專利名稱：利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種鏡頭對(duì)焦方法，特別是一種利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法。
背景技術(shù)：
隨著智能手機(jī)鋪天蓋地的沖擊著手機(jī)市場(chǎng)，手機(jī)中十有八九都是智能手機(jī)，而照相功能幾乎是一般智能手機(jī)必備的功能。目前，五百萬(wàn)或以上高像素?cái)z像頭在智能手機(jī)中的日益普及，使得手機(jī)拍照的質(zhì)量越來(lái)越接近數(shù)碼相機(jī)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的高像素手機(jī)攝像頭卻不含有數(shù)碼相機(jī)的一些光學(xué)和機(jī)械部件，這種硬件上的缺失，無(wú)疑會(huì)讓拍照手機(jī)的拍照效果比數(shù)碼相機(jī)差，更加具體的說(shuō)，目前的拍照手機(jī)最多只有一個(gè)自動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)近焦遠(yuǎn)焦轉(zhuǎn)換功能，對(duì)鏡頭的控制至多是單維度的令鏡頭靠近或遠(yuǎn)離圖像傳感器。而大型拍照裝置，如單反相機(jī)，具有更復(fù)雜的機(jī)械裝置控制鏡頭相對(duì)于圖像傳感器進(jìn)行多維度的運(yùn)動(dòng)，例如利用鏡頭平移來(lái)實(shí)現(xiàn)光學(xué)防抖動(dòng)(0IS)，以及利用鏡頭適度傾斜來(lái)實(shí)現(xiàn)移軸攝影等。為了使具有拍照功能的手機(jī)的攝像效果進(jìn)一步向數(shù)碼相機(jī)靠攏，不少國(guó)際知名的手機(jī)對(duì)焦馬達(dá)廠商都開始研發(fā)三軸對(duì)焦馬達(dá)，并已經(jīng)開發(fā)了基于鏡頭平移的光學(xué)防抖對(duì)焦馬達(dá)。但是這些馬達(dá)由于無(wú)法控制鏡頭產(chǎn)生相對(duì)于圖像傳感器的傾斜，因此同樣無(wú)法調(diào)整鏡頭光軸與圖像傳感器的角度。當(dāng)鏡頭的焦平面與圖像傳感器平面不平行時(shí)(如鏡頭焦平面偏斜時(shí)，或是同時(shí)拍攝距離不同的物體時(shí))，這些馬達(dá)則無(wú)法控制鏡頭實(shí)現(xiàn)整個(gè)成像范圍內(nèi)的圖像清晰對(duì)焦。此外，這些馬達(dá)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，體積和功耗較大，還未能在智能手機(jī)市場(chǎng)上推廣開來(lái)。 另一方面，雖然針對(duì)大型拍照裝置，移軸鏡頭已推出多年，但礙于鏡頭的重量和體積問題，到目前為止，并未出現(xiàn)能夠自動(dòng)改變光軸的機(jī)制，這限制了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的鏡頭不能自動(dòng)改變光軸，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，其通過圖像分析算法，找到鏡頭的最優(yōu)化二維傾角，以使得所拍攝的圖像效果達(dá)到最優(yōu)，解決了由于鏡頭焦平面與圖像傳感平面不平行情況下的圖像邊角模糊問題；解決了在一個(gè)畫面內(nèi)拍攝距離不同的幾個(gè)物體時(shí)同時(shí)獲得清晰聚焦的問題，優(yōu)化整個(gè)畫面的清晰度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，該方法包括下述步驟:A、進(jìn)行z軸自動(dòng)對(duì)焦；B、進(jìn)行Rx軸自動(dòng)對(duì)焦或進(jìn)行Ry軸自動(dòng)對(duì)焦；C、進(jìn)行Ry軸自動(dòng)對(duì)焦或進(jìn)行Rx軸自動(dòng)對(duì)焦。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括:
所述的z軸自動(dòng)對(duì)焦時(shí),具體步驟如下:
A-1、改變鏡頭的行程至行程I ;
A-2、直至影像傳感器上的影像穩(wěn)定位置，通過等待一個(gè)固定的時(shí)間，或觀察影像來(lái)決定影像是否穩(wěn)定；
A-3、攝取影像；
A-4、計(jì)算X軸及y軸交界的對(duì)焦區(qū)或全區(qū)域?qū)箙^(qū)影像的銳利度；
A-5、改變行程到下一個(gè)行程2，重復(fù)步驟A-2至A-4，直至行程數(shù)目大于或等于總行程數(shù)目；
A-6、找出擁有最大銳利度的行程，確定該行程為最佳行程；
A-7、改變鏡頭行程為最佳行程。所述的Rx軸自動(dòng)對(duì)焦時(shí),具體步驟如下:
B-1、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角；
B-2、直至影像傳感器上的影像穩(wěn)定位置，通過等待一個(gè)固定的時(shí)間，或觀察影像來(lái)決定影像是否穩(wěn)定；
B-3、攝取影像；
B-4、計(jì)算正y軸上的對(duì)焦區(qū)及負(fù)y軸上的對(duì)焦區(qū)影像的銳利度；
B-5、改變Rx方向上的傾斜角到下一個(gè)傾斜角，重復(fù)步驟B-2至B-4，直至行程數(shù)目大于或等于總Rx方向上傾斜角數(shù)目；
B-6、找出擁有最大銳利度的Rx方向上的傾斜角,確定該傾斜角為最佳Rx方向上的傾斜角；
B-7、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角為最佳Rx方向上的傾斜角。所述的Ry軸自動(dòng)對(duì)焦時(shí),具體步驟如下:
C-1、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角；
C-2、直至影像傳感器上的影像穩(wěn)定位置，通過等待一個(gè)固定的時(shí)間，或觀察影像來(lái)決定影像是否穩(wěn)定；
C-3、攝取影像；
C-4、計(jì)算正X軸上的對(duì)焦區(qū)及負(fù)X軸上的對(duì)焦區(qū)影像的銳利度；
C-5、改變Ry方向上的傾斜角到下一個(gè)傾斜角，重復(fù)步驟C-2至C-4，直至行程數(shù)目大于或等于總Ry方向上傾斜角數(shù)目；
C-6、找出擁有最大銳利度的Ry方向上的傾斜角,確定該傾斜角為最佳Ry方向上的傾斜角；
C-7、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角為最佳Ry方向上的傾斜角。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明與傳統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦相比，提供了更多控制鏡頭運(yùn)動(dòng)的維度，能通過有效控制鏡頭的位置(第I維度)與兩個(gè)正交方向的傾角(第2、3維度)，實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦。以往當(dāng)目標(biāo)傾斜至景深未能同時(shí)覆蓋整個(gè)目標(biāo)，用家只能手動(dòng)進(jìn)行移軸，來(lái)實(shí)現(xiàn)全區(qū)域聚焦。本發(fā)明則可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全區(qū)域聚焦，無(wú)需手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，具有更高可靠性、更快捷、更準(zhǔn)確、無(wú)需訓(xùn)練等有點(diǎn)。
另外，本發(fā)明中可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)，還可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)防抖，光軸垂直度補(bǔ)償?shù)雀叨舜笮团恼昭b置才具備的功能。下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明中采用的攝像頭立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中采用的攝像頭剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明調(diào)整如光路不意圖。圖4為本發(fā)明調(diào)整后光路不意圖。圖5為本發(fā)明對(duì)焦區(qū)域劃分結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明流程圖。圖7為本發(fā)明中z軸自動(dòng)對(duì)焦流程圖。 圖8為本發(fā)明中Rx軸自動(dòng)對(duì)焦流程圖。圖9為本發(fā)明中Ry軸自動(dòng)對(duì)焦流程圖。圖中，101-鏡頭， 102-馬達(dá)，103-圖像傳感器，201-目標(biāo)，202-單凸透鏡頭，204-成像，212-單凸透鏡頭方向，214-新成像，301-χ軸及y軸交界的對(duì)焦區(qū)，302-正x軸上的對(duì)焦區(qū)，303-正y軸上的對(duì)焦區(qū)，304-負(fù)x軸上的對(duì)焦區(qū)，305-負(fù)y軸上的對(duì)焦區(qū)，306-全區(qū)域?qū)箙^(qū)。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。請(qǐng)參看附圖1和附圖2，本發(fā)明中所采用的馬達(dá)為可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)，本發(fā)明中采用的攝像頭主要包括鏡頭101、可控制鏡頭101傾斜的對(duì)焦馬達(dá)102和影像傳感器103，鏡頭101在馬達(dá)102的控制下，自由度至少是三維，并包括Z軸平移方向，Rx軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)和Ry軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述鏡頭101可以由一個(gè)或多個(gè)鏡片組成。本發(fā)明中的采用的攝像頭結(jié)構(gòu)具體利用現(xiàn)有技術(shù)中的可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)(例如專利號(hào)為US2009/0237517的美國(guó)專利及專利號(hào)為200810090504.1的中國(guó)專利)或其他致動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)對(duì)焦功能。由于所述馬達(dá)的可動(dòng)元件較為輕巧，致動(dòng)元件的大小和功耗能讓一般小型流動(dòng)裝置(如手機(jī))接受。本發(fā)明中主要為一種利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，請(qǐng)結(jié)合參看附圖3和附圖4，附圖3中，當(dāng)目標(biāo)201傾斜時(shí)，在單凸透鏡頭202沒有傾斜的時(shí)候，成像204可能會(huì)因?yàn)橛跋癯鼍吧疃鵁o(wú)法全區(qū)域聚焦。本實(shí)施例中，所述的目標(biāo)可以是由一個(gè)或多個(gè)對(duì)象組成。本方法中的單凸透鏡頭202相等于在單鏡頭系統(tǒng)中的鏡頭101。請(qǐng)參見附圖4，通過馬達(dá)102,調(diào)整鏡頭202傾斜角，根據(jù)沙姆定律(Scheimpflug principle,參見GB PatentN0.1139)，達(dá)到新的單凸透鏡頭方向212，以及新的成像214，達(dá)到全區(qū)域聚焦。請(qǐng)結(jié)合參看附圖5，本實(shí)施例中，在全區(qū)域聚焦過程中采用多區(qū)對(duì)焦實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例中，多區(qū)對(duì)焦包括五個(gè)區(qū)，分別為正X軸上的304區(qū)，負(fù)X軸上的302區(qū)，正y軸上的303區(qū)，負(fù)y軸上的305區(qū)，以及在X軸及y軸交界的301區(qū)，或是306全區(qū)域(即是整個(gè)影像)。本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，并不限于五個(gè)區(qū)，可以為三個(gè)區(qū)或以上，而且區(qū)的位置，X軸及y軸的位置和方向亦無(wú)硬性規(guī)定。請(qǐng)參看附圖6，本發(fā)明中的3維五區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，具體步驟如下:首先，針對(duì)301區(qū)或306區(qū)影像，進(jìn)行z軸自動(dòng)對(duì)焦，這是近似傳統(tǒng)I維的自動(dòng)對(duì)焦，然后，針對(duì)303去或305區(qū)影像，進(jìn)行Rx軸自動(dòng)對(duì)焦，最后，針對(duì)302或304區(qū)影像，進(jìn)行Ry軸自動(dòng)對(duì)焦。請(qǐng)結(jié)合參看附圖7，本實(shí)施例中，z軸自動(dòng)對(duì)焦的方法是通過圖像分析算法實(shí)現(xiàn)的，具體如下:
一、改變鏡頭的行程到行程I。本實(shí)施例中的行程的定義為鏡頭在z軸上的相對(duì)位置，行程的參考位置可以為影像傳感器103或沒有馬達(dá)沒有通電時(shí)鏡頭的位置。二、直至影像傳感器103上的影像穩(wěn)定位置，可以通過等待一個(gè)固定的時(shí)間，或觀察影像來(lái)決定影像是否穩(wěn)定，由于當(dāng)鏡頭202位置未固定時(shí)，圖像的清晰度無(wú)法穩(wěn)定下來(lái)，通常，鏡頭202在迅速移動(dòng)到某個(gè)位置時(shí)，由于慣性等因素，鏡頭202還會(huì)在該位置附近前后擺動(dòng)一段時(shí)間，此時(shí)的圖像也無(wú)法對(duì)焦清楚，因此需要等待一段時(shí)間，直到圖像清楚，具體的等待時(shí)間與整個(gè)系統(tǒng)的多項(xiàng)參數(shù)以及鏡頭性能有關(guān)，大約為幾十到上百毫秒左右，總之，越短越好。三、攝取影像。四、計(jì)算301區(qū)或306區(qū)影像的銳利度(sh)。五、改變行程到下一個(gè)行程2，本實(shí)施例中，通常的鏡頭202的一個(gè)行程一般為幾十微米左右，常規(guī)的可選擇3(Γ80微米，重復(fù)步驟二至四，直至行程數(shù)目大于或等于總行程數(shù)目(nh)。

六、找出擁有最大銳利度(sh)的行程，確定該行程為最佳行程。七、改變行程為最佳行程。請(qǐng)結(jié)合參看附圖8，本實(shí)施例中的Rx軸自動(dòng)對(duì)焦的方法，Rx軸自動(dòng)對(duì)焦的方法和z軸自動(dòng)對(duì)焦的方法相近，具體步驟如下:
一、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角。二、等待一個(gè)固定的時(shí)間直至影像穩(wěn)定。三、攝取影像。四、計(jì)算303區(qū)及305區(qū)影像的銳利度(ui)。五、改變Rx方向上的傾斜角到下一個(gè)傾斜角，本實(shí)施例中，通常的鏡頭202的一次傾斜角可選擇310°，重復(fù)步驟二至四，直至Rx方向上的傾斜角數(shù)目大于或等于總Rx方向上傾斜角數(shù)目(ni)。六、找出擁有最大銳利度(ui)的Rx方向上的傾斜角，該傾斜角為最佳Rx方向上的傾斜角。七、改變鏡頭的行程為最佳Rx方向上的傾斜角。請(qǐng)結(jié)合參看附圖9，本實(shí)施例中的Ry軸自動(dòng)對(duì)焦的方法，Ry軸自動(dòng)對(duì)焦的方法和Rx軸自動(dòng)對(duì)焦的方法非常接近，具體步驟如下:
一、改變Ry方向上的傾斜角。二、等待一個(gè)固定的時(shí)間直至影像穩(wěn)定。
三、攝取影像。四、計(jì)算302區(qū)及304區(qū)影像的(vj)。五、改變Ry方向上的傾斜角到下一個(gè)傾斜角，本實(shí)施例中，通常的鏡頭202的一次傾斜角可選擇310°，重復(fù)步驟二至四，直至Ry方向上的傾斜角數(shù)目大于或等于總Ry方向上的傾斜角數(shù)目(nj)。六、找出擁有最大銳利度(vj)的Ry方向上的傾斜角，該傾斜角為最佳Ry方向上的傾斜角。七、改變行程為·最佳Ry方向上的傾斜角。上述流程為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但具體實(shí)施時(shí)，詳細(xì)流程和步驟可以更改，如Rx軸自動(dòng)對(duì)焦及Ry軸自動(dòng)對(duì)焦的先后次序。本發(fā)明與傳統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦相比，提供了更多控制鏡頭運(yùn)動(dòng)的維度，能通過有效控制鏡頭的位置(第I維度)與兩個(gè)正交方向的傾角(第2、3維度)，實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦。以往當(dāng)目標(biāo)傾斜至景深未能同時(shí)覆蓋整個(gè)目標(biāo)，用家只能手動(dòng)進(jìn)行移軸，來(lái)實(shí)現(xiàn)全區(qū)域聚焦。本發(fā)明則可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全區(qū)域聚焦，無(wú)需手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，具有更高可靠性、更快捷、更準(zhǔn)確、無(wú)需訓(xùn)練等優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明中可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)，還可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)防抖，光軸垂直度補(bǔ)償?shù)雀叨舜笮团恼昭b置才具備的功能。
權(quán)利要求
1.一種利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，其特征是:所述的方法包括下述步驟: A、進(jìn)行z軸自動(dòng)對(duì)焦； B、進(jìn)行Rx軸自動(dòng)對(duì)焦或進(jìn)行Ry軸自動(dòng)對(duì)焦； C、進(jìn)行Ry軸自動(dòng)對(duì)焦或進(jìn)行Rx軸自動(dòng)對(duì)焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，其特征是:所述的z軸自動(dòng)對(duì)焦時(shí)，具體步驟如下: A-1、改變鏡頭的行程至行程I ; A-2、直至影像傳感器上的影像穩(wěn)定位置，通過等待一個(gè)固定的時(shí)間，或觀察影像來(lái)決定影像是否穩(wěn)定； A-3、攝取影像； A-4、計(jì)算X軸及y軸交界的對(duì)焦區(qū)或全區(qū)域?qū)箙^(qū)影像的銳利度； A-5、改變行程到下 一個(gè)行程2，重復(fù)步驟A-2至A-4，直至行程數(shù)目大于或等于總行程數(shù)目； A-6、找出擁有最大銳利度的行程，確定該行程為最佳行程； A-7、改變鏡頭行程為最佳行程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，其特征是:所述的Rx軸自動(dòng)對(duì)焦時(shí)，具體步驟如下: B-1、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角； B-2、直至影像傳感器上的影像穩(wěn)定位置，通過等待一個(gè)固定的時(shí)間，或觀察影像來(lái)決定影像是否穩(wěn)定； B-3、攝取影像； B-4、計(jì)算正y軸上的對(duì)焦區(qū)及負(fù)y軸上的對(duì)焦區(qū)影像的銳利度； B-5、改變Rx方向上的傾斜角到下一個(gè)傾斜角，重復(fù)步驟B-2至B-4，直至行程數(shù)目大于或等于總Rx方向上傾斜角數(shù)目； B-6、找出擁有最大銳利度的Rx方向上的傾斜角,確定該傾斜角為最佳Rx方向上的傾斜角； B-7、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角為最佳Rx方向上的傾斜角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，其特征是:所述的Ry軸自動(dòng)對(duì)焦時(shí)，具體步驟如下: C-1、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角； C-2、直至影像傳感器上的影像穩(wěn)定位置，通過等待一個(gè)固定的時(shí)間，或觀察影像來(lái)決定影像是否穩(wěn)定； C-3、攝取影像； C-4、計(jì)算正X軸上的對(duì)焦區(qū)及負(fù)X軸上的對(duì)焦區(qū)影像的銳利度； C-5、改變Ry方向上的傾斜角到下一個(gè)傾斜角，重復(fù)步驟C-2至C-4，直至行程數(shù)目大于或等于總Ry方向上傾斜角數(shù)目； C-6、找出擁有最大銳利度的Ry方向上的傾斜角,確定該傾斜角為最佳Ry方向上的傾斜角；C-7、改變鏡頭Ry方向上的傾斜`角為最佳Ry方向上的傾斜角。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用可控制鏡頭傾斜的對(duì)焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦的方法，該方法包括下述步驟A、進(jìn)行z軸自動(dòng)對(duì)焦；B、進(jìn)行Rx軸自動(dòng)對(duì)焦或進(jìn)行Ry軸自動(dòng)對(duì)焦；C、進(jìn)行Ry軸自動(dòng)對(duì)焦或進(jìn)行Rx軸自動(dòng)對(duì)焦。本發(fā)明與傳統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦相比，提供了更多控制鏡頭運(yùn)動(dòng)的維度，能通過有效控制鏡頭的位置(第1維度)與兩個(gè)正交方向的傾角(第2、3維度)，實(shí)現(xiàn)3維多區(qū)自動(dòng)對(duì)焦。當(dāng)目標(biāo)傾斜至景深未能同時(shí)覆蓋整個(gè)目標(biāo)，本發(fā)明則可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全區(qū)域聚焦，無(wú)需手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，具有更高可靠性、更快捷、更準(zhǔn)確、無(wú)需訓(xùn)練等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03B13/36GK103246131SQ20131018695
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者鈔晨, 麥練智 申請(qǐng)人:愛佩儀光電技術(shù)(深圳)有限公司