阅读说明：本技术 控制分段闪光灯系统的方法 (Method of controlling a segmented flash lamp system ) 是由 H.德克斯 于 2018-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明描述了一种控制具有多个闪光灯分段(S1,S2,……,Sn)的分段闪光灯(10)的方法,该方法包括以下步骤：测量闪光灯分段(S1,S2,……,Sn)的正向电压(Vf1,Vf2,……,Vfn)；以及以所测量的正向电压(Vf1,Vf2,……,Vfn)为基础来调节闪光灯分段(S1,S2,……,Sn)的亮度,以实现分段闪光灯(10)的期望光照轮廓(P)。本发明进一步描述了一种分段闪光灯系统(1),其包括具有多个闪光灯分段(S1,S2,……,Sn)的分段闪光灯(10),其中每个闪光灯分段(S1,S2,……,Sn)被布置为照射场景(2)的一部分(20)；以及闪光灯驱动器(11),适配为执行本发明方法的步骤,以调节闪光灯分段(S1,S2,……,Sn)的亮度。(The invention describes a method of controlling a segmented flash (10) having a plurality of flash segments (S1, S2, … …, Sn), the method comprising the steps of: measuring forward voltages (Vf 1, Vf2, … …, Vfn) of the flash segments (S1, S2, … …, Sn); and adjusting the brightness of the flash segment (S1, S2, … …, Sn) based on the measured forward voltage (Vf 1, Vf2, … …, Vfn) to achieve a desired illumination profile (P) of the segmented flash (10). The invention further describes a segmented flash system (1) comprising a segmented flash (10) having a plurality of flash segments (S1, S2, … …, Sn), wherein each flash segment (S1, S2, … …, Sn) is arranged to illuminate a portion (20) of a scene (2); and a flash driver (11) adapted to perform the steps of the method of the invention to adjust the brightness of the flash segments (S1, S2, … …, Sn).)

控制分段闪光灯系统的方法

技术领域

本发明描述了一种控制分段闪光灯系统的方法。本发明还描述了一种分段闪光灯系统。

背景技术

当使用常规闪光灯系统拍摄场景时，任何距离相机太近的物体都可能遭受曝光过度的影响，并且在图像中显得太“白”或浅淡，而距离相机远一些的物体可能不被充分照射，并且在照片或图像中显得太暗。闪光灯系统的发展导致了分段闪光灯，即由光源阵列形成的闪光灯。可以选择在分段闪光灯中部署的光源的光谱，以实现期望的白平衡。每个光源照射场景的一区域，使得分段闪光灯生成“光照轮廓”或图案。以下是可能的：例如通过使用合适的技术（诸如飞行时间（ToF）、三角测量、立体视觉、结构化光、干涉法等）获得深度图来确定正确照射或曝光场景的每个区域所要求的相对光量，并利用此信息来确定最佳光照轮廓。在这种最佳光照轮廓下，位置距相机远一些的物体将接收较高的光强度，而位置距相机近一些的物体将接收较少的光。

每个闪光灯分段具有LED或其他适当的光源，并且闪光灯分段是可单独控制的。通过以适当的电流水平来驱动每个闪光灯分段，来实现完整的光照轮廓。通常，这是通过使用适当的驱动器来实现的，该驱动器被实现为利用正确的相对和绝对电流水平来驱动闪光灯分段。

然而，与已知的分段闪光灯系统相关联的问题在于，由于不同的分段温度，可能出现一个或多个分段的相对光谱偏移。闪光灯分段中的不同温度可能是先前闪光事件中的不同电流驱动水平的结果，该先前闪光事件根据深度图使用不同的所要求的光强度水平来照射不同的场景区域。例如，一个或多个分段可能已经被用来强烈地一照射场景区域，并且这些闪光灯分段将比仅用来中等地或微弱地照射其他场景区域的其他闪光灯分段更热。由于不同分段的不同热行为，也可能出现温度差异。该问题在某种程度上由当计算闪光灯分段的驱动电流时假定温度的均衡状况的现有技术方法引起。然而，使用不相等的驱动电流来实现先前场景的正确光照的任何在先闪光事件将至少在闪光事件随后的一定持续时间内干扰任何这种温度均衡。在此持续时间内的任何后续的闪光事件都可能与光谱偏移相关联，光谱偏移可能导致图像的不想要的和可感知的着色，特别是因为人眼能够检测到甚至只是非常轻微的颜色变化或白色点和肤色点周围的细微差别。

因此，本发明的一目的是提供一种驱动分段闪光灯的改进的方法，以克服上文概述的问题。

发明内容

本发明的目的通过权利要求1的控制闪光灯系统的方法；以及权利要求10的分段闪光灯系统来实现。

根据本发明，控制具有多个闪光灯分段的闪光灯系统的方法包括以下步骤：在闪光事件之前和/或闪光事件之后，测量闪光灯分段的正向电压；并且随后以所测量的正向电压为基础调节闪光灯分段的亮度，以实现期望的光照效果。

在本发明的上下文中，“分段闪光灯”和“矩阵闪光灯”的表述可以被视为同义词，并且在下文中可以可互换地使用。本发明方法的优点在于，它在补偿引言中描述的不想要的色彩偏移上是有效的。可以检测并然后校正由于不同电流驱动水平而导致的闪光灯分段之间的任何温度差异。因此，该方法提供了抑制或者甚至消除这种色彩偏移的直截了当的方式。

在分段闪光灯中，每个闪光灯分段可以具有不同的温度和不同的温度特性，并且所导致的各个分段的温度迟滞的差异意味着现有技术方法将不能够总是生成正确的光照轮廓。在本发明的方法中，通过测量闪光灯分段的正向电压（优先地恰好在闪光事件之前）并然后相应地调节每个单独的闪光灯分段的亮度，始终可以确保正确的光照轮廓。如下文将解释的，这可以通过调节每个分段的电流、调节各分段的占空比或调度虚假闪光来完成。

根据本发明，分段闪光灯系统包括布置成闪光灯矩阵的多个闪光灯分段，其中每个闪光灯分段被布置为照射场景的一部分。闪光灯系统还包括闪光灯驱动器，该闪光灯驱动器被适配为执行本发明方法的步骤以使闪光灯分段的温度均等。闪光灯驱动器可以由合适的处理器控制，该处理器被实现为基于由闪光灯驱动器提供的正向电压测量来确定最佳电流设置。

从属权利要求和以下描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。实施例的特征可以适当地组合。在一个权利要求类别的上下文中描述的特征可以等同地应用于另一权利要求类别。

任何合适的光源（或不同光源的任何合适的组合）都可以在分段闪光灯中使用，例如半导体光源（诸如发光二极管（LED）或垂直腔面发射激光器（VCSEL））。在下文中，但在不以任何方式限制本发明的情况下，可以假定LED被用作分段闪光灯或闪光灯矩阵的光源或“发射器”。例如，对于诸如移动设备的相机闪光灯的应用，LED的总功率可能在6 W左右，并且可以使用任何合适大小的阵列，例如3x3阵列、5x5阵列、15x21阵列等。阵列的形状可以是正方形、矩形、圆形等。术语“LED”和“发射器”在下文可以可互换地使用。分段闪光灯的发射器可以在可见光范围内发射，但也可以在红外或紫外范围内发射，这取决于应用。

本发明基于这样的见解：跨闪光灯分段的（多个）前向偏置LED的前向电压直接与该（多个）LED的温度有关，并且闪光灯分段之间的任何温度差异都将导致电压差，这将显现为相应的光输出和/或色彩偏移。所有闪光灯分段中的一些闪光灯分段可以优先地包括多个LED。在分段中的部分或全部分段中，LED可以优选地具有不同的光谱，该不同的光谱被选择来实现对周围照明水平或期望色温的正确适配。优选地，所有分段具有相同或基本上相同的光谱组合。

相机或包含相机的任何装置或设备也可以包括本发明的分段闪光灯系统的实施例。例如，包含相机的设备可以是移动电话、平板计算机等。

本发明的分段闪光灯系统优选地包括深度图模块，该深度图模块被实现为确定场景的深度图或3D轮廓。深度图模块优选地还被实现为确定照射场景的每个部分所要求的相对光量。以这种方式，确定每个场景区域的所要求的强度以便确定整个场景的最佳光照轮廓是可能的。

与温度有关的色彩偏移或着色伪象的严重程度取决于若干因素，诸如分段闪光灯中使用的发射器的类型和发射器的色点；各发射器与安装它们的底座或载体之间的热阻；闪光之间的时间间隔；发射器光学参数随温度的变化；待成像场景的性质等。假定要成像一个均匀的白色场景，则“白色场景”中的任何色彩偏移都可以表示为色度坐标的变化。优选地，色度坐标中的任何改变（使用CIELUV标记表示为du'v'）优选地不超过指定阈值（例如CIELUV色彩空间中的0.005）。当然，也可以使用任何合适的相机色彩空间系统。

在本发明的一优选实施例中，在每个闪光事件之前监视闪光灯分段的正向电压，并且采取合适的校正措施以确保任何闪光事件将能够提供最佳光照轮廓。这将确保基本上将完全避免着色伪像。

现有技术的设备假定闪光灯分段的温度将在短时间之后（例如在用户停止拍照之后的一定时间长度内）恢复到均衡。然而，本发明的方法确保不需要做出这样的假定，并且总是通过监视每个分段的实际温度并将温度纳入考虑来为每个分段设置正确的电流。

优选地，测量闪光灯分段的正向电压的步骤在相同的低恒定电流状况下执行。低测量电流用于确保测量本身不干扰或篡改实际温度分布。低电流还确保在测量期间分段不会自加热，以及将能耗保持在最低。测量正向电压是获得期望信息的一种有利的直截了当的方法，并且比直接测量分段的绝对温度更容易，后者要求对每个LED进行精确的校准步骤。优选地，在闪光事件之后一定时间流逝之后，测量正向电压。测量正向电压的时刻可以在一定程度上取决于分段闪光灯中使用的发射器的物理和热特性。

此外，正向电压监视可以应用于自测功能，以检测闪光灯故障。在监视正向电压的步骤期间，将检测到任何开路或短路的闪光灯分段。在计算分段闪光灯的剩余健康LED的光照轮廓时，控制器可以将任何故障LED纳入考虑。可以将这种检测到的错误状况报告给用户，例如作为设备屏幕上的警告或作为存储在可以在维护或维修期间读取的存储器中的错误日志。

测量的闪光灯分段的正向电压是模拟值，优先地将其转换为数字值，合适的微处理器可以使用这些数字值来计算在某个时间窗口内发生的后续的闪光事件的期望的白平衡所要求的驱动电流。例如，分段闪光灯的实施例可以由在闪光事件之后返回到温度均衡状态的某个时间窗口来表征。该时间窗口的持续时间在一定程度上将取决于所实施的闪光灯发射器的物理和热特性。因此，该分段闪光灯的驱动器可以为在该时间窗口内发生的后续闪光事件实施任何校正措施。

在获得正向电压的测量值之后，本发明的分段闪光灯系统的驱动器可以确定合适的校正措施。例如，在本发明的特别优选实施例中，驱动器以测量的正向电压之间的差异为基础来计算每个单独闪光灯分段的驱动电流。在非常简单的示例性情况下，分段闪光灯系统可以包括一个由四个分段组成的二乘二阵列。在用于照射场景（其中分段之一被用来照射距相机远一些的物体）的闪光事件之后，其中闪光灯分段中的三个具有基本上相同的所测量的正向电压，而第四个闪光灯分段由于温度较高而具有较低的正向电压。对于后续的闪光事件，调节闪光灯分段的电流比例。使用上面的简单示例，降低三个“冷”闪光灯分段的驱动电流，同时提高第四个（“热”）闪光灯分段的驱动电流，以便实现正确的照度分布并在后续的场景中校正色点，即使存在跨闪光灯分段的温度差异。在“可调整”相机闪光灯系统的情况下（例如包括具有两个不同色点的LED的分段闪光灯），色点的校正是特别有利的。

可替代地或者另外地，校正措施可以包括确定各闪光灯分段的闪光定时（即“闪光点亮”）的步骤。代替调整每一分段的电流的振幅，每一分段的占空比可以用于空白时段（传感器的积分时间期间的时间间隔）的闪光点亮。如果与图像传感器的积分时间匹配，也可以在积分时间期间使用其。在本发明方法的这种实施例中，以从正向电压监视步骤获得的信息为基础来为闪光灯分段的点亮定时。例如，由于先前闪光而仍然热且具有相应的较低正向电压事件的闪光灯分段，可以被定时为对于稍微较长的占空比是激活的，以便在闪光事件期间传递所要求的光输出。类似地，较冷的闪光灯分段可以被定时为对于稍微较短的持续时间是激活的。可以有利地实现光照分布，或者，在具有含不止一个色点的LED的多色闪光灯的情况下，可以通过单独地对闪光灯分段进行定时的步骤有利地保留场景的色彩特性。

当相机的用户发起后续闪光事件时，即当相机正被积极地用于捕获场景的图像时，可以应用上面描述的（多个）校正措施。在下文中将这种闪光事件称为“积极”闪光事件。可替代地，在本发明的另一优选实施例中，使闪光灯分段的温度均等的步骤包括“虚假”闪光事件的调度。相机不使用此虚假闪光事件来捕获场景的图像，即它在图像传感器的积分时段之外被调度。优选地，该方法包括以下步骤：确定先前闪光事件中的闪光灯分段的驱动电流分布，并对虚假闪光事件应用该驱动电流分布的补充。优选地，将虚假闪光定时为位于图像传感器的曝光间隔之外，使得将不会导致积极捕获的图像过度曝光。例如，闪光事件和虚假闪光事件之间的时间间隔至多为200毫秒，如果相机刷新率允许，则优选地至多为50毫秒。

在本发明的一优选实施例中，闪光灯驱动器包括状态机，以有效地管理正向电压测量步骤（为此目的使用状态机可以降低处理器负载和串行总线负载）；多路复用器，被配置为选择具体闪光灯分段；模数转换器，被适配为将所测量的正向电压转换为数字值来例如通过串行总线进行传输，和诸如多个寄存器的存储装置，来用于临时存储经转换的正向电压值。

通过以下结合附图考虑的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，要理解，附图仅是出于说明的目的而设计的，并且不作为本发明的限制的定义。

附图说明

图1示出了本发明的分段闪光灯系统的实施例的简化框图；

图2示出了现有技术的分段闪光灯系统的一实施例；

图3示出了本发明的分段闪光灯系统的实施例的更详细的框图；

图4和5示出了分段闪光灯的实施例；

图6示出了与相应场景有关的光照轮廓；

图7-9示出了使用本发明方法的实施例调度的连续闪光事件；

图10示出了使用现有技术方法调度的连续闪光事件。

在附图中，相同的附图标记始终指代相同的对象。附图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了本发明的分段闪光灯系统1的一实施例的简化框图。该框图示出了分段闪光灯10，在这种情况下是LED 100的5×5正方形阵列。该阵列的LED 100将照射场景中的二十五个区域。在此示例性实施例中，光照轮廓P可以由深度图模块1B提供，该深度图模块1B可以例如使用由光电检测器4获得的信息来计算光照轮廓P。假定所有LED 100具有基本相同的温度的均衡状况，光照轮廓P指定每个LED 100为正确照射场景而要求的所要求的强度或功率。在该示例性实施例中，分段闪光灯系统1还包括电压测量模块1A，该电压测量模块1A测量阵列的LED 100的正向电压Vf1，Vf2，……，Vfn。利用该信息，控制器1C为阵列的LED 100计算经调节的驱动电流值Id1_a，Id2_a，……，Idn_a。每个经调节的驱动电流值Id1_a，Id2_a，……，Idn_a都考虑了相应LED 100的所要求的强度，但也考虑了其温度（其以明确方式与正向电压相关）。因此，即使最近使用了闪光灯，导致阵列上的温度分布不均匀，控制器1C也能够计算经调节的驱动电流值Id1_a，Id2_a，……，Idn_a，这将导致期望的照射并将降低或者甚至消除任何不期望的与温度相关的照度差异和/或色彩偏移。

图2示出了现有技术的分段闪光灯系统3的一实施例。这里，分段闪光灯10也包括LED 100的5×5正方形阵列。现有技术的闪光灯系统3也使用深度图模块来根据图像传感器提供的反馈计算光照轮廓P，并将此发送至控制器320。光照轮廓P指定每个LED 100为正确照射场景而要求的所要求的强度或功率，但是假定所有LED 100都具有基本相同温度的均衡状况。然而，如上面所解释的，如果最近使用了闪光灯，则阵列上的温度分布可能不均匀，从而导致在后续的闪光灯事件中捕获的图像出现不期望的色彩偏移。

图3示出了图1的本发明的分段闪光灯系统1的实施例的更详细的框图。该框图示出了驱动分段闪光灯10的LED的闪光灯驱动器11中的相关块或模块。在此示例性实施例中，闪光灯驱动器11包括多路复用器111，该多路复用器111被配置为将具体闪光灯分段S1，S2，……，Sn连接到模数转换器112，使得所选择的闪光灯分段S1，S2，……，Sn的正向电压Vf1，Vf2，……，Vfn可以被转换为数字值；和多个寄存器113，用于存储数字值。这些块111、112、113履行图1的电压测量模块1A的功能。每个闪光灯分段也连接到电流吸收器（currentsink）114。由合适的处理器单元120以测量的正向电压Vf1，Vf2，…，Vfn为基础来为后续的闪光事件计算光照轮廓P。光照轮廓P可以是用于后续的闪光事件的一组驱动电流值。这些被存储在存储器116中，由数模转换器115转换，并且然后在后续的闪光事件期间被应用到电流吸收器114。如本领域技术人员将已知的，可以使用时钟振荡器118和计数器119来控制各种块的时序。与处理器单元120的通信可以通过诸如I²C接口的合适接口117来完成。处理器单元120及其相关块114、115、118、119等履行图1的深度图模块1B和控制器1C的功能。处理器单元120计算驱动电流Id1_a，Id2_a，……，Idn_a的振幅和/或定时，以实现期望的光照轮廓P。状态机110用于控制相关块。优选在每个闪光事件之前测量正向电压Vf1，Vf2，……，Vfn，并且，如果在比阵列返回到关于温度的均衡状态所需时间更短的时间间隔期间发生连续闪光事件，则使用经调节的驱动电流Id1_a，Id2_a，……，Idn_a。

图4和5示出了可以由图3的驱动器11驱动的分段闪光灯10的实施例。在图4中，每个闪光灯分段S1，S2，……，Sn包括一个LED 100。在图5中，每个闪光灯分段 S1，S2，……，Sn包括两个LED 100A、100B。LED 100A、100B可以具有不同的光谱。在这些实施例中，LED全部被并行驱动。一种替代实现方式可以使用矩阵的行或列扫描，从而在驱动器电路中要求较少数量的互连和较少数量的电流源。

图6示出了场景2和对应的光照轮廓P。这里，场景2示出了两个人物，其中一个人物更靠近相机，并且其中一个人物较远一些。为了正确地照射场景2，左侧的人物将比右侧的人物需要更少的光照。这可以使用飞行时间技术来确定，并且所得到的深度图用于生成最佳光照轮廓P。使用上面描述的5x5分段闪光灯，LED中的三个LED将以较高的功率驱动（这些由光照轮廓P中的亮方块示出），并且LED中的三个LED将以较低的功率驱动（这些由光照轮廓P中最暗的方块示出）。强度或功率的差异将导致分段阵列上的温度差异，并且阵列可能花费一些时间来返回到温度均衡状态。在现有技术的方法中，如果后续的闪光事件在该时间发生，则色彩偏移可能在图像中变得明显。使用本发明的方法，经调节的驱动电流被计算以补偿任何这样的温度差异，并且在使用后续的闪光事件捕获的图像中将没有任何明显的色彩偏移。

图7-9示出了使用本发明方法的实施例调度的连续闪光事件。为了简单起见，假定在每个闪光事件期间都在拍摄相同的场景，并且对于这两个场景，光照轮廓是相同的（当然，该场景和相应的光照轮廓可能不同）。为了简化解释，在每种情况下仅考虑两个LED，即强度最高和最低的LED。在第一闪光事件中，一个LED接收相对高的驱动电流Id1，而另一个LED接收相对低的驱动电流Id2。图中指示了分段闪光灯返回均衡状态所要求的时间Teq。在每个后续的闪光事件之前，在时间t_m处测量闪光灯分段的正向电压。

在图7中，调节后续的闪光事件中的驱动电流，以校正通过正向电压值Vf1，Vf2，……，Vfn的差异检测到的任何温度差异。在此，在第一事件E中接收到最高驱动电流Id1的LED将在后续事件E中接收向上调节的驱动电流。类似地，在第一个事件E中接收到最低驱动电流Id2的LED将在后续事件E中接收向下调节的驱动电流。

在图8中，在后续事件中调节闪光灯定时。该图示出，在第一个事件中接收到最高驱动电流Id1（或最长占空比）的LED将被驱动稍微较长的时间，以补偿其在后续的闪光事件中的较差的性能。类似地，在第一个事件E中接收到最低驱动电流Id2（或最短占空比）的LED，在后续事件E中将被驱动稍微较短的时间。对“热”和“冷”闪光灯分段的这些校正导致期望的照度分布P。

在图9中，紧随闪光事件E之后的是虚假闪光事件E_D。在虚假闪光事件E_D中，经调节的LED驱动电流Id1_a、Id2_a是积极闪光事件E的LED驱动电流Id1、Id2的补充。接收较高驱动电流的LED现将接收较低的驱动电流，并且反之亦然。这有效地“迫使”整个阵列返回到温度均衡。虚假闪光事件E_D在相对较短的时间t_D内发生，该时间t_D短于如图7中指示的分段闪光灯返回到均衡状况所要求的间隔Teq。虚假闪光事件E_D允许校正LED均具有相同颜色的矩阵的闪光灯分段之间的色彩偏移。

图10示出了使用现有技术方法调度的连续闪光事件E。在此，在后续的闪光事件E期间，不存在对任何可能的温度差异的补偿，并且LED在每个闪光事件E中接收相同的驱动电流Id1、Id2。然而，“更热”的LED可能无法传递期望的亮度，并且在后续图像中，亮度增量或色彩偏移可能是明显的，特别是在一个或多个闪光灯分段包括不同颜色的LED的情况下，当打开闪光灯分段时，这些不同颜色“在场景中”混合。虽然已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对其做出许多另外的修改和变化。例如，除了上面描述的闪光灯应用之外，视频照明也可受益于多分段视频灯的类似电流校正或占空比校正。

为了清楚起见，要理解，贯穿此申请的“一”或“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。对一“单元”或“模块”的提及不排除对多于一个单元或模块的使用。

附图标记

分段闪光灯系统 1

电压测量模块 1A

深度图模块 1B

控制器 1C

分段闪光灯 10

光源 100,100A,100B

闪光灯驱动器 11

状态机 110

多路复用器 111

模数转换器 112

存储器 113

电流源 114

数模转换器 115

存储器 116

接口 117

振荡器 118

计数器 119

处理器 120

场景 2

现有技术分段闪光灯系统 3

控制器 320

图像传感器 4

闪光灯分段 S1，S2，……，Sn

正向电压 Vf1，Vf2，……，Vfn

闪光事件 E

虚假闪光事件 E_D

时间间隔 T_eq

驱动电流 Id1，Id2

经调节的驱动电流 Id1_a，Id2_a，……，Idn_a

光照轮廓 P。