基于可控制鏡頭傾斜的攝像裝置的三維快速自動對焦方法
【技術領域】
[0001] 本發明公開一種微型鏡頭對焦方法，特別是一種基于可控制鏡頭傾斜的攝像裝置 的三維快速自動對焦方法。
【背景技術】
[0002] 在傳統普通拍照裝置中，由于鏡頭焦平面與圖象傳感平面不平行的情況下圖象只 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，對其的操作通常 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。根據沙姆定律，在拍照裝置中，由于光軸傾斜可以改變鏡頭對景物調 焦平面的三維空間角度，使得調焦平面上的三維景物在二維影像平面上都有相同的清晰程 度，從可以而達到全區域對焦的目的。在大型拍照裝置中，手動調節的移軸鏡頭早已推出多 年。隨著具有高度集成的微型鏡頭傾斜或平移式光學防抖（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 果越來越接近普通數碼相機。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。而在這一類的攝像頭中，既然鏡頭光軸可以偏轉就可以實現類似大型 拍照裝置的沙姆操作和反沙姆操作移軸攝影的功能（參看申請公布號為CN103813104A的 專利）。
[0003] 雖然針對大型拍照裝置的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，限制了移軸對焦拍照設備的可操縱性及便攜性。此外，參看申請公布號為 CN103246131A的專利可見，已發明并公布的3維對焦技術算法復雜，自動對焦過程步驟冗 長且耗時過多也限制了 3維自動對焦方法的實際應用。
【發明內容】
[0004] 針對上述提到的現有技術中的三維對焦算法復雜的缺點，本發明提供了一套快速 三維快速對焦的算法可以快速實現三維移軸及對焦操作，通過辨識操作者感興趣的不同景 深位置上的對焦目標，經過算法計算獲得并控制鏡頭的二維偏轉傾角，已使得所拍攝的圖 像在操作者感興趣的目標點上的對焦效果自動快速達到最優，使得在一個畫面內拍攝行程 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他特別的傾斜攝影效果的 問題。
[0005] 本發明解決其技術問題采用的技術方案是：一種基于可控制鏡頭傾斜的攝像裝置 的三維快速自動對焦方法，該自動對焦方法包括下述步驟：
[0006] (1)、選擇兩個以上的對焦點，對焦點數量設為N，N彡2;
[0007] (2)、鏡頭沿z軸方向前后移動一遍后獲得相應的數據：A'（xA，yA)，B'（xB，yB)...... N'（xN，yN)以及fA，fB......fN，其中，N'（xN，yN)為對焦點N在影像傳感器上成像的位置坐標， 為對焦點N處清晰時鏡頭的行程；
[0008] (3)、將步驟⑵中獲取到的數據代入公式kfN=-XN0y+yN0x+kf，建立方程組，其 中，k為設定系數，0y為沿y軸傾斜角度，0x為沿X軸傾斜角度，f?為對焦時沿z軸前后移 動的行程；
[0009] (4)、求解步驟（3)中方程組，獲得使各個設定的對焦點同時清晰成像在影像傳感 器上時鏡頭所需要的偏轉角度9 x，9y及前后移動的行程f;
[0010] (5)、用步驟（4)中求得的該組參數值輸出驅動鏡頭，實現各個設定的目標對焦點 同時在圖像傳感器上獲得清晰的對焦。
[0011] 本發明解決其技術問題采用的技術方案進一步還包括：
[0012] 所述的&為鏡頭相對影像傳感器不作傾斜運動而僅作前后移動時的對焦動作時， 設定的目標對焦點會在行程為fN上獲得最清晰的成像。
[0013] 所述的在步驟（2)中，獲取數據時，假設由鏡頭的移動及轉動引起的目標影像點 位置在的影像傳感器上的變化為（Axa，AyA)，（Axb，AyB)及（Axc，Ayc)，當xa?Axa， xB>>Axb，yc>>Ayc，yA>>AyA，yB>>AyB，yc>>Ayc，則忽略由鏡頭的移動及轉動引起的目標影 像點位置在的影像傳感器上的變化。
[0014] 所述的k代表特定鏡頭及攝像裝置下行程與目標點的位移與目標點在影像傳感 器上成像的位移之間的比例關系，k根據標定實驗的方法獲得。
[0015] 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，提供了一種更 快速更實用的手機或便攜平板電腦的微型攝像頭鏡頭傾斜三維攝影的操作功能，通過在觸 摸平板上的操作或者自動根據選定的感興趣的目標區域來控制鏡頭實現自動對焦運動時， 除了普通便攜裝置攝像頭的鏡頭的位置（第1維度）還可以操作兩個正交方向的傾角（第 2、3維度），實現針對攝影目標平面不同景深的區域進行快速三維自動對焦操作的功能。與 以前的專利（參看CN103246131A)相比較可以看出，已公布的專利CN103246131A中的方法 會使鏡頭有一遍前后移動和兩遍偏轉鏡頭搜索的過程所需要的時間大約是普通自動對焦 馬達自動對焦過程中使鏡頭有一遍前后移動過程所需時間的3倍。而本發明的方法在鏡頭 的移動步驟上僅需要前后移動鏡頭一遍，所需要的時間及鏡頭移動過程與普通自動對焦馬 達相同，所以本發明的三維快速自動對焦相比先前的發明進步顯著而且極具實用價值。 [0016]另外，具有移軸拍照功能的高端大型拍照裝置通常是通過手動旋鈕等的操作來實 現對不同對焦區域的選擇，操作極其復雜，甚至需要專業訓練才可以完成。本發明針對該缺 陷，通過觸屏選擇或自動選擇目標來實現快速自動對目標區域的三維自動對焦，優點包括： 無需訓練，更快捷準確，及更具操作趣味性與實用性等。
[0017] 下面將結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明中采用的對焦馬達的立體結構示意圖。
[0019] 圖2為本發明中采用的對焦馬達的剖面結構示意圖。
[0020] 圖3為本發明通過傾斜鏡頭修正傾斜角影像前景物與影像關系示意圖。
[0021] 圖4為本發明通過傾斜鏡頭修正傾斜角影像后景物與影像關系示意圖。
[0022] 圖5為本發明鏡頭沿z軸移動成像過程中合適近焦B點焦距示意圖。
[0023] 圖6為本發明鏡頭沿z軸移動成像過程中合適中端A點焦距示意圖。
[0024] 圖7為本發明鏡頭沿z軸移動成像過程中合適遠焦C點焦距示意圖。
[0025]圖8為本發明通過傾斜鏡操作頭修正不同目標點的影像清晰度時鏡頭傾斜前示 意圖。
[0026] 圖9為本發明通過傾斜鏡操作頭修正不同目標點的影像清晰度時鏡頭沿y軸傾斜 后不意圖。
[0027] 圖10為本發明目標點在影像傳感器上的坐標位置