CN109891872B - 用于成像设备的图像稳定化控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于成像设备的图像稳定化控制设备，该图像稳定化控制设备稳定由施加到成像设备的振动所引起的被拍摄对象的摇动，并且包括：滤波器，其被配置成输出旋转角速度数据，其中，根据被设置为可变的滤波器系数从所述成像设备的每个振动检测传感器所输出的旋转角速度中去除低频分量而形成所述旋转角速度数据；镜头移动距离计算单元，其被配置成处理每个所述滤波器的输出信号，以计算镜头移动距离；以及滤波器系数可变控制单元，其被配置成当从所述镜头移动距离计算单元输出的镜头移动距离离开假想设置的镜头移动限制区域时，改变所述滤波器的滤波器系数，以增加镜头返回到所述镜头移动限制区域的返回速度。

Description

用于成像设备的图像稳定化控制设备
技术领域
本发明涉及一种成像设备(例如相机)，且更具体地，涉及一种成像设备的图像稳定化控制设备，其用于稳定由施加到成像设备的振动引起的被拍摄对象的摇摆。
背景技术
诸如安装在智能电话上的相机和数码相机的成像设备通过增加成像元件的像素数量来实现高图像质量。在高图像质量和高端成像设备中通常提供图像稳定化功能(手抖校正功能)，以校正由手的摇摆引起的被拍摄对象的摇摆。
作为参考，传递至成像设备的振动分量非常复杂且多样。针对由抖动引起的振动的校正通常限于相机结构和控制器的设计。在该校正中，通过将对由平移(Pan)/倾斜(Tilt)引起的移动的校正分类为一般抖动振动不同的现象来对其进行处理。
成像设备中的可区分的振动能够分类为由手抖动引起的低频分量的振动，以及镜头移动范围之外的较大的振动(平移、倾斜)。另外，为了描述针对可区分的振动当中的镜头移动范围之外的较大的振动的移动校正的过程，设计了针对振动的图像补偿范围，使得能够在基于中心位置B(其可被称为参考位置)的最大可移动位置A(其被定义为镜头的最大移动位置)内机械地补偿该镜头。
例如，如图1所示，当输入振动波形20直到位置P位于镜头的最大移动位置A之外时，移动镜头至经机械设计的镜头的最大移动位置A处，然后将镜头固定在该处，直到输入位置P到位置P'的振动波形。如上所述，当镜头移动至位置C，然后将镜头的位置固定于该处以响应于输入的振动波形直到位置P时，持续施加用于固定镜头的消耗电流，使得出现了消耗电流增加的问题。
此外，当在镜头移动至位置C然后被固定在该处的状态下输入新的振动波形30时，能够相对于位置S'(镜头的最大移动位置A内的位置)补偿振动分量。然而，由于镜头不会进一步移动，因此最大移动位置A之外的位置S的振动分量由于无补偿而会产生图像的异质感。也就是说，在一般的成像设备中，当镜头移动至其最大移动位置A时，镜头不能立即对另一个振动分量的输入做出反应，使得出现不能补偿另一个振动分量的情况。
[现有技术文献]
[专利文献]
美国专利公开第2010-0265341 A1号
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种用于成像设备的图像稳定化控制设备，其被设计为能够通过设置假想镜头移动限制区域并且当镜头由于产生平移/倾斜现象而离开所设置的假想镜头移动限制区域时快速地将镜头返回至镜头移动限制区域(更具体地，中心位置)来正常地响应于随后输入的振动分量。
此外，本发明旨在提供一种用于成像设备的图像稳定化控制设备，其能够在镜头返回至其镜头移动限制区域时控制镜头的返回速度。
技术方案
本发明的一个方面提供了一种用于成像设备的图像稳定化控制设备，包括：
滤波器，其被配置成输出旋转角速度数据，其中，根据被设置为可变的滤波器系数从所述成像设备的每个振动检测传感器所输出的旋转角速度中去除低频分量而形成所述旋转角速度数据；
镜头移动距离计算单元，其被配置成处理每个所述滤波器的输出信号，以计算镜头移动距离；以及
滤波器系数可变控制单元，其被配置成当从所述镜头移动距离计算单元输出的镜头移动距离离开假想设置的镜头移动限制区域时，改变所述滤波器的滤波器系数，以增加镜头返回到所述镜头移动限制区域的返回速度。
所述镜头移动距离计算单元包括：
积分器，其被配置成对每个所述滤波器的所述旋转角速度数据求积分以输出角度信号，每个所述角度信号指示由平移或倾斜现象引起的镜头移动量；
高通滤波器，其被配置成根据由所述滤波器系数可变控制单元所可变地设置的滤波器系数来使作为所述积分器的输出的角度信号衰减；以及
增益处理器，其被配置成将增益应用于作为每个所述高通滤波器的输出的角度信号，并且将所述角度信号转换为镜头移动距离以输出所述镜头移动距离。
在根据本发明的实施例的图像稳定化控制设备中，在所述镜头离开所述假想镜头移动限制区域时被可变地设置的所述滤波器和所述高通滤波器的滤波器系数分别被设置为在可变地设置之前的滤波器系数的值的10到150倍的范围内的值，以灵活地控制所述镜头的返回速度。
根据本发明实施例的用于成像设备的图像稳定化控制设备的滤波器系数可变控制单元还可以包括存储器，其中存储用于可变地设置的滤波器系数，并且存储在存储器中的滤波器系数可以根据成像设备的操作模式(例如，图像模式、视频模式或全景模式)具有不同的值。
有益效果
根据本发明实施例的成像设备的图像稳定化控制设备，镜头的假想镜头移动限制区域被设置在可供镜头移动的最大移动位置范围内，并且，当为了校正由平移/倾斜引起的振动而移动的镜头离开镜头的假想镜头移动限制区域时，滤波器的滤波器系数被立即设置为可变，以便将镜头返回至其中心位置处，使得具有能够稳定地校正由随后输入的手的抖动引起的微小的振动的效果。
此外，根据本发明实施例的成像设备的图像稳定化控制设备，能够避免镜头移动至其最大移动位置然后固定镜头的位置以校正由平移/倾斜的振动分量的情形，使得可以具有防止不必要的电流消耗的效果。
此外，根据本发明实施例的成像设备的图像稳定化控制设备，镜头的一个或多个假想镜头移动限制区域被设置在镜头能够在其中最大程度地移动的位置范围内，并且根据一个或多个所设置的假想镜头移动限制区域不同地设置滤波器系数，使得具有能够控制镜头到中心位置的返回速度的优点。由于各种滤波器系数可以存储在内部存储器中并且可以使用，因此可以实现由于小的处理操作而能够降低功耗并且由于不使用高性能硬件而降低开发成本的效果。
附图说明
图1是用于基于作为成像设备的相机的致动器的镜头中心位置B描述镜头的最大移动位置A和振动分量的波形之间的关系的图。
图2是示出根据本发明的实施例的成像设备的图像稳定化控制设备的示例性框图。
图3是示出图2中所示的镜头移动距离计算单元的详细配置的示例图。
图4是示出根据本发明的实施例的镜头的假想镜头移动限制区域10和最大移动位置A的图。
图5是用于描述根据本发明的实施例的成像设备的图像稳定化控制设备的操作的流程图。
具体实施方式
此处公开的本发明实施例的具体结构和功能的描述仅出于说明根据本发明的构思的实施例的目的，且根据本发明的构思的这些实施例可以以各种形式实现，并且不应该被解释为限于此处所描述的实施例。
此外，根据本发明的构思的实施例可以进行各种修改，并且可以具有各种形式，使得这些实施例可以在附图中示出并在此详细描述。然而，应当理解，所述实施例并非旨在将根据本发明的构思的实施例限定于特定的公开形式，而是包括落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替换。
此外，在本发明的实施例的以下描述中，如果相关已知功能或配置的详细描述被确定为会模糊本发明的主旨，则将省略其详细描述。
图2示出了根据本发明的实施例的用于成像设备的图像稳定化控制设备的框图，并且图3示出了图2中所示的镜头移动距离计算单元200的详细配置。
参照图2，根据本发明的实施例的用于成像设备的图像稳定化控制设备被设置为在伺服驱动单元400和振动检测传感器(例如，陀螺仪传感器)之间操作，该振动检测传感器用于检测由成像设备的振动引起的旋转角速度。在图2中，仅示出一个陀螺仪传感器作为振动检测传感器。然而，显而易见的是，在诸如相机的成像设备中提供多个陀螺仪传感器，以便检测在彼此垂直的每个方向(偏转轴和俯仰轴)上的旋转角速度。
位于陀螺仪传感器和伺服驱动单元400之间的用于成像设备的图像稳定化控制设备包括：
滤波器100，其用于输出旋转角速度数据，其中，根据被设置为可变的滤波器系数FC1、FC2从成像设备的每个振动检测传感器所输出的旋转角速度中去除低频分量而形成所述旋转角速度数据，
镜头移动距离计算单元200，其用于处理滤波器100的输出信号以计算镜头移动距离，以及
滤波器系数可变控制单元300，其被配置成当从镜头移动距离计算单元200输出的镜头移动距离离开图4的假想镜头移动限制区域10时，改变滤波器100的滤波器系数(从FC1到FC2)，以便增加镜头返回到镜头移动限制区域10的返回速度。镜头移动限制区域10可以基于镜头的中心位置而被设置在镜头的最大移动位置A的60％到80％的位置处。
作为参考，设置在陀螺仪传感器后方的滤波器100是高通滤波器(HPF)，其滤波器系数由滤波器系数可变控制单元300改变，并且滤波器100的截止频率根据可变的滤波器系数而变化，使得滤波器100去除低频分量的漂移分量。能够用HPF实现的滤波器100可以通过滤波器系数FC1和滤波器系数FC2进行分类，滤波器系数FC1被设置为校正手的抖动，滤波器系数FC2被设置为校正平移/倾斜的振动分量。FC2是被可变地设置为当镜头离开镜头移动限制区域10时使其返回至该镜头移动限制区域10的滤波器系数，为了控制返回速度，可以将FC2设置为在可变地设置滤波器系数之前的值，即，用于校正手的抖动的滤波器系数FC1值的10到150倍范围内的值。
同时，用于计算镜头的移动距离的镜头移动距离计算单元200包括：
积分器210，其用于对每个滤波器的旋转角速度数据求积分以输出角度信号，每个所述角度信号指示由平移或倾斜现象引起的镜头移动量，
HPF 220，其用于根据由滤波器系数可变控制单元300可改变地设置的滤波器系数FC3、FC4来使作为所述积分器210的输出的角度信号衰减，以及
增益处理器230，其用于将增益应用于作为每个HPF 220的输出的角度信号，以将角度信号转换为镜头移动距离并输出该镜头移动距离。
当镜头离开镜头移动限制区域10时，镜头移动距离计算单元200中的HPF220也被设置为从用于校正手的抖动的滤波器系数FC3变为校正平移、倾斜的振动分量的滤波器系数FC4。可变地设置的滤波器系数FC4被设置为可变地设置之前的滤波器系数值FC3的10到150倍的范围内的值，从而用于灵活地调整镜头的返回速度。
同时，滤波器系数控制单元300包括存储器，该存储器中存储了用于可变地设置的滤波器系数FC1至FC4。存储在存储器中的滤波器系数FC1至FC4可以根据成像设备的操作模式(例如，图像模式、视频模式和全景模式)具有不同的值，且滤波器系数的值可以按照移动增大的模式(视频模式>全景模式>图像模式)的顺序逐个增大。
可替选地，将可假想设置的一个或多个镜头移动限制区域10基于镜头的中心位置B而设置在镜头的最大移动位置A的范围内，并且在这种情况下，滤波器系数可变控制单元300可以针对多个镜头移动限制区域10中的每一者来改变滤波器100和滤波器220的滤波器系数，并且，越远离镜头的中心位置B，所述滤波器的每个滤波器系数的值可以被设置为越大的值。此外，当设置了多个镜头移动限制区域10和10'时，滤波器的滤波器系数可以针对多个镜头移动限制区域10和10'中的每一者而变化，并且在相同的镜头移动限制区域中，滤波器的滤波器系数可以被设置为根据从镜头的中心位置的变化而线性变化(随着距离的增加而增大)。
未描述的伺服驱动单元400根据从镜头移动距离计算单元200输出的镜头移动距离产生并输出用于移动镜头的信号。
下面将参考图4和图5描述根据本发明的实施例的成像设备的图像稳定化控制设备的操作。
图4是表示根据本发明的实施例的镜头的假想镜头移动限制区域10和镜头的最大移动位置A的图。图5是用于描述根据本发明的实施例的成像设备的图像稳定化控制设备的操作的流程图。
参照图5，当相机镜头位于如图4所示的镜头的中心位置B处或镜头移动限制区域10内时，假设分别将滤波器100和滤波器220的滤波器系数设置为FC1和FC3(步骤S10)。
在这种假设下，如图4所示，当从作为振动检测传感器的陀螺仪传感器输入镜头补偿范围之外的大的振动分量(在某些情况下也称为平移/倾斜的振动分量)的波形20时，输出根据输入波形20的旋转角速度。因此，HPF 100根据基于所设置的滤波器系数FC1的截止频率从每个陀螺仪传感器输出的旋转角速度中去除低频分量，然后输出旋转角速度。
镜头移动距离计算单元200对从HPF 100输出的旋转角速度执行积分处理和衰减处理，以计算和输出将被补偿的镜头移动距离。伺服驱动单元400根据该镜头移动距离来移动镜头，并且滤波器系数可变控制单元300基于输入的镜头移动距离来检查镜头是否离开假想的镜头移动限制区域10(步骤S20)。
当以镜头移动距离(其需要补偿平移/倾斜振动分量)移动的镜头位于镜头移动限制区域10内时，可以忽略该振动分量。然而，当镜头离开镜头的假想镜头移动限制区域10，为了根据如图4所示的振动波形20补偿振动分量，可能无法正常补偿相对小的振动波形(诸如手的抖动)。为了解决上述问题，需要将镜头快速返回至镜头移动限制区域10，更具体地，返回至中心位置B。
因此，当镜头离开假想的镜头移动限制区域10时，本发明的滤波器系数可变控制单元300进入步骤S30，以控制HPF 100和镜头移动距离计算单元200中的HPF 220的滤波器系数分别被可变地设置为FC2和FC4。
新可变地设置的滤波器系数FC2和FC4被设置为可变设置之前的滤波器系数FC1和FC3的10到150倍的范围内的值，以用于灵活地控制镜头的返回速度。
也就是说，当HPF 100的滤波器系数被设置为与滤波器系数FC2一样大时，相比滤波器系数FC1相对小的旋转角速度值被输入至积分器210并累积。当HPF220的滤波器系数被设置为大于滤波器系数FC3的滤波器系数FC4时，在积分器210中累积并输出的角度信号的衰减宽度相对增加，以使镜头快速返回到中心位置方向上。如上所述，HPF 220的滤波器系数被从滤波器系数FC3设置为滤波器系数FC4，该滤波器系数FC3用于校正手的抖动，该滤波器系数FC4用于校正由平移、倾斜现象引起的振动分量。当控制滤波器系数时，也可以控制镜头到中心位置的返回速度。
如上所述，当改变滤波器100和220的滤波器系数并将其分别从FC1和FC3设置为FC2和FC4时，离开假想镜头移动限制区域10的镜头移动到其中。当镜头被检查为移动至镜头移动限制区域10中时，滤波器系数可变控制单元300再次可变地设置为用于校正手抖动的滤波器系数FC1和FC3，从而帮助镜头响应于如图1所示的手的微小摇摆的振动波形30而做出响应。
因此，根据本发明实施例的用于成像设备的图像稳定化控制设备是一种有用的发明，其被设计为使得镜头的假想镜头移动限制区域10设置在可供镜头、移动的最大移动位置(图4的A内部)的范围内，并且，当被移动以校正由平移或倾斜引起的振动的镜头离开镜头的假想镜头移动限制区域10时，滤波器的滤波器系数立即变化并设置，以便将镜头返回至中心位置B，使得可以稳定地校正由随后输入的手抖动引起的微小的振动(可以避免产生图像的异质感)。
此外，根据本发明，能够防止为了校正由平移、倾斜引起的振动分量而使镜头移动至最大移动位置A然后固定镜头的位置的情况，使得具有能够避免不必要的电流消耗的效果。
此外，根据本发明的实施例，镜头的一个或多个假想镜头移动限制区域10被设置在能够最大程度地移动镜头的位置范围内，并且根据一个或多个所设置的假想镜头移动限制区域A不同地设置滤波器系数，使得具有能够控制镜头到其中心位置的返回速度的优点。由于能够在存储器中储存各种滤波器系数并使用，因此能够实现以下效果：能够减少由不必要的运算引起的负载处理负担且通过较少的处理运算而减少功耗、以及由于不使用高性能硬件而降低开发成本。
虽然已经参考附图中所示的实施例描述了本发明，但是这些实施例仅仅是说明性的，并且应当理解，本发明所属领域的技术人员可以得到各种修改和等同的其他实施例。因此，本发明的真正技术范围应由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种用于成像设备的图像稳定化控制设备，包括：
多个滤波器，其被配置成输出旋转角速度数据，其中，根据被设置为可变的滤波器系数、从所述成像设备的每个振动检测传感器所输出的旋转角速度中去除低频分量而形成所述旋转角速度数据；
镜头移动距离计算单元，其被配置成处理每个所述滤波器的输出信号，以计算镜头移动距离；以及
滤波器系数可变控制单元，其被配置成当从所述镜头移动距离计算单元输出的镜头移动距离离开假想设置的镜头移动限制区域时，改变所述滤波器的滤波器系数，以增加镜头返回到所述镜头移动限制区域的返回速度；
其中所述滤波器根据所述滤波器系数中的滤波器系数FC1和所述滤波器系数中的滤波器系数FC2被分类，所述滤波器系数FC1被设置为校正手的抖动，所述滤波器系数FC2被设置为校正平移和倾斜的振动分量；以及
当从所述镜头移动距离计算单元输出的所述镜头移动距离离开所述镜头移动限制区域时，所述滤波器系数中的所述滤波器系数FC1被设置成变为所述滤波器系数中的所述滤波器系数FC2；并且
当所述镜头离开所述镜头移动限制区域时，所述镜头移动距离计算单元中的滤波器被设置为从用于校正手的抖动的滤波器系数FC3变为用于校正倾斜的振动分量的滤波器系数FC4。
2.根据权利要求1所述的图像稳定化控制设备，其中，所述镜头移动距离计算单元包括：
积分器，其被配置成对所述多个滤波器中的每个滤波器的所述旋转角速度数据求积分以输出角度信号，每个所述角度信号指示由平移或倾斜现象引起的镜头移动量；
高通滤波器，其被配置成根据由所述滤波器系数可变控制单元所可变地设置的滤波器系数来使作为所述积分器的输出的角度信号衰减；以及
增益处理器，其被配置成将增益应用于作为每个所述高通滤波器的输出的角度信号，并且将所述角度信号转换为镜头移动距离以输出所述镜头移动距离。
3.根据权利要求2所述的图像稳定化控制设备，其中，通过所述滤波器系数可变控制单元，在所述镜头离开所述假想镜头移动限制区域时被可变地设置的所述高通滤波器的滤波器系数分别被设置为在可变地设置之前的滤波器系数的值的10到150倍的范围内的值，以灵活地控制所述镜头的返回速度。
4.根据权利要求2所述的图像稳定化控制设备，其中，设置在每个所述振动检测传感器后方的滤波器是高通滤波器，所述滤波器系数可变控制单元改变所述高通滤波器的滤波器系数。
5.根据权利要求2所述的图像稳定化控制设备，其中：
所述滤波器系数可变控制单元包括存储器，在所述存储器中存储通过所述滤波器系数可变控制单元被改变并设置的滤波器系数；以及
存储在所述存储器中的所述滤波器系数针对所述成像设备的每个操作模式具有不同的值。
6.根据权利要求1所述的图像稳定化控制设备，其中，通过所述滤波器系数可变控制单元，在所述镜头离开所述假想镜头移动限制区域时被可变地设置的所述滤波器的滤波器系数分别被设置为在可变地设置之前的滤波器系数的值的10到150倍范围内的值，以灵活地控制所述镜头的返回速度。
7.根据权利要求1所述的图像稳定化控制设备，其中：
多个所述假想镜头移动限制区域基于所述镜头的中心位置而被设置在所述镜头的最大移动位置范围内；以及
所述滤波器系数可变控制单元针对多个镜头移动限制区域中的每一者改变所述滤波器的所述滤波器系数。
8.根据权利要求7所述的图像稳定化控制设备，其中：
所述多个假想镜头移动限制区域基于所述镜头的所述中心位置而被设置在所述镜头的所述最大移动位置范围内；以及
所述滤波器系数可变控制单元根据所述多个镜头移动限制区域改变所述滤波器的所述滤波器系数，并且在相同的镜头移动限制区域中，所述滤波器系数可变控制单元根据从所述镜头的中心位置的变化线性地改变所述滤波器的所述滤波器系数。
9.根据权利要求1所述的图像稳定化控制设备，其中，所述镜头移动限制区域基于所述镜头的中心位置而被设置在所述镜头的最大移动位置的60％到80％的位置处。
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Denomination of invention: Image stabilization control device for imaging devices

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