CN103248835B

CN103248835B - 暗曝光控制装置

Info

Publication number: CN103248835B
Application number: CN201310045702.7A
Authority: CN
Inventors: 朝仓直人; 木村吉孝; 小迫幸圣
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: CN103248835A; JP5957925B2; US9544502B2; US20130201390A1; JP2013162497A

Abstract

一种暗曝光控制装置，该装置包括暗曝光执行处理器、孔径光阑和孔径光阑驱动处理器。暗曝光执行处理器检测当快门被关闭时成像装置产生的图像信号。孔径光阑调节入射在成像装置上的光的量。孔径光阑驱动处理器调节当暗曝光执行处理器被操作时孔径光阑的开放程度，使其小于针对主曝光设定的开放程度。

Description

暗曝光控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制设置在数码相机中的成像装置的曝光的装置，并且更具体地涉及一种控制暗曝光的装置，以便检测由成像装置产生的暗电流导致的图像信号的噪声分量。

背景技术

当成像装置未接收光时，在成像装置中产生暗电流。曝光时间越长，对拍摄的图像的影响越大。传统上，如在USP5,729,288中所公开的，存在如下的已知装置：每次执行主曝光，就进行暗曝光，并且从通过主曝光而获得的图像数据中减去通过暗曝光而获得的图像数据，以减少暗电流的影响。

在暗曝光中，当仅关闭快门时对光的阻断可能是不充分的。例如，当汽车经过正进行天文摄影的地方时，如果来自前灯的强光通过摄影镜头进入相机机身，光可能通过关闭的快门泄露到成像装置的光接收表面。在传统的单反相机中，进行暗曝光的同时向下移动反光镜，并且通过摄影镜头的光被反光镜部分阻断。因此，进入成像装置的光的量相对较小。相反地，在无反光镜型相机（其是最近的发展）中，通过摄影镜头的光直接打到快门，并因此光可能容易地进入成像装置。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种暗曝光控制装置，该装置能够显著减少进入成像装置的光的量，甚至在进行暗曝光时强光进入摄影镜头的情况下。

根据本发明，提供一种暗曝光控制装置，该装置设置在具有成像装置和用于控制成像装置的曝光的快门的相机中，暗曝光控制装置包括暗曝光执行处理器、孔径光阑和孔径光阑驱动处理器。

暗曝光执行处理器检测当快门被关闭时成像装置产生的图像信号。孔径光阑调节入射在成像装置上的光的量。孔径光阑驱动处理器调节当暗曝光执行处理器被操作时孔径光阑的开放程度，使其小于针对主曝光设定的开放程度。

附图说明

根据参考附图的下面的描述中，将会更好地理解本发明的目标和优点，附图中：

图1是单反相机的框图，其对本发明的第一到第三实施方式是通用的。

图2是第一实施方式中的正常拍摄模式的控制例程的流程图；

图3是第一实施方式中的B挡拍摄模式的控制例程的流程图；

图4是第二实施方式中的正常拍摄模式的控制例程的流程图；

图5是第二实施方式中的B挡拍摄模式的控制例程的流程图；

图6是第三实施方式中的正常拍摄模式的控制例程的流程图；

图7是第三实施方式中的B挡拍摄模式的控制例程的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施方式。图1是单反相机的总体结构的框图，其对本发明的第一到第三实施方式是通用的。

孔径光阑13设置在摄影镜头11和摄影镜头12之间，并且反光镜14、快门帘幕15和成像装置16设置在摄影镜头11和摄影镜头12的后方。棱镜17安装在反光镜14的上方。聚焦屏18设置在棱镜17的下方，并且物镜19设置在棱镜17的后方。

在光轴上的摄影镜头11和摄影镜头12的位置由镜头控制电路21控制，以便能够执行调焦和变焦操作。孔径光阑的开放程度由孔径光阑驱动电路22调节，以便入射在成像装置16上的光的量能够被调节。反光镜14由反光镜驱动电路23转动，并且快门帘幕15由快门驱动电路24打开并关闭。摄影镜头11和摄影镜头12的对焦状态由AF传感器25检测，并且被拍物体的亮度由测光传感器26检测。由AF传感器25和测光传感器26所检测到的信号输入至CPU31。根据这些信号，镜头控制电路21、孔径光阑驱动电路22、反光镜驱动电路23和快门驱动电路24得以控制，并因此而进行拍摄。

包括快门按钮、模式旋钮等等的操作构件32和状态指示装置33（比如，液晶显示器）连接至CPU31。通过操作操作构件32，不仅确定了拍摄模式，还设定了快门速度和孔径值，并且执行了拍摄。在对操作构件32操作时设定的拍摄模式、快门速度和孔径值显示在状态指示装置33上。

温度传感器28附接至成像装置16的基板，以便成像装置16的温度能够被检测并被输入至CPU31。成像装置16的成像操作，即图像信号的电荷存储操作和读取操作，由图像处理电路（DSP）41控制，以便在DSP41中对拍摄期间由成像装置16产生的图像信号进行预定图像处理。

存储器42、卡接口43和监视接口44连接至DSP41。液晶显示器驱动电路45连接至监视接口44，并且液晶显示器（LCD）46和背光47连接至液晶显示器驱动电路45。被进行图像处理之后的图像信号存储在存储器42中。其也可以记录在连接至卡接口43的卡存储器（未示出）中，并且指示在LCD46上。

图2是第一实施方式中的正常拍摄模式的控制例程的流程图。在步骤101中，应用操作构件32设定拍摄条件，比如成像装置16的感光度和快门速度（Tv）。当快门按钮被完全压下时，执行步骤102来启动拍摄。在步骤103中，根据此时设定的拍摄条件，确定是否需要长曝光NR（即，降噪）过程。注意，拍摄条件包括曝光时间（或快门速度）、成像装置16的感光度和成像装置16的温度。还需注意，长曝光NR过程是以超过十秒的曝光时间（例如，当快门帘幕15被关闭时（即，暗曝光））执行拍摄时，为从图像信号去除由成像装置16产生的暗电流导致的噪声分量，而进行的控制过程。即，噪声分量是不能仅通过DSP41降低的像素缺陷，而应该由长曝光NR过程校正。

当在步骤103中确定长曝光NR过程不是必要的时，执行步骤104并且仅进行主曝光。即，不执行暗曝光，进行正常拍摄。在步骤105中，从成像装置16输出图像信号，并且在DSP41中对图像信号进行图像处理，并因此完成拍摄。

相反地，当在步骤103中确定需要长曝光NR过程时，程序进行到步骤106，在步骤106中进行主曝光，使孔径光阑13的开放程度最小化，并且执行暗曝光。更具体地，主曝光之后，完全关闭快门帘幕15并且使孔径光阑13的开放程度最小化，以便能够检测快门帘幕15被关闭时由成像装置16产生的噪声分量的图像信号并将该图像信号输出至DSP41。注意，尽管暗曝光时间可能与主曝光的曝光时间相同，但是可能的是，暗曝光比主曝光短，并且可以通过计算得到对应于主曝光时间的噪声分量。

在步骤107中，在DSP41中校正主曝光的图像数据，其中从主曝光的图像数据中减去暗曝光的图像数据（即，噪声分量）。然后执行步骤105来完成拍摄。

图3是第一实施方式中的B挡拍摄模式的控制例程的流程图。在步骤201中，通过应用操作构件32设定成像装置16的感光度。当快门按钮被完全压下时，执行步骤202来启动拍摄或实现主曝光。只要用户持续压下快门按钮，主曝光就持续，并且当释放快门按钮时，在步骤203结束主曝光。

在步骤204中，根据拍摄条件，确定是否需要长曝光NR过程。在该步骤中，如果主曝光时间超过预定值，长曝光NR过程一定是必要的。即，与图2中示出的正常拍摄模式不同，仅根据成像装置16的曝光时间确定是否执行暗曝光。当确定不需要长曝光NR过程时，控制例程进行到步骤205，在步骤205中，从成像装置16输出图像信号，并且在DSP41中执行图像处理，以结束拍摄操作。

相反地，当在步骤204中确定长曝光NR过程是必要的时，控制例程进行到步骤206，在步骤206中，使孔径光阑13的开放程度最小化，并且执行暗曝光。暗曝光期间由成像装置16产生的图像信号被检测并被输出至DSP41。在步骤207中，在DSP41中校正主曝光的图像数据，其中从主曝光的图像数据中减去暗曝光的图像数据。然后执行步骤205来完成拍摄。

如上所述，在图2中示出的正常曝光中，根据成像装置16的曝光时间、成像装置16的感光度和成像装置16的温度，确定是否执行长曝光NR过程。相反地，在图3中示出的B挡拍摄模式中，仅根据成像装置16的曝光时间在步骤204中确定是否执行长曝光NR过程。

曝光时间是确定长曝光NR过程的必要性的主要因素，然后是成像装置16的感光度和温度，感光度和温度较曝光时间次要。支配长曝光NR过程的必要性的参数以表格的格式存储在设置在相机中的存储器中。表格的内容布置成使得，即使当曝光时间超过30秒时，仍然进行长曝光NR过程，而不管感光度和温度，但是也每当温度上升时进行长曝光NR过程，即使在感光度恒定并且曝光时间少于30秒的条件下。

如上所述，在第一实施方式中，由于在暗曝光中使孔径光阑13的开放程度最小化，即当执行长曝光NR时，即使光从相机的后面进入，几乎所有的光也被孔径光阑13阻断，并且通过关闭的快门帘幕15到达成像装置16的光的量显著减少。这种效果在无反射镜型相机中尤其显著，并且通过长曝光拍摄获得的拍摄的图像的质量显著改善。

图4是第二实施方式中的正常拍摄模式的控制例程的流程图。在步骤301中，通过应用操作构件32来设定拍摄条件，比如成像装置16的感光度和快门速度（Tv）。当快门按钮被完全压下时，执行步骤302来启动拍摄。在步骤303中，根据拍摄条件，确定是否需要长曝光NR。当在步骤303中确定不需要长曝光NR时，执行步骤304以仅进行主曝光。在步骤305中，从成像装置16输出图像信号，并且在DSP41中对图像信号进行图像处理，并因此完成拍摄。

相反地，当在步骤303中确定长曝光NR是必要的时，控制例程进行到步骤306，在步骤306中，确定成像装置16的感光度是否高于预定值（例如，ISO1600）。当成像装置16的感光度小于或等于预定值时，即当感光度相对较低时，由成像装置16产生的暗电流一定相对较低，并且控制例程进行到步骤307，在步骤307中，进行主曝光，然后执行暗曝光，同时保持孔径光阑13的开放程度。在步骤308中，在DSP41中从主曝光的图像数据中减去暗曝光的图像数据。然后执行步骤305来完成拍摄。

当在步骤306中确定成像装置16的感光度高于预定值时，控制例程进行到步骤309，在步骤309中，进行主曝光，使孔径光阑13的开放程度最小化，并执行暗曝光。然后执行步骤308和305，并且结束拍摄。与第一实施方式类似的是，尽管暗曝光时间可能与主曝光的曝光时间相同，但是可能的是，暗曝光时间比主曝光的曝光时间短，并且可以通过计算得到对应于主曝光的曝光时间的噪声分量。

图5是第二实施方式中的B挡拍摄模式的控制例程的流程图。在步骤401中，通过应用操作构件32设定成像装置16的感光度，并且当快门按钮被完全压下时，控制例程进行到步骤402，在步骤402中拍摄以主曝光开始。当快门按钮被释放时，控制例程进行到步骤403，在步骤403中，主曝光结束。在步骤404中，根据拍摄条件（即主曝光的曝光时间），确定是否需要长曝光NR。当曝光时间相对较短并且确定长曝光NR不是必要的时，控制例程进行到步骤405，在步骤405中，从成像装置16输出图像信号，并且在DSP41中执行图像处理，以结束拍摄。

当在步骤404中确定需要长曝光NR时，控制例程进行到步骤406，在步骤406中，确定成像装置16的感光度是否大于预定值（例如，ISO1600）。当成像装置16的感光度小于或等于预定值时，由成像装置16产生的暗电流一定相对较低，并且控制例程进行到步骤407，在步骤407中，执行暗曝光，同时保持针对主曝光设定的孔径光阑13的开放程度。然后控制例程进行到步骤408和405，以完成拍摄。

相反地，当在步骤406中确定成像装置16的感光度高于预定值时，控制例程进行到步骤409，在步骤409中，使孔径光阑13的开放程度最小化，并执行暗曝光。同时，由成像装置16产生的图像信号被检测并被输出至DSP41。控制例程进行到步骤408和405并且拍摄结束。

如上所述，在第二实施方式中，在步骤306和步骤406中检查成像装置16的感光度的值。当成像装置16的感光度相对较高时，通过快门帘幕15泄露的光的量一定在成像装置16中产生足够大以影响图像质量的暗电流，并因此使孔径光阑13的开放程度最小化。换句话说，当成像装置16的感光度相对较低时，使孔径光阑13的开放程度保持在与主曝光的开放程度相同的程度，从而使得驱动孔径光阑13的频率降低。其他的操作和效果与第一实施方式相同。

图6是第三实施方式中的正常拍摄模式的控制例程的流程图。步骤501-505与图4中示出的第二实施方式中的步骤301-305相同。

当在步骤503中确定需要长曝光NR时，控制例程进行到步骤506，在步骤506中，确定是否执行分离曝光（separate exposure）。分离曝光是通过电子划分曝光时间来执行的成像装置16的曝光。例如，单一（single）曝光时间设定为10秒，并且每当完成单一曝光就从成像装置16输出电荷信号。

根据成像装置16的曝光时间、成像装置16的感光度和成像装置16的温度确定分离曝光的必要性。例如，采用包含感光度和温度的预定计算公式设定曝光时间的阈值，并且然后能够采用阈值确定是否需要分离曝光。

当在步骤506中确定不需要分离曝光时，控制例程进行到步骤507，在步骤507中，进行主曝光，并且然后执行暗曝光，同时保持孔径光阑13的开放程度。在步骤508中，在DSP41中从主曝光的图像数据中减去暗曝光的图像数据。然后控制例程进行到步骤505，以完成拍摄。

当在步骤506中确定需要分离曝光时，控制例程进行到步骤511，在步骤511中，以分离曝光模式进行主曝光。尽管将通过将曝光时间划分与主曝光相同的数量以分离曝光模式执行暗曝光，但是仅在步骤511中执行一次暗曝光的分离曝光。以分离曝光模式的暗曝光的曝光时间比以分离曝光模式的主曝光的曝光时间短，并且通过计算得到对应于主曝光中的一个分离曝光的图像数据（即，噪声分量）。在步骤512中，在DSP41中检查对应于以分离曝光模式第一次在步骤511中执行的暗曝光的图像数据，以确定光是否泄漏到成像装置16上。更具体地，当像素的数量（其中，像素值超过预定阈值）大于预定值时，确定光泄漏到成像装置16上。

当在步骤512中确定光未泄漏到成像装置16上时，控制例程进行到步骤513，在步骤513中，以分离曝光模式进行暗曝光，直到分离曝光的数量变得与主曝光的相同为止。在步骤508中，从主曝光的图像数据中减去暗曝光的图像数据，并且基于对应的图像数据进行减法运算。例如，从主曝光的第二分离曝光的图像数据中减去暗曝光的第二分离曝光的图像数据。然后控制例程进行到步骤505，以结束拍摄。

相反地，当在步骤512中确定光泄漏到成像装置16上时，控制例程进行到步骤514，在步骤514中，使孔径光阑13的开放程度最小化，以匹配来自以分离曝光模式的第二暗曝光的最小开放程度。然后控制例程依次进行到步骤513、508和505，以结束拍摄。

图7是第三实施方式中的B挡拍摄模式的控制例程的流程图。在步骤601中，通过采用操作构件32设定成像装置16的感光度，并且当快门按钮被完全压下时，控制例程进行到步骤602以启动拍摄。在步骤603中，确定是否曝光时间超过执行分离曝光需要的时间。因为仅根据成像装置16的曝光时间确定是否需要分离曝光，所以步骤603与第二实施方式的步骤506不同。例如，确定的参考值是30秒。当曝光时间小于或等于参考值时，控制例程进行到步骤604，在步骤604中，确定主曝光是否完成。相反地，当主曝光未完成时，控制例程返回到步骤603。

即，当进行B挡拍摄时，控制例程反复返回到步骤603和604，其反复执行，直到在步骤604中确定主曝光结束为止，然后控制例程进行到步骤605，在步骤605中，根据拍摄条件确定是否需要长曝光NR。当确定长曝光NR不必要时，控制例程进行到步骤606，在步骤606中，从成像装置16输出图像信号，并且在DSP41中对图像信号进行图像处理，以结束拍摄。

当在步骤605中根据拍摄条件（比如，曝光时间、感光度、温度等等）确定不需要长曝光NR时，控制例程进行到步骤607，在步骤607中，执行暗曝光，同时保持针对主曝光的孔径光阑13的开放程度。控制例程进行到步骤608和606，以结束拍摄。

当在步骤603中确定曝光时间超过参考值时，控制例程进行到步骤611，在步骤611中，开始分离曝光。即，持续进行主曝光，并且持续执行步骤611，同时持续压下快门按钮。当快门按钮被释放时，控制例程进行到步骤612，在步骤612中，以分离曝光模式开始暗曝光。即，在B挡拍摄模式中，当需要分离曝光时，应该进行长曝光NR。另一方面，通过将曝光时间划分与主曝光相同的数量以B挡拍摄模式执行暗曝光，但是与图6的步骤511类似，仅在步骤612中进行一次暗曝光的分离曝光。暗曝光的分离曝光的时间比主曝光的时间短，并且以与步骤511类似的方式通过计算得到暗曝光的图像数据。

在步骤613中，以与步骤512类似的方式，在DSP41中检查对应于以分离曝光模式第一次在步骤612中执行的暗曝光的图像数据，以确定光是否泄漏到成像装置16上。当在步骤613中确定光未泄漏到成像装置16上时，控制例程进行到步骤614，在步骤614中，以分离曝光模式进行暗曝光，直到分离曝光的数量变得与主曝光的相同为止。然后控制例程依次进行到步骤608和606，以结束拍摄。

相反地，当在步骤613中确定光泄漏到成像装置16上时，控制例程进行到步骤615，在步骤615中，使孔径光阑13的开放程度最小化，以匹配来自以分离曝光模式的第二暗曝光的最小开放程度。控制例程依次进行到步骤614、608和606，以结束拍摄。

如上所述，根据第三实施方式，与第一和第二实施方式类似，能够限制泄漏到成像装置16上的光，以便改善通过暗曝光控制过程最终获得的所拍摄图像的图像质量。注意，在步骤512和613中，根据暗曝光中的第一分离曝光中光泄露的确定结果，确定是否使孔径光阑13的开放程度最小化，可以使孔径光阑13的开放程度最小化而不管是否存在泄露的光。另外，尽管在步骤513和614中利用通过暗曝光中的第一分离曝光获得的图像数据，但是可能的是，当光泄漏到成像装置16上时，删除第一分离曝光的图像数据，并且使孔径光阑13的开放程度最小化以重新获得第一分离曝光的图像数据。

而且，尽管在第一到第三实施方式中使孔径光阑13的开放程度最小化，但是本发明不限制于该操作。例如，可以使孔径光阑13的开放空间少于对主曝光设定的开放空间的一半，或可以使孔径光阑13的开放空间减少多于对主曝光设定的开放程度。

尽管本文已经参考附图描述了本发明的实施方式，但是显然，本领域技术人员可以做出许多修改和改变，而不脱离本发明的范围。

Claims

1.一种暗曝光控制装置，所述暗曝光控制装置设置在具有成像装置和控制所述成像装置的曝光的快门的相机中，所述暗曝光控制装置包括：

暗曝光执行处理器，所述暗曝光执行处理器检测当所述快门被关闭时所述成像装置产生的图像信号；

孔径光阑，所述孔径光阑调节入射在所述成像装置上的光的量；以及

孔径光阑驱动处理器，所述孔径光阑驱动处理器调节所述孔径光阑的开放程度，所述孔径光阑驱动处理器降低当所述暗曝光执行处理器被操作时所述孔径光阑的开放程度，使所述孔径光阑的开放程度小于针对主曝光设定的开放程度；

所述暗曝光执行处理器具有暗曝光确定处理器，所述暗曝光确定处理器确定所述成像装置的感光度是否高于预定值，当所述暗曝光确定处理器确定感光度高于预定值时，所述孔径光阑驱动处理器减小所述孔径光阑的开放程度，当所述暗曝光确定处理器确定感光度不高于预定值时，所述孔径光阑驱动处理器保持所述孔径光阑的开放程度。

2.根据权利要求1所述的暗曝光控制装置，其中，当所述暗曝光执行处理器被操作时，所述孔径光阑驱动处理器减少所述孔径光阑的开放空间，使所述孔径光阑的开放空间小于针对主曝光设定的开放空间的一半。

3.根据权利要求1所述的暗曝光控制装置，其中，当所述暗曝光执行处理器被操作时，所述孔径光阑驱动处理器使所述孔径光阑的开放程度最小化。

4.根据权利要求1所述的暗曝光控制装置，还包括第一暗曝光确定处理器，其根据所述成像装置的曝光时间、所述成像装置的感光度和所述成像装置的温度，确定是否操作所述暗曝光执行处理器。

5.根据权利要求4所述的暗曝光控制装置，其中，当所述第一暗曝光确定处理器确定所述成像装置的感光度高于预定值时，所述孔径光阑驱动处理器减少所述孔径光阑的开放程度。

6.根据权利要求1所述的暗曝光控制装置，还包括第二暗曝光确定处理器，其仅根据所述成像装置的曝光时间，确定是否操作所述暗曝光执行处理器。

7.根据权利要求1所述的暗曝光控制装置，还包括第一分离曝光确定处理器，其确定是否应该以分离曝光模式执行主曝光，其中，在分离曝光模式中，通过根据所述成像装置的曝光时间、所述成像装置的感光度和所述成像装置的温度电子划分曝光时间来执行曝光，当所述第一分离曝光确定处理器确定应该以所述分离曝光模式执行主曝光时，所述暗曝光执行处理器通过将曝光时间划分与主曝光相同的数量以所述分离曝光模式执行暗曝光。

8.根据权利要求7所述的暗曝光控制装置，其中，当以所述分离曝光模式执行所述暗曝光时，所述孔径光阑驱动处理器使所述孔径光阑的开放程度最小化。

9.根据权利要求7所述的暗曝光控制装置，进一步包括泄露光检测处理器，其确定当以所述分离曝光模式第一次执行所述暗曝光时光是否泄漏到所述成像装置上，当所述泄露光检测处理器确定光泄漏到所述成像装置上时，所述孔径光阑驱动处理器从以所述分离曝光模式的第二暗曝光开始使所述孔径光阑的开放程度最小化到最小开放程度。

10.根据权利要求1所述的暗曝光控制装置，进一步包括第二分离曝光确定处理器，其确定是否应该以分离曝光模式执行主曝光，其中，在分离曝光模式中，通过仅根据所述成像装置的曝光时间电子划分曝光时间来执行曝光，当所述第二分离曝光确定处理器确定应该以所述分离曝光模式执行主曝光时，所述暗曝光执行处理器通过将曝光时间划分与主曝光相同的数量以所述分离曝光模式执行暗曝光。

11.根据权利要求10所述的暗曝光控制装置，其中，当以所述分离曝光模式执行所述暗曝光时，所述孔径光阑驱动处理器使所述孔径光阑的开放程度最小化。

12.根据权利要求10所述的暗曝光控制装置，进一步包括泄露光检测处理器，其确定当以所述分离曝光模式第一次执行所述暗曝光时，光是否泄漏到所述成像装置上，当所述泄露光检测处理器确定光泄漏到所述成像装置上时，所述孔径光阑驱动处理器在第一分离曝光之后使所述孔径光阑的开放程度最小化。