TWI386047B - 成像裝置及其成像方法 - Google Patents

Description

成像裝置及其成像方法

本發明涉及一種成像裝置及其成像方法。

人們利用攝像裝置(如數碼相機，手機等)進行拍照過程中，在光線反差比較大之環境下(即最亮處與最暗處之光線亮度差異很大)，通常會出現影像過曝之情況，即影像上光線強之區域呈現一片白色，沒有色彩及亮度之細節。

這主要由於數位影像之產生都利用影像感測器進行光電感應來完成。所述影像感測器包括很多感光單元及一微處理器，每個感光單元都對應一個畫素點。在拍攝時，所述微處理器會對目前環境亮度做分析，從而計算出快門之開啟時間，也即影像感測器之曝光時間。當快門之開啟時間確定後，每個感光單元都以同樣時間進行感光。此時在光線亮度較高之區域，由於光訊號較大，在感光時間內積累之電荷過多，當超過所述影像感測器所能表示之範圍時，就會出現影像過曝。

如圖1所示，A區域為光線亮度較低之區域，B區域為光線亮度較高之區域。假設所述微處理器決定此一環境之曝光時間為1/30秒，則代表所有感光單元之感光時間都係1/30秒。對於A區域，1/30秒之感光時間所累積之電荷數目都在影像感測器可表示範圍內，因此色彩及亮度細節都存在，但對於B區域，1/30秒之感光時間就會使這個區域之感光單元積累電荷數目太多，從而造成影像過曝 ，使影像上呈現一片白色。

目前影像過曝之解決方法，大部分都採用影像後處理之方式，即當影像生成後，利用軟體程式對曝光過度之影像進行分析，將影像過曝之區域進行亮度調整，降低該區域之亮度，還原部分之影像細節。惟，由於這種方法係在數位影像生成之後再對影像進行處理，所以還原細節能力很有限，導致在光線反差比較大之環境下，攝像裝置所拍攝之影像品質不高。

有鑒於此，有必要提供一種能有效提高影像品質之成像裝置及成像方法。

一種成像裝置，其包括一影像感測器及一電子黑卡。所述影像感測器及電子黑卡電連接。所述影像感測器用於將光訊號轉換成電訊號，然後生成數位影像，其包括一感光面及一微處理器。所述感光面及微處理器電連接。所述感光面上設置有複數感光單元。所述微處理器包括亮度分析模塊及判斷模塊，所述亮度分析模塊用於對環境亮度進行分析，得出最佳曝光時間，所述判斷模塊用於判斷影像是否有曝光過度區域。所述電子黑卡用於控制所述影像感測器之各感光單元之感光時間，其位於所述影像感測器之感光面一側。所述電子黑卡包括複數開關單元及一控制單元。所述開關單元及控制單元電連接。所述開關單元按矩陣形式排列，且每一開關單元均對應一感光單元。所述控制單元用於計算出各開關單元之開啟時間，並根據各開關單元之開啟時間控制各開關單 元之開閉。

一種利用上述成像裝置之成像方法，其包括如下步驟：計算出最佳曝光時間；判斷是否存在曝光過度區域；若存在曝光過度區域，則計算出各曝光過度區域所對應之感光單元之最合適之感光時間；將各感光時間換算成電子黑卡上各開關單元之開啟時間；進行曝光，並拍攝影像。

較於先前，本發明之成像裝置及成像方法，通過電子黑卡之各開關單元之開閉控制影像感測器上與各環境區域分別對應之感光單元之感光時間，在影像生成之前就可有效防止影像過曝，從而提高影像品質。

請參閱圖2，為本發明實施方式提供之一種成像裝置100，其包括一影像感測器200及一電子黑卡300。所述影像感測器200與所述電子黑卡300相電連接。

所述影像感測器200用於將光訊號轉換成電訊號，然後生成數位影像，其包括一感光面210及微處理器220。所述感光面210與所述微處理器220電連接。所述感光面210上設置有複數感光單元211，所述微處理器220包括亮度分析模塊221及判斷模塊222。所述亮度分析模塊221用於對環境之亮度進行分析，得出最佳曝光時間。所述判斷模塊222用於判斷影像是否有曝光過度之區域。所述影像感測器200為感光耦合元件(CCD)或互補性金屬氧化物半導體(CMOS)。

所述電子黑卡300位於所述影像感測器200之感光面210一側，用於控制各感光單元211之感光時間。所述電子黑卡300包括複數開關單元310及一控制單元320。所述開關單元310與所述控制單元320相電連接。所述開關單元310按矩陣形式排列，且每一開關單元310均對應一感光單元211。當開關單元310開啟時，光線就可到達感光單元211；當開關單元310關閉時，光線被擋住，不能到達感光單元211。所述控制單元320包括計算模塊321及開關控制模塊322。所述計算模塊321用於計算出各開關單元310之開啟時間。所述開關控制模塊322用於根據各開關單元310之開啟時間控制各開關單元310之開閉。在本施方式中，所述開關單元310之動作方式可以係先在計算模塊321所計算出之開啟時間內開啟，然後一直關閉。可以理解，所述開關單元310之動作方式也可以係不斷輪流進行快速之開啟及關閉，且開啟之時間總和為計算模塊321所計算出之開啟時間。在本實施方式中，所述開關單元310為微型開關元件。

可以理解，所述開關單元310也可以為液晶分子，利用控制單元320控制液晶分子之扭轉角度，從而實現開關單元310之開閉。

在本實施方式中，當將所述成像裝置100應用於攝像裝置內部時，所述計算模塊321計算過程如下：根據公式△TV=△BV+SV-AV，其中△TV為開關單元310之開啟時間，△BV為影像中各區域之亮度差值，SV為整個影像之感光度，AV為攝像裝置之光圈大小。由於SV及AV係攝像裝 置係根據環境亮度自動設定。同一張影像各區域之SV均相同，AV也均相同。假設其中一影像過曝區域之預期之亮度值應為5，可實際之亮度值為10，則該區域之亮度差值△BV為5，將△BV，SV及AV之值帶入公式△TV=△BV+SV-AV中，即可計算出各開關單元310之開啟時間△TV。

所述成像裝置100之工作過程如下：所述影像感測器200之亮度分析模塊221會先分析環境之亮度得出最佳曝光時間，接著所述判斷模塊222會判斷出在最佳曝光時間內影像是否會有曝光過度之區域。若存在曝光過度之區域，則所述電子黑卡300之計算模塊321會根據各曝光過度區域之過度程度計算出各曝光過度區域所對應之感光單元211之最合適之感光時間，並將其換算成各開關單元310之開啟時間。所述開關控制模塊322根據計算模塊321所得出之控制參數控制開關單元310之開閉，減小各曝光過度區域所對應之感光單元211之感光時間，從而就可以保留各曝光過度區域之色彩及亮度之細節。可以理解，對於曝光沒有過度之區域，則開關控制模塊322會使該區域所對應之開關單元310一直處於開啟狀態。

請參閱圖5，為本發明實施方式提供一種利用上述成像裝置100之成像方法之流程圖，其包括如下步驟：

S1：計算出最佳曝光時間。可以理解，將所述成像裝置100應用於攝像裝置內部之時候，所述最佳曝光時間即為攝像裝置之快門開啟時間。

S2：判斷是否存在曝光過度區域。可以理解，將所述成像裝置100應用於攝像裝置內部時，所述成像裝置100之微處理器220會根據環境亮度之變化不斷計算出最佳曝光時間，並自動曝光，從而能在顯示幕上顯示影像。本步驟中曝光過度區域之判斷係以快門按下之前，顯示幕上所顯示之最後一張影像之最佳曝光時間為依據來計算之。在最佳曝光時間內，所述影像感測器200上積累之電荷超過其所能表示之範圍之區域均為曝光過度之區域。

S3：若存在曝光過度區域，則計算出各曝光過度區域所對應之感光單元211之最合適之感光時間。

S4：將各感光時間換算成電子黑卡300上各開關單元310之開啟時間。

S5：進行曝光並拍攝影像。

S6：若步驟S2中，不存在曝光過度之區域，則電子黑卡300上之各開關單元310全部開啟，然後轉入步驟S5。

進一步之，本發明之成像裝置及其成像方法，還可以實現影像去背之功能，即由影像感測器200之微處理器220得出背景區域及拍攝主體分別對應之感光單元211，然後電子黑卡300之控制單元320使背景區域所對應之開關單元310全部關閉，同時拍攝主體所對應之開關單元310全部打開，從而在曝光之時候，使拍攝主體所對應之感光單元211感光，而背景區域所對應之感光單元211不感光，因此就達到了影像去背之效果。

更進一步之，本發明之成像裝置及其成像方法，還可以 實現減光之功能。即在拍攝時，有時需要在光源充足之環境下使用慢速快門，比如透過慢速快門就可以使水流有涓涓流動之效果。但此時最佳曝光時間就比較長，會發生曝光過度之情況。所述成像裝置100可由計算模塊321計算出各開關單元310之開啟時間，使開關控制模塊322控制電子黑卡300中各開關單元310之動作，從而就可以控制各感光單元211之感光時間，減少入光量，實現減光之效果。

本發明之成像裝置及其成像方法，通過電子黑卡之開關單元控制與各環境區域所對應之感光單元之感光時間，在影像生成之前就可防止影像過曝，從而有效提高影像品質。同時該成像裝置及其成像方法還可以實現影像去背及減光之功能。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧成像裝置

200‧‧‧影像感測器

300‧‧‧電子黑卡

210‧‧‧感光面

220‧‧‧微處理器

211‧‧‧感光單元

221‧‧‧亮度分析模塊

222‧‧‧判斷模塊

310‧‧‧開關單元

320‧‧‧控制單元

321‧‧‧計算模塊

322‧‧‧開關控制模塊

圖1係拍攝環境之示意圖；圖2係本發明實施方式提供之成像裝置之結構示意圖；圖3係圖2之成像裝置之微處理器之功能模塊示意圖；圖4係圖2之成像裝置之電子黑卡之控制單元之功能模塊示意圖； 圖5係本發明實施方式提供之成像方法之流程圖。

100‧‧‧成像裝置

200‧‧‧影像感測器

300‧‧‧電子黑卡

210‧‧‧感光面

220‧‧‧微處理器

211‧‧‧感光單元

310‧‧‧開關單元

320‧‧‧控制單元

Claims (7)

1. 一種成像裝置，其包括一影像感測器，所述影像感測器用於將光訊號轉換成電訊號，然後生成數位影像，所述影像感測器包括一感光面及一微處理器，所述微處理器與所述感光面電連接，所述感光面上設置有複數感光單元，其改進在於，所述微處理器包括亮度分析模塊及判斷模塊，所述亮度分析模塊用於對環境之亮度進行分析，得出最佳曝光時間，所述判斷模塊用於判斷影像是否有曝光過度之區域，所述成像裝置還包括一電子黑卡，所述電子黑卡與影像感測器電連接，且位於所述影像感測器之感光面一側，用於控制所述影像感測器之各感光單元之感光時間，所述電子黑卡包括複數開關單元及一控制單元，所述開關單元與所述控制單元電連接，所述開關單元按矩陣形式排列，且每一開關單元均對應一感光單元，所述控制單元包括計算模塊及開關控制模塊，所述計算模塊計算出各曝光過度區域所對應的開關單元的開啟時間；所述開關控制模塊用於根據所述計算模塊所得出的控制參數控制各曝光過度區域對應的開關單元的開閉，減小各曝光過度區域所對應的感光單元的感光時間；所述開關控制模塊還用於控制各曝光正常的區域所對應的開關單元在最佳曝光時間內一直處於開啟狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，其中，所述影像感測器為感光耦合元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，其中，所述影像感測器為互補金屬氧化物半導體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，其中，所述電子黑卡之動作方式為各開關單元先在計算模塊所計算出之開啟時間內開啟，然後一直關閉。
5. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，其中，所述電子黑卡之動作方式為各開關單元不斷輪流進行快速之開啟及關閉，且各開關單元之開啟時間總和分別為計算模塊所計算出之各開關單元之開啟時間。
6. 一種利用如申請專利範圍第1項所述之成像裝置之成像方法，其包括如下步驟：計算出最佳曝光時間；判斷是否存在曝光過度區域；若存在曝光過度之區域，則則計算出各曝光過度區域所對應之開關單元之開啟時間；根據所計算之各曝光過度區域所對應之開啟時間控制對應的開關單元的開閉，同時控制各曝光正常的區域所對應之開關單元在最佳曝光時間內一直處於開啟狀態；拍攝影像。
7. 如申請專利範圍第6項所述之成像方法，其中，若不存在曝光過度之區域，則電子黑卡中之開關單元全部開啟，直接轉入進行曝光之步驟。