CN1629716A - 用于图像获取的闪光照明 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于图像获取的闪光照明。与照相机相关联的发光模块提供闪光，所述闪光具有根据一个或多个驱动信号可调的光谱内容。发光模块包括至少两种不同颜色的光的一个或多个发射器，所述发射器对于一个或多个驱动信号是可单独访问的。闪光是来自所述一个或多个发射器的光的混合。

Description

用于图像获取的闪光照明
技术领域
本发明一般地涉及闪光照明，更具体地说，本发明涉及用于图像获取的闪光照明。
背景技术
当通过照相机或者其他成像系统获取物体的图像时，频闪光源或“闪光灯”提供了对于照相物体的补充光。一种普通类型的闪光灯包括基于氙气放电而发射光的氙灯。这种光的光谱内容由气体放电的特性确定，而该光谱内容确定对于照相物体的补充照明的色温。与照相机一同被集成在移动电话中的另一种类型的闪光灯包括一个或多个“白色”发光二极管(LED)。“白色”LED通常由在其上沉积有磷光体(次级发射器)的一个或多个“蓝色”LED(初级发射器)形成。由“白色”LED发射的光的光谱内容也由初级发射器的光谱特性以及所沉积的次级发射器的发射特性所确定，该光谱内容确定了通常在5500～8500度开氏温度范围内的“白色”LED的色温。
成像系统所获取的图像特性依赖于光的光谱内容或色温。当闪光灯的光谱内容被确定时，可以通过在照相机镜头上安装滤色镜，获得希望的图像特性。但是，因为滤镜不提供对被照相机接收的光的光谱内容的连续控制，所以这只提供了对图像特性的有限的控制。另外，因为为了获得不同的光谱过滤，滤镜必须被物理地互换，所以滤镜使用不便。
基于目前可获得的闪光灯的确定的光谱以及被用于改变实际光的光谱的滤镜的限制，存在对于一种闪光灯的需要，这种闪光灯提供具有可调的光谱内容的光。
发明内容
根据本发明实施例的成像系统包括光源，该光源提供具有可调的光谱内容的闪光(flash light)。
根据本发明的第一方面，提供了一种图像获取系统，包括：照相机；与所述照相机相关联的发光模块，所述发光模块提供具有根据一个或多个驱动信号可调的光谱内容的闪光。
根据本发明的第二方面，提供了一种结合照相机使用的闪光灯，包括：发光模块，所述发光模块具有一系列可单独访问的一个或多个提供光的发射器，所述光被混合以生成闪光；和与所述发光模块相关联的驱动器，所述驱动器响应于来自所述照相机的触发信号，向所述一个或多个可单独访问的发射器提供一个或多个驱动信号，所述一个或多个驱动信号确定所述闪光的光谱内容。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的成像系统的框图。
图2～图4示出了根据本发明实施例的示例性替代成像系统。
图5A～图5B示出了根据本发明实施例的用于成像系统的示例性发光模块。
图6A～图6B示出了本发明实施例的操作模式的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施例的成像系统10的框图。成像系统10包括照相机12以及与照相机12相关联的发光模块14。发光模块14具有一系列的至少两种不同颜色的光的发射器，其中，发射器被标记为R1～RL、G1～GM、B1～BN。下标L、M、N分别是表示红色发射器、蓝色发射器和绿色发射器的数量的整数。在一种典型的应用中，每种颜色的发射器的数量是相等的。
在本示例中，不同颜色是红、绿和蓝，然而其他颜色的发射器可以替代地被用于提供足够宽的光谱内容调整范围。驱动器16分别向这些不同颜色的发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN提供驱动信号SR、SG、SB。通过改变与系列中不同颜色的发射器相对应的驱动信号，由发光模块14提供的闪光LF的光谱内容可以相应地被改变，其中所述闪光LF是由不同颜色发射器所提供的光的混合。
在一个示例中，照相机12是数码照相机，其包括位于镜头或者其他聚焦元件15之后的传感器阵列22。通常，传感器22是CMOS探测器、光电二极管或者其他将所接收的光LR转换为电信号的变换器，所述电信号可以被处理器24处理以产生物体13的图像。在另一个示例中，照相机12是基于胶片的，其中，照相胶片被放置在聚焦元件15之后，作为传感器22。这种类型的典型的照相机容纳日光胶片(daylight film)，所述日光胶片被平衡用于例如具有5500开氏温度色温的浅蓝色的光。替代地，这些照相机容纳钨胶片，所述钨胶片被平衡用于例如具有3200开氏温度色温的橙色或更暖的光。照相机12中被耦合到传感器22的处理器24执行图像处理或者其他控制功能，以获取物体13的图像。
在没有由发光模块14提供的闪光LF的情况下，照相机12所获取的图像依赖于环境光LA的光谱内容或者色温。基于胶片的照相机尤其对环境光LA的色温敏感。举例来说，例如由舞台灯光或者家庭照明所提供的暖色的环境光LA通常在日光胶片上投射橙色图像。较冷的环境光LA(例如，日光)通常在钨胶片上拍摄出浅蓝色。由发光模块14所提供的物体13的补充照明Ls的可调的光谱内容可以提供色彩平衡，来帮助中和光LA，或者另外地调节照射物体13的环境光LA的不希望的颜色内容或色温。由发光模块14所提供的闪光LF的光谱内容还可以被调整以获得希望的照相效果。例如，当物体13是黑色皮肤的人时，提供较冷的闪光LF通常使得所获取的图像中的皮肤显得较亮，而向该物体13提供较暖的光使得被获取的图像中的皮肤显得富有古铜色。除了这些特定的示例之外，通过调整由发光模块14提供给物体13的闪光LF的光谱内容，可以获得多种图像特性和效果。
在一个实施例中，发光模块14的发射器是固体光源，例如激光二极管或者LED(发光二极管)。但是，发射器系列包括两种或更多种不同颜色的任何其他的光源，或者具有可调的光谱内容的任何适合的光源。发光模块14中的不同颜色光的发射器是可独立访问的。在一个示例中，发射器系列R1～RL、G1～GM、B1～BN包括以下发射器的阵列：一个或多个例如红色LED的红色发射器R1～RL、一个或多个例如绿色LED的绿色发射器R1～RL以及一个或多个例如蓝色LED的蓝色发射器R1～RL。红、绿和蓝是容易得到的LED颜色，并且当来自这些LED的输出被混合时，发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN提供了对于合成的闪光LF的颜色空间的足够的覆盖范围。
发射器的数量和排列很大程度上由被包括在发光模块14中的发射器的光输出以及所需的闪光LF的强度来决定。每种颜色的发射器被混杂在一起，如图5A所示，或者在指定的颜色区段中成组，如图5B所示。不同颜色发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的可独立访问性使得不同颜色发射器的相对强度可以独立地被改变，这引起由发光模块14所提供的闪光LF的光谱内容或者色温被改变。
通过分别被提供给每种不同颜色发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的驱动信号SR、SG、SB中的相应的变化，由每种不同颜色发射器所提供的光的相对强度被改变。在红色发射器R1～RL包括一个或多个红色LED，绿色发射器G1～GM包括一个或多个绿色LED以及蓝色发送器B1～BN包括一个或多个蓝色LED的示例中，驱动信号SR、SG、SB通常是被提供给LED的电流，并且发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的彩色光输出的相对强度根据被供给用于激励不同颜色LED的电流的相对大小而变化。例如，为了提供蓝色强度被增大的闪光LF，被提供给蓝色LED的电流相对于被提供给绿色LED的电流和被提供给红色LED的电流被增大。类似地，通过被提供给不同颜色LED的电流的相对变化，提供了具有不同光谱内容的闪光LF。在本示例中，为了提供驱动信号SR、SG、SB，驱动器16包括一系列可变电流源，这些电流源被控制电路26控制，并且各自被耦合到在发光模块14中的具有相应颜色的一个或多个发射器上，这些不同颜色的发射器是可以独立访问的。驱动器16可以包括适合于对由每种不同颜色发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN中的任何一个所提供的光的相对强度进行调制的任何其他的电路、元件或者系统。在Nishimura的美国专利No.6,448,550 B1中提供了用于控制不同颜色发射器光谱内容的方法和装置的示例，该专利通过引用结合于此。然而，在成像系统10中，可替代地包括了适合于改变由发光模块14所提供的闪光LF的光谱内容的任何其他驱动信号SR、SG、SB或者驱动方案。
在不同颜色的发射器分别包括诸如LED之类的光源阵列的示例中，通过相应地调整在阵列中被激励的光源数量，不同颜色发射器的相对强度是可调的。例如，为了提供蓝色强度被减小的闪光LF，电流被提供給比绿色LED或红色LED少的蓝色LED，以此类推。因此，在本示例中，闪光LF的光谱内容可以通过使用开关或者其他适当的电路而进行不连续地调整，所述开关和电路用于改变被驱动信号激励的各种颜色的单个发射器的数量。
通常，被包括在发光模块14中的发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN具有集成的透镜，这些透镜确立由发光模块14所提供的闪光LF的空间分布。但是，可选地位于发光模块14中的发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的外部，包括反射镜、透镜或者其他光学元件28，以控制闪光LF的空间分布。在图1的示例中，发光模块14被示出为在发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的前面具有透镜。
图2示出了成像系统10的一个实施例，其中，发光模块14和驱动器16被集成到传统的照相机12中。图3示出了成像系统10的一个实施例，其中，元件被集成到移动电话中。虽然这些实施例示出了发光模块14与照相机相集成，但是可替代地，发光模块14与照相机12分立地被安装在成像系统10中，来对准或者以其他方式指向被成像的物体13。图4中所示的本发明的实施例针对与照相机分立地被安装并用于与照相机12相连接的发光模块14。在该实施例中，驱动器16(没有示出)被集成到发光模块14或照相机12中，或者驱动器16与照相机12和发光模块14是分开的。
除了调整由光源14所提供的闪光LF的光谱内容或色温之外，被提供给发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的驱动信号SR、SG、SB还可以调整由发光模块14所提供的闪光LF的强度。被提供给每种不同颜色发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的驱动信号SR、SG、SB，在本示例中是电流，可以共同地被增大或减小，以提供闪光LF的强度的相应增大或减小，而独立于闪光LF光谱内容的变化。在Blalock等的美国专利No.6,344641 B1中提供了用于控制来自发射器的光强度的方法和装置的示例，该专利通过引用被结合于此。然而，可替代地使用用于调整由光源14所提供的闪光LF的强度的任何适合的方法或装置。在不同颜色发射器分别包括诸如LED之类的光源的阵列的示例中，可替代地，闪光LF的强度通过相应地调整在每个阵列中被激励的光源的数量而是可调的。例如，为了提供强度被减小的闪光LF，电流被提供给相对较少的蓝色LED、较少的绿色LED以及较少的红色LED。
在本发明实施例的一种操作模式中，由发光模块14所提供的闪光LF的光谱内容通过被耦合到驱动器16的硬件或软件颜色控制开关SWC被手动地调整。颜色控制开关SWC使得能够分别和独立地调整对各个发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的各个驱动信号SR、SG、SB。例如，颜色控制开关SWC使得被提供給红色发射器R1～RL的驱动信号SR能够独立于被提供給绿色发射器G1～GM的驱动信号SG或者被提供給红色发射器B1～BN的驱动信号SB而被增大或者减小。可替代地，颜色控制开关SWC使得能够对发射器的驱动信号SR、SG、SB中的两个或更多个协调地调整。例如，颜色控制开关SWC使得在被提供給绿色发射器G1～GM的驱动信号SG被减小或者增大时，或者被提供給蓝色发射器B1～BN的驱动信号SB被减小或者增大时，被提供給红色发射器R1～RL的驱动信号SR被增大或者减小。由发光模块14所提供的闪光LF的强度还可以通过被耦合到驱动器16的硬件或软件强度控制开关SW1被手动地调整。强度控制开关SWI通常共同地改变对发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的驱动信号SR、SG、SB，以改变闪光LF的强度，而独立于闪光LF的光谱内容。
在本发明实施例的另一操作模式40(示于图6A)中，根据被传送給驱动器16的被感应的环境光LA的情况，调整由发光模块14所提供的闪光LF的光谱内容。在一个示例中，色度计、感色光探测器(color-sensitivephoto detector)或者其他颜色探测器20感应环境光LA的光谱内容或色温(步骤42)，并将环境光LA的被感应的光谱内容或色温以控制电流或者其他控制信号17的形式传送給驱动器16(步骤44)。在照相机12是数码照相机的另一个示例中，使用传感器22代替示出的外部颜色探测器20，以感应环境光LA的光谱内容或色温(步骤42)，并将环境光LA的被感应的光谱内容或色温以控制电流或者其他控制信号17的形式传送給驱动器16。
响应于控制信号17，驱动器16调整被提供给发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的驱动信号SR、SG、SB(步骤46)。通过预先被建立的查找表确定对驱动信号SR、SG、SB的调整，所述查找表通过曲线拟合或者通过将控制信号17的值映射到驱动信号SR、SG、SB的值的其他技术，将控制信号17映射到驱动信号SR、SG、SB的值。利用根据被调整的驱动信号而被激励的发射器可以获得图像，如步骤48所示。
在本发明实施例的另一操作模式50(示于图6B)中，在图像获取之前激励发光模块14，使得发射器系列向要成像的物体13提供闪光LF(步骤52)。发光模块14的这种预闪足够长，使得颜色探测器20感应由发光模块14所提供的闪光LF与环境光LA的组合的光谱内容(步骤54)。由发光模块14所提供的闪光LF的光谱内容然后根据被传送給驱动器16的控制信号17而被调整，以形成自动或半自动的颜色控制反馈系统(步骤56)。在本示例中，驱动器16调整对发光模块14中的发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的驱动信号SR、SG、SB，以获得混合的环境光LA和补充闪光LF的目标光谱内容或色温。目标光谱内容或色温通过驱动器16中的可调颜色参考信号REFC被设定。颜色参考信号REFC通常在成像系统10设定为自动模式时，通过硬件或软件颜色控制开关被调整。利用根据被调整的驱动信号而被激励的发射器可以获得图像，如步骤58所示。
由发光模块14所提供的闪光LF的强度还可以作为反馈回路的一部分而被调整，在反馈回路中，来自曝光表或者其他照度传感器(在一个实施例中是传感器22)的控制信号被传送給驱动器16。响应于这种控制信号，驱动器16共同地改变对发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的驱动信号SR、SG、SB，以获得目标强度。目标强度通常在成像系统10设定为调整驱动器16中的强度参考信号REFI的自动模式时，通过硬件或软件强度控制开关SWI被调整。
在成像系统10的典型应用中，发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN被激励，使得发光模块14产生在物体13的图像获取过程中用于照相机12的闪光LF。闪光LF的持续时间通常通过对激励不同颜色发射器R1～RL、G1～GM、B1～BN的驱动信号SR、SG、SB进行脉冲调制来确定。在每个驱动信号SR、SG、SB的幅度确定了特定颜色的发射器对由发光模块14所提供的闪光LF的相对颜色贡献的同时，预先指定持续时间或宽度的脉冲确定了发射器被激励的时间区间。用于提供闪光的对发射器的激励是由从照相机12提供給驱动器16的触发脉冲TRIG启动的。
虽然已经详细示出了本发明的实施例，但是应当明白，本领域的技术人员可以想到对这些实施例的修改和调整，而不脱离如所附权利要求所提出的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种图像获取系统，包括：
照相机；
与所述照相机相关联的发光模块，所述发光模块提供具有根据一个或多个驱动信号可调的光谱内容的闪光。
2.根据权利要求1所述的图像获取系统，其中，所述发光模块包括至少两种不同颜色的光的一个或多个发射器，所述至少两种不同颜色的光的一个或多个发射器对于所述一个或多个驱动信号是可单独访问的，以及所述闪光是来自所述一个或多个发射器的所述光的混合。
3.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述至少两种不同颜色包括红色、绿色和蓝色。
4.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述发射器是固体光源。
5.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述发射器包括一个或多个红色发光二极管的阵列、一个或多个绿色发光二极管的阵列和一个或多个蓝色发光二极管的阵列。
6.根据权利要求3所述的图像获取系统，其中，所述一个或多个发射器包括一个或多个红色发光二极管的阵列、一个或多个绿色发光二极管的阵列和一个或多个蓝色发光二极管的阵列。
7.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述驱动信号在由成像系统获取图像期间激励所述一个或多个发射器。
8.根据权利要求1所述的图像获取系统，其中，所述发光模块被集成到所述照相机的壳体中。
9.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述发光模块被集成到所述照相机的壳体中。
10.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述发光模块被集成到移动电话中。
11.根据权利要求1所述的图像获取系统，其中，所述一个或多个驱动信号通过颜色控制开关可调整。
12.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述一个或多个驱动信号通过颜色控制开关可调整。
13.根据权利要求1所述的图像获取系统，其中，所述一个或多个驱动信号根据物体的环境照明而被调整。
14.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述一个或多个驱动信号根据物体的环境照明而被调整。
15.根据权利要求1所述的图像获取系统，其中，所述一个或多个驱动信号响应于物体的环境照明调制所述闪光的所述光谱内容。
16.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述一个或多个驱动信号响应于物体的环境照度调制所述闪光的所述光谱内容。
17.根据权利要求2所述的图像获取系统，其中，所述一个或多个驱动信号响应于物体的环境照度调制由所述发光模块提供的所述闪光的强度。
18.一种结合照相机使用的闪光灯，包括：
发光模块，所述发光模块具有一系列可单独访问的一个或多个提供光的发射器，所述光被混合以生成闪光；和
与所述发光模块相关联的驱动器，所述驱动器响应于来自所述照相机的触发信号，向所述一个或多个可单独访问的发射器提供一个或多个驱动信号，所述一个或多个驱动信号确定所述闪光的光谱内容。
19.根据权利要求18所述的结合照相机使用的闪光灯，还包括透镜，所述透镜控制由所述发光模块提供的所述闪光的空间分布。
20.根据权利要求18所述的结合照相机使用的闪光灯，其中，所述一个或多个可单独访问的发射器包括至少一个红色发光二极管的阵列、至少一个绿色发光二极管的阵列和至少一个蓝色发光二极管的阵列。
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