CN102118556B - 图像感测装置即时调整图像撷取频率的方法 - Google Patents

Abstract

一种图像感测装置即时调整图像撷取频率的方法，包括：图像感测单元连续感测多画面；设置一计数变量；处理单元自多画面中选取一受测画面，比对受测画面及其前一个画面之间的图像位移，以获得图像感测装置在受测画面的一参考运动信息；记忆单元提供多种撷取频率调整变量，参考运动信息对应到其中一个所述的撷取频率调整变量；处理单元比对计数变量与参考运动信息所对应的撷取频率调整变量：当计数变量达到撷取频率调整变量时，撷取及记录受测画面为一取样画面；以及，比对所述的取样画面及前一个取样画面之间的图像位移，以获得取样画面的一最终运动速度。

Description

图像感测装置即时调整图像撷取频率的方法

技术领域

本发明涉及一种调整图像撷取频率的方法，尤其是涉及图像感测装置即时调整图像撷取频率的方法。 

背景技术

图像感测装置于撷取动态图像画面时，若受撷取的物体、或是图像感测装置本身为移动状态，图像感测装置必须随着移动的速度增加或减少撷取图像的频率，以避免物体或装置的运动速度太快，而撷取图像的频率太低(被撷取的图像的间的时间间隔过长)，产生动态图像画面中，物体运动的图像显得跳跃而不连续；或是撷取图像的频率远高于运动速度，增加图像感测装置处理图像时的运算负担的情况。 

而目前多数的图像感测装置都具有感测图像及分析运动速度的能力，因此，在已知的图像撷取频率调整的方式中，包括有：利用图像感测装置中的图像感测单元或处理单元等硬件元件，根据分析出来的运动速度，将图像感测单元每次感测图像画面的时间间隔加大或缩小，亦即通过控制图像感测单元每秒感测图像画面的次数的方式，达到增加或减少被感测的图像画面。当运动速度快，图像感测单元每秒所需感测的画面数就多；反之，当运动速度慢，图像感测单元每秒所需感测的画面数就会减少。 

发明内容

本发明的目的为提供一种图像感测装置即时调整图像撷取频率的方法，用于根据图像感测装置运动的速度即时撷取画面，以准确捕捉画面中的图像。 

为达到上述目的，依据本发明的其中一种实施方案，提供一种图像感测装置即时调整图像撷取频率的方法实施例，图像感测装置包括图像感测单元、处理单元及记忆单元。该方法包括：图像感测单元连续感测多画面；设置一计数变量；处理单元自多画面中选取一受测画面，比对受测画面及其前一个画面的间的图像位移，以获得图像感测装置在受测画面的一参考运动信息；记忆单元提供多种撷取频率调整变量，参考运动信息对应到其中一个所述的撷取频率调整变量；处理单元比对计数变量与参考运动信息所对应的撷取频率调整变量：当计数变量达到撷取频率调整变量时，撷取及记录受测画面为一取样画面；以及，比对所述的取样画面及前一个取样画面之间的图像位移，以获得取样画面的一最终运动速度，再选取该取样画面的次一个画面，以做为新的该受测画面，并将该计数变量重设至一初始值；

当该计数变量未达到该撷取频率调整变量时，略过该受测画面，再选取该取样画面的次一个画面，以做为新的该受测画面，并累计该计数变量；及 

重设或累计该计数变量后，返回比对该多个画面以获得该受测画面的该参考运动信息的步骤。 

经由本发明所提供的即时调整图像撷取频率的手段，可使得图像感测装置自动随着装置移动的速度，调整图像感测单元撷取画面的速度，以维持撷取图像的效能，同时减少处理单元的运算负担。详细的实施手段请参照以下的实施方式及附图的说明。 

附图说明

图1为一种图像感测装置感测多画面的第一实施例示意图； 

图2为一种图像感测装置感测多画面的第二实施例示意图； 

图3为一种图像感测装置感测多画面的第三实施例示意图； 

图4为本发明所提供一种可即时调整图像撷取频率的图像感测装置实施例的方块图；及 

图5为本发明所提供一种图像感测装置即时调整图像撷取频率方法实施例的流程图。 

附图标记说明： 

11-14画面 

21-23画面 

31-35画面 

40图像 

42画素 

50图像感测装置 

500图像感测单元 

502处理单元 

504记忆单元 

S601-S623流程步骤 

具体实施方式

本发明提供一种即时调整图像撷取频率的技术手段，利用图像感测装置感测图像后计算出装置移动的速度快慢，再根据速度快慢调整撷取画面的间隔数，并依据间隔数选取真正要进行图像比对处理的画面，使图像感测装置在一个固定的画面撷取率下，亦能随着运动速度的不同而改变撷取图像的频率。 

首先参阅图1所显示由一图像感测装置随着时间依序感测的多画面11、12、13及14(frames)，每个画面由多个画素42(pixels)所组成，用以记录图像40的位置。图像感测装置以一固定的画面撷取率，随着图像感测装置移动，图像40在画面11到14的位置不同，产生图像位移。以画面11及画面12为例，在较早感测到的画面11中，图像40的位置在画面11从左起算的第一个画素，到画面12时，图像40则向右位移一个画素，显示在第二个画素中。到画面13及画面14时，图像40又分别向右位移一个画素。由图1中图像40位移的变化可知，图像40每次一个画素的速度移动，因此在已知画面撷取率和每个画素之间距离的前提下，即可计算出图像感测装置的运动速度。 

接着再参照图2，画面21、22及23亦为依序感测到的画面，图像40的位移量则为每张画面向右位移二个画素。若第二图中的画面21到23的画面撷取率与图1中的画面11到14相同，即表示图2中的图像感测装置移动的速度比图1的图像感测装置快。若图像感测装置的运动速度越快，每个画面中的图像位移就越大，此时如不增加画面撷取的速度，图像感测装置计算运动速度而产生相对应的输出时，容易产生动作不连续的情形。为了避免此情形，应缩短每次感测画面所间隔的时间，增加画面的撷取频率。 

反观图3，图像感测装置亦根据如图1中画面的画面撷取率，依序感测画面31、32、33、34及35。在画面31到35中，图像40的位置从画面31最左边的第一个画素开始，一直到画面35才向右位移到第二个画素，代表图像40的移动速度比图1及图2中的图像移动速度慢，在此情形时，即可降低感测画面的频率，亦即增加感测两个画面之间的间隔时间，以减少图像感测装置感测画面及运算的负担。 

图4为本发明提供的一种可即时调整图像撷取频率的图像感测装置实施例方块图。所述的图像感测装置50至少包括一图像感测单元500、一处理单元502及一记忆单元504。图像感测装置50当然还会包括其他的元件与上述各单元协同作用，例如模拟数字转换器或显示单元等，但在本实施例中仅就与调整图像撷取频率相关的元件加以说明。 

图像感测单元500如面型传感器或多个平行排列的线型传感器，根据一画面撷取率(frame rate)连续感测及接收多画面，每一画面具有多个画素以记录被感测的图像。处理单元502可为一微控制器、单 芯片或数字信号处理器，利用被感测到的图像在每个画面中的画素位置的变化，来判断物体或图像感测装置50的参考运动信息，包括运动方向和运动速度；处理单元502并且根据运动速度的快慢变化选择一个适当的撷取频率调整变量，在不需改变画面撷取率的设定的情况下，按照撷取频率调整变量从连多画面中选取部分画面以供运算，由此即时调整撷取画面的频率，所述的撷取频率调整变量为被处理单元502所撷取的两个画面之间的间隔数。其中，参考运动信息的数值与撷取频率调整变量成反比，换言之，若根据参考运动信息所获知的运动速度越快，撷取频率调整变量的数值就越小，以避免调整后的撷取频率太低，被撷取的相邻二个画面中的图像位移太大，而使得图像的移动显得不流畅。记忆单元504中记录了多个撷取频率调整变量，以及每一个撷取频率调整变量所适用的速度范围，当处理单元502获得参考运动信息后，即可从记忆单元504读取数据，以选择适用于当时计算出的运动速度的画面撷取间隔数。 

为便于接下来的实施例说明，以下于表一提供一个例示的撷取频率调整变量与运动速度的对照表，用以供处理单元502比对及选取。表中所示的变量值及速度范围皆仅为例示，实际数值为本领域普通技术人员依设置需求或经验而设定。 

撷取频率调整变量	运动速度区段
		8	0到100
4	101到200
		2	201到300
1	300以上

表一：撷取频率调整变量与运动速度区段对照表 

表一的运动速度的单位元可为每秒厘米(mm/s)，例如：当处理单元502根据图像位移计算出图像感测装置50的运动速度为每秒250厘米，根据表一的内容，对应的撷取频率调整变量即为2，接下来处理单元502即每二个画面撷取一次，并以被撷取到的画面的图像位移进行计算，以获得一最终运动信息，如运动方向和运动速度。 

图5为本发明提供的一种图像感测装置即时调整图像撷取频率的流程图，请同时参照图4以利说明。首先，图像感测单元500设置了一画面撷取率(frame rate)，并根据设置好的画面撷取率连续接收多画面(S601)，所述的画面撷取率是图像感测装置50所支持的最大画面撷取率，例如：每秒20000张画面；并且由处理单元502设置一计数变量(S603)，在开始执行调整图像撷取速率的作业时，将计数变量设置到一初始值。 

接着，处理单元502从多画面中选出其中一个画面作为受测画面进行处理(S605)，例如多画面中的第二个画面F₂：每个画面由感测到图像的多个画素所组成，随着图像感测装置50的移动，不同画面中所记录的图像位置不同，借助于比对受测画面及一基准画面(如多画面中的第一个画面F₁)中的图像位置计算出图像位移，而每个画素间的距离相等，即可算出在受测画面及其基准画面所经过的时间内图像位移的总距离、再利用已知的画面撷取率而得知受测画面与基准画面之 间经过的时间，即可计算出图像感测装置50在所述受测画面时的一参考运动信息(S607)，包括图像感测装置50的运动速度及运动方向。 

处理单元502更进一步读取存放在记忆单元504中的撷取频率调整变量及相对应的运动速度范围的数据，如上述表一，以便根据对照表的内容获得参考运动信息所适用的撷取频率调整变量(S609)。举例而言，根据表一所示，若参考运动信息中的运动速度介于每秒101到200厘米之间，处理单元502即选择数值为4的撷取频率调整变量。所述的撷取频率调整变量即为画面的撷取间隔数，也就表示，若图像感测装置50维持在介于每秒101到200厘米的运动速度时，处理单元502仅需每隔四个画面才选择取出一画面做为取样画面以计算精确的运动速度。为了判断目前的受测画面是否为应被撷取的取样画面，则比对被设置的计数变量是否已达到所选取的撷取频率调整变量(S611)，计数变量代表了前一次撷取取样画面后，到目前为止已经过的画面数，当比对计数变量与被选用的撷取频率调整变量时，即可由此而得知此次的受测画面是否为应再度撷取的取样画面。 

若比对的结果，发现计数变量尚未达到撷取频率调整变量，则略过此次的受测画面不加以记录(S613)，并同时更新计数变量(S615)，例如将计数变量值累加1，之后再选择受测画面的次一个画面为新的受测画面(S623)，返回步骤S607再次进行与基准画面比对的程序。 

而当比对后，发现计数变量已达到所选取的撷取频率调整变量时，则将此次的受测画面加以记录为一取样画面(S617)，再将本次所产生的取样画面与根据相同程序而记录下来的前一个取样画面进行比对，根据二个取样画面之间所经过的时间，以及二个取样画面产生的图像位移的总距离，计算出一最终运动信息(S619)，也就是更为精确的图像感测装置50的运动速度。 

接着即重设计数变量到初始值(S621)，并且亦选择此次受测画面的次一个画面，作为新的受测画面(S623)，并返回步骤S607执行，以从后续的受测画面中，再根据撷取频率调整变量选取适当的取样画面。其中，感测到多画面后，从第一个画面开始进行撷取频率的调整时，由于尚未有基准画面可供比对，因此预设为适用最大画面撷取率计算图像捕获设备的运动速度，使得第一个画面必然为被撷取的第一个取样画面。 

当比对发现计数变量达到撷取频率调整变量后，除记录当时的受测画面为取样画面外，还会将计算变量重设到初始值，其目的即在于确保处理单元502依照撷取频率调整变量所代表的画面撷取间隔数而记录取样画面。 

以图3所示的多画面31到35为例：在图像感测单元感测到画面 31到35后，先设置了计数变量，并指定了初始值，例如为1；而第一个画面31被撷取为第一个取样画面后，计数变量即被重设至初始值，维持为1。接着，当选取第二个画面32为受测画面以计算图像感测装置50在画面32的参考运动信息时，画面32的计数变量即为1，此时，若根据画面31及32之间的图像位移及已知的画面撷取率，即可算出画面32的参考运动信息中的运动速度。举例来说，若计算出来的运动速度为每秒150厘米，参照表一所适用的撷取频率调整变量即为4，代表在此种运动速度之下，处理单元502每隔四个画面才撷取一个画面来计算图像位移和运动速度即可。接下来，当比对计数变量和撷取频率调整变量时，发现计算变量为1，小于撷取频率调整变量的4，代表画面32与前一个被撷取的取样画面之间间隔数不到四个画面，因此画面32即被略过不加以撷取。当画面不被撷取时，计数变量就不会被重设到初始值，而为更新计数变量，使计数变量根据设计逻辑加计或减计数值，在本例中，计数变量为一上数变量，因此将计数变量的数值加1，变量值为2。 

接着再选择次一个画面33为受测画面，同样进行参考运动信息的计算，若根据计算后的结果发现运动速度落入相同的范围，则仍适用相同的撷取频率调整变量。而此时的计数变量为2，仍然未达到撷取频率调整变量的数值4，因此亦略过画面33不撷取，同时再加计计数变量成为3，依此类推。 

在适用的撷取频率调整变量不变动的情形下，直到选择画面35为受测画面时，此时的计数变量已达到撷取频率调整变量时，代表画面35与前一个取样画面(即本例中的画面31)已间隔了4个画面数，因此，画面35即应被撷取为取样画面，以便与前一个取样画面(画面31)执行进一步的比对计算，以获得一最终运动信息。撷取画面35为取样画面后，计数变量即再度被重设到初始值，以供接续在画面35之后其他画面所用。 

此外，若在调整的过程中，例如比对到画面34时，其计数变量值为3，但此时获得的参考运动信息中，计算出图像感测装置50的运动速度加快为每秒210厘米，此时应相对地提高撷取画面的频率以保持图像移动的流畅，从表一可知，此时适用的撷取频率调整变量已改变为2。此时的计数变量已达到撷取频率调整变量的数值，甚至已经大于撷取频率调整变量，换言之，处理单元502应该在每二个画面中即撷取一个画面作为取样画面，但实际上画面34与前一个取样画面(本例中的画面31)已间隔超过两个画面而未撷取新的取样画面。在此情况下，处理单元502亦会立即撷取画面34为取样画面，以利与画面31执行进一步的比对计算。 

需说明的是，上述实施例中所述的计数变量以1为初始值，仅为一较易理解的范例，实际的作法中，如处理单元对于变量的记录和运算常见的以0为初始值，在此种情形时，本领域普通技术人员可轻易地将撷取频率调整变量做相对应的调整，例如在每秒101到200厘米的运动速度下，设计为每四个画面撷取出一个取样画面，但运算时则于比对出计数变量到达3时，当时的受测画面即为应撷取的取样画面。 

借助于上述动态根据每个画面的参考运动信息，调整处理单元间隔性地撷取被图像感测单元感测的画面的手段，即使不改变图像感测装置中所设定的画面撷取率，仍可即时性地依据图像感测装置或被感测的图像运动的速度调整图像的撷取频率，维护了图像移动的流畅度，也节省由硬件元件切换画面撷取率所产生的成本。 

然而，上述各实施例当中的项目及元件，仅为阐述本发明所举的例示，并无自限所请求保护的权利要求保护范围的意图。凡遵循本发明的精神及根据本发明所揭示的技术手段，而进行微幅的修改或改变者，亦属本发明所保护的权利要求保护范围的范畴之内。 

Claims (7)

1.一种图像感测装置即时调整图像撷取频率的方法，该图像感测装置包括一图像感测单元、一处理单元及一记忆单元，其特征在于，该方法包括：

连续接收多画面；

设置一计数变量；

自该多画面中选取一受测画面，比对该受测画面及该受测画面的前一个画面之间的图像位移，以获得该图像感测装置于该受测画面的一参考运动信息；

提供多种撷取频率调整变量，该参考运动信息对应该多种撷取频率调整变量中的一个撷取频率调整变量；

比对该计数变量与该参考运动信息所对应的该撷取频率调整变量；

当该计数变量达到该撷取频率调整变量时，撷取及记录该受测画面为一取样画面，比对该取样画面及前一个取样画面之间的图像位移，以获得该图像感测装置于该取样画面的一最终运动速度，再选取该取样画面的次一个画面，以做为新的该受测画面，并将该计数变量重设至一初始值；

当该计数变量未达到该撷取频率调整变量时，略过该受测画面，再选取该取样画面的次一个画面，以做为新的该受测画面，并累计该计数变量；及

重设或累计该计数变量后，返回比对该多个画面以获得该受测画面的该参考运动信息的步骤。

2.如权利要求1所述的即时调整图像撷取频率的方法，其特征在于，该计数变量为该受测画面与前一个该取样画面的一画面间隔数。

3.如权利要求2所述的即时调整图像撷取频率的方法，其特征在于，该计数变量达到该撷取频率调整变量的步骤为该计数变量等于该撷取频率调整变量，或该计数变量大于该撷取频率调整变量。

4.如权利要求1所述的即时调整图像撷取频率的方法，其特征在于，该撷取频率调整变量为从该多画面中撷取该取样画面的一撷取间隔数。

5.如权利要求1所述的即时调整图像撷取频率的方法，其特征在于，该撷取频率调整变量与该参考运动信息成反比。

6.如权利要求1所述的即时调整图像撷取频率的方法，其特征在于，该多种撷取频率调整变量中的每一撷取频率调整变量对应到一运动速度区段，该处理单元根据包含该参考运动信息的该运动速度区段，决定该参考运动信息对应的该撷取频率调整变量。

7.如权利要求1所述的即时调整图像撷取频率的方法，其特征在于，连续接收该多画面的步骤前，更包括：

设定一画面撷取率，以供该图像感测装置依据该画面撷取率接收该多画面；

其中，该画面撷取率为该图像感测装置所支持的最大画面撷取率。

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