专利名称：对焦系统及对焦方法
技术领域：
本发明涉及摄像技术，特别涉及一种对焦系统及对焦方法。
背景技术：
目前，数码相机/数码摄像机的电荷耦合器(Charge Coupled Device, CCD)的垂直同步 周期多为l/30秒，约33. 33毫秒(millisecond, ms)。而世界上存在两种频率的电网50赫兹 及60赫兹。请参阅图6，为数码相机/数码摄像机在50赫兹电源(周期为20ms)产生的光环境中 对焦的时序原理图。坐标轴99为时间轴(t)，曲线98为光环境的亮度变化曲线。在多个对焦 位置Pi Pk(k为自然数，下同)，采用相同的曝光时间Yms曝光，获得的多帧画面的亮度L广Lk 未必相同。多帧画面的亮度L广Lk是否相同取决于曝光时间Yms，而曝光时间Yms通常随光环
境的明暗程度而变化，故通常出现的情况是多帧画面的亮度Lru不相同，画面闪烁。请
参阅图7，为数码相机/数码摄像机在50赫兹电源产生的光环境中对焦，得到的一种亮度及对 比度特性曲线示意图。坐标轴97表示数码相机/数码摄像机所处的对焦位置PrPk，坐标轴 96表征画面的对比度，坐标轴95表征画面的亮度，曲线94为画面的亮度特性曲线，曲线93为
画面的对比度特性曲线。可见，若多帧画面的亮度Lru不相同，则其对比度crck将随亮度 波动，导致数码相机/数码摄像机无法通过对比多帧画面间的对比度crck准确地确定最佳对 焦位置实现正确对焦。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种在预定周期的电源产生的光环境中可正确对焦的对焦系统及 对焦方法。
一种对焦系统，其包括镜头、电荷耦合器、致动器、曝光控制器及求焦器。该镜头用于 对拍摄场景光学成像，该拍摄场景处于预定周期的电源产生的光环境中。该电荷耦合器用于 感测该镜头的成像光信号并转化为电信号形式的画面。该致动器用于驱动该镜头遍历多个对 焦位置。该曝光控制器用于控制该电荷耦合器在每个对焦位置采用预设曝光时间实现电子快
门功能，以获得对应该多个对焦位置的多帧画面。该预设曝光时间为该预定周期的n/2倍且
小于该电荷耦合器的垂直同步周期，其中，n为自然数。该求焦器用于对比该多帧画面的对
比度以获得最佳对焦位置实现对焦。
一种对焦方法，适用于采用电荷耦合器的对焦系统，该对焦方法包括如下步骤 遍历多个对焦位置，在每个对焦位置采用预设曝光时间对拍摄场景进行曝光以获得对应
该多个对焦位置的多帧画面，该拍摄场景处于预定周期的电源产生的光环境中，该预设曝光 时间为该预定周期的n/2倍且小于该电荷耦合器的垂直同步周期，其中，n为自然数；及 对比该多帧画面的对比度以获得最佳对焦位置实现对焦。
由于该预设曝光时间为该预定周期的n/2倍，而该预定周期的电源产生的光环境的亮度 变化周期为该预定周期的1/2，故，该对焦系统执行该对焦方法在多个对焦位置采用该预设 曝光时间曝光得到的多帧画面的亮度值总是相同，多帧画面的对比度随对焦位置的变化规律 变化，可通过对比多帧画面的对比度得到最佳对焦位置，实现正确对焦。
图l为较佳实施例的对焦系统的功能模块示意图； 图2为图l所示的对焦系统的硬件连接示意图； 图3为较佳实施例的对焦方法的流程图； 图4为较佳实施例的对焦方法的一种时序原理图5为较佳实施例的对焦方法得到的一种亮度及对比度特性曲线示意图； 图6为50赫兹电源产生的光环境中，传统对焦系统执行传统对焦方法得到的一种时序原 理图；及
图7为50赫兹电源产生的光环境中，传统对焦系统执行传统对焦方法得到的一种亮度及 对比度特性曲线示意图。
具体实施例方式
请参阅图l，较佳实施例的对焦系统IOO包括镜头IO、 CCD20、致动器30、曝光控制器40 及求焦器50。镜头10用于对拍摄场景光学成像，拍摄场景处于预定周期的电源产生的光环境 中。CCD20用于感测镜头10的成像光学信号并转化为电信号形式的画面。致动器30用于驱动 镜头1 O遍历多个对焦位置。曝光控制器40用于控制CCD20在每个对焦位置采用预设曝光时间 实现电子快门功能，以获得对应多个对焦位置的多帧画面。预设曝光时间为预定周期的n/2 倍且小于CCD20的垂直同步周期，其中，n为自然数。求焦器50用于对比多帧画面的对比度以 获得最焦对焦位置实现对焦。
请参阅图2，具体地，镜头10包括传动导轨11及设于传动导轨11上的两组成像镜片12。 CCD20设置于镜头10像侧。致动器30采用旋转步进马达，旋转步进马达的转轴与传动导轨ll 连接以驱动传动导轨11带动成像镜片12在传动导轨11上移动。旋转步进马达与传动导轨ll配 合使得成像镜片12在对焦范围L内具有多个对焦位置PrPk。
当然，镜头10及致动器30的设置并不限于本实施例，可采用其它设置。如，设置数目更 多的成像镜片以提高镜头10的成像品质，采用线性步进马达取代传动导轨ll与旋转步进马达
或采用音圈马达及配套导轨取代旋转步进马达及传动导轨ll。
曝光控制器40及求焦器50内建于微控器61 (Micro Controller Unit, MCU)内，MCU61设 置于CCD20后端。MCU61采用智能芯片，可执行读取、计算、信号输出等功能。
当然，曝光控制器40及求焦器50的设置并不限于本实施例，曝光控制器40及求焦器50可 分别内建于专用智能芯片内。
请参阅图3，较佳实施例的对焦方法包括如下步骤
S01:遍历多个对焦位置，在每个对焦位置采用预设曝光时间对拍摄场景进行曝光以获 得对应该多个对焦位置的多帧画面，拍摄场景处于预定周期的电源产生的光环境中，预设曝 光时间为预定周期的n/2倍且小于CCD20的垂直同步周期，其中，n为自然数；及
S02:对比该多帧画面的对比度以获得最佳对焦位置实现对焦。
请参阅图4，作为范例，拍摄场景处于50赫兹(即预定周期为20ms)的电源产生的光环境 中。坐标轴62为时间轴(t)，曲线63表征光环境的亮度变化特性，g卩，光环境的亮度呈正值 三角函数变化，周期为10ms(g卩l/2预定周期)。CCD20的垂直同步周期为33.33ms。 P广Pk为数 码相机的多个对焦位置。具体地，对于步骤SOl，致动器30驱动成像镜片12在传动导轨11上遍历多个对焦位置 Pl Pk。在每个对焦位置上，曝光控制器40控制CCD20采用预设曝光时间进行曝光，曝光发生 于CCD20—个垂直同步周期的尾段(g卩小于CCD20的垂直同步周期)。本实施例中，预设曝光时 间为10ms，与光环境的亮度变化周期相同。由信号采样原理知，如此设置预设曝光时间，多
次曝光获得的多帧画面的亮度Lru相同。
请参阅图5，为对焦系统100在50赫兹的电源产生的光环境中执行较佳实施例的对焦方法 得到的一种亮度及对比度特性曲线示意图。坐标轴64表示成像镜片12所处的对焦位置P广Pk ，坐标轴65表征画面的对比度，坐标轴66表征画面的亮度，曲线67为画面的亮度特性曲线， 曲线68为画面的对比度特性曲线。由于多帧画面的亮度L广U相同，故曲线67近似直线。而 多帧画面的对比度CrCk随对焦位置的变化规律变化，曲线68具有一个峰值。
如此，对于步骤S02，求焦器50可通过对比多帧画面的对比度CrCk准确确定最焦对焦位 置。具体地，对比度最大的画面(成像最清晰)对应的对焦位置即为最佳对焦位置，即最邻近 曲线68峰值对应的对焦位置。具体地，求焦器50确定最佳对焦位置后，致动器30驱动成像镜 片12至最佳对焦位置实现对焦。
可以理解，本实施例的预设曝光时间还可以设为20ms及30ms，根据光环境的明暗程度而 定。如，若在暗环境中对焦，则预设曝光时间设为30ms，若在亮环境中对焦，则预设曝光时
6
间设为10ms。故，优选地，较佳实施例的对焦方法在遍历及曝光步骤(步骤S01)前，还包括 步骤
S00:选定预设曝光时间。
对于步骤SOO，可通过用户依据光环境的明暗程度进行选定(即选定n值，本实施例可选 定预设曝光时间为10ms、 20ms或30ms)。如，对焦系统100包括有用户界面(图未示)，用户界 面与MCU61连接，用户可通过用户界面选定预设曝光时间，并读入MCU61的曝光控制器40，从 而实现对预设曝光时间的选定。
当然，步骤SOO并不限于本实施例(由用户完成)， 一个可替代的方案为对焦系统100具 备自动选定预设曝光时间的功能。如，对焦系统100还包括有与亮度评定器(图未示)，亮度 评定器(如，光敏元件或与CCD20连接的信号处理装置)用于评定光环境的明暗程度并反馈给 MCU61 ， MCU61依据亮度评定器评定的光环境明暗程度选定预设曝光时间，从而实现对焦系统 IOO对预设曝光时间的自动选定。
可以理解，若对焦系统100用于其他光环境(即其他频率的电源产生的光环境)，则预设 曝光时间应对应设置。
由上可知，由于预设曝光时间设为预定周期的n/2倍，而预定周期的电源产生的光环境 的亮度变化周期为预定周期的1/2，故，本发明的对焦系统执行本发明的对焦方法在多个对 焦位置采用预设曝光时间曝光得到的多帧画面的亮度值总是相同，多帧画面的对比度随对焦 位置的变化规律变化，可通过对比多帧画面的对比度得到最佳对焦位置，实现正确对焦。
应该指出，上述实施例仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神 内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内
权利要求
1.一种对焦系统，其特征在于，该对焦系统包括镜头，用于对拍摄场景光学成像，该拍摄场景处于预定周期的电源产生的光环境中；电荷耦合器，用于感测该镜头的成像光信号并转化为电信号形式的画面；致动器，用于驱动该镜头遍历多个对焦位置；曝光控制器，用于控制该电荷耦合器在每个对焦位置采用预设曝光时间实现电子快门功能，以获得对应该多个对焦位置的多帧画面，该预设曝光时间为该预定周期的n/2倍且小于该电荷耦合器的垂直同步周期，其中，n为自然数；及求焦器，用于对比该多帧画面的对比度以获得最佳对焦位置实现对焦。
2. 如权利要求l所述的对焦系统，其特征在于，该预定曝光时间为 IO毫秒、20毫秒或30毫秒。
3. 如权利要求l所述的对焦系统，其特征在于，该预定曝光时间小 于33. 33毫秒。
4. 如权利要求l所述的对焦系统，其特征在于，该预定曝光时间由 用户预先选定。
5. 如权利要求l所述的对焦系统，其特征在于，该预定曝光时间由 该对焦系统自动选定。
6. 一种对焦方法，用于采用电荷耦合器的对焦系统，该对焦方法包 括如下步骤遍历多个对焦位置，在每个对焦位置采用预设曝光时间对拍摄场景进行曝光以获得对 应该多个对焦位置的多帧画面，该拍摄场景处于预定周期的电源产生的光环境中，该预设曝 光时间为该预定周期的n/2倍且小于该电荷耦合器的垂直同步周期，其中，n为自然数；及对比该多帧画面的对比度以获得最佳对焦位置实现对焦。
7. 如权利要求6所述的对焦方法，其特征在于，该预定曝光时间为 IO毫秒、20毫秒或30毫秒。
8. 如权利要求6所述的对焦方法，其特征在于，该预定曝光时间小 于33. 33毫秒。
9. 如权利要求6所述的对焦方法，其特征在于，该对焦方法在该遍 历及曝光步骤前，还包括步骤 选定预设曝光时间。
10. 如权利要求9所述的对焦方法，其特征在于，该选定步骤由用户 或该对焦系统完成。
全文摘要
本发明提供一种对焦系统及对焦方法。对焦系统包括镜头、电荷耦合器、致动器、曝光控制器及求焦器。对焦系统处于预定周期的电源产生的光环境中。曝光控制器用于控制电荷耦合器在多个对焦位置采用预设曝光时间曝光以获得多帧画面。预设曝光时间为预定周期的n/2倍且小于电荷耦合器的垂直同步周期，其中，n为自然数。由于预定周期的电源产生的光环境的亮度变化周期为该预定周期的1/2，故，对焦系统执行对焦方法在多个对焦位置采用该预设曝光时间曝光得到的多帧画面的亮度值总是相同，多帧画面的对比度随对焦位置的变化规律变化，可通过求焦器对比多帧画面的对比度得到最佳对焦位置，实现正确对焦。
文档编号G03B13/32GK101360188SQ20071020126
公开日2009年2月4日 申请日期2007年8月3日 优先权日2007年8月3日
发明者廖俸庆, 陈政勇 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司