CN101296321B - 摄像装置、摄像方法和曝光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种摄像装置、摄像方法、曝光控制方法和程序，该摄像装置包括：摄像单元，基于从对象发出的光来生成长曝光图像信号和短曝光图像信号，并输出长曝光图像信号和短曝光图像信号作为摄像信号，长曝光图像信号是通过较长周期的曝光生成的，而短曝光图像信号是通过较短周期的曝光生成的；信号处理单元，通过组合长曝光图像信号和短曝光图像信号生成组合图像信号，组合图像信号具有比长曝光图像信号和短曝光图像信号中的至少任一个的动态范围更宽的动态范围；检测单元，生成组合图像信号的亮度信息；以及控制单元，在根据用户的设置执行曝光控制的曝光设置模式下，使用亮度信息对短曝光图像信号执行自动曝光控制。

Description

摄像装置、摄像方法和曝光控制方法

相关申请的交叉引用

本发明包含于2007年4月24日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-113965的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种摄像装置、摄像方法、曝光控制方法和程序，更具体地，涉及一种用于通过组合长曝光图像信号和短曝光图像信号来生成具有宽动态范围的组合图像信号的摄像装置的曝光控制方法。

背景技术

在相关技术中使用诸如CCD(电荷耦合器件)的固态拾取器件的摄像装置中，将要输入拾取器件的光量(曝光量)是通过控制光圈值和电子快门速度来控制的。即，当拍摄亮景物时，减少曝光量以防止出现由于从图像传感装置输出的信号的饱和而带来的过度曝光。相反，当拍摄暗景物时，增加曝光量以防止出现曝光不足。

然而，当期望使用具有不充分动态范围的固态图像拾取器件来拍摄具有强对比度的景物(摄像背光景物或同时摄像室内景物和室外景物)时，即使控制了曝光量，但是在景物的亮部分中会由于明亮部分的饱和而出现过度曝光，并且在景物的暗部分中会出现曝光不足。因此，这两个部分都无法被适当再生。

作为克服困难的方法，第5455621号美国专利(对应于第6-141229号日本未审查专利申请公开)披露了一种通过在一场中使用两个不同的电子快门速度或改变每场的电子快门速度来分别获得亮区信息和暗区信息、并且将所获得的信息段组合成单个图像的方法。该方法被能够拍摄具有宽动态范围的图像的装置(宽动态范围相机)所采用。此外，第2006/033823 A1号美国专利公开(对应于第2004-120205号日本未审查专利申请公开)和第2002-84449号日本未审查专利申请公开披露了用于提高上述组合图像的质量的装置和方法。

通常，存在两种曝光控制模式，根据用户的设置执行曝光控制的曝光模式，以及自动执行曝光控制的自动曝光(autoexposure，自动曝光)模式。在以下描述中，根据用户的设置执行曝光控制的曝光模式将被称为“曝光设置模式”以与“自动曝光模式”进行区分。在曝光设置模式下，根据对象(期望拍摄到该对象的图像)的条件，用户任意设置用于图像拾取器件单元的曝光周期、光圈值和将被施加给从图像拾取器件单元输出的信号的增益值。在自动曝光模式下，包括在装置中的控制单元(微型计算机)根据摄像区域的亮度级的检测结果自动设置曝光周期、光圈值和增益值，以能够获得适当亮度级。

这里，如果在不具有宽动态范围摄像功能的相机中选择了曝光设置模式，那么用户根据对象(主要对象，期望拍摄到该对象的图像)的亮度级来控制曝光周期、光圈值和增益值，从而可以获得适当曝光级。因此，即使改变了主要对象的背景的亮度级，仍可以维持主要对象的亮度级。另一方面，然而，因为没有根据背景的亮度级执行曝光控制，所以在背景上具有高亮度级的部分会由于这部分的饱和而出现过度曝光。

上述专利文献披露了用于通过改进组合使用两个明显不同的曝光量拍摄到的图像的方法来提高宽动态范围相机的图像质量的技术，但是并没有披露用于通过在曝光设置模式下执行具有宽动态范围的摄像(组合摄像)来提高组合图像的图像质量的技术。

发明内容

期望克服在使用宽动态范围摄像功能的曝光设置模式中的上述困难，并且提高在曝光设置模式下拍摄的图像的图像质量。

根据本发明实施例的摄像装置包括：摄像单元，被配置为基于从对象发出的光来生成长曝光图像信号和短曝光图像信号，并输出长曝光图像信号和短曝光图像信号作为摄像信号，其中，长曝光图像信号是通过较长周期的曝光生成的，而短曝光图像信号是通过较短周期的曝光生成的；信号处理单元，被配置为通过组合长曝光图像信号和短曝光图像信号来生成组合图像信号，组合图像信号具有比长曝光图像信号和短曝光图像信号中的至少任一个的动态范围相对更宽的动态范围；检测单元，被配置为生成组合图像信号的亮度信息；以及控制单元，被配置为在根据用户的设置执行曝光控制的曝光设置模式下，使用亮度信息对短曝光图像信号执行自动曝光控制。

检测单元生成亮度直方图作为亮度信息。控制单元使用亮度直方图来检测在组合图像信号中过度曝光的出现，基于检测结果设置短曝光周期，并使用短曝光周期来对短曝光图像信号执行自动曝光控制。

控制单元通过使用当前短曝光周期和固定值进行计算来设置新的短曝光周期。

可选地，控制单元计算在组合图像信号中期望的亮度级区域与整个亮度级区域的百分比，并且基于该百分比和收敛目标值之间的关系来设置新的短曝光周期。

检测单元将亮度级划分为黑色级、中间亮度级和白色级，并生成关于这些亮度级的分布的信息作为亮度直方图。控制单元将关于中间亮度级的信息用于设置短曝光周期。

根据本发明实施例的摄像方法包括以下步骤：在根据用户的设置执行曝光控制的曝光设置模式下，基于从对象发出的光，通过较长周期的曝光生成长曝光图像信号并且通过较短周期的曝光生成短曝光图像信号，以便输出长曝光图像信号和短曝光图像信号作为摄像信号；通过组合长曝光图像信号和短曝光图像信号来生成组合图像信号，组合图像信号具有比长曝光图像信号和短曝光图像信号中的至少任一个的动态范围相对更宽的动态范围；生成组合图像信号的亮度信息；以及使用亮度信息对短曝光图像信号执行自动曝光控制。

根据本发明实施例的曝光控制方法是在根据用户的设置执行曝光控制的曝光设置模式下执行的并且是通过摄像装置执行的，该摄像装置用于通过较长周期的曝光生成长曝光图像信号并通过较短周期的曝光生成短曝光图像信号，通过组合长曝光图像信号和短曝光图像信号来生成具有比长曝光图像信号和短曝光图像信号中的至少任一个的动态范围相对更宽的动态范围的组合图像信号，以及输出所生成的组合图像信号。该曝光控制方法包括以下步骤：获得组合图像信号的亮度信息；使用亮度信息检测在组合图像信号中过度曝光的出现；基于过度曝光出现的检测结果来设置短曝光周期；以及使用短曝光周期对短曝光图像信号执行曝光控制。

根据本发明实施例的程序是使计算机能够执行曝光控制方法的程序。

在本发明的实施例中，当在曝光设置模式下执行摄像时，在诸如一场周期的单位周期中获得的长曝光图像信号和短曝光图像信号被组合成组合图像信号。然后，例如，生成组合图像信号的亮度直方图(亮度级的分布)作为该组合图像信号的亮度信息，接下来对该直方图进行分析。基于分析结果，对短曝光图像信号执行自动曝光控制。即，在曝光设置模式下，使用宽动态范围的摄像功能来执行摄像。然后，生成通过摄像获得的组合图像的亮度直方图(亮度级的分布)，接下来对该直方图进行分析。使用分析结果，改变了短曝光周期(短曝光电子快门)以防止过度曝光。

根据本发明的实施例，当在曝光设置模式下执行摄像时，长曝光图像信号和短曝光图像信号被组合成组合图像信号。然后，例如，生成组合图像信号的亮度直方图(亮度级的分布)作为组合图像信号的亮度信息，接下来对该直方图进行分析。基于分析结果，为短曝光图像信号执行自动曝光控制。因此，可以阻止在除主要对象之外的部分出现过度曝光。因此可以提高拍摄到的图像的质量。

上述曝光控制是使用通过组合长曝光图像信号和短曝光图像信号所获得的组合图像信号而执行的。因此，在信号组合之前，可以以各种方式处理长曝光图像信号和短曝光图像信号。因此，尽管在组合长曝光图像信号和短曝光图像信号之前执行的处理会随着宽动态范围相机系统的不同而有所变化，但是本发明的实施例可以应用于许多个的宽动态范围相机系统。

附图说明

图1是根据本发明实施例的摄像装置的框图；

图2是示出了根据本发明的实施例的长曝光和根据本发明的实施例的短曝光的示图；

图3是示出了根据本发明的实施例的信号组合处理的示图；

图4是示出了通过根据本发明的实施例的摄像装置执行的处理的流程图；

图5是示出了根据本发明的实施例的亮度直方图的示图；

图6是示出了根据本发明的实施例的过度曝光校正处理的流程图；

图7是示出了根据本发明的实施例的监视相机的位置和对象的示图；

图8A、图8B和图8C是示出了通过根据本发明实施例的监视相机实现的图像质量的提高的示图；

图9是示出了根据本发明实施例的过度曝光校正处理的另一个实例的流程图；以及

图10是示出了根据本发明实施例的过度曝光校正处理的又一个实例的流程图。

具体实施方式

接下来将以如下顺序描述本发明的实施例：1.宽动态范围相机的概要；2.摄像装置的配置；3.摄像装置的整体操作；4.过度曝光校正处理；5.过度曝光校正处理的另一个实例；以及6.示例性的修改和程序。

1.宽动态范围相机的概要

例如，根据本发明实施例的摄像装置1是适于用作监视相机的宽动态范围相机。然而，该动态范围相机可以用作通用的数码照相机或数码摄像机。首先，描述宽动态范围相机。

常用的摄像装置很难处理在景物的极暗部和极亮部之间的宽动态范围。例如，考虑到被安装在具有景物的房间内的摄像装置在晴天的白天期间执行摄像的情况。那时，如果在已将房间内的对象设为曝光基准点之后执行曝光，那么在房间外的室外部分就会被过度曝光。相反，如果在已将室外部分设为曝光基准点之后执行曝光，那么房间内的对象就会曝光不足。即，如果在景物的亮度级之间存在很大的差异，那么很难获得对应于亮度动态范围的拍摄图像。

另一方面，根据本发明实施例的宽动态范围相机通过每当拍摄图像时就改变电子快门速度以改变曝光周并且组合已使用不同曝光周期获得的图像来获得不包括过度曝光或曝光不足部分的拍摄图像。图2示出了在一场的曝光周期和在图像拾取器件单元(诸如CCD或CMOS(互补金属氧化物半导体))传感器阵列中的累积曝光量(电荷量)之间的关系。在本实施例中，例如，在1/60秒的一场周期中执行1/64秒的长曝光和1/2000秒的短曝光。可以改变长曝光和短曝光的曝光周期。通过执行长曝光和短曝光，在一场周期中获得了长曝光图像信号和短曝光图像信号。组合所获得的图像信号。

图3示出了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。在信号组合处理中，例如，将预定亮度值设为转换点SP。亮度级小于转换点SP的像素使用长曝光图像信号作为像素信号。另一方面，亮度级大于转换点SP的像素使用短曝光图像信号作为像素信号。此时，将长曝光图像信 号与短曝光图像信号的曝光比乘以短曝光图像信号，从而执行这些图像信号的级调节。假设长曝光图像信号与短曝光图像信号的曝光比是10∶1。在此情况下，短曝光图像信号的曝光级是长曝光图像信号的曝光级的十分之一。然而，现有存在的光量至少是短曝光图像信号的亮度级的十倍。因此，将短曝光图像信号乘以10来用于级调节。因而，通过执行短曝光图像信号的增益乘法，如该附图所示，可以获得级别被调节成长曝光图像信号的级别的特性kB。因此，生成具有特性A-kB的组合图像。即，在景物中的较暗部分使用长曝光图像信号以防止出现曝光不足，而在景物中的较亮部分使用短曝光图像信号以防止出现过度曝光。结果，可生成不包括过度曝光部分和曝光不足部分的组合图像。

作为拍摄在亮部和暗部之间具有宽动态范围的对象的图像的方法，除了上述组合通过改变曝光周期获得的亮图像和暗图像的方法之外，还有多种方法。例如，这些方法包括：一种方法是以像素为单位来改变灵敏度，仅提取具有相同曝光条件的信号，使用所提取的信号来再生图像，并组合具有不同曝光条件的一个或多个图像；以及一种方法是使用棱镜来分离入射光，并组合从连至具有减光功能的滤光片(诸如，ND滤光片(中性滤光片：光量控制滤光片))的图像拾取器件输出的信号与从不具有ND滤光片的图像拾取器件输出的信号，上述滤光片用于减少透射过的所有波长的光的量，即，相等地减少入射光量。

使用上述方法之一的宽动态范围相机具有比常用摄像机的动态范围更宽的动态范围，并且可以拍摄具有宽动态范围的对象的图像。具有宽动态范围的对象指的是该对象的输出图像包括亮部和暗部。因此，宽动态范围相机适于在有强光从外部进入的房间或在亮度级之间存在很大差异的地方执行摄像。例如，宽动态范围相机适于用作需要在动态范围随着白天或夜间的摄像时间而显著不同的 地方(例如，在银行的入口或者在监控交通状况的道路上)执行摄像的相机。特别，他们适于用作监视相机。

2.摄像装置的配置

图1示出了根据本发明实施例的摄像装置的配置。根据本发明实施例的摄像装置包括摄像光学系统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、定时生成器7、光学元件驱动单元8、控制单元10和操作单元11。

摄像光学系统1包括诸如镜头的光学元件、用于去除多余的波长成分的光学滤光片和光圈1a。光从对象经由包括在摄像光学系统1中的每个光学元件被传输到图像拾取器件单元2。图像拾取器件单元2是诸如CCD传感器阵列或CMOS传感器阵列的固态图像拾取器件单元。图像拾取器件单元2将经由摄像光学系统1传输的光光电转换成电信号，并且输出电信号来生成拍摄图像。在本实施例中，图像拾取器件单元2在一场周期中执行上述的长曝光和上述的短曝光，并且输出分时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，并且可以是诸如摄像管的非固态图像拾取器件单元。非固态图像拾取器件单元也可以通过使用机械快门或液晶快门来执行长曝光和短曝光。预处理单元3是所谓的模拟前端，并对用于生成拍摄图像的电信号执行CDS(相关双采样)处理、使用可编程增益放大器(PGA)的增益处理和A/D转换处理，然后将处理后的长曝光图像信号和处理后的短曝光图像信号提供给信号处理单元4。

信号处理单元4对所接收的长曝光图像信号和所接收的短曝光图像信号执行参考图3所述的信号组合处理。即，信号处理单元4对已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彩平衡校正，执行增益处理以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，以及执行这些图像信号的信号组合。此外，信号处理单元4还对组合图像信号执行伽马校正和白平衡控制，并将处理后的组合图像信号输出至输出单元5和检测单元6。

输出单元5执行处理以使用从信号处理单元4传输的组合图像信号在显示监视器上显示图像或将组合图像信号传输至外部设备。检测单元6分析从信号处理单元4传输的组合图像信号的亮度级，生成亮度直方图信息作为关于组合图像信号的亮度级的信息，并将亮度直方图信息提供给控制单元10。

控制单元10是微型计算机(处理器)，例如，包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)和闪存，并控制摄像装置的整体操作。特别地，本实施例的特征在于在曝光设置模式下执行的操作。控制单元10根据在曝光设置模式下的用户操作来执行曝光控制，并且在曝光设置模式下的摄像时执行自动曝光控制以防止出现过度曝光。包括在控制单元10中的ROM存储使控制单元10能够在稍后所述的曝光设置模式下执行曝光控制处理。控制单元10使用从检测单元6提供的亮度直方图信息执行必要的计算和控制处理。

定时生成器7生成关于图像拾取器件单元2(例如，CCD)的操作脉冲。例如，定时生成器7生成各种脉冲，诸如用于垂直转移的四相脉冲、场偏移脉冲、用于水平转移的两相脉冲和快门脉冲，并将这些脉冲提供给图像拾取器件单元2。定时生成器7可以驱动图像拾取器件单元2(电子快门功能)。通过控制图像拾取器件单元2的驱动，如图2所示，可以输出通过较长周期的曝光获得的长曝光图像信号和通过较短周期的曝光获得的短曝光图像信号。可以改变生成长曝光图像信号和短曝光图像信号所需的这些曝光周期。光学元件驱动单元8驱动包括在摄像光学系统1中的光学元件。在本 实施例中，光学元件驱动单元8是用于至少驱动光圈1a并控制入射光的驱动电路。

操作单元11包括诸如按键、标度盘和触摸板的各种处理机，使用这些处理器执行用户的操作。用户可以使用操作单元11执行必要的输入操作。特别地，在根据本实施例的曝光设置模式下，用户可以使用操作单元11来设置光圈1a的值、关于图像拾取器件单元2的长曝光周期和关于包括在预处理单元3中的可编程增益放大器(PGA)的增益值。尽管未示出，但是例如，可以放置用于无线接收无线电波或红外线作为操作信号的接收单元，从而使用户能够使用远程控制器来执行曝光设置操作。远程控制器可以经由有线通信介质连接至接收单元。那时，操作信号被从远程控制器经由有线通信介质输入至接收单元。

3.摄像装置的整体操作

以下将描述在根据本发明实施例的摄像装置中执行的曝光控制操作。首先，描述当在摄像装置中设置曝光设置模式时执行的全部摄像处理。摄像处理包括曝光控制操作。图4示出了在一场周期中执行的处理。在摄像期间，重复图4中所示的处理。

步骤ST1和ST2：根据用户的设置执行的曝光控制处理

在曝光设置模式下，例如，用户使用操作单元11对主要对象适当执行曝光设置操作。因此，在摄像期间，在步骤ST1中，控制单元10监控用户是否已执行曝光设置操作。如果用户使用操作单元11执行了曝光设置操作，那么控制单元10在步骤ST2中执行曝光控制。即，控制单元10基于已由用户输入的光圈1a、长曝光周期和PGA增益的设置值来执行控制操作。在该情况下，控制单元10使光学元件驱动单元8驱动光圈1a，将关于长曝光周期的信息 传输至定时生成器7，并将关于PGA的增益的信息传输至预处理单元3。因而，用户根据期望拍摄到其图像的对象的条件来执行曝光设置操作，从而将光圈1a的值、长曝光周期、以及PGA增益值设成用户的设置。例如，设置1/120秒的长曝光周期、F8的光圈值和6dB的增益值。可以控制所有这三个参数，或者可以控制它们中的一个或两个。可以采用使用户能够分别指定这三个参数的方法。可选地，用户可以执行设置操作来增加曝光量或减少曝光量。随后，控制单元10可以根据用户的设置操作来计算光圈1a、长曝光周期和PGA增益的设置值，从而控制这三个参数。

步骤ST3：摄像处理

定时生成器7可以设置两个不同的电子快门速度，并使图像拾取器件单元2在一场周期中执行参考图2所描述的长曝光和短曝光。因此，获得了具有不同曝光量的摄像信号。如前所述，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。根据用户的曝光设置操作来设置长曝光周期。另一方面，在以下将要描述的步骤ST7中自动控制短曝光周期。

步骤ST4：信号组合处理

使用参考图3描述的方法，信号处理单元4组合已通过预处理单元3数字化的长曝光图像信号和短曝光图像信号，从而生成了具有宽动态范围的组合图像信号。这个组合图像信号从输出单元5输出，从而被显示在例如显示监视器上。

步骤ST5：亮度直方图生成处理

组合图像信号还被提供给检测单元6。检测单元6生成组合图像信号的亮度直方图，并以场为单元将其传输至控制单元10。图5 示出了亮度直方图的实例。在本实例中，亮度级被划分为八个亮度级，黑色级(B)、级(mb1)、(mb2)、(mb3)、(mw3)、(mw2)和(mw1)、以及白色级(W)。本实例示出了八个亮度级在一场图像中的百分比(％)。

步骤ST6：过度曝光校正处理

控制单元10从检测单元6获得亮度直方图，使用亮度直方图来检测在组合图像信号中过度曝光的出现，并且基于检测结果来确定短曝光周期以消除过度曝光的部分。通过检查白色级(W)在亮度直方图中的百分比来执行过度曝光的出现的检测。短曝光周期被设置为使白色级(W)在亮度直方图中的百分比变成预定百分比。

步骤ST7：短曝光控制处理

控制单元10使用已在过度曝光校正处理中确定的短曝光周期来执行自动曝光控制处理。即，控制单元10将关于已在过度曝光校正处理中设置的短曝光周期的信息传输至定时生成器7，从而使定时生成器7改变用于图像拾取器件单元2的短曝光周期。因此，可以获得短曝光图像信号所需的曝光量。

4.过度曝光校正处理

接下来将参考图6详细描述在图4所示的步骤ST6中通过控制单元10执行的过度曝光校正处理。在步骤F100中，控制单元10获得从检测单元6输出的亮度直方图。然后，在步骤F101中，控制单元10确定在白色级(W)亮度直方图中的百分比是否等于或大于10％。如果白色级(W)的百分比等于或大于10％，那么控制单元10确定在组合图像信号中出现过度曝光。然后，处理进行到步骤F103，在步骤F103中，控制单元10使用通过从当前的短曝 光周期Tt中减去固定的正值Ct得到的值来更新短曝光周期Tt，从而减少了曝光量。另一方面，如果白色级(W)的百分比小于10％，那么在步骤F102中，控制单元10确定白色级(W)的百分比是否等于或小于5％。如果白色级(W)的百分比等于或小于5％，那么处理进行到步骤F104，在步骤F104中，控制单元10使用通过向当前的短曝光周期Tt加上固定值Ct得到的值来更新短曝光周期Tt，从而增加了曝光量。另一方面，如果在步骤F102中确定白色级(W)的百分比不是等于或小于5％，即在5％～10％的范围内，那么可以确定设置了适当的曝光量。然后，处理进行到步骤F105，在步骤F105中，维持当前的短曝光周期Tt。

因而，确定了短曝光周期Tt。如前所述，使用短曝光周期Tt，在图4所示的步骤ST7中执行曝光控制处理。在每场周期中重复图4所示的包括图6所示的过度曝光校正处理(步骤ST6)的处理。因此，设置了能够防止在组合图像信号中出现过度曝光的曝光条件。在图6所示的步骤F103和F104中，使用当前的短曝光周期和固定值来计算新的短曝光周期，然后进行设置。因此，在逐渐改变曝光量的同时控制了组合图像信号的亮度级。

通过在根据本发明实施例的摄像装置中执行上述处理，可以提高在曝光设置模式下拍摄到的图像的质量。如前所述，如果在不具有宽动态范围摄像功能的相机中选择曝光设置模式，那么用户根据期望拍摄其图像的对象(主要对象)的亮度级来控制曝光周期、光圈值和增益值，从而可以获得适当的曝光级。因此，即使改变主要对象的背景的亮度级，仍可以维持主要对象的亮度级。然而，另一方面，由于没有根据背景的亮度级实施曝光控制，所以在背景上具有高亮度级的部分会出现过度曝光。在根据本发明实施例的摄像装置中，当选择曝光设置模式时执行具有宽动态范围的摄像。分析以具有宽动态范围进行摄像而得到的组合图像信号的亮度直方图(亮 度级的分布)。基于分析结果得出短曝光周期。使用关于获得的短曝光周期的信息执行反馈控制。因此，可以阻止出现过度曝光。因而，可以解决在曝光设置模式中的困难。

以下将参考示例性的情况描述图像质量的提高，在示例性的情况下，图7所示的监视相机20被用作根据本发明实施例的摄像装置。图7示出了将监视相机20置于建筑30(例如，银行)中的房间内的情况。监视相机20拍摄室内图像，例如，在房间内的人31的图像。此外，在该情况下，不仅需要监视室内的这个人31，还需要监视室外的停放车辆32。因此，放置监视相机20以使其还可以通过窗33拍摄到室外的图像。

因而，由于不仅需要监视室内的人31，还需要监视室外的停放车辆32，所以通常在监视相机20中设置自动曝光模式，从而执行具有宽动态范围的摄像。通过在上述情况(其中，在例如800lux的室内照明级和例如10,000lux的室外照明级之间存在很大差异)下执行具有宽动态范围的摄像，可以防止在室内图像中出现曝光不足而在室外图像中出现过度曝光。将省略在自动曝光模式下执行的处理的具体描述。然而，在自动曝光模式的情况下，控制单元10基于亮度直方图和已从检测单元6获得的亮度积分值计算适当的曝光校正量，并基于计算结果自动控制光圈1a的值、长曝光周期和PGA增益值。

此处，假设监视相机20的用户(操作者)在室内看如图8A所示其面部稍许暗的可疑人31。那时，如果在自动曝光模式下执行具有宽动态范围的摄像，那么可以拍摄到没有曝光不足的部分和过度曝光的部分的图像。然而，在周围亮度级的影响下，可能会难以检查到人31的面部。因此，为了使用记录器记录下可疑人31的清晰图像，用户将自动曝光模式变为曝光设置模式。然后，用户在检查拍摄到的图像的同时使用操作单元11来执行曝光控制操作。根据 用户的操作，控制单元10控制光圈1a的值、长曝光周期和PGA增益值。因而，用户在检查作为主要对象的人31的面部的同时执行曝光设置操作。因此，设置使用户最容易检查人31的曝光条件。

此处，图8B示出了使用了不是根据本发明实施例相机的相机在上述情况下所拍摄到的图像。如果在无法执行具有动态范围的摄像的相机中已将自动曝光模式变为曝光设置模式之后执行曝光控制，那么相机的用户可以检查到人31的面部的清晰图像，但是却无法检查停放车辆32的类型。这种情形出现原因是在室内亮度级和室外亮度级之间存在很大的差异并且室外部分是饱和的(过度曝光)。即使在能够执行具有动态范围的摄像的相机的情况下，如果与本实施例不同，短曝光周期并不随着亮度级的改变而改变(在具有固定的短曝光周期的相机的情况下)，那么当室外照明级随着天气或时间而改变并变得高于预期时，相机可能会由于如图8B所示的饱和(过度曝光)而无法检查停放车辆的类型。

另一方面，如果监视相机20是根据本发明实施例的摄像装置，那么在已在曝光设置模式下对人31适当执行曝光控制之后，根据亮度级的改变来自动控制短曝光周期。因此，可以防止出现图8B所示的过度曝光，并且无论室内照明级和室外照明级之间的差异以及室外照明级的改变如何，都可以拍摄到图8C所示的图像。即，可以获得使用户能够检查到室内的可疑人31的清晰图像和室外的停放车辆32的类型的图像。因此，可以有效地使用曝光设置模式。

如从上述实例显而易见，在本实施例中，在曝光设置模式下进行摄像时，使用组合图像的亮度直方图来确定在组合图像中是否包括过度曝光的部分。如果确定在组合图像中包括过度曝光的部分，那么执行自动曝光控制以消除该过度曝光的部分。因此，可以提高组合图像的质量。即，提高输出至显示监视器的图像质量。因此，用户可以感觉到在显示监视器上显示的图像质量的提高。选择宽动 态范围相机的重要因素不仅是动态范围的数值，还有最终图片的质量。因此，优化最终图片的能力是宽动态范围相机的重要优点。

此外，根据本发明实施例的曝光控制方法较少受到由信号处理单元4执行的信号组合方法(用于生成包括在宽动态范围相机中的组合图像)的影响。因此，可以对各种信号处理单元应用根据本发明实施例的曝光控制方法。另外，根据本发明实施例的曝光控制方法还较少受到信号组合时间(每一场或每两场获得具有两个不同曝光量的图像)的影响。因此，可以对各种宽动态范围的相机系统应用根据本发明实施例的曝光控制方法。另外，检测单元6处理组合图像信号。即，只需要单个检测单元，而不是长曝光图像信号和短曝光图像信号中的每个都需要检测单元。因此，可以时限整个装置的简化。

5.过度曝光校正处理的另一实例

作为在如图4所示的步骤ST6中的过度曝光校正处理的实例，已描述了图6所示的处理。接下来将参考图9和图10描述过度曝光校正处理的另一实例。

在图9所示的过度曝光校正处理中，亮度直方图的中间亮度级同样用于短曝光周期Tt的设置。参考图9，控制单元10在步骤F100中获得亮度直方图，并且在步骤F100-2中确定M2级在亮度直方图中的百分比是否等于或者小于40％。M2级对应于图5所示的亮度直方图中的mw1、mw2和mw3级(即，中间亮度级的较亮侧)。即，确定mw1、mw2和mw3级的总百分比是否超过40％。如果当M2级(中间亮度级)的百分比高时执行过度曝光校正，那么有可能使中间亮度级降低。因此，在该情况下，不执行校正。即，如果M2级的百分比超过40％，那么处理进行到步骤F105，在步骤F105中维持短曝光周期Tt。另一方面，如果M2级的百分比等于或者小 于40％，那么处理进行到步骤F101。已参考图6描述F101、F102、F103、F104和F105。通过实施图9所示的处理，可以防止出现由于过度曝光校正导致在某些部分的亮度级减小的情况。

图10示出了过度曝光校正处理的另一实例。在图10示出的这个实例中，控制单元10在步骤F100中获得亮度直方图，并且在步骤F110中检查白色级(W)在亮度直方图中的百分比(X％)。在步骤F111中，控制单元10计算将白色级(W)的百分比从X％变为7％所需的短曝光周期差值ΔT。短曝光周期差值ΔT是用于将白色级(W)的百分比从X％变为7％所需的短曝光周期Tt的校正值，并且短曝光周期差值ΔT是使用函数F从白色级(W)的百分比(X％)中获得的。7％的百分比是白色级(W)的适当百分比的示例性设置值。然后，在步骤F112中，控制单元10使用通过向当前的短曝光周期Tt加上短曝光周期差值ΔT得到的值来更新短曝光周期Tt。

如前所述，通过计算短曝光周期差值ΔT作为用于短曝光周期Tt的收敛的差值，并且使用当前的短曝光周期Tt和短曝光周期差值ΔT来设置通过执行计算获得的新的短曝光周期Tt，可以获得将要通过单个处理操作收敛的短曝光周期Tt。因此，可以加速过度曝光的校正。

6.示例性的修改和程序

尽管已经描述了本发明的实施例，但是在本发明中可以考虑各种示例性修改。可以将本发明的实施例应用于用于拍摄运动图像的相机系统。不过，也可以将本发明的实施例应用于用于拍摄静止图像的相机系统。即使在曝光设置模式下对静止图像进行摄像的情况下，仍然可以在执行摄像之前的监视期间，在每场周期中执行上述曝光控制(短曝光周期的控制)。例如，如果使用非隔行扫描方法执行摄像，那么在每场周期中执行的上述处理可以被看作在每帧周 期中执行的处理。不需要说的是，不管所使用的扫描方法如何，可以将用于在曝光设置模式下的短曝光周期的自动控制的单位不同地看作场周期、帧周期、多个场周期和多个帧周期。例如，可以考虑每几帧周期执行图4所示的亮度直方图生成处理(步骤ST5)、图4所示的过度曝光校正处理(步骤ST6)和图4所示的短曝光控制处理(步骤ST7)的示例性情况。

根据本发明实施例的程序是对应于由控制单元10执行的处理的程序。即，根据本发明实施例的程序是使作为微型计算机(处理器)的控制单元10能够执行在图4(图6、9和10)所示的步骤ST6中的过度曝光校正处理和在图4所示的步骤ST7中的短曝光控制处理的程序。这种程序可以预先被记录在作为记录介质(例如，包括在个人计算机或摄像装置中)、或包括在具有CPU的微型计算机中的ROM或闪存的HDD中。可选地，该程序可以被暂时或永久地存储(记录)在诸如软盘、CD-ROM(压缩光盘只读存储器)、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的移动记录介质上。这种可移动记录介质可以作为打包软件而获得。根据本发明实施例的程序可以从可移动记录介质安装到个人计算机上，或者可以经由诸如LAN(局域网)或互联网的网络将根据本发明实施例的程序从下载站点转移到个人计算机中。

本领域技术人员应了解，根据设计要求和其它因素，可以进行各种修改、组合、子组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围内。

Claims (7)

1.一种摄像装置，包括：

摄像单元，被配置为基于从对象发出的光来生成长曝光图像信号和短曝光图像信号，并输出所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号来作为摄像信号，所述长曝光图像信号是通过较长周期的曝光生成的，而所述短曝光图像信号是通过较短周期的曝光生成的；

信号处理单元，被配置为通过组合所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号来生成组合图像信号，所述组合图像信号具有比所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号中的至少任一个的动态范围更宽的动态范围；

检测单元，被配置为生成所述组合图像信号的亮度信息；以及

控制单元，被配置为在根据用户的设置执行曝光控制的曝光设置模式下，使用所述亮度信息来设置新的短曝光周期从而执行短曝光图像信号的自动曝光控制，并根据用户设置的长曝光周期执行长曝光图像信号的曝光控制。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，

其中，所述检测单元生成一亮度直方图作为所述亮度信息，以及

其中，所述控制单元使用所述亮度直方图来检测在所述组合图像信号中的过度曝光的出现，基于检测结果来设置新的短曝光周期，并使用所述新的短曝光周期对短曝光图像信号执行所述自动曝光控制。

3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述控制单元通过使用当前短曝光周期和固定值执行计算来设置新的短曝光周期。

4.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述控制单元计算在所述组合图像信号中期望亮度级区域与整个亮度级区域的百分比，并基于所述百分比和收敛目标值之间的关系来设置新的短曝光周期。

5.根据权利要求2所述的摄像装置，

其中，所述检测单元将亮度级划分为黑色级、中间亮度级和白色级，并生成关于这些亮度级的分布的信息来作为所述亮度直方图，以及

其中，所述控制单元使用关于所述中间亮度级的信息来设置所述新的短曝光周期。

6.一种摄像方法，包括以下步骤：

在根据用户的设置执行曝光控制的曝光设置模式下，基于从对象发出的光，通过较长周期的曝光生成长曝光图像信号，以及通过较短周期的曝光生成短曝光图像信号，从而输出所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号作为摄像信号；

通过组合所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号生成组合图像信号，所述组合图像信号具有比所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号中的至少任一个的动态范围更宽的动态范围；

生成所述组合图像信号的亮度信息；以及

使用所述亮度信息来设置新的短曝光周期从而执行短曝光图像信号的自动曝光控制，并根据用户设置的长曝光周期执行长曝光图像信号的曝光控制。

7.一种曝光控制方法，所述曝光控制方法是在根据用户的设置执行曝光控制的曝光设置模式下执行的并且是由摄像装置执行的，所述摄像装置用于通过较长周期的曝光生成长曝光图像信号以及通过较短周期的曝光生成短曝光图像信号、通过组合所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号生成具有比所述长曝光图像信号和所述短曝光图像信号中的至少任一个的动态范围更宽的动态范围的组合图像信号、以及输出所生成的组合图像信号，所述曝光控制方法包括以下步骤：

获得所述组合图像信号的亮度信息；

使用所述亮度信息来检测在所述组合图像信号中的过度曝光的出现；

基于所述过度曝光的出现的检测结果来设置新的短曝光周期；以及

使用所述新的短曝光周期来执行短曝光图像信号的自动曝光控制，并根据用户设置的长曝光周期执行长曝光图像信号的曝光控制。

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