通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法
【專利摘要】一種通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，該方法包括下述步驟：A、利用鏡頭采集拍攝目標的影像，并通過影像傳感器轉換成電信號，在觸摸顯示屏上顯示；B、操作者通過觸摸屏對對焦點進行選定；C、鏡頭自動選擇偏移方向，或操作者在觸摸屏上滑動，指示鏡頭偏轉方向；D、進行z軸自動對焦；E、進行Rx軸以及Ry軸自動對焦。本發明通過在觸摸平板上的操作，根據選定的感興趣的目標區域來控制鏡頭運動，實現針對操作者在觸屏選定的不同景深的區域進行3維自動對焦操作的功能。而且，本發明通過觸屏選擇來實現自動對感興趣目標區域的自動對焦，更快捷、更準確、無需訓練，及更具操作趣味性等。
【專利說明】通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法
【技術領域】
[0001]本發明公開一種鏡頭對焦方法，特別是一通通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法。
【背景技術】
[0002]隨著微型攝像頭的發展，以及具有高度集成的微型OIS技術的出現，五百萬及更高像素分辨率的微型攝像頭在觸屏手機、平板電腦等便攜設備上的實現使得手機的拍照效果越來越接近數碼相機，從功能上也越來越接近大型拍照裝置的功能，比如通過平移或者旋轉鏡頭來實現光學防抖(OIS)等等(參看專利:PCT/CN2008/072680)。不少國際知名的微型集成攝像頭廠家都陸續推出了基于鏡頭旋轉的光學防抖對焦馬達的攝像頭，也逐步被一些知名的手機廠商采用。但是，目前的基于鏡頭旋轉的微型集成光學防抖對焦馬達的攝像頭應用主要是在于光學防抖及自動對焦等功能。
[0003]在傳統普通拍照裝置中，由于鏡頭焦平面與圖像傳感平面不平行的情況下，圖像只能清晰顯示某一特定的對焦區域，而具配備有移軸鏡頭的大型拍照裝置，其具有莎姆操作和反莎姆操作移軸攝影的功能。雖然針對大型拍照裝置，移軸鏡頭已推出多年。但礙于鏡頭的重量和體積問題及操作方式等問題，限制了自動3維多區對焦拍照設備的可操縱性及便攜性。而且，對具配備有移軸鏡頭的大型拍照裝置的操作通常是通過旋鈕來實現，需要較強的專業知識來進行操作而且操作過程復雜，甚至是需要專業的培訓才可以完成。
【發明內容】
[0004]針對上述提到的現有技術中的微型攝像頭不能實現多點同時對焦的缺點，本發明提供一種在配備了觸屏操作界面及鏡頭旋轉光學防抖功能的微型集成攝像頭的智能手機或便攜平板類裝置上，通過操作觸屏界面來操縱鏡頭使得在一個畫面內拍攝距離不同的幾個感興趣的目標物體時同時獲得清晰聚焦或者獲得其它特別的傾斜攝影效果的方法，其聯合具有鏡頭旋轉光學防抖功能的微型集成攝像頭及目前智能手機及平板電腦普遍采用的觸屏技術，利用觸屏界面操作來操縱具有鏡頭旋轉功能的微型集成攝像頭實現多點同時對焦。
[0005]本發明解決其技術問題采用的技術方案是:一種通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，該方法包括下述步驟:
A、利用鏡頭采集拍攝目標的影像，并通過影像傳感器轉換成電信號，在觸摸顯示屏上顯示；
B、操作者通過觸摸屏選定一個或一個以上的對焦點；
C、進行z軸自動對焦；
D、進行Rx軸自動對焦；
E、進行Ry軸自動對焦。
[0006]本發明解決其技術問題采用的技術方案進一步還包括: 所述的Z軸自動對焦時,具體步驟如下:
C-1、改變鏡頭的行程至行程I ;
C-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定；
C-3、攝取影像；
C-4、計算操作者選擇的對焦區域中的任意一個，或者是指定的特定對焦點影像的銳利
度；
C-5、改變行程到下一個行程2，重復步驟C-2至C-4，直至行程數目大于或等于總行程數目；
C-6、找出擁有最大銳利度的行程，確定該行程為最佳行程；
C-7、改變鏡頭行程為最佳行程。
[0007]所述的進行Rx軸自動對焦時,具體步驟如下:
D-1、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角；
D-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定；
D-3、攝取影像；
D-4、計算操作者選擇的對焦區域影像的銳利度；
D-5、改變Rx方向上的傾斜角到下一個傾斜角，重復步驟D-2至D-4，直至行程數目大于或等于總Rx方向上傾斜角數目；
D-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；
D-7、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角為最佳Rx方向上的傾斜角。
[0008]所述的進行Ry軸自動對焦時，具體步驟如下:
E-1、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角；
E-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定；
E-3、攝取影像；
E-4、計算操作者選擇的對焦區域影像的銳利度；
E-5、改變Ry方向上的傾斜角到下一個傾斜角，重復步驟E-2至E-4，直至行程數目大于或等于總Ry方向上傾斜角數目；
E-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；
E-7、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角為最佳Ry方向上的傾斜角。
[0009]所述的選擇對焦點時，在攝像頭視場范圍內同時選取多個區域及逐步選取多個區域等。
[0010]本發明還有另一種實現方案:一種通過觸屏操作實現移軸攝影方法，該方法包括下述步驟:
A、利用鏡頭采集拍攝目標的影像，并通過影像傳感器轉換成電信號，在觸摸顯示屏上顯示; B、操作者通過觸摸屏對對焦點進行選定；
C、進行z軸自動對焦；
D、操作者在觸摸屏上滑動,指示鏡頭偏轉方向；
本發明解決其技術問題采用的技術方案進一步還包括:
所述的z軸自動對焦時,具體步驟如下:
D-1、改變鏡頭的行程至行程I ;
D-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定；
D-3、攝取影像；
D-4、計算操作者選擇的對焦區域中的任意一個，或者是指定的特定對焦點影像的銳利
度；
D-5、改變行程到下一個行程2，重復步驟D-2至D-4，直至行程數目大于或等于總行程數目；
D-6、找出擁有最大銳利度的行程，確定該行程為最佳行程；
D-7、改變鏡頭行程為最佳行程。
[0011 ] 所述的進行Rx軸以及Ry軸的操作時，根據步驟C中操作者劃取的傾斜方向，將其轉換成鏡頭的傾斜方向，其中包括Rx軸與Ry軸的傾斜比例。
[0012]所述的鏡頭的傾斜時根據操作者劃取的距離，實現鏡頭的偏移角度轉換；或操作者劃取屏幕時，鏡頭隨之轉動，當操作者停止滑動時，鏡頭也停止轉動。
[0013]所述的對焦點選擇時在攝像頭視場范圍內同時選取一個或多個區域或者逐個選取一個或多個區域。
[0014]本發明的有益效果是:本發明與傳統的便攜裝置攝像頭應用相比，提供了一種全新的手機或便攜平板電腦的微型攝像頭操作功能，其通過在觸摸平板上的操作，根據選定的感興趣的目標區域來控制鏡頭運動，除了普通便攜裝置攝像頭的鏡頭的位置(第I維度)還可以操作兩個正交方向的傾角(第2、3維度)，實現針對操作者在觸屏選定的不同景深的區域進行3維自動對焦操作的功能。而且，本發明通過觸屏選擇來實現自動對感興趣目標區域的自動對焦，更快捷、更準確、無需訓練，及更具操作趣味性等。
[0015]下面將結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明中采用的可控制鏡頭傾斜的對焦馬達立體結構示意圖。
[0017]圖2為本發明中采用的可控制鏡頭傾斜的對焦馬達剖面結構示意圖。
[0018]圖3為本發明中通過傾斜鏡頭修正傾斜角影像修正前示意圖。
[0019]圖4為本發明中通過傾斜鏡頭修正傾斜角影像修正后示意圖。
[0020]圖5為本發明對觸屏輸入的多選定區域自動對焦例子示意圖。
[0021]圖6為本發明觸點滑動手動控制鏡頭偏轉的例子示意圖。
[0022]圖7為本發明觸屏輸入下的3維多區自動對焦流程圖。
[0023]圖8為本發明觸屏滑動輸入下的鏡頭傾斜手動控制流程圖。【具體實施方式】
[0024]本實施例為本發明優選實施方式，其它凡其原理和基本結構與本實施例相同或近似的，均在本發明保護范圍之內。
[0025]請參看附圖1和附圖2，本發明所采用的可控制鏡頭的對焦馬達包括:鏡頭101、可控制鏡頭傾斜的對焦馬達102和影像傳感器103，鏡頭101對應于影像傳感器103設置，對焦馬達102設置在影像傳感器103外側，用于控制鏡頭101運動。鏡頭101在馬達102的控制下，自由度至少是三維，并包括Z軸平移方向，Rx軸方向轉動和Ry軸方向轉動。本實施例中，鏡頭101可以由一個或多個鏡片組成，具體實施時，可采用現有的鏡頭技術進行鏡頭指頭，鏡頭101采用常規的鏡頭。請參看附圖3，當目標201傾斜時，在凸透鏡頭組202沒有傾斜的時候，成像204可能會因為影像超出景深而無法全區域聚焦，本實施例中的目標可以是由一個或多個對象組成，其中，凸透鏡頭組202相等于在單鏡頭系統中的鏡頭101。請參看附圖4,通過馬達102,調整鏡頭101的傾斜角，根據沙姆定律(Scheimpflug principle,參見GB Patent CN103246131 A)，到達新的凸透鏡頭組方向212，以及新的成像214，以達到全區域聚焦。
[0026]本發明的核心為一種采用上述的馬達機構的一種采用觸摸屏輸入的獲取操作者感興趣的不同景深位置上的對焦目標，控制鏡頭的二維偏轉傾角，以使得所拍攝的圖像在操作者感興趣的目標點上的對焦效果自動達到最優的方法，請結合參看附圖5至附圖8，本發明主要包括下述步驟:
A、利用鏡頭101采集拍攝目標的影像，并通過影像傳感器103轉換成電信號，在觸摸顯示屏上顯示；
B、操作者通過觸摸屏對 對焦點進行選定，選定時可在攝像頭視場范圍305(通常為顯示屏顯示的圖像范圍)內同時選取多個區域及逐步選取多個區域等。本實施例中，以三個對焦區域為例進行具體說明，分別為觸摸區域301、302和303，三個對焦區域分別為操作者手指304選定的區域，具體實施時，也可以通過一個或多個輸入點來選取一個或多個目標區域。
[0027]C、進行z軸自動對焦，z軸自動對焦時,具體步驟如下:
C-1、改變鏡頭的行程至行程1，本實施例中的行程的定義為鏡頭在z軸上的相對位置，行程的參考位置可以為影像傳感器103或馬達沒有通電時鏡頭101的位置；
C-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定，由于當鏡頭101位置未固定時，圖像的清晰度無法穩定下來，通常，鏡頭101在迅速移動到某個位置時，由于慣性等因素，鏡頭101還會在該位置附近前后擺動一段時間，此時的圖像也無法對焦清楚，因此需要等待一段時間，直到圖像清楚，具體的等待時間與整個系統的多項參數以及鏡頭性能有關，大約為幾十到上百毫秒左右，總之，越短越好。
[0028]C-3、攝取影像；
C-4、計算操作者選擇的對焦區域中的任意一個,或者是指定的特定對焦點(操作者在操作時指定此步驟對焦點)影像的銳利度(sharpness)；
C-5、改變行程到下一個行程2，重復步驟C-2至C-4，直至行程數目大于或等于總行程數目，本實施例中，通常的鏡頭101的一個行程一般為幾十微米左右，常規的可選擇30-80微米； C-6、找出擁有最大銳利度的行程，確定該行程為最佳行程；
C-7、改變鏡頭行程為最佳行程。
[0029]D、進行Rx軸自動對焦或進行Ry軸自動對焦，對焦時鏡頭101需要進行旋轉操作，此步操作時，以步驟C中確定的清晰點為基準旋轉，即進行Rx軸自動對焦或進行Ry軸自動對焦時，不會影響步驟C中確定的對焦點的清晰度；
D-1、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角；
D-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定；
D-3、攝取影像；
D-4、計算操作者選擇的所有對焦區域影像的銳利度；
D-5、改變Rx方向上的傾斜角到下一個傾斜角，重復步驟D-2至D-4，直至行程數目大于或等于總Rx方向上傾斜角數目，本實施例中，通常的鏡頭101的一次傾斜角可選擇3?10° ;
D-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；
D-7、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角為最佳Rx方向上的傾斜角。
[0030]E、進行Ry軸自動對焦或進行Rx軸自動對焦,對焦時鏡頭101需要進行旋轉操作，此步操作時，以步驟C中確定的清晰點為基準旋轉，即進行Rx軸自動對焦或進行Ry軸自動對焦時，不會影響步驟C中確定的對焦點的清晰度，
E-1、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角；
E-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定；
E-3、攝取影像；
E-4、計算操作者選擇的對焦區域影像的銳利度；
E-5、改變Ry方向上的傾斜角到下一個傾斜角，重復步驟E-2至E-4，直至行程數目大于或等于總Ry方向上傾斜角數目，本實施例中，通常的鏡頭202的一次傾斜角可選擇3?10° ;
E-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；
E-7、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角為最佳Ry方向上的傾斜角。
[0031]本發明中還有另一種實現方式，其基本上和本實施例中的步驟相近似，具體如下:
A、利用鏡頭101采集拍攝目標的影像，并通過影像傳感器103轉換成電信號，在觸摸顯示屏上顯示；
B、操作者通過觸摸屏對對焦點進行選定，選定時可在攝像頭視場范圍405(通常為顯示屏顯示的圖像范圍)內同時選取多個區域及逐步選取多個區域等。本實施例中，以三個對焦區域為例進行具體說明，分別為觸摸區域401、402和403，三個對焦區域分別為操作者手指404選定的區域，具體實施時，也可以通過一個或多個輸入點來選取一個或多個目標區域。
[0032]C、進行z軸自動對焦，z軸自動對焦時,具體步驟如下:
C-1、改變鏡頭的行程至行程1，本實施例中的行程的定義為鏡頭在z軸上的相對位置，行程的參考位置可以為影像傳感器103或馬達沒有通電時鏡頭101的位置；C-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定，由于當鏡頭101位置未固定時，圖像的清晰度無法穩定下來，通常，鏡頭101在迅速移動到某個位置時，由于慣性等因素，鏡頭101還會在該位置附近前后擺動一段時間，此時的圖像也無法對焦清楚，因此需要等待一段時間，直到圖像清楚，具體的等待時間與整個系統的多項參數以及鏡頭性能有關，大約為幾十到上百毫秒左右，總之，越短越好。
[0033]C-3、攝取影像；
C-4、計算操作者選擇的對焦區域中的任意一個，或者是指定的特定對焦點影像的銳利度(shaprness)；
C-5、改變行程到下一個行程2，重復步驟D-2至D-4，直至行程數目大于或等于總行程數目，本實施例中，通常的鏡頭101的一個行程一般為幾十微米左右，常規的可選擇30-80微米；
C-6、找出擁有最大銳利度的行程，確定該行程為最佳行程；
C-7、改變鏡頭行程為最佳行程。
[0034]D、操作者手指404在觸摸屏上滑動，指示鏡頭偏轉方向406 (X軸)、407 (Y軸)或408 (X軸和Y軸間的任意角度)；
Ε、根據步驟D中操作者劃取的傾斜方向，將其轉換成鏡頭的傾斜方向，其中包括Rx軸與Ry軸的傾斜比例，根據操作者劃取的距離，實現鏡頭的偏移角度轉換，即操作者在屏幕上劃取多長距離轉換成鏡 頭傾斜角度偏轉多少度，如:操作者在屏幕上劃取1cm，相應的鏡頭101旋轉3°，具體實施時，也可以根據實際需要具體設定。本實施例中，以劃取距離轉化成鏡頭傾斜角度，具體實施時，也可以實時轉動，即操作者劃取屏幕時，鏡頭隨之轉動，當操作者停止滑動時，鏡頭也停止轉動。從而可獲取到操作者想要的影像及特殊的拍照效果。
[0035]上述實施例中，以在Rx和Ry兩個方向同時調整為例進行具體說明，具體實施時，也可以先調整一個軸上的方向，再調整另一個軸上的方向。
[0036]本發明通過觸屏操作獲取，或通過觸屏操作直接手動控制鏡頭偏轉傾角實現莎姆操作和反莎姆操作移軸攝影的功能。
[0037]本發明與傳統的便攜裝置攝像頭應用相比，提供了一種全新的手機或便攜平板電腦的微型攝像頭操作功能，其通過在觸摸平板上的操作，根據選定的感興趣的目標區域來控制鏡頭運動，除了普通便攜裝置攝像頭的鏡頭的位置(第I維度)還可以操作兩個正交方向的傾角(第2、3維度)，實現針對操作者在觸屏選定的不同景深的區域進行3維自動對焦操作的功能。而且，本發明通過觸屏選擇來實現自動對感興趣目標區域的自動對焦，更快捷、更準確、無需訓練，及更具操作趣味性等。
【權利要求】
1.一種通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的方法包括下述步驟: A、利用鏡頭采集拍攝目標的影像，并通過影像傳感器轉換成電信號，在觸摸顯示屏上顯示； B、操作者通過觸摸屏選定一個或一個以上的對焦點； C、進行z軸自動對焦； D、進行Rx軸自動對焦； E、進行Ry軸自動對焦。
2.根據權利要求1所述的通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的z軸自動對焦時，具體步驟如下: C-1、改變鏡頭的行程至行程I ; C-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定； C-3、攝取影像； C-4、計算操作者選 擇的對焦區域中的任意一個，或者是指定的特定對焦點影像的銳利度； C-5、改變行程到下一個行程2，重復步驟C-2至C-4，直至行程數目大于或等于總行程數目； C-6、找出擁有最大銳利度的行程，確定該行程為最佳行程； C-7、改變鏡頭行程為最佳行程。
3.根據權利要求1所述的通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的進行Rx軸自動對焦時，具體步驟如下: D-1、改變鏡頭Rx方向上的傾斜角； D-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定； D-3、攝取影像； D-4、計算操作者選擇的對焦區域影像的銳利度； D-5、改變Rx方向上的傾斜角到下一個傾斜角，重復步驟D-2至D-4，直至行程數目大于或等于總Rx方向上傾斜角數目； D-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； D-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.根據權利要求1所述的通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的進行Ry軸自動對焦時，具體步驟如下: E-1、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角； E-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定； E-3、攝取影像； E-4、計算操作者選擇的對焦區域影像的銳利度；E-5、改變Ry方向上的傾斜角到下一個傾斜角，重復步驟E-2至E-4，直至行程數目大于或等于總Ry方向上傾斜角數目； E-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； E-7、改變鏡頭Ry方向上的傾斜角為最佳Ry方向上的傾斜角。
5.根據權利要求1所述的通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的選擇對焦點時，在攝像頭視場范圍內同時選取多個區域及逐步選取多個區域等。
6.一種通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的方法包括下述步驟: A、利用鏡頭采集拍攝目標的影像，并通過影像傳感器轉換成電信號，在觸摸顯示屏上顯示； B、操作者通過觸摸屏對對焦點進行選定； C、進行z軸自動對焦； D、操作者在觸摸屏上滑動,指示鏡頭偏轉方向。
7.根據權利要求6所述的通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的z軸自動對焦時，具體步驟如下: D-1、改變鏡頭的行程至行程I ; D-2、直至影像傳感器上的影像穩定位置，通過等待一個固定的時間，或觀察影像來決定影像是否穩定； D-3、攝取影像； D-4、計算操作者選擇的對焦區域中的任意一個，或者是指定的特定對焦點影像的銳利度； D-5、改變行程到下一個行程2，重復步驟D-2至D-4，直至行程數目大于或等于總行程數目； D-6、找出擁有最大銳利度的行程，確定該行程為最佳行程； D-7、改變鏡頭行程為最佳行程。
8.根據權利要求6所述的通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的進行Rx軸以及Ry軸自動對焦時，根據步驟C中操作者劃取的傾斜方向，將其轉換成鏡頭的傾斜方向，其中包括Rx軸與Ry軸的傾斜比例。
9.根據權利要求8所述的通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的鏡頭的傾斜時根據操作者劃取的距離，實現鏡頭的偏移角度轉換；或操作者劃取屏幕時，鏡頭隨之轉動，當操作者停止滑動時，鏡頭也停止轉動。
10.根據權利要求6所述的通過觸屏操作實現移軸攝影及3維多區自動對焦的方法，其特征是:所述的對焦點選擇時在攝像頭視場范圍內同時選取一個或多個區域或者逐個選取一個或多個區域。
【文檔編號】G06F3/0488GK103813104SQ201410089511
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】劉錦潮, 劉志遠, 麥練智, 肖順利 申請人:愛佩儀光電技術（深圳）有限公司