[发明专利]一种手持式相机设备的图像拍摄防抖方式

说明书

技术领域

本发明涉及手持式照像设备，尤其涉及防止手持式照像设备在拍照时抖动的方法。

背景技术

众所周知，相机获取图像的过程是外部场景的光线通过光学镜头而在图像传感器上形成光学图像(即图像的明暗细节的二维分布)，并通过一定时间的积分，使得光学图像转化为电学图像。在这个过程中，必须保持光学图像在图像传感器上的静态性，否则获得的积分图像就会发生模糊，使得图像的质量受到严重影响。

在黑暗环境中，为了获取适合亮度的图像，图像传感器的曝光时间也需要相应变长。如果此时使用的相机是手持式拍摄设备，人手固有的抖动将不可避免地对拍摄过程带来影响。

目前业界采用的防抖方法主要光学防抖与电子防抖。

光学防抖方法可以分为镜头端方法和传感器端方法，它们的主要区别在于图像抖动补偿发生的位置不同。镜头端方法是通过相机机身上自带的陀螺仪获取相机的抖动方向以后，再通过一片特殊的浮动镜片来进行图像稳定校正，而传感器端方法则是直接通过驱动传感器向图像运动的同向移动来补偿 抖动。使用光学防抖的方法能获得的效果较好，能在保证图像无明显抖动模糊的情况下提高将近4-8倍的曝光时间，获得的图像具有较好的质量。

电子防抖的方法众多，最为常见的简单方式是修改自动曝光程序的曝光参数组合，当被拍摄场景较暗时，通过提高图像传感器输出信号的模拟或者数字增益，以此来减少对曝光时间增加的需求，也即减少了获取图像抖动模糊的可能性，具有防抖的效果。随着MEMS加速计等惯性传感器的微型化和成本大幅度降低，也出现了通过这些传感器来感知当前相机的抖动情况，从而实现防抖功能。另外，业界也提出了一种电子防抖新的方式，即在拍摄时对曝光时间和相机抖动并不做限制，通过后期的图像反解卷积的方式，从单幅或者多幅模糊图像中恢复出清晰的图像。

电子防抖的主要优势是实现上较为简单，如上述通过提高增益、减少曝光时间的方法。但是这种方式的缺点是获取的图像噪声非常大，往往不能符合用户的要求。而采用了加速度计等传感器的方法需要增加一定硬件成本，在加速度计等传感器还未成为中低端手机的标准配备的现状下，大规模的应用还是有一定难度。而通过后期对抖动模糊图像反解卷积处理的方法尚处于学术研究阶段，其对所获取图像类型的要求严格，并且实际处理效果也还没达到商业化应用的水平。

相关的现有技术也可参考已授权的中国专利CN200510108036.2与CN200510108037.7，这些专利提出了使用视频压缩编码中的运动估计方法，通过获取帧间图像的全局相对运动矢量来判读当前图像是否存在抖动，并通 过此全局相对运动矢量对图像进行抖动补偿。这种方法巧妙地利用了现有手持式相机设备都具有的预览(preview)功能来判断相机自身是否存在抖动，并避免使用了加速度计等额外的硬件设备，降低了方案成本。但这些专利具有如下不足之处：(1)这些方法只能简单补偿图像的简单平移带来的视频流视场抖动，即如果单幅图像发生了模糊，这种方法无法解决，但实际相机拍摄过程中，我们需要防止的并不是视频中的前后图像抖动，而正是防止单幅图像自身的模糊；(2)这些方法提出的全局矢量提取方式在大部分低成本手机相机平台上并不可靠。为了降低成本，低成本手机上采用的图像传感器大都采用滚动快门(rolling shutter)的曝光方式，在相机存在抖动的情况下，帧间图像将发生一些不可预料的扭曲形变，因此全局矢量提取并补偿的简单方式并不适用；(3)这些方法中采用的通过前面几帧预测得到的当前帧全局运动矢量和实际估计得到的当前帧运动矢量的差值的方式来判断当前帧是否存在抖动的方式只适用于判断相机在稳定运动时是否存在微量的抖动，而在绝大部分情况下，使用者都是在手持相机并力求相机稳定的情况进行防抖，因此这些方法无法应对这种情况；(4)这些方法中采用的运动补偿带来的图像截取操作必然会带来图像内容的损失。

而尚在审查中的中国专利申请CN200910188891.7提出了使用加速度计判断相机是否存在抖动作为一级防抖措施，同时通过获取多幅在一级防抖以后拍摄的图像的特征信息，合成一张相对清晰的图像的方式作为二级防抖措施。但这种方式采用的所谓的特征合成获取清晰图像的方式跟反解卷积相比 而言并不是一种可靠的获取清晰图像的方式，实际效果不佳，并且还存在以下的不足：(1)此种方法需要额外的硬件，增大了方案的实现成本，只适合高端手机平台采用；(2)更为严重的是，所谓的第二级防抖采用的方法的效果不佳，同样只能应对帧间错位的补偿，无法防止单幅图像自身的模糊。

发明内容