低功耗光電導(dǎo)航系統(tǒng)的幀率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低功耗光電導(dǎo)航系統(tǒng)的幀率控制方法，包括：圖像運(yùn)動(dòng)速度下降時(shí)，降低幀率，并按照同樣比率增大預(yù)測(cè)矢量；圖像運(yùn)動(dòng)速度上升時(shí)，提高幀率，并按照同樣比率減小預(yù)測(cè)矢量。在一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)方案中，定義了三個(gè)幀周期，判斷當(dāng)前幀周期下，當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv是否超過圖像運(yùn)動(dòng)速度上限閾值或下限閾值來對(duì)應(yīng)地調(diào)整提高幀率或降低幀率。該方法是一種靈活的自適應(yīng)的幀率控制方法，即能保證高速導(dǎo)航所需的圖像密度又能獲得最高效的功耗利用率。本發(fā)明在圖像高速運(yùn)動(dòng)時(shí)為了保證性能，能回到高幀率狀態(tài)下，此功效與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)。并且本發(fā)明可以大大降低功耗。
【專利說明】低功耗光電導(dǎo)航系統(tǒng)的幀率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電導(dǎo)航系統(tǒng)的降低功耗方法，尤其是一種低功耗光電導(dǎo)航系統(tǒng)的幀率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)圖像定點(diǎn)設(shè)備和光學(xué)視頻設(shè)備等裝置都需要進(jìn)行圖像擷取，如無線光電鼠標(biāo)(屬于光電導(dǎo)航系統(tǒng)的一種應(yīng)用)、光電導(dǎo)航器等。該類設(shè)備都需要通過光照反饋擷取系列圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行處理并給出運(yùn)動(dòng)矢量。由于使用了移動(dòng)電源，為了延長(zhǎng)單次使用時(shí)長(zhǎng)，需要進(jìn)行功耗控制處理。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中通常有三種幀率方案:
[0004]1.在系統(tǒng)正常工作狀態(tài)(normal模式)下保持幀率固定不變。
[0005]2.系統(tǒng)處于normal模式下，采用浮動(dòng)幀率。所謂的浮動(dòng)幀率，是在系統(tǒng)信號(hào)處理(DSP)完成之后即刻開啟下一幀的采樣，由于DSP處理時(shí)間不一樣，導(dǎo)致幀率也不一致。由于該方法屬于微調(diào)，所以無需預(yù)測(cè)矢量的切換。
[0006]3.當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入睡眠(Sleep)模式時(shí)，關(guān)閉若干幀，僅僅開啟少數(shù)幀檢測(cè)是否需要退出Sle印模式。所以Sle印模式下，幀率極低。
[0007]其中第3種幀率模式在低功耗光電導(dǎo)航設(shè)備中是必備和常規(guī)方案，但這種方案僅僅在Sleep模式下存在。
[0008]另兩種幀率方法在非低功耗光電導(dǎo)航設(shè)備中較為常見，但不適合需要功耗嚴(yán)格控制的設(shè)備。即便是第2種方案，浮動(dòng)幀率的波動(dòng)比率在±20%以內(nèi)。所以normal模式下，系統(tǒng)其實(shí)處于忙碌工作狀態(tài)，無論導(dǎo)航設(shè)備的運(yùn)動(dòng)速度快慢，系統(tǒng)整體功耗變化不大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種靈活的自適應(yīng)的幀率控制方法，即能保證高速導(dǎo)航所需的圖像密度又能獲得最高效的功耗利用率。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種低功耗光電導(dǎo)航系統(tǒng)的幀率控制方法，包括:圖像運(yùn)動(dòng)速度下降時(shí)，降低幀率，并按照同樣比率增大預(yù)測(cè)矢量；圖像運(yùn)動(dòng)速度上升時(shí)，提高幀率，并按照同樣比率減小預(yù)測(cè)矢量。
[0011 ] 所述幀率控制方法具體包括:
[0012]I).確定系統(tǒng)最高幀率所對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYC0，定義幀周期FRAME_CYC1和FRAME_CYC2，使得 FRAME_CYC2>FRAME_CYC1>FRAME_CYC0 ；
[0013]2).設(shè)置速度閾值 SPEED1、SPEED2、SPEED3、SPEED4 ；
[0014]SPEED3為最高幀率對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYC0下的圖像運(yùn)動(dòng)速度下限閾值；
[0015]SPPEDI為幀周期FRAME_CYC2下的圖像運(yùn)動(dòng)速度上限閾值；
[0016]SPEED2為幀周期FRAME_CYC1下的圖像運(yùn)動(dòng)速度上限閾值；[0017]SPEED4為幀周期FRAME_CYC1下的圖像運(yùn)動(dòng)速度下限閾值；
[0018]3).根據(jù)采樣的圖像獲取當(dāng)前幀預(yù)測(cè)矢量pre_mv ;根據(jù)當(dāng)前幀率對(duì)應(yīng)的幀周期，分別進(jìn)行下列處理:
[0019]在最高幀率對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYC0下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv ( SPEED3，則降低幀率即修改幀周期為FRAME_CYC1，同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為pre_mv*(FRAME_CYC1/FRAME_CYCO)；
[0020]在幀周期FRAME_CYC2下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv≤SPEED1，則提高幀率即修改幀周期為 FRAME_CYC1，同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為 pre_mv/(FRAME_CYC2/FRAME_CYC1)；
[0021]在幀周期FRAME_CYC1下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv ( SPEED4，則降低幀率即修改幀周期為 FRAME_CYC2，同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為 pre_mv* (FRAME_CYC2/FRAME_CYC1)；
[0022]在幀周期FRAME_CYC1下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv≤SPEED2，則提高幀率即修改幀周期為 FRAME_CYC0，同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為 pre_mv/ (FRAME_CYCI/FRAME_CYC0)。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0024]1.高速運(yùn)動(dòng)時(shí)為了保證性能，能回到高幀率狀態(tài)下，此功效與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)。
[0025]2.預(yù)測(cè)矢量的靈活變化保證匹配的精確度，不亞于現(xiàn)有單預(yù)測(cè)矢量技術(shù)。
[0026]3.功耗大幅度地降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為不同采樣率下的兩幀圖像相對(duì)位置關(guān)系示例圖之一。
[0028]圖2為不同采樣率下的兩幀圖像相對(duì)位置關(guān)系示例圖之二。
[0029]圖3為本發(fā)明的圖像運(yùn)動(dòng)速度釋義圖。
[0030]圖4為本發(fā)明的隨速度變化的幀率控制流程實(shí)例圖。
[0031]圖5為本發(fā)明的效果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033]在介紹幀率控制之前，需要解釋運(yùn)動(dòng)向量的搜索方法，在光電導(dǎo)航中比較常見的一種技術(shù):根據(jù)前若干個(gè)運(yùn)動(dòng)向量mv的線性組合得一預(yù)測(cè)矢量pre_mv,通過pre_mv確定一搜索區(qū)域，在該區(qū)域中進(jìn)行若干次(如9)匹配(correlation)找到最優(yōu)匹配塊,并確定最終運(yùn)動(dòng)向量mv。運(yùn)動(dòng)圖像的目標(biāo)定位，需要將當(dāng)前幀與之前的某一幀進(jìn)行匹配，找到最優(yōu)的匹配結(jié)果，然后確定兩幀圖像的相對(duì)位移位移量。匹配方法比較常見的有兩種，一種不帶預(yù)測(cè)向量，需要全局搜索，匹配的范圍很大，匹配次數(shù)較多；另一種帶有預(yù)測(cè)矢量，預(yù)測(cè)矢量的運(yùn)用能有效地定位到一個(gè)小的搜索區(qū)域，只需在局域內(nèi)進(jìn)行匹配，大大減低了匹配次數(shù)。預(yù)測(cè)矢量通常跟圖像運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)，所以用前若干幀運(yùn)動(dòng)向量(mv)的線性組合作為預(yù)測(cè)矢量，能較優(yōu)地定位到一個(gè)最小搜索區(qū)域，這種方法可有效降低匹配時(shí)間和硬件資源，節(jié)約成本和功耗。
[0034]選擇適當(dāng)?shù)膸蕵O為重要，如圖1所示，若周期過長(zhǎng)，幀與幀之間沒有重合區(qū)間(圖2柵格區(qū)域)或者重合區(qū)間過小，匹配肯定出錯(cuò)。但反過來，如果周期過短，采樣密度較大，系統(tǒng)單位時(shí)間的工作負(fù)荷(圖像采樣加處理)過大，功耗自然有所浪費(fèi)。所以在能夠準(zhǔn)確計(jì)算出運(yùn)動(dòng)向量的前提下，適當(dāng)減低采樣頻率，成為重要需求，如圖2右半部分所示。
[0035]下面對(duì)如何實(shí)現(xiàn)光電導(dǎo)航系統(tǒng)低功耗的控制方法作詳細(xì)描述，從中可以看出本發(fā)明的幀率控制方法以及起到的作用。
[0036]一.確定系統(tǒng)最高幀率所對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYC0，大多數(shù)情況下FRAME_CYC0大于圖像采樣時(shí)間加上信號(hào)處理(DSP)時(shí)間。定義幀周期FRAME_CYC1和FRAME_CYC2，使得FRAME_CYC2>FRAME_CYC1>FRAME_CYC0。具體來說，可以根據(jù)N種圖像運(yùn)動(dòng)速度(以像素點(diǎn)個(gè)數(shù)衡量，如同一對(duì)象在前后兩幀圖像中相差的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，幀率高時(shí)，意味著幀周期短，則相差的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)少，圖像運(yùn)動(dòng)速度慢，如圖3所示)，通過實(shí)驗(yàn)獲得對(duì)應(yīng)所需M種幀周期。
[0037]二.設(shè)置速度閾值 SPEED 1、SPEED2、SPEED3、SPEED4 (如:3、5、2、2 );
[0038]SPEED3為最高幀率對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYC0下的圖像運(yùn)動(dòng)速度下限閾值；
[0039]SPEEDl為幀周期FRAME_CYC2下的圖像運(yùn)動(dòng)速度上限閾值；
[0040]SPEED2為幀周期FRAME_CYC1下的圖像運(yùn)動(dòng)速度上限閾值；
[0041]SPEED4為幀周期FRAME_CYC1下的圖像運(yùn)動(dòng)速度下限閾值。
[0042]三.進(jìn)行圖像采樣，可通過圖像傳感器進(jìn)行圖像采樣。根據(jù)獲取的前若干個(gè)運(yùn)動(dòng)向量mv的線性組合求得當(dāng)前幀預(yù)測(cè)矢量pre_mv。
[0043]四.根據(jù)當(dāng)前幀率對(duì)應(yīng)的幀周期，分別進(jìn)行下列處理:
[0044]在最高幀率對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYC0下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv ( SPEED3 (說明圖像運(yùn)動(dòng)速度太慢了)，表示系統(tǒng)可以在稍低幀率下工作以便節(jié)約功耗，則降低幀率即修改幀周期為FRAME_CYC1 ;但此時(shí)需要根據(jù)幀周期比率RO (R0=FRAME_CYC1/FRAME_CYC0)調(diào)整增大預(yù)測(cè)矢量為pre_mv*R0，這是因?yàn)閹首兊?，幀與幀之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)變大，導(dǎo)致預(yù)測(cè)矢量變大。于是同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為pre_mv*(FRAME_CYCl/FRAME_CYCO)。
[0045]圖4中因?yàn)榭蚋裣拗?，故用CYCO作為FRAME_CYC0的縮寫，CYCl作為FRAME_CYC1的縮寫，CYC2作為FRAME_CYC2的縮寫，特此說明。
[0046]在幀周期FRAME_CYC2下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv≤SPEED I (說明圖像運(yùn)動(dòng)速度太快了)，則需要提高幀率，即修改幀周期為FRAME_CYC1，同時(shí)根據(jù)幀周期比率Rl (R1=FRAME_CYC2/FRAME_CYC1)調(diào)整減小預(yù)測(cè)矢量為pre_mv/Rl，即同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為pre_mv/(FRAME_CYC2/FRAME_CYCI)。
[0047]在幀周期FRAME_CYC1下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv ( SPEED4 (說明圖像運(yùn)動(dòng)速度在變慢，且超過了當(dāng)前允許的下限)，則可降低幀率，即修改幀周期為FRAME_CYC2，同時(shí)根據(jù)幀周期比率Rl (R1 =FRAME_CYC2/FRAME_CYCI)調(diào)整增大預(yù)測(cè)矢量為pre_mv*Rl，即同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為 pre_mv* (FRAME_CYC2/FRAME_CYCI)。
[0048]在幀周期FRAME_CYC1下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv≤SPEED2 (說明圖像運(yùn)動(dòng)速度在變快，且超過了當(dāng)前允許的上限)，則需要提高幀率，即修改幀周期為FRAME_CYC0，同時(shí)根據(jù)幀周期比率RO (R0=FRAME_CYCI/FRAME_CYC0)調(diào)整減小預(yù)測(cè)矢量為pre_mv/R0，即同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為 pre_mv/ (FRAME_CYCI/FRAME_CYC0)。
[0049]五.根據(jù)調(diào)整后的預(yù)測(cè)矢量獲取最終的運(yùn)動(dòng)向量mv，并在完成操作之后(比如時(shí)間節(jié)點(diǎn)< FRAME_CYC0)關(guān)閉DSP模塊中大部分模塊的時(shí)鐘或電源，讓DSP模塊進(jìn)入空閑狀態(tài)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，盡可能地節(jié)約能源，如圖5所示。
[0050]采樣本發(fā)明的幀率控制方法，可以達(dá)到下列效果:[0051]1.高速運(yùn)動(dòng)時(shí)為了保證性能，能回到高幀率狀態(tài)下，此功效與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)。
[0052]2.預(yù)測(cè)矢量的靈活變化保證匹配的精確度，不亞于現(xiàn)有單預(yù)測(cè)矢量技術(shù)。
[0053]3.功耗大幅度地降低。這是本發(fā)明所能夠達(dá)到的主要目的。下面以以無線鼠標(biāo)為例說明功耗控制的重要性。
[0054]無線光電鼠標(biāo)功耗分成兩個(gè)部分，一是芯片(導(dǎo)航類)本身消耗的功耗，二是裝配板上LED燈(開啟時(shí)間由芯片控制)消耗的功耗，現(xiàn)分析第二部分功耗便能窺視該設(shè)計(jì)方法的積極效果(如圖5所示)。
[0055]在FRAME_CYC0下，為了獲取一定品質(zhì)的圖像需要開啟LED，周期為L(zhǎng)ED_CYC，此時(shí)峰值電流為I led，那么平均電流10=Iled*LED_CYC/FRAME_CYC0。
[0056]當(dāng)鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)在稍低速率下(此時(shí)圖像運(yùn)動(dòng)速度較慢)，幀周期調(diào)高到FRAME_CYC1，獲取同樣圖像品質(zhì)所需的LED開啟周期仍然為L(zhǎng)ED_CYC，可得平均電流Il=Iled*LED_CYC/FRAME_CYC1。從上述分析可知I1=10/R0。
[0057]同理，當(dāng)鼠標(biāo)處于更慢速率下時(shí)，平均電流12=11ed*LED_CYC/FRAME_CYC2。而I2=10/R1。
[0058]經(jīng)驗(yàn)值R0=2、Rl=3，對(duì)應(yīng)的電流分別降低至高幀率下電流的1/2和1/3，從而使得無線鼠標(biāo)的電池綜合壽命延長(zhǎng)了I倍以上。
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗光電導(dǎo)航系統(tǒng)的幀率控制方法,其特征在于: 圖像運(yùn)動(dòng)速度下降時(shí)，降低幀率，并按照同樣比率增大預(yù)測(cè)矢量；圖像運(yùn)動(dòng)速度上升時(shí)，提高幀率，并按照同樣比率減小預(yù)測(cè)矢量。
2.如權(quán)利要求1所述的低功耗光電導(dǎo)航系統(tǒng)的幀率控制方法，其特征在于，所述幀率控制方法具體包括: 1).確定系統(tǒng)最高幀率所對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYCO，定義幀周期FRAME_CYC1和FRAME_CYC2，使得 FRAME_CYC2>FRAME_CYC1>FRAME_CYC0 ； 2).設(shè)置速度閾值 SPEED1、SPEED2、SPEED3、SPEED4 ； SPEED3為最高幀率對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYCO下的圖像運(yùn)動(dòng)速度下限閾值； SPPEDl為幀周期FRAME_CYC2下的圖像運(yùn)動(dòng)速度上限閾值； SPEED2為幀周期FRAME_CYC1下的圖像運(yùn)動(dòng)速度上限閾值； SPEED4為幀周期FRAME_CYC1下的圖像運(yùn)動(dòng)速度下限閾值； 3).根據(jù)采樣的圖像獲取當(dāng)前幀預(yù)測(cè)矢量pre_mv;根據(jù)當(dāng)前幀率對(duì)應(yīng)的幀周期，分別進(jìn)行下列處理: 在最高幀率對(duì)應(yīng)的幀周期FRAME_CYCO下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv ( SPEED3，則降低幀率即修改幀周期為FRAME_CYC1，同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為pre_mv*(FRAME_CYC1/FRAME_CYC0)； 在幀周期FRAME_CYC2下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv≥SPEED1，則提高幀率即修改幀周期為 FRAME_CYC1，同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為 pre_mv/(FRAME_CYC2/FRAME_CYC1)； 在幀周期FRAME_CYC1下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv ( SPEED4，則降低幀率即修改幀周期為 FRAME_CYC2，同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為 pre_mv* (FRAME_CYC2/FRAME_CYC1)； 在幀周期FRAME_CYC1下，若當(dāng)前預(yù)測(cè)矢量pre_mv ^ SPEED2，則提高幀率即修改幀周期為 FRAME_CYCO，同時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)矢量為 pre_mv/ (FRAME_CYCI/FRAME_CYCO)。
【文檔編號(hào)】G06F3/03GK103699236SQ201310738746
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
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