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Dokumentenidentifikation DE102007027401A1 03.01.2008
Titel Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung eines Bildsensors
Anmelder Samsung Electro - Mechanics Co., Ltd., Suwon, Kyonggi, KR
Vertreter LINDNER BLAUMEIER Patent- und Rechtsanwälte, 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 11.06.2007
DE-Aktenzeichen 102007027401
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse H04N 5/238(2006.01)A, F, I, 20070918, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G03B 9/58(2006.01)A, L, I, 20070918, B, H, DE   
Zusammenfassung Vorgesehen wird eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung, die in einem Bildsensormodul verwendet wird, das eine Linseneinheit, eine Bildsensoreinheit mit einem Verschluss und eine Bildsignalverarbeitungseinheit umfasst, welche aufweist: einen Helligkeitsberechner, der die durchschnittliche Helligkeit eines Bildsignals extrahiert; einen Helligkeitsanpassungsbestimmer, der bestimmt, ob die Geschwindigkeit des Verschlusses, basierend auf der durchschnittlichen Helligkeit, festgesetzt oder angepasst wird; eine Anpassungswegsteuerung, welche die Geschwindigkeit des Verschlusses unter Verwendung des Helligkeitsfehlers steuert; einen digitalen Filter, welcher den Helligkeitsfehler filtert; einen Verschlussgeschwindigkeitsanpasser, welcher den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit unter Verwendung entweder des Helligkeitsfehler oder der gefilterten Helligkeit anpasst; und eine Verschlussgeschwindigkeitssteuerung, welche die Geschwindigkeit des Verschlusses unter Verwendung des angepassten Werts der Verschlussgeschwindigkeit steuert.

Beschreibung[de]

Für diese Anmeldung wird die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2006-0052767, angemeldet am 12. Juni 2006 beim koreanischen Patentamt, beansprucht, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung für einen Bildsensor, der in einem Kameramodul verwendet wird, sowie ein Verfahren dazu, und insbesondere eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung für einen Bildsensor, wobei die Vorrichtung, welche die Belichtung so steuert, dass sie angemessen ist, eine durchschnittliche Helligkeit verwendet und die Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung eines digitalen Filters ändert, wodurch sie sich aktiv und schnell schnellen und häufigen Helligkeitsänderungen anpasst.

Beschreibung des Standes der Technik

Im Allgemeinen wird im Fall üblicher Kameras eine automatische Belichtungssteuerung des geeigneten Steuerns der Helligkeit aufgenommener Bilder durchgeführt. Die automatische Belichtungssteuerung wird durch Steuern des Aperturverhältnisses der Blende und Steuern der Geschwindigkeit des Verschlusses durchgeführt.

Andererseits werden im Fall üblicher Digitalkameras feste Bildabbildungsvorrichtungen wie beispielsweise CCDs (charged coupled devices) und CMOS (complementary metal-oxide semiconductors) als Bildsensor verwendet, wobei die Belichtungsmenge gesteuert wird, indem die Zeit gesteuert wird, während der der Bildsensor fotografieren soll. In diesem Fall entspricht die Zeit, während der der Bildsensor fotografieren soll, der Geschwindigkeit des elektronischen Verschlusses. Die Helligkeit eines Bildes wird so gesteuert, dass sie angemessen ist, indem die Geschwindigkeit des elektronischen Verschlusses verändert wird.

1 ist ein Blockdiagramm, in welchem ein Bildsensor einer herkömmlichen Digitalkamera dargestellt ist.

Der in 1 dargestellte Bildsensor weist eine Linseneinheit 10, welche ein einfallendes Bild empfängt, eine Bildsensoreinheit 20 mit einem Verschluss, welche ein Bild von der Linseneinheit 10 über den Verschluss fotografiert und in ein elektrisches Bildsignal wandelt, eine Bildsignalverarbeitungseinheit 30, welche aus dem Bildsignal von der Bildsensoreinheit 20 ein Bild wiederherstellt, und einen Mikrocontroller 40 auf, welcher die Helligkeit eines Bildsignals von der Bildsignalverarbeitungseinheit 30 berechnet und den Verschluss der Bildsensoreinheit 20 entsprechend dem Unterschied zwischen der berechneten Helligkeit und der Referenzheiligkeit steuert.

Der Vorgang zur Steuerung der Belichtung in dem Mikrocontroller 40 wird wie folgt beschrieben.

Der Mikrocontroller 40 berechnet die Helligkeit eines aktuellen Bildes für jedes Bild (S41), berechnet den Unterschied zwischen der berechneten Helligkeit und der Referenzheiligkeit (S42), berechnet einen Helligkeitsanpassungswert entsprechend dem Unterschied der Helligkeit (S43), erhält einen zukünftigen Anwendungswert durch Addieren des Anpassungswerts zu einem aktuellen Belichtungswandlungswert (S44), erhält einen ungefähren Mehrfachwert durch Annähern des zukünftigen Anwendungswerts an ein Mehrfaches der geringsten Belichtungszeit (S45), und steuert den Verschluss der Bildsensoreinheit 20 durch Verwenden des Mehrfachen (S46).

Jedoch ist im Fall des Verfahrens zur Steuerung der Belichtung bei der herkömmlichen Digitalkamera eine lange Zeit erforderlich, um eine geeignete Belichtung zu erhalten, wenn eine schnelle Änderung bei der Belichtung eines eingehenden Bildes während einer Berechnung zum Erhalten einer geeigneten Belichtung unter Verwendung ausschließlich eines Mikrocontrollers auftritt.

Des Weiteren ist bei dem Berechnungsvorgang basierend auf Informationen über die Helligkeit eines Bildsignals für die Berechnung eine lange Zeit erforderlich, da die Daten über Helligkeit sehr umfangreich sind.

Des Weiteren kann, wenn sich eine Belichtung schnell und häufig für kurze Zeit ändert, die Helligkeit nicht geeignet angepasst werden, wenn eine schnelle Belichtungsänderung auftritt, da der Mikrocontroller nicht in der Lage ist, eine schnelle Belichtungsänderung zu erkennen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung und ein Verfahren für einen Bildsensor zu schaffen, wobei die Vorrichtung die Belichtung so steuert, dass sie angemessen ist, indem eine durchschnittliche Helligkeit ohne einen Mikrocontroller verwendet wird und die Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung eines digitalen Filters geändert wird, wodurch aktiv an schnelle und häufige Änderungen von Bildern angepasst wird und mit hoher Geschwindigkeit verfahren wird.

Gemäß einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung vorgesehen, die in einem Bildsensormodul mit einer Linseneinheit, die ein einfallendes Bild empfängt, einer Bildsensoreinheit mit einem Verschluss, die das Bild von der Linseneinheit über den Verschluss fotografiert und das Bild in ein elektrisches Bildsignal wandelt, und einer Bildsignalverarbeitungseinheit, die aus dem Bildsignal von der Bildsensoreinheit ein Bild wiederherstellt, verwendet wird, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Helligkeitsberechner, welcher die durchschnittliche Helligkeit aus dem Bildsignal der Bildsignalverarbeitungseinheit extrahiert; einen Helligkeitsanpassungsbestimmer, welcher basierend auf einem Wert des Helligkeitsfehlers, der einem Fehler zwischen der durchschnittlichen Helligkeit von dem Helligkeitsberechner und einer Referenzhelligkeit entspricht, bestimmt, ob die Geschwindigkeit eines Verschlusses festgesetzt oder angepasst wird; eine Anpassungswegsteuerung, welche die Geschwindigkeit des anzupassenden Verschlusses direkt steuert, wenn der Wert des Helligkeitsfehlers in einem vorbestimmten minimalen Fehlerbereich liegt, und die Geschwindigkeit des zu filternden Verschlusses steuert, wenn der Wert des Helligkeitsfehlers außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt; einen digitalen Filter, welcher den Wert des Helligkeitsfehlers gemäß der Steuerung der Anpassungswegsteuerung filtert und einen gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers ausgibt; einen Verschlussgeschwindigkeitsanpasser, welcher einen aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung entweder des Werts des Helligkeitsfehlers von der Anpassungswegsteuerung oder des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers von dem digitalen Filter anpasst und einen Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit liefert; und eine Verschlussgeschwindigkeitssteuerung, welche die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit durch Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit anpasst.

Der Helligkeitsberechner kann die durchschnittliche Helligkeit des Bildes bei einer aktuellen Verschlussgeschwindigkeit für jedes Bild berechnen.

Der Helligkeitsanpassungsbestimmer kann die durchschnittliche Helligkeit in einen Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit unter Bezugnahme auf eine erste Tabelle zum Nachschlagen wandeln, in welcher zuvor jeder durchschnittlichen Helligkeit ein Indexwert zugeordnet wurde, kann einen Indexwert des Helligkeitsfehlers entsprechend einem Fehler zwischen einem Referenzindexwert der Helligkeit und dem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit erhalten, kann den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit als Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit bestimmen, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers gleich 0 ist, und kann den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit als anzupassend bestimmen, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers nicht 0 ist.

Die Anpassungswegsteuerung kann entsprechend der Steuerung des Helligkeitsanpassungsbestimmers einen aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit als anzupassend steuern, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers in einem vorbestimmten minimalen Fehlerbereich liegt, und sie kann den aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit als zu filternd steuern, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers außerhalb eines vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt.

Der digitale Filter kann den Indexwert des Helligkeitsfehlers filtern und kann einen gefilterten Indexwert des Helligkeitsfehlers entsprechend der Steuerung der Anpassungswegsteuerung ausgeben.

Der Verschlussgeschwindigkeitsanpasser kann den Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit entweder unter Verwendung des Indexwerts des Helligkeitsfehlers von der Anpassungswegsteuerung oder des gefilterten Indexwerts des Helligkeitsfehlers von dem digitalen Filter anpassen und kann den Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit bestimmen.

Die Verschlussgeschwindigkeitssteuerung kann den Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit in den Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit wandeln, indem auf eine zweite Tabelle zum Nachschlagen Bezug genommen wird, in welcher zuvor für jeden Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit der Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit zugeordnet wurde, und kann die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit unter Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit steuern.

Der vorbestimmte minimale Fehlerbereich kann als von –2 bis 2 bestimmt werden.

Der digitale Filter kann aufweisen: einen Multiplikator, welcher den Indexwert des Helligkeitsfehlers mit einem vorbestimmten Koeffizienten multipliziert; einen Ganzzahlwandler, welcher den Ausgabewert von dem Multiplikator in die nächste ganze Zahl wandelt und einen gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers ausgibt; ein erstes Register, in welchem ein erster Differenzwert gespeichert wird, der einem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers eines aktuellen Rahmens des Bildsignals zu einem um eins vorausgegangenen Rahmen und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers entspricht; ein zweites Register, in welchem ein zweiter Differenzwert gespeichert wird, der einem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers eines aktuellen Rahmens des Bildsignals zu einem um zwei vorausgegangenen Rahmen und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers entspricht; und einen Koeffizientenselektor, der aus vorbestimmten Filterkoeffizienten einen entsprechend dem Indexwert des Helligkeitsfehlers, dem ersten Differenzwert und dem zweiten Differenzwert wählt.

Gemäß einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Belichtung für ein Bildsensormodul mit einer Linseneinheit, die ein einfallendes Bild empfängt, einer Bildsensoreinheit mit einem Verschluss, die das Bild von der Linseneinheit fotografiert und das Bild in ein elektrisches Bildsignal wandelt, und einer Bildsignalverarbeitungseinheit, die aus dem Bildsignal von der Bildsensoreinheit ein Bild wiederherstellt, vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen der durchschnittlichen Helligkeit eines Bildes bei einer aktuellen Verschlussgeschwindigkeit für jeden Rahmen; Wandeln der durchschnittlichen Helligkeit in einen Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit durch Bezugnahme auf eine erste Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jeder durchschnittlichen Helligkeit ein Indexwert zugeordnet wurde; Erhalten eines Indexwerts des Helligkeitsfehlers entsprechend einem Fehler zwischen einem Referenzindexwert der Helligkeit, der einer vorbestimmten Referenzhelligkeit zugeordnet wurde, und dem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit; Bestimmen des aktuellen Werts der Verschlussgeschwindigkeit als Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers 0 ist; Bestimmen des Indexwerts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit durch Anpassen des aktuellen Indexwerts der Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung des Indexwerts des Helligkeitsfehlers, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers nicht 0 ist und in einem vorbestimmten minimalen Fehlerbereich liegt; Erhalten eines gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers durch Filtern des Indexwerts des Helligkeitsfehlers, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt; Bestimmen des Indexwerts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit, indem der aktuelle Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers von einem digitalen Filter angepasst wird; Wandeln des Indexwerts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit in den Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit durch Bezugnahme auf eine zweite Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jedem Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ein Wert der Verschlussgeschwindigkeit zugeordnet wurde; und Steuern der Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit durch Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich anhand der folgenden genauen Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:

1 ein Blockdiagramm ist, in welchem ein Bildsensor einer herkömmlichen Digitalkamera dargestellt ist;

2 ein Blockdiagramm ist, in welchem eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung eines Bildsensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;

3 ein Blockdiagramm ist, in welchem ein digitaler Filter gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;

4 ein Diagramm ist, in welchem Reaktionseigenschaften eines digitalen Filters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;

5 ein Diagramm ist, in welchem Reaktionseigenschaften eines digitalen Filters dargestellt sind und in welchem eine Ausgangswellenform bezogen auf einen Eingang in einer Treppenwellenform dargestellt ist;

6 ein Diagramm ist, in welchem eine Korrelation zwischen der durchschnittlichen Helligkeit und der Verschlussgeschwindigkeit dargestellt ist, um Arbeitsweisen der Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben;

7 ein Diagramm ist, in welchem ein Verfahren zur Berechnung der Helligkeitseigenschaften für jede Verschlussgeschwindigkeit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;

8 ein Ablaufdiagramm ist, in welchem ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Belichtung des Bildsensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist; und

9 ein Ablaufdiagramm ist, in welchem ein Filtervorgang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugsziffern verwendet, um gleiche Elemente, die tatsächlich eine identische Anordnung und Funktion aufweisen, zu kennzeichnen.

2 ist ein Blockdiagramm, in welchem eine Vorrichtung zur automatischen Belichtung eines Bildsensormoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

Unter Bezugnahme auf 2 weist das Bildsensormodul eine Linseneinheit 100, die ein einfallendes Bild empfängt, eine Bildsensoreinheit 200 mit einem Verschluss, welche ein Bild von der Linseneinheit 100 über den Verschluss fotografiert und das Bild in ein elektrisches Bildsignal wandelt, eine Bildsignalverarbeitungseinheit 300, welche aus dem Bildsignal von der Bildsensoreinheit 200 ein Bild erzeugt, und eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung 400 auf, die die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit 200 basierend auf der durchschnittlichen Helligkeit der Bildsignalverarbeitungseinheit 300 steuert.

Die Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung 400 weist einen Helligkeitsberechner 410, der die durchschnittliche Helligkeit aus dem Bildsignal der Bildsignalverarbeitungseinheit 300 extrahiert; einen Helligkeitsanpassungsbestimmer 420, der bestimmt, ob die Geschwindigkeit des Verschlusses basierend auf einem Wert des Helligkeitsfehlers, der einem Fehler zwischen der durchschnittlichen Helligkeit von dem Helligkeitsberechner 410 und einer Referenzhelligkeit entspricht, festgelegt oder angepasst wird; eine Anpassungswegsteuerung 430, welche direkt die Geschwindigkeit des Verschlusses als anzupassend steuert, wenn der Wert des Helligkeitsfehlers innerhalb eines vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt, und die Geschwindigkeit des Verschlusses als zu filternd steuert, wenn der Wert des Helligkeitsfehlers außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt; einen digitalen Filter 440, welcher den Wert des Helligkeitsfehlers entsprechend der Steuerung der Anpassungswegsteuerung 430 filtert und einen gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers ausgibt; einen Verschlussgeschwindigkeitsanpasser 450, welcher den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit entweder unter Verwendung des Wertes des Helligkeitsfehlers von der Anpassungswegsteuerung 430 oder des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers von dem digitalen Filter 440 anpasst und einen Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit liefert; und eine Verschlussgeschwindigkeitssteuerung 460 auf, welche die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit 200 unter Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit steuert.

Der Helligkeitsberechner 410 berechnet die durchschnittliche Helligkeit Yavr eines Bildes bei einer aktuellen Verschlussgeschwindigkeit Sc für jedes Bild und berechnet die durchschnittliche Helligkeit für jedes Bild.

Der Helligkeitsanpassungsbestimmer 420 wandelt die durchschnittliche Helligkeit Yavr in einem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit IYavr unter Bezugnahme auf eine erste Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jeder durchschnittlichen Helligkeit ein Indexwert zugeordnet wurde, erhält einen Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index entsprechend dem Fehler zwischen dem Indexwert der Referenzhelligkeit IYref und dem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit IYavr, bestimmt den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit Sc als Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit Sn, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index 0 ist, und bestimmt, dass der aktuelle Wert der Verschlussgeschwindigkeit Sc angepasst werden muss, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index nicht 0 ist.

Die Anpassungswegsteuerung 430 steuert den aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc als anzupassend, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index innerhalb eines vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt, und steuert den Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit als zu filternd, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt, entsprechend der Steuerung des Helligkeitsanpassungsbestimmers 420.

Der digitale Filter 440 filtert den Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index und gibt einen gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering entsprechend der Steuerung der Anpassungswegsteuerung 430 aus.

Der Verschlussgeschwindigkeitsanpasser 450 passt den Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc unter Verwendung entweder des Indexwerts des Helligkeitsfehlers Err-index von der Anpassungswegsteuerung 430 oder des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers Err-filtering von dem digitalen Filter 440 an und bestimmt einen Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISn.

Die Verschlussgeschwindigkeitssteuerung 460 wandelt den Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISn in den Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit Sn unter Bezugnahme auf eine zweite Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jedem Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ein Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit zugeordnet wurde, und steuert die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit 200 unter Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit.

3 ist ein Blockdiagramm, in welchem der digitale Filter 440 dargestellt ist.

Unter Bezugnahme auf 3 weist der digitale Filter 440 einen Multiplikator 441 zum Multiplizieren des Indexwerts des Helligkeitsfehlers Err-index mit einem vorbestimmten Koeffizienten; einen Ganzzahlwandler 442, welcher den Ausgabewert des Multiplikators 441 in die nächste ganze Zahl wandelt und einen gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering ausgibt; ein erstes Register 443, in welchem ein erster Differenzwert gespeichert ist, der einem Differenzwert DV1 zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index eines aktuellen Bilds des Bildsignals zu dem vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering entspricht; ein zweites Register 444, in welchem ein zweiter Differenzwert DV2 gespeichert ist, der dem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index des aktuellen Bilds des Bildsignals zu dem vorletzten vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering entspricht; und einen Koeffizientenselektor 445 auf, welcher einen Filterkoeffizienten aus vorbestimmten Filterkoeffizienten entsprechend dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index, dem ersten Differenzwert DV1 und dem zweiten Differenzwert DV2 auswählt.

Ein erster infiniter Impulsreaktionsfilter kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als digitaler Filter 440 verwendet werden.

4 ist ein Diagramm, in welchem die Reaktionseigenschaften des digitalen Filters 440 dargestellt sind.

Unter Bezugnahme auf 4 weist der digitale Filter 440 die Eigenschaft auf, auf unterschiedliche Koeffizienten zu reagieren. Entsprechende Reaktionskurven weisen eine unterschiedliche Zeitkonstante für das Erreichen eines stabilen Zustands auf. Wenn ein Koeffizient einer Kurve verwendet wird, welche eine stufenweise ansteigende Reaktion aufweist, wird die Zeitkonstante für das Erreichen eines stabilen Zustands groß, das heißt, es ist eine lange Zeit erforderlich, um eine geeignete Belichtung zu detektieren. Andererseits wird, wenn ein Koeffizient einer Kurve verwendet wird, welche eine steil ansteigende Reaktion aufweist, die Zeitkonstante klein, das heißt, die geeignete Belichtung kann in einer kurzen Zeit detektiert werden.

5 ist ein Diagramm, in welchem Reaktionseigenschaften des digitalen Filters 440 dargestellt sind, und in welchem eine Ausgabe-Wellenform bezogen auf den Eingang einer Treppenwellenform dargestellt ist.

Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Ausgabe-Wellenform des digitalen Filters 440 dargestellt, wenn eine Treppenwellenform eines Übergangs von "0" zu "1" in den digitalen Filter 440 eingegeben wird. In diesem Fall wird in 5 der Zustand nach dem Zeitpunkt, zu dem der digitale Filter 440 "1" ausgibt, als stabiler Zustand bezeichnet, und die Zeit zum Ausgeben von "0" bis "1" wird als Zeitkonstante bezeichnet.

6 ist ein Diagramm, in welchem eine Korrelation zwischen der durchschnittlichen Helligkeit und der Verschlussgeschwindigkeit dargestellt ist, um Arbeitsweisen der Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.

Unter Bezugnahme auf 6 zeigt die senkrechte Achse des Diagramms die durchschnittliche Helligkeit Yavr eines Bildes an und die waagerechte Achse des Diagramms zeigt die Verschlussgeschwindigkeit S an. Je geringer die Verschlussgeschwindigkeit S ist, umso höher ist die durchschnittliche Helligkeit Yavr. Je höher die Verschlussgeschwindigkeit S ist, umso niedriger ist die durchschnittliche Helligkeit Yavr.

7 ist ein Diagramm, in welchem ein Verfahren zur Berechnung von Helligkeitseigenschaften für jede Verschlussgeschwindigkeit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

Unter Bezugnahme auf 7 ist die gepunktete Linie ein Graph für die Helligkeitseigenschaft einer Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit 200 und die durchgezogene Linie ist ein Graph für die Helligkeitseigenschaft, die für eine automatische Steuerung der Belichtung erforderlich ist. Die Helligkeitseigenschaft, die als durchgezogene Linie dargestellt ist, wird unter Verwendung der Helligkeitseigenschaft, die als gepunktete Linie dargestellt ist, berechnet.

8 ist ein Ablaufdiagramm, in welchem ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Belichtung in dem Bildsensormodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

Unter Bezugnahme auf 8 wird in Schritt S100 die durchschnittliche Helligkeit Yavr eines Bildes bei einer aktuellen Verschlussgeschwindigkeit Sc für jedes Bild berechnet. In Schritt S200 wird die durchschnittliche Helligkeit Yavr in einen Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit IYavr unter Bezugnahme auf eine erste Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jeder durchschnittlichen Helligkeit ein Indexwert zugeordnet wurde, gewandelt. In Schritt S300 wird der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index, der einem Fehler zwischen einem Indexwert der Referenzhelligkeit IYref, der einer vorbestimmten Referenzhelligkeit Yref zugeordnet wurde, und dem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit IYavr entspricht, erhalten. In Schritt S400 wird der aktuelle Wert der Verschlussgeschwindigkeit Sc als Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit Sn bestimmt, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index 0 ist. In Schritt S500 wird ein Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISsc bestimmt, indem der aktuelle Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc unter Verwendung des Indexwerts des Helligkeitsfehlers Err-index angepasst wird, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index nicht 0 ist und in einem vorbestimmten minimalen Fehlerbereich liegt. In Schritt S600 wird der gefilterte Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering erhalten, indem der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index gefiltert wird, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt. In Schritt S700 wird der Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISsc bestimmt, indem der aktuelle Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc unter Verwendung des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers Err-filtering von dem digitalen Filter 440 angepasst wird. In Schritt S800 wird der Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISf in den Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit Sn unter Bezugnahme auf eine zweite Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jedem Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISsc ein Wert der Verschlussgeschwindigkeit Sn zugeordnet wurde, gewandelt. In Schritt S900 wird die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit 200 unter Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit Sn gesteuert.

9 ist ein Ablaufdiagramm, in welchem ein Filtervorgang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

Unter Bezugnahme auf 9 wird in Schritt S610 ein erster Differenzwert DV1, der einem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index des aktuellen Bilds des Bildsignals zu dem vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering entspricht, gespeichert. In Schritt S620 wird ein zweiter Differenzwert DV2, der einem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index des aktuellen Bilds des Bildsignals zu dem vorletzten vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering entspricht, gespeichert. In Schritt S630 wird ein Koeffizient aus vorbestimmten Filterkoeffizienten entsprechend dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index, dem ersten Differenzwert DV1 und dem zweiten Differenzwert DV2 ausgewählt. In Schritt S640 wird der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index mit dem Koeffizienten multipliziert, und ein durch das Multiplizieren erhaltener Wert wird ausgegeben. In Schritt S650 wird der ausgegebene Wert in die nächste ganze Zahl gewandelt, und der gefilterte Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering wird ausgegeben.

Nachstehend werden die Betriebsweise und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Unter Bezugnahme auf 2 bis 9 werden die Vorrichtung und das Verfahren zur automatischen Belichtung für ein Bildsensormodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Unter Bezugnahme auf 2 wird die Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für ein Bildsensormodul verwendet. Ein Bild fällt auf die Bildsensoreinheit 200 über die Linseneinheit 100 des Bildsensormoduls ein. In diesem Fall weist die Bildsensoreinheit 200 einen Verschluss auf, fotografiert das Bild von der Linseneinheit 100, wandelt das Bild in ein elektrisches Bildsignal und gibt das Bildsignal an die Bildsignalverarbeitungseinheit 300 aus. Die Bildsignalverarbeitungseinheit 300 stellt aus dem Bildsignal von der Bildsensoreinheit 200 wieder ein Bild her.

Bei dem beschriebenen Bildverarbeitungsvorgang wird die Helligkeit des Bildes überwacht und die Geschwindigkeit des Verschlusses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung automatisch gesteuert.

Unter Bezugnahme auf 2 extrahiert der Helligkeitsberechner 410 die durchschnittliche Helligkeit aus dem Bildsignal von der Bildsignalverarbeitungseinheit 300 und gibt die durchschnittliche Helligkeit an den Helligkeitsanpassungsbestimmer 420 aus.

Zum Beispiel kann der Helligkeitsberechner 410 die durchschnittliche Helligkeit Yavr des Bildes bei einer aktuellen Verschlussgeschwindigkeit Sc für jedes Bild berechnen und gibt die durchschnittliche Helligkeit Yavr für jedes Bild an den Helligkeitsanpassungsbestimmer 420 (entspricht S100 aus 8) aus.

Der Helligkeitsanpassungsbestimmer 420 bestimmt basierend auf dem Wert des Helligkeitsfehlers, der dem Fehler zwischen der durchschnittlichen Helligkeit von dem Helligkeitsberechner 410 und einer Referenzhelligkeit entspricht, ob die Geschwindigkeit eines Belichtungssteuerungsverschlusses festgelegt oder angepasst wird, steuert die Verschlussgeschwindigkeitssteuerung 460, um die Geschwindigkeit des Verschlusses festzulegen oder anzupassen, und liefert den Wert des Helligkeitsfehlers an die Anpassungswegsteuerung 430.

Beispielsweise wandelt der Helligkeitsanpassungsbestimmer 420 die durchschnittliche Helligkeit Yavr unter Bezugnahme auf eine erste Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jeder durchschnittlichen Helligkeit ein Indexwert zugeordnet wurde, in einen Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit IYavr (entspricht S200 aus 8), erhält den Indexwert eines Helligkeitsfehlers Err-index, der dem Fehler zwischen einem Indexwert der Referenzhelligkeit IYref, der einer vorbestimmten Referenzhelligkeit Yref zugeordnet wurde, und dem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit IYavr (entspricht S300 aus 8) entspricht, bestimmt, ob der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index "0" ist (entspricht S410 aus 8), bestimmt einen aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit Sc als Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit Sn, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index "0" ist (entspricht S420 aus 8), und steuert den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit Sc als anzupassend, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index nicht "0" ist.

Die Anpassungswegsteuerung 430 steuert die Verschlussgeschwindigkeit als direkt anzupassend, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers innerhalb eines vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt, und steuert den digitalen Filter 440 so, dass die Verschlussgeschwindigkeit gefiltert wird, wenn der Wert des Helligkeitsfehlers außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt.

Zum Beispiel steuert die Anpassungswegsteuerung 430 entsprechend der Steuerung des Helligkeitsanpassungsbestimmers 420 den aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc als direkt anzupassend, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index in dem vorbestimmten minimalen Fehlerbereich liegt, und steuert den aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc als zu filternd, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt.

Der vorbestimmte minimale Fehlerbereich ist ein Bereich, um zu bestimmen, ob ein Helligkeitsfehler gering ist, und kann unterschiedlich eingerichtet werden, abhängig von einer Anwendungsumgebung eines Systems, in welchem das Bildsensormodul angewendet wird. Zum Beispiel kann der vorbestimmte minimale Fehlerbereich als von –2 bis 2 eingerichtet werden (entspricht S510 aus 8) Der digitale Filter 440 filtert den Wert des Helligkeitsfehlers entsprechend der Steuerung der Anpassungswegsteuerung 430 und gibt den gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers an den Verschlussgeschwindigkeitsanpasser 450 aus.

Zum Beispiel filtert der digitale Filter 440 den Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index entsprechend der Steuerung der Anpassungswegsteuerung 430 und gibt einen gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering aus (entspricht S600 aus 8).

Der Verschlussgeschwindigkeitsanpasser 450 passt den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit unter Verwendung entweder des Werts des Helligkeitsfehlers von der Anpassungswegsteuerung 430 oder des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers von dem digitalen Filter 440 an und liefert einen Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit an die Verschlussgeschwindigkeitssteuerung 460.

Genauer passt der Verschlussgeschwindigkeitsanpasser 450 den aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc unter Verwendung des Indexwerts des Helligkeitsfehlers Err-index von der Anpassungswegsteuerung 430 an, wenn die Anpassungswegsteuerung 430 direkt anpasst (entspricht S520 aus 8). Andererseits passt der Verschlussgeschwindigkeitsanpasser 450 den aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc unter Verwendung des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers Err-filtering von dem digitalen Filter 440 an, wenn die Anpassungswegsteuerung 430 die Anpassung durch Filtern steuert (entspricht S700 aus 8). Mittels des beschriebenen Anpassungsvorgangs bestimmt der Verschlussgeschwindigkeitsanpasser 450 einen Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISn.

Zum Beispiel kann der Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISn durch Addieren des Indexwerts des Helligkeitsfehlers Err-index zu dem aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc erhalten werden. Ebenso kann der Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISn durch Addieren des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers Err-filtering zu dem aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc erhalten werden.

Die Verschlussgeschwindigkeitssteuerung 460 steuert die Geschwindigkeit des in der Bildsensoreinheit 200 enthaltenen Verschlusses unter Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit.

Zum Beispiel steuert die Verschlussgeschwindigkeitssteuerung 460 die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit 200 durch eine vorherige Verschlussgeschwindigkeit, wenn der Helligkeitsanpassungsbestimmer 420 die Verschlussgeschwindigkeit als festzusetzend steuert. Andererseits wird, wenn der Helligkeitsanpassungsbestimmer 420 die Verschlussgeschwindigkeit als anzupassend steuert, der Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ISn in die Steuerungsverschlussgeschwindigkeit Sn unter Bezugnahme auf eine zweite Tabelle zum Nachschlagen, in welcher jedem Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ein Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit zugeordnet ist, gewandelt und die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit 200 unter Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit Sn gesteuert (entspricht S900 aus 8).

Unter Bezugnahme auf 3 und 9 werden die Arbeitsweisen des digitalen Filters 440 genauer beschrieben.

Unter Bezugnahme auf 3 und 9 haben das erste Register 443 und das zweite Register 440 einen Anfangswert "0", wenn eine Versorgungsspannung angelegt wird. Das erste Register 443 des digitalen Filters 440 speichert einen ersten Differenzwert DV1, der einem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index eines aktuellen Bilds des Bildsignals zu einem um eins vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering entspricht (entspricht S610 aus 9). Das zweite Register 444 speichert einen zweiten Differenzwert DV2, der einem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index eines aktuellen Bilds des Bildsignals zu einem um zwei vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering entspricht (entspricht S620 aus 9).

Der Koeffizientenselektor 445 des digitalen Filters 440 wählt einen aus vorbestimmten Filterkoeffizienten entsprechend dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index, dem ersten Differenzwert DV1 und dem zweiten Differenzwert DV2 (entspricht S630 aus 9).

Der Multiplikator 441 des digitalen Filters 440 multipliziert den vorbestimmten Koeffizienten mit dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index und gibt einen Ausgabewert, der durch Multiplizieren erhalten wurde, an den Ganzzahlwandler 442 aus (entspricht S640 aus 9). Der Ganzzahlwandler 442 wandelt den Ausgabewert von dem Multiplikator 441 in die nächste ganze Zahl und gibt den gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers Err-filtering aus (entspricht S650 aus 9).

Nachstehend wird der Koeffizientenselektor 445 genauer beschrieben.

Der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index wird als Wert definiert, der durch Subtrahieren des Indexwerts der Referenzhelligkeit IYref von dem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit IYavr erhalten wird. Der erste Differenzwert DV1 ist definiert als Wert, der durch Subtrahieren des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers Err-filtering, der einer Ausgabe des digitalen Filters 440 entspricht, von dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index, der einer Eingabe des digitalen Filters 440 entspricht, im Hinblick auf das dem aktuellen Bild um eins vorausgegangenen Bild erhalten wird. Der zweite Differenzwert DV2 ist definiert als Wert, der durch Subtrahieren des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers Err-filtering, der einer Ausgabe des digitalen Filters 440 entspricht, von dem Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index, der einer Eingabe des digitalen Filters 440 entspricht, im Hinblick auf das dem aktuellen Bild um zwei vorausgegangenen Bild erhalten wird.

Wenn die Vorzeichen des Indexwerts des Helligkeitsfehlers Err-index, des ersten Differenzwerts DV1 und des zweiten Differenzwerts DV2 zueinander identisch sind, kann aus den vorbestimmten Koeffizienten der größte ausgewählt werden. Wenn nur die Vorzeichen des Indexwerts des Helligkeitsfehlers Err-index und des ersten Differenzwerts DV1 zueinander identisch sind, kann aus den vorbestimmten Koeffizienten ein mittlerer ausgewählt werden. Ist das Vorzeichen des Indexwerts des Helligkeitsfehlers Err-index unterschiedlich zu dem Vorzeichen des ersten Differenzwerts DV1, kann aus den vorbestimmten Koeffizienten der kleinste ausgewählt werden.

Durch den oben beschriebenen Vorgang wird der Eingang des digitalen Filters 440 ausgegeben, nachdem er mit dem ausgewählten Koeffizienten multipliziert und in eine ganze Zahl gewandelt wurde. Sobald ein Bild beendet ist, wird der Differenzwert zwischen dem Eingang und dem Ausgang des digitalen Filters 440 in dem ersten Register 443 gespeichert. Zur gleichen Zeit wird ein Wert aus dem ersten Register 443 in dem zweiten Register 444 gespeichert. Der digitale Filter 440 führt den oben beschriebenen Schritt immer wieder aus.

Des Weiteren können mehrere Koeffizienten des digitalen Filters 440 vorliegen, die mit den Eigenschaften eines Bildsensormoduls, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, variieren.

Unter Bezugnahme auf 4 haben die in 4 dargestellten Reaktionskurven unterschiedliche Zeitkonstanten, bei denen der digitale Filter einen anderen stabilen Zustand erreicht. Unter Bezugnahme auf 4 wird die Zeitkonstante groß, wenn ein Koeffizient mit einer stufenweise ansteigenden Reaktion verwendet wird. Das heißt, es ist eine lange Zeit erforderlich, um eine geeignete Belichtung zu detektieren. Des Weiteren wird die Zeitkonstante klein, wenn ein Koeffizient mit einer steil steigenden Reaktion verwendet wird. Dementsprechend wird die geeignete Belichtung in einer kurzen Zeit detektiert.

Wenn sich beispielsweise die Helligkeit schnell ändert, wie dies der Fall ist, wenn in einem dunklen Raum ein Licht eingeschaltet wird, kann die Verschlussgeschwindigkeit aktiv unter Verwendung des digitalen Filters 440 mit dem Koeffizienten der schnell steigenden Reaktion verändert werden. Des Weiteren ist der von dem digitalen Filter 440 verwendete Koeffizient kein festgelegter Wert und kann entsprechend den Eigenschaften eines Bildsensormoduls, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet wird, angepasst werden, wodurch eine hohe Flexibilität vorgesehen wird.

Andererseits kann wie oben beschrieben die Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verschlussgeschwindigkeit aktiv unter Verwendung eines digitalen Filters, der Reaktionskurven unterschiedlicher Zeitkonstanten, wie in 4 dargestellt, aufweist, verarbeiten, wenn die Verschlussgeschwindigkeit weitgehend angepasst wird, um eine geeignete Belichtung zu erhalten.

Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Ausgabe-Wellenform des digitalen Filters dargestellt, wenn eine Treppenwellenform in Übergang von "0" zu "1" in den digitalen Filter 440 eingegeben wird. In diesem Fall ist in 5 ein Zustand nach einem Zeitpunkt, wenn der digitale Filter 440 "1" ausgibt, als stabiler Zustand bezeichnet, und eine Zeit zum Ausgeben von "0" zu "1" als Zeitkonstante bezeichnet.

Wie oben beschrieben, werden die Schritte der Vorrichtung zur automatischen Belichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.

Unter Bezugnahme auf 6 ist die durchschnittliche Helligkeit Yavr umso höher, je niedriger die Verschlussgeschwindigkeit S ist. Je höher die Verschlussgeschwindigkeit S ist, umso niedriger ist die durchschnittliche Helligkeit Yavr. In diesem Fall weist die Referenzhelligkeit Yref einen mittleren Wert zugeordneter Helligkeitswerte auf.

Andererseits wird in Tabelle 1 der Verschlussgeschwindigkeit und der durchschnittlichen Helligkeit gemäß den Eigenschaften des Bildsensormoduls, auf welches die Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, ein sequenzieller Wert zugeordnet. In Tabelle 1 wird ein Wert, der dem Indexwert der Referenzhelligkeit IYref zugeordnet ist, "5", welches der mittlere Wert ist. Tabelle 1 Verschlussgeschwindigkeit Sc (s) Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc Durchschnittliche Helligkeit Yavr Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit IYavr 1 0 228 10 1/2 1 222 9 1/4 2 210 8 1/8 3 191 7 1/15 4 162 6 1/30 5 126 5 1/60 6 89 4 1/125 7 60 3 1/250 8 40 2 1/500 9 29 1 1/1000 10 23 0

Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 ist zum Beispiel der Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit "7", wenn die durchschnittliche Helligkeit Yavr "191" ist. In diesem Fall wird, da der Wert, der dem Indexwert der Referenzhelligkeit IYref zugeordnet ist, "5" beträgt, welches der mittlere Wert ist, der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index "2 (7-5)", der Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit wird "5", indem "2", welches der Indexwert des Helligkeitsfehlers Err-index ist, zu "3", welches der aktuelle Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ist, addiert wird, und die Verschlussgeschwindigkeit entspricht "1/30".

Das heißt, dass die Verschlussgeschwindigkeit von "1/8", entsprechend "3", welches der aktuelle Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit ISc zu "1/30" ist, angepasst wird, wodurch die Verschlussgeschwindigkeit schneller gesteuert wird, da die vorherige Helligkeit zu hoch ist.

Wie oben beschrieben, wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Belichtung eines auf das Bildsensormodul einfallenden Bildes entsprechend der Verschlussgeschwindigkeit bestimmt. Da eine durchschnittliche Helligkeit des eingegangenen Bildes niedriger wird, wenn die Verschlussgeschwindigkeit höher wird, und die durchschnittliche Helligkeit des eingegangenen Bildes höher wird, wenn die Verschlussgeschwindigkeit niedriger wird, besteht eine bestimmte Form, wenn dies in einem Diagramm dargestellt wird.

Demgemäß wird, wenn eine durchschnittliche Helligkeit bei einer aktuellen Verschlussgeschwindigkeit erhalten wurde, eine neue Verschlussgeschwindigkeit durch Vergleichen der aktuellen Verschlussgeschwindigkeit mit einer Verschlussgeschwindigkeit bei einer Referenzhelligkeit erhalten, die neue Verschlussgeschwindigkeit wird in dem digitalen Filter 440 eingegeben und der Ausgabewert wird stufenweise zu der neuen Verschlussgeschwindigkeit geändert, wodurch ein natürliches Ausgabebild erhalten wird.

Somit wird die Steuerung wie oben beschrieben basierend auf einem Helligkeitsfehler zwischen einem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit, welcher eine Helligkeit eines aktuellen Bildes angibt, und einem Indexwert der Referenzhelligkeit durchgeführt. Als Ergebnis der Steuerung folgt eine aktuelle durchschnittliche Helligkeit der Referenzhelligkeit.

Unter Bezugnahme auf 7 ist eine gepunktete Linie ein Graph der Helligkeitseigenschaften der Verschlussgeschwindigkeit eines Bildsensormoduls, und eine durchgezogene Linie ist ein Graph der Helligkeitseigenschaft, die für eine automatische Steuerung der Belichtung erforderlich ist. Die als durchgezogene Linie dargestellte Helligkeitseigenschaft wird unter Verwendung der als gepunktete Linie dargestellten Helligkeitseigenschaft berechnet. Ein Gradient einer geraden Linie, die einem Abschnitt entspricht, der lineare Eigenschaften darstellt, wird basierend auf dem Wert der Referenzhelligkeit Yref erhalten und ein Gradient einer geraden Linie, die einem Abschnitt entspricht, der mit dem Wert der maximalen Helligkeit Ymax und dem Wert der minimalen Helligkeit ymin gesättigt ist, wird erhalten. In diesem Fall wird der Graph einer Helligkeitseigenschaft bezogen auf eine Verschlussgeschwindigkeit, die zur automatischen Steuerung der Belichtung verwendet wird, berechnet, der durch die durchgezogene Linie in 7 dargestellte Graph.

Wie oben beschrieben, steuert gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu automatischen Steuerung der Belichtung für einen Bildsensor, die in einem Kameramodul verwendet wird, die Belichtung derart, dass sie angemessen ist, durch Verwendung einer durchschnittlichen Helligkeit ohne Mikrocontroller, und ändert die Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung eines digitalen Filters, wodurch aktiv an schnelle und häufige Helligkeitsänderungen von Bildern angepasst wird und mit einer hohen Geschwindigkeit agiert wird.

Des Weiteren wird die Berechnung mit hoher Geschwindigkeit durch Wandeln eines Werts einer durchschnittlichen Helligkeit in einen Indexwert durchgeführt, wodurch ein Signal in Echtzeit verarbeitet wird, wodurch eine aktive Anpassung an Helligkeitsänderungen eines Bildes vorgesehen wird.

Weiterhin wird eine angemessene Belichtung in kurzer Zeit detektiert, wodurch schnell und häufig geänderte Helligkeit aktiv angepasst wird, und es wird kein Mikrocontroller verwendet, wodurch die Größe des Bildsensormoduls, das als anwendungsspezifische integrierte Schaltung hergestellt wurde, deutlich verringert wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben und dargestellt wurde, wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert abzuweichen.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Belichtung, die in einem Bildsensormodul mit einer Linseneinheit, die ein einfallendes Bild empfängt, einer Bildsensoreinheit mit einem Verschluss, die das Bild von der Linseneinheit über den Verschluss fotografiert und das Bild in ein elektrisches Bildsignal wandelt, und einer Bildsignalverarbeitungseinheit, die aus dem Bildsignal von der Bildsensoreinheit ein Bild wiederherstellt, verwendet wird, wobei die Vorrichtung aufweist:

einen Helligkeitsberechner, welcher die durchschnittliche Helligkeit aus dem Bildsignal der Bildsignalverarbeitungseinheit extrahiert;

einen Helligkeitsanpassungsbestimmer, welcher basierend auf einem Wert des Helligkeitsfehlers, der dem Fehler zwischen der durchschnittlichen Helligkeit des Helligkeitsberechners und einer Referenzhelligkeit entspricht, bestimmt, ob die Geschwindigkeit eines Verschlusses festgesetzt oder angepasst wird;

eine Anpassungswegsteuerung, welche die Geschwindigkeit des anzupassenden Verschlusses direkt steuert, wenn der Wert des Helligkeitsfehlers in einem vorbestimmten minimalen Fehlerbereich liegt, und die Geschwindigkeit des zu filternden Verschlusses steuert, wenn der Wert des Helligkeitsfehlers außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt;

einen digitalen Filter, welcher den Wert des Helligkeitsfehlers gemäß der Steuerung der Anpassungswegsteuerung filtert und den gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers ausgibt;

einen Verschlussgeschwindigkeitsanpasser, welcher den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung entweder des Werts des Helligkeitsfehlers von der Anpassungswegsteuerung oder des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers von dem digitalen Filter anpasst; und

eine Verschlussgeschwindigkeitssteuerung, welche die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit durch Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit anpasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitsberechner die durchschnittliche Helligkeit des Bildes bei einer aktuellen Verschlussgeschwindigkeit für jedes Bild berechnet. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitsanpassungsbestimmer die durchschnittliche Helligkeit in einen Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit unter Bezugnahme auf eine erste Tabelle zum Nachschlagen wandelt, in welcher zuvor jeder durchschnittlichen Helligkeit ein Indexwert zugeordnet wurde, einen Indexwert des Helligkeitsfehlers entsprechend einem Fehler zwischen einem Referenzindexwert der Helligkeit und dem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit erhält, den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit als Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit bestimmt, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers gleich 0 ist, und den aktuellen Wert der Verschlussgeschwindigkeit als anzupassend bestimmt, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers nicht 0 ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungswegsteuerung entsprechend der Steuerung des Helligkeitsanpassungsbestimmers den aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit als anzupassend steuert, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers in einem vorbestimmten minimalen Fehlerbereich liegt, und den aktuellen Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit als zu filternd steuert, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers außerhalb eines vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Filter den Indexwert des Helligkeitsfehlers filtert und einen gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers entsprechend der Steuerung der Anpassungswegsteuerung ausgibt. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussgeschwindigkeitsanpasser den Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit entweder unter Verwendung des Indexwerts des Helligkeitsfehlers von der Anpassungswegsteuerung oder des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers von dem digitalen Filter anpasst und einen Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit bestimmt. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussgeschwindigkeitssteuerung den Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit in den Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit wandelt, indem auf eine zweite Tabelle zum Nachschlagen Bezug genommen wird, in welcher zuvor für jeden Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit der Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit zugeordnet wurde, und die Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit unter Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit steuert. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte minimale Fehlerbereich als von –2 bis 2 bestimmt wird. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Filter aufweist:

einen Multiplikator, welcher den Indexwert des Helligkeitsfehlers mit einem vorbestimmten Koeffizienten multipliziert;

einen Ganzzahlwandler, welcher den Ausgabewert des Multiplikators in die nächste ganze Zahl wandelt und einen gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers ausgibt;

ein erstes Register, in welchem ein erster Differenzwert gespeichert wird, der dem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers des aktuellen Bilds des Bildsignals zu dem vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers entspricht;

ein zweites Register, in welchem ein zweiter Differenzwert gespeichert wird, der dem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers des aktuellen Rahmens des Bildsignals zu dem vorletzten Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers entspricht; und

einen Koeffizientenselektor, der einen Filterkoeffizienten aus vorbestimmten Filterkoeffizienten entsprechend dem Indexwert des Helligkeitsfehlers, dem ersten Differenzwert und dem zweiten Differenzwert wählt.
Verfahren zur automatischen Steuerung der Belichtung für ein Bildsensormodul mit einer Linseneinheit, die ein einfallendes Bild empfängt, einer Bildsensoreinheit mit einem Verschluss, die das Bild von der Linseneinheit fotografiert und das Bild in ein elektrisches Bildsignal wandelt, und einer Bildsignalverarbeitungseinheit, die aus dem Bildsignal von der Bildsensoreinheit ein Bild wiederherstellt, wobei das Verfahren umfasst:

Berechnen einer durchschnittlichen Helligkeit eines Bildes bei der aktuellen Verschlussgeschwindigkeit für jedes Bild;

Wandeln der durchschnittlichen Helligkeit in einen Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit durch Bezugnahme auf eine erste Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jeder durchschnittlichen Helligkeit ein Indexwert zugeordnet wurde;

Erhalten eines Indexwerts des Helligkeitsfehlers entsprechend dem Fehler zwischen einem Referenzindexwert der Helligkeit, der einer vorbestimmten Referenzhelligkeit zugeordnet wurde, und dem Indexwert der durchschnittlichen Helligkeit;

Bestimmen des aktuellen Werts der Verschlussgeschwindigkeit als Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers 0 ist;

Bestimmen des Indexwerts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit durch Anpassen des aktuellen Indexwerts der Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung des Indexwerts des Helligkeitsfehlers, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers nicht 0 ist und in einem vorbestimmten minimalen Fehlerbereich liegt;

Erhalten eines gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers durch Filtern des Indexwerts des Helligkeitsfehlers, wenn der Indexwert des Helligkeitsfehlers außerhalb des vorbestimmten minimalen Fehlerbereichs liegt;

Bestimmen des Indexwerts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit, indem der aktuelle Indexwert der Verschlussgeschwindigkeit durch Verwendung des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers von einem digitalen Filter angepasst wird;

Wandeln des Indexwerts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit in den Wert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit durch Bezugnahme auf eine zweite Tabelle zum Nachschlagen, in welcher zuvor jedem Indexwert zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit ein Wert der Verschlussgeschwindigkeit zugeordnet wurde; und

Steuern der Geschwindigkeit des Verschlusses der Bildsensoreinheit durch Verwendung des Werts zur Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte minimale Fehlerbereich als von –2 bis 2 bestimmt wird. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Erhalten eines gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers umfasst:

Speichern eines ersten Differenzwerts, der dem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers des aktuellen Bilds des Bildsignals zu dem vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers entspricht;

Speichern eines zweiten Differenzwerts, der dem Differenzwert zwischen dem Indexwert des Helligkeitsfehlers des aktuellen Bilds des Bildsignals zu dem vorletzten vorausgegangenen Bild und dem gefilterten Wert des Helligkeitsfehlers entspricht;

Wählen eines Koeffizienten aus vorbestimmten Filterkoeffizienten entsprechend dem Indexwert des Helligkeitsfehlers, dem ersten Differenzwert und dem zweiten Differenzwert;

Multiplizieren des Indexwerts des Helligkeitsfehlers mit dem Koeffizienten und Ausgeben des Werts, der durch das Multiplizieren erhalten wurde; und

Wandeln des Ausgabewerts in die nächste ganze Zahl und Ausgeben des gefilterten Werts des Helligkeitsfehlers.






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