CN103108135A - 摄像设备和光圈控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及摄像设备和光圈控制方法。该摄像设备包括：摄像单元；第一信息获取单元，用于获取与用于将光引导至所述摄像单元的镜头单元的焦距有关的信息；第二信息获取单元，用于获取与所述摄像单元上的入射光量有关的信息；以及控制单元，用于对用于调整所述摄像单元上的入射光量的光圈进行控制，其中，所述控制单元基于所述第一信息获取单元所获取的与焦距有关的信息以及所述第二信息获取单元所获取的与入射光量有关的信息，确定用于所述光圈的光圈控制的最大开口值。
Description
技术领域
本发明涉及能够通过具有光学变焦功能的镜头单元拍摄被摄体的摄像设备。
背景技术
近年来，对于使用高倍率镜头的诸如数字照相机和数字便携式摄像机等的较小和较轻的摄像设备存在强烈的需求。在这种情况下，认为与镜头单元的光学变焦倍率有关的规范的数值是非常重要的。
然而，如果缩小镜头单元的大小并增大其倍率，则由于例如镜头的特别是在光学变焦的较长焦距侧(即，远摄侧)上的色差而导致图像质量趋于劣化。例如，已知由于入射到镜头的光的反射而发生耀斑(flare)。在发生耀斑的情况下，图像中的黑色区域的水平上升(失调的黑色水平)，并且图像的对比度降低。
日本特开平8-256288讨论了一种通过改变能够根据镜头的焦距信息而进行控制的光圈的最大全开口F值，来防止较长焦距侧上的图像质量劣化的方法。根据该方法，通过减小光圈的开口值来减小镜头的色差，并且使用镜头的光学数据、针对各个焦距来计算用于减小镜头色差的光圈的F值。然后，通过将所获得的F值作为最大全开口F值来对光圈的开口直径进行控制。根据该控制，能够抑制较长焦距侧上的图像质量劣化(参见图8A和8B)。
然而，根据日本特开平8-256288中所讨论的方法，针对各个焦距设置使防止图像质量劣化优先的最大全开口F值。因此，通过使用能够控制光圈并且与变焦时的各个焦距信息相对应地设置的最大全开口F值来对光圈进行控制。因此，如果焦距长，则由于入射光量通过光圈控制而被显著地减小，因而在获得合适的曝光时需要对快门速度和增益进行控制。由于快门速度根据与帧频的关系而具有速度下限，因此，如果在快门速度最低的情况下没有获得合适的曝光，则增大增益值。然而，如果增大增益值，则图像的信噪比(S/N)将会降低。特别地，如果场景为入射光量小的场景(例如，室内场景)，则增益值的增加量增大，并且与由于镜头的色差所导致的图像质量下降相比、由于增大增益值所导致的图像质量下降对图像具有更大的影响。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种摄像设备包括：摄像单元；第一信息获取单元，用于获取与用于将光引导至所述摄像单元的镜头单元的焦距有关的信息；第二信息获取单元，用于获取与所述摄像单元上的入射光量有关的信息；以及控制单元，用于对用于调整所述摄像单元上的入射光量的光圈进行控制，其中，所述控制单元基于所述第一信息获取单元所获取的与焦距有关的信息以及所述第二信息获取单元所获取的与入射光量有关的信息，确定用于所述光圈的控制的最大开口值。
根据本发明的其它方面，一种摄像设备的光圈控制方法，该方法包括：获取与用于将光引导至摄像单元的镜头单元的焦距有关的信息；获取与所述摄像单元上的入射光量有关的信息；对用于调整所述摄像单元上的入射光量的光圈进行控制；以及基于所获取的与焦距有关的信息和所获取的与入射光量有关的信息，确定用于控制所述光圈的最大开口值。
根据以下参考附图的典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的典型实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明典型实施例的摄像设备的示意结构框图。
图2是示出根据本发明第一典型实施例的用于计算光圈的最大全开口F值的校正曲线的图。
图3是示出根据本发明第一典型实施例的考虑到最大全开口F值的光圈控制的图。
图4是示出根据本发明第一典型实施例的光圈控制处理的流程图。
图5是示出根据本发明第二典型实施例的用于计算最大全开口F值的方法的图。
图6是示出根据本发明第三典型实施例的校正曲线的图。
图7是示出根据本发明第三典型实施例的光圈控制处理的流程图。
图8A和8B是示出根据传统技术的最大全开口F值和焦距之间的关系的图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的多个典型实施例、特征和方面。
将说明本发明的第一典型实施例。图1是示出根据本发明典型实施例的摄像设备100的示意结构的例子的框图。摄像设备100是诸如数字静止照相机或数字便携式摄像机的摄像设备，并且摄像设备100也是可更换镜头式摄像设备，其具有可移除地安装在照相机主体的镜头接口26上的镜头单元。摄像设备100接收经由镜头1入射到图像传感器13的光束，并且根据从微计算机18提供给多个电路的指令来生成拍摄图像。
镜头1将从外部入射到摄像设备100的光束引导至摄像设备100的内部。尽管为了简化说明而在图1中的镜头1包括单个镜头，然而其也可包括多个镜头。
镜头驱动马达2通过根据从镜头驱动单元10所提供的驱动电力在光轴方向上驱动镜头1，以对镜头1的焦距进行控制。镜头状态检测电路3对镜头1的驱动状态进行检测并且将所检测到的镜头1的焦距信息输出至微计算机18。虽然本典型实施例中描述的是具有用于驱动镜头1的镜头驱动马达2的摄像设备，但是，可以对摄像设备进行配置从而通过手动操作来驱动镜头1。如果手动驱动镜头1，则镜头驱动马达2和镜头驱动单元10不是必需的。即使手动进行镜头操作，镜头状态检测电路3也检测诸如镜头1的焦距等的驱动状态。
光圈4具有用于调整入射光量的叶片。光圈驱动马达5根据从光圈驱动单元11所提供的驱动电力来驱动光圈4。光圈驱动单元11基于从微计算机18所获得的光圈的驱动量和驱动速度对要提供至光圈4的驱动电力进行计算。光圈状态检测电路6对光圈4的驱动状态进行检测并且将检测结果输出至微计算机18。
中性密度(ND)滤波器7使经由镜头1入射的光衰减。ND滤波器驱动马达8根据从ND滤波器驱动单元12所提供的驱动电力来移动ND滤波器7。虽然为了简化说明而在如图1的ND滤波器7中包括一个ND滤波器，但是也可以包括多个具有不同密度的ND滤波器。
ND滤波器状态检测电路9对ND滤波器7的驱动状态进行检测并且将检测结果输出至微计算机18。根据本典型实施例，虽然描述了具有要由ND滤波器驱动马达8来驱动的ND滤波器7的摄像设备，然而，也可以使用具有固定的ND滤波器7的摄像设备或者没有ND滤波器7的摄像设备。如果使摄像设备的ND滤波器7固定，或者如果摄像设备不包括ND滤波器7，则ND滤波器驱动马达8和ND滤波器驱动单元12不是必需的。即使手动操作ND滤波器，ND滤波器状态检测电路9也对ND滤波器7的驱动状态进行检测。
图像传感器13进行被摄体的拍摄。根据本典型实施例，图像传感器13包括X-Y地址型互补金属-氧化物半导体(CMOS)图像传感器。然而，其可以包括电荷耦合装置(CCD)图像传感器。相关双采样(CDS)/自动增益控制(AGC)电路15基于在图像传感器13的各像素上累积的电荷来进行图像信号的采样和放大。要进行的采样是相关双采样，并且要进行的放大是自动增益控制。模数(A/D)转换器16将从CDS/AGC电路15输出的模拟图像信号转换为数字图像信号。数字信号处理电路17进行与从A/D转换器16输出的数字图像信号有关的多种信号处理。
微计算机(以下也称为控制器)18进行摄像设备100的操作的整体控制。例如，控制器18从数字信号处理电路17接收例如亮度或颜色的信息，并且进行多种计算处理以及与各处理单元的数据通信。
最大全开口F值计算电路22基于从镜头状态检测电路3传送来的焦距信息以及从下述的入射光量检测电路21获取到的入射光量信息，对用于光圈控制的最大全开口F值(光圈4的最大开口值)进行计算。在计算用于光圈控制的最大全开口F值时，使用提供最大全开口F值的表，该最大全开口F值是根据在存储器19中记录的焦距和入射光量的信息所计算出的。如果未提供这样的表，则可以通过使用与入射光量相对应的插值来获得用于光圈控制的最大全开口F值，其中，该入射光量是根据存储于存储器19中的两条对应于各焦距的最大全开口F值的曲线所获得的。光圈4的最大开口值是光圈4的用于光圈控制的开口值的最大值。根据光圈控制，将光圈4的开口值基于被摄体亮度控制在开口值不超过最大开口值的范围内。
镜头驱动单元10根据控制器18的控制向镜头驱动马达2提供驱动电力。例如，在控制器18接收到用于指示焦距的改变的命令的情况下，镜头驱动单元10提供用于在光轴方向上移动镜头1的驱动电力。以这种方式，可以对焦距进行控制。
光圈驱动单元11根据控制器18的控制向光圈驱动马达5提供驱动电力。例如，光圈驱动单元11根据控制器18的与图像传感器13所拍摄到的图像的测光值(亮度值)相对应的控制，提供用于关闭或开启光圈4的驱动电力。由此，对光圈进行控制并使适量的光入射到图像传感器13。
ND滤波器驱动单元12根据控制器18的控制向ND滤波器驱动马达8提供驱动电力。例如，通过控制器18的与图像传感器13所拍摄到的图像的测光值相对应的控制，ND滤波器驱动单元12提供用于使入射到ND滤波器7的光的衰减量增大或减小的驱动电力。以这种方式，根据所拍摄图像的测光值对入射到图像传感器13的光的衰减进行控制。
通过控制器18经由照相机侧的镜头接口26和镜头侧的镜头接口27对镜头驱动单元10、光圈驱动单元11以及ND滤波器驱动单元12进行控制。
基于控制器18的控制，图像传感器驱动单元14将用于驱动图像传感器13的驱动脉冲提供给图像传感器13。图像传感器13根据该驱动脉冲读出拍摄图像并且控制曝光时间(电荷累积时间)。例如，通过控制器18根据图像传感器13拍摄到的图像的测光值所进行的控制，图像传感器驱动单元14提供要用于图像传感器13的曝光的驱动脉冲。以这种方式，摄像设备根据拍摄图像的测光值对图像传感器13的曝光时间进行控制。
存储器19是用于临时和/或永久地存储数据的随机存取存储器(RAM)等。例如，存储器19临时存储由图像传感器13拍摄到的图像数据；临时存储在存储器19中的图像数据随后将经过由数字信号处理电路17进行的相关的处理。另外，将用于驱动摄像设备100的程序存储于存储器19中。控制器18顺序调用并执行该程序。诸如可移除的存储卡等的记录介质20存储由数字信号处理电路17处理后的图像数据。
入射光量检测电路21(第一信息获取单元)根据由图像传感器13进行的拍摄所获得的图像数据的亮度信息对入射光量进行检测，并将入射光量的信息作为检测结果传送至控制器18。显示装置23基于数字信号处理电路17处理后的图像数据来显示图像。根据本典型实施例，如图1所示那样独立地说明各个单元。然而，可以由控制器18集中执行图1中示出的各个单元所进行的某些处理，例如，与焦距信息的获取有关的处理或者与入射光量信息的获取有关的处理。
接下来，将参考图2、图3和图4说明根据本实施例的摄像设备100所进行的光圈控制的处理。
假定图4中示出的流程图在已将摄像设备100置于默认的工作状态(例如，准备好获得图像)之后开始(启动)。在该状态下，在步骤S101，控制器18判断用户是否对操作单元(未示出)进行操作而改变了焦距。如果控制器18判断为焦距没有改变(步骤S101的否)，则由于不必计算新的最大全开口F值，因此流程图的处理结束。如果控制器18判断为焦距发生改变(步骤S101的是)，则处理进入步骤S102。在步骤S102中，镜头状态检测电路3获取焦距的信息(以下也称为焦距信息)，并且处理进入步骤S103。接下来，在步骤S103中，入射光量检测电路21(第二获取单元)获取与图像传感器13上的入射光量有关的信息，并且处理进入步骤S104。虽然为了获取最新的入射光量、入射光量检测电路21根据焦距改变之后由图像传感器13拍摄到图像的被摄体的亮度信息来获取入射光量信息，但是，可以根据焦距改变之前由图像传感器13拍摄到图像的被摄体的亮度信息来获取入射光量信息。
在步骤S104中，最大全开口F值计算电路22基于在步骤S102中获取的焦距信息和在步骤S103中获取的入射光量信息，计算能够这样控制的光圈4的最大全开口F值(最大开口量)。当最大全开口F值计算电路22计算最大全开口F值时，最大全开口F值计算电路22参考用于计算最大全开口F值的两条校正曲线。图2中示出了校正曲线的例子，可以将这些曲线存储在存储器19中。校正曲线A用于优先防止由于例如由镜头色差所产生的耀斑而导致的图像质量下降。校正曲线A表示与诸如入射光量较大的室外场景等的环境相对应的大的光圈校正量。校正曲线B用于相对于由于镜头色差引起的图像质量下降、优先防止由于增大的增益值所导致的图像质量下降。校正曲线B表示与诸如入射光量小的室内场景等的环境相对应的小的光圈校正量。
最大全开口F值计算电路22基于入射光量检测电路21所获取的入射光量信息，通过对两条校正曲线A和B进行插值来计算针对当前的入射光量的校正曲线。然后，基于镜头状态检测电路3所获取的焦距信息和所获得的校正曲线，对光圈的与当前焦距相对应的最大全开口F值进行计算。
在步骤S105中，如图3所示，控制器18将光圈的当前的F值与步骤S104中计算出的最大全开口F值进行比较。如果控制器18判断为当前的F值是在最大全开口F值的全开口侧(步骤S105中的是)，则处理进入步骤S106。在步骤S106中，光圈驱动单元11进行光圈控制以使得当前的F值例如与所获得的最大全开口F值相等。可选地，在步骤S106中，并非必须对光圈进行控制以使当前的F值与最大全开口F值相等。作为替代，针对当前的F值可以使用不同的F值，只要光圈的开口值等于或小于最大开口值并且该F值大致等于最大全开口F值即可。如果控制器18判断为当前的F值不在最大全开口F值的全开口侧(步骤S105中的否)，则维持当前的F值，并且结束图4中示出的流程图的处理。
如上所述，根据本典型实施例，基于焦距信息和入射光量信息来确定用于控制光圈的开口的光圈的最大开口值。然而，为了产生光圈开口的变化，不是必须改变焦距信息或者入射光量信息。具体地，如果不改变焦距，则与入射光量是第一光量的情况相比，与小于第一光量的第二光量的入射光量相关的最大开口值增大。另外，如果不改变入射光量，则与焦距是第一焦距的情况相比，与短于第一焦距的第二焦距相关的最大开口值相对增大。换句话说，通过根据拍摄环境来计算合适的校正曲线以确定最大全开口F值，可以进行对防止图像质量下降有用的良好的光圈控制。
接下来，将说明第二典型实施例。根据第一典型实施例，根据入射光量通过对两条校正曲线进行插值，获得用于控制光圈的最大全开口F值。相反，根据第二典型实施例，将说明能够不对两条校正曲线进行插值而确定最大全开口F值的方法。由于根据本实施例的摄像设备的结构类似于第一典型实施例，因此，不重复说明。
另外，根据本典型实施例，仅仅在图4的流程图中所示出的步骤S104中用于计算最大全开口F值的方法不同于第一典型实施例中的处理。
根据本实施例，在图4中示出的流程图的步骤S104中，如图5所示地对能够由当前的入射光量所控制的最大全开口F值进行确定。例如，如图5所示，最大全开口F值计算电路22设置与当前的入射光量相对应的(以虚线示出的)基准值。如果基准值不位于两条校正曲线之间，则将更接近于基准值的校正曲线的F值用作最大全开口F值。如果基准值位于两条校正曲线之间，则将基准值作为最大全开口F值。
根据上述方法，可以考虑到拍摄环境来确定限制F值，并且如第一典型实施例中所述的方法所实现的那样、可以进行对防止图像质量下降有用的良好的光圈控制。
接下来，将说明第三典型实施例。根据第一典型实施例和第二典型实施例，考虑了当增大焦距时最大全开口F值偏移到与全开口侧相对的侧的情况。然而，依赖于镜头设计，可能需要如图6所示、在焦距的中间位置处大大地减小开口值。在这种情况下，当焦距增大时亮度迅速减小。因此，根据第三典型实施例，将参考图7说明如下方法：在校正曲线在焦距的中间位置处向与全开口侧相对的侧大大下降的情况下，该方法通过根据焦距的变化的光圈控制来防止亮度迅速减小。由于根据第三典型实施例的摄像设备的结构类似于第一典型实施例和第二典型实施例，因此，不重复说明。
由于图7中的步骤S101至S106中进行的处理与第一典型实施例的图4中具有相同步骤编号的处理类似，因此，不重复说明。在步骤S107中，控制器18对与步骤S106中的光圈控制有关的F值的变化量进行计算。然后，在步骤S108中，控制器18基于步骤S107中计算出的F值的变化量进行与光圈控制不同的控制，以减少通过步骤S106中所进行的光圈控制的曝光变化。
上述与光圈控制不同的控制包括例如快门速度控制、增益控制和ND滤波器控制。可以通过摄像设备的模式或拍摄环境来确定是否采用这样的控制以进行校正。例如，如果将摄像设备设置为快门速度优先(TV优先)模式，则可以通过采用快门速度控制以外的控制来减少曝光中的变化。另外，如果在具有较小入射光量的室内使用摄像设备，则可以通过采用增益控制以外的控制来减少曝光中的变化。
如上所述，通过采用与光圈控制不同的控制、以对在进行用于防止图像质量下降的良好的光圈控制的情况下所发生的曝光变化量进行补偿，可以在防止图像质量下降的同时实现良好的曝光控制。
本发明不限于上述典型实施例，并且可以应用多种改变和变形，只要其落入本发明的保护范围内即可。例如，虽然在描述实施例时使用了可更换镜头式摄像设备，但是，也可以使用集成了镜头单元的摄像设备。
此外，虽然根据上述典型实施例、使用校正曲线计算了最大全开口F值，但是，如果预先在例如存储器19中存储了将入射光量和焦距的组合与最大全开口F值相关联的表，则可以根据该表获得最大全开口F值。
此外，在上述典型实施例中，如果入射光量在预定范围内，则可以基于焦距信息和入射光量信息对用于光圈控制的光圈的最大开口值进行确定。根据该配置，如果焦距不改变，则在入射光量大于预定范围的上限的情况下，将最大开口值设置为入射光量在该上限处的开口值。另外，在入射光量小于预定范围的下限的情况下，将最大开口值设置为入射光量在该下限处的开口值。
根据上述典型实施例，如果被摄体亮度改变并且被摄体变得更亮，则用于完全打开开口的控制可以优先于用于增大增益的控制，并且可以将上述预定范围设置在与和用于增大增益值的控制有关的亮度相对应的入射光量的范围内。换句话说，可以通过完全打开光圈的开口将上述预定范围的上限和下限设置为需要增大增益值的小的光量。
此外，可以将摄像设备配置为对上述典型实施例的一部分进行组合。
此外，本发明的典型实施例包含将用于实现上述典型实施例的功能的软件程序提供给包括能够直接从记录介质或经由有线/无线通信来进行该程序的计算机的系统或设备的情况，并且该软件程序由该计算机来进行。因此，在计算机内提供并安装的用于在该计算机上实现本发明典型实施例的功能和处理的程序代码本身也构成本发明典型实施例。换句话说，用于实现本发明典型实施例的功能和处理的计算机可进行程序本身构成本发明的典型实施例。在这种情况下，可以采用诸如对象代码、解释器所进行的程序或提供给操作系统(OS)的脚本数据的任何的程序形式，只要实现该程序的功能即可。用于提供程序的记录介质可以包括例如硬盘、诸如磁带的磁记录介质、光/磁光记录介质和非易失性半导体存储器。可以将用于实现本发明典型实施例的计算机可进行程序提供给服务器以将其存储到计算机网络上，并且连接至该服务器的客户端计算机可以下载该计算机可进行程序以进行使用。
虽然参考典型实施例说明了本发明，应该理解，本发明不局限于公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包括全部这种变型以及等同的结构和功能。
Claims (10)
1.一种摄像设备，包括：
摄像单元；
第一信息获取单元，用于获取与用于将光引导至所述摄像单元的镜头单元的焦距有关的信息；
第二信息获取单元，用于获取与所述摄像单元上的入射光量有关的信息；以及
控制单元，用于对用于调整所述摄像单元上的入射光量的光圈进行控制，
其中，所述控制单元基于所述第一信息获取单元所获取的与焦距有关的信息以及所述第二信息获取单元所获取的与入射光量有关的信息，确定用于所述光圈的控制的最大开口值。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，如果基于所获取的与焦距有关的信息的焦距没有改变，则与基于所获取的与入射光量有关的信息的入射光量是第一光量的情况相比，在基于所获取的与入射光量有关的信息的入射光量是小于所述第一光量的第二光量的情况下，所述控制单元增大所述最大开口值。
3.根据权利要求2所述的摄像设备，其中，如果基于所获取的与入射光量有关的信息的入射光量没有改变，则与基于所获取的与焦距有关的信息的焦距是第一焦距的情况相比，在基于所获取的与焦距有关的信息的焦距是短于所述第一焦距的第二焦距的情况下，所述控制单元增大所述最大开口值。
4.根据权利要求2所述的摄像设备，其中，如果基于所获取的与入射光量有关的信息的入射光量在预定范围内，则所述控制单元基于所述第一信息获取单元获取到的与焦距有关的所获取信息以及所述第二信息获取单元获取到的与入射光量有关的所获取信息，确定用于所述光圈的光圈控制的最大开口值。
5.根据权利要求4所述的摄像设备，其中，如果基于所获取的与焦距有关的信息的焦距没有改变、并且如果基于所获取的与入射光量有关的信息的入射光量大于所述预定范围的上限，则所述控制单元改变所述最大开口值，以使其与基于所获取的与入射光量有关的信息的入射光量为所述上限的情况下的最大开口值相等。
6.根据权利要求4所述的摄像设备，其中，如果基于所获取的与焦距有关的信息的焦距没有改变、并且如果基于所获取的与入射光量有关的信息的入射光量小于所述预定范围的下限，则所述控制单元改变所述最大开口值，以使其与基于所获取的与入射光量有关的信息的入射光量为所述下限的情况下的最大开口值相等。
7.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述控制单元根据被摄体的亮度，在不超过所述最大开口值的范围内对所述光圈的开口值进行控制。
8.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述第二信息获取单元基于从所述摄像单元输出的图像信号获取与所述入射光量有关的信息。
9.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，如果要根据所述最大开口值的确定来改变所述光圈的开口值，则所述控制单元进行与所述光圈的控制不同的控制，以对由于所述光圈的开口值的改变而导致的曝光变化量进行补偿。
10.一种摄像设备的光圈控制方法，该方法包括：
获取与用于将光引导至摄像单元的镜头单元的焦距有关的信息；
获取与所述摄像单元上的入射光量有关的信息；
对用于调整所述摄像单元上的入射光量的光圈进行控制；以及
基于所获取的与焦距有关的信息和所获取的与入射光量有关的信息，确定用于控制所述光圈的最大开口值。
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