CN101171827A - 用于创建照片的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过几次连续曝光来创建增强照片的方法和装置。该方法包括以下步骤：使光敏传感器经过一系列曝光，其中每次曝光中的整个光敏传感器同时曝光，以及将该系列的所有曝光进行组合以形成完成的照片。优选地，曝光与用于锐度增强的校正结合。通过让该系列的每次曝光通过全局快门进行曝光，来解决图像稳定***中的运动失真问题。

Description

用于创建照片的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于创建照片的方法，更具体来说，涉及用于通过几次连续曝光来创建增强照片的方法。由于每次曝光的传感器的全局曝光，将曝光进行组合以创建具有增强属性的照片。
本发明还涉及用于采用该方法的装置。
背景技术
当今的数字相机可采用一系列曝光来获得足够的光，并且曝光与基于软件的图像稳定进行结合。当通过较长曝光时间拍照时，图像稳定减小了用户手抖动的影响。将各以短曝光时间拍摄的多个(如8个)数字化图像加入存储器。当照片加到前一个照片或多个照片时，它的位置被移动，以便补偿手抖动引起的运动。这产生锐度增强。但是，如果传感器通过卷帘快门来曝光，则各照片将易受到运动失真。由于手抖动，运动失真被随机分布，并且无法通过图像稳定来减小。下面参照图2A和图2B更详细地描述现有技术卷帘快门的操作。
在当今现有的一些相机中，采用全局快门。通过全局快门，整个传感器同时曝光。但是，这样一种快门尚未与图像稳定一起使用。
发明内容
在本发明中，通过让该系列的每次曝光通过全局快门进行曝光，来解决图像稳定***中的运动失真问题。这样，不会从卷帘快门产生运动失真，并且图像稳定可操作以形成具有足够的总累计曝光时间的稳定照片。
在第一方面，本发明涉及一种创建照片的方法，包括以下步骤：
使光敏传感器经过一系列曝光，其中每次曝光中整个光敏传感器同时曝光，以及将该系列的所有曝光进行组合以形成完成的照片。
优选地，曝光与用于锐度增强的校正相结合。
在一个优选实施例中，用于每次曝光的方法包括以下步骤：
重置光敏传感器的所有像素，其中全局快门关闭；
打开全局快门；
使整个光敏传感器曝光预期的曝光时间；
关闭全局快门；以及
读出像素值。
适当地，同时重置光敏传感器的所有像素。
适当地，以滚动模式读出像素值。
在第二方面，本发明涉及一种用于创建照片的装置，包括用于使光敏传感器曝光的光学***、能够使整个光敏传感器同时曝光的机械或电子全局快门。
根据本发明，光学***设置成使光敏传感器经过一系列曝光，使得每次曝光中整个光敏传感器同时曝光。
优选地，该装置设置成将系列曝光与用于锐度增强的校正结合。
在一个优选实施例中，该装置设置成对每次曝光执行以下步骤：
重置光敏传感器的所有像素，其中全局快门关闭；
打开全局快门；
使整个光敏传感器曝光预期的曝光时间；
关闭全局快门；以及
读出像素值。
适当地，该装置设置成同时重置光敏传感器的所有像素。
适当地，该装置设置成以滚动模式读出像素值。
在一个实施例中，传感器是数字CMOS图像传感器，以及全局快门是机械快门。
在另一个实施例中，全局快门是电子快门。
附图说明
下面参照附图详细描述本发明，附图包括：
图1是根据本发明的相机的相关部分的示意图；
图2A和图2B是说明根据现有技术的卷帘快门中曝光示意图；
图3A-3C是说明各种情况中运动失真的视图；
图4是说明用卷帘快门的八个连续图像帧曝光的简图；以及
图5是说明采用根据本发明进行操作的全局快门的八个连续图像帧曝光的简图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于创建照片的方法以及采用该方法的装置、如数字相机或者结合有数字相机的装置、如移动电话等。如导言中所述，当进行几次曝光并优选地采用图像稳定来组合时，本发明当希望在低光条件下采用可用光拍照时是有用的。
图1说明根据本发明的相机的相关部分。相机包括光学***，其中光学***包括镜头1和全局快门2。光学***使光敏传感器3例如数字CMOS图像传感器曝光。包括处理器4的控制单元控制镜头1和快门2的操作。快门2可以是机械快门，或者传感器3可以通过电子方式控制以获得预期的曝光时间和行为。处理器4与传感器3以及与在其中可存储和检索图像数据的存储器5进行通信。处理器4能够执行图像处理的必要计算。
镜头1、快门2和传感器3可以是传统设计。市场上已经存在具有各不相同的质量和性能的大量组件。另外，以各种方式处理图像数据的图像处理器是先前已知的。在本申请中不对这些组件进行详细描述。存储器5可以是在装置中结合的存储器的工作区，或者可存在于独立的可拆卸存储卡上，存储工作数据以及完成的照片。处理器和存储器可集成在相机设计中，或者外部放置或者与其它功能性共享。
为了方便起见，描述光敏传感器如传感器3的一般工作原理。传感器包括称作像素的多个光敏图元，通常在1与10兆像素(百万像素)之间，分布于传感器区域。当光照射到像素上时，像素产生电流，该电流被积分以获得光强度值。如本领域已知的，光传感器是通过滤色器彩色感光的。
为了获得完成的照片中的足够光和色彩，快速连续进行一系列曝光。采用短曝光时间和/或采用小光圈进行曝光。短曝光时间将减小运动模糊性，而小光圈将增大景深。每次曝光是锐利的，并且大体上曝光不足，但是经过曝光的所有像素提供了一个光强度值。该光强度值经过组合，获得照片中的足够光。光值优选地采用图像稳定***以下列方式组合：考虑曝光之间的图像运动并且进行校正。
传统的数字CMOS图像传感器具有所谓的卷帘快门。卷帘快门(与模拟相机中的焦平面快门相似)不是使整个图像传感器同时曝光。原理如图2A所示。黑矩形表示图像传感器。只使一定数量的像素行同时曝光(如白带所示)。曝光区域在传感器上移动，直到曝光整个图像为止。曝光时间通过改变曝光区域的高度来控制。在整个传感器上移动曝光区域所需的时间称作行程时间或曝光周期，并且取决于当前的帧速率。
从这个图解中可以理解，使整个帧曝光所需的时间比有效曝光时间更长。此外，应当注意，在到达底部之后，曝光区域滚动到传感器的顶部。因此，传感器短暂地同时对两个连续帧的光积分，如图2B所示。当传感器的最后几行(底部)曝光时，属于下一图像帧的最初几行(顶部)也被曝光。快门从一帧滚动到下一帧。
基于软件的图像稳定的原理是添加几次“锐利”曝光，在添加它们时对手抖动进行调节。每次短曝光由于短曝光时间或小光圈而相当锐利。但是，任何相机抖动都将导致失真图像。称作运动失真的影响如图3A-C所示。当相机或目标在图像曝光期间移动时，发生运动失真。图3A说明无失真图像；在图3B中，相机已经在水平方向移动；以及在图3C中，相机已经在垂直方向移动。
应当注意，通过改变曝光时间使图3A-3C中圆的形状不改变。短曝光时间将仅使边缘锐利。行程时间(帧速率)影响形状而不影响锐度。典型的三百万像素CMOS传感器中的最大帧速率为每秒10帧，它等于100毫秒的行程时间。在考虑手抖动时，100毫秒的周期相当长。手抖动通常不是在明确定义的方向上的移动，而是在随机分布的各个方向上的无法预测的移动。
即使各个短曝光帧是锐利的，但它们将导致模糊的最终图像，因为各个方向的运动失真的结果被加在一起。
本发明人已经认识到，如果整个图像传感器同时曝光，则完全消除了运动失真的问题。这可通过提供所谓的全局快门来实现。全局快门可以是传感器的像素设计中的机械装置或者电子结构。
本发明建议，在进行各次曝光并且优选地用软件图像稳定来组合各次曝光时，采用机械全局快门(或者可能采用电子快门)。快门应当以如下方式实现：它可以在进行连续短曝光时迅速打开和关闭。
机械快门目前用于具有CMOS传感器的一些数字照相机。快门可通过机械方式阻止光到达传感器。它以如下方式使用：
1)快门关闭
2)传感器同时或至少在快门打开之前重置所有像素(全局重置)
3)快门打开
4)使整个传感器曝光预期的曝光时间
5)快门关闭
6)像素值以“滚动模式”读出，例如从传感器的顶部至底部扫描。由于这种操作在关闭快门之后进行，所以该行为不影响图像。
图4和图5的简图说明八个连续图像帧的曝光。本发明不限于任何具体的曝光次数。
图4说明根据现有技术的卷帘快门的效果。虽然曝光时间短到足以消除各个帧的图像模糊，但是整个帧的长曝光周期因手抖动而产生运动失真，它在组合各个图像时会导致模糊图像。
图5说明采用根据本发明的全局快门的效果。曝光时间等于整个帧的曝光周期。消除了图像模糊以及运动失真。当堆叠图像时，可补偿在各帧曝光之间发生的任何手抖动。传感器的总累计曝光时间在图4和图5的两个图中相等。这个简图还说明快门应当如何与相机的帧周期同步。
解决了软件图像稳定的当前设计中的一个主要问题。如果因运动失真而采用图像稳定器却没有快门，则会发生显著的图像降级。如果因长曝光时间而采用全局快门却没有图像稳定器，则图像会模糊。
本发明以如下方式结合这两种技术的力量：图像质量比单独采用任一种技术可得到的质量都更好。
通常在使用快门时，它仅打开一次，而本发明提出与相机帧速率同步的一系列打开和关闭动作。
通过本发明，甚至在低光条件下也能够创建具有正确曝光的清晰图像。本发明使能够拍摄清晰照片而不管长曝光时间。本发明的范围仅受以下权利要求书限制。

Claims (12)

1.一种用于创建照片的方法，包括以下步骤：
使光敏传感器(3)经过一系列曝光，其中每次曝光中所述整个光敏传感器(3)同时曝光，并将所述系列的所有曝光进行组合以形成完成的照片。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述曝光与用于锐度增强的校正结合。
3.如权利要求1或2所述的方法，对于每次曝光包括以下步骤：
重置所述光敏传感器(3)的所有像素，其中全局快门(2)关闭；
打开所述全局快门(2)；
使所述整个光敏传感器(3)曝光预期的曝光时间；
关闭所述全局快门(2)；以及
读出所述像素值。
4.如权利要求1所述的方法，其中同时重置所述光敏传感器(3)的所有像素。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中以滚动模式读出所述像素值。
6.一种用于创建照片的装置，包括：光学***(1)，用于使光敏传感器(3)曝光；机械或电子全局快门(2)，能够使所述整个光敏传感器(3)同时曝光，其特征在于：所述光学***(1)设置成使所述光敏传感器(3)经过一系列曝光，使得每次曝光中所述整个光敏传感器(3)同时曝光。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述装置设置成将所述系列曝光与用于锐度增强的校正结合。
8.如权利要求6或7所述的装置，其中所述装置设置成对于每次曝光执行以下步骤：
重置所述光敏传感器(3)的所有像素，其中所述全局快门(2)关闭；
打开所述全局快门(2)；
使所述整个光敏传感器(3)曝光预期的曝光时间；
关闭所述全局快门(2)；以及
读出所述像素值。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述装置设置成同时重置所述光敏传感器(3)的所有像素。
10.如权利要求8或9所述的装置，其中所述装置设置成以滚动模式读出所述像素值。
11.如权利要求6至10中任一项所述的装置，其中所述传感器(3)是数字CMOS图像传感器，且所述全局快门(2)是机械快门。
12.如权利要求6-10中任一项所述的装置，其中所述全局快门(2)是电子快门。
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