专利名称：数码成像设备的对焦方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数码成像领域，具体地，是一种数码成像设备的自动对焦方法及自动对焦装置。
背景技术：
现有的电子成像设备都设置有诸如CCD传感器或CMOS传感器等图像传感器，用于获取成像的图像。为了使得图像传感器获取的图像更加清晰，通常在图像传感器的前端设置透镜组，通过调节透镜组中多个透镜之间的距离来改变成像设备的成像焦距。当成像焦距改变时，图像传感器获得的图像清晰度不相同，因此调节透镜的距离，即改变成像设备的成像焦距，能够获得清晰度较高的图像。现有的一些成像设备的成像焦距可以通过手动调节，但手动调节操作较为复杂， 且容易存在误差，手动调节的成像焦距往往未必是最佳的成像焦距，导致图像的清晰度不佳。因此，现有的一些成像设备带有自动对焦装置，通过计算分析多张图像的清晰度来确定最佳的成像焦距。现有成像设备的自动对焦方法是先获取在不同成像焦距下形成的多张图像，然后通过计算分析多张图像的清晰度来确定一张清晰度最佳的图像，然后使用这张清晰度最佳的图像成像时的成像焦距作为最终确定的成像焦距。对图像清晰度的分析通常是对图像的对焦评价值的计算，即使用对焦评价函数计算每一张图像的对焦评价值，获取对焦评价值最大的一张图像。目前，应用于图像的对焦评价方法基本分为两种类型空域方法的和时域方法。空域方法主要是利用图像灰度值经过各种处理后的数值来表征图像清晰度，当图像清晰时，图像的细节和纹理丰富，在空域上表现为相邻像素的特征值，如灰度、颜色等变化较大。现在常见的几种空域对焦评价方法大多基于图像的梯度实现，包括灰度梯度函数、Robert梯度函数、Tenengrad函数、Prewitt梯度函数以及能量方差函数等。基于空域的对焦评价方法的运算量相对较小，但存在下面两个问题首先，上述算法在计算梯度时，对所有方向统一进行处理，没有进一步判断图像的纹理方向，容易造成误判；其次，计算梯度时所选取的图像区域较小，因此其抗噪性和准确度不高。因此，应用空域分析方法的自动对焦方法计算的成像焦距准确率不高，导致成像的图像清晰度不够。对于图像的频域分析方法，由于大多图像的能量大部分集中在图像频域的低频和中频段，但图像轮廓的锐度和纹理的丰富度取决于图像的高频成分，因此在图像清晰时，在频域表现为频谱的高频分量多。常用的频域对焦评价方法主要包括DFT、FFT、DCT以及小波变换等。现有的基于频域的对焦评价方法利用图像的整体性，评价较为准确，但计算量往往很大，对成像设备的硬件要求较高，导致成像设备的生产成本较高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种成像的图像清晰度高且对成像设备硬件要求较低的数码成像设备的对焦方法。本发明的另一目的是提供一种成像焦距计算准确且使成像设备生产成本较低的数码成像设备的对焦装置。为了实现上述的主要目的，本发明提供的数码成像设备对焦方法包括连续调节数码成像设备的成像焦距，获取二张以上图像的数据，每一图像在不同的焦距下获得，并且，获取每一图像的至少一个区域内多个像素的色彩值，根据每一像素的色彩值计算每一像素的水平纹理值及垂直纹理值，并根据水平纹理值及垂直纹理值计算每一像素的对焦评价值，根据每一图像的多个像素的对焦评价值计算图像的对焦评价值，以多张图像中对焦评价值最大的一张图像获得时的焦距作为数码成像设备的成像焦距。由上述方案可见，计算图像的对焦评价值是使用多个像素的对焦评价值计算的，且每一像素的对焦评价值是根据像素的水平纹理值及垂直纹理值确定，因此计算图像的梯度时考虑了图像两个方向的纹理分布情况，计算的图像清晰度更为准确，从而确定的成像焦距也较为准确。此外，对焦方法不需要对图像的频域进行分析，计算量较小，对成像设备 的硬件资源要求较小，使成像设备的生产成本较低。一个优选的方案是，获取图像的一个区域内多个像素的色彩值的步骤是将图像划分为多个子区域，选取其中至少一个子区域内的多个像素，获取所选取的像素的色彩值。由此可见，对焦方法并不一定计算整张图像所有像素的色彩值来判断图像的清晰度，而可以仅仅是通过获取其中一部分图像来计算清晰度，因此本方法的计算量较小，计算速度快，工作效率高。进一步的方案是，计算像素的对焦评价值的步骤是判断水平纹理值与方向判断阈值之和是否小于垂直纹理值，如是选取垂直纹理值作为像素的对焦评价值，否则，判断垂直纹理值与方向判断阈值之和是否小于水平纹理值，如是选取水平纹理值作为像素的对焦评价值，否则，若水平纹理值与垂直纹理值不满足上述两种关系，将像素的对焦评价值设定为无效值。可见，计算像素的对焦评价值时考虑像素的水平纹理值及垂直纹理值，这样避免仅对像素的一个方向上的纹理进行计算分析的问题，计算的图像清晰度更为准确，使成像焦距的计算也更为准确。更进一步的方案是，方向判断阈值的数量为二个以上，分别对应于数码成像设备的二种以上的对焦模式。由此可见，根据成像设备的不同对焦模式选取不同的方向判断阈值，使像素的对焦评价值更为准确，从而也使成像焦距的计算也更为准确。为实现上述的另一目的，本发明提供的数码成像设备的对焦装置包括图像获取模块、对焦评价值计算模块以及成像焦距确定模块，图像获取模块用于获取数码成像设备在连续调节成像焦距时二张以上图像的数据，每一图像在不同的焦距下获得，对焦评价值计算模块用于获取每一图像的至少一个区域内多个像素的色彩值，根据每一像素的色彩值计算每一像素的水平纹理值及垂直纹理值，并根据水平纹理值及垂直纹理值计算每一像素的对焦评价值，根据每一图像的多个像素的对焦评价值计算图像的对焦评价值，成像焦距确定模块用于以多张图像中对焦评价值最大的一张图像获取时的焦距作为数码成像设备的成像焦距。
由上述方案可见，数码成像设备的对焦装置通过计算像素的水平纹理值及垂直纹理值来计算像素的对焦评价值，考虑了两个不同方向上的图像纹理分布，计算的图像清晰度较为准确，确定的成像焦距也较为准确。同时，对焦装置不需要对图像的频域进行分析计算，计算量较小，对数码成像设备的硬件资源要求较低，使数码成像设备的生产成本较低。
图I是本发明数码成像设备的对焦装置第一实施例的结构框图。图2是本发明数码成像设备的对焦方法第一实施例的流程图。图3是本发明数码成像设备的对焦方法第一实施例中图像区域内每一像素raw数值的示意图。图4是应用本发明数码成像设备的对焦方法第一实施例及现有对焦方法计算的 多张图像的对焦评价值变化曲线图。图5是本发明数码成像设备的对焦方法第二实施例中图像区域内每一像素灰度值的示意图。以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施例方式本发明的对焦方法及对焦装置应用在数码成像设备中，如数码相机、手机、平板电脑等具有数码成像功能的设备。第一实施例
参见图1，本实施例的对焦装置具有图像获取模块11、图像分割模块12、对焦评价值计算模块13以及成像焦距确定模块17，其中对焦评价值计算模块13具有纹理值计算模块14、像素对焦评价值计算模块15以及图像对焦评价值计算模块16。下面结合图2说明对焦装置中各个模块的工作原理。使用对焦装置进行对焦时，成像设备首先执行步骤Si，数码成像设备调节成像焦距，由图像获取模块11获取一张图像的数据，并由图像分割模块12对获得的图像进行分割，即将一张完整的图像分割成多个子图像。图像的分割可以是将图像均等地分割，也可以是按照一定的纹理或规律对图像进行不均等的分割。然后，成像设备执行步骤S2，获取分割后图像的一张或多张子图像，由对焦评价值计算模块13对每一张图像的对焦评价值进行计算。由于每一张图像均由多个像素组成，分割后的子图像通常是包含有多个像素，对图像的对焦评价值进行计算时需要计算每一像素的水平纹理值以及垂直纹理值。纹理值计算模块14计算一个像素的水平纹理值及垂直纹理值前，首先需要获得该像素的色彩值，如像素的图像raw数值，raw数值是由CCD或CMOS等图像传感器获得的未经加工处理的数据，且raw数值是使用8位或10位等二进制数表示的像素色彩值的数据，色彩值的数据是使用红色(R)色彩值、绿色(G)色彩值或蓝色(B)色彩值表示的数据。如图3所述的一个5X5的像素矩阵中，每一个像素均具有自己的raw数值，第一行第一列的像素的raw数值是G11，其使用绿色色彩值表示，第一行第二列的像素的raw数值是Rl2，其使用红色色彩值表示，第二行第一列的像素的raw数值是B21，且使用蓝色色彩值表示，如此类推。获取一个子图像内的每一像素的raw数值后，计算每一像素的水平纹理值hor以及垂直纹理值ver，即执行步骤S3。如计算第三行第三列的像素的水平纹理值hor33，可以使用式I计算
权利要求
1.数码成像设备的对焦方法，包括 连续调节数码成像设备的成像焦距，获取二张以上图像的数据，每一所述图像在不同的焦距下获得； 其特征在于 获取每一所述图像的至少一个区域内多个像素的色彩值，根据每一所述像素的所述色彩值计算每一所述像素的水平纹理值及垂直纹理值，并根据所述水平纹理值及所述垂直纹理值计算每一所述像素的对焦评价值； 根据每一所述图像的多个所述像素的对焦评价值计算所述图像的对焦评价值，以多张所述图像中对焦评价值最大的一张图像获得时的焦距作为数码成像设备的成像焦距。
2.根据权利要求I所述的数码成像设备的对焦方法，其特征在于 获取所述图像的一个区域内多个像素的色彩值的步骤是将所述图像划分为多个子区域，选取其中至少一个子区域内的多个像素，获取所选取的所述像素的色彩值。
3.根据权利要求I或2所述的数码成像设备的对焦方法，其特征在于 所述色彩值为所述像素的图像raw数值或所述像素的灰度值。
4.根据权利要求I或2所述的数码成像设备的对焦方法，其特征在于 所述色彩值为所述像素的RGB数值。
5.根据权利要求4所述的数码成像设备的对焦方法，其特征在于 计算所述像素的所述水平纹理值的步骤是计算所述像素的三色水平纹理值，并计算三色水平纹理值的平均值作为所述水平纹理值； 计算所述像素的所述垂直纹理值的步骤是计算所述像素的三色垂直纹理值，并计算三色垂直纹理值的平均值作为所述垂直纹理值。
6.根据权利要求I或2所述的数码成像设备的对焦方法，其特征在于 计算所述像素的对焦评价值的步骤是 判断所述水平纹理值与方向判断阈值之和是否小于所述垂直纹理值，如是选取所述垂直纹理值作为所述像素的对焦评价值； 判断所述垂直纹理值与所述方向判断阈值之和是否小于所述水平纹理值，如是选取所述水平纹理值作为所述像素的对焦评价值； 若所述水平纹理值与所述垂直纹理值不满足上述两种关系，将所述像素的对焦评价值设定为无效值。
7.根据权利要求6所述的数码成像设备的对焦方法，其特征在于 所述方向判断阈值的数量为二个以上，分别对应于数码成像设备的二种以上的对焦模式。
8.数码成像设备的对焦装置，包括 图像获取模块，用于获取数码成像设备在连续调节成像焦距时二张以上图像的数据，每一所述图像在不同的焦距下获得； 其特征在于 对焦评价值计算模块，用于获取每一所述图像的至少一个区域内多个像素的色彩值，根据每一所述像素的所述色彩值计算每一所述像素的水平纹理值及垂直纹理值，并根据所述水平纹理值及所述垂直纹理值计算每一所述像素的对焦评价值，根据每一所述图像的多个所述像素的对焦评价值计算所述图像的对焦评价值； 成像焦距确定模块，用于以多张所述图像中对焦评价值最大的一张图像获取时的焦距作为数码成像设备的成像焦距。
9.根据权利要求8所述的数码成像设备的对焦装置，其特征在于 还包括图像分割模块，用于将所述图像获取模块获得的每一所述图像划分为多个子图像。
10.根据权利要求8或9所述的数码成像设备的对焦装置，其特征在于 所述对焦评价值计算模块内设有用于计算每一所述图像水平纹理值及垂直纹理值的纹理值计算模块。
全文摘要
本发明提供一种数码成像设备的对焦方法及装置，该方法包括连续调节数码成像设备的成像焦距，获取多张图像的数据，每一图像在不同的焦距下获得，并且，获取每一图像的至少一个区域内多个像素的色彩值，根据每一像素的色彩值计算每一像素的水平纹理值及垂直纹理值，并根据水平纹理值及垂直纹理值计算每一像素的对焦评价值，根据每一图像的多个像素的对焦评价值计算图像的对焦评价值，以多张图像中对焦评价值最大的一张图像获得时的焦距作为数码成像设备的成像焦距。该装置是应用上述的对焦方法实现对成像设备的焦距调节。本发明能快速、准确地计算成像设备最佳的成像焦距，实现自动对焦，且对成像设备的硬件资源要求不高，降低成像设备的生产成本。
文档编号H04N9/04GK102891966SQ201210421600
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者孙文福, 杨帆 申请人:珠海全志科技股份有限公司