CN102014247A - 相机振动检测 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备的振动检测方法，该设备带有相机、平均亮度处理器以及振动检测处理器，该方法包括：利用相机捕获图像；从所捕获的图像中生成图像数据；将图像数据从相机中传输到平均亮度处理器；利用平均亮度处理器，从图像数据中提取一组亮度数据；将该组亮度数据从平均亮度处理器传输到振动检测处理器；利用振动检测处理器，测定该组亮度数据之间的偏差大小；以及如果偏差大小超过了预定的偏差阈值，则确定设备正在振动。本发明还公开了一种能够通过内置相机实现振动检测的手持设备系统。本发明的优点是既不会增加设备的体积，又能降低设备的能耗和成本。

Description

相机振动检测

技术领域

本发明涉及一种检测设备振动的系统和方法；更具体讲，本发明涉及一种利用手持设备中的相机来检测手持设备振动的方法和相应的手持设备系统。

背景技术

目前，数字相机、移动电话和其它流行的手持设备的市场在不断壮大，其中，决定此类设备质量的一关键因素是其可用性(usability)。用户期望能够在最少操作的情况下，快速进入此类设备的各种功能。为了满足此类需求，生产商特别注意针对用户接口的设计，并为用户提供了进入其主要功能的快捷键。另外，有些公司开始在其手持设备中设计了振动检测机构。采用振动检测，用户可以通过故意地晃动手持设备而实现一些特殊的功能，例如“播放下一首歌”或者“接电话”。这种输入方法是非常有用的，特别是当用户正在从事某些活动如跑步、骑自行车或开车时。

传统上，为了能在手持设备中实现振动检测，生产商要依赖机械的解决方案，例如加速仪或陀螺仪(GYROSCOPE)。然而，这些解决方案增加了设备的体积、能耗以及成本。因而，不采用额外的硬件来支持振动检测，是业界所期望的。

随着相机嵌入手持设备变得越来越普遍，那么利用内置的相机来实现振动检测，将是很有利的。

因此，有必要提供一种系统和方法，其通过分析手持设备中内置的相机，检测由用户所引发的设备振动。

发明内容

本发明的目的是提供一种系统和方法，其通过分析手持设备中相机所捕获的图像流，检测由用户所引发的该设备的振动。

为了实现上述的发明目的，一方面，本发明提供了一种检测设备振动的方法，该设备带有相机、平均亮度处理器以及振动检测处理器，该方法包括：

利用相机捕获图像；

从所捕获的图像中生成图像数据；

将图像数据从相机中传输到平均亮度处理器；

利用平均亮度处理器，从图像数据中提取一组亮度数据；

将该组亮度数据从平均亮度处理器传输到振动检测处理器；

利用振动检测处理器，测定该组亮度数据之间的偏差大小；以及

如果偏差大小超过了预定的偏差阈值，则确定该设备正在振动。

在本发明的方法中，所谓的捕获图像可以是指在固定的时间间隔下捕获一组连续图像。

在本发明的方法中，所谓的提取可以是指计算一组连续图像中每个图像的相应平均亮度值。

在本发明的方法中，所谓的测定可以是指计算一组连续图像的平均亮度值的偏差。

作为本发明方法的一种具体实施方式，所谓的测定可以是指计算一组连续图像的平均亮度值的标准偏差。

另一方面，为了实现上述的发明目的，本发明还提供了一种手持设备系统，其包括：

相机；

平均亮度处理器，该平均亮度处理器用于接受相机所捕获的一组图像，并从该组图像中提取一组亮度数据；以及

振动检测处理器，该振动检测处理器用于接受来自平均亮度处理器的一组亮度数据，并测定该组亮度数据之间的偏差；

振动检测处理器是如此设计和设置的，当偏差的大小超过一预定的偏差阈值时，其能确定该设备系统处于振动中。

在本发明的手持设备系统中，所谓的提取可以是指计算一组图像中每个图像的相应平均亮度值；而所谓的测定可以是指计算一组图像的平均亮度值的偏差。

本发明利用手持设备中内置的相机完成振动检测，既不会增加设备的体积，又能降低设备的能耗和成本。

下面结合附图，来详细地说明本发明。但应该理解，为了清楚起见，附图中某些部件不是按比例绘制的。

附图说明

图1是根据本发明一具体实施方式的手持设备系统的方块图；

图2是根据本发明一具体实施方式，在图1所示手持设备系统中进行振动检测的方法的流程图；

图3是根据本发明一具体实施方式中图2所示振动检测步骤的细节流程图；

图4a、4b和4c显示了在数字相机具体实施方式中的模拟结果。

具体实施方式

下面描述了一种系统和方法，其通过分析手持设备中相机所捕获的图像流，检测由用户所引发的该设备的振动。在一具体实施方式中，对连续图像在亮度方面的明显变化进行分析，如果该变化超过一预定的阈值，则可以断定用户故意振动了该手持设备，从而可以激发与该振动相关的设备功能。

图1显示了一完整的振动检测系统的实施例。图1中，100表示一手持设备系统，该手持设备系统包括相机110。例如，手持设备系统100可以是数字式静态/视频相机、装有相机的移动电话或PDA、或任何集成有相机的其它手持设备。相机110捕获图像并将图像数据115(如箭头所指示)提供给平均亮度处理器120，以计算其平均亮度。例如，图像数据115可以是相机110所捕获的原始图像数据；可选择地，图像数据也可以是被相机110采用各种图像或视频处理算法预处理过的，例如锐化(sharpening)、色彩格式转换(colorformat conversion)、开窗(windowing)、抽点(decimation)或者压缩(compression)。平均亮度处理器120可以利用图像数据115计算平均亮度数据125(如箭头所指示)，并将其传输至振动检测处理器130。振动检测处理器130分析平均亮度数据125，生成振动检测数据135(如箭头所指示)。振动检测数据135可以包括布尔(boolean)运算结果(是/否)，以指示振动是否发生了。在某些实施方式中，该振动检测数据还可以包括另外一些表征振动的信息，例如振动的持续时间和强度等。可选择地，振动检测数据135可以只包括经部分处理的统计信息，从而使得该数据的接受者，如外部的软件/硬件，能够做出是否发生了振动的最后判断。

平均亮度处理器120可以利用已知的算术平均方法(arithmeticaveraging method)或其逼近法(approximation)计算平均亮度值。平均是在图像数据115上进行的，图像数据可以是被相机110所捕获的完整图像或者是部分图像和/或预处理的图像。正如前面所述，例如，相机110可以在所捕获的图像内选择随机窗口(arbitrarywindow)，对其进行抽点(decimate，十中取一)(只留下每个第N行和第M列)，并只让所选像素的亮度成分(luminance component)通过，作为图像数据115。

应当注意，对于现在的大多数相机系统而言，其已经具有计算进入图像(incoming image)或部分进入图像之平均亮度的处理器。测定平均亮度是进行自动曝光/自动增益的控制算法所必须的，其根据当前图像的亮度，为下一图像调节图像传感器的曝光时间和信号放大(“增益”)。例如，如果当前图像只是轻度地过曝光，那么，算法将为下一次捕获降低曝光时间和/或增益；反过来也是如此，曝光不足的图像将导致随后的曝光时间和/或增益的增加。因而，在具有自动曝光/自动增益运行算法的相机系统中，振动检测所需要的平均亮度值可以通过简单地读取当前曝光/增益的记发器(register)而获得。将曝光/增益值转换为平均亮度值可通过使用查找表(lookup table)完成。

结合图1来参阅图2。图2显示了处理方法200的流程，其可以通过图1中的手持设备系统100完成。处理方法200的起始步骤210是捕获图像。在手持设备系统100中，步骤210是由相机110完成的。在步骤210中所形成的图像数据215(如箭头所示)导向步骤220，以计算其平均亮度。步骤220计算图像数据215的平均亮度值。平均亮度数据225(如箭头所示)导向步骤230，以进行振动检测，从而生成振动检测结果235(如箭头所示)。

现在结合图2来参阅图3，其显示了振动检测步骤230一示范性实施方式的细节。如图3所示，步骤230中将平均亮度数据225作为其输入。随后，判断(dicision)310确定变量t_delay(时间-延迟)是否为零，该变量在系统启动时被初始化为零。如果判断310的结果为“否”(“NO”)，则处理过程转向步骤320，在此处将变量t_delay减少1，然后处理过程再返回判断310。如果判断310的结果为“是”(“YES”)，那么处理过程继续到步骤330。在步骤330中，利用如下的标准公式计算最近N个平均亮度值的标准偏差：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{(\mathrm{Bi}-B)}^2}$

其中，Bi是平均亮度值，而B则是值Bi的算术平均值。应当注意，在其它的实施方式中可能采用不同的计算公式(或逼近法)来确定Bi的变化；其中，一种方法是使用方差(variance，σ²)，而不是使用标准偏差。还应当注意，在计算σ所使用的、最近的Bi值的个数N，可以根据情况不同而不同。

仍参阅图3，将计算出来的σ值传送到判断340，在此检验σ是否大于预定的阈值σ_thresh。如果判断340的结果为“否”(“NO”)，则在步骤350中将变量shake_detected(振动-检测)设定为“假”(“FALSE”)；如果判断340的结果为“是”(“YES”)，则在步骤360中将变量shake_detected设定为“真”(“TRUE”)，而变量t_delay则在步骤370中复位到帧的延迟(delay_in_frames)的预定值。在振动发生后立即引入延迟的根本原因在于，如果没有延迟，系统会错误地将单次的振动等同为接连发生的数次振动。然而，在某些场合下，这样的效果是期望的，此时则将帧的延迟(delay_in_frames)设定为零。

在本发明所公开的振动检测系统中，某些实施方式能将用户激发的、有意的设备振动与常规使用过程中所产生的设备振动区分开来，例如当用户手中拿着设备行走或跑步时产生的设备振动，这种区分是非常有利的。而在其它一些场合下，设备本身是相对静止的，但相机面前的物体或景象是快速移动的。如下面的模拟结果所显示的，在本发明所公开的系统的某些具体实施方式中，如果经过适当地校正，可以精确地区分出这些不同的场合，并过滤出这些“假的正值”(“false positives”)。

图4a、4b和4c显示了三种模拟结果，其是在具有振动检测系统的数字相机中进行的。每一模拟中，其参数为：

N＝5

σ_thresh＝36

delay_in_frames＝5

每个图中有两条曲线：上面的曲线(“Lum”)表示的是平均图像亮度随着帧数的函数变化，下面的曲线(“SD”)则显示的是标准偏差值随着帧数的函数变化。标准偏差的曲线图中还显示了一直线，其指明了σ_thresh的大小。

图4a所显示的模拟结果是当相机是静止的、而用户在相机面前故意挥动其手的情况。可以看到，在该模拟试验中，标准偏差的峰值是σ_thresh大小的约50％，因而系统没有检测到振动。

图4b所显示的模拟结果是当用户手拿相机在房间中走动并录制视频片断的情况。在该模拟中，尽管标准偏差有时会接近σ_thresh大小，但其仍然没有超过它，所以此处仍然没有检测到振动。

图4c所显示的模拟结果是当用户故意晃动相机六次，这六次分别为箭头410、420、430、440、450和460所表示，每一次其标准偏差值都超过σ_thresh大小，因而相机系统获得正的振动检测(图中没有示出)。

本领域的普通技术人员应该理解，在没有偏离本发明范围的前提下，完全可以对上述的方法和系统进行改变或改进。因而，应当理解，上面的描述中所包含的内容以及附图中所显示的内容只是用于解释本发明，而不是在任何意义上对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种检测设备振动的方法，该设备带有相机、平均亮度处理器以及振动检测处理器，所述的方法包括：

利用所述的相机捕获图像；

从所捕获的图像中生成图像数据；

将所述的图像数据从所述相机中传输到所述的平均亮度处理器；

利用所述的平均亮度处理器，从所述的图像数据中提取一组亮度数据；

将所述的一组亮度数据从所述的平均亮度处理器传输到所述的振动检测处理器；

利用所述的振动检测处理器，测定该组亮度数据之间的偏差大小；以及

如果偏差大小超过了预定的偏差阈值，则确定所述的设备正在振动。

2.如权利要求1所述的方法，其中，捕获图像包括在固定的时间间隔下捕获一组连续图像。

3.如权利要求2所述的方法，其中，提取包括计算所述一组连续图像中每个图像的相应平均亮度值。

4.如权利要求3所述的方法，其中，测定包括计算所述一组连续图像的平均亮度值的偏差。

5.如权利要求3所述的方法，其中，测定包括计算所述一组连续图像的平均亮度值的标准偏差。

6.一种手持设备系统，其包括：

相机；

平均亮度处理器，该平均亮度处理器用于接受所述相机所捕获的一组图像，并从该组图像中提取一组亮度数据；以及

振动检测处理器，该振动检测处理器用于接受来自所述平均亮度处理器的、所述一组亮度数据，并测定该组亮度数据之间的偏差；

所述的振动检测处理器是如此设计和设置的，当所述偏差的大小超过一预定的偏差阈值时，其能确定该设备系统处于振动中。

7.如权利要求6所述的手持设备系统，其中，提取包括计算所述一组图像中每个图像的相应平均亮度值，而测定包括计算所述一组图像的平均亮度值的偏差。

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