CN102158654A - 摄像设备和变焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摄像设备和变焦方法。所述摄像设备包括：X-Y地址扫描型图像传感器；闪烁检测器，用于检测光源的闪烁；切换器，用于在第一状态和第二状态之间切换所述图像传感器，在所述第一状态下，利用包括读出在第一视角的范围内的像素信号的第一驱动方法来驱动所述图像传感器，以及在所述第二状态下，利用包括读出在比所述第一驱动方法的第一视角窄的第二视角的范围内的像素信号的第二驱动方法来驱动所述图像传感器；以及控制器，用于控制所述切换器，以使得在所述闪烁检测器正在检测所述闪烁时，利用所述第一驱动方法来驱动所述图像传感器，以及在所述闪烁检测器已经完成闪烁检测时，利用所述第二驱动方法来驱动所述图像传感器。

Description

摄像设备和变焦方法

技术领域

本发明涉及一种摄像设备，并且更具体地，涉及一种用于拍摄运动图像的摄像设备。

背景技术

如传统上已知的，当使用C CD或CMO S传感器的摄像设备在连接至商用电源的荧光灯下拍摄运动图像时，由于荧光灯按商用电源的频率闪烁，因而亮度可能针对各帧而变化，或者在帧中可能产生明/暗水平条纹。该明/暗变化被称为闪烁(flicker)。可以通过针对50Hz闪烁将电子快门控制成快门速度为n/100秒(n是自然数)、并且针对60Hz闪烁将电子快门控制成快门速度为n/120秒，来减少闪烁。为了获得能够减少闪烁的快门速度从而减少闪烁，需要获得闪烁的频率。例如，日本特开2007-60585号公报公开了以下方法：该方法在一个以上的水平周期内对从CMOS传感器获得的视频信号进行积分，并且比较前一帧和后一帧的积分值以检测闪烁。

一些具有能够读出特定区域的图像传感器的摄像设备具有读出比图像传感器的整个区域小的区域、由此在不使用变焦透镜的情况下进行变焦或放大的功能。例如，日本特开2002-314868号公报公开了通过改变图像传感器的读出范围和驱动方法来进行高分辨率变焦的方法。

当以这种方式进行变焦时，即当通过读出作为图像传感器可接收的最大输入被摄体图像的子区域的特定区域时，也出现闪烁的问题。然而，可以使用上述的比较前一帧和后一帧的积分值的方法来检测闪烁。

以上专利文献中公开的在先技术假定正在记录的图像的构图在闪烁检测期间无变化。如果构图大幅变化，则可能不能进行闪烁检测。特别地，在通过读出特定(子)区域进行放大时，构图由于照相机抖动的影响而经常变化，并且可能不能进行精确的闪烁检测。

发明内容

期望解决以上问题，并且使得即使在变焦时也可以精确检测闪烁。

根据本发明的第一方面，提供一种摄像设备，包括：X-Y地址扫描型图像传感器，用于将摄像镜头所形成的被摄体图像转换成电信号；闪烁检测器，用于检测对所述摄像设备要拍摄的被摄体进行照明的光源的闪烁；切换器，用于在第一状态和第二状态之间切换所述图像传感器，其中，在所述第一状态下，利用第一驱动方法来驱动所述图像传感器，所述第一驱动方法包括读出在所述图像传感器拍摄图像所采用的第一视角的范围内的像素信号，以及在所述第二状态下，利用第二驱动方法来驱动所述图像传感器，所述第二驱动方法包括读出在比所述第一驱动方法中的第一视角窄的第二视角的范围内的像素信号；以及控制器，用于控制所述切换器，以使得在所述闪烁检测器正在检测闪烁时，利用所述第一驱动方法来驱动所述图像传感器，以及在所述闪烁检测器已经完成闪烁检测时，利用所述第二驱动方法来驱动所述图像传感器。

根据本发明的第二方面，提供一种变焦方法，用于在进行闪烁检测时缩放摄像设备要拍摄的图像，所述变焦方法包括：指定闪烁检测用的第一读出区域；进行闪烁检测；对具有比所述第一读出区域的视角小的视角的第二读出区域进行放大；以及显示所述第二读出区域的图像。

通过以下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是示出根据本发明的实施例的摄像设备的配置的框图；

图2是示出根据实施例的摄像设备的闪烁检测单元的配置的框图；

图3A和3B是示出根据实施例的线积分单元和帧差计算单元的输出的图；以及

图4是示出根据实施例的摄像设备的系统控制单元的操作的流程图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明的实施例的摄像设备的配置的框图。将参考图1来说明根据本发明的实施例的摄像设备100。

参考图1，已经入射摄像镜头111的光束经由光圈112在图像传感器113上形成光学图像。基于从光圈驱动单元142输出的信号驱动光圈112。在系统控制单元131中的装置控制单元133的控制下，光圈驱动单元142将光圈驱动量输出至光圈112。

图像传感器113是例如X-Y地址扫描型CMO S传感器，其中，基于从时序发生器143输出的定时信号驱动该X-Y地址扫描型CMOS传感器，从而将被摄体图像光电转换成模拟电信号。时序发生器143在从装置控制单元133接收到指示时，将用于控制电子快门的定时信号输出至图像传感器113。时序发生器143还将装置控制单元133所指定的读出开始位置和结束位置输出至图像传感器113。

在通过读出图像传感器113的整个区域中的特定区域进行变焦时，图像传感器113需要具有至少两个驱动方法。本实施例的摄像设备具有第一驱动方法和第二驱动方法。第一驱动方法读出图像传感器113的几乎整个区域(最大视角)中的像素信号。第二驱动方法读出比第一驱动方法中的视角窄的视角的区域中的像素信号。也就是说，利用第二驱动方法所读出的图像是放大后的图像。可以通过设置包括例如第三驱动方法和第四驱动方法的多个驱动方法来使得能够进行多级变焦，其中，第三驱动方法读出比第二驱动方法中的视角窄的视角，并且第四驱动方法读出比第三驱动方法中的视角窄的视角。这样，可以具有多个或一定范围的变焦级或放大级。

即使当由于帧频或输出目的地装置的限制、因而每单位时间的读出像素数受限制时，读出的视角也仅需要满足以下的不等式：

(利用第一驱动方法所得的视角)＞(利用第二驱动方法所得的视角)。

也就是说，在任何驱动方法中，如果维持这些视角的关系，则可以通过在将几个像素相加或跳过几个像素时进行读出，来减少读出数据量。

模拟信号处理单元114采样并保持来自图像传感器113的模拟信号，添加模拟增益，将该模拟信号A/D转换成数字信号，并且输出该数字信号。模拟增益添加量是基于来自装置控制单元133的输入的。

数字信号处理单元121对从模拟信号处理单元114输出的数字信号进行数字信号处理，并且经由存储器控制单元151将该数字信号存储在存储器152中。数字信号处理单元121还经由存储器控制单元151读出存储器152中存储的数字视频信号，并将该数字视频信号输出至图像显示单元161。

数字信号处理单元121包括数字增益单元122、图像处理单元123、测光值计算单元124、线积分单元125和显示控制单元126。数字增益单元122对数字信号添加数字增益，并且将该数字信号输出至图像处理单元123、测光值计算单元124和线积分单元125。装置控制单元133指定该数字增益量。

图像处理单元123执行诸如像素插值处理、颜色转换处理和分辨率转换处理等的各种类型的数字信号处理。测光值计算单元124通过对从数字增益单元122输出的数字信号进行积分来计算测光值，并且将该测光值发送至曝光控制单元132。线积分单元125在水平方向上对从数字增益单元输入的图像信号进行积分，并且将积分结果输出至闪烁检测单元135。

显示控制单元126将来自图像处理单元123的输出经由存储器控制单元151存储在存储器152中。显示控制单元126还经由存储器控制单元151读出存储器152中存储的数字视频信号，并将该数字视频信号输出至图像显示单元161。显示控制单元126在从系统控制单元131接收到视频信号显示/不显示指示时，还切换图像显示单元161上的显示。

图像显示单元161是诸如液晶显示器(LCD)等的图像显示装置，并且显示例如正在拍摄的运动图像或用户所设置的摄像信息。操作单元141包括设置所拍摄的图像的缩放倍率要使用的操作按钮，并且将用户输入操作输出至系统控制单元131。操作单元141还包括运动图像记录开始指示按钮、曝光校正值改变操作拨盘和各种类型的操作按钮。

系统控制单元131是包括CPU、ROM和RAM的微计算机，并且执行ROM中存储的程序。系统控制单元131包括曝光控制单元132、装置控制单元133、读出区域指示单元134和检测照明被摄体的光源的闪烁的闪烁检测单元135。

曝光控制单元132基于从测光值计算单元124输出的测光值，确定光圈驱动量、快门速度、模拟增益量和数字增益量。如果闪烁检测单元135表示闪烁检测正在进行，则曝光控制单元132不选择用于减少闪烁的快门速度。也就是说，输出与n/100秒(其中，n是自然数)和n/120秒均不对应的快门速度。当闪烁检测单元135检测到50Hz闪烁时，曝光控制单元132优选选择快门速度为n/100秒。在检测到60Hz闪烁时，曝光控制单元132优选选择快门速度为n/120秒。

读出区域指示单元134根据对操作单元141的操作来确定所拍摄的图像的缩放倍率。如果闪烁检测单元135表示闪烁检测正在进行，则读出区域指示单元134指定无缩放状态、即图像传感器113的针对第一读取方法的区域。当闪烁检测单元135的闪烁检测已经结束时，读出区域指示单元134基于通过对操作单元141的操作所预设的缩放倍率，确定图像传感器113的读出区域，并且将该读出区域输出至装置控制单元133。

基于来自曝光控制单元132的输入，装置控制单元133将电子快门控制值输出至时序发生器143，将光圈驱动量输出至光圈驱动单元142，并且将增益量输出至模拟信号处理单元114和数字增益单元122。装置控制单元133基于来自读出区域指示单元134的输入，还指定图像传感器113的读出区域和时序发生器143用的操作帧频。闪烁检测单元135分析数字信号，提取该信号中的闪烁成分，判断有无闪烁和闪烁频率，并且输出判断结果。

接着将详细说明闪烁检测单元135的操作。图2是示出闪烁检测单元135的配置的框图。闪烁检测单元135包括积分值延迟单元301、帧差计算单元302、50Hz自相关计算单元303、60Hz自相关计算单元304和频率判断单元305。

积分值延迟单元301保持从线积分单元125输入的紧前帧的积分值，并且将该紧前帧的积分值输出至帧差计算单元302。图3A示出当所拍摄的被摄体具有均匀亮度面时、线积分单元125的输出波形。参考图3A，N帧表示线积分单元125的输出波形，并且(N-1)帧表示积分值延迟单元301的输出波形。

帧差计算单元302计算来自线积分单元125的积分值和来自积分值延迟单元301的积分值之间的差，由此去除被摄体的反射率成分，并且仅提取闪烁成分。图3B示出帧差计算单元302的输出波形的例子。

50Hz自相关计算单元303和60Hz自相关计算单元304使从帧差计算单元302输入的闪烁成分自相关，并且将50Hz闪烁相关值R_50Hz和60Hz闪烁相关值R_60Hz分别输出至频率判断单元305。

设L是一帧中从图像传感器113读出的水平线数，S(y)是水平线位置y处的线积分值，f_r是闪烁检测期间的帧频，并且f_f1k是闪烁频率。通过以下给出闪烁相关值R_x。

$R_x=\underset{k=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}[S(k+y_0)-{\mathrm{ave}}_0]\×[S(k+y_1)-{\mathrm{ave}}_1]/({\mathrm{\σ}}_0\×{\mathrm{\σ}}_1)...\left(1\right)$

其中，y₀是任意的线位置，并且1是积分值获取区间。另外，通过以下给出y₁、ave₀、ave₁、σ₀和σ₁。

y₁＝Lf_r/2f_flk+y₀

${\mathrm{ave}}_0=\underset{k=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}S(k+y_0)/1$

${\mathrm{ave}}_1=\underset{k=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}S(k+y_1)/1$

${\mathrm{\σ}}_0=\underset{k=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}[S(k+y_0)-{\mathrm{ave}}_0{]}^2$

${\mathrm{\σ}}_1=\underset{k=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}[S(k+y_1)-{\mathrm{ave}}_1{]}^2$

在等式(1)中，可以通过f_flk＝50获得50Hz闪烁相关值R_50Hz，并且可以通过f_flk＝60获得60Hz闪烁相关值R_60Hz。

频率判断单元305具有针对闪烁评价值的阈值Th_50Hz和Th_60Hz，并且按以下方式进行判断。

(1)当R_50Hz＜Th_50Hz、并且R_60Hz＜Th_60Hz时，判断为不存在闪烁。

(2)当R_50Hz＞Th_50Hz、并且R_60Hz＜Th_60Hz时，判断为存在50Hz闪烁。

(3)当R_50Hz＜Th_50Hz、并且R_60Hz＞Th_60Hz时，判断为存在60Hz闪烁。

(4)当R_50Hz＞Th_50Hz、并且R_60Hz＞Th_60Hz时，由于不能指定闪烁频率，因此判断为不存在闪烁。

在上述闪烁检测时，如果存在与两帧相对应的所拍摄的图像，则可以指定闪烁频率。重复上述处理使得能够提高闪烁频率判断的可靠性。例如，如果连续三次获得结果(1)～(4)中的一个结果，则可以采用该结果作为最终判断结果。在该期间，由于闪烁频率判断结果是未知的，因此频率判断单元305输出闪烁检测正在进行。

接着将说明系统控制单元131的操作。图4是示出系统控制单元131的操作的流程图。

系统控制单元131在接收到对操作单元141的按钮操作时，开始运动图像记录控制(S1)。首先，为了禁止在闪烁检测期间显示所拍摄的图像，系统控制单元131指示显示控制单元126不显示所拍摄的图像(S2)。

接着，读出区域指示单元134向装置控制单元133通知与图像传感器113的第一读取方法相对应的读出区域(S3)。曝光控制单元132向装置控制单元133通知生成闪烁的快门速度。当将快门速度控制为例如1/70秒时，如果环境中存在50Hz闪烁或60Hz闪烁，则生成50Hz闪烁或60Hz闪烁。如果闪烁光源的照度低、并且不能选择生成闪烁的快门速度，则曝光控制单元132调整光圈驱动量、模拟增益量和数字增益量，由此使得能够调整为生成闪烁的快门速度。

装置控制单元133向时序发生器143通知从曝光控制单元132输入的快门速度、以及与50Hz和60Hz的闪烁频率不同步的帧频(S4)。如果在X-Y地址扫描型图像传感器中闪烁频率与帧频同步，则总是在相同的线位置处生成闪烁。此时，不能判断是由于被摄体的图案还是由于闪烁而生成明/暗水平条纹。与闪烁频率同步的帧频与m/50Hz(其中，m是自然数)或m/60Hz相对应。例如，如果帧频是28fps(帧/秒)，则该帧频与闪烁帧频不同步。

当闪烁检测控制开始时，闪烁检测单元135从线积分单元125获取积分结果(S5)。闪烁检测单元135根据线积分值获得闪烁频率(S6)。如果闪烁频率判断结果不同于前一判断结果，则闪烁检测单元135在等待一帧(S7)之后，再次获取线积分结果(S5)。如果获得了预定次数(例如，3次)的相同的闪烁频率判断结果，则(作为步骤S6的结果)闪烁检测单元135判断为闪烁检测完成。

在接收到闪烁检测完成通知时，读出区域指示单元134判断摄像用的缩放倍率并且确定读出区域(S8)。如果读出区域指示单元134所判断出的倍率为×1.0、即等于闪烁检测期间的视角，则装置控制单元133不切换读出区域。如果读出区域指示单元134所判断出的缩放倍率大于×1.0，则装置控制单元134将读出区域输出至图像传感器113(S9)。

接着，曝光控制单元132根据检测到的闪烁频率选择能够减少闪烁的快门速度，并且将该快门速度输出至装置控制单元133。装置控制单元133将曝光控制单元132所确定的快门速度和所拍摄的图像的帧频输出至时序发生器(S10)。

最终，系统控制单元131指示显示控制单元126开始显示所拍摄的图像(S11)，从而开始运动图像拍摄(S12)。

如上所述，根据本实施例，即使当通过读出特定区域进行变焦时，也可以在执行闪烁检测期间以较大的视角读出所拍摄的图像。这使得可以抑制照相机抖动的影响，使闪烁检测率稳定，并且减少闪烁。

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以及等同结构和功能。

Claims (6)

1.一种摄像设备，包括：

X-Y地址扫描型图像传感器，用于将摄像镜头所形成的被摄体图像转换成电信号；

闪烁检测器，用于检测对所述摄像设备要拍摄的被摄体进行照明的光源的闪烁；

切换器，用于在第一状态和第二状态之间切换所述图像传感器，其中，在所述第一状态下，利用第一驱动方法来驱动所述图像传感器，所述第一驱动方法包括读出在所述图像传感器拍摄图像所采用的第一视角的范围内的像素信号，以及在所述第二状态下，利用第二驱动方法来驱动所述图像传感器，所述第二驱动方法包括读出在比所述第一驱动方法中的第一视角窄的第二视角的范围内的像素信号；以及

控制器，用于控制所述切换器，以使得在所述闪烁检测器正在检测闪烁时，利用所述第一驱动方法来驱动所述图像传感器，以及在所述闪烁检测器已经完成闪烁检测时，利用所述第二驱动方法来驱动所述图像传感器。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第一视角是所述图像传感器拍摄图像能够采用的最大视角。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述图像传感器能够在具有不同视角的三个以上的状态之间切换；以及所述控制器控制所述切换器，以在所述闪烁检测器完成闪烁检测之后，将所述图像传感器从具有能够利用的最大的视角的状态切换至具有较窄的视角的状态之一。

4.一种变焦方法，用于在进行闪烁检测时缩放摄像设备要拍摄的图像，所述变焦方法包括：

指定闪烁检测用的第一读出区域；

进行闪烁检测；

对具有比所述第一读出区域的视角小的视角的第二读出区域进行放大；以及

显示所述第二读出区域的图像。

5.根据权利要求4所述的变焦方法，其特征在于，在不显示闪烁检测用的所述第一读出区域的情况下进行指定所述第一读出区域的步骤。

6.根据权利要求4所述的变焦方法，其特征在于，包括以下步骤：仅在所述闪烁检测判断为预定数量的图像帧都给出相同的闪烁频率结果的情况下进行放大。

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