解决在物体距离数字成像设备过近的条件下可接受聚焦的方法和装置

摘要

一种数字成像设备，其自动检测物体距离该设备太近以致于无法实现可接受聚焦并提示使用者、采取自动校正操作、或者进行上述两个操作。

说明书

技术领域

本发明主要涉及数字成像技术，尤其是用于数字成像设备的自动聚焦技术。

背景技术

大多数的数字成像设备，例如数码相机或数码摄像机，都具有自动对焦的镜头系统。但是，无论使用哪一种镜头，如果物体离镜头过近，数字成像设备都不能达到最佳的聚焦。在一些现有技术中的数字成像设备，接收到使用者的某个刺激之后(例如，使用者至少部分按下快门键)，自动对焦系统才会在图像的成像过程中启动。因此，令使用者感到沮丧的是，使用者只能等到他或她完成了成像之后才会意识到距离物体太近了。其他现有技术中的数字成像设备虽然具有在成像过程中无须使用者按下快门键即可启动的自动对焦系统(例如持续自动对焦)，但是它们也是直到使用者试图拍摄图像时才告知使用者物体距离太近。

因此，很显然需要在该领域中改进这些方法和装置，以解决数字成像设备在距物体过近的情况下无法获得可以接受的聚焦的问题。

附图说明

图1是根据本发明的一个具体实施例的数字成像设备的功能框图。

图2是根据本发明的一个具体实施例的概念框图，其说明了附图1所示的数字成像设备可以检测到物体距离该数字成像设备过近而无法实现可接受的聚焦的一种方式。

图3A和图3B表示根据本发明的一个具体实施例，通过改变数字成像设备的显示来告知使用者物体距离该数字成像设备过近而无法实现可接受聚焦的一种方式。

图3C表示根据本发明的另一个具体实施例，通过改变数字成像设备的显示来告知使用者物体距离该数字成像设备过近而无法实现可接受聚焦的另一种方式。

图4A和图4B表示根据本发明的一个具体实施例，在物体距离数字成像设备太近而无法实现可接受聚焦的情况下的自动校正。

图4C和4D表示根据本发明的另一个具体实施例，在物体距离数字成像设备太近而无法实现可接受聚焦的情况下的自动校正。

图4E也是根据本发明的另一个具体实施例，在物体距离数字成像设备太近而无法实现可接受聚焦的情况下的自动校正。

图5A是根据本发明的一个具体实施例的图1中所示的的数字成像设备的操作流程图。

图5B是根据本发明的另一个具体实施例的图1中所示的的数字成像设备的操作流程图。

图6也是根据本发明的另一个具体实施例的图1中所示的的数字成像设备的操作流程图。

图7也是根据本发明的另一个具体实施例的图1中所示的的数字成像设备的操作流程图。

具体实施方式

一种数字成像设备，无需来自使用者的指令就可以自动检测物体距离数字成像设备太近以至于不能实现可接受聚焦，并通知使用者该情况。在另一个实施例中，该数字成像设备可以在没有来自使用者的指令的情况下，检测到物体距离数字成像设备太近以致于不能实现可接受聚焦，自动调整镜头的焦距(例如稍微放大或缩小)，并在允许使用者保持与之前大约相同的放大系数的同时，提示使用者向能够实现合适聚焦的方向移动。在另一个实施例中，可以组合检测物体距离数字成像设备过近以致于不能实现可接受聚焦，通知使用者这一情况，并自动调整镜头的焦距，以及提示使用者向能够实现合适聚焦的方向移动。

图1是根据本发明的一个具体实施例的数字成像设备100的功能框图。数字成像设备100可以是任何能够将场景的光学图像转换成数字图像的设备。例如包括但不局限于此数码相机、数码摄像机、具有数字照相功能的个人数字助理(PDA)，以及具有数字照相功能的无线电话(例如蜂窝电话或PCS电话)。在图1A中，控制器105(例如微处理器或微控制器)可以通过数据总线110与成像模块115、存储器120、快门按钮125、显示器130以及聚焦控制逻辑135进行通信。除了快门按钮125以外，数字成像设备100还可以包括其他的输入控制(图1未示出)。例如，数字成像设备100可以具有用于浏览菜单和捕捉数码图像的导航键，或者其他输入控制装置来控制数字成像设备100的操作。显示器130可以是例如液晶显示器(LCD)。

聚焦控制逻辑135包括用于自动调焦光学系统140(例如镜头)的自动聚焦系统。在说明书的后面的部分将会更加详细地说明聚焦控制逻辑135超出传统自动聚焦系统的特别方面。在一个实施例中，聚焦控制逻辑135包括为存储器120的一部分的固件。例如，聚焦控制逻辑135可以包括控制器105执行的固件程序指令。一般，聚焦控制逻辑135可以在硬件、软件、固件或它们的任意组合中执行。

光学系统140生成光学图像，可以通过成像模块115将上述光学图像转换成数字图像。

在数字成像设备100中，尽管没有使用者的任何指令，自动聚焦(聚焦控制逻辑135的一个方面)在图像合成期间(例如数字成像设备100的“实时预览”模式)处于工作状态。在本说明书和权利要求中，“使用者的指令”指的是使用者对数字成像设备100的任何输入或刺激。使用者部分按下快门键按钮125(例如，未达到捕获图像的位置“S2”的中间位置“S1”)就是这种指令的一个例子。另一个例子是使用者用某种方式，激励数字成像设备的不同输入控制装置以影响自动聚焦的操作(例如，启用自动聚焦)。

各类的自动聚焦算法是数字成像领域的技术人员熟知的。一般，自动聚焦算法采用优值，例如“差距系数总和(Sum-Modulus-Difference)”，估算镜头不同的聚焦位置。在一个通常的方法中，“持续自动聚焦”，在图像合成期间(例如整个“实时预览”模式)，自动聚焦系统一直处于开启状态。已经开发出持续自动对焦的更加有效的改进，其中，仅仅在确实有必要时(例如实时预览期间数字成像设备检测到场景改变时)，自动聚焦系统才能够在合成期间的任何时候调整聚焦。悬而未决的美国专利申请10/762,872“用于数字成像设备的持续聚焦和曝光的方法和系统”描述了一个这种自动聚焦系统的例子，其于2004年1月21日申请，2005年7月21日公开，公开号为20050157198，这里全文引入该专利的内容。任何在整个合成图片期间都可以使用的可接受自动聚焦算法，都可以用于本发明。

图2是根据本发明的一个具体实施例的概念框图，说明数字成像设备100可以检测到物体距离该数字成像设备100过近而无法实现可接受的聚焦的一种方式。随着光学系统140向更短聚焦深度反复调整，聚焦效果不断改善，但是当光学系统140聚焦在最小聚焦深度或“最小物距”(即光学系统140可以聚焦的最小物距)时仍然不能达到可接受的聚焦，聚焦控制逻辑135可以据此确定检测出到物体距离太近。每个变焦(缩放)镜头的焦距都存在一个最小物距，这是本领域技术人员公知的。

在图2中，聚焦深度(物体可聚焦的距离)的范围表现为：向左聚焦深度连续增加，向右聚焦深度连续降低。图2的目的在于假设数字成像设备100指向距离过近而无法实现可接受聚焦(参见下面“可接受聚焦”的定义)的物体。当聚焦控制逻辑135在实时预览时开启自动聚焦程序时，在本实施例中光学系统140恰好设置为开始聚焦205，聚焦控制逻辑135向着最佳聚焦230的方向调整聚焦在210、215、220、以及225处。然而，因为光学系统140不能对距离近于最小物距235的物体对焦，最佳聚焦230是无法达到的。一般，聚焦控制逻辑135会略微超过最佳聚焦230来定位最佳聚焦230。因为随着聚焦控制逻辑135调整聚焦在210、215、220、以及225处，可以确定聚焦效果不断改善，但是却不能超过最佳聚焦230，所以，聚焦控制逻辑可以确定物体距离数字成像设备100太近以致于无法实现可接受的聚焦。本说明的详细描述及权利要求书中，“可接受的聚焦”是指光学系统140的焦点设置在最佳聚焦230的预定容限之内。在图2的实施例中，假设已经超出该预定容限。

在一些实施例中，一旦数字成像设备100检测到物体距离该数字成像设备100过近而无法实现可接受聚焦时，数字成像设备100就会通知使用者这一情况。通知使用者这一情况可以使用几种不同的方法，包括但不限于此视觉、听觉或全部。例如，当检测到距离过近的物体时，数字成像设备100的显示器130就会进行某种变化。

图3A和图3B表示根据本发明的一个具体实施例，通过改变数字成像设备100的显示器130来告知使用者物体距离该数字成像设备100过近而无法实现可接受的聚焦的一种方式。在图3A中显示器130上显示一个实时预览图像305，并且数字成像设备100达到了可接受的聚焦。显示器130包括聚焦框310，其外观可以被改变来向使用者传达信息。在图3A的实施例中，聚焦框310显示为轮廓的形式。在图3B中，当使用者移动至距离物体比最小物距235更近之后，聚焦控制逻辑135将聚焦框310从轮廓形式变为实心形式，以表示物体距离太近而无法实现可接受聚焦。在一个特定的实施例中，可以改变聚焦框310的颜色来传达此信息。例如，聚焦框310可以从某种其他颜色(例如白色或绿色)变为琥珀色，来告知使用者数字成像设备100距离物体太近而无法实现可接受的聚焦。如上所述，所有这些都是在没有使用者的指令的情况下进行的。

图3C表示根据本发明的另一个具体实施例，通过改变数字成像设备100的显示器130来告知使用者物体距离该数字成像设备100过近而无法实现可接受的聚焦的另一种方式。在图3C中，显示器130上显示一个文本消息315。图3C中，该特定的文本消息仅仅是一个例子。在其他的实施例中，文本消息315可以结合图3A和3B中的涉及聚焦框310的技术。

在其他实施例中，当物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦时，数字成像设备100可以进行自动校正行为。在一些实施例中，这可以包括明确地告知使用者物体距离太近而无法实现可接受的聚焦(参见下面的附图4A、4B和4E)。在其他实施例中，并不明确地告知使用者物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦，数字成像设备就进行自动校正行为，包括提示使用者以协助纠正该问题(参见下面的附图4C和4D)。

执行自动校正行为的一种方式如下：首先，即使因为物体距离数字成像设备100太近而使得聚焦控制逻辑135不能实现可接受的聚焦，该聚焦控制逻辑135也可以确定物体所在的近似距离范围(例如小于12英寸)。其次，如果光学系统140包括缩放(可变焦距的)镜头，聚焦控制逻辑135可以自动为光学系统140选择不同的焦距。聚焦控制逻辑135通过参考储存在存储器120中的查询表做出选择，该查询表是光学系统140在厂家进行校准时创建的。最后，聚焦控制逻辑可以引导使用者在焦距和最小物距235之间做出权衡。一般，长焦距(较多缩放)意味着更大的最小物距；短焦距(较少缩放)则意味着更小的最小物距。许多数码相机的使用者并不知道，数字图像的完全一样的放大倍率可以通过缩放和聚焦距离的多种组合来实现。例如，特写镜头可以通过使用短焦距并距离物体非常近来拍摄。或者光学系统140可以从距离物体更远处缩大至更大倍数。当然，本领域的技术人员都知道，即使放大倍率(图中物体的大小)完全相同，两种情况中的景深也不同。如上所述，为光学系统140选择好不同的焦距后，聚焦控制逻辑135可以提示使用者向可以实现可接受聚焦的方向移动数字成像设备100。

自动校正可以通过用光圈代替焦距的另一种方式执行。一旦数字成像设备100确定物体距离太近而不能实现可接受聚焦时，聚焦控制逻辑135就会自动选择光学系统140的光圈(例如高F值，或者小直径的光圈)，用于通过增加景深提供可接受聚焦。因为选择该光圈可能会导致拍摄的数码图像的曝光不足，这种方法包括在曝光和焦距之间进行权衡。总之，聚焦控制逻辑135会通过使用额外的模拟或数字增益对拍摄图像的曝光不足进行补偿。然而，对曝光不足的数码图像施加额外增益会降低图像品质(例如颗粒感或噪点)。可选地，聚焦控制逻辑135可以告知使用者物体距离太近。可选地，聚焦控制逻辑135也可以告知使用者可以实现可接受聚焦的光圈可用，但是选择该光圈也许会降低图像品质。在拍摄数码图像之前，使用者可以确认是否使用建议的光圈。

图4A和图4B表示根据本发明的一个具体实施例，在物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦的情况下的自动校正。附图4A和4B所示的实施例中，告知使用者物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦的同时对该情况进行自动校正。在图4A中，假设光学系统140具有相对较高的缩放系数，如上所述也就意味着具有更大的最小物距235。一旦聚焦控制逻辑135检测到物体距离相对于合适的聚焦太近，聚焦控制逻辑135就会自动为光学系统140选择一个更小的焦距，并通过在显示器130上显示文本消息405提示使用者移动至物体更近处并对其重新构图(例如保持与原来的缩放设置大致相同的放大倍率)。在附图4A的例子中，文本消息315用于提醒使用者注意聚焦的问题。在附图4B中，假设光学系统140被设置较小的焦距。然而，如果使用者更近于对于该焦距的最小物距235时，依然无法实现可接受的聚焦。聚焦控制逻辑135会试图基于对物体的估计距离做出校正，为光学系统140选择一个较长的焦距(更高的缩放倍率)，并通过文本消息410提示使用者从物体后退一些以对其重新构图。在附图4B的例子中，可以改变聚焦框310的外观(例如颜色)来告知使用者聚焦问题。

图4C和4D表示根据本发明的另一个具体实施例，在物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦的情况下的自动校正。这些图仅仅表明，在没有明确告知使用者物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦的情况下，聚焦控制逻辑135也可以执行自动校正以及对使用者做出提示。

图4E也是根据本发明的另一个具体实施例，说明在物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦的情况下的自动校正。在图4E中，检测到物体距离太近而无法实现可接受聚焦之后，聚焦控制逻辑135可以自动为光学系统140选择一个提供可接受聚焦的光圈(即使导致曝光不足)。聚焦控制逻辑135可以被设置成对拍摄的数字图像施加额外增益，以补偿曝光的不足。如附图4E所示，聚焦控制逻辑135可以提示使用者(通过消息415)对于聚焦有更合适的光圈，但是使用该光圈也许会降低图像的品质(例如颗粒感)。而且，使用者也会有机会确认或者取消使用建议的光圈。如附图4E所示，可选地，聚焦控制逻辑135还会通知使用者(通过消息315)物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦。

图5A是根据本发明的一个具体实施例的数字成像设备100的操作流程图。在步骤505处，在没有使用者的指令的情况下，聚焦控制逻辑135可以自动检测物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦。如上所述，随着光学系统140的反复调整使得聚焦质量不断改善，但是直到光学系统140聚焦至最小物距235都无法达到最佳的聚焦230，可以通过确定该情况来实现上述目的。在步骤510处，通知使用者聚焦的问题，并在步骤515处结束该进程。

图5B是根据本发明的另一个具体实施例的数字成像设备100的操作流程图。在图5B中，在步骤505和510之后执行额外步骤520。在步骤520中，聚焦控制逻辑135执行自动校正并且提示使用者，正如附图4A-4D所示的校正。特别的，聚焦控制逻辑135会调整光学系统140的焦距并且提示使用者向可以获得可接受聚焦的方向移动数字成像设备100，如果增加焦距就向远离物体的方向移动，如果降低焦距就向靠近物体的方向移动。然后该进程在步骤525处结束。

图6也是根据本发明的另一个具体实施例中的数字成像设备100的操作流程图。在图6中，省去步骤510，也就是执行完步骤505后，在不明确告知使用者物体距离数字成像设备100太近而无法实现可接受的聚焦的情况下，就执行步骤520。该进程在步骤605处结束。

图7也是根据本发明的另一个具体实施例的数字成像设备100的操作流程图。在图7中，在步骤705处，聚焦控制逻辑135自动选择光学系统140的一个光圈，其可以通过增加的景深提供可接受的聚焦。如附图7所示，选择的光圈可以使之后拍摄的数字图像曝光不足。可选地，在步骤710聚焦控制逻辑135会提示使用者对于聚焦有更适合的光圈，但是使用该光圈会降低图像的品质。进而聚焦控制逻辑135可以给使用者提供确认或者取消使用已选择的光圈的选项。如果最后拍摄了数字图像，在步骤715中，聚焦控制逻辑会对已拍摄的图像施加额外增益，以补偿曝光不足。该进程在步骤720处结束。

上述对本发明的描述，只是为了解释和说明。并非为了穷举或者将本发明限制在上述公开的确定形式，根据上述内容所做的其他修改和改变都是可行的。为了最好地阐明本发明的思想而选择并说明的各个实施例，以及它们在这些方面的实际应用，使得本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明的不同的实施例以及针对预期的特定用途而做出各种改进的实施例。除了先前技术限定的范围，所附的权利要求旨在包括本发明的其他可选择的实施例。