SISTEMA DE IMAGEN DE ENFOQUE AUTOMATICO.

Un sistema de imagen de enfoque automático que incluye un sensor de imagen acoplado a un controlador.

El sensor de imagen capta una imagen que tiene al menos un borde con una anchura. El controlador genera una señal de enfoque que es una función de la anchura de borde. Una lente recibe la señal de enfoque y ajusta un enfoque. La anchura de borde se puede determinar mediante diversas técnicas como el uso de gradientes. Un histograma de las anchuras de borde se puede utilizar para determinar si una determinada imagen está enfocada o desenfocada. Un histograma con una gran población de pequeñas anchuras de borde es indicativo de una imagen enfocada.

SISTEMA DE IMAGEN DE ENFOQUE AUTOMÁTICO

Referencia a Aplicaciones Relacionadas Esta solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud Provisional de 5 EE.UU. nO 61/000, 053, presentada el 22 de octubre de 2007, y de la Solicitud No-Provisional de EE.UU. nO 12/082, 577, presentada el11 de abril 2008.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

1. Campo de la Invención La materia divulgada en general se refiere a auto-enfocar las imágenes 10 capturadas por medios electrónicos.

2. Antecedentes Material fotográfico como cámaras digitales y videocámaras digitales pueden contener sensores de imagen electrónicas que capturan la luz para procesamiento en imágenes fijas o de vídeo, respectivamente. Sensores de imagen electrónicos normalmente contienen millones de elementos de captura de la luz como fotodiodos. Muchos dispositivos de captura de imagen como cámaras incluyen un sistema de enfoque automático. El proceso de auto-enfoque incluye los pasos de capturar una imagen, procesar la imagen para determinar si está en foco, y

si no, generar una señal de retroalimentación que se utiliza para variar el enfoque de la lente del dispositivo. Hay dos técnicas principales para autoenfoque. La primera técnica consiste en medir el contraste, la otra técnica se basa en las diferencias de fase entre pares de imágenes. En el método de contraste, la diferencia de intensidad entre píxeles adyacentes se analiza y el

enfoque se ajusta hasta que un máximo de contraste se detecta. Aunque aceptable para imágenes fijas, la técnica de contraste no es adecuada para vídeo en movimiento. El método de diferencia de fase incluye la división de una imagen de entrada en dos imágenes que son captadas por sensores de imagen 3 O separados. Las dos imágenes son comparadas para determinar una diferencia de fase. El enfoque se ajusta hasta que las dos imágenes coinciden. El método de diferencia de fase requiere de componentes adicionales, tales como divisores de haz y un sensor de imagen adicional. Además, el enfoque de diferencia de fase analiza un grupo relativamente pequeño de puntos fijos de detección. Tener un pequeño grupo de puntos de detección es propenso a error, porque el ruido puede ser sobrepuesto a uno o más puntos. Esta técnica es también ineficaz si los puntos de detección no coinciden con un borde de la

imagen. Por último, dado que el método de diferencia de fase divide la luz, la cantidad de luz que incide sobre un sensor de luz se corta por la mitad. Esto puede ser problemático en débiles situaciones donde la intensidad de la luz de la imagen ya es baja.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCiÓN

Un sistema de imagen de enfoque automático que incluye un sensor de imagen, acoplado a un controlador. El sensor de imagen capta una imagen que tiene al menos un borde con una anchura. El controlador genera una señal de enfoque que es una función de la anchura de borde.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es una ilustración de un sistema de imagen de enfoque automático;

La Figura 2 es un diagrama de flujo que muestra un proceso de enfoque automático;

La Figura 3 es un esquema que muestra un controlador del sistema;

O La Figura 4 es un esquema de otra realización del controlador;

La Figura 5 es un esquema de otra realización del controlador;

La Figura 6 es una gráfica que muestra la respuesta de impulso de un filtro de Gauss;

La Figura 7a es una gráfica que muestra un filtro de umbral;

La Figura 7b es una ilustración que muestra gradientes horizontales y verticales de una pluralidad de píxeles de imagen;

La Figura 7c es una ilustración que muestra bordes horizontales; La Figura 7d es una ilustración que muestra bordes verticales;

Las Figuras 8a y b son ilustraciones que muestran los gradientes de una pluralidad de píxeles en una relación de cerca de 45 grados a bordes verticales y horizontales;

Las Figuras 8c y d son ilustraciones que muestran las identificaciones de borde rotas de la matriz de píxeles mostrados en las Figuras. 8a y 8b;

La Figura 8e es una ilustración que muestra la identificación de los bordes verticales por medio de histéresis de gradiente;

La Figura 8f es una ilustración que muestra la identificación de bordes 10 horizontales por medio de histéresis de gradiente;

La Figura 9 es un diagrama de flujo que muestra un proceso que determina una anchura de borde;

La Figura 10a es una ilustración que muestra los píxeles de un borde seleccionado;

La Figura 10b es una ilustración que muestra los píxeles que tienen gradientes que superan un umbral;

La Figura 1 Oc es una ilustración que muestra valor de luminancia de un borde enfocado y un borde desenfocada;

La Figura 10d es una ilustración que muestra valores de gradiente para 2 O un borde enfocado y un borde desenfocado;

La Figura 11 a es una ilustración que muestra valores de luminancia para píxeles de un borde;

La Figura 11 b es una ilustración que muestra valores de gradiente para píxeles de dos bordes;

La Figura 12 es un esquema de una realización alternativa de un controlador;

La Figura 13 es un diagrama de flujo que muestra un proceso para determ inar polaridades de bordes;

La Figura 14 es un esquema de una realización alternativa de un controlador;

La Figura 15 es un diagrama de flujo que muestra un proceso para determinar anchuras de borde;

La Figura 16a es un histograma de anchuras de borde para una imagen desenfocada;

La Figura 16b es un histograma de anchuras de borde para una imagen nítida;

La Figura 17a es un histograma con anchuras ponderadas de borde para una imagen desenfocada;

La Figura 17b es un histograma con anchuras ponderadas de borde para una imagen enfocada.

DESCRIPCiÓN DETALLADA

Se divulga un sistema de enfoque automático de imagen que incluye un sensor de imagen acoplado a un controlador. El sensor de imagen capta una imagen que tiene al menos un borde con una anchura. El controlador genera una señal de enfoque que es una función de la anchura de borde. Un lente recibe la señal de enfoque y ajusta unJoco. La anchura de borde se puede determinar mediante diversas técnicas como el uso de gradientes. Un histograma de anchuras de borde se puede utilizar para determinar si una determinada imagen está enfocada o desenfocada. Un histograma con una gran población de anchuras de borde finas es indicativo de una imagen enfocada.

En referencia a los dibujos más particularmente por números de referencia, la Figura 1 muestra una realización de un sistema de imagen de enfoque automático 102. El sistema 102 puede ser parte de una cámara fotográfica digital, pero se comprende que el sistema puede ser incorporado en cualquier dispositivo que requiere control de enfoque de una imagen. El sistema 102 puede incluir una lente 104, una abertura 106, un sensor de imagen 108, un convertidor A/D 110, un procesador 112, una pantalla 114, una tarjeta de memoria 116 y un actuador de lente 118. La luz de una escena entra a través de la lente 104. La apertura 106 controla la cantidad de luz que entra en el sensor de imagen 108. El sensor de imagen 108 genera una señal analógica que se convierte en una señal digital por el convertidor A/D 110. La señal digital se envía después al procesador 112 que lleva a cabo varios procesos, tales como interpolación. El procesador 112 genera una señal de control de foco que se envía al actuador de lente 118 para controlar la apertura 106 Y la lente 104. Una imagen enfocada es en última instancia mostrada en la pantalla 114 y/o almacenada en la tarjeta de memoria 116. El algoritmo (s) utilizado para enfoque es ejecutado por el procesador 112. El sensor de imagen 108, el convertidor A/D 110, Y el procesador 112 todos pueden residir en el mismo chip de circuito integrado.

La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de un proceso de autoenfoque de una imagen. Una imagen es capturada en la posición de foco actual en el bloque 202. En el bloque 204, la imagen es procesada para determinar una señal de enfoque, FEV. En el bloque de decisión 206, el procesador determina si la imagen está enfocada en base a la señal de enfoque, FEV. Si se considera que la imagen es borrosa, el proceso avanza al bloque 208, donde una diferente posición de enfoque es seleccionada y los bloques de proceso 202, 204 Y 206 se repiten. Si la imagen está enfocada, el proceso term ina.

La Figura 3 muestra una unidad de suministro de imagen 302 conectada a un controlador de auto-enfoque 304. La unidad 302 proporciona imágenes para el controlador 304. El controlador 304 puede ser implementado como parte de un dispositivo... [Seguir leyendo]

Lo que se reivindica son:

1. Sistema de enfoque automático de imagen, que comprende: un sensor de imagen que capta una imagen que tiene al menos un 5 borde con un anchura; y,

un controlador acoplado a dicho sensor de imagen, dicho controlador genera una señal de enfoque que es una función de dicha anchura de borde.

2. Sistema según la 10 reivindicación, caracterizado por el hecho de que dicho controlador incluye una unidad de detección de borde, una unidad 10 de medida de anchura y una unidad de generación de señal de enfoque.

3. Sistema según la 10 reivindicación, caracterizado por el hecho de comprender adicionalmente una lente que ajusta un foco en respuesta a dicha señal de enfoque.

4. Sistema según la 10 reivindicación, caracterizado por el hecho de que la anchura del borde es determinado a través de calcular una pluralidad de gradientes de una pluralidad de píxeles de la imagen.

5. Sistema según la 10 reivindicación, caracterizado por el hecho de que la anchura del borde es refinado a través de eliminar los gradientes de que están por debajo de un umbral que es una fracción de un gradiente pico.

O 6. Sistema según la 40 reivindicación, caracterizado por el hecho de que dichos gradientes incluyen una pluralidad de valores de gradiente horizontal y una pluralidad de valores de gradiente vertical.

7. Sistema según la 60 reivindicación, caracterizado por el hecho de que un borde vertical se selecciona a fin de incluir al menos un píxel que tiene un gradiente horizontal mayor que el gradiente vertical, y un borde horizontal es seleccionado para incluir al menos un píxel que tiene un gradiente vertical mayor que un gradiente horizontal.

8. Sistema según la 70 reivindicación, caracterizado por el hecho de que una anchura de dicho borde se determina a través de comparar dichos gradientes con un umbral.

9. Sistema según la 70 reivindicación, caracterizado por el hecho de que la señal de enfoque se basa en un histograma de una pluralidad de anchuras de borde.

10. Sistema según la 80 reivindicación, caracterizado por el hecho de que al menos uno de dichas anchuras de borde tiene un valor ponderado.

11. Sistema de enfoque automático de la imagen, que comprende: 10 un sensor de imagen que capta una imagen que tiene al menos uno de los bordes con una anchura y,

medios para generar una señal de enfoque en función de dicha anchura de borde.

12. Sistema según la 11 0 reivindicación, caracterizado por el hecho de que dichos medios calculan una pluralidad de gradientes de una pluralidad de píxeles de la imagen.

13. Sistema según la 11 0 reivindicación, caracterizado por el hecho de que dicha anchura de borde es refinado a través de eliminar los gradientes que están por debajo de un umbral que es una fracción de un gradiente pico.

O 14. Sistema según la 11 0 reivindicación, caracterizado por el hecho de comprender adicionalmente una lente que ajusta un foco en respuesta a dicha señal de enfoque.

15. Sistema según la 11 0 reivindicación, caracterizado por el hecho de que dichos gradientes incluyen una pluralidad de valores de gradiente 25 horizontal y una pluralidad de valores de gradiente vertical.

16. Sistema según la 150 reivindicación, caracterizado por el hecho de que un borde vertical se selecciona a fin de incluir al menos un píxel que tiene un gradiente horizontal mayor que el gradiente vertical, y un borde horizontal es seleccionado para incluir al menos un píxel que tiene un gradiente vertical superior a un gradiente horizontal.

17. Sistema según la 16° reivindicación, caracterizado por el hecho de que una anchura de dicho borde se determina mediante la comparación de los gradientes con un umbral.

19. Sistema según la 18° reivindicación, caracterizado por el hecho de que al menos uno de dichas anchuras de borde tiene un valor ponderado.

20. Método para generar una señal de enfoque, que comprende: capturar una imagen que tiene al menos uno de los bordes con una anchura;

generar una señal de enfoque que es una función de la anchura de borde.

21. Método según la 20° reivindicación, caracterizado por el hecho de comprender adicionalmente variar un enfoque de la lente en respuesta a la señal de enfoque.

O 22. Método según la 20° reivindicación, caracterizado por el hecho de que generar la señal de enfoque comprende calcular una pluralidad de gradientes de una pluralidad de píxeles de la imagen.

23. Método según la 22° reivindicación, caracterizado por el hecho de comprender adicionalmente refinar la anchura del borde a través de eliminar

los gradientes que están por debajo de un umbral que es una fracción de un gradiente pico.

24. Método según la 22° reivindicación, caracterizado por el hecho de que los gradientes incluyen una pluralidad de valores de gradiente horizontal y una pluralidad de valores de gradiente vertical.

25. Método según la 24° reivindicación, caracterizado por el hecho de que un borde vertical es seleccionado a fin de incluir al menos un píxel que tiene un gradiente horizontal mayor que el gradiente vertical, y un borde horizontal es seleccionado de al menos un píxel que tiene un gradiente vertical superior a un gradiente horizontal.

26. Método según la 21 ° reivindicación, caracterizado por el hecho de que una anchura del borde se determina a través de comparar los gradientes con un umbral.

27. Método según la 22° reivindicación, caracterizado por el hecho de que la señal de enfoque se basa en un histograma de una pluralidad de anchuras de borde.

28. Método según la 27° reivindicación, caracterizado por el hecho de que al menos una de las anchuras de borde tiene un valor ponderado.

102

COMIENZA

202

No FOCO ES ÓPTIMO?

Sí

FINAL

FIG.2

~

UNIDAD DE SUMINISTRO

UNIDAD DE V306

I

DETECCiÓN DE BORDE DE IMAGEN

304

D

UNIDAD DE V 308 MEDIDA DE ANCHURA

D

UNIDAD DE SEÑAL DEGENERACiÓN DE

I

ENFOQUE

SEÑAL DE ENFOQUE

""-310

CONTROLADOR DE ENFOQUE

FIG.3

400

~

UNIDAD DE SUMINISTRO

I

DE IMAGEN

D

UNIDAD DE GENERACiÓN DE

I SEÑAL DE ENFOQUE

""-406

CONTROLADOR DE ENFOQUE

UNIDAD DE V 404

MEDIDA DE GRADIENTE

SEÑAL DE ENFOQUE

FIG.4

~I. ----~~

V 504

UNIDAD DE TRANSFORMACiÓN DE RGB

506

UNIDAD DE ELIMINACiÓN DE RUIDO 1

V508

UNIDAD DE GENERACiÓN DE GRADIENTE

UNIDAD DE ASIGNACiÓN DE .J BORDE INCLINADA

f 510

V512

UNIDAD DE REFINAMIENTO DE BORDE

DATOS

IL-__------r__---,

PROCESADO

~

UNIDAD DE DETECCiÓN DE BORDE

FIG.5

FIG.6

o

10 O 10 O 10 O 2 O

10 O 10 O 10 O 2 O

10 O 10 O 10 O 2 O

10 15 10 15 10 12 2 12

10 20 10 20 10 15 4 15

10 5 10 5 10 5 4 2

FIG.7a FIG.7b

o o o o

o o o o

o o o o

15 H 15 H 12 H 12 H

20 H 20 H 15 H 15 H

O O O O

10 V 10 V 10 V 2 V

10 V 10 V 10 V 2 V

10 V 10 V 10 V 2 V

O O O O

O O O O

10 V 10 V 10 V 4 V

FIG.7e FIG.7d

C1 C2 C3 C4 C5 C6

R1 10 9 V 10 10 V 10 9 V 2 O V O O V O O V

R2 3 O V 10 8 V 10 11 H 9 10 H 1 O V O O V

R3 1 O V 3 1 V 8 8 V 9 11 H 7 8 V 1 O V

R4 O O V 1 O V 3 2 V 7 8 H 8 10 H 7 8 V

R5 O 2 V O O V 1 1 V 3 3 V 7 12 H 6 12 H

R6 O 1 V O 1 V O O V 1 2 V 3 O V 1 8 H

R1 R2 R3 R4 R5 R6 C1 C2 C3 C4 C5 C6 10 10 10 2 O O 9 10 9 O O O V V V V V V 3 10 10 9 1 O O 8 11 10 O O V V V V V V 1 3 8 9 7 1 O 1 8 11 8 O V V V V V V O 1 3 7 8 7 O O 2 8 10 8 V V V V V V O O 1 3 7 6 2 O 1 3 12 12 V V V V H H O O O 1 3 1 1 1 O 2 O 8 V V V V V H

FIG.8a FIG.8b

FIG.8d

FIG.8e

Cl C2 C3 C4 C5 C6

Rl 10 V 10 V 10 V 2 V O V O V

R2 3 V 10 V 10 V 9 V 1 V O V

R3 1 V 3 V 8 V 9 V 7 V 1 V

R4 O V 1 V 3 V 7 V 8 V 7 V

R5 O V O V 1 V 3 V

R6 O V O V O V 1 V 3 V

Cl C2 C3 C4 C5 C6

Rl

R2

R3

R4

R5 12 H 12 H

R6 8 H

FIG.8f

FIG.8e COMIENZA

ENCUENTRA EL GRADIENTE MÁXIMO ENTRE LOS PIXELES VECINOS

ELIMINA LOS GRADIENTES INFERIORES A UMBRAL

ENCUENTRA EL INICIO DE CADA CUESTA

906

908

ENCUENTRA EL FINAL DE CADA CUESTA

FIG.9

1002

2 3 4 5 6 7 8 9 10

FIG.10a I

-~-----~-----I---------~-----~----------~-----~-----

I I

- ----1----------1----

2 3 4 5 6 7 8 9 10

FIG.10b

----T -----j-----c-----T -----j -----1-----r -----t ----

3 4 5 6 7 8 9

FIG.10c

1

____ ~ __ }9}~__~_:

o 2 3 4 5 6 7 8 9

FIG.10d

1104

2 3 4 5 6 7 8 9 10

FIG. 11a ! 1108

~

3

FIG.11b

UNIDAD DE

r 1204

TRANSFORMACiÓN

~

DE RGB

D

1206

UNIDAD DE ELIMINACiÓN DE RUIDO 1

D

1208~

UNIDAD DE GENERACiÓN DE GRADIENTE

UNIDAD DE DETECCiÓN DE BORDE

FIG.12

COMIENZA

FIG.13

UNIDAD DE

{ 1404

SELECCiÓN DE .J ANCHURA

PURAS I

D 1408 1406"\

UNIDAD D~ CÁLCULO

SE~AL DE

\.

DE SENAL DE

ENFOQUE

ENFOQUE

UNIDAD DE GENERACiÓN

DESE~ALDEENFOQUE

FIG.14

ELIMINA LAS ANCHURAS INFERIORES A UMBRAL PREDETERMINADO

ELIMINA LAS ANCHURAS SUPERIORES A UMBRAL PREDETERMINADO

COMIENZA

1504

APLICA PESOS MÁS GRANDES EN ANCHURAS MAYORES

1506

1508

ENCUENTRA EL PROMEDIO DE ANCHURAS PROCESADAS

FIG.15

2 3 4 5

FIG.16a

2 3 4 5

FIG.16b

2 3 4 5

FIG.17a

2 3 4 5

FIG.17b