用于相機的濾光的制作方法
【專利說明】用于相機的濾光
[0001] 相關(guān)申請的引用
[0002] 本申請要求以下美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)權(quán)益：于2013年4月5日提交的、題目為 "用于相機的濾光（OPTICAL FILTERING FOR CAMERAS)"的第61/809, 260號美國臨時申請 (代理機構(gòu)對接號：REDC0M.087PR1);于2013年9月13日提交的、題目為"用于相機的濾光 和曝光控制（OPTICAL FILTERING AND EXPOSURE CONTROL FOR CAMERAS)"的第 61/877, 459 號美國臨時申請（代理機構(gòu)對接號：REDC0M. 087PR2);以及于2013年9月25日提交的、題 目為"用于相機的濾光（OPTICAL FILTERING FOR CAMERAS)"的第61/882, 575號美國臨時 申請（代理機構(gòu)對接號：REDC0M. 087PR3)，這些美國臨時申請的公開內(nèi)容通過引用整體并 入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 電影膠片相機通過允許光穿過鏡頭開口然后穿過快門光圈來曝光膠片。在傳統(tǒng)的 電影攝影機中，快門以與經(jīng)過的膠片幀的速度同步的速度旋轉(zhuǎn)。另一方面，數(shù)字電影攝影機 通過電子控制每一幀的曝光時間而使圖像傳感器曝光，以獲得類似的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)某些方面，提供一種濾光器（例如，電子控制的、不透明度可變的濾波器）和 對應(yīng)的方法，以用于中性密度濾波、時域濾波或這兩者。濾光器可與現(xiàn)有的相機組件集成， 例如鏡頭支架或相機主體，從而提供濾光器與相機系統(tǒng)的無縫集成。
[0005] 根據(jù)某些方面，提供一種相機，相機包括外殼和圖像傳感器，圖像傳感器位于外殼 內(nèi)并配置為將進(jìn)入外殼的光轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。相機包括沿著位于相機主體之外的點和 圖像傳感器之間的光路布置的、不透明度可變的濾光器?？呻娮涌刂茷V光器的可變的不透 明度。
[0006] 不透明度可變的濾光器可沿著位于由相機支撐的鏡頭和圖像傳感器之間的光路 布置。例如，在一些情況下，鏡頭支架包括不透明度可變的濾光器且可拆除地附接至外殼。 鏡頭支架配置為接收鏡頭組件。相對于將濾波器布置在其他位置，將濾光器集成在鏡頭支 架中，可提供某些益處。例如，與濾波器集成在鏡頭內(nèi)的情況相比，在普通鏡頭支架可與多 個第三方鏡頭協(xié)作的情況下，用戶可購買單個組件，從而賦予用戶能夠通過任何兼容的鏡 頭使用濾光器功能。此外，不同于濾光器容納在單獨的封裝中并附接至鏡頭的前部的配置， 鏡頭支架集成的濾光器允許用戶互換鏡頭，而不必還要從舊的鏡頭拆下濾光器并將它附接 至新的鏡頭。由于鏡頭通常頻繁地互換，例如比鏡頭支架頻繁得多地互換，所以這可極大地 簡化使用。最后，雖然在一些實施方式中，鏡頭支架可包括在相機主體內(nèi)，但是濾光器包括 在鏡頭支架中，減少了包括在相機外殼中的組件的數(shù)量并提供增加的靈活性。例如，如所期 望的，通過選擇包括或不包括濾光器的鏡頭支架，用戶可選擇以使用或不使用濾光器來錄 制?；蛘咴谝恍┣闆r下，包括濾光器的普通鏡頭支架可與多種不同類型的兼容的相機主體 一起使用。在某些其他實施方式中，不透明度可變的濾光器布置在外殼內(nèi)。在又一些其他 實施方式中，濾光器可位于鏡頭內(nèi)，附接至或另外位于光路中的鏡頭的前部，或位于光路中 的某個其他位置。
[0007] 在某些實施方式中，外殼包括外殼光圈，以及鏡頭支架可附接至外殼光圈，其中不 透明度可變的濾光器布置在外殼內(nèi)并位于外殼光圈和圖像傳感器之間。
[0008] 不透明度可變的濾光器可包括液晶，例如一個或多個液晶面板。
[0009] 在某些實施方式中，不透明度可變的濾光器配置為在中性密度模式下操作。在中 性密度模式下，例如在使圖像傳感器曝光時，不透明度可變的濾光器的不透明度可基本上 恒定。
[0010] 不透明度可變的濾光器還可配置為在時域濾波模式下操作。當(dāng)在時域濾波模式下 時，不透明度可變的濾光器可在幀周期的至少一部分期間根據(jù)時域濾波功能而改變。
[0011] 相機可配置為存儲視頻錄制的多個幀，以及當(dāng)在時域濾波模式下時，根據(jù)時域濾 波功能，不透明度可變的濾光器的衰減系數(shù)可從第一衰減系數(shù)改變至至少第二衰減系數(shù) (例如，至多個其他衰減系數(shù)），其中在由相機拍攝的視頻錄制的單個幀的曝光的至少一部 分期間，第一衰減系數(shù)不同于第二衰減系數(shù)。例如，在曝光期間，根據(jù)時域濾波功能，不透明 度可變的濾光器的可變不透明度可基本上持續(xù)改變。
[0012] 相機還可包括不透明度控制器，不透明度控制器配置為電子控制不透明度可變的 濾光器，其中當(dāng)在時域濾波模式下時，不透明度可變的濾光器根據(jù)時域濾波功能而改變。在 一些情況下，不透明度控制器配置為向不透明度可變的濾光器傳輸?shù)谝豢刂菩盘?，使得?透明度可變的濾光器將其不透明度改變至第一衰減系數(shù)，以及向不透明度可變的濾光器傳 輸?shù)诙刂菩盘柨刂?，使得不透明度可變的濾光器將其不透明度改變至第二衰減系數(shù)。
[0013] 當(dāng)在時域濾波模式下操作時，不透明度可變的濾光器可配置為減小時域混疊。以 及不透明度可變的濾光器可配置為選擇性地在中性密度濾波模式、時域濾波模式以及全局 快門模式中的一個或多個模式下操作。
[0014] 根據(jù)一些實施方式，相機可包括位于外殼內(nèi)的至少一個處理器，處理器配置為處 理由圖像傳感器生成的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)以及基于濾光器的配置而修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值。例 如，處理器可配置為基于用于不透明度可變的濾光器的不透明度設(shè)置而改變對數(shù)字圖像數(shù) 據(jù)的值修改的量。不透明度設(shè)置可對應(yīng)于用于不透明度可變的濾光器的、用戶選擇的中性 密度光圈設(shè)置。
[0015] 在一些情況下，數(shù)字圖像數(shù)據(jù)包括第一、第二和第三顏色，以及處理器配置為基于 不透明度設(shè)置而修改用于第一顏色的值。例如，第一顏色可以是藍(lán)色圖像數(shù)據(jù)。值的修改 可抵消由濾光器引起的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的色移。
[0016] 當(dāng)不透明度可變的濾光器在時域濾波模式下操作時，處理器可至少部分地基于與 不透明度可變的濾光器相關(guān)的快門角度而修改值。至少部分地基于快門角度對值的修改可 調(diào)節(jié)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的白點。以及對值的修改可抵消由不透明度可變的濾光器引起的、數(shù)字 圖像數(shù)據(jù)中的白點偏移。
[0017] 在一些實施方式中，處理器可配置為根據(jù)第一功能修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值以抵消 由不透明度可變的濾光器引起的白點偏移，以及根據(jù)第二功能修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值以抵 消由不透明度可變的濾光器引起的色移。
[0018] 根據(jù)進(jìn)一步的方面，相機可包括至少一個處理器，處理器配置為控制傳感器的操 作以及生成同步或其他控制信號。另外，不透明度可變的濾光器可包括驅(qū)動電子設(shè)備，驅(qū)動 電子設(shè)備配置為控制不透明度可變的濾光器的不透明度、接收信號、以及響應(yīng)于該信號，使 對不透明度可變的濾光器的不透明度的控制與圖像傳感器的操作同步。
[0019] 在一些情況下，同步或控制信號可從處理器經(jīng)過相機內(nèi)部的信號路徑傳送至驅(qū)動 電子設(shè)備。例如，信號可從處理器傳送至不透明度可變的濾光器的驅(qū)動電子設(shè)備，而不必使 用外部相機端口或相機外部的引線或電纜。
[0020] 根據(jù)另外的方面，不透明度可變的濾光器可配置為選擇性地、機械地移動至光路 中以及移動至光路之外。在這樣的情況下，相機可包括替代光學(xué)元件，替代光學(xué)元件配置為 當(dāng)不透明度可變的濾光器移動至光路之外時機械地移動至光路中而代替不透明度可變的 濾光器。相機可包括致動器，致動器可由用戶致動以實現(xiàn)不透明度可變的濾光器至光路中 以及至光路之外的移動。替代光學(xué)元件可包括基本上透明的材料，例如玻璃。此外，在一些 情況下，替代光學(xué)元件具有基本上類似于不透明度可變的濾光器的折射率。
[0021] 相機可另外包括將驅(qū)動電子設(shè)備與不透明度可變的濾光器連接的至少第一電子 連接器，第一電子連接器具有至少一個柔性部分。第一電子連接器可包括至少兩個電導(dǎo)體， 這兩個電導(dǎo)體均可連接至驅(qū)動電子設(shè)備和不透明度可變的濾光器兩者。第一電子連接器可 布置為使得當(dāng)不透明度可變的濾光器移動至光路中以及移動至光路之外時，第一柔性電子 連接器中沒有部分經(jīng)過光路。
[0022] 在一些另外的實施方式中，相機可包括第二圖像傳感器和不透明度可變的第二濾 光器，第二圖像傳感器位于外殼內(nèi)并配置為將進(jìn)入外殼的光轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，以及不 透明度可變的第二濾光器沿著光路布置在由外殼支撐的第二鏡頭組件和第二圖像傳感器 之間，其中電子控制不透明度可變的第二濾光器的可變不透明度。
[0023] 相機可另外包括沿著光路設(shè)置在相機主體之外的點和圖像傳感器之間的虹彩光 圈。虹彩光圈可包括光圈機構(gòu)，光圈機構(gòu)配置為限定光路的、尺寸可調(diào)節(jié)的孔徑光闌。
[0024] 在一些實施方式中，相機可包括曝光控制器，曝光控制器配置為通過改變?yōu)V光器 的至少一個光學(xué)特性而至少部分地調(diào)節(jié)曝光水平。至少一個光學(xué)特性可以是濾光器的不透 明度。曝光控制器可響應(yīng)于相機外部的光照條件或相機的當(dāng)前視場的改變而調(diào)節(jié)至少一個 光學(xué)特性。曝光控制器可響應(yīng)于對由傳感器采集的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的處理而另外或可選地調(diào) 節(jié)至少一個光學(xué)特性。曝光控制器可改變至少一個光學(xué)特性，但是（i)孔徑光闌的尺寸、 (ii)相機的可調(diào)節(jié)的快門速度、（iii)圖像傳感器的可調(diào)節(jié)的靈敏度、（iv)相機的白平衡 設(shè)置或（v)相機的景深中的一個、兩個或更多個或每一個維持基本上恒定或不變。曝光控 制器可調(diào)節(jié)至少一個光學(xué)特性以使曝光水平維持在基本恒定的水平或在預(yù)定范圍內(nèi)。該范 圍可在基準(zhǔn)曝光水平以上或以下不超過約1 %或約5%的范圍內(nèi)。曝光控制器可響應(yīng)于由 與圖像傳感器不同的第二傳感器檢測的光照條件的改變而調(diào)節(jié)至少一個光學(xué)特性。第二傳 感器可以是第二圖像傳感器。
[0025] 機械快門可沿著光路另外布置在相機之外的點外部的點和圖像傳感器之間。
[0026] 在某些實施方式中，圖像傳感器可實現(xiàn)電子快門。當(dāng)圖像傳感器實現(xiàn)電子快門時， 相機的快門速度可與由圖像傳感器實現(xiàn)的電子快門相關(guān)。
[0027] 調(diào)焦機構(gòu)可另外設(shè)置在包括至少一個鏡頭組件的光路中，配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)調(diào)焦機 構(gòu)至圖像傳感器的光的焦點。
[0028] 在實施方式中，一種相機可包括相機外殼、位于相機外殼內(nèi)的圖像傳感器、以及與 圖像傳感器通信的處理器。圖像傳感器可將進(jìn)入相機外殼的光轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。光在 到達(dá)圖像傳感器之前，可經(jīng)過位于光路中的不透明度可變的濾光器。處理器可識別用于濾 光器的操作設(shè)置、生成控制信息、以及至少基于用于濾光器的操作設(shè)置而修改數(shù)字圖像數(shù) 據(jù)的值，其中該控制信息使得濾光器的不透明度水平在曝光周期內(nèi)根據(jù)用于濾光器的操作 設(shè)置而調(diào)節(jié)。
[0029] 前述段落中的相機可包括以下特征中的一個或多個：當(dāng)用于濾光器的操作設(shè)置指 示時域濾波模式時，處理器可生成控制信息，該控制信息使得濾光器的不透明度水平在曝 光周期內(nèi)從第一不透明度水平調(diào)節(jié)至第二不透明度水平以及回調(diào)至第一不透明度水平；以 及當(dāng)在第一不透明度水平和第二不透明度水平之間調(diào)節(jié)時和當(dāng)在第二不透明度水平和第 一不透明度水平之間調(diào)節(jié)時，不透明度水平可變迀經(jīng)過多個中間不透明度水平。用于濾光 器的操作設(shè)置可包括中性密度設(shè)置，以及處理器可使濾光器的不透明度水平在曝光周期內(nèi) 維持在對應(yīng)于中性密度設(shè)置的不透明度水平。通過向數(shù)字圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用矩陣，處理器可修 改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值，以至少抵消濾光器對數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的影響。通過向數(shù)字圖像數(shù)據(jù)應(yīng) 用矩陣，處理器可修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值，以至少執(zhí)行與除了濾光器之外的一個或多個組 件相關(guān)的色度校準(zhǔn)。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)包括第一、第二和第三顏色，以及處理器可至少基于用于 濾光器的操作設(shè)置而修改用于第一顏色的值。第一顏色可包括藍(lán)色圖像數(shù)據(jù)。與當(dāng)濾光器 的不透明度水平是不同于第一水平的第二水平時相比，當(dāng)濾光器的不透明度水平是第一水 平時，通過使用于第一顏色的值減小更大的量，處理器可修改第一顏色的值。處理器可修改 數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值以抵消由濾光器引起的色移。處理器可修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值以抵消由 濾光器引起的、數(shù)字圖像數(shù)據(jù)中的白點偏移。處理器可修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值以抵消由濾 光器引起的、數(shù)字圖像數(shù)據(jù)中的白點偏移。處理器可根據(jù)第一功能修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值 以抵消由濾光器引起的、數(shù)字圖像數(shù)據(jù)中的白點偏移，以及根據(jù)第二功能修改數(shù)字圖像數(shù) 據(jù)的值以抵消由濾光器引起的色移，以及在根據(jù)第二功能修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值之前，處 理器可根據(jù)第一功能修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值。與當(dāng)用于濾光器的操作設(shè)置指示全局快門模 式時相比，當(dāng)用于濾光器的操作設(shè)置指示時域濾波模式時，通過使數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值減小 更大的量，處理器可修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。濾光器可以是可釋放地連接至相機外殼的鏡頭支 架的部件。當(dāng)用于濾光器的操作設(shè)置指示時域濾波模式時，處理器可至少基于與濾光器相 關(guān)的快門角度而修改數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的值。處理器可至少部分地根據(jù)用戶輸入而設(shè)置用于濾 光器的操作設(shè)置。濾光器可包括在可去除地附接至相機外殼的鏡頭支架中。相機可進(jìn)一步 包括可容納在相機外殼內(nèi)的濾光器。濾光器可包括液晶面板。處理器可生成控制信息以在 至少三種不同的模式下操作濾光器，這些模式對應(yīng)于：Q)時域濾波模式，在時域濾波模式 下，濾光器使其透光度逐漸增加至第一水平，隨后在曝光周期結(jié)束之前使透光度從第一水 平逐漸減?。唬╥i)全局快門模式，在全局快門模式下，濾光器（a)維持第一水平的透光度， (b)使透光度從第一水平急劇增加至第二水平，（c)維持第二水平的透光度，以及（d)使透 光度從第二水平急劇減?。灰约埃╥ii)中性密度模式，在中性密度模式下，不透明度在曝光 周期內(nèi)維持在恒定值。
[0030] 在實施方式中，一種操作相機的方法包括