CN102202181A - 具有多个取景器的摄像机 - Google Patents

Abstract

一种用于控制便携式电子设备的显示器的新型方法和设备，该便携式电子设备具有用户输入设备和摄像机功能，并具有光传感器芯片，该光传感器芯片具有用于将辐射能量转换为电信号的、具有预定数目的像素行和像素列的传感器阵列，该电信号表示经由取景器显示的图像。该方法包括：经由用户输入来选择用于摄像机应用的变焦级别和取景器分辨率；以及在变焦级别是1x的情况下，将预定数目的像素行和像素列缩放至所选取景器分辨率，并产生对应的图像；以及在变焦级别大于1x的情况下，根据该变焦级别对预定数目的像素行和像素列中的感兴趣区域进行剪切，并产生对应的图像。

Description

具有多个取景器的摄像机

本申请是申请日为2008年4月1日、申请号为200810090381.1的中国专利申请“具有多个取景器的摄像机”的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及数字摄像机，更具体地，涉及一种具有多个取景器的数字摄像机，其适合用于便携式电子设备内。

背景技术

便携式电子设备变得越来越小，并结合了更多功能，例如带有蜂窝电话和无线电子邮件能力的传统个人数字助理(“PDA”)功能。众所周知，除了面向商务用户的功能以外，还结合了针对消费市场设备的音乐和视频播放器以及摄像机应用。

传统的胶片摄像机使用感光胶片来捕获图像，而数字摄像机使用电子光传感器，例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片。本说明书中所使用的术语“光传感器”表示能够接收并捕获辐射能量、并且至少部分地能够将辐射能量转换为作为光学图像的虚拟表示的电信号的任意设备或材料。CCD或CMOS“片上摄像机(camera-on-a-chip)”包括具有排列成水平行和垂直列的、非常精细的电子“图像元素”或“像素”的阵列，这些像素行和列定义了图像分辨率矩阵。

美国专利No.5,841,126描述了一种可以结合到便携式电子设备中的典型摄像机芯片。US-A-2005/0083351公开了一种具有摄像机的便携式电话。该显示器可以以不同屏幕高宽比显示图像。EP-A-1431912公开了一种具有数字变焦装置和光学变焦的成像系统。当达到全光学变焦时，如果还需要进行变焦，则通过剪切图像的中心区域来提供数字变焦。

大多数摄像机应用利用“滚动快门(rolling shutter)”机制来定时输出阵列中的连续像素行。典型地，依次对像素行进行刷新或复位，从图像顶部开始，并逐行地前进到图像底部。当该刷新过程沿图像向下前进了预定距离时，开始读出过程，其中依次从像素行中读出数据，以与刷新过程相同的方式并以相同的速度，从顶部开始，并逐行前进到底部。

定时输出像素数据的速率取决于三个因素：1)帧大小(较大的分辨率需要较高的时钟速率)；2)帧速率(较高的帧速率需要较高的时钟速率)；以及3)所应用的数字变焦量(较高的变焦级别需要较高的时钟速率)。

高数据速率的定时输出数据对基带处理能力有严格需求。此外，基带处理器能够从光传感器阵列接受数据的速率实际上是受限的。因此，基带处理能力在确定摄像机取景器尺寸方面具有重要作用。在本说明书中，术语“取景器”表示数字取景器，其被实现为结合光传感器阵列和显示器、由处理器执行的软件应用程序。该软件应用程序模仿传统摄像机上使用的光学取景器的功能。

对上述三个因素之一的优化会产生对其它两个因素的限制。因此，较大的取景器提供了更好的审美感，但是以较慢帧速率(或刷新速率)或较低变焦级别为代价的。相反，较小的取景器以审美感为代价提供了较高的帧速率和/或变焦级别。

发明内容

在优选方面，下面提供了一种用于控制便携式电子设备的显示器的方法，所述便携式电子设备具有用户输入设备和摄像机功能；所述便携式电子设备包括光传感器芯片，所述光传感器芯片具有用于将辐射能量转换为电信号的、具有预定数目的像素行和像素列的传感器阵列，所述电信号表示经由取景器显示的图像；所述方法包括：

经由所述用户输入设备选择针对所述摄像机应用的变焦级别和取景器分辨率；

在所述变焦级别是1x的情况下，将所述预定数目的像素行和像素列缩放至所选的取景器分辨率，并产生对应的图像；以及

在所述变焦级别大于1x的情况下，根据所述变焦级别对所述预定数目的像素行和像素列中感兴趣的区域进行剪切，然后根据所述取景器分辨率对所剪切的感兴趣区域进行缩放，并产生对应的图像，其中用于刷新所述传感器阵列的速率发生变化，以使激活的取景器越小，提供的刷新速率越高，数字变焦越大。

根据本说明书的一方面，可以提供一种具有摄像机应用的便携式电子设备，其具有用户可选的多个取景器。通过激活较小的取景器，该应用可以为用户提供较高刷新速率和较大数字变焦，而对较大取景器的激活则给用户提供了较大的取景区域。较大取景区域还可以在照明条件较差时提供更好的可见度，但由于带宽考虑，限制了可以使用的最大刷新速率。作为示例，从带宽角度来看，240*180上的20fps相当于320*240上的15fps。较高刷新速率在明亮的照明条件下对最小化模糊效应十分有利。因此，在良好照明条件下，20fps上的240*180取景器将呈现出比15fps上的320*240的图像更少模糊的图像，并且从审美角度上来看是优选的。

在另一优选方面，一种便携式电子设备包括：至少一个用户输入设备，用于选择输入的变焦级别和取景器分辨率；光传感器芯片，其具有预定数目的像素行和像素列的传感器阵列；显示器；永久性存储设备；以及处理器，用于将所述用户输入设备、光传感器芯片、显示器和永久性存储设备相互连接，并被配置为使所述便携式电子设备执行上述的方法的步骤。

在另一方面，提供了一种计算机可读介质，用于存储程序指令集，所述程序指令集用于使便携式电子设备执行根据上述方法的步骤。

然而，在较差照明条件下，无论如何，优选地是降低摄像机帧速率，以在传感器上采集更多光。因此，例如在光线昏暗的房间中，摄像机必须将其帧速率调节到8fps，以使传感器适当地曝光。在这种情况下，相对于240*180取景器，320*240取景器无论如何都不会带来什么不利，因为8fps落入二者的可允许范围内。在这种情况下，320*240取景器给用户提供了更好的取景体验。

附图说明

现在将参考附图，讨论仅作为示例的实施例，在附图中：

图1是根据实施例的便携式电子设备的前视图的示意表示；

图2是图1中的便携式电子设备的后视图的示意表示；

图3是图1中设备的一些内部组件的框图；

图4是描述了用于控制根据图1至3的便携式电子设备的显示器的方法的流程图；

图5示出了与拍摄对象相关的图1中的设备；

图6示出了根据另一实施例的可以产生的剪切(crop)选择屏幕；

图7是描述了根据示例性实施例的用于选择取景器分辨率并执行数字变焦的方法的流程图；以及

图8示出了图1设备上的用于选择取景器分辨率的菜单屏幕。

具体实施方式

现在参照图1，将根据实施例的便携式电子设备的前视图统称为30。在本实施例中，设备30包括无线电话、无线电子邮件寻呼设备和数字摄像机的功能。

在图1中可以看出，设备30包括外壳34，外壳34作为采用键盘38、按键组42(其中一个按键可以是菜单键)、跟踪球(trackball)46和麦克风50的形式的多个输入设备的框架。

因此，设备30的用户可以与输入设备和输出设备进行交互，以发送并接收电子邮件、进行语音电话呼叫、管理约会和联系事宜、浏览互联网以及执行可以在诸如设备30之类的已知或未知的电子设备上找到的其它功能。

应理解，为了说明目的，对设备30进行了简化，在其它实施例中，设备30可以包括附加和/或不同功能和/或应用，并相应地包括输入和输出设备。其它功能可以包括音乐播放、音频记录和视频播放。组合输入/输出设备的示例可以包括通用串行总线(“USB”)端口、将免提耳机连接到设备30的耳机插孔、或蓝牙(或等同技术)收发机。类似地，从这里的教益将理解，设备30中包括的一些功能是可以省略的。

在本发明中，设备30还包括摄像机。现在参照图2，示出了设备30的后视图。因此，设备30还包括采用摄像机镜头60的形式的附加输入设备以及采用闪光灯66的形式的附加输出设备。如下面参考图3和4所详细讨论的，镜头60将光聚焦在结合有感光性元件阵列的图像捕获光传感器芯片62上，以产生通过摄像机镜头60撞击到光传感器芯片上的图像的电信号。

在一个实施例中，构造设备30的形状因素，使得用户能够用左手或右手抓住设备30，并且能够用拇指激活按键42和跟踪球46。(尽管跟踪球46是针对拇指而配置的，应理解，用户也可以使用他们手上的其它手指)。通过相同的标志，将镜头60和光传感器芯片62设置在显示器54之后，以使用户的食指环绕设备30时，不会遮掩镜头，从而不会干扰设备30作为摄像机的使用。当设备30作为摄像机时，由于显示器54为在显示器54正后面的用户呈现风景，因此镜头60位于显示器54之后还改善了显示器54作为取景器的可用性。

现在参照图3，示出了表示设备30中一些内部组件的框图。因此，设备30包括使设备30的输入设备(即，跟踪球46、按键42、键盘38、光传感器芯片62和麦克风50)与设备30的输出设备(即，扬声器58、显示器54和闪光灯66)互连的处理器78。处理器78还连接至永久性存储设备82。(永久性存储设备82可以使用闪存等来实现，或可以包括其它可编程只读存储器(PROM)技术和/或可以包括只读存储器(ROM)技术和/或可以包括可拆卸“智能卡”和/或可以包括上述各项的组合)。如下面将详细讨论的，处理器78执行存储在永久性存储设备82中的多种应用，例如电子邮件应用、电话应用、web浏览应用、日历应用、联系应用、摄像机应用以及为本领域的技术人员所知的其它应用。

设备30还包括设置在外壳34内的无线通信装置86，其无线地连接到基站网络之一，以提供上面所提到的无线电子邮件、电话和web浏览应用功能。

设备30还包括电池90，电池90典型地为可再充电的，并给设备30的组件提供电能。在仅作为示例的本实施例中，电池90是具有在大约最小3.0V至大约最大4.2V之间的工作电压的锂电池。在图3中，为了简化起见，电池90仅示出为连接至处理器78，但将理解的是，电池90连接至设备30内需要电能进行操作的任意组件(例如，光传感器芯片62、无线通信装置88、显示器54和闪光灯66)。

设备30还包括可实现为随机存取存储器(RAM)的易失性存储器94，其可用于暂时存储处理器78正在使用的应用和数据。

如上所述，公知的光传感器芯片62的示例包括电荷耦合器件(CCD)和CMOS器件，二者产生通过摄像机镜头60撞击到其上的图像的电信号。如本领域的技术人员已知的，光传感器芯片62结合有定义了图像分辨率矩阵的感光性像素的水平行和垂直列的阵列。摄像机的最大分辨率确定了该像素阵列的大小。因此，1.3MP摄像机具有1280×1024大小的像素阵列，而2MP摄像机具有1600×1200大小(实际上为1.9MP)的像素阵列。每个像素还具有图像分辨率“深度”。例如，像素深度可以是8比特，其中最小像素亮度值是0，而最大像素亮度(饱和度)值是255。

当暴露给来自对象的成像光时，镜头60将光聚焦到光传感器芯片62的阵列上，光传感器芯片62逐列、逐行并且逐像素地收集对应于或绘制拍摄对象或物体的离散光能或光子电荷，以获得对象的光子电荷表示。光传感器芯片62处理该光子电荷，并将其转换为有用的数字信号，该数字信号定时输出(clock out)，存储在易失性存储器94中。

此外，本领域的技术人员将理解，将这种光传感器装置结合到半导体芯片中，该芯片也提供复杂的缩放算法，以提供不同分辨率的取景器100。公知的缩放算法的示例包括Klein等人的美国专利5,305,398以及Edwards等人的美国专利5,999,663中提出的算法。

现在参照图4，以流程图表示出用于在设备30的显示器54上提供多个取景器(例如，240×180和320×240‘全屏’)的方法，该方法统称为300。为了帮助理解方法300，使用设备300从性能方面对该方法进行说明。然而，应理解，不应以限制意义来理解该讨论，可以在除了设备30以外的其他设备上执行方法300，和/或该方法300可以发生变化。

从步骤310开始，接收到针对摄像机应用的请求。在设备30上，该步骤可以通过如下方式实现：用户转动跟踪球46以滚动过多种设备应用，直到摄像机应用被加亮。一旦被加亮，则用户可以按下跟踪球46，以实际请求该摄像机应用。当处理器78接收到通过跟踪球46的、用户希望使用该摄像机应用的输入时，方法300将从步骤310前进到步骤315。

接下来，在步骤315和320处，在缺省的变焦级别和分辨率上激活该取景器。如这里所使用的，术语“变焦”表示数字变焦，这是通过在处理器78上执行的软件应用程序而实现的变焦效果。采用本领域的技术人员已知的方式，该软件应用程序处理从光传感器芯片62接收的图像并在显示器54上产生相应的图像。

在本实施例中，缺省的取景器分辨率是240×180像素，并将缺省变焦级别设置为2.6x(两点六倍)。在图5中表示了步骤315和320，其中示出显示器54呈现出取景器100。通过将处理器78配置为通过光传感器芯片62接收对象S的图像，然后在显示器54上产生对该图像的表示，来实现取景器100。取景器100上的对象S的大小符合变焦级别2.6x，因此示出了并非所有对象S占据显示器54上的取景器区域。

除取景器100之外，处理器78还被配置为控制显示器54，以在显示器54上呈现状态栏104。状态栏104包括变焦级别指示符108和闪光灯图标112。因此，在图5中，变焦级别指示符108示出为指示变焦级别的值“2.6x”。当激活时，闪光灯图标112指示闪光灯66将在拍摄实际图片时闪光。状态栏104还包括图片计数指示符116，用于指示可以拍摄并在设备30的存储器中存储的图片数目。状态栏104还包括快门控制指示符120。

将快门控制指示符120与跟踪球46相一致地呈现在显示器54上，以指示对跟踪器46的致动将控制摄像机的操作。快门控制指示符116包括处于中心的摄像机图片形式的图标，以表示如果用户按下跟踪球46，则将拍摄并存储取景器100内的对象的图片。

接下来，在步骤325，确定是否转动了跟踪球。如果否，则方法300前进到步骤330，在步骤330，确定是否按下了跟踪球46。如果“否”，则方法300从步骤330前进到步骤335，并确定是否继续摄像机功能。在步骤335，可以由于各种原因而得到确定结果为“否”。例如，来电呼叫可以自动使摄像机功能中断，而优先考虑设备30上管理来电呼叫的应用。备选地，设备30的用户可以使用按键42或键盘38输入命令，指示用户希望退出摄像机应用。

返回步骤330，如果按下了跟踪球46，则方法300将从步骤330前进到步骤345，在步骤345，当对象出现在取景器100内时，捕获该对象的图像。

返回步骤325，如果转动了跟踪球46，则方法300将从步骤325前进到步骤350。在步骤350处，确定跟踪球46的转动是否指示“推镜头移近目标(zoom in)”指令。在本实施例中，当朝着快门控制指示符120转动跟踪球45时，在步骤350处作出“是”的确定。换言之，如果跟踪球46可转动的方向符合罗盘的基本方位(如图5所示)，则沿“北”方向转动跟踪球46时，作出“是”的确定。

如果步骤350处的确定是“否”，则在步骤360处，确定跟踪球46的转动是否指示“拉镜头移离目标(zoom out)”指令。在本实施例中，当朝着键盘38转动跟踪球46时，在步骤350处作出“否”的确定。换言之，如果通过跟踪球46所转动的方向符合罗盘的基本方位，则沿“南”方向旋转跟踪球时，作出“否”的确定。

因此，步骤355和365是分别为实际推镜头移近目标或拉镜头移离目标功能的执行而保留的，下面将参考图8对其进行详细讨论。

当步骤355处作出推镜头移近目标的结论时(并扩展返回至步骤320)，对象S将在取景器100内看起来更近。类似地，当步骤365处作出拉镜头移离目标的结论时(并扩展返回至步骤320)，则对象S将在取景器100内看起来更远。

根据示例性实施例，考虑三个变焦级别，然而应理解，在假设光传感器芯片62具有足够分辨率的前提下，可以实现任意数目的变焦级别。然而，在本示例性实施例中，确定了三个级别来实现较高等级的可用性。

在另一实施例中，在图6中将新型预览屏幕统称为124。例如，预览屏幕124可以由处理器78在执行了方法300的步骤345之后在显示器54上产生。因此，在图6中，示出了屏幕124，在屏幕124中有在步骤345处在取景器100的图片窗口128内拍摄的对象S的图片、以及代替状态栏104的预览状态栏132。

预览状态栏132包括五个图标，对应用户可用的四个不同的选项。这些图标是：返回取景器136；删除图片140；剪切144；发送148；以及文件152。当在执行了方法300之后呈现预览屏幕124时，将图片124保存在由文件图标152所表示的文件位置中。返回取景器136，顾名思义，根据由文件图标152表示的文件名以及文件位置，将图片窗口128中所示的图像保存在永久性存储器82中。对返回取景器136的选择可用于重新开始方法300。删除图片140可用于从永久性存储设备82中删除图片窗口128中所示出的图片。一旦选择了删除图片140，则删除该图片，然后重新开始方法300。剪切144可用于选择存储在图片窗口128中的图片的特定部分，并且可以将这些部分作为新图片存储在永久性存储设备82和/或可以使其与设备30上所执行的联系管理应用中的一个或多个联系方相关联。发送148可用于使用设备30的无线电子邮件功能，经由电子邮件或经由多媒体消息收发服务(MMS)等，来发送图片窗口128内的图片。文件152可用于对图片的文件名进行查看和/或编辑，和/或浏览存储在永久性存储设备82上的其它照片，并为了在预览屏幕124内观看而将其加载。

通过使用跟踪球46来依次加亮预览状态栏132上的各个图标，直到加亮所期望的图标，可以选择各个图标，然后按下跟踪球46来实际选择与该图标相关联的功能。

参考图7，根据实施例提出了方法300中的取景器分辨率选择和变焦功能的细节，将其统称为方法400。在步骤410，例如用户可以通过激活菜单键(例如位于与跟踪球46相邻的左边(西)的按键42)来选择优选的取景器分辨率，这使如图8所示的菜单130被显示。菜单130基于用户当前访问的应用(即，在这种情况下，摄像机应用)来提供选项列表。如果摄像机是根据缺省取景器分辨率(240×180)来配置的，则菜单将显示“全屏”选项(320×240)，而如果摄像机是根据“全屏”取景器分辨率(320×240)来配置的，则菜单将显示“缺省取景器分辨率选项”(240×180)。

当工作在取景器模式时，光传感器芯片62自动将图像数据缩放到所选的取景器分辨率(即，如在步骤410处所选择的，240×180或320×240)。为了执行数字变焦，(即，在步骤415处的确定为“是”)，结合图6如上所述的，指定剪切的感兴趣区域(ROI)，并剪切所选的ROI(步骤420)。例如，为了在结合有1600×1200像素阵列的光传感器芯片62上实现2x数字变焦，指定800×1600的中心剪切。然后，在步骤425处，光传感器芯片62将该感兴趣区域缩放至所选取景器分辨率(例如，240×180或320×240)。由于用户看到已被缩放至所选取景器分辨率的剪切的感兴趣区域，所以用户体验到了数字变焦的效果。

如果用户没有选择变焦(即，在步骤415处的确定为“否”)，则对图像进行缩放，而不经任何剪切(步骤425)。

作为示例，对于所选取景器分辨率为320×240的、1600×1200的传感器阵列，由光传感器芯片62执行以下操作。对于1x变焦级别(即，无变焦)，将1600×1200图像缩放至320×240。对于2x数字变焦，将1600×1200剪切为800×600，然后将其缩放至320×240。对于4x数字变焦，将1600×1200图像剪切为400×300，然后将其缩放至320×240。

根据上述内容，可以理解的是，一旦所剪切的区域(以像素为单位)变得比所选取景器分辨率小，则可以不再应用数字变焦。因此，利用320×240分辨率的取景器，可以提供大约1600/320＝5x的数字变焦。利用较小(240×180)取景器，可以提供高达1600/240＝6.7倍的数字变焦。然而，在实际中，由于光传感器芯片62典型地执行剪切和缩放的方式，在数字变焦操作期间定时输出图像数据的速率与所应用的变焦量成正比。因此，与1x变焦相比，以更高速率定时输出2x变焦上的数据。基带处理器78的物理限制规定了可以将数据锁存(latch)到处理器78中的最大时钟速率。该限制还规定了可以应用的变焦量。因此，尽管理论上可以使用320×240的取景器来获得高达5x的变焦，然而在5x变焦操作期间定时输出该数据所必须采用的高时钟速率使得其无法实行。

前述内容仅表示示例性实施例。可以考虑其它实施例和变体。例如，考虑用户可以应用语音激活(经由麦克风50)来控制摄像机应用的功能，例如变焦(推镜头或拉镜头)、图像剪切等，而不是使用跟踪球46和/或软键42。这些和其它实施例视为包括在这里所附的权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种用于在便携式电子设备上显示取景器图像的方法，所述便携式电子设备包括具有第一分辨率的光传感器(62)以及具有第二分辨率的显示区域(54)，所述方法包括：

接受变焦级别(325)；

在所述变焦级别是1x时，以第一时钟速率，将来自所述光传感器(62)的图像从所述第一分辨率缩放到(420)所述第二分辨率(100)；以及

在所述变焦级别大于1x时，以大于所述第一时钟速率的第二时钟速率，对来自所述光传感器(62)的具有第三分辨率的部分图像进行剪切(415)，并将所剪切的部分图像从所述第三分辨率缩放到(420)所述第二分辨率(100)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二分辨率(100)小于所述第三分辨率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二分辨率(100)大于所述第三分辨率。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二分辨率(100)小于所述第一分辨率。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在取景器上显示缩放到所述第二分辨率(100)的结果图像。

6.一种用于在便携式电子设备上显示图像的方法，包括：

以1x变焦和第一刷新速率对未剪切的图像进行缩放(420)；以及

以大于1x变焦和第二刷新速率对剪切的图像(415)进行缩放(420)，所述第二刷新速率大于所述第一刷新速率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，根据取景器分辨率(410)执行所述缩放(420)。

8.一种便携式电子设备(30)，包括：

至少一个用户输入设备(46或50)，用于选择变焦级别和取景器分辨率；

光传感器(62)，具有包括预定数目的像素行和像素列的传感器阵列；

永久性存储设备(82)；以及

处理器(78)，用于将所述用户输入设备(46)、所述光传感器(62)、显示区域(54)和所述永久性存储设备(82)相互连接，并被配置为使所述便携式电子设备(30)执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述至少一个用户输入设备(46)是跟踪球，所述处理器(78)被配置为从所述跟踪球接收滚动输入，并依据所述滚动输入的方向，根据所述显示区域(54)上图像的放大和缩小的视野之一，来产生所述图像。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述处理器(78)还被配置为接收与所述跟踪球被按下相对应的信号，并响应于所述信号进行捕获，以将所捕获的图像存储在所述永久性存储设备(82)上；所捕获的图像根据所述变焦级别与所述显示区域(54)上的所述图像对应。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，第一方向上的所述滚动输入表示推镜头移近目标，与所述第一方向相反的第二方向上的滚动输入表示拉镜头移离目标。

12.根据权利要求8所述的设备，其中，所述至少一个用户输入设备是麦克风(50)，所述麦克风(50)用于基于用户语音命令对所述处理器(78)进行语音激活，以根据所述取景器上所述图像的放大和缩小的视野之一来产生所述图像。

13.根据权利要求8所述的设备，其中，所述至少一个用户输入设备是麦克风(50)，所述麦克风(50)用于基于用户语音命令对所述处理器(78)进行语音激活，以剪切(420)所述感兴趣区域。

14.一种计算机可读介质，用于存储程序指令集，所述程序指令集用于使便携式电子设备(30)执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

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