專利名稱：利用閃光燈輔助偵測焦距的方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種利用 閃光燈輔助偵測焦距的方法，特別是一種利用依曝光特 征值查表以輔助偵測焦距的方法。
背景技術：
使用相機在拍攝影像時，需要正確地把焦距對到被攝物體上以得到清晰的照 片。對焦的方式包括有手動對焦和自動對焦，而在現今一般的數字相機都已內建有自動 對焦功能。自動對焦大致上可以分為兩大類，一為主動式自動對焦(active auto focus)， 另一為被動式對焦(passive auto focus)。主動式自動對焦的技術是利用一組紅外線發(fā)射器或是雷射發(fā)射器和相對的接收 器投射光的圖案在被攝體上，再以三角測量法(triangulation)等方法計算相機與被攝物體 之間的距離，而此距離即為焦距。由于使用主動式自動對焦需在相機內額外設置光發(fā)收 器和接收器，因此存在有成本較高的問題。被動式自動對焦為在正式拍攝前，數字相機移動相機鏡頭到多個對焦位置，其 中對焦位置位于從離數字相機最近的微距到被設為無限遠的區(qū)域中。數字相機在對焦位 置上獲取影像，并分析所獲得的影像的清晰度來決定焦距。被動式自動對焦方式只需用 到相機本身所具有的影像傳感器及運算單元，故能夠減輕制造成本。然而被動式自動對焦得依賴由預先獲取的影像所計算出的清晰度，故當被攝物 體處于環(huán)境亮度不足時，估測出的焦距容易產生誤差。攝影時若光線充足則被攝物體 會具有明顯的合焦點(in-focus)，使得相機容易找到正確的對焦位置。反之若環(huán)境亮度 不足，在估算清晰度時會因為普遍影像清晰度較低等情況而使得相機不易找出正確的焦 距。故被動式自動對焦在環(huán)境亮度不足時，會存在有對焦不夠準確的問題。

發(fā)明內容
鑒于以上的問題，本發(fā)明在于提供一種利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，借以 解決上述問題。本發(fā)明所揭露的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，適用于一具有閃光燈 的數字相機，依據一被攝目標提供數字相機一目標焦距，其方法包括閃光并獲取一第 一影像；依據第一影像計算而得至少一曝光特征值(characteristic exposure value)；依據 曝光特征值查閱一焦段對照表獲得一起始對焦位置；以及依據起始對焦位置執(zhí)行一對焦 程序以得到目標焦距。其中依據第一影像計算而得至少一曝光特征值的步驟可以包含搜尋第一影像 中的一對焦框，對焦框具有一對焦框影像；以及計算對焦框影像的一曝光值作為曝光特 征值。根據本發(fā)明，焦段對照表是包含多個曝光表列值以及與曝光表列值對應的多個 焦距值，依據曝光特征值查閱焦段對照表獲得起始對焦位置的步驟即是以曝光特征值于 焦段對照表中查閱曝光表列值，得出與曝光特征值對應的焦距值作為起始對焦位置。
又依據第一影像計算而得至少一曝光特征值的步驟另可以包含搜尋第一影像 中的多個對焦框，每一對焦框均具有一對焦框影像；分別計算對焦框影像的曝光值；以 及把曝光值取平均值作為曝光特征值。此外，依據第一影像計算而得至少一曝光特征值的步驟還可以包含搜尋第一 影像中的多個對焦框，每一對焦框均具有一對焦框影像；分別計算對焦框影像的曝光 值；以及以曝光值作為曝光特征值。根據本發(fā)明，依據曝光特征值查閱焦段對照表獲得起始對焦位置的步驟包含 分別以曝光值于該焦段對照表查閱而得多個焦距值；以及以焦距值的最小值作為起始對 焦位置。依照本發(fā)明的一實施例，依據起始對焦位置執(zhí)行對焦程序以得到目標焦距的步 驟可包括依據起始對焦位置指定一對焦區(qū)段；在對焦區(qū)段內的至少三個焦距分別獲取 一測焦影像；分別計算測焦影像的一清晰值；以清晰值及與清晰值對應的焦距進行曲線 擬合以得到一二次多項式；以及以二次多項式的斜率為零所對應的焦距作為目標焦距。根據本發(fā)明的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，應用于一具有閃光燈的數字相 機，可依據閃光燈預閃時獲取的第一影像計算曝光特征值。根據曝光特征值，可提供數 字相機一目標焦距以供數字相機的鏡頭裝置等硬設備來拍攝數字影像。以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限 定。


圖1為根據本發(fā)明一實施例的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法的流程圖；圖2為根據本發(fā)明所適用的數字相機的架構示意圖；圖3A為根據本發(fā)明一實施例的步驟S22的第一實施例的流程示意圖；圖3B為根據本發(fā)明一實施例的步驟S22的第二實施例的流程示意圖；圖3C為根據本發(fā)明一實施例的步驟S22的第三實施例的流程示意圖；圖4A為根據本發(fā)明一實施例的一對焦框的示意圖；圖4B為根據本發(fā)明一實施例的另一對焦框的示意圖；圖5為根據本發(fā)明一實施例的步驟S26的流程示意圖；圖6A為根據本發(fā)明一實施例的水平屏蔽的示意圖；圖6B為根據本發(fā)明一實施例的垂直屏蔽的示意圖。其中，附圖標記100數字相機102 閃光燈104鏡頭裝置 106光圈裝置108 感光元件 110 取樣電路(sample hold circuit)112 儲存單元114 驅動馬達
116處理單元118操作單元130第一影像132對焦框140屏蔽142屏蔽內容元素
具體實施例方式以下敘述的關于本發(fā)明的詳細特征以及優(yōu)點，其內容足以使任何熟悉相關技藝 者了解本發(fā)明的技術內容并據以實施，且根據本說明書所揭露的內容、申請專利范圍及 圖式，任何熟悉相關技藝者可輕易地理解本發(fā)明相關的目的及優(yōu)點。請參照圖1，其為根據本發(fā)明一實施例的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法的流程 圖。本發(fā)明的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法適于一具有閃光燈的數字相機，該方法依 據一被攝目標提供該數字相機一目標焦距。圖2為根據本發(fā)明所適用的數字相機的架構 示意圖。關于本發(fā)明所適用的數字相機可以是但不限于圖2。數字相機100包括閃光燈102、鏡頭裝置104、光圈裝置106、感光元件108、取 樣電路110 (Sampling hold circuit)、儲存單元112、驅動馬達114、處理單元116與操作單 元118。被景象所反射的光線經由鏡頭裝置104與光圈裝置106進入感光元件108，感光 元件108將進入的光線轉換成影像信號并傳給取樣電路110后記錄于儲存單元112。拍攝時，處理單元116致動驅動馬達114以移動鏡頭裝置104至指定焦距位置。 處理單元116并透過驅動馬達114調整光圈裝置106。感光元件108對應于鏡頭裝置104 并把當前場景的影像畫面轉換成數字影像的電信號。經由處理單元的驅動，取樣電路110 將感光元件108所接收的影像信號傳送至儲存單元112。處理單元116根據在取像預覽階 段所獲取的的預覽影像，用以判斷需要進行調整鏡頭裝置104的對焦焦距以提供數字相 機100拍攝。請再參考圖1并配合圖2閱覽，從圖1中可以見悉，利用閃光燈輔助偵測焦距的 方法包含步驟S20 閃光并獲取第一影像；S22 依據第一影像計算而得至少一曝光特征 值；S24:依據曝光特征值查閱焦段對照表，獲得起始對焦位置；以及S26:依據起始對 焦位置執(zhí)行一對焦程序以得到目標焦距。于步驟S20中，處理單元116透過驅動馬達114使閃光燈102動作。在閃光燈 102發(fā)出一個預閃亮光時，數字相機100獲取第一影像并記錄于儲存單元112內。處理單 元116分析此第一影像并把分析后的數據用于輔助自動對焦(auto focus)。前述獲取的影 像并不限于只獲取一張，實際應用時為求精確亦可使用多張的影像進行處理。以下僅以 單張作為說明。前述步驟S 22的第一影像是代表了被攝物體反射的環(huán)境光與由閃光燈102發(fā)出 并被反射的光線的結合，因此形成第一影像的光線內包含反射預閃亮光。故在此曝光值 亦可稱之為反射曝光值。曝光特征值是表示被攝物體在給予預閃亮光的狀態(tài)下的曝光程 度，會依據被攝物體與數字相機100的距離而有所差別。曝光特征值的計算方式容后詳 述。
得到曝光特征值之后，步驟S24以曝光特征值查閱一焦段對照表(亦可稱為對焦 區(qū)段對照表)。焦段對照表是包含多個曝光表列值以及與曝光表列值對應的焦距值。此 焦段對照表乃是一個將曝光特征值與對應該曝光特征值的可能焦距值的對照表。也就是 說，把曝光特征值在曝光表列值去查閱與曝光特征值對應的焦距值即可得到前述的起始 對焦位置。依據曝光特征值查閱焦段對照表后可得到的起始對焦位置即可以供后續(xù)對焦 程序之用。關于焦段對照表的建表方式容后詳述。步驟S26是借由得到起始對焦位置作為對焦程序的對焦掃描位置的參考點，使得對焦程序可免除掃描所有由微距至無限遠內的對焦位置，進而減少傳統(tǒng)對焦程序所需 的對焦時間及耗電。關于由第一影像獲得曝光特征值的步驟，請參考圖3A、圖3B與圖3C。圖3A 為根據本發(fā)明一實施例的步驟S22的第一實施例的流程示意圖。此實施例的流程包含步 驟S30:搜尋第一影像中的一對焦框，對焦框具有一對焦框影像；與步驟S32:計算對焦 框影像的曝光值作為曝光特征值。步驟S30在第一影像中搜尋出對焦框后，獲取對焦框影像。前述對焦框是用以 在獲取影像時，標示出影像中被攝主體的部分。對焦框的形狀可以是但不限定是一個方 框形，其大小、個數與在影像中的位置等亦均無限制。而計算曝光值的方法可以先針對 對焦框影像中每一像素。每一像素具有一三原色值(RGB value)，RGB分別指此像素的 紅色、綠色和藍色的值。其方法先把每一像素的三原色值依照公式(0.6G+0.3R+0.1B)先 轉換成灰度值，再將灰度值依照公式lo&(0.6G+0.3R+0.1B)算出每一像素的曝光值，接 下來再取所有像素的曝光值的平均值作為對焦框影像的曝光特征值。圖3B為根據本發(fā)明一實施例的步驟S22的第二實施例的流程示意圖。此實施 例的流程包含步驟S40:搜尋第一影像中的多個對焦框，每一對焦框均具有一對焦框影 像；步驟S42:分別計算對焦框影像的曝光值；與步驟S44:把曝光值取平均值作為曝 光特征值。各數字相機100內所內建的對焦框型態(tài)可能有所差異，請再參照圖4A與圖4B， 并配合圖3B與圖3C閱覽。圖4A與圖4B為根據本發(fā)明不同實施例的對焦框的示意圖。 對焦框可以是但不限于圖4A或是圖4B。例如第一影像130內可以具有三個對焦框132， 形成1*3的形狀。第一影像130內也可以具有5個對焦框132，形成十字形。步驟S40 搜尋出第一影像中多個對焦框后，獲取對焦框內的對焦框影像。步驟S42再依照上述計 算曝光值的公式分別計算對焦框影像的曝光值。步驟S44把步驟S42所計算出來的多個曝光值取平均作為曝光特征值。取平均 的做法可采用一般的平均值計算方法，亦可以使用加權平均。例如把畫面中央的影像視 為比畫面邊緣的影像重要，故在計算平均時給予靠近畫面中央的對焦框曝光值較大的權 重。此外，在此亦可取亮度最高的曝光值取代取平均的方式作為曝光特征值。圖3C為根據本發(fā)明一實施例的步驟S22的第三實施例的流程示意圖。此實施 例的流程包含步驟S50:搜尋第一影像中的多個對焦框，每一對焦框均具有一對焦框影 像；步驟S52:分別計算每一對焦框影像的曝光值；與步驟S54:以該些曝光值作為曝 光特征值。以此步驟S22的第三實施例所得到的曝光特征值將不限于一個，其具有多個 曝光特征值。
根據本發(fā)明，在上述計算對焦框影像的曝光值的方法之中，可以對焦框影像中 較亮的部分像素取代對焦框影像的全體像素取平均作為對焦框影像的曝光值。其中較亮 的部分是指把所有像素按曝光值高低排序后，曝光值較高的像素。例如可以取對焦框影 像中最亮的前30%或是最亮的前50%去計算對焦框影像的曝光值，再進行計算曝光特征 值。如此可避免獲取影像中包含大量亮度不足的環(huán)境的影像所造成的影響。得到曝光特征值之后，即可執(zhí)行上述步驟S24，以曝光特征值查閱焦段對照表后 可獲得起始對焦位置。根據本發(fā)明的實施例，所得到的曝光特征值可能在焦段對照表內無正好對應的 曝光表列值。此時則取出表內兩個最接近于曝光特征值的曝光表列值及與其相對應的焦 距值，以內插法計算曝光特征值所應對應的焦距值作為起始對焦位置。又，對應步驟S22的第三實施例，步驟S24的“依據該曝光特征值查閱一焦段對 照表獲得一起始對焦位置”為分別將該些曝光特征值在焦段對照表進行查閱，以分別取 得對應的焦距值。接著，再比對各個焦距值，以最短的焦距值作為前述起始對焦位置。請參照圖5，其為根據本發(fā)明一實施例的步驟S26的流程示意圖。由圖5可以見 悉其包含步驟S60:依據起始對焦位置指定一對焦區(qū)段；步驟S62:在對焦區(qū)段內的至少 三個焦距分別獲取一測焦影像；步驟S64:分別計算測焦影像的清晰值；步驟S66:以 清晰值及與清晰值對應的焦距進行曲線擬合，得到一二次多項式；與步驟S68:以二次 多項式的斜率為零所對應的焦距作為目標焦距。步驟S60根據起始對焦位置指定對焦區(qū)段，以供對焦程序在此區(qū)段內搜尋目標 焦距。此依據起始對焦位置指定對焦區(qū)段的方式有幾種實施例。其一為以起始對焦位置 向近焦與遠焦位置擴大三個以上的步距(step，或稱步進距離)，每個步距的距離可以一 致或不一致。根據本發(fā)明的一實施例，可根據獲取第一影像時的縮放倍率來決定對焦區(qū) 段。例如當獲取第一影像時，數字相機的縮放倍率較接近廣角端(wide)，就有可能是對 遠處風景或是較遠焦距進行對焦。因此，可指定由起始對焦位置離數字相機較近的三個 步距起，到起始對焦位置離數字相機較遠的六個步距為止的區(qū)段為對焦區(qū)段。又根據本發(fā)明的另一實施例，當數字相機在獲取第一影像時若縮放倍率較接近 望遠端(tele，會把遠處的景物影像拉近數字相機，像把影像放大的作用)，則指定由起始 對焦位置離數字相機較近的六個步距起，到起始對焦位置離數字相機較遠的十二個步距 為止的區(qū)段為對焦區(qū)段。根據本發(fā)明，依據起始對焦位置指定對焦區(qū)段的方法中，并不限于以一個步距 為單位。對焦區(qū)段的大小亦可以多個步距或以距離(例如一公分或是一公厘)為單位來 指定。此外，對焦區(qū)段中參考起始對焦位置往近或是往遠的方向找尋的區(qū)段大小亦不限 制。除上述實施例之外，焦區(qū)段中參考起始對焦位置往近或是往遠的方向找尋的區(qū)段大 小亦可相同，或是往近的方向的區(qū)段較大。步驟S62在步驟S60所指定的對焦區(qū)段內的焦距上，分別獲取一測焦影像，且在 對 焦區(qū)段內至少包含三個焦距。對焦程序會對這些測焦影像進行計算及分析，以求得最 后的目標焦距。步驟S64分別計算以獲取的測焦影像的清晰值，其中計算清晰值的方式可以根 據本發(fā)明的一實施例，先把測焦影像以邊緣偵測(edge-detection)程序處理。邊緣偵測程序可以采用Sobel邊緣偵測法、Dijkstra，s算法、或Canny邊緣偵測算法等，根據本發(fā)
明并不與以限制。經過邊緣偵測程序處理過后，清晰值可以是定義為測焦影像中的邊緣數。根據本發(fā)明的邊緣偵測程序，其分別把每一測焦影像套用水平屏蔽或垂直屏蔽，屏蔽的內容請參考圖6A與圖6B。圖6A與圖6B分別是根據本發(fā)明一實施例的水平 屏蔽與垂直屏蔽的示意圖。如圖所示，屏蔽140內有包含不同的屏蔽內容元素142。測焦影像套用過屏蔽140后，測焦影像的每一像素獲得一對比值，并依對比值 的大小順序將對比值描點成曲線，而每一測焦影像皆可得到一對比曲線。計算清晰值的 程序指定一閾值于對比曲線，若對比值高于閾值者表示對比的程度夠高(即影像中夠銳 利的部分)。接下來把對比曲線對閾值以上的部分計算積分，則可以把計算出來的數值定 義為清晰值。依據清晰值，步驟S66以各測焦影像的清晰值及與其對應的焦距進行二次多項 式的曲線擬合(curve fitting)，并可得到一二次多項式。計算出的二次多項式是表示在指 定的對焦區(qū)段內所獲取的測焦影像的清晰度的變化。因此二次多項式的頂點，也就是斜 率為零的點，也就代表在對焦區(qū)段內可獲得的最大的清晰值，與可以得到最清晰影像的 焦距。為了得到上述二次多項式的頂點，步驟S68對二次多項式微分以搜尋多項式上 微分為零的點，亦即斜率為零的點。步驟S68把二次多項式中斜率為零的點所對應的焦 距作為目標焦距。根據本發(fā)明的一實施例，當由曲線擬合而得到的二次多項式的斜率為 零的點不正好落在對焦區(qū)段內指定的任一焦距上時，則取距離斜率為零的點最近的焦距 作為目標焦距。根據本發(fā)明的另一實施例，當在對焦區(qū)段內得到的二次多項式并不具有斜率為 零的點時，則擴大對焦程序所掃描的對焦區(qū)段以取得更多的測焦影像。對焦程序并依據 原本的測焦影像和新得到的測焦影像重新進行曲線擬合，并搜尋新的二次多項式的斜率 為零的點以取得目標焦距。根據本發(fā)明，數字相機100依據利用閃光燈輔助偵測焦距的方法獲得目標焦距 后，透過驅動馬達114帶動鏡頭裝置104移動至指定焦距位置并進行拍攝。前述焦段對照表是可采用實驗法建立。實驗法建立是指在暗房內閃光并以不同 的焦距對各種被攝物體拍攝，計算而得對應各焦距的曝光特征值，借以建立前述焦段對 照表。前述被攝物體可以是任何物體或是一面墻。此實驗可依據不同被攝物體的表面特 性(例如容易反光或容易吸光)而得到多組的曝光特征值以產生多組的焦段對照表，并可 因應實際拍攝狀況提供不同的模式給使用者選擇。同理，實驗亦可在暗房內模擬多組不 同的拍攝環(huán)境狀況，得到相對應的多組焦段對照表以因應實際拍攝狀況提供不同的模式 給使用者選擇。根據本發(fā)明的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，應用于一具有閃光燈的數字相 機，可依據閃光燈預閃時獲取的第一影像計算曝光特征值。根據曝光特征值，可提供數 字相機一目標焦距以供數字相機的鏡頭裝置等硬設備來拍攝數字影像。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況 下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍 。
權利要求
1.一種利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，其特征在于，適用于一具有閃光燈的數字 相機，該方法依據一被攝目標提供該數字相機一目標焦距，該方法包括閃光并獲取一第一影像； 依據該第一影像計算而得至少一曝光特征值； 依據該曝光特征值查閱一焦段對照表獲得一起始對焦位置； 依據該起始對焦位置執(zhí)行一對焦程序以得到該目標焦距。
2.根據權利要求1所述的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，其特征在于，該依據該第 一影像計算而得至少一曝光特征值的步驟包含搜尋該第一影像中的一對焦框，該對焦框具有一對焦框影像； 計算該對焦框影像的一曝光值作為該曝光特征值。
3.根據權利要求1所述的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，其特征在于，該焦段對照 表是包含多個曝光表列值以及與該些曝光表列值對應的多個焦距值，依據該曝光特征值 查閱一焦段對照表獲得一起始對焦位置的步驟即是以該曝光特征值于該焦段對照表中查 閱該曝光表列值，獲得與該曝光特征值對應的該焦距值作為該起始對焦位置。
4.根據權利要求1所述的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，其特征在于，該依據該第 一影像計算而得至少一曝光特征值的步驟包含搜尋該第一影像中的多個對焦框，每一該對焦框均具有一對焦框影像； 分別計算該對焦框影像的一曝光值； 把該曝光值取平均值作為該曝光特征值。
5.根據權利要求1所述的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，其特征在于，該依據該第 一影像計算而得至少一曝光特征值的步驟包含搜尋該第一影像中的多個對焦框，每一該對焦框均具有一對焦框影像； 分別計算該對焦框影像的一曝光值； 以該曝光值作為該曝光特征值。
6.根據權利要求5所述的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，其特征在于，該依據該曝 光特征值查閱一焦段對照表獲得一起始對焦位置的步驟包含分別以該曝光值于該焦段對照表查閱而得多個焦距值； 以該焦距值的最小值作為該起始對焦位置。
7.根據權利要求1所述的利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，其特征在于，該依據該起 始對焦位置執(zhí)行一對焦程序以得到該目標焦距的步驟包括依據該起始對焦位置指定一對焦區(qū)段；在該對焦區(qū)段內的至少三個焦距分別獲取一測焦影像；分別計算該測焦影像的一清晰值；以該清晰值以及與該清晰值對應的該焦距進行曲線擬合以得到一二次多項式； 以該二次多項式的斜率為零所對應的該焦距作為該目標焦距。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用閃光燈輔助偵測焦距的方法，適用于具有閃光燈的數字相機。此方法是先致動數字相機的閃光燈并獲取影像，然后計算影像的曝光特征值。根據曝光特征值查閱一焦段對照表后可得到一起始對焦位置，再依據起始對焦位置執(zhí)行一對焦程序并得到目標焦距。
文檔編號H04N5/232GK102023459SQ200910173840
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月14日 優(yōu)先權日2009年9月14日
發(fā)明者嚴志彬, 盧宗斌, 周詹閔, 蔡嘉倫, 黃梓晃 申請人:華晶科技股份有限公司