CN100531318C - 可稳定摄像的摄像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可稳定摄像的摄像系统及方法。所述可稳定摄像的摄像系统包括一第一感测器、一第二感测器与一处理模块。第一感测器侦测一摄像装置的移动的角度变化，并产生一第一感测数据。第二感测器侦测摄像装置中一影像感测单元的位置移动，并产生一第二感测数据。处理模块将第二感测数据进行微分，并依据第一感测数据与微分后的第二感测数据计算一控制信息，并致使一驱动装置根据此控制信息调整影像感测单元的位置。本发明对于位置感测器侦测出的数据进行微分或是同时对于角速度感测器侦测出的数据进行微分与位置感测器侦测出的数据进行二次微分，从而进行数字相机的震动补偿。

Description

可稳定摄像的摄像系统及方法

技术领域

本发明是有关于一种可稳定摄像的摄像系统及方法，且特别有关于一种可以透过将数字相机的感测器所得到的数据进行微分，从而进行震动补偿的系统及方法。

背景技术

近年来，由于数字相机的体积轻薄及其所拍摄出数字照片可以方便地在相关装置，如计算机系统中进行检视与处理的特性，数字相机已经成为现代人生活中的必备品之一。

在所有的相机中都存在着手振的问题，特别是体积轻薄的数字相机中。由于使用者手持数字相机的稳定性不够，因此，常常会在按下快门的瞬间，因为使用者手握持时的抖动或手指按快门的施力而造成了相机的震动，从而拍摄出模糊的影像。因此，一般数字相机中通常提供了防手振的技术。

美国专利US 6,332,060与US 5,850,575的防手振技术中，可以利用位置感测器感测出影像感测单元的移动。其中，US6,332,060是通过霍耳(Hall)元件侦测摄像装置的震动速度，再对该震动速度做微分；而US 5,850,575是通过霍耳(Hall)元件侦测摄像装置的位移量，再对该位移量做微分。通过处理器依据侦测出的数据估算出补正值，并驱动补偿镜片组，以避免震动造成的模糊影像。然而，以驱动补正镜片组来补正震动的缺点在于：若补正镜片组有过大的动作，则容易造成镜片间的相互碰撞。

另外，在美国专利US 6,392,696的防手振技术中，在数字相机的镜头内可以设置一个陀螺仪(Gyro)感测器来侦测数字相机的震动速度。通过数字相机的处理器依据侦测出的数据来计算补偿量，并透过连接于数字相机的补正装置，根据补偿量加以补偿，从而解决相机的振动问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供可稳定摄像的摄像系统及方法。

本发明提供一种可稳定摄像的摄像系统，包括一第一感测器、一第二感测器与一处理模块。第一感测器侦测一摄像装置的移动的角速度，并产生一第一感测数据。第二感测器侦测摄像装置中一影像感测单元的位置移动，并产生一第二感测数据。处理模块依据第一感测数据与第二感测数据计算一控制信息，并致使一驱动装置根据此控制信息调整影像感测单元的位置，其中该处理模块依据下列方程式计算该控制信息： $F=|G-\frac{\mathrm{dH}}{\mathrm{dt}}{K}_0|K_1,$ 其中，F为该控制信息，G为该第一感测数据，H为该第二感测数据，K₀为该第一感测数据与该第二感测数据间的一单位调整系数，且K₁为该第一感测数据与相应该驱动装置的该控制信息的一转换系数，或该处理模块依据下列方程式计算该控制信息： $F=|\frac{\mathrm{dG}}{\mathrm{dt}}-\frac{d^{2}H}{{\mathrm{dt}}^2}{K}_2|K_3,$ 其中，F为该控制信息，G为该第一感测数据，H为该第二感测数据，K₂为该第一感测数据与该第二感测数据间的一单位调整系数，且K₃为该第一感测数据与相应该驱动装置的该控制信息的一转换系数。

本发明所述的可稳定摄像的摄像系统，其中该第一感测器为一陀螺仪感测器(Gyro Sensor)。

本发明所述的可稳定摄像的摄像系统，其中该第二感测器为一霍耳感测器(Hall Effect Sensor)。

本发明所述的可稳定摄像的摄像系统，其中该控制信息为该驱动装置的控制电压。

本发明另提供一种可稳定摄像的摄像方法。首先，透过一第一感测器侦测摄像装置的移动的角速度，从而得到一第一感测数据，并透过一第二感测器侦测摄像装置中影像感测单元的位置移动，从而产生一第二感测数据。依据第一感测数据与第二感测数据计算一控制信息，并致使驱动装置根据此控制信息调整影像感测单元的位置，其中该控制信息依据下列方程式计算： $F=|G-\frac{\mathrm{dH}}{\mathrm{dt}}{K}_0|K_1,$ 其中，F为该控制信息，G为该第一感测数据，H为该第二感测数据，K₀为该第一感测数据与该第二感测数据间的一单位调整系数，且K₁为该第一感测数据与相应该驱动装置的该控制信息的一转换系数，或该控制信息依据下列方程式计算： $F=|\frac{\mathrm{dG}}{\mathrm{dt}}-\frac{d^{2}H}{{\mathrm{dt}}^2}{K}_2|K_3,$ 其中，F为该控制信息，G为该第一感测数据，H为该第二感测数据，K₂为该第一感测数据与该第二感测数据间的一单位调整系数，且K₃为该第一感测数据与相应该驱动装置的该控制信息的一转换系数。

本发明所述的可稳定摄像的摄像方法，其中该控制信息为该驱动装置的控制电压。

本发明还提供一种可稳定摄像的摄像系统，包括：一第一感测器，用以侦测一摄像装置的移动的角度变化，并产生一第一感测数据；一第二感测器，用以侦测该摄像装置中一影像感测单元的位置移动，并产生一第二感测数据；一处理模块，包括：一第一微分器，用以将该第二感测数据进行微分；一组合单元，用以将该第一感测数据与微分后的该第二感测数据进行处理；一比例-积分-微分控制器，用以接收该组合单元处理后的数据，并依据处理后的数据产生一控制信息；以及一驱动装置控制器，用以依据该控制信息产生控制信号；以及一驱动装置，耦接至该影像感测单元，用以接收该控制信号并依据该控制信号调整该影像感测单元的位置。

本发明所述的可稳定摄像的摄像系统，更包括一相位补偿单元，用以依据该第一感测数据计算一相位补偿数据，并传送该相位补偿数据至该组合单元，该组合单元依据该相位补偿数据、该第一感测数据与微分后的该第二感测数据进行处理。

本发明所述的可稳定摄像的摄像系统，更包括至少一模拟数字转换器，用以分别将该第一感测数据与该第二感测数据进行转换为数字数据。

本发明所述的可稳定摄像的摄像系统，更包括一第二微分器，用以将该该第一感测数据进行微分，该第一微分器将微分后的该第二感测数据进行二次微分，且该组合单元将微分后的该第一感测数据与二次微分后的该第二感测数据进行处理，并将处理后的数据传送至该比例-积分-微分控制器。

本发明上述方法可以透过程序码方式收录于实体介质中。当程序码被机器载入且执行时，机器变成用以实行本发明的装置。

本发明对于位置感测器侦测出的数据进行微分或是同时对于角速度感测器侦测出的数据进行微分与位置感测器侦测出的数据进行二次微分，从而进行数字相机的震动补偿。

附图说明

图1为一示意图是显示依据本发明实施例的可稳定摄像的摄像系统。

图2为一例子是显示依据本发明实施例的处理模块与数字相机处理单元间的数据传送伪码。

图3A、3B与3C为波形图是显示角速度感测器所侦测出的时间分别对应角度、角速度与角加速度的关系。

图4A、4B与4C为波形图是显示位置感测器所侦测出的时间分别对应位置、速度与加速度的关系。

图5为一流程图是显示依据本发明实施例的可稳定摄像的摄像方法。

图6为一流程图是显示依据本发明另一实施例的可稳定摄像的摄像方法。

图7为一示意图是显示依据本发明实施例的可稳定摄像的摄像系统的细部设计。

图8为一示意图是显示依据本发明另一实施例的可稳定摄像的摄像系统的细部设计。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图示，详细说明如下。

图1显示依据本发明实施例的可稳定摄像的摄像系统。可稳定摄像的摄像系统可以是一摄像装置，例如数字相机。如图所示，依据本发明实施例的数字相机的可稳定摄像的摄像系统100包括一角速度感测器110、一位置感测器120、一处理单元130、一处理模块140、一影像感测单元150与一驱动装置160。

角速度感测器110可以是设置于数字相机内的一陀螺仪感测器(Gyro Sensor)，用以侦测数字相机的移动的角度变化，并产生相应的感测数据。角速度感测器110侦测出的感测数据是在不同时间(t)下的角速度(

)变化，如图3B所示。其中，当角速度感测器110侦测出的感测数据被进行积分时，可以得到在不同时间(t)下的角度(θ)变化，如图3A所示。另外，当角速度感测器110侦测出的感测数据被进行微分时，可以得到在不同时间(t)下的角加速度(

)变化，如图3C所示。

影像感测单元150可以是安置在一个可以上下左右移动的支撑架上的电荷耦合元件(CCD)或互补性金属氧化物半导体(CMOS)，用以撷取影像。位置感测器120可以是一个霍耳感测器(Hall Effect Sensor)，用以侦测影像感测单元150的位置移动，并产生相应的感测数据。位置感测器120侦测出的感测数据是在不同时间(t)下的位置(p)变化，如图4A所示。当位置感测器120侦测出的侦测数据被进行微分时，可以得到在不同时间(t)下的速度(

)变化，如图4B所示。另外，当位置感测器120侦测出的感测数据被进行二次微分时，可以得到在不同时间(t)下的加速度(

)变化，如图4C所示。

处理单元130可以控制数字相机中所有拍照与影像处理程序所牵涉的硬件与相关作业。处理模块140可以由处理单元130取得角速度感测器110与位置感测器120所侦测出的感测数据。处理模块140可以依据角速度感测器110与位置感测器120所侦测出的感测数据进行相关运算，以得到相关的控制信息，并将控制信息传送回处理单元130。图2显示依据本发明实施例的处理模块140与处理单元130间的数据传送伪码(pseudo-code)200的例子。其中，“GetSensorData(&G，&H)”表示处理模块140由处理单元130取得角速度感测器110的感测数据(G)与位置感测器120的感测数据(H)。“SensorData2ControlData(G，H，&F)”表示依据角速度感测器110与位置感测器120的感测数据计算出控制信息(F)。“SendControlData(F)”表示处理模块140将控制信息传送回处理单元130。当处理单元130接收到控制信息之后，便可以致使驱动装置160根据控制信息来调整影像感测单元150的位置。必须说明的是，在一些实施例中，处理模块140亦可以整合于处理单元130之中。换言之，处理模块140可以直接依据角速度感测器110与位置感测器120所侦测出的感测数据进行相关运算，以得到控制信息。

注意的是，本发明并不限定于任何形式的驱动装置160，举例而言，驱动装置160可采用线圈(coil)驱动单元、压电促进器(piezoelectric actuator)或步进马达其中之一来移动影像感测单元150的位置，以稳定摄像系统、补正影像模糊。此外，控制信息也可以依据驱动装置160设计而有所不同，举例来说，控制信息可以是要输出给驱动装置160的控制电压，不同脉冲高低或是脉冲宽度的电压可以致使驱动装置160对于影像感测单元150进行不同程度的调整。控制信息的计算方式将于后进行说明。

图7显示依据本发明实施例的可稳定摄像的摄像系统的细部设计。请参考图7，一陀螺仪感测器702侦测摄像装置移动的角度变化，且将信号传送至一高通滤波器(HPF)704，以消除信号漂移或是其他不需要的信号部分。之后，信号经过一放大器(AMP)706放大之后送至处理模块140中的一模拟数字转换器(A/D)708，来将陀螺仪感测器702侦测出的信号转换为数字的感测数据，以提供感测数据至一组合单元718，如加法器。值得注意的是，模拟数字转换器708转换出的信号亦会输出至一相位补偿单元710，以进行相位补偿，并将相关相位补偿数据提供至组合单元718。另一方面，一霍耳感测器712侦测影像感测单元150的位置移动。其中，霍耳感测器712中具有一放大器713，用以将霍耳感测器712侦测出的信号放大。霍耳感测器712侦测出的信号送至处理模块140中的一模拟数字转换器714，来将信号转换为数字的感测数据，并将感测数据传送给一微分器716。感测数据经过微分之后，微分器716将微分后霍耳感测器712的感测数据提供给组合单元718。之后，组合单元718将微分后霍耳感测器712的感测数据、陀螺仪感测器702的感测数据与相位补偿数据进行电信比对，并将处理后的数据传送至一比例-积分-微分控制器(P.I.D Controller)722。比例-积分-微分控制器722依据接收的数据进行稳定摄像的积分、微分、加总等运算，并产生控制信息。另外，模拟数字转换器714所转换的感测数据，亦可以提供给一比例-积分-微分控制器720，用以直接依据霍耳感测器712的感测数据进行稳定摄像的分析，并产生控制信息。须注意的是，比例-积分-微分控制器720与比例-积分-微分控制器722的输出可以耦接至一选择单元724，用以依据不同的情形来选择使用哪个来进行相关控制。驱动装置控制器726接收控制信息，且分别透过通用输入/输出(GPIO)728与脉宽调变(PWM)单元730产生并传送方向信号与脉宽调变信号至驱动装置160。其中，驱动装置160接受电源734供应且依据方向信号与脉宽调变信号调整影像感测单元150的位置。

图8显示依据本发明另一实施例的可稳定摄像的摄像系统的细部设计。图8与图7的差别在于，模拟数字转换器708除了将转换后陀螺仪感测器702的信号提供给相位补偿单元710之外，亦将转换后陀螺仪感测器702的信号传送至一微分器709，以将陀螺仪感测器702的感测数据进行微分，并提供给组合单元718。另外，微分器716被二次微分器717取代。换言之，二次微分器717将霍耳感测器712的感测数据进行二次微分，且将二次微分后的感测数据提供给组合单元718。

图5显示依据本发明实施例的可稳定摄像的摄像方法。

如步骤S510，取得角速度感测器110所侦测出的感测数据(G)，并如步骤S520，取得位置感测器120所侦测出的感测数据(H)。其中，角速度感测器110是侦测数字相机的移动角速度与方向。位置感测器120是侦测影像感测单元150的位置移动。之后，如步骤S530，将位置感测器120所侦测出的感测数据进行微分

接着，如步骤S540，依据角速度感测器110的感测数据(G)与微分后位置感测器120的感测数据

计算控制信息。其中，处理模块140依据下列方程式计算控制信息：

$F=|G-\frac{\mathrm{dH}}{\mathrm{dt}}{K}_0|K_1=|G_0-(H_1-H_0)K_0|K_1,$

其中，F为控制信息，G为角速度感测器110所侦测出的感测数据，H为位置感测器120所侦测出的感测数据，K₀为角速度感测器110的感测数据与位置感测器120的感测数据间的单位调整系数，且K₁为角速度感测器110的感测数据与相应驱动装置160的控制信息的转换系数。须注意的是，G₀是第0个时间点角速度感测器110的感测数据。H₀与H₁分别是第0个与第1个时间点位置感测器120的感测数据。

如步骤S550，致使驱动装置160根据控制信息调整影像感测单元150的位置。由于理想状态中角速度感测器110与单位时间内位置感测器120所侦测出的感测数据必须为零，当其间的差不等于零时，便可依据此差值来对于影像感测单元150进行相关控制与调整。必须再次说明的是，本发明并不限定于任何形式的驱动装置160，且控制信息与相关系数(K₀与K₁)也可以依据驱动装置160设计而有所不同，其中，驱动装置160依据控制信息移动影像感测单元150的位置。

如前所述，由于数字相机中也许会存在某些因素使得基线漂移。因此，本发明另一实施例的可稳定摄像的摄像方法可以解决前述问题，如图6所示。

如步骤S610，取得角速度感测器110所侦测出的感测数据(G)，并如步骤S620，取得位置感测器120所侦测出的感测数据(H)。其中，角速度感测器110是侦测数字相机的移动角度与方向。位置感测器120是侦测影像感测单元150的位置移动。之后，如步骤S630，将角速度感测器110所侦测出的感测数据进行微分

并如步骤S640，将位置感测器120所侦测出的感测数据进行二次微分：

$\left(\frac{d^{2}H}{{\mathrm{dt}}^2}\right).$

接着，如步骤S650，依据微分后角速度感测器110的感测数据

与二次微分后位置感测器120的感测数据：

计算控制信息。

其中，处理模块140依据下列方程式计算控制信息：

$F=|\frac{\mathrm{dG}}{\mathrm{dt}}-\frac{d^{2}H}{d{t}^2}{K}_2|K_3=|(G_1-G_0)-[(H_2-H_1)-(H_1-H_0)\left]K_2\right|K_3,$

其中，F为控制信息，G为角速度感测器110所侦测出的感测数据，H为位置感测器120所侦测出的感测数据，K₂为角速度感测器110的感测数据与位置感测器120的感测数据间的单位调整系数，且K₃为角速度感测器110的感测数据与相应驱动装置160的控制信息的转换系数。注意的是，G₀与G₁分别是第0个与第1个时间点角速度感测器110的感测数据。H₀、H₁与H₂分别是第0个、第1个与第2个时间点位置感测器120的感测数据。由于每一感测器的数据都进行处理(微分)过，其代表不同时间点间的差值，即可去除基线漂移的问题。

之后，如步骤S660，致使驱动装置160根据控制信息调整影像感测单元150的位置。必须再次说明的是，本发明并不限定于任何形式的驱动装置160，且控制信息与相关系数(K₂与K₃)也可以依据驱动装置160设计而有所不同，其中，驱动装置160依据控制信息移动影像感测单元150的位置。

因此，本发明不需对于角速度感测器侦测出的数据进行积分，而对于位置感测器侦测出的数据进行微分或是同时对于角速度感测器侦测出的数据进行微分与位置感测器侦测出的数据进行二次微分，从而进行数字相机的震动补偿。

本发明的方法，或特定型态或其部分，可以以程序码的型态包含于实体介质，如软盘、光盘片、硬盘或是任何其他机器可读取(如计算机可读取)储存介质，其中，当程序码被机器，如计算机载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。本发明的方法与装置也可以以程序码型态透过一些传送介质，如电线或电缆、光纤或是任何传输型态进行传送，其中，当程序码被机器，如计算机接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理器实作时，程序码结合处理器提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

100：可稳定摄像的摄像系统

110：角速度感测器

120：位置感测器

130：处理单元

140：处理模块

150：影像感测单元

160：驱动装置

200：数据传送伪码

702：陀螺仪感测器

704：高通滤波器

706、713：放大器

708、714：模拟数字转换器

710：相位补偿单元

712：霍耳感测器

709、716：微分器

717：二次微分器

718：组合器

720、722：比例-积分-微分控制器

724：选择单元

726：驱动装置控制器

728：通用输入/输出

730：脉宽调变单元

734：电源

S510、S520、...、S550：步骤

S610、S620、...、S660：步骤

Claims (6)

1.一种可稳定摄像的摄像系统，其特征在于，所述可稳定摄像的摄像系统包括：

一第一感测器，用以侦测一摄像装置的移动的角速度，并产生一第一感测数据；

一第二感测器，用以侦测该摄像装置中一影像感测单元的位置移动量，并产生一第二感测数据；

一驱动装置，耦接至该影像感测单元；以及

一处理模块，接收该第一感测数据与该第二感测数据，依据该第一感测数据与该第二感测数据计算一控制信息，并致使该驱动装置根据该控制信息调整该影像感测单元的位置，

其中该处理模块依据下列方程式计算该控制信息：

$F=|G-\frac{\mathrm{dH}}{\mathrm{dt}}{K}_0|K_1,$

其中，F为该控制信息，G为该第一感测数据，H为该第二感测数据，K₀为该第一感测数据与该第二感测数据间的一单位调整系数，且K₁为该第一感测数据与相应该驱动装置的该控制信息的一转换系数，或

该处理模块依据下列方程式计算该控制信息：

$F=|\frac{\mathrm{dG}}{\mathrm{dt}}-\frac{d^{2}H}{{\mathrm{dt}}^2}{K}_2|K_3,$

其中，F为该控制信息，G为该第一感测数据，H为该第二感测数据，K₂为该第一感测数据与该第二感测数据间的一单位调整系数，且K₃为该第一感测数据与相应该驱动装置的该控制信息的一转换系数。

2.根据权利要求1所述的可稳定摄像的摄像系统，其特征在于，该第一感测器为一陀螺仪感测器。

3.根据权利要求1所述的可稳定摄像的摄像系统，其特征在于，该第二感测器为一霍耳感测器。

4.根据权利要求1所述的可稳定摄像的摄像系统，其特征在于，该控制信息为该驱动装置的控制电压。

5.一种可稳定摄像的摄像方法，其特征在于，所述可稳定摄像的摄像方法包括下列步骤：

透过一第一感测器侦测一摄像装置的移动的角速度，从而得到一第一感测数据；

透过一第二感测器侦测该摄像装置中一影像感测单元的位置移动，从而产生一第二感测数据；

依据该第一感测数据与该第二感测数据计算一控制信息；以及

致使一驱动装置根据该控制信息调整该影像感测单元的位置，

其中该控制信息依据下列方程式计算：

$F=|G-\frac{\mathrm{dH}}{\mathrm{dt}}{K}_0|K_1,$

其中，F为该控制信息，G为该第一感测数据，H为该第二感测数据，K₀为该第一感测数据与该第二感测数据间的一单位调整系数，且K₁为该第一感测数据与相应该驱动装置的该控制信息的一转换系数，或

该控制信息依据下列方程式计算：

$F=|\frac{\mathrm{dG}}{\mathrm{dt}}-\frac{d^{2}H}{{\mathrm{dt}}^2}{K}_2|K_3,$

其中，F为该控制信息，G为该第一感测数据，H为该第二感测数据，K₂为该第一感测数据与该第二感测数据间的一单位调整系数，且K₃为该第一感测数据与相应该驱动装置的该控制信息的一转换系数。

6.根据权利要求5所述的可稳定摄像的摄像方法，其特征在于，该控制信息为该驱动装置的控制电压。

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