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CN100478728C - 用于图像拍摄设备的系统和方法 - Google Patents

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CN100478728C
CN100478728C CNB2005100917134A CN200510091713A CN100478728C CN 100478728 C CN100478728 C CN 100478728C CN B2005100917134 A CNB2005100917134 A CN B2005100917134A CN 200510091713 A CN200510091713 A CN 200510091713A CN 100478728 C CN100478728 C CN 100478728C
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Abstract

公开了用以稳定图像拍摄设备(100)的系统和方法。还公开了用于图像拍摄设备(100)自动聚焦的系统和方法。

Description

用于图像拍摄设备的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及图像拍摄设备，更具体地说，本发明的一实施例涉及用于图像拍摄设备稳定性的系统和方法。本发明的另一实施例涉及用于图像拍摄设备自动聚焦的系统和方法。
背景技术
在图像拍摄期间，当用户无法将图像拍摄设备保持在一个稳定的位置上时，就需要对图像拍摄设备加以稳定性。如果图像拍摄设备不稳定，则拍摄到的图像可能是模糊的或出现其他的方式的失真。这种移动在技术上常常称之为“抖动”。抖动可以由外源引起(如风或来自于移动的交通工具的晃动或其它类似的事物)，或者由图像拍摄设备用户的移动所致。当用户处于移动的交通工具中时，和/或如果用户体力不支以致无法将图像拍摄设备保持在一个稳定的位置上时，就会发生这种用户移动的情形。
某些图像拍摄设备使用稳定系统来抵消抖动效果。在一些图像拍摄设备中，使用陀螺装置或其它物理传感器来探测抖动。一类图像拍摄设备通过实际移动图像拍摄设备镜头系统的一个或多个元件和/或图像拍摄介质(如胶片或数字图像传感器阵列)进行补偿。另一类图像拍摄设备通过补偿与所拍摄图像相对应的数字数据来补偿抖动效果。
某些类型的图像拍摄设备配备了能够在拍摄图像前使图像拍摄设备自动调焦的自动聚焦系统。因而，图像拍摄设备的用户不必手动使图像拍摄设备聚焦。当镜头在其焦距范围内移动时，一类数字自动聚焦系统对所获取的数字拍摄图像序列中的全部或部分进行评估，然后根据识别一个或多个可能被聚焦图像的自动聚焦相关算法来选择最佳“焦距”。也就是说，基于对从图像拍摄设备的光传感器接收的图像数据的分析，自动聚焦相关算法确定了一个最佳“焦距值”。于是，图像拍摄设备的镜头部件被调节至与已确定的焦距值相对应的焦距设置上。然而，在图像拍摄发生之前，利用图像拍摄设备的光传感器进行多个图像的拍摄和自动聚焦相关算法的连带操作，需要一段可察觉的时间。
另一类自动聚焦系统使用两个镜头和两个相对应的探测器，并相隔一段距离，这样可以由两个探测器来确定立体效果。两个探测器提供了图像的空间关联信息，这样可确定被摄体的距离。于是，图像拍摄设备的镜头部件被调节至一个粗略的、与已确定的距离相对应的焦距设置。
其它的图像拍摄设备既使用立体自动聚焦系统也使用数字自动聚焦系统。立体自动聚焦系统可提供相对快速的、粗略的自动聚焦调节。而数字自动聚焦系统提供了更细的聚焦调节。比起单独的立体自动聚焦系统和数字自动聚焦系统，相对来说，这种混合自动聚焦系统更快、更可靠。然而，在图像拍摄发生之前，混合自动聚焦系统的操作仍然需要一段可察觉的时间。
发明内容
本发明的一实施例可包括一个用于使物体的图像在图像拍摄介质上聚焦的第一镜头、一个用于连续拍摄物体一部分的光探测器阵列、一个用于使该物体部分在光探测器阵列上聚焦的第二镜头以及一个处理器，用来接收与所拍摄部分或物体对应的数据、确定该物体部分位置的变化、并确定与已确定的位置变化对应的图像稳定信息。
另一实施例可包括一个光探测器阵列，用来拍摄将由图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的物体的一部分，该镜头用来使该物体部分在光探测器阵列上聚焦，如此，通过处理器连续接收来自光探测器阵列的拍摄图像数据来确定被连续拍摄的物体部分之间位置的变化，这样，处理器可确定与已确定的位置变化相对应的图像稳定信息。
另一实施例可包括：一个第一光探测器阵列，用来在图像拍摄设备镜头使图像在图像拍摄介质上聚焦时，拍摄即将通过图像拍摄设备镜头被拍摄的物体的某一部分的第一图像；一个第一镜头，用来使该物体部分在第一光探测器阵列上聚焦；一个第二光探测器阵列，用来拍摄该物体部分的第二图像；以及一个第二镜头，用来使该物体部分在第二光探测器阵列上聚焦。这样处理器接收与同时拍摄的第一图像和第二图像对应的数据，确定与已确定的、同时拍摄的第一图像和第二图像之间该物体部分位置的差异对应的图像聚焦信息，这样，图像由图像拍摄设备镜头在图像拍摄介质上聚焦。
另一实施例可包括以下步骤：在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中的物体部分对应于将被图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的所关注物体；在稍后时刻拍摄该物体部分的第二图像；确定与第一图像和第二图像之间的移动相对应的距离；以及确定与已确定的移动的距离相对应的稳定补偿。
另一实施例可包括以下步骤：在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中的物体部分对应于将被图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的所关注物体；在同一时间拍摄该物体部分的第二图像；确定与该物体部分的位置差异相对应的距离；以及确定与已确定的位置的距离相对应的焦距补偿量。
另一实施例可包括以下步骤：在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中的物体部分对应于将被图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的所关注物体；在稍后时刻拍摄该物体部分的第二图像；在拍摄第一图像的同时拍摄该物体部分的第三图像；确定与第一图像和第二图像之间该物体部分的移动相对应的距离；确定与已确定的移动的距离相对应的稳定补偿；确定与第一图像和第三图像之间该物体部分位置的差异相对应的另一个距离；以及确定与已确定的位置的距离相对应的焦距补偿量。
另一实施例可包括：在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像以及在稍后时刻拍摄该物体部分的第二图像的第一装置，其中的物体部分对应于将被图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的所关注物体；在拍摄第一图像的同时拍摄该物体部分的第三图像的第二装置；一种根据与第一图像和第二图像之间的移动相对应的、已确定的距离来确定稳定补偿的装置；以及一种根据与第一图像和第三图像之间位置的差异相对应的已确定差异来确定焦距补偿量的装置。
另一实施例可包括以下步骤：在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中的物体部分对应于将被图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的所关注物体；在稍后时刻拍摄该物体部分的第二图像；在拍摄第一图像的同时拍摄该物体部分的第三图像；根据与第一图像和第二图像之间的移动相对应的经确定的距离来确定稳定补偿；以及根据与第一图像和第三图像之间位置的差异相对应的已确定差异来确定焦距补偿量。
附图说明
图中各组成元件没有无必要地按照各自相对的比例绘制。全部附图中，相同的附图标记代表相同的部分。
图1是说明一个在图像拍摄设备中实现图像拍摄系统的实施例的框图。
图2A-B是一个关于稳定部件的实施例的框图。
图3A-B是一个关于稳定及自动聚焦部件的实施例的框图。
图4A-B是说明通过稳定部件(图2)和/或稳定及自动聚焦部件(图3)的一实施例、在水平方向上对图像拍摄设备的运动(抖动)和/或所关注物体的移动进行探测的示意图。
图5A-B是说明通过稳定部件(图2)和/或稳定及自动聚焦部件(图3)的一实施例、在垂直方向上对图像拍摄设备的运动(抖动)和/或所关注物体的移动进行探测的示意图。
图6A-B是说明通过稳定部件(图2)和/或稳定及自动聚焦部件(图3)的一实施例、在水平和垂直方向上对图像拍摄设备的运动(抖动)和/或所关注物体的移动进行探测的示意图。
图7是说明自动聚焦及稳定系统的一实施例的自动聚焦部分的框图。
图8是说明自动聚焦及稳定系统使用的、与分别来自两个光探测器阵列的信息相对应的两个直方图的示意图。
图9是说明自动聚焦及稳定系统的一实施例中对一幅离焦图像进行探测的示意图。
图10是说明自动聚焦及稳定系统的一个可选实施例的框图。
图11是自动聚焦及稳定系统的一个可选实施例的框图。
图12是表示用来提供图像稳定功能的图像拍摄设备的一实施例的流程图。
图13是表示用来提供图像聚焦功能的图像拍摄设备的一实施例的流程图。
图14是表示用来提供图像稳定和图像聚焦功能的图像拍摄设备的一实施例的流程图。
具体实施方式
在一实施例中，图像拍摄系统100提供了用来稳定图像的系统和方法。在另一实施例中，提供了自动聚焦的特征。图1是说明在图像拍摄设备102中实现图像拍摄系统100的一实施例的框图。
经过选择的图像拍摄设备102的内部和外部的组成元件用剖切线104a和104b区分开来。内部的组成元件(在剖切线104a和104b之间)至少包括存储器106、光传感器108、处理器110、镜头调节器112和传感器部件114。在一实施例中，存储器106还包括用来存储被拍摄图像的图像数据区116以及稳定逻辑单元118。在另一实施例中，存储器106还包括聚焦逻辑单元120。图像拍摄设备102的外部组成元件至少包括控制按钮122、图像拍摄设备镜头124(组件)、图像拍摄操作按钮126、镜头128(组件)、电源开关130和显示屏132。镜头124可被称为“照相镜头”，该镜头可用来使所关注物体的图像在图像拍摄介质上聚焦。所以，镜头124是一个带有使图像在图像拍摄介质上聚焦这种组成元件的部件。
对图像拍摄设备102的操作是从操作电源开关130或具备相同功能的等效装置开始的。显示屏132可显示当前由镜头124成像并被光传感器108探测到的一幅图像的视图，在这里被称为预览图像。当图像拍摄设备102显示预览图像时，此时图像拍摄设备102被认为是在预览模式下进行操作。
另外，也可以在显示屏132上看到以前拍摄到的一幅图像。当图像拍摄设备102显示以前拍摄的图像时，此时图像拍摄设备102被认为是在检查模式下进行操作。此外，也可以在显示屏132上显示菜单画面，以控制这里所描述的各种实施例的功能。
在拍摄一幅图像之前，图像拍摄设备102的用户可以在显示屏132上预览图像。或者，可以直接通过一个可选的取景镜头(未作图示)来观看图像。光传感器108被设在镜头124后面一个适当的位置上，这样，将被拍摄的图像可在用来拍摄用途的光传感器108上聚焦。当用户已经调好图像的焦距并且对聚焦图像相当满意时，用户操作图像拍摄操作按钮126(还可以称为快门按钮或点摄开关)使图像拍摄设备102拍摄到图像。在使用自动聚焦功能的实施例中(在这里或下面被描述)，在图像拍摄之前，通过图像拍摄系统100，图像被自动聚焦。
物在图像拍摄设备镜头124上成像，光传感器108生成与该物对应的数字图像数据。聚焦之后，图像被“拍摄”，此时光传感器108通过连接线134将与图像对应的数字图像数据传递给处理器110。在该示范性实施例中，与被拍摄图像对应的数据通过连接线136传递给存储器106，存储在图像数据区116中。在另一实施例中，与被拍摄图像对应的数据被传递到另一个适当的存储装置中(未作图示)。
在某些实施例中，图像拍摄系统100根据来自传感器部件114的稳定信息来自动分析运动(图像抖动)，通过连接线138传递给处理器110。处理器110操作稳定逻辑单元118以确定图像的稳定性，然后在一实施例中通过连接线140将图像稳定控制信号传递给镜头调节器112，或者在其它实施例中将图像稳定控制信号传递到可为提供被拍摄图像的物理稳定作用的其它组成元件。因此，这样的实施例可以在数字图像拍摄设备或基于胶片的图像拍摄设备中实现。
在另一实施例中，对稳定信息进行处理，以此确定图像稳定补偿。在处理图像数据期间，图像稳定补偿被用来对从光传感器108接收的数字图像数据进行计算补偿，从而补偿运动(抖动)。
在使用自动聚焦功能的一实施例中，可根据来自传感器部件114的聚焦信息自动确定图像的焦距，并通过连接线138传递给处理器110。处理器110操作聚焦逻辑单元120来确定聚焦信息，然后通过连接线140将相应的自动聚焦控制信号传递给镜头调节器112。镜头调节器112调节图像拍摄设备镜头124的焦距，从而使图像在图像拍摄介质(如图中所示的光传感器108)上聚焦。在一个可选用的实施例中，图像在基于胶片的图像拍摄设备的胶片上聚焦，其中胶片为图像拍摄介质。
图2A是一个关于稳定系统200的实施例的框图。稳定系统200包括镜头128(同样见图1)和传感器部件202(与图1的传感器部件114对应)。传感器部件202包括光探测器阵列204和稳定部件206。在一实施例中，传感器部件202是单个硅芯片，上面装配有光探测器阵列204和稳定部件206。其它实施例可以做成多个部件。
光探测器阵列204位于镜头128的后面，这样使穿过镜头128的光线在光探测器阵列204上成像。并且，相对于照相镜头124来安置镜头128，以使镜头128可以使当前正通过照相镜头124在照相机光传感器128上成像的同一物体或至少相同物体的一部分在光探测器阵列204上成像。在一实施例中，光探测器阵列204是一个带有相对较少光探测器208的、相对较小的传感器阵列(与图1的光传感器108相比)。为方便起见，在这里还可将光探测器208看作为像素。在一些可选用的实施例中，光探测器208可以是相当大的传感器(与位于光传感器108上的光探测器相比)。由于光探测器阵列204上的光探测器208相对较少，因此可以很快从光探测器阵列204读取来自光探测器208的图像数据(与从照相机光传感器108读取图像数据所需要的时间相比)。通过连接线210，图像数据被传递到稳定部件206。所接收的数据很快被稳定部件206处理(与处理从光传感器108接收的图像数据所需要的时间相比)，并且通过连接线138，图像稳定信息被传递给处理器110(图1)。
在一实施例中，光探测器阵列204是一个16×16像素的传感器，每秒可读取30幅或更多图像，具体由曝光时间确定；而光传感器108可以是一个以相对较低速率读取图像的光探测器阵列(例如每秒读取5至10幅图像)。在大多数实施例中，阵列204中光探测器208的数目与光传感器108上的光探测器数目相比是一个较小的百分比。光探测器阵列204的实施例可包括任何适当数目和/或尺寸的光探测器208，这样，可以非常快地确定图像稳定信息(与图像拍摄过程相比)。
正如这里详细描述地，在一实施例中，将连续拍摄的图像数据部分中的至少一个对比点进行比较，以确定图像部分的移动(对比点位置的变化)。一个对比点(如这里所用到的)只是一幅图像上的一个小区域，如果这个区域的对比变化通过计算可以被确认并且是大于预定临界值的，则与小区域相比足以表明图像的变动。因而，一个对比点不需要是整个光传感器208(图2A、2B、3A和3B)。一个非限定性的例子是一幅图像中的一个被探测边。在一实施例中，将被探测边的一部分确认为一个对比点。在另一实施例中，可以将可确认边用作对比点。或者，可用一边来定义多个对比点。
在另一实施例中，可用相关函数来确定连续拍摄图像的位置差异。来自第一图像的图像数据在X和Y尺度上与一幅连续图像的图像数据是相关的。相关函数的峰值对应于两幅图像之间图像移动的最佳估计值。因此，可以很快计算出图像稳定所需要的移动信息。
确定两幅图像之间图像数据相对移动的二维相关函数的用法是众所周知的，为简便起见，这里不作详尽描述。例如，MPEG视频压缩标准生成连续图像之间的“运动矢量”，以此估计运动并提高压缩比率。
值得注意的是，由于光探测器阵列902和904中像素数较少，与像素间距相比，相机运动(抖动)引起的图像数据移动可能较小。在一实施例中，图像稳定信息需要用小数级像素分辨率。可利用插值技术来计算运动，使之达到比探测器阵列分辨率更精细的分辨率。这种插值技术是大家所熟知的，为简便起见，这里不作详尽描述。
连续拍摄图像数据中的差异与图像运动(抖动)相对应。因此，确认了连续拍摄图像数据之间的差异，就可以非常快地确定图像稳定信息。接着，根据图像稳定控制信号，处理器可以补偿从光传感器108接收的图像数据，这样可以拍摄到带有减弱失真(较少抖动)的图像。在另一实施例中，可以由处理器110生成图像稳定控制信号，并将图像稳定控制信号传递给镜头调节器112(图1)或另一个提供图像物理稳定的部件。图像稳定控制信号可以被快速生成(与处理一幅来自图1光传感器108的拍摄图像所需要的处理时间相比)，因为与光传感器108上光探测器的数目相比，光探测器阵列上的光传感器数目很小。
在图2A所示的实施例中，稳定部件206在硅芯片制造时作为固件装入传感器部件202。在图2B所示的另一实施例中，处理器212和存储器214作为稳定部件206的一部分而包括在内。处理器212执行逻辑运算216，以确定稳定信息。处理器212和存储器214在制造硅芯片时装入传感器部件202。接着，逻辑单元216被载入存储器214。这样，可使用软件来处理从光探测器阵列204接收的图像数据。稳定部件206的另一些实施例中，可使用固件和软件的结合体。并且，另一些实施例中，处理器212、存储器214和/或逻辑单元216可作为独立部件。
图3A是关于稳定及自动聚焦系统300的一实施例的框图。稳定及自动聚焦系统300包括第一镜头302和第二镜头304。为了提供立体效果，这两个镜头被物理地分隔开一定的距离(镜头之间的距离为DL)。可以将第一镜头302和第二镜头304当作单个物理部件，因此与图1所示的镜头128相对应；或者将它们作为两个独立的镜头。稳定及自动聚焦系统300还包传感器部件306(与图1传感器部件114相对应)。传感器部件306包括第一光探测器阵列308、第二光探测器阵列310以及稳定及自动聚焦部件312。为了提供立体效果，第一光探测器阵列308和第二光探测器阵列310被物理分隔开一定的距离(光传感器之间的距离为DP)。在一实施例中，传感器部件306是一个上面装有第一光探测器阵列308、第二光探测器阵列310以及稳定及自动聚焦部件312的单个硅芯片。在本实施例中，正如后面所描述的，DP可以明显小于DL。一些其它实施例中，可以将它们作为独立部件制造。
第一光探测器阵列308位于第一镜头302的后面，使得要拍摄的小部分图像也被投射到第一光探测器阵列308上。同样地，第二光探测器阵列310位于第二镜头304的后面，使得要拍摄的同一小部分图像被近似地投射到第二光探测器阵列310上。正如以下详细描述地，在至少一个对比点上，被光探测器阵列308和310拍摄到的图像之间的差异可用来确定图像的调焦。
在一实施例中，光探测器阵列308和310都是相对较小的传感器阵列(与图1的光传感器108比较)，并且带有相对少的光探测器208。在可选用的实施例中，光探测器208可以是相对较大的传感器(与光传感器108上的光探测器比较)。光探测器阵列308和310的实施例可包括任何适当数目和/或尺寸的光探测器208。
因为光探测器208相对较少，因此，可以很快从光探测器阵列308和310读取来自光探测器208的图像数据(与从光传感器108读取图像数据所需要的时间相比)，并通过连接线316，将图像数据传递给稳定及自动聚焦部件312。所接收的图像数据很快被稳定及自动聚焦部件312处理(与处理从光传感器108接收的图像数据所需的时间相比)，并被转换成图像稳定及自动聚焦信息。通过连接线138，该信息被传递给处理器110(图1)。稳定及自动聚焦部件312和/或光探测器阵列308和310可以分别与上述的稳定部件206和/或上述的光探测器阵列204相类似。
在一实施例中，图像稳定及自动聚焦信息中的稳定部分由选自光探测器阵列308和310中的一个光探测器阵列提供的图像数据确定。在另一实施例中，图像稳定及自动聚焦信息中的稳定部分由光探测器阵列308和310两者提供的图像数据确定。
来自光探测器阵列308和310的图像数据被用来确定图像稳定及自动聚焦信息中的自动聚焦部分。自动聚焦信息以由已知的物理间隔DL引起的立体效果为根据。
在如图3A所示的实施例中，稳定及自动聚焦部件312在制造硅晶片时作为固件装入传感器部件306。在如图3B所示的另一实施例中，上述处理器212和存储器214可作为稳定及自动聚焦部件312的一部分包括在内或作为独立部分。处理器212操作逻辑单元216，以确定稳定及聚焦信息。处理器212和存储器214在制造硅芯片被装入传感器部件306。接着，逻辑单元216被载入存储器214。这样，可用软件来处理从光探测器阵列308和310接收的图像数据。稳定及自动聚焦部件312的其它实施例中，可使用固件和软件的结合体。
在上述实施例中，稳定系统200(图2)包括镜头128，稳定及自动聚焦系统300(图3)包括镜头302和304。在一些可选用的实施例中，省略了镜头128、302和/或304。光探测器208探测到的光线由镜头124(图1)借助于适合的分光镜头系统或类似的系统提供。
在一些其它实施例中，被光探测器阵列204(图2)或光探测器阵列308和310(图3)探测的图像数据(作为稳定信息和/或自动聚焦信息)被传递给处理器110。因此，稳定部件206(图2)以及稳定及自动聚焦部件312(图3)被省略。
图4A-B是说明利用稳定系统200(图2)和/或稳定及自动聚焦系统300(图3)对图像拍摄设备的水平方向运动(抖动)或图像运动进行探测的示意图。图5A-B是说明对垂直方向上图像拍摄设备的运动(抖动)和/或图像移动进行探测的示意图。图6A-B是说明对水平和垂直方向上图像拍摄设备的运动(抖动)和/或图像移动进行探测的示意图。为方便起见，光探测器阵列400以4×4像素的阵列为例进行说明。在各种不同的实施例中，光探测器阵列400可以使用任何适当数量的像素。光探测器阵列400与上述的光探测器阵列204、308和/或310(图2和图3)中之一相对应。
为方便起见，在图4A-B、5A-B和6A-B中，以4x4像素阵列的光探测器在探测白色或黑色物体的一部分为例进行说明。这样，在图4A-B、5A-B和6A-B的简化例子中，对比(白或黑)达到最大。当然，由光探测器探测到的、任何适当程度的对比都可以作为这里所描述的、对移动的探测。也就是说，像素可以探测变化的灰度梯度；然而，当对比能够使至少一个对比点被确定时，下列用来探测移动的原理将是相同的。
在图4A中，左下方的像素402在探测黑色，相邻的像素404在探测白色(为方便起见，光探测器阵列400的其它像素被表示为在探测白色)。因此，在第一时间，光探测器阵列400拍摄到一幅具有在探测黑色像素402的第一图像406。在稍后的时刻(由图4B表示)，光探测器阵列400拍摄到一幅具有在探测黑色像素404和在探测白色的像素402的第二图像408。此外，假定图像406的黑色部分和图像408的黑色部分对应于相同的物体部分，黑色部分从像素402(图4A)移动到像素404(图4B)表明有一个相对于光探测器阵列400的物体的水平移动。
由于已知像素402和404的相对位置和镜头128的焦距，该黑色部分的移动可等于物理运动的水平距离和/或角度。也就是说，与第一图像406对应的图像数据被传递到稳定部件206(图2)和/或稳定及自动聚焦部件312(图3)。接着，与第二图像408对应的图像数据被传递到稳定部件206和/或稳定及自动聚焦部件312。对所接收的图像数据作移动相关处理，分析第一图像406和第二图像408的图像数据来确定物体水平移动量(由像素402和404所探测到的黑色表示)。因而，可以在每幅图像上确定一个对比点(在黑、白像素之间)。将连续拍摄的图像进行比较，可以确定该对比点的移动。因此，处理器110(图1)可以得到与结果得到的确定的距离和/或角度的水平变化(物理运动)相对应的稳定信息。
同样地，在图5A中，左下方的像素502在探测黑色，相邻的像素504在探测白色。为方便起见，光探测器阵列400的其它像素表示为在探测白色。因此，在第一时间，光探测器阵列400拍摄到一幅具有在探测黑色的像素502的第一图像506。在稍后的时刻(由图5B表示)，光探测器阵列400拍摄到一幅具有在探测黑色的像素504和在探测白色的像素502的第二图像408。此外，假定图像506的黑色部分和图像508的黑色部分对应于相同的物体部分，黑色部分从像素502(图5A)移动到像素504(图5B)表明有一个相对于光探测器阵列400的物体的垂直移动。
由于像素502和504的相对位置以及镜头128的焦距是已知的，该黑色部分的移动可等于物理运动的垂直距离和/或角度。也就是说，与第一图像506对应的图像数据被传递到稳定部件206(图2)和/或稳定及自动聚焦部件312(图3)。接着，与第二图像508对应的图像数据被传递到稳定部件206和/或稳定及自动聚焦部件312。对所接收的图像数据作运动相关处理，从而分析第一图像506和第二图像508的图像数据，以此确定物体垂直移动量(由像素502和504探测到的黑色表示)。因而，可以在每幅图像上确定一个对比点(黑、白像素之间)。将连续拍摄的图像进行比较，可以确定对比点的移动。因此，处理器110(图1)可以得到与结果得到的确定的距离和/或角度的垂直变化(物理运动)相对应的稳定信息。
在图6A中，左下方的像素602在探测黑色，相邻的像素604在探测白色。为方便起见，光探测器阵列400的其它像素表示在探测白色。因此，在第一时间，光探测器阵列400拍摄到一幅具有在探测黑色的像素602的第一图像606。在稍后的时刻(由图6B表示)，光探测器阵列400拍摄到一幅具有在探测黑色的像素604和在探测白色的像素602的第二图像608。此外，假定图像606的黑色部分和图像608的黑色部分对应于相同的物体部分，黑色部分从像素602(图6A)移动到像素604(图6B)表明有一个相对于光探测器阵列400物体的水平和垂直移动。
由于像素602和604的相对位置以及镜头128的焦距是已知的，该黑色部分的移动可等于物理运动的水平和垂直距离和/或角度。也就是说，与第一图像606对应的图像数据被传递到稳定部件206(图2)和/或稳定及自动聚焦部件312(图3)。接着，与第二图像608对应的图像数据被传递到稳定部件206和/或稳定及自动聚焦部件312。对所接收的图像数据作稳定相关处理，从而分析第一图像606和第二图像608的图像数据，确定物体移动量(由像素602和604所探测到的黑色代表)。因而，可以在每幅图像上确定一个对比点(黑、白像素之间)。将连续拍摄的图像进行比较，可以确定该对比点的移动。因此，与结果得到的确定的距离和/或角度的水平和垂直变化(对应于物体和/或图像拍摄设备的物理运动)相对应的稳定信息被确定。
对从光探测器208接收的图像数据进行处理，用稳定相关处理来确定图像移动。在将收自光探测器的数据进行相关的领域中，这种相关方法是公知的，为方便起见，这里不作详细描述。根据不同的实施例，稳定相关处理可由稳定部件206(图2)、稳定及自动聚焦部件312(图3)或处理器110(图1)执行。
上述的光探测器阵列400拍摄的图像是在第一时间和稍后的时刻拍摄的。与光传感器108(图1)中为数众多的光探测器相比，由于只有相当少的光探测器208需要读取(为一个光探测器复原光信息)，并且数据量相当小(已复原的光信息)，因此拍摄较大图像的较小部分之间所花费的时段非常短暂。也就是说，可以非常高的速率来处理被光探测器阵列400拍摄到的连续拍摄图像。在各实施例中，连续拍摄图像之间的时间间隔可接近于以每秒30帧至超过每秒100帧速率进行的整幅图像拍摄。在其它实施例中，连续拍摄图像之间的时间间隔可以大于或小于上述时间范围。因此，可以在与图像拍摄介质拍摄图像关联的时间范围内确定并实现稳定补偿。
来自两个连续拍摄的图像部分的图像数据(光探测器208接收的)被处理。在一实施例中，将来自另一个连续拍摄图像部分的图像数据(光探测器208接收的)与前一时刻接收的拍摄图像部分比较并进行相关处理，从而确定与紧接着的连续时段关联的移动。这个比较连续拍摄图像部分的过程一直重复到图像拍摄时间开始为止。结果，连续拍摄图像部分之比较为对比点的移动提供了进行中的确认。因为可以快速地从光探测器阵列208(图1)、光探测器阵列308和310(图2)中读取图像数据，因此在用户尚未觉察的时间内就可以确定该对比点的移动。这样，依据本实施例，实际拍摄图像的补偿以稳定信息为根据，而稳定信息恰恰是在图像拍摄之前、图像拍摄的同时或相对接近于图像拍摄的时间被确定的。在一些其它实施例中，将从光探测器208接收的两个图像数据中所选择的部分进行比较，以此确定对比点的移动。
上述的简化例描述了光探测器208(像素)探测黑色或白色的情况，以此演示确定对比点的原理。这些例子过于简化，目的是为了说明通过各种不同实施例来实现图像稳定的原理。当光探测器208探测变化的亮度级(或灰度级)时，可以在稳定相关算法中使用插值以确定小于单个光探测器208尺寸的对比点中的运动(抖动)的距离。在使收自光探测器的数据建立相关的领域中，这种使用插值的运动相关方法是公知的，为简便起见，在这里不作详细描述。
同样，上述探测到的、一个或多个对比点移动的变化被认为是由黑色物体部分相对于传感器阵列400的移动造成的。因而，上述被探测的移动可能是由于图像拍摄设备102(图1)的移动造成的和/或由于物体本身的移动造成的。所以，各种实施例提供的稳定补偿是同时为图像拍摄设备102和物体的移动而设的。现有技术中，使用陀螺装置或其它用来探测运动(抖动)的物理传感器的图像拍摄设备被局限于只能探测图像拍摄设备本身的移动。针对物体的移动，这种现有技术水平下的图像拍摄设备既不能做到探测也不能够对其进行补偿。
在一实施例中，通过确定加在从光传感器108(图1)接收的视频图像数据上的校正量来实施稳定补偿。与稳定补偿相对应的稳定补偿信号由处理器110或另一适当的处理器生成。例如，如果在拍摄图像时，移动被确定为某个量，则所接收的图像数据可有选择地得到与所探测的移动相对应的补偿量。电子图像稳定补偿被传递至一个图像处理流水线(pipeline)，其中图像数据通过计算被补偿。这种根据已确定的移动以电子手段改变图像帧的图像数据的计算补偿是大家所熟知的，为简便起见，这里不作详细描述。
在另一实施例中，稳定补偿信号被传递至能物理移动镜头124(或者其中的一个或多个组成元件)的装置(未作图示)，从而对移动进行补偿。在又一实施例中，图像拍摄介质(如图1的光传感器108或基于胶片的照相机的胶片)被移动以补偿探测到的移动。这种提供物理补偿的装置是大家所熟知的，为简便起见，这里不作详细描述。
图7是说明在稳定及自动聚焦系统300的一实施例中自动聚焦部分的框图。这里示出的是第一镜头302、第二镜头304和第一光探测器阵列308、第二光探测器阵列310的侧视图。为方便起见，镜头302和304表示为单个镜片，镜头302和304都在该镜片上形成。在另一实施例中，镜头302和304是分离的。利用镜头制作领域大家所熟知的技术，镜头302和304可以由塑料、玻璃或其它适当的材料制成。
将第一光探测器阵列308和第二光探测器阵列310按已知的距离(DP，同样见图3A)分开。DP对应于镜头302和304的分隔距离(指图3A中的DL)。两个镜头通常对着将被拍摄到图像拍摄介质上的所关注物体的一小部分。
第一光探测器阵列308和第二光探测器阵列310同时将它们各自拍摄的图像数据传递至一个处理部件。在一实施例中，数据被传递给处理器110(图1)。在另一实施例中，数据被传递给处理器212(图3B)。
直方图702表示对应于从第一光探测器阵列308读取的图像数据，其中的一条对应于光探测器阵列308中一个光传感器208(图3A和3B)所探测到的光信息，其中单条的高度对应于探测到的光量。同样地，直方图704对应于从第二光探测器阵列310读取的图像数据。正如箭头708所表示的，直方图702和704对应于从物体某一部分706探测到的光。
图8示出两个直方图702和704，它们分别与光探测器阵列308和310提供的信息相对应。出于说明的目的，直方图702在值802处显示了一个峰值，直方图704在值804处显示了一个峰值。在本例中，峰值可对应于一个选择的对比点。因为值802和804分别与光探测器阵列308和310(图7)上特定的光探测器208(图3A和3B)相对应，所以两个光探测器之间的距离被用来确定相关距离(CD)。在这个简化例中，距离CD用来确定与已确定焦距值相对应的自动聚焦信息。
为方便起见，直方图702以不同于直方图704的方式表示，以表示物体706未对焦。这样，当图像位于系统300的不同距离时，本领域技术人员可感受到立体效果。正如下面所详细描述的那样，自动聚焦控制信号将通过直方图702和704来确定。为了使物体清晰，将自动聚焦控制信号传递给镜头调节器112(图1)，镜头调节器112调节图像拍摄设备镜头124的焦距以对应到物体的测量距离。如果物体位于相对于第一镜头302和第二镜头304的一个参考距离处(如在一实施例中为无限远)，则直方图704和706将是同样的，或者至少是非常相似的(在自动聚焦相关算法已知的一个规定容限内)。
正如前面所描述的，也可利用相关来确定两个直方图702和704(图7)之间的相关距离(CD)。利用相关算法计算相关函数805。相关函数805的峰值806的偏移对应于相关距离(CD)。
图9是说明在稳定及自动聚焦系统300的一实施例中对两个同时被拍摄的图像进行探测的示意图。为方便起见，光探测器阵列902和904表示为16x16像素的阵列。在各实施例中，光探测器阵列902和904可以使用任何适当数量的像素。光探测器阵列902和904与上述光探测器阵列308和310(图7)中的一个对应。
像图4A-B、5A-B和6A-B所示出的阵列那样，为方便起见，以16×16像素阵列902和904中的光探测器在探测黑色或白色物体的一部分为例进行说明。因而，在图9的简化例子中，对比(白或黑)达到最大，这样可以在每个被拍摄图像部分上确定至少一个对比点。当然，由光探测器探测到的、任何适当程度的对比都可以作为对同时拍摄的图像部分上一个对比点的探测；这样，正如这里所描述的，相关距离CD是可确定的。也就是说，像素可以探测变化的灰度；然而，用来探测焦距的基本原理是相同的。
在图9中，阵列902的左下方像素906在探测黑色，相邻的像素908在探测白色。阵列904的左下方像素912在探测白色，相邻像素914在探测黑色。(为方便起见，光探测器阵列902和904的其它像素表示为在探测白色)。因此，光探测器阵列902和904拍摄到了分别具有在探测黑色的像素906和912的图像。与阵列902和904之间的分隔距离DP关联的立体效果使阵列902和904探测不同的图像。
由于阵列902和904之间的距离以及因此各像素之间的距离是已知的，可以对同时被阵列902和904探测的图像部分上的一个对比点位置进行相关，从而确定与对比点位置的差异相对应的距离，这个距离被称为相关距离CD。在图9的简化例中，被探测图像的黑色部分以与一个像素的宽度相对应的距离隔开。
依据此实施例，来自同时被阵列902和904探测的图像的图像数据被传递给处理器110(图1)或处理器212(图2B和3B)。比较所接收的图像数据，以此确定与两个被探测图像上一个共同对比点位置的差异相对应的距离。
因此，处理器110(图1)可得到与结果得到的确定的相关距离CD对应的聚焦信息。相关距离CD与已知的、图像拍摄设备镜头124(图1)的聚焦参数是相关的。这种相关被用来确定到物体的距离，作为结果，确定了对镜头124的焦距调节量，从而被图像拍摄介质探测的图像将是对焦的。焦距调节信号被传递给镜头调节器112(图1)，这样镜头调节器112调节镜头124的焦距，从而使图像在图像拍摄介质上聚焦。根据所确定的对比点位置的差异来确定焦距调节。这个过程被称为聚焦相关处理。依据本实施例，图像被聚焦在基于胶片的图像拍摄设备的胶片上或是数字图像拍摄设备的光传感器108上(图1)。
在一个可选用的实施例中，被阵列902和904探测的同时拍摄图像部分上的若干(相对)高对比点的相关性，使相应数目的相关距离能够被确定。可以在垂直方向、水平方向或者沿另一个方向来确定相关距离，这取决于系统300的方位。例如，如果镜头302和304以及传感器阵列208在垂直方向上以距离DL分隔，相关距离CD将测量出对比点位置的垂直差异。
图10是说明在稳定及自动聚焦系统300的一实施例中所使用的镜头系统1000的框图。双物镜镜片1002包括两个镜头1004和1006。折叠式棱镜1008用来接收来自镜头1004和1006的光束，并将光束反射到光探测器阵列902和904上。因而，折叠式棱镜1008包括多个反射表面1010，用来反射从双镜头1002接收到的光束。
在一实施例中，光探测器阵列902和904形成在一个硅芯片1012上。双重镜头1002和折叠式棱镜1008可制成为一体并与与硅芯片1012连接，以此构成单个系统。凹面元件1014可用来增加镜头系统1000的有效焦距。值得注意的是，在本实施例中，光传感器之间的距离DP可显著小于镜头之间的距离DL。
图11是关于稳定及自动聚焦系统1100的一个可选实施例的框图。传感器部件1102包括三个光探测器阵列(1104、1106和1108)、三个镜头(1110、1112和1114)以及一个稳定及聚焦部件1116。
镜头1110向第一光探测器阵列1104提供一幅图像，第一光探测器阵列1104将图像数据供给稳定及聚焦部件1116。同样地，镜头1112向第二光探测器阵列1106提供一幅图像，第二光探测器阵列1106将图像数据供给稳定及聚焦部件1116。镜头1114向第三光探测器阵列1108提供一幅图像，第三光探测器阵列1108也将图像数据供给稳定及聚焦部件1116。
第一光探测器阵列1104和第二光探测器阵列1106按已知的距离(DP1)分隔，这个距离与镜头1110和1112之间的距离DL1相对应。第一光探测器阵列1104和第三光探测器阵列1108按已知的距离(DP2)分隔，这个距离与镜头1110和1114之间的距离DL2相对应。正如上面所描述的，第一光探测器阵列1104和第二光探测器阵列1106提供了沿水平轴线确定焦距的信息。以同样的方式，第一光探测器阵列1104和第三光探测器阵列1108提供了沿垂直轴线确定焦距的信息。
图12是对提供图像稳定的图像拍摄设备100的一实施例进行说明的流程图1200。图13是对提供图像聚焦的图像拍摄设备100的一实施例进行说明的流程图1300。图14是对提供图像稳定和图像聚焦的图像拍摄设备100的一实施例进行说明的流程图1400。
图12、13和14中的流程图1200、1300和1400分别表示实现上述逻辑单元的一实施例的结构、功能和操作。一个可选用的实施例利用作为状态机的硬件来实现流程图1200、1300和1400的逻辑单元。在这方面，每个框可代表一个模块(编码的段或部分)，它包括一个或多个实现特定逻辑单元功能的可操作指令。还应注意到，在某些可选用的实施例中，在框中注明的功能可以不按图12、13和14中所标明的顺序发生，或者还可以包括附加的功能。例如，依据所涉及的功能，在图12、13和14中接连的两个框实际上可能被同时执行，有时框可能以相反的顺序执行，或者是有些框在所有情形下都可能不被执行，这些将在下面作进一步的阐述。所有这些修改和变更都包括在本说明书内。
提供图像稳定的流程图1200的过程(图12)从框1202开始。在框1204处，物体某一部分的第一图像在第一时间被拍摄(其中的物体部分对应于将被图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的所关注物体)。在框1206处，该物体部分的第二图像在稍后的时刻被拍摄。在框1208处，与第一图像和第二图像之间的移动相对应的距离被确定。在框1210处，与已确定的移动距离相对应的稳定补偿被确定。该过程在框1212处结束。
提供图像聚焦的流程图1300的过程(图13)从框1302开始。在框1304处，物体某一部分的第一图像在第一时间被拍摄(其中的物体部分对应于将被图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的所关注物体)。在框1306处，该物体部分的第二图像被同时拍摄。在框1308处，与第一图像和第二图像之间位置的差异相对应的距离被确定。在框1310处，与已确定的位置的距离相对应的焦距补偿量被确定。该过程在框1312处结束。
提供图像稳定和图像聚焦的流程图1400的过程(图14))从框1402开始。在框1404处，物体某一部分的第一图像在第一时间被拍摄(其中的物体部分对应于将被图像拍摄设备通过图像拍摄设备镜头拍摄的所关注物体)。在框1406处，该物体部分的第二图像在稍后的时刻被拍摄。在框1408处，在拍摄第一图像的同时拍摄该物体部分的第三图像。在框1410处，与第一图像和第二图像之间的物体部分移动相对应的距离被确定。在框1412处，与已确定的移动距离相对应的稳定补偿被确定。在框1414处，与第一图像和第三图像之间物体部分位置的差异相对应的另一个距离被确定。在框1416处，与已确定的位置的距离相对应的焦距补偿量被确定。该过程在框1418处结束。
在存储器106(图1)或存储器214(图2B和3B)中实现的实施例可利用任何适当的计算机可读介质来完成。在这个说明书的上下文当中，“计算机可读介质”可指任何东西，它们能够存储、通信、传播或传输与指令执行系统、装置和/或设备相关联的、被其使用的或与之有关的数据。例如，计算机可读介质可以是(但不限于)现在已知的或者以后开发的电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体的系统、工具、装置或传播介质。
在预览模式下操作时，可以向用户显示按顺序拍摄的多幅预览图像。当图像被聚焦时，用户可以看到最终聚焦的预览图像。同样地，当图像的移动被稳定时，用户可以看到被稳定的预览图像。
这里，围绕拍摄静止图像的数字图像拍摄设备和基于胶片的图像拍摄设备对一些实施例进行了描述。一些其它的实施例用来为视频图像拍摄设备(数字的或基于胶片的)提供了图像稳定和/或聚焦。
应当强调的是，上述实施例只是实现方案的举例。可以对上述实施例进行许多的变更和修改。所有这种变更和修改都将包括在本说明书后附的权利要求书所揭示和保护的范围内。

Claims (13)

1.一种图像拍摄设备，包括：
图像拍摄设备镜头(124)，用来将物体的图像在图像拍摄介质(108)上聚焦；
光探测器阵列(204)，用来连续拍摄所述物体的某一部分；
第一镜头(128)，用来使所述物体部分的图像在光探测器阵列(204)上聚焦；以及
处理器(110)，用来接收与被拍摄的所述物体部分相对应的数据，根据各连续拍摄的所述物体部分中至少一个对比点的已确定变化来确定所述物体部分的位置变化，并确定与已确定的位置变化相对应的图像稳定补偿信息。
2.如权利要求1所述的图像拍摄设备，其特征在于：所述处理器(110)还用来对来自各连续拍摄的所述物体部分的数据实施相关处理，使已确定的位置变化以相关性为基准。
3.如权利要求1所述的图像拍摄设备，其特征在于：
还包括第二光探测器阵列(310)，用来拍摄所述物体部分；以及
第二镜头(304)，用来使所述物体部分的图像在第二光探测器阵列(310)上聚焦；
其中，所述处理器(110)用来接收由光探测器阵列(204)和第二光探测器阵列(310)同时拍摄的所述物体部分相对应的数据，确定被同时拍摄的所述物体部分的位置差异，并确定与已确定的位置差异相对应的图像聚焦信息，以使图像在图像拍摄介质上聚焦。
4.一种用来补偿被拍摄图像移动的稳定系统，包括：
光探测器阵列(204)，用来拍摄将被图像拍摄设备(100)通过图像拍摄设备镜头(124)拍摄的物体的某一部分；以及，
镜头(128)，用来将所述物体部分的图像在光探测器阵列(204)上聚焦；
处理器(212)，用来接收来自光探测器阵列(204)的被连续拍摄的图像数据并根据各连续被拍摄的所述物体部分中一个对比点的已确定变化来确定被连续拍摄的所述物体部分之间位置的变化，以使处理器(212)确定与已确定位置的变化相对应的图像稳定补偿信息。
5.如权利要求4所述的稳定系统，其特征在于：其中，所述处理器(212)和光探测器阵列(204)做在一个硅芯片上，且所述处理器(212)将图像稳定补偿信息传递给另一个用来补偿被拍摄图像移动的处理器(110)。
6.一个用来对图像拍摄设备镜头(124)调焦的聚焦系统，包括：
第一光探测器阵列(308)，用来拍摄将通过图像拍摄设备镜头(124)拍摄的物体的某一部分的第一图像，此时所述第一图像通过图像拍摄设备镜头(124)在图像拍摄介质(108)上聚焦；
第一镜头(302)，用来将所述物体部分的第一图像在第一光探测器阵列(308)上聚焦；
第二光探测器阵列(310)，用来拍摄所述物体部分的第二图像；以及
第二镜头(304)，用来将所述物体部分的第二图像在第二光探测器阵列(310)上聚焦，
处理器(110、212)，用于接收与同时拍摄的第一图像和第二图像相对应的数据，并以同时拍摄的第一图像和第二图像中至少一个对比点为基准来确定与已确定的、同时拍摄的第一图像和第二图像之间的所述物体部分的位置差异相对应的图像聚焦信息，使得通过图像拍摄设备镜头(124)将图像在图像拍摄介质(108)上聚焦。
7.如权利要求6所述的聚焦系统，其特征在于：所述处理器(110、212)还用来对来自同时拍摄的第一图像和第二图像的数据实施相关处理，使已确定的位置差异以相关性为基准。
8.如权利要求6所述的聚焦系统，其特征在于：其中，处理器(212)、第一光探测器阵列(308)和第二光探测器阵列(310)做在一个硅芯片上，且处理器(212)将图像聚焦信息传送给另一个生成自动聚焦控制信号的处理器(110)。
9.一种在图像拍摄期间补偿移动的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中，所述物体部分与将被图像拍摄设备(100)通过图像拍摄设备镜头(124)拍摄的所关注物体相对应；
在稍后的时刻拍摄所述物体部分的第二图像；
在连续拍摄的第一图像和第二图像上确定至少一个对比点；
确定与第一图像和第二图像之间的移动相对应的距离；
确定与已确定的移动距离相对应的稳定补偿。
10.一种用于在图像拍摄期间补偿移动的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中，所述物体部分与将被图像拍摄设备(100)通过图像拍摄设备镜头(124)拍摄的所关注物体相对应；
在稍后的时刻拍摄所述物体部分的第二图像；
在连续拍摄的第一图像和第二图像上确定多个对比点；
确定相应的多个距离，各距离与第一图像和第二图像之间相应对比点的移动相对应；
对多个距离进行相关处理；以及
确定与多个相关的移动距离相对应的稳定补偿。
11.一种在图像拍摄期间对摄影镜头调焦的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中，所述物体部分与将被图像拍摄设备(100)通过图像拍摄设备镜头(124)拍摄的所关注物体相对应；
在同一时间拍摄所述物体部分的第二图像；
在第一图像和第二图像上至少确定一个对比点；
确定与同时拍摄的第一图像和第二图像之间的所述物体部分的位置差异相对应的距离；
确定与已确定的位置距离相对应的焦距补偿量。
12.一种在图像拍摄期间对摄影镜头调焦的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中，所述物体部分与将被图像拍摄设备(100)通过图像拍摄设备镜头(124)拍摄的所关注物体相对应；
在同一时间拍摄所述物体部分的第二图像；
在同时拍摄的第一图像和第二图像上确定多个对比点；
确定相应的多个距离，各距离与第一图像和第二图像之间相应的对比点的位置差异相对应；
对多个距离进行相关处理；以及
确定与多个相关的位置距离相对应的聚焦补偿。
13.一种拍摄图像的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一时间拍摄物体某一部分的第一图像，其中，所述物体部分与将被图像拍摄设备(100)通过图像拍摄设备镜头(124)拍摄的物体相对应；
在稍后的时刻拍摄所述物体部分的第二图像；
在拍摄第一图像的同时拍摄所述物体部分的第三图像；
确定与第一图像和第二图像之间的所述物体部分的移动对应的距离；
确定与已确定的移动距离相对应的稳定补偿；
确定与第一图像和第三图像之间的所述物体部分的位置差异相对应的另一距离；
确定与已确定的位置距离相对应的焦距补偿量。
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