CN101800858B

CN101800858B - 摄像设备及其控制方法

Info

Publication number: CN101800858B
Application number: CN201010112187.6A
Authority: CN
Inventors: 福井贵明
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: US9077905B2; CN101800858A; US20100201843A1

Abstract

一种摄像设备及其控制方法，其能够在不使用特殊图像传感器的情况下，获得具有宽的动态范围的图像。基于图像的高光溢出量来确定用于减小高光溢出量的动态范围扩大量。然后，通过以基于该动态范围扩大量减小了的感光度进行摄像并对由于减小了的感光度而引起的所拍摄图像的亮度的下降进行校正，来获得动态范围扩大的图像。

Description

摄像设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种摄像设备及其控制方法。

背景技术

迄今为止，使用CCD图像传感器或CMOS图像传感器等图像传感器的数字静止照相机和数字摄像机已得到广泛使用。然而，与卤化银胶片相比，这些图像传感器的动态范围(宽容度)较窄。由于该原因，当拍摄高对比度场景时，容易发生低亮度部分中的色调细节丢失(暗部缺失(plugged-up shadow))和高亮度部分中的色调细节丢失(高光溢出(blown-out highlight))。

为了应对这些问题，提出了能够自动控制动态范围的系统。

例如，在日本特开2005-209012号公报中，提出了在从拍摄的图像检测出主被摄体逆光或主被摄体处于高对比度场景中的情况下，根据图像的直方图指定黑色饱和点和白色饱和点，并进行色调校正，以使得主被摄体的亮度适当。

另外，在日本特开2004-186876号公报中，提出了通过利用具有不同感光度的光接收元件拍摄同一场景，使用设置有高感光度光接收元件和低感光度光接收元件的图像传感器来获取具有不同动态范围的两类图像，并根据场景分析结果合成这些拍摄的图像。

然而，利用日本特开2005-209012号公报的方法，尽管具有扩大视觉反差的效果，但是由于传感器变成饱和的点没有改变，因此没有获得使动态范围变宽的效果。

另外，利用日本特开2004-186876号公报的方法，获得了使动态范围变宽的效果，但是由于需要使用设置有具有不同感光度的光接收元件的特殊图像传感器，因此存在成本问题。

发明内容

考虑到传统技术中的这些问题做出了本发明，并且本发明提供一种能够在不使用特殊图像传感器的情况下获得具有宽的动态范围的图像的摄像设备及其控制方法。

根据本发明的一方面，提供一种摄像设备，该摄像设备包括：计算部件，用于根据使用图像传感器所拍摄的图像，计算所述图像的高光溢出量；扩大量确定部件，用于基于所述高光溢出量的大小，确定用于减小所述高光溢出量的动态范围扩大量；校正量确定部件，用于确定与所述动态范围扩大量相对应的ISO感光度的减小量以及对以减小了的ISO感光度所拍摄的图像的亮度进行校正的校正量；控制部件，用于以由所述校正量确定部件所确定出的ISO感光度，使用所述图像传感器进行摄像；以及校正部件，用于根据所述校正量，对由所述控制部件所拍摄的图像的亮度进行校正。

根据本发明的另一方面，提供一种摄像设备的控制方法，该控制方法包括以下步骤：计算步骤，用于根据使用图像传感器所拍摄的图像，计算所述图像的高光溢出量；扩大量确定步骤，用于基于所述高光溢出量的大小，确定用于减小所述高光溢出量的动态范围扩大量；校正量确定步骤，用于确定与所述动态范围扩大量相对应的ISO感光度的减小量以及对以减小了的ISO感光度所拍摄的图像的亮度进行校正的校正量；控制步骤，用于以在所述校正量确定步骤中确定出的ISO感光度，使用所述图像传感器进行摄像；以及校正步骤，用于根据所述校正量，对所述控制步骤中拍摄的图像的亮度进行校正。

以下通过参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的摄像设备的示例结构的框图。

图2A～2D示意性示出根据原始图像检测面部的处理。

图3A是示出根据本发明实施例的摄像设备的面部检测电路中的面部检测操作的流程图。

图3B示出由根据本发明实施例的摄像设备的面部检测电路所使用的二维高通滤波器的示例系数。

图4是示出CIE L^*a^*b^*颜色空间中的代表颜色的色度(chromaticity)图。

图5是示出根据本发明实施例的摄像设备中的AFE电路的示例结构的框图。

图6示意性示出由根据本发明实施例的摄像设备的直方图创建电路所创建的示例直方图。

图7是示出根据本发明实施例的摄像设备中的摄像待机时的信号处理的流程的框图。

图8是示出根据本发明实施例的摄像设备中的用于确定动态范围(D范围)扩大量的操作的流程图。

图9A～9C示出根据本发明实施例的摄像设备中的根据面部区域的D范围扩大量的大小和整个图像的D范围扩大量的大小所确定出的最终D范围扩大量的具体示例。

图10A示出根据本发明实施例的摄像设备中的D范围的概念图。

图10B示出根据本发明实施例的摄像设备中的AE目标值、饱和信号值和D范围之间的示例关系。

图11A和图11B示出根据本发明实施例的摄像设备的信号处理电路中的伽玛校正特性的示例设置。

图12是示出根据本发明实施例的摄像设备中的扩大D范围时的实际摄像处理的操作的流程图。

具体实施方式

现在将根据附图详细说明本发明的优选实施例。

图1是示出根据本发明实施例的摄像设备的示例结构的框图。本实施例的摄像设备包括具有使用图像传感器拍摄图像的功能的任意设备。这些设备包括数字静止照相机和数字摄像机以及包含或连接至照相机的移动电话、PDA和个人计算机。

在图1中，操作单元112包括按钮或开关等，并且用户使用操作单元112对摄像设备给出指令并配置设置。操作单元112还包括快门按钮，并且在本实施例中，操作单元112能够检测快门按钮的半按(half stroke)状态和全按(full stroke)状态。

系统控制器107将快门按钮的半按状态视为摄像准备指令，并将快门按钮的全按状态视为摄像开始指令。例如，系统控制器107包括CPU、ROM和RAM，并且作为CPU使用RAM执行存储在ROM中的程序的结果，系统控制器107能够控制摄像设备的整体操作。

镜头设备200具有包括调焦透镜的透镜组、驱动调焦透镜的驱动设备、光圈以及机械快门，并且镜头设备200在系统控制器107的控制下工作。

图像传感器101是CCD图像传感器或CMOS图像传感器等的光电转换元件。模拟前端(analog front end，AFE)电路150对从图像传感器101输出的模拟图像信号进行增益调节、A/D转换等，并输出作为数字图像信号的结果。后面将详细说明AFE电路150。

缓冲存储器103临时存储由AFE电路150输出的数字图像信号。

压缩/解压缩电路104将拍摄的图像数据编码成记录用的图像文件(例如，JPEG文件)格式，并对从记录介质106读取的图像文件进行解码。

记录设备105在系统控制器107的控制下，对内置存储器或可移除存储卡等的记录介质106进行数据的读取和写入。

显示控制电路108在系统控制器107的控制下，对包括LCD等显示装置的显示单元110进行显示操作的控制。

D/A转换器109将由显示控制电路108输出的显示用数字图像信号转换成能够由显示单元110显示的模拟图像信号。

显示单元110进行所拍摄图像的显示，并且还进行使用户对摄像设备配置各种设置并给出指令的GUI窗口的显示，以及与摄像设备有关的各种信息等的显示。另外，通过在显示单元110上顺序显示连续拍摄到的图像，能够使显示单元110用作电子取景器(electronic viewfinder，EVF)。这种用于使显示单元110用作EVF的顺序摄像/显示操作也被称为“通过镜头取景(through-the-lens view)”或“实时取景(live view)”。

面部检测电路120对缓冲存储器103中所存储的YUV格式或RAW格式的图像数据进行面部检测处理，并将包括图像中的面部区域的大小和位置的面部检测结果输出至直方图创建电路130。

面部检测电路120所使用的面部检测方法没有特别限制，可以应用任意已知方法。关于已知的面部检测技术，提出了很多不同方法，这些方法包括：使用神经网络等的基于学习的方法；用于使用模板标记从图像中找出具有眼睛、鼻子和嘴等特征形状的部位且如果相似度高则将这些部位视为面部的方法；以及用于检测肤色和眼睛形状等图像特征量并对这些图像特征使用统计分析的方法。还可以组合这些方法中的多个方法以提高面部检测的精度。具体示例包括日本特开2002-251380号公报中公开的使用小波变换和图像特征量进行面部检测的方法。

这里，将参考图2A～2D、图3A和图3B以及图4来说明面部检测电路120的面部检测操作的具体示例。

图2A～2D示意性示出根据原始图像检测面部的处理，其中图2A示出原始图像。

图3A是示出面部检测电路120的面部检测操作的流程图。

在S101中，面部检测电路120从原始图像提取肤色区域。图4是示出CIE L*a*b*颜色空间中的代表颜色的色度图，并且中间的椭圆是最可能为肤色的区域。

面部检测电路120利用已知方法将RGB原始图像数据转换成L^*a^*b^*格式，并提取由具有图4中椭圆所示的区域的色度的像素构成的肤色区域。图2B示意性示出从原始图像提取出的肤色区域。

接着，在S102中，面部检测电路120从提取出的肤色区域提取高频成分。具体地，面部检测电路120向肤色区域应用高通滤波。图3B示出二维高通滤波器的示例系数。在图2C中示出通过向图2B中的图像应用高通滤波所获得的示例图像。

在S103中，面部检测电路120使用诸如图2D中所示的眼睛模板对应用了高通滤波之后的图像进行模板匹配，并检测图像中的眼睛。

在S104中，面部检测电路120基于在S103检测到的眼睛区域的位置关系等来确定面部区域，并得到包括面部区域的位置和大小的面部检测结果。

返回到图1，直方图创建电路130从面部检测电路120获取面部区域的检测结果，并创建与面部区域中所包括的像素的亮度值有关的直方图。直方图创建电路130还可以创建通过分割图像而获得的多个部分区域中的每一个所包括的像素的亮度值的直方图。将所创建的直方图存储在缓冲存储器103中。

信号处理电路140根据由系统控制器107设置的信号处理参数(白平衡校正系数、伽玛参数等)，向存储在缓冲存储器103中的图像数据应用信号处理。然后，信号处理电路140生成YUV图像数据，并且将该图像数据再次存储在缓冲存储器103中。

如后面所述，本实施例的摄像设备利用AFE电路150中的感光度调节(增益调节)和信号处理电路140中的伽玛校正来实现动态范围扩大。

图5是示出AFE电路150的示例结构的框图。

箝位(clamp)电路151将从图像传感器101输出的信号箝位至基准黑电平，以使得当传感器被遮挡时的输出值或该传感器的基准电压区域的输出值为零。

CDS增益电路152向箝位后得到的信号应用CDS增益(模拟增益)。由普通AFE电路所应用的CDS增益具有0、3或6[dB]的离散值。

由A/D转换器153将已应用了模拟增益的信号转换成数字数据。接着，可变增益放大器(VGA)增益电路154向该数字数据应用VGA增益。在本实施例中，例如，能够在0～36dB的范围内以0.125dB的增量调节VGA增益的值。在限幅(clipping)电路155将已应用了VGA增益的信号限幅成预定位数之后，将这些信号输出至缓冲存储器103。

在本实施例中，通过系统控制器107对由AFE电路150应用的CDS增益和VGA增益的值进行控制来实现摄像设备中的ISO感光度的设置。

另外，能够通过利用基准光量的光照射摄像设备并控制CDS增益和VGA增益以使得从摄像设备输出恒定亮度信号值，来进行用于对图像传感器101的感光度特性的变化进行校正的感光度调节。

在本实施例中，通过组合CDS增益和VGA增益来进行感光度设置。例如，在为低感光度设置总共6dB的增益的情况下，将CDS增益设置为3dB，并且将VGA增益设置为3dB。另外，例如，在为高感光度设置24dB的增益的情况下，将CDS增益设置为6dB，并且将VGA增益设置为18dB。如上所述，由于通常不能利用CDS增益进行精细设置，因此利用上游的CDS增益来设置大致的增益，并对VGA增益进行控制以对感光度调节部分等进行精细的感光度控制。

通常，增益电路还同时将噪声成分作为信号成分进行放大。由于该原因，为了利用模拟电路抑制重叠的噪声成分的放大，在能够实现总的增益量的CDS增益和VGA增益的组合中，优选将上游的CDS增益设置得尽可能地高。该设置还使得能够实现有效地最大化A/D转换器153的量化精度的效果。

接着，说明当在具有上述结构的摄像设备中进行摄像时的操作。当本实施例的摄像设备在没有输入摄像准备指令或摄像开始指令的待机状态下以摄像模式工作时，该摄像设备使显示单元110用作EVF。也就是说，系统控制器107执行以下处理：以预定速率(例如，30帧/秒)连续摄像、根据拍摄的图像生成显示图像、以及使显示单元110显示所生成的显示图像。

在设置了执行面部检测的情况下，面部检测电路120对显示图像(下文中还称之为EVF图像)进行面部检测，并将检测结果输出至系统控制器107。然后，系统控制器107指示显示控制电路108将用于为用户呈现检测到的面部区域的面部框叠加在EVF图像上，并且还向显示控制电路108指示该面部区域的位置信息。

还将面部检测结果提供给直方图创建电路130，并且直方图创建电路130根据EVF图像内的面部区域中所包括的像素创建直方图。直方图创建电路130还能够针对将整个图像分割成的多个区域中的每一个区域来创建直方图。并将所创建的直方图存储在缓冲存储器103中。

图6示意性示出由本实施例中的直方图创建电路130所创建的示例直方图。

在图6中，示出了通过水平和垂直地四等分整个图像所获得的各部分区域71的直方图73以及面部区域72的直方图74的创建。注意，图6中的直方图73和74为累积直方图(cumulativehistogram)。另外注意，在创建部分区域的直方图时，可以排除面部区域。这使得能够针对面部区域和除面部区域以外的区域(背景)创建直方图。

在本实施例中，在评价所拍摄图像的高光溢出区域时，使用在部分区域71的累积直方图73中频率为80％的亮度值YHi和在面部区域72的累积直方图74中频率为90％的亮度值YHiFace，这将在后面进行说明。

当通过用户将快门按钮按至全按状态来输入摄像开始指令时，系统控制器107基于自动曝光控制(AE)、自动焦点检测(AF)等的处理结果来进行摄像操作。具体地，系统控制器107通过对镜头设备200的焦点位置和光圈、机械快门、图像传感器101以及需要时的闪光灯(未示出)进行控制来进行摄像。

通过上述的AFE电路150，将从图像传感器101输出的模拟图像信号作为数字图像数据存储在缓冲存储器103中。信号处理电路140根据系统控制器107设置的各种信号处理参数，对该数字图像数据进行处理，生成YUV图像数据，并将所生成的图像数据再次存储在缓冲存储器103中。

例如，通过压缩/解压缩电路104将由信号处理电路140处理过的图像数据编码成JPEG文件，并由记录设备105将其记录至记录介质106。

另外，显示控制电路108根据存储在缓冲存储器103中的YUV图像数据来生成显示图像，并使显示单元110通过D/A转换器109将显示图像显示为快速预览图像。

图7是示出根据本实施例的摄像设备中的摄像待机时的信号处理的流程的框图。如上所述，当处于摄像待机时，本实施例的摄像设备进行用于使显示单元110用作EVF的连续摄像和显示。

通过AFE电路150对从图像传感器101输出的模拟图像信号进行增益调节(感光度调节)并进行数字化。信号处理电路140对该RAW图像数据进行像素插值和白平衡校正等的所谓的显影处理，并生成YUV数字图像数据。

将该数字图像数据存储在缓冲存储器103的显示区域(通常称之为VRAM)103a中，并通过显示控制电路108和D/A转换器109将其输出至显示单元110。

另一方面，还将信号处理电路140所生成的数字图像数据存储在缓冲存储器103的图像分析区域(图像分析缓冲器)103b中。在由面部检测电路120进行的面部检测以及由直方图创建电路130进行的直方图创建时，使用存储在图像分析缓冲器103b中的图像数据。注意，不是所有的EVF图像数据都需要存储在图像分析缓冲器103b中，而是仅存储与进行面部检测和直方图创建的周期相对应的一部分EVF图像数据。

面部检测电路120对存储在图像分析缓冲器103b中的图像数据进行面部检测，并且如果检测到面部，则输出包括能够指定面部区域的信息(例如，位置和大小)的面部检测结果。

直方图创建电路130基于存储在图像分析缓冲器103b中的图像数据和来自面部检测电路120的面部检测结果，创建直方图。如上所述，直方图创建电路130能够创建面部区域的面部区域直方图130a以及通过分割整个图像所获得的各区域图像的分割区域直方图130b。

对于整个图像，还能够针对包括面部区域的各区域图像创建分割区域直方图130b，或针对排除了面部区域的各区域图像得到分割区域直方图130b。前者容易处理，但是优选后者以便能够精确地检测出具有高光溢出的区域是面部区域还是背景区域。

如上所述，在使显示单元110用作EVF期间连续重复摄像，并且快速地重写VRAM。通常，面部检测和直方图创建所需的时间比EVF图像的显示周期(例如，1/30秒)长。由于该原因，在本实施例中，除了VRAM以外，还设置图像分析缓冲器103b，并且不对图像分析缓冲器103b进行更新，直到对存储在图像分析缓冲器103b中的图像数据进行的面部检测和直方图创建已经结束为止。

由于该结构，可以对同一个EVF图像进行面部检测和直方图创建，并且可以容易地且高精度地进行图像分析。当然，如果可以则对EVF图像的每一帧进行面部检测和直方图创建是没有坏处的，但是由于通常在每一帧中拍摄场景极大变化的可能性低，因此不需要对每一帧进行面部检测和直方图创建。

图8是示出本实施例的摄像设备中的用于确定动态范围扩大量(D范围扩大量)的操作的流程图。

在本实施例中，基于对EVF图像的面部检测结果和直方图创建结果来得到所拍摄图像中的高光溢出量，并根据高光溢出量的大小来确定D范围扩大量。使用预先利用EVF图像确定出的D范围扩大量来调节实际摄像处理时的曝光和感光度。

在S201中，如上所述，系统控制器107连续进行摄像，使得生成EVF图像，并将EVF图像顺次从信号处理电路140存储在缓冲存储器103的显示区域103a中。系统控制器107还以预定周期使EVF图像存储在缓冲存储器103的图像分析缓冲器103b中。

在S202中，面部检测电路120对存储在图像分析缓冲器103b中的EVF图像进行面部检测。

在面部检测成功的情况下(S203为“是”)，直方图创建电路130基于来自面部检测电路120的面部检测结果，根据EVF图像的面部区域创建面部区域直方图(S204)。

在S205中，系统控制器107根据面部区域直方图计算面部区域的高光溢出量。

如果面部检测不成功(S203为“否”)，或者在计算出面部区域的高光溢出量之后，在S206，直方图创建电路130对通过分割整个EVF图像所获得的各区域图像创建分割区域直方图。

在S207中，系统控制器107根据分割区域直方图计算整个EVF图像的高光溢出量。

在S208中，系统控制器107至少基于在S207中得到的整个图像的高光溢出量，确定D范围扩大量。

接着，将说明在图8的S205和S207由系统控制器107所进行的计算高光溢出量的处理的具体示例。

首先，将说明计算面部区域中的高光溢出量的处理。

在S205中，系统控制器107根据S204中创建出的面部区域直方图，计算累积直方图的累积频率为预定值(例如图6中的90％)的亮度值YHiFace，作为面部区域的高光溢出量。

然后，在S208中，系统控制器107根据面部区域的高光溢出量的值YHiface和预定阈值之间的相对大小关系，确定面部区域的D范围扩大量(D+(面部))。

具体地，例如，当预定阈值为按降序的THHiFace、THMidFace和THLowFace这三级时，按照如下确定面部区域的D范围扩大量：

D+(面部)＝校正等级1级(如果YHiFace＞THHiFace)

D+(面部)＝校正等级2/3级(如果THHiFace≥YHiFace＞THMidFace)

D+(面部)＝校正等级1/3级(如果THMidFace≥YHiFace＞THLowFace)

D+(面部)＝校正等级0级(如果THLowFace≥YHiFace)

另外，在S206中，系统控制器107对在S206中创建出的各分割区域直方图，计算累积直方图的累积频率为预定值(例如图6中的80％)的亮度值YHi_n(n＝1～分割数；例如在图6中为16)，作为部分区域的高光溢出量。

在S207中，系统控制器107对亮度值YHi_n超过预定阈值Y_B_Th的区域数量YH_BNum进行计数。然后，系统控制器107根据区域数量YH_BNum和预定阈值之间的相对大小关系，确定整个图像的D范围扩大量(D+(背景))。

具体地，例如，当预定阈值为按降序的ThYH_BNumHi、ThYH_BNumMid和ThYH_BNumLow这三级时，按照如下确定整个图像的D范围扩大量：

D+(背景)＝校正等级1级(如果YH_BNum＞ThYH_BNumHi)

D+(背景)＝校正等级2/3级(如果ThYH_BNumHi≥YH_BNum＞ThYH_BNumMid)

D+(背景)＝校正等级1/3级(如果ThYH_BNumMid≥YH_BNum＞ThYH_BNumLow)

D+(背景)＝校正等级0级(如果ThYH_BNumLow≥YH_BNum)

换句话说，系统控制器107将D范围扩大量确定得越大，则图像中的高光溢出区域的面积越大。

注意，确定高光溢出区域的方法不局限于这里所述的使用累积直方图的方法，并且可以使用其它任意方法。

在S208中，系统控制器107确定最终的D范围扩大量。这里，在面部检测成功的情况下，系统控制器107通过比较S205和S207中确定出的D范围扩大量来确定最终的D范围扩大量。例如，系统控制器107能够将面部区域的D范围扩大量和整个图像的D范围扩大量中较大的扩大量确定为最终的D范围扩大量。

可选地，系统控制器107可以根据由操作单元112中所包括的模式拨盘等所设置的拍摄模式，将面部区域的D范围扩大量和整个图像的D范围扩大量的其中一个确定为最终的D范围扩大量。例如，在用于拍摄人物的拍摄模式(例如，肖像模式)的情况下，可以将面部区域的D范围扩大量确定为最终的D范围扩大量，而在用于拍摄风景的拍摄模式(例如，风景模式)的情况下，可以将整个图像的D范围扩大量确定为最终的D范围扩大量。

另外，在根据按照场景辨别结果自动选择的拍摄模式而不是仅根据预先利用模式拨盘等设置的拍摄模式选择面部区域的D范围扩大量和整个图像的D范围扩大量的其中一个的情况下，也可以类似地确定最终的D范围扩大量。

还可以根据面部区域的D范围扩大量的大小和整个图像的D范围扩大量的大小来确定最终的D范围扩大量，而不是仅选择面部区域的D范围扩大量和整个图像的D范围扩大量的其中一个作为最终的D范围扩大量。

图9A～图9C示出根据面部区域的D范围扩大量的大小和整个图像的D范围扩大量的大小所确定出的最终的D范围扩大量的具体示例。

利用图9A～图9C所示的示例，针对各拍摄模式改变确定出的最终的D范围扩大量的值。例如，在面部区域的D范围扩大量为1/3级并且整个图像的D范围扩大量为0/3级的情况下，最终的D范围扩大量在自动模式(图9A)和肖像模式(图9C)下为1/3级，在风景模式(图9B)下为0/3级。

系统控制器107将如上所确定出的D范围扩大量存储在缓冲存储器103中，并且在进行摄像时参考所存储的D范围扩大量。当待机时，例如，可以每隔EVF图像的固定数量的帧或每隔固定时间段进行用于确定D范围扩大量的操作，并将最新的D范围扩大量存储在缓冲存储器103中。

图10A表示本实施例中的D范围的概念图。

在本实施例中，将D范围定义为图像传感器的饱和信号量亮度与适当的亮度的比率。适当的亮度是在进行自动曝光控制(AE)时的亮度目标值等级，例如，如果AE模式为平均测光模式，则适当的亮度等于画面亮度的平均值。

因此，可以按照如下定义D范围：

D范围＝饱和信号量亮度/AE目标值

注意，这里的AE目标值是基于在AFE电路150中进行感光度调节之前的、来自图像传感器101的输出信号的AE目标值。

AE目标值可以根据AE模式而改变，并且即使在存在评价测光模式和点测光模式的情况下，也可以使用各模式的AE目标值。

图10B示出AE目标值、饱和信号值和D范围之间的示例关系。

根据图10B显而易见，通过降低AE目标值能够增大D范围。

图11A和图11B示出本实施例的信号处理电路140中的伽玛校正特性的示例设置。

示出了在将D范围扩大量设置为普通(0/3级)、+1/3级、+2/3级和+3/3级这四级的情况下的伽玛校正特性(亮度校正量)的示例设置。

这里，与D范围扩大量相对应的AE目标值与图10B中所示的AE目标值相同。如图11A和图11B所示，对伽玛校正特性进行设置，以使得无论D范围扩大量如何，对各D范围扩大量的AE目标值进行伽玛校正之后的AE目标值将是D范围未扩大的普通AE目标值。

如图10A和图10B所示，通过降低AE目标值能够扩大D范围。然而，简单地降低AE目标值会导致曝光不足和所拍摄的图像变暗。由于该原因，根据D范围扩大量，通过在信号处理电路140中进行伽玛校正以使拍摄的图像数据变亮，能够在适当地设置所拍摄图像的亮度(曝光)的同时扩大D范围。

注意，在本实施例中，示出了通过伽玛校正补偿由于AE目标值减小而引起的所拍摄图像亮度下降的结构，但是也可以使用查找表等不同的方式进行相同的亮度校正。

另外，可以对用于校正白平衡的白平衡系数的增益等的增益以及用于确定饱和信号量的限幅量进行控制。换句话说，即使在对增益已通过减小曝光量或减小AFE增益而降低的图像信号进行了A/D转换之后，通过下游的信号处理电路来增大增益并使限幅量扩大(饱和信号量增大)增益的增大量，也获得相同的效果。

图12是示出本实施例的摄像设备中的扩大D范围时的实际摄像处理的操作的流程图。

注意，假定在处于摄像待机时，例如，通过上述方法以预定间隔根据EVF图像确定D范围扩大量。在本实施例中，利用以1/3级为单位的从0/3级～3/3级这四级，能够确定D范围扩大量(AE目标值的减小量)。注意，可以任意设置D范围扩大量的每一级的范围和大小。

当处于摄像待机时，响应于包括在操作单元112中的快门按钮被按至全按状态并且输入摄像开始指令，系统控制器107开始以下处理。

在S401中，系统控制器107从缓冲存储器103获取紧挨在输入摄像开始指令之前所确定出的D范围扩大量。

在S402中，系统控制器107判断利用AFE电路150中的感光度调节(CDS增益电路和VGA增益电路的控制)是否能够实现所获取的D范围扩大量即AE目标值要减小的量。可以通过比较利用AFE电路150可调节的感光度范围和在S401获取的D范围扩大量来进行该判断。在不能减小与该D范围扩大量相当的感光度(减小与该D范围扩大量相当的增益)的情况下，系统控制器107判断为仅利用AFE电路150的感光度调节不能实现该D范围扩大量。

在利用AFE电路150中的感光度调节能够实现该D范围扩大量的情况下，在S404中，系统控制器107计算作为摄像条件的增益设置。注意，没有特别限制在该设置中组合CDS增益和VGA增益的方式，可以利用任意组合进行设置。

另一方面，在判断为仅利用AFE电路150中的感光度调节不能实现该D范围扩大量的情况下，系统控制器107基于即使由AFE电路150进行了有效的增益控制仍不足的增益量，改变曝光条件(S405)。具体地，系统控制器107计算用于实现不足的增益量的曝光校正量。

这里的曝光校正为负校正(minus correction)，并且能够利用诸如缩小光圈、提高快门速度或插入中性密度滤光片(neutraldensity filter，ND滤光片)等的普通方法来实现该曝光校正。

在S406中，系统控制器107判断是否可以进行S405中计算出的曝光校正。例如，利用不具有ND滤光片的摄像设备，在已将快门速度设置到最高设置并且已利用自动曝光控制使光圈总是最小(最大光圈值)的情况下，不能进行曝光的负校正。另外，当进行闪光摄像时，在已设置了最高可设置的快门速度的情况下，不能提高快门速度。在确定了最高快门速度等的情况下，同样如此。注意，因为如果处于光圈优先AE模式则优选不改变用户所设置的光圈值，因此，如果快门速度已处于最高设置，则可以判断为不能进行负校正。如果处于快门优先AE模式，同样如此。

在判断为不能进行与增益调节之后仍不足的增益量相当的曝光的负校正的情况下，在S407中，系统控制器107将D范围扩大量修正为可利用感光度调节和曝光校正实现的最大值。然后，系统控制器107计算要在AFE电路150中设置的增益量，并且根据需要进一步计算曝光校正量。

在S408中，系统控制器107在AFE电路150的CDS增益电路152和VGA增益电路154中将增益量设置为摄像条件。另外，在进行曝光校正的情况下，系统控制器107根据曝光校正量改变与AE结果相对应的曝光参数(快门速度、光圈、ND滤光片使用等的设置)，并将改变了的镜头设备200中的曝光参数设置为摄像条件。

在S409中，系统控制器107在信号处理电路140中设置与D范围扩大量相对应的伽玛参数。

在S410中，系统控制器107进行静止图像拍摄(实际曝光处理)。

这里，将说明感光度设置(AFE电路150的增益设置)和图像传感器101的饱和之间的关系。

通常，对应用于图像传感器的输出信号的增益进行控制，使得该输出相对于光量和照相机的曝光值(输入)满足预定关系。

然而，图像传感器的光电二极管中能够储存的电荷量具有上限。由于该原因，在以减小图像传感器的ISO感光度为目的而减小由AFE电路150应用的增益时，应用了增益之后的最大信号量也下降。因此，饱和信号量也和增益的降低一起下降。

因此，对于增大图像传感器的感光度，可以忽略噪声的放大而配置期望的感光度设置，而对于降低感光度，存在由饱和信号量引起的极限值。

在图12的S408中，在不能减小感光度的情况下，通常的情况是已经在摄像设备中设置了最小可设置的感光度。这意味着已经将应用于图像传感器的输出信号的增益减小至与最小感光度相当的值。由于该原因，通过控制AFE电路150的增益不能进一步减小感光度。因此，在本实施例中，在通过控制AFE电路150的增益不能实现AE目标量值(感光度)的目标减小量的情况下，通过曝光校正进一步实现感光度的减小。

在信号处理电路140中对以通过曝光控制减小了的感光度进行摄像时所获得的暗图像进行伽玛校正以校正亮度的操作最终与增大感光度相同，并且由于在进行伽玛校正时也会被放大的噪声而造成图像质量的劣化。

然而，在本实施例中，在通过AFE电路150的增益控制能够实现与D范围扩大量相对应的ISO感光度减小的情况下，优选地利用增益控制减小ISO感光度。在仅通过增益控制不能实现与D范围扩大量相对应的ISO感光度减小的情况下，将增益减小至最小，并利用曝光校正补偿不足的感光度减小量。在这种情况下，由于已经将AFE电路150的增益减小至与最小感光度相当的等级，因此即使在进行伽玛校正时放大了噪声，噪声本身也是不明显的。由于该原因，能够使图像质量的劣化最小化。

其它实施例

在上述实施例中，说明了在静止图像拍摄中应用本发明的D范围扩大的情况，但是在进行EVF摄像和运动图像拍摄时也可以类似地应用本发明的D范围扩大。在这种情况下，对参数设置的定时进行调节，使得将AFE电路150的增益控制(以及需要时的曝光校正)和信号处理电路140中的伽玛校正应用于相同图像。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims

1.一种摄像设备，包括：

计算部件，用于根据使用图像传感器所拍摄的图像，计算所述图像的高光溢出量；

扩大量确定部件，用于基于所述高光溢出量的大小，确定用于减小所述高光溢出量的动态范围扩大量；

校正量确定部件，用于确定与所述动态范围扩大量相对应的ISO感光度的减小量以及对以减小了的ISO感光度所拍摄的图像的亮度进行校正的校正量；

控制部件，用于以由所述校正量确定部件所确定出的ISO感光度，使用所述图像传感器进行摄像；以及

校正部件，用于根据所述校正量，对由所述控制部件所拍摄的图像的亮度进行校正，其中，所述校正量随着ISO感光度的减小量的增大而增大。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

所述控制部件通过减小应用于从所述图像传感器输出的信号的增益，以由所述校正量确定部件所确定出的ISO感光度进行摄像。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括：

面部检测部件，用于从所拍摄的图像检测面部区域，其中，

所述计算部件分别针对所述面部区域和整个图像求出所述高光溢出量，以及

所述扩大量确定部件基于根据所述面部区域和所述整个图像各自的高光溢出量的大小而确定的所述面部区域和所述整个图像各自的动态范围扩大量，来确定所述动态范围扩大量。

4.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，

所述扩大量确定部件在用于拍摄人物的拍摄模式下，使所述面部区域的动态范围扩大量优先于所述整个图像的动态范围扩大量，来确定所述动态范围扩大量。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的摄像设备，其特征在于，

对在处于静止图像拍摄待机时所拍摄的电子取景器图像进行如下操作：由所述计算部件计算所述高光溢出量、由所述扩大量确定部件确定所述动态范围扩大量、以及由所述校正量确定部件确定所述ISO感光度和所述校正量，以及

所述控制部件响应于摄像开始指令，使用紧挨在输入所述摄像开始指令之前所确定出的所述ISO感光度和所述校正量来进行摄像。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的摄像设备，其特征在于，还包括：

设置部件，用于设置用于实现ISO感光度的所述减小量的摄像条件，其中，

在通过设置ISO感光度能够实现所述减小量的情况下，所述设置部件将用于实现所述减小量的ISO感光度设置为所述摄像条件，并且在通过设置ISO感光度不能实现所述减小量的情况下，所述设置部件将在可用范围内减小了的ISO感光度和与该ISO感光度相结合实现所述减小量的曝光条件设置为所述摄像条件。

7.根据权利要求6所述的摄像设备，其特征在于，

在判断为通过组合ISO感光度和曝光条件不能实现所述减小量的情况下，所述设置部件将与最大可实现的减小量相对应的ISO感光度和曝光条件设置为所述摄像条件，并将所述校正量修正为与所述最大可实现的减小量相对应的值。

8.一种摄像设备的控制方法，包括以下步骤：

计算步骤，用于根据使用图像传感器所拍摄的图像，计算所述图像的高光溢出量；

扩大量确定步骤，用于基于所述高光溢出量的大小，确定用于减小所述高光溢出量的动态范围扩大量；

校正量确定步骤，用于确定与所述动态范围扩大量相对应的ISO感光度的减小量以及对以减小了的ISO感光度所拍摄的图像的亮度进行校正的校正量；

控制步骤，用于以在所述校正量确定步骤中确定出的ISO感光度，使用所述图像传感器进行摄像；以及

校正步骤，用于根据所述校正量，对所述控制步骤中拍摄的图像的亮度进行校正，其中，所述校正量随着ISO感光度的减小量的增大而增大。