攝影設備及方法

2023-10-10 18:50:19 5

專利名稱：攝影設備及方法
技術領域：
實施例涉及一種攝影設備及方法，更具體地講，涉及這樣一種攝影設備及方法，該 攝影設備包括具有以矩陣形式布置的多個像素的成像單元。
背景技術：
日本專利申請公開JP P1999_41523(引用的參考文件1)公開了一種攝影設備，該 攝影設備包括具有互補金屬氧化物半導體(CMOS)形式的成像單元，其中，用於執行快門操 作的前簾快門構成電子快門，用於執行快門操作的後簾快門構成機械快門。另外，日本專利申請公開JP P2007_159061(引用的參考文件2)以及日本專利申 請公開JP P2007-53742(引用的參考文件3)公開了這樣一種技術，該技術通過在電子快門 和機械快門彼此結合時改變成像單元的每個區域或每行中電荷累積開始的時間來防止由 於鏡頭類型、可變光圈的值或快門速度的差異所導致的曝光瑕疵(exposure stain)。引用的參考文件2以及參考文件3提供了用於校正圖像質量的邊緣效應(side effect)的技術，當通過執行電子重置功能實現傳統的機械前簾快門時發生所述邊緣效應。 然而，用於執行前簾快門的功能的電子快門開始操作的時間被這樣設置，使得該電子快門 的特性可與用於執行後簾快門的功能的機械快門的特性相同。成像單元的動態範圍通常是小的，因此不容易完全捕獲圖像的暗部分和亮部分。 例如，當在明亮的藍天的背景下拍攝肖像時，如果曝光調整到肖像，則作為背景的天空會白 色飽和，因此不能再現藍天。另一方面，如果曝光調整到藍天，則由於曝光不足，所以肖像會變黑。在上述引用的參考文件1、參考文件2和參考文件3中，使用了電子快門和機械快 門兩者，並且用於執行前簾快門的功能的電子快門開始操作的時間被這樣設置，使得該電 子快門的特性可與用於執行後簾快門的功能的機械快門的特性相同。因此，傳統的攝影設 備的動態範圍是小的。

發明內容
實施例包括一種攝影設備及方法，通過該攝影設備及方法，可在寬的動態範圍內 獲得良好質量的圖像。實施例還包括一種攝影設備及方法，通過該攝影設備及方法，使用電子快門和機 械快門兩者，並且電子快門和機械快門開始操作的時間被控制，從而攝影設備具有寬的動 態範圍。根據實施例，一種攝影設備包括成像單元，捕獲對象的圖像，所述成像單元包括
4以行和列布置的多個像素；檢測器，檢測對象的拍攝條件；機械快門，運動以遮擋成像單 元；操作控制器，控制機械快門的運動；掃描控制器，在機械快門運動以遮擋成像單元之 前，通過在基於對象的拍攝條件而控制的時間將重置信號施加到像素來控制成像單元的曝 光開始掃描。掃描控制器可從預定的掃描模式設置用於由檢測器檢測的拍攝條件的掃描模式， 以與所述拍攝條件對應，並且可通過設置的掃描模式將重置信號施加到像素。根據上述配置，在基於對象的拍攝條件而控制的時間將重置信號施加到像素之 後，機械快門運動以遮擋成像單元。因此，可根據拍攝條件調整成像單元的曝光開始時間， 並且攝影設備可執行具有寬動態範圍的拍攝操作。成像單元可通過根據由掃描控制器施加到成像單元的像素的重置信號開始曝光 而用作前簾快門，並且所述機械快門可用作遮擋成像單元的後簾快門。對象的拍攝條件可包括鏡頭的光強度、焦距、光圈值以及對象的亮度分布。攝影設 備可一起使用電子前簾快門和機械後簾快門，並基於拍攝條件控制電子前簾快門的時序， 因此可調整曝光時間。檢測器可檢測對象的亮度，可在檢測的亮度高於成像單元的動態範圍的上限值的 區域設置掃描模式，使得前簾快門和後簾快門之間的時間差減小，並且可在檢測的亮度低 於成像單元的動態範圍的下限值的區域設置掃描模式，使得前簾快門和後簾快門之間的時 間差增大。因此，當對象的拍攝條件超出了動態範圍的上限值時，即，圖像飽和為白色或變 黑時，可調整成像單元的曝光開始時間。操作控制器可使機械快門在與像素形成的行延伸的方向交叉的方向上運動，並且 掃描模式可包括特性曲線，所述特性曲線表示從與機械快門開始運動的位置對應的像素行 到與機械快門終止運動的位置對應的像素行中的每個像素行的曝光開始時間。因此，可基 於表示成像單元的曝光開始時間的特性曲線來開始成像單元的曝光。可通過函數來產生所述特性曲線，所述函數用於確定從與機械快門開始運動的位 置對應的像素行到與機械快門終止運動的位置對應的像素行中的每個像素行的曝光開始 時間。攝影設備還可基於用於確定曝光開始時間的所述函數開始成像單元的曝光。所述函 數可以是基函數(primary function)或二次函數(secondary function)。掃描控制器可將成像單元劃分為多個區域，並且順序地開始劃分的區域的曝光。掃描控制器可控制用於讀取成像單元的每個像素的輸出信號的讀取掃描，並且攝 影設備還可包括增益控制器，與通過掃描控制器控制的像素行的讀取的操作同步地控制 每個像素的輸出信號的增益。增益控制器可通過參照表示增益控制值的參數表，以成像單元的像素為單位控制 輸出信號的增益，所述增益控制值與像素行分別對應。因此，攝影設備可調整像素行延伸的 水平方向上的增益。增益控制器可基於表示增益的變化的寬度的函數，以成像單元的像素為單位控制 輸出信號的增益，以與像素行對應。根據另一實施例，提供一種攝影方法，所述攝影方法用於通過對成像單元曝光來 捕獲對象的圖像，所述成像單元包括以行和列布置的多個像素，所述攝影方法包括檢測對 象的拍攝條件；通過在基於對象的拍攝條件而控制的時間將重置信號施加到像素並操作前簾快門，來執行曝光開始掃描；使機械快門運動，以遮擋被施加了重置信號的像素，並用作 後簾快門。根據所述攝影設備及方法，使用電子快門和機械快門兩者，並且電子快門和機械 快門開始操作的時間被控制，從而攝影設備具有寬的動態範圍。


通過參照附圖詳細描述示例性的實施例，上述和其它特點及優點將會更加清楚， 其中圖1示出了用於解釋將通過根據實施例的攝影設備及方法執行的拍攝操作的概 念的三幅圖像；圖2是示出根據距離和時間的傳統攝影設備中的包括前簾快門和後簾快門的機 械快門的操作模式的曲線圖；圖3是示出根據距離和時間的圖1的攝影設備中的電子前簾快門和機械後簾快門 的操作模式的曲線圖；圖4是根據實施例的攝影設備的部件的框圖；圖5是圖4的攝影設備的中央處理單元(CPU)的結構以及其它部件之間的連接關 系的示意性框圖；圖6示出了檢測由圖1的攝影設備顯示的成像場景的拍攝條件的示例；圖7示出了檢測由圖1的攝影設備顯示的將被捕獲的場景的拍攝條件的另一示 例；圖8是示出由圖1的攝影設備執行的增益控制操作和電子前簾快門控制操作的曲 線圖；圖9是示出根據實施例的攝影方法的流程圖；圖10是示出根據另一實施例的攝影方法的流程圖；圖11是示出圖10的攝影方法的操作的流程圖。
具體實施例方式現在將參照附圖全面地描述實施例，附圖中示出了示例性的實施例。在傳統的攝影設備中，即使當使用電子前簾快門和機械後簾快門時，電子前簾快 門開始操作的時間也被這樣設置，使得電子前簾快門的操作特性可與機械後簾快門的操作 特性相同，因此攝影設備的動態範圍有限。然而，在根據實施例的攝影設備中，使用電子快門和機械快門兩者，並且成像單元 的每個區域或每行像素(像素行)中電荷累積開始的時間(曝光時間)可變化。換句話說， 在成像單元的每個區域或每個像素行中曝光時間可變化，因此可實現具有寬的動態範圍的 攝影設備及方法。圖1示出了用於解釋將通過根據實施例的攝影設備及方法執行的拍攝操作的概 念的三幅圖像。參照圖1，圖像51和53是從包括太陽、山和火焰草的景觀捕獲的圖像。在 將曝光調整到圖像51的下部時捕獲圖像51。在圖像51中，顯示在圖像51的下部中的火焰 草被很好地捕獲，但是顯示在圖像51的上部中的太陽的周圍部分白色飽和。
在將曝光調整到顯示在圖像52的上部中的太陽時，從與圖像51的景觀相同的景 觀捕獲圖像52。在圖像52中，顯示在圖像52的上部中的太陽被很好地捕獲，但是顯示在圖 像52的下部中的火焰草由於曝光不足而變黑。當通過根據本實施例的攝影設備調整曝光時捕獲圖像53。在圖像53中，太陽的 周圍部分的白色部分比圖像51中的太陽的周圍部分的白色部分少，圖像53的下部的黑色 部分比圖像52的下部的黑色部分少，從而包括在景觀中的太陽、山和火焰草可被很好地捕犾。在根據本實施例的攝影設備中，使用電子快門和機械快門兩者，並且電子快門 (電子前簾快門)開始操作的時間可被控制，使得在成像單元的每個區域或每個像素行中 可控制曝光時間，並且可執行良好的拍攝。具體地，在根據本實施例的攝影設備中，將被捕獲的圖像被劃分為多個區域，檢測 每個區域中的亮度的分布，從而可分析捕獲的圖像(場景)。基於將被捕獲的圖像的每個區 域中的測量的曝光值，寫入了電子前簾快門的操作時間的時間表的參數可變化，或者用於 產生所述參數的函數可變化，從而可根據將被捕獲的圖像的拍攝條件調整將被捕獲的圖像 的曝光時間。例如，圖像53的上部的亮度與圖像53的下部的亮度不同。具體地，圖像53的上 部是亮的，圖像53的下部是暗的。因此，攝影設備改變電子前簾快門的操作時間，使得將被 捕獲的圖像的上部的曝光時間減小，將被捕獲的圖像的下部的曝光時間增加。圖2是示出根據距離和時間的傳統攝影設備中的包括前簾快門和後簾快門的機 械快門的操作模式的曲線圖。在圖2的曲線圖61中，橫軸表示時間，縱軸表示與成像單元 的下端的距離(位置)。如圖2的曲線圖61所示，機械快門的運動速度不是均勻的。具體地，在機械快門 開始運動的部分中，機械快門的運動速度相對低；隨著機械快門接近於機械快門結束運動 的部分，機械快門加速，並且機械快門的運動速度相對高。由於溫度或溼度的變化、攝影設 備的位置的變化等，機械快門的運動速度還可變化。因此，當電子快門用作前簾快門時，電子前簾快門的運動速度被均勻地保持，並且 機械後簾快門的運動速度變化，從而會發生電子前簾快門的運動速度與機械後簾快門的運 動速度之間的嚴重差別。當電子快門用作前簾快門時，用於執行重置操作的重置信號以像素行為單位被順 序地提供給成像單元的每個像素，從而可從成像單元開始曝光操作。在設置的曝光時間已 經過去之後執行機械遮擋，通過移動遮擋器(後簾快門)來執行機械遮擋，從而可終止成像 單元的曝光操作。圖3是示出根據距離和時間的圖1的攝影設備中的電子前簾快門和機械後簾快門 的操作模式的曲線圖。在圖3中，上部的曲線圖62示出了電子前簾快門的重置掃描模式與 機械後簾快門的運動模式之間的關係。如曲線圖62所示，為了防止電子前簾快門的運動速度與機械後簾快門的運動速 度之間的差別，電子前簾快門的重置掃描(曝光開始掃描)的掃描曲線的形狀與機械後簾 快門的驅動曲線的形狀幾乎相同。具體地，幾乎相同的曝光時間可被施加到成像單元的上 部和下部。
在圖3中，下部的曲線圖63示出了電子前簾快門的掃描模式與機械後簾快門的運 動模式之間的關係，電子前簾快門的掃描模式與機械後簾快門的運動模式基於圖1的攝影 設備的拍攝條件被調整。攝影設備基於成像單元的每個區域或每個像素行中的測量的曝光值，從將被捕獲 的圖像檢測白色飽和區域、變黑區域等。成像單元的曝光時間可根據檢測結果被調整。例如，在圖3的下部的曲線圖63中，在快門開始運動的部分中，曝光時間被設置為 將被減少；在快門的運動結束的部分中，曝光時間被設置為將被增加。這是因為，攝影設備 具有將被捕獲的圖像的上部為亮並且將被捕獲的圖像的下部為暗的拍攝條件，因此通過基 於該拍攝條件改變曲線圖63的電子前簾快門的掃描模式，來減少將被捕獲的圖像的上部 的曝光時間，並增加將被捕獲的圖像的下部的曝光時間。通過這種方式，在本實施例中，可 根據將被捕獲的圖像的拍攝條件調整曝光開始掃描時間，從而可實現具有寬的動態範圍的 攝影設備及方法。根據本發明的攝影設備可部分基於將被捕獲的圖像的每個區域中的測量的曝光 值改變靈敏度(增益)。例如，考慮到將被捕獲的圖像的白色飽和區域與變黑區域的比率、 將被捕獲的圖像的白色飽和區域和變黑區域的對比度或各個位置，在將被捕獲的圖像的每 個劃分的區域中可通過電子前簾快門調整曝光時間，或者可改變靈敏度(增益)，或者可調 整曝光時間並且可改變靈敏度(增益)。因此，在攝影設備的寬的動態範圍中可獲得良好質 量的圖像。圖4是根據實施例的攝影設備10的部件的示意性框圖，圖5是圖4的攝影設備的 中央處理單元(CPU) 122的結構以及其它部件之間的連接關係的示意性框圖。圖4和圖5的攝影設備10包括作為一種成像單元的互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 102、檢測器202、作為一種機械快門的快門104a和104b、作為一種用於控制機械快 門的操作控制器的快門驅動器132以及掃描控制器204。攝影設備10可包括CMOS 102、快門104a和104b (下文中稱為快門單元104)、模擬 前端(AFE) 106、時序發生器(TG) 108、成像信號處理器110、存儲器控制器112、存儲器114、 存儲卡控制器116、AE/AF/AWB(自動曝光/自動聚焦/自動白平衡)120、CPU 122、顯示控 制器124、液晶顯示器(IXD) 126、隨機存取存儲器(RAM)表130、快門驅動器132以及鏡頭單 元15。CMOS 102是這樣一種成像單元，該成像單元包括以矩陣形式布置的多個像素(所 述矩陣包括行和列)，並且將通過鏡頭單元15入射的光轉換為電信號。CMOS 102將由鏡頭 單元15形成的對象的圖像的光轉換為具有每種顏色分量(諸如紅(R)、綠(G)或藍(B))的 模擬電信號(圖像信號)，並且輸出每種顏色(諸如R、G或B)的圖像信號。在本實施例中， 重置信號被施加到CMOS 102的每個像素持續預定量的時間，由此開始CMOS 102的曝光操 作，從而CM0S102可執行電子前簾快門的功能。快門單元104包括沿著與CMOS 102的預定像素行垂直的方向運動的遮擋器，由此 用作執行遮擋暴露到CMOS 102的光的操作的後簾。快門單元104的操作可由快門驅動器 132控制。AFE 106是模擬前端電路，並且將CMOS 102輸出的模擬電信號提供給成像信號處 理器110。TG 108將時間信號輸入到CMOS 102和AFE 106。根據TG 108輸入的時間信號確定快門單元104的速度。具體地，根據TG 108輸入的時間信號控制CMOS 102的驅動，在 CMOS 102被驅動的時間內對象的圖像的光通過鏡頭單元15入射，從而可產生作為圖像數 據的基礎的電信號。成像信號處理器110產生圖像的原始數據，通過將AFE 106輸出的模擬電信號轉 換為數位訊號來獲得所述圖像。另外，成像信號處理器110針對由CMOS 102獲得的圖像的 原始數據執行光的量的增益校正或白平衡設置功能。存儲器控制器112控制存儲器114將捕獲的圖像臨時存儲在存儲器114中或從存 儲器114讀取存儲的數據。存儲器114具有用於存儲多個圖像的容量。存儲器114可以是 例如同步動態隨機存取存儲器(SDRAM)。存儲卡控制器116控制存儲卡118，從而捕獲或合成的圖像可被寫入到存儲卡118 中。存儲卡118是用於將數據寫入閃速存儲器的卡型存儲器單元。AE/AF/AWB 120檢測拍攝期間的周圍光的量(亮度)或焦距、可變光圈值(聚焦)、 色溫等，並且執行將檢測結果提供給CPU 122的功能。CPU 122對CMOS 102或TG 108執行 信號系統的命令，或者對操縱單元150執行操縱系統的命令。在本實施例中，信號系統的命 令以及掃描系統的命令由一個CPU122執行。然而，本實施例不限於此，信號系統的命令以 及掃描系統的命令可由兩個CPU執行。隨後將詳細描述將由CPU 122執行的經由電子快門 對前簾的控制以及經由機械快門對後簾的控制。IXD 126在執行拍攝之前顯示實時取景圖像，或者顯示攝影設備10的各種設置場 景或由攝影設備10捕獲的圖像。另外，電視(TV) 128在TV 128的屏幕上顯示捕獲的圖像 等。圖像數據等通過顯示控制器124被顯示在IXD 126或TV 128上。RAM表130是存儲掃描表的表。多個掃描模式預先存儲在RAM表130中，並且可選 擇適合於將被捕獲的圖像的拍攝條件的掃描模式。另外，作為參考值的掃描模式可被存儲 在RAM表130中，並且可根據將被捕獲的圖像的周圍光的量的值與參考值之間的差改變掃 描模式。在重置時間(曝光開始時間)通過電子前簾快門被輸出的時間形成掃描模式。例 如，圖3的曲線圖63中所示的掃描曲線被存儲在掃描表中。另外，作為存儲掃描模式的RAM表130的代替，可使用函數產生電路(未顯示)。 當使用函數產生電路時，函數可被簡單表示為二階函數或被相關為一階函數。掃描時間由 函數產生電路輸出，從而可減少存儲器的所需容量。操縱單元150包括用於在拍攝期間操縱攝影設備10或執行各種設置功能的部件。 布置在操縱單元150中的部件可包括電源按鈕、用於選擇拍攝模式或拍攝驅動模式並設置 效果參數的選擇按鈕和十字鍵、用於啟動對象的拍攝操作的快門按鈕等。接下來將參照圖5描述經由CPU 122對前簾和後簾的控制。參照圖5，CPU 122可 包括檢測器202、掃描控制器204、操作控制器206以及增益控制器208。檢測器202檢測對象的拍攝條件。具體地，檢測器202從由AE/AF/AWB120檢測的 周圍光的量(亮度)、焦距、可變光圈值和色溫檢測將被捕獲的圖像(捕獲的場景)的拍攝 條件，並且檢測拍攝條件是否在成像單元的動態範圍內。例如，檢測器202檢測是否可通過 由於曝光過度導致的將被捕獲的圖像的白色飽和部分或通過由於曝光不足導致的將被捕 獲的圖像的變黑部分來再現拍攝條件的亮度。在下文中將參照圖6和圖7描述通過檢測器202對拍攝條件的檢測。圖6示出了檢測由圖1的攝影設備顯示的成像場景的拍攝條件的示例。例如，在圖6中，圖像的上部白色飽和，藍天沒有被再現。因此，檢測器202從將被 捕獲的場景71檢測飽和區域。例如，如圖像72所示，將被捕獲的場景71被劃分為預定數 量的區域，由此從將被捕獲的場景71檢測飽和區域。在這種情況下，檢測器202檢測到將 被捕獲的場景71的上部的4個區域是飽和區域，S卩，超出了成像單元的動態範圍的上限值 的區域。圖7示出了檢測由圖1的攝影設備顯示的將被捕獲的場景的拍攝條件的另一示 例。參照圖7的直方圖73，為了檢測將被捕獲的場景的拍攝條件，可從被捕獲的場景搜索飽 和區域。在柱狀圖73的右側顯示了大的峰值。具體地，白色飽和區域可被包括在將被捕獲 的場景的一部分中。攝影設備10(圖4)通過隨後將描述的掃描控制器204 (圖5)控制成 像單元的曝光開始掃描，從而將被捕獲的場景的每個區域或每個像素行中的曝光時間可被 校正，並且可防止飽和區域的曝光。返回參照圖5，將繼續對CPU 122的結構進行描述。掃描控制器204根據由檢測器 202檢測的拍攝條件基於掃描模式來控制成像單元(CMOS 102)的曝光開始掃描。另外，掃 描控制器204在通過隨後將描述的操作控制器206操作快門單元104之前開始CMOS 102 的曝光。掃描控制器204通過以像素行為單位將用於開始曝光的重置信號順序地施加到 成像單元的每個像素，來控制成像單元開始曝光操作。掃描控制器204可根據拍攝條件產 生掃描模式，並且通過調整存儲在掃描模式存儲單元(RAM表)130中的掃描模式來將掃描 模式存儲在掃描模式存儲單元(RAM表)130中。掃描控制器204將基於掃描模式的時間信 號提供給TG 108，以控制曝光開始掃描。操作控制器206執行用於控制快門單元104的操作的功能，快門單元104被驅動 以遮擋CMOS 102。操作控制器206通過快門驅動器132控制快門單元104的操作。操作控 制器206通過掃描控制器204的控制開始CMOS 102的曝光操作，然後在設置的曝光時間過 去之後操作快門單元104，由此執行CMOS 102的機械遮擋並終止CMOS 102的曝光操作。掃描控制器204通過基於掃描模式將重置信號施加到CMOS 102的每個像素來執 行CMOS 102的曝光開始掃描，從而CMOS 102可用作開始曝光的前簾快門。操作控制器206 通過後簾快門控制用於遮擋CMOS 102的快門單元104。通過這種方式，掃描控制器204根 據拍攝條件基於掃描模式來控制電子前簾快門，並且操作控制器206控制機械後簾快門， 由此實現圖3的曲線圖63中所示的掃描曲線並調整曝光。當由掃描控制器204控制讀取CMOS 102的每個像素的操作時，增益控制器208與 將由掃描控制器204控制的讀取布置在CMOS 102的水平方向上的每個像素的操作同步地 控制每個預定區域中的增益。增益控制器208可以以CMOS 102的像素為單位控制增益，並 且與讀取布置在CMOS 102的水平方向上的像素的位置同步，基於表示增益的變化的寬度 的預定函數來控制增益。例如，當以多個區域或像素為單位的讀取電路被安裝在CMOS 102的水平方向上， 並且增益控制放大器被布置在所述多個區域或像素中的每個中時，增益控制器208控制每 個區域中的增益控制放大器的增益。另外，布置在AFE 106中的增益控制電路的增益可與布置在CMOS 102的水平方向上的像素的讀取同步地改變，在這種情況下，增益控制電路可與CMOS 102的水平位置同步 地安裝在AFE 106中，或者安裝在成像信號處理器110或TG 108中。另外，增益控制器208可與布置在CMOS 102的水平方向上的像素的讀取同步地改 變布置在成像信號處理器110中的增益控制電路的增益。在這種情況下，可在成像信號處 理器Iio中安裝用於提供由於CMOS 102的水平方向導致的增益變化的量的電路。在本實施例中，可由增益控制器208控制每個預定區域或像素中的增益。然而，本 實施例不限於此，伽馬曲線可以以區域為單位變化。伽馬曲線是表示輸入圖像的信號電平 與輸出圖像的亮度的比率的特性曲線。CPU 122可控制伽馬曲線，由此控制將被捕獲的場景 的曝光。在下文中將參照圖8描述增益或快門的控制。圖8是示出由圖1的攝影設備執行 的增益控制操作和電子前簾快門控制操作的曲線圖。圖8的第一曲線圖81示出了增益沿著水平方向變化的示例。根據第一曲線圖81， 例如，場景的右部的增益改變以控制曝光。圖8的第二曲線圖82示出了電子前簾快門的狹縫的寬度在豎直方向上變化的示 例。換句話說，通過改變每個像素行中電子前簾快門的曝光開始的時間，來改變電子前簾快 門的狹縫的寬度。根據第二曲線圖82，例如，場景的上部中的狹縫的寬度減小。圖8的第三曲線圖83示出了電子前簾快門的狹縫的寬度在豎直方向上增大的示 例。根據第三曲線圖83，與第二曲線圖82中的情形相比，場景的下部的狹縫的寬度增大，從 而可增加場景的暗部分的曝光量。通過這種方式，根據攝影設備10，每個像素行中電子前簾 快門的曝光開始的時間可被改變，以改變電子前簾快門的狹縫的寬度，從而可控制豎直方 向上的曝光量。另外，針對僅通過改變電子前簾快門的狹縫的寬度而沒有被控制的水平方 向上的曝光量，可沿著水平方向改變增益並控制增益。因此，可更準確地控制曝光。在下文中將參照圖9至圖11描述可由攝影設備10(圖4)執行的攝影方法。圖9 是示出根據實施例的攝影方法的流程圖。參照圖9，在操作S102，檢測器202從將被捕獲的圖像獲得曝光測量數據。在操作 S104，基於在操作S102獲得的曝光測量數據計算直方圖。例如，在操作S104計算的直方圖 可具有圖7的曲線圖的形式。在操作S106，從在操作S104計算的直方圖分析豎直方向上的 亮度分布。根據在操作S104計算的直方圖，可分析將被捕獲的圖像中的亮度分布，從而可 檢測白色飽和區域、變黑區域等。在操作S108，根據操作S106中的分析豎直方向上的亮度分布的結果，檢測器202 確定將被捕獲的場景的拍攝條件是否在成像單元的動態範圍(D範圍)之內。具體地，如上 所述，根據是否存在由於曝光過度導致的將被捕獲的圖像中的白色飽和部分或是否存在由 於曝光不足導致的將被捕獲的圖像的變黑部分，來確定將被捕獲的場景的拍攝條件是否在 成像單元的動態範圍(D範圍)之內。當在操作S108確定將被捕獲的圖像的拍攝條件在成像單元的動態範圍之內時， 在操作S110，根據劃分曝光測量算法使用在操作S102獲得的曝光測量數據來計算曝光。在 操作S112，根據設置的模式確定電子前簾快門的速度和可變光圈值。在操作S122，CPU 122通過讀取電荷來捕獲或插入圖像，所述電荷由成像單元 (C0MS 102)曝光，並且由於電子前簾快門的曝光掃描以及經由機械後簾快門對成像單元
11(C0MS 102)的遮擋而被累積。另一方面，當在操作S108確定將被捕獲的場景的拍攝條件不在成像單元的動態 範圍之內時，在操作S114，檢測器202從將被捕獲的場景搜索白色飽和區域。例如，當將被 捕獲的場景中的亮度被表示為從0到255的256級時，具有230至240或更多的亮度的區 域可被認為是白色飽和區域。類似地，具有10至20或更少的亮度的區域可被認為是變黑 區域。在操作S116，掃描控制器204從在操作S114獲得的關於白色飽和區域(飽和區 域)或變黑區域的信息確定在將被捕獲的場景的豎直方向上將被校正的區域以及校正量。 在操作S118，掃描控制器204基於在操作S116確定的將被校正的區域以及校正量，重寫存 儲在掃描模式存儲單元(RAM表)130中的掃描表的值。在操作S120，可基於在操作S118重 寫的掃描表的值來操作電子前簾快門，以開始曝光。然後，執行操作S122。如上所述，已經 描述了使用電子前簾快門的圖像校正處理。接下來，將參照圖10和圖11描述水平和豎直圖像校正處理。圖10是示出根據另 一實施例的攝影方法的流程圖，圖11是示出圖10的攝影方法的操作的流程圖。參照圖10，在操作S202，檢測器202從將被捕獲的場景的每個劃分的區域獲得曝 光測量數據。在操作S204，基於在操作S202從將被捕獲的場景的每個劃分的區域獲得的曝 光測量數據計算豎直直方圖和水平直方圖。在操作S206，從在操作S204計算的豎直直方圖和水平直方圖分析水平和豎直方 向上的亮度分布、對比度等。在操作S208，從在操作S204計算的豎直直方圖和水平直方圖 識別將被捕獲的圖像的拍攝條件。在操作S208，可使用AF/AWB信息以及AE信息。在操作S210，確定在操作S208識別的拍攝條件是否在成像單元的動態範圍(D範 圍)內。當在操作S210確定將被捕獲的圖像的拍攝條件在成像單元的動態範圍(D範圍) 內時，在操作S212，根據劃分曝光測量算法使用在操作S202獲得的曝光測量數據來計算曝 光。在操作S214，根據設置的模式確定電子前簾快門的速度和可變光圈值。在操作S216， CPU 122通過讀取電荷來捕獲或插入圖像，所述電荷由成像單元(C0MS 102)曝光，並且由 於電子前簾快門的曝光掃描以及經由機械後簾快門對成像單元(C0MS 102)的遮擋而被累 積。另一方面，當在操作S210確定將被捕獲的圖像的拍攝條件不在成像單元的動態 範圍(D範圍)內時，在操作S218，檢測器202檢測相機位於縱向位置還是橫向位置。具體 地，在操作S218，檢測器202檢測用戶在將相機放置在縱向位置還是橫向位置時進行拍攝。 在這種情況下，攝影設備10包括用於檢測機殼的縱向位置或橫向位置的傳感器，因此可通 過該傳感器檢測相機的縱向位置或橫向位置。當在操作S218確定相機放置在縱向位置時，在操作S220，與縱向位置對應的基本 參數被改變。具體地，屏幕的劃分的數量或範圍、屏幕的劃分比率、用於控制增益或快門的 單元的權重等被改變。在操作S220改變基本參數，這是因為，當攝影設備10的屏幕是矩形 時，根據相機布置在縱向方向還是橫向方向上來改變屏幕的劃分比率或區域。另外，當快門 控制曝光時，根據相機布置在縱向方向還是橫向方向上來改變快門的運動速度。因此，需要 根據快門的運動速度來改變電子前簾快門的掃描速度。
在操作S222，檢測器202從將被捕獲的圖像搜索白色飽和區域。另外，在操作 S224，檢測器202從將被捕獲的圖像搜索變黑區域。參照圖11，在操作S226，掃描控制器204從在操作S222和S224獲得的關於白色 飽和區域(飽和區域)或變黑區域的信息確定在將被捕獲的場景的豎直方向上將被校正的 區域以及校正量。在操作S228，掃描控制器204經由電子前簾快門通過使用校正函數，從 在操作S226確定的將被校正的區域以及校正量確定將被校正的區域以及校正量。在操作 S230，通過控制增益或通過使用伽馬曲線來確定將被校正的區域以及校正量。在操作S232，掃描控制器204基於在操作S228確定的將被校正的區域以及校正量 重寫電子前簾快門的掃描表的值，並且基於在操作S230確定的將被校正的區域以及校正 量重寫水平增益表的值。在操作S234，可基於在操作S232重寫的掃描表的值來操作電子前簾快門並開始 曝光。可通過由機械後簾快門對CMOS 102進行遮擋，來終止曝光。在操作S236，在操作S234 的曝光終止之後與CMOS 102上累積的電荷的讀取同步地校正橫向增益。如上所述，已經描 述了豎直和水平圖像校正處理。如圖9所示，根據攝影設備10，可改變電子前簾快門的曝光開始時間，以控制豎直 方向上的曝光量。另外，如圖10和11所示，針對僅通過改變電子前簾快門的狹縫的寬度而 沒有被控制的水平方向上的曝光量，可沿著水平方向改變增益並控制增益。例如，可由攝影設備10執行的攝影方法的每個操作不需要按照圖9、圖10、圖11 的流程圖的順序以時間序列格式被執行。換句話說，可由攝影設備10執行的攝影方法的每 個操作可被改變為其它處理，或者可被並行執行。此外，安裝在攝影設備10中的硬體(諸如CPU、ROM、RAM等)可包括用於執行與攝 影設備10的每個部件的功能相同的功能電腦程式。另外，可設置存儲有電腦程式的非 瞬時計算機可讀存儲器。如上所述，在根據上面的一個或多個實施例的攝影設備及方法中，使用電子快門 和機械快門兩者，並且基於拍攝條件來控制電子快門開始操作的時間，從而攝影設備可具 有寬的動態範圍。這裡描述的裝置可包括處理器、用於存儲處理器可執行的程序數據的存儲器、諸 如盤驅動器的永久存儲器、用於處理與外部裝置通信的通信埠以及用戶接口裝置等。任 何處理可被實現為軟體模塊或算法，並且可被存儲為在非瞬時性計算機可讀存儲介質(例 如，只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、CD-R0M、磁帶、軟盤以及光學數據存儲裝置) 上的可在處理器上執行的程序指令或計算機可讀代碼。計算機可讀存儲介質還可分布在網 絡連接的計算機系統上，從而以分布式方式存儲並執行計算機可讀代碼。計算機可讀代碼 可被計算機讀取，可被存儲在存儲器中並被處理器執行。在此所引用的包括公布、專利申請和專利的全部參考文件以引用的方式被包含於 此，該引用的程度如同已單獨地及具體地將各個引用所指示的內容通過引用被包含於此並 在此以整體進行闡述。為了增進對本發明的原理的理解，已經對附圖中示出的優選實施例進行了描述， 並且特定的語言被用於描述這些實施例。然而，該特定的語言並不旨在限制本發明的範圍， 本發明應該被解釋為包括本領域的普通技術人員通常會想到的所有實施例。
可以以功能塊組件和各種處理步驟的形式來描述本發明。可通過被構造為執行特 定的功能的任意數目的硬體和/或軟體組件來實現這樣的功能塊。例如，本發明可使用各 種集成電路組件，例如，存儲器元件、處理元件、邏輯元件、查找表等，它們可以在一個或多 個微處理器或其他控制裝置的控制下執行各種功能。類似地，在使用軟體編程或軟體元件 來實現本發明的元件的情況下，可通過使用任何程式語言或腳本語言(例如，C、C++、Java、 彙編語言等)以及由數據結構、對象、進程、例程或其他編程元件的任意組合所實現的各種 算法來實現本發明。可在算法中實現功能方面，在一個或多個處理器上執行所述算法。此 外，本發明可使用用於電子器件配置、信號處理和/或控制、數據處理等任意數目的傳統技 術。詞語「機構」和「元件」被廣泛使用，並不限於機械式實施例或物理實施例，而可包括結 合處理器的軟體例程等。在此示出和描述的具體實施方式
為本發明的說明性的示例，並不旨在以任何方式 另外限制本發明的範圍。為了簡要，可不對傳統的電子器件、控制系統、軟體開發、系統的其 他功能方面(及該系統的單獨操作組件的組件)進行詳細描述。此外，示出的各圖中所示的 連接線或連接器旨在表示各元件之間的示例性功能關係和/或物理連接或邏輯連接。應該 理解的是，在實際裝置中，可存在多種可選的或附加的功能關係、物理連接或邏輯連接。此 外，除非元件被特別地描述為「必要的」或「關鍵的」，否則沒有任何項目或組件對實施本發 明是必要的。在描述本發明的上下文中(尤其是在權利要求的上下文中)所使用的單數形式應 該被解釋為包括單數形式和複數形式。此外，除非在此另有指示，否則在此列舉的數值範圍 僅旨在用作單獨地指出落在該範圍內的各個獨立的數值的一種簡略的方法，並且各個獨立 的數值被包含在說明書中，如同已在此單獨地列舉。最後，除非在此另有指示或者通過上下 文另外清楚地否定，否則在此所描述的所有方法的步驟可以以任何合適的順序執行。除非 另有聲明，任何和全部示例的使用或者在此提供的示例性語言(如「例如」)僅旨在更好地 闡明本發明，並不限制本發明的範圍。本領域的技術人員容易明白的是，在不脫離本發明的 精神和範圍的情況下，可進行多種修改和調整。
權利要求
一種攝影設備，包括成像單元，捕獲對象的圖像，所述成像單元包括以行和列布置的多個像素；檢測器，檢測對象的拍攝條件；機械快門，運動以遮擋成像單元；操作控制器，控制機械快門的運動；掃描控制器，在機械快門運動以遮擋成像單元之前，通過在基於對象的拍攝條件而控制的時間將重置信號施加到像素來控制成像單元的曝光開始掃描。
2.根據權利要求1所述的攝影設備，其中，掃描控制器從預定的掃描模式設置用於由 檢測器檢測的拍攝條件的掃描模式，以與所述拍攝條件對應，並且通過設置的掃描模式將 重置信號施加到像素。
3.根據權利要求2所述的攝影設備，其中，成像單元通過根據由掃描控制器施加到成 像單元的像素的重置信號開始曝光而用作前簾快門，並且所述機械快門用作遮擋成像單元 的後簾快門。
4.根據權利要求1所述的攝影設備，其中，掃描控制器將成像單元劃分為多個區域，並 且順序地開始劃分的區域的曝光。
5.根據權利要求1所述的攝影設備，其中，掃描控制器控制用於讀取成像單元的每個 像素的輸出信號的讀取掃描，所述攝影設備還包括增益控制器，與通過掃描控制器控制的像素行的讀取的操作同 步地控制每個像素的輸出信號的增益。
6.一種攝影方法，所述攝影方法用於通過對成像單元曝光來捕獲對象的圖像，所述成 像單元包括以行和列布置的多個像素，所述攝影方法包括檢測對象的拍攝條件；通過在基於對象的拍攝條件而控制的時間將重置信號施加到像素並操作前簾快門，來 執行曝光開始掃描；使機械快門運動，以遮擋被施加了重置信號的像素，並用作後簾快門。
7.根據權利要求6所述的攝影方法，還包括從預定的掃描模式設置用於檢測的拍攝 條件的掃描模式，以與所述拍攝條件對應；其中，執行曝光開始掃描的步驟包括通過設置的掃描模式將重置信號施加到像素。
8.根據權利要求6所述的攝影方法，其中，拍攝條件包括對象的亮度，其中，設置掃描模式的步驟包括下列中的至少一個在檢測的亮度高於成像單元的動 態範圍的上限值的區域設置掃描模式，使得前簾快門和後簾快門之間的時間差減小；在檢 測的亮度低於成像單元的動態範圍的下限值的區域設置掃描模式，使得前簾快門和後簾快 門之間的時間差增大。
9.根據權利要求6所述的攝影方法，其中，執行曝光開始掃描的步驟包括順序地開始 像素行的曝光。
10.根據權利要求6所述的攝影方法，其中，使機械快門運動以遮擋像素的步驟包括 使機械快門在與像素行延伸的方向交叉的方向上運動，其中，掃描模式包括特性曲線，所述特性曲線表示從與機械快門開始運動的位置對應 的像素行到與機械快門終止運動的位置對應的像素行中的每個像素行的曝光開始時間。
11.根據權利要求6所述的攝影方法，其中，執行曝光開始掃描的步驟包括將成像單 元劃分為多個區域，並且順序地開始劃分的區域的曝光。
12.根據權利要求6所述的攝影方法，還包括讀取成像單元的每個像素的輸出信號；與像素行的讀取同步地控制每個像素的輸出信號的增益。
13.根據權利要求12所述的攝影方法，其中，控制輸出信號的增益的步驟包括通過參 照表示增益控制值的參數表，以成像單元的像素為單位控制輸出信號的增益，所述增益控 制值與像素行分別對應。
14.根據權利要求12所述的攝影方法，其中，控制輸出信號的增益的步驟包括基於表 示增益的變化的寬度的函數，以成像單元的像素為單位控制輸出信號的增益，以與像素行 對應。
全文摘要
本發明提供一種攝影設備及方法。所述攝影設備包括成像單元，具有以行和列布置的多個像素，並且捕獲對象的圖像；檢測器，檢測對象的拍攝條件；機械快門，運動以遮擋成像單元；操作控制器，控制機械快門的運動；掃描控制器，在機械快門運動以遮擋成像單元之前，通過在基於對象的拍攝條件而控制的時間將重置信號施加到像素來控制成像單元的曝光開始掃描。
文檔編號H04N5/235GK101998059SQ20101026140
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月23日 優先權日2009年8月21日
發明者高根康夫 申請人:三星電子株式會社