CN101472073A - 摄像设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摄像设备及其控制方法。该摄像设备包括光学变焦单元、电子变焦单元和控制器，其中，当所述光学变焦单元从第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近广角端的第二变焦区域移动时，所述控制器随着所述光学变焦单元的动作，以第一变化率离散地移动所述电子变焦单元，并且当所述光学变焦单元从所述第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近远摄端的第三变焦区域移动时，所述控制器随着所述光学变焦单元的动作，以第二变化率使所述电子变焦单元离散地动作。
Description
技术领域
本发明涉及一种摄像机和数字静止照相机等的摄像设备，尤其涉及一种用于随着光学变焦而进行数字变焦的摄像设备。
背景技术
摄像机等的一些摄像设备具有通过移动光学系统中的变倍透镜来改变倍率的光学变焦功能、以及通过使用经对由光学系统形成的被摄体图像进行光电转换而生成的图像来提供电子变焦的电子(或数字)变焦功能。可以通过组合地使用光学变焦功能和电子变焦功能来获得极高的变焦倍率(参见日本特开2002-314868号公报)。
然而，当在后部调焦机构(rear focus mechanism)中随着光学变焦倍率的变化而逐步地改变电子变焦倍率时，调焦透镜相对于变焦透镜的移动量在远摄侧比在广角端更大。因此，通过减轻调焦透镜的移动负荷使得光学系统的图像变倍率(imagemagnification variation ratio)(变化率)在越靠近远摄端的位置处越小。另一方面，当作为电子变焦的倍率的变化的图像变倍部的图像变倍是离散的时，其几乎不与上述光学系统的图像变倍率相匹配。然后，当变焦从广角端侧向远摄端侧移动时，在远摄端附近和广角端附近之间，光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的合成倍率的变焦速度或变化率有很大不同。因此，可能损害了用户的舒适的变焦操作。
发明内容
本发明涉及一种在使用光学/电子合成变焦功能时可以记录高质量图像、并减小远摄端附近和广角端附近之间的变焦速度的差异的摄像设备。
根据本发明的一个方面的摄像设备包括：光学变焦单元，用于通过使用后部调焦机构提供光学变倍；电子变焦单元，用于提供电子变倍；以及控制器，用于随着所述光学变焦单元的动作，通过至少使用第一变化率和小于所述第一变化率的第二变化率来离散地控制所述电子变焦单元的动作，其中，当所述光学变焦单元从第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近广角端的第二变焦区域移动时，所述控制器随着所述光学变焦单元的动作，以所述第一变化率离散地移动所述电子变焦单元，并且当所述光学变焦单元从所述第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近远摄端的第三变焦区域移动时，所述控制器随着所述光学变焦单元的动作，以所述第二变化率使所述电子变焦单元离散地动作。
根据本发明的另一个方面的摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括：光学变焦单元，用于通过使用后部调焦机构提供光学变倍；电子变焦单元，用于提供电子变倍；以及控制器，用于随着所述光学变焦单元的动作，通过至少使用第一变化率和小于所述第一变化率的第二变化率来离散地控制所述电子变焦单元的动作，所述控制方法包括以下步骤：当所述光学变焦单元从第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近广角端的第二变焦区域移动时，随着所述光学变焦单元的动作，以所述第一变化率离散地移动所述电子变焦单元；以及当所述光学变焦单元从所述第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近远摄端的第三变焦区域移动时，随着所述光学变焦单元的动作，以所述第二变化率使所述电子变焦单元离散地动作。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的摄像设备(摄像机)的结构的框图。
图2是示出根据第一实施例的摄像设备中的光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的关系的图。
图3是示出根据第一实施例的光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的关系以及根据比较例的光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的关系的图。
图4是示出根据第一实施例的摄像设备中的光学/电子合成控制的流程图。
图5是示出根据比较例的摄像设备中的光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的关系的图。
图6A是示出根据本实施例的摄像设备中的电子变焦(广角端和倍率A之间)的示意图。
图6B是示出根据本实施例的摄像设备中的电子变焦(倍率A和倍率B之间)的示意图。
图6C是示出根据本实施例的摄像设备中的电子变焦(倍率B和倍率C之间)的示意图。
图6D是示出根据本实施例的摄像设备中的电子变焦(倍率C和倍率D之间)的示意图。
图7是示出根据本发明第二实施例的光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的关系以及根据现有技术的光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的关系的图。
图8是用于说明凸轮轨迹(cam locus)的图。
具体实施方式
现在参考附图，将给出本发明的优选实施例的说明。
第一实施例
图1示出作为根据本发明第一实施例的摄像设备的摄像机100的结构。在图1中，101表示光学系统，该光学系统包括变倍透镜101a、调焦透镜101c、光圈和ND滤光器等的多个光学元件(未示出)、用于驱动各光学元件的致动器和驱动电路。变倍透镜101a、用于移动变倍透镜101a的致动器和驱动电路101b构成光学变焦单元。与变倍透镜101a相比位置更接近摄像侧的调焦透镜101c、用于移动调焦透镜101c的致动器和驱动电路101d构成调焦单元。换言之，摄像机100具有后部调焦机构。
后部调焦机构维持如图8所示的调焦透镜101c和变倍透镜101a之间的关系，并实现在相距距离为x和y的被摄体上聚焦。通过凸轮轨迹表示该关系。
102表示摄像部，该摄像部包括CCD传感器或CMOS传感器等的图像传感器、采样/保持(S/H)电路和预处理电路。103是信号处理器。摄像部102和信号处理器103构成摄像系统。
104表示作为电子变焦单元的图像变倍部，其中，该图像变倍部如图6A到6D所示从由摄像系统(信号处理器103)所生成的原始图像切出具有与电子变焦倍率相对应的像素数量的图像区域，并按照原样输出该图像区域或者将该图像区域转换或缩小成具有预定像素数量的图像之后再输出。具有该预定像素数量的图像是记录图像。
105表示将从图像变倍部104输出的记录图像记录在闪烁存储器、光盘和磁带等的记录介质中的信号记录器。
106表示用作控制器的微计算机，其控制摄像机100的整个操作。
微计算机106获得在用户操作变焦开关(未示出)时由用户指定的变焦倍率的命令值。另外，微计算机106根据命令值确定变倍透镜101a的位置或光学系统101的变焦倍率(在下文中称为“光学变焦倍率”)，并确定图像变倍部104的变焦倍率(在下文中称为“电子变焦倍率”)，并将它们发送到光学系统101和图像变倍部104。光学系统101启动致动器并将变倍透镜101a移动到由微计算机106所发送的位置。因此，进行了作为光学变倍的光学变焦。
微计算机106通过驱动光圈和ND滤光器调整来自被摄体的从光学系统101入射到图像传感器102a上的光量。
摄像部102通过来自被摄体的光在图像传感器102a的成像面上形成被摄体图像，并通过图像传感器102a将被摄体图像光电转换为电信号以存储并输出。从图像传感器102a输出的电信号在S/H电路进行采样和保持处理，然后提供给预处理电路。预处理电路对来自S/H电路的电信号提供自动增益控制(“automatic gain control，AGC”)处理、黑平衡处理、白平衡处理和伽玛校正处理等。
信号处理器103基于来自微计算机106的指示对从预处理电路输出的电信号提供加工和校正等的处理，并生成原始图像作为视频信号。将原始图像输出到图像变倍部104。
图像变倍部104根据由微计算机106指示的电子变焦倍率对原始图像进行上述处理，并生成记录图像作为要记录的视频图像。因此，进行了作为电子变倍的电子变焦。
本实施例的微计算机106具有光学/电子合成变焦功能，该光学/电子合成变焦功能使图像变倍部104通过随着光学系统101中的光学变焦或与该光学变焦结合来提供电子变焦。换言之，进行根据光学变焦倍率的变化控制电子变焦倍率的光学/电子合成变焦控制。
信号记录器105在将从图像变倍部104输出的记录图像处理并转换为适合于记录介质的格式之后将该记录图像记录在记录介质中。
随着光学变焦倍率的变化的电子变焦倍率的变化
图6A到6D示出随着光学变焦倍率的变化而改变电子变焦倍率的图像切出处理。该处理切出通过被摄体图像的光电转换处理而生成的图像(在下文中称为“原始图像”)中的部分图像区域，并将该部分图像区域转换为具有用于记录和再现的特定像素大小的图像。
假定原始图像具有1200像素×900像素的大小，并且摄像设备的图像记录器记录具有640像素×480像素的大小的图像。
当将光学变焦倍率设置为图2所示的广角端和倍率A之间的倍率时，从具有1200像素×900像素的原始图像中切出1188像素×891像素的图像区域，并且缩小至640像素×480像素以进行记录。所切出的图像区域小于原始图像以使得保持用于减少由手抖动引起的图像抖动的图像稳定化处理的余量(latitude)。通过根据手抖动补偿所切出的图像区域减少了要记录或要显示的图像的抖动。在由手抖动引起的图像抖动更不明显的广角区域附近，将少量的像素设置为图像稳定化余量。
当光学变焦倍率被设置在图2中的倍率A和倍率B之间时，从具有1200像素×900像素的原始图像中切出具有1020像素×765像素的图像区域，并缩小至640像素×480像素以进行记录。倍率A是由手抖动引起的图像抖动开始明显时的倍率，因此将足够多的像素设置为图像稳定化余量。该切出区域根据光学变焦倍率的变化而离散地改变。
在倍率A和倍率B之间将切出像素的数量设置为恒定，这是因为切出像素的数量的减少会导致记录图像的分辨率降低。因此，可以将倍率B设置为更靠近远摄端。
当光学变焦倍率被设置在图2中的倍率B和倍率C之间时，从具有1200像素×900像素的原始图像中切出具有840像素×630像素的图像区域，并缩小至640像素×480像素以进行记录。该切出区域根据光学变焦倍率的变化而离散地改变。
当光学变焦倍率被设置在倍率C和远摄端之间时，从具有1200像素×900像素的原始图像中切出具有640像素×480像素的图像区域，并将该图像区域按照原样进行记录。该切出区域根据光学变焦倍率的变化而离散地改变。
该光学/电子合成变焦功能提供了仅利用光学变焦难以获得的高变焦性能，而不会产生由传统的电子变焦中进行的电子图像放大处理所引起的图像质量下降。
如上所述，电子变焦的切出区域根据光学变焦倍率的变化而离散地改变，这是因为电子变焦倍率的变化的分辨率低于光学变焦倍率的变化的分辨率。
光学变焦倍率和电子变焦倍率
图2示出在微计算机106中的光学/电子合成变焦控制中的光学变焦倍率和电子变焦倍率(在图中示出为“图像变倍率”)之间的关系。图5是用于与图2进行比较的图。
当广角侧变焦区域(第二变焦区域)中的光学变焦倍率从广角端增加到倍率A时，随着光学变焦倍率的增加而离散地增加电子变焦倍率(图像变倍率)。相反地，当在广角侧变焦区域中减小光学变焦倍率时，随着光学变焦倍率的减小而离散地减小电子变焦倍率。连续的增加或减小(改变)可以是如图所示的曲线或线性的变化，以补偿由光学变焦所引起的视角的波动。
因此，广角变焦区域中的电子变焦倍率从与光学变焦倍率A相对应的电子变焦倍率(预定变焦倍率)到与不同于或低于光学变焦倍率A的光学广角端相对应的电子变焦倍率离散地改变。
通过离散地增加或减小参考图6A～6D说明的从原始像素中的切出像素的数量来进行电子变焦倍率的离散增加和减小。
当在倍率A和倍率B之间的中间变焦区域(第一变焦区域)中增加或减小光学变焦倍率时，将电子变焦倍率固定或维持为与光学变焦倍率A相对应的电子变焦倍率。换言之，仅允许改变光学变焦倍率，而不改变电子变焦倍率或者将电子变焦倍率维持为恒定。因此，可以在中间变焦区域中防止可能由电子变焦引起的记录图像的分辨率降低。
此外，当在倍率B和超过倍率C的远摄端之间的远摄侧变焦区域(第三变焦区域)中增加光学变焦倍率时，随着光学变焦倍率的增加而离散地增加电子变焦倍率。相反地，当在远摄侧变焦区域中减小光学变焦倍率时，随着光学变焦倍率的减小而离散地减小电子变焦倍率。
因此，远摄侧变焦区域中的电子变焦倍率从与光学变焦倍率B(A)相对应的电子变焦倍率(预定变焦倍率)到与不同于或高于光学变焦倍率B(A)的光学远摄端相对应的电子变焦倍率离散地改变。
这样，在从第一变焦区域向更靠近广角侧的第二变焦区域移动时，本实施例随着光学变焦以第一变化率离散地提供电子变焦。此外，在从第一变焦区域向与第一变焦区域相比更靠近远摄侧的第三变焦区域移动时，本实施例随着光学变焦以小于第一变化率的第二变化率离散地提供电子变焦。因此，即使在广角端和远摄端之间进行光学变焦时，光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的合成倍率(将在下文中称为“合成变焦倍率”)不会急剧改变，并且可以提供平滑的光学/电子变焦控制或者记录图像的视角的变化。
使光学变焦倍率C和远摄端之间的变焦区域中的光学变焦倍率的变化率(增加率)在越靠近远摄端的位置处变得越小，以避免调焦透镜的移动控制的延迟，其中调焦透镜的移动控制用于校正光学系统101的图像面相对于合成变焦倍率的变化速度的移位并维持在被摄体上的对焦状态，或者维持相对于变焦倍率的变化的焦点跟随性能。
在从光学变焦倍率C到远摄端的变焦区域中，与光学变焦倍率B和C之间的区域类似，本实施例使电子变焦倍率的变化率(增加率)在越靠近远摄端的位置处变得越大，以补偿光学变焦倍率的变化率的减小。另外，将调焦透镜101c驱动到遵循参考图8所述的凸轮轨迹的位置处。因此，具有后部调焦机构的摄像设备可以从广角端到远摄端维持均匀的变焦速度，并向用户提供良好的变焦操作感。
视角的变化
图3示出根据图5所示的比较例与根据本实施例的光学/电子合成变焦控制中的光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的变化状态的比较。如图3中的实线所示，当随着光学变焦倍率的变化而逐步地改变电子变焦倍率时，在记录图像中出现视角的急剧改变(台阶(step))。
另一方面，如图3中的虚线所示，本实施例随着光学变焦倍率的变化而离散地改变电子变焦倍率或将电子变焦倍率维持为恒定，视角的变化没有台阶，从而提供了平滑的视角变化。
流程
图4所示的流程图示出根据本实施例的利用微计算机106的光学/电子合成变焦控制的操作。根据存储在微计算机106中的计算机程序来执行该操作。
在步骤1中，微计算机106获得由用户操作变焦开关所指定的变焦倍率(对应于合成变焦倍率)。
接着，在步骤2中，微计算机106通过使用所获得的变焦倍率作为索引并通过参考存储有图2所示的光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的关系的数据表来确定光学变焦倍率和电子变焦倍率。
可选地，数据表可以存储变倍透镜101a的位置和前述的切出像素数量之间的关系，并且可以确定出作为与光学变焦倍率和电子变焦倍率相对应的信息的变倍透镜的位置和切出像素数量。另外，在不使用数据表的情况下，可以根据所指定的变焦倍率通过使用运算方程来计算光学变焦倍率和电子变焦倍率(或者变倍透镜的位置和切出像素数量)。
接着，在步骤3中，微计算机106将与在步骤2中确定出的光学变焦倍率相对应的变倍透镜101a的位置发送到光学系统101中的变倍透镜的驱动电路。由此，将变倍透镜101a驱动到所发送的位置处。另外，将调焦透镜101c驱动到根据图8所述的凸轮轨迹的位置处。
接着，在步骤4中，微计算机106将与在步骤2中确定出的电子变焦倍率相对应的切出像素数量发送到图像变倍部104。图像变倍部104通过使用所发送的切出像素数量来切出原始图像的一部分，进行任何必要的像素数量转换，并将结果输出到信号记录器105。因此，相关联地进行光学变焦和电子变焦，并且最终可以获得在步骤1中获得的变焦倍率。
因此，本实施例可以通过使用在后部调焦机构中的光学/电子合成变焦控制来获得高质量的不包含视角急剧变化的记录图像。此外，可以使广角端和远摄端之间的变焦速度均匀，并且提供给用户舒适的变焦操作感。
第二实施例
图7示出根据作为第一实施例的变形的本发明第二实施例的摄像机中的光学/电子合成变焦控制中的光学变焦倍率和电子变焦倍率(在图中示出为“图像变倍率”)之间的关系。
当光学变焦倍率在倍率A和倍率B之间的中间变焦区域(第一变焦区域)中改变(增加或减小)时，以适度的第三变化率来改变(增加或减小)电子变焦倍率(图像变倍率)。这里使用的“第三变化率”可以是恒定值或变量。因此，可以在中间变焦区域中避免可能由电子变焦引起的记录图像的分辨率降低。
当光学变焦倍率在广角端和倍率A之间的广角侧变焦区域(第二变焦区域)中改变(增加或减小)时，随着光学变焦倍率的变化以大于第三变化率的比率(第一变化率)离散地改变(增加或减小)电子变焦倍率。这里使用的“离散地改变”可以是如图所示的曲线变化或线性变化，以补偿由光学变焦引起的视角的波动。
当光学变焦倍率在倍率B和超过倍率C的远摄端之间的远摄侧变焦区域(第三变焦区域)中改变(增加或减小)时，随着光学变焦倍率的变化以大于第三变化率的比率(第二变化率)离散地改变(增加或减小)电子变焦倍率。
因此，本实施例随着在广角端和远摄端之间的光学变焦倍率的变化而没有台阶地将电子变焦倍率离散设置为连续值。因此，即使在广角端和远摄端之间进行光学变焦时，光学变焦倍率和电子变焦倍率之间的合成倍率也不会急剧改变，可以提供平滑的光学/电子合成变焦控制或记录图像的视角的变化。
本实施例在从光学变焦倍率C到远摄端的变焦区域中，还使得电子变焦倍率的变化率(增加率)在越靠近远摄端的位置处变得越大，以补偿光学变焦倍率的变化率的减小。因此，从广角端到远摄端可以获得均匀的变焦速度，并且提供给用户舒适的变焦操作感。
本实施例的光学/电子合成变焦控制中的微计算机106的操作与在第一实施例(图4)中说明的操作相类似，并且将省略对其的说明。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。例如，尽管上述实施例讨论了摄像机，然而本发明可以应用于数字静止照相机等的其它摄像设备。
Claims (6)
1.一种摄像设备，包括：
光学变焦单元，用于通过使用后部调焦机构提供光学变倍；
电子变焦单元，用于提供电子变倍；以及
控制器，用于随着所述光学变焦单元的动作，通过至少使用第一变化率和小于所述第一变化率的第二变化率来离散地控制所述电子变焦单元的动作，
其中，当所述光学变焦单元从第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近广角端的第二变焦区域移动时，所述控制器随着所述光学变焦单元的动作，以所述第一变化率离散地移动所述电子变焦单元，并且当所述光学变焦单元从所述第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近远摄端的第三变焦区域移动时，所述控制器随着所述光学变焦单元的动作，以所述第二变化率使所述电子变焦单元离散地动作。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，当所述光学变焦单元在所述第一变焦区域中动作时，所述控制器将所述电子变焦单元的变焦倍率设置为预定变焦倍率。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，当所述光学变焦单元在所述第一变焦区域中动作时，所述控制器以第三变化率改变所述电子变焦单元的变焦倍率，
其中，当所述光学变焦单元在所述第二变焦区域中动作时，所述控制器以大于所述第三变化率的所述第一变化率改变所述电子变焦单元的变焦倍率，以及
其中，当所述光学变焦单元在所述第三变焦区域中动作时，所述控制器以大于所述第三变化率的所述第二变化率改变所述电子变焦单元的变焦倍率。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器使得在所述第三变焦区域中越靠近远摄端的位置处所述光学变焦单元的变焦倍率的变化率越小。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器使得在所述第三变焦区域中越靠近远摄端的位置处所述电子变焦单元的变焦倍率的变化率越大。
6.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括：光学变焦单元，用于通过使用后部调焦机构提供光学变倍；电子变焦单元，用于提供电子变倍；以及控制器，用于随着所述光学变焦单元的动作，通过至少使用第一变化率和小于所述第一变化率的第二变化率来离散地控制所述电子变焦单元的动作，所述控制方法包括以下步骤：
当所述光学变焦单元从第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近广角端的第二变焦区域移动时，随着所述光学变焦单元的动作，以所述第一变化率离散地移动所述电子变焦单元；以及
当所述光学变焦单元从所述第一变焦区域向与所述第一变焦区域相比更靠近远摄端的第三变焦区域移动时，随着所述光学变焦单元的动作，以所述第二变化率使所述电子变焦单元离散地动作。
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