逆光摄影的闪光灯控制系统与方法

专利名称：逆光摄影的闪光灯控制系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种逆光摄影的闪光灯控制系统与方法，特别是指于 逆光摄影时，设定背景与前景的光圈级数差异后再利用闪光灯补光的 拍摄方法。
背景技术：
在进行拍照时，逆光摄影是最难掌控的拍摄情况之一，比如在户 外拍摄的人面对阳光或是其它光源，而被拍摄的人背对阳光或是其它 光源，故通常拍摄的人需要补上闪光灯或是其它光源，让所需要的主 体不会因为逆光的状态而产生无法辨识的黑影，而公知的数字相机缺 乏有效应用闪光灯去拍摄良好对比的设定功能，往往会因为补光的关 系造成背景过曝的现象。
当运用闪光灯进行拍摄时，光圈值配合闪光灯的闪光灯指数
(Guide Number, GN值)即成为重要的调校参数，其中，光圈值等于 焦距除以有效孔径(光圈值=焦距/有效孔径)，是数字相机规格中 的f值，用来调整拍摄时单位时间的进光量， 一般光圈以f/8、 F8等方 式来标示，其反映了拍摄时的进光量。
而GN值，每一个闪光灯的强度并非一致，对于一般消费型数字 相机所挂载的闪光灯而言，闪光灯强度为定值，不能调整，故能够左 右曝光的是照射距离与光圈的大小。闪光灯强度用此GN值来表示，闪 光灯指数等于被摄物的物距乘上光圈值(GN = distance X Aperture), GN值固定，表示闪光强度固定，则被摄物物距与光圈值成反比，距离 数字越大(主体较远)，光圈值(f)愈小(则光圈愈大， 一定时间内进 光量愈多，为反比的关系)。另外，若对于GN值愈大的闪光灯，其闪 光量输出愈大，可照明较远的主体。
请参阅图l所示的闪光灯指数计算示意图，其中是以闪光灯10配 合某感光度(ISO值)的GN值等于32为例，若被摄者a离闪光灯10 有3米的距离，则较佳的光圈值为11 (GN值32除以距离3)，或表达 为f/ll;若被摄者b离闪光灯10为4米的距离，则较佳光圈值为8(GN 值32除以距离4),或表达为f/8;若被摄者c离闪光灯10为8米的距 离，则较佳光圈值为4 (GN值32除以距离8)，或表达为f/4，并以此 类推。
拍摄时，若处于逆光的状况下，主体物通常为较暗的情况，为了 避免此情况发生，通常在拍摄时需要先考虑前景与背景的光亮度，此
时可利用闪光灯进行补光(back-lighting compensation),让主体物能清 楚呈现，或如以下几种公知技术所提出在逆光情况下的拍摄方式。
在面对逆光情况下的摄影时，公知技术提出多种不同的方案，较 早如美国专利第4,690,536号即已揭露在逆光情况下应用闪光灯的方 法，其为一种使用相机闪光灯的曝光控制装置，在拍摄时先测量被摄 主体的亮度，再测量除了被摄主体以外区域的亮度，如背景，接着借 由被摄主体与背景的亮度在逆光的情况产生一个过曝光 (over-exposure)的情形，达到在逆光的情况下能平衡闪光、背光与一 般光源的曝光控制目的。
更有美国专利第6，950，141号所提供的可以控制图像传感器曝光 的相机，不论在前光(front-lighted)、后光(back-lighted)或有过亮光 线的情况下获得一个较平均的曝光量，特别是将有被摄物的画面分为 64个部份，相机则对此64个部份计算平均亮度，包括图像上半部的平 均值、下半部的平均值与其它不同考量的平均值，借以控制图像传感 器的曝光量。
再请参阅美国专利公开案第20040101296号所揭露具有曝光控制 功能的相机，此相机包括有可判断是否图像处于逆光状态的逆光调整 功能，此功能是比较利用亮度测量表(photometry)量测的全部图像平 均亮度与一个距离以外的被摄物的亮度后，相机则执行一个适当的曝 光控制，并可利用闪光灯补光，以此在逆光的拍摄下仍能得到适当曝 光的图像。
以公知方式来说，在逆光摄影的情况下，可能(l)利用调整图像拍 摄装置的曝光值(EV值)使前景有较大的曝光值，或(2)利用闪光灯进 行对前景(被摄主体)的补光。以闪光灯的补光方式而言，因为图像 拍摄装置(如数字相机)将由测得的曝光值判断一个光圈值，此光圈 值可能无法与闪光灯进行适当的调整而使背景部份过分曝光。

发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对不同于公知技术所揭露在逆 光下的拍摄方法，本发明提供一种逆光摄影的闪光灯控制系统与方法， 是一种先进行前景与背景的测光，利用图像拍摄装置设定背景与前景 的光圈级数，再利用闪光灯补光的拍摄方法。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种逆光摄影的闪光灯 控制系统，用于一图像拍摄装置，借设定一前景与一背景的光圈值差 异进行逆光拍摄，所述的系统包括 一闪光单元，为该图像拍摄装置
在逆光拍摄时用于补光的装置； 一测光单元，其针对该前景与该背景 进行测光； 一光圈调整单元，用以控制曝光量，于测光后用以调整光 圈孔径大小； 一图像撷取单元，其进行对焦，并进行图像撷取； 一存 储单元，用于暂存由该图像撷取单元所撷取的图像，并存储该前景与 该背景的光圈值； 一中央处理单元，为该图像拍摄装置中联络各单元 的数据处理单元，用以控制各单元的动作，该中央处理单元包括1) 一光圈决定单元，其设定该前景与该背景的光圈差值，并决定一拍摄 的光圈值；2) —物距计算单元，其于对焦后，依照一成像公式计算该 前景的物距；3)—GN值计算单元，其根据该该拍摄的光圈值与该前景 的物距，推算一闪光灯指数。
其中逆光摄影的闪光灯控制系统的较佳实施例包括有一闪光单 元，其可为附挂于图像拍摄装置上的闪光灯，并且其闪光灯指数为可 调整；另有一测光单元，其为针对被摄物进行测光的装置；再有一光 圈调整单元，其在测光与进行背景与前景的光圈设定之后，用以调整 光圈孔径大小，以控制曝光量；再有一图像撷取单元，经对焦后利用 如同CCD、 CMOS等图像感测元件通过镜头撷取图像，再将所撷取的 图像转换为数字信号；再有一存储单元，可于拍摄过程中先暂存所撷 取的图像、记忆快门值与光圈值等拍摄需要的参数、储存所拍摄完成 的数字文件。
最后，在图像拍摄装置中联络各单元并控制各单元动作的中央处 理单元，其中包括各种完成本发明于逆光摄影下的闪光灯控制装置， 至少有光圈决定单元、物距计算单元、GN值计算单元等。
为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种逆光摄影的闪光 灯控制方法，其特征在于所述的方法包括
对一前景测光，得出该前景的光圈值；
对一背景测光，得出该背景的光圈值；
设定该背景与该前景的光圈级数差异；
进行对焦；
经对焦后得出该前景的物距；
根据该前景的物距与该背景与该前景的光圈级数差异得出一拍摄 时的光圈值；
依据该拍摄时的光圈值决定一闪光灯指数；以及 进行补光拍摄。
而其逆光摄影的闪光灯控制方法的较佳实施例包括先对所欲拍摄 的前景进行测光，根据侦测到的曝光值得出前景的第一光圈值，接着 针对背景部份测光，同样测得一曝光值，并得出背景的第二光圈值；
之后依所需的逆光效果设定背景与前景的光圈级数差异，即第一光圈 值与第二光圈值的差异，之后进行对焦，并依成像公式计算得出前景 的物距，再根据上述第一光圈值与第二光圈值的差值所得的光圈值， 利用闪光灯指数等于物距乘上光圈值的关系得出闪光灯的闪光灯指 数，最后以预先设定的快门值、光圈值并配合闪光灯指数的闪光灯补 光以进行拍摄。
综上所述，本发明能设定前景与背景的光圈值差异，再配合闪光 灯的补光措施得出特殊的逆光拍摄效果。


图1所示为闪光灯指数计算示意图2所示为在黑暗环境下的拍摄流程；
图3为本发明的较佳实施例流程图4为本发明闪光灯控制系统架构图。
主要元件附图标记说明
闪光灯10
被摄者a
被摄者b
被摄者c
闪光单元41
测光单元42
光圈调整单元43
图像撷取单元44
存储单元46
中央处理单元400
光圈决定单元402
物距计算单元403
GN值计算单元40具体实施例方式
本发明为一种逆光摄影的闪光灯控制系统与方法，是指于逆光摄 影时，可以借由图像拍摄装置(较佳实施例为数字相机)内设定背景 与前景的光圈级数差值，再利用闪光灯进行补光。
如在户外的摄影者面对阳光或是其它光源，而被拍摄的人背对阳 光或是其它光源，通常于拍摄时需要补上闪光灯或是其它光源，让所 需要的主体不会因为逆光的状态而产生无法辨识的黑影，故本发明所
提供的闪光灯控制系统与方法先借由测光仪器或是拍摄装置本身的测
光功能得知前景与背景的曝光值(Exposure Value, EV值)，包括快门 (shutter)与光圈值(aperture)等，之后经决定前景与背景所要的亮 度差值或光圈级数，而得出一逆光拍摄的光圈值，再于拍摄时借闪光 灯补光得出一照片。
一般来说，在逆光摄影的情况下，使用者多半利用闪光灯进行对 前景(被摄主体)的补光，或是直接调整图像拍摄装置的EV值。在使 用闪光灯进行补光的方式中，因为图像拍摄装置将由测得的曝光值判 断一个光圈值，而此光圈值可能无法与闪光灯进行适当的协调而使背 景部份过分曝光，或是补光不够而仍使前景产生黑影，故本发明所提 出的逆光摄影的闪光灯控制系统与方法为一种针对光圈值的修正来进 行逆光拍摄的方法。
利用闪光灯指数所进行的拍摄方法请参阅图2所示，为一在黑暗 环境下的拍摄流程-
在一般快门优先(shutter priority)的拍摄过程中，快门值为优先 设定，接着需要决定一光圈值来进行拍摄，通常借由曝光值的侦测后 推算出应有的光圈大小，更需要配合图像拍摄装置本身的物理(硬件) 限制，图像拍摄装置的拍摄能力限制光圈大小，光圈值通常以f值表达， 包括2，2.8,4，5.6, 8， 11， 16等数字，数字愈大，光圈开启愈小。
于快门值决定后(步骤S201),于图像拍摄装置对准被摄物后， 进行对焦，通常是利用半按快门键来进行对焦(步骤S203);
之后，依成像公式计算取得的被摄物的物距(p)，此时镜头中镜 片被驱动进行对焦，因为理想光学中球面镜的成像公式为l/p+l/q = l/f，其中p为物距、q为像距、f为焦距， 一旦对焦完成，即得知焦距 f，像距q (为图像传感器与球面镜的距离)亦为可知，故可轻易得知 物距p (步骤S205);
接着进行光圈值的判断，在此实施例下，光圈值与闪光灯的发光 量息息相关，闪光灯的发光量通常以闪光灯指数(GN值)来表示，除 了自动闪光灯以外， 一般闪光灯的光量一定，故能够左右曝光程度的 是上述计算的物距与光圈的大小。闪光灯指数等于物距乘上光圈值 (Guide Number-Distance X Aperture),也就是使用闪光灯时，其曝 光的GN值等于闪光灯到被摄体的距离与当时使用光圈值的乘积，闪光 灯指数数字越大，表示闪光量输出越大。
在此实施例中，由于闪光灯的闪光灯指数为己知，故将其除以主 体物距，取得该光圈值(步骤S207)，再依据已经决定的快门值与此光 圈值进行拍摄(步骤S209)。
上述利用闪光灯指数推算光圈值的方式若应用于一般逆光摄影的 情况下，如白天背对光源(如太阳)的拍摄情况，则如图3所示的本 发明的较佳实施例的流程图。
亦如前述实施例，快门值于拍摄前已决定(步骤s3on，接着， 因为本实施例是逆光摄影，故先对所欲拍摄的主体(前景)进行测光， 可利用图像拍摄装置内的测光功能，或利用独立的测光表针对前景测 光，测光是该图像拍摄装置根据侦测到的光线测出曝光值，也就是被 摄物的受光情况，以提供一组快门值与光圈值等参数，此例是得出前
景的第一光圈值(步骤S303);
此例中背景在较亮的情况，再针对背景部份测光，同样测得一曝 光值，由测光的结果得出背景的第二光圈值(步骤S305);
接着，本发明所提供的闪光灯控制系统与方法由使用者依所需的 逆光效果设定背景与前景的光圏级数差异，即第一光圈值与第二光圈 值的差异(步骤S307);
在步骤S307中设定光圈级数差异的步骤中，可能产生的情况有-
(1) 拍摄时的光圈值是依据级数调大的背景光圏值，其中背景的 光圈级数会于设定后调大，但仍比前景的光圈级数小(孔径较小)，以 此光圈值进行拍摄，前景经过闪光灯补光，背景则因光圈调大而有过 曝光的现象，举例来说，将背景的第二光圈值设定比被摄物的第一光 圈值大一级，如测得光圈f/8时，则调到f/5.6，使背景产生过曝光的情 形，而背景在多数情况下并不会受到闪光灯对前景的补光动作而有增 加曝光的影响；
(2) 拍摄时的光圈值是依据测量出的背景光圈值，其中背景光圈 级数仍比前景的光圈级数小，则曝光不足的部份利用闪光灯进行补光；
(3) 拍摄时的光圈值是依据级数调小的前景光圈值，此时前景需 以闪光灯进行补光，使前景有清晰且亮的图像；
(4) 拍摄时的光圈值是依据级数调大的背景光圈值及同时级数调 小的前景光圈值，此时前景将曝光不足，再以闪光灯进行补光，使前 景有清晰且亮的图像。
于上述步骤中的光圏级数差异的设定方法中，其中之一实施例为 于图像拍摄装置的内建功能上进行设定，如装置上设有设定按键调整 级数差异，或是由其它设定画面进行设定，借以设定前景与背景所需 要的光圈级数差异；
之后进行对焦，图像拍摄装置对准被摄物以进行对焦，通常使用 自动相机、自动数字相机内建对焦的功能，如利用半按快门键来进行 对焦，或其它产生相同对焦功效的功能(步骤S309);
之后，如前述实施例，依成像公式计算得出被摄物(前景)的物 距，是由已知的像距(distance to image)与焦距(distance to focus)得
知物距(distance to object)(步骤S311);
根据上述第一光圈值与第二光圈值的差值所得的拍摄时的光圈 值，并利用闪光灯指数等于物距乘上光圈值的关系得出闪光灯的闪光 灯指数，亦即决定闪光灯所产生的补光亮度(步骤S313),最后以上述 快门值、光圈值并配合闪光灯指数的闪光灯补光以进行拍摄(步骤 S315)。
举例来说，先进行测光，可由图像拍摄装置直接测光或是由测光 表实地测光，如测得的背景光圈为f/8、快门为1/125s，前景为f/4、快 门为1/125s，利用本发明所提供的图像拍摄装置的内建功能设定背景比 前景亮一级(光圈大一级)，表示背景与前景所差的光圈值设定为一级， 如2.8，3.2，4,5.6,8，11等值的间隔为一级；接着半按快门键进行对焦动作， 并依成像公式计算出前景距离为3米，此时，光圈设定为f/5.6，此光 圏值5.6是由图像拍摄装置内的处理器进行计算，将背景光圈大一级， 即由f/8改为f/5.6，相较于正常曝光为过曝光(over exposure)。
决定光圈后，处理器计算闪光灯强度，由于原本前景所测得光圈 为f/4，但光圈使用为f/5.6，就用闪光灯补光，因为要补到f74，就于光 圈在f/5.6时补f/4的亮度(f/4+f/4=f/5.6)，故GN值等于3 (距离)乘 上4(光圈值)，为12;此时，闪光灯设定为GN42，按下快门键拍摄 即产生背景比前景亮一级的照片。
同理，在前景与背景曝光值差异更大的环境下，可设定更大光圈 值差异的逆光拍摄效果。
图4揭露本发明逆光摄影的闪光灯控制系统，用于图像拍摄装置 中，借设定前景与背景的光圈值差异来进行逆光情况下的拍摄，达成 逆光摄影的特殊效果，为达成本发明的目的，此闪光灯控制系统至少 包括闪光单元41、测光单元42、光圈调整单元43、图像撷取单元44、 存储单元46与控制各单元的中央处理单元400等，各单元叙述如下
闪光单元41为该图像拍摄装置在逆光拍摄时用于补光的装置，可 为附挂于图像拍摄装置上的闪光灯，其较佳实施例为一可调整亮度的 闪光灯，即其闪光灯指数为可调整；另一实施例为其闪光灯指数为固 定的闪光灯；
测光单元42为针对被摄物进行测光的装置，其中较佳实施例为内 建于图像拍摄装置内的测光表，另一实施例可为独立运作的测光表， 用以对被摄物测量曝光值的装置；
光圈调整单元43为图像拍摄装置内控制曝光量控制的单元，在测 光与进行背景与前景的光圈设定之后，用以调整光圈孔径大小的部份， 控制曝光量；
图像撷取单元44是驱动图像拍摄装置的镜头(包括必要的镜片
组)，经对焦后利用装载于图像拍摄装置的电荷耦合装置感应器(CCD) 或互补式金氧半导体感应器(CMOS)等图像感测元件撷取图像，接着 将所撷取的图像进行光电转换，转换为数字信号，所撷取的图像可区 分为前景与背景；
存储单元46可于拍摄过程中先暂存(buffer)由图像撷取单元44
所撷取的图像，并可存储进行测光后所得出前景与背景的曝光值，与 其快门值与光圈值等拍摄需要的参数，另外，更可储存所拍摄完成的 数字文件；
中央处理单元400控制上述各单元的动作，其可为一芯片，至少 包括下列装置
a. 光圈决定单元402，于本发明的较佳实施例中，利用测光单元 42分别侦测前景与背景的曝光值，并分别得出不同的第一光圈值与第 二光圈值，因为处于逆光拍摄的情况，故第二光圈值(背景较亮，所 测得的光圈孔径较小)应大于第一光圈值(前景较暗，所测得的光圈 孔径较大)，本发明再利用光圈决定单元402设定前景与背景的光圈差 值，并于设定后，光圈调整单元43调整光圈孔径大小的部份，以控制 曝光量，借以拍摄出所需要的逆光效果，其中设定方法的实施例可于 图像拍摄装置的内建功能上进行设定，借以设定前景与背景所需要的 光圈级数差异；
b. 物距计算单元403是于对焦之后，依照成像公式计算被摄物(前 景)的物距；
c. GN值计算单元405，根据上述光圈决定单元402所设定拍摄 时的光圈值，并根据前文所提及的在半按对焦时依成像公式所计算得 出的被摄物(前景)的物距，即可利用闪光灯指数等于物距乘上光圈 值的公式推算出闪光灯指数，接着中央控制单元400便控制图像撷取 单元44撷取图像，并将图像储存于储存单元46中，以达到本发明的 目的；
特别的是，上述光圈决定单元402、物距计算单元403与GN值计 算单元405等数值计算单元的功能可由设置于图像拍摄装置中的固件 (firmware)达成，该固件为一记载有执行上述各功能的程序的芯片。
综上所述，本发明为一种逆光摄影的闪光灯控制系统与方法，能 设定前景与背景的光圈值差异，再配合闪光灯的补光措施得出特殊的 逆光拍摄效果。
但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明 的专利保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效结构 变化，均同理包含于本发明的保护范围内，特此说明。
权利要求
1.一种逆光摄影的闪光灯控制方法，其特征在于所述的方法包括对一前景测光，得出该前景的光圈值；对一背景测光，得出该背景的光圈值；设定该背景与该前景的光圈级数差异；进行对焦；经对焦后得出该前景的物距；根据该前景的物距与该背景与该前景的光圈级数差异得出一拍摄时的光圈值；依据该拍摄时的光圈值决定一闪光灯指数；以及进行补光拍摄。
2. 如权利要求1所述的逆光摄影的闪光灯控制方法，其特征在于， 所述的前景的物距是于对焦后依据一成像公式得出。
3. 如权利要求1所述的逆光摄影的闪光灯控制方法，其特征在于， 所述的前景与该背景的光圈值是经测光后测量出曝光值所推算的光圈 值。
4. 如权利要求1所述的逆光摄影的闪光灯控制方法，其特征在于， 于根据该设定的光圈级数差异时，该拍摄时的光圈值是依据级数调大 的背景光圈值。
5. 如权利要求1所述的逆光摄影的闪光灯控制方法，其特征在于， 于根据该设定的光圈级数差异时，该拍摄时的光圈值是依据测量出的 背景光圈值。
6. 如权利要求1所述的逆光摄影的闪光灯控制方法，其特征在于， 于根据该设定的光圈级数差异时，该拍摄时的光圈值是依据级数调小 的前景光圈值。
7. 如权利要求l所述的逆光摄影的闪光灯控制方法，其特征在于， 于根据该设定的光圈级数差异时，该拍摄时的光圈值是依据级数调大 的背景光圏值及同时级数调小的前景光圈值。
8. —种逆光摄影的闪光灯控制系统，用于一图像拍摄装置，借设 定一前景与一背景的光圈值差异进行逆光拍摄，其特征在于，所述的 系统包括-一闪光单元，为该图像拍摄装置在逆光拍摄时用于补光的装置； 一测光单元，其针对该前景与该背景进行测光；一光圈调整单元，用以控制曝光量，于测光后用以调整光圈孔径大小；一图像撷取单元，其进行对焦，并进行图像撷取；一存储单元，用于暂存由该图像撷取单元所撷取的图像，并存储 该前景与该背景的光圈值；一中央处理单元，为该图像拍摄装置中联络各单元的数据处理单 元，用以控制各单元的动作，该中央处理单元包括1) 一光圈决定单元，其设定该前景与该背景的光圈差值，并决定 一拍摄的光圈值；2) —物距计算单元，其于对焦后，依照一成像公式计算该前景的 物距；3) —GN值计算单元，其根据该该拍摄的光圈值与该前景的物距， 推算一闪光灯指数。
9. 如权利要求8所述的逆光摄影的闪光灯控制系统，其特征在于， 所述的闪光单元为一具有可调整闪光灯指数的闪光灯。
10. 如权利要求8所述的逆光摄影的闪光灯控制系统，其特征在于， 所述的测光单元为内建于该图像拍摄装置内的测光表或一独立运作的 测光表。
全文摘要
一种逆光摄影的闪光灯控制系统与方法，其主要目的是先设定背景与前景的光圈级数差异后，再利用闪光灯进行补光，其中步骤先对所欲拍摄的主体进行测光，得出前景的光圈值，再针对背景测光，同理得出背景的光圈值，再设定背景与前景的光圈级数差异，之后进行对主体的对焦，以计算出主体的距离，再根据上述光圈值差异所得的光圈值推算闪光灯应有的闪光灯指数进行逆光摄影。
文档编号G03B7/093GK101196671SQ20061016115
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者黄毓承 申请人:华晶科技股份有限公司