摄像设备及其控制方法.pdf

提供一种摄像设备，所述摄像设备具有曝光校正功能并且基于用于确定曝光量的参数来确定曝光校正的校正单位，并且按所确定的校正单位进行曝光校正，从而提供拍摄图像的用户期望的适当曝光状态的图像。

1.  一种摄像设备，包括：
摄像部件，其对聚焦在摄像面上的入射光进行光电转换；
参数设置部件，其设置用以确定所述摄像部件的曝光量的参数；
校正单位确定部件，其基于由所述参数设置部件设置的参数来确定曝光校正的校正单位；以及
曝光校正部件，其按由所述校正单位确定部件所确定的所述校正单位来进行曝光校正。

2.  根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述参数是至少光圈值和快门速度的组合。

3.  根据权利要求1或2所述的摄像设备，其特征在于，还包括显示部件，所述显示部件显示从所述摄像部件获得的信号，
其中，当曝光校正的所述校正单位改变时，所述校正单位确定部件允许反映改变后的校正单位并且由所述显示部件对其进行显示。

4.  根据权利要求1～3中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述校正单位依赖于亮度分布是否在动态范围内而改变。

5.  一种摄像设备，包括：
摄像部件，其对聚焦在摄像面上的入射光进行光电转换；
显示部件，其显示从所述摄像部件获得的信号；
亮度分布显示部件，其控制所述显示部件以显示视场的亮度分布；以及
校正单位改变部件，其根据从所述摄像部件获得的信号的亮度分布的范围来确定校正单位，
其中，所述校正单位改变部件基于根据所述亮度分布的范围所确定的校正单位来确定被所述亮度分布显示部件控制而显示的亮度分布的校正单位。

6.  根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，
所述亮度分布显示部件还控制所述显示部件以显示所述校正单位；以及
所述校正单位改变部件根据从所述摄像部件获得的信号的亮度分布的范围来确定所述校正单位的显示形式，其中所述范围被限定为从最小亮度到最大亮度。

7.  根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，
与所述视场的亮度分布的范围不大于所述摄像部件的亮度分布的可识别范围的情况相比，在所述视场的亮度分布的范围大于所述可识别范围的情况下，所述校正单位改变部件减小所述校正单位。

8.  一种控制摄像设备的方法，所述方法包括：
摄像步骤，用于对聚焦在摄像面上的入射光进行光电转换；
参数设置步骤，用于设置用以确定在所述摄像步骤中使用的曝光量的参数；
校正单位确定步骤，用于基于在所述参数设置步骤中设置的参数来确定曝光校正的校正单位；以及
曝光校正步骤，用于按在所述校正单位确定步骤中确定的所述校正单位来进行曝光校正。

9.  根据权利要求8所述的控制摄像设备的方法，其特征在于，所述参数是至少光圈值和快门速度的组合。

10.  根据权利要求8或9所述的控制摄像设备的方法，其特征在于，还包括显示步骤，所述显示步骤用于显示在所述摄像步骤中获得的信号，
其中，所述校正单位确定步骤允许反映所确定的校正单位并且在所述显示步骤中对其进行显示。

11.  根据权利要求8～10中任一项所述的控制摄像设备的方法，其特征在于，所述校正单位依赖于亮度分布是否在动态范围内而改变。

12.  一种控制摄像设备的方法，所述方法包括：
摄像步骤，用于对聚焦在摄像面上的入射光进行光电转换；
显示步骤，用于显示在所述摄像步骤中获得的信号；
亮度分布显示步骤，用于控制所述显示步骤以显示视场的亮度分布；以及
校正单位改变步骤，用于根据在所述摄像步骤中获得的信号的亮度分布的范围来确定校正单位，
其中，所述校正单位改变步骤基于根据所述亮度分布的范围所确定的校正单位来确定在所述亮度分布显示步骤中被控制而显示的校正单位。

13.  根据权利要求12所述的控制摄像设备的方法，其特征在于，
所述亮度分布显示步骤还控制所述显示步骤以显示所述校正单位，以及
所述校正单位改变步骤根据在所述摄像步骤中获得的信号的亮度分布的范围来确定所述校正单位的显示形式，其中所述范围被限定为从最小亮度到最大亮度。

14.  根据权利要求12所述的控制摄像设备的方法，其特征在于，
与所述视场的亮度分布的范围不大于摄像单元的亮度分布的可识别范围的情况相比，在所述视场的亮度分布的范围大于所述可识别范围的情况下，所述校正单位改变步骤减小所述校正单位。

摄像设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种允许选择包括手动曝光控制模式的曝光控制模式的摄像设备及其控制方法。
背景技术
在具有自动曝光(以下称为AE)控制功能的摄像设备中，拍摄期间的曝光量是由内置的中央处理单元(CPU)等自动确定的。
日本特开平5-014803建议了一种摄像设备，该摄像设备使得可以容易地选择如光圈值(以下称为Av)优先模式和快门速度(以下称为Tv)优先模式等的拍摄模式。
例如，当校正通过AE控制所确定的曝光控制值时，或者当用户在Av优先模式或Tv优先模式中设置期望的控制值时，可以以如1/2步(step)或1/3步为单位(measure)来设置控制值。
这种用于设置控制值的步数是控制的度量单位。例如，当5.6的F数(以下，也表示为如F 5.6)增大1步时，F数可能变为F4。在以1/3步为单位来设置控制值的情况下，当F 5.6增大1/3步时，F数可能变为F 5.0。
该F数是将焦距除以光圈的有效开口直径所获得的光圈值。当该值变小时，亮度提高。
然而，在有些情况下，不能按期望的单位来进行曝光控制值的校正。
理由描述如下。
Av可以表示如下：
Av＝2Log2(f/D)...(1)
其中D为光圈的有效直径，f为焦距。
并且，建立下面的表达式：
Av+ΔAv＝2Log2(f/(D+ΔD))...(2)
其中ΔD为光圈的有效直径的误差，并且ΔAv为Av的误差。
基于表达式1和2，并且ΔAv表示如下：
ΔAv＝2Log2(1/(1+ΔD/D))...(3)
如上所述，由于Av的误差ΔAv是根据ΔD所确定的，当ΔD变小时，光圈的驱动量可能会更频繁地引起误差。
实际上，当光圈被控制在打开侧时，相对于该开口直径的光圈的驱动量的误差变得相对较小。然而，当光圈被控制在关闭侧时，相对于该开口直径的光圈的驱动量的误差变得相对较大。
因此，基于表达式3，随着向打开侧(大)控制光圈，光圈控制的分辨率(resolution)变细(导致高精度)，而随着向关闭侧(小)控制光圈，该分辨率变粗(导致低精度)。
图5是示出在使用步进电机的光圈控制中的步数和F数的特性的图形。
如图5所示，在F2.8(打开侧)的S0步和F4的S1步之间，分辨率是足够的。相反，在F8的S3步和F11(最小光圈)的S4步之间，分辨率是不够的。分辨率是用以移动光圈1步的、步进电机的步数的最小单位。
例如，在光圈控制的情况下，如果用于控制步数的最小单位与关闭侧的控制的分辨率相对应，则可能不能利用具有高分辨率的打开侧的控制。
另一方面，如果最小单位与打开侧的分辨率相对应，则在关闭侧的控制可能不稳定，从而控制装置的性能不足。
类似地，Tv可以表示如下：
Tv＝Log2(1/T)...(4)
其中，T为曝光时间。
并且还建立了下面的表达式：
Tv+ΔTv＝Log2(1/(T+ΔT))...(5)
其中，ΔT为快门速度的误差，ΔTv为Tv的误差。误差是由从输出用于移动快门的信号时到实际移动快门时的延迟产生的，该延迟依赖于个体差异。
基于表达式4和5，ΔTv表示如下：
ΔTv＝Log2(1/(1+ΔT/T))...(6)
如上所述，由于Tv的误差ΔTv是根据ΔT而确定的，当ΔT变小时，Tv控制可能更频繁地引起误差。
特别地，在低速进行Tv控制时，相对于曝光时间的Tv控制的误差变得相对较小。相反，在高速进行Tv控制时，相对于曝光时间的Tv控制的误差变得相对较大。
因此，Tv控制的分辨率随着速度增加而变得粗糙(导致低精度)，并且随着速度减小而变得精细(导致高精度)。
如上所述，在Tv控制的情况下，如果控制步数的最小单位与高速时的Tv控制的分辨率相对应，则可能不能利用具有高分辨率的低速的Tv控制。另一方面，如果控制步数的最小单位与低速时的Tv控制的分辨率相对应，则高速时的Tv控制可能不稳定，从而控制装置的性能不足。当用户通过AE对照相机提供的结果进行曝光校正时，按诸如1/2步或1/3步等的预定单位进行曝光校正。
除了上述结构，还提供了直方图(histogram)功能以显示被摄体的亮度分布。
用户可使用直方图功能来认识被摄体的亮度分布，并在观看该分布时进行曝光校正。
例如，基于1/2步或1/3步的单位进行曝光校正；然而，由于曝光控制变得高度精确，诸如1/2步或1/3步等的校正单位(correction measure)可能不足以提供用户想要的精细曝光控制。并且，用户可以通过例如使用计算机的图像处理来处理所拍摄的图像以获得期望的亮度。
图12是示出摄像装置的输出与被摄体的亮度分布之间的关系的图。
图12中，当被摄体的亮度在“亮度分布范围1”内时，亮度处于摄像装置的动态范围内。
这种状态下，即使利用诸如1/2步或1/3步等相对离散的单位来进行曝光校正，拍摄图像后使用计算机等的亮度处理可以提供拍摄图像的用户想要的处于适当曝光状态的图像，而不会曝光不足或曝光过度。
当被摄体的亮度在“亮度分布范围2”内时，亮度超出了摄像装置的动态范围。
为了获得处于适当曝光状态的图像，进行精细曝光校正以将亮度分布调整到动态范围内很重要。
然而，如果利用诸如1/2步或1/3步等相对离散的单位来进行曝光校正，校正量大大，从而可能不能提供用户想要的处于适当曝光状态的图像。
发明内容
本发明是考虑到上述情形而作出的，并且本发明提供一种摄像设备，该摄像设备通过改变用于曝光校正的控制步数(control step numbers)的单位来进行高精度的曝光控制，该控制步数被预先设置在摄像设备中。
根据本发明的一个方面，提供一种摄像设备，包括：摄像部件，其对聚焦在摄像面上的入射光进行光电转换；参数设置部件，其设置用以确定所述摄像部件的曝光量的参数；校正单位确定部件，其基于由所述参数设置部件设置的参数来确定曝光校正的校正单位；以及曝光校正部件，其按由所述校正单位确定部件所确定的所述校正单位来进行曝光校正。
根据下面参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的摄像设备的框图。
图2是示出根据本发明实施例的用于设置曝光校正值的过程的流程图。
图3是示出根据本发明实施例的在Av优先模式中可能设置的Av(光圈值)和F数的组合的表。
图4是示出根据本发明实施例的在Tv优先模式中可能设置的Tv(快门速度)和1/T值的组合的表。
图5是示出根据本发明实施例的在使用步进电机的光圈控制中的步数和F数的特性的图。
图6是示出根据本发明实施例在Tv优先模式中并且在Tv设置为1/250秒的情况下Av、Tv及增益值之间的关系的程序图(program diagram)。
图7是根据本发明实施例从图6的程序图中提取Av和Tv之间的关系的程序图。
图8是示出根据本发明实施例在Av优先模式中并且在Av设置为F4的情况下Av、Tv及增益值之间的关系的程序图。
图9A和图9B是示出根据本发明实施例的表示曝光校正结果的用户界面(UI)的示意图。
图10是示出根据本发明第二实施例的当拍摄场景的亮度分布在摄像装置的动态范围内时的直方图的示意图。
图11是示出根据本发明实施例的当拍摄场景的亮度分布不在摄像装置的动态范围内时的直方图的示意图。
图12是示出摄像装置的输出与被摄体的亮度分布之间的关系的图。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的优选实施例。
第一实施例
图1是示出根据本发明实施例的摄像设备的框图。
该图示出了透镜100、驱动透镜100的透镜控制电动机101、通过透镜控制电动机101对透镜100的驱动进行控制的透镜驱动部102、快门103、驱动快门103的快门控制电动机104、通过快门控制电动机104对快门103的驱动进行控制的快门驱动部105、光圈106、驱动光圈106的光圈控制电动机107以及通过光圈控制电动机107对光圈106的驱动进行控制的光圈驱动部108。
摄像装置110对入射光进行光电转换。摄像装置驱动电路111以包括静止图像拍摄模式、动画记录模式和利用如电子取景器的动画显示模式的各种驱动模式来驱动摄像装置110。在某些情况下，依赖于摄像装置的类型和信号处理方法，动画记录模式可与动画显示模式大致相同。信号放大电路112放大从摄像装置110输出的信号的增益。信号处理部113对从信号放大电路112输出的信号进行包括A/D转换、预定像素插值和颜色转换的处理。图像显示部114显示经过信号处理部113处理后的图像信号。例如，图像显示部114可以是液晶显示器。系统控制部130控制设置在该摄像设备中的装置。释放按钮可以提供两步按压，包括通过半按下而接通的开关SW1 120和通过全按下而接通的SW2 121。存储器140临时存储图像处理后的各种数据、动画和静止图像。存储器140还可存储由系统控制部130所使用的数据。存储部141是例如硬盘或存储卡等。存储部141可以可拆卸地安装，也可以内置于主体中，还可以是如通信卡等用于向外部记录介质传送数据的结构。
并且，依赖于图像信号的数据量和记录介质的类型，可使用内置于信号处理部113中的存储器(未示出)和内置于系统控制部130中的存储器(未示出)。可替换地，可以调节信号处理的速度，然后在不将数据传送到存储器的情况下将其直接输出到记录介质或图像显示设备。
上述结构中，经过透镜100的光信号被摄像装置110光电转换后，经过信号放大电路112，然后被输入到信号处理部113。
信号处理部113向图像显示部114输出图像信号，并从图像信号中提取包括亮度信号、颜色信号和锐度的数据。将所提取的数据用于进行AE控制、白平衡(以下称为WB)控制和自动调焦(以下称为AF)控制。
对于光圈106的控制，系统控制部130控制光圈驱动部108以根据Av来驱动光圈控制电动机107。从而控制光圈106的打开和关闭。对于快门103的控制，系统控制部130控制快门驱动部105以根据Tv来驱动快门控制电动机104。从而控制快门130。对于对信号放大电路112的增益的控制，系统控制部130控制信号放大部112以根据增益值来放大摄像装置110的输出信号。
对于AF控制，应用已知的方法。对于AE控制，从输入到信号处理部113的信号中提取亮度水平信号，并且控制光圈106、快门103和增益以使亮度水平信号为预定值。
当按下SW2121并开始曝光控制时，系统控制部130对装置进行控制以根据预先设置的Av和Tv来拍摄图像。
信号处理部113对图像拍摄信号施加各种处理，存储部141存储该信号。如果能够在从F2.8到F8的范围内按1/3步来控制光圈106并且在从F8到F11的范围内按1/2步来控制光圈106，则可以提供图3的表中所示的在Av优先模式中可能设置的Av和F数的组合。
本实施例中，可以精细移动光圈控制电动机107；然而，光圈106难以跟随光圈控制电动机107的移动。因此，可以以能够提供一定程度精度的步数的单位来进行控制。这也可适用于对快门的控制(将在下面说明)。
如果能够在T慢于1/1000秒的范围内按1/3步来控制快门103并且在T快于1/1000秒的高速范围内按1/2步来控制快门103，则提供图4的表中所示的在Tv优先模式中可能设置的Tv和1/T的值的组合。为了方便说明，图4中未示出低速范围。
将图3和图4的表中的值的组合存储在内置于信号处理部113的存储器(未示出)或者内置于CPU的存储器(未示出)中。
图2是示出根据本发明实施例的用于设置曝光校正值的过程的流程图。
当选定Tv优先模式时，用户操作例如拨号盘的构件，并通过对该构件的操作量来设置Tv的期望值。
在步骤S100中，系统控制部130判断是否输入了曝光校正。
当系统控制部130在步骤S100中判断为未输入曝光校正时，重复步骤S100的操作直至该判断改变为止。
当系统控制部130在步骤S100中判断为输入了曝光校正时，操作进入步骤S110。
在步骤S110中，基于存储在存储器(未示出)中的图4所示的数值数据，系统控制部130判断与利用摄像设备当前所设置的Tv的控制相对应的步数的单位。
当系统控制部130在步骤S110中判断为与控制相对应的步数的单位是1/3步时，操作进入步骤S120。然后，系统控制部130按1/3步来进行曝光校正，然后操作进入步骤S140。
当系统控制部130在步骤S110中判断为与控制相对应的步数的单位是1/2步时，操作进入步骤S130。然后，系统控制部130按1/2步来进行曝光校正，然后操作进入步骤S140。
在步骤S140中，图像显示部114显示预先设置的曝光校正值。
在Av优先模式中，可进行类似的控制。
在Av优先模式中，基于存储在存储器(未示出)中的图3所示的数值数据来判断与控制相对应的步数的单位。
接下来说明曝光校正的细节。
图6是示出在Tv优先模式中并且在Tv被设置为1/250秒的情况下Av、Tv和增益值之间的关系的程序图。即使摄像设备没有程序图，只要设置了Tv，就可以唯一确定曝光。因此，实际上可基于程序图来控制曝光。与光圈控制相对应的步数可与存储在存储器(未示出)中的图3所示的数值数据相类似。
在此，图7是从图6的程序图中提取Av和Tv之间的关系的程序图。图9A和图9B是示出表示曝光校正的结果的用户界面(以下称为UI)的示意图。假定由图7的程序图中所示的点P表示作为AE控制的结果的被确定为最佳曝光的曝光状态。
基于存储在存储器(未示出)中的图3所示的数值数据，由于与从F8到F11范围内的光圈控制相对应的步数是1/2步，所以从点P开始的曝光校正只能选择-1/2步和-1步。因此，不能选择按1/3步进行的控制。
因此，从F8到F11范围内的光圈控制采取了与光圈控制相对应的1/2步的单位。具体地，仅在图9A所示的曝光校正UI的负侧，以1/2步为单位显示光圈控制。
尽管在此说明了光圈控制，快门控制可采用与光圈控制相似的操作。
例如，图8是示出在Av优先模式中并且在Av被设置为F4的情况下Av和Tv之间的关系的程序图。可以使与快门速度控制相对应的步数是基于存储在存储器(未示出)中的图4所示的数值数据的。
假定由图8的程序图中所示的点Q表示作为AE控制结果的被确定为最佳曝光的曝光状态。
基于存储在存储器(未示出)中的图4所示的数值数据，由于在T为1/1000至1/2000的范围内的光圈控制的分辨率表示为1/2步，因此从点Q开始的曝光校正只能选择-1/2步和-1步。因此，不能选择按1/3步进行的控制。
因此，在T为1/1000至1/2000的范围内的快门控制采用了与快门控制相对应的1/2步的单位。具体地，仅在图9A所示的曝光校正UI的负侧，系统控制部130以1/2步为单位来显示快门控制。
另外，如图9B所示，系统控制部130可以省略或减少与在相对于-1步的负侧的光圈相对应的部分或超出快门控制范围的部分的显示，从而使得用户可以从视觉上识别在控制范围之外的部分。
尽管本实施例中控制步数的单位采用了1/3步和1/2步，也可以通过准备和采用与控制单位相对应的数值数据而采用小于这些值的控制单位。
如上所述，在本实施例中，可以通过基于由摄像设备预先设置的摄像参数来改变曝光校正的控制步数的单位，从而提供具有高精度的曝光控制。
尽管本实施例使用诸如可以用相对简单的程序图来表示的Av优先模式和Tv优先模式等曝光模式，但不限于此。
即使在诸如光圈设置在打开侧并设置小的视场(field)的肖像模式以及光圈设置在关闭侧并设置大的视场的风景模式等复杂的程序图的情况下，只要使用程序图，就可以提供与以上所说明的控制类似的控制。
第二实施例
参考附图说明本发明的第二实施例。第二实施例的功能和结构与第一实施例相似，并且省略其说明。
本实施例中，曝光校正的步数的单位可以根据被摄体的亮度分布而改变，更具体地，根据从最小亮度到最大亮度所限定的亮度范围而改变。
图10和图11是示出所显示的UI的示意图。UI包含对表示拍摄场景的亮度状态的直方图的显示，其中在该直方图下设置有标度，从而使得用户能够从视觉上识别曝光校正的校正单位。通过设置在摄像设备中的指示构件(未示出)来操作UI以进行曝光校正。
图10示出当拍摄场景的亮度分布在摄像装置的动态范围内时的直方图。
如图10所示，图像的亮度分布在摄像装置的动态范围内，这意味着图像不包含高亮度的曝光过度或低亮度的曝光不足。
具体地，只要在动态范围内进行曝光校正或亮度调节，即使通过图10所示的相对大的校正单位来进行曝光校正时，亮度分布在摄像装置的动态范围内的图像也不会引起曝光过度或曝光不足。
因此，如果在拍摄期间预先设置的曝光校正不是最佳的，可以在拍摄图像后通过设置在照相机内的机构或通过外部计算机来调整图像的亮度，从而在不劣化图像的灰度的情况下获得期望的图像。
相反，图11示出了当拍摄场景的亮度分布不在摄像装置的动态范围内时的直方图。
如图11所示，图像的亮度分布不在摄像装置的动态范围内，这意味着图像包含高亮度的曝光过度或低亮度的曝光不足。
在出现曝光过度或曝光不足的情况下，即使在拍摄图像后通过设置在相机中的机构或通过外部计算机对图像的亮度进行调整，也会劣化曝光过度或曝光不足的区域(region)的灰度。
因此，当直方图显示出现了曝光过度或曝光不足时，要求系统控制部130在拍摄图像时通过按例如如图11所示的小校正单位来进行曝光校正，以对图像的期望部分进行校正。
此时，为了改变曝光校正的校正单位的显示，用户可操作设置在摄像设备的指示装置(未示出)并且通过设置窗口(未示出)来选择校正单位，或者摄像设备可以根据亮度分布的状态自动地确定校正单位。
可替换地，可以通过设置在摄像设备中的指示装置(未示出)来改变曝光校正的校正单位的显示。
虽然本实施例中显示了校正单位，但是也可以不显示校正单位。这种情况下，可以使得校正单位刚好根据被摄体的从最小亮度到最大亮度的亮度范围而自动地改变来进行曝光校正，并且使用设置在摄像设备中的指示构件(未示出)来操作UI。
另外，诸如强照明或阳光等的光源可能导致特别高的亮度。这种情况下，可以不判断亮度是否在摄像设备的动态范围内。此外，如果最大亮度区域或最小亮度区域小到可忽略，该区域在图像中可能是不可见的。这种情况下，可以不判断亮度是否在摄像设备的动态范围内。
如上所述，利用本实施例，可以通过根据图像的亮度分布而改变曝光校正的单位来提供具有高精度的曝光控制。
尽管参照典型实施例对本发明进行了说明，但应当理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
本申请要求于2006年12月1日提交的日本专利申请2006-325668的优先权，并通过引用将其整体包含于此。