CN101426089B - 图像感应设备及其方法 - Google Patents

Abstract

获得第一次和第二次闪光预发射中的直方图峰值，其中第二次闪光预发射是利用不同于第一次闪光预发射的光发射量来进行的，并且计算直方图峰值关于闪光发射量变化的变化比。通过将该变化比考虑在内，计算出用于图像感应的闪光发射量。通过使闪光发射具有图像感应光发射量的光，来进行图像感应。

Description

图像感应设备及其方法

本申请是2003年2月18日提交的、申请号为03800284.1、名称为“图像感应设备及其方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有发光装置的图像感应设备、控制发光装置的方法、图像感应方法以及图像感应设备控制程序。

背景技术

当利用图像感应设备的闪光来感应图像时，传统上使用下列方法来控制或确定光发射量：

第一种方法：为了传感器能够接收物体的反射光，应对着物体发射闪光。当获得的整数值达到规定值时，就停止光发射。

第二种方法：一旦进行预发射，图像传感器就加载预发射时的物体的亮度。根据加载情况，确定用于图像感应的光发射量。

第三种方法：多次重复预发射，通过亮度的积分来确定用于图像感应的光发射量。

然而，在第一种方法中，除了图像传感器外，用于接收物体反射光的传感器也是必需的。这在使图像感应设备小型化以及降低成本方面是一个不利因素。同样，取决于物体的反射系数或位置的传感器不能获得正确的光发射量。

在第二种方法中，除非预发射获得的由反射光所指示的物体的亮度是适当的(不要太亮或太暗)，否则就不能确定正确的光量。

为了解决这些问题，可以根据距离信息来选择预发射的光量。然而，在某些情况下，由于距离信息的计算误差，从而使得所确定的用于图像感应的光发射量是不适当的。同样，如果为了使图像感应设备小型化或降低成本而去掉了诸如自动调焦这样的距离信息收集装置，那么就不能使用该方法。

在第三种方法中，多次的预发射会费时费电。尤其是当使用发射弱光的并要求长时间照射的发光装置(例如利用发光二极管作为发光器的发光装置)时，就更浪费时间了。

本发明涉及用于图像感应设备的发光装置、具有发光装置的图像感应设备以及为解决上述传统问题而采用的图像感应方法。

发明内容

本发明的一个优选方面，一种具有发光装置的图像感应设备，包括：发光器；其上形成物体图像的图像传感器；用于使发光器以不同的光发射量进行两次预发射的预发射控制器；第一计算器，用来根据两次发光操作的每一次当中的图像传感器的图像感应信号来计算亮度关于光发射量变化的变化比；第二计算器，用来根据由第一计算器所计算的亮度变化比，来计算进行图像感应时发光器的正确光发射量；图像感应光发射控制器，用来在图像感应期间使发光器发射具有由第二计算器所计算出的正确光发射量的光。

本发明的另一个优选方面，一种具有发光装置的图像感应设备，包括：发光器；其上形成物体图像的图像传感器；用来对图像传感器的图像感应信号进行放大的放大器；用于使发光器以相同的光发射量进行两次预发射以及在两次预发射操作中的一次当中改变放大器的放大量的预发射控制器；第一计算器，用来根据在两次发光操作中所获得的并通过放大器进行不同放大的图像感应信号，来计算亮度关于放大量变化的变化比；第二计算器，用来根据由第一计算器计算出的亮度变化比来计算将要进行图像感应时放大器的正确放大系数；图像感应光发射控制器，用来在图像感应期间使发光器发射具有上述光发射量的光，以及控制放大器使其具有由第二计算器所计算出的放大系数。

本发明还有的另一个优选方面，一种发光装置控制方法，包括：预发射控制步骤，用于使图像感应设备的发光器针对不同的光发射时间进行两次预发射；第一计算步骤，用于根据图像传感器在两次发光操作的每一次当中的图像感应信号来计算亮度关于光发射量变化的变化比；第二计算步骤，用于根据第一计算步骤所计算出的亮度变化比，来计算发光器在将要进行图像感应时的正确光发射量；以及图像感应光发射控制步骤，用于在图像感应期间使发光器发射具有第二计算步骤中所计算出的正确光发射量的光。

本发明还有的另一个优选方面，一种图像感应设备的图像感应方法，包括：预发射控制步骤，它使图像感应设备的发光器利用相同的光发射量进行两次预发射以及能利用改变后的放大量对两次预发射操作中的一次当中的图像信号进行放大；第一计算步骤，它根据在两次发光操作中所获得的并在预发射控制步骤中进行不同放大的图像感应信号来计算亮度关于放大量变化的变化比；第二计算步骤，它根据第一计算步骤中所计算出的亮度变化比来计算将要进行图像感应时的正确放大系数；图像感应光发射控制步骤，它在图像感应期间使发光器发射具有上述光发射量的光，并利用第二计算步骤中所计算出的正确放大系数对图像感应信号进行放大。

本发明还有的另一个优选方面，一种记录图像感应设备控制程序的记录介质，所述图像感应设备包含发光器以及其上形成物体图像的图像传感器，其中所述程序允许图像感应设备的控制人员在功能上用作：预发射控制器，用于使发光器利用不同的光发射量进行两次预发射；第一计算器，用于根据两次发光操作的每一次当中图像传感器的图像感应信号来计算亮度关于光发射量变化的变化比；第二计算器，用于根据第一计算器所计算出的亮度变化比来计算将要进行图像感应时发光器的正确光发射量；图像感应光发射控制器，用于在图像感应期间，使发光器发射具有由第二计算器所计算出的正确光发射量的光。

本发明还有的另一个优选方面，一种记录图像感应设备控制程序的记录介质，所述图像感应设备包括发光器、其上形成物体图像的图像传感器，其中所述程序允许图像感应设备的控制人员起以下各项的作用：预发射控制器，用于使发光器利用相同的光发射量进行两次预发射并改变两次预发射操作的一次中的放大器的放大量；第一计算器，用于根据在两次发光操作中所获得的以及由放大器进行不同放大的图像感应信号来计算亮度关于放大量变化的变化比；第二计算器，用于根据第一计算器所计算出的亮度变化比来计算将要进行图像感应时放大器的正确放大系数；图像感应光发射控制器，用于在图像感应期间使发光器发射具有上述光发射量的光以及控制放大器使其具有第二计算器所计算出的放大系数。

本发明还有的另外一个优选方面，一种具有发光装置的图像感应设备，包括：包含一个发光二极管元件的发光器；其上形成物体图像的图像传感器；用于使发光器利用不同的光发射量进行两次预发射的预发射控制器；第一计算器，用于根据两次发光操作的每一次当中图像传感器的图像感应信号来计算亮度关于光发射量变化的变化比；第二计算器，用于根据第一计算器所计算出的亮度变化比来计算将要进行图像感应时发光器的正确光发射量；以及图像感应光发射控制器，用于在图像感应期间使发光器发射具有第二计算器所计算出的正确光发射量的光。

本发明还有的另外一个优选方面，一种具有发光装置的图像感应设备，包括：包含一个放电管的发光器；其上形成物体图像的图像传感器；用于使发光器利用不同的光发射强度进行两次预发射的预发射控制器；第一计算器，用于根据两次发光操作的每一次当中图像传感器的图像感应信号来计算亮度关于光发射强度变化的变化比；第二计算器，用于根据第一计算器所计算出的亮度变化比来计算将要进行图像感应时发光器的正确光发射强度；以及图像感应光发射控制器，用于在图像感应期间，使发光器发射具有第二计算器所计算出的正确光发射强度的光。

附图说明

图1是第一和第二实施例通用的数码相机的方块图；

图2是说明第一实施例中光发射时间的时序图；

图3是说明第一实施例的操作的流程图；

图4是说明第二实施例中光发射时间的时序图；

图5是说明第二实施例的操作的流程图；

具体实施方式

下面将参考附图来对本发明的一个实施例进行说明。图1是根据该实施例的数码相机的电路配置的方框图。该数码相机具有一个光学透镜1、一个图像传感器2，如CCD，通过光学透镜1将像形成在其上(例如)、一个用于驱动图像传感器2的TG(定时发生器)3、一个包含用来保持图像传感器2的图像感应信号输出的CDS(相关复式采样)单元的单元电路4、一个用来放大图像感应信号的AGC(自动增益控制器)、一个用来将经过放大的图像感应信号转换成数字信号的ADC(模/数转换器)。光学透镜1由透镜驱动电路5来控制，其中该电路包含一个AF发动机等等。当在图像处理电路/CPU(中央处理单元)6的控制下来驱动透镜驱动电路5时，光学透镜1沿着光轴方向运动并且对图像传感器2上所形成的物体图像进行调焦。在AE控制期间，图像传感器2由TG3根据图像处理电路/CPU6所提供的快门脉冲来进行驱动，并且控制图像传感器2的电荷储存时间。这样就实现了电子快门。

图像处理电路/CPU6是一个具有多种信号处理和图像处理功能的控制器。图像处理电路/CPU6从由单元电路4转换成数字信号的图像感应信号产生一个视频信号，并作为一个完整图像来使显示单元7(例如一个TFT液晶监视器)显示由图像传感器2所感应的物体图像。在图像感应期间，图像处理电路/CPU6压缩图像感应信号，以产生一个具有预定格式的图像文件，并且将该图像文件保存在图像记录介质8(例如闪存)中。为了回放所保存的图像，图像处理电路/CPU6展开所压缩的图像文件并在显示单元7上显示该图像。

此外，图像处理电路/CPU6与包括多种按键(例如快门键)的操作按键单元9、存储器10以及闪光电路11相连。

在这个实施例中，图像处理电路/CPU6除了执行各种信号处理和图像处理功能外，还特别起预发射控制器61、图像感应光发射控制器62以及第一和第二计算器63与64的作用。

存储器10是一个程序ROM，该ROM记录了控制单个单元以及由图像处理电路/CPU6执行各种数据处理操作所必需的操作程序。在该实施例中，存储器10特别存储用于允许图像处理电路/CPU6起本发明的预发射控制器、图像感应光发射控制器以及第一和第二计算器作用的程序。

在该实施例中，闪光电路11包含一个作为发光器的发光二极管。光发射信号从图像处理电路/CPU6经由定时发生器3而被提供给闪光电路11，而且只有当该信号被输出时发光器才发光。也就是说，当该信号变化到高时发光器开始发光，而当该信号变到低时则停止发光。光量与发射时间成比例。由来自LED的闪光所照亮的物体的图像将经由光学透镜1形成在图像传感器2上，并且图像传感器2输出一个信号。单元电路4对图像传感器2的输出信号进行采样、放大和数字化，然后提供给图像处理电路/CPU6。图像处理电路/CPU6将该信号转换成亮度，并进行亮度积分以及直方图(histogram)处理。

存储器10也是一个能在需要的地方对所保存的数据(例如程序)进行重写的存储器。另外，上面所说明的程序和数据也能够部分地保存在图像记录介质8中。

下面将参照图2中所显示的时序图以及图3中所显示的流程图来解释具有上述设置的数码相机进行图像感应时的操作。该流程图说明了当选择捕获模式(图像感应模式)时在图像感应待机状态下的操作，其中以捕获模式在显示单元7上显示一个完整图像(through image)。

例如，当第一次按下快门键时，数码相机驱动闪光电路11来进行时间长为预定时间T1的第一次预发射，如图2所示。在进行第一次预发射时，通过使用从图象传感器2经由单元电路4所提供的图像感应信号(数字信号)，图像处理电路/CPU6计算直方图的最高亮度存在值(existence value)(直方图峰值)。作为确定直方图峰值(最大值)的一个条件，预先确定关于直方图总数的百分比。如果存在一个等于或大于该预先确定的百分比的值，那么就确定该值为直方图峰值。同样，在检验直方图时，为了防止饱和，时间T1取可能发生光发射的最小时间更适宜。将所确定的直方图峰值设为HysPeakT1(步骤S101)。

然后，对所获得的针对光发射时间T1的直方图最大值数据HysPeakT1与预先确定的峰值(最大值)存在值(目标最大直方图值)PeakTarget进行比较，从而检验(确定)光发射时间为T1的光发射是否已经超过了该目标值(步骤S102)。如果在步骤S102中确认(确定)HysPeakT1已经超过了PeakTarget(步骤S102中；NO)，那么将图像感应光发射时间SetTime设为T1(步骤S103)。

例如，当第二次按下快门键时，来进行时间长为SetTime的闪光发射图像感应(步骤S109)。也就是说，允许闪光电路11的发光二极管发射时间为SetTime的光，由图像传感器2加载图像，并且对该图像(目标图像)进行感应。对来自于单元电路4的经过感应的图像的数据进行压缩并保存在图像记录介质8中。

另一方面，如果在步骤S102中确认(确定)HysPeakT1没有超过PeakTarget(步骤S102；YES)，如图2所示，那么就进行时间长为T2(大于T1)的第二次预发射。与上面所说明的步骤S101中的处理相类似，在进行第二次预发射时，利用从图象传感器2经由单元电路4所提供的数字信号，来计算最大的直方图图亮度存在值(直方图峰值)，并将该直方图峰值设为HysPeakT2(步骤S104)。

然后，利用HysPeakT1、HysPeakT2以及光发射时间T1和T2由下列公式计算直方图峰值(最大值)关于光发射时间变化的变化比TestRatio(步骤S105)：

TestRatio＝(HysPeakT2/HysPeakT1)/(T2/T1)...(1)

利用TestRatio的计算，能够确认目标亮度关于光量变化的变化比。

另外，通过把TestRatio考虑在内，可以按照下列公式(2)来计算图像感应的光发射时间SetTime，在该时间内，第一次预发射中针对光发射时间为T1的最大直方图值数据HysPeakT1变为预定的目标峰值PeakTarget(步骤S106)：

SetTime＝Tl×(1/TestRatio)×PeakTarget/HysPeakT1...(2)

将计算出的SetTime与预定的最大光发射时间MaxSetTime进行比较。如果SetTime等于或大于MaxSetTime(步骤S107；NO)，则将SetTime限定为MaxSetTime(步骤S108)。如果SetTime小于MaxSetTime(步骤S107；YES)，则直接维持该SetTime值。在针对与在步骤S107中的确定值相对应的任一SetTime内执行以前所描述的闪光发射图像感应(步骤S109)。

因此，在该实施例中，只需进行两次预发射，而不要求任何传感器或距离信息，以及能够对来自物体的反射光进行正确的光发射量控制，而无需浪费任何电和时间。

在该实施例中，利用步骤S106中的公式(2)来计算SetTime。然而，如果在形成一个感应图像时对例如γ曲线进行了修正，那么必须用取消该γ曲线的逆γ曲线来对SetTime进行修正。

在该实施例中，设定第二次预发射的光发射时间比第一次预发射的长。但是，甚至在将第二次预发射的光发射时间设定为比第一次预发射的短时，也能够进行类似的控制。

在该实施例中，用发光二极管作为发光器。然而，甚至在使用另外一种发光器时，例如使用用闪光管来代表的放电管时，本发明当然也能很容易地适用。

当利用发光二极管或放电管来作为发光器时，为了控制光发射量，所优选的是如该实施例中的由光发射时间控制光发射量的方法。这样做是因为利用光发射时间时比利用当前的光发射量时更容易控制光发射量。

但是，如果形成了多个发光二极管或放电管，并且能够有选择地控制这些发光二极管或放电管的光发射，那么就能够控制这些发光元件中每一个的发射强度，以控制光发射量。

当用白炽灯来作为发光器时，能够通过控制光发射时间或光发射强度中的一个或两个来控制该白炽灯的光发射量。

图4和5说明了本发明的另外一个实施例。在该设备中，通过改变单元电路4中自动增益控制器(AGC)的放大系数，而不改变第二次预发射的光发射时间，来计算闪光图像感应的最佳放大系数。

也就是说，例如，当第一次按下快门键时，数码相机将单元电路4中自动增益控制器(AGC)的放大系数设定为标准值StandardGain。同样，数码相机驱动闪光电路11来进行时间长为预定时间T1的第一次预发射，如图4中所示。在进行第一次预发射时，通过使用从图象传感器2经由单元电路4所提供的图像感应信号(数字信号)，图像处理电路/CPU6计算直方图的最高亮度存在值(直方图峰值)。作为确定该直方图峰值(最大值)的一个条件，预先确定关于直方图的总数的百分比。如果存在一个等于或大于该预先确定的百分比的值，那么就确定该值为直方图峰值。同样，在检验直方图时，为了防止饱和，时间T1最好为可能发生光发射的最小时间。将所确定的直方图峰值设为HysPeak(步骤S201)。

然后，将所获得的针对光发射时间为T1的最大直方图值数据HysPeak与预定的峰值(最大)存在值(目标最大直方图值)PeakTarget进行比较，从而检验(确定)光发射时间为T1的光发射是否已经超过该目标值(步骤S202)。如果在步骤S202中确认(确定)HysPeak已经超过了PeakTarget(步骤S202中；NO)，那么将用于图像感应的自动增益控制器增益的放大系数SetGain设定为标准值StandardGain(步骤S203)。

例如，当第二次按下快门键时，将单元电路4中的自动增益控制器增益的放大系数设定为SetGain，并通过使闪光发射时间为T1的光来感应图像(步骤S209)。也就是说，允许闪光电路11的发光二极管(LED)发射时间为T1的光，由图像传感器2加载图像，并对该图像(目标图像)进行感应。通过单元电路4来获得用放大系数SetGain所放大的已感应图像的数据。对该数据进行压缩并保存在图像记录介质8中。

另一方面，如果在步骤S202中确认(确定)HysPeak没有超过PeakTarget(步骤S202；YES)，如图4所示，那么就将自动增益控制器(AGC)的放大系数设定为StandardGain+α dB，并进行时间为相同时间T1的第二次预发射。与上面所说明的步骤S201中的处理相类似，在进行第二次预发射时，利用从图象传感器2经由单元电路4所提供的图像感应信号(数字信号)，来计算最大的直方图亮度存在值(直方图峰值)，并将该直方图峰值设为HysPeak α(步骤S204)。

然后，通过下列公式利用HysPeak α、HysPeak以及α来计算直方图峰值(最大值)关于放大系数α的变化比TestRatio(步骤S205)：

TestRatio＝(HysPeak α/HysPeak)/10^(α/20)...(3)

利用该TestRatio的计算，能够确认目标亮度关于放大系数变化的变化比。

另外，通过把TestRatio考虑在内，可以由下式来计算自动增益控制器(AGC)增益的放大系数值SetGain，其中，针对光发射时间T1的最大直方图值数据HysPeak通过自动增益控制器(AGC)增益达到了预定的目标峰值PeakTarget(步骤S206)。

SetGain＝StandardGainX(1/TestRatio)XPeakTarget/HysPeak(4)

将计算出的SetGain与预定的最大值MaxSetGain进行比较。如果SetGain等于或大于MaxSetGain(步骤S207；NO)，则将该SetGain限定为MaxSetGain(步骤S208)。如果SetGain小于MaxSetGain(步骤S207；YES)，则直接维持该SetGain值。通过将单元电路4中自动增益控制器(AGC)增益的放大系数变为与步骤S207中的确定值相对应的任一SetGain，使闪光发射时间长为T1的光，从而进行图像感应(步骤S209)。

因此，在该实施例中，只需完成两次预发射，而不需要任何传感器或距离信息，以及对来自物体的反射光进行正确光发射量控制，而无需浪费任何电或时间。对于具有较小光量的发光二极管(LED)闪光来说，根据该实施例的方法尤其有效。

在该实施例中，利用步骤S206中的公式(4)来计算SetGain。然而，如果在形成一个感应图像时对例如γ曲线进行了修正，那么必须利用取消γ曲线的逆γ曲线来对SetGain进行修正。这与上面所描述的第一个实施例中的相同。

同样，①如果提前确定位于闪光不能达到的距离处的物体的图像将被感应是可能的，或②如果利用以前所描述的第一实施例的方法确定闪光还未到达物体，那么通过设定各种模式，例如自动调焦，利用第二个实施例的方法来计算最佳放大系数。因此，甚至在闪光达不到的距离处，利用最佳亮度也能够对物体的图像进行感应和记录。

在该实施例中，用发光二极管作为发光器。然而，甚至在使用另外一种发光器时，例如使用用闪光管所代表的放电管时，本发明当然也能很容易地适用。

Claims (4)

1.一种具有发光装置的图像感应设备，包括：

发光器；

其上形成物体图像的图像传感器；

用来对图像传感器的图像感应信号进行放大的放大器；

用于使发光器利用相同的光发射量进行两次预发射以及在两次预发射操作的一次当中改变放大器的放大量的预发射控制器；

第一计算器，用来根据在两次发光操作中所获得的并通过放大器进行不同放大的图像感应信号，来计算亮度关于放大量变化的变化比；

第二计算器，用来根据由第一计算器计算出的亮度关于放大量变化的变化比来计算将要进行图像感应时放大器的正确放大系数；

图像感应光发射控制器，用来在图像感应期间使发光器以上述光发射量发光，以及控制放大器使其具有第二计算器所计算出的放大系数。

2.根据权利要求1的具有发光装置的图像感应设备，其中第一计算器根据图像感应信号直方图中的亮度分布来进行计算。

3.一种图像感应设备的图像感应方法，包括：

预发射控制步骤，使图像感应设备的发光器利用相同的光发射量进行两次预发射以及利用改变后的放大量对两次预发射操作的一次当中的图像信号进行放大；

第一计算步骤，根据在两次发光操作中所获得的并在预发射控制步骤中进行不同放大的图像感应信号来计算亮度关于放大量变化的变化比；

第二计算步骤，根据第一计算步骤中所计算出的亮度关于放大量变化的变化比来计算将要进行图像感应时的正确放大系数；

图像感应光发射控制步骤，在图像感应期间使发光器以上述光发射量发光并利用第二计算步骤中所计算出的正确放大系数对图像感应信号进行放大。

4.根据权利要求3的图像感应设备的图像感应方法，其中在第一计算步骤中，根据图像感应信号直方图中的亮度分布来进行计算。

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