专利名称：具有相机抖动补偿和适应感光度转换功能的数字成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于拍摄被摄体景色的数字成像装置，更具体地说，是涉及一种具有相机抖动补偿和适应感光度转换功能的数字成像装置。
背景技术：
近来，在拍摄静态图像的过程中，为了减少相机抖动和被摄体不稳引起的模糊所带来的负面影响，一种数字相机产生了，它用于减少由相机抖动带来的视觉影响，或用于更高光学感光度的拍摄。在Kitajima公开的U.S专利申请公开号为NO.2004/0239795A1的技术便是一种用于确定所拍摄图像的模糊是由于相机抖动还是由于被摄体不稳所造成的技术。在拍摄中，插入拍摄中的感光度从一种帧向另一种帧转变的技术，由题目为“电子静态相机(Electronic Still Camera)”的日本特许公开的公开号为NO.4380/1999的专利所公开。
在提供了具有光学相机抖动补偿功能和高感光度拍摄功能的数字相机中，通过以具有高感光度的快门速度拍摄和通过利用光学补偿相机抖动来降低图像的模糊。因此，拍摄极黑的景物时，上述两种功能协同操作便可获得更好的结果。然而，当拍摄极亮的景物时，不必两种功能都使用。也就是说，同时使用这两种功能代表一种过度规范约束测量。
因为两种功能可同时利用，因此提供了具有光学相机抖动补偿功能和高感光度拍摄功能的数字相机对极黑景物的拍摄非常有效。然而，在拍摄适度光强景物时使用这两种功能，则代表一种过度规范约束测量，以致于为相机抖动而浪费的光学补偿增加了电源的损耗。另一方面，若使用高感光度的拍摄超过了必要程度，则会过度地增加拍摄噪音。
而且，拍摄图像中被摄体的模糊与相机抖动引起的拍摄图像的模糊在本质上不同，这是因为被拍摄对象的模糊程度取决于用户的各种嗜好，如用户追逐和有意模糊拍摄移动对象。根据具体情况而定，如果拍摄的图像要作为艺术品的话，则被摄体的模糊也许是希望得到的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于拍摄静态图像的数字相机，它具有高光学感光度和光学相机抖动补偿，且避免了过度规范约束处理。
根据本发明，提供了一种具有相机抖动补偿功能和在拍摄时转换感光度的感光度转换功能的数字成像装置，其中该数字成像装置包括一包括图像传感器的成像单元，用于拍摄作为静态图像的被摄体景色，以产生代表被摄体景色的图像信号；一信号处理器，用于处理由成像单元产生的图像信号；一控制器，用于控制成像单元，以拍摄被摄体的景色。图像传感器包括一补偿器，用于补偿在被摄体景色图像上的相机抖动影响。控制器转换该补偿器的补偿状态，同时还转换图像传感器的光学感光度。
根据本发明提供的具有相机抖动补偿功能和在拍摄时转换感光度的感光度转换功能的数字成像装置，在拍摄静态图像时，用户可以在相机抖动补偿的开启和禁止之间，以及在高感光度拍摄和低感光度拍摄之间适应地转换。结果，根据主要情形，用户可以适宜选择相机抖动补偿功能，而且，再根据主要情形，用户可以适宜选择适当的拍摄感光度。
如果利用ISO感光度插入功能，则可以依赖感光度的变化将快门速度设置在多个阶段，来拍摄一系列的图像，然后选择一个具有理想模糊度的拍摄图像。
参考下面结合附图的详细说明书，本发明的目的和特征将更加显而易见。其中图1是本发明数字成像装置的一实施例的示意框图；图2是用于理解自动设置模式下数字成像装置实施例实施的实用流程图；图3是用于理解ISO感光度插入模式下数字成像装置实施例实施的实用流程图；图4、图5和图6是在实施例的ISO感光度设置模式下相机抖动补偿、ISO感光度和快门速度的混合状态的实例图表。
具体实施例方式
参考附图，本发明数字成像装置的优选实施例将进行详细描述。图1所示为数字相机10的优选实施例的示意框图。
通常地，所示的数字相机10运转，以通过固态图像拾取器件14将由成像透镜系统12形成的被摄体景色的光学图像光电转换成电子像素信号，该电子像素信号从图像拾取器件14输出，并依次在诸如半导体存储器的数据存储介质中被处理和存储。
本实施例的透镜系统12优选具有变化的焦距长度的变焦距透镜。透镜系统12的焦点位置，即聚焦位置，响应由驱动器16提供的透镜驱动信号18而被控制。在本申请中，信号由连接的参考标记表示，在连接上信号被传递。透镜系统12具有光圈，图中没有示出。此外，透镜系统12具有降低模糊的功能，其根据透镜驱动信号18来调整光轴13的透镜位置。
配置在由透镜系统12形成的图像平面上的固态图像拾取器件14优选诸如彩色CCD(电荷耦合器件)的固态图像传感器来实现。固态图像拾取器件14由垂直和水平的传输时钟，以及从驱动器16提供的可变控制电压形式的驱动信号20驱动，以读出由配置在其成像面上的光电二极管或光敏单元阵列产生的信号电荷，以像素信号的形式展开而读出在其输出22上的像素信号。在透镜系统12和固态图像拾取器件14之间提供机械快门，图中没有示出，该快门的速度被控制，其与固态图像拾取器件14的电子快门控制相协同。
与固态图像拾取器件14的输出22相连的模拟电路24是一模拟信号处理器，用于处理具有相关双采样(CDS)和自动增益控制(AGC)的输入像素信号22。本发明实施例的模拟电路24具有ISO(国际标准化组织，International Organization forStandardization)感光度调整功能，在控制器30的控制下，其通过增加或降低自动增益控制(AGC)中的增益来调整ISO感光度。模拟电路24具有一与信号处理器28相连的输出26。
信号处理器28是一数字处理电路，用于对模拟电路24的输出26上的数字信号进行处理，诸如伽马修正、白平衡调整或像素添补，以产生图像数据32和34。信号处理器28包括一连接在其输入侧的模数转换器，图中没有示出。信号处理器28还具有通过高精度数字操作来调整ISO感光度的功能。
本实施例的信号处理器28具有将包括色彩组件的色彩像素信号转换成分别由亮度组件和色度组件构成的亮度和色度信号。当本数字相机10进行自动聚焦(AF)时，在控制器30的控制下，通过连接线32与控制器30连接的信号处理器28产生来自被处理的像素信号的亮度信号，以将用于AF控制的亮度信号传输到控制器30。
信号处理器28向与信号处理器28的输出34相连的记录电路36发送数字信号处理产生的图像数据。记录电路36在信息记录电路(图中没有示出)上记录由信号处理器28处理的图像数据。记录电路36包括一处理电路，该处理电路具有通过编码将拍摄获得的图像数据的信息量进行压缩的功能。
控制器30响应从操作单元40发送的各种命令信号，以控制数字相机10的各种组件。相机10具有高感光度拍摄模式和相机抖动补偿模式，两种模式可通过操作单元40手动选择。控制器30还具有自动设置模式，用于响应由用户在操作单元40作出的操作，而自动地选择高感光度拍摄模式或相机抖动补偿模式。控制器30还具有ISO感光度插入控制功能，该功能可适应拍摄事件从一处移动到另一处，而拍摄一系列具有某种ISO感光度曝光的图像帧。控制器30包括一用于在AE控制下拍摄的自动曝光(AE)处理器42。当重新调整光圈或作为参数使用的停止值而不是变化值的时候，如快门速度或ISO感光度，这种AE功能提供可获得的适当曝光值。
操作单元40包括设置于其面板上的快门释放开关(SW)50、自动设置模式开关52和感光度插入模式开关54。操作单元40还包括分别用于设置光圈、快门速度和ISO感光度的开关60、62和64。
释放开关50用于给控制器30一个命令信号，以指示拍摄开始。自动设置模式开关52是一个操纵开关，用于命令控制器30处于自动设置模式，以进行拍摄。在自动设置模式中，高感光度拍摄和相机抖动补偿被自动控制，以被启动(on)和禁止(off)。感光度插入模式开关54是一操纵开关，用于命令控制器30处于感光度插入拍摄，以进行多帧拍摄，其中为每次预设曝光值的拍摄会改变ISO感光度。
驱动器16产生用于驱动透镜系统12和固态图像拾取器件14的驱动信号。驱动器16包括快门驱动器70、光圈驱动器72和透镜驱动器74。快门驱动器70产生驱动信号，以驱动用于固态图像拾取器件14的电子快门，和驱动机械快门，图中没有示出。光圈驱动器72产生驱动信号，以控制透镜系统12中提供的光圈的孔面积，图中没有示出。
透镜驱动器74产生驱动信号，以调整透镜系统12的焦点的位置和长度。透镜系统12具有其自身机构控制的透镜位置，图中没有示出，适于调制焦点的位置和长度，以响应驱动信号18。在本实施例中，透镜驱动器74还产生用于调整透镜系统12的光轴13的驱动信号，以便补偿在控制器30控制下的相机抖动的影响，由此相应地驱动透镜系统12。应当注意，这种光学相机抖动补偿是通过上述调整透镜位置来实现的，但是，其也可以通过调整例如固态图像拾取器件14的位置来实现。
现在，将根据操作单元40提供的自动选择高感光度拍摄模式或相机抖动修正模式的自动设置模式，来描述控制器30的功能。当被摄体的光亮度Bv不高于预定的最小值或阈值min，则控制器30确定被拍景物为极黑。然后，控制器开启相机抖动补偿，并且进一步决定转换到高感光度拍摄，以便在这种情况下，控制器30进行拍摄控制。另一方面，当被摄体的光亮度Bv高于预定的最大值或阈值max，则控制器30确定被拍景物为极昼。然后，控制器禁止相机抖动补偿，并且进一步决定转换到低感光度拍摄，以便在这种情况下，控制器30进行拍摄控制。
控制器30还具有检测显示电路38的显示屏幕(图中没有示出)上被拍摄和观看的全图像上的被摄体的移动或不稳定性的功能，以及计算代表被摄体移动程度的估值k1的功能。而且，控制器30具有将值k2与上述估值k1相加的功能。如果为连续地自动聚焦(连续AF)功能，估值k2具有正值，进行连续地焦点调整被开启并执行，这是一种自动聚集调整功能，用于加权于估值k1。
此外，控制器30具有计算估值h1和估值h2的功能，估值h1与透镜系统12的变焦距倍增成比例，估值h2与到达焦点位置的距离成比例。控制器30还具有用估值h1和h2的乘积去除估值k1和k2的和，并将该除法的结果设置为值K。更具体地，控制器30计算值K＝(k1+k2)/(h1×h2)。此时，分母(h1×h2)是由相机抖动补偿决定的估值，且分子(k1+k2)是由高感光度拍摄决定的估值。
控制器30具有比较由上述计算得到的值K与阈值的功能，以核对值K与阈值。如果值K小于阈值，控制器30决定开启相机抖动补偿，并转换到低感光度拍摄，并且在这种情况下进行拍摄控制。相反地，如果值K不小于阈值，控制器30决定禁止相机抖动补偿，并转换到高感光度拍摄，并且在这种情况下进行拍摄控制。
现在，将根据提供ISO感光度插入控制功能的操作单元40来描述控制器30的功能，该ISO感光度插入控制功能为随每一拍摄事件的变化来进行一系列带ISO感光度图像帧的拍摄。如果拍摄前决定的曝光值x不大于预定的最小值min，则控制器30决定开启相机抖动补偿，并转换到高感光度拍摄，并在这种情况下设置光圈或停止值、快门速度和ISO感光度，以进行拍摄控制。相反，如果拍摄前决定的曝光值x大于预定的最大值max，则控制器30决定禁止相机抖动补偿，并转换到低感光度拍摄，并在这种情况下设置光圈值、快门速度和ISO感光度，以进行拍摄控制。
设置有ISO感光度插入控制功能的控制器30具有控制功能，其中当拍摄前决定的曝光值x大于预定的最小值min，且不超过最大值max的时候，也就是说，这时曝光值x超过最小值min且不大于最大值max，控制器30设置光圈、快门速度和ISO感光度相组合的多个数值，并且在这些设置的多个拍摄条件下，连续进行一系列图像帧的高速拍摄。
对于上述数字图像拾取器件10的构成，现参考附图2和图3来描述其操作。如图2所示，推动操作单元40提供的自动设置模式开关52，以为控制器30设置自动设置模式。在步骤S200中，控制器30进行检验，查看被摄体的光亮度Bv是否超过预定的最小值min。如果光亮度Bv没有超过最小值min，则控制器30转至步骤S202。在步骤S202中，被拍景物确定为极黑。相应地，控制器30开启相机抖动补偿，并转换到高感光度拍摄，以在这种情况下进行拍摄控制。
在步骤S200中，如果被摄体的光亮度Bv高于最小值min，则控制器30转至步骤S204，以检验光亮度Bv是否低于预定的最大值max。如果光亮度Bv没有低于最大值max，则控制器30转至步骤S206。在步骤S206中，被拍景物确定为极昼。相应地，控制器30禁止相机抖动补偿，并转换到低感光度拍摄，以在这种情况下进行拍摄控制。
在步骤S204中，如果被摄体的光亮度Bv低于最大值max，则控制器30转至步骤S208。在步骤S208中，控制器30从用于监视的全图像来检测将要被摄对象的移动和不稳定性，以计算出代表移动程度的估值k1。估值k1越大，被摄体的移动越大。
然后，控制器30转至步骤S210。如果开启并执行连续地自动聚焦(连续的AF)，则控制器30将估值k2与估值k1相加，由此对估值k1加权。
然后，控制器30转至步骤S212。在该步骤中，控制器30计算出与透镜系统12的变焦距倍增成比例的估值h1，和与到达焦点位置的距离成比例的估值h2。然后，控制器30用估值h1和h2的乘积去除估值k1和k2的和。即，控制器30算出值K＝(k1+k2)/(h1×h2)，其中，K设置为该除法的结果。
接下来，当控制器30转至步骤S214时，控制器30比较上述计算出的值K与阈值，以核对是否值K大于阈值。如果值K小于阈值，则控制器30转至步骤S216，决定开启相机抖动补偿，并进一步转换到低感光度拍摄。在这种条件下，控制器30进行拍摄控制。相反地，如果值K不低于阈值，则控制器30转至步骤S218，决定禁止相机抖动补偿，并进一步转换到高感光度拍摄。在这种条件下，控制器30进行拍摄控制。
因此，在本实施例中，对于达到某种程度亮度的被拍景物，可以根据重要性和重视度来适当选择相机抖动补偿或高感光度拍摄，以确定采用相机抖动补偿还是高感光度拍摄来执行。下面举了一些例子，以说明如何确定采用高感光度拍摄或相机抖动补偿两种方式中的哪一种方式。如果被摄景物是极强的光，则两种方式都不需采用。如果被摄景物到达一定程度的亮度，变焦距倍增得较高，或离焦点位置较远，或在全图像中没有看到快速移动的物体，则采用相机抖动补偿。
如果被摄景物达到一定程度的亮或适度的亮，变焦距倍增得较低，或离焦点位置接近，或全图像包括可见的快速移动物体，或如果设置了连续AF模式并决定用照相机追踪移动被摄体，则采用高感光度拍摄。如果被摄景物极黑，则高感光度拍摄和相机抖动补偿两种方式都被采用。
因此，根据被摄景物适应改变对于相机抖动补偿和高感光度拍摄的重视，应当考虑的参数或因素可包括在全图像中检测的运动、变焦距倍增、焦点位置和连续AF模式。说明性实施例适当地全面考虑了这些参数或因素，对于它们中的一个或多个给予适当的重视，以适当控制相机抖动修正功能和高感光度拍摄的开启或禁止。
应当注意，由被摄体不稳定导致的图像模糊被认为是需求可变的，例如，从一个用户到另一个用户，它不同于相机抖动。例如，如果拍摄一种移动物体，那么被摄体模糊是理想的。如果景物被专注地作为一种采用高感光度拍摄的景物，以减少被摄体的模糊来拍摄，那么结果将是不理想的。相反地，如果用户试图使拍摄的景物具有尽可能小的相机抖动影响，也就是说，应该使用相机抖动补偿和高感光度拍摄，但错误决定为仅采用相机抖动补偿来获取，那么结果也将是不理想的。因此，系统不应以在步骤S218或S216中给出的决定的基础上，来调整拍摄被摄体，而应使用ISO感光度插入，以允许拍摄者选择最佳被摄体模糊的一张抓拍照片。
现在，将详细说明数字图像拾取器件10的操作，其中ISO感光度插入控制由操作单元40操纵的感光度插入模式开关54所命令。如图3所示，在步骤S300中的控制器30确定拍摄事件前确定的曝光值x是否大于预定的最小值min。如果曝光值x不大于最小值min，则控制器30的控制转移至步骤S302，以决定开启相机抖动补偿和转换到高感光度拍摄，并在这种情况下确定适合的光圈值、快门速度和ISO感光度。相反，如果曝光值x大于预定的最小值min，则控制器30则从步骤S300转至步骤S304。
在步骤S304中，控制器30确定拍摄事件前确定的曝光值x是否低于预定的最大值max。如果曝光值x不低于最大值max，则控制器30转至步骤S306，以决定禁止相机抖动补偿和转换到低感光度拍摄，并在这种情况下确定适合的光圈值、快门速度和ISO感光度。在步骤S308中，紧跟步骤S302和S306之后，使用上述确定的光圈值、快门速度和ISO感光度，来进行实际图像的拍摄，以响应按下的释放开关50。
在步骤S304中，如果曝光值x低于最大值max，也就是说，曝光值x高于最小值min，但不是最大值max，那么控制器30在步骤S310、S312和S314中设置光圈值、快门速度和ISO感光度相组合的多个数值，并在由此设置的多个数值的拍摄条件下进行一系列连续图像帧的高速拍摄。
图4、图5和图6示出了在插入拍摄时使用的拍摄条件。具体地，对于一种较亮的被摄景物，图4示出了相机抖动补偿、ISO感光度和快门速度的几种组合或设置。在这种情况下，对于三种组合，相机抖动补偿均被禁止。ISO感光度设置为例如400、800和1600，对此，快门速度分别调整到1/30sec、1/60sec和1/120sec。
在较黑的被摄景物中，发生相机抖动的可能性较高，如图5所示，因此，对所有三种情况开启了相机抖动补偿。ISO感光度设置为例如400、800和1600，对此，快门速度分别调整到1/7.5sec、1/15sec和1/30sec。
在具有的亮度介于上述两种情况之间的被摄景物中，ISO感光度设置为例如400、800和1600，如图6所示，对此，快门速度分别调整到1/15sec、1/30sec和1/60sec。对于1/15sec的长快门速度，为拍摄而开启相机抖动补偿，对于比这种低快门速度更高的快门速度的拍摄，则禁止相机抖动补偿。
2006年3月10日提交的日本专利申请号为NO.2006-65289的专利的公开全文在此全部引入作为参考，包括公开的说明书、附图和摘要。
本发明已参考特定的说明性实施例进行了描述，但本发明并不局限于此实施例。应当理解，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的范围和精神的基础上改变或修改此实施例。
权利要求
1.一种具有相机抖动补偿功能和在拍摄时转换感光度的感光度转换功能的数字成像装置，包括一包括图像传感器的成像单元，用于拍摄作为静态图像的被摄体景色，以产生代表景色的图像信号；一信号处理器，用于处理由所述成像单元产生的图像信号；和一控制器，用于控制所述成像单元，以拍摄被摄体的景色；所述图像单元包括一补偿器，用于补偿在被摄体景色图像上的相机抖动影响；所述控制器转换所述补偿器的补偿状态，同时转换所述图像传感器的光学感光度。
2.根据权利要求1所述的数字成像装置，其中所述控制器对所述补偿器的补偿状态进行开启和禁止转换。
3.根据权利要求1所述的数字成像装置，其中所述控制器响应被摄体景色的亮度，在拍摄静态图像时，以转换所述补偿器的补偿状态和光学感光度。
4.根据权利要求1所述的数字成像装置，其中所述控制器包括一移动检测器，用于检测从所述成像单元产生和作为全图像观察的图像信号上的被摄体的移动，所述控制器响应探测的移动，以控制拍摄时的感光度设置。
5.根据权利要求2所述的数字成像装置，其中根据所述成像单元的成像透镜的变焦距倍增，所述控制器控制所述补偿器补偿的开启和禁止，以及在拍摄时的感光度设置。
6.根据权利要求2所述的数字成像装置，其中根据所述成像单元的成像透镜的焦点位置，所述控制器控制所述补偿器补偿的开启和禁止，以及在拍摄时的感光度设置。
7.根据权利要求2所述的数字成像装置，其中为了实现对被摄体景色连续自动焦点的调整，所述控制器进行连续自动焦点调整，并且根据连续自动焦点调整状态的开启和禁止，来控制所述补偿器补偿的开启和禁止，以及在拍摄时的感光度设置。
8.根据权利要求7所述的数字成像装置，其中所述控制器响应所述成像单元透镜的聚焦位置，以根据相机抖动补偿计算出第一估值，以及根据高感光度拍摄计算出第二估值，所述控制器响应该第一和第二估值，以确定采用所述补偿器的补偿还是高感光度的拍摄，从而根据确定结果实现拍摄控制。
9.根据权利要求1所述的数字成像装置，其中所述控制器响应根据被摄体景色的亮度确定的曝光值，以设置多个光圈值、快门速度和拍摄感光度的组合，在多个组合设置的条件下进行一系列图像帧的拍摄。
全文摘要
本发明提出一种数字成像装置，在图像拍摄过程中，其能够产生一种避免过度规范约束状态的理想静态图像。如果被摄景色的亮度在预定的中间范围内，控制器根据被摄景色的亮度、所观看的全图像上检测的被摄体的移动，以及是否激活连续自动聚焦(AF)，来确定是否开启相机抖动补偿，并且进一步确定是采用低感光度拍摄还是高感光度拍摄。
文档编号H04N101/00GK101035205SQ20071007970
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月2日 优先权日2006年3月10日
发明者井泽克俊 申请人:富士胶片株式会社