CN112351193A - 基于时序控制的变焦方法、图像采集设备及存储介质 - Google Patents

基于时序控制的变焦方法、图像采集设备及存储介质 Download PDF

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吉倩倩
陈孟儒
王凯
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Abstract

一种基于时序控制的变焦方法、图像采集设备及存储介质，所述方法包括：接收变焦指令，其中，所述变焦指令包括目标变焦倍数和行起始信息；在当前帧图像输出时，自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并读取并输出，以得到当前帧的输出图像，其中，m根据所述目标变焦倍数确定，m为正整数；其中，所述当前帧的输出图像的图像高度与前一帧的输出图像的图像高度之间的差异小于预设阈值，所述前一帧的输出图像的原始变焦倍数不同于所述当前帧的输出图像的所述目标变焦倍数。通过本发明方案能够在传感器内部实现变焦，无需镜头配合以调节焦距，响应速度快且图像效果好，能够兼容基于空间和时间的HDR出图模式。

Description

基于时序控制的变焦方法、图像采集设备及存储介质
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，具体地涉及一种基于时序控制的变焦方法、图像采集设备及存储介质。
背景技术
能够实现变焦操作是当今主流手机主攻的卖点之一。
通常的变焦操作是通过调节焦距的方式来实现的，这对手机摄像头的镜头有一定的要求。例如，用户在使用手机拍摄过程中发出变焦指令，则手机需要在物理上移动镜头与传感器的相对位置来实现焦距调节，从而达到变焦的效果。
由于需要与其他器件交互，如控制镜头配合，才能实现变焦效果，使得现有手机中的传感器对变焦指令的响应速度无法进一步提高，图像效果也受到限制。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何在传感器内部实现变焦，以改善响应速度和图像效果。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于时序控制的变焦方法，包括：接收变焦指令，其中，所述变焦指令包括目标变焦倍数和行起始信息；在当前帧图像输出时，自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并读取并输出，以得到当前帧的输出图像，其中，m根据所述目标变焦倍数确定，m为正整数；其中，所述当前帧的输出图像的图像高度与前一帧的输出图像的图像高度之间的差异小于预设阈值，所述前一帧的输出图像的原始变焦倍数不同于所述当前帧的输出图像的所述目标变焦倍数。
可选的，在前一帧图像输出期间或者前一帧图像输出之后，当前帧图像输出之前，所述变焦方法还包括：自所述行起始信息指向的像素行起执行清空操作，其中，清空帧的输出图像的图像高度与所述当前帧的输出图像的图像高度之间的差异小于所述预设阈值。
可选的，所述自所述行起始信息指向的像素行起执行清空操作包括：自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并执行清空操作。
可选的，当所述清空操作是在前一帧图像输出期间执行时，对于待执行清空操作的每一像素行，针对所述像素行的清空操作是在所述像素行被读取以输出前一帧的输出图像之后执行的。
可选的，所述原始变焦倍数与所述目标变焦倍数之间的区间段包括至少一个过渡变焦倍数，所述行起始信息包括所述至少一个过渡变焦倍数各自对应的起始像素行；在当前帧图像输出之前，所述变焦方法还包括：自最接近所述原始变焦倍数的过渡变焦倍数起，沿接近所述目标变焦倍数的方向依次遍历所述至少一个过渡变焦倍数，并自当前遍历的过渡变焦倍数对应的起始像素行起，每x个像素行合并读取并输出，以得到至少一个过渡帧的输出图像，其中，x根据当前遍历的过渡变焦倍数确定，x为正整数，每一过渡帧的输出图像的图像高度之间的差异小于所述预设阈值。
可选的，m根据所述目标变焦倍数确定是指：目标变焦倍数越大，m越小。
可选的，所述原始变焦倍数大于所述目标变焦倍数，或者，所述原始变焦倍数小于所述目标变焦倍数。
可选的，前一帧与当前帧之间具有消影帧，所述消影帧的帧长根据所述当前帧的曝光时间和/或当前帧与前一帧的变焦倍数的差异确定。
可选的，所述目标变焦倍数较之原始变焦倍数越大，当前帧图像输出期间的数据读取频率越低。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种图像采集设备，包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个像素行；控制模块，用于执行上述变焦方法读取所述像素阵列，以得到所述当前帧的输出图像。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种基于时序控制的变焦方法，包括：接收变焦指令，其中，所述变焦指令包括目标变焦倍数和行起始信息；在当前帧图像输出时，自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并读取并输出，以得到当前帧的输出图像，其中，m根据所述目标变焦倍数确定，m为正整数；其中，所述当前帧的输出图像的图像高度与前一帧的输出图像的图像高度之间的差异小于预设阈值，所述前一帧的输出图像的原始变焦倍数不同于所述当前帧的输出图像的所述目标变焦倍数。
较之现有控制镜头移动来调节焦距的技术方案，本实施例方案能够在传感器内部实现变焦，无需镜头配合以调节焦距，变焦过程中无坏帧图像出现，变焦响应速度快且图像效果好，能够兼容基于空间和时间的HDR出图模式。具体而言，在像素读取阶段，根据变焦指令实时调节合并读取的像素行行数，且根据变焦指令提前对指定像素行进行清空操作，确保输出图像的曝光值保持一致。由此，直观上，图像被放大或缩小一定的倍数，使得在传感器内部通过改变时序控制来实现2倍、4倍甚至更高倍数变焦成为可能。
附图说明
图1是本发明实施例一种基于时序控制的变焦方法的流程图；
图2是本发明实施例一种2倍变焦的时序图；
图3是本发明实施例另一种2倍变焦的时序图。
具体实施方式
如背景技术所言，现有应用于手机等智能设备的变焦操作通常依赖手机摄像头的镜头配合实现，响应速度慢、图像效果差。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于时序控制的变焦方法，包括：接收变焦指令，其中，所述变焦指令包括目标变焦倍数和行起始信息；在当前帧图像输出时，自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并读取并输出，以得到当前帧的输出图像，其中，m根据所述目标变焦倍数确定，m为正整数；其中，所述当前帧的输出图像的图像高度与前一帧的输出图像的图像高度之间的差异小于预设阈值相同，所述前一帧的输出图像的原始变焦倍数不同于所述当前帧的输出图像的所述目标变焦倍数。
本实施例方案能够在传感器内部实现变焦，无需镜头配合以调节焦距，变焦过程中无坏帧图像出现，变焦响应速度快且图像效果好。具体而言，在像素读取阶段，根据变焦指令实时调节合并读取的像素行行数，且根据变焦指令提前对指定像素行进行清空操作，确保输出图像的曝光值保持一致。由此，直观上，图像被放大或缩小一定的倍数，使得在传感器内部通过改变时序控制来实现2倍、4倍甚至更高倍数变焦成为可能。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例一种基于时序控制的变焦方法的流程图。
本实施例方案可以应用于智能设备，如手机。
例如，手机可以包括图像采集设备，所述图像采集设备可以包括像素阵列，所述像素阵列包括阵列排布的多个像素行和多个像素列。所述像素阵列包括多个像素区，对于每一像素区，该像素区包含的至少一个光电二极管形成该像素区的感光区域。所述图像采集设备也可以称为传感器。
进一步，所述图像采集设备还可以包括摄像头，所述摄像头与所述像素阵列耦接。像素阵列中的感光区域通过摄像头实现感光并生成电荷，电荷被读取以获得输出图像。
进一步，所述图像采集设备还可以包括控制模块，所述控制模块与所述像素阵列相通信，所述控制模块执行本实施例所述方案以读取所述像素阵列，从而得到当前帧的输出图像。
具体地，参考图1，本实施例所述基于时序控制的变焦方法可以包括如下步骤：
步骤S101，接收变焦指令，其中，所述变焦指令包括目标变焦倍数和行起始信息；
步骤S102，在当前帧图像输出时，自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并读取并输出，以得到当前帧的输出图像，其中，m根据所述目标变焦倍数确定，m为正整数；
其中，所述当前帧的输出图像的图像高度与前一帧的输出图像的图像高度之间的差异小于预设阈值，所述前一帧的输出图像的原始变焦倍数不同于所述当前帧的输出图像的所述目标变焦倍数。
所述预设阈值的具体数值可以根据实际应用场景调整。具体而言，变焦前后图像的尺寸可以稍有不同，在最终输出前经过尺寸裁剪模块裁剪。由此，可以确保最终输出时的图像尺寸保持一致。
例如，所述变焦指令可以由用户发出并藉由手机传递至所述控制模块。
更为具体地，所述目标变焦倍数可以为2倍、4倍甚至更高倍数。
进一步地，所述行起始信息可以根据当前帧的输出区域确定。以2倍变焦为例，假设当前帧需要针对前一帧图像的中间区域进行2倍变焦，则所述行起始信息为前一帧图像的中间区域图像的边界像素行。
所述行起始信息也可以由用户发出并藉由手机传递至所述控制模块。
进一步，行起始信息的变化与应用控制相关，如输出区域、变焦倍数等，在出图模式变化时可以调整后续数字功能以配合不同出图模式。其中，出图模式是指像素阵列的输出模式，如多个像素行合并读取并输出。
在一个具体实施中，在所述步骤S102中，合并读取可以指采用像素叠加(Binning)模式出图，所述Binning模式是一种图像读出模式，通过将相邻像素区感应的电荷加在一起，以一个像素的模式读出。Binning包括水平方向Binning和垂直方向Binning，其中垂直方向Binning是将相邻像素行的电荷加在一起读出，而水平方向Binning是将相邻列的电荷加在一起读出。
在所述步骤S102中，可以根据像素行的合并读取行数确定像素列的合并读取列数，以确保当前帧较之前一帧的输出图像的纵横比保持不变。
在一个具体实施中，m根据所述目标变焦倍数确定可以是指：目标变焦倍数越大，m越小。也即，目标变焦倍数越大，合并读取的像素行行数越少。
例如，假设原始变焦倍数为2倍变焦，且前一帧的输出图像读取时是每2个像素行合并读取的。若当前帧的输出图像的目标变焦倍数为4倍变焦，则当前帧的输出图像读取时为全尺寸(fullsize)输出，即逐个像素行读取。
反之，目标变焦倍数越小，m越大。也即，目标变焦倍数越小，合并读取的像素行行数越多。
在一个具体实施中，所述原始变焦倍数可以大于所述目标变焦倍数，以实现变焦倍数缩小的出图效果。直观上，图像输出尺寸保持不变的基础上，图像显示内容增多。
或者，所述原始变焦倍数可以小于所述目标变焦倍数，以实现变焦倍数增大的出图效果。直观上，图像输出尺寸保持不变的基础上，图像特定区域被放大。
由此，本实施例方案能够在传感器内部实现变焦，无需镜头配合以调节焦距，变焦过程中无坏帧图像出现，变焦响应速度快且图像效果好。具体而言，在像素读取阶段，根据变焦指令实时调节合并读取的像素行行数，且根据变焦指令提前对指定像素行进行清空操作，确保输出图像的曝光值保持一致合并读取的像素行行数变化前后两帧的图像输出尺寸不变、帧结构不变。由此，直观上，图像被放大或缩小一定的倍数，使得在传感器内部通过改变时序控制来实现2倍、4倍甚至更高倍数变焦成为可能。
进一步，本实施方案能够兼容基于空间和/或时间的高动态范围(High-DynamicRange，简称HDR)图像出图模式。相较于普通图像，HDR图像的动态范围更高、图像信息更丰富。通常实现HDR图像可以采用空间和时间两个维度去处理，其中，空间域上的高动态是指一幅图像不同的像素区域采用不同的曝光参数或者模拟电路参数来增加图像的动态范围，时间域上的高动态是指对同一场景进行不同曝光参数的多次曝光、多幅图像处理。
也就是说，在出图模式为基于空间和时间的HDR图像出图模式时，本实施例方案同样适用，能够根据变焦指令及时调整输出的HDR图像的变焦倍数。
以2倍变焦为例，参考图2，假设图像采集设备全尺寸出图高度是1000行，上一帧出图时原始变焦倍数为1倍变焦。相应的，采用1/2合并出图模式，亦即每2个像素行合并读取。自第0像素行每2行合并读取到第999像素行，获得的上一帧的输出图像尺寸为500个像素行。
在当前帧出图时目标变焦倍数为2倍变焦，起始行为第250像素行。相应的，采用全尺寸出图模式，亦即全尺寸读取。自第250像素行逐行读取到第749像素行，获得的当前帧的输出图像尺寸为250到749共500个像素行。
在列方向上，也可以参考图2所示的帧结构和时序读取模式进行像素读取。
基于图2所示示例，前后两帧输出图像的尺寸保持不变，均为500个像素行，而传感器在行列方向上做1/2合并读取的条件下无缝切换到全尺寸输出，且只输出中间区域图像，图像输出尺寸不变、帧结构不变。这样直观上，中心区域图像被放大两倍，实现了变焦的效果。
在一个具体实施中，在前一帧图像输出期间或者前一帧图像输出之后，当前帧图像输出之前，本实施例所述变焦方法还可以包括步骤：自所述行起始信息指向的像素行起执行清空操作，其中，清空帧的输出图像的图像高度与所述当前帧的输出图像的图像高度之间的差异小于所述预设阈值。由此，能够保证当前帧曝光量准确。
具体地，当前帧的曝光也可以是在上一帧出图期间或上一帧出图完成后开始的。
进一步地，所述自所述行起始信息指向的像素行起执行清空操作可以包括：自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并执行清空操作。也即，清空操作对各像素行的合并处理模式与当前帧出图所采用的合并处理模式保持一致。
例如，参考图2，在前一帧的输出图像读取期间，可以同步执行针对当前帧的清空操作。相应的清空帧自第250像素行起，逐行执行到第749行。
进一步地，当所述清空操作是在前一帧图像输出期间执行时，对于待执行清空操作的每一像素行，针对所述像素行的清空操作是在所述像素行被读取以输出前一帧的输出图像之后执行的，以免影响前一帧出图效果。
例如，参考图2，所述清空帧在时序上至少位于上一帧第251行之后。
在一个变化例中，针对当前帧的清空操作可以是在前一帧出图完成后再执行的，如图3所示。具体地，参考图3，对第250到第749行的清空操作是在上一帧的输出图像读取完成后再执行的。
在一个具体实施中，前一帧与当前帧之间可以具有消影帧。其中，消影帧期间不出图。
例如，比较图2和图3，当清空帧是在上一帧出图期间执行的时，消影帧的帧长较短；相对的，当清空帧是在上一帧出图完成后执行的时，消影帧的帧长则相对较长。
进一步地，所述消影帧的帧长可以根据所述当前帧的曝光时间确定。例如，曝光时间越长，消影帧的帧长越长，以保证足够的曝光时间。
进一步地，所述消影帧的帧长可以根据当前帧与前一帧的变焦倍数的差异确定。例如，在曝光条件不变的情况下，根据原始变焦倍数和目标变焦倍数的差异确定消影帧的帧长。
在一个具体实施中，所述原始变焦倍数与所述目标变焦倍数之间的区间段可以包括至少一个过渡变焦倍数，所述行起始信息可以包括所述至少一个过渡变焦倍数各自对应的起始像素行。
相应的，在当前帧图像输出之前，本实施例所述变焦方法还可以包括：自最接近所述原始变焦倍数的过渡变焦倍数起，沿接近所述目标变焦倍数的方向依次遍历所述至少一个过渡变焦倍数，并自当前遍历的过渡变焦倍数对应的起始像素行起，每x个像素行合并读取并输出，以得到至少一个过渡帧的输出图像，其中，x根据当前遍历的过渡变焦倍数确定，x为正整数，每一过渡帧的输出图像的图像高度之间的差异小于所述预设阈值。
以从1倍变焦无缝切换到4倍变焦为例，原始变焦倍数为1倍，过渡变焦倍数为2倍，目标变焦倍数为4倍。
相应的，上一帧的输出图像是在行列方向做1/4合并读取的条件下获得的。也即，从第0像素行起每4个像素行合并读取到第999像素行，得到所述上一帧的输出图像。上一帧的输出图像的尺寸为250像素行。
在1/4合并读取条件下，先无缝切换到行列方向做1/2合并读取。也即，从第250像素行每2个像素行合并读取到第749像素行，得到所述过渡帧的输出图像。过渡帧的输出图像的尺寸仍为250像素行。
然后再无缝切换到全尺寸输出，也即，从第375像素行逐行读取到第625像素行，得到当前帧的输出图像。当前帧的输出图像的尺寸仍为250像素行。
由此，实现4倍放大功能。
在一个变化例中，所述过渡帧也可以被省略，也即，无论原始变焦倍数和目标变焦倍数的差异多大，均可以由当前帧的输出图像直接无缝切换至下一帧的输出图像。
仍以从1倍变焦无缝切换到4倍变焦为例，可以由行列方向做1/4合并读取状态直接无缝切换到全尺寸输出，从而实现一步放大4倍功能。
在一个具体实施中，所述目标变焦倍数较之原始变焦倍数越大，当前帧图像输出期间的数据读取频率越低。具体而言，变焦倍数越大，读的行数越少，每行读取的数据量对应减少，在每行时间不变的情况下，相应的数据读取频率越低。
例如，参考图2，对于列方向，当前帧切换到全尺寸时需要读取的图像尺寸减少一半，此时可以降低读取数据频率，以达到更好的图像效果。
在一个具体实施中，每m个像素行合并读取模式可以是指行、列方向都由模拟电路做合并的方式；或者，也可以指仅行方向由模拟电路处理，列方向由数字电路处理的方式。
进一步地，本发明实施例还提供一种图像采集设备，包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个像素行；控制模块，用于执行上述图1至图3所示变焦方法读取所述像素阵列，以得到所述当前帧的输出图像。
进一步地，本发明实施例还公开一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行上述图1至图3所示实施例中所述的方法技术方案。优选地，所述存储介质可以包括诸如非挥发性(non-volatile)存储器或者非瞬态(non-transitory)存储器等计算机可读存储介质。所述存储介质可以包括ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种基于时序控制的变焦方法，其特征在于，包括：
接收变焦指令，其中，所述变焦指令包括目标变焦倍数和行起始信息；
在当前帧图像输出时，自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并读取并输出，以得到当前帧的输出图像，其中，m根据所述目标变焦倍数确定，m为正整数；
其中，所述当前帧的输出图像的图像高度与前一帧的输出图像的图像高度之间的差异小于预设阈值，所述前一帧的输出图像的原始变焦倍数不同于所述当前帧的输出图像的所述目标变焦倍数。
2.根据权利要求1所述的变焦方法，其特征在于，在前一帧图像输出期间或者前一帧图像输出之后，当前帧图像输出之前，还包括：
自所述行起始信息指向的像素行起执行清空操作，其中，清空帧的输出图像的图像高度与所述当前帧的输出图像的图像高度之间的差异小于所述预设阈值。
3.根据权利要求2所述的变焦方法，其特征在于，所述自所述行起始信息指向的像素行起执行清空操作包括：
自所述行起始信息指向的像素行起，每m个像素行合并执行清空操作。
4.根据权利要求2所述的变焦方法，其特征在于，当所述清空操作是在前一帧图像输出期间执行时，对于待执行清空操作的每一像素行，针对所述像素行的清空操作是在所述像素行被读取以输出前一帧的输出图像之后执行的。
5.根据权利要求1所述的变焦方法，其特征在于，所述原始变焦倍数与所述目标变焦倍数之间的区间段包括至少一个过渡变焦倍数，所述行起始信息包括所述至少一个过渡变焦倍数各自对应的起始像素行；在当前帧图像输出之前，还包括：
自最接近所述原始变焦倍数的过渡变焦倍数起，沿接近所述目标变焦倍数的方向依次遍历所述至少一个过渡变焦倍数，并自当前遍历的过渡变焦倍数对应的起始像素行起，每x个像素行合并读取并输出，以得到至少一个过渡帧的输出图像，其中，x根据当前遍历的过渡变焦倍数确定，x为正整数，每一过渡帧的输出图像的图像高度之间的差异小于所述预设阈值。
6.根据权利要求1所述的变焦方法，其特征在于，m根据所述目标变焦倍数确定是指：目标变焦倍数越大，m越小。
7.根据权利要求1所述的变焦方法，其特征在于，所述原始变焦倍数大于所述目标变焦倍数，或者，所述原始变焦倍数小于所述目标变焦倍数。
8.根据权利要求1所述的变焦方法，其特征在于，前一帧与当前帧之间具有消影帧，所述消影帧的帧长根据所述当前帧的曝光时间和/或当前帧与前一帧的变焦倍数的差异确定。
9.根据权利要求1所述的变焦方法，其特征在于，所述目标变焦倍数较之原始变焦倍数越大，当前帧图像输出期间的数据读取频率越低。
10.一种图像采集设备，其特征在于，包括：
像素阵列，所述像素阵列包括多个像素行；
控制模块，用于执行上述权利要求1至9中任一项所述方法读取所述像素阵列，以得到所述当前帧的输出图像。
11.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1至9任一项所述方法的步骤。
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