: 將該聚焦信號伺服到與一最佳信號水平有偏移的一目標(biāo)水平，該最佳信號水平指示其邊緣寬度貢獻(xiàn)于該聚焦信號的該多個邊緣的一最尖銳的聚焦，該目標(biāo)水平指示與該最佳信號水平相比之下的該多個邊緣的一較不聚焦的狀態(tài)。9.一種用于產(chǎn)生隨多個邊緣寬度而變的一聚焦信號的方法，每一邊緣寬度屬于一圖像中的多個邊緣中的一者，該方法包括: 減少或消除來自鄰近于一較寬邊緣的一較窄邊緣的一邊緣寬度對該聚焦信號的一貢獻(xiàn)，該較窄邊緣的一峰梯度小于該較寬邊緣的一峰梯度的一預(yù)定分?jǐn)?shù)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該分?jǐn)?shù)是80 %或更小。
【文檔編號】G02B7/36GK105898146SQ201610286776
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2010年5月27日
【發(fā)明人】鄭蒼隆
【申請人】鄭蒼隆