专利名称：数码照相装置及其防抖方法
技术领域：
本发明涉及数码照相领域，特别涉及数码照相装置及其防抖方法。
技术背景数码照相装置由于其存储量大、成像速度快和免冲洗等特点，已经得到 了广泛的普及应用，例如数码相机、移动通话终端中集成的数码照相装置等。以数码相机为例，其基本结构包括快门、成像模块、控制模块、图像处理 模块和存储模块。成像模块中又包括镜头、电荷耦合器(CCD, Charge Coupled Device )和模/数转换器。数码相机通过以下几个步骤实现成像1) 控制模块监测到快门启动后，控制镜头进行一次曝光，镜头针对要 成像的物体聚焦光信号；2) 镜头将聚焦的光信号投射到CCD表面的感光元件上，CCD将接收 的光信号转换为仿真电信号；3) 模/数转换器将CCD转换的仿真电信号转变为数字信号，形成数字图像；4 )图像处理模块将模/数转换器转变的数字信号压缩为特定的图像格 式，例如JPEG格式，再将压缩后的图像存储到存储模块中。在上述步骤1)和2)中，镜头曝光的时间以及CCD对镜头投射的光信 号的感光时间都与快门的速度有关，例如假设快门的速度是1/2秒，则CCD 感光的时间也是l/2秒，如果在拍照时，数码相机的机身在快门作用的过程 中发生抖动，镜头聚焦的光信号将记录物体运动的轨迹，相应的，CCD感 光到的光信号也是物体的运动轨迹，这将导致由该光信号转换为仿真电信号再转换为数字信号后所成像出的图像产生模糊，快门的速度越慢，抖动所导 致的图像模糊程度越高。针对这一问题，现在大部分的数码相机都具备防抖 功能，其中应用较广泛的是光学防抖。
在光学防抖中，需在数码相机的内部安装一个运动传感器，用于侦测数 码相机抖动时的位移量大小和方向。控制模块根据运动传感器侦测到的数 据，采用以下两种方式进行补偿。第一、控制模块控制镜头向与位移量方向 相反的方向移动，移动的量与位移量大小相等，通过这种方式使镜头与要捕
捉的物体位置保持相对静止，即镜头聚焦的光信号不记录物体的运动轨迹； 第二、将CCD安装在一个可移动的支架上，由控制模块控制CCD向与位移 量方向相反的方向移动，移动的量也与位移量大小相等，通过这种方式使 CCD不随镜头移动，即CCD只感光镜头聚焦到的静止物体的那部分光信号。 虽然现有的光学防抖可以实现较好的补偿，以克服抖动所带来的成像图 像模糊的问题，但是这种方式需要将镜头或CCD设计成可移动的结构，在 一定程度上增加了数码照相装置的成本。
发明内容
本发明的第 一个目的在于提供一种数码照相装置的防抖方法，使用该方 法可以基于低成本防止抖动所产生的图像模糊问题。
本发明的第二个目的在于提供一种数码照相装置，该装置可以基于低成 本防止抖动所产生的图像模糊问题。
本发明的技术方案是这样实现的
一种数码照相装置的防抖方法，在快门启动后，侦测数码照相装置的抖动 状态；关键在于，在侦测到数码照相装置发生抖动时，该方法还包括 进行至少两次曝光，每次曝光后得到一幅图像； 在得到的每一 幅图像中确定所有图像的共有区域； 将每一幅图像中确定出的共有区域合成为 一幅最终图像。 一种数码照相装置，包括快门、运动传感器、控制模块、成像模块和图像处理模块；关键在于，
所述控制模块，用于监测到快门启动后，控制运动传感器侦测数码照相装 置的抖动状态；当运动传感器侦测到数码照相装置发生抖动时，控制成像模块 进行至少两次曝光、每次曝光得到一幅图像；
所述图像处理模块，用于在成像模块得到的每一幅图像中，确定所有图 像的共有区域；将每一幅图像中确定出的共有区域合成为 一幅最终图像。
可见，本发明数码照相装置及其防抖方法，在快门启动后，如果侦测到 数码照相装置发生抖动，则进行多次曝光，由于每次曝光的时间相对于一次 曝光来说大大缩短，因此每次曝光得到的图像的模糊程度将在可接受范围 内，再分别在每幅图像中确定所有图像的共有区域，将每幅图像的共有区域 合成为一幅最终图像。这样在不改变数码照相装置内部部件安装方式的基础 上，防止了抖动所产生的图像模糊问题，大大降低了成本。
图1为本发明数码照相装置的防抖方法的流程图2a为位移量的横向分量示意图2b为位移量的纵向分量示意图3为所有图像中的共有区域的示意图4为本发明数码照相装置的结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作 进一步的详细说明。
图1为本发明数码照相装置的防抖方法的流程图，该流程开始之前，在 快门启动后，侦测数码照相装置的抖动状态；在侦测到数码照相装置发生抖 动时，该流程包括
步骤101:进行至少两次曝光，每次曝光得到一幅图像。侦测数码照相装置发生抖动的操作，由运动传感器在控制模块的控制下 执行，曝光和成像由成像模块在控制模块的控制下完成。成像模块仍然与通
常情况下一样包括镜头、CCD和模/数转换器，因此镜头每次曝光后，镜头 将聚焦的光信号投射到CCD表面的感光元件，由CCD将光信号转换为仿真 电信号，再由模/数转换器将仿真电信号转换为数字信号、形成一幅图像。 这样将得到对应于每次曝光的多幅图像。
例如，如果在白天晴朗的情况下， 一张照片正常曝光应该为0.5秒，设 定发生抖动时曝光的次数为5次，则发生抖动后控制模块控制成像模块分5 次曝光，每次曝光的时间缩短为0.1秒。假设使用者手的抖动幅度为0.05毫 米，则通过多次曝光相当于得到平均抖动幅度为0.01毫米的5幅图像。由 于曝光时间很短，这5幅图像每一幅都曝光不足，但是由于平均抖动幅度降 低，每幅图像的模糊程度都大大降低。
不同次的曝光之间不存在时间间隔。
步骤102:在每一幅图像中确定所有图像的共有区域。 确定共有区域由图像处理模块执行，确定时可以采用多种方法，这里仅 举出一种具体的示例。假设的应用场景包括数码照相装置发生抖动后共曝 光2次；步骤101中，还可以在每次曝光时，同时记录数码照相装置的位移 量大小和方向，也就是由控制模块记录运动传感器的位移量大小和方向；每 次曝光所得到的图像的高度和宽度分别记为height和width。以上应用场景 中所举出的2次仅为一种简单举例。
图2a和图2b中均示出了三幅图像，按照由上到下的顺序，分别为未发 生抖动时按照正常曝光方式形成的图像、本示例中第1次曝光形成的图像和 本示例中第2次曝光形成的图像，其中后两幅图像中使用虚线表示由于曝光 不足而形成的亮度较暗的效果，图像中的两个箭头表示实际的物体。在本应 用场景下，将与正常曝光形成的图像相比向右及向下的位移量规定为正方 向，例如图2a中的X2和图2b中的Yl,将与正常曝光形成的图像相比向左及向上的位移量规定为负方向，例如图2a中的XI和图2b中的Y2。 图像处理模块确定共有区域通过以下步骤进行
1)确定记录的最大位移量的横向分量，在本步骤中仅考虑各个位移量 横向分量的绝对值大小，而不考虑方向，如下所示
Xmax=MAX(Xl, X2，……Xn )，其中Xn表示针对第n幅图像记录 的位移量的橫向分量，基于假设的应用场景，本示例中选择X2作为该最大 值。
确定记录的最大位移量的纵向分量，在本步骤中仅考虑各个位移量纵向 分量的绝对值大小，而不考虑方向，如下所示
Ymax=MAX(Yl， Y2,……Yn)，其中Yn表示针对第n幅图像记录 的位移量的纵向分量，基于假设的应用场景，本示例中选择Y2作为该最大 值。
2 )针对每幅图像确定Xmax与该幅图像的Xn的差值，以及Ymax与该 幅图像的Yn的差值，计算时需要考虑各个位移量的大小和方向，计算后得 到的点的位置即为该幅图像共有区域的坐标原点。使用公式表述上述过程 为
RECTn.x=Xmax-Xn ，其中RECTn.x表示第n幅图像的坐标原点的横坐
标；
RECTn.y=Ymax-Yn，其中RECTn.y表示第n幅图像的坐标原点的纵坐标。
基于应用场景，本示例中将得到RECTI.x=X2-( -XI )，RECTI.y=-Y2-Yl; RECT2.x=X2-X2， RECT2.y=-Y2+Y2，计算结果中的正负号表示方向。由 RECTl.x和RECTl.y确定的坐标原点位置如图2a和图2b中的A点，由 RECT2.x和RECT2.y确定的坐标原点位置如图2a和图2b中的B点。
3)确定每幅图像中共有区域的宽度，计算时只考虑位移量的大小，如 下所示
RECTn.width=width-Xmax，其中RECTn.width表示第n幅图像的宽度。
9基于应用场景，本示例中得到RECTI.width= RECT2.width=width-X2。 确定每幅图像中共有区域的高度，计算时只考虑位移量的大小，如下所
示
RECTn.height=height-Ymax，其中RECTn.height表示第n幅图像的高度。 基于应用场景，本示例中得到RECTI.height-RECT2.height=width-Y2。 由于图2a和图2b中的XI和X2分别以实际物体的左边缘为基准，Yl 和Y2分别以实际物体的上边缘为基准，所以将上述第2)步中确定出的共 有区域的坐标原点作为共有区域的左上角端点，再结合第3)步中确定出的 共有区域的宽度和高度，就可以得到一个对称的矩形共有区域。如图3所示， 基于假设的应用场景，可以得到2次曝光所成像的图像中的共有区域。
如果采用另外的方式，当XI和X2分别以实际物体的右边缘为基准， Yl和Y2分别以实际物体的上边缘为基准时，上述第2)步中确定出的共有 区域的坐标原点将作为共有区域的右上角端点；当XI和X2分别以实际物 体的左边缘为基准，Yl和Y2分别以实际物体的下边缘为基准时，上述第2) 步中确定出的共有区域的坐标原点将作为共有区域的左下角端点；当XI和 X2分别以实际物体的右边缘为基准，Yl和Y2分别以实际物体的下边缘为 基准时，上述第2)步中确定出的共有区域的坐标原点将作为共有区域的右 下角端点。
当然，也可以不采用实际物体的边缘作为基准，而将XI和X2分别以 实际物体左側或右侧的任意一个点作为基准，将Yl和Y2分别以实际物体 上侧和下侧的任意一个点作为基准，确定的方法不变。
步骤103:将所有图像中的共有区域合成为一幅最终图像。
由于步骤102中得到的多幅图像均为曝光不足的图像，所以本步骤的目 的在于通过合成得到各幅图像共有区域中的正常颜色值。
本步骤中，基于步骤102中所举出的算法示例，这里的合成图像也可以 举出一个具体示例。假设颜色的三原色红、绿、蓝分别记为r， g, b; Rn表 示第n幅图像共有区域中某一像素点的r值，Gn表示第n幅图像共有区域中某一像素点的g值，Bn表示第n幅图像共有区域中某一像素点的b值； 每幅图像共有区域中的任意一像素点与其坐标原点的横向距离记为x,任意 一像素点与其坐标原点的纵向距离记为y;共有区域中任意一像素点的颜色 值记为color (x, y )。
在现有技术中，已有计算上述Rn、 Gn和Bn的值的方法，本步骤的关 键是确定出计算所针对的像素点的坐标，然后将计算出的坐标作为参量按照 现有的方法计算即可。根据步骤102中确定出的共有区域的坐标原点 RECTn.x 、 RECTn.y,可以得到Rn 、 Gn和Bn的值分别如下所示
Rn=R(n, x+RECTn.x， y+RECTn.y);
Gn=G(n, x+RECTn.x, y+RECTn.y);
Bn=B (n, x+RECTn.x， y+RECTn.y)。
在得到每一幅图像共有区域中所有像素点的红、绿、蓝三原色之后，先 将所有图像共有区域中位置相同的各个像素点的三原色值分别叠加作为参 量，再按照如下函数式计算得到最终的合成图像中各个点的颜色值，上述函 数式的具体算法为现有技术中已有的算法，这里不再赘述。
Color( x， y )=RGB( ( R1+R2+... ...Rn )， ( G1+G2+……Gn )， ( B1+B2+……
Bn))。
可见，本发明数码照相装置的防抖方法，在快门启动后，如果侦测到数 码照相装置发生抖动，则进行多次曝光，由于每次曝光的时间相对于一次曝 光来说大大缩短，因此每次曝光得到的图像的模糊程度将在可接受范围内， 再分别在每幅图像中确定所有图像的共有区域，将每幅图像的共有区域合成 为一幅最终图像。这样在不改变数码照相装置内部部件安装方式的基础上， 防止了抖动所产生的图像模糊问题，大大降低了成本。
在 一 种较佳的实施方式中，可以预先设定最大侦测时间和数码照相装置 抖动时允许的最小位移量大小。当侦测到数码照相装置的位移量大小小于等 于所述最小位移量时，可以认为按照普通成像方式得到的图像模糊程度在可 接受的范围内，即这种情况下可以按照普通成像方式成像，最小位移量可以通过实验并结合经验值确定出来。当超过所述最大侦测时间后，如果还没有 侦测到数码照相装置的位移量大小小于等于上述最小位移量，则可以使用本 发明提供的成像方式成像，侦测时间可以根据实际需要任意设定。在这种情
况下，步骤101之前进一步包括如下步骤
步骤101a:侦测数码照相装置的位移量大小。
步骤101b:判断在最大侦测时间内是否侦测到数码照相装置的位移量 大小小于等于最小位移量，如果是则执行步骤101b,否则执行步骤101。
步骤101c:进行一次曝光，得到一幅最终图像并结束流程。
在本发明的方法流程中加入了上述101a和101b之后，不用针对任何抖 动都采用多次曝光的方式成像，即在抖动幅度在可接收的范围内时，仍然可 以采用普通的成像方式成像。
基于本发明数码照相装置的防抖方法，本发明的数码照相装置的结构如 图4所示，包括快门、运动传感器、控制模块、成像模块和图像处理模块。
上述控制模块，用于监测到快门启动后，控制运动传感器侦测数码照相 装置的抖动状态；当运动传感器侦测到数码照相装置发生抖动时，控制成像 模块进行至少两次曝光、每次曝光得到一幅图像。
上述图像处理模块，用于在成像模块得到的每一幅图像中，确定所有图
像的共有区域；将每一幅图像中确定出的共有区域合成为一幅最终图像。 如果需要实现不用针对任何抖动都采用多次曝光的方式成像，即在抖动
幅度在可接收的范围内时，仍然可以采用普通的成像方式成像，则上述控制 模块中包括
监测单元，用于监测到快门启动后，控制运动传感器侦测数码照相装置的 抖动状态。
控制执行单元，当运动传感器侦测到数码照相装置发生抖动时，如果运 动传感器侦测到数码照相装置的位移量大小小于等于预设的最小位移量，控 制所述成像模块进行一次曝光并得到最终图像；如果运动传感器在预设的最 大侦测时间内都侦测到数码照相装置的位移量大小大于预设的最小位移量，控制成像模块进行至少两次曝光并每次曝光得到一幅图像。
进一步，控制执行单元中还可以包括
执行子单元，用于当运动传感器侦测到数码照相装置发生抖动时，如果运 动传感器侦测到数码照相装置的位移量大小小于预设的最小位移量，控制所述 成像模块进行一次曝光并得到最终图像；如果运动传感器在预设的最大侦测时 间内都侦测到数码照相装置的位移量大小大于预设的最小位移量，控制成像模 块进行至少两次曝光并每次曝光得到一幅图像。
记录子单元，用于在所述执行子单元控制成像模块进行至少两次曝光 时，记录每次曝光时运动传感器侦测到的数码照相装置的位移量大小和方 向。
上述执行子单元在确定共有区域、及合成最终图像时，均可以采用本发 明提供的方法进行，这里不再赘述。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的 保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1权利要求
1、一种数码照相装置的防抖方法，在快门启动后，侦测数码照相装置的抖动状态；其特征在于，在侦测到数码照相装置发生抖动时，该方法还包括进行至少两次曝光，每次曝光后得到一幅图像；在得到的每一幅图像中确定所有图像的共有区域；将每一幅图像中确定出的共有区域合成为一幅最终图像。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，预先设置最大侦测时间和数码 照相装置抖动时允许的最小位移量大小；所述进行至少两次曝光之前进一步包 括当侦测到数码照相装置的位移量大小小于等于所述最小位移量时，进行一 次曝光，得到一幅最终图像并结束流程；当在所述最大侦测时间内都侦测到数 码照相装置的位移量大小大于所述最小位移量时，继续执行进行至少两次曝光 的步骤。
3、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述进行至少两次曝光时， 进一步记录每次曝光时数码照相装置的位移量的大小和方向。
4、 如权利要求3所述的方法，其特征在于，在每一幅图像中确定所有图像 的共有区域为确定记录的最大位移量的横向分量和纵向分量；针对每一幅图像，使用所述最大位移量的横向分量和纵向分量，分别减去 该幅图像的位移量的横向分量和纵向分量，计算该幅图像中共有区域的坐标原 点的^f黄坐标和纵坐标，确定坐标原点的位置；针对每一幅图像，使用该幅图像的宽度和高度，分别减去所述最大位移量 的横向分量大小和纵向分量大小，计算该幅图像共有区域的宽度和高度；在每一幅图像中，以所述坐标原点的位置为一个端点、宽度和高度与所述计算出的宽度和高度相等的矩形区域，为所有图像的共有区域。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，将每一幅图像中确定出的共有区域合成为一幅最终图像为在每一幅图像中，确定共有区域中的每一个像素点在以所述共有区域的坐 标原点位置为基准的坐标系中的横坐标和纵坐标；将确定出的横坐标和纵坐标 作为参量，分别计算该幅图像共有区域中每一个像素点的三原色值；叠加每一幅图像共有区域中的相同像素点的三原色值，将叠加结果作为参量，计算该像素点最终的颜色值。
6、 一种数码照相装置，包括快门、运动传感器、控制模块、成像模块和 图像处理模块；其特征在于，所述控制模块，用于监测到快门启动后，控制运动传感器侦测数码照相装 置的抖动状态；当运动传感器侦测到数码照相装置发生抖动时，控制成像模块 进行至少两次曝光、每次曝光得到一幅图像；所述图像处理模块，用于在成像模块得到的每一幅图像中，确定所有图像 的共有区域；将每一幅图像中确定出的共有区域合成为一幅最终图像。
7、 如权利要求6所述的数码照相装置，其特征在于，所述控制模块包括 监测单元，用于监测到快门启动后，控制运动传感器侦测数码照相装置的抖动状态；控制执行单元，当运动传感器侦测到数码照相装置发生抖动时，如果运动 传感器侦测到数码照相装置的位移量大小小于等于预设的最小位移量，控制所 述成像模块进行一次曝光并得到最终图像；如果运动传感器在预设的最大侦测 时间内都侦测到数码照相装置的位移量大小大于预设的最小位移量，控制成像 模块进行至少两次曝光并每次曝光得到 一幅图像。
8、 如权利要求7所述的数码照相装置，其特征在于，所述控制执行单元包括执行子单元，用于当运动传感器侦测到数码照相装置发生抖动时，如果运 动传感器侦测到数码照相装置的位移量大小小于预设的最小位移量，控制所述 成像模块进行一次曝光并得到最终图像；如果运动传感器在预设的最大侦测时间内都侦测到数码照相装置的位移量大小大于预设的最小位移量，控制成像模块进行至少两次曝光并每次曝光得到 一幅图像；记录子单元，用于在所述执行子单元控制成像模块进行至少两次曝光时， 记录每次曝光时运动传感器侦测到的数码照相装置的位移量大小和方向。
全文摘要
本发明公开了一种数码照相装置的防抖方法，在快门启动后，侦测数码照相装置的抖动状态；关键在于，在侦测到数码照相装置发生抖动时，该方法还包括进行至少两次曝光，每次曝光后得到一幅图像；在得到的每一幅图像中确定所有图像的共有区域；将每一幅图像中确定出的共有区域合成为一幅最终图像。本发明还公开了一种数码照相装置。应用本发明，可以基于低成本防止抖动所产生的图像模糊问题。
文档编号H04N5/232GK101656829SQ20081004195
公开日2010年2月24日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者周叶林, 晨 王, 蔡世光 申请人:英华达(上海)电子有限公司