CN107533274A - 具有可变透镜增益的照相机led闪光灯 - Google Patents

Abstract

具有记录光数据的可能性的装置，装置包括光锥(306)能够被调整的闪光灯(300)，以及用于使用液体透镜(302)调整来自装置的闪光灯(300)的光锥(306)的对应方法的领域。

Description

具有可变透镜增益的照相机LED闪光灯

技术领域

本发明涉及具有记录光数据的可能性的装置的领域，该装置具有闪光灯，本发明更具体地涉及具有光锥能调整的闪光灯的这种装置。本发明提供了用于调整来自这种装置的闪光灯的光锥的方法和实施这种方法的装置。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年4月16日提交的美国第14/688,009号专利申请的优先权，在此以引证的方式将该申请的整个公开并入。

背景技术

因为装置的用户想要例如拍照的目标(即，在装置前面的对象或场景的一部分)经常在闪光灯达不到的地方，或者闪光灯以不利的方式照亮目标及其周围环境，所以使用具有记录光数据的可能性的装置的闪光灯(例如，数字照相机、视频记录装置或IR照相机的闪光灯)可能是麻烦的。

在一些装置中，典型闪光灯解决方案是在LED的前面有某种透镜的LED闪光灯。透镜解决方案可以是从塑料窗到全内反射(TIR)菲涅尔透镜的各种事物。图2中示出了这种闪光灯解决方案200。闪光灯200包括发出光208的光源206(例如，LED光源)。闪光灯200还包括用于将所发光208引导到菲涅尔透镜202中的TIR元件204(光由于TIR元件204的TIR特性而具有最小光损失)。

对于将任何类型的透镜用在闪光灯中，需要将一些重要的参数考虑在内，例如，需要什么照明均匀度、期望什么透镜增益以及工厂公差是什么。透镜增益是描述透镜与使用没有透镜的裸LED相比将收集多少光的值。具有高透镜增益的透镜由此提供到达远方但仅照亮装置前面的场景的一小部分的、来自闪光灯的光锥。

在例如用装置照相时用闪光灯未照亮目标的问题的解决方案可以是使用疝气闪光灯，但这需要高电压和空间，紧凑装置(诸如移动电话中的摄像头)经常不提供这一点。另一个解决方案可以是使用具有超级电容器的高功率LED，该超级电容器能够馈送给LED较高的电流，该解决方案也是不合适紧凑装置(诸如移动电话中的摄像头)的解决方案。

而且，依赖于装置的用户想要捕捉的场景，使用不同光锥可以是有利的。这使用如以上所描述且图2所示的透镜结构可能是不可能的。

它在本发明的实施方式出现的本上下文中。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的目的是解决或至少减少上面讨论的缺陷中的一个或若干。通常，上述目的由所述独立专利权利要求来实现。

根据第一方面，本发明由一种用于调整来自包括图像传感器的装置的闪光灯的光锥的方法来实现，闪光灯包括液体透镜，方法包括以下步骤：通过使用处理器取得指示要由图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征；以及通过基于一个或更多个特征改变液体透镜的特性来调整来自闪光灯的光锥。

本发明基于以下认识：液体透镜具有可以为了调整光锥而改变的特性。液体透镜外形固定，没有运动部件：仅液体透镜中的内部液体改变形状。这意味着可以通过使用不同电压来修改内部液体的表面张力，以精确控制并动态改变液体透镜的焦点。因为为了调整光锥不需要对透镜的其他改变，例如，透镜的旋转或透镜的更换，所以可以实现闪光灯中的透镜结构的降低复杂性。通过基于指示要由图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征改变液体透镜的特性，即，通过改变透镜内部液体的表面张力，来调整来自闪光灯的光锥，可以基于例如场景中的光条件和/或目标的类型或到目标的距离和/或基于装置的特性来有利地调整光锥，装置的特性诸如当前聚焦设置和快门设置。所有这些特征影响要由图像传感器捕捉的图像，并且通过鉴于这些特征中的一个或更多个特征来调整光锥，闪光灯可以以有利方式照亮目标/场景。

如这里所用的，术语“场景”应被理解为表示装置指向且将在使用装置时在图像(照片、视频序列等)中捕捉的环境/位置。换言之，场景是例如图像或视频序列的目标及其周围环境。

根据第二方面，本发明由一种包括图像传感器和闪光灯的装置来实现，该闪光灯包括液体透镜，装置包括处理器，该处理器被构造为取得指示要由图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征；和电润湿装置，该电润湿装置用于基于一个或更多个特征改变液体透镜的特性，从而调整来自闪光灯的光锥。

第二方面总体可以具有与第一方向相同的特征和优点。

附图说明

本发明的上述以及另外目的、特征以及优点将参照附图借助本发明的实施方式的以下例示性且非限制性详细描述来更佳地理解，在附图中，相同的附图标记将用于类似的元件，附图中：

[图1]图1示出了根据本发明的实施方式的调整来自装置的闪光灯的光锥的方法；

[图2]图2示出了根据现有技术的装置的闪光灯；

[图3]图3示意性示出了使用液体透镜来调整来自光源的光锥；

[图4]图4示出了根据本发明的第一实施方式的装置的闪光灯；

[图5]图5示出了根据本发明的第二实施方式的装置的闪光灯；

[图6]图6示出了如何基于指示要由装置的图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征来调整闪光灯的光锥；以及

[图7]图7用示例的方式示出了根据本发明的实施方式的、具有闪光灯的装置。

具体实施方式

在以下描述中，具有记录光数据的可能性的装置将被例示为数字照相机，但这仅是当作例子。装置可以为具有记录光数据的可能性的任意装置(例如，数字照相机、数字摄像机、IR照相机等)。

图1用示例的方式示出了用于调整来自数字照相机的闪光灯的光锥的方法。照相机包括图像传感器和处理器。照相机还包括普通照相机设置。这种设置的示例是照相机的快门速度(该快门速度确定曝光时间)，该快门速度是在拍照(捕捉图像)时照相机快门打开的时间长度。另外的示例是照相机透镜的焦距，该焦距确定照相机的聚焦距离，即，照相机在捕捉图像时将尝试聚焦的距离。可以使用其他特性，例如，图像传感器的光敏性。而且，图像传感器可以被构造为有规律地捕捉光，以产生例如用于在照相机处的取景器显示器中示出的图像数据。这种图像数据可以为了提取例如指定区域中的场景亮度、要聚焦的可能目标、到目标的距离、目标的移动等而由照相机的处理器分析。应注意，上面提及的图像数据不需要在取景器显示器上示出，图像传感器无论如何都可以被构造为有规律地捕捉光，以产生图像数据。根据一些实施方式，照相机的用户可以提供用于调整光锥的手动输入，例如，通过指向并按压取景器显示器。

图1的方法的第一步骤是通过使用处理器取得S102指示要由图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征。如上所述，这种特征可以从不同源来取得。

根据一个实施方式，取得S102一个或更多个特征的步骤包括取得S106数字照相机的曝光时间，并且从曝光时间提取一个或更多个特征中的至少一个特征。因为增加的曝光时间意味着较高程度地捕捉来自场景的光，所以光锥可以被有利地调整为使得提高目标的光，即通过增加液体透镜的透镜增益，并且这实现窄光锥。

根据一个实施方式，取得S102一个或更多个特征的步骤包括取得S104数字照相机的聚焦距离特性，并且从聚焦距离特性提取一个或更多个特征中的至少一个特征。例如，在小距离处，为了提供更均匀的照明，宽光锥(低透镜增益)可以是有利的。在长距离处，为了使闪光灯的光到达图像的目标，窄光锥(增大的透镜增益)可以是有利的。

根据一个实施方式，取得S102一个或更多个特征的步骤包括由数字照相机的图像传感器捕捉光，以产生图像数据，使用处理器分析该图像数据，并且从该图像数据提取一个或更多个特征中的至少一个特征。如上所述，图像数据可以被示出在照相机的取景器显示器上。在这种情况下，方法包括以下步骤：为了提取一个或更多个特征中的至少一个特征，使用处理器分析S108取景器图像。根据一些实施方式，分析图像数据的步骤包括使用对象识别算法来例如找到可能的目标。下面将关于图6进一步描述这一点。根据一些实施方式，分析图像数据的步骤包括测量在图像数据的至少一部分中的光的量。例如，光可以在场景中的目标附近或目标上来测量。下面将关于图6描述为了取得指示要由图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征而可以使用的光的测量的其他实施方式。

用于调整光锥的方法的下一步骤是通过基于一个或更多个特征改变液体透镜的特性来调整来自闪光灯的光锥S110的步骤。这样，可以良好地实现光锥的调整，例如，鉴于场景的光条件、场景中目标的位置、到场景中的目标的距离等来进行。通过考虑以上所描述的参数中的一些或所有，可以改变液体透镜的特性，由此以适于内容和周围环境的透镜增益将光引导到场景的正确部分。

根据一些实施方式，调整光锥的步骤包括基于一个或更多个特征改变S112液体透镜的焦点。焦点通过改变液体透镜中的内部液体的表面张力来调整。由此，这种调整不需要如在机械变焦透镜中的多个透镜元件，相反可以仅通过使用不同电压修改内部液体的表面张力来实现。根据一些实施方式，焦点通过改变S116液体透镜的曲率中心的位置来改变。这样，可以改变来自闪光灯的光锥的方向。根据一些实施方式，焦点通过改变S114液体透镜的曲率半径来改变。这样，可以使得闪光灯的光锥更窄或更宽。换言之，改变液体透镜的透镜增益。

在已经如上所述的自动调整光锥之后，数字照相机的用户可以捕捉S118图像并由此使用经调整的光锥以有利方式照亮场景。

图3示意性示出了用于调整闪光灯300的光锥306的液体透镜302的操作。闪光灯包括发出光208的光源206。光源206可以为LED光源或任意其他合适的光源。液体透镜302联接到电润湿装置304，该电润湿装置适于使用不同电压修改液体透镜的内部液体(未示出)的表面张力。这样，可以改变液体透镜302的特性，从而调整来自闪光灯300的光锥306。例如，通过增大施加于液体透镜302的电压，增大液体透镜302的曲率半径，这意味着光锥306中的焦点将较靠近液体透镜，即，液体透镜的焦距将减小。如上所述，可以使得光锥306更窄或更宽(增加或减少液体透镜302的透镜增益)，并且可以通过改变液体透镜306的曲率中心的位置在一定程度上改变光锥306的方向。

通常，液体透镜为凸面的，并且可以改变凸透镜的曲率。同样，可以如上所述的使透镜的中心移位。闪光灯LED通常具有确实宽的光锥，因此，由此不需要凹透镜。如果激光LED用作光源206，则凹透镜可以是有利的。根据一些实施方式，闪光灯300包括两个液体透镜，其中，一个透镜为凹面的，而另一个为凸面的。这些透镜的特性如以如上所述的相同方式可控。

图4示出了根据本发明的实施方式的闪光灯400。闪光灯400包括全内反射(TIR)元件204。通过使用这种TIR元件204，光源206可以被放置为比在没有使用TIR元件204时将可能的(没有光的高损失)较远离液体透镜302。这转而使得可以使液体透镜靠近数字照相机的外表面，这对于光锥的方向和扩散的灵活性是有利的，同时光源206被放置在数字照相机的内部，例如，在数字照相机的印刷电路板处。而且，还可以采用TIR元件204来引导来自光源206的光，使得可以使得液体透镜302较小，或者以控制从液体透镜302发出的光锥。任何合适的材料可以用于TIR元件(例如，玻璃材料或PMMA)。

图5示出了根据本发明的实施方式的闪光灯500。闪光灯500包括TIR元件204和菲涅尔透镜202。在图5所示的特定实施方式中，液体透镜302被设置为改变从菲涅尔透镜202耦合出的光锥。根据一些实施方式，液体透镜302被设置为引导从光源206发出的到TIR元件204中的光208。根据其他实施方式，液体透镜302被设置为引导从光源206发出的直接到菲涅尔透镜202中的光208，由此省去TIR元件208的需要。

图6示出了如何基于指示要由图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征调整闪光灯的光锥。图6包括两个图像600a、600b。这些图像可以是示出在照相机的取景器显示器上的图像。图像600a、600b是由照相机的图像传感器从所捕捉光产生的图像数据的表示。两个图像包括目标606，目标也构成图像600a、600b的前景部分610。图像600a、600b的剩余部分构成背景部分608。图像600a、600b中的虚线圆602表示来自照相机的闪光灯的光锥的外边界，并且虚线圆604表示光锥的中心部(即，来自闪光灯的光最亮的位置)。如图6中描述的，光锥可以通过改变液体透镜的曲率中心的位置来被调整为使得最亮的部分不在光锥的外边界的中心。

根据一些实施方式，为了从图像数据提取一个或更多个特征中的至少一个特征，照相机的处理器分析这种图像数据。根据实施方式，分析图像数据的步骤包括使用对象识别算法，诸如人脸识别算法或微笑检测算法。这种算法通常已经在安装在照相机中的软件中实施。因此，为了从图像数据提取一个或更多个特征中的至少一个特征而使用这些种类的对象识别算法可以不需要照相机的图像分析软件的另外开发。通过采用这种算法，可以为了调整闪光灯的光锥以跟随目标606并有利地照亮目标而连续改变液体透镜的特性，例如，液体透镜的曲率半径和/或液体透镜的曲率中心。例如，如果使用数字照相机来记录数字照相机前面的场景的影片，则这种实施方案对实现移动目标606的良好照明可以是有利的。这种实施方案还可以在其他场景，例如，在按行捕捉图像的序列时(例如，在采用照相机的多重曝光模式或连拍模式时)中是有用的。在图6中，光锥的中心604在目标606在两个图像600a、600b之间移动时跟随目标606。

根据一些实施方式，分析图像数据的步骤包括测量在图像数据的至少一部分中的光的量。例如，分析图像数据的步骤可以包括将图像数据分成背景部分608和前景部分610，其中，在背景部分和/或前景部分中测量光的量。例如，如果聚焦距离被设置为中等距离，并且图像600a、600b的背景部分608是黑暗的，则由处理器进行的分析可以产生高的透镜增益(窄光锥)，因为在这种图像的角落中通常没有感兴趣的信息。在另一方面，如果背景608包括强照明(例如，在晴天)，则闪光灯可以被有利地采用来满足闪光目的(即，用于增亮目标610上的深阴影区域)。在这种情况下，可以期望极高的透镜增益。

在到目标608的靠近距离处，为了不得到过曝光的中心604，低透镜增益且由此较宽的光锥是有利的，过曝光的中心604可能是在使用窄光锥时的情况。

图7用示例的方式示出了实施如这里所述的闪光灯702的移动电话700。因此，可以如上所述的基于指示由图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征来有利地照亮借助照相机镜头704捕捉的图像。

Claims (15)

1.一种用于调整来自装置的闪光灯的光锥的方法，该装置包括图像传感器，该闪光灯包括液体透镜，所述方法包括以下步骤：

通过使用处理器取得指示要由所述图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征；以及

通过基于所述一个或更多个特征改变所述液体透镜的特性来调整来自所述闪光灯的所述光锥。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，取得一个或更多个特征的步骤包括：

取得所述装置的聚焦距离特性，并且根据所述聚焦距离特性提取所述一个或更多个特征中的至少一个特征。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，取得一个或更多个特征的步骤包括：

取得所述装置的曝光时间，并且根据所述曝光时间提取所述一个或更多个特征中的至少一个特征。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，取得一个或更多个特征的步骤包括：

由所述装置的所述图像传感器捕捉光以产生图像数据；

使用所述处理器分析所述图像数据并且从所述图像数据提取所述一个或更多个特征中的至少一个特征。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述图像数据被示出在所述装置的取景器显示器上。

6.根据权利要求4至5中任一项所述的方法，其中，分析所述图像数据的步骤包括使用对象识别算法。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，分析所述图像数据的步骤包括测量在所述图像数据的至少一部分中的光的量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，分析所述图像数据的步骤包括将所述图像数据分成背景部分和前景部分，其中，所述光的量在所述背景部分和/或所述前景部分中测量。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，调整所述光锥的步骤包括基于所述一个或更多个特征来改变液体透镜的焦点。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过改变所述液体透镜的曲率中心的位置来改变所述焦点。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的方法，其中，通过改变所述液体透镜的曲率半径来改变所述焦点。

12.一种包括图像传感器和闪光灯的装置，该闪光灯包括液体透镜，所述装置包括处理器，该处理器被构造为取得指示要由所述图像传感器捕捉的图像的一个或更多个特征；和电润湿装置，该电润湿装置用于基于所述一个或更多个特征改变所述液体透镜的特性，从而调整来自所述闪光灯的所述光锥。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述闪光灯还包括全内反射TIR元件和菲涅尔透镜。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述液体透镜被设置为改变从所述菲涅尔透镜耦合出的光锥。

15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述闪光灯还包括全内反射TIR元件，其中，所述液体透镜被设置为改变从所述TIR元件耦合出的光锥。