CN107181905B - 一种成像方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种成像方法和装置，该方法包括：光线通过镜头输入至光路控制单元，通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和辅助传感器；通过主用传感器和辅助传感器分别获取对应的图像数据；所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据。通过本发明的方案，通过辅助传感器来获取额外的图像信息，可以通过辅助传感器获取图像的方向信息，或更加快速地获取不同位置的清晰度并提高自动对焦的速度，从而通过辅助传感器获取的辅助信息提高图像处理的效果，改善成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤指一种成像方法和装置。
背景技术
普通的照相摄像设备都由镜头、图像传感器和后期的图像处理系统组成。由于成本以及技术原因，大部分图像传感器的RGB三色都不是全分辨率，RGB三种颜色的滤镜是按照某种方式排列而成的，比如bayer格式。对于每个像素点只有RGB三种颜色的中一种颜色的亮度值，为了得到完整的图像，对于一个像素点，需要对另外两种颜色进行色彩还原，通常通过颜色插值算法来进行色彩还原，颜色插值算法即解马赛克算法，是为了补齐丢失的RGB三种颜色。经过颜色插值以及颜色还原通常会伴随一定的误差，不同的插值算法会影响还原的精度，细节上必定有所失真。颜色插值算法的关键在于估计当前像素的方向信息，如果方向判断错误，则最终的图像会出现各种状况的边缘失真和彩色噪声，对图像还原的影响很大。
照相摄像设备的3A算法，即自动聚焦，自动曝光和自动白平衡技术常常受限于系统的帧频，只有等一帧结束后才能读取相应的统计值，这样就大大降低了系统的反应速度。
另外，暗光条件下，系统噪声很大，导致真实的图像信息都被噪声覆盖，边缘及颜色变的难以提取。但是很多算法，比如自动聚焦，对画面的“干净”程度依赖较高，降噪算法很多时候都不能达到理想的效果，噪声大造成的聚焦速度缓慢甚至无法聚焦的情况十分常见。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种成像方法和装置，能够改善成像质量。
为了达到上述目的，本发明提出了一种成像方法，通过成像装置获取图像，所述成像装置包括：镜头，主用传感器、以及图像处理单元，所述成像装置还包括：光路控制单元和辅助传感器、以及图像处理单元；其中，主用传感器和辅助传感器设置为相同的视角和景深，
所述成像方法包括：
光线通过镜头输入至光路控制单元，通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和辅助传感器；
通过主用传感器和辅助传感器分别获取对应的图像数据；
所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据。
优选地，所述辅助传感器包括第一辅助传感器；
所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据包括：
通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过第一辅助传感器获取图像的方向信息；
根据所述原始色彩信息和所述方向信息，获取颜色还原后的图像数据。
优选地，所述光路控制单元包括反光镜；
所述通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和第一辅助传感器包括：在前半个场周期，反光镜在驱动装置的驱动下移动至插入状态，光线通过反光镜到达第一辅助传感器进行光电转换，在后半个场周期，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；
或，
所述光路控制单元包括分光设备；
所述通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和第一辅助传感器包括：通过分光设备，同一束光线的部分以折射的方式传输到第一辅助传感器，部分以反射的方式传输到主用传感器。
优选地，通过第一辅助传感器获取图像的方向信息具体包括：
在计算目标像素对应某个颜色的分量时，根据第一辅助传感器获取图像的灰度值，分别计算该目标像素对应的水平方向和垂直方向的亮度变化，如果水平方向的亮度变化大于垂直方向的亮度变化，则根据水平方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值，如果水平方向的亮度变化小于垂直方向的亮度变化，则根据垂直方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值。
优选地，dv＝|Lv2-Lv4|+|2·Lv3-Lv1-Lv5|
dh＝|Lh2-Lh4|+|2·Lh3-Lh1-Lh5|
G＝(Gv2+Gv4)/2+(2*Bv3-Bv1-Bv5)/4 dv>dh
G＝(Gh2+Gh4)/2+(2*Bh3-Bh1-Bh5)/4 dv<dh
G＝(Gh2+Gh4+Gv2+Gv4)/4+(4*B3-Bh1-Bh5-Bv1-Bv5)/8dv＝dh
其中，Lv1、Lv2、Lv3、Lv4和Lv5分别为第一辅助传感器获取的水平方向上周围像素的灰度值，Lh1、Lh2、Lh3、Lh4和Lh5分别为第一辅助传感器获取的竖直方向上周围像素的灰度值，dv为水平方向的亮度变化，dh为垂直方向的亮度变化，G和B为通过主传感器获取的像素值，G为像素针对绿色对应的像素值；B为像素针对蓝色对应的像素值。
优选地，通过第一辅助传感器获取图像的方向信息具体包括：
通过第一辅助传感器获取图像在多个方向的权重，并根据多个方向的权重，对应的多个方向的颜色分量，以及像素与中心像素之间的距离，获取目标像素针对该颜色对应的像素值。
优选地，所述通过第一辅助传感器获取图像在多个方向的权重包括：
通过周围像素与中心像素之间的亮度差值，可以确定主传感器采集的像素值在计算中心位置在某颜色对应的像素值所占的权重；
其中，
di＝|Li-L|…………i＝h2,v2,h4,v4
其中，di为辅助传感器采集的周围像素与中心像素之间的亮度差值，pi为周围像素与中心像素之间的亮度差值的倒数。
优选地，所述辅助传感器包括第二辅助传感器和第三辅助传感器；
所述光路控制单元将光线分别传输至主用传感器、第二辅助传感器和第三辅助传感器；
所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据包括：
通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过第二辅助传感器和第三辅助传感器获取图像的辅助对焦信息；通过原始色彩信息和辅助对焦信息获取最优焦点位置；
根据最优焦点位置获取对应的图像数据。
优选地，在聚焦算法执行过程中，在电机走完一步后，确认第二辅助传感器和第二辅助传感器中是否有一个已经读完一帧，如果第二辅助传感器已经读完一帧，则根据第二辅助传感器读出的帧计算该位置对应的图像对比度值，如果第三辅助传感器已经读完一帧，则根据第三辅助传感器读出的帧计算该位置对应的图像对比度值。
优选地，所述光路控制单元包括反光镜；
在一个场周期内，在前1/3个场周期内，反光镜将光线反射至第二辅助传感器进行光电转换，在中间1/3个场周期内，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；在后1/3个场周期内，反光镜将光线反射至第三辅助传感器进行光电转换。
为了达到上述目的，本发明还提出了一种成像装置，所述成像装置包括：镜头，主用传感器、以及图像处理单元，所述成像装置还包括：光路控制单元和辅助传感器、以及图像处理单元；其中，主用传感器和辅助传感器设置为相同的视角和景深，
光路控制单元用于将光线分别传输至主用传感器和辅助传感器；
图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据。
优选地，所述辅助传感器包括第一辅助传感器；
图像处理单元通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过第一辅助传感器的图像数据获取图像的方向信息；
图像处理单元根据所述原始色彩信息和所述方向信息，获取颜色还原后的图像数据。
优选地，所述光路控制单元包括反光镜；
在前半个场周期，反光镜在驱动装置的驱动下移动至插入状态，光线通过反光镜到达第一辅助传感器进行光电转换，在后半个场周期，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；
或，
所述光路控制单元包括分光设备；
通过分光设备，同一束光线的部分以折射的方式传输到第一辅助传感器，部分以反射的方式传输到主用传感器。
优选地，所述图像处理单元执行的图像处理包括色彩还原处理，所述色彩还原处理包括：
在计算目标像素对应某个颜色的分量时，根据第一辅助传感器获取图像的灰度值，分别计算该目标像素对应的水平方向和垂直方向的亮度变化，如果水平方向的亮度变化大于垂直方向的亮度变化，则根据水平方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值，如果水平方向的亮度变化小于垂直方向的亮度变化，则根据垂直方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值。
优选地，dv＝|Lv2-Lv4|+|2·Lv3-Lv1-Lv5|
dh＝|Lh2-Lh4|+|2·Lh3-Lh1-Lh5|
G＝(Gv2+Gv4)/2+(2*Bv3-Bv1-Bv5)/4 dv>dh
G＝(Gh2+Gh4)/2+(2*Bh3-Bh1-Bh5)/4 dv<dh
G＝(Gh2+Gh4+Gv2+Gv4)/4+(4*B3-Bh1-Bh5-Bv1-Bv5)/8dv＝dh
其中，Lv1、Lv2、Lv3、Lv4和Lv5分别为第一辅助传感器获取的水平方向上周围像素的灰度值，Lh1、Lh2、Lh3、Lh4和Lh5分别为第一辅助传感器获取的竖直方向上周围像素的灰度值，dv为水平方向的亮度变化，dh为垂直方向的亮度变化，G和B为通过主传感器获取的像素值，G为像素针对绿色对应的像素值；B为像素针对蓝色对应的像素值。
优选地，所述图像处理单元执行的图像处理包括色彩还原处理，所述色彩还原处理包括：
根据第一辅助传感器获取的图像获取在多个方向的权重，并根据多个方向的权重，对应的多个方向的颜色分量，以及像素与中心像素之间的距离，获取目标像素针对该颜色对应的像素值。
优选地，所述色彩还原处理还包括：
通过周围像素与中心像素之间的亮度差值，可以确定主传感器采集的像素值在计算中心位置在某颜色对应的像素值所占的权重；
其中，
di＝|Li-L|…………i＝h2,v2,h4,v4
其中，di为辅助传感器采集的周围像素与中心像素之间的亮度差值，pi为周围像素与中心像素之间的亮度差值的倒数。
优选地，所述辅助传感器包括第二辅助传感器和第三辅助传感器；
所述光路控制单元将光线分别传输至主用传感器、第二辅助传感器和第三辅助传感器；
所述图像处理单元执行的图像处理还包括焦点定位处理，所述焦点定位包括：
通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过第二辅助传感器和第三辅助传感器获取图像的辅助对焦信息；通过原始色彩信息和辅助对焦信息获取最优焦点位置；
根据最优焦点位置获取对应的图像数据。
优选地，在焦点定位处理执行过程中，在电机走完一步后，确认第二辅助传感器和第二辅助传感器中是否有一个已经读完一帧，如果第二辅助传感器已经读完一帧，则根据第二辅助传感器读出的帧计算该位置对应的图像对比度值，如果第三辅助传感器已经读完一帧，则根据第三辅助传感器读出的帧计算该位置对应的图像对比度值。
优选地，所述光路控制单元包括反光镜；
在一个场周期内，在前1/3个场周期内，反光镜将光线反射至第二辅助传感器进行光电转换，在中间1/3个场周期内，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；在后1/3个场周期内，反光镜将光线反射至第三辅助传感器进行光电转换。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括：光线通过镜头输入至光路控制单元，通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和辅助传感器；通过主用传感器和辅助传感器分别获取对应的图像数据；所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据。通过本发明的方案，通过辅助传感器来获取额外的图像信息，主用传感器和辅助传感器设置为获取的图像数据设置为具有不同的图像参数，在主用传感器为根据bayer格式设置的传感器，辅助传感器为单色传感器时，可以通过辅助传感器获取图像的方向信息，从而提高色彩还原的精度；在主用传感器和辅助传感器设置为根据不同的读取时间输出图像帧时，在成像的焦点定位过程中，可以更加快速地获取不同位置的清晰度，从而提高自动对焦的速度，从而改善成像质量。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
图1为本发明实施例提供的成像设备的结构组成示意图；
图2为为本发明实施例提供的成像方法的流程示意图；
图3A和图3B为基于图1所示的成像设备的成像示意图；
图4A为普通bayer格式传感器的像素排列；
图4B为辅助传感器获取的图像数据；
图5为本发明实施例提供的另一种成像设备的成像示意图；
图6A、图6B和图6C分别为本发明实施例提供的又一种成像设备的成像示意图；
图7是sensor1和sensor2输出视频示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的各种方式可以相互组合。
本发明实施例提出了一种成像方法，通过成像装置获取图像，所述成像装置包括：镜头，主用传感器、以及图像处理单元，所述成像装置还包括：光路控制单元和辅助传感器、以及图像处理单元；其中，主用传感器和辅助传感器设置为相同的视角和景深，所述成像方法包括：
光线通过镜头输入至光路控制单元，通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和辅助传感器；
通过主用传感器和辅助传感器分别获取对应的图像数据；
所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据。
其中，主用传感器和辅助传感器获得的图像数据具有不同的图像参数，例如，主用传感器为根据bayer格式设置的传感器，对于用于色彩还原的辅助传感器，辅助传感器设置为单色传感器，这样可以通过辅助传感器获取图像的方向信息，从而提高色彩还原的精度；再例如，主用传感器和辅助传感器设置为根据不同的读取时间输出图像帧，这样，在成像的焦点定位过程中，可以更加快速地获取不同位置的清晰度，从而提高自动对焦的速度，从而改善成像质量。
本发明实施例提出了一种成像方法，通过成像设备获取图像，参见图1，为本发明实施例提供的成像设备的结构示意图，如图1所示，所述成像设备包括：镜头单元100，光路控制单元200、主用传感器300、第一辅助传感器400、以及图像处理单元800；其中，主用传感器和第一辅助传感器具备完全一样的分辨率和整体尺寸,并且设置为相同的视角和景深。其中，镜头单元100包括1个或者多个镜头。
参见图2，为本发明实施例提供的成像方法的流程示意图，如图2所示，所述成像方法包括：
步骤100，光线通过镜头输入至光路控制单元，通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和第一辅助传感器；
步骤200，通过主用传感器获取图像的原始色彩信息；通过第一辅助传感器获取图像的方向信息；
步骤300，所述图像处理单元根据所述原始色彩信息和所述方向信息，获取色彩还原后的图像数据。
参见图3A和图3B，在图1所示的成像设备的基础上，本实施例中，光路控制单元200包括反光设备210，在每一个场周期内的不同时间段内，反光设备210分别将镜头输出的光线传输至主用传感器300和第一辅助传感器400，例如，在前半个场周期内，反光设备210将光线传输至主用传感器300、在后半个场周期内，反光设备210将光线传输至第一辅助传感器400。
如图3A和图3B所示，其中，反光设备210为反光镜，在前半个场周期，如图3A所示，反光镜处于插入状态，光线通过反光镜到达第一辅助传感器400进行光电转换，在后半个场周期，如附图3B所示，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线直接传输到主用传感器300进行光电转换。反光镜可以在驱动装置的驱动下移动至插入状态或移动至移开状态；
第一辅助传感器以及主用传感器设置为具备完全一样的分辨率和整体尺寸，比如都是1/3英寸，并且两个传感器模块离反光镜的距离相同，保证所成图像的景深以及视角完全一致。主用传感器前面覆盖红外截止滤光片，第一辅助传感器前没有红外滤光片。此外，优选地，两个传感器都需要具备全局曝光特性，这样传感器只用半个场周期也能够充分曝光，如果是传感器是卷帘式曝光特性，那么传感器只用半个场周期曝光可能存在曝光不足的问题。最终，两个传感器上的图像接入同一个DSP或者FPGA进行图像处理，第一辅助传感器400的输出用于色彩还原中的辅助分析作用。
图3A是反光镜插入时的示意图，图3B是反光镜移开时的示意图，箭头表示光线传输的方向，在前半个场周期，反光镜处于插入状态，反光镜与镜头光轴成45度夹角，光线通过反光镜反射到第一辅助传感器400上进行曝光，曝光时间可以设置，但不能大于半个场周期，此时主用传感器300没有工作；在后半个场周期，反光镜移开，通过镜头的光线可以直接到达主用传感器300开始曝光，此时，第一辅助传感器400没有工作，同样的，曝光时间可以设置，但不能大于半个场周期。
通过驱动装置，使得反光镜交替处于插入和移开状态，反光镜。在每个场周期，辅助sensor和主sensor都能工作，对于同一幅画面，始终能得到两个输出，而具备更高分辨率和更强的感光性能的辅助sensor的输出将为主sensor的输出图像提供有效的支持。
下面对根据原始色彩信息和所述方向信息，获取色彩还原后的图像数据的过程进行解释。其中，原始色彩信息指主传感器获取的图像，其中，对于每个像素点，只包含RGB三种颜色中的一种颜色的分量，原始色彩信息通过颜色插值以及颜色还原才能补齐丢失的颜色分量，获取色彩还原后的图像。
参见图4A，为普通bayer格式sensor(传感器)的像素排列，可以看出，中间像素B3只有蓝色信息，中间像素左侧的像素G7和右侧的像素G8只有绿色信息，中间像素的红色和绿色的信息都需要通过领域的像素来估计。例如，通过G2,G4来或者通过G7和G8来差值计算中间像素的绿色信息。具体地，在计算绿色分量G时，先获取方向信息，方向信息是指确定根据哪个方向的颜色分量来计算目标像素该颜色对应的像素值，具体计算过程包括：分别计算绿色分量的水平方向和垂直方向的亮度变化大小，如果水平方向的亮度变化大于垂直方向的亮度变化，则根据水平方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值，如果水平方向的亮度变化小于垂直方向的亮度变化，则根据垂直方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值。
具体地，可以分别过公式(1)来计算水平方向的亮度变化，通过公式(2)来计算垂直方向的亮度变化。
dv＝|Gv2-Gv4|+|2·B3-Bv1-Bv5| 公式(1)
dh＝|Gh2-Gh4|+|2·B3-Bh1-Bh5| 公式(2)
在计算出水平方向和垂直方向的亮度变化之后，比较水平方向的亮度变化dv和垂直方向的亮度变化dh的大小，并通过G2,G4来或者通过G7和G8来差值计算中间像素的绿色信息G3，具体地：
如果dv小于dh，则根据公式(3)来计算中间像素的绿色信息G3；如果dv大于dh，则根据公式(4)来计算中间像素的绿色信息G3；如果dv等于dh，则根据公式(5)来计算中间像素的绿色信息G3。
本发明实施例中，第一辅助传感器获取的图像数据中，对于每一个像素点来说，包括所有的亮度信息，即，每一个像素点中都包括BGR三种颜色的分量信息，因此，根据第一辅助传感器获取的图像数据来获取方向信息可以得到更准确的结果。参见图4B，为辅助传感器获取的图像数据，像素点的亮度值用L表示。
本发明实施例中，通过第一辅助传感器获取图像的方向信息具体包括，在计算目标像素对应某个颜色的分量时，根据第一辅助传感器获取图像的灰度值，分别计算该目标像素对应的水平方向和垂直方向的亮度变化，如果水平方向的亮度变化大于垂直方向的亮度变化，则根据水平方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值，如果水平方向的亮度变化小于垂直方向的亮度变化，则根据垂直方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值。
具体地，可以分别过公式(6)来计算水平方向的亮度变化，通过公式(7)来计算垂直方向的亮度变化，在计算水平方向的亮度变化和垂直方向的亮度变化之后，根据公式(6)来计算目标像素针对该颜色对应的像素值。
dv＝|Lv2-Lv4|+|2·Lv3-Lv1-Lv5| 公式(6)
dh＝|Lh2-Lh4|+|2·Lh3-Lh1-Lh5| 公式(7)
G＝(Gdmax2+Gdmax4)/2+(2*Bdmax3-Bdmax1-Bdmax5)/4 公式(8)
在公式(8)中，G为中间像素针对绿色对应的像素值。
dmax在dv小于dh时为h，在dv大于dh时为v，如果相等，可以取值为v或者h。其中，例如，
在dv大于dh时，公式(8)具体为：
G＝(Gv2+Gv4)/2+(2*Bv3-Bv1-Bv5)/4
在dv小于dh时，公式(8)具体为：
G＝(Gh2+Gh4)/2+(2*Bh3-Bh1-Bh5)/4
此外，dv等于dh时，也可以通过公式(9)来计算：
G＝(Gh2+Gh4+Gv2+Gv4)/4+(4*B3-Bh1-Bh5-Bv1-Bv5)/8公式(9)
此外，也可以不选择方向，而是通过第一辅助传感器获取图像在多个方向的权重，并根据多个方向的权重，对应的多个方向的颜色分量，以及像素与中心像素之间的距离，获取目标像素针对该颜色对应的像素值。
例如，利用中心像素周围四个方向的像素，其中，某个周围像素与中心像素之间的距离越小，该周围像素对应的主传感器的像素值在计算G时所占的比例就越大。
其中，
di＝|Li-L|…………i＝h2,v2,h4,v4
其中，di为辅助传感器采集的周围像素与中心像素之间的亮度差值，pi为周围像素与中心像素之间的亮度差值的倒数，
因此，通过周围像素与中心像素之间的亮度差值，可以确定主传感器采集的像素值在计算中心位置在某颜色对应的像素值所占的权重，通过主传感器采集的像素值及其对应的权重，可以获取目标像素针对该颜色对应的像素值。
在色彩还原处理过程中，需要获取方向信息，并通过方向信息来执行插值处理，通过辅助传感器获取的信息来计算方向信息，这种方式得到的方向信息，比任何只根据原始单一图像所得来的信息都准确许多，因此，可以改善色彩还原的精度，提升图像清晰度，效果显著，也就是说，通过上述方法，可以获取更加准确的颜色信息，减少画面伪色，提高画面清晰度。
上述实施例中，以光路控制单元200包括反光设备210为例进行了说明，此外，光路控制单元200也可以包括分光设备220，具体地，分光设备220为分束镜，如图5所示。也就是说光线可以同时通过反射到达辅助sensor并且通过折射到达主sensor。分束后的两束光线除了光强不同之外，其余特性全都相同。这样，反光镜可以不用每半个场周期就切换一次，而是位置固定不动，两个全局曝光的sensor也可以换成普通卷帘式曝光的sensor，而两个sensor得到的图像可以保持每时每刻都是一致的。两个输出依然接入同一个图像处理DSP或者FPGA。而后处理方法与上述实施例中处理方法保持一致。
本发明实施例中，所述辅助传感器的个数为一个或多个；
所述光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和各个辅助传感器；
所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据包括：
通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过一个或多个辅助传感器获取图像的辅助对焦信息；通过原始色彩信息和辅助对焦信息获取最优焦点位置；根据最优焦点位置获取对应的图像数据。
其中，在聚焦算法执行过程中，在电机走完一步后，确认一个或多个辅助传感器中是否有一个已经读完一帧，如果某一个已经读完一帧，则根据读出的帧计算该位置对应的图像对比度值。例如，例如电机每走一步的间隔时间为T1，则将主用传感器和各辅助传感器的输出数据帧的起始时间设置为均匀的间隔，例如间隔设置为T1，该间隔小于单个传感器输出一帧数据的时间。
下面以辅助传感器包括第二辅助传感器和第三辅助传感器这2个辅助传感器为例进行说明。对于用于色彩还原的辅助传感器，辅助传感器可以设置为与主传感器相同的多色传感器，也可以是参数相同的单色传感器。
参见图6A，为本发明实施例提供的另一种成像设备，所述成像设备还包括第二辅助传感器和第三辅助传感器，其中，主传感器、第二辅助传感器和第三辅助传感器具备完全一样的分辨率和整体尺寸,并且设置为相同的视角和景深。三个传感器模块离反光镜的距离相同，保证所成图像的景深以及视角完全一致。
在一个场周期内，在前1/3个场周期内，如图6A所示，反光镜与水平呈正向45度夹角，反光镜将光线反射至第二辅助传感器进行光电转换，在中间1/3个场周期内，，如图6B所示，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；在后1/3个场周期内，如图6C所示，反光镜与水平呈负向45度夹角，反光镜将光线反射至第三辅助传感器进行光电转换。
这样，一个场周期中会有第二辅助传感器(sensor2)和第三辅助传感器(sensor3)两路辅助输出。在反差式自动聚焦算法中提取画面的对比度时，常常会依赖于视频的帧频，只有等一帧画面都读完，才能读出当前对比度。如果电机移动完成后，一帧还未结束，程序就只能等待。这样，自动聚焦算法的反馈就有延迟，就变慢了。
聚焦电机走完一步后，查看两个辅助sensor中是否有一个已经率先读完一帧，如果是sensor1，则聚焦算法读出sensor1的对比度值，判断此时画面清晰度相比前一帧是上升还是下降，再进入下一步的算法。同样，如果是sensor2先完成一帧，则读sensor2输出的对比度值。每次都读取率先完成一帧的那个辅助sensor，将会大大提高自动聚焦的速度。
图7是sensor1和sensor2输出视频示意图(高电平是场有效期，低电平是场消隐期)，sensor2的输出比sensor1的输出延迟2/3周期。红色箭头位置0表示自动聚焦过程的开始零点，即聚焦电机从位置0开始移动，完成一步来到位置0_1，但此时sensor1和sensor2两个输出都没有完成一帧，等待到位置1即sensor1完成一帧时再读取画面对比度值；然后聚焦电机再次移动，完成一步后发现没有sensor完成一帧，等待来到位置2——这时sensor2已完成一帧，于是读取sensor2输出的对比度值；再次移动电机，电机停下后发现sensor1已完成输出，于是直接读取对比度的值，以此类推，可以在4,5,6处读取清晰度。因此，如果只有一路sensor输出，到位置6时，只能得到1,3,5或者2,4,6三个输出，即电机只能走3步，而按照本实施例，电机可以走6步，自动聚焦的速度得到了很大的提升。
上述实施例中，以辅助传感器包括两个辅助传感器为例进行说明，此外，辅助传感器也可以包括其他个数的辅助传感器，各个传感器设置为具有不同的图像读取时间，如果光路控制单元200是反光镜的情况下，各个传感器的图像读取时间需要配合反光的顺序。此外，光路控制单元200也可以设置为分光镜。
在一个实施例中，辅助传感器的个数可以设置为多个，其中，1个辅助传感器为单色传感器，用于色彩还原的计算，其他辅助传感器为和主传感器相同的多色传感器，用于聚焦算法的计算。
基于与上述实施例相同或相似的构思，本发明实施例还提供一种成像装置，本发明提出的一种成像装置包括：镜头，主用传感器、以及图像处理单元，其特征在于，所述成像装置还包括：光路控制单元和辅助传感器、以及图像处理单元；其中，主用传感器和辅助传感器设置为相同的视角和景深，
光路控制单元用于将光线分别传输至主用传感器和辅助传感器；
图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据。
本发明实施例中，所述辅助传感器包括第一辅助传感器；
图像处理单元通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过第一辅助传感器的图像数据获取图像的方向信息；
图像处理单元根据所述原始色彩信息和所述方向信息，获取颜色还原后的图像数据。
本发明实施例中，所述光路控制单元包括反光镜；
在前半个场周期，反光镜在驱动装置的驱动下移动至插入状态，光线通过反光镜到达第一辅助传感器进行光电转换，在后半个场周期，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；
或，
所述光路控制单元包括分光设备；
通过分光设备，同一束光线的部分以折射的方式传输到第一辅助传感器，部分以反射的方式传输到主用传感器。
本发明实施例中，所述图像处理单元执行的图像处理包括色彩还原处理，所述色彩还原处理包括：
在计算目标像素对应某个颜色的分量时，根据第一辅助传感器获取图像的灰度值，分别计算该目标像素对应的水平方向和垂直方向的亮度变化，如果水平方向的亮度变化大于垂直方向的亮度变化，则根据水平方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值，如果水平方向的亮度变化小于垂直方向的亮度变化，则根据垂直方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值。
本发明实施例中，
dv＝|Lv2-Lv4|+|2·Lv3-Lv1-Lv5|
dh＝|Lh2-Lh4|+|2·Lh3-Lh1-Lh5|
G＝(Gv2+Gv4)/2+(2*Bv3-Bv1-Bv5)/4 dv>dh
G＝(Gh2+Gh4)/2+(2*Bh3-Bh1-Bh5)/4 dv<dh
G＝(Gh2+Gh4+Gv2+Gv4)/4+(4*B3-Bh1-Bh5-Bv1-Bv5)/8 dv＝dh
其中，Lv1、Lv2、Lv3、Lv4和Lv5分别为第一辅助传感器获取的水平方向上周围像素的灰度值，Lh1、Lh2、Lh3、Lh4和Lh5分别为第一辅助传感器获取的竖直方向上周围像素的灰度值，dv为水平方向的亮度变化，dh为垂直方向的亮度变化，G和B为通过主传感器获取的像素值，G为像素针对绿色对应的像素值；B为像素针对蓝色对应的像素值。
本发明实施例中，所述图像处理单元执行的图像处理包括色彩还原处理，所述色彩还原处理包括：
根据第一辅助传感器获取的图像获取在多个方向的权重，并根据多个方向的权重，对应的多个方向的颜色分量，以及像素与中心像素之间的距离，获取目标像素针对该颜色对应的像素值。
本发明实施例中，所述色彩还原处理还包括：
通过周围像素与中心像素之间的亮度差值，可以确定主传感器采集的像素值在计算中心位置在某颜色对应的像素值所占的权重；
其中，
di＝|Li-L|…………i＝h2,v2,h4,v4
其中，di为辅助传感器采集的周围像素与中心像素之间的亮度差值，pi为周围像素与中心像素之间的亮度差值的倒数。
本发明实施例中，所述辅助传感器包括第二辅助传感器和第三辅助传感器；
所述光路控制单元将光线分别传输至主用传感器、第二辅助传感器和第三辅助传感器；
所述图像处理单元执行的图像处理还包括焦点定位处理，所述焦点定位包括：
通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过第二辅助传感器和第三辅助传感器获取图像的辅助对焦信息；通过原始色彩信息和辅助对焦信息获取最优焦点位置；
根据最优焦点位置获取对应的图像数据。
本发明实施例中，在焦点定位处理执行过程中，在电机走完一步后，确认第二辅助传感器和第二辅助传感器中是否有一个已经读完一帧，如果第二辅助传感器已经读完一帧，则根据第二辅助传感器读出的帧计算该位置对应的图像对比度值，如果第三辅助传感器已经读完一帧，则根据第三辅助传感器读出的帧计算该位置对应的图像对比度值。
本发明实施例中，所述光路控制单元包括反光镜；
在一个场周期内，在前1/3个场周期内，反光镜将光线反射至第二辅助传感器进行光电转换，在中间1/3个场周期内，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；在后1/3个场周期内，反光镜将光线反射至第三辅助传感器进行光电转换。
需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种成像方法，通过成像装置获取图像，所述成像装置包括：镜头，主用传感器、以及图像处理单元，其特征在于，所述成像装置还包括：光路控制单元和辅助传感器、以及图像处理单元；其中，主用传感器和辅助传感器设置为相同的视角和景深，
所述成像方法包括：
光线通过镜头输入至光路控制单元，通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和辅助传感器；
通过主用传感器和辅助传感器分别获取对应的图像数据，其中：
所述主用传感器用于获取图像的原始色彩信息，所述辅助传感器用于获取图像的方向信息，
所述主用传感器和所述辅助传感器设置为根据不同的读取时间输出图像帧；
所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据。
2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述辅助传感器包括第一辅助传感器；
所述图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据包括：
通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过第一辅助传感器获取图像的方向信息；
根据所述原始色彩信息和所述方向信息，获取颜色还原后的图像数据。
3.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于，
所述光路控制单元包括反光镜；
所述通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和第一辅助传感器包括：在前半个场周期，反光镜在驱动装置的驱动下移动至插入状态，光线通过反光镜到达第一辅助传感器进行光电转换，在后半个场周期，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；
或，
所述光路控制单元包括分光设备；
所述通过光路控制单元将光线分别传输至主用传感器和第一辅助传感器包括：通过分光设备，同一束光线的部分以折射的方式传输到第一辅助传感器，部分以反射的方式传输到主用传感器。
4.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于，通过第一辅助传感器获取图像的方向信息具体包括：
在计算目标像素对应某个颜色的分量时，根据第一辅助传感器获取图像的灰度值，分别计算该目标像素对应的水平方向和垂直方向的亮度变化，如果水平方向的亮度变化大于垂直方向的亮度变化，则根据水平方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值，如果水平方向的亮度变化小于垂直方向的亮度变化，则根据垂直方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值。
5.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于，
dv＝|Lv2-Lv4|+|2·Lv3-Lv1-Lv5|
dh＝|Lh2-Lh4|+|2·Lh3-Lh1-Lh5|
G＝(Gv2+Gv4)/2+(2*Bv3-Bv1-Bv5)/4 dv>dh
G＝(Gh2+Gh4)/2+(2*Bh3-Bh1-Bh5)/4 dv<dh
G＝(Gh2+Gh4+Gv2+Gv4)/4+(4*B3-Bh1-Bh5-Bv1-Bv5)/8 dv＝dh
其中，Lv1、Lv2、Lv3、Lv4和Lv5分别为第一辅助传感器获取的水平方向上周围像素的灰度值，Lh1、Lh2、Lh3、Lh4和Lh5分别为第一辅助传感器获取的竖直方向上周围像素的灰度值，dv为水平方向的亮度变化，dh为垂直方向的亮度变化，G和B为通过主传感器获取的像素值，G为像素针对绿色对应的像素值；B为像素针对蓝色对应的像素值。
6.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于，通过第一辅助传感器获取图像的方向信息具体包括：
通过第一辅助传感器获取图像在多个方向的权重，并根据多个方向的权重，对应的多个方向的颜色分量，以及像素与中心像素之间的距离，获取目标像素针对该颜色对应的像素值。
7.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述通过第一辅助传感器获取图像在多个方向的权重包括：
通过周围像素与中心像素之间的亮度差值，可以确定主传感器采集的像素值在计算中心位置在某颜色对应的像素值所占的权重；
其中，
di＝|Li-L|…………i＝h2,v2,h4,v4
其中，di为辅助传感器采集的周围像素与中心像素之间的亮度差值，pi为周围像素与中心像素之间的亮度差值的倒数。
8.一种成像装置，所述成像装置包括：镜头，主用传感器、以及图像处理单元，其特征在于，所述成像装置还包括：光路控制单元和辅助传感器、以及图像处理单元；其中，主用传感器和辅助传感器设置为相同的视角和景深，所述主用传感器用于获取图像的原始色彩信息，所述辅助传感器用于获取图像的方向信息，所述主用传感器和所述辅助传感器设置为根据不同的读取时间输出图像帧，
光路控制单元用于将光线分别传输至主用传感器和辅助传感器；
图像处理单元根据主用传感器和辅助传感器分别获取的图像数据，执行图像处理，并获取处理后的图像数据。
9.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，所述辅助传感器包括第一辅助传感器；
图像处理单元通过主用传感器获取图像的原始色彩信息，通过第一辅助传感器的图像数据获取图像的方向信息；
图像处理单元根据所述原始色彩信息和所述方向信息，获取颜色还原后的图像数据。
10.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，
所述光路控制单元包括反光镜；
在前半个场周期，反光镜在驱动装置的驱动下移动至插入状态，光线通过反光镜到达第一辅助传感器进行光电转换，在后半个场周期，反光镜处于移开状态，镜头输出的光线传输到主用传感器进行光电转换；
或，
所述光路控制单元包括分光设备；
通过分光设备，同一束光线的部分以折射的方式传输到第一辅助传感器，部分以反射的方式传输到主用传感器。
11.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理单元执行的图像处理包括色彩还原处理，所述色彩还原处理包括：
在计算目标像素对应某个颜色的分量时，根据第一辅助传感器获取图像的灰度值，分别计算该目标像素对应的水平方向和垂直方向的亮度变化，如果水平方向的亮度变化大于垂直方向的亮度变化，则根据水平方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值，如果水平方向的亮度变化小于垂直方向的亮度变化，则根据垂直方向的颜色分量来计算目标像素针对该颜色对应的像素值。
12.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，
dv＝|Lv2-Lv4|+|2·Lv3-Lv1-Lv5|
dh＝|Lh2-Lh4|+|2·Lh3-Lh1-Lh5|
G＝(Gv2+Gv4)/2+(2*Bv3-Bv1-Bv5)/4 dv>dh
G＝(Gh2+Gh4)/2+(2*Bh3-Bh1-Bh5)/4 dv<dh
G＝(Gh2+Gh4+Gv2+Gv4)/4+(4*B3-Bh1-Bh5-Bv1-Bv5)/8 dv＝dh
其中，Lv1、Lv2、Lv3、Lv4和Lv5分别为第一辅助传感器获取的水平方向上周围像素的灰度值，Lh1、Lh2、Lh3、Lh4和Lh5分别为第一辅助传感器获取的竖直方向上周围像素的灰度值，dv为水平方向的亮度变化，dh为垂直方向的亮度变化，G和B为通过主传感器获取的像素值，G为像素针对绿色对应的像素值；B为像素针对蓝色对应的像素值。
13.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理单元执行的图像处理包括色彩还原处理，所述色彩还原处理包括：
根据第一辅助传感器获取的图像获取在多个方向的权重，并根据多个方向的权重，对应的多个方向的颜色分量，以及像素与中心像素之间的距离，获取目标像素针对该颜色对应的像素值。
14.根据权利要求13所述的成像装置，其特征在于，所述色彩还原处理还包括：
通过周围像素与中心像素之间的亮度差值，可以确定主传感器采集的像素值在计算中心位置在某颜色对应的像素值所占的权重；
其中，
di＝|Li-L|…………i＝h2,v2,h4,v4
其中，di为辅助传感器采集的周围像素与中心像素之间的亮度差值，pi为周围像素与中心像素之间的亮度差值的倒数。
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