CN101272458A - 图像捕获装置、测光方法、亮度计算方法和程序 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像捕获装置，包括：能够选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理的图像捕获处理单元，正常图像捕获处理是在单位时间内获得单个曝光图像信号并通过对获得的信号执行信号处理而生成捕获图像数据的处理，而组合图像捕获处理是获得长曝光图像信号和短曝光图像信号并通过对这些获得的信号执行包含信号组合的信号处理来生成捕获图像数据的处理；用于对捕获图像数据执行测光的检测单元；和用于根据使用的图像捕获模式来控制检测单元内使用的测光方法之间的切换。

Description

图像捕获装置、测光方法、亮度计算方法和程序
相关申请的交叉引用
本申请包含与2007年3月19日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-070443相关的主题，该申请全文合并于此作为参考。
技术领域
本发明涉及图像捕获装置、测光方法、亮度计算方法和程序，并且尤其涉及一种在图像捕获时能够在正常图像捕获模式和组合图像捕获模式之间切换的图像捕获装置。
背景技术
在现有技术的、使用例如CCD(电荷耦合器件)的固态图像拾取设备的图像捕获装置内，通过控制光圈和电子快门速度来控制将进入图像拾取设备的光量(曝光量)。即，当捕获亮的景象时，减小曝光量以便防止发生由于从图像拾取设备输出的信号饱和而导致的曝光过度。相反，当捕获暗的景象时，增加曝光量以便防止发生曝光不足。
但是，当希望使用具有不足的动态范围的固态图像拾取设备捕获具有强对比度的景象时(逆光物体的图像捕获，或者室内景象和室外景象的同时图像捕获)，即使控制曝光量，在景象的明亮部分内仍可能会由于该明亮部分饱和而发生曝光过度，并且可能在景象的黑暗部分内发生曝光不足。结果，这两个部分都不能被合适地再现。
作为一种克服这种困难的方法，日本未审查专利申请公报No.6-141229(对应于专利No.US 5455621)公开了一种方法，该方法通过在一场内使用两个不同的电子快门速度或者改变每一场的电子快门速度来分别获得亮区信息和暗区信息，并且将获得的信息片段组合成单个图像。此方法用于能够捕获具有宽动态范围的图像的装置(宽动态范围照相机)。另外，日本未审查专利申请公报No.2002-84449、2004-120205(对应专利No.US 2006/033823A1)和2006-319474公开了用于改善上述组合图像的质量的装置和方法。
日本未审查专利申请公报No.2002-84449、2004-120205(对应专利No.US 2006/033823A1)公开了一种通过改善用于组合以两个大不相同的曝光量捕获的图像的方法来改善宽动态范围照相机的图像质量的方法。但是，这些专利申请没有说明用于曝光控制的测光方法。
宽动态范围照相机通常具有两种图像捕获模式：其中执行宽动态范围图像捕获的组合图像捕获模式，和其中没有执行宽动态范围图像捕获的正常图像捕获模式。通常，在正常图像捕获模式中自动设定的测光方法(照相机用户不需要执行设定操作)是中央重点测光方法或者评价测光方法。中央重点测光方法是在主要物体位于中心区域这一假设下测量集中于图像的中心区域的光的方法。例如，日本未审查专利申请公报No.2006-319474公开了此方法。评价测光方法(该方法也被称为多分区测光方法和多图案测光方法)是将图像分成多个区域，测量这些区域中每一个区域内的光，基于这些区域的光测量结果来确定是否应该执行过度前向光校正或背光校正，并且执行合适的曝光的方法。在评价测光方法中，有时还考虑对焦点，或者有时将图像分成大量区域。因此，用于评价测光方法的算法随照相机制造商不同而不同。
为了对主要物体执行合适的曝光，在用于具有窄动态范围的图像的图像捕获的正常图像捕获模式下使用其中为具体部分分配权重的这两个测光方法。另一方面，在用于具有较宽动态范围的图像的图像捕获的组合图像捕获模式下，需要视觉检查被捕获图像的整个区域内的物体。因此，上述测光方法并不适合于组合图像捕获模式。
发明内容
希望在能够在图像捕获时在正常图像捕获模式和组合图像捕获模式之间切换的图像捕获装置内执行合适的测光。
根据本发明实施例的图像捕获装置包括：图像捕获处理单元，用于选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理，所述正常图像捕获处理是在单位时间(例如，一场)内获得单个曝光图像信号并通过对所述曝光图像信号执行信号处理而生成捕获图像数据的处理，而所述组合图像捕获处理是通过曝光相对长的时间而获得长曝光图像信号和通过曝光相对短的时间而获得短曝光图像信号并通过对所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号执行包含信号组合处理的信号处理来生成捕获图像数据的处理；检测单元，被配置成对所述图像捕获处理单元生成的所述捕获图像数据执行测光；和控制单元，被配置成根据所使用的图像捕获模式是正常图像捕获模式还是组合图像捕获模式，控制所述检测单元内使用的测光方法之间的切换。
控制单元基于检测单元执行的测光的结果对图像捕获处理单元执行曝光控制。
当在正常图像捕获模式下执行正常图像捕获处理时，所述控制单元使所述检测单元使用中央重点测光方法和评价测光方法中的任何一种作为测光方法。
当在组合图像捕获模式下执行组合图像捕获处理时，所述控制单元使所述检测单元使用平均测光方法作为测光方法。
当确定在正常图像捕获模式下执行正常图像捕获处理或者在组合图像捕获模式下执行组合图像捕获处理期间已经输入了使用局部区域测光方法的指令时，所述控制单元使所述检测单元使用局部区域测光方法作为测光方法。
当确定在正常图像捕获模式下执行正常图像捕获处理或者在组合图像捕获模式下执行组合图像捕获处理期间已经检测到异常状况时，所述控制单元使所述检测单元使用所述局部区域测光方法作为测光方法。
根据本发明实施例的测光方法是一种用于图像捕获装置的方法，所述图像捕获装置用于选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理。所述正常图像捕获处理是在单位时间内获得单个曝光图像信号并通过对所述曝光图像信号执行信号处理而生成捕获图像数据的处理。所述组合图像捕获处理是通过曝光相对长的时间而获得长曝光图像信号和通过曝光相对短的时间而获得短曝光图像信号并通过对所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号执行包含信号组合处理的信号处理来生成捕获图像数据的处理。该测光方法包括以下步骤：当在所述正常图像捕获模式下执行正常图像捕获处理时，使用中央重点测光方法和评价测光方法中的任何一种方法对图像捕获处理单元生成的捕获图像数据进行测光；以及当在所述组合图像捕获模式下执行组合图像捕获处理时，使用平均测光方法对所述图像捕获处理单元生成的捕获图像数据进行测光。
根据本发明实施例的亮度计算方法是一种用于图像捕获装置的方法。该图像捕获装置包括：图像捕获处理单元，用于选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理，所述正常图像捕获处理是在单位时间内获得单个曝光图像信号并通过对所述曝光图像信号执行信号处理而生成捕获图像数据的处理，而所述组合图像捕获处理是通过曝光相对长的时间而获得长曝光图像信号和通过曝光相对短的时间而获得短曝光图像信号并通过对所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号执行包含信号组合处理的信号处理来生成捕获图像数据的处理；和检测单元，被配置成对所述图像捕获处理单元生成的所述捕获图像数据执行测光。该亮度计算方法包括以下步骤：根据所使用的图像捕获模式是正常图像捕获模式还是组合图像捕获模式，控制所述检测单元内使用的测光方法之间的切换；以及接收由所述检测单元执行测光而获得的值(例如，亮度积分值)，并且基于在所述检测单元内执行的测光方法使用接收到的值来执行计算以计算出单位面积的亮度值。
根据本发明实施例的程序是一种使计算机执行上述亮度计算方法的程序。
因此，在能够选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理的图像捕获装置中，根据使用的图像捕获模式改变测光方法。例如，在正常图像捕获模式下，执行中央重点测光方法或评价测光方法。另一方面，在用于实现宽动态范围的组合图像捕获模式下，需要视觉检查捕获图像的整个区域。因此，其中集中于主要物体执行测光的测光方法并不适合于组合图像捕获模式。因此，在组合图像捕获模式下使用平均测光方法(也被称为全区域测光方法)。平均测光方法(全区域测光方法)是一种在捕获图像的全部区域上执行测光并且将测光结果的平均值设定为亮度级的方法。
根据本发明的实施例，在正常图像捕获模式和用于实现宽动态范围的组合图像捕获模式下使用不同的测光方法。因此，可在这些模式中的每一个下合适地执行测光。通过基于这种合适的测光的结果执行曝光控制，可改善组合图像捕获模式下的自动曝光性能，而不会降低在正常图像捕获模式下获得的、具有窄动态范围的图像的质量。
附图说明
图1是根据本发明实施例的图像捕获装置的框图；
图2A是描述在正常图像捕获模式下执行的曝光处理的图；
图2B是描述在组合图像捕获模式下执行的曝光处理的图；
图3是描述根据本发明实施例的信号组合处理的图；
图4A和4B是示出根据本发明实施例的图像捕获装置执行的处理的流程图；
图5是示出根据本发明实施例的检测处理的流程图；
图6A是描述用于中央重点测光方法的检测帧的图；
图6B是描述用于评价测光方法的检测帧的图；
图7A是描述用于平均测光方法的检测帧的图；
图7B是描述用于局部区域测光方法的检测帧的图；
图8是示出根据本发明实施例的控制单元执行的示例性处理I的流程图；
图9包括图9A和图9B，并且是示出根据本发明实施例的控制单元执行的示例性处理II的流程图；
图10是示出根据本发明实施例的用于执行示例性处理III的图像捕获装置的配置的框图；和
图11包括图11A和图11B，并且是示出根据本发明实施例的控制单元执行的示例性处理III的流程图。
具体实施方式
下文将按以下顺序说明本发明的实施例：
1.正常图像捕获模式和组合图像捕获模式；
2.图像捕获装置的配置；
3.图像捕获装置的全部操作；
4.控制单元执行的示例性处理I；
5.控制单元执行的示例性处理II；
6.控制单元执行的示例性处理III；以及
7.实施例和程序的优点
1.正常图像捕获模式和组合图像捕获模式
根据本发明实施例的图像捕获装置1是宽动态范围照相机，其能够以组合图像捕获模式执行图像捕获，并且适于用作例如监控照相机。但是，宽动态范围照相机可用作针对一般用途的数字静态照相机或数字摄像机。首先，下文将说明正常图像捕获模式和组合图像捕获模式。
在正常图像捕获操作(正常图像捕获模式)中，常用图像捕获装置难以处理在景象中的极暗部分和极亮部分之间的宽动态范围。例如，可以考虑在阳光充足的天气下白天在看得到风景的房间内执行图像捕获的情况。此时，如果在房间内的对象已被设定为曝光基准点之后执行曝光，则房间外的室外部分缺乏灰度并且曝光过度。相反，如果在室外部分被设定为曝光基准点之后执行曝光，则房间内的对象会曝光不足。即，如果景象内的亮度等级存在很大差别，则难以获得与亮度动态范围相对应的捕获图像。另一方面，在组合捕获模式中，通过在每次捕获图像时使用电子快门功能来改变快门速度并且组合利用不同的曝光时间获得的图像，获得不包含曝光过度或曝光不足部分的具有宽动态范围的图像。
但是，当用户视觉查看在组合图像捕获模式下捕获的图像时会感到不舒服。因此，希望用户可在图像捕获时根据用户的喜好以及图像捕获的目的选择正常图像捕获模式和组合图像捕获模式之一。
图2A和2B示出在例如CCD或CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器阵列的图像拾取器件单元内在一场内的曝光时间与累积曝光量(电荷量)之间的关系。图2A示出在正常图像捕获模式下在1/60秒的一场时间(其是图像捕获单位时间)内执行曝光的情况。这里，曝光时间可能不是1/60秒。另一个曝光时间可设定为电子快门速度。因此，在图像拾取器件单元中，在一场时间内的特定曝光时间中执行曝光，从而获得一场曝光图像信号。对此曝光图像信号执行预定的信号处理，从而生成一场捕获图像数据。
图2B示出在组合图像捕获模式下在1/60秒的一场时间内执行1/64秒的长曝光和1/2000秒的短曝光的情况。也可改变长曝光和短曝光的曝光时间。通过执行长曝光和短曝光，在一场时间内获得长曝光图像信号和短曝光图像信号。得到的图像信号被组合成一场捕获图像信号。可能在一场时间内不执行长曝光和短曝光。可考虑在某一场时间内执行长曝光，在下一场时间内执行短曝光，然后组合获得的曝光图像信号的情况。
图3示出长曝光图像信号的输入-输出亮度特性A和短曝光图像信号的输入-输出亮度特性B，以便说明长曝光图像信号和短曝光图像信号的信号组合处理。在信号组合处理中，例如，将某一亮度值设定为切换点SP。具有低于切换点SP的亮度级的像素使用长曝光图像信号作为像素信号。另一方面，具有高于切换点SP的亮度级的像素使用短曝光图像信号作为像素信号。此时，长曝光图像信号与短曝光图像信号的曝光比与短曝光图像信号相乘，从而执行这些图像信号的亮度级调节。假设长曝光图像信号与短曝光图像信号的曝光比为10∶1。在此情况下，短曝光图像信号的曝光程度是长曝光图像信号的曝光程度的1/10。但是，现有的光量至少是短曝光图像信号的亮度级的10倍。因此，短曝光图像信号乘以值10以便进行亮度级调节。这样，通过执行短曝光图像信号的增益放大，如图所示可获得特性kB，其亮度级被调节至长曝光图像信号的特性。因此，生成具有特性A-kB的组合图像。即，长曝光图像信号用于景象中的比较暗的部分以便防止发生曝光不足，而短曝光图像信号用于比较亮的部分以便防止发生曝光过度。因此，生成不包含曝光过度部分和曝光不足部分的组合图像。
作为在组合图像捕获模式下捕获在明亮部分和黑暗部分之间具有宽动态范围的对象的图像的方法，除了组合已通过改变曝光时间获得的亮图像和暗图像的上述方法之外，还存在多种方法。例如，这些方法包括一种逐个像素地改变灵敏度、仅提取具有相同曝光条件的信号、使用提取的信号再现图像以及组合一个或多个具有不同曝光条件的图像的方法，以及一种使用棱镜分离入射光并且组合从连接到具有光衰减功能的滤光器的图像拾取器件输出的信号的方法，其中该滤光器例如是ND滤光器(中性密度滤光器：光量控制滤光器)，其用于减小通过其透射的所有波长的光的量，即同等地减少入射光的量。
在使用上述方法之一的组合图像捕获模式下，可获得比正常图像捕获模式下获得的动态范围宽得多的动态范围。因此，在组合图像捕获模式下，可捕获具有宽动态范围的对象的图像。具有宽动态范围的对象意味着对象的输入图像包括明亮部分和黑暗部分。例如，组合图像捕获模式适用于需要在强光从外部进入的房间内以及亮度级存在很大差别的位置处执行图像捕获的照相机。更准确地说，组合图像捕获模式适用于需要在如下位置执行图像捕获的照相机：即，在该处动态范围根据在白天或夜间的图像捕获时间有很大变化，该位置例如是在银行门口或者监控交通状况的公路上。
在图2A内所示的正常图像捕获模式下执行的曝光操作下文被称为“正常曝光”，以便与在图2B所示的组合图像捕获模式下执行的长曝光和短曝光区分开来。正常曝光获得的曝光图像信号下文被称为“正常曝光图像信号”，以便与长曝光图像信号和短曝光图像信号区分开来。
2.图像捕获装置的配置
图1示出了根据本发明实施例的图像捕获装置的配置。根据本发明实施例的图像捕获装置包括图像捕获光学系统1、图像拾取器件单元2、预处理单元3、信号处理单元4、输出单元5、检测单元6、定时发生器7、光学元件驱动单元8、控制单元10、操作单元11和显示单元12。
图像捕获光学系统1包括光学元件，例如透镜、用于除去不必要的波长分量的滤光器和光圈1a。光从对象通过图像捕获光学系统1内包含的每个光学元件传递给图像拾取器件单元2。图像拾取器件单元2是固态图像拾取器件单元，例如CCD传感器阵列或CMOS传感器阵列。图像拾取器件单元2将经由图像捕获光学系统1透射的光转换成电信号，并且输出电信号以便生成捕获图像。在此实施例中，图像拾取器件单元2在正常图像捕获模式和组合图像捕获模式下执行不同的曝光处理操作。即，在图2A内所示的正常图像捕获模式下，图像拾取器件单元2在一场时间内执行预定时间的正常曝光，并且输出电信号作为曝光图像信号。另一方面，在图2B内所示的组合图像捕获模式下，图像拾取器件单元2在一场时间内执行长曝光和短曝光，并且输出分时(time-shared)的电信号作为长曝光图像信号和短曝光图像信号。图像拾取器件单元2可以不是固态图像拾取器件单元，并且可以是非固态图像拾取器件单元，例如摄像管。非固态图像拾取器件单元也可执行长曝光和短曝光，并且通过使用机械快门或液晶快门来改变正常曝光、长曝光或短曝光的曝光时间。预处理单元3是所谓的模拟前端，其执行CDS(相关双采样)处理、使用可编程增益放大器的增益处理、和对用于生成捕获图像的电信号的A/D转换处理，并将处理过的曝光图像信号提供给信号处理单元4。即，在正常图像捕获模式下正常曝光图像信号被提供给信号处理单元4，而在组合图像捕获模式下长曝光图像信号和短曝光图像信号被提供给信号处理单元4。
信号处理单元4根据选择的图像捕获模式，即正常图像捕获模式或组合图像捕获模式，执行必要的信号处理以便生成捕获图像数据。在正常图像捕获模式下，例如，信号处理单元4对接收到的正常曝光图像信号执行伽玛校正和白平衡控制以便生成捕获图像信号。在组合图像捕获模式下，信号处理单元4对接收到的长曝光图像信号和接收到的短曝光图像信号执行参照图3所述的信号组合处理。即，信号处理单元4对已经根据分时方法提供的长曝光图像信号和短曝光图像信号执行定时控制和色平衡校正，执行增益处理以便使短曝光图像信号的亮度级与长曝光图像信号的亮度级一致，并且执行这些信号的信号组合。另外，信号处理单元4还对组合的图像信号执行伽玛校正和白平衡控制以便生成捕获图像数据，并且将捕获图像数据输出给输出单元5和检测单元6。
输出单元5执行处理以便使用从信号处理单元4传输的捕获图像数据在监视器上显示图像，或者以便将捕获图像数据传输给外部装置。
检测单元6对从信号处理单元4传输的捕获图像数据执行测光以便计算亮度积分值，并且将关于计算出的亮度积分值的信息提供给控制单元10。此时，在检测单元6中，根据从控制单元10传输的指令，从中央重点测光方法、评价测光方法、平均测光方法和局部区域测光方法中选择将执行的测光方法。如下文将说明的，图像区域内的检测帧根据选择的测光方法不同而不同。检测单元6将选择的测光方法内设定的每个检测帧的亮度积分值提供给控制单元10。
控制单元10是微计算机，包括例如CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)和闪速存储器，并且控制图像捕获装置的全部操作。在此实施例中，控制单元10控制图像拾取器件单元2、预处理单元3、信号处理单元4和定时发生器7，以便使得每个部件执行正常图像捕获模式下的图像捕获操作或组合图像捕获模式下的图像捕获操作。另外，控制单元10控制在检测单元6内执行的测光方法的选择，并且执行曝光控制。控制单元10内包含的ROM存储使控制单元10执行上述控制处理操作的程序。控制单元10使用该程序执行必要的计算和控制处理。
定时发生器7生成用于图像拾取器件单元2(即，例如CCD)的操作脉冲。例如，定时发生器7生成各种脉冲，例如用于垂直转移的四相脉冲、场移位脉冲、用于水平转移的两相脉冲和快门脉冲，并且将它们提供给图像拾取器件单元2。定时发生器7可驱动图像拾取器件单元2(电子快门功能)。定时发生器7在从控制单元10接收到用于设定正常图像捕获模式的指令时使图像拾取器件单元2执行如图2A所示的在一场时间内的预定时间中的正常曝光，并且在从控制单元10接收到用于设定组合图像捕获模式的指令时使图像拾取器件单元2执行如图2B所示的长曝光和短曝光，其中该长曝光的曝光时间比较长，而短曝光的曝光时间比较短。可以改变正常图像捕获模式的正常曝光时间、组合图像捕获模式的长曝光时间和短曝光时间。
光学元件驱动单元8驱动图像捕获光学系统1内包含的光学元件。在此实施例中，光学元件驱动单元8是用于至少驱动光圈1a并且控制入射光的驱动电路。操作单元11和显示单元12用作用户界面。操作单元11根据用户的操作将操作信息输出给控制单元10。显示单元12响应于从控制单元10传输的指令，显示应该显示给用户的信息片段，例如操作状态信息、时间信息、模式信息和消息。操作单元11和显示单元12中的每一个可以是与图像捕获装置无关的装置。应在显示单元12上显示的信息可在输出单元5中作为字符图像叠加在捕获图像数据上，并被显示在监视器上以便显示捕获图像。
3.图像捕获装置的全部操作
下文，将说明根据本发明实施例的图像捕获装置内执行的操作。首先，将说明图像捕获装置的全部图像捕获过程，其包含在正常图像捕获模式下执行的曝光控制和在组合图像捕获模式下执行的曝光控制。图4A内所示的步骤ST1到步骤ST4的过程指示在正常图像捕获模式下执行的处理。图4B内所示的步骤ST11到步骤ST14的过程指示在组合图像捕获模式下执行的处理。图4A或4B内所示的过程定期重复执行，从而在图像捕获期间执行曝光控制。
首先，将参照图4A说明在正常图像捕获模式下执行的处理。
步骤ST1：图像捕获处理
图像拾取器件单元2执行图2A内所示的正常曝光，从而生成正常曝光图像信号。生成的正常曝光图像信号被预处理单元3处理，然后被提供给信号处理单元4。
步骤ST2：信号处理
信号处理单元4对已被预处理单元3数字化的正常曝光图像信号执行必要的处理，以便生成捕获图像数据。从输出单元5输出捕获图像数据以便在例如监视器上显示。
步骤ST3：检测处理
捕获图像数据还被提供给检测单元6。检测单元6对于每一场的捕获图像数据执行测光，获得每个检测帧的亮度积分值，并且将获得的每个检测帧的亮度积分值传输给控制单元10。图5示出检测单元6执行的检测过程。在步骤ST31内，检测单元6计算在对应于一场捕获图像数据的图像上设置的每一检测帧的亮度积分值。在步骤ST32，检测单元6将计算出的每个检测帧的亮度积分值提供给控制单元10。在正常图像捕获模式下，检测单元6使用中央重点测光方法或评价测光方法执行测光。图6A示出中央重点测光方法内使用的示例性检测帧。中央重点测光方法是在主要对象位于中心区域这一假设下测量集中在图像捕获区域AR的中心区域的光的方法。因此，中心区域被指定为检测帧W2，并且围绕中心区域的周边区域被指定为检测帧W1。在此情况下，检测单元6计算检测帧W1和W2的亮度积分值，并且将计算结果提供给控制单元10。图6B示出评价测光方法内使用的示例性检测帧。在评价测光方法中，例如，图像捕获区域AR沿水平方向被分成m个帧并且沿垂直方向被分成n个帧。因此，如图所示，指定检测帧W11到Wnm。在此情况下，检测单元6计算检测帧W11到Wnm中的每一个的亮度积分值，并且将计算结果提供给控制单元10。
步骤ST4：曝光控制处理
控制单元10使用每个检测帧的亮度积分值执行曝光控制。如果检测单元6使用中央重点测光方法执行测光，并将图6A内所示的检测帧W1和W2的亮度积分值提供给控制单元10，则控制单元10为位于图像的中心区域的检测帧W2的亮度积分值指定权重以便获得单位面积的亮度级。例如，假设检测帧W2的权重为100％。此时，检测帧W1的权重被设定为20％，然后获得它们的加权平均值，从而获得单位面积的亮度级。另一方面，如果检测单元6使用评价测光方法执行测光，并将图6B内所示的检测帧W11至Wnm的亮度积分值提供给控制单元10，则控制单元10使用这些亮度积分值执行预定的算法计算以便获得单位面积的亮度级。随后，计算获得的当前单位面积的亮度级与目标亮度级之间的差作为曝光控制量。基于计算的曝光控制量来执行曝光控制。更准确地说，计算设定光圈1a的光圈值、图像拾取器件单元2的正常曝光时间和预处理单元3内包含的PGA(可编程增益放大器)的增益所需的控制量。随后，控制单元10使得光学元件驱动单元8驱动光圈1a，向定时发生器7传输关于正常曝光时间的信息，并且向预处理单元3传输关于PGA的增益的信息。这三个控制处理操作不必全部执行。可执行其中一个或两个操作。
接下来，将参照图4B说明在组合图像捕获模式下执行的处理。
步骤ST11：图像捕获处理
图像拾取器件单元2执行图2B内所示的长曝光和短曝光。即，定时发生器7可在一场时间内设定两个不同的电子快门速度，并且使图像拾取器件单元2在一场内执行长曝光和短曝光。因此，获得两个具有不同曝光量的图像捕获信号(例如，通过在1/64秒的曝光时间内曝光而获得的长曝光图像信号，以及通过在1/2000秒的曝光时间内曝光而获得的短曝光图像信号)。如前文所述，长曝光图像信号和短曝光图像信号被预处理单元3处理，然后被提供给信号处理单元4。
ST12：信号处理
信号处理单元4使用参照图3说明的方法组合已被预处理单元3数字化的长曝光图像信号和短曝光图像信号，以便生成捕获图像数据作为具有较宽动态范围的组合图像。捕获图像数据被从输出单元5输出以便例如在监视器上显示。
ST13：检测处理
捕获图像数据还被提供给检测单元6。如前文在图5内所示的步骤ST31和ST32内所述的，检测单元6针对每一场的捕获图像数据执行测光，计算每个检测帧的亮度积分值，并且将每个检测帧的计算结果传输给控制单元10。在组合图像捕获模式下，检测单元6使用平均测光方法执行测光。图7A内示出平均测光方法内使用的检测帧。平均测光(整个区域测光)方法是在捕获图像的整个区域上进行测光的方法，并且获得整个区域的平均亮度级。因此，整个图像捕获区域AR被设定为单个检测帧W1。检测单元6计算被设定为检测帧W1的整个图像捕获区域AR的亮度积分值，并将计算结果提供给控制单元10。
步骤ST14：曝光控制处理
控制单元10使用平均测光方法内使用的检测帧W1的亮度积分值，执行曝光控制。例如，控制单元10由检测帧W1的亮度积分值获得单位面积的平均亮度级，计算当前的单位面积的亮度级和目标亮度级之间的差作为曝光控制量，并且基于计算出的曝光控制量执行曝光控制。更准确地说，控制单元10计算设定光圈1a的光圈值、图像拾取器件单元2的长曝光和短曝光时间以及预处理单元3内包含的PGA(可编程增益放大器)的增益所需的控制量。随后，控制单元10使得光学元件驱动单元8驱动光圈1a，向定时发生器7传输关于长曝光时间的信息和关于短曝光时间的信息，并且向预处理单元3传输关于PGA的增益的信息。这三个控制处理操作不必全部执行。可执行其中的一个或两个。
4.控制单元执行的示例性处理I
下文将参照图8说明控制单元10执行的示例性过程，该过程是在正常图像捕获模式或组合图像捕获模式下执行图4A或4B内所示的过程所需的。在步骤F101和F102内，控制单元10监控指令图像捕获以组合图像捕获模式开始还是以正常图像捕获模式开始的触发器的发生。例如，指令图像捕获开始的触发器由用户输入或者从外部装置传送。
如果图像捕获以正常图像捕获模式开始，则过程从步骤F102前进到步骤F105，其中控制单元10指令定时发生器7、预处理单元3和信号处理单元4开始以正常图像捕获模式进行操作。在步骤F106，控制单元10指令检测单元6使用中央重点测光方法或评价测光方法。因此，在各个单元内分别开始图4A内所示的步骤ST1、ST2和ST3的处理操作。
另一方面，如果图像捕获以组合图像捕获模式开始，则过程从步骤F101前进到步骤F103，其中控制单元10指示定时发生器7、预处理单元3和信号处理单元4开始以组合图像捕获模式进行操作。在步骤F104，控制单元10指令检测单元6使用平均测光方法。因此，在各个单元内分别开始图4B内所示的步骤ST11、ST12和ST13的处理操作。
在已经以正常图像捕获模式或组合图像捕获模式开始图像捕获之后，控制单元10逐个帧周期地重复曝光控制处理(步骤F108、F109和F110)，直到步骤F107内的图像捕获结束。即，执行图4A内所示的步骤ST4或图4B内所示的步骤ST14中的处理。在步骤F108，控制单元10从检测单元6接收到每个检测帧的亮度积分值，并且基于检测单元6内执行的测光方法，由接收到的亮度积分值计算单位面积的亮度级。在步骤F109，控制单元10计算单位面积的亮度级与目标亮度级之间的差作为曝光控制量。即，控制单元10计算设定光圈1a的光圈值、图像拾取器件单元2的曝光时间(正常曝光时间，或长曝光时间和短曝光时间)和预处理单元3内包含的PGA的增益所需的控制量。在步骤F110，控制单元10基于计算出的控制量，使光学元件驱动单元8驱动光圈1a，将关于曝光时间的信息传输给定时发生器7，并且将关于预处理单元3中包含的PGA的增益的信息传输给预处理单元3。
在步骤F107，如果控制单元10检测到用户已经输入的、指令图像捕获结束的触发器(trigger)发生，过程前进到步骤F111，其中控制单元10使得每个单元结束图像捕获操作，从而结束图像捕获控制过程。图8内所示的过程由控制单元10执行，从而以正常图像捕获模式或组合图像捕获模式执行图4A或4B内所示的图像捕获处理。
5.控制单元执行的示例性处理II
根据控制单元10执行的、图8内所示的示例性处理I，当设定正常图像捕获模式时，在检测单元6内使用中央重点测光方法或评价测光方法执行测光，并且当设定组合图像捕获模式时，在检测单元6内使用平均测光方法执行测光。此外，可考虑在检测单元6内使用除了上述测光方法之外的局部区域测光方法执行测光的情况。此情况将被说明为示例性处理II。
局部区域测光方法(也被称为点测光方法)是仅对图像的极窄区域执行测光的方法，并且用于其中用户希望将对象的一部分设定为曝光基准点的情况。测光范围(检测帧)由图像捕获装置的用户确定。例如，图7B示出用于局部区域测光方法的检测帧W1。如图所示，图像捕获区域AR内的用户指定的区域被设定为检测帧W1。如果检测单元6使用局部区域测光方法执行测光，则其计算指定检测帧W1的亮度积分值，并且将计算结果提供给控制单元10。局部区域测光方法不是自动设定的。图像捕获装置的用户指定图像捕获区域内的具体区域，以便可合适地曝光该指定区域。因此，如果用户指令使用局部区域测光方法，则不管当前选择的模式(组合图像捕获模式或正常图像捕获模式)，都可使用局部区域测光方法执行测光。
图9示出考虑局部区域测光方法并且由控制单元10执行的过程。已经参照图8说明了图9内所示的步骤F101至F111。图9内所示的此过程是通过在图8内所示的过程中添加步骤F201、F202和F203的处理操作而得到的。
将考虑已经从步骤F103开始组合图像捕获模式下的图像捕获过程的情况。在此情况下，控制单元10在步骤F201内确定用户是否指令使用局部区域测光方法。如果确定没有指令使用局部区域测光方法，则过程前进到步骤F104，其中控制单元10使检测单元6使用平均测光方法。另一方面，如果在步骤F201内确定已经指令使用局部区域测光方法，则过程前进到步骤F203，其中控制单元10使检测单元6使用局部区域测光方法。另一方面，将考虑已经从步骤F105开始正常图像捕获模式下的图像捕获过程的情况。在此情况下，控制单元10在步骤F202内确定用户是否已经指令使用局部区域测光方法。如果确定没有指令使用局部区域测光方法，则过程前进到步骤F106，其中控制单元10使检测单元6使用中央重点测光方法或评价测光方法。另一方面，如果在步骤F202内确定已经指令使用局部区域测光方法，则过程前进到步骤F203，其中控制单元10使检测单元6使用局部区域测光方法。
从如前文参照图8所述的步骤F107执行随后的过程。如果执行局部区域测光方法，则控制单元10在步骤F108通过基于局部区域测光方法执行计算来计算单位面积的亮度级。即，使用局部区域测光方法内使用的检测帧W1的亮度积分值，计算平均的单位面积的亮度级。根据图9内所示的示例性过程，当设定正常图像捕获模式时使用中央重点测光方法或评价测光方法或者当设定组合图像捕获模式时使用平均测光方法，基本上在检测单元6内执行测光，而当用户指令使用局部区域测光方法时在检测单元6内使用局部区域测光方法执行测光。
6.控制单元执行的示例性处理III
将说明适于用作监控照相机的图像捕获装置内包含的控制单元执行的示例性处理III。如果在以组合图像捕获模式执行平均测光期间，监控照相机(安全照相机)在捕获图像包含的具体区域内检测到异常状况(可疑人员的闯入)，则用户希望获得锐度更高的该区域的图像。在此情况下，希望用户设定或者自动设定局部区域测光方法。
图10示出执行示例性处理III的图像捕获装置的配置。除了图1内所示的部件之外，图10内所示的图像捕获装置还包含异常检测单元9。异常检测单元9从信号处理单元4接收捕获图像数据，对捕获图像数据执行运动检测，并且检测已经发生异常的图像捕获区域的具体部分。运动检测方法包括在图像捕获区域AR内预先指定一些检测帧并且检测每个检测帧内的亮度级是否已改变的方法，通过执行图像分析或帧比较而不是指定检测帧来确定其中已发生运动的区域的方法，和检测人的图像并且使用被检测图像的移动速度来确定发生异常状况的方法。在使用上述运动检测方法确定已经发生异常状况(例如，存在闯入者)时，异常检测单元9将检测结果和关于其中已经发生异常的图像中的区域的信息传输给控制单元10。
图11示出具有异常检测单元9的图像捕获装置内包含的控制单元10执行的示例性过程。参照图11，步骤F101至F111的处理操作已经参照图8进行了说明，并且步骤F201、F202和F203的处理操作已经参照图9进行了说明。即，图11内所示的此处理是通过将步骤F301和F302的处理操作加入图9内所示的过程得到的。
类似于图9内的处理，在图11内所示的处理中，当设定正常图像捕获模式时使用中央重点测光方法或评价测光方法或者当设定组合图像捕获模式时使用平均测光方法，基本上在检测单元6内执行测光，而当用户指令使用局部区域测光方法时使用局部区域测光方法在检测单元6内执行测光。在以组合图像捕获模式或正常图像捕获模式开始图像捕获过程之后，在步骤F108、F109和F110内执行曝光控制过程。此时，控制单元10在步骤F301内确定是否已从异常检测单元9传输了异常检测信号。如果在步骤F301内确定还没有传输异常检测信号，则控制单元10逐场地重复曝光控制处理。如果在步骤F301内确定已经传输异常检测信号，过程从步骤F301转到步骤F302，其中控制单元10指令检测单元6使用局部区域测光方法，并且将图像上的检测到异常的区域设定为检测帧。在从控制单元10接收到指令时，检测单元6将测光方法改变为局部区域测光方法，该异常局部测光方法在发生异常状况时执行。即，检测单元6从异常检测单元9接收到关于检测到异常的区域的信息，将检测到异常的区域设定为检测帧W1，对检测帧W1执行局部区域测光，并且将检测帧W1的亮度积分值提供给控制单元10。
随后，控制单元10从步骤F108至步骤F110执行曝光控制处理。更准确地说，控制单元10在步骤F108内根据已在局部区域测光方法内设定的检测帧的亮度积分值来计算单位面积的亮度级，并且在步骤F109和F110内执行曝光控制。
根据示例性处理III，当设定正常图像捕获模式时使用中央重点测光方法或评价测光方法或者当设定组合图像捕获模式时使用平均测光方法，基本上在检测单元6内执行测光，而当用户指令使用局部区域测光方法时在检测单元6内使用局部区域测光方法执行测光。此外，在图像内发生异常状况时，将发生异常状况的区域设定为检测帧，并且使用局部区域测光方法对检测帧执行测光。因此，对其中已发生异常状况的区域执行合适的曝光控制。图10示出异常检测单元9被包含在图像捕获装置内的示例。但是，可考虑另一个示例，其中外部异常检测装置(例如，图像分析装置)接收捕获图像数据，并且将异常检测信号和关于检测到异常的区域的信息发送给控制单元10。如果在步骤F301内确定已经发生异常状况，则控制单元10可使得显示单元2向用户显示消息。例如，可显示消息“已经检测到异常。将执行局部区域测光”，并且根据用户指令设定局部区域测光方法。在上述说明中，图11内所示的过程是通过在图9内所示的示例性过程中加入步骤F301和F302的处理操作得到的。但是，其可通过在图8内所示的示例性过程中加入步骤F301和F302的处理操作得到。
7.实施例和程序的优点
在上述实施例中，在正常图像捕获模式和用于实现宽动态范围的组合图像捕获模式下使用不同的测光方法。因此，可在这些模式中的每一个下执行合适的测光。具体地，希望在正常图像捕获模式下使用中央重点测光方法或评价测光方法，并且在组合图像捕获模式下使用平均测光方法。通过基于这种合适的测光的结果执行曝光控制，可在组合图像捕获模式下提高自动曝光性能，而不会降低在正常图像捕获模式下获得的、具有窄动态范围的图像的质量。在图9内所示的示例性处理II中，根据用户的指令执行局部区域测光。因此，可对图像的具体部分执行曝光控制。在图11内所示的示例性处理III中，其中已发生异常状况的区域被设定为检测帧，并且对检测帧执行局部区域测光。因此，还可对其中已发生异常状况的区域执行曝光控制。
本发明的实施例可应用于捕获运动图像的照相机系统。但是，本发明的实施例可应用于捕获静止图像的照相机系统。即使在静止图像的图像捕获的情况下，在执行图像捕获之前的监控期间，仍可根据图像捕获模式改变测光方法，并且可基于测光结果执行曝光控制。
根据本发明实施例的程序是对应于控制单元10执行的处理的程序。即，根据本发明实施例的程序是使控制单元10-其是微计算机(处理器)-执行图8、9和11内所示的各种示例性过程的程序。这种程序可被预先记录在HDD内，HDD是例如被包含在个人计算机或图像捕获装置内的记录介质，或具有CPU的微计算机内包含的ROM或闪速存储器。可选择地，程序可被临时或永久存储(记录)在可取出的记录介质内，记录介质是例如软盘、CD-ROM(只读光盘)、MO(磁光)盘、DVD(数字通用光盘)、蓝光光盘、磁盘、半导体存储器或存储卡。这种可取出的记录介质可作为软件包被获得。可从可取出的记录介质将根据本发明实施例的程序安装在个人计算机上，或者可从下载网站经由例如LAN(局域网)或互联网的网络将根据本发明实施例的程序传递到个人计算机上。
本领域那些技术人员应理解，可根据设计要求或其它因素进行各种修改、组合、子组合和变型，它们位于所附权利要求或它们的等同物的范围内。

Claims (9)

1.一种图像捕获装置，包括：
图像捕获处理单元，用于选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理，所述正常图像捕获处理是在单位时间内获得单个曝光图像信号并通过对所述曝光图像信号执行信号处理而生成捕获图像数据的处理，而所述组合图像捕获处理是通过曝光相对长的时间而获得长曝光图像信号和通过曝光相对短的时间而获得短曝光图像信号并通过对所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号执行包含信号组合处理的信号处理来生成捕获图像数据的处理；
检测单元，被配置成对所述图像捕获处理单元生成的所述捕获图像数据执行测光；和
控制单元，被配置成根据所使用的图像捕获模式是正常图像捕获模式还是组合图像捕获模式，控制所述检测单元内使用的测光方法之间的切换。
2.根据权利要求1的图像捕获装置，其中所述控制单元基于所述检测单元执行测光的结果，对所述图像捕获处理单元执行曝光控制。
3.根据权利要求1的图像捕获装置，其中当在正常图像捕获模式下执行正常图像捕获处理时，所述控制单元使所述检测单元使用中央重点测光方法和评价测光方法中的任何一种作为测光方法。
4.根据权利要求1的图像捕获装置，其中当在组合图像捕获模式下执行组合图像捕获处理时，所述控制单元使所述检测单元使用平均测光方法作为测光方法。
5.根据权利要求1的图像捕获装置，其中当确定在正常图像捕获模式下执行正常图像捕获处理或者在组合图像捕获模式下执行组合图像捕获处理期间已经输入了使用局部区域测光方法的指令时，所述控制单元使所述检测单元使用局部区域测光方法作为测光方法。
6.根据权利要求1的图像捕获装置，其中当确定在正常图像捕获模式下执行正常图像捕获处理或者在组合图像捕获模式下执行组合图像捕获处理期间已经检测到异常状况时，所述控制单元使所述检测单元使用所述局部区域测光方法作为测光方法。
7.一种用于图像捕获装置的测光方法，所述图像捕获装置用于选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理，所述正常图像捕获处理是在单位时间内获得单个曝光图像信号并通过对所述曝光图像信号执行信号处理而生成捕获图像数据的处理，而所述组合图像捕获处理是通过曝光相对长的时间而获得长曝光图像信号和通过曝光相对短的时间而获得短曝光图像信号并通过对所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号执行包含信号组合处理的信号处理来生成捕获图像数据的处理，该测光方法包括以下步骤：
当在所述正常图像捕获模式下执行正常图像捕获处理时，使用中央重点测光方法和评价测光方法中的任何一种方法对图像捕获处理单元生成的捕获图像数据进行测光；以及
当在所述组合图像捕获模式下执行组合图像捕获处理时，使用平均测光方法对所述图像捕获处理单元生成的捕获图像数据进行测光。
8.一种用于图像捕获装置的亮度计算方法，该图像捕获装置包括：
图像捕获处理单元，用于选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理，所述正常图像捕获处理是在单位时间内获得单个曝光图像信号并通过对所述曝光图像信号执行信号处理而生成捕获图像数据的处理，而所述组合图像捕获处理是通过曝光相对长的时间而获得长曝光图像信号和通过曝光相对短的时间而获得短曝光图像信号并通过对所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号执行包含信号组合处理的信号处理来生成捕获图像数据的处理；和
检测单元，被配置成对所述图像捕获处理单元生成的所述捕获图像数据执行测光，
该亮度计算方法包括以下步骤：
根据所使用的图像捕获模式是正常图像捕获模式还是组合图像捕获模式，控制所述检测单元内使用的测光方法之间的切换；以及
接收由所述检测单元执行测光而获得的值，并且基于在所述检测单元内执行的测光方法使用接收到的值来执行计算以计算出单位面积的亮度值。
9.一种使计算机执行用于图像捕获装置的亮度计算方法的程序，该图像捕获装置包括，
图像捕获处理单元，用于选择性地执行正常图像捕获模式下的正常图像捕获处理和组合图像捕获模式下的组合图像捕获处理，所述正常图像捕获处理是在单位时间内获得单个曝光图像信号并通过对所述曝光图像信号执行信号处理而生成捕获图像数据的处理，而所述组合图像捕获处理是通过曝光相对长的时间而获得长曝光图像信号和通过曝光相对短的时间而获得短曝光图像信号并通过对所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号执行包含信号组合处理的信号处理来生成捕获图像数据的处理；和
检测单元，被配置成对所述图像捕获处理单元生成的所述捕获图像数据执行测光，该亮度计算方法包括以下步骤：
根据所使用的图像捕获模式是正常图像捕获模式还是组合图像捕获模式，控制所述检测单元内使用的测光方法之间的切换；以及
接收由所述检测单元执行测光而获得的值，并且基于在所述检测单元内执行的测光方法使用接收到的值来执行计算以计算出单位面积的亮度值。
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