CN103699236B - 低功耗光电导航系统的帧率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低功耗光电导航系统的帧率控制方法,包括:图像运动速度下降时,降低帧率,并按照同样比率增大预测矢量;图像运动速度上升时,提高帧率,并按照同样比率减小预测矢量。在一个具体实现方案中,定义了三个帧周期,判断当前帧周期下,当前预测矢量pre_mv是否超过图像运动速度上限阈值或下限阈值来对应地调整提高帧率或降低帧率。该方法是一种灵活的自适应的帧率控制方法,即能保证高速导航所需的图像密度又能获得最高效的功耗利用率。本发明在图像高速运动时为了保证性能,能回到高帧率状态下,此功效与现有技术相当。并且本发明可以大大降低功耗。

Description

低功耗光电导航系统的帧率控制方法

技术领域

[0001]本发明涉及光电导航系统的降低功耗方法,尤其是一种低功耗光电导航系统的帧率控制方法。

背景技术

[0002]光学图像定点设备和光学视频设备等装置都需要进行图像撷取,如无线光电鼠标(属于光电导航系统的一种应用)、光电导航器等。该类设备都需要通过光照反馈撷取系列图像,然后对图像进行处理并给出运动矢量。由于使用了移动电源,为了延长单次使用时长,需要进行功耗控制处理。

[0003]现有技术中通常有三种帧率方案:

[0004] 1.在系统正常工作状态(normal模式)下保持帧率固定不变。

[0005] 2.系统处于normal模式下,采用浮动帧率。所谓的浮动帧率,是在系统信号处理(DSP)完成之后即刻开启下一帧的采样,由于DSP处理时间不一样,导致帧率也不一致。由于该方法属于微调,所以无需预测矢量的切换。

[0006] 3.当系统进入睡眠(Sleep)模式时,关闭若干帧,仅仅开启少数帧检测是否需要退出Sle印模式。所以Sle印模式下,帧率极低。

[0007]其中第3种帧率模式在低功耗光电导航设备中是必备和常规方案,但这种方案仅仅在Sle印模式下存在。

[0008]另两种帧率方法在非低功耗光电导航设备中较为常见,但不适合需要功耗严格控制的设备。即便是第2种方案,浮动帧率的波动比率在± 20%以内。所以normal模式下,系统其实处于忙碌工作状态,无论导航设备的运动速度快慢,系统整体功耗变化不大。

发明内容

[0009]本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种灵活的自适应的帧率控制方法,即能保证高速导航所需的图像密度又能获得最高效的功耗利用率。本发明采用的技术方案是:

[0010] —种低功耗光电导航系统的帧率控制方法,包括:图像运动速度下降时,降低帧率,并按照同样比率增大预测矢量;图像运动速度上升时,提高帧率,并按照同样比率减小预测矢量。

[0011 ]所述帧率控制方法具体包括:

[0012] I).确定系统最高帧率所对应的帧周期FRAME_CYC0,定义帧周期FRAME_CYCI和FRAME_CYC2,使得 FRAME_CYC2>FRAME_CYC1 >FRAME_CYC0 ;

[0013] 2).设置速度阈值SPEED1、SPEED2、SPEED3、SPEED4;

[0014] SPEED3为最高帧率对应的帧周期FRAME_CYC0下的图像运动速度下限阈值;

[0015] SPPEDl为帧周期FRAME_CYC2下的图像运动速度上限阈值;

[0016] SPEED2为帧周期FRAME_CYC1下的图像运动速度上限阈值;

[0017] SPEED4为帧周期FRAME_CYC1下的图像运动速度下限阈值;

[0018] 3).根据采样的图像获取当前帧预测矢量prejnv;根据当前帧率对应的帧周期,分别进行下列处理:

[0019] 在最高帧率对应的帧周期FRAME_CYC0下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED3,则降低帧率即修改帧周期为FRAME_CYC1,同时调整预测矢量为pre_mv*(FRAME_CYCl/FRAME_CYCO);

[0020] 在帧周期FRAME_CYC2下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED1,则提高帧率即修改帧周期为FRAME_CYC1,同时调整预测矢量为pre_mv/(FRAME_CYC2/FRAME_CYCl);

[0021] 在帧周期FRAME_CYC1下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED4,则降低帧率即修改帧周期为FRAME_CYC2,同时调整预测矢量为pre_mv*(FRAME_CYC2/FRAME_CYCl);

[0022] 在帧周期FRAME_CYC1下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED2,则提高帧率即修改帧周期为FRAME_CYC0,同时调整预测矢量为pre_mv/(FRAME_CYCl/FRAME_CYCO)。

[0023]本发明的优点在于:

[0024] 1.高速运动时为了保证性能,能回到高帧率状态下,此功效与现有技术相当。

[0025] 2.预测矢量的灵活变化保证匹配的精确度,不亚于现有单预测矢量技术。

[0026] 3.功耗大幅度地降低。

附图说明

[0027]图1为不同采样率下的两帧图像相对位置关系示例图之一。

[0028]图2为不同采样率下的两帧图像相对位置关系示例图之二。

[0029]图3为本发明的图像运动速度释义图。

[0030]图4为本发明的随速度变化的帧率控制流程实例图。

[0031]图5为本发明的效果对比图。

具体实施方式

[0032]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0033]在介绍帧率控制之前,需要解释运动向量的搜索方法,在光电导航中比较常见的一种技术:根据前若干个运动向量mv的线性组合得一预测矢量pre_mv,通过pre_mv确定一搜索区域,在该区域中进行若干次(如9)匹配(correlat1n)找到最优匹配块,并确定最终运动向量mv。运动图像的目标定位,需要将当前帧与之前的某一帧进行匹配,找到最优的匹配结果,然后确定两帧图像的相对位移位移量。匹配方法比较常见的有两种,一种不带预测向量,需要全局搜索,匹配的范围很大,匹配次数较多;另一种带有预测矢量,预测矢量的运用能有效地定位到一个小的搜索区域,只需在局域内进行匹配,大大减低了匹配次数。预测矢量通常跟图像运动速度相关,所以用前若干帧运动向量(mv)的线性组合作为预测矢量,能较优地定位到一个最小搜索区域,这种方法可有效降低匹配时间和硬件资源,节约成本和功耗。

[0034]选择适当的帧率极为重要,如图1所示,若周期过长,帧与帧之间没有重合区间(图2栅格区域)或者重合区间过小,匹配肯定出错。但反过来,如果周期过短,采样密度较大,系统单位时间的工作负荷(图像采样加处理)过大,功耗自然有所浪费。所以在能够准确计算出运动向量的前提下,适当减低采样频率,成为重要需求,如图2右半部分所示。

[0035]下面对如何实现光电导航系统低功耗的控制方法作详细描述,从中可以看出本发明的帧率控制方法以及起到的作用。

[0036] 一.确定系统最高帧率所对应的帧周期FRAME_CYC0,大多数情况下FRAME_CYC0大于图像采样时间加上信号处理(DSP)时间。定义帧周期FRAME_CYCI和FRAME_CYC2,使得FRAME_CYC2>FRAME_CYC1>FRAME_CYC0。具体来说,可以根据N种图像运动速度(以像素点个数衡量,如同一对象在前后两帧图像中相差的像素点个数,帧率高时,意味着帧周期短,则相差的像素点个数少,图像运动速度慢,如图3所示),通过实验获得对应所需M种帧周期。

[0037] 二.设置速度阈值 SPEED 1、SPEED2、SPEED3、SPEED4(如:3、5、2、2);

[0038] SPEED3为最高帧率对应的帧周期FRAME_CYC0下的图像运动速度下限阈值;

[0039] SPEEDl为帧周期FRAME_CYC2下的图像运动速度上限阈值;

[0040] SPEED2为帧周期FRAME_CYC1下的图像运动速度上限阈值;

[0041 ] SPEED4为帧周期FRAME_CYC1下的图像运动速度下限阈值。

[0042]三.进行图像采样,可通过图像传感器进行图像采样。根据获取的前若干个运动向量mv的线性组合求得当前帧预测矢量pre_mv。

[0043]四.根据当前帧率对应的帧周期,分别进行下列处理:

[0044] 在最高帧率对应的帧周期FRAME_CYC0下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED3(说明图像运动速度太慢了),表示系统可以在稍低帧率下工作以便节约功耗,则降低帧率即修改帧周期为FRAME_CYCI ;但此时需要根据帧周期比率RO (R0=FRAME_CYCI/FRAME_CYC0)调整增大预测矢量为pre_mv*R0,这是因为帧率变低,帧与帧之间的相对运动变大,导致预测矢量变大。于是同时调整预测矢量为pre_mv*(FRAME_CYC1 /FRAME_CYC0)。

[0045 ] 图4中因为框格限制,故用CYCO作为FRAME_CYC0的缩写,CYCI作为FRAME_CYC I的缩写,CYC2作为FRAME_CYC2的缩写,特此说明。

[0046] 在帧周期FRAME_CYC2下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEEDU说明图像运动速度太快了),则需要提高帧率,即修改帧周期为FRAME_CYC1,同时根据帧周期比率Rl (R1=FRAME_CYC2/FRAME_CYC1)调整减小预测矢量为pre_mv/Rl,即同时调整预测矢量为pre_mv/(FRAME_CYC2/FRAME_CYC1)。

[0047] 在帧周期FRAME_CYC1下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED4(说明图像运动速度在变慢,且超过了当前允许的下限),则可降低帧率,即修改帧周期为FRAME_CYC2,同时根据帧周期比率R1(R1=FRAME_CYC2/FRAME_CYC1)调整增大预测矢量为pre_mv*Rl,即同时调整预测矢量为pre_mv*(FRAME_CYC2/FRAME_CYCl)。

[0048] 在帧周期FRAME_CYC1下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED2(说明图像运动速度在变快,且超过了当前允许的上限),则需要提高帧率,即修改帧周期为FRAME_CYC0,同时根据帧周期比率R0(R0=FRAME_CYC1/FRAME_CYC0)调整减小预测矢量为pre_mv/R0,即同时调整预测矢量为pre_mv/(FRAME_CYC1 /FRAME_CYC0)。

[0049]五.根据调整后的预测矢量获取最终的运动向量mv,并在完成操作之后(比如时间节点< FRAME_CYC0 )关闭DSP模块中大部分模块的时钟或电源,让DSP模块进入空闲状态,系统处于等待状态,尽可能地节约能源,如图5所示。

[0050]采样本发明的帧率控制方法,可以达到下列效果:[0051 ] 1.高速运动时为了保证性能,能回到高帧率状态下,此功效与现有技术相当。

[0052] 2.预测矢量的灵活变化保证匹配的精确度,不亚于现有单预测矢量技术。

[0053] 3.功耗大幅度地降低。这是本发明所能够达到的主要目的。下面以以无线鼠标为例说明功耗控制的重要性。

[0054]无线光电鼠标功耗分成两个部分,一是芯片(导航类)本身消耗的功耗,二是装配板上LED灯(开启时间由芯片控制)消耗的功耗,现分析第二部分功耗便能窥视该设计方法的积极效果(如图5所示)。

[0055 ] 在FRAME_CYC0下,为了获取一定品质的图像需要开启LED,周期为LED_CYC,此时峰值电流为 11 ed,那么平均电流1=I I ed*LED_CYC/FRAME_CYCO。

[0056]当鼠标运动在稍低速率下(此时图像运动速度较慢),帧周期调高到FRAME_CYC1,获取同样图像品质所需的LED开启周期仍然为LED_CYC,可得平均电流11=11 ed*LED_CYC/FRAME_CYC1。从上述分析可知11=10/R0。

[0057] 同理,当鼠标处于更慢速率下时,平均电流I2=Iled*LED_CYC/FRAME_CYC2。而12=10/Rlo

[0058] 经验值R0=2、R1=3,对应的电流分别降低至高帧率下电流的1/2和1/3,从而使得无线鼠标的电池综合寿命延长了 I倍以上。

Claims (1)

1.一种低功耗光电导航系统的帧率控制方法,其特征在于: 图像运动速度下降时,降低帧率,并按照同样比率增大预测矢量;图像运动速度上升时,提高帧率,并按照同样比率减小预测矢量; 所述帧率控制方法具体包括: 1).确定系统最高帧率所对应的帧周期FRAME_CYCO,定义帧周期FRAME_CYC I和FRAME_CYC2,使得 FRAME_CYC2>FRAME_CYC1 >FRAME_CYCO ; 2).设置速度阈值SPEED 1、SPEED2、SPEED3、SPEED4 ; SPEED3为最高帧率对应的帧周期FRAME_CYCO下的图像运动速度下限阈值; SPPEDI为帧周期FRAME_CYC2下的图像运动速度上限阈值; SPEED2为帧周期FRAME_CYC1下的图像运动速度上限阈值; SPEED4为帧周期FRAME_CYC1下的图像运动速度下限阈值; 3).根据采样的图像获取当前帧预测矢量pre_mV;根据当前帧率对应的帧周期,分别进行下列处理: 在最高帧率对应的帧周期FRAME_CYCO下,若当前预测矢量pre_mv( SPEED3,则降低帧率即修改帧周期为FRAME_CYC1,同时调整预测矢量为pre_mv*(FRAME_CYCl/FRAME_CYCO);在帧周期FRAME_CYC2下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED I,则提高帧率即修改帧周期为FRAME_CYC1,同时调整预测矢量为pre_mv/(FRAME_CYC2/ FRAME_CYC1); 在帧周期FRAME_CYCI下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED4,则降低帧率即修改帧周期为FRAME_CYC2,同时调整预测矢量为pre_mv*(FRAME_CYC2/ FRAME_CYC1); 在帧周期FRAME_CYC1下,若当前预测矢量pre_mv彡SPEED2,则提高帧率即修改帧周期为FRAME_CYCO,同时调整预测矢量为pre_mv/(FRAME_CYCl/FRAME_CYCO)。
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