CN1043710C - 补偿摄像机和再现装置产生的像色差的***和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对一个成像及像再现装置获得的物的像光中的色差进行补偿的方法，其包括一个色温测量电路，用来探测物周围的光线的色温；一个色坐标运算电路，用来处理由色温测量电路产生的色数据，以获得色坐标；一个控制电路，用来基于色坐标，获得一个色差补偿值，以产生一个色差补偿信号；以及一个色补偿电路，用来对此色差补偿信号作出响应，为摄像和像再现***提供色差补偿过的像光。

Description

补偿摄像机等摄像和再现装置产生的像色差的***和方法

本发明涉及一种***，其用于补偿由诸如摄像机的像摄取与再现装置产生的像的色差。

普通的摄像与再现装置，如彩色电荷耦合设备(CCD)照相机，带有自动白色平衡功能，以补偿所摄像的色差。此功能对像信号的绿色成分、红色成分和蓝色成分的强度作电的平衡，以使再现的像有与原始物的颜色相似的再现颜色。

如附图1所示，为一个普通的电子自动白色平衡***，其中摄像机11连接到一个像处理电路12,12又转过来连接到分色电路13，以将来自像处理电路12的视频信号分成绿、红和蓝色信号。还包含一视频信号同步和比较电路14以平衡绿、红和蓝色信号。操作中，摄像机11的输出信号加到像处理电路12,12产生一个视频信号，此信号由分色电路13分成绿、红和蓝信号。来自同步与比较电路14的绿、红和蓝信号又被再次加至像处理电路12。此普通***将所有颜色矢量的和变为白色，以相应于整个屏幕获得一个平衡了的像。可是，如果原始像的某些颜色与其它颜色相比，占主要比例，则会产生一个不平衡的颜色矢量的组合，其中只减少了主要颜色的增益，以致再现的主要颜色与原始物的颜色有很大差异。

另一种补偿色差的普通方法是使用滤色片，如附图2所示，卤化银相机拍摄的图像的颜色很大程度上受天气的影响。早晨出现的色温超过7000K，给出带蓝色的色彩；而多云的白天出现的色温为5000K，给出带红色的色彩。为消除运些缺点，在用卤化银相机拍照时，使用一系列的滤色片。但是，滤色片的选择依赖于使用者的经验，滤色片的更换也是一件乏味的工作。还有，要令人满意地补偿所有色差，可用的滤色片的数量太少了。另外，在不带滤色片接头的相机上，如带一个镜头快门的紧凑型相机，无法安装滤色片。

因此，本发明的目标是提供一个***，来对诸如照相机的像摄取和再现装置产生的像，进行色差补偿，以按几乎是自然的色彩来再现像。

本发明另一目标是提供一种消除被摄场景环境色温影响的方法。

为达到本发明的这些和其它的目标，作为实施和一般的描述，本发明包括一种用于对成像和再现装置得到的物像的光中的色差进行补偿的***，该***包括：一种用于探测入射到该物的光线的色温和产生相应色温数据的色温测量装置；一种用于处理色温数据以得到色坐标的色坐标运算装置；一种用于基于该色坐标，获得色差补偿值以产生色差补偿信号的控制装置；以及一种色补偿装置，用于根据所述色差补偿信号调整像光的偏振而补偿物像的光的色差，并对成像和再现装置提供已色差补偿过的像光。

在本发明的一个方面，颜色补偿装置包括一个按色差补偿信号来转动偏振光的偏振面的液晶部分，一个用来使非偏振光起偏的，装在液晶部分前面的入射光偏振滤光片，和一个为控制带有由液晶部分来转动的偏振面的偏振光的透射，装在液晶部分后面的光透射控制偏振滤光片，用于提供色差补偿光。液晶部分包括一对附在一侧上的透明电极，由此对液晶加上电压，以改变其分子取向，从而转动偏振面。每一个透明电极插在偏振滤光片中的一个与液晶部分之间。液晶的分子取向由色差补偿信号控制。

本发明还包括一种对物成像的摄像机，具有摄取所述物的像光的光学透镜***和记录所述被摄取的像光的像拾取装置以及控制像拾取装置曝光的光阑/快门，其中，所述摄像机包括：一个用于探测入射到该物上的光线的色温和产生色温数据的色温测量电路；一个色坐标运算装置，用于处理色温数据，以获得色坐标；一个控制装置，用来基于该色坐标，获得色差补偿值，以产生色差补偿信号；一个色补偿装置，用于根据所述色差补偿信号调整像光的偏振而补偿物像的光的色差，并用来对所述像拾取装置提供色差补偿过的像光。

需要阐明，以上的一般描述和以下的详细描述都是典型的和解释性的，并用于对所要求的发明提供进一步的解释的目的。

包括的附图用于进一步阐明本发明，并合在一起成为本说明的一部分。其展示了本发明的几个实施例，以及同说明一起解释本发明原理。

图1是一个展示普通电子自动白色平衡***的方框图；

图2是表示当用普通卤化银相机拍摄时，使用了一个普通的滤色片的侧视示意图；

图3是表示按照本发明的第一实施例，在所摄像中作色差补偿的***的示意方框图；

图4是表示按照本发明的第二实施例，在所摄像中作色差补偿的***的示意方框图；

图5是表示按照本发明的第三实施例，带色差补偿***的一个摄像机结构的示意方框图；

图6是表示按照本发明的第四实施例，带色差补偿***的一个相机结构的示意方框图；

图7是表示偏振滤光片的物理性质的示意方框图；

图8A是表示插于一对偏振滤光片之间，未加电压的液晶的结构的示意方框图；

图8B是表示加上电压的附图8A中的液晶结构的示意方框图；

图9是表示按照偏振度颜色透射过普通碘化物偏振滤光片的改变的图形；以及

图10是表示普通碘化物偏振滤光片的色坐标和色温之间的关系的图形。

按照本发明的第一实施例，如附图3所示，一个用于对由诸如相机的摄像和再现装置得到的一个物的像中的色差进行补偿的***，包括一个探测在所摄物周围的光线的色温的色温测量电路71，这些光线即是入射在被摄物上的光线。一个色坐标运算电路75连接到色温测量电路71，用于处理由色温测量电路71产生的颜色数据，以便产生色坐标。色坐标运算电路75连接到一个控制电路76，以基于色坐标，来得到色差补偿值，从而产生色差补偿信号。一个液晶部分77，包括一对偏振滤光片78和79，连接到控制电路76，此电路也连接到一个视频信号处理电路74上。位于液晶部分77后面，是一个带快门的像拾取单元73。入射光偏振滤光片78装在液晶部分77的前面，以便非偏振光起偏。在液晶部分背后的光透射控制偏振滤光片79，控制偏振光的透射。液晶部分77耦合到一个带光阑710的光学透镜***，来控制曝光。

如附图4所示，按照本发明的第二实施例的色差补偿***，包括一个色温测量电路81，其连接到色坐标运算电路84。一个控制电路85用来基于色坐标获得色差补偿值，以产生一个色差补偿信号。控制电路85连接到一个液晶部分86和一个光阑/快门89。在光阑/快门89的液晶部分86之间，装着一个光透射控制偏振滤光片88。一个入射光偏振滤光片87装在液晶部分86的前面。为记录光学透镜***所摄像，还提供一个卤化银胶片82。

如附图5所示，按照本发明的第三实施例，一个带色差补偿***的摄像机包含一个色补偿电路52，一个固态拾取单元53，和一个像处理电路54。色平衡电路52还包含一色温测量电路55和一个色坐标操作与控制电路56。固态拾取***53包含一个电子快门并拾取色补偿过的像，来产生一个视频信号。像处理电路54通过处理此视频信号来再现像。

附图6示意了另一个摄像机结构实施例。摄像机61包含一个色温测量电路62，一个控制坐标操作与控制电路63，一个带光阑/快门64的色补偿电路65，以及一个微型计算机66，用以控制包括色平衡电路65在内的所有部件。

在描述本发明实施例的操作之前，为帮助理解本发明，以下描述了液晶部分和偏振滤光片的作用。参照附图7到9，偏振滤光片象附图7所示那样，使入射光呈平面偏振。与偏振滤光片连在一起的液晶部分的作用如附图8A与8B所示。参照附图8A与8B，液晶层位于一对透明电极之间，其两外表面各与一偏振滤光片相连。两滤光片按偏振轴互相垂直来排列。液晶层被设计成当透明电极上不加电压时，其分子取向使偏振光的偏振平面转动90°，于是，通过上偏振滤光片的偏振光几乎都通过了下偏振滤光片，如附图8A所示。但是，如果透明电极上加上一个电压，液晶的分子取向按照电压的大小改变。这样，液晶对上偏振滤光片起偏的光的偏振平面的转动，与分子取向的改变成比例。从而，一部分偏振光被下偏振滤光片挡住了。

如表1与表2所示，为一普通碘化物偏振滤光片造成的颜色的变化。用D65光源，平行透射中色坐标为L^*=66.86,a^*=-0.98和b^*=4.07，表示绿色；垂直透射中色坐标为L^*=21.81,a^*=2.28,b^*=-2.41，表示紫色。

当操作带本发明***的摄像机寸，色温测量电路71测量色温，而色坐标运算电路75将此色温与黑体辐射比较，用以计算色坐标。例如，如果测量色温为2,000K，按附图11中所示的图，其色坐标定为是X=0.525和Y=0.415。这些坐标代表一种接近略带红色的黄颜色，其需要一个朝靛蓝色的补偿。因此，控制电路76将一个电压加到液晶部分77上，改变分子取向，使得液晶部分与偏振滤光片的组合可以按照由实验得到的色坐标L^*=5.0,a^*=1.0,b^*=-2.5，来对偏振光进行滤光。从而产生一近似靛蓝的颜色，来补偿由摄像时使用的光源条件引起的色差。也就是说，基于摄像时使用的光源(C)(见表2)的色坐标，色差被自动地补偿掉了。另外，考虑附图3的实施例，光阑710打开，快门711的速度也减小，以补偿减小了的光透射率(100％到5％)。

在附图5的实施例中，当摄像机51操作时，色温测量电路55测量所摄物周围的色温。色坐标操作与控制电路56对色温进行操作，以提供液晶与偏振滤光片所需的补偿值。补偿过的像被固态像拾取单元53传到像处理电路54，从而再现自然色彩。在附图6的实施例中，当操作摄像机61时，色差由色差补偿电路65进行补偿，并由微机66控制来再现自然的颜色。

以上所述的装置和方法包括本发明的优选实施例。但是，很明显，本行业的技术人员能够对本发明涉及的装置和方法，作出各种修改与改变，而没有偏离本发明的精神和范围，本发明覆盖了在所附权利要求的范围内的修改和改变，以及它们的等效物。

                                  表1

 Y        Y        Y      ρ          nm      Y       Y       Y       ρnm

(单)    (平行) (垂直) (偏振度)        (单)   (平行)  (垂直)  (偏振度)400 24.6    10.8    1.86    84.0    560    44.6    36.5    3.22    91.5410 37.2    24.4    3.61    86.1    570    45.1    36.8    3.82    90.1420 41.2    30.3    3.96    87.7    580    45.4    36.9    4.12    89.4430 42.3    32.3    3.79    88.9    590    45.4    36.9    3.85    90.1440 42.7    33.0    3.72    89.3    600    45.4    36.9    3.45    91.0450 43.2    33.7    3.88    89.1    610    45.4    36.9    3.14    91.8460 43.6    34.2    4.05    88.8    620    45.5    36.9    2.89    92.4470 43.9    34.6    4.08    88.8    630    45.6    37.0    2.76    92.8480 44.0    34.9    3.99    89.1    640    45.9    37.1    2.98    92.3490 44.1    35.2    3.81    89.7    650    46.7    37.3    3.77    90.4500 44.3    35.6    3.47    90.7    660    48.0    37.8    5.43    86.5510 44.5    35.9    3.20    91.4    670    49.8    38.3    7.98    81.0520 44.7    36.1    3.27    91.3    680    51.6    38.9    10.78   75.2530 44.9    36.4    3.41    91.0    690    52.9    39.3    13.18   70.6540 44.7    36.4    3.20    91.6    700    53.6    39.8    14.91   67.4550 44.5    36.4    2.97    92.1

                            表2光源 (D65)场(2^*)X=42 70    34.35    3.43    L^*=72.84    66.86    21.81Y=44 92    36.44    3.46    o^*=0.03     -0.98    2.28Z=46 86    36.39    4.20    b^*=2.17     4.07     -2.41Y(透射率)=44.92(％)          P(平均偏振度)=90.91(％)光源 (c)场(2^*)X=44.05    35.42    3.55    L^*=72.84    66.86    21.84Y=44.93    36.44    3.47    o^*=0.01     -1.07    2.32Z=50.92    39.55    4.57    b^*=2.14     4.02     -2.37Y(透射率)=44.93(％)          P(平均偏振度)=90.89(％)

Claims (16)

1、一种用于对成像和再现装置得到的物像的光中的色差进行补偿的***，其特征在于，该***包括：

一种用于探测入射到该物的光线的色温和产生相应色温数据的色温测量装置；

一种用于处理色温数据以得到色坐标的色坐标运算装置；

一种用于基于该色坐标，获得色差补偿值以产生色差补偿信号的控制装置；以及

一种色补偿装置，用于根据所述色差补偿信号调整像光的偏振而补偿物像的光的色差，并对成像和再现装置提供已色差补偿过的像光。

2、按照权利要求1的色差补偿***，其特征在于，所述色补偿装置包括：

一个第一入射光偏振滤光片，用于使物像的光偏振；

一个液晶部分，安装在所述一入射光偏振滤光片的后面，用于按照该色差补偿信号旋转偏振光的偏振面；及

一个第二光透射控制偏振滤光片，装在该液晶部分的背后，用于控制其偏振面已由该液晶部分旋转过的像光的透射，以提供该色差补偿过的像光。

3、按照权利要求2的色差补偿***，其特征在于，进一步包括放置一对透明电极，对液晶部分加上电压，以改变其分子取向，从而旋转该偏振平面。

4、按照权利要求3的色差补偿***，其特征在于，该透明电极分别位于该第一与第二偏振滤光片和该液晶部分之间。

5、按照权利要求2的色差补偿***，其特征在于，该液晶部分的分子取向由该色差补偿信号来控制。

6、按照权利要求3的色差补偿***，其特征在于，该液晶部分的分子取向由该色差补偿信号来控制。

7、按照权利要求4的色差补偿***，其特征在于，该液晶部分的分子取向由该色差补偿信号来控制。

8、一种对物成像的摄像机，具有摄取所述物的像光的光学透镜***和记录所述被摄取的像光的像拾取装置以及控制像拾取装置曝光的光阑/快门，其特征在于，所述摄像机包括：

一个用于探测入射到该物上的光线的色温和产生色温数据的色温测量电路；

一个色坐标运算装置，用于处理色温数据，以获得色坐标；

一个控制装置，用来基于该色坐标，获得色差补偿值，以产生色差补偿信号；

一个色补偿装置，用于根据所述色差补偿信号调整像光的偏振而补偿物像的光的色差，并用来对所述像拾取装置提供色差补偿过的像光。

9、按照权利要求8的摄像机，其特征在于，该色补偿装置包括：

一个第一入射光偏振滤光片，用来使物的像光偏振；

一个液晶部分，安装在所述第一入射光偏振滤光片的后面，用来按照该色差补偿信号，旋转偏振像光的偏振面；以及

一个第二透射控制偏振滤光片，装在该液晶部分背后，用来控制其偏振面已由该液晶部分旋转过的偏振像光的透射，以提供该色差补偿过的像光。

10、按照权利要求9的摄像机，其特征在于，进一步包括放置一对透明电极，来对液晶部分加一个电压，以改变其分子取向，从而旋转该偏振面。

11、按照权利要求10的摄像机，其特征在于，该透明电极分别位于该第一、第二偏振滤光片和该液晶部分之间。

12、按照权利要求9的摄像机，其特征在于，该液晶的分子取向由该色差补偿信号来控制。

13、按照权利要求10的摄像机，其特征在于，该液晶的分子取向由该色差补偿信号来控制。

14、按照权利要求11的摄像机，其特征在于，该液晶的分子取向由该色差补偿信号来控制。

15、按照权利要求8的摄像机，其特征在于，所述像拾取装置为卤化银胶片。

16、按照权利要求8的摄像机，其特征在于，所述像拾取装置包括：

将摄取的像光转换为电信号的像拾取单元；及

根据从所述像拾取单元的电信号生成视频信号的像处理电路。

Images