CN104486557A - 在图像采集过程中插入短帧的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在图像采集过程中插入短帧的系统及方法，包括，发出读写控制信号和帧插入控制信号的寄存器，控制曝光和复位状态转换的系统控制器，对曝光时间和复位时间进行计数的时间计数器，用于数据采集和处理、并输出图形帧数据的数据读取采集电路；接收寄存器发出的读写控制信号并用于存储连续读出的长帧的时间参数的第一参数寄存器组、以及用于存储需要插入的短帧图像的时间参数的第二参数寄存器组，根据参数寄存器组所存储的时间参数以及短帧插入控制信号进行复位时间和曝光时间的计算和输出的参数比较计算电路，接收来自参数比较计算电路输出的曝光时间和复位时间参数，控制曝光和复位两种状态的切换和时间计数器的工作的系统控制器。

Description

在图像采集过程中插入短帧的系统及方法

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，具体涉及一种图像传感器的图像采集过程中插入短帧的系统及方法。

背景技术

图像传感器在图像采集过程中总是以帧为单位进行采集，一帧图像的采集过程包括图像的像素单元曝光、和复位过程。模拟采集通道的数据采集和模数转换过程，以及模数转换后，数字格式的图像数据读出过程。每一帧图像都可以信号复位、以及曝光完成后的图像数据信号转换及最终的图像数据读取。

图像传感器有两种图像采集方式，一种是ERS(Electronic Rolling Shutter)模式,另一种是GRR(Global Rolling Shutter)方式。在图像传感器中，在连续的ERS(ELECTRIC ROLLING SHUTTER)采集模式下对图像进行采集时，可能需要在连续的长帧图像的采集过程中插入短帧图像的采集。请参阅图1-2，阴影线填充区域表示曝光阶段，黑色区域表示复位阶段，其下方的白色长条表示读图像帧数据；如图1所示为连续图像帧的采集示意图，若该连续的图像帧，每帧的时间较长，而需要在其中两帧之间插入一帧采集时间较短的图像帧时，如图2所示，理想的短帧插入采集过程，该过程可以出现以下问题：

长帧的图像数据采集时间较长，在T1到T2期间，第N帧长帧图像数据还在采集，而短帧完成曝光，曝光造成新的图像信号把旧的图像信号覆盖，这就造成当第N帧长帧图像数据出错。

T2完成曝光，要求短帧开始读数据，而理想的插入短帧在T3时刻开始，而由于第N帧长帧图像读取了部分短帧信号，信号已复位，当短帧再次读取时，读到的数据就是错误的。

现有的解决方法，请参阅图3-4，图中矩形虚线框表示空闲过程，短帧插入解决方案一的数据采集过程包括：

方法一：如图3所示，图3中Tnop表示短帧插入的等待阶段，Ta表示长帧读取时的空闲阶段，Tb表示短帧读取时的空闲阶段；在第N帧读取过程中，改变系统控制模式，使系统进入快照模式(SNAPSHOT)状态，等待该帧读完成，再更改帧读取时序控制和地址控制，并在SNAPSHOT模式下采用外部触发，读取一帧短帧图像。待完成后，将相关参数改写回长帧状态，并再次改变系统控制模式，再进入ERS模式进行连续长帧的读取。

这种方法的缺陷是：插入的等待时间和空闲时间长。需要反复更改控制状态和参数。外部控制必须清楚插入的帧是否为短帧。

方法二：如图4所示，图4中箭头指向的区域是数据出错和废弃的区域，虚线框表示短帧读取时的空闲阶段；在第N帧读取过程中，插入一帧短帧，短帧完成曝光后立即开始读短帧，若长帧未读完，则放弃第N帧的数据。这种方法的优点是方法简单，但牺牲了第N帧，也可以认为该方法浪费的时间即一帧长帧的时间。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种图像传感器在图像采集过程中插入短帧的系统及其方法，从而能够在无需系统状态转换的前提下，自动进行短针插入。

为了实现上述目的，本发明提供了一种在图像采集过程中插入短帧的系统，包括，用于发出读写控制信号和帧插入控制信号的寄存器，用于控制曝光和复位状态转换的系统控制器，与系统控制器相连且用于对曝光时间和复位时间进行计数的时间计数器，用于数据采集和处理、并输出图形帧数据的数据读取采集电路；

参数寄存器组，用于接收寄存器发出的读写控制信号并对帧的时间参数进行存储，其具有：

第一参数寄存器组，用于存储连续读出的长帧的时间参数；

第二参数寄存器组，用于存储需要插入的短帧的时间参数；

参数比较计算电路，与所述参数寄存器组相连，其接收帧插入控制信号，并根据所述参数寄存器组所存储的时间参数以及帧插入控制信号进行复位时间和曝光时间的计算和输出；

系统控制器，与所述参数比较计算电路相连，接收来自所述参数比较计算电路输出的曝光时间和复位时间参数，控制曝光和复位两种状态之间的切换；并控制时间计数器工作。

优选地，所述参数比较计算电路进行复位时间和曝光时间的计算和输出具体包括：

当帧插入控制信号无效时，所述参数比较计算电路直接把所述第一参数寄存器组中所存储的所述长帧的时间参数输出给系统控制器；

当帧插入控制信号有效时，针对插入的长帧，所述参数比较计算电路对插入的短帧的前一长帧进行如下处理：曝光时间不变，修改该长帧的复位时间，修改后的长帧复位时间等于长帧读取数据时间，然后将长帧曝光时间和修改后的长帧复位时间输出给系统控制器；针对插入的短帧，所述参数比较计算电路把第二参数寄存器组所存储的短帧图像的时间参数直接发送给系统控制器。

优选地，所述系统控制器向所述时间计数器输出计数复位信号、计数初值信号、和计数使能信号；所述时间计数器接收系统控制器输出的计数复位信号、计数初值信号和计数使能信号，并在计数完成后输出计数完成信号给系统控制器。

优选地，所述计数器在曝光时对曝光时间进行计数，并在计数完成后输出计数完成信号，表示曝光完成；所述计数器在复位时对复位时间进行计数，并在计数完成后输出计数完成信号表示复位完成。

优选地，还包括：与系统控制器相连且用于进行模拟数据采集的模拟数据采集电路，与系统控制器和模拟数据采集电路相连且用于接收到模拟采集开始信号时进行计数延时并发出数据采集开始信号的延时电路，所述延时电路控制所述数据读取采集电路开始工作。

优选地，所述系统控制器在收到所述计数器输送的计数完成信号后，向所述模拟数据采集电路发送模拟采集开始信号；所述模拟数据采集电路接收到所述模拟采集开始信号后进行模拟数据采集。

优选地，所述模拟数据采集电路完成模拟数据采集后，将模拟信号转换为数字信号时，所述延时模块向所述数据读取采集电路发送数据采集开始信号。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种在图像采集过程中插入短帧的方法，其采用上述的系统，其包括以下步骤：

步骤01：寄存器向所述参数寄存器组发出读写控制信号；

步骤02：所述参数寄存器组接收到所述寄存器发出的读写控制信号，对帧的时间参数进行存储；其中，第一参数寄存器组存储连续读出的长帧的时间参数，第二参数寄存器组存储需要插入的短帧图像的时间参数；

步骤03：当参数比较计算电路接收到所述寄存器发出的帧插入控制信号时，根据所述参数寄存器组所存储的时间参数以及短帧插入控制信号，进行复位时间和曝光时间参数的计算；

步骤04：所述参数比较计算电路将所计算得到的复位时间和曝光时间参数输出到所述系统控制器；

步骤05：所述系统控制器接收来自所述参数比较计算电路输出的所述曝光时间和所述复位时间参数，控制曝光和复位两种状态之间的切换；

步骤06：所述系统控制器控制所述时间计数器对曝光时间和复位时间进行计数；

步骤07：当计数完成后，所述时间计数器将计数完成信号发送给所述系统控制器；

步骤08：所述系统控制器接收到所述时间计数器发送来的计数完成信号后，控制所述数据读取采集电路进行数据采集和处理、并输出图形帧数据。

优选地，所述步骤03具体包括：当帧插入控制信号无效时，所述参数比较计算电路直接把所述第一参数寄存器组中所存储的所述长帧的时间参数输出给系统控制器；

当帧插入控制信号有效时，针对插入的长帧，所述参数比较计算电路对插入的短帧的前一长帧进行如下处理：曝光时间不变，修改该长帧的复位时间，修改后的长帧复位时间等于长帧读取数据时间，然后将长帧曝光时间和修改后的长帧复位时间输出给系统控制器；针对插入的短帧，所述参数比较计算电路把第二参数寄存器组所存储的短帧图像的时间参数直接发送给系统控制器。

优选地，在所述步骤02还包括：写入待插入的短帧时间参数到第二参数寄存器组。

本发明采用两组参数寄存器组分别存储长帧和短帧时间参数，在插入短帧时，将插入前的长帧的复位时间延长，以保证所有的帧在最简便、最省时的条件下实现所有的帧的数据都正确。其主要优点是：电路简单，操作方便，不需要进行模式切换；插入的冗余时间短；支持短帧周期性插入。

附图说明

图1为连续图像帧的采集示意图

图2为理想的短帧插入采集过程示意图

图3短帧插入解决方案一的数据采集过程示意图

图4短帧插入解决方案二的数据采集过程示意图

图5为本发明的一个较佳实施例的插入短帧的系统的示意图

图6为本发明的一个较佳实施例的插入短帧的方法的流程示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明提供了一种图像传感器在图像采集过程中插入短帧的系统，包括，用于发出读写控制信号和帧插入控制信号的寄存器，用于控制曝光和复位状态转换的系统控制器，与系统控制器相连且用于对曝光时间和复位时间进行计数的时间计数器，用于数据采集和处理、并输出图形帧数据的数据读取采集电路；用于接收寄存器发出的读写控制信号并对帧的时间参数进行的存储的参数寄存器组，其具有：用于存储连续读出的长帧的时间参数的第一参数寄存器组，用于存储需要插入的短帧的时间参数的第二参数寄存器组，与参数寄存器组相连的参数比较计算电路，其接收帧插入控制信号，并根据参数寄存器组所存储的时间参数以及帧插入控制信号进行复位时间和曝光时间的计算和输出，这里需要说明的是，帧插入控制信号包括长帧插入控制信号和短帧插入控制信号，本发明通过参数比较计算电路，来接收短、长帧插入控制信号，并据此来计算复位时间和曝光时间；与参数比较计算电路相连的系统控制器，接收来自参数比较计算电路输出的曝光时间和复位时间参数，控制曝光和复位两种状态之间的切换；并控制时间计数器工作。

以下结合附图5和具体实施例对本发明的在图像采集过程中插入短帧的系统作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

本实施例中，请参阅图5，在图像采集过程中插入短帧的系统，包括：

寄存器，用于发出读写控制信号和帧插入控制信号；

参数寄存器组，用于接收寄存器发出的读写控制信号并对帧的时间参数进行的存储，其具有：第一参数寄存器组，用于存储连续读出的长帧的时间参数；第二参数寄存器组，用于存储需要插入的短帧的时间参数；

参数比较计算电路，与参数寄存器组相连，其接收帧插入控制信号，并根据所述参数寄存器组所存储的时间参数以及短帧插入控制信号进行复位时间和曝光时间的计算和输出；

参数比较计算电路进行复位时间和曝光时间的计算和输出具体包括：

当帧插入控制信号无效时，所述参数比较计算电路直接把所述第一参数寄存器组中所存储的所述长帧的时间参数输出给系统控制器；

当帧插入控制信号有效时，针对插入的长帧，所述参数比较计算电路对插入的短帧的前一长帧进行如下处理：曝光时间不变，修改该长帧的复位时间，修改后的长帧复位时间等于长帧读取数据时间，然后将长帧曝光时间和修改后的长帧复位时间输出给系统控制器；针对插入的短帧，所述参数比较计算电路把第二参数寄存器组所存储的短帧图像的时间参数直接发送给系统控制器，可以向系统控制器发出短帧指示信号。

系统控制器，与参数比较计算电路相连，接收来自参数比较计算电路输出的曝光时间和复位时间参数、以及短帧指示信号，由此，在ERS模式下，接收到ERS模式控制信号开始进行图像连续采集，系统控制器控制曝光和复位两种状态之间的切换；并控制时间计数器工作。

时间计数器，与系统控制器相连且用于对曝光时间和复位时间进行计数；其中，系统控制器向时间计数器输出计数复位信号、计数初值信号、和计数使能信号；时间计数器接收系统控制器输出的计数复位信号、计数初值信号和计数使能信号，并在计数完成后输出计数完成信号给系统控制器。时间计数器在曝光时对曝光时间进行计数，并在计数完成后输出计数完成信号，表示曝光完成；时间计数器在复位时对复位时间进行计数，并在计数完成后输出计数完成信号表示复位完成。

模拟数据采集电路，其与系统控制器相连且用于进行模拟数据采集；当系统控制器接收到时间计数器发出的计数完成信号后，向模拟数据采集电路发送模拟采集开始信号，模拟数据采集电路接收到模拟采集开始信号后，进行模拟数据采集。

延时电路，与系统控制器和模拟数据采集电路相连且用于接收到模拟采集开始信号时进行计数延时并发出数据采集开始信号；所述模拟数据采集电路接收到所述模拟采集开始信号后进行模拟数据采集；

数据读取采集电路，用于数据采集和处理、并输出图形帧数据；

这里，模拟数据采集电路完成模拟数据采集后，当将模拟信号转换为数字信号、并输出数字信号时，延时模块向所述数据读取采集电路发送数据采集开始信号。

本发明还提供了一种在图像采集过程中插入短帧的方法，其采用上述的短帧插入的系统，请参阅图6，为本发明的一个较佳实施例的插入短帧的方法的流程示意图，其包括以下步骤：

步骤01：寄存器向参数寄存器组发出读写控制信号；

步骤02：参数寄存器组接收到寄存器发出的读写控制信号，对帧的时间参数进行存储；

具体的，参数寄存器组的第一参数寄存器组存储连续读出的长帧的时间参数，第二参数寄存器组存储需要插入的短帧图像的时间参数；可以通过写入待插入的短帧时间参数到第二参数寄存器组的方式将短帧图像的时间参数存储到第二参数寄存器中。

步骤03：当参数比较计算电路接收到寄存器发出的帧插入控制信号时，根据所述参数寄存器组所存储的时间参数以及短帧插入控制信号，进行复位时间和曝光时间参数的计算；

具体的，当帧插入控制信号无效时，参数比较计算电路直接把所述第一参数寄存器组中所存储的所述长帧的时间参数输出给系统控制器；

当帧插入控制信号有效时，针对插入的长帧，参数比较计算电路对插入的短帧的前一长帧进行如下处理：曝光时间不变，修改该长帧的复位时间，修改后的长帧复位时间等于长帧读取数据时间，然后将长帧曝光时间和修改后的长帧复位时间输出给系统控制器；针对插入的短帧，所述参数比较计算电路把第二参数寄存器组所存储的短帧图像的时间参数直接发送给系统控制器。

步骤04：参数比较计算电路将所计算得到的复位时间和曝光时间参数输出到系统控制器；

步骤05：系统控制器接收来自参数比较计算电路输出的曝光时间和复位时间参数，控制曝光和复位两种状态之间的切换；

步骤06：系统控制器控制时间计数器对曝光时间和复位时间进行计数；

具体的，系统控制器向时间计数器输出计数复位信号、计数初值信号、和计数使能信号；时间计数器接收系统控制器输出的计数复位信号、计数初值信号和计数使能信号，并进行计数。

步骤07：当计数完成后，时间计数器将计数完成信号发送给系统控制器；

具体的，时间计数器在计数完成后输出计数完成信号给系统控制器。计数器在曝光时对曝光时间进行计数，并在计数完成后输出计数完成信号，表示曝光完成；并计数器在复位时对复位时间进行计数，并在计数完成后输出计数完成信号表示复位完成。

步骤08：系统控制器接收到时间计数器发送来的计数完成信号后，控制数据读取采集电路进行数据采集和处理、并输出图形帧数据。

具体的，本实施例中，上述短帧插入系统还包括模拟数据采集电路、延时电路，本步骤包括：当系统控制器接收到时间计数器发出的计数完成信号后，向模拟数据采集电路发送模拟采集开始信号，模拟数据采集电路接收到模拟采集开始信号后，进行模拟数据采集；模拟数据采集电路接收到模拟采集开始信号后进行模拟数据采集；延时电路在接收到模拟采集开始信号时进行计数延时并发出数据采集开始信号；这里，在模拟数据采集电路完成模拟数据采集后，当将模拟信号转换为并输出数字信号时，所述延时模块向所述数据读取采集电路发送数据采集开始信号。

综上所述，本发明采用两组参数寄存器组分别存储长帧和短帧时间参数，在插入短帧时，将插入前的长帧的复位时间延长，以保证所有的帧在最简便、最省时的条件下实现所有的帧的数据都正确。其主要优点是：电路简单，操作方便，不需要进行模式切换；插入的冗余时间短；支持短帧周期性插入。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种在图像采集过程中插入短帧的系统，包括，用于发出读写控制信号和帧插入控制信号的寄存器，用于控制曝光和复位状态转换的系统控制器，与系统控制器相连且用于对曝光时间和复位时间进行计数的时间计数器，用于数据采集和处理、并输出图形帧数据的数据读取采集电路；其特征在于，还包括：

参数寄存器组，用于接收寄存器发出的读写控制信号并对帧的时间参数进行存储，其具有：

第一参数寄存器组，用于存储连续读出的长帧的时间参数；

第二参数寄存器组，用于存储需要插入的短帧的时间参数；

参数比较计算电路，与所述参数寄存器组相连，其接收帧插入控制信号，并根据所述参数寄存器组所存储的时间参数以及帧插入控制信号进行复位时间和曝光时间的计算和输出；

系统控制器，与所述参数比较计算电路相连，接收来自所述参数比较计算电路输出的曝光时间和复位时间参数，控制曝光和复位两种状态之间的切换；并控制时间计数器工作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述参数比较计算电路进行复位时间和曝光时间的计算和输出具体包括：

当帧插入控制信号无效时，所述参数比较计算电路直接把所述第一参数寄存器组中所存储的所述长帧的时间参数输出给系统控制器；

当帧插入控制信号有效时，针对插入的长帧，所述参数比较计算电路对插入的短帧的前一长帧进行如下处理：曝光时间不变，修改该长帧的复位时间，修改后的长帧复位时间等于长帧读取数据时间，然后将长帧曝光时间和修改后的长帧复位时间输出给系统控制器；针对插入的短帧，所述参数比较计算电路把第二参数寄存器组所存储的短帧图像的时间参数直接发送给系统控制器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统控制器向所述时间计数器输出计数复位信号、计数初值信号、和计数使能信号；所述时间计数器接收系统控制器输出的计数复位信号、计数初值信号和计数使能信号，并在计数完成后输出计数完成信号给系统控制器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述计数器在曝光时对曝光时间进行计数，并在计数完成后输出计数完成信号，表示曝光完成；所述计数器在复位时对复位时间进行计数，并在计数完成后输出计数完成信号表示复位完成。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：与系统控制器相连且用于进行模拟数据采集的模拟数据采集电路，与系统控制器和模拟数据采集电路相连、且用于接收到模拟采集开始信号时进行计数延时并发出数据采集开始信号的延时电路。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统控制器在收到所述计数器输送的计数完成信号后，向所述模拟数据采集电路发送模拟采集开始信号；所述模拟数据采集电路接收到所述模拟采集开始信号后进行模拟数据采集。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述模拟数据采集电路完成模拟数据采集后，将模拟信号转换为数字信号时，所述延时模块向所述数据读取采集电路发送数据采集开始信号。

8.一种在图像采集过程中插入短帧的方法，其采用权利要求1所述的系统，其包括以下步骤：

步骤01：寄存器向所述参数寄存器组发出读写控制信号；

步骤02：所述参数寄存器组接收到所述寄存器发出的读写控制信号，对帧的时间参数进行存储；其中，第一参数寄存器组存储连续读出的长帧的时间参数，第二参数寄存器组存储需要插入的短帧图像的时间参数；

步骤03：当参数比较计算电路接收到所述寄存器发出的帧插入控制信号时，根据所述参数寄存器组所存储的时间参数以及短帧插入控制信号，进行复位时间和曝光时间参数的计算；

步骤04：所述参数比较计算电路将所计算得到的复位时间和曝光时间参数输出到所述系统控制器；

步骤05：所述系统控制器接收来自所述参数比较计算电路输出的所述曝光时间和所述复位时间参数，控制曝光和复位两种状态之间的切换；

步骤06：所述系统控制器控制所述时间计数器对曝光时间和复位时间进行计数；

步骤07：当计数完成后，所述时间计数器将计数完成信号发送给所述系统控制器；

步骤08：所述系统控制器接收到所述时间计数器发送来的计数完成信号后，控制所述数据读取采集电路进行数据采集和处理、并输出图形帧数据。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤03具体包括：当帧插入控制信号无效时，所述参数比较计算电路直接把所述第一参数寄存器组中所存储的所述长帧的时间参数输出给系统控制器；

当帧插入控制信号有效时，针对插入的长帧，所述参数比较计算电路对插入的短帧的前一长帧进行如下处理：曝光时间不变，修改该长帧的复位时间，修改后的长帧复位时间等于长帧读取数据时间，然后将长帧曝光时间和修改后的长帧复位时间输出给系统控制器；针对插入的短帧，所述参数比较计算电路把第二参数寄存器组所存储的短帧图像的时间参数直接发送给系统控制器。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤02还包括：写入待插入的短帧时间参数到第二参数寄存器组。