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CN107197140B - 获取数字图像的方法、系统 - Google Patents

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Abstract

提供获取数字图像的方法、系统。一种用于从产生传感器数据的相机获取数字图像的系统，所述系统包括：分立应用，接收来自相机的图像的第一请求和第二请求，所述分立应用分别产生第一预处理指令和第二预处理指令；和接口，适于从所述分立应用接收预处理指令，所述接口包括多个预处理模块，每个模块在所述传感器数据上执行相应的预处理功能，所述接口适于响应于所述第一预处理指令激活模块的第一子集以生成第一预处理图像，以及响应于所述第二预处理指令激活模块的第二子集以生成第二预处理图像，其中由所述第一和第二模块子集执行的预处理功能的顺序分别由所述第一预处理指令和第二预处理指令选择性地控制。

Description

获取数字图像的方法、系统
本申请是申请日为2013年7月11日、申请号为201380036682.5、发明名称为“用于图像采集和处理的统一跨设备控制的抽象相机管道”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请涉及用于在设备中获取数字图像的方法和系统。具体地，本公开涉及允许安装在设备上的分立程序控制相同设备上的数字图像传感器的应用编程接口(API)。
背景技术
很多现代设备依赖于来自一个供应商的操作系统和来自一个或者多个其他供应商的硬件。进一步地，设备可以包括来自第三供应商的另外的程序或者应用。
在设备上，操作系统包括监管操作系统或者硬件(例如，显示器、触摸屏、音频输出、网络连接、数字图像传感器等)的应用控制的应用编程接口(API)。这些API提供用于在硬件上执行功能的通用指令准则。
当前的相机API可以包括高水平准则，诸如用于获取图像的指令和用于使闪光灯发光的指令。另外的低水平功能不存在于API中，并且因此应用对数字图像传感器具有有限的控制。提供具有低水平功能但是与更大数目的独立硬件配置兼容的API将是有利的。
发明内容
一种用于具有集成相机的设备获取数字图像的系统包括应用程序接口(API)。API适于从操作在设备上的分立应用接收指令。指令可以包括图像采集指令和图像数据预处理指令。API还可以适于使用管道配置处理多个图像采集指令，其中根据第一图像采集请求执行处理的不同元素，而根据第二图像采集请求执行处理的其他元素。在预处理后，系统将经预处理的图像输出回到分立应用，和/或到存储器和GPU。
由API从分立应用接收的指令允许分立应用自定义API输出的图像数据的采集和预处理。
具体地，根据本发明的一方面，提供一种用于从产生传感器数据的相机获取数字图像的系统，所述系统包括：分立应用，接收来自相机的图像的第一请求和第二请求，所述分立应用分别产生第一预处理指令和第二预处理指令；和接口，适于从所述分立应用接收预处理指令，所述接口包括多个预处理模块，每个模块在所述传感器数据上执行相应的预处理功能，所述接口适于响应于所述第一预处理指令激活模块的第一子集以生成第一预处理图像，以及响应于所述第二预处理指令激活模块的第二子集以生成第二预处理图像，其中由所述第一和第二模块子集执行的预处理功能的顺序分别由所述第一预处理指令和第二预处理指令选择性地控制。
根据本发明的另一方面，提供一种用于获取在具有集成相机、分立应用和适于从所述分立应用接收预处理指令的接口的设备上操作的多个数字图像的方法，所述接口包括多个预处理模块，每个模块执行相应的所述传感器数据的预处理功能，所述方法包括以下步骤：生成第一请求以获取图像，所述第一请求包括第一预处理指令；生成获取图像的第二请求，所述第二请求包括第二预处理指令；根据第一请求获取第一传感器数据；根据所述接口的第一预处理指令对第一传感器数据进行预处理，所述接口适于响应于所述第一预处理指令激活模块的第一子集以产生第一预处理图像，其中由模块的第一子集执行的预处理功能的顺序由第一预处理指令选择性地控制；根据第二请求获取第二传感器数据；根据所述接口的第二预处理指令对第二传感器数据进行预处理，所述接口适于响应于所述第二预处理指令激活模块的第二子集以产生第二预处理图像，其中由模块的第二子集执行的预处理功能的顺序由第二预处理指令选择性地控制；和输出第一预处理图像和第二预处理图像。根据本发明的一方面，提供一种用于获取具有集成相机的设备的数字图像的系统，所述系统包括：适于从分立应用接收多个指令的接口，其中所述指令被配置为在多个硬件配置上操作，所述接口包括多个接口模块，并且其中所述接口适于对于每个所述指令激活所述模块的不同子集；适于根据所述指令获取初始图像数据的传感器；和处理器，其适于根据所述多个指令的第一指令预处理第一初始图像数据并输出第一预处理图像数据，并且并行地根据所述多个指令的第二指令预处理第二初始图像数据并输出第二预处理图像数据，其中所述预处理指令中的至少一个包括从由以下组成的组中选择的指令：阴影校正、噪声降低、去马赛克、噪点校正、几何校正、色彩校正和边缘增强。
从下文的详细描述中，本公开另外的特征将显而易见，详细描述借助于示例图示了本公开的特征。
附图说明
本领域的技术人员从下文的详细描述和其附图中将会领会和理解本公开的上述和其他优点和特征。
图1是本公开的用于获取图像的系统的示例的透视图；
图2是本公开的用于获取图像的系统的示例的示意图；
图3是本公开的用于获取图像的系统的示例的另一示意图；
图4是本公开的用于获取图像的系统的示例的预处理器的示意图；以及
图5是本公开的用于获取图像的系统的示例的另一示意图。
具体实施方式
本公开提供用于相机和传感器的改进的API。如图1所示，API(有时称为“接口”)优选地设计用于移动设备100，虽然它可以用在具有相机102的任何设备上。API被配置成基于指令集控制一类硬件配置。
假定设备100包括操作系统(OS)210和分立应用220。OS 210协调应用220、集成相机202(贯穿本书面描述，术语相机和传感器可以互换使用)和显示器204的功能。OS 210进一步包括相机API 212和显示器API 214，其中相机API 212与相机202通信，并且显示器API214与显示器204通信。
预处理
无论何时(相机的)图像传感器获取图像或视频(下文中“图像”可以用于包括图像和视频二者)，初始传感器数据在其可以被显示前必须被预处理。初始传感器数据包括噪声、边影、模糊(pixilation)和使图像对于人眼更不可识别的其他特性。因此，必须使用预处理算法(例如，去马赛克、噪声降低、噪点校正、白平衡调整、对比度调整、边缘增强)调整初始传感器数据。本公开允许在图像创建中的该数据的预处理中的更大的灵活性。
本公开将提供统一的指令集，借此在系统300上运行的分立应用312(即，结合但独立于操作系统运行的应用)能够操纵预处理器330。具体地，系统300允许应用312控制包括在数字图像获取中的预处理器330。例如，随后安装在设备100上的应用可以提供用于先前标识的预处理功能的新算法。系统300还能够操作在一类硬件配置上，而不是设计用于特定的图像传感器和处理器。
如图3所示，图像获取系统300从传感器302或者Raw输入308获得初始传感器数据306，其中传感器302和Raw输入308可以由获取图像指令启动。Raw输入308包括已经存储在存储器中的先前获得的传感器数据。初始传感器数据306被输送到统计发生器320和Raw输出350。Raw输出350前进到多路复用器360，这在下文中讨论。
统计发生器320测量统计数字，诸如日期、分辨率、闪光、和与正被获取的图像相关的其他信息。在一个示例中，统计发生器320计算直方图并且将直方图输出到应用。
在生成统计数字后，基于来自应用312的预处理指令314由如图4所示的预处理器330处理Raw输入308。如上文所讨论的那样，预处理器适于执行：阴影校正332、噪声降低334、去马赛克336、噪点校正338、几何校正340、色彩校正342、色调曲线调整344、和边缘增强346。这些功能的顺序可以由预处理器330预定或者可以由预处理指令314控制。虽然系统还可以接受来自应用312的作为预处理指令314的部分的预处理算法，但是系统可以包括用于预处理功能332、334、336、338、340、342、344、346的各种已知的算法。进一步地，应用312的预处理指令314可以包括禁用预处理功能332、334、336、338、340、342、344、346中的一个或者多个预处理功能。
新近预处理的数据348以YUV输出352、压缩输出354和视频输出356的形式被转换和输出。YUV输出352、压缩输出354和视频输出356通过多路复用器360与Raw输出350组合，并且然后从API 310输出到应用312。然后应用312基于多路复用器360的输出可以进一步处理数据(使用任何或者所有格式)和/或显示图像。
管道
如与图2相补的图5所图示的那样，提供用于获取图像的API 500。API 500可以由getCameraInfo()502和open(ID)504命令启动，所述命令由OS 210提供给系统500(部分对应于API 212)。getCameraInfo()502命令测量相机特性510，优选地包括ID 512、位置信息514、光学信息516、传感器信息518和管道信息520。
ID 512包括相机202的型号名称和型号。位置信息514涉及设备上的传感器的位置(可以应用于多相机立体图像获取应用)。光学信息516包括关于相机202的固定信息，诸如焦距和光圈范围。传感器信息518包括关于传感器202的固定信息，诸如最大分辨率、类型(例如CMOS、CCD等)和尺寸。管道信息520包括可用的处理类别(例如，肖像、运动、动画、视频、风景等)。
Open(ID)命令504启动API 500并且允许创建多个管道530(图5中图示了四个createPipeline()函数522、524、526、528)和采集请求540(与createCaptureRequest()538有关)。createPipeline()函数522、524、526、528和createCaptureRequest()函数538是从系统500调用的方法的所有实例。每个管道530是一组串联连接的数据处理元素，其中一个元素的输出是下一元素的输入；第一管道530的一个元素可以与第二管道530的不同元素并行地执行。
多个管道530中的每个管道被分配槽编号532、帧大小534和帧格式536。采集请求540包括针对传感器控制544、透镜控制546、3A控制(自动曝光、自动聚焦、自动白平衡)548、处理控制550和统计控制552的准则。处理控制准则550可以包括上文关于图3和图4描述的预处理指令314。通过包含与每个输出管道530相关的采集请求信息544、546、548、550和552，采集请求540形成多个输出管道530。
分别响应于stream()方法554或capture()方法556，输出管道540被转发到输入请求队列560和/或流式保持槽570。输入请求队列560包含多个请求562，并且流式保持槽570包含流请求572。输入请求队列560和流式保持槽570还可以由reprocess()方法558填入。reprocess()方法558涉及来自存储器而不是传感器的数据。
输入请求队列560包括保持请求562的有序列表的多个空间，以采集具有采集请求538细节的图像。一旦图像传感器580(图5中称为平台硬件抽象层(HAL)实施方式)已经获取图像，输入请求队列560中的下一请求562被传递给传感器580。传感器580不仅获取数据，而且根据预处理指令314预处理数据以创建RAW图像592。
如果新请求562没有在输入请求队列560中准备好，则从流式保持槽570中获取流请求572。流式保持槽570提供在存储器要求方面可能较低的备份请求。在很多实例中，流式保持槽570用于在设备100的显示器104上提供预览图像。在这样的场景中，系统500避免生成连续请求562以维持连续的预览图像。在其他实例中，流式保持槽570用于防止冗余请求562的连续流动。
除了输入请求队列560和流式保持槽570之外，传感器580可以接收再处理558的请求。再处理558的请求涉及来自先前图像获取的、现在正在被再处理成可视图像的存储的RAW文件642。
在传感器580获取或者处理图像592后，传感器580输出图像592和元数据612。图像被输出到图像缓冲管道590(其依赖于Gralloc环形缓冲区，其中有限数目的大容量存储器位置被分配以存储图像数据并且位置以环形方式循环)，其中具有针对每个管道530的分离的缓冲区590。元数据612被输出到输出帧元数据队列610，其包含多个元数据612。一旦由getframe()620请求，RAW图像592和元数据612二者都被移动到帧630。帧630将图像592和与其相关联的采集请求632、最终设置634、基本元数据636、统计输出638和字节缓冲区640合并。字节缓冲区640保持图像592。帧630被保存为RAW文件642。另外，RAW图像592可以被发送到设备GPU 650、视频编码器652、渲染脚本(3D渲染)654和/或应用656。当RAW图像592被发送到设备GPU 650、视频编码器652和/或渲染脚本654时，RAW图像592被处理(例如，通过JPEG、YUV等)成可视格式并且被显示。
附图图示了API以及其硬件环境的示例。其他类型和方式是可能的，并且就这点而言附图并不旨在于是限制性的。因此，虽然上文的描述和附图包含很多特殊性，但是所提供的细节不应当被解释为限制示例的范围，而是仅仅作为提供目前优选示例中的一些示例的说明。附图和描述不应当被认为限制示例的范围，而是根据本公开理解为广义和一般教导。虽然已经使用特定术语描述了本公开的现有示例，但是这样的描述仅用于目前图示性的目的，并且应当理解的是，对这些示例的修改和变化(包括但不限于等价特征、材料、或部分的替代，以及其各种特征的变更)在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以由本领域的普通技术人员实践。

Claims (20)

1.一种用于从产生传感器数据的相机获取数字图像的系统，所述系统包括：
分立应用，接收来自相机的图像的第一请求和第二请求，所述分立应用根据第一请求和第二请求分别产生第一预处理指令和第二预处理指令；和
接口，适于从所述分立应用接收第一和第二预处理指令，所述接口包括多个预处理模块，每个模块在传感器数据上执行相应的预处理功能，所述接口适于响应于所述第一预处理指令激活模块的第一子集以生成第一预处理图像，以及响应于所述第二预处理指令激活模块的第二子集以生成第二预处理图像，
其中由所述的模块的第一和第二子集执行的预处理功能的顺序分别由所述第一预处理指令和第二预处理指令选择性地控制。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一预处理图像和所述第二预处理图像被输出到所述分立应用。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二预处理指令的每个通过输入请求队列和流式保持槽中的一个；其中当所述输入请求队列为空时访问所述流式保持槽。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述请求选自包括流请求、采集请求和再处理请求的组。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一预处理图像和第二预处理图像是并行产生的。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述接口还包括适于接收到所述分立应用的所述第一预处理图像和第二预处理图像的多路复用器。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一预处理图像和第二预处理图像是从RAW、YUV、压缩和视频输出中选择的。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一预处理图像和第二预处理图像具有任何格式。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述接口适于向所述分立应用提供直方图。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述接口适于基于所述第一和第二预处理指令获取多个初始传感器数据。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一和第二预处理指令包括用于预处理不同初始传感器数据的不同标准。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二预处理指令中的至少一个包括从由以下各项组成的组中选择的指令：阴影校正、噪声降低、去马赛克、噪点校正、几何校正、色彩校正和边缘增强，每个校正是由相应的模块执行。
13.一种用于获取在具有集成相机、分立应用和适于从所述分立应用接收预处理指令的接口的设备上操作的多个数字图像的方法，所述接口包括多个预处理模块，每个模块执行相应的传感器数据的预处理功能，所述方法包括以下步骤：
生成第一请求以获取图像，所述第一请求包括第一预处理指令；
生成获取图像的第二请求，所述第二请求包括第二预处理指令；
根据第一请求获取第一传感器数据；
根据所述接口的第一预处理指令对第一传感器数据进行预处理，所述接口适于响应于所述第一预处理指令激活模块的第一子集以产生第一预处理图像，其中由模块的第一子集执行的预处理功能的顺序由第一预处理指令选择性地控制；
根据第二请求获取第二传感器数据；
根据所述接口的第二预处理指令对第二传感器数据进行预处理，所述接口适于响应于所述第二预处理指令激活模块的第二子集以产生第二预处理图像，其中由模块的第二子集执行的预处理功能的顺序由第二预处理指令选择性地控制；和
输出第一预处理图像和第二预处理图像。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括当第一请求和第二请求不可用时基于流请求获取图像的步骤。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一和第二预处理指令中的至少一个包括从由以下各项组成的组中选择的指令：阴影校正、噪声降低、去马赛克、噪点校正、几何校正、色彩校正和边缘增强。
16.一种用于获取具有集成相机的设备的数字图像的系统，所述系统包括：
适于从分立应用接收多个指令的接口，其中所述指令被配置为在多个硬件配置上操作，所述接口包括多个接口模块，并且其中所述接口适于对于每个所述指令激活所述模块的不同子集；
适于根据所述指令获取初始图像数据的传感器；和
处理器，其适于根据所述多个指令的第一指令预处理第一初始图像数据并输出第一预处理图像数据，并且并行地根据所述多个指令的第二指令预处理第二初始图像数据并输出第二预处理图像数据，
其中所述指令中的至少一个包括从由以下组成的组中选择的指令：阴影校正、噪声降低、去马赛克、噪点校正、几何校正、色彩校正和边缘增强。
17.根据权利要求16所述的用于获取具有集成相机的设备的数字图像的系统，其中每个校正由相应的模块执行。
18.根据权利要求16所述的用于获取具有集成相机的设备的数字图像的系统，其中所述第一预处理图像数据和所述第二预处理图像数据被输出到所述分立应用。
19.根据权利要求16所述的用于获取具有集成相机的设备的数字图像的系统，其中所述多个指令中的每一个通过输入请求队列和流式保持槽中的一个；其中当所述输入请求队列为空时访问所述流式保持槽。
20.根据权利要求16所述的用于获取具有集成相机的设备的数字图像的系统，其中所述指令包括从由以下组成的组中选择的指令：流请求、采集请求和再处理请求。
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