一种双轴防抖摄像头模组及其控制方法与流程

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种双轴防抖摄像头模组及其控制方法。

背景技术：

传统的摄像头在运动状态下会造成图像摇晃，为了提高运动状态下的成像质量，主要采用数字防抖、光学防抖和机械防抖的技术方案。

数字防抖一般是对图像进行分析，评估抖动量并裁剪出一部分图像实现相对稳定的输出，这种方法硬件上不需要额外的机械部件，因此成本低、体积小，但是图像效果不佳。

光学防抖是驱动摄像机镜头中的部分镜片实现图像稳定的，稳定效果较好，但是有效角度范围较小。

机械防抖是使用电机驱动整个摄像机实现整体稳定的，稳定效果好、偏转范围较大，不足之处在于整个稳定系统的体积较大。

相近似专利CN201611217668.7和CN201610626639.X仅仅移动镜头组件，而成像模组、陀螺仪传感器和底座固连，把陀螺仪传感器放置在底座部分，通过检测偏转误差然后前馈驱动的方式实现防抖，效能很低。

技术实现要素：

基于此，针对上述问题，有必要提出一种结构紧凑、外观小巧、成本低廉、坚固可靠，且具有稳定图像性能，同时不会造成图像画面损失，适合用于穿戴式运动摄像应用场合的双轴防抖摄像头模组及其控制方法。

本发明提供一种双轴防抖摄像头模组，其技术方案如下：

一种双轴防抖摄像头模组，包括偏转结构组合、摄像模组和稳定控制组合，所述偏转结构组合包括外壳、上弹性支撑体、下弹性支撑体、线圈和永磁体，所述上弹性支撑体和下弹性支撑体分别平行固定于外壳内并支撑外壳，所述摄像模组嵌入上弹性支撑体和下弹性支撑体上，使摄像模组悬浮于所述外壳内，所述线圈安装于所述摄像模组外壁，所述永磁体与所述线圈位置对应的安装于所述外壳内壁；所述摄像模组的底部与所述稳定控制组合连接。

在本技术方案中，各组成部分可可分为摄像模组、偏转结构组合和稳定控制组合三个子系统，偏转结构组合包括外壳、上弹性支撑体、永磁体、线圈和下弹性支撑体，上弹性支撑体和下弹性支撑体将摄像模组悬浮在外壳内部，在摄像模组和外壳之间，通过线圈、永磁体、上弹性支撑体和下弹性支撑体构成二维偏转结构，偏转角度为10°-20°，作为稳定控制的执行部件，使摄像模组的光轴相对外壳能够双轴偏转；线圈固联在摄像模组的四个侧面，在永磁体的磁场作用下，通过控制线圈中的电流产生相应的磁场，推动摄像模组产生前后左右的双轴偏移运动，双轴偏移运动的方向与摄像模组的光轴方向垂直，从而实现摄像模组的姿态稳定。

作为上述方案的进一步优化，所述摄像模组包括镜头、图像传感器和第一电路板，所述线圈安装于所述镜头的外壁，所述图像传感器安装于所述镜头底部；所述第一电路板位于所述镜头下方，且紧贴所述图像传感器。图像传感器安装在第一电路板上，用于接收图像信息，随镜头一起进行双轴偏移运动，使得对图像传感器和镜头能实施整体稳定控制，避免了分别控制镜头或者图像传感器造成的精度不足和图像变形的缺点。

作为上述方案的进一步优化，所述稳定控制组合包括惯性传感器、柔性连接电路和第二电路板，所述惯性传感器与所述第一电路板固定连接，且所述第一电路板通过所述柔性连接电路与所述第二电路板电性连接。

在本技术方案中，稳定控制组合包括惯性传感器、柔性连接电路和第二电路板，惯性传感器与摄像模组固定连接，可以装配在第一电路板上，也可以装配在柔性连接电路上，提高了运动反馈的精度和响应频率，进而提高了稳定图像的性能；柔性连接电路将摄像模组中图像传感器和惯性传感器的数据信号传输到第二电路板进行数据处理，第二电路板的功能包括图像数据处理和陀螺稳定控制，前者用于读取摄像模组的图像数据并处理后输出，后者用于读取惯性传感器的运动反馈数据，通过处理器的解算和反馈控制，驱动线圈带动摄像模组偏转，实现图像的稳定。

作为上述方案的进一步优化，所述线圈和永磁体均为4个，4个所述的线圈均匀分布于所述镜头的外侧面，4个所述的永磁体均匀安装于外壳内侧四壁，且4个线圈与4个永磁体一一临近对应。四个线圈分别安装在摄像模组中镜头的四周，四片永磁体安装在外壳内侧四壁，每个线圈分别临近一只永磁体，永磁体是上下磁化的，使得能高效的驱动摄像模组抖动或转动。

作为上述方案的进一步优化，所述图像传感器为400万像素的微型摄像模组OV4689，所述惯性传感器为双轴陀螺仪传感器IDG2030。可提高图像提取效率，对运动反馈数据的读取、处理效果好。

本发明还提供一种双轴防抖摄像头模组的控制方法，其技术方案如下：

一种双轴防抖摄像头模组的控制方法，包括以下步骤：

a、惯性传感器感知并获取图像传感器的双轴运动角速度信息；

b、将惯性传感器所获取的双轴运动角速度信息传输至第二电路板中，并通过运行反馈控制算法获得驱动输出量；

c、根据所获得的驱动输出量驱动线圈，带动图像传感器偏转；

d、循环执行步骤a至步骤c，消除外部抖动带来的图像晃动影响，同时采集图像数据，并在处理后输出。

在本技术方案中，惯性传感器采用双轴陀螺仪传感器，能够感知摄像模组的双轴运动角速度，第二电路板中的单片机读取双轴陀螺仪传感器的数据，并通过运行反馈控制算法获得驱动输出量，驱动线圈并使摄像模组反方向补偿运动，从而实现摄像模组的姿态稳定。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤c包括以下步骤：

如果外部运动为小角度抖动，则控制稳定控制组合驱动偏转结构组合对此外部运动实施补偿。小角度抖动时，控制摄像模组稳定不动；同时驱动永磁体实现外部抖动，达到摄像模组的图像稳定。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤c还包括以下步骤：

如果外部运动为大角度转动，则驱动摄像模组随外部大角度转动而偏转。大角度转动时，运动角度超出了稳定控制的角度范围，则需要使摄像模组随外部大角度转动而转动；驱动线圈，即可带动摄像模组偏转。

本发明的有益效果是：

1、本发明结构紧凑、外观小巧、成本低廉、坚固可靠，不会造成图像画面损失，适合用于穿戴式运动摄像应用场合。

2、本发明实现对摄像模组(包含图像传感器和镜头)整体实施稳定控制，避免了分别控制镜头或者图像传感器造成的精度不足和图像变形的缺点。

3、惯性传感器与摄像模组固定连接安装，直接反馈摄像模组的运动数据，提高了运动反馈的精度和响应频率，进而提高了稳定图像的性能，保证了数据的可靠性。

4、本发明通过镜头四周的线圈和外壳内壁四侧相对应的永磁体实现摄像模组的双轴偏转驱动，其控制精确，使摄像模组的姿态稳定。

5、通过惯性传感器反馈的角速度运动数据和反馈控制算法，驱动摄像模组的反向运动补偿，实现图像双轴稳定。

附图说明

图1是本发明实施例所述双轴防抖摄像头模组的结构示意图；

图2是本发明实施例所述双轴防抖摄像头模组控制方法的流程图。

附图标记说明：

101-外壳；102-上弹性支撑体；103-下弹性支撑体；104-线圈；105-永磁体；201-镜头；202-图像传感器；203-第一电路板；301-惯性传感器；302-柔性连接电路；303-第二电路板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种双轴防抖摄像头模组，包括偏转结构组合、摄像模组和稳定控制组合，所述偏转结构组合包括外壳101、上弹性支撑体102、下弹性支撑体103、线圈104和永磁体105，所述上弹性支撑体102和下弹性支撑体103分别平行固定于外壳101内并支撑外壳101，所述摄像模组嵌入上弹性支撑体102和下弹性支撑体103上，使摄像模组悬浮于所述外壳101内，所述线圈104安装于所述摄像模组外壁，所述永磁体105与所述线圈104位置对应的安装于所述外壳101内壁；所述摄像模组的底部与所述稳定控制组合连接。

在本实施例中，各组成部分可可分为摄像模组、偏转结构组合和稳定控制组合三个子系统，偏转结构组合包括外壳101、上弹性支撑体102、永磁体105、线圈104和下弹性支撑体103，上弹性支撑体102和下弹性支撑体103将摄像模组悬浮在外壳101内部，在摄像模组和外壳101之间，通过线圈104、永磁体105、上弹性支撑体102和下弹性支撑体103构成二维偏转结构，偏转角度为10°-20°，作为稳定控制的执行部件，使摄像模组的光轴相对外壳101能够双轴偏转；线圈104固联在摄像模组的四个侧面，在永磁体105的磁场作用下，通过控制线圈104中的电流产生相应的磁场，推动摄像模组产生前后左右的双轴偏移运动，双轴偏移运动的方向与摄像模组的光轴方向垂直，从而实现摄像模组的姿态稳定。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，所述摄像模组包括镜头201、图像传感器202和第一电路板203，所述线圈104安装于所述镜头201的外壁，所述图像传感器202安装于所述镜头201底部；所述第一电路板203位于所述镜头201下方，且紧贴所述图像传感器202。图像传感器202安装在第一电路板203上，用于接收图像信息，随镜头201一起进行双轴偏移运动，使得对图像传感器202和镜头201能实施整体稳定控制，避免了分别控制镜头201或者图像传感器202造成的精度不足和图像变形的缺点。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上，所述稳定控制组合包括惯性传感器301、柔性连接电路302和第二电路板303，所述惯性传感器301与所述第一电路板203固定连接，且所述第一电路板203通过所述柔性连接电路302与所述第二电路板303电性连接。

在本实施例中，稳定控制组合包括惯性传感器301、柔性连接电路302和第二电路板303，惯性传感器301与摄像模组固定连接，可以装配在第一电路板203上，也可以装配在柔性连接电路302上，提高了运动反馈的精度和响应频率，进而提高了稳定图像的性能；柔性连接电路302将惯性传感器301和摄像模组中的图像传感器202的数据信号传输到第二电路板303进行数据处理，第二电路板303的功能包括图像数据处理和陀螺稳定控制，前者用于读取摄像模组的图像数据并处理后输出，后者用于读取惯性传感器301的运动反馈数据，通过处理器的解算和反馈控制，驱动线圈104带动摄像模组偏转，实现图像的稳定。

实施例4

本实施例在实施例2的基础上，所述线圈104和永磁体105均为4个，4个所述的线圈104均匀分布于所述镜头201的外侧面，4个所述的永磁体105均匀安装于外壳101内侧四壁，且4个线圈104与4个永磁体105一一临近对应。四个线圈104分别安装在摄像模组中镜头201的四周，四片永磁体105安装在外壳101内侧四壁，每个线圈104分别临近一只永磁体105，永磁体105是上下磁化的，使得能高效的驱动摄像模组抖动或转动。

实施例5

本实施例在实施例3的基础上，所述图像传感器202为400万像素的微型摄像模组OV4689，所述惯性传感器301为双轴陀螺仪传感器IDG2030。可提高图像提取效率，对运动反馈数据的读取、处理效果好。

实施例6

本实施例为实施例1的方法，

如图2所示，一种双轴防抖摄像头模组的控制方法，包括以下步骤：

a、惯性传感器301感知并获取图像传感器202的双轴运动角速度信息；

b、将惯性传感器301所获取的双轴运动角速度信息传输至第二电路板203中，并通过运行反馈控制算法获得驱动输出量；

c、根据所获得的驱动输出量驱动线圈104，带动图像传感器202偏转；

d、循环执行步骤a至步骤c，消除外部抖动带来的图像晃动影响，同时采集图像数据，并在处理后输出。

在本实施例中，惯性传感器301采用双轴陀螺仪传感器，能够感知摄像模组的双轴运动角速度，第二电路板303中的单片机读取该双轴陀螺仪传感器的数据，并通过运行反馈控制算法获得驱动输出量，驱动线圈104并使摄像模组反方向补偿运动，从而实现摄像模组的姿态稳定。

实施例7

本实施例为实施例1的方法，其在实施例6的基础上，所述步骤c包括以下步骤：

如果外部运动为小角度抖动，则控制稳定控制组合驱动偏转结构组合对此外部运动实施补偿。小角度抖动时，控制摄像模组稳定不动；同时驱动永磁体105实现外部抖动，达到摄像模组的图像稳定。

实施例8

本实施例为实施例1的方法，其在实施例6的基础上，所述步骤c还包括以下步骤：

如果外部运动为大角度转动，则驱动摄像模组随外部大角度转动而偏转。大角度转动时，运动角度超出了稳定控制的角度范围，则需要使摄像模组随外部大角度转动而转动；驱动线圈104，即可带动摄像模组偏转。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。