專(zhuān)利名稱(chēng)：使用作為陀螺儀的光運(yùn)動(dòng)傳感器的成像裝置的制作方法
背景技術(shù)：
圖像模糊是攝影中常見(jiàn)的問(wèn)題并且有各種原因例如對(duì)象的移動(dòng)和聚焦錯(cuò)誤造成。然而，一種最常見(jiàn)的導(dǎo)致圖像模糊的原因在于操作者造成的相機(jī)振動(dòng)。人體肌肉通常在4-12赫茲頻率范圍內(nèi)自然振動(dòng)。當(dāng)一個(gè)人拿著相機(jī)時(shí)，這樣的振動(dòng)造成圖像模糊。這樣的人體振動(dòng)造成的模糊在長(zhǎng)曝光時(shí)間或使用具備非常長(zhǎng)焦距的變焦/長(zhǎng)焦透鏡時(shí)特別明顯。為減少這樣的模糊，手持成像系統(tǒng)，諸如數(shù)碼相機(jī)、可攜式攝像機(jī)和雙筒望遠(yuǎn)鏡常常采用某種圖像穩(wěn)定系統(tǒng)。
已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于圖像穩(wěn)定的幾種方法和系統(tǒng)。然而，不論這些系統(tǒng)和/或方法，它們均依靠運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)和一種手段來(lái)補(bǔ)償檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)。對(duì)靜止相機(jī)，所述運(yùn)動(dòng)傳感器通常是壓電陀螺儀或MEMs(微—電—機(jī)械)陀螺儀。這些陀螺儀通常為小PC板可安裝的封裝體并且通常相對(duì)于成像裝置的價(jià)格非常昂貴。由于需要兩個(gè)陀螺儀用于圖像穩(wěn)定，這樣陀螺儀的成本常常阻礙其在低價(jià)、高容量成像裝置中的使用。可攜式攝像機(jī)通常采用其中通過(guò)把每一景象幀與前一幀比較而檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的電子方法。盡管這樣的技術(shù)是可行的，但其需要大量的信號(hào)處理并會(huì)被景象中移動(dòng)的物體搞亂。
圖像穩(wěn)定系統(tǒng)通常電子或者光學(xué)補(bǔ)償檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)。在可攜式攝像機(jī)中，電子補(bǔ)償通過(guò)使用特大尺寸的圖像傳感器而獲得。在任何時(shí)候僅僅采用一部分圖像傳感器來(lái)記錄所述圖像，并且當(dāng)相機(jī)移動(dòng)時(shí)，記錄所述圖像的圖像傳感器部分在圖像傳感器周?chē)芡勇輧x控制隨時(shí)間移動(dòng)。然后對(duì)于記錄的每個(gè)幀，相應(yīng)地修剪圖像傳感器的像素?cái)?shù)據(jù)。
靜止相機(jī)和可攜式攝像機(jī)都采用移動(dòng)圖像而補(bǔ)償檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)的光—機(jī)械方法。一種這樣的方法采用陀螺儀和可移動(dòng)透鏡元件。通常，相機(jī)旋轉(zhuǎn)造成圖像相對(duì)于圖像傳感器移動(dòng)。陀螺儀檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成被馬達(dá)采用而使透鏡元件進(jìn)行移動(dòng)的控制信號(hào)，該移動(dòng)與檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)造成的移動(dòng)相等但是相反。
另外一種光—機(jī)械方法采用陀螺儀和可變棱鏡。所述可變棱鏡包括一對(duì)通過(guò)由形成不透液體密封的波紋管(bellow)連接的平面玻璃板。玻璃板之間的腔填充和玻璃板具備相同折射系數(shù)的液體。陀螺儀檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成一種控制信號(hào)，該信號(hào)被馬達(dá)采用而調(diào)整所述波紋管并控制玻璃板之間的角度來(lái)“掌控”圖像以抵消所檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)造成的移動(dòng)。
盡管能補(bǔ)償圖像移動(dòng)，但上面描述的每一種用于圖像移動(dòng)的光-機(jī)械方法為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，意味著沒(méi)有對(duì)圖像位置的反饋控制，因此不能證明/確保所述圖像進(jìn)行了適當(dāng)?shù)淖儞Q。另外，如前面所提到的，這些方法的每一種方法采用相對(duì)昂貴的用作運(yùn)動(dòng)傳感器的陀螺儀。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明提供一種運(yùn)動(dòng)傳感器，其配置成控制對(duì)接收代表圖像平面上選定景象的光的成像裝置的移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。該傳感器包括光元件陣列和控制器。光元件陣列配置成獲取運(yùn)動(dòng)傳感器視場(chǎng)中環(huán)境特征的連續(xù)圖像，其包括第一特征圖像和在第一圖像之后一定時(shí)間間隔獲取的第二特征圖像，所述第一和第二圖像包括共同特征。所述控制器配置成接收第一和第二圖像并且使得它們相關(guān)以通過(guò)檢測(cè)所述共同特征相對(duì)于光電元件陣列的位置差異來(lái)檢測(cè)成像裝置在所述時(shí)間間隔內(nèi)繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，和提供基于所述相關(guān)的第一和第二補(bǔ)償信號(hào)以控制光-機(jī)械調(diào)整而抵消檢測(cè)的成像裝置繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，以維持選定景象和圖像平面之間基本固定的關(guān)系。


參考下面的附圖可更好的理解本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中的元件相對(duì)于彼此不一定成比例。相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的相似部分。
圖1為總體上描述按照本發(fā)明采用配置成數(shù)字陀螺儀的運(yùn)動(dòng)傳感器的相機(jī)的實(shí)施例的簡(jiǎn)圖。
圖2為圖1中相機(jī)簡(jiǎn)化的等距圖。
圖3A為按照本發(fā)明采用圖像穩(wěn)定系統(tǒng)相機(jī)的簡(jiǎn)要示意圖。
圖3B為描述圖3A圖像穩(wěn)定的簡(jiǎn)要示意圖。
圖4為按照本發(fā)明采用圖像穩(wěn)定系統(tǒng)的相機(jī)的簡(jiǎn)要示意圖。
圖5為總體上描述圖像傳感器和相應(yīng)物鏡之間關(guān)系的示意圖。
圖6為描述按照本發(fā)明的用于數(shù)字陀螺儀的透鏡結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的簡(jiǎn)要示意圖。
圖7為描述按照本發(fā)明的用于數(shù)字陀螺儀的透鏡結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的簡(jiǎn)要示意圖。
圖8為描述按照本發(fā)明數(shù)字陀螺儀一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)圖。
圖9為描述圖8數(shù)字陀螺儀的部分光接收器陣列和轉(zhuǎn)換放大器的簡(jiǎn)要示意圖。
圖10描述按照本發(fā)明通過(guò)圖像相關(guān)性檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字陀螺儀所采用過(guò)程的一個(gè)實(shí)施例。
圖11為圖10中部分過(guò)程的示意圖。
圖12為在圖8中計(jì)算陣列404內(nèi)單個(gè)單元的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在以下詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)中，參考附圖(構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分)，其中通過(guò)闡述可實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施方案來(lái)示出本發(fā)明。在這一方面，方向術(shù)語(yǔ)，例如“頂部”、“底部”、“前部”、“后部”、“頭部”、“尾部”等等是參考所描述附圖的方位使用。由于本發(fā)明實(shí)施例的組件可位于多個(gè)不同方向，使用所述方向術(shù)語(yǔ)是為解釋目的而非限制。應(yīng)理解，可采用其它實(shí)施例并且可進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯的變化而不偏離本發(fā)明的范圍。因此下面詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)不認(rèn)為起限制作用，并且本發(fā)明的范圍是由附加的權(quán)利要求書(shū)限定。
圖1為總體上說(shuō)明成像裝置例如相機(jī)30的簡(jiǎn)圖，按照本發(fā)明采用配置成數(shù)字陀螺儀的運(yùn)動(dòng)傳感器32來(lái)控制對(duì)相機(jī)30移動(dòng)的補(bǔ)償。相機(jī)30包括圖像平面34、相機(jī)物鏡36和陀螺儀物鏡38。在一個(gè)實(shí)施例中，相機(jī)30包括具有圖像平面34的模擬相機(jī)，該圖像平面包括光敏成像膜。一個(gè)實(shí)施例中，相機(jī)30為具有包括相機(jī)圖像傳感器的圖像平面34的數(shù)碼相機(jī)，相機(jī)圖像傳感器包括光電元件陣列或像素，例如CCD(電荷耦合裝置)型像素和CMOS(互補(bǔ)金屬-氧化物半導(dǎo)體)型像素。
數(shù)字陀螺儀32進(jìn)一步包括光電元件陣列或像素，其配置成陀螺儀圖像傳感器40和控制器42。在一個(gè)實(shí)施例中，陀螺儀圖像傳感器40包括30×30的CMOS像素陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字陀螺儀32包括集成電路封裝體，該集成電路封裝體包括陀螺儀圖像傳感器40和控制器42。數(shù)字陀螺儀32、圖像平面34和相機(jī)與陀螺儀物鏡36、38設(shè)置在相機(jī)體或外殼43中。
當(dāng)相機(jī)30指向相機(jī)物鏡34的視場(chǎng)46(FOVC)中的選定景象44時(shí)，定位相機(jī)物鏡從而接收并將代表選定景象44的光線(xiàn)48投射在圖像平面34上。相似的，陀螺儀物鏡38配置成接收和將來(lái)自視場(chǎng)50(FOVG)內(nèi)環(huán)境的光投射在陀螺儀圖像傳感器40上。在一個(gè)實(shí)施例中，陀螺儀物鏡138聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)。
圖2為圖1中相機(jī)30的簡(jiǎn)化等距圖。當(dāng)拍攝者手持相機(jī)時(shí)，自然、無(wú)意的手部動(dòng)作或振動(dòng)把動(dòng)作傳遞給相機(jī)是平常的。繞x-和z-軸52和54的相機(jī)運(yùn)動(dòng)使得相機(jī)30拍攝的照片模糊。導(dǎo)致的模糊程度取決于運(yùn)動(dòng)的速度、照片的曝光時(shí)間和相機(jī)的放大設(shè)置，其通常由相機(jī)物鏡36的焦距表示。
在35-毫米攝影中，常常引用的拇指規(guī)則表明相機(jī)能可靠手持的最長(zhǎng)曝光時(shí)間(以秒計(jì))為透鏡焦距(以毫米計(jì))的倒數(shù)。例如，當(dāng)使用50-毫米透鏡時(shí)，手持相機(jī)的曝光時(shí)間可為1/50秒或更快。相似的，當(dāng)使用300-毫米透鏡時(shí)，1/300秒或更少的曝光時(shí)間對(duì)于不借助三角架而拍攝一張清晰相片通常是必要的。
由無(wú)意的手部動(dòng)作施加在相機(jī)30上的動(dòng)作通常是擺動(dòng)的，并且由在大約4到12赫茲頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)組成。無(wú)意手部動(dòng)作可能為大約共六個(gè)自由度。然而，圖像模糊、接收的光線(xiàn)48在圖像平面34上的移動(dòng)主要由繞x-軸和z-軸52，54的轉(zhuǎn)動(dòng)造成。繞x-軸52的旋轉(zhuǎn)造成接收的光線(xiàn)48沿z-軸54移動(dòng)，并且繞z-軸54的旋轉(zhuǎn)造成接收的光線(xiàn)沿x-軸52的移動(dòng)。繞y-軸56的旋轉(zhuǎn)通常對(duì)圖像清晰度有可忽略不計(jì)的影響，因?yàn)檫@樣的運(yùn)動(dòng)通常不明顯和通常以使沿y-軸56運(yùn)動(dòng)的影響最小化的放大比例拍攝照片。
回到圖1，陀螺儀圖像傳感器40配置成獲取在數(shù)字陀螺儀32的FOVG50中環(huán)境特征的連續(xù)圖像。連續(xù)圖像包括第一特征圖像和在第一圖像后一定時(shí)間間隔獲得的第二特征圖像，第一和第二圖像包括共同特征。這樣的特征可以是所述環(huán)境中的任何物體或元件，例如，樹(shù)、建筑結(jié)構(gòu)、椅子或桌子。應(yīng)當(dāng)注意到所述特征可能位于或可能不位于圖像平面34的FOVC46中。
一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)快門(mén)控制鈕62(參考附圖2)被使用者部分或全部按壓時(shí)，陀螺儀圖像傳感器40開(kāi)始獲取連續(xù)圖像。一個(gè)實(shí)施例中，陀螺儀圖像傳感器140配置成每秒至多獲取1000張環(huán)境特征圖像。
控制器42配置成從陀螺儀圖像傳感器40接收獲取的圖像和通過(guò)檢測(cè)共同特征相對(duì)于陀螺儀圖像傳感器40的像素陣列的位置差異使得第一圖像和第二圖像相關(guān)以檢測(cè)相機(jī)30在所述時(shí)間間隔內(nèi)繞x-軸52和z-軸54的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)實(shí)施例中，第一圖像被用作參考圖像。一個(gè)實(shí)施例中，參考圖像為陣列40在快門(mén)控制鈕62按下后獲取的初始圖像。一個(gè)實(shí)施例中，控制器42使得所述參考圖像與陀螺儀圖像傳感器接收的每個(gè)連續(xù)獲得的圖像相關(guān)以檢測(cè)相機(jī)30的運(yùn)動(dòng)。數(shù)字陀螺儀32的一個(gè)實(shí)施例和數(shù)字陀螺儀32采用的相關(guān)過(guò)程的例子在下文通過(guò)圖8到15更詳細(xì)的描述。
基于所述的相關(guān)性，控制器42提供第一和第二補(bǔ)償信號(hào)58和60，以控制光—機(jī)械調(diào)整來(lái)抵消檢測(cè)的相機(jī)30繞x-和z-軸52、54的運(yùn)動(dòng)，以維持選定的景象44和圖像平面34之間基本固定的聯(lián)系。一個(gè)實(shí)施例中，第一補(bǔ)償信號(hào)58控制沿x-軸52的調(diào)整，而且第二補(bǔ)償信號(hào)60控制沿z-軸54的調(diào)整。
這里所用的“光-機(jī)械調(diào)整”包括對(duì)可動(dòng)透鏡元件(參見(jiàn)下圖4)的控制和/或圖像平面的移動(dòng)控制(參見(jiàn)下面圖3A和3B)以維持選定的景象44和成像平面34之間基本穩(wěn)定的聯(lián)系。其不包括對(duì)相機(jī)外殼43位置的調(diào)整以穩(wěn)定所述圖像。
總而言之，通過(guò)采用光電元件陣列來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，諸如基于CMOS的圖像傳感器，按照本發(fā)明的數(shù)字陀螺儀32為昂貴的、基于機(jī)械的陀螺儀提供了廉價(jià)的替代物。因此，數(shù)字陀螺儀32為低價(jià)、高容量成像裝置提供廉價(jià)的圖像穩(wěn)定裝置。此外，如下面參考圖3A和3B更詳細(xì)的進(jìn)行了描述，數(shù)字陀螺儀32為圖像穩(wěn)定系統(tǒng)提供對(duì)圖像位置直接反饋控制的裝置，從而改善圖像穩(wěn)定系統(tǒng)的性能。
圖3A和3B總體上為顯示采用按照本發(fā)明圖像穩(wěn)定系統(tǒng)實(shí)施例的數(shù)碼相機(jī)130的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖。相機(jī)132包括數(shù)字陀螺儀132、相機(jī)圖像傳感器134、相機(jī)物鏡136和陀螺儀物鏡138。數(shù)字陀螺儀132進(jìn)一步包括陀螺儀圖像傳感器140和控制器142。
一個(gè)實(shí)施例中，如所描述的，數(shù)字陀螺儀132和相機(jī)圖像傳感器134設(shè)置在一個(gè)可移動(dòng)平移臺(tái)170上。平移臺(tái)170可由第一音圈馬達(dá)(VCM)172沿x-軸152移動(dòng)。平移臺(tái)170可由第二VCM174沿z-軸154移動(dòng)(參見(jiàn)圖3B)。數(shù)字陀螺儀132、平移臺(tái)170和VCM172、174一起形成閉路圖像穩(wěn)定系統(tǒng)175，用于穩(wěn)定相機(jī)圖像傳感器134通過(guò)相機(jī)物鏡136接收到的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中(未顯示)，陀螺儀圖像傳感器140設(shè)置在平移臺(tái)170上，控制器142定位在離開(kāi)平移臺(tái)170的位置。
參考圖3A和3B，當(dāng)相機(jī)130聚焦在FOVC146選定的景象144上時(shí)，相機(jī)物鏡136將選定景象144的光線(xiàn)148投射在相機(jī)圖像傳感器134上。相似的，陀螺儀物鏡138接收和將來(lái)自FOVG150環(huán)境的光投射在陀螺儀圖像傳感器140上。一個(gè)實(shí)施例中，陀螺儀圖像傳感器140包括具備30×30像素陣列的CMOS圖像傳感器。一個(gè)實(shí)施例中，陀螺儀圖像傳感器140包括16×16像素陣列。
陀螺儀圖像傳感器140配置成獲取在FOVG150中環(huán)境特征的連續(xù)圖像。所述連續(xù)圖像包括第一特征圖像和第二特征圖像，第二特征圖像在第一圖像后一定時(shí)間間隔獲得，第一和第二圖像包括共同特征。一個(gè)實(shí)施例中，陀螺儀圖像傳感器140配置成每秒至多獲取1000張環(huán)境特征圖像。一個(gè)實(shí)施例中，如上面所提到的，當(dāng)使用者部分或全部按壓快門(mén)控制鈕62(參見(jiàn)圖2)時(shí)陀螺儀圖像傳感器140開(kāi)始獲取連續(xù)圖像。
控制器142從陀螺儀圖像傳感器140接收連續(xù)圖像。相機(jī)130繞x-和z-軸152、154的旋轉(zhuǎn)選取景象144和FOVG150中的特征分別經(jīng)相機(jī)圖像傳感器134和陀螺儀圖像傳感器140從一個(gè)圖像傳遞到下一個(gè)圖像。為檢測(cè)相機(jī)130這樣的動(dòng)作，控制器142使得第一和第二圖像相關(guān)以檢測(cè)處于第一和第二圖像之間的陀螺儀圖像傳感器140上共同特征的像素位置中的差別。
基于這樣的相關(guān)，控制器142對(duì)第一VCM172提供補(bǔ)償信號(hào)158以抵消檢測(cè)的沿x-軸152的移動(dòng)，以及對(duì)第二VCM174提供第二補(bǔ)償信號(hào)160來(lái)抵消檢測(cè)的沿z-軸154的移動(dòng)。作為一個(gè)例子，相機(jī)130分別向下和向左第二量(相對(duì)于使用者)的移動(dòng)造成選定景象144和在FOVG150中的環(huán)境特征相對(duì)于相機(jī)圖像傳感器134和陀螺儀圖像傳感器140向上平移第一量和向右平移第二量。經(jīng)過(guò)所述相關(guān)過(guò)程，控制器142測(cè)得這樣的移動(dòng)，并且相應(yīng)的提供第一補(bǔ)償信號(hào)158，使第一VCM172沿x-軸152朝右移動(dòng)平移臺(tái)170第二量，以及提供使第二VCM174沿y-軸154朝上移動(dòng)平移臺(tái)170第一量的第二補(bǔ)償信號(hào)160。在一個(gè)實(shí)施例中，如所示，用于第一和第二補(bǔ)償信號(hào)158、160的信號(hào)路徑包括放大器180、182，向VCM172、174提供需要的信號(hào)值。
通過(guò)移動(dòng)平移臺(tái)170以抵消相機(jī)130的移動(dòng)，穩(wěn)定系統(tǒng)175維持FOVG150中環(huán)境特征和陀螺儀圖像傳感器140之間基本固定的關(guān)系。由于相機(jī)圖像傳感器134設(shè)置在平移臺(tái)170上，抵消FOVG150中環(huán)境特征的運(yùn)動(dòng)自動(dòng)抵消選定景象144相對(duì)于相機(jī)圖像傳感器134的運(yùn)動(dòng)，從而穩(wěn)定圖像傳感器134接收到的選定景象144的圖像并減少最終攝制圖像中的模糊。進(jìn)一步，通過(guò)與平移臺(tái)170上的相機(jī)圖像傳感器134一致移動(dòng)陀螺儀圖像傳感器140，穩(wěn)定系統(tǒng)175提供對(duì)圖像位置(即選定的景象144)的直接反饋控制，從而改善系統(tǒng)性能。
圖4是簡(jiǎn)化示意圖，描述了使用本發(fā)明另一圖像穩(wěn)定系統(tǒng)的相機(jī)230的實(shí)施例。相機(jī)230使用了數(shù)字陀螺儀232，圖像平面234，相機(jī)物鏡236，以及陀螺儀物鏡238。數(shù)字陀螺儀還包括一個(gè)含有像素元件陣列的陀螺儀圖像傳感器240和一個(gè)控制器242。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像平面234含有感光成像膜。一個(gè)實(shí)施例中，圖像平面234含有圖像傳感器。
相機(jī)230還包括一對(duì)包含可動(dòng)凹透鏡元件290和固定設(shè)置的凹透鏡元件292的補(bǔ)償透鏡。第一VCM 272響應(yīng)第一補(bǔ)償信號(hào)258沿x軸252移動(dòng)凹透鏡元件290，第二VCM(未顯示)響應(yīng)第二補(bǔ)償信號(hào)260沿Z軸移動(dòng)凹透鏡元件290。數(shù)字陀螺儀232和第一、第二VCM、可動(dòng)凹透鏡元件290、固定設(shè)置的凸透鏡元件292一起形成一個(gè)開(kāi)環(huán)圖像穩(wěn)定系統(tǒng)275。
在與上面所描述的圖3A和3B的數(shù)字陀螺儀132相似的模式中，數(shù)字陀螺儀232通過(guò)將陀螺儀物鏡238視場(chǎng)中環(huán)境的第一和第二特征圖像相關(guān)來(lái)檢測(cè)相機(jī)230繞x軸和z軸的旋轉(zhuǎn)。基于這樣的相關(guān)，數(shù)字陀螺儀提供第一和第二補(bǔ)償信號(hào)，使得第一和第二音圈馬達(dá)沿x-和z-軸將透鏡元件290移動(dòng)一合適距離以抵消檢測(cè)的相機(jī)230移動(dòng)。相機(jī)圖像傳感器234和數(shù)字陀螺儀232保持靜止。通過(guò)控制凹透鏡元件290的移動(dòng)以抵消相機(jī)230的移動(dòng)，凹透鏡元件290和固定設(shè)置的凸透鏡元件292一起工作以使通過(guò)相機(jī)物鏡236接收的光相對(duì)于圖像平面234平移，從而所述大量圖像相對(duì)于圖像平面234保持基本靜止。
陀螺儀圖像傳感器240和表示陀螺儀物鏡238視場(chǎng)中環(huán)境特征的并通過(guò)陀螺儀物鏡238接收的光線(xiàn)之間的關(guān)系沒(méi)有類(lèi)似地進(jìn)行調(diào)整。同樣的，由于穩(wěn)定系統(tǒng)275不接收?qǐng)D像位置的直接反饋，穩(wěn)定系統(tǒng)275是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)(例如圖3A選定的景象144)。
圖5為描述圖像傳感器與相應(yīng)物鏡，例如圖1所描述的陀螺儀物鏡38和數(shù)字陀螺儀32的陀螺儀圖像傳感器40之間關(guān)系的簡(jiǎn)圖。陀螺儀圖像傳感器40包括具備寬度dA(用292表示的)像素陣列，對(duì)于每一個(gè)像素，如像素294具備和在298處所示基本相同的寬度dp。陀螺儀物鏡38的視場(chǎng)(FOVG)50的弧度與陀螺儀圖像傳感器40的寬度dA292和透鏡38的焦距(f)299的比率相等。
為使數(shù)字陀螺儀32檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，陀螺儀圖像傳感器40、從而FOVG50必須轉(zhuǎn)動(dòng)至少特定最小角度。若相機(jī)30為數(shù)碼相機(jī)時(shí)，相機(jī)圖像傳感器34獲取的圖像在相機(jī)30旋轉(zhuǎn)特定最小角度而導(dǎo)致圖像傳感器34上接收?qǐng)D像的位置有一個(gè)像素移動(dòng)時(shí)會(huì)有顯著的模糊。此特定最小角度稱(chēng)為陀螺儀圖像傳感器40和相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率。
若陀螺儀圖像傳感器40的角分辨率較相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率大，則數(shù)字陀螺儀32在相機(jī)圖像傳感器34獲取的圖像開(kāi)始變模糊之前將無(wú)法檢測(cè)到相機(jī)30的運(yùn)動(dòng)。這種情況下，數(shù)字陀螺儀32將無(wú)法充分抵消相機(jī)30的運(yùn)動(dòng)，從而無(wú)法有效穩(wěn)定相機(jī)圖像傳感器34接收的圖像。鑒于此，數(shù)字陀螺儀32的角分辨率不應(yīng)超過(guò)相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率，希望陀螺儀圖像傳感器40的角分辨率與相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率基本匹配。
陀螺儀圖像傳感器40的角分辨率以陀螺儀透鏡38的焦距和陀螺儀圖像傳感器40的最小可測(cè)圖像運(yùn)動(dòng)為依據(jù)。反過(guò)來(lái)，最小可測(cè)圖像運(yùn)動(dòng)與陀螺儀圖像傳感器40的像素大小相關(guān)。像素大小影響圖像質(zhì)量，一般來(lái)說(shuō)，像素尺寸越大，圖像質(zhì)量越佳。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，陣列38包括具有最小可測(cè)圖像運(yùn)動(dòng)大約為1/16像素的60微米像素30×30陣列，60微米除以16得到3.75微米的最小可測(cè)圖像運(yùn)動(dòng)。若陀螺儀透鏡38焦距為10毫米，則3.75微米的最小可測(cè)運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于角分辨率為0.375毫弧度。轉(zhuǎn)換為角度相當(dāng)于角分辨率約為0.0215度。
相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率是基于像素大小及相機(jī)物鏡36的焦距。例如，一架低檔數(shù)碼相機(jī)包括焦距為5.7毫米的透鏡，采用3兆像素的圖像傳感器，其中，像素大小約為2.6微米(不同相機(jī)間像素大小不同)。2.6微米除以5.7毫米得到角分辨率約為0.46毫弧度。轉(zhuǎn)化為角度即角分辨率約0.026度，這便與前述角分辨率0.0215度的數(shù)字陀螺儀很好匹配起來(lái)。
由此，為使陀螺儀32的角分辨率與相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率匹配，可調(diào)整陀螺儀圖像傳感器40的最小可測(cè)運(yùn)動(dòng)和/或陀螺儀物鏡的焦距。不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，選一個(gè)焦距299的陀螺儀物鏡38以使陀螺儀圖像傳感器40的角分辨率與相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率相匹配比調(diào)整陀螺儀圖像傳感器40的最小可測(cè)運(yùn)動(dòng)要容易得多。因此，陀螺儀物鏡38可針對(duì)具體相機(jī)來(lái)選擇以使數(shù)字陀螺儀32與相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率最佳匹配。在一種實(shí)施方案中，當(dāng)相機(jī)物鏡36包括具有可變焦距的變焦透鏡時(shí)，在變焦透鏡36處于遠(yuǎn)距照相位置(即“放大”)時(shí)，數(shù)字陀螺儀的角分辨率配置得與相機(jī)圖像傳感器34的角分辨率大體匹配。較之在廣角位置，變焦透鏡36在遠(yuǎn)距照相位置時(shí)具有最長(zhǎng)焦距。
除了角分辨率，在配置采用數(shù)字陀螺儀的圖像穩(wěn)定系統(tǒng)時(shí)考慮的另一因素為陀螺儀圖像傳感器的視場(chǎng)，例如圖1所示的數(shù)字陀螺儀圖像傳感器40的FOVG50。參考圖3如上所描述的，圖像傳感器的視場(chǎng)(按弧度計(jì))被定義為圖像傳感器的寬度和相應(yīng)物鏡焦距的比率(例如dA292和f299的比率)。
參考上面用于描述角分辨率的實(shí)施例，陀螺儀圖像傳感器60微米像素的30×30陣列具備大約10度的視場(chǎng)(例如圖1的FOVG50)，而3兆像素相機(jī)圖像傳感器具備約50度的視場(chǎng)(例如圖1的FOVC46)。因此，陀螺儀圖像傳感器的視場(chǎng)僅有相機(jī)圖像傳感器視場(chǎng)的1/5寬。因此，存在這樣的可能，即由陀螺儀圖像傳感器觀(guān)測(cè)到的部分圖像可能不包括數(shù)字陀螺儀可用作參考以測(cè)量運(yùn)動(dòng)的高對(duì)比特征。
參考上述的內(nèi)容，重要的是提供具備足夠大視場(chǎng)的陀螺儀圖像傳感器以增加出現(xiàn)高對(duì)比特征的可能性。一種增加陀螺儀圖像傳感器視場(chǎng)的方法是降低陀螺儀物鏡的焦距，例如圖1中的陀螺儀物鏡38的焦距。然而，降低陀螺儀物鏡的焦距將降低陀螺儀圖像傳感器的角分辨率。
如圖6所示，一種增加陀螺儀圖像傳感器例如圖1的陀螺儀圖像傳感器40的視場(chǎng)的方法在于采用陀螺儀物鏡陣列，如陀螺儀物鏡300a，300b，300c所述。參考圖5，如果每一個(gè)物鏡具備和陀螺儀物鏡38相同的焦距(f)299，采用物鏡陣列300a，300b，300c的陀螺儀圖像傳感器40的有效視場(chǎng)大約為當(dāng)僅用物鏡38時(shí)視場(chǎng)的三倍。在所描述的實(shí)施例中，三個(gè)透鏡300a，300b，300c在陀螺儀圖像傳感器40上產(chǎn)生三個(gè)重疊的圖像。因此，盡管陀螺儀圖像傳感器40的對(duì)比將會(huì)減小，但檢測(cè)高對(duì)比特征的可能性將增大。
一個(gè)實(shí)施例中，如圖7所示，相機(jī)物鏡36與陀螺儀圖像傳感器40共享，從而減少對(duì)單獨(dú)的陀螺儀物鏡如圖1所示陀螺儀物鏡38的需要。
圖8為描述按照本發(fā)明的數(shù)字陀螺儀的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)圖，如數(shù)字陀螺儀32。一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字陀螺儀32如圖8所示，形成于一個(gè)單一集成電路芯片中。所述芯片為設(shè)計(jì)用于獲取和處理兩維圖像的模擬信號(hào)處理芯片，提供補(bǔ)償信號(hào)以抵消如相機(jī)30的相關(guān)成像裝置的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)獲取的兩維圖像的相關(guān)來(lái)檢測(cè)。
在圖8所示的實(shí)施例中，數(shù)字陀螺儀32的陀螺儀圖像傳感器40包括32行68列的光電元件408陣列。68列轉(zhuǎn)換放大器400陣列以逐行的方式從陀螺儀圖像傳感器408傳遞信號(hào)到64DC去除電路402陣列。計(jì)算陣列404從DC去除電路402接收數(shù)據(jù)并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算以向離線(xiàn)(off-chip)系統(tǒng)提供補(bǔ)償信號(hào)406(即圖1中的第一和第二補(bǔ)償信號(hào)58和60)，該芯片系統(tǒng)根據(jù)補(bǔ)償信號(hào)406抵消相關(guān)成像裝置的運(yùn)動(dòng)(例如圖3A和3B中的平移臺(tái)170和VCM172、174)。
在沒(méi)有進(jìn)行常規(guī)集成光傳感器的逐個(gè)單元的校準(zhǔn)中，靈敏度中的一些變化將會(huì)由于集成電路處理技術(shù)的限制而發(fā)生。如圖8所示的數(shù)字陀螺儀芯片32計(jì)算第一或參考圖像與隨后在相對(duì)于陀螺儀圖像傳感器408的不同位置獲取的第二圖像之間的相關(guān)性。照明度和光電元件靈敏度上的任何變化將惡化相關(guān)性信號(hào)。因此，圖8的空間DC去除電路402配置成維持相關(guān)性信號(hào)的整體性，同時(shí)保持系統(tǒng)的成本相對(duì)較低。從導(dǎo)航圖像中去除將破壞相關(guān)性信號(hào)的照明度和光電元件靈敏度的低空間頻率變化。
DC去除電路402操作的理解對(duì)于計(jì)算陣列404操作的完全理解不重要，因此沒(méi)有詳細(xì)描述。理解列轉(zhuǎn)換放大器400的基本操作是有用的。
參考圖9，顯示了68列光電元件的五列412、414、416、418和420。對(duì)每一列，顯示了32行中的6行422、424、426、428、430和432。每一行可操作地與分離的轉(zhuǎn)換放大器434、436、437、438和439相聯(lián)系。一列中的光電元件可操作地通過(guò)關(guān)閉讀出開(kāi)關(guān)440而與相關(guān)的轉(zhuǎn)換放大器連接。在圖9電路的操作中，沒(méi)有兩個(gè)光電元件同時(shí)連接到相同的轉(zhuǎn)換放大器上。
每一個(gè)轉(zhuǎn)換放大器434-439作為一個(gè)積分器運(yùn)行并包括連接到固定電壓源的輸入端442。第二輸入端444與轉(zhuǎn)換放大器的輸出端446通過(guò)轉(zhuǎn)換電容器448電容性地連接。
在圖9電路的運(yùn)行中，光電元件第一行422的讀出開(kāi)關(guān)可能被關(guān)閉，從而每一個(gè)轉(zhuǎn)換電容448接收到與在第一行的相關(guān)光電元件處接收的光能相應(yīng)的電荷。接收到的電荷經(jīng)輸出線(xiàn)446傳遞到隨后的處理電路。單行的讀出估計(jì)在200ns和300ns之間。讀出第一行后，開(kāi)啟第一行的讀出開(kāi)關(guān)而且轉(zhuǎn)換放大器復(fù)位。然后關(guān)閉第二行424的讀出開(kāi)關(guān)以傳遞來(lái)自第二行光電元件的信號(hào)。重復(fù)該過(guò)程直到讀出每一行光電元件。
通過(guò)運(yùn)行圖9的轉(zhuǎn)換放大器434-439，光電元件信號(hào)以逐行的方式傳遞到隨后的電路。圖8的DC去除電路402繼續(xù)光電元件信號(hào)的平行處理，如列轉(zhuǎn)換放大器所確定的。DC去除電路輸出64個(gè)信號(hào)并代表在導(dǎo)航傳感器408處接收的光能。在圖8實(shí)施例中，信號(hào)幀由計(jì)算陣列的像素值組成，而像素值通過(guò)對(duì)來(lái)自DC去除電路的64個(gè)信號(hào)的32個(gè)轉(zhuǎn)換而獲得。
圖10描述了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字陀螺儀例如數(shù)字陀螺儀32采用的處理的一種實(shí)施方案，用于檢測(cè)相關(guān)成像裝置例如相機(jī)30的運(yùn)動(dòng)(參見(jiàn)圖1)。盡管本發(fā)明將參考處理表示數(shù)字陀螺儀視場(chǎng)中環(huán)境特征的光電元件信號(hào)進(jìn)行描述，但所述方法不限于任何一種應(yīng)用。
進(jìn)行所述處理以使環(huán)境特征參考幀與隨后的環(huán)境幀相關(guān)。實(shí)際上，所述相關(guān)性比較對(duì)參考幀和隨后的幀共有的圖像特征的位置以在獲取參考幀與隨后幀之間的時(shí)間間隔內(nèi)提供與相關(guān)成像裝置的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信息。
起初，在450處，獲取參考幀信號(hào)(即參考圖像)。參考幀可認(rèn)為是開(kāi)始位置。通過(guò)稍后時(shí)間獲取來(lái)自導(dǎo)航傳感器的樣本幀信號(hào)452然后計(jì)算相對(duì)于參考幀和隨后獲得樣本幀的相關(guān)性值454，確定導(dǎo)航傳感器相對(duì)于稍后時(shí)間的成像區(qū)域的位置。
獲取初始參考幀450可在成像過(guò)程一開(kāi)始發(fā)生。例如，一個(gè)實(shí)施例中，如前面提到的，所述獲取可通過(guò)按壓相關(guān)成像裝置的快門(mén)控制鈕而引發(fā)，例如圖2的快門(mén)控制鈕62。
盡管通過(guò)計(jì)算來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，但該實(shí)施例的概念可通過(guò)參考圖11的概念圖來(lái)描述。7×7像素參考幀456顯示具備T型特征458的圖像。稍后時(shí)間(dt)陀螺儀圖像傳感器408獲取用參考幀456替換的第二或樣本幀460，但表示的是基本相同的特征。持續(xù)時(shí)間dt優(yōu)選這樣設(shè)置，在相關(guān)成像裝置例如相機(jī)30的平移速度下，使得T型特征458的相對(duì)位移比導(dǎo)航傳感器的一個(gè)像素小。
如果成像裝置在獲取參考幀456信號(hào)與獲取樣本幀460信號(hào)之間的時(shí)間段內(nèi)移動(dòng)，T型特征將移動(dòng)。盡管優(yōu)選實(shí)施例為dt小于一個(gè)完整像素移動(dòng)的時(shí)間，但圖11的概念性描述表示特征458向上和向右移動(dòng)一個(gè)完整像素。設(shè)想整個(gè)像素移動(dòng)僅僅是為了簡(jiǎn)化描述。
圖11中格柵462代表幀460的7×7陣列中具體像素的像素值的順序變化。所述順序變化單獨(dú)分成八個(gè)最相鄰像素。即步驟“0”不包括移動(dòng)，步驟“1”為向上和向左的對(duì)角變化，步驟“2”為向上的移動(dòng)，等等。所述移動(dòng)對(duì)樣本幀460的所有像素同時(shí)進(jìn)行。以這種方式，9個(gè)像素移動(dòng)幀可與參考幀456結(jié)合以產(chǎn)生位置幀陣列464。指定為“位置0”的位置幀不包括移動(dòng)，因此結(jié)果僅僅是幀456和460的結(jié)合。“位置7”具備最小數(shù)量的陰影像素，因此為具備最高相關(guān)性的幀。基于相關(guān)性結(jié)果，T型特征458在樣本幀460中的位置確定為相對(duì)于早先獲得的參考幀456中相同特征的位置向右和向上對(duì)角移動(dòng)，這意味著成像裝置在時(shí)間dt內(nèi)向下和向左移動(dòng)。
盡管可采用其它相關(guān)性方法，但可接收的方法為“差值的平方和”相關(guān)性。對(duì)于圖13的實(shí)施例，從單元462的9個(gè)偏移形成9個(gè)相關(guān)系數(shù)(Ck＝C0，C1…C8)。另一個(gè)選擇考慮樣本幀460的移動(dòng)，因?yàn)樗鱿嚓P(guān)性通過(guò)偏移所述參考幀456和樣本幀保持不偏移表現(xiàn)得同樣好。
運(yùn)用相關(guān)性來(lái)尋找參考幀456和樣本幀460共同特征458的位置以確定所述特征的位移。如上面所描述的，例如圖3A和3B，調(diào)整相機(jī)圖像傳感器34的位置以抵消通過(guò)隨后樣本幀與參考幀456的相關(guān)性而檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)。盡管所述處理提供高度的相關(guān)性，誤差盡管會(huì)小，但當(dāng)每一個(gè)連續(xù)樣本幀460與參考幀456比較時(shí)會(huì)隨著時(shí)間積累。如果允許積累過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間，這些誤差將造成對(duì)所檢測(cè)運(yùn)動(dòng)抵消的減弱，并且因此對(duì)圖像的穩(wěn)定也減弱。對(duì)圖4所示的開(kāi)環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)275尤其如此。
借助上面的描述，一個(gè)實(shí)施例中，如果從獲取起始參考幀456開(kāi)始過(guò)去太長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間而相機(jī)30不照一張照片，則將獲得一個(gè)新的參考幀456。此外，一個(gè)實(shí)施例中，如果相機(jī)30的使用者大大移動(dòng)相機(jī)而使樣本幀460和參考幀456之間不存在共同特征，則獲得新的參考456。
因此，再次參考圖10，在454每一次相關(guān)值的計(jì)算后在466進(jìn)行是否在隨后相關(guān)性處理之前替換參考幀的決定。如果確定參考幀不被替換，則在步驟468確定是否移動(dòng)參考幀的信號(hào)，即像素值。如果決定不替換參考幀456，所述處理則返回452以獲取下一個(gè)樣本幀并且所述處理繼續(xù)。如果決定替換參考幀，圖11中的樣本幀460則成為新的參考幀，如圖10中472所示。下一個(gè)樣本幀在452處獲取并且所述處理繼續(xù)。
通過(guò)確定參考幀和樣本幀之間共同特征位置中的變化，檢測(cè)陀螺儀圖像傳感器408和被成像的環(huán)境之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。基于所述相關(guān)性檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)，數(shù)字陀螺儀32提供補(bǔ)償信號(hào)406以控制補(bǔ)償步驟而抵消檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)，以維持進(jìn)行成像的景象與成像裝置的成像平面之間相對(duì)固定的關(guān)系(例如數(shù)碼相機(jī)的相機(jī)圖像傳感器)，并且因此減少圖像模糊。
圖12為在圖8的計(jì)算陣列404中單個(gè)單元的示意圖。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，參考圖10和11可使用其它電路來(lái)進(jìn)行所描述的處理。
圖像數(shù)據(jù)WDATA(i)代表來(lái)自裝載在線(xiàn)468的計(jì)算單元466上的特定光電元件的光能，而電荷補(bǔ)償晶體管開(kāi)關(guān)470處于WR(j)信號(hào)的控制下。在WR(j)信號(hào)去聲明(deasserted)后，新數(shù)據(jù)保持在電容器472上并由放大器474緩沖。計(jì)算單元為兩維單元陣列中的數(shù)據(jù)單元。簡(jiǎn)要的參考圖11，所述單元可用于存儲(chǔ)像素值并移動(dòng)用于包括幀456和460的7×7陣列中單個(gè)像素的像素值。圖12的CDATA節(jié)點(diǎn)476為在計(jì)算陣列中允許信號(hào)幀所有像素的同時(shí)信號(hào)處理的一個(gè)CDATA節(jié)點(diǎn)。起初，CDATA節(jié)點(diǎn)陣列一起形成對(duì)比圖像，或“參考幀”。如下文所描述的，CDATA節(jié)點(diǎn)隨后形成樣本幀。控制輸入CDOUT 478選擇信號(hào)CDATA、對(duì)比數(shù)據(jù)或選擇用于最相鄰輸出節(jié)點(diǎn)NN(0)480的REFOUT。
最相鄰輸入NN(0)-NN(8)480、482、484、486、488、500、502、504和506分別通過(guò)線(xiàn)508上的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)S(0)-S(8)選取。所述NN(0)-NN(8)輸入480-506為按照?qǐng)D11的像素圖462的最相鄰單元的輸出。因此，節(jié)點(diǎn)480表示為既作為散開(kāi)以連接最相鄰單元的輸出又作為單元466的輸入。開(kāi)關(guān)控制信號(hào)由處于計(jì)算陣列外部、未顯示的編碼器4-9產(chǎn)生。編碼器的4-位輸入被看作是最相鄰地址并為從0000(0)到1000(8)的二進(jìn)制值。
所述最相鄰輸入(NNINPUT)節(jié)點(diǎn)510通過(guò)脈沖REFLD512而取樣，從而在節(jié)點(diǎn)REFH514上儲(chǔ)存NNINPUT。相似的，REFDATA516可通過(guò)脈沖REFSFT520進(jìn)行取樣并保持在REFSH518上。
為測(cè)試，可聲明(assert)ROWTSTB522，從而允許所述NN(0)信號(hào)向TEST輸出524傳播。所述來(lái)自一行單元中每一個(gè)單元的TEST信號(hào)連接到在每一列計(jì)算陣列中的公共垂直總線(xiàn)上并在所述陣列的底部多路傳輸和離線(xiàn)驅(qū)動(dòng)。沿所述陣列左沿的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)行解碼器允許選取用于測(cè)試的具體行。然而，測(cè)試特征對(duì)本發(fā)明不重要。
在圖10中參考步驟454，在單元陣列中的每一個(gè)計(jì)算單元466具備確定相關(guān)性值的電路526。第一輸入528接收來(lái)自REFDATA節(jié)點(diǎn)516的參考數(shù)據(jù)。第二輸入530提供由在線(xiàn)508處合適的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)選取的最相鄰輸入NNINPUT。相關(guān)性單元的輸出532為電流。在計(jì)算陣列中所有的相關(guān)性輸出在跟蹤電路534的單個(gè)離線(xiàn)求和電阻器中加在一起。在求和電阻器上形成的電壓被認(rèn)為是圖12中的相關(guān)性值。
在圖12的實(shí)施例中，電路526基于差值的平方計(jì)算。所述單元466可進(jìn)行改進(jìn)以提供基于乘積的相關(guān)性而不改變陣列控制輸入S(0)-S(8)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，REFLD、REFSFT和CDOUT對(duì)整個(gè)陣列是全局的。
理解圖11中用462代表的最相鄰圖之間的關(guān)系對(duì)于單個(gè)單元和作為整體的陣列是重要的。圖像的0位置指所述圖像的現(xiàn)在位置。當(dāng)指圖像從位置0到位置1移動(dòng)時(shí)，所表示的是所有陣列單元中的圖像信號(hào)向左向上移動(dòng)到相鄰單元。即，所述移動(dòng)與計(jì)算陣列中的單個(gè)單元相關(guān)并與所述陣列中的每一個(gè)單元相關(guān)。
計(jì)算陣列功能可按照?qǐng)D像獲取、參考圖像加載和相關(guān)性計(jì)算來(lái)描述。圖像獲取指經(jīng)每一個(gè)計(jì)算單元466的WDATA線(xiàn)468而加載新圖像信號(hào)。在當(dāng)前的實(shí)施中，從光電元件陣列經(jīng)列轉(zhuǎn)換放大器和DC去除放大器獲取每40微秒一個(gè)新信號(hào)幀，即像素值。
加載新圖像的過(guò)程被看作“幀傳遞”。幀傳遞花大約10微秒完成。幀傳遞控制電路在幀傳遞過(guò)程中聲明信號(hào)FTB(未顯示)。下面描述的計(jì)算陣列的操作通過(guò)觀(guān)測(cè)和與FTB信號(hào)同步來(lái)使得與幀傳遞過(guò)程協(xié)調(diào)。新對(duì)比圖像的有效性由FTB信號(hào)的下降沿顯示。當(dāng)沒(méi)有聲明FTB時(shí)，下面描述的操作是唯一適宜的。
在可計(jì)算任何圖像相關(guān)性之前需要加載像素值的參考幀。為加載參考幀，在計(jì)算陣列中CDATA節(jié)點(diǎn)476的所有信號(hào)必須傳遞到REFH節(jié)點(diǎn)514。這通過(guò)將CDOUT478和S(0)設(shè)定高并發(fā)送線(xiàn)512上的REFLD信號(hào)而完成。
在參考幀加載后，計(jì)算陣列準(zhǔn)備計(jì)算相關(guān)性。像素值的參考幀和隨后的樣本幀之間的相關(guān)性通過(guò)把最相鄰地址設(shè)定到預(yù)期的值并記錄在位移跟蹤電路534的求和電阻器上形成的最終電壓來(lái)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)光接收器陣列從獲取參考幀的位置移動(dòng)單個(gè)像素距離時(shí)，在一個(gè)最相鄰位置將檢測(cè)最強(qiáng)相關(guān)性，這是因?yàn)閷⒂凶畹退降妮敵鲭娏鳌Ｔ趫D11中，相關(guān)性在陣列464的位置7處檢測(cè)。子像素移動(dòng)將通過(guò)在兩維相關(guān)性空間中從多重電流輸出讀數(shù)內(nèi)插而確定。應(yīng)當(dāng)注意到，參考幀與其自身之間的相關(guān)性可通過(guò)設(shè)定CDOUT478為低和發(fā)射REFSFT520來(lái)計(jì)算。這使得最相鄰輸入來(lái)自參考幀而非樣本幀。
注意到，上面的圖8到12僅描述了按照本發(fā)明的數(shù)字陀螺儀32的一個(gè)實(shí)施例。其它電路配置和處理可由數(shù)字陀螺儀32利用以獲取和關(guān)聯(lián)圖像來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。此外，盡管這里主要對(duì)靜止相機(jī)進(jìn)行了描述，但本發(fā)明的教導(dǎo)易于進(jìn)行改變而應(yīng)用于可攜式攝像機(jī)或其它提供運(yùn)動(dòng)圖像的成像裝置。例如，當(dāng)用于可攜式攝像機(jī)時(shí)，數(shù)字陀螺儀可配置成當(dāng)可攜式攝像機(jī)對(duì)選定景象拍攝全景時(shí)更新參考幀，并可配置成包括篩選以區(qū)分由可攜式攝像機(jī)全景拍攝或隨景象移動(dòng)物體造成的有意移動(dòng)和例如由人體肌肉振動(dòng)造成的無(wú)意移動(dòng)。
盡管這里描述和解釋了具體的實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解各種替代和/或等價(jià)實(shí)施可替代所顯示和描述的具體實(shí)施例，而不偏離本發(fā)明的范圍。該應(yīng)用意欲覆蓋這里討論的具體實(shí)施例的任何更改或變化。因此，意味著本發(fā)明僅受權(quán)利要求書(shū)及其等效表述的限制。
權(quán)利要求
1.一種配置成控制對(duì)接收代表圖像平面上選定景象的光的成像裝置的移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)動(dòng)傳感器，所述運(yùn)動(dòng)傳感器包括光電元件陣列，配置成獲取運(yùn)動(dòng)傳感器視場(chǎng)中環(huán)境特征的連續(xù)圖像，其包括第一特征圖像和在第一圖像之后一定時(shí)間間隔獲取的第二特征圖像，所述第一和第二圖像包括共同特征，以及一個(gè)控制器，配置成接收第一和第二圖像并且使得它們相關(guān)以通過(guò)檢測(cè)所述共同特征相對(duì)于光電元件陣列的位置差異來(lái)檢測(cè)成像裝置在所述時(shí)間間隔內(nèi)繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，和提供基于所述相關(guān)的第一和第二補(bǔ)償信號(hào)以控制光-機(jī)械調(diào)整而抵消檢測(cè)的成像裝置繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，以維持選定景象和圖像平面之間基本固定的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中第一圖像包括參考圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中所述環(huán)境的連續(xù)特征圖像的第一圖像包括參考圖像，并且連續(xù)圖像的每個(gè)隨后獲取的圖像與參考圖像相關(guān)以檢測(cè)成像裝置的運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中所述運(yùn)動(dòng)傳感器包括集成電路封裝體，所述集成電路封裝體包括所述光電元件陣列和控制器。
5.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中所述光電元件陣列包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。
6.一種成像裝置，包括沿第一和第二軸可動(dòng)的臺(tái)；定位在所述臺(tái)上并配置成接收代表選定景象的光的成像平面；以及一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，包括光電元件陣列，定位在所述臺(tái)上并配置成獲取運(yùn)動(dòng)傳感器視場(chǎng)中環(huán)境的連續(xù)特征圖像，其包括第一特征圖像和在第一圖像之后一定時(shí)間間隔獲取的第二特征圖像，所述第一和第二圖像包括共同特征，以及一個(gè)控制器，配置成接收第一和第二圖像并且使得它們相關(guān)以通過(guò)檢測(cè)共同特征相對(duì)于光電元件陣列的位置差異來(lái)檢測(cè)成像裝置在所述時(shí)間間隔內(nèi)繞所述第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，和提供基于所述相關(guān)的第一和第二補(bǔ)償信號(hào)以控制所述臺(tái)的移動(dòng)而抵消檢測(cè)的成像裝置繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，以維持選定景象和成像平面之間基本固定的關(guān)系。
7.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中移動(dòng)所述臺(tái)以抵消檢測(cè)的成像裝置繞所述第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)維持了運(yùn)動(dòng)傳感器視場(chǎng)中所述環(huán)境和光電元件陣列之間基本固定的關(guān)系。
8.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，包括一個(gè)配置成沿所述第一軸響應(yīng)所述第一補(bǔ)償信號(hào)移動(dòng)所述臺(tái)的第一音圈馬達(dá)和配置成沿所述第二軸響應(yīng)所述第二補(bǔ)償信號(hào)移動(dòng)所述臺(tái)的第二音圈馬達(dá)。
9.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中所述成像平面包括一個(gè)圖像傳感器。
10.如權(quán)利要求9所述的成像裝置，其中所述運(yùn)動(dòng)傳感器的光電元件陣列的角分辨率基本上與成像裝置的圖像傳感器的角分辨率匹配。
11.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，包括一個(gè)與所述成像平面相關(guān)的相機(jī)物鏡和一個(gè)與所述運(yùn)動(dòng)傳感器相關(guān)的運(yùn)動(dòng)傳感器物鏡。
12.如權(quán)利要求11所述的成像裝置，其中運(yùn)動(dòng)傳感器物鏡具備一個(gè)焦距從而運(yùn)動(dòng)傳感器的光電元件陣列的角分辨率與成像裝置的圖像傳感器的角分辨率基本匹配。
13.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，多個(gè)與運(yùn)動(dòng)傳感器的光電元件陣列相關(guān)的物鏡，所述多個(gè)物鏡中的每一個(gè)物鏡具備相應(yīng)的視場(chǎng)，多個(gè)物鏡中每一個(gè)物鏡的視場(chǎng)結(jié)合以形成光電元件陣列的有效視場(chǎng)。
14.如權(quán)利要求13所述的成像裝置，其中多個(gè)物鏡中的每一個(gè)透鏡把相應(yīng)視場(chǎng)中的特征圖像投射到光電元件陣列上，其中每一個(gè)特征圖像彼此不同。
15.一種成像裝置，包括配置成接收代表選定景象的光的成像平面；一個(gè)布置在成像平面和選定景象之間并沿第一軸和第二軸移動(dòng)的透鏡元件；一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，包括光電元件陣列，定位在所述臺(tái)上并配置成獲取運(yùn)動(dòng)傳感器視場(chǎng)中環(huán)境特征的連續(xù)圖像，其包括第一特征圖像和在第一圖像之后一定時(shí)間間隔獲取的第二特征圖像，所述第一和第二圖像包括共同特征，以及一個(gè)控制器，配置成接收第一和第二圖像并且使得它們相關(guān)以通過(guò)檢測(cè)共同特征相對(duì)于光電元件陣列的位置差異來(lái)檢測(cè)成像裝置在所述時(shí)間間隔內(nèi)繞所述第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，和提供基于所述相關(guān)的第一和第二補(bǔ)償信號(hào)以控制所述透鏡元件的移動(dòng)而抵消檢測(cè)的成像裝置繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，以維持選定景象和成像平面之間基本固定的關(guān)系。
16.如權(quán)利要求15所述的成像裝置，其中所述成像平面包括一個(gè)圖像傳感器。
17.如權(quán)利要求15所述的成像裝置，其中所述成像平面包括光敏成像介質(zhì)。
18.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)物鏡，其中所述成像平面和所述光電元件陣列定位從而所述物鏡把所述選定的景象投射到所述成像平面并且把所述光電元件陣列的視場(chǎng)中的所述環(huán)境特征投射到光電元件陣列。
19.一種對(duì)接收代表圖像平面上選定景象的光的成像裝置的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ摲椒òㄓ脠D像傳感器獲取環(huán)境特征的連續(xù)圖像，包括第一特征圖像和在所述第一圖像后一定時(shí)間間隔獲得的第二特征圖像，所述第一和第二圖像包含共同特征；使所述第一和第二圖像相關(guān)以通過(guò)檢測(cè)所述共同特征相對(duì)于所述圖像傳感器位置上的差異來(lái)檢測(cè)成像裝置繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)；控制基于所述相關(guān)的光-機(jī)械調(diào)整以抵消檢測(cè)的成像裝置的運(yùn)動(dòng)，以維持選定景象和成像平面之間基本固定的關(guān)系。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一圖像包括參考圖像并且所述相關(guān)包括選取環(huán)境特征的連續(xù)圖像的初始圖像作為參考圖像。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，包括以基于選定的操作標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)特征圖像的隨后圖像來(lái)更新所述參考圖像。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中更新選定的操作標(biāo)準(zhǔn)包括移動(dòng)成像裝置，導(dǎo)致第一和第二圖像之間沒(méi)有共同特征。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其中控制光-機(jī)械調(diào)整包括沿第一和第二軸調(diào)整所述圖像平面的位置。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中控制光-機(jī)械調(diào)整包括沿第一和第二軸一起調(diào)整所述圖像平面的位置和所述圖像傳感器的位置。
全文摘要
配置成控制對(duì)接收代表圖像平面上選定景象的光的成像裝置的移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)動(dòng)傳感器。所述運(yùn)動(dòng)傳感器包括光電元件陣列和控制器。光電元件陣列配置成獲取運(yùn)動(dòng)傳感器視場(chǎng)中環(huán)境特征的連續(xù)圖像，其包括第一特征圖像和在第一圖像之后一定時(shí)間間隔獲取的第二特征圖像，所述第一和第二圖像包括共同特征。所述控制器配置成接收第一和第二圖像并且使得它們相關(guān)以通過(guò)檢測(cè)所述共同特征相對(duì)于光電元件陣列的位置差異來(lái)檢測(cè)成像裝置在所述時(shí)間間隔內(nèi)繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，和提供基于所述相關(guān)的第一和第二補(bǔ)償信號(hào)以控制光－機(jī)械調(diào)整而抵消檢測(cè)的圖像裝置繞第一和第二軸的運(yùn)動(dòng)，以維持選定景象和圖像平面之間基本固定的關(guān)系。
文檔編號(hào)H04N5/232GK1912685SQ200610089809
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月5日
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