一种摄像设备的数字变焦方法和装置
技术领域
本发明涉及变焦技术领域,特别是涉及一种摄像设备的数字变焦方法和装置。
背景技术
随着数字技术的不断发展,镜头作为生活中所用电影摄像机、放映机、照相机生成影像的光学部件,由多片透镜组成。变焦能力是镜头的一个重要性能指标,变焦的方式包括光学变焦(opticalzoom)与数码变焦(digitalzoom)两种。
光学变焦英文名称为OpticalZoom,数码相机依靠光学镜头结构来实现变焦。数码相机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多,就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物在CCD或CMOS上面成像的大小,光学变焦倍数越大,能拍摄的景物就越远。光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候,视觉和焦距就会发生变化,更远的景物变得更清晰,让人感觉像物体递进的感觉。
数字变焦又称数码变焦,英文名称为DigitalZoom,数码变焦是通过数码相机内的处理器,把图片内的每个象素面积增大,从而达到放大目的。数字变焦如同用图像处理软件把图片的面积改大,不过程序在数码相机内进行,把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用″插值″处理手段做放大,将CCD影像感应器上的像素用插值算法将画面放大到整个画面。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距。
光学变焦和数码变焦都有助于望远拍摄时放大远方物体,其中,通过光学变焦可以支持图像主体成像后增加更多的像素,不但将拍摄的景物放大,同时也变得更为清晰;通过数码变焦虽然可以将拍摄的景物放大,但清晰度会有一定程度的下降。
目前市场上的数码相机变焦方法基本上是以光学变焦为主,因为这样不会损失图像质量,但同时使用光学组合镜头也会增加成本。而低端摄像设备上(如手机、PDA等)中大部分使用的是数字变焦技术,即把图像通过数字插值算法实现图像的放大和缩小,图像质量相对要差,但因为不需要光学镜头去改变焦距所以成本很低,并且结构上可以做到很小很薄,适合随身手持终端的要求。
目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是:如何能够改进现有的低端摄像设备上的数字变焦方案,在不大幅度抬高产品成本的同时,较大程度的满足用户的感官享受需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种摄像设备的变焦方法和装置,能够在数字变焦的成像原理下,实现光学变焦的外在效果,给用户模拟出一种光学变焦的感觉。
为了解决上述问题,本发明公开了一种摄像设备的数字变焦方法,所述方法包括:
接收数字变焦触发命令;所述数字变焦触发命令包括放大或缩小的变焦倍数;
依据当前摄像设备数字变焦一倍的处理时间T,计算完成当前变焦倍数所需的工作时间;
按照变焦触发命令进行图像处理,同时,按照预设速度S和工作时间控制安装于摄像头之上的伪镜头伸缩。
优选的,所述按照预设速度和工作时间控制伪镜头伸缩具体包括以下子步骤:
依据接收变焦触发命令时伪镜头的初始位置及预设速度和工作时间获取伪镜头的目标位置;
按照预设速度驱动伪镜头伸缩,实时检测伪镜头的位置,当检测到伪镜头到达目标位置时,控制其停止移动。
优选的,所述预设速度通过以下方式获取:
获取伪镜头能够移动的最大距离L;
获取当前摄像设备数字变焦的最大倍数Z;
获取当前摄像设备数字变焦一倍所需的处理时间T;
预设速度S=L/Z/T。
优选的,通过以下方式获取当前摄像设备数字变焦一倍所需的处理时间T:
在图像数字放大函数执行前后读取处理器内部计数器的当前值Tf、Tb,所述数字变焦一倍所需的处理时间T为:前后两次读到的计数值之差(Tb-Tf)与计数器计数周期的乘积;
或者,在图像数字放大函数前后拉高或拉低处理器GPIO,通过示波器测量该GPIO变化的时间,得到所述数字变焦一倍所需的处理时间T。
优选的,当检测到伪镜头未到达目标位置而停止移动时,停止进行图像处理。
本发明还公布了一种摄像设备的数字变焦装置,所述装置包括:
中央控制模块,用于接收数字变焦触发命令,并依据当前摄像设备数字变焦一倍的处理时间T,计算完成当前变焦倍数所需的工作时间;所述数字触发命令包括放大或缩小的变焦倍数;
摄像头,用于采集图像信息;
图像处理模块,用于依照CPU接收的数字变焦触发命令进行图像处理;
伪镜头,安装于摄像头之上,用于模仿光学变焦镜头的伸缩;
马达和驱动电路,用于按照预设速度S和工作时间驱动伪镜头的伸缩。
优选的,所述装置还包括:
位置检测电路,用于实时检测伪镜头的位置,并将检测的位置信号传送到中央控制模块。
优选的,所述中央控制模块还用于依据位置检测电路传送的接收变焦触发命令时伪镜头的初始位置,以及预设速度和工作时间获得伪镜头的目标位置;当伪镜头到达目标位置时,控制马达和驱动电路停止驱动伪镜头。
优选的,所述中央控制模块还用于当检测到伪镜头停止移动但未到达目标位置时,通知图像处理模块停止进行图像处理。
优选的,所述驱动电路通过调整PWM占空比来调节马达速度,使伪镜头的实际移动速度等于所述的预设速度S。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明的一个核心改进就在于,如何在数字变焦的成像原理下,控制镜头精确模拟光学变焦的外在效果。
本发明通过在接收到数码变焦触发命令后以数字变焦的方式进行图像处理时,同时基于数码变焦触发命令的缩放需求控制伪镜头伴随图像处理进行精确的同步伸缩,从外在表现看,本发明能够精确模拟光学变焦,从而带给用户与光学变焦的镜头一样的感官享受。本发明利用很低的成本大幅提高了低成本摄像设备的感官效果,给人以很好的视觉享受,大大增加了产品的市场竞争力。
附图说明
图1是本发明实施例一所述的一种摄像设备的数字变焦方法流程图;
图2是本发明实施例二所述的一种摄像设备的数字变焦装置结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
随着数字时代的到来,各种数码摄像机、照相机、手机、摄像头等具有拍摄功能的摄像设备在人们的日常生活中已随处可见,对于手机、个人数字助理(PDA,PersonalDigitalAssistant)等具有拍摄功能的摄像设备来说,拍摄功能仅是一个附带功能,为不大幅提高产品的成本,通常采用数码变焦的镜头,用户在使用这种数码变焦的镜头的摄像设备时,感官上不能很真切的感受到变焦效果,如果能够找到一种有效的变焦方法和装置,在很少增加摄像设备成本的同时,提高用户的感官享受,将会满足更多用户的应用需求,也将极大的增加产品的市场竞争力。
因此,本专利发明人创造性地提出了本发明实施例的核心构思之一,即提供一种摄像设备的变焦方法和装置,通过在数码变焦镜头上安装伪镜头,在变焦过程中,精确控制伪镜头模拟光学变焦镜头的伸缩,从而在感官上实现光学变焦的效果。
实施例一:
参照图1,示出了本发明的一种摄像设备的数字变焦方法流程图,所述方法具体包括:
步骤S101,接收数字变焦触发命令;所述数字变焦触发命令包括放大或缩小的变焦倍数;
优选的,所述变焦触发命令通过按键和/或触摸屏接收。
在使用摄像设备时,用户往往会有放大或缩小当前图像的需求,因此将发送包括放大或缩小变焦倍数的变焦触发命令,所述的变焦倍数如:1倍、2倍、3倍、4倍、6倍和8倍等等,具体来说,不同的摄像设备其变焦倍数也各不相同,为方便介绍,本实施例中的摄像设备以手机为例进行介绍,用户发送的变焦触发命令,由手机的按键和/或触摸屏来接收。这里假设当前接收到的变焦触发变焦命令为放大4倍。
步骤S102,依据当前摄像设备数字变焦一倍的处理时间T,计算完成当前变焦倍数所需的工作时间;
对于某个摄像设备来说,其变焦一倍所需的时间是固定的,可以将其理解为一个预设的参数,根据变焦一倍的时间,可以计算得到完成当前变焦倍数所需的工作时间,假设当前摄像设备变焦一倍的时间为5ms,那么计算得到变焦4倍所需的工作时间即为20ms。
但是,对于摄像设备而言,变焦一倍的处理时间T虽然是一个固定值,但是并不一定直接标明。所以本发明可以通过以下方式获取当前摄像设备数字变焦一倍所需的处理时间T:
在图像数字放大函数执行前后读取处理器内部计数器的当前值Tf、Tb,所述数字变焦一倍所需的处理时间T为:前后两次读到的计数值之差(Tb-Tf)与计数器计数周期的乘积;
或者,在图像数字放大函数前后拉高或拉低处理器GPIO,通过示波器测量该GPIO变化的时间,得到所述数字变焦一倍所需的处理时间T。
总之,本发明可以通过一些测定方法得到当前摄像设备的变焦一倍的处理时间T。步骤S103,按照变焦触发命令进行图像处理,同时,按照预设速度S和工作时间控制伪镜头伸缩;所述伪镜头安装于数字变焦镜头(如摄像头)之上,用于模仿光学变焦镜头的伸缩。
通过前面的介绍,接收的数字变焦触发命令为将当前图像放大4倍,按照接收到的变焦触发命令进行数字变焦图像处理,并且在进行图像处理的同时,按照预设的速度和工作时间控制安装在数字变焦镜头之上的伪镜头伸缩,借助伪镜头的伸缩模拟光学变焦时镜头的物理变化。
优选的,所述预设速度通过以下方式获取:
获取伪镜头能够移动的最大距离L;
获取当前摄像设备数字变焦的最大倍数Z;
获取当前摄像设备数字变焦一倍所需的处理时间T;
预设速度S=L/Z/T。
其中,伪镜头移动的最大距离L是由摄像设备的结构来决定的,可以理解为摄像设备的一个参数,是已知值;相机变焦倍数的最大值Z是由摄像设备中完成图像处理功能的相关器件来决定的,也可以理解为摄像设备的一个参数,是已知值;变焦一倍所需的时间T,同样的可以理解为是摄像设备的一个参数,为已知值。基于L、Z和T都是已知的,而速度值S=L/Z/T,因此速度值S在摄像设备确定的前提下,其可以理解为是一个预设的参数,本实施例中假设当前摄像设备中预设的速度值为100mm/s,那么在进行图像处理的同时,伪镜头将以100mm/s的速度向前移动20ms(前述计算得到的工作时间)。
优选的,所述步骤S103具体包括以下子步骤:
步骤S1,实时检测伪镜头的位置;
步骤S2,依据接收变焦触发命令时伪镜头的初始位置及预设速度和工作时间获取伪镜头的目标位置;
步骤S3,按照预设速度S驱动伪镜头伸缩,当检测到伪镜头到达目标位置时,控制其停止移动。
通过实时的检测伪镜头的位置,获取各个时刻伪镜头的具***置,依据接收变焦触发命令时伪镜头的初始位置以及预设速度和工作时间确定伪镜头完成当前变焦触发命令时的目标位置,假设初始位置为0,按照前面的介绍完成当前变焦触发命令时的目标位置为0+100mm/s*20ms=2mm。按照预设速度驱动伪镜头进行伸缩,具体到本实施例中所举的事例中,控制伪镜头以100mm/s的速度向前伸,当检测到伪镜头到达2mm的位置时,控制伪镜头停止移动。
具体的,在实际应用中,本发明还要考虑如何使得镜头的实际移动速度等于我们所需的预设速度(理论上的镜头移动速度)。
本发明精确模拟的原理是使数字变焦一次所用时间等于镜头对应移动距离所用时间。可以采用试验的方式调整输出PWM的占空比调整速度,先启动计数器,然后开始输出PWM信号,同时实时获取镜头位置数据以确定移动距离,到指定距离时读出计数值,和开始时的计数值作差得出时间,如果此时间大于一倍变焦所用时间,则增大PWM占空比调快马达;如果此时间小于一倍变焦所用时间则减小PWM占空比调慢马达;通过反复几次试验确定最佳的PWM占空比。
优选的,当检测到伪镜头未到达目标位置而停止移动时,停止进行图像处理。
借助上面的事例进行介绍,当检测到伪镜头未到达2mm的位置就停止移动时,通过发送命令等形式控制当前进行的图像处理也停止运行,实际应用中,伪镜头在移动过程中可能会出现被卡死的现象,为了逼真的模仿光学变焦的镜头,当伪镜头停止移动时及时控制图像处理也停止运行。
需要说明的是,本实施例中的变焦触发命令是以放大4倍为例进行的介绍,通常来说,当变焦触发命令为放大时,伪镜头向前伸,相应的移动速度为正,变焦触发命令为缩小时,伪镜头向后缩,相应的移动速度为负。通过在摄像设备的数码变焦镜头上安装伪镜头,变焦过程中,控制伪镜头伴随图像处理同步伸缩,在不大幅增加产品成本的同时,极大的提高了用户的感官享受,让用户较为逼真的体验到光学变焦的效果,同时也增加了摄像设备的卖点,提高了产品的市场竞争力。
下面给出本发明的一个具体例子:
1、进入摄像头预览模式;
2、按住图像放大按键一定时间(如果一直按住会镜头会一直向前推知道最大距离,即图像放大到最大倍数);当然,实际中还要判断变焦倍数是否大于了摄像设备数字变焦的最大值或小于了最小值,超出范围则不执行,即停止数字变焦和伪镜头的控制;
3、接到放大按键命令执行图像放大函数(数字变焦的处理函数);优选的,为了使图像看起来不明显断续,中间可以分成几步放大,每一步放大都要重新执行一次该函数;
4、按照之前测定好的参数开启PWM(即预设速度),马达转动推动镜头前移;
5、同时获取镜头当前位置,防止未到达或超出目标位置,以便修正位置。
6、镜头达到目标位置后,关闭PWM,马达停止。
实施例二:
参照图2,示出了本发明的一种摄像设备的变焦装置,所述装置包括:
中央控制模块CPU201,用于接收数字变焦触发命令,并依据当前摄像设备数字变焦一倍的处理时间T,计算完成当前变焦倍数所需的工作时间;所述触发命令包括放大和缩小的变焦倍数;
摄像头,用于采集图像信息;
图像处理模块,用于依照CPU接收的变焦触发命令进行图像处理;
在图2中,摄像头和图像处理模块都采用标记202表示。
伪镜头203,安装于摄像头之上,用于模仿光学变焦镜头的伸缩;
马达204,用于通过齿轮组带动伪镜头的伸缩;
驱动电路205,用于按照预设速度和工作时间驱动马达速度,带动伪镜头的伸缩。所述驱动电路通过调整PWM占空比来调节马达速度,使伪镜头的实际移动速度等于所述的预设速度S。
优选的,所述装置还包括:
位置检测电路206,用于实时检测伪镜头的位置,并将检测的位置信号传送到中央控制模块CPU。
优选的,所述中央控制模块201还用于依据位置检测电路传送的接收变焦触发命令时伪镜头的初始位置,以及预设速度和工作时间获得伪镜头的目标位置;当伪镜头到达目标位置时,控制马达和驱动电路停止驱动伪镜头。
优选的,所述装置还包括:
按键或触摸屏207,用于接收用户的变焦触发命令,并将所接收的变焦触发命令传送到CPU。
优选的,所述中央控制模块201还用于当检测到伪镜头停止移动但未到达目标位置时,通知图像处理模块停止进行图像处理。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言,由于其与方法实施例基本相似,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种摄像设备的数字变焦方法和装置进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。