技术领域
[0001] 本
发明涉及照相机。更具体地说，本发明涉及具有在照相机操作期间减少反射光的偏振滤光片的照相机。
背景技术
[0002] 反射光效应对于专业和初学的摄影师等来说一直是共同问题。来自要被拍摄的场景中的各种物体的光不仅包括具有该物体的
颜色的光，而且包括可能从该物体镜反射的光。虽然来自物体的镜反射(也称为光泽)会增加物体的视觉吸引
力，例如
汽车的磨光，但是物体的镜反射也会通过减小该物体的颜色的表观
饱和度、表观深度或表观强度来减小视觉冲击。
[0003] 来自物体的表面的镜反射的光会变得至少部分偏振，这是公知的；即反射光的
电场向量趋于定向在特定方向上。如果反射光是偏振的，可以通过将偏振滤光片放置在照相介质和要被拍摄的主题之间来消除它。偏振滤光片通常是线偏振的或圆偏振的。
[0004] 当光在特定方向上行进时，它具有电场向量和
磁场向量。这些场向量彼此垂直并且与传播方向垂直。非偏振的光对于电场向量没有优选的朝向，即其电场向量虽然垂直于传播方向，但是可以处于围绕传播方向的任何方位
角。当光具有带固定朝向或固定方位角的电场向量时，该光被定义为是线偏振。线偏振本质上通常发生在当光从平坦表面被反射时。线偏振滤光片仅允许具有以某种方式定向并且平行于滤光片的偏振轴的电场向量的光通过。入射在偏振滤光片上的光通过该滤光片的量取决于光的电场向量和滤光片的偏振轴之间的角度。为了偏振滤光片抑制由表面反射而偏振的光，偏振滤光片必须被定向为使得其偏振轴垂直于反射光的电场向量。从而，线性滤光片可以阻挡多达60％的光到达
薄膜。
[0005] 圆偏振的概念类似于线偏振。圆偏振是彼此
相位差90度的两个垂直线性波的组合。因此，圆偏振滤光片只不过是添加了四分之一
波长的板的线偏振器，该四分之一波长的板将通过偏振滤光片的光的线偏振转化为圆偏振。圆偏振器能够阻挡在一个方向上旋转的所有
光子而同时允许那些在另一个方向上行进的光子通过。
[0006] 偏振滤光片有用于减少炫光并且借此产生更多的颜色对比，这是公知的，但是只有当偏振滤光片针对正在被拍摄的场景被旋转到正确的朝向时才如此。出于这个原因，偏振滤光片被拧到照相机透镜的前面，使得摄影师可以将滤光片旋转到期望的角度。由于滤光片期望的旋转角度可以因场景到场景而变化，因此摄影师必须在调整滤光片旋转的同时通过照相机
取景器观察滤光片的效果。当通过数字照相机的显示器或
电子取景器观看场景时，难以识别滤光片的优选旋转，因为电子显示器中的图像
质量可能不足以显示效果，并且显示器可能自动“纠正”显示器中的颜色。
[0007] 虽然偏振滤光片有用于从照片中减少不希望的反射或炫光，但是有其他时候期望在不使用偏振滤光片的情况下拍摄场景。一种这样的情况是当反射增加场景的视觉吸引力时。另一种情况是在低光条件下。由于偏振滤光片会阻挡60％的光，因此它们会将所需的曝光时间增加到不可接受的程度。
发明内容
[0008] 本发明涉及照相机和其他图像捕获装置。更具体地说，本发明涉及具有偏振滤光片的照相机，所述偏振滤光片在照相机的操作期间减少反射光。
[0009] 在本发明的一个
实施例中，考虑了一种具有偏振滤光片的照相机，所述偏振滤光片在照相机内部、位于透镜和电子图像
传感器之间。
[0010] 本发明的另一个实施例涉及一种用于识别偏振滤光片的优选旋转角度以改进照片中颜色
对比度的方法，包括以下步骤：旋转偏振滤光片，根据偏振滤光片旋转监控来自电子图像传感器输出的颜色饱和度，以及识别偏振滤光片具有最大颜色饱和度的旋转角度。
[0011] 本发明的又一实施例考虑了一种用于识别偏振滤光片的优选旋转角度以改进照片中颜色对比度的方法，包括以下步骤：使光穿过偏振滤光片，该偏振滤光片具有旋转角度；响应于检测到光已经穿过处于旋转角度的偏振滤光片而生成
像素；感测偏振滤光片的旋转角度；从与偏振滤光片的所感测到的旋转角度关联的像素值计算反射抑制度量值，该反射抑制度量值敏感于由偏振滤光片的反射抑制；比较与偏振滤光片的多个所感测到的旋转角度关联的反射抑制度量值；基于多个反射抑制度量值的比较确定偏振滤光片的优选旋转角度。
[0012] 本发明的又一实施例涉及一种用于识别偏振滤光片的优选旋转角度以改进照片中颜色对比度的方法，包括以下步骤：旋转偏振滤光片，根据偏振滤光片旋转的函数监控来自电子图像传感器输出的
亮度，以及识别具有最小亮度的偏振滤光片的旋转角度。
[0013] 本发明的又一实施例涉及可替换透镜单元，其被配置为可拆卸地连接到照相机
外壳。可替换的透镜单元包括但不限于：透镜、偏振滤光片、用于旋转偏振滤光片的
致动器、用于测量偏振滤光片的旋转角度的旋转角度传感器。
[0014] 本发明的又一实施例涉及一种用于产生合成图像的方法。一个图像是在偏振滤光片被旋转到第一角度的情况下捕获的，该第一角度具有第一确定的反射抑制度量值。另一个图像是在偏振滤光片被旋转到不同的第二角度的情况下捕获的，该第二角度具有第二确定的反射抑制度量值。接着，使用第一和第二捕获的图像产生合成图像。仅作为示例，第一角度是具有最大反射抑制的角度，第二角度是等于第一角度加上90度的角度。
[0015] 在阅读下面的优选实施例的详细描述、
附图和随附的
权利要求之后，将更清楚地明白和理解本发明的这些方面、目的、特征和优点以及其他方面、其他目的、其他特征和其他优点。
[0016] 有利效果
[0017] 本发明包括确定偏振滤光片的优选旋转角度的优点，这改进了图像中的颜色对比度。偏振滤光片可以被布置为过滤要到图像传感器的光，或者偏振滤光片可以被布置为使所有光能够到图像传感器。例如，在低光
水平场景中，滤光片可以被布置为使得所有光到达图像传感器。
附图说明
[0018] 参照附图更好地理解本发明的实施例。附图的元件不必相对彼此按比例画出。
[0019] 图1是本发明的第一示例性实施例的前视图；
[0020] 图2a是第二示例性实施例的前视图，其中将偏振滤光片从光学路径中移走；
[0021] 图2b是第二示例性实施例的前视图，其中偏振滤光片位于光学路径中；
[0022] 图3是用于确定偏振滤光片的优选旋转角度的方法的图示；
[0023] 图4是本发明的第三示例性实施例的前视图；
[0024] 图5是本发明的第四示例性实施例的透视前视图；
[0025] 图6是图5中所示的第四实施例的后视图；以及
[0026] 图7是用于产生合成图像的方法的图示。
具体实施方式
[0027] 偏振滤光片有用于减少炫光并且借此产生更多的颜色对比，这是公知的。当通过数字照相机的取景器观看场景时，通常难以识别滤光片的优选旋转，因为电子显示器中的图像质量可能不足以显示效果，并且显示器可能自动“纠正”显示器中的颜色。因此，摄影师可能发现需要移走偏振器，将它放到他们的眼睛前，发现合适的旋转并且接着在那个旋转处重新安装滤光片。这使得偏振滤光片的使用对于大多数照相来说是不实际的。
[0028] 本发明通过以下方式消除该问题：在捕获图像之前，随着旋转偏振滤光片，监控或分析照相机图像传感器的输出。从这个分析中，可以确定偏振滤光片的期望的旋转。接着可以将滤光片旋转到该期望的角度，从而捕获图像。
[0029] 本发明的一个实施例提供一种在照相机或图像捕获装置内部、位于透镜和传感器之间的偏振滤光片。图1、图2a和图2b中示出了滤光片和传感器的两个示例配置。
[0030] 在图1中，照相机外壳1具有至少一个透镜5，光通过该透镜聚焦在图像传感器10上。光从正在被拍摄的场景通过透镜到图像传感器的路径通常称为照相机的光学路径。图像传感器10响应于检测到的光而以像素值的形式生成输出
信号。可以由
图像处理器15操作或分析这些信号或像素值，并且将图像数据存储在照相机
存储器20中。图像处理器15可以与
控制器25通信。控制器25可以利用来自图像处理器的信号作为输入，基于该输入，控制照相机的各种功能(例如
光圈和快
门曝光时间)，甚至是图像处理器的各种功能(例如
白平衡)。
[0031] 照相机还包括位于透镜5和图像传感器10之间的滤光盘30。滤光盘30具有偏振扇区35和打开扇区40。偏振扇区35是具有偏振轴50的偏振滤光片。旋转致动器45在控制器25的控制下可以使滤光盘30围绕旋
转轴42旋转。这使得偏振滤光片的偏振轴能够被如期望地
定位，以阻止要被拍摄的场景中来自表面的不期望的偏振镜反射到达图像传感器10。偏振滤光片对180度的旋转不敏感；即旋转角θ和旋转角θ+180°在功能上是相同的。因此，不需要偏振滤光片能够旋转完全的360°来如是起到作用。这允许滤光盘30包括不含偏振滤光片的打开扇区30。接着可以将打开扇区35旋转到图像传感器前面，借此可以将偏振滤光片从照相机的光学路径中移走。在这个实施例中，旋转偏振滤光片的致动器可以用作将偏振滤光片从照相机的光学路径中移走的致动器。打开扇区35优选地包括光透明材料，其具有与偏振扇区35中的偏振滤光片相同的折射系数。于是，光在图像传感器上的聚焦不会随着过滤盘旋转滤光盘30以将偏振扇区35或打开扇区40置于照相机的光学路径中而改变。旋转角度传感器47感测滤光盘的旋转角度48，并且将包含旋转角度信息的信号发送到控制器25。
[0032] 图2a和图2b中示出了第二实施例。与第一实施例一样，照相机外壳1具有将光聚焦在图像传感器上的至少一个透镜5。它还包括图像处理器15、存储器20和控制器25，它们执行与第一实施例类似的功能。在这个实施例中，在托盒(carriage)60上安装偏振滤光片55。旋转致动器75能够响应于来自控制器25的信号而使偏振滤光片围绕
旋转轴85旋转。在图2a中，具有偏振滤光片55的托盒60被托盒致动器65移动，使得将偏振滤光片从照相机的光学路径上移走，从而允许未过滤的光聚焦在图像传感器10上。在图2b中，移动托盒60，以将偏振滤光片55置于图像传感器10的前面。
[0033] 可以预见其他实施例，在其中使用其他致动器和滤光片配置来将偏振滤光片旋转到照相机的光学路径中和将偏振滤光片从光学路径移走。虽然图2a和图2b显示偏振滤光片55所附着到的托盒60沿着直线托盒
导轨70移动，以将偏振滤光片55移进和移出照相机的光学路径，但是托盒60可以包括旋转臂，其用来将偏振滤光片55旋转进和旋转出光学路径。在一些实施例中，可以通过对发送到旋转致动器75以使滤光片顺
时针或逆时针旋转的致动器脉冲的数目进行计数来感测偏振滤光片55的旋转角度80。替换地，可以使用旋转
编码器来测量偏振滤光片55的旋转角度80。这种
旋转编码器可以被合并到旋转致动器75中，或其可以与旋转致动器75分离。
[0034] 对于单透镜反射照相机和具有可以由摄影师互换的透镜单元的其他照相机，偏振滤光片55可以被集成到照相机外壳1中，集成到透镜单元7中，或其可以与透镜单元是可附着/可拆卸的，如图5中所示。在偏振滤光片55或被集成到透镜单元中或与透镜单元是可附着/可拆卸的系统中，透镜单元7可以包括致动器45，用于旋转偏振滤光片55。透镜单元中的致动器45可以在透镜单元中包括
电机(未示出)，其通过照相机外壳1上的
电触点57供电，该电触点
接触透镜单元上对应的电触点(未示出)。替换地，致动器在透镜单元中可以包括机械联动装置或其他机械耦合装置，其传递来自位于照相机外壳内的电机(未示出)的滤光片旋转力。示出了杠杆臂59，通过该杠杆臂，可以将该力从照相机外壳1中的电机耦合到透镜单元中的机械联动装置或其他机械耦合装置。透镜单元还可以包括测量偏振滤光片55的旋转角度80的旋转角度传感器47，其或被集成到透镜单元中，或与透镜单元是可附着/可拆卸的。
[0035] 当偏振滤光片55就位以使入射图像传感器10的光偏振时，可以旋转偏振滤光片(可能与自动对焦时间同时进行)，并且根据滤光片的旋转的函数监控图像传感器10的输出。当偏振滤光片的合适旋转产生较好的颜色对比时，可以使用包括在图像处理器15中的
图像分析处理来识别具有最大颜色饱和度的旋转角度。偏振滤光片的这个旋转角度被用于捕获图像。在低光水平场景中，可以将偏振滤光片55放置为使得所有光都可以到达图像传感器10。
[0036] 可以用来评价对要被成像的场景中的
眩光和反射的抑制程度的一个度量是该场景中颜色的深度、强度或饱和度的测量值。颜色饱和度的一种测量值是
[0037]
[0038] 这里a*和b*是颜色的CIE L*a*b*坐标。可以对图像中每个像素计算饱和度值。可以计算图像中所有像素的平均饱和度，作为整个图像的颜色饱和度的测量。接着，可以使用在不同滤光片旋转角度处的平均饱和度来确定用于捕获图像的期望旋转角度。虽然颜色饱和度的这种计算是有效的，但是可以使用其他度量作为图像中
感知的颜色强度的测量值。* *
例如，可以针对图像中每个像素确定a 值的绝对值和b 值的绝对值。可以将这两个参数的绝对值的平均值加在一起，形成对图像中感知的颜色强度的另一个度量。
[0039] 也可以通过根据滤光片偏振轴90的旋转角度分析图像的亮度来确定偏振滤光片55的期望旋转。试图通过使用偏振滤光片来去除的反射增加了图像的亮度。因此，也可以使用整个图像亮度根据偏振滤光片旋转角度的测量作为用于确定优选滤光片旋转的测量。用* * *
于减少来自表面的偏振炫光的合适的偏振向量将不仅具有增加的饱和度，也具有IE Lab*
坐标系统中减小的亮度分量L。
[0040] 如上面所描述的，由图像处理器执行的颜色饱和度测量值和图像亮度测量值可以单独用作检测正在被拍摄的场景中的反射抑制的有效的度量。图像处理器15可以使用其他图像处理
算法来检测正在被拍摄的场景中的反射抑制。这些其他算法或反射抑制度量可以包括颜色强度或饱和度的测量值和图像亮度的测量值的组合，从而确定偏振滤光片55* * *的最佳旋转角度80。而且，虽然上面所描述的示例是基于每个像素的Lab 颜色坐标，但是可以使用其他颜色坐标系统来导出其他度量。其他算法可以基于图像中像素的仅一部分或
采样而不是如上面示例所示的包括所有像素来导出颜色强度值。
[0041] 图3中示出了一种用于确定偏振滤光片的优选旋转角度的方法。在步骤S100中，入射图像传感器的光穿过偏振滤光片。偏振滤光片具有围绕光学轴的旋转角度。在步骤S110中，图像传感器基于对入射图像传感器的光的检测来生成像素值。在步骤S120中，感测偏振滤光片的旋转角度。可以通过各种装置(例如旋转编码器)或上面所描述的致动器步进(actuator steps)的计数来感测旋转角度。步骤S130是基于像素值计算反射抑制度量值。如上面所描述的，与颜色强度有关的参数(例如颜色饱和度)，或与亮度有关的参数，或这类参数的组合可以用作反射抑制的度量。在步骤S140中比较与多个旋转角度值关联的反射抑制度量值。在S150中，该比较可以包括识别反射抑制度量值的极值，所述极值是从与偏振滤光片的多个旋转角度关联的这类值的集合中识别最大值或最小值。例如，当反射抑制度量是图像中的亮度的测量值时，识别最小值将是合适的。相反地，对于反射抑制的基于颜色饱和度的度量，包括识别最大值的比较将是合适的。已知偏振滤光片将在与其产生最少量或最小量的反射抑制的角度偏移90°的旋转角度处产生最大量的反射抑制，这允许从最少量反射抑制发生的角度的确定来确定最大反射抑制的旋转角度。反射抑制度量值的比较还可以包括将那些结果拟合成函数，如S160中所示。对于曲线拟合，可以计算具有最佳反射抑制度量值的期望旋转角度。使用这种曲线拟合类型的比较不会将优选角度的选择限制到测试角度中的一个。反射抑制度量值的比较提供了确定偏振滤光片具有最大程度的反射抑制的旋转角度的手段，S170。对于要被拍摄的各种场景，以此方式确定的旋转角度将产生最令人愉快的照片，并且其因此将是偏振滤光片的优选旋转角度。接着，控制器25可以将合适的信号发送到旋转致动器，将偏振滤光片在捕获图像之前旋转到优选的旋转角度。该方法可以包括在步骤S180中，通过测试确定经由偏振滤光片的反射抑制是否产生显著的结果。如果没有发现反射明显减少，则按照S190，该方法可以确定偏振滤光片应该从光学路径中移走。替换地或另外地，该方法可以分析像素值，从而确定图像中的光水平是否低，如步骤200中所示。低光水平也会导致在S190中，确定偏振滤光片应该从光学路径中移走。
[0042] 许多照相机向摄影师提供分界曝光功能(exposure bracketing function)，其在以单位曝光量为中心的若干曝光量处捕获多个图像。该功能允许摄影师稍后查看图片，以确定优选的曝光量水平。以类似的方式，照相机可以提供分界偏振功能(polarization bracketing function)，以获取具有以围绕由上面所描述的图像处理方法确定的旋转角度为中心的若干滤光片旋转角度的若干图片。
[0043] 在另一个实施例中，可以使用图7中描绘的方法来产生合成图像。在S200和S210，照相机捕获场景的两个图像；一个图像是在偏振滤光片被旋转到第一角度的情况下捕获的，所述第一角度具有第一预定的反射抑制度量值，另一个图像是在偏振滤光片被旋转到不同的第二角度的情况下捕获的，所述第二角度具有第二预定的反射抑制度量值。仅作为示例，可以使用前面描述的图像处理方法来确定第一角度，而第二角度对应于与第一角度旋转偏移90°的旋转角度。第一图像将具有最大的颜色饱和度和最少量的反射光，而第二图像将具有最大程度的镜反射光和最少的颜色饱和度。接着，使用两个图像产生合成图像，如S220处所示。可以使用相片编辑
软件来产生具有两个捕获图像的任何期望混合比率的合成图像。这有效地允许用户通过使用相片编辑软件将偏振滤光片有效地旋转到任何期望的角度。根据本发明的其他实施例可以捕获多于两个的图像来产生合成图像。此外，不同的角度值可以用于偏振滤光片的旋转角度。
[0044] 在另一个实施例中，可以在均匀间隔的旋转角度处获取多个图片(大于两个)，从而绘出偏振轴旋转的全范围。这将允许更多的选择用于照片编辑。
[0045] 虽然这里给出的算法对于识别偏振滤光片的优选旋转通常应当是有效的，但是在有些场合，摄影师希望过驱动算法导出的滤光片朝向。因此，照相机可以包括用于滤光片朝向的手动控制。
[0046] 这个旋转偏振滤光片而同时监控或评价反射抑制度量的过程可以包括将偏振滤光片旋转到特定的旋转角度并且暂停在那些角度处，从而允许在每个旋转步进(rotation step)处感测光并且计算反射抑制度量值。替换地，可以随着偏振滤光片正在被旋转而没有这种暂停时，即时(on the fly)获得反射抑制度量值。确定偏振滤光片的优选旋转的过程可以与照相机自动对焦功能顺序执行，或者替换地，其可以与自动对焦功能同时进行，在照相机自动对焦功能中，照相机确定合适的焦距。
[0047] 在上面描述的实施例中，使用致动器来旋转偏振滤光片而同时获取反射抑制度量值。一旦从对反射抑制度量值的分析中确定优选的旋转角度，则使用该致动器来将偏振滤光片旋转到期望的旋转角度。在图4中所示的替换实施例中，没有致动器被集成到照相机或透镜单元来旋转偏振滤光片55或将偏振滤光片55从光学路径中插入或去除，而是由摄影师手动执行这些操作。使用旋转角度传感器95(例如旋转编码器)来在摄影师旋转偏振滤光片55的同时感测它的旋转角度。在具有可替换透镜单元7的系统中，旋转角度传感器95可以被合并到透镜单元中(图5)或其可以被合并到透镜单元所附着的照相机外壳1中。
当摄影师正在手动旋转偏振滤光片55的同时，获取反射抑制度量值和旋转角度传感器95的输出。通过图像处理器15对反射抑制度量值和旋转角度传感器95的输出的分析，可以确定偏振滤光片55的优选旋转角度。如图6中所示，照相机具有输出100，以向摄影师提供反馈，这可能是经由照相机显示器(例如，输出100被实现为显示器)中的特征，或照相机取景器105中的特征，该反馈使得摄影师能够将偏振滤光片55旋转到优选的旋转角度。显示器特征可以被用作输出的一个示例是，
指针110指示滤光片的当前旋转角度，第二指针115指示优选的偏振旋转角度，这与指针120已经被用来示出相对于推荐曝光量范围125的曝光量水平的方式基本相同。应预见，许多其他显示器特征或其他信号可以用作输出100，以向摄影师提供关于滤光片旋转角度的反馈，使摄影师能够将偏振滤光片55旋转到从反射抑制度量值确定的优选旋转角度。
[0048] 应明白，示例性实施例仅仅是说明本发明，并且本领域技术人员在不偏离本发明的范围的情况下可以想到上面所描述的实施例的许多变型。因此，其用意是，所有这些变型被包括在随后的权利要求及其等效体的范围内。并且虽然已经在此描述了本发明的特定实施例，但是应注意，
申请不限于这些实施例。特别地，针对一个实施例描述的任何特征也可以被用在其他实施例中，只要兼容。并且不同实施例的特征可以替换，只要兼容。
[0049] 元件列表
[0050] 1照相机外壳
[0051] 5透镜
[0052] 7透镜单元
[0053] 10图像传感器
[0054] 15图像处理器
[0055] 20存储器
[0056] 25控制器
[0057] 30滤光盘
[0058] 35偏振扇区
[0059] 40打开扇区
[0060] 42旋转轴
[0061] 45旋转致动器
[0062] 47旋转角度传感器
[0063] 48旋转角度
[0064] 50偏振轴
[0065] 55偏振滤光片
[0066] 57电触点
[0067] 59臂
[0068] 60托盒
[0069] 65托盒致动器
[0070] 70托盒导轨
[0071] 75旋转致动器
[0072] 80旋转角度
[0073] 85旋转轴
[0074] 90偏振轴
[0075] 95旋转角度传感器
[0076] 100输出
[0077] 105照相机取景器
[0078] 110当前旋转角度指针
[0079] 115优选旋转角度指针
[0080] 120曝光量水平指针
[0081] 125推荐曝光量范围
