CN113784044B - 一种摄像模组成像方法、摄像模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像模组成像方法、摄像模组及电子设备，摄像模组包括光栅，成像方法包括：依次提供M个驱动电压，使光栅依次产生M个不同的形变，其中，每个驱动电压分为N路，每路驱动电压每次施加于光栅上的一个预设的位置，N路驱动电压共施加于N个预设的位置，M、N为大于等于1的自然数；控制摄像模组依次在M个不同的形变条件下曝光；接收摄像模组在M个不同的形变条件下依次曝光后形成的M个图像，并对该M个图像进行处理，以获得摄像模组的目标图像。本申请提供的摄像模组成像方法、摄像模组及电子设备，用以解决现有技术中缺乏行之有效的摄像模组成像方法，导致多光谱摄像模组无法应用于小型设备上的技术问题。

Description

一种摄像模组成像方法、摄像模组及电子设备

技术领域

本发明涉及摄像技术领域，尤其涉及一种摄像模组成像方法、摄像模组及电子设备。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对摄像模组的成像质量以及成像的丰富性提出了更高的要求，而多光谱成像技术由于结合了空间成像系统和光谱探测系统的功能，可以同时从光谱维度和空间维度获取被测目标的信息，因此越来越受到业内的青睐。

目前，多光谱摄像模组已经在诸如农业、生物医学、军事及大气遥感等领域已经得到广泛应用，但目前的多光谱摄像模组体积都偏大，无法应用于手机等小型移动设备上。

一种多光谱摄像模组方案是在摄像模组中采用光栅，从而大幅减小多光谱摄像模组的体积，但这种方案缺乏行之有效的成像方法，导致多光谱摄像模组的小型化受阻，从而无法将多光谱摄像模组应用于小型设备上。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的摄像模组成像方法、摄像模组及电子设备。

第一方面，提供一种摄像模组成像方法，所述摄像模组包括光栅，所述方法包括：

依次提供M个驱动电压，使所述光栅依次产生M个不同的形变，其中，每个所述驱动电压分为N路，N路所述驱动电压每次施加于所述光栅上的N个预设的位置，M、N为大于等于1的自然数；

控制所述摄像模组依次在所述M个不同的形变条件下曝光；

接收所述摄像模组在M个不同的形变条件下依次曝光后形成的M个图像，并对所述M个图像进行处理，以获得所述摄像模组的目标图像。

可选地，所述依次提供M个驱动电压，使所述光栅依次产生M个不同的形变，包括：

通过数字模拟转换电路依次提供M个模拟信号；

将M个所述模拟信号依次通过放大电路进行放大；

通过升压电路将经过放大的M个所述模拟信号依次施加到所述光栅的所述N个预设的位置，以使所述光栅依次产生M个不同的形变。

可选地，所述N路电压的电压值相同，以使所述N路电压在每次施加于所述光栅上时，所述光栅产生均衡的机械应变。

可选地，所述光栅为法布里帕罗滤光芯片，所述每个所述驱动电压分为N路，N路所述驱动电压每次施加于所述光栅上的N个预设的位置，包括：

每个所述驱动电压分为4路，每路所述驱动电压每次施加于所述法布里帕罗滤光芯片的4个角上。

可选地，在每次控制所述摄像模组在每个所述形变条件下曝光预设时间之前，还包括：

等待预设时间，以使所述光栅机械稳定。

可选地，在依次提供M个驱动电压之前，还包括：

点亮补光灯，以减少所述摄像模组的曝光时间；

在M次成像结束后，还包括：

关闭补光灯，以减少电能损耗。

可选地，所述补光灯提供的光的波段与所述光栅在所述M个不同形变下透过的光的波段相同。

可选地，所述对所述M个图像进行处理，以获得所述摄像模组的目标图像，包括：

将所述M个图像打包，并嵌入预设参数信息；

将所述嵌入了预设参数信息的图像包裹上传到上位机，由所述上位机对所述图像包裹进行解析，以获得所述摄像模组的目标图像。

第二方面，提供一种摄像模组，所述摄像模组包括光栅，所述摄像模组按照上述第一方面提供的任一方法成像。

第三方面，提供一种电子设备，包括上述第二方面提供的摄像模组。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请设置依次给光栅提供M个驱动电压，每个驱动电压都分为N路，并且这N路电压每次都施加于光栅上的N个预设的位置，因此可以使光栅依次产生M个不同的形变；然后控制摄像模组依次在这M个不同的光栅的形变条件下曝光预设时间；最后接收摄像模组在该M个不同的光栅的形变条件下曝光后形成的M个图像，并对所述M个图像进行处理，能够获得摄像模组的目标图像。

进一步，由于采用本申请提供的摄像模组成像方法，因此可以将光栅应用于摄像模组实现多光谱成像，从而大幅度减小摄像模组的体积，使多光谱摄像模组得以应用于小型设备上。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例中的摄像模组成像方法流程示意图；

图2～图4为本申请实施例中的摄像模组成像时序示意图；

图5为本申请实施例中的摄像模组示意图；

图6为本申请实施例中的电子设备示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种摄像模组成像方法，解决了现有技术中由于缺乏行之有效的成像方法，导致多光谱摄像模组的小型化受阻，从而无法将多光谱摄像模组应用于小型设备上的技术问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

依次提供M个驱动电压，使摄像模组中的光栅依次产生M个不同的形变，其中，每个所述驱动电压分为N路，每一路所述驱动电压每次施加于所述光栅上的一个预设的位置，即每一路驱动电压施加于一个预设的位置，N路驱动电压则施加到N个不同的位置，以保证加压的均匀性。M、N为大于等于1的自然数；

控制所述摄像模组依次在所述M个不同的形变条件下曝光；

接收所述摄像模组在M个不同的形变条件下依次曝光后形成的M个图像，并对所述M个图像进行处理，以获得所述摄像模组的目标图像。

需要说明的是，传统的多光谱照相机主要有三类，第一类是多镜头型多光谱照相机，这种相机具有4-9个镜头，每个镜头各有一个滤光片，分别让一种较窄光谱的光通过，多个镜头同时拍摄同一景物，用一张胶片同时记录几个不同光谱带的图像信息；第二类是多相机型多光谱照相机，这类相机由几台照相机组合，各台照相机分别装配不同的滤光片，分别接收景物的不同光谱带上的信息，同时拍摄同一景物，各获得一套特定光谱带的胶片；第三类是光束分离型多光谱照相机，这种相机采用一个镜头拍摄景物，用多个三棱镜分光器将来自景物的光线分离为若干波段的光束，用多套胶片分别将各波段的光信息记录下来。这三类多光谱照相机共同的特点是体积偏大，无法应用到诸如手机等小型设备上。

而本申请实施例提供的摄像模组中装配有光栅，并且对应提供一种摄像模组成像方法，因此可以实现多光谱成像，并且与传统多光谱照相机相比，其体积大大减小，能很好地应用诸如手机等小型设备上。

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1描述本申请实施例提供的摄像模组成像方法，包括：

步骤S101，依次提供M个驱动电压，使光栅依次产生M个不同的形变，其中，每个所述驱动电压分为N路，N路所述驱动电压每次施加于所述光栅上的N个预设的位置，即每一路驱动电压施加于一个预设的位置，N路驱动电压则施加到N个不同的位置，以保证加压的均匀性，M、N为大于等于1的自然数；

步骤S102，控制所述摄像模组依次在所述M个不同的形变条件下曝光；

步骤S103，接收所述摄像模组在M个不同的形变条件下依次曝光后形成的M个图像，并对所述M个图像进行处理，以获得所述摄像模组的目标图像。

本实施例中的摄像模组中装配有光栅，通过在光栅的预设位置施加电压使其产生形变，可以改变光栅的狭缝宽度，进而改变透过光的中心波长。依次改变施加在光栅上的驱动电压，可以得到多个具有不同中心波长的光，摄像模组在每个透射光下依次分别成像，即可实现多光谱成像。

在具体的实施过程中，可以通过DAC电路(Digital to analog converter，数模转换电路)实现对光栅形变的控制。具体来讲，可以是微控制单元通过SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)向DAC芯片(例如DAC124S085)写入校准过的数字信号，再由DAC芯片将校准过的数字信号转换为模拟信号输出给光栅。其中，数字信号包括光栅当次需要施加的电压、电压的路数以及每路电压的施加位置和每路电压之间的误差范围等，以使光栅能够准确产生预期的形变，从而得到预期的中心波长的光。而使用DAC芯片搭配SPI，可以减小摄像模组的体积，有利于摄像模组的小型化。当然在具体的实施过程中，也可以通过常规的DAC电路实现数字信号到模拟信号的转换，本申请对此不作限制。

在具体的实施例中，通过DAC电路转换得到的模拟信号通常是微弱的电信号，而要使光栅产生形变，则需要施加数倍于该电信号的电压。因此，通过DAC电路得到的模拟信号还需要经过放大电路进行放大，并经过升压电路升压后提供给光栅。在具体的实施过程中，可以采用常见的放大电路和升压电路来实现电压的放大及升压输出，只要是能提供使光栅产生预期的形变的电压即可(例如本申请实施例中施加到光栅上的电压为30V～60V)，本申请对放大电路及升压电路的具体器件及连接方式不作限制。

在具体的实施例中，为了平衡光栅的机械应力，使光栅各部分的形变均匀，通常需要采用多路电压同时施加于光栅的多个预设位置上，即每个驱动电压分为N路，N路所述驱动电压每次施加于所述光栅上的N个预设的位置。由于多光谱成像原理是要在多个光谱下对同一对象成像，以将拍摄对象的二维空间信息以及光谱辐射信息都收集起来，因此要提供为光栅提供多个驱动电压，以使光栅对应产生多个形变，每个形变条件下可以透过一种不同中心波长的光，即依次提供M个驱动电压，使摄像模组中的光栅依次产生M个不同的形变。

在具体的实施过程中，可以根据实际的拍摄需求设置M的值，例如，当多光谱摄像模组用于植被分类调查时，可以设置依次提供7个驱动电压给光栅，也就是说在植被分类调查过程中，需要7个光谱下的成像信息以帮助植被的分类。而N的值也可以根据光栅实际的材料以及形状进行设定，例如，本申请中的光栅可以是法布里帕罗虑光芯片。该虑光芯片采用法布里帕罗干涉滤光原理，通过采取手段改变滤光片的狭缝宽度，进而改变透过光的中心波长，从而使摄像模组能够在不同中心波长的光下成像，实现多光谱成像。在具体的实施过程中，为了平衡光栅的机械应力，使光栅各部分的形变均匀，可以设置在法布里帕罗虑光芯片的四个角上施加4路电压，这4路电压在一定误差范围内的伏值相等，例如，当提供30V电压给法布里帕罗虑光芯片时，这4路电压之间的误差在0.1V～0.2V之间。

在具体的实施例中，在依次提供M个驱动电压之前，还可以先点亮补光灯，以减少摄像模组后续的曝光时间。这是因为摄像模组在实际的应用中，经常会遇到光线晦暗的环境，此时来自外界的光的亮度本身就不足，在经过光栅滤除部分波段的光以后，进入摄像模组镜头的光线的亮度更加弱，感光部分如感光芯片或者胶片等就需要较长的曝光时间来弥补光线的不足，从而导致成像时间延长。

在具体的实施过程中，补光灯可以是LED灯，而补光灯产生的光的波长与光栅每个形变条件下允许透过的光的波长相同，以进一步缩短曝光时间。在具体的实施例中，可以通过多个补光灯电路来提供与光栅每个形变条件下允许透过的光的波长相对应的不同波长的光，或者采用一个补光灯，该补光灯在不同的驱动电压下，发出不同的波长的光以适应光栅不同形变条件下允许透过的光的波长，本申请对此不作限制，也不再一一列举。

然后，执行步骤S102，控制所述摄像模组依次在所述M个不同的形变条件下曝光。在具体的实施过程中，光栅每产生一次形变，其允许通过的光的中心波长都有所差异，多个不同中心波长的光经过摄像模组镜头成像，在感光区域上曝光一定时间后，可生成被摄物的图像。在具体的实施例中，感光区域可以是感光芯片，或者是胶片等，本申请对此不作限制。依次在光栅的M个不同形变条件下曝光一段时间，可得到被摄物的M个图像。需要说明的是，当光栅产生一种形变后，通常要等待预设时间后再控制摄像模组开始曝光，这是因为光栅刚开始产生形变时，其各部分的机械应力还有微弱震动，导致形变量不稳定，如果此时开始曝光，就无法得到高品质的图像。预设的时间可以根据光栅本身的参数以及其驱动电压的大小做出调整，通常可以是等待10ms。另外，在M次成像结束后，还需要关闭补光灯，以减少电能损耗。

最后，执行步骤S103，接收所述摄像模组在M个不同的形变条件下依次曝光后形成的M个图像，并对所述M个图像进行处理，以获得所述摄像模组的目标图像。

在具体的实施过程中，图像处理单元在接收到M个被摄物的图像后，可以将该M个图像打包，并嵌入预设参数信息。具体来讲，可以将这M个图像压缩打包，以加快图像传输速率。在包裹中，还嵌入了每个图像的参数信息。其中，参数信息例如可以是每张图像的大小、对应的成像波段等。上位机在接收到包裹后，可以对包裹作进一步的解析，以获得目标图像。在具体的实施例中，上位机可以是计算机、个人电脑、微处理单元等具备数据处理与分析的设备或者模块，本申请对此不作限制。例如上位机是电脑，电脑在接收到包裹后，首先进行解压缩，然后对图像做进一步的解析，例如，可以将解压后的图像数据截取部分或者全部导入多光谱图像处理软件中，软件按照设定好的图像处理方法对图像进行处理后，输出可以方便快速地进行分析的图像，例如输出红外光下不同种类植物的叶子形状，或者实物的变质情况等。

下面结合图2～图4详细介绍本申请实施例提供的摄像模组成像方法的实施逻辑：

在图2中，首先DAC电路输出一个4路的驱动电压，经过放大电路放大，同时升压电路的EN信号拉高，将该4路驱动电压施加于光栅上，使光栅产生形变，从而过滤掉入射光中不符合本次成像要求的光线；感光芯片在光栅产生形变10ms后开始曝光成像，成像完成后控制单元接收该图像，之后升压电路的EN信号拉低。然后DAC电路输出另一个4路的电压，重复前述的步骤，直到接收完7个设定的波长下所成的图像，一个多光谱摄像模组的成像周期完成。

在具体的实施过程中，可以如图4所示，设置在开始拍摄之前先开启补光灯，并在一个拍摄周期内始终保持补光灯开启，以缩短曝光时间。而在一个拍摄周期结束后，将被摄物在7个不同中心波长下所成的7个图像打包上传到上位机进行解析，在具体的实施过程中，该上位机可以是计算机、电脑或者是计算芯片等，在此不作限制。

而在另一个可选的实施例中，还可以如图4所示，设置在一个拍摄周期内，升压电路的EN信号始终拉高，从而可以节省在每次切换驱动电压后光栅的机械稳定时间，进而缩短摄像模组的成像时间。另外，还可以设置将补光灯的控制时序与光栅的驱动时序一致，以避免在一个拍摄周期内，补光灯常亮造成的电能损耗，并且还可以避免补光灯常亮造成热量过多，对摄像模组内部组件造成伤害。

然后，结合图5介绍本申请提供的摄像模组5000，该摄像模组中包括光栅5100。在具体的实施过程中，该摄像模组按照前述实施例中提供的摄像模组成像方法进行多光谱成像。

在具体的实施过程中，该摄像模组可以是手机摄像模组、电脑摄像模组等，本申请对此不作限制。由于本申请的摄像模组上装配有光栅，因此其体积相比传统的多光谱摄像模组可以大大减小，并且该摄像模组可以按照本申请实施例提供的摄像模组成像方法使光栅产生形变，进而改变进入摄像模组的光的中心波长，从而实现多光谱成像。因此本申请的摄像模组可以实现多光谱成像，另一方面体积小，从而可以应用于诸如手机、电脑等小型电子设备上。

然后，结合图6介绍本申请提供的电子设备6000，该电子设备包括上述实施例中提供的摄像模组5000。在具体的实施过程中，该电子设备可以是手机、电脑、平板、图像检测仪、监控器等，本申请对此不作限制。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请设置依次给光栅提供M个驱动电压，每个驱动电压都分为N路，并且这N路电压每次都施加于光栅上的N个预设的位置，因此可以使光栅依次产生M个不同的形变；然后控制摄像模组依次在这M个不同的光栅的形变条件下曝光预设时间；最后接收摄像模组在该M个不同的光栅的形变条件下曝光后形成的M个图像，并对所述M个图像进行处理，能够获得摄像模组的目标图像。

进一步，由于采用本申请提供的摄像模组成像方法，因此可以将光栅应用于摄像模组实现多光谱成像，从而大幅度减小摄像模组的体积，使多光谱摄像模组得以应用于小型设备上。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种摄像模组成像方法，其特征在于，所述摄像模组包括光栅，所述方法包括：

依次提供M个驱动电压至所述光栅，使所述光栅依次产生M个不同的形变，其中，每个所述驱动电压分为N路，每路所述驱动电压每次施加于所述光栅上的一个预设的位置，N路驱动电压共施加于N个预设的位置，M、N为大于等于1的自然数；

控制所述摄像模组依次在所述M个不同的形变条件下曝光；

接收所述摄像模组在M个不同的形变条件下依次曝光后形成的M个图像，并对所述M个图像进行处理，以获得所述摄像模组的目标图像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依次提供M个驱动电压至所述光栅，使所述光栅依次产生M个不同的形变，包括：

通过数字模拟转换电路依次提供M个模拟信号；

将M个所述模拟信号依次通过放大电路进行放大；

通过升压电路将经过放大的M个所述模拟信号依次施加到所述光栅的所述N个预设的位置，以使所述光栅依次产生M个不同的形变。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N路电压的电压值相同，以使所述N路电压在每次施加于所述光栅上时，所述光栅产生均衡的机械应变。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光栅为法布里帕罗滤光芯片，所述每个所述驱动电压分为N路，N路所述驱动电压每次施加于所述光栅上的N个预设的位置，包括：

每个所述驱动电压分为4路，每路所述驱动电压每次施加于所述法布里帕罗滤光芯片的4个角上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在每次控制所述摄像模组在每个所述形变条件下曝光预设时间之前，还包括：

等待预设时间，以使所述光栅机械稳定。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在依次提供M个驱动电压至所述光栅之前，还包括：

点亮补光灯，以减少所述摄像模组的曝光时间；

在M次成像结束后，还包括：

关闭补光灯，以减少电能损耗。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述补光灯提供的光的波段与所述光栅在所述M个不同形变下透过的光的波段相同。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述M个图像进行处理，以获得所述摄像模组的目标图像，包括：

将所述M个图像打包，并嵌入预设参数信息；

将所述嵌入了预设参数信息的图像包裹上传到上位机，由所述上位机对所述图像包裹进行解析，以获得所述摄像模组的目标图像。

9.一种摄像模组，其特征在于，所述摄像模组包括光栅，所述摄像模组按照权利要求1～8任一所述的方法成像。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的摄像模组。