使发光二极管闪光匹配至相机环境光的补偿算法

摘要

本发明描述了一种用于数码照相机(50)的白光LED闪光灯(53)，该白光LED闪光灯(53)使用蓝光LED晶元(22)结合在该LED晶元上的红色及绿色磷光体或量子点材料(40)。磷光体或量子点特征经选择使得白光基本上匹配该数码相机中的环境光设定，例如白炽环境光设定。因此，当在白炽环境光下拍摄闪光图片且该闪光灯发射与该白炽光相同类型的光时，该闪光灯将有效增亮该白炽光。接着将与白炽光照明相关联的该照相机的色彩补偿算法(71)应用至照片且由于对象仅受白炽光照明而最佳地工作。此概念被扩展至LED闪光灯，其仿真其它类型环境光，具有编程到该照相机中的相关联色彩补偿算法的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用发光二极管(LED)的数码相机闪光灯，特别是，涉及一种其发光的特征被定制为匹配由相机执行的现有环境光补偿算法的LED闪光灯。

背景技术

待拍图像的色彩会受到环境光的高度影响。相比冷环境光，暖环境光被认为是较多红色且较少蓝色。暖环境光可以是例如利用钨丝的白炽光(约3000K)。早晨或下午的太阳产生较不温暖的环境光(约3500K)。较冷环境光是荧光(约4500K)。当头太阳日光，阴天日光及阴暗日光产生逐渐变冷的光(5000-10000K)。标准的氙闪光灯产生趋于支配环境光的冷光(约5500K)。

高品质数码相机可手动控制以选择现有环境光的类型。由于该选择，在色彩像素上执行一特定补偿算法以补偿由该环境光建立的色彩偏移以使色彩更真实。

某些数码相机通过色彩平衡技术及其他技术可自动侦测环境光的类型。结果，相机的处理器应用若干色彩补偿算法中的适当的一种色彩补偿算法以矫正归因于所侦测的环境光的任意色彩偏移。

当在相机中使用一标准氙闪光灯时，相机假定闪光灯支配环境光，且由相机选择的色彩补偿算法有时与使用的闪光灯相关联。但在某些情形中，闪光及环境光二者都显著地对图像照明的有贡献。

使用LED作为小型相机，包括移动电话相机的闪光灯正逐渐普及。这是因为LED无需氙闪光灯所要求的高电压脉冲，且LED及其驱动器比氙灯泡及其驱动器小得多。当正使用数码相机拍摄一视频时LED亦可持续接通。

如今所用的闪光LED通常是覆有YAG磷光体的一标准蓝LED晶元，其中由该YAG磷光体发射的黄-绿光与通过磷光体层泄漏的蓝LED光组合以产生白光。该光被认为是具7000K左右色温的冷光。

关于LED闪光灯的问题是闪光色温不匹配环境色温。因此，图像受具不同特征的两个光源的组合的照明。由于相机中所储存的多种自动色彩补偿算法特定适于特定类型的环境光或闪光本身，即使经选择最适宜的色彩补偿算法也不能精确补偿该两个非常不同的照明光源。

数码相机闪光灯领域中所需的是一种结合相机的色彩补偿算法而完善地工作以产生具更真实色彩图像的闪光灯系统。

发明内容

本发明目的之一是提供一种LED闪光灯，类似于照明一对象(例如待拍摄的对象)的实际环境光。以此方式，闪光灯有效地增亮环境光。由于相机，例如移动电话相机中的各不同色彩补偿算法经设计以仅补偿一种类型的环境光，因此当该LED闪光灯基本上匹配实际环境光时，经选择以用于该实际环境光的色彩补偿算法最佳地工作。

本发明可藉由确定照明对象的环境光为第一类型环境光，例如一白炽光，而由例如相机的一数字装置执行。接着激励第一白光、发光二极管(LED)闪光灯，该第一白光LED闪光灯包含发射可见蓝光的第一LED晶元。例如红磷光体的第一波长转换材料在该第一LED晶元上，该第一波长转换材料由该蓝光激励且将该蓝光波长转换以发射可见红光。例如绿磷光体的第二波长转换材料也在该第一LED晶元上，该第二波长转换材料由该蓝光激励且将该蓝光波长转换以发射可见绿光，其中该蓝光、该红光及该绿光的组合产生基本上匹配该第一类型环境光的白光。由此，该实际环境光由该LED闪光灯有效地增亮。

若该装置为照相机，则基于侦测的环境光的类型选择复数个色彩补偿算法之一，并将与该第一类型环境光相关联的色彩补偿算法应用至照片。由于仅有一种类型的照明光用于该对象，该色彩补偿算法最佳地工作。

本发明可经扩展以在例如照相机的装置中提供多个LED闪光灯，且仅将产生基本上匹配实际环境光的LED闪光灯连同相关联的色彩补偿算法用于最终照片。

附图说明

图1是蓝AlInGaN LED晶元的一截面图，该晶元安装于一基座上，上覆一个或多个波长转换层，诸如由磷光体或量子点形成，，该磷光体或量子点经定制以建立一白光LED，其光发射基本上匹配编程于数码相机中的一环境光标准(例如，白炽光)。

图2绘示根据本发明之一实施例的使用一个或多个白光LED闪光灯的数码相机，所述白光LED闪光灯已经定制化以用于由该相机对于不同环境光所使用的特定色彩补偿算法。

图3描述白光LED的定制化制造的流程图，该白光LED闪光灯的光发射基本上匹配白炽发射光谱，和描述并入该白光LED闪光灯的数码相机的操作。

图4绘示一典型钨灯丝的光谱，该光谱的特征编程到数码相机中用以当该灯丝用作环境光源时进行色彩补偿，且绘示经定制以基本上匹配该灯丝光谱的白光LED的简化光谱。

图5是一流程图，其描述多个白光LED闪光灯的定制制造，该多个白光LED闪光灯的光发射基本上匹配不同环境光源的光发射，且描述合了并入该多个白光LED闪光灯的数码相机的操作。

图6是描述了使用图5的定制白光LED的照相机操作的另一实施例的流程图。

图7是描述了使用图5的定制白光LED的照相机操作的又一实施例的流程图。

图8是描述白光LED闪光灯的制制造的另一实施例的流程图，该白光LED闪光灯的光发射基本上匹配一特定发射光谱，且描述合并该白光LED闪光灯的一数码相机的操作。

具体实施方式

使用LED晶元及该晶元上的磷光体来制造一种用于特定相机的LED闪光灯，该LED闪光灯产生白光，该白光的特征经定制化以基本上匹配编程到该相机中的环境光设定之一。各照相机厂商可具有其自己的用于环境光类型的标准(例如，白炽光为2500K相对于3000K)，因此该LED闪光灯经定制以基本上匹配用于相机的现有环境光准则之一。

本发明人已执行比较环境光不同色温的色彩误差的测试(使用一色图及δE94标准)。本发明人已发现，当设定相机使用其白炽光(钨丝)色彩校正算法时，在定制LED闪光灯以基本上发射与钨丝相同的色温(约2700K)时产生最低的色彩误差。该测试也展示出，使用标准YAG类型的LED闪光灯的照相机产生最高色彩误差，同时该照相机对于钨丝环境光而校准。

在小型数码相机领域中，大部分闪光图片在白炽照明下于室内拍摄。因此，用于闪光图片的一重要色彩补偿演算法是用于白炽照明的。当LED闪光灯经制造以基本上再现由照相机使用的钨丝光标准时，实际钨丝环境光及LED闪光的组合将基本上产生更明亮的钨丝照明。照相机可使用自动环境光侦测器以确定环境光的类型，或使用者可手动识别环境光类型。结果，相较于LED闪光灯为YAG类型闪光灯或其它任意设计的闪光灯，本发明中在白炽光下于室内拍摄的闪光图片将更真实。

藉由改变蓝LED晶元上的红磷光体及绿磷光体的密度、厚度、比率及/或类型可调整LED闪光灯的色彩发射以用于照相机的白炽光标准。可将该等磷光体可沉积成组合层，或可沉积成分离层，或可以薄预成形板的形式贴附至LED晶元。在一实施例中，上述磷光体藉由电泳而沉积。也可使用量子点或其它波长转换材料。

在另一实施例中，LED闪光灯模拟另一种类型的环境光，诸如日光或荧光。

在另一实施例中，不同LED闪光灯经定制以用于可由照相机侦测的多种环境光类型中的每一种，例白炽光、荧光、明亮日光及阴天日光。接着将上述不同LED闪光灯彼此毗邻安装在照相机中。当欲拍摄一闪光图片时，自动侦测或手动输入环境光类型，接着仅对发射与该经侦测的环境光基本上相同色温的LED激励以用于照片。因此，用于该光类型的照相机的色彩补偿算法将最佳地工作以产生更真实的图片。

可使用LED闪光灯操作的许多其它方案以使最终图片在最类似环境光的LED闪光下拍摄。

图1是根据本发明一实施例形成的白光LED 20的一截面图。高功率蓝光LED晶元22使用金凸块25或任意其它构件而焊接或超声波熔接至基座24。该基座24在其表面上具有金属接触垫26与该LED晶元22上底部的电极28电连接。该LED晶元22是倒装晶片。上述接触垫26引至形成于该基座24周边或下部上的其他导体，用于连接至印刷电路板30，该印刷电路板30继而连接至诸如电流源的电源。该LED晶元22可使用AlInGaN材料而形成且较佳地发射具约430nm至480nm峰值波长的蓝光。该晶元22包括底部p层32、活性层34及顶部n层36。各层可包含复数个层。在其它实施例中，n层位置及p层位置可反转，且该装置可以是非倒装晶片。该蓝LED晶元的顶表面可以为任意大小，其中典型大小约1mm²。

该LED晶元22的顶表面贴附含红磷光体及绿磷光体的一个或多个磷光体层40。虽然将在各实施例中使用磷光体，但是量子点可代替磷光体而用于降频转换。该一个或多个磷光体层40可预成形为薄磷光体板，或藉由诸如将上述磷光体沉积于液态黏着剂或电泳的方法沉积的层。通过上述磷光体层40的虚线表示磷光体被沉积成两层、或磷光体覆盖该LED晶元22的侧面或磷光体仅覆盖该晶元的顶表面(例如用磷光体板)。也可使用板与沉积的组合。沉积磷光体以建立广泛的多种白光光谱的方法已是公知。

某些蓝光通过红磷光体及绿磷光体泄漏，因此所得光为白色。

许多实例中一些适当红磷光体及绿磷光体的实例包含：Y₃Al₅O₁₂:Cu³⁺(绿)、CaAlSiN₃:Eu²⁺(红)、LU₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(绿)及(BaSr)₂Si₅N₈:Eu²⁺(红，称为BSSN)。可使用红磷光体及绿磷光体的任一组合。

若使用磷光体板，各板或组合板的厚度通常介于50微米至300微米之间，该厚度取决于所用磷光体的类型、所用蓝LED的类型(例如，更高功率的LED可能需要更厚的板)、磷光体的密度及本领域技术人员了解的其他因素。

该板可以是经烧结的磷光体粉或分散于透明黏着剂(例如硅树脂)中的磷光体粉。或者，其可包括嵌入于诸如环氧树脂或硅树脂的适当基质中的半导体纳米颗粒(量子点)。或者，其可为混合物(例如，黏着剂中的磷光体，其中该黏着剂含有半导体纳米颗粒)。量子点将光波长转换成特定波长，这取决于量子点颗粒之大小。建立特定红或绿光发射所需的该量子点及他们的特性已为公知。

若使用重叠的红及绿板或层，则将红磷光体放置在绿磷光体下是有利的，因为红降频转换器通常吸收绿光子，而绿降频转换器未明显影响红光子。此趋于导致降频转换效率的改良。

本发明涉及定制由蓝LED晶元激励的红磷光体及绿磷光体(或其它波长转换材料)，以使所发射的白光基本上匹配于在数码相机中使用以补偿环境光特征的特定色彩补偿算法。接着白光LED作为照相机闪光灯使用。若该LED闪光灯经定制以基本上匹配在该照相机中编程的现有环境光类型之一，则该LED闪光灯有效增亮该环境光，且用于特定类型环境光的该照相机的色彩补偿演算法最佳地工作以建立更真实的图片色彩。

在一实施例中，在单一照相机中使用多个不同LED闪光灯，各LED闪光灯对应于不同环境光。在例如移动电话照相机闪光灯的更简单实施例中，LED闪光灯经定制以基本上匹配在该照相机中的白炽光色彩补偿算法中由该照相机假定的白炽(钨丝)环境光。

图2绘示照相机50包含多个LED闪光灯52、53及54。如本文中所使用，术语闪光也包含视频期间而非单一图片的持续照明。LED闪光灯52经定制设计以用于基本上匹配一明亮日光环境光照相机设定，LED闪光灯53经定制设计以用于基本上匹配一白炽环境光照相机设定，且LED闪光灯54经定制设计以用于基本上匹配一荧光环境光照相机设定。可有用于其它光设定的额外LED闪光灯。各LED闪光灯上方为波长(X轴)相对于LED闪光灯发射的光的相对强度的简化图形，其中该波长从在左边的蓝色增加至在右边的红色。对于荧光，发射归因于所用磷光体的特定发射。由照相机色彩补偿算法假定的各类型环境光的这些特征可由期望制造根据本发明的定制LED闪光灯的各照相机厂商提供。白炽环境光总色温假定为2500K至4000K；荧光环境光总色温假定为4000K至5000K：且日光环境光总色温假定为5000K至6500K。

为选择特定色彩补偿算法的目的，照相机环境光设定可为手动的或自动的。

大多数移动电话照相机使用在白炽环境光下的LED闪光灯。在本发明最简单的方案中，对于某一照相机制造商，仅制造基本上匹配照相机白炽环境光设定的LED闪光灯。以此方式，当连同白炽环境光使用闪光时，由于图像所有的照明都具有白炽光特征，照相机的白炽光色彩补偿算法将被最佳地应用至照片。该技术描述于图3的流程图中，该流程图被分成LED闪光灯设计及照相机操作。

在图3的步骤58中，LED厂商识别特定照相机类型用以确定环境光为白炽(钨丝)的光特征。该照相机将具有色彩补偿演算法，在此白炽环境光下应用至照片之拍摄。

接着在步骤59中，LED厂商定制红磷光体及绿磷光体特征用于特定蓝LED晶元以建立经定制的白光LED以匹配已在特定照相机中编程的白炽光特征。此定制可牵涉改变一个或多个如下磷光体特征：密度、厚度、比率、类型且可能其它因素。沉积方法也将影响白光特征。在一实施例中，红磷光体是一薄的预成形磷光体板，且特定板选自具不同厚度的其它板以达成所要的红光分量。类似地，绿板是选自复数个不同的板以达成所要的绿色分量。由于蓝色分量为通上述板泄漏的LED光，故上述板的厚度也影响蓝光分量。可经验性确定或藉由计算机仿真确定以特定驱动电流驱动上述板及上述蓝LED的多种组合达成的光特征。

在步骤60中，所得LED闪光灯安装在照相机中用以基本上复制编程于特定照相机中的环境白炽光特征。

图4绘示了典型的钨丝光谱62，所述钨丝的特征被编程于数码相机中，用于当用所述灯丝作为环境光源使用时进行色彩补偿。图4也绘示了经定制以基本上匹配灯丝光谱的白光LED 53(图2)的简化光谱64。在约450nm蓝波长的LED光的相对照度中的凸出归因于LED晶元的蓝光泄漏通过红磷光体及绿磷光体。只要LED闪光灯特征大致上追踪环境光特征(如由照相机感测)，则认为该LED闪光灯基本上匹配该环境光。不同磷光体具有影响该LED闪光灯特征平滑度的不同全波长半波高(full-wavelength-half-maximum)特征。但是，由于照相机基本上仅侦测红、绿及蓝光，因此LED闪光灯无需类似环境光的整个光谱，只要该照相机感知该LED闪光为简单增加该环境光亮度。

在图3的步骤66中，假定照相机自动侦测环境光类型，该照相机“打开快门”(以电子感测)，且在无该闪光的情况下，例如在低分辨率下，该照相机的色彩像素传感器68侦测经照明的图像。所述传感器68可以是CCD、CMOS或其它类型的传感器。该照相机的微处理器70处理该图像以确定环境光类型，例如通过比较所述特征与储存于存储器71中的特征。该照相机甚至可使用分离光传感器以感测总色温。在另一实施例中，使用者经由该照相机菜单屏幕而手动识别环境光类型。

在步骤72中，假定该照相机侦测到该环境光不足够亮而无法拍摄图片，该照相机启用该LED闪光灯，并拍摄该图像。若该环境光是白炽光，则该LED闪光灯仅增加该环境亮度而基本上不改变色彩。为激励该LED闪光灯53，该微处理器70将信号施加至LED驱动器73，其将电流脉冲(用于图片)或持续电流(用于视频)施加至该LED闪光灯53。用于闪光灯的LED驱动器已是公知且在市场上可购得。

在步骤76中假定侦测到该环境光为白炽光，该照相机使用白炽环境光色彩补偿设定处理该图像，使得该色彩补偿演算法最佳地工作。可将色彩校正因子(包含色彩偏移及亮度)储存于由该微处理器70寻址的存储器71中。若该环境光不是白炽光且使用该LED闪光灯，所得照明将为实际环境光及该LED闪光的组合。若照明光受该LED闪光支配则该照相机可应用与该LED闪光灯相关联的色彩补偿算法，或者该照相机可应用考虑该LED闪光及该实际环境光混合的另一色彩补偿算法。

在步骤80中，将经色彩校正的图片储存于例如记忆卡的存储器82中。

当在白炽环境光中使用闪光灯拍摄图片时，图3的流程图产生最佳结果。对于较高质量的照相机，可将多个LED闪光灯52-54安装在相同区域(例如，反射器)中，且仅将对应于所侦测的环境光的闪光用于最终图片。

图5是承担安装在照相机中多个LED闪光灯的流程图。假定照相机设定包含至少日光(晴天，太阳当头)、白炽及荧光。可有更多或更少的设定及闪光灯。

在图5的步骤84中，识别光特征，特定类型照相机用以决定环境光是否是日光、白炽或荧光。接着藉由该照相机的该决定应用相关联的色彩补偿算法，用于所拍图像的色彩补偿。该特征可由照相机厂商提供给LED闪光灯厂商。

在步骤86中，LED闪光灯经制造以基本上匹配在步骤84中识别的日光、白炽及荧光特征。图2中，所述特征的简化实例示于LED闪光灯52-54的上方。

在步骤88中，将该三个LED闪光灯安装在数字照相机中。

接着可使用多种照相机技术将LED闪光与环境光组合并选择应用至照片的最佳色彩校正算法。在图5的实例中，在步骤90中，侦测环境光，例如藉由打开快门(电子而非机械地执行)，以通过比较实际环境光特征与储存于存储器71中的环境光特征而侦测环境光。该环境光也可由使用者简单识别。

在步骤92中，仅对与所侦测的环境光类型最紧密关联的LED闪光灯52-54激励以拍摄闪光图片。该微处理器70对LED驱动器73识别适当的闪光，接着该LED驱动器73施加电流脉冲或持续电流至选择的LED。

接着在步骤94中，使用用于该环境光的适当色彩校正因数处理受该环境光及匹配LED闪光照明的图像。由此，将最佳地应用该算法。

在步骤96中，将最终图片储存于存储器82中。

图6绘示使用图5中制造的LED闪光灯的照相机操作的另一实例。在图6的步骤98中，打开照相机快门以仅使用环境光处理一低分辨率图片。

在步骤100中，照相机在低分辨率下利用三个闪光灯52-54每个分别拍摄单独图片并确定哪个闪光灯产生与步骤98中所侦测的环境光最一致的图像。

接着在步骤102中，照相机使用最匹配环境光的LED闪光灯拍摄一正规图片。

在步骤104中，使用与环境光相关联的算法来色彩补偿照片。由此，该算法将最佳地应用。

在步骤106中，将经色彩校正的图像储存于存储器82中。

图7绘示使用在图5中制造的LED闪光灯的照相机操作的另一实施例。在图7之步骤108中，照相机用各闪光灯依次拍摄图片并将这些图片暂时储存于存储器中。

在步骤110中，微处理器70藉由，例如，检查面部色调或使用其它标准来确定最佳图片。

接着在步骤112中，照相机基于所侦测的环境光而将适当色彩校正算法应用至最佳图片并删除剩余的图片。

在步骤114中，将经色彩校正的图像储存于存储器82中。

图8绘示假定LED闪光支配图像照明且照相机应用与LED闪光相关联的色彩校正算法(例如，白炽光算法)而不关注实际环境光的另一技术。此假定该环境光不足够明亮以便要求闪光。

在图8的步骤116中，蓝LED上的磷光体密度、厚度、类型等经调整以建立经定制的白光LED闪光灯，用于匹配已编程于特定照相机中的环境日光特征、白炽光及荧光特征之一。

在步骤118中，当侦测到需要闪光时，拍摄图像，且假定该闪光灯支配图像照明。

在步骤120中，用与所述LED闪光灯特征相关联的色彩补偿算法色彩校正照片。在一实施例中，由于所有的闪光图片都在室内白炽环境光下拍摄，所以该LED闪光灯具有白炽光特征。

在步骤122中，将经色彩校正的图像存储于82中。

在所有实施例中，亮度补偿可藉由快门的打开时间和补偿算法组合来实现。

本文所描述方法的多种组合可用于处理用一个或多个定制的LED闪光灯所拍摄的照片。若使用者手动识别环境光则该处理被简化。

在详细描述本发明后，本领域技术人员将了解，在给定本发明公开内容且不脱离本文所述发明概念的精神的情况下，可对本发明进行修改。因此，不期望本发明的范围受限于所绘示和描述的特定实施例。