专利名称：数字照相机的曝光控制方法
技术领域：
本发明涉及用于控制数字照相机的曝光的装置和方法，所述照相机包括辅助光发射器，其只在自动聚焦期间，用自动聚焦辅助光临时照亮物体，以便在亮度级不足时提供光。
背景技术：
一般说来，在数字照相机中，通过设置镜头上提供的光圈的口径比、成像器件CCD的电子快门量、以及从CCD输出的图像信号的增益，来控制物体的曝光。许多数字照相机使用爬山法自动聚焦器件作为自动聚焦(下文中简称其为“AF”)器件。
这里自动聚焦指自动使取像镜头对物体聚焦。在自动聚焦时，测量到物体的距离以实现聚焦。爬山法自动聚焦提供了自动聚焦时测量距离的原理，其中由CCD检测到亮度级的高频分量变为最大值时镜头的位置是光聚集的位置。
所以，当黑暗背景中的物体不具有足够的对比度时，不再能够确定物体的位置，从而不能调整光聚集的位置。为克服这一问题，当因黑暗背景中的物体的亮度级低而使对比度不充分时，执行自动聚焦。在自动聚焦期间，执行提高图像信号的增益的曝光控制操作。然而，当因物体处于诸如黑暗中的周围光很少的地方而使亮度级非常低时，即使执行提高图像增益的曝光控制操作，亮度级也保持不充分，从而不可能提高自动聚焦的精度。为克服这一问题，在当前的数字照相机中，用AF辅助光照亮物体，以便在亮度级不充足时提供光。在这样的数字照相机中，用于发射AF辅助光的辅助光发射器嵌在照相机机身中，或嵌在闪光装置中并在必要时安装在照相机机身上，所述闪光装置用于当在黑暗环境中或逆光情况下拍摄物体时照亮物体，以使其适当曝光。
这里，通过比较物体的亮度级和RAM中存储的目标值来确定曝光量控制(光圈的口径比、CCD的电子快门量、图像信号的增益)，其中，所述RAM是需要依次经历写操作和对比较结果的反馈的存储器。所以，当物体的亮度级不适当时，曝光量控制也变得不适当。
在有关的数字照相机中，尽管基于亮度级更新了在拍摄物体前对其监视期间的曝光量控制，但是并没有更新自动聚焦期间的曝光量控制。在发射辅助光，即背景明亮的情况下，当监视时和自动聚焦时物体的亮度级相同时，即使没有更新曝光量控制也没有问题。然而，在监视时和自动聚焦时物体的亮度级不同的情况下，当使用监视时物体的亮度级时，不再以适当的值控制曝光。由于这个原因，在有关的使用AF辅助光的数字照相机中，不能提高自动聚焦的精度。为了缓和这一问题并即使在发射辅助光之后仍完成适当的曝光，有必要通过在发射辅助光之后再次检测物体的亮度级，再次计算曝光量控制。
如上所述，当用使用爬山法的AF照相机拍摄物体时，为了在拍摄物体时对物体聚焦，物体需要有充分的对比度。许多情况下，例如当物体的轮廓不清楚时，物体没有充分的对比度。当因为物体的亮度级很低所以不能有充分的对比度时，可以通过提高亮度级对图像聚焦。换句话说，在自动聚焦期间，执行曝光控制操作，其中与监控期间相比提高图像信号的增益。当因为即使在执行曝光控制操作之后亮度级也不充分，而仍不能提供充分的对比度时，用例如LED的AF辅助光照亮物体，以提高物体的亮度级，从而得以聚焦。在包括用于发射AF辅助光的辅助光发射器的照相机中，当确定在聚焦时物体所处位置的光量低时，执行控制操作，以便发射辅助光。
一般说来，在数字照相机中记录图像时的操作模式按从监视模式到扫描AF模式再到拍摄模式的顺序改变。这里，在监视模式中，在不将图像数据存储到存储介质(DRAM)中的情况下，在显示部件上显示图像数据，以监视图像。
扫描AF模式是用于在记录图像之前实现聚焦的模式。例如，在扫描AF模式中，将快门按钮按下一半。这里，为了使得更易于完成AF，使光圈接近于打开状态，并使震深(focal depth)为小。当物体的亮度级低时，执行提高图像信号的增益的曝光控制操作以获得充分的对比度。拍摄模式是用于记录图像的模式。
传统上，在监视模式期间，对每一帧速率执行曝光控制操作(光圈的口径比、CCD的电子快门量、图像信号的增益)。然而，当照相机的操作模式从监视模式改变为扫描AF模式，在扫描AF模式中并不再次执行曝光控制操作。所以，当发射了辅助光时，即使亮度级改变，曝光量控制也不改变，从而当发射了辅助光时不再以适当的量执行曝光。这导致自动聚焦的精确度降低的问题。
实现本发明是为了克服如上所述的问题，并且目的还在于提供一种用于控制数字照相机曝光的方法，其通过即使在为改变亮度而发射辅助光之后也再次控制曝光操作，使得即使当发射了辅助光时，也有可能完成适当的曝光，从而提高自动聚焦的精确度。
发明内容
由于这一原因，本发明提供一种控制数字照相机曝光的方法，所述数字照相机包括用于发射辅助光的装置。该方法包括如下步骤检测外来光的亮度；基于对外来光检测到的亮度确定是否需要辅助光；在发射辅助光之前，在外来光下，在监视模式的AE帧中，检测物体的亮度级；在发射辅助光之后，在辅助光下，在扫描AF模式的AF帧中，再检测物体的亮度级；确定AF帧的曝光量与AE帧的曝光量相比是否有显著提高；以及当在确定步骤确定AF帧的曝光量有显著提高时，基于AE帧中的亮度级完成曝光控制操作，或者，当在确定步骤确定AF帧的曝光量没有显著提高时，基于AF帧中的亮度级完成曝光控制操作。
在本发明中，曝光控制步骤控制光圈的口径比、成像器件的电子快门量、以及从成像器件输出的图像信号的增益。
在本发明的控制数字照相机曝光的方法中，当发射辅助光之后的曝光量与发射辅助光之前的曝光量之比超过预定阈值时，限制AF帧中的曝光量。
根据本发明，提供了一种数字照相机的曝光控制器，所述数字照相机包括用于发射辅助光的装置，该曝光控制器包括用于检测外来光的亮度的装置；用于基于对外来光检测到的亮度确定是否需要辅助光的装置；用于在发射辅助光之前，在外来光下，在监视模式的AE帧中，检测物体的亮度级的装置；用于在发射辅助光之后，在辅助光下，在扫描AF模式的AF帧中，再检测物体的亮度级的装置；用于确定AF帧的曝光量与AE帧的曝光量相比是否有显著提高的装置；以及曝光控制装置，用于当在确定步骤确定AF帧的曝光量有显著提高时，基于AE帧中的亮度级执行曝光控制操作，或者，当在确定步骤确定AF帧的曝光量没有显著提高时，基于AF帧中的亮度级执行曝光控制操作。
在本发明的数字照相机的曝光控制器中，曝光控制装置控制光圈的口径比、成像器件的电子快门量、以及从成像器件输出的图像信号的增益。
在数字照相机的曝光控制器中，当发射辅助光之后的曝光量与发射辅助光之前的曝光量之比超过预定阈值时，限制AF帧中的曝光量。
图1是展示本发明实施例中使用的数字照相机控制部件的电路结构的方框图。
图2说明当发射及未发射辅助光时设置曝光量的定时。
图3是展示数字照相机中的曝光控制操作的流程的流程图。
具体实施例方式
下文中，将参考附图详细描述本发明的数字照相机的实施例。图1是展示本发明实施例中使用的数字照相机控制部件的电路结构的方框图。
如图1所示，本实施例的数字照相机包括镜头1，用于接收来自物体的光；光圈2，用于调节曝光；以及成像器件CCD 3，来自透镜1的光图像在那里聚焦。保持/增益控制电路4与CCD 3的输出端连接，其用于抽样保持从CCD 3输出的图像信号，并控制图像信号的增益。A/D转换器5与该保持/增益控制电路4连接，其用于对已控制增益的图像信号进行模数转换。
图像信号处理单元6与A/D转换器5的输出端连接，其用于对图像信号作各种处理。亮度级检测器7与图像信号处理电路6相连，其用于检测来自预定图像区域，并从图像信号中提取出的亮度信号的积分值作为亮度级。
微型计算机8用于控制数字照相机的全部操作，包括曝光控制电路9、器件控制电路10，以及操作电路14。曝光控制电路9与亮度级检测器7的输出终端连接。基于由亮度级检测器7检测到的亮度级，曝光控制电路9确定是否在执行适当的曝光。基于作为确定的结果所获得的数据，曝光控制电路9计算关于每个器件的控制数据，即，有关光圈2的口径比的数据、对于CCD 3的电子快门量的值、以及来自保持/增益控制电路4的增益数据。曝光控制电路9具有RAM(未示出)。基于由亮度级检测器7检测到的亮度级，将在执行曝光控制操作时要求的各种块的数据写入RAM中。此外，从RAM读取各种块的数据。
器件控制电路10与曝光控制电路9的输出终端9a连接，其用于输出每个器件的驱动信号。光圈驱动器11与器件控制电路10的第一输出端10a连接。由来自光圈驱动器11的输出信号驱动光圈2。定时发生电路12与器件控制电路10的第二输出端10b连接，其用于输出用于控制CCD 3的电子快门的定时信号。保持/增益控制电路4与器件控制电路10的第三输出端10c连接。
操作电路14与曝光控制电路9的输出端9b连接。从由亮度级检测器7计算的亮度级，即来自预定图像区域并从图像信号提取出的亮度信号的积分值，和由曝光控制电路9基于亮度级计算的每个器件的控制数据，操作电路14进行计算，以确定是否要求发射AF辅助光。用于发射AF辅助光的LED 15与操作电路14的输出端连接，并在必要时发射光。
接下来，基于上述结构，描述本发明的数字照相机的曝光控制操作。在本实施例中，认为当通过在扫描AF模式中发射辅助光而改变了物体的亮度级时，正执行曝光控制操作。更具体地说来，在发射辅助光之后，亮度级从监视到自动聚焦改变。即使在自动聚焦时，也再次检测亮度级(CCD接收光)，以控制曝光，由此提高自动曝光的精度。只有在周围的光量小而且亮度级低时才发射辅助光，因此，当周围的光量大时不发射辅助光。
图2展示当发射辅助光时曝光控制操作的时间流的顺序。
从图2顶上开始说明，(i)照相机的操作模式的改变顺序；(ii)用于发射辅助光的LED 15的开和关状态；(iii)CCD 3接收(检测)光；(iv)在图像信号处理电路6中的计算；以及(v)对曝光量的计算。这里沿水平轴的每一个数字代表帧速率序号(下文中称其为“帧号”)。如图2所示，最后一次在监视模式a1执行对曝光量的计算处的帧号为0。
首先，描述液晶显示屏的检测帧。因为直到帧号0，都在监视模式a1中执行对曝光量的计算，所以在亮度级检测帧(下文中称其为“AE帧”)检测亮度级，从而允许在监视模式中适当曝光，以便计算曝光量。这里，AE帧涉及整个液晶显示屏的区域。由于在扫描AF模式a2从帧号1向前执行对曝光量的计算，通常，在亮度级检测帧(下文中称其为“AF帧”)检测亮度级，从而允许在扫描AF模式中适当曝光，以便计算曝光量。这里，AF帧涉及液晶显示屏整个区域的屏中心部分的部分区域。
当照相机操作模式从监视模式a1改变为扫描AF模式a2时，如上所述，检测帧从AE帧改变为AF帧。这是因为，当执行自动聚焦时，有必要通过事先提供被认为物体以高概率出现在视角中的检测帧，并通过检测该检测帧内的亮度级，来提高自动聚焦的精确度。此外，当执行变焦时，还考虑，例如，辅助光的照明范围，AF帧改变为用于执行自动聚焦的最优检测帧。然而，在由AF帧合适的曝光量执行曝光控制操作的情况下，当图像的亮度级与监视模式中的亮度级相比显著提高时，和监视模式中一样，使用AE帧作为检测帧。
对于在操作模式改变为扫描AF模式之后立即计算曝光量的帧号1，如图2中用箭头A表示的操作流程，即，(iii)CCD接收光，(iv)由图像信号处理电路6执行计算，以及(v)通过用箭头A表示的操作流程，基于CCD接收光的帧号1的亮度级计算曝光量{(1)确定曝光量}。因此，在发射辅助光之前(当未发射辅助光时)用亮度级计算曝光量。换句话说，因为在计算曝光量的帧号1处，操作模式已经改变为AF模式，通过选择AF帧，检测物体的亮度级，以计算曝光量。
当CCD已在帧号4(已加阴影)处接收光时，通过图2中用箭头B表示的操作流程，在帧号1处计算的曝光量被反射{(2)曝光量被反射}。当CCD在帧号4接收光时，已经发射了辅助光，从而，通过箭头C所表示的操作流程，计算曝光量(在帧号4处){(3)确定发射辅助光之后的曝光量}。此时，由于已发射了辅助光，所以提高了图像的亮度级。此时，通过选择AF帧并进行检测，检测了亮度级，以计算曝光量。
当因发射辅助光而导致的曝光改变的量大于预定阈值时，限制曝光量，以便限制图像亮度级的突然改变。当曝光改变的量超过预定的阈值时，执行这一限制操作。这里，事先在曝光控制电路9的RAM(未示出)设置预定阈值。通过用箭头D表示的操作流程，已按此方式计算出的曝光量在CCD接收光的帧号7处被反射{(4)曝光量被反射}。在CCD接收光的帧号7处，通过设置发射辅助光之后的曝光量，物体有了充分的对比度，从而可以提高自动聚焦的精确度。
即使，发射辅助光之后的曝光量仍然不是适当的值，通过重复这些步骤，也提高曝光的精确度，从而可以更大程度地提高自动聚焦的精确度。
图3是展示数字照相机中的曝光控制操作的步骤的流程的流程图。
在图3中，首先，由数字照相机检测外来光的亮度(步骤S1)，并确定是否需要辅助光(步骤S2)。当确定需要辅助光时(当步骤S2中的答案为“是”时)，CCD基于在前一帧处计算的曝光量接收检测到的值(步骤S3)，而图像信号处理电路6进行计算(S4)。接着，发射辅助光(步骤S5)，并计算在AE帧和AF帧处的曝光量(步骤S6)。
接下来，在步骤S7，确定AF帧的曝光量与AE帧的曝光量相比，是否有显著提高。当确定AF帧的曝光量没有显著提高时，选择“AF帧曝光”(步骤S8)。当确定AF帧的曝光量有显著提高时，选择“AE帧曝光”(步骤S9)，而操作继续到步骤S10。在步骤S10，确定曝光改变的量是否超过了阈值。当确定曝光改变的量超过了阈值时，限制曝光量(步骤S11)。操作继续到步骤S12。另一方面，当在步骤S10确定曝光改变的量没有超过阈值时，操作继续到步骤S12，而不限制曝光量。
接下来，在步骤S12，CCD 3接收检测到的AF帧的值，并且图像信号处理电路6进行计算(步骤S13)。接着，计算AE帧和AF帧的曝光量(步骤S14)。
接下来，在步骤S15，确定AF帧的曝光量与AE帧的曝光量相比，是否有显著提高。当确定AF帧的曝光量没有显著提高时，选择“AF帧曝光”(步骤S16)。当确定AF帧的曝光量有显著提高时，选择“AE帧曝光”(步骤S17)，而操作继续到步骤S18。在步骤S18，确定曝光改变的量是否超过了阈值。当确定曝光改变的量超过了阈值时，限制曝光量(步骤S19)。操作继续到步骤S20以确定曝光改变的量是否是适当的量。另一方面，当在步骤S18确定曝光改变的量没有超过阈值时，操作继续到步骤S20，而不限制曝光量。
在步骤S20，当曝光改变的量不是适当的量时，操作返回步骤S12，并重复步骤S12到S20之间的步骤。在步骤S20，当曝光改变的量是适当的量时，在步骤S21，基于在步骤S14获得的曝光量执行适当的曝光控制操作。
另一方面，当确定不需要辅助光时(当步骤S2的答案为“否”时)，CCD3接收检测到的值(步骤S22)，并且图像处理单元6进行计算(步骤S23)。接着计算AE帧的曝光量和AF帧的曝光量(步骤S24)，并且基于步骤S24中获得的曝光量，执行曝光控制操作(步骤S25)。
如上文所详细描述，根据本发明，在自动聚焦期间发射辅助光，以检测物体的亮度级。基于亮度级，确定曝光量。基于曝光量，执行曝光控制操作。从而，适当地执行了曝光控制操作，以便提高自动聚焦的精确度。
此外，根据本发明，在自动聚焦期间发射辅助光，以检测物体的亮度级。基于亮度级，确定曝光量。基于曝光量，执行曝光控制操作。从而可以在黑暗的地方拍摄照片。
另外，根据本发明，确定AF帧的曝光量与AE帧的曝光量比是否有显著提高。当在确定步骤中确定其显著提高了时，基于AE帧的亮度级执行曝光控制操作。所以，有可能在不使照相机处于扫描AF模式的情况下，执行曝光控制操作，从而可以迅速地执行曝光控制操作。
当执行自动聚焦时，发射辅助光以检测物体的亮度级。所以，即使用户在例如手控模式中有意地将曝光量设置在适当的曝光量的范围之外，用户也可以通过再次检测物体的亮度级有效地执行自动聚焦。
权利要求
1.一种控制数字照相机曝光的方法，所述数字照相机包括用于发射辅助光的装置，该方法包括如下步骤检测外来光的亮度；基于对外来光检测到的亮度确定是否需要辅助光；在发射辅助光之前，在外来光下，在监视模式中，检测AE帧中的物体的亮度级；在发射辅助光之后，在辅助光下，在扫描AF模式中，再次检测AF帧中的物体的亮度级；确定AF帧的曝光量与AE帧的曝光量相比是否有显著提高；以及当在确定步骤确定AF帧的曝光量有显著提高时，基于AE帧中的亮度级完成曝光控制操作，或者，当在确定步骤确定AF帧的曝光量没有显著提高时，基于AF帧中的亮度级完成曝光控制操作。
2.如权利要求1所述的控制数字照相机曝光的方法，其中曝光控制步骤包括控制光圈的口径比、成像器件的电子快门量、以及从成像器件输出的图像信号的增益。
3.如权利要求1所述的控制数字照相机曝光的方法，其中当发射辅助光之后的曝光量与发射辅助光之前的曝光量之比超过预定阈值时，限制AF帧中的曝光量。
4.一种数字照相机的曝光控制器，所述数字照相机包括用于发射辅助光的装置，该曝光控制器包括用于检测外来光的亮度的装置；用于基于对外来光检测到的亮度确定是否需要辅助光的装置；用于在发射辅助光之前，在外来光下，在监视模式中，检测AE帧中的物体的亮度级，和用于在发射辅助光之后，在辅助光下，在扫描AF模式中，再次检测AF帧中的物体的亮度级的装置；用于确定AF帧的曝光量与AE帧的曝光量相比是否有显著提高的装置；以及曝光控制装置，用于当在确定步骤确定AF帧的曝光量有显著提高时，基于AE帧中的亮度级执行曝光控制操作，或者，当在确定步骤确定AF帧的曝光量没有显著提高时，基于AF帧中的亮度级执行曝光控制操作。
5.如权利要求4所述的数字照相机的曝光控制器，其中曝光控制装置控制光圈的口径比、成像器件的电子快门量、以及从成像器件输出的图像信号的增益。
6.如权利要求4所述的数字照相机的曝光控制器，其中当发射辅助光之后的曝光量与发射辅助光之前的曝光量之比超过预定阈值时，限制AF帧中的曝光量。
全文摘要
一种控制数字照相机曝光的方法及其装置，其可以通过执行曝光控制，提供适当地曝光量和高精确度的数字照相机，其中在所述曝光控制中，在自动聚焦过程中发射辅助光，以检测要拍摄的物体的亮度级。该装置包括用于检测外来光的亮度的装置；用于基于对外来光检测到的亮度判断是否需要辅助光的装置；用于在发射辅助光之前，在外来光下，检测AE帧中要拍摄的物体的亮度级和用于在发射辅助光之后，在辅助光下，重新检测AF帧中物体的亮度级的装置；用于判断AF帧的曝光量与AE帧的曝光量相比是否有显著提高的装置；以及曝光控制装置，用于当在判断步骤判断出有显著提高时，基于AE帧中的亮度级执行曝光控制操作，并且，当判断出没有显著提高时，基于AF帧中的亮度级执行曝光控制操作。
文档编号H04N101/00GK1466846SQ02802676
公开日2004年1月7日 申请日期2002年6月20日 优先权日2001年6月22日
发明者志贺朗 申请人:索尼公司