CN1677216A - 于多重光源环境中判断主要光源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种于多重光源中判断主要光源的方法，包含：利用一感光组件于至少两不同时间点测量所得一环境光源的至少两照度值；根据该至少两照度值判断该环境光源中的一主要光源。本发明是利用光源亮度变化于不同时间点亮度不同的关系，测量不同时间点的亮度，以判断其是否有周期性变化的光源，并判断其亮度变化是否为可容许的变化范围，而依此判断决定依适当的曝光时间。

Description

于多重光源环境中判断主要光源的方法

技术领域

本发明是有关于一种光源环境中判断光源的方法，特别是有关于一种于多重光源环境中判断主要光源的方法。

背景技术

相机从早期的机械式相机发展到后来的全自动相机直到近几年的数字相机。相机在全自动方面技术的进步可以使人们在使用相机时更为方便。使用者只要将相机开机，即可拍摄想留下记录的影像，相机会自动地对焦并决定一个适合现场光源亮度的一个快门与光圈的组合，使底片(或者电子底片，如：CCD、CMOS感光组件等)得到适当的曝光。在相机全自动的设计下，方便了使用者对相机的使用，使用者不需去了解相机的原理，以及复杂的快门光圈的曝光组合。

相机的主要功能就是补抓影像，让使用者可留下且可回忆拍摄时美丽的影像。因此，对相机的主要要求也是必须将眼睛所见的影像记录下来。但，相机的感光原理并不完全与眼睛相同。眼睛对颜色的感觉以及感光速度上的物理限制，使容易被「蒙蔽」。举例来说，我们的电视或电影利用每秒更换24或30张影像的方式，让眼睛无法分辨出一张张的影像而以为所见的影像是连续的。但相机会忠实地记录快门开启的过程所捕捉所有光的讯号，例如电视的每一张画面都是电子枪逐条扫瞄出来的，若拍摄的时间短于电子枪扫瞄完依张画面的时间，所拍到的电视的影像经常是显示一半的影像，而非眼睛所见的完整影像。

另外，在室内，例如日光灯或白炽灯照射下的室内。由于日光灯或白炽灯的电源是交流电，如图1A所示，其电压值会周期性的震荡，其震荡周期随着各国会有所不同，主要有50赫兹(Hz)或60赫兹两种。在一个周期内电压的值会有两个极值(极大值及极小值)，因此，日光灯或白炽灯每个周期会有两次的闪烁，因此每秒就有100次或120次的闪烁。而这样的闪烁频率眼睛不大能感觉到。

但对相机等捕捉影像的仪器，其捕捉影像的时间(快门速度)若非是周期的整数倍(n/100秒或n/120秒，n为整数)，其捕捉的影像可能会偏暗或偏亮。如图1B所示，100为周期性闪烁的光源的亮度值，A及B的斜线区域为不同时间点累积的亮度(面积)。由图1B明显可知，在A区所拍摄的影像可能会太亮，而B区所拍摄的影像可能会太暗。因此，使用者拍得的影像与拍摄当时眼睛所见的必然有相当大的差距，这样的影像也必无法被使用者所接受。

但若其捕捉的时间长度差为周期的整数倍，而光源一个周期所发出的亮度(面积)是固定的，故不论是从哪一个时间点开始拍摄，得到的累积亮度(面积)就会相同。如此，就可以拍摄得到如眼睛所见的影像。

一般的光源判断方法仅在判断是否有人工光源的存在，而实际上，光源常是多重的混合光源。在混合光源中，人工光源非主要光源时，以非n/100或n/120(n为整数)的快门速度拍摄时，虽然所得到的影像的亮度上些许差异。但一般底片或电子底片对亮度上都有一定范围的容许度，也就是所得到影像色彩或分辨率上的细节与适当曝光下所得的影像相当接近，依然可得到正确或适当的影像。因此，当人工光源非主要光源时，并不一定需要以n/100或n/120的快门速度，而可以改以其它的快门速度来曝光。如此，在使用者需要更快的快门速度拍摄运动影像或更大的光圈(此时必须调快快门速度以取得相同的曝光量)来拍摄浅景深的情况，也可直接使用不同于n/100或n/120的快门速度来拍摄。

根据上述的说明可知，公知技艺中，相机的快门仅依一预定的快门光圈组合，而未考虑光源的种类；或者只是判断光源是否为人工光源或稳定光源，而未考虑多重的混合光源下的情况，造成了光源若有周期性的变化即判断为人工光源，而限制了相机的快门或光圈的可调整范围。

发明内容

本发明主要的目的在于提供一用于多重光源环境中判断主要光源的方法，可精确地判断适合的快门速度(曝光时间)。

本发明的另一个目的为，利用CMOS感光组件的特性，于撷取一次画面过程中可判断出多重光源环境中的主要光源的方法。

本发明的又一个目的为，利用不同时间测量环境光元的亮度，以决定人工光源的变化周期。

本发明的再一个目的为，使影像撷取仪器上的显示器所显示的影像不闪烁。

本发明亦提供了一种于多重光源中判断主要光源的方法，包含：

利用一感光组件于至少两不同时间点测量所得一环境光源的至少两照度值；以及根据该至少两照度值判断该环境光源中的一主要光源。

说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：其中该感光组件为CCD。

本发明再提供了一种于多重光源中判断主要光源的方法，包含：

利用一具有感光组件中的至少两感光区于不同时间点测量所得一环境光源的至少两照度值；以及根据该至少两照度值判断该环境光源中的一主要光源。

说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其中该至少两照度值的差的一比例值小于一自然光源的最大变化值时，判断该环境光源为一稳定光源。

说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其中当该至少两照度值的差的一比例值大于一自然光源的最大变化值时且大于一人工光源的最小变化值时，判断该环境光源为人工光源。

说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其中当该至少两照度值的差的一比例值大于一自然光源的最大变化值时、小于一人工光源的最小变化值且该两照度值的差与该两照度值的其中一照度值比值小于一预定值时，判断该主要光源为一稳定光源。

本发明再提供了一种于多重光源中判断主要光源的方法，包含：

利用一具有感光组件中的至少两感光区于不同时间点测量所得一环境光源的至少两照度值；比较该至少两照度值的差的一比例值与一第一临界值；比较该至少两照度值的差的一比例值与一第二临界值；以及比较该至少两照度值的差的一比例值与一第三临界值。

说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其中该感光组件为CMOS感光组件。

说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其中该环境光源判断为一人工光源时，该感光组件的曝光时间长度是为1/100秒或1/120秒的整数倍。

说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其中该感光组件是使用于一影像撷取仪器，该影像撷取仪器具有一显示器，该感光组件根据该曝光时间长度而撷取的一影像数据而该显示器根据显该影像数据显示一影像。

因此，利用本发明的方法，可以判断一环境光源的亮度变化是否为可容许的变化，并依此作为曝光时间选择的一参考数据。且感光组件可根据此曝光时间撷取影像数据至影像撷取仪器上的显示器，使显示器所显示的影像不闪烁。

附图说明

图1A是人工光源的亮度的周期性变化示意图；

图1B是于周期性亮度变化环境中，于不同时间点所累积的曝光量的示意图；

图2是为本发明的多重光源中主要光源一较佳判断流程图；

图3是为本发明的多重光源中主要光源另一较佳判断流程图；

图4是为混合光源中，稳定光源亮度为主要光源的示意图。

具体实施方法

本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述的实施例外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行，且本发明的范围不受限定，其以的后的申请专利范围为准。

再者，为提供更清楚的描述及更易理解本发明，图示内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其它相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图示的简洁。

本发明的精神在于利用于不同时间点测量环境光源的亮度，以判断多重光源中的主要光源为稳定光源(例如：自然光源)或闪烁的光源(例如：白炽灯、日光灯)，而当主要光源为稳定光源时，影像撷取仪器(如：相机、摄影机等)的感光组件的曝光时间长度就可以为任意值，而不需受限于与闪烁的光源的亮度变化周期长度的整数倍来避免曝光过度、不足或显示的影像闪烁的问题。例如，60赫兹或50赫兹的交流电为电源，则白炽灯或日光灯的亮度变化频率为两倍，其周期为1/120或1/100秒。

也就是说，虽然环境光源虽然有周期性的亮度变化，但变化幅度在感光组件的可容许亮度变化范围内，则环境光源可视为稳定光源，仅需在亮度变化幅度超过感光组件的可容许亮度变化范围时，将环境光源视为人工光源(或闪烁的光源)而调整感光组件的曝光时间长度为亮度变化周期长度的整数倍。

图2为本发明的一较佳判断流程图。首先，步骤10为测量环境光源的变化。步骤12为判断环境光源为一稳定光源20或非稳定光源。其判断方式为在环境光源的变化小于等于一第一临界值时，判断环境光源为一稳定光源20，若否，则判断环境光源为非稳定光源。此第一临界值则是依据在一般环境中，稳定(或自然)光源的一个最大亮度变化值，因此超过稳定(或自然)光源的一个亮度变化的最大值，就判断环境光源为非稳定光源。

步骤14为当步骤12判断环境光源为非稳定光源时，进一步判断环境光源为一人工光源(或是周期性亮度变化的光源)或一混合光源。其判断方式为在环境光源的变化大于第一临界值而小于等于一第二临界值时，则判断环境光源为一混合光源。

步骤16为当步骤14判断环境光源为非混合光源时，判断其是否为人工光源22。其判断方式为在环境光源的变化大于一第二临界值时，则判断环境光源为一人工光源22。此第二临界值则是依据在一般环境中，人工光源的一个亮度变化的最小值，因此超过人工光源的一个最小亮度变化值，就判断环境光源为人工光源22。但若测量到的环境光度变化在稳定(或自然)光源的一个亮度变化的最大值(第一临界值)与人工光源的一个亮度变化的最小值(第二临界值)之间，则环境光源必然是包含了周期性变化的光源与稳定光源，使其混合的亮度变化介于第一临界值与第二临界值之间。

当判断环境光源为一混合光源，则需判断混合光源可视为一稳定光源20或一人工光源22。其判断的准则需视感光组件的可容许的亮度改变幅度来决定。因此，步骤18为依据环境光源的改变度是否大于或小于等于一第三临界值来判断环境光源是否可视为一稳定光源20，当环境光源亮度改变度小于等于第三临界值时，判断为一稳定光源20，大于第三临界值时，判断为一人工光源22。

上述判断流程中，环境光源的变化的较佳的判断式分别如方程式一及方程式二所示。

方程式一(环境光源的变化)：

方程式二(环境光源的改变度)：

其中Y[n]为第n个时间点测到的环境亮度值，而N大于2。

上述是利用环境光源的变化的差值及改变度来加以判断主要光源，而本发明也可以直接以环境光源的变化的幅度(变化度)来判断主要光源，而不需利用到变化的差值及改变度两个判断数值。

图3为本发明的另一较佳判断流程图。首先，步骤30为测量环境光源的变化度。步骤32为判断环境光源为一稳定光源20或非稳定光源。其判断方式为在环境光源的变化度小于等于一第一临界值时，判断环境光源为一稳定光源20，若否，则判断环境光源为非稳定光源。此第一临界值则是依据在一般环境中，稳定(或自然)光源的一个最大亮度变化值，因此超过稳定(或自然)光源的一个亮度变化的最大值，就判断环境光源为非稳定光源。

步骤34为当步骤32判断环境光源为非稳定光源时，进一步判断环境光源为一人工光源(或是周期性亮度变化的光源)或一混合光源。其判断方式为在环境光源的变化度大于一第二临界值时，则判断环境光源为一人工光源22，若否则判断环境光源为一混合光源。此第二临界值则是依据在一般环境中，人工光源的一个亮度变化的最小值，因此超过人工光源的一个最小亮度变化值，就判断环境光源为人工光源22。但若测量到的环境光度变化在稳定(或自然)光源的一个亮度变化的最大值(第一临界值)与人工光源的一个亮度变化的最小值(第二临界值)之间，则环境光源必然是包含了周期性变化的光源与稳定光源，使其混合的亮度变化介于第一临界值与第二临界值之间。

当判断环境光源为一混合光源，则需判断混合光源可视为一稳定光源20或一人工光源22。其判断的准则需视感光组件的可容许的亮度变化幅度来决定。因此，步骤36为依据环境光源的变化度是否大于或小于等于一第三临界值来判断环境光源是否可视为一稳定光源20，当环境光源亮度变化比例小于等于第三临界值时，判断为一稳定光源20，大于第三临界值时，判断为一人工光源22。

上述判断流程中，环境光源的变化度的较佳的判断式为如方程式三所示。

方程式三(环境光源的变化度)：

变化度＝(max(Y[1]，Y[2]，...，Y[N])-min(Y[1]，Y[2]，...，Y[N]))/min(Y[1]，Y[2]，...，Y[N])

其中Y[n]为第n个时间点测到的环境亮度值，而N大于2。

而上述的方程时仅是一较佳的判断式，例如方程式三中的分母为min(Y[1]，Y[2]，...，Y[N])，为取测到的环境亮度值的最小值，但也可以改为取最大值或测量值中的某次测量亮度值。

本发明人于实验室中得到上述第三临界值的一较佳值为1/3，如图4所示，也就是亮度变化的范围在75％到100％(以最大亮度为100％)时，为感光组件(本发明人使用CMOS感光组件来实验)的可容许范围。但这数值会随着不同组件在不同的制程或技术下会有不同的值。因此其数值需针对不同的感光组件的特性来最佳化。

对于如CCD般，每次测量环境亮度为整个感光组件同时感测来取得，则测量环境亮度的方式为利用整个感光组件于不同时间点取得至少两次环境亮度的测量值，然后依上述判断方法来判断环境光源属或可视为哪种光源。也就是至少取得两幅画面(frame)来判断环境光源。

但，有些感光组件在撷取画面的方式为整个感光组件分成数个感光区域，于不同时间点来取得而组成一个画面(frame)。例如CMOS感光组件，其分成复数个线状感光区域，每个线状感光区域的宽度为一个(或以上)画素宽度，其一幅画面得取得以逐行撷取的方式来取得。因此，本发明使用如CMOS感光组件般，分成数个感光区域并于不同时间点来取得而组成一个画面的感光组件，可于一个画面的撷取过程中，依据至少两个不同时间点的撷取数据来判断环境光源。

目前人工光源主要亮度变化周期为1/100秒或1/120秒(50赫兹或60赫兹的交流电)。因此，当判断出环境光源为人工光源时，感光组件的曝光时间长度可以选择为1/100秒或1/120秒的整数倍。但，这曝光时间长度的选择为使用这感光组件的影像撷取仪器的一参考依据。例如：一台数字相机，虽然依本发明的判断方法选择了一曝光时间长度，但若环境光源亮度不足而需使用闪光灯或其它辅助光源时，则其曝光时间长度反而需依闪光灯或其它辅助光源的使用状态来调整适当的曝光时间。

本发明也可以利用感光组件于不同时间点测量环境光源的亮度变化而得到环境亮度变化的周期，以选择曝光时间长度为测量得到的环境亮度变化周期的整数倍。例如：当拍摄电视、计算机屏幕或其它闪烁光源时，其变化周期不一定为1/100或1/120秒，因此，若判断出环境光源为人工光源后，就选择曝光时间为1/100或1/120秒，会造成曝光不正确的问题。因此，可藉由同时测量出环境亮度变化的周期，而选择一更适当的曝光时间。

再者，目前得数字相机或数字摄影机具有一个LCD显示器。当尚未真正撷取影像时，LCD显示器就会显示感光组件目前捕捉的画面(预览功能)。但当位于环境光源为人工光源或拍摄有周期性亮度变化的拍摄物时(事实上，上述所谓感光组件所撷取的环境光源，其主要的光来源即为拍摄物所发出或反射的光)，其感光组件撷取影像的频率与环境光源或拍摄物的周期性亮度不匹配时，LCD显示器上的影像就会忽亮忽暗而造成闪烁的现象。因此，可以利用本发明来判断环境光源并决定具有显示器的影像撷取仪器于执行预览功能时，其感光组件的曝光周期长度。

对熟悉此领域技艺者，本发明虽以一较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的安排，均应包含在下述的申请专利范围内，这样的范围应该与覆盖在所有修改与类似结构的最宽广的诠释一致。因此，阐明如上的本发明一较佳实例，可用来鉴别不脱离本发明的精神与范围内所作的各种改变。

Claims (10)

1、一种于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：包含：

利用一感光组件于至少两不同时间点测量所得一环境光源的至少两照度值；以及

根据该至少两照度值判断该环境光源中的一主要光源。

2、根据权利要求1说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：其中该感光组件为CCD。

3.一种于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：包含：

利用一具有感光组件中的至少两感光区于不同时间点测量所得一环境光源的至少两照度值；以及

根据该至少两照度值判断该环境光源中的一主要光源。

4、根据权利要求2、3说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：其中该至少两照度值的差的一比例值小于一自然光源的最大变化值时，判断该环境光源为一稳定光源。

5、根据权利要求2、3说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：其中当该至少两照度值的差的一比例值大于一自然光源的最大变化值时且大于一人工光源的最小变化值时，判断该环境光源为人工光源。

6、根据权利要求2、3说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：其中当该至少两照度值的差的一比例值大于一自然光源的最大变化值时、小于一人工光源的最小变化值且该两照度值的差与该两照度值的其中一照度值比值小于一预定值时，判断该主要光源为一稳定光源。

7、一种于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：包含：

利用一具有感光组件中的至少两感光区于不同时间点测量所得一环境光源的至少两照度值；

比较该至少两照度值的差的一比例值与一第一临界值；

比较该至少两照度值的差的一比例值与一第二临界值；以及

比较该至少两照度值的差的一比例值与一第三临界值。

8、根据权利要求3、7说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：其中该感光组件为CMOS感光组件。

9、根据权利要求1、3、7说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：其中该环境光源判断为一人工光源时，该感光组件的曝光时间长度是为1/100秒或1/120秒的整数倍。

10、根据权利要求1、3、7说述的于多重光源中判断主要光源的方法，其特征在于：其中该感光组件是使用于一影像撷取仪器，该影像撷取仪器具有一显示器，该感光组件根据该曝光时间长度而撷取的一影像数据而该显示器根据显该影像数据显示一影像。