摄影设备及方法

专利名称：摄影设备及方法
技术领域：
实施例涉及一种摄影设备及方法，更具体地讲，涉及这样一种摄影设备及方法，该 摄影设备包括具有以矩阵形式布置的多个像素的成像单元。
背景技术：
日本专利申请公开JP P1999_41523(引用的参考文件1)公开了一种摄影设备，该 摄影设备包括具有互补金属氧化物半导体(CMOS)形式的成像单元，其中，用于执行快门操 作的前帘快门构成电子快门，用于执行快门操作的后帘快门构成机械快门。另外，日本专利申请公开JP P2007_159061(引用的参考文件2)以及日本专利申 请公开JP P2007-53742(引用的参考文件3)公开了这样一种技术，该技术通过在电子快门 和机械快门彼此结合时改变成像单元的每个区域或每行中电荷累积开始的时间来防止由 于镜头类型、可变光圈的值或快门速度的差异所导致的曝光瑕疵(exposure stain)。引用的参考文件2以及参考文件3提供了用于校正图像质量的边缘效应(side effect)的技术，当通过执行电子重置功能实现传统的机械前帘快门时发生所述边缘效应。 然而，用于执行前帘快门的功能的电子快门开始操作的时间被这样设置，使得该电子快门 的特性可与用于执行后帘快门的功能的机械快门的特性相同。成像单元的动态范围通常是小的，因此不容易完全捕获图像的暗部分和亮部分。 例如，当在明亮的蓝天的背景下拍摄肖像时，如果曝光调整到肖像，则作为背景的天空会白 色饱和，因此不能再现蓝天。另一方面，如果曝光调整到蓝天，则由于曝光不足，所以肖像会变黑。在上述引用的参考文件1、参考文件2和参考文件3中，使用了电子快门和机械快 门两者，并且用于执行前帘快门的功能的电子快门开始操作的时间被这样设置，使得该电 子快门的特性可与用于执行后帘快门的功能的机械快门的特性相同。因此，传统的摄影设 备的动态范围是小的。

发明内容
实施例包括一种摄影设备及方法，通过该摄影设备及方法，可在宽的动态范围内 获得良好质量的图像。实施例还包括一种摄影设备及方法，通过该摄影设备及方法，使用电子快门和机 械快门两者，并且电子快门和机械快门开始操作的时间被控制，从而摄影设备具有宽的动 态范围。根据实施例，一种摄影设备包括成像单元，捕获对象的图像，所述成像单元包括
4以行和列布置的多个像素；检测器，检测对象的拍摄条件；机械快门，运动以遮挡成像单 元；操作控制器，控制机械快门的运动；扫描控制器，在机械快门运动以遮挡成像单元之 前，通过在基于对象的拍摄条件而控制的时间将重置信号施加到像素来控制成像单元的曝 光开始扫描。扫描控制器可从预定的扫描模式设置用于由检测器检测的拍摄条件的扫描模式， 以与所述拍摄条件对应，并且可通过设置的扫描模式将重置信号施加到像素。根据上述配置，在基于对象的拍摄条件而控制的时间将重置信号施加到像素之 后，机械快门运动以遮挡成像单元。因此，可根据拍摄条件调整成像单元的曝光开始时间， 并且摄影设备可执行具有宽动态范围的拍摄操作。成像单元可通过根据由扫描控制器施加到成像单元的像素的重置信号开始曝光 而用作前帘快门，并且所述机械快门可用作遮挡成像单元的后帘快门。对象的拍摄条件可包括镜头的光强度、焦距、光圈值以及对象的亮度分布。摄影设 备可一起使用电子前帘快门和机械后帘快门，并基于拍摄条件控制电子前帘快门的时序， 因此可调整曝光时间。检测器可检测对象的亮度，可在检测的亮度高于成像单元的动态范围的上限值的 区域设置扫描模式，使得前帘快门和后帘快门之间的时间差减小，并且可在检测的亮度低 于成像单元的动态范围的下限值的区域设置扫描模式，使得前帘快门和后帘快门之间的时 间差增大。因此，当对象的拍摄条件超出了动态范围的上限值时，即，图像饱和为白色或变 黑时，可调整成像单元的曝光开始时间。操作控制器可使机械快门在与像素形成的行延伸的方向交叉的方向上运动，并且 扫描模式可包括特性曲线，所述特性曲线表示从与机械快门开始运动的位置对应的像素行 到与机械快门终止运动的位置对应的像素行中的每个像素行的曝光开始时间。因此，可基 于表示成像单元的曝光开始时间的特性曲线来开始成像单元的曝光。可通过函数来产生所述特性曲线，所述函数用于确定从与机械快门开始运动的位 置对应的像素行到与机械快门终止运动的位置对应的像素行中的每个像素行的曝光开始 时间。摄影设备还可基于用于确定曝光开始时间的所述函数开始成像单元的曝光。所述函 数可以是基函数(primary function)或二次函数(secondary function)。扫描控制器可将成像单元划分为多个区域，并且顺序地开始划分的区域的曝光。扫描控制器可控制用于读取成像单元的每个像素的输出信号的读取扫描，并且摄 影设备还可包括增益控制器，与通过扫描控制器控制的像素行的读取的操作同步地控制 每个像素的输出信号的增益。增益控制器可通过参照表示增益控制值的参数表，以成像单元的像素为单位控制 输出信号的增益，所述增益控制值与像素行分别对应。因此，摄影设备可调整像素行延伸的 水平方向上的增益。增益控制器可基于表示增益的变化的宽度的函数，以成像单元的像素为单位控制 输出信号的增益，以与像素行对应。根据另一实施例，提供一种摄影方法，所述摄影方法用于通过对成像单元曝光来 捕获对象的图像，所述成像单元包括以行和列布置的多个像素，所述摄影方法包括检测对 象的拍摄条件；通过在基于对象的拍摄条件而控制的时间将重置信号施加到像素并操作前帘快门，来执行曝光开始扫描；使机械快门运动，以遮挡被施加了重置信号的像素，并用作 后帘快门。根据所述摄影设备及方法，使用电子快门和机械快门两者，并且电子快门和机械 快门开始操作的时间被控制，从而摄影设备具有宽的动态范围。


通过参照附图详细描述示例性的实施例，上述和其它特点及优点将会更加清楚， 其中图1示出了用于解释将通过根据实施例的摄影设备及方法执行的拍摄操作的概 念的三幅图像；图2是示出根据距离和时间的传统摄影设备中的包括前帘快门和后帘快门的机 械快门的操作模式的曲线图；图3是示出根据距离和时间的图1的摄影设备中的电子前帘快门和机械后帘快门 的操作模式的曲线图；图4是根据实施例的摄影设备的部件的框图；图5是图4的摄影设备的中央处理单元(CPU)的结构以及其它部件之间的连接关 系的示意性框图；图6示出了检测由图1的摄影设备显示的成像场景的拍摄条件的示例；图7示出了检测由图1的摄影设备显示的将被捕获的场景的拍摄条件的另一示 例；图8是示出由图1的摄影设备执行的增益控制操作和电子前帘快门控制操作的曲 线图；图9是示出根据实施例的摄影方法的流程图；图10是示出根据另一实施例的摄影方法的流程图；图11是示出图10的摄影方法的操作的流程图。
具体实施例方式现在将参照附图全面地描述实施例，附图中示出了示例性的实施例。在传统的摄影设备中，即使当使用电子前帘快门和机械后帘快门时，电子前帘快 门开始操作的时间也被这样设置，使得电子前帘快门的操作特性可与机械后帘快门的操作 特性相同，因此摄影设备的动态范围有限。然而，在根据实施例的摄影设备中，使用电子快门和机械快门两者，并且成像单元 的每个区域或每行像素(像素行)中电荷累积开始的时间(曝光时间)可变化。换句话说， 在成像单元的每个区域或每个像素行中曝光时间可变化，因此可实现具有宽的动态范围的 摄影设备及方法。图1示出了用于解释将通过根据实施例的摄影设备及方法执行的拍摄操作的概 念的三幅图像。参照图1，图像51和53是从包括太阳、山和火焰草的景观捕获的图像。在 将曝光调整到图像51的下部时捕获图像51。在图像51中，显示在图像51的下部中的火焰 草被很好地捕获，但是显示在图像51的上部中的太阳的周围部分白色饱和。
在将曝光调整到显示在图像52的上部中的太阳时，从与图像51的景观相同的景 观捕获图像52。在图像52中，显示在图像52的上部中的太阳被很好地捕获，但是显示在图 像52的下部中的火焰草由于曝光不足而变黑。当通过根据本实施例的摄影设备调整曝光时捕获图像53。在图像53中，太阳的 周围部分的白色部分比图像51中的太阳的周围部分的白色部分少，图像53的下部的黑色 部分比图像52的下部的黑色部分少，从而包括在景观中的太阳、山和火焰草可被很好地捕犾。在根据本实施例的摄影设备中，使用电子快门和机械快门两者，并且电子快门 (电子前帘快门)开始操作的时间可被控制，使得在成像单元的每个区域或每个像素行中 可控制曝光时间，并且可执行良好的拍摄。具体地，在根据本实施例的摄影设备中，将被捕获的图像被划分为多个区域，检测 每个区域中的亮度的分布，从而可分析捕获的图像(场景)。基于将被捕获的图像的每个区 域中的测量的曝光值，写入了电子前帘快门的操作时间的时间表的参数可变化，或者用于 产生所述参数的函数可变化，从而可根据将被捕获的图像的拍摄条件调整将被捕获的图像 的曝光时间。例如，图像53的上部的亮度与图像53的下部的亮度不同。具体地，图像53的上 部是亮的，图像53的下部是暗的。因此，摄影设备改变电子前帘快门的操作时间，使得将被 捕获的图像的上部的曝光时间减小，将被捕获的图像的下部的曝光时间增加。图2是示出根据距离和时间的传统摄影设备中的包括前帘快门和后帘快门的机 械快门的操作模式的曲线图。在图2的曲线图61中，横轴表示时间，纵轴表示与成像单元 的下端的距离(位置)。如图2的曲线图61所示，机械快门的运动速度不是均勻的。具体地，在机械快门 开始运动的部分中，机械快门的运动速度相对低；随着机械快门接近于机械快门结束运动 的部分，机械快门加速，并且机械快门的运动速度相对高。由于温度或湿度的变化、摄影设 备的位置的变化等，机械快门的运动速度还可变化。因此，当电子快门用作前帘快门时，电子前帘快门的运动速度被均勻地保持，并且 机械后帘快门的运动速度变化，从而会发生电子前帘快门的运动速度与机械后帘快门的运 动速度之间的严重差别。当电子快门用作前帘快门时，用于执行重置操作的重置信号以像素行为单位被顺 序地提供给成像单元的每个像素，从而可从成像单元开始曝光操作。在设置的曝光时间已 经过去之后执行机械遮挡，通过移动遮挡器(后帘快门)来执行机械遮挡，从而可终止成像 单元的曝光操作。图3是示出根据距离和时间的图1的摄影设备中的电子前帘快门和机械后帘快门 的操作模式的曲线图。在图3中，上部的曲线图62示出了电子前帘快门的重置扫描模式与 机械后帘快门的运动模式之间的关系。如曲线图62所示，为了防止电子前帘快门的运动速度与机械后帘快门的运动速 度之间的差别，电子前帘快门的重置扫描(曝光开始扫描)的扫描曲线的形状与机械后帘 快门的驱动曲线的形状几乎相同。具体地，几乎相同的曝光时间可被施加到成像单元的上 部和下部。
在图3中，下部的曲线图63示出了电子前帘快门的扫描模式与机械后帘快门的运 动模式之间的关系，电子前帘快门的扫描模式与机械后帘快门的运动模式基于图1的摄影 设备的拍摄条件被调整。摄影设备基于成像单元的每个区域或每个像素行中的测量的曝光值，从将被捕获 的图像检测白色饱和区域、变黑区域等。成像单元的曝光时间可根据检测结果被调整。例如，在图3的下部的曲线图63中，在快门开始运动的部分中，曝光时间被设置为 将被减少；在快门的运动结束的部分中，曝光时间被设置为将被增加。这是因为，摄影设备 具有将被捕获的图像的上部为亮并且将被捕获的图像的下部为暗的拍摄条件，因此通过基 于该拍摄条件改变曲线图63的电子前帘快门的扫描模式，来减少将被捕获的图像的上部 的曝光时间，并增加将被捕获的图像的下部的曝光时间。通过这种方式，在本实施例中，可 根据将被捕获的图像的拍摄条件调整曝光开始扫描时间，从而可实现具有宽的动态范围的 摄影设备及方法。根据本发明的摄影设备可部分基于将被捕获的图像的每个区域中的测量的曝光 值改变灵敏度(增益)。例如，考虑到将被捕获的图像的白色饱和区域与变黑区域的比率、 将被捕获的图像的白色饱和区域和变黑区域的对比度或各个位置，在将被捕获的图像的每 个划分的区域中可通过电子前帘快门调整曝光时间，或者可改变灵敏度(增益)，或者可调 整曝光时间并且可改变灵敏度(增益)。因此，在摄影设备的宽的动态范围中可获得良好质 量的图像。图4是根据实施例的摄影设备10的部件的示意性框图，图5是图4的摄影设备的 中央处理单元(CPU) 122的结构以及其它部件之间的连接关系的示意性框图。图4和图5的摄影设备10包括作为一种成像单元的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 102、检测器202、作为一种机械快门的快门104a和104b、作为一种用于控制机械快 门的操作控制器的快门驱动器132以及扫描控制器204。摄影设备10可包括CMOS 102、快门104a和104b (下文中称为快门单元104)、模拟 前端(AFE) 106、时序发生器(TG) 108、成像信号处理器110、存储器控制器112、存储器114、 存储卡控制器116、AE/AF/AWB(自动曝光/自动聚焦/自动白平衡)120、CPU 122、显示控 制器124、液晶显示器(IXD) 126、随机存取存储器(RAM)表130、快门驱动器132以及镜头单 元15。CMOS 102是这样一种成像单元，该成像单元包括以矩阵形式布置的多个像素(所 述矩阵包括行和列)，并且将通过镜头单元15入射的光转换为电信号。CMOS 102将由镜头 单元15形成的对象的图像的光转换为具有每种颜色分量(诸如红(R)、绿(G)或蓝(B))的 模拟电信号(图像信号)，并且输出每种颜色(诸如R、G或B)的图像信号。在本实施例中， 重置信号被施加到CMOS 102的每个像素持续预定量的时间，由此开始CMOS 102的曝光操 作，从而CM0S102可执行电子前帘快门的功能。快门单元104包括沿着与CMOS 102的预定像素行垂直的方向运动的遮挡器，由此 用作执行遮挡暴露到CMOS 102的光的操作的后帘。快门单元104的操作可由快门驱动器 132控制。AFE 106是模拟前端电路，并且将CMOS 102输出的模拟电信号提供给成像信号处 理器110。TG 108将时间信号输入到CMOS 102和AFE 106。根据TG 108输入的时间信号确定快门单元104的速度。具体地，根据TG 108输入的时间信号控制CMOS 102的驱动，在 CMOS 102被驱动的时间内对象的图像的光通过镜头单元15入射，从而可产生作为图像数 据的基础的电信号。成像信号处理器110产生图像的原始数据，通过将AFE 106输出的模拟电信号转 换为数字信号来获得所述图像。另外，成像信号处理器110针对由CMOS 102获得的图像的 原始数据执行光的量的增益校正或白平衡设置功能。存储器控制器112控制存储器114将捕获的图像临时存储在存储器114中或从存 储器114读取存储的数据。存储器114具有用于存储多个图像的容量。存储器114可以是 例如同步动态随机存取存储器(SDRAM)。存储卡控制器116控制存储卡118，从而捕获或合成的图像可被写入到存储卡118 中。存储卡118是用于将数据写入闪速存储器的卡型存储器单元。AE/AF/AWB 120检测拍摄期间的周围光的量(亮度)或焦距、可变光圈值(聚焦)、 色温等，并且执行将检测结果提供给CPU 122的功能。CPU 122对CMOS 102或TG 108执行 信号系统的命令，或者对操纵单元150执行操纵系统的命令。在本实施例中，信号系统的命 令以及扫描系统的命令由一个CPU122执行。然而，本实施例不限于此，信号系统的命令以 及扫描系统的命令可由两个CPU执行。随后将详细描述将由CPU 122执行的经由电子快门 对前帘的控制以及经由机械快门对后帘的控制。IXD 126在执行拍摄之前显示实时取景图像，或者显示摄影设备10的各种设置场 景或由摄影设备10捕获的图像。另外，电视(TV) 128在TV 128的屏幕上显示捕获的图像 等。图像数据等通过显示控制器124被显示在IXD 126或TV 128上。RAM表130是存储扫描表的表。多个扫描模式预先存储在RAM表130中，并且可选 择适合于将被捕获的图像的拍摄条件的扫描模式。另外，作为参考值的扫描模式可被存储 在RAM表130中，并且可根据将被捕获的图像的周围光的量的值与参考值之间的差改变扫 描模式。在重置时间(曝光开始时间)通过电子前帘快门被输出的时间形成扫描模式。例 如，图3的曲线图63中所示的扫描曲线被存储在扫描表中。另外，作为存储扫描模式的RAM表130的代替，可使用函数产生电路(未显示)。 当使用函数产生电路时，函数可被简单表示为二阶函数或被相关为一阶函数。扫描时间由 函数产生电路输出，从而可减少存储器的所需容量。操纵单元150包括用于在拍摄期间操纵摄影设备10或执行各种设置功能的部件。 布置在操纵单元150中的部件可包括电源按钮、用于选择拍摄模式或拍摄驱动模式并设置 效果参数的选择按钮和十字键、用于启动对象的拍摄操作的快门按钮等。接下来将参照图5描述经由CPU 122对前帘和后帘的控制。参照图5，CPU 122可 包括检测器202、扫描控制器204、操作控制器206以及增益控制器208。检测器202检测对象的拍摄条件。具体地，检测器202从由AE/AF/AWB120检测的 周围光的量(亮度)、焦距、可变光圈值和色温检测将被捕获的图像(捕获的场景)的拍摄 条件，并且检测拍摄条件是否在成像单元的动态范围内。例如，检测器202检测是否可通过 由于曝光过度导致的将被捕获的图像的白色饱和部分或通过由于曝光不足导致的将被捕 获的图像的变黑部分来再现拍摄条件的亮度。在下文中将参照图6和图7描述通过检测器202对拍摄条件的检测。图6示出了检测由图1的摄影设备显示的成像场景的拍摄条件的示例。例如，在图6中，图像的上部白色饱和，蓝天没有被再现。因此，检测器202从将被 捕获的场景71检测饱和区域。例如，如图像72所示，将被捕获的场景71被划分为预定数 量的区域，由此从将被捕获的场景71检测饱和区域。在这种情况下，检测器202检测到将 被捕获的场景71的上部的4个区域是饱和区域，S卩，超出了成像单元的动态范围的上限值 的区域。图7示出了检测由图1的摄影设备显示的将被捕获的场景的拍摄条件的另一示 例。参照图7的直方图73，为了检测将被捕获的场景的拍摄条件，可从被捕获的场景搜索饱 和区域。在柱状图73的右侧显示了大的峰值。具体地，白色饱和区域可被包括在将被捕获 的场景的一部分中。摄影设备10(图4)通过随后将描述的扫描控制器204 (图5)控制成 像单元的曝光开始扫描，从而将被捕获的场景的每个区域或每个像素行中的曝光时间可被 校正，并且可防止饱和区域的曝光。返回参照图5，将继续对CPU 122的结构进行描述。扫描控制器204根据由检测器 202检测的拍摄条件基于扫描模式来控制成像单元(CMOS 102)的曝光开始扫描。另外，扫 描控制器204在通过随后将描述的操作控制器206操作快门单元104之前开始CMOS 102 的曝光。扫描控制器204通过以像素行为单位将用于开始曝光的重置信号顺序地施加到 成像单元的每个像素，来控制成像单元开始曝光操作。扫描控制器204可根据拍摄条件产 生扫描模式，并且通过调整存储在扫描模式存储单元(RAM表)130中的扫描模式来将扫描 模式存储在扫描模式存储单元(RAM表)130中。扫描控制器204将基于扫描模式的时间信 号提供给TG 108，以控制曝光开始扫描。操作控制器206执行用于控制快门单元104的操作的功能，快门单元104被驱动 以遮挡CMOS 102。操作控制器206通过快门驱动器132控制快门单元104的操作。操作控 制器206通过扫描控制器204的控制开始CMOS 102的曝光操作，然后在设置的曝光时间过 去之后操作快门单元104，由此执行CMOS 102的机械遮挡并终止CMOS 102的曝光操作。扫描控制器204通过基于扫描模式将重置信号施加到CMOS 102的每个像素来执 行CMOS 102的曝光开始扫描，从而CMOS 102可用作开始曝光的前帘快门。操作控制器206 通过后帘快门控制用于遮挡CMOS 102的快门单元104。通过这种方式，扫描控制器204根 据拍摄条件基于扫描模式来控制电子前帘快门，并且操作控制器206控制机械后帘快门， 由此实现图3的曲线图63中所示的扫描曲线并调整曝光。当由扫描控制器204控制读取CMOS 102的每个像素的操作时，增益控制器208与 将由扫描控制器204控制的读取布置在CMOS 102的水平方向上的每个像素的操作同步地 控制每个预定区域中的增益。增益控制器208可以以CMOS 102的像素为单位控制增益，并 且与读取布置在CMOS 102的水平方向上的像素的位置同步，基于表示增益的变化的宽度 的预定函数来控制增益。例如，当以多个区域或像素为单位的读取电路被安装在CMOS 102的水平方向上， 并且增益控制放大器被布置在所述多个区域或像素中的每个中时，增益控制器208控制每 个区域中的增益控制放大器的增益。另外，布置在AFE 106中的增益控制电路的增益可与布置在CMOS 102的水平方向上的像素的读取同步地改变，在这种情况下，增益控制电路可与CMOS 102的水平位置同步 地安装在AFE 106中，或者安装在成像信号处理器110或TG 108中。另外，增益控制器208可与布置在CMOS 102的水平方向上的像素的读取同步地改 变布置在成像信号处理器110中的增益控制电路的增益。在这种情况下，可在成像信号处 理器Iio中安装用于提供由于CMOS 102的水平方向导致的增益变化的量的电路。在本实施例中，可由增益控制器208控制每个预定区域或像素中的增益。然而，本 实施例不限于此，伽马曲线可以以区域为单位变化。伽马曲线是表示输入图像的信号电平 与输出图像的亮度的比率的特性曲线。CPU 122可控制伽马曲线，由此控制将被捕获的场景 的曝光。在下文中将参照图8描述增益或快门的控制。图8是示出由图1的摄影设备执行 的增益控制操作和电子前帘快门控制操作的曲线图。图8的第一曲线图81示出了增益沿着水平方向变化的示例。根据第一曲线图81， 例如，场景的右部的增益改变以控制曝光。图8的第二曲线图82示出了电子前帘快门的狭缝的宽度在竖直方向上变化的示 例。换句话说，通过改变每个像素行中电子前帘快门的曝光开始的时间，来改变电子前帘快 门的狭缝的宽度。根据第二曲线图82，例如，场景的上部中的狭缝的宽度减小。图8的第三曲线图83示出了电子前帘快门的狭缝的宽度在竖直方向上增大的示 例。根据第三曲线图83，与第二曲线图82中的情形相比，场景的下部的狭缝的宽度增大，从 而可增加场景的暗部分的曝光量。通过这种方式，根据摄影设备10，每个像素行中电子前帘 快门的曝光开始的时间可被改变，以改变电子前帘快门的狭缝的宽度，从而可控制竖直方 向上的曝光量。另外，针对仅通过改变电子前帘快门的狭缝的宽度而没有被控制的水平方 向上的曝光量，可沿着水平方向改变增益并控制增益。因此，可更准确地控制曝光。在下文中将参照图9至图11描述可由摄影设备10(图4)执行的摄影方法。图9 是示出根据实施例的摄影方法的流程图。参照图9，在操作S102，检测器202从将被捕获的图像获得曝光测量数据。在操作 S104，基于在操作S102获得的曝光测量数据计算直方图。例如，在操作S104计算的直方图 可具有图7的曲线图的形式。在操作S106，从在操作S104计算的直方图分析竖直方向上的 亮度分布。根据在操作S104计算的直方图，可分析将被捕获的图像中的亮度分布，从而可 检测白色饱和区域、变黑区域等。在操作S108，根据操作S106中的分析竖直方向上的亮度分布的结果，检测器202 确定将被捕获的场景的拍摄条件是否在成像单元的动态范围(D范围)之内。具体地，如上 所述，根据是否存在由于曝光过度导致的将被捕获的图像中的白色饱和部分或是否存在由 于曝光不足导致的将被捕获的图像的变黑部分，来确定将被捕获的场景的拍摄条件是否在 成像单元的动态范围(D范围)之内。当在操作S108确定将被捕获的图像的拍摄条件在成像单元的动态范围之内时， 在操作S110，根据划分曝光测量算法使用在操作S102获得的曝光测量数据来计算曝光。在 操作S112，根据设置的模式确定电子前帘快门的速度和可变光圈值。在操作S122，CPU 122通过读取电荷来捕获或插入图像，所述电荷由成像单元 (C0MS 102)曝光，并且由于电子前帘快门的曝光扫描以及经由机械后帘快门对成像单元
11(C0MS 102)的遮挡而被累积。另一方面，当在操作S108确定将被捕获的场景的拍摄条件不在成像单元的动态 范围之内时，在操作S114，检测器202从将被捕获的场景搜索白色饱和区域。例如，当将被 捕获的场景中的亮度被表示为从0到255的256级时，具有230至240或更多的亮度的区 域可被认为是白色饱和区域。类似地，具有10至20或更少的亮度的区域可被认为是变黑 区域。在操作S116，扫描控制器204从在操作S114获得的关于白色饱和区域(饱和区 域)或变黑区域的信息确定在将被捕获的场景的竖直方向上将被校正的区域以及校正量。 在操作S118，扫描控制器204基于在操作S116确定的将被校正的区域以及校正量，重写存 储在扫描模式存储单元(RAM表)130中的扫描表的值。在操作S120，可基于在操作S118重 写的扫描表的值来操作电子前帘快门，以开始曝光。然后，执行操作S122。如上所述，已经 描述了使用电子前帘快门的图像校正处理。接下来，将参照图10和图11描述水平和竖直图像校正处理。图10是示出根据另 一实施例的摄影方法的流程图，图11是示出图10的摄影方法的操作的流程图。参照图10，在操作S202，检测器202从将被捕获的场景的每个划分的区域获得曝 光测量数据。在操作S204，基于在操作S202从将被捕获的场景的每个划分的区域获得的曝 光测量数据计算竖直直方图和水平直方图。在操作S206，从在操作S204计算的竖直直方图和水平直方图分析水平和竖直方 向上的亮度分布、对比度等。在操作S208，从在操作S204计算的竖直直方图和水平直方图 识别将被捕获的图像的拍摄条件。在操作S208，可使用AF/AWB信息以及AE信息。在操作S210，确定在操作S208识别的拍摄条件是否在成像单元的动态范围(D范 围)内。当在操作S210确定将被捕获的图像的拍摄条件在成像单元的动态范围(D范围) 内时，在操作S212，根据划分曝光测量算法使用在操作S202获得的曝光测量数据来计算曝 光。在操作S214，根据设置的模式确定电子前帘快门的速度和可变光圈值。在操作S216， CPU 122通过读取电荷来捕获或插入图像，所述电荷由成像单元(C0MS 102)曝光，并且由 于电子前帘快门的曝光扫描以及经由机械后帘快门对成像单元(C0MS 102)的遮挡而被累 积。另一方面，当在操作S210确定将被捕获的图像的拍摄条件不在成像单元的动态 范围(D范围)内时，在操作S218，检测器202检测相机位于纵向位置还是横向位置。具体 地，在操作S218，检测器202检测用户在将相机放置在纵向位置还是横向位置时进行拍摄。 在这种情况下，摄影设备10包括用于检测机壳的纵向位置或横向位置的传感器，因此可通 过该传感器检测相机的纵向位置或横向位置。当在操作S218确定相机放置在纵向位置时，在操作S220，与纵向位置对应的基本 参数被改变。具体地，屏幕的划分的数量或范围、屏幕的划分比率、用于控制增益或快门的 单元的权重等被改变。在操作S220改变基本参数，这是因为，当摄影设备10的屏幕是矩形 时，根据相机布置在纵向方向还是横向方向上来改变屏幕的划分比率或区域。另外，当快门 控制曝光时，根据相机布置在纵向方向还是横向方向上来改变快门的运动速度。因此，需要 根据快门的运动速度来改变电子前帘快门的扫描速度。
在操作S222，检测器202从将被捕获的图像搜索白色饱和区域。另外，在操作 S224，检测器202从将被捕获的图像搜索变黑区域。参照图11，在操作S226，扫描控制器204从在操作S222和S224获得的关于白色 饱和区域(饱和区域)或变黑区域的信息确定在将被捕获的场景的竖直方向上将被校正的 区域以及校正量。在操作S228，扫描控制器204经由电子前帘快门通过使用校正函数，从 在操作S226确定的将被校正的区域以及校正量确定将被校正的区域以及校正量。在操作 S230，通过控制增益或通过使用伽马曲线来确定将被校正的区域以及校正量。在操作S232，扫描控制器204基于在操作S228确定的将被校正的区域以及校正量 重写电子前帘快门的扫描表的值，并且基于在操作S230确定的将被校正的区域以及校正 量重写水平增益表的值。在操作S234，可基于在操作S232重写的扫描表的值来操作电子前帘快门并开始 曝光。可通过由机械后帘快门对CMOS 102进行遮挡，来终止曝光。在操作S236，在操作S234 的曝光终止之后与CMOS 102上累积的电荷的读取同步地校正横向增益。如上所述，已经描 述了竖直和水平图像校正处理。如图9所示，根据摄影设备10，可改变电子前帘快门的曝光开始时间，以控制竖直 方向上的曝光量。另外，如图10和11所示，针对仅通过改变电子前帘快门的狭缝的宽度而 没有被控制的水平方向上的曝光量，可沿着水平方向改变增益并控制增益。例如，可由摄影设备10执行的摄影方法的每个操作不需要按照图9、图10、图11 的流程图的顺序以时间序列格式被执行。换句话说，可由摄影设备10执行的摄影方法的每 个操作可被改变为其它处理，或者可被并行执行。此外，安装在摄影设备10中的硬件(诸如CPU、ROM、RAM等)可包括用于执行与摄 影设备10的每个部件的功能相同的功能计算机程序。另外，可设置存储有计算机程序的非 瞬时计算机可读存储器。如上所述，在根据上面的一个或多个实施例的摄影设备及方法中，使用电子快门 和机械快门两者，并且基于拍摄条件来控制电子快门开始操作的时间，从而摄影设备可具 有宽的动态范围。这里描述的装置可包括处理器、用于存储处理器可执行的程序数据的存储器、诸 如盘驱动器的永久存储器、用于处理与外部装置通信的通信端口以及用户接口装置等。任 何处理可被实现为软件模块或算法，并且可被存储为在非瞬时性计算机可读存储介质(例 如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-R0M、磁带、软盘以及光学数据存储装置) 上的可在处理器上执行的程序指令或计算机可读代码。计算机可读存储介质还可分布在网 络连接的计算机系统上，从而以分布式方式存储并执行计算机可读代码。计算机可读代码 可被计算机读取，可被存储在存储器中并被处理器执行。在此所引用的包括公布、专利申请和专利的全部参考文件以引用的方式被包含于 此，该引用的程度如同已单独地及具体地将各个引用所指示的内容通过引用被包含于此并 在此以整体进行阐述。为了增进对本发明的原理的理解，已经对附图中示出的优选实施例进行了描述， 并且特定的语言被用于描述这些实施例。然而，该特定的语言并不旨在限制本发明的范围， 本发明应该被解释为包括本领域的普通技术人员通常会想到的所有实施例。
可以以功能块组件和各种处理步骤的形式来描述本发明。可通过被构造为执行特 定的功能的任意数目的硬件和/或软件组件来实现这样的功能块。例如，本发明可使用各 种集成电路组件，例如，存储器元件、处理元件、逻辑元件、查找表等，它们可以在一个或多 个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种功能。类似地，在使用软件编程或软件元件 来实现本发明的元件的情况下，可通过使用任何编程语言或脚本语言(例如，C、C++、Java、 汇编语言等)以及由数据结构、对象、进程、例程或其他编程元件的任意组合所实现的各种 算法来实现本发明。可在算法中实现功能方面，在一个或多个处理器上执行所述算法。此 外，本发明可使用用于电子器件配置、信号处理和/或控制、数据处理等任意数目的传统技 术。词语“机构”和“元件”被广泛使用，并不限于机械式实施例或物理实施例，而可包括结 合处理器的软件例程等。在此示出和描述的具体实施方式
为本发明的说明性的示例，并不旨在以任何方式 另外限制本发明的范围。为了简要，可不对传统的电子器件、控制系统、软件开发、系统的其 他功能方面(及该系统的单独操作组件的组件)进行详细描述。此外，示出的各图中所示的 连接线或连接器旨在表示各元件之间的示例性功能关系和/或物理连接或逻辑连接。应该 理解的是，在实际装置中，可存在多种可选的或附加的功能关系、物理连接或逻辑连接。此 外，除非元件被特别地描述为“必要的”或“关键的”，否则没有任何项目或组件对实施本发 明是必要的。在描述本发明的上下文中(尤其是在权利要求的上下文中)所使用的单数形式应 该被解释为包括单数形式和复数形式。此外，除非在此另有指示，否则在此列举的数值范围 仅旨在用作单独地指出落在该范围内的各个独立的数值的一种简略的方法，并且各个独立 的数值被包含在说明书中，如同已在此单独地列举。最后，除非在此另有指示或者通过上下 文另外清楚地否定，否则在此所描述的所有方法的步骤可以以任何合适的顺序执行。除非 另有声明，任何和全部示例的使用或者在此提供的示例性语言(如“例如”)仅旨在更好地 阐明本发明，并不限制本发明的范围。本领域的技术人员容易明白的是，在不脱离本发明的 精神和范围的情况下，可进行多种修改和调整。
权利要求
一种摄影设备，包括成像单元，捕获对象的图像，所述成像单元包括以行和列布置的多个像素；检测器，检测对象的拍摄条件；机械快门，运动以遮挡成像单元；操作控制器，控制机械快门的运动；扫描控制器，在机械快门运动以遮挡成像单元之前，通过在基于对象的拍摄条件而控制的时间将重置信号施加到像素来控制成像单元的曝光开始扫描。
2.根据权利要求1所述的摄影设备，其中，扫描控制器从预定的扫描模式设置用于由 检测器检测的拍摄条件的扫描模式，以与所述拍摄条件对应，并且通过设置的扫描模式将 重置信号施加到像素。
3.根据权利要求2所述的摄影设备，其中，成像单元通过根据由扫描控制器施加到成 像单元的像素的重置信号开始曝光而用作前帘快门，并且所述机械快门用作遮挡成像单元 的后帘快门。
4.根据权利要求1所述的摄影设备，其中，扫描控制器将成像单元划分为多个区域，并 且顺序地开始划分的区域的曝光。
5.根据权利要求1所述的摄影设备，其中，扫描控制器控制用于读取成像单元的每个 像素的输出信号的读取扫描，所述摄影设备还包括增益控制器，与通过扫描控制器控制的像素行的读取的操作同 步地控制每个像素的输出信号的增益。
6.一种摄影方法，所述摄影方法用于通过对成像单元曝光来捕获对象的图像，所述成 像单元包括以行和列布置的多个像素，所述摄影方法包括检测对象的拍摄条件；通过在基于对象的拍摄条件而控制的时间将重置信号施加到像素并操作前帘快门，来 执行曝光开始扫描；使机械快门运动，以遮挡被施加了重置信号的像素，并用作后帘快门。
7.根据权利要求6所述的摄影方法，还包括从预定的扫描模式设置用于检测的拍摄 条件的扫描模式，以与所述拍摄条件对应；其中，执行曝光开始扫描的步骤包括通过设置的扫描模式将重置信号施加到像素。
8.根据权利要求6所述的摄影方法，其中，拍摄条件包括对象的亮度，其中，设置扫描模式的步骤包括下列中的至少一个在检测的亮度高于成像单元的动 态范围的上限值的区域设置扫描模式，使得前帘快门和后帘快门之间的时间差减小；在检 测的亮度低于成像单元的动态范围的下限值的区域设置扫描模式，使得前帘快门和后帘快 门之间的时间差增大。
9.根据权利要求6所述的摄影方法，其中，执行曝光开始扫描的步骤包括顺序地开始 像素行的曝光。
10.根据权利要求6所述的摄影方法，其中，使机械快门运动以遮挡像素的步骤包括 使机械快门在与像素行延伸的方向交叉的方向上运动，其中，扫描模式包括特性曲线，所述特性曲线表示从与机械快门开始运动的位置对应 的像素行到与机械快门终止运动的位置对应的像素行中的每个像素行的曝光开始时间。
11.根据权利要求6所述的摄影方法，其中，执行曝光开始扫描的步骤包括将成像单 元划分为多个区域，并且顺序地开始划分的区域的曝光。
12.根据权利要求6所述的摄影方法，还包括读取成像单元的每个像素的输出信号；与像素行的读取同步地控制每个像素的输出信号的增益。
13.根据权利要求12所述的摄影方法，其中，控制输出信号的增益的步骤包括通过参 照表示增益控制值的参数表，以成像单元的像素为单位控制输出信号的增益，所述增益控 制值与像素行分别对应。
14.根据权利要求12所述的摄影方法，其中，控制输出信号的增益的步骤包括基于表 示增益的变化的宽度的函数，以成像单元的像素为单位控制输出信号的增益，以与像素行 对应。
全文摘要
本发明提供一种摄影设备及方法。所述摄影设备包括成像单元，具有以行和列布置的多个像素，并且捕获对象的图像；检测器，检测对象的拍摄条件；机械快门，运动以遮挡成像单元；操作控制器，控制机械快门的运动；扫描控制器，在机械快门运动以遮挡成像单元之前，通过在基于对象的拍摄条件而控制的时间将重置信号施加到像素来控制成像单元的曝光开始扫描。
文档编号H04N5/235GK101998059SQ20101026140
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月23日 优先权日2009年8月21日
发明者高根康夫 申请人:三星电子株式会社