TWI408951B - 產生相片之方法及裝置 - Google Patents

Description

產生相片之方法及裝置

本發明係關於一種用以產生相片之方法且更特定而言本發明係關於一種借助於若干連續曝光而產生一增強相片之方法。歸因於用於每一曝光之感應器的總體曝光，該等曝光經組合以產生具有增強特性之相片。

本發明亦係關於一種使用該方法之裝置。

當今之數位相機可使用一系列曝光以獲得足夠光且該等曝光與基於軟體之影像穩定相組合。當耗費相當長曝光時間拍攝一相片時，影像穩定減小由使用者手振引起的效果。在一記憶體中添加若干(例如，8個)數位化影像，每一數位化影像耗費一短曝光時間拍攝。當添加一相片至(一)先前相片時，該相片移位位置以補償由手振引起之移動。此使得清晰度增強。然而，若感應器借助於一滾動快門曝光，則每一相片將經受運動失真。歸因於手振，該運動失真隨機分佈且無法借助於影像穩定減小。下文參看圖2A及圖2B更詳細描述先前技術之一滾動快門之操作。

當今存在之一些相機使用總體快門。使用一總體快門使得整個感應器同時曝露於光。然而，此種快門並未與影像穩定一起使用。

在本發明中，一影像穩定系統中之運動失真的問題藉由借助於一整體快門曝露系列之每一曝光而解決。以此方式，不會由一滾動快門產生運動失真，且影像穩定可操作以形成一具有足夠之總累積曝光時間的穩定化相片。

在一第一態樣中，本發明係關於一種用以產生一相片之方法，該方法包含下列步驟：曝露一感光感應器於一系列曝光，其中在每一曝光中同時曝露整個感光感應器，及該系列之所有該等曝光經組合以形成一完成之相片。

較佳地，該等曝光與一用以增強清晰度之修正相組合。

在一較佳實施例中，用於每一曝光之方法包含下列步驟：重設整體快門關閉之感光感應器之所有像素；打開該整體快門；曝露該整個感光感應器於光所要之曝光時間；關閉該整體快門；及讀出像素值。

適當地，同時重設該感光感應器之所有像素。

適當地，以一滾動模式讀出該等像素值。

在一第二態樣中，本發明係關於一種用以產生一相片之裝置，其包含一用以曝光一感光感應器之光學系統、一能夠同時曝露整個感光感應器之機械或電子整體快門。

根據本發明，該光學系統經安置以曝露該感光感應器於一系列曝光，以使得整個感光感應器在每一曝光中係同時曝露的。

較佳地，該裝置經安置成該系列曝光與一用以增強清晰度之修正相組合。

在一較佳實施例中，該裝置經安置以對每一曝光實施下述步驟：重設整體快門關閉之感光感應器的所有像素；打開該整體快門；曝露整個感光感應器於光所要之曝光時間；關閉該整體快門；及讀出像素值。

適當地，該裝置經安置以同時重設該感光感應器之所有像素。

適當地，該裝置經安置成以一滾動模式讀出該等像素值。

在一實施例中，該感應器為一數位CMOS影像感應器，且該整體快門為一機械快門。

在另一實施例中，該整體快門為一電子快門。

本發明係關於一種用以產生相片之方法及一種使用該方法之裝置，例如，一數位相機或一結合一數位相機之裝置(諸如，一行動電話)等。如引言中所提及之，當需要在一低光條件下使用可用光進行若干曝光且較佳使用影像穩定組合該等曝光拍攝一相片時，本發明係有用的。

圖1說明根據本發明之一相機的相關部分。該相機包含一光學系統，其包括一透鏡1及一整體快門2。該光學系統曝露一感光感應器3(例如，一數位CMOS影像感應器)於光。一包含一處理器4之控制單元控制透鏡1及快門2之操作。快門2可為一機械快門或感應器3可經電子控制以獲得一所要之曝光時間及特性。處理器4與感應器3及一記憶體5通信，其中影像資料可儲存及擷取於該記憶體5。處理器4能對影像處理實施必要之計算。

透鏡1、快門2及感應器3可為習知之設計。具有變化品質及效能之廣泛範圍內之組件已存在於市場上。又，以多種方式處理影像資料之影像處理器係先前已知的。此等組件在本申請案中將不詳細描述。記憶體5可為一併入該裝置之記憶體的一工作空間或可存在於一單獨、可移動之記憶卡上，進而儲存工作資料及完成之相片。處理器及記憶體可整合至相機設計中或常駐在外部或與其他功能共用。

為方便起見，描述一諸如感應器3之感光感應器的一般工作原理。感應器包含稱為像素之若干感光像元，通常在1與10兆像素(百萬像素)之間之像元分佈在感應器區域上。當光照射到一像素上時，該像素產生一經整合以獲得一光強度值的電流。如此項技術中已知之，感光器借助於濾色器感色。

快速連續地進行一系列曝光以獲得完成之相片中的足夠光及色彩。或者耗費短曝光時間及/或用一小光圈進行曝光。短曝光時間將減少運動模糊，而小光圈將增加景深。每一曝光係清晰的且原則上係曝光不足的，但曝露於光之所有像素促成一光強度值。該等光強度值經組合以在相片中獲得足夠光。該等光值較佳利用一影像穩定系統組合以使得該等曝光之間之影像移動得以考慮且進行一修正。

一習知之數位CMOS影像感應器具有一所謂之滾動快門。一滾動快門(類似於一類比相機中之焦點快門)並非同時曝露整個影像感應器於光。圖2A說明原理。黑色矩形表示影像感應器。僅一定量之像素列同時曝露於光(如白色帶所示)。該曝光區域在感應器上移動直至曝光整個影像。藉由變化曝光區域之高度控制曝光時間。在整個感應器上移動曝光區域所耗費之時間稱為行進時間或曝光週期，且其取決於當前圖框率。

自此說明可瞭解曝露整個圖框所耗費之時間比有效曝光時間長。此外，應注意曝光區域達到底部後滾動至感應器之頂部。因此，如圖2B所示，感應器暫時同時整合兩個連續圖框之光。當曝光感應器之最後列(底部)時，亦曝露屬於下一影像圖框之第一列(頂部)。快門自一圖框滾動至下一圖框。

基於軟體之影像穩定之原理為添加若干"清晰"曝光，進而添加該等"清晰"曝光時對手振作出調節。歸因於短曝光時間或小光圈，每一短曝光相當清晰。然而，任何相機振動將導致一失真影像。圖3A－C說明稱為運動失真的效果。運動失真在相機或物體在影像曝光期間移動時發生。圖3A顯示一未失真影像；在圖3B中相機朝水平方向移動；且在圖3C中相機朝垂直方向移動。

應注意在圖3A－3C中之該等圓圈之形狀並非藉由改變曝光時間而改變。短曝光時間僅會使邊緣清晰。行進時間(圖框率)影響形狀而非清晰度。在典型之三百萬像素CMOS感應器中之最大圖框率為每秒10個圖框，其等於100 ms之行進時間。當吾人考慮手振時，100 ms之時間週期相當長。手振通常不是在一適當界定之方向上的移動而是在隨機分佈之多個方向上之相當不可預測的移動。

即使該等單獨短曝光之圖框係清晰的，但由於多個方向上之運動失真的結果疊加在一起，所以將導致一模糊之最終影像。

本發明之發明者已意識到，若整個影像感應器同時曝露於光，則完全解決運動失真的問題。此可藉由提供一所謂之整體快門而達成。一整體快門可為感應器之像素設計中的一機械裝置或一電子結構。

當進行單獨曝光且較佳使用軟體影像穩定組合該等單獨曝光時，本發明提議使用一機械整體快門(或可能為一電子快門)。該快門應經建構以使得進行連續短曝光時可快速打開且關閉該快門。

當前，一些具有CMOS感應器之數位靜態相機使用機械快門。該快門可以機械方式阻隔光到達感應器。以下述方式使用：1)關閉該快門2)該感應器同時或至少在打開該快門前重設所有像素(整體重設)3)打開該快門4)曝露整個感應器於光達所要之曝光時間5)關閉該快門6)以一"滾動模式"讀出像素值，例如，自該感應器之頂部掃描至底部。由於此在關閉快門後進行，因此該行為並不影響影像。

圖4及圖5之圖展示八個連續影像圖框之曝光。本發明並非受限於任何具體數目之曝光。

圖4展示根據先前技術之一滾動快門的效果。雖然曝光時間足夠短以避免單獨圖框之影像模糊，但歸因於手振，整個圖框之長曝光週期引入運動失真，當組合該等單獨影像時此將引起一模糊影像。

圖5展示使用根據本發明之一整體快門的效果。曝光時間等於整個圖框之曝光週期。影像模糊與運動失真得以避免。在單獨圖框之曝光之間所發生的任何手振可在堆疊該等影像時得以補償。在圖4及圖5之兩圖中之感應器的總累積曝光時間相等。此圖亦解釋快門應如何與相機之圖框週期同步。

軟體影像穩定之當前設計中的主要問題得以解決。若在並無快門的情況下使用一影像穩定器，則將歸因於運動失真而發生顯著之影像劣化。若在並無一影像穩定器的情況下使用一整體快門，則將歸因於長曝光時間而模糊影像。

本發明組合該等兩種技術之長處以使得影像品質比單獨使用該等技術中之每一者所獲得之影像品質好。

通常，使用快門時快門僅打開一次，而本發明提議與相機圖框率同步之一系列打開及關閉行為。

借助於本發明，甚至在低光條件下可產生一經修正曝光之清晰影像。儘管曝光時間長，但本發明能夠拍攝清晰相片。本發明之範疇僅受限於下文之申請專利範圍。

1．．．透鏡

2．．．快門

3．．．感應器

4．．．處理器

5．．．記憶體

圖1為根據本發明之一相機之相關部分的示意圖；圖2A及圖2B為說明根據先前技術之一滾動快門中之曝光的示意圖；圖3A－3C為說明多種情況下之運動失真的圖；圖4為說明以一滾動快門曝光八個連續影像圖框的圖；及圖5為說明以一根據本發明操作之整體快門曝光八個連續影像圖框的圖。

Claims (7)

1. 一種產生一相片之方法，其包含以下步驟：曝露一感光感應器(3)於一系列曝光，曝光係曝光不足，其中在每一曝光中同時曝露該整個感光感應器(3)，對每一曝光而言，該方法包含以下步驟：在一機械整體快門(2)關閉下重設該感光感應器(3)之所有像素；打開該機械整體快門(2)；曝露該整個感光感應器(3)於光達所要之曝光時間；關閉該機械整體快門(2)；及以一滾動模式讀出像素值。
2. 如請求項1之方法，其中該等曝光與一用以增強清晰度之修正相組合。
3. 如請求項1之方法，其中同時重設該感光感應器(3)之所有像素。
4. 一種產生一相片之裝置，其包含一用以曝露一適用於以一滾動快門曝光之感光感應器(3)之光學系統(1)、一能夠同時曝露該整個感光感應器(3)之機械整體快門(2)，該裝置之特徵在於：該光學系統(1)經安置以曝露該感光感應器(3)於一系列曝光，以使得該整個感光感應器(3)在每一曝光中係同時曝露的，再者各曝光係曝光不足，且在於該裝置係經安置成結合該系列之所有曝光以形成一完成之相片，該裝 置係進一步經安置以對每一曝光實施以下步驟：在該機械整體快門(2)關閉下重設該感光感應器(3)之所有像素；打開該機械整體快門(2)；曝露該整個感光感應器(3)於光達所要之曝光時間；關閉該機械整體快門(2)；及以一滾動模式讀出像素值。
5. 如請求項4之裝置，其中該裝置經安置成結合該系列曝光與一用以增強清晰度之修正。
6. 如請求項4之裝置，其中該裝置經安置以同時重設該感光感應器(3)之所有像素。
7. 如請求項4或5之裝置，其中該感應器(3)為一數位CMOS影像感應器。