CN103797781A - 无移动部分的变焦闪光灯 - Google Patents

Abstract

一种具有电子闪光灯的相机系统，所述电子闪光灯具有可变照明角度，所述相机系统包括：图像形成系统，具有用户可选择视野，用于在图像平面上形成场景的图像；电子闪光灯系统，包括：多个固定焦距照明镜头，具有两个或更多不同焦距；以及一个或多个发光器，位于每个照明镜头之后，所述发光器相对于其相应照明镜头放置，以提供对场景的两个或更多不同照明角度；以及闪光灯控制器，响应于图像形成系统的所选视野，选择性地激发发光器的不同子集。

Description

无移动部分的变焦闪光灯

技术领域

本发明涉及闪光灯照相领域，更具体地，涉及用于具有变焦能力的相机的闪光灯照相。

背景技术

在操作处于闪光灯模式的数码相机时，在图像捕捉期间向场景提供闪光灯照明。闪光灯照明典型地由内置电子闪光灯单元提供。当数码相机具有变焦镜头或包括数字变焦特征时，用户能够选择场景的数码相机中包括的视野。

为了节约功率并且能够捕捉更明亮的场景图像，使闪光灯照明的场景区域与所选的数字图像中包括的视野匹配是有利的。因此，对于具有变焦能力的数码相机，期望闪光灯照明的场景区域必须是可调的。这样，当所选视野较小时(对应于远摄变焦设置)，可以调整闪光灯照明以提供较窄的照明角度，从而照明较小的场景区域。类似地，当所选视野较大时(对应于广角变焦设置)，可以调整闪光灯照明以提供较宽的照明角度，从而照明较大的场景区域。

已经提出了用于提供具有可调照明角度的闪光灯照明的多种方法。最普遍地，使用光学变焦机制来调整照明角度。例如，授予Yano的美国专利6,598,986，题为“Zoom strobe device”教导了通过调整闪光灯相对于相关联照明光学设备的位置来控制闪光灯照明的方法。随着闪光灯沿照明光学设备的光轴移动，闪光灯产生的照明角度(以及对应的场景照明区域)大小改变。如果移动机构允许闪光灯相对于照明光学设备的光轴移至轴外，则闪光灯产生的照明图案也移至轴外。该方法的缺点在于必须机械移动闪光灯(或者照明光学设备的一个或多个组件)，这向闪光灯系统增加了大量成本。

Tanabe的美国专利申请2002／0009297，题为“Camera havingmechanically linked zoom lens，retractable flash device and variable flashangle”，教导了类似的方法，使用可以根据相机焦点合适放置的伸缩筒镜头阵列。另一种技术涉及通过改变一对波镜头的关系来改变闪光灯的照明角度，如在Albrecht等的共同转让的美国专利5,666,564，题为“Zoomflash with wave-lens”中所公开的。尽管这些和相关方法具有适配许多应用的闪光灯照明角度的优点，它们需要至少一定程度的机械移动，并且可能不是容易地可适配的，尤其对于紧凑相机而言。

在授予Liang的美国专利7,298,970，题为“Zoom flash with variablefocus lens”中公开了具有可变照明角度的闪光灯设备。在这种情况下，闪光灯包括可变焦镜头以改变闪光灯照明光学设备的焦距，从而改变照明角度。然而，该方法需要使用高成本的可变焦镜头。

Yuyama的美国专利申请2002／0191102，题为“Light emitting device，camera with light emitting device，and image pickup method”描述了一种用于闪光灯的发光二极管(LED)阵列。LED被分别组装为红、绿和蓝的行。基于对场景的预览图像的分析来确定用于闪光灯照明的LED的数目，其中分析确定场景的亮度和环境光的颜色。未基于变焦设置来调整LED。

Shyu等人的美国专利申请2010／0014274，题为“LED array flash forcameras”，利用闪光灯中具有主和辅镜头的LED的线性阵列，以提供部分重叠的照明区域。LED的线性阵列提供的照明图案不适于在远摄和广角成像之间切换。

授予Yoshida的美国专利7,223,956，题为“Electronic imaging system”公开了包括LED阵列的闪光灯照明系统，其中，光轴互不相同以提供对场景的不同区域的照明。闪光灯控制器根据用户选择的操作模式或变焦比来激发LED的不同组合。在该专利中，每个LED照明场景的不同部分，从而难以为远摄图像提供充分照明，并且由于LED之间的许多重叠照明区域，照明不均匀成为问题。

尽管传统方法可以提供可变闪光灯照明角度的某种措施，仍需要一种相对低成本并且机械上坚固的变焦闪光灯机构，以用于低成本紧凑相机(数字和胶片相机)。

发明内容

本发明提供了一种具有电子闪光灯的相机系统，所述电子闪光灯具有可变照明角度，所述相机系统包括：

图像形成系统，具有用户可选择视野，用于在图像平面上形成场景的图像；

电子闪光灯系统，包括：

多个固定焦距照明镜头，具有两个或更多不同焦距；以及

一个或多个发光器，位于每个照明镜头之后，所述发光器相对于其相应照明镜头放置，以提供对场景的两个或更多不同照明角度；

以及

闪光灯控制器，响应于图像形成系统的所选视野，选择性地激发发光器的不同子集。

本发明具有以下优点：由于随着变焦设置增大，场景中的照明区域减小，因此在闪光灯操作期间节约功率。

本发明具有以下附加优点：闪光灯单元简单并且可以做得非常薄。

附图说明

图1是示出了数码相机系统的组件的高级图；

图2是描述了数码相机中用于处理数字图像的典型图像处理操作的流程图；

图3是利用不同变焦设置来成像的场景的示意图；

图4是根据一个实施例的电子闪光灯的示意图，该电子闪光灯包括发光器和具有不同焦距镜头的对应照明镜头；

图5是并入图4的电子闪光灯的相机的示意图；

图6A和6B是具有相关联照明镜头的各个发光器的示意图；

图7是根据另一实施例的电子闪光灯的示意图，该电子闪光灯包括发光器和具有不同焦距镜头的对应照明镜头；

图8是示出了与主镜头组合使用的图4的电子闪光灯配置的示意图；

图9是示出了与主镜头组合使用的图7的电子闪光灯配置的示意图；

图10是示出了选择和激发发光器的子集的过程的流程图；

图11是根据本发明的实施例并入多个LED闪光灯阵列的相机的示意图；以及

图12是根据本发明的实施例并入大LED闪光灯阵列的相机的示意图。

应理解，附图用于示意本发明的构思，可能不是按比例的。

具体实施方式

本发明包括这里描述的实施例的组合。对“特定实施例”等的引用指本发明的至少一个实施例中的特征。对“实施例”或“特定实施例”等的分开引用不必需指相同实施例；然而，这些实施例并不互斥，除非如此指示或者对于本领域技术人员显而易见如此。在引用“方法”等时使用单数或复数不是限制性的。应注意，除非另有明确指示或者上下文需要，“或”一词在本公开中用于非排他意义。

由于采用成像设备和相关电路用于信号捕捉、处理和显示的数码相机是公知的，本说明书将具体针对形成根据本发明的方法和设备的一部分或者与其更直接协作的元件。这里未具体示出或描述的元件是从本领域已知的元件中选择的。要描述的实施例的特定方面以软件提供。给定在以下材料中根据本发明示出和描述的系统，用于实现本发明的、这里未具体示出、描述或提出的软件是传统的并且在本领域的普通能力之内。

数码相机的以下描述对于本领域技术人员而言是熟悉的。显然，存在可能以及被选择以降低成本、增加特征或提高相机性能的该实施例的许多变化。

图1描述了数字照相系统的框图，该系统包括根据本发明的数码相机10。优选地，数码相机10是便携式电池操作设备，小到足以容易由用户在捕捉和回看图像时握持。数码相机10产生数字图像，使用图像存储器30将数字图像存储为数字图像文件。这里使用的短语“数字图像”或“数字图像文件”指任何数字图像文件，如数字静止图像或数字视频文件。

在一些实施例中，数码相机10捕捉运动视频图像和静止图像。数码相机10还可以包括其他功能，包括但不限于以下功能：数字音乐播放器(例如MP3播放器)、移动电话、GPS接收机、或可编程数字助理(PDA)。

数码相机10包括具有可调光圈和可调快门6的镜头4。在优选实施例中，镜头4是变焦镜头，以提供可选择视野。镜头4由变焦和聚焦马达驱动器8控制。数码相机10还可以具有数字变焦，其中选择所捕捉的数字图像的一部分用于进一步图像处理。镜头4将来自场景(未示出)的光聚焦至图像传感器14，例如单片彩色CCD或CMOS图像传感器。

图像传感器14的输出由模拟信号处理器(ASP)和模数(A／D)转换器16转换为数字形式，并临时存储在缓冲存储器18中。随后，处理器20使用固件存储器28中存储的嵌入软件程序(例如固件)来操作缓冲存储器18中存储的图像数据。在一些实施例中，使用只读存储器(ROM)将软件程序永久存储在固件存储器28中。在其他实施例中，可以使用例如闪存EPROM存储器来修改固件存储器28。在这些实施例中，外部设备可以使用有线接口38或无线调制解调器50来更新固件存储器28中存储的软件程序。在这些实施例中，固件存储器28还可以用于存储图像传感器校准数据、用户设置选择和在关闭相机时必须保存的其他数据。在一些实施例中，处理器20包括程序存储器(未示出)，固件存储器28中存储的软件程序在由处理器20执行之前被拷贝入程序存储器。

可以理解，可以使用单个可编程处理器或使用多个可编程处理器(包括一个或多个数字信号处理器(DSP))来提供处理器20的功能。备选地，可以由定制电路(例如由专门设计用于数码相机的一个或多个定制集成电路(IC))或由可编程处理器和定制电路的组合来提供处理器20。可以理解，可以使用公共数据总线来形成处理器20与图1所示的各个组件中的一些或全部之间的连接器。例如，在一些实施例中，可以使用公共数据总线来形成处理器20、缓冲存储器18、图像存储器30和固件存储器28之间的连接。

然后，使用图像存储器30来存储处理后的图像。可以理解，图像存储器30可以是本领域技术人员已知的任何形式的存储器，包括但不限于可移除闪存卡、内部闪存芯片、磁存储器或光存储器。在一些实施例中，图像存储器30可以包括内部闪存芯片和对可移除闪存卡(如安全数字(SD)卡)的标准接口。备选地，可以使用不同的存储卡，如微SD卡、紧凑闪存(CF)卡、多媒体卡(MMC)、xD卡或记忆棒。

图像传感器14由定时产生器12控制，定时产生器12产生各种时钟信号，以选择行和像素，并同步ASP和A／D转换器16的操作。图像传感器14可以具有理由12.4兆像素(4088×3040像素)，以提供近似4000×3000像素的静止图像文件。为了提供彩色图像，一般以颜色滤波器阵列来覆盖图像传感器，这提供了具有包括不同着色的像素的像素阵列的图像传感器。不同颜色像素可以以多种不同图案布置。作为一个示例，可以使用公知的Bayer颜色滤波器阵列(在Bayer的共同转让的美国专利3,971,065，“Color imaging array”中描述，其公开通过引用并入此处)来布置不同颜色像素。作为第二示例，可以以在Compton和Hamilton的共同转让的美国专利申请公开2007／0024931，“Image sensor with improvedlight sensitivity”(其公开通过引用并入此处)中描述的方式来布置不同颜色像素。这些示例不是限制性的，可以使用许多其他颜色图案。

可以理解，图像传感器14、定时产生器12以及ASP和A／D转换器16可以是单独制造的集成电路，或者其可以制造为单个集成电路，如对于CMOS图像传感器的通常做法。在一些实施例中，该单个集成电路可以执行图1所示的一些其他功能，包括处理器20提供的一些功能。

当由定时产生器12在第一模式中促动时，图像传感器14有效用于提供较低分辨率传感器图像数据的运动序列(用于捕捉视频图像时以及预览要捕捉的静止图像时)以构成图像。可以以HD分辨率图像数据(例如具有1280×720像素)或VGA分辨率图像数据(例如具有640×480像素)来提供该预览模式传感器图像数据，或者使用与图像传感器的分辨率相比具有明显较少数据行列的其他分辨率来提供该预览模式传感器图像数据。

可以通过将具有相同颜色的相邻像素的值进行组合，或者通过消除一些像素值，或者将一些颜色像素值进行组合同时消除其他颜色像素值，来提供预览模式传感器图像数据。可以以在Parulski等的共同转让的美国专利6,292,218，题为“Electronic camera for initiating capture of still imageswhile previewing motion images”(其公开通过引用并入此处)中描述的方式来处理预览模式图像数据。

当由定时产生器12在第二模式中促动时，图像传感器14还有效用于提供高分辨率静止图像数据。以高分辨率输出图像数据来提供该最终模式传感器图像数据，对于具有高照明级别的场景，该图像数据包括图像传感器的所有像素，并且可以例如是具有4000×3000像素的12兆像素的最终图像数据。在较低照明级别，可以通过“合并”图像传感器上一定数目的类似着色的像素来提供最终传感器图像数据，以提高信号电平，从而提高传感器的“ISO速度”。

变焦和聚焦马达驱动器8由处理器20提供的控制信号控制，以针对期望变焦设置来提供镜头4的合适焦距，并将场景聚焦至图像传感器14。变焦设置可以由用户选择或者响应于远程输入或基于对预览图像中的图像内容的分析来自动选择。通过控制可调光圈和可调快门6的f值和曝光时间，经由定时产生器12控制图像传感器14的曝光周期、以及ASP和A／D转换器16的增益(ISO速度)设置，来控制图像传感器14的曝光级别。还提供了可以照明场景的闪光灯2。闪光灯2由闪光灯控制器3控制。处理器20总体上用于执行闪光灯控制器3的功能，但在一些实施例中可以使用单独的组件。

可以使用在Parulski等人的共同转让的美国专利5,668,597，题为“Electronic Camera with Rapid Automatic Focus of an Image upon aProgressive Scan Image Sensor”(其公开通过引用并入此处)中描述的“通过镜头”自动聚焦，在第一模式中聚焦数码相机10的镜头4。这是通过使用变焦和聚焦马达驱动器8将镜头4的焦点位置调整至在近焦点位置至无限远焦点位置之间的多个位置来实现的，而处理器20确定针对图像传感器14捕捉的图像的中心部分提供峰值锐度值的最近焦点位置。然后，可以利用与最近焦点位置相对应的焦距用于多个目的，如自动设置合适的场景模式，并且可以将该焦距与其他镜头和相机设置一起作为元数据存储在图像文件中。

处理器20产生临时存储在显示存储器36中并显示在图像显示器32上的菜单和低分辨率彩色图像。图像显示器32典型地是有源矩阵彩色液晶显示器(LCD)，但也可以使用其他类型的显示器，如有机发光二极管(OLED)显示器。视频接口44将来自数码相机10的视频输出信号提供给视频显示器46，如平板HDTV显示器。在预览模式或视频模式中，处理器20操作来自缓冲存储器18的数字图像数据，以形成在图像显示器32上显示的一系列运动预览图像(典型显示为彩色图像)。在回看模式中，使用来自图像存储器30中存储的数字图像文件的图像数据来产生在图像显示器32上显示的图像。

响应于用户控件34提供的用户输入来控制在图像显示器32上显示的图形用户接口。用户控件34用于选择各种相机模式，如视频捕捉模式、静止捕捉模式和回看模式，并发起静止图像的捕捉和运动图像的录制。用户控件34还用于设置用户处理首选项，并基于场景类型和拍摄条件在各个照相模式之间进行选择。在一些实施例中，可以响应于对预览图像数据、音频信号或外部信号(如GPS、天气广播或其他可用信号)的分析来自动设置各个相机设置。

在一些实施例中，当数码相机处于静止照相模式时，在用户部分按下快门按钮(用户控件34之一)时发起上述预览模式，在用户完全按下快门按钮时发起静止图像捕捉模式。用户控件34还用于开启相机，控制镜头4，以及发起拍照过程。用户控件34典型地包括按钮、摇杆开关、操纵杆或旋钮的某种组合。在一些实施例中，使用图像显示器32上的触摸屏覆盖层来提供一些用户控件34。在其他实施例中，用户控件34可以包括经由有线、无线、语音激活、视觉或其他接口从用户或外部设备接收输入的装置。在其他实施例中，可以使用附加状态显示器或图像显示器。

可以使用用户控件34来选择的相机模式包括“定时器”模式。当选择“定时器”模式时，在用户完全按下快门按钮之后，在处理器20发起捕捉静止图像之前，出现短暂延迟(例如10秒)。

连接至处理器20的音频编解码器22从麦克风24接收音频信号，并向扬声器26提供音频信号。这些组件可以用于与视频序列或静止图像一起记录和回放音频轨道。如果数码相机10是如组合相机和移动电话之类的多功能设备，则麦克风24和扬声器26可以用于电话交谈。

在一些实施例中，扬声器26可以用作用户接口的一部分，例如用于提供指示用户控件已被按下或特定模式已被选择的各种可听信号。在一些实施例中，麦克风24、音频编解码器22和处理器20可以用于提供语音识别，使得用户可以使用语音命令而不是用户控件34来向处理器20提供用户输入。扬声器26还可以用于向用户通知输入电话呼叫。这可以使用在固件存储器28中存储的标准铃音或使用从无线网络58下载并存储在图像存储器30中的定制铃音来实现。此外，可以使用振动设备(未示出)来提供对输入电话呼叫的无声(例如不可听)通知。

处理器20还提供对来自图像传感器14的图像数据的附加处理，以产生渲染的sRGB图像数据，该数据被压缩并存储在图像存储器30中的“完成”图像文件内，如公知的Exif-JPEG图像文件。

数码相机10可以经由有线接口38连接至接口／充电器48，接口／充电器48连接至计算机40，计算机40可以是位于家中或办公室的台式或便携式计算机。有线接口38可以符合例如公知的USB2.0接口规范。接口／充电器48可以经由有线接口38向数码相机10中的可充电电池组(未示出)供电。

数码相机10可以包括无线调制解调器50，无线调制解调器50通过射频频带52与无线网络58接口连接。无线调制解调器50可以使用各种无线接口协议，如公知的蓝牙无线接口或公知的802.11无线接口。计算机40可以经由因特网70将图像上载至照片服务提供商72，如Kodak EasyShareGallery。其他设备(未示出)可以访问照片服务提供商72存储的图像。

在备选实施例中，无线调制解调器50通过射频(例如无线)链路与移动电话网络(未示出)(如3GSM网络)通信，该网络与因特网70连接，以上载来自数码相机10的数字图像文件。这些数字图像文件可以提供给计算机40或照片服务提供商72。

图2是描述了数码相机10(图1)中的处理器20可以执行以处理来自图像传感器14的由ASP和A／D转换器16输出的彩色传感器数据100的图像处理操作的流程图。在一些实施例中，处理器20用于操作特定数字图像的彩色传感器数据100的处理参数由各个照相模式设置175确定，照相模式设置175典型地与经由用户控件34选择的照相模式相关联，使得用户能够响应于在图像显示器32上显示的菜单来调整各个相机设置185。

白平衡步骤95对已经由ASP和A／D转换器16数字转换的彩色传感器数据100进行操作。在一些实施例中，该处理可以使用在Miki的共同转让的美国专利7,542,077，题为“White balance adjustment device and coloridentification device”(其公开通过引用并入此处)中描述的方法来执行。可以响应于白平衡设置90来调整白平衡，白平衡设置90可以由用户手动设置、或可以由相机自动设置。

然后，降噪步骤105对彩色传感器数据进行操作，以降低来自图像传感器14的噪声。在一些实施例中，该处理可以使用在Gindele等人的共同转让的美国专利6,934,056，题为“Noise cleaning and interpolatingsparsely populated color digital image using a variable noise cleaing kernel”(其公开通过引用并入此处)中描述的方法来执行。可以响应于ISO设置110来调整降噪级别，使得在较高ISO曝光指数设置时执行较多滤波。

然后，去马赛克步骤115对彩色图像数据进行操作，以提供每个像素位置的红、绿和蓝(RGB)图像数据值。用于执行去马赛克步骤115的算法通常称为颜色滤波器阵列(CFA)插值算法或“去Bayer化”算法。在本发明的一个实施例中，去马赛克步骤115可以使用在Adams等人的共同转让的美国专利5,652,621，题为“Adaptive color plane interpolation insignle sensor color electronic camera”(其公开通过引用并入此处)中描述的亮度CFA插值方法来执行。去马赛克步骤115还可以使用在Cok的共同转让的美国专利4,642,678，题为“Signal processing method and apparatusfor produing interpolated chrominance values in a sampled color imagesignal”(其公开通过引用并入此处)中描述的色度CFA插值方法来执行。

在一些实施例中，用户可以在不同像素分辨率模式之间选择，使得数码相机可以产生较小尺寸的图像文件。可以以在Parulski等人的共同转让的美国专利5,493,335，题为“Single sensor color camera with userselectable image record size”(其公开通过引用并入此处)中描述的方式来提供多个像素分辨率。在一些实施例中，用户可以将分辨率模式设置120选择为全尺寸(例如3,000×2,000像素)，中尺寸(例如1,500×1,000像素)或小尺寸(例如750×500像素)。

在颜色校正步骤125中对彩色图像数据进行颜色校正。在一些实施例中，以如在Parulski等人的共同转让的美国专利5,189,511，题为“Methodand apparatus for improving the color rendition of hardcopy images fromelectronic cameras”(其公开通过引用并入此处)中描述的方式，使用3×3线性空间颜色校正矩阵来提供颜色校正。在一些实施例中，可以通过将不同的颜色矩阵系数存储在数码相机10的固件存储器28中来提供不同用户可选颜色模式。例如，可以提供4个不同颜色模式，使得颜色模式设置130用于选择以下颜色校正矩阵之一：

设置1(正常颜色重现)：

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{out}}\\ G_{\mathrm{out}}\\ B_{\mathrm{out}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1.50& -0.30& -0.20\\ -0.40& 1.80& -0.40\\ -0.20& -0.20& 1.40\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{in}}\\ G_{\mathrm{in}}\\ B_{\mathrm{in}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

设置2(饱和颜色重现)：

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{out}}\\ G_{\mathrm{out}}\\ B_{\mathrm{out}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2.00& -0.60& -0.40\\ -0.80& 2.60& -0.80\\ -0.40& -0.40& 1.80\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{in}}\\ G_{\mathrm{in}}\\ B_{\mathrm{in}}\end{array}\right]---\left(2\right)$

设置3(不饱和颜色重现)：

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{out}}\\ G_{\mathrm{out}}\\ B_{\mathrm{out}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1.25& -0.15& -0.10\\ -0.20& 1.40& -0.20\\ -0.10& -0.10& 1.20\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{in}}\\ G_{\mathrm{in}}\\ B_{\mathrm{in}}\end{array}\right]---\left(3\right)$

设置4(单色)：

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{out}}\\ G_{\mathrm{out}}\\ B_{\mathrm{out}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.30& 0.60& 0.10\\ 0.30& 0.60& 0.10\\ 0.30& 0.60& 0.10\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{in}}\\ G_{\mathrm{in}}\\ B_{\mathrm{in}}\end{array}\right]---\left(4\right)$

在其他实施例中，可以使用三维查找表来执行颜色校正步骤125。

还由色调标度校正步骤135来对彩色图像数据进行操作。在一些实施例中，可以使用在之前引用的美国专利5,189,511中描述的一维查找表来执行色调标度校正步骤135。在一些实施例中，将多个色调标度校正查找表存储在数码相机10中的固件存储器28中。这些可以包括提供“正常”色调标度校正曲线，“高对比度”色调标度校正曲线以及“低对比度”色调标度校正曲线的查找表。处理器20使用用户选择的对比度设置140来确定在执行色调标度校正步骤135时要使用哪个色调标度校正查找表。

还由图像锐化步骤145来对彩色图像数据进行操作。在一些实施例中，这可以使用在Hamilton等人的共同转让的美国专利6,192,162，题为“Edge enhancing colored digital images”(其公开通过引用并入此处)中描述的方法。在一些实施例中，用户可以在各个锐化设置之间进行选择，包括“正常锐度”设置、“高锐度”设置和“低锐度”设置。在该示例中，处理器20响应于数码相机10的用户选择的锐化设置150，使用3个不同的边缘增强乘数值之一，例如2.0用于“高锐度”、1.0用于“正常锐度”、0.5用于“低锐度”级别。

还由图像压缩步骤155来对彩色图像数据进行操作。在一些实施例中，可以使用在Daly等人的共同转让的美国专利4,774,574，题为“Adaptive block transform image coding method and apparatus”(其公开通过引用并入此处)中描述的方法来提供图像压缩步骤155。在一些实施例中，用户可以在各个压缩设置之间进行选择。这可以通过将多个量化表(例如3个不同表)存储在数码相机10的固件存储器28中来实现。这些表针对要存储在数码相机10的图像存储器30中的压缩数字图像文件180提供了不同的质量级别和平均文件大小。处理器20使用用户选择的压缩模式设置160来选择针对特定图像要用于图像压缩步骤155的特定量化表。

使用文件格式化步骤165将压缩的彩色图像数据存储在数字图像文件180中。图像文件可以包括各种元数据170。元数据170是与数字图像相关的任何类型的信息，如捕捉图像的相机的型号、图像的大小、捕捉图像的日期和时间，以及各种相机设置，如镜头焦距、曝光时间和镜头的f值，以及是否激发相机闪光灯。在优选实施例中，使用标准化标签将所有元数据170存储在公知的Exif-JPEG静止图像文件格式内。在本发明的优选实施例中，元数据170包括关于各种相机设置185的信息，包括照相模式设置175。

当用户数码相机10的镜头4(图1)是变焦镜头时，根据用户选择的变焦设置，数字图像中捕捉的场景中的视野将不同。图3是数码相机在相对于场景的固定位置捕捉的数字图像中包含的有效视野的示意图，其中镜头4被设置为不同的变焦设置。广角视野250对应于利用低变焦设置捕捉的广角图像。中视野260对应于以中变焦设置捕捉的中视野图像。远摄视野270对应于利用高变焦设置捕捉的远摄图像。

使用变焦镜头4以及内置电子闪光灯2的多数数码相机10提供与变焦镜头4的最广视野(例如广角视野250)匹配的闪光灯照明角度，而不考虑用户选择的变焦设置。该方法导致在以较高变焦设置来操作数码相机10时浪费了来自闪光灯2的光。浪费的光需要闪光灯2的较高功率使用以提供场景上的期望亮度级别。此外，通过照明场景中比期望视野所需更多的部分，降低了期望视野中的照明亮度，这造成较暗的图像或捕捉图像中的较高噪声级别。在一些情况下，如果相机曝光控制系统增加曝光时间以补偿低闪光灯照明级别，则这会导致场景中的移动对象更模糊。

本发明提供了用于相机系统的电子闪光灯2，电子闪光灯2包括位于具有不同焦距的照明镜头之后的发光器(例如LED)阵列，以提供不同照明角度，从而照明场景的不同部分。处理器20响应于镜头4的变焦设置来选择激发发光器的不同子集。对于用于已经选择低变焦设置以进行广角成像的情况，激发闪光灯中的提供宽照明角度的发光器，使得照明场景的大视野。相反，对于用户已经选择高变焦设置以进行远摄成像的情况，激发闪光灯中提供窄照明角度的发光器，使得对场景的较小视野进行照明。根据优选实施例，本发明提供了包括LED阵列的电子闪光灯2，每个LED位于固定焦距照明镜头之后，其中至少两个不同焦距用于提供不同的照明角度。这种配置具有易于制造并且可以做得非常薄的优点。

现在转到图4，示出了根据一个实施例的电子闪光灯300的示意图，电子闪光灯300包括LED310、320、330、340和350的阵列。尽管示出电子闪光灯300具有线性LED阵列(即1×5阵列)，本发明包括LED的其他布置，如方形阵列(例如5×5阵列)、矩形阵列(例如2×5阵列)、六边形阵列或任何其他合适几何图案。在一些情况下，LED可以布置为具有装饰性和功能性的图案。例如，它们可以布置为星形图案或圆形图案。在该示例中，电子闪光灯300中的每个LED310、320、330、340和350位于相关联照明镜头312、322、332、342和352之后，以提供对应的照明角度314、324、334、344和354，以相对均匀的光锥来照明场景的一部分。尽管所示实施例使用LED光源，对本领域技术人员显而易见地，根据本发明也可以使用其他类型的光源，包括闪光灯和有机发光二极管(OLED)。在一些实施例中，可以在单一相机系统中组合使用不同的光源类型(例如LED和OLED)。电子闪光灯300具有易于制造并且可以做得非常薄的期望特性。

在图4的示例实施例中，每个照明镜头312、322、332、342和352具有不同焦距，使得针对每个LED310、320、330、340和350提供不同照明角度314、324、334、344和354。例如，LED330具有相关联的照明镜头332，照明镜头332具有长焦距，从而提供宽照明锥角334；而LED350具有相关联的照明镜头352，照明镜头352具有短焦距，从而提供窄照明锥角354。其他照明镜头310、320和340具有中焦距，并提供对应的中照明角度314，324和344。

在所示示例中，最长焦距照明镜头320、330和340位于阵列中心；而较短焦距照明镜头310和350位于阵列边缘。然而，这不是必需的。在其他实施例中，可以以任意顺序来布置镜头。

在一些实施例中，照明镜头312、322、332、342和352是圆形对称镜头，具有一个或多个球面、非球面或Fresnel面。在其他实施例中，照明镜头312、322、332、342和352可以是圆柱形镜头。

图4的实施例示出了位于每个照明镜头312、322、332、342和352之后的单个LED310、320、330、340和350。在其他实施例中，一些或全部照明镜头之后可以有多个LED。例如，2×2LED阵列可以位于特定照明镜头之后，或者线性LED阵列可以位于圆柱形照明镜头之后。

图5示出了包括图4的电子闪光灯300的数码相机10的顶视图。电子闪光灯300位于邻近镜头4的相机本体500中。镜头4是提供场景的用户可选择视野的变焦镜头。数码相机10还包括其他特征，如用于控制镜头4的变焦设置的变焦控件502以及用于发起图像捕捉的图像捕捉控制504(例如快门按钮)。如上所述，数码相机10还包括响应于镜头4的变焦设置来选择性激发电子闪光灯300中的LED发光器的子集的闪光灯控制器3(图1)。在一些实施例中，处理器20(图1)提供了闪光灯控制器3的功能。在其他实施例中，闪光灯控制器3可以是单独组件。

在图4的实施例中，照明镜头312、322、332、342和352使用具有弯曲正面和平面背面的单个光学元件制成。在该配置中，照明镜头312、322、332、342和352可以方便地放置为与LED310、320、330、340和350的阵列接触。在其他实施例中，照明镜头可以具有其他配置，或者可以包括具有任意数目的弯曲表面的两个或更多光学元件。图6A和6B示出了备选镜头配置的一些示例。

在图6A中，LED460位于照明镜头(具有弯曲正面472和平面背面474的简单照明镜头470)之后。LED460位于模塑入简单照明镜头470的腔体465内。

在图6B中，LED460与具有多个镜头元件485的更复杂复合照明镜头480组合使用。多个镜头元件485能够提高提供给场景的照明的均匀度。如此LED光源和镜头的堆叠布置可以使用本领域任何已知方法来制作。例如，可以使用在Bowen等人的美国专利6,324,010，题为“Opticalassembly and a method for manufacturing lens systems”中描述的品片级制造技术来制作。

在图4的布置中，每个照明镜头312、322、332、342和352具有不同焦距，以提供5个不同照明角度314、324、334、344和354。这不是必需的，在一些实施例中，照明镜头中的若干个可以具有相同焦距。例如，图7示出了备选实施例，其中电子闪光灯400包括LED410、420、430、440和450以及提供照明角度414、424、434、444和454的相关联的照明镜头412、422、432、442和452。在该示例中，一对照明镜头412和452具有相同的短焦距并提供相等的窄照明角度414和454。类似地，一对照明镜头422和442具有相同的中焦距并提供相等的中照明角度424和444。中心照明镜头432具有长焦距并提供宽照明角度444。通过成对提供一些照明镜头，可以提供关于所成像的场景中心的均匀照明。

图8示出了备选实施例，其中图4的电子闪光灯300与主镜头570组合，以进一步控制来自电子闪光灯300的光在场景上的分布。当LED310、320、330、340和350之间的距离与距主镜头570的距离相比显著时，来自每个LED的照明光束将指向从主镜头570发出的不同方向，如主光线510、520、530、540和550所示。在一些配置中，可以通过将电子闪光灯300置于偏离主镜头570的光轴来利用该特征，以控制闪光灯照明的总体方向。这可以用于校正由于闪光灯远离相机镜头而导致的视差。主镜头570还可以包括楔形特征，以提供方向控制。当被摄体非常近，例如进行超近照相时，这种方向控制尤其有用。在一些实施例中，可以调整照明镜头312、322、332、342和352之后的LED310、320、330、340和350的横向位置，以控制来自每个LED的照明光束的方向，使其导向主镜头570的中心。

与图8类似，图9示出了图7的闪光灯400与主镜头670组合以进一步将来自闪光灯的光聚焦至场景。在该情况下，图7的照明锥角414、424、434、444和454分别减小为照明锥角614、624、634、644和654。通过指定每组中的各个LED相对于光轴的横向位置，可以控制各个照明透镜412、422、432、442和452以及来自每个光源的照明光束相对于主透镜670的光轴的方向。当成对或成组激活LED时，这是尤其有效的，以控制重叠光束的均匀度。在图9中，LED对位于关于主透镜670的光轴对称，但是可以使用关于图8讨论的方向控制，使得组合光束以偏离轴的方向为中心(例如以校正视差效应)。

在一些实施例中，图9中的单个主镜头670可以替换为镜头阵列。这可以提供附加的设计灵活性，允许针对阵列中的每个LED独立调整锥角和指向，从而能够提高来自电子闪光灯400的照明图案的均匀度。

作为总的设计原则，指定电子闪光灯中的LED和相关联照明透镜的相对位置和特性，以将光束瞄准场景中期望要照明的部分，并控制各个照明光束的重叠，以提供与变焦镜头4(图1)的设置相关联的用户选择视野内的场景的实质上均匀的照明。

在另一实施例中，LED阵列和相关联照明透镜在阵列上是不均匀的。阵列的不均匀可以是在LED的空间密度方面或者在LED的光强度方面。这使得优先将附加光提供给视野的中心或边缘。

如上所述，使用闪光灯控制器3(图1)，响应于数码相机10(图1)的用户选择视野来选择性地激发发光器(例如LED)的不同子集。视野一般是使用用户控件34(图1)来选择的，以选择可调变焦镜头4(图1)的焦距。然而，在一些实施例中，还可以使用“数字变焦”特征来调整视野，其中镜头4保持在固定焦距，并且通过将捕捉的图像进行数字处理以根据用户可选择的变焦因子变焦为场景的更小区域来调整视野。为了本讨论的目的，将数字变焦操作视为调整“有效焦距”，尽管镜头4的实际焦距可能未改变。

闪光灯控制器3可以使用本领域任何已知方法，根据用户所选视野来选择和激发发光器的合适子集。图10示出了闪光灯控制器3可以选择性激发发光器的子集的一个方法的流程图。对闪光灯控制器3的输入是由用户使用合适的用户控件34(图1)(如变焦控件502(图5))来选择的焦距700(F)。根据该方法，定义了多个视野范围。每个视野范围与发光器的对应子集相关联。

使用第一焦距测试710将焦距与第一预定义阈值T1进行比较。如果焦距大于第一预定义阈值(对应于F>T1的视野范围)，使用激发远摄光源子集步骤715来选择性地激发向窄视野提供照明的发光器子集(例如图9所示的电子闪光灯实施例中的LED410和450)。

如果第一焦距测试710确定焦距不大于第一预定义阈值，则使用第二焦距测试720将焦距与第二预定义阈值T2进行比较。如果第二焦距测试720确定焦距大于第二预定义阈值(对应于T2<F<T1的视野范围)，则使用激发中光源子集步骤725来选择性地激发向中视野提供照明的发光器子集(例如图9所示的电子闪光灯实施例中的LED420和440)。

最终，如果第二焦距测试720确定焦距不大于第二预定义阈值(对应于F<T2的视野范围)，则使用激发广角光源子集步骤730来选择性地激发向宽视野提供照明的发光器子集(例如图9所示的电子闪光灯实施例中的LED430)。

应理解，在一些实施例中，针对不同视野条件激发的发光器子集可以不是互斥的。在这种情况下，一些发光器可以包括在多个不同子集中。例如，针对远摄视野和中视野均可以激发特定发光器。

总体上，有效闪光灯曝光所需的光量将是数码相机10(图1)与场景中的被摄对象之间的距离的函数，其中更多远距离对象需要更高的光级别。由于远摄视野设置通常与较大被摄体距离处的照相场景对象相关联，在一些实施例中，针对较窄视野设置，以与用于较宽视野设置的功率电平相比较高的功率电平激发发光器会是有用的。

在一些实施例中，数码相机10(图1)包括用于确定数码相机10与场景中的对象的距离的装置。本发明可以使用用于提供这种距离信息的任何技术。在一些实施例中，可以使用测距仪机构来提供距离信息。在其他实施例中，可以根据自动对焦系统确定的镜头焦点位置来确定距离信息。也可以使用用于获得距离信息的其他备选，如分析有和没有预闪光的预览图像。然后，闪光灯控制器3使用距离信息以及变焦设置来选择应当激发的发光器子集，或者确定在捕捉场景的数字图像时发光器应提供的功率电平。例如，与较短对象距离相比，针对较大对象距离可以以较高功率电平来激发发光器。类似地，在一些实施例中，与较短对象距离相比，针对较大图像距离可以激发更多发光器。可以通过控制激活发光器的持续时间、提供给发光器的电流水平、或两者来控制发光器的功率电平。

一些数码相机10利用“滚动”快门曝光控制技术，其中在不同时刻捕捉数字图像的不同带。利用滚动快门曝光，比读取帧所需的时间更短的持续时间的闪光将在图像中产生明亮带。这可以通过使发光器至少运行读出整个帧所需的时间来避免。对于不同发光器用于照明场景的不同部分的实施例，只需要激活正在照明场景中在特定时刻正在捕捉的部分的发光器。这样，可以通过不激活与场景中当前正在捕捉的部分无关的发光器来减小闪光灯系统的功耗。

图11示出了根据本发明另一实施例的数码相机10的正视图，该数码相机10包括位于相机本体500上的多个LED闪光灯阵列800和805。LED闪光灯阵列800和805均包括多个LED发光器，与根据本发明的照明镜头耦合。

LED闪光灯阵列800位于偏离镜头轴，以减小正常照相中的红眼。在一些实施例中，可以使用图4的电子闪光灯300或图7的电子闪光灯400作为LED闪光灯阵列800。

在一个布置中，LED闪光灯阵列805位于邻近相机镜头4，以提供对近被摄体距离的更均匀闪光灯照明。优选地，发光器和包括LED闪光灯阵列805的照明镜头被布置为使得得到的照明某种程度上导向镜头4的轴，以提供对被摄体的更均匀照明。

LED闪光灯阵列800与LED闪光灯阵列805一起可以被认为是根据本发明的具有多个发光器和对应照明透镜的单个电子闪光灯单元，其中，响应于用户选择视野确定捕捉特定数字图像时激发的发光器的特定子集。根据该实施例，当数码相机10被设置为操作于超近(近距离)照相模式时或所确定的对象距离小于预定阈值距离时，可以选择性激发LED闪光灯阵列805中的发光器。否则，如上所述使用LED闪光灯阵列800。在一些实施例中，针对视野合适以及需要附加光的情况，即使数码相机10未操作于近被摄体距离，仍可以将LED闪光灯阵列805中的一些或全部发光器与LED闪光灯阵列800中的发光器一起激发。

如图11所示的包括在相机本体上的多个闪光灯阵列的实施例具有以下附加优点：这些实施例提供了冗余以避免在用户无意中用手指盖住闪光灯阵列之一的情况下完全失去照明。它还具有以下优点：与利用单一LED或闪光灯管(例如氙气频闪闪光灯)容易实现的相比，它可以用于提供受控照明的更分散的源。对于如肖像和近距离照相的应用，这种分散照明一般是优选的。

图12示出了根据本发明另一实施例的数码相机10的正视图，该数码相机10包括覆盖相机本体500的大部分的LED闪光灯阵列810。这种布置具有以下优点：相对于图11的LED闪光灯阵列805，其将提供更分散的闪光灯照明。

在另一实施例中，可以响应于对场景和与场景中的对象的距离的分析来控制具有被配置为照明场景的不同部分的LED的LED闪光灯阵列，以针对场景中与更远对象相对应的部分来提供更多照明功率，从而在具有较大距离范围的场景中改善均匀度，并减少接近对象的过度曝光。

这里关于数码相机系统而描述电子闪光灯系统也可以用于传统胶片相机。在这种情况下，利用位于镜头4(图1)的图像平面处的光敏胶片而不是使用图像传感器14来捕捉图像。

部分列表

2闪光灯

3闪光灯控制器

4镜头

6可调光圈和可调快门

8变焦和聚焦马达驱动器

10数码相机

12定时产生器

14图像传感器

16ASP和A／D转换器

18缓冲存储器

20处理器

22音频编解码器

24麦克风

26扬声器

28固件传感器

30图像传感器

32图像显示器

34用户控件

36显示存储器

38有线接口

40计算机

44视频接口

46视频显示器

48接口／充电器

50无线调制解调器

52射频频带

58无线网络

70因特网

72照片服务提供商

90白平衡设置

95白平衡步骤

100颜色传感器数据

105降噪步骤

110ISO设置

115去马赛克步骤

120分辨率模式设置

125颜色校正步骤

130颜色模式设置

135色调标度校正步骤

140对比度设置

145图像锐化步骤

150锐化设置

155图像压缩步骤

160压缩模式设置

165文件格式化步骤

170元数据

175照相模式设置

180数字图像文件

185相机设置

250广角视野

260中视野

270远摄视野

300电子闪光灯

310LED

312照明镜头

314照明角度

320LED

322照明镜头

324照明角度

330LED

332照明镜头

334照明角度

340LED

342照明镜头

344照明角度

350LED

352照明镜头

354照明角度

400电子闪光灯

410LED

412照明镜头

414照明角度

420LED

422照明镜头

424照明角度

430LED

432照明镜头

434照明角度

440LED

442照明镜头

444照明角度

450LED

452照明镜头

454照明角度

460LED

465腔体

470简单照明镜头

472正面

474背面

480复合照明镜头

485镜头元件

500相机本体

502变焦控件

504图像捕捉控件

510主光线

520主光线

530主光线

540主光线

550主光线

570主镜头

670主镜头

700焦距

710第一焦距测试

715激发远摄光源子集步骤

720第二焦距测试

725激发中光源子集步骤

730激发广角光源子集步骤

800LED闪光灯阵列

805LED闪光灯阵列

810LED闪光灯阵列

Claims (18)

1.一种具有电子闪光灯的相机系统，所述电子闪光灯具有可变照明角度，所述相机系统包括：

具有用户可选择视野的图像形成系统，用于在图像平面上形成场景的图像；

电子闪光灯系统，包括：

多个固定焦距照明镜头，具有两个或更多不同焦距；以及

一个或多个发光器，位于每个照明镜头之后，所述发光器相对于其相应照明镜头放置，以提供对场景的两个或更多不同照明角度；

以及

闪光灯控制器，响应于图像形成系统的所选视野，选择性地激发发光器的不同子集。

2.根据权利要求1所述的相机系统，还包括：被摄体距离确定子系统，用于确定相机系统与场景中的被摄体之间的被摄体距离，其中，对选择性地激发的发光器的子集的选择也响应于被摄体距离确定子系统所确定的被摄体距离。

3.根据权利要求1所述的相机系统，还包括：被摄体距离确定子系统，用于确定相机系统与场景中的被摄体之间的被摄体距离，其中，响应于所确定的被摄体距离来调整至少一些发光器的功率电平。

4.根据权利要求3所述的相机系统，其中，通过控制激活发光器的持续时间、或通过控制提供给发光器的电流水平来调整发光器的功率电平。

5.根据权利要求1所述的相机系统，其中，所述图像形成系统包括用于提供用户可选择视野的可变焦距变焦镜头系统。

6.根据权利要求1所述的相机系统，其中，具有用户可选择视野的图像形成系统包括：数据处理器，用于使用用户可选择变焦因子来执行数字变焦操作，以提供用户可选择视野。

7.根据权利要求1所述的相机系统，其中，所述发光器被布置为线性阵列、方形阵列、矩形阵列或六边形阵列。

8.根据权利要求1所述的相机系统，其中，所述发光器被布置为彼此空间分离的多个阵列。

9.根据权利要求8所述的相机系统，其中，所述图像形成系统包括成像镜头，所述发光器的阵列中的至少一些发光器被布置在成像镜头周围的位置。

10.根据权利要求1所述的相机系统，其中，发光器阵列位于至少一些照明镜头之后。

11.根据权利要求1所述的相机系统，其中，发光器相对于照明镜头的位置被指定以控制照明方向。

12.根据权利要求11所述的相机系统，其中，不同发光器被引导以照明场景的不同部分。

13.根据权利要求12所述的相机系统，其中，针对至少一个所选视野，多个发光器用于照明场景，使得来自所述多个发光器的照明图案组合，以充分的均匀度在所选视野上照明场景。

14.根据权利要求1所述的相机系统，其中，所述闪光灯控制器通过以下操作来选择要激发的发光器的子集：

定义多个视野范围；

定义要与每个视野范围相关联的发光器的子集；

确定与图像形成系统的所选视野相对应的视野范围；以及

选择与所确定的视野范围相对应的发光器的子集。

15.根据权利要求1所述的相机系统，其中，至少一些照明镜头是包括多个镜头元件的复合镜头。

16.根据权利要求1所述的相机系统，其中，至少一些照明镜头是圆柱形镜头。

17.根据权利要求1所述的相机系统，其中，所述发光器是LED、OLED、闪光灯光源或其组合。

18.根据权利要求1所述的相机系统，还包括：位于图像平面处的图像传感器阵列，用于捕捉场景的数字图像。

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