CN105791666B - 自动对焦装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动对焦装置，包括：透镜、透镜驱动部件、第一控制模块及第二控制模块，第一控制模块适于在第一模式下获取原始图像像素点的第一频率响应结果，并基于通带部分的第一频率响应结果输出降噪图像；第二控制模块适于提取降噪图像感兴趣图像位置上的空间域边缘算子，依据边缘方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，以得到空间域结果；第一控制模块还适于在第二模式下获取原始图像中感兴趣像素点的第二频率响应结果；透镜驱动部件适于将达到所述所期待的空间域结果/第二频率响应结果时的透镜位置作为对焦位置而驱动所述透镜。本发明能够在低反差纹理及弱光情况下提高被摄体的对焦准确性及对焦速度。
Description
技术领域
本发明涉及成像领域，特别涉及一种自动对焦装置。
背景技术
摄像设备，比如相机及集成照相功能的手机，通常能够实施自动对焦。
自动对焦(Auto Focus)利用了被摄物体光反射的原理，被摄物体反射的光被相机等摄像设备的图像传感器(比如CCD/CMOS传感器)接受，通过计算机处理，带动电动对焦装置进行对焦。
完整的自动对焦装置可包括：至少一个成像透镜，至少一个调焦透镜，一个感光器件，一个焦距调节机构。
从基本原理来说，自动对焦方法可以分成两大类：一类是基于镜头与被拍摄目标之间距离测量的测距自动对焦，另一类是基于对焦屏上成像清晰的聚焦检测自动对焦，也即主动式对焦方法及被动式对焦方法。
主动式对焦方法的对焦方式如下：
摄像设备上具有的红外线发生器(或超声波发生器)，红外线发生器(或超声波发生器)发出红外光(或超声波)到被摄体；
摄像设备上的接受器接受反射回来的红外光(或超声波)进行对焦，其光学原理类似三角测距对焦法，可用于低档普及型相机(比如各种平视取景相机)的自动对焦。
主动式对焦方法的缺点如下：
由于发出的红外光或超声波可能会被反射到其它方向，或达不到被摄体，摄像设备上接收器接受的光波有限，特别是对斜面或光滑面，对焦效果比较差，对于亮度大且距离远的被摄体也会发生对焦困难的问题；主动式对焦方法在摄像设备主动发出光波的情况下，还可能存在光波的低反差，导致弱光线下对焦的问题，在对细线条的被摄体及运动的被摄体进行对焦时还会发生被摄体能吸收光波的情况，另外，光波在透过玻璃时会被玻璃反射，因而透过玻璃对被摄体进行对焦会发生困难。
被动式对焦方法的对焦方式如下：
直接接收分析来自被摄物体自身的反光，从而自动对焦。
被动式自动对焦方法相较于主动式自动对焦的优点是：自身不要发射系统，因而耗能少，有利于小型化，可适用于手机等小型手持设备；对具有一定亮度的被摄体能较为理想地进行自动对焦，在逆光下也能良好的对焦，对远处亮度大的物体能自动对焦，也能透过玻璃对焦，且上述对焦效果较为良好。
被动式自动对焦方法有其自身缺点：
对细线条且仅具有弱纹理的被摄体无法进行良好对焦，容易造成对焦错误及对焦时间过长；在低反差及弱光情况下，对焦性能也无法达到良好；此外，对运动的被摄体、含偏光的被摄体、黑色被摄体或具有镜面的被摄体，都无法准确对焦。
现有技术的对焦系统及对焦方法都无法获取较佳的对焦效果，从而影响摄像设备的成像性能。
发明内容
本发明技术方案所解决的技术问题为，如何在低反差纹理及弱光情况下提高被摄体的对焦准确性。
为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种自动对焦装置，包括：透镜、透镜驱动部件、第一控制模块及第二控制模块，基于所述透镜对被摄体的光导可产生原始图像；
所述第一控制模块适于在第一模式下获取原始图像像素点的第一频率响应结果，并基于通带部分的第一频率响应结果输出降噪图像；
所述第二控制模块适于提取降噪图像感兴趣图像位置上的空间域边缘算子，依据边缘方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，以得到空间域结果；
所述第一控制模块还适于在第二模式下获取原始图像中感兴趣像素点的第二频率响应结果；
所述透镜驱动部件适于在第一模式/第二模式下驱动所述透镜以求得所期待的空间域结果/第二频率响应结果，并将达到所述所期待的空间域结果/第二频率响应结果时的透镜位置作为对焦位置而驱动所述透镜。
可选的，所述感兴趣图像位置由感兴趣像素点及该感兴趣像素点周围的像素点构成，为像素点个数为(1+2t)2的像素点区域，t为大于或等于1的自然数，其中，该像素点区域中第t+1行、第t+1列的像素点为所述感兴趣像素点，其余像素点为所述周围的像素点；
所述第一控制模块在第一模式下所获取的原始图像像素点包括或为所述感兴趣图像位置上的像素点。
可选的，所述第一控制模块在第一模式下所获取的原始图像像素点为所述感兴趣图像位置上的像素点；
所述第一控制模块具有1+2t个所述滤波单元，第k个滤波单元适于在第一模式下对原始图像感兴趣图像位置中第k行/列像素点的图像数据进行处理，k为大于或等于1且小于或等于(1+2t)的自然数；
而所述1+2t个所述滤波单元中的任意一个滤波单元还适于在第二模式下对原始图像感兴趣像素点图像数据进行处理。
可选的，所述第一控制模块仅具有一个滤波单元，所述滤波单元适于在第一模式下对所获取的原始图像像素点图像数据进行串行处理，在第二模式下对原始图像感兴趣像素点图像数据进行处理。
可选的，在第一模式下的滤波单元依据如下滤波函数表达式对所获取原始图像像素点图像数据进行处理以获得第一频率响应值：
其中，m、n为所述滤波单元的阶数，a1至an+1、b1至bm+1为所述滤波单元的第一可调参数，所述第一可调参数与历史原始图像有关；
在第二模式下的滤波单元依据如下滤波函数表达式对原始图像中感兴趣像素点图像数据进行处理以获得第二频率响应值：
其中，a1'至an+1'、b1'至bm+1'为所述滤波单元的第二可调参数，所述第二可调参数与历史原始图像有关。
可选的，所述第一频率响应结果基于所述通带部分上原始图像像素点图像数据的第一频率响应值获得，所述第二频率响应结果为原始图像中各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之和。
可选的，所述第一频率响应结果基于所述通带部分上原始图像像素点图像数据的第一频率响应值获得，所述第二频率响应结果为原始图像中各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之均值。
可选的，所述滤波单元为四阶滤波器。
可选的，所述可调参数基于若干历史原始图像的频率响应曲线而定，所述历史原始图像至少包括一幅正确对焦位置图像及一幅非正确对焦位置图像。
可选的，基于各历史原始图像的频率响应曲线确定所述滤波单元通带频率，从而生成所述可调参数。
可选的，在第一模式下的滤波单元为低通滤波器或带通滤波器，在第二模式下的滤波单元为高通滤波器或带通滤波器。
可选的，所述第一控制模块还包括：统计单元；所述统计单元适于根据原始图像中感兴趣像素点的第二频率响应值所述第二频率响应结果。
可选的，所述空间域边缘算子为拉普拉斯算子或索贝尔算子，所述边缘方向包括垂直方向及水平方向；
在垂直方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，得到垂直方向结果；
在水平方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，得到水平方向结果；所述空间域结果为垂直方向结果的绝对值与水平方向结果的绝对值之和。
可选的，所述装置还包括：对焦位置搜索模块：所述对焦位置搜索模块适于在所述透镜驱动部件驱动所述透镜的过程中不断获得所述空间域结果/第二频率响应结果，以生成透镜位置与所述空间域结果/第二频率响应结果的对应关系，并基于所述对应关系识别出所述所期待的空间域结果/第二频率响应结果。
可选的，所述装置还包括：图像传感模块；
所述图像传感模块适于接收来自透镜对被摄体的光导而产生图像信号，所述原始图像基于所述图像信号被产生。
本发明技术方案的有益效果至少包括：
本发明技术方案提供了一种可复用的自动对焦装置，其针对不同的运行模式可对其硬件实现灵活复用。不同于现有对焦控制模块的对焦机制，在第一模式下，其能够通过第一控制模块获取原始图像像素点的频率响应结果，并基于通带部分的频率响应结果实现原始图像的降噪功能，可在弱纹理或弱光情况下实现图像信号的稳定，从而辅助空间域对焦统计结果的准确性，能够提升自动对焦装置在低照度下的对焦速度和准确性，也可以解决弱纹理情况下拍摄目标无法对焦或对焦时间长的问题；在第二模式下，其能直接使用第一控制模块将原始图像中感兴趣像素点的频率响应结果作为对焦统计值，所述频率响应结果也可用于筛选图像所需频率段的信息，故而可用于识别透镜被驱动时所产生的多个原始图像，基于所期待的频率响应结果获得最终的筛选图像，从而获得准确的对焦位置。
无论基于第一种模式还是第二种模式，本发明技术方案提供的自动对焦装置都能够为自动对焦过程配置更稳定的对焦统计信息(第一种模式下为空间域结果，第二种模式下为所述频率响应结果)：本发明技术方案在第一种模式下，可从图像数据的频域上对图像的有效数据进行先处理，使图像数据受外界光线等因素的影响较小，其次通过空间域算子对稳定的图像数据进行再处理，输出良好准确的空间域结果；本发明技术方案在第二种模式下，可直接根据图像数据的频域性质上对图像的有效数据进行处理，使其受外界光线等因素的影响较小，能够提取精确的对焦统计数据，获得良好准确的对焦结果。
在本发明技术方案的可选方案中，本发明技术方案复用滤波单元实现所述第一控制模块；滤波单元能够实现图像信号的增强及去噪功能，使用了一种更为灵活的滤波方式，对滤波单元的滤波函数配置不同的参数，根据需要将滤波单元配置为低通、带通或高通，以实现第一模式及第二模式下不同的滤波功能，据此实现第一控制模块的复用。
在本发明技术方案的可选方案中，本发明技术方案的滤波单元滤波参数的配置与历史原始图像的对焦情况相关，因此，可获得第一模式下或第二模式下使滤波效果更佳的频率信息，可达到更好的降噪或效果及更为有效的图像频率信息，具有灵活地可调性。
基于本发明技术方案对滤波单元参数调节的灵活性，可进一步有利于对弱纹理目标进行对焦的准确性，且减少由于对焦位置不能快速收敛而造成的图像抖动，在弱光下对焦也更为稳定，对焦过程在整体上收敛速度更快，对焦整体的耗时得以显著减少。
在本发明技术方案的可选方案中，本发明技术方案还对输入图像进行限定，对输入图像进行感兴趣位置选取，并依据所选取的感兴趣位置像素点的分布特点，设置多个滤波单元对图像数据进行并行处理，从而可实现图像滤波方式的扩展及兼容，可直接提升对焦装置的系统性能。
本发明技术方案能够复用滤波单元，使滤波单元在图像降噪功能与直接获得对焦统计值(第二频率响应结果)功能之间进行切换，减少硬件实现成本，有利于对现有技术对焦装置的兼容与改进，可直接提升摄像设备的性能。
附图说明
图1为本发明技术方案提供的一种摄像设备的结构示意图；
图2为本发明技术方案所提供摄像设备中镜头系统及摄像主体装置的具体结构的示意图；
图3为本发明技术方案提供的一种自动对焦装置的结构示意图；
图4为本发明技术方案提供的一种滤波单元的具体实现结构示意图；
图5为本发明技术方案提供的一种采用历史原始图像的频率响应曲线来获得滤波单元通带及阻带的频率过程示意图；
图6为本发明技术方案提供的一则选取感兴趣图像位置像素点实例的示意图；
图7为本发明技术方案提供的一种实例中，在第一模式下输出对焦统计曲线的结构示意图；
图8为本发明技术方案提供的一种实例中，在第二模式下输出对焦统计曲线的结构示意图；
图9为本发明技术方案提供的另一种自动对焦装置的结构示意图；
图10为本发明技术方案提供的又一种自动对焦装置的结构示意图；
图11为本发明技术方案提供的再一种自动对焦装置的结构示意图；
图12为本发明技术方案提供的又一种自动对焦装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和效果能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参考图1，摄像设备1可以是一种手机摄像头模组或相机，其包括镜头系统(LensSystem)10及摄像主体装置20，其中，摄像主体装置20可基于镜头系统10的光导获得被摄体的图像数据。
结合图2，镜头系统10中配置有包括由光轴L上多个摄影透镜的透镜组11及透镜驱动部件12，所述多个摄影透镜包括用于实现对焦控制的透镜(以下称为对焦透镜)，透镜驱动部件12包括语音线圈(Voice Coil)13及弹簧14。其中，语音线圈13可被对焦信号(对焦电压或对焦电流)驱动，能通过自身旋转从而带动镜头系统中的透镜沿光轴L移动以发生透镜之间物理位置的改变；语音线圈13与弹簧14的配合，可使透镜驱动部件12完成由所述对焦信号精确控制透镜组物理位置的动作。所述控制透镜组透镜物理位置的改变可以仅对对焦透镜进行物理位置的改变。
继续参考图1及图2，摄像主体装置20中包括取景器(LVF，Live ViewFinder)21及图像传感器22(Image Sensor，可以用C-MOS传感器实现)，通过镜头系统10的透镜组11可将来自被摄体的光导向图像传感器22，从而可以获得关于被摄体的原始图像信号。通过图像传感器22获得的原始图像信号可生成用于记录的原始图像，所述原始图像适用于自动对焦，为本发明技术方案所述的原始图像。
实施例一
如图3所示的一种自动对焦装置a1，适用于摄像设备(结构类似摄像设备1)，包括：透镜101、透镜驱动部件102、第一控制模块103及第二控制模块104。
透镜101设于镜头系统10内，泛指摄像设备1在同一光轴L上的多个透镜，透镜101中包括用于实现自动对焦控制的透镜，也称为对焦透镜。对焦透镜可沿透镜的光轴前后移动，通过透镜驱动部件102对与对焦结果有关的信号(即所述对焦信号)所作的响应而被驱动，从而移动对焦透镜，变化透镜位置，透镜位置可通过自动对焦装置内或外的透镜位置检测件进行检测，有利于后续对焦透镜的再次驱动。基于透镜101对被摄体的光导可产生所述原始图像。
继续参考图3所示的自动对焦装置。
第一控制模块103在本实施例中是可被复用的结构，在装置a1的第一种模式下，第一控制模块103作为第二控制模块104的先处理模块，由第二控制模块104输出对焦统计值。第一控制模块103适于获取原始图像像素点的第一频率响应结果，并基于通带部分的第一频率响应结果输出降噪图像。
第一控制模块103在第一模式下能够从频域角度来去除原始图像中像素点图像数据的非有效频率段的图像信息，可对弱纹理和弱光情况下导致的频率段图像噪声进行滤除，从而输出有效频率段的图像信息。
所述原始图像像素点指的是直接对图像全局像素点进行降噪模块的处理，但是在其他实施例中，该处理对象也可以是图像局部像素点，比如是被摄体对象区域所选定的若干个像素点的集合，即感兴趣区域的像素点。
具体的，在第一控制模块103中获取所述第一频率响应结果可以依据如下过程执行：
求取所述原始图像的频率响应值，所述频率响应值可以是图像在频域上幅度谱的数据表达；
原始图像像素点有效频率段的频率响应值集合为所述第一频率响应结果。
所述第一频率响应结果在本实施例为图像去噪的结果，其用于去除在某一透镜位置下所形成的原始图像的噪声，用于稳定图像信号，从而辅助对焦。
第一控制模块103在装置a1的第二种模式下，是直接能够输出对焦统计值的，其适于获取原始图像中感兴趣像素点的第二频率响应结果，将所述第二频率响应结果直接作为所述对焦统计值输出。
第一控制模块103在第二模式下能够从频域角度去筛选原始图像中感兴趣像素点图像数据(可以是像素值)的有效频率段信息，对弱纹理和弱光情况下导致的频率段图像噪声进行滤除，从而输出有效频率段的图像信息。
所述感兴趣像素点的选取可以是任意的，也可以基于被摄体对象区域所选定的若干个像素点的集合区域。
具体的，在第一控制模块103中获取所述第二频率响应结果可以依据如下过程执行：
求取所述原始图像的频率响应值，所述频率响应值也可以是图像在频域上幅度谱的数据表达；
根据所述感兴趣像素点对应的频率响应值输出所述第二频率响应结果。
所述第二频率响应结果在本实施例为一个有关对焦情况的评价值，也即用于评价在某一透镜位置下，所形成的原始图像是否具有良好的对焦性能，符合可接受的对焦准确的要求。
所述第二频率响应结果仅是基于在某一透镜位置下，原始图像感兴趣像素点对应的频率响应值情况是否具备可接受的对焦准确的要求，因而频率响应结果可以用于反映所述感兴趣像素点的频率响应值的输出情况即可，本实施例不限定二者进一步的演算关系，但可给出以下两种较为简单的演算关系以供参考：
所述第二频率响应结果可为各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之和；
所述第二频率响应结果也可为各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之均值。
无论是各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之和还是之均值，感兴趣像素点的频率响应值与最终用于评价对焦准确性的所述第二频率响应结果符合唯一对应的关系，故而，只要二者的演算关系能够基于感兴趣像素点对应的频率响应值输出演算关系下唯一映射的频率响应结果即可。
在第一种模式下及第二种模式下，第一控制模块103对于像素点频率响应所选取的通带及阻带频率是不尽相同的，本实施例给出了如下方式来设定第一种模式下或第二种模式下第一控制模块103图像数据频域处理所基于的通带及阻带频率：
可以在第一控制模块103中设置一个滤波单元来实现第一模式及第二模式下像素点的频率响应过程：所述滤波单元适于对所述原始图像或原始图像感兴趣像素点图像数据依据如下滤波函数表达式进行处理以获取像素点图像数据频率响应值：
其中，m、n为所述滤波单元的阶数，a1至an+1、b1至bm+1为所述滤波单元的可调参数。
所述滤波单元使用双二阶滤波器(dual biquad filter)形式的IIR滤波器来实现，即为四阶滤波器，m及n的具体取值可为4。
图4示意了一种利用MATLAB工具设计的通用双二阶滤波器形式IIR滤波器的具体实现结构，其包括：
信号求和(SUM)模块、信号截断(CLIP)模块、信号延迟(Z-1)模块及可调式信号增益模块(GAIN),包含可调增益系数为c0～c10，调整增益模块与可调参数a1至an+1、b1至bm+1是等效的，即已确定的可调参数a1至an+1、b1至bm+1的数值，则确定调整系数c0～c10的数值；或者，已确定调整系数c0～c10的数值，则确定可调参数a1至an+1、b1至bm+1的数值。
在使用MATLAB工具时，可利用滤波器的设计工具箱支持所述IIR滤波器性能设计及参数生成，可通过调整系数c0-c10来改变滤波器通带频率及截止频率，c0～c10参数具体设计方式可参考MATLAB工具常规所使用的滤波器设计方法来进行设计。
无论是对可调参数a1至an+1、b1至bm+1的数值确定，还是对c0～c10参数的设计，其都是与原始图像的频率响应情况相关的。原始图像的频率响应情况则与所述图像传感器22相关，考虑到所述原始图像的产生基于图像传感器接收的光导而输出的图像信号，本实施例利用摄像设备基于图像传感器获得的图像信号而记录的原始图像数据，来获得原始图像数据的频率响应情况，从而确定在第一控制模块103中像素点频率响应值所依据的滤波参数。
上述摄像设备基于图像传感器获得图像信号而记录的原始图像也可以称之为历史原始图像。
基于历史原始图像而确定的滤波参数，主要涉及滤波单元通带及阻带的频率：
要确定滤波单元通带及阻带的频率实际是为了获得有效频率段的范围，所谓有效频率段实际是本发明技术方案可评价对焦统计信息有效性的一个指标，像素点有效频率段的信息量情况可有助于反映对焦统计信息有效性，且有效频率段本身滤除了图像噪声频段及其他无效频段信息，有助于对焦准确度及对焦效率。
本实施例具体采用历史原始图像的频率响应曲线来获得滤波单元通带及阻带的频率，所采用的历史原始图像至少包括一幅正确对焦位置图像及一幅非正确对焦位置图像，结合图5，以仅使用两张图像来确定滤波单元通带及阻带的频率为例，其获取过程如下：
输入来自图像传感器22的图像数据(图像信号，也即摄像设备所记录的原始图像、或历史原始图像)；
使用已认定为正确对焦位置所产生的第一图像及已认定为最为模糊对焦位置所产生的第二图像；
对第一图像及第二图像分别作二维快速傅里叶变换，将第一图像及第二图像转化至频域；
取第一图像及第二图像二维傅立叶变换结果矩阵的对角线上数据，作为所述第一图像及第二图像图频率响应曲线，将第一图像及第二图像的频率响应曲线绘制在一起；
基于上述频率响应曲线，可通过分析第一图像及第二图像频率响应的不同确定滤波器通带及阻带的频率；
最后使用典型的滤波器设计方法(巴特沃斯滤波器设计/其他，可用MATLAB工具箱实现)来生成所需阶数的滤波器系数(可以是上述可调参数或调整系数)。
在其他实施例中，可依照上述获取过程的方法进行扩展：如可使用多张图像，也可以添加其他类型的参考图像进行输入，上述图像均可体现对焦正确位置上的图像情况及对焦模糊位置上的图像情况。获得输入图像后，对各张图像分别做二维快速傅立叶变换，将图像转换到频域；取一幅图像二维傅立叶变换结果矩阵的对角线上数据，作为该幅图像频率响应曲线，将多张图的频率响应曲线绘制在一起；通过分析各张图频率响应的不同就可以确定滤波器通带阻带的频率；最后使用典型的滤波器设计方法来生成所需阶数的滤波器系数。
依据本实施例获取上述滤波器参数的系数特性，适用于本实施例第一模式下的滤波单元为带通滤波器或低通滤波器，适用于本实施例第二模式下的滤波单元为带通滤波器或高通滤波器。
需要说明的是，参考图4可知，本实施例所述的滤波单元使用所述双二阶滤波器形式的IIR滤波器来实现，图4的滤波单元有两个输出，即第一级二阶滤波器的第一输出端及第二级二阶滤波器的第二输出端，本实施例在第一模式下，滤波单元使用第二输出端作为所述滤波单元的输出端，也即输出所述像素点图像数据的频率响应值。但是，根据不同滤波函数表达式，可使用第一输出端或者第二输出端作为所述滤波单元下第二模式下的输出端，也即在第二模式下，滤波单元可根据选择参数的不同，使其输出端在第一输出端及第二输出端之间进行切换。
继续参考图3所示的自动对焦装置。
在第一模式下，第二控制模块104适于根据已降噪图像输出对焦统计结果。
上述对焦统计结果是对原始图像对焦情况的评价值，也即用于评价在某一透镜位置下，所形成的原始图像是否具有良好的对焦性能，符合可接受的对焦准确的要求。
所述已降噪图像基于下一模式下第一控制模块103输出的像素点频率响应结果产生。
本实施例在第二控制模块104中实现如下过程：
将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，以得到空间域结果。
所述感兴趣图像位置由感兴趣像素点及该感兴趣像素点周围的像素点构成，可以认为是像素点个数为(1+2t)2的像素点区域，其中，t为大于或等于1的自然数，该像素点区域中第t+1行、第t+1列的像素点为所述感兴趣像素点，其余像素点为所述周围的像素点。
图6示意了上述感兴趣图像位置像素点的一则实例，其包括3×3像素点，其中，最小的方格代表一个像素点，第2行第2列的像素点为所述感兴趣像素点，其余为所述感兴趣像素点周围的像素点，方格内的元素I00～I22依次代表该方格所代表像素点的像素值。
在本实施例中，设所述空间域边缘算子为拉普拉斯算子(Laplace)，所述边缘方向包括相对应的垂直方向与水平方向，在具体的空间域算法中，依据如下方式获得空间域结果：
在垂直方向将所述拉普拉斯算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，得到垂直方向结果；
在水平方向将所述拉普拉斯算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，得到水平方向结果；
所述空间域结果为垂直方向结果的绝对值与水平方向结果的绝对值之和。
仍以图6所示的兴趣图像位置像素点为例，如图6所示可知感兴趣图像位置像素点上的像素值依次为I00～I22，水平方向上对应上述像素点I00～I22位置的拉普拉斯算子分别为0、0、0、1、-2、1、0、0及0，垂直方向上对应上述像素点I00～I22位置的拉普拉斯算子分别为0、1、0、0、-2、0、0、1及0，则有空间域结果FVL满足：
FVL＝abs(I10-2×I11+I12)+abs(I01-2×I11+I21)；
其中，(I10-2×I11+I12)为所述水平方向结果，abs(I01-2×I11+I21)为所述垂直方向结果。
在其他实施例中，所述空间域边缘算子不限于拉普拉斯算子，也可使用任何其他空间域边缘提取算子，比如索贝尔算子(Sobel)。
仍以图6所示的兴趣图像位置像素点为例，边缘方向包括相对应的垂直方向与水平方向，水平方向上对应上述像素点I00～I22位置的索贝尔算子分别为1、2、1、0、0、0、-1、-2及-1，垂直方向上对应上述像素点I00～I22位置的索贝尔算子分别为1、0、-1、2、0、-2、1、0及-1，则采用索贝尔算子则得到空间域结果FVs满足：
FVs＝abs(I00+2×I01+I02-I20-2×I21-I22)+abs(I00+2×I10+I20-I02-2×I12-I22)；
其中，(I00+2×I01+I02-I20-2×I21-I22)为索贝尔算子下水平方向结果，(I00+2×I10+I20-I02-2×I12-I22)为索贝尔算子下垂直方向结果。
当然，在其他实施例中，所述空间域算子还可以是其他空间域算子；另外，所述边缘方向也不限于垂直方向及水平方向，可由空间域边缘提取算子决定，若在其他实施例中，空间域边缘提取算子还包含其他方向上的边缘提取，则依上方法类推进行计算。
在透镜驱动部件102驱动对焦透镜的过程中，透镜位置被不断变化，透镜101中多个透镜之间的位置也得到改变，从而图像传感器22持续接收来自被摄体的光中来自相关透镜光导，获得持续不同的图像信号，故而产生用于记录的多个原始图像。
在第一模式下，第二控制模块104输出的有关多个已经过第一控制模块103处理的原始图像的空间域结果输出，所述空间域结果为本实施例的对焦统计信息，用于对焦评价，可用于对焦统计曲线(FV曲线)的方式进行直观示意。
图7给出了本实施例在第一模式的对焦情况下输出的对焦统计曲线的示意图，其中，横坐标为透镜驱动部件102驱动下对焦位置变化(或理解为对焦透镜位置变化)情况(单位，mm)，纵坐标为某对焦位置下产生的原始图像上所述空间域结果(单位，无，可理解为是标量，纵坐标的数值之间以数据量的数值为比较)。
基于图7可知，能够从对焦统计曲线，也即各原始图像对应空间域结果搜索到所期待的空间域结果，基于该对焦统计曲线而言，所述所期待的空间域结果可为所述对焦统计曲线的局部最大值。该所期待的空间域结果所对应的透镜位置即为最终所认定的对焦位置。透镜驱动部件102接收根据所认定的对焦位置而发出的所述对焦信号，从而驱动对焦透镜，完成对焦。在图7中，对焦统计曲线上，点o对应的横坐标值17mm为所述对焦位置。
第二模式下，第一控制模块103可将多个原始图像中感兴趣点的频率响应值之和(在其他实施例中还可以使用频率响应值之均值或其他具有唯一函数关系的处理方式，作为所述频率响应结果)作为最终的频率响应结果(即第二频率响应结果)输出，各原始图像对应的频率响应结果为对焦统计信息，用于对焦评价，上述频率响应结果也可用对焦统计曲线(FV曲线)的方式进行直观示意。
图8给出了本实施例在第二模式对焦情况下输出的对焦统计曲线的示意图(图7及图8是相对应的)，其中，横坐标为透镜驱动部件102驱动下对焦位置变化(或理解为对焦透镜位置变化)情况(单位，mm)，纵坐标为某对焦位置下产生的原始图像上感兴趣像素点的频率响应值之和(单位，无，可理解为是标量，纵坐标的数值之间以数据量为比较)。
基于图8可知，能够从对焦统计曲线，也即各原始图像对应频率响应结果中搜索到所期待的频率响应结果，基于该对焦统计曲线而言，所述所期待的频率响应结果可为所述对焦统计曲线的全局最大值。该所期待的频率响应结果所对应的透镜位置即为最终所认定的对焦位置。透镜驱动部件102接收根据所认定的对焦位置而发出的所述对焦信号，从而驱动对焦透镜，完成对焦。在图8中，对焦统计曲线上，点o对应的横坐标值17mm为所述对焦位置。
从图7及图8生成的对焦统计曲线来看，本实施例自动对焦装置在第一种模式及第二种模式下所产生的对焦统计曲线均具备良好的稳定性，基本不存在曲线抖动的情况，并且曲线本身的陡峭程度更适于弱纹理被摄体的对焦，使对焦位置更容易被搜索获取。
本实施例的滤波单元的滤波系数(可调参数及调整系数)可以针对不同的对焦模式进行改变，从而实现控制模块的复用，滤波系数还可以针对不同的图像传感器及历史原始图像的对焦情况进行优化，使滤波单元通带频率的选择更具有灵活性，能够大大提升对焦装置的对焦准确性及适应性。
本实施例透镜驱动部件102的结构和透镜驱动部件12是一致的。
实施例二
本实施例不同于实施例一，其给出了一种并行地对原始图像像素点进行降噪的方法，其中，原始图像像素点是以对焦检测窗的形式采集的。
如图9所示的一种自动对焦装置a2，包括：透镜101、透镜驱动部件102、第一控制模块103’及第二控制模块104。其中，第一控制模块103’适于在第一模式下获取原始图像感兴趣图像位置上像素点的第一频率响应结果，并基于通带部分的频率响应结果输出降噪图像；而第一控制模块103’还适于在第二模式下获取原始图像感兴趣位置上像素点的第二频率响应结果。
所述对焦检测窗适于捕捉原始图像感兴趣图像位置。
所述感兴趣图像位置由感兴趣像素点及该感兴趣像素点周围的像素点构成，为像素点个数为(1+2t)2的像素点区域，t为大于或等于1的自然数，其中，该像素点区域中第t+1行、第t+1列的像素点为所述感兴趣像素点，其余像素点为所述周围的像素点。
本实施例所述第一控制模块103’具有1+2t个所述滤波单元，其中，第1个滤波单元适于对感兴趣图像位置中第1行(或第1列)的像素点的图像数据进行处理，第2个滤波单元适于对感兴趣图像位置中第2行(或第2列)的像素点的图像数据进行处理，以此类推，第1+2t个滤波单元适于对感兴趣图像位置中第1+2t行(或第1+2t列)的像素点的图像数据进行处理，由此，本实施例的第一控制模块103’在第一模式下及第二模式下实现对原始图像感兴趣区域中像素点的并行处理。
图9所示的为t＝1的情形，对焦检测窗捕捉了原始图像位置上3×3的像素点，则自动对焦装置a2的第一控制模块103’包括3个可分别用于并行处理该3×3图像位置上1～3行像素点频率响应值的滤波单元，每一个滤波单元适于处理一行输入的像素点，各滤波单元的输出则一同作为该原始图像的下一模式下的第一频率响应结果或者第二模式下的第二频率响应结果，在第一模式下产生去噪后的原始图像传递至所述第二控制模块104，在第二模式下直接统计所述第二频率响应结果以获取准确的对焦位置。
当然，在其他实施例中，也可以采用如图10所示的自动对焦装置a3，包括：透镜101、透镜驱动部件102、第一控制模块103”及第二控制模块104。其中，第一控制模块103”在第二模式下仅复用多个滤波单元中的一个滤波单元，对第二模式下输入的感兴趣像素点进行串行处理，而在第一模式下采用本实施例提供的并行方案。
实施例三
如图11所示的一种自动对焦装置a4，不同于实施例一，第一控制模块103”’还包括：统计单元；所述统计单元适于在第二模式下根据所述感兴趣像素点图像数据频率响应值输出所述第二频率响应结果。
在第二模式下所述统计单元输出的是原始图像上感兴趣像素点的频率响应值与其对应频率响应结果的一一对应关系，所述对应关系的不同的函数映射下可以为多种，比如实施例一所涉及的求和或求均值。
统计单元对于一次对焦过程来说，其输出的第二频率响应结果可以以实施例一所述的对焦统计曲线的形式输出。
实施例四
如图12所示的一种自动对焦装置a5，不同于实施例一，还包括：对焦位置搜索模块105。
在第一模式下，对焦位置搜索模块105适于在所述透镜驱动部件102驱动所述对焦透镜的过程中不断获得第二控制模块104输出的空间域结果，搜索透镜位置与所述空间域结果的对应关系，并基于所述对应关系识别出所述所期待的频率响应结果。
对应于实施例一提供的第一模式下的焦统计曲线，所述对应关系可基于对焦统计曲线被直观获取，对焦位置搜索模块105识别所期待的空间域结果的过程就是求取第一模式下对焦统计曲线局部最大值的过程，将局部最大值对应的对焦位置输出，则可发出相应信号至透镜驱动部件102，使透镜驱动部件102驱动对焦透镜至所述对焦位置。
类似的，在第二模式下，对焦位置搜索模块105适于在所述透镜驱动部件102驱动所述对焦透镜的过程中不断获得第一控制模块103输出的第二频率响应结果，搜索透镜位置与所述第二频率响应结果的对应关系，并基于所述对应关系识别出所述所期待的第二频率响应结果。
对应于实施例一提供的第二模式下的对焦统计曲线，对焦位置搜索模块105识别所期待的第二频率响应结果的过程就是求取第二模式下对焦统计曲线局部最大值的过程，将全局最大值对应的对焦位置输出，则可发出相应信号至透镜驱动部件102，使透镜驱动部件102驱动对焦透镜至所述对焦位置。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (22)
1.一种自动对焦装置，其特征在于，包括：透镜、透镜驱动部件、第一控制模块及第二控制模块，基于所述透镜对被摄体的光导可产生原始图像；
所述第一控制模块适于在第一模式下获取原始图像像素点的第一频率响应结果，并基于通带部分的第一频率响应结果输出降噪图像；
所述第二控制模块适于提取降噪图像感兴趣图像位置上的空间域边缘算子，依据边缘方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，以得到空间域结果；
所述第一控制模块还适于在第二模式下获取原始图像中感兴趣像素点的第二频率响应结果；
所述透镜驱动部件适于在第一模式/第二模式下驱动所述透镜以求得所期待的空间域结果/第二频率响应结果，并将达到所述所期待的空间域结果/第二频率响应结果时的透镜位置作为对焦位置而驱动所述透镜；
其中，所述感兴趣图像位置由感兴趣像素点及该感兴趣像素点周围的像素点构成，为像素点个数为(1+2t)2的像素点区域，t为大于或等于1的自然数，其中，该像素点区域中第t+1行、第t+1列的像素点为所述感兴趣像素点，其余像素点为所述周围的像素点；
所述第一控制模块在第一模式下所获取的原始图像像素点包括或为所述感兴趣图像位置上的像素点；
所述第一控制模块在第一模式下所获取的原始图像像素点为所述感兴趣图像位置上的像素点；
所述第一控制模块具有1+2t个滤波单元，第k个滤波单元适于在第一模式下对原始图像感兴趣图像位置中第k行/列像素点的图像数据进行处理，k为大于或等于1且小于或等于1+2t的自然数；
而所述1+2t个所述滤波单元中的任意一个滤波单元还适于在第二模式下对原始图像感兴趣像素点图像数据进行处理；
在第一模式下的滤波单元依据如下滤波函数表达式对所获取原始图像像素点图像数据进行处理以获得第一频率响应值：
其中，m、n为所述滤波单元的阶数，a1至an+1、b1至bm+1为所述滤波单元的第一可调参数，所述第一可调参数与历史原始图像有关；
在第二模式下的滤波单元依据如下滤波函数表达式对原始图像中感兴趣像素点图像数据进行处理以获得第二频率响应值：
其中，a1'至an+1'、b1'至bm+1'为所述滤波单元的第二可调参数，所述第二可调参数与历史原始图像有关。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一频率响应结果基于所述通带部分上原始图像像素点图像数据的第一频率响应值获得，所述第二频率响应结果为原始图像中各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之和。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一频率响应结果基于所述通带部分上原始图像像素点图像数据的第一频率响应值获得，所述第二频率响应结果为原始图像中各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之均值。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滤波单元为四阶滤波器。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调参数基于若干历史原始图像的频率响应曲线而定，所述历史原始图像至少包括一幅正确对焦位置图像及一幅非正确对焦位置图像。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，基于各历史原始图像的频率响应曲线确定所述滤波单元通带频率，从而生成所述可调参数。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在第一模式下的滤波单元为低通滤波器或带通滤波器，在第二模式下的滤波单元为高通滤波器或带通滤波器。
8.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述第一控制模块还包括：统计单元；所述统计单元适于根据原始图像中感兴趣像素点的第二频率响应值所述第二频率响应结果。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空间域边缘算子为拉普拉斯算子或索贝尔算子，所述边缘方向包括垂直方向及水平方向；
在垂直方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，得到垂直方向结果；
在水平方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，得到水平方向结果；所述空间域结果为垂直方向结果的绝对值与水平方向结果的绝对值之和。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：对焦位置搜索模块：所述对焦位置搜索模块适于在所述透镜驱动部件驱动所述透镜的过程中不断获得所述空间域结果/第二频率响应结果，以生成透镜位置与所述空间域结果/第二频率响应结果的对应关系，并基于所述对应关系识别出所述所期待的空间域结果/第二频率响应结果。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：图像传感模块；
所述图像传感模块适于接收来自透镜对被摄体的光导而产生图像信号，所述原始图像基于所述图像信号被产生。
12.一种自动对焦装置，其特征在于，包括：透镜、透镜驱动部件、第一控制模块及第二控制模块，基于所述透镜对被摄体的光导可产生原始图像；
所述第一控制模块适于在第一模式下获取原始图像像素点的第一频率响应结果，并基于通带部分的第一频率响应结果输出降噪图像；
所述第二控制模块适于提取降噪图像感兴趣图像位置上的空间域边缘算子，依据边缘方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，以得到空间域结果；
所述第一控制模块还适于在第二模式下获取原始图像中感兴趣像素点的第二频率响应结果；
所述透镜驱动部件适于在第一模式/第二模式下驱动所述透镜以求得所期待的空间域结果/第二频率响应结果，并将达到所述所期待的空间域结果/第二频率响应结果时的透镜位置作为对焦位置而驱动所述透镜；
其中，所述感兴趣图像位置由感兴趣像素点及该感兴趣像素点周围的像素点构成，为像素点个数为(1+2t)2的像素点区域，t为大于或等于1的自然数，其中，该像素点区域中第t+1行、第t+1列的像素点为所述感兴趣像素点，其余像素点为所述周围的像素点；
所述第一控制模块仅具有一个滤波单元，所述滤波单元适于在第一模式下对所获取的原始图像像素点图像数据进行串行处理，在第二模式下对原始图像感兴趣像素点图像数据进行处理；
在第一模式下的滤波单元依据如下滤波函数表达式对所获取原始图像像素点图像数据进行处理以获得第一频率响应值：
其中，m、n为所述滤波单元的阶数，a1至an+1、b1至bm+1为所述滤波单元的第一可调参数，所述第一可调参数与历史原始图像有关；
在第二模式下的滤波单元依据如下滤波函数表达式对原始图像中感兴趣像素点图像数据进行处理以获得第二频率响应值：
其中，a1'至an+1'、b1'至bm+1'为所述滤波单元的第二可调参数，所述第二可调参数与历史原始图像有关。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一频率响应结果基于所述通带部分上原始图像像素点图像数据的第一频率响应值获得，所述第二频率响应结果为原始图像中各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之和。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一频率响应结果基于所述通带部分上原始图像像素点图像数据的第一频率响应值获得，所述第二频率响应结果为原始图像中各感兴趣像素点图像数据的频率响应值之均值。
15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述滤波单元为四阶滤波器。
16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述可调参数基于若干历史原始图像的频率响应曲线而定，所述历史原始图像至少包括一幅正确对焦位置图像及一幅非正确对焦位置图像。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，基于各历史原始图像的频率响应曲线确定所述滤波单元通带频率，从而生成所述可调参数。
18.如权利要求12所述的装置，其特征在于，在第一模式下的滤波单元为低通滤波器或带通滤波器，在第二模式下的滤波单元为高通滤波器或带通滤波器。
19.如权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述第一控制模块还包括：统计单元；所述统计单元适于根据原始图像中感兴趣像素点的第二频率响应值所述第二频率响应结果。
20.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述空间域边缘算子为拉普拉斯算子或索贝尔算子，所述边缘方向包括垂直方向及水平方向；
在垂直方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，得到垂直方向结果；
在水平方向将所述空间域边缘算子与所述感兴趣图像位置上的像素值对应相乘并求和，得到水平方向结果；所述空间域结果为垂直方向结果的绝对值与水平方向结果的绝对值之和。
21.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括：对焦位置搜索模块：所述对焦位置搜索模块适于在所述透镜驱动部件驱动所述透镜的过程中不断获得所述空间域结果/第二频率响应结果，以生成透镜位置与所述空间域结果/第二频率响应结果的对应关系，并基于所述对应关系识别出所述所期待的空间域结果/第二频率响应结果。
22.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括：图像传感模块；
所述图像传感模块适于接收来自透镜对被摄体的光导而产生图像信号，所述原始图像基于所述图像信号被产生。
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