[发明专利]通过亮度和运动选择拍摄条件

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子图像拍摄装置以及图像拍摄装置的控制，以在有运动时提供单幅拍摄图像中改进的图像质量。

背景技术

电子成像系统取决于透镜系统来在图像传感器上形成图像以生成视觉图像的电子表达。这样的图像传感器范例包括电荷耦合器件（CCD）图像传感器和有源像素传感器（APS）装置（APS装置常常被称为CMOS传感器，因为能够在互补金属氧化物半导体工艺中制造它们）。传感器包括个体图画元素传感器或像素的二维阵列。典型地，为每个像素提供红色、绿色或蓝色滤光器，例如在1976年7月20日授权的共同转让Bayer描述的美国专利No.3971065所述，从而可以产生全色图像。不论采用什么类型的图像传感器，例如CCD或CMOS，像素都充当一个容器，在电子成像系统拍摄图像期间，其中累积光产生的电荷，电荷与入射到像素中的光量成正比。

图像传感器在称为曝光时间或积分时间的时段内收集光以在拍摄图像期间进行正确的曝光。基于要成像的景物的亮度测量值，采用电子成像系统（通常具有自动曝光系统）确定适当的曝光时间，将产生具有有效亮度和有效信噪比的图像。景物越暗，电子成像系统就必须使用越大量的时间来收集光以进行正确曝光。如果在拍摄图像期间有相对于图像拍摄装置的运动，在运动速度相对于曝光时间增大时，在拍摄的图像中可能会有运动模糊。有两种运动模糊：全局运动模糊和局部运动模糊。在图像拍摄装置在拍摄期间相对于景物运动时产生全局运动模糊，这样一来，整幅图像都是模糊的。减少全局运动模糊的方法是本领域技术人员公知的。一种方法是使用惯性测量装置（典型地为陀螺仪）在拍摄期间测量图像拍摄装置的运动，然后使用具有可以横向移动的透镜元件的特殊透镜使透镜在图像传感器上形成的图像沿补偿图像拍摄装置运动的方向运动。美国专利公开No.2006/0274156中描述了第二种方法，基于图像的数字偏移，以补偿拍摄视频期间数字摄像机的运动，从而减小全局运动模糊并使视频中的图像稳定。不过，这些方法都未解决景物之内产生的局部运动模糊问题。

减少局部运动模糊的一种方法是缩短曝光时间。这种方法将曝光时间减少到大致少于自动曝光系统选择的曝光时间；结果，拍摄到信噪比低的更暗图像。可以向图像中的像素值应用模拟或数字增益，以使更暗的图像变亮，但本领域的技术人员将发现，这将导致噪声更大的图像。

减少局部运动模糊的另一种方法是利用更大孔径的透镜和图像传感器上更大的像素收集更多光，从而能够使曝光时间更短。这种方法能够产生局部运动模糊和可接受噪声水平减小的图像。不过，电子成像系统行业内当前的趋势是使图像拍摄装置更紧凑且价格更低。因此，能够收集更多光的高级光学元件不切实际，这种光学元件具有大孔径和有更大像素的图像传感器。

减少局部运动模糊的另一种方法是缩短曝光时间并利用照相闪光补充可用光线。照相闪光产生维持零点几秒的强光通量，曝光时间被设置为包含闪光时间。可以将曝光时间设置为比无闪光时显著更短的时段，因为照相闪光非常亮。因此，减小了曝光期间由局部运动导致的模糊。不过，在强光中闪光没有效果，强光中快速运动的对象仍然能够造成局部运动模糊。此外，通常仅在闪光和被拍照景物之间的距离小时，闪光照相才有用。闪光照相还容易造成人为噪声，例如红眼以及非常亮的区域或暗的区域，很多人会觉得这很令人讨厌。

用于选择曝光时间的常规方案通常使用一个或多个标准化设置，或响应于操作员的模式设置来获得曝光时间。图2A示出了通常在自动曝光控制系统中执行的用于数字摄像机的典型摄像机控制系统200的流程图。在步骤210中，摄像机利用景物亮度传感器或利用预览图像的分析评估景物亮度。在图2A中所示的典型摄像机控制系统中，不测量或考虑运动。在步骤220中，基于景物亮度和任何操作员设置或标准化设置确定拍摄模式。在步骤230中，根据景物亮度和拍摄模式确定ISO。然后在步骤240中根据景物亮度、拍摄模式和ISO确定曝光时间。在步骤250中，拍摄并存储最后的归档图像。不过，典型摄像机控制系统200的方法可能拍摄到感知图像质量差的图像，因为景物中的明亮程度和运动可能变化剧烈并且由于不考虑运动，图像中可能存在令人失望的运动模糊或噪声水平。

在美国专利公开2007/0237514中，在拍摄图像之前测量景物中的运动。如果检测到缓慢的运动，那么进行补充分析以帮助选择摄像机的景物模式。如果检测到快速运动，那么将一组标准化摄像机设置用作自动曝光控制系统确定的设置，将操作员可选的摄像机设置用作图2A中给出的设置。这样一来，2007/0237514的方法仅提供了一种拍摄具有缓慢运动的景物的改进方法。