CN102449997B - 摄像装置、曝光控制方法 - Google Patents
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Abstract
摄像装置(1)具有：摄像部(3)，将长时间曝光信号和短时间曝光信号在1场期间内输出；拐点处理部(12)，将拐点以上的辉度等级的长时间曝光信号以规定的压缩率压缩(即，减小表示相对入射光量的辉度等级的变化的入射光量—辉度等级直线的倾斜)；拐点控制部(14)，对应合成了长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整拐点及压缩率，并且使入射光量—辉度等级直线的倾斜复原。在该拐点控制中，调整拐点及压缩率，以使长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级越高、越降低拐点，这样一来，在画面内的明亮部分中可获得对比度清晰的图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有使用长时间曝光信号和短时间曝光信号来扩大动态范围的功能的摄像装置。
背景技术
一直以来，在摄像装置中使用各种逆光校正技术。作为该逆光校正技术之一，例如以下方法为人所知(例如参照专利文献1)：使用在1场期间内输出长时间曝光信号(曝光时间长的影像信号)和短时间曝光信号(曝光时间短的影像信号)的摄像元件，扩大动态范围。一般情况下，在现有的方法中，为扩大动态范围，进行压缩拐点(规定的辉度等级)以上的信号的拐点处理。并且，合成实施了拐点处理的长时间曝光信号和短时间曝光信号后，对该合成信号实施灰度校正，输出最终的影像信号。此外，长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成中，在规定的辉度等级(合成点)以下时使用长时间曝光信号，在合成点的辉度等级以上时使用短时间曝光信号。
在一般的拐点处理中，拐点是固定值，但这种情况下存在以下问题：难以平滑地合成长时间曝光信号和短时间曝光信号，灰度感恶化。因此，现有技术中提出了以下控制技术：仅在拍摄需要扩大动态范围的被摄体(非常亮的被摄体)时，降低长时间曝光信号的拐点，并提高短时间曝光信号的增益。
图6是现有的拐点处理中的拐点控制的说明图。如图6(a)所示，在拍摄明亮的被摄体时，对长时间曝光信号实施压缩拐点以上的信号的拐点处理，但如图6(b)所示，拍摄更亮的被摄体时，为降低其拐点，进行拐点调整。这样一来，一定程度上可获得改善了灰度感的图 像。
但是，如现有的方法所示，仅降低长时间曝光信号的拐点的话，灰度感的改善并不充分。即，长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成点上的倾斜(表示相对入射光量的辉度等级的变化的入射光量—辉度等级直线的倾斜)不同，因此变为对比度不清晰的图像。并且在现有的方法中，在长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成点这一辉度较高的部分(画面内的明亮部分)，长时间曝光信号和短时间曝光信号的倾斜不同，因此会产生(即使在画面内的较暗部分有不易觉察的程度的灰度变化的偏差)灰度变化不平滑的印象。
专利文献1：特开2001-197362号公报
发明内容
本发明在上述背景下产生。本发明的目的是提供一种摄像装置，其可使用长时间曝光信号和短时间曝光信号扩大动态范围，在画面内的明亮部分可获得对比度清晰的图像。
本发明的一个方式是一种摄像装置，该摄像装置具有：摄像部，将作为曝光时间长的影像信号的长时间曝光信号、及作为曝光时间短的影像信号的短时间曝光信号，在1场期间内输出；拐点处理部，对作为实施拐点处理的基准辉度等级的、拐点以上的辉度等级的上述长时间曝光信号，以规定的压缩率压缩，减小表示相对摄像部的入射光量的辉度等级的变化的、入射光量—辉度等级直线的倾斜；拐点控制部，对应合成了长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原。
本发明的另一方式是一种曝光控制方法，在具有摄像部的摄像装置中使用，该摄像部将作为曝光时间长的影像信号的长时间曝光信号、 及作为曝光时间短的影像信号的短时间曝光信号在1场期间内输出，包括：对作为实施拐点处理的基准辉度等级的、拐点以上的辉度等级的长时间曝光信号，以规定的压缩率压缩，减小表示相对摄像部的入射光量的辉度等级的变化的、入射光量—辉度等级直线的倾斜；对应合成了长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原。
本发明的另一方式是一种程序，是具有摄像部的摄像装置的曝光控制用的程序，该摄像部将作为曝光时间长的影像信号的长时间曝光信号、及作为曝光时间短的影像信号的短时间曝光信号在1场期间内输出，使计算机执行以下处理：对作为实施拐点处理的基准辉度等级的、拐点以上的辉度等级的长时间曝光信号，以规定的压缩率压缩，减小表示相对摄像部的入射光量的辉度等级的变化的、入射光量—辉度等级直线的倾斜；对应合成了长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原。
如下所述，本发明还存在其他方式。因此，本发明的公开意在提供本发明的部分方式，无意限制在此记述并请求的发明范围。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的摄像装置的整体构成的框图。
图2是摄像装置的影像处理部和微机的功能框图。
图3是表示由摄像装置拍摄的图像(监视图像)的一例的图。
图4(a)是拐点的说明图，图4(b)是本发明中的拐点控制(拐点和压缩率的调整)的说明图。
图5(a)是拐点的说明图，图5(b)是本发明中的拐点控制(拐点和压缩率的调整)和增益控制的说明图。
图6(a)是拐点的说明图，图6(b)是现有的拐点控制(拐点的 调整)的说明图。
附图标记
1摄像装置
3摄像部
4模拟信号处理部
5影像处理部
6影像信号生成部
10微机
12拐点处理部
13信号合成部
14拐点控制部
15低辉度区域检测部
16动作区域检测部
17增益控制部
具体实施方式
以下详细说明本发明。但以下详细说明和附图不用于限定发明。
本发明的摄像装置的构成具有：摄像部，将作为曝光时间长的影像信号的长时间曝光信号、及作为曝光时间短的影像信号的短时间曝光信号，在1场期间内输出；拐点处理部，对作为实施拐点处理的基准辉度等级的、拐点以上的辉度等级的长时间曝光信号，以规定的压缩率压缩，减小表示相对摄像部的入射光量的辉度等级的变化的、入射光量—辉度等级直线的倾斜；拐点控制部，对应合成了长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原。
通过该构成，拍摄明亮的被摄体时(例如画面内的明亮的部分的辉度等级非常高时，或明亮的部分的面积较大时)，通过合成长时间 曝光信号和短时间曝光信号，可获得扩大了动态范围的图像。并且此时，在对长时间曝光信号的拐点处理中，对应长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，进行调整拐点和压缩率的拐点控制(具体而言，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原)。这样一来，长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成点附近的长时间曝光信号和短时间曝光信号的入射光量—辉度等级直线的倾斜彼此接近。因此，在画面内的明亮部分(合成点附近)，可获得对比度清晰的图像(灰度变化平滑的图像、线性的图像)。
并且，本发明的摄像装置的构成可具有：低辉度区域检测部，在合成长时间曝光信号和短时间曝光信号而获得的图像中，检测出规定的阈辉度等级以下的低辉度区域；增益控制部，提高低辉度区域中的长时间曝光信号的增益。
通过该构成，在画面内检测到较暗部分(低辉度区域)时，进行增益控制，提高该低辉度区域中的长时间曝光信号的增益。对长时间曝光信号实施调整拐点和压缩率的拐点控制时，低辉度区域(画面内的较暗部分)的图像可能变得紊乱，但如上所述，通过进行提高低辉度区域中的长时间曝光信号的增益的增益控制，可获得连画面内的较暗部分也清晰可见的图像。因此，尤其可提高在监视摄像机等中必须的对较暗部分的视觉辨认性。
并且，本发明的摄像装置的构成可具有：动作区域检测部，在合成长时间曝光信号和短时间曝光信号而获得的图像中，检测出包括有动作的被摄体的动作区域；第2增益控制部，提高动作区域中的长时间曝光信号的增益。
通过该构成，在画面内检测出有动作的被摄体时，进行提高该动作区域中的长时间曝光信号的增益的增益控制。这样一来，可获得画 面内有动作的被摄体的部分清晰可见的图像。因此，尤其可提高在监视摄像机等中必须的对有动作的被摄体的视觉辨认性。
本发明的曝光控制方法在具有摄像部的摄像装置中使用，该摄像部将作为曝光时间长的影像信号的长时间曝光信号、及作为曝光时间短的影像信号的短时间曝光信号在1场期间内输出，包括：对作为实施拐点处理的基准辉度等级的、拐点以上的辉度等级的长时间曝光信号，以规定的压缩率压缩，减小表示相对摄像部的入射光量的辉度等级的变化的、入射光量—辉度等级直线的倾斜；对应合成了长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原。
根据该方法，如上所述，拍摄明亮的被摄体时(例如画面内的明亮的部分的辉度等级非常高时，或明亮的部分的面积较大时)，通过合成长时间曝光信号和短时间曝光信号，可获得扩大了动态范围的图像。并且，在对长时间曝光信号的拐点处理中，对应长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，进行调整拐点和压缩率的拐点控制(具体而言，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原)。这样一来，长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成点附近的长时间曝光信号和短时间曝光信号的入射光量—辉度等级直线的倾斜彼此接近。因此，在画面内的明亮部分(合成点附近)，可获得对比度清晰的图像(灰度变化平滑的图像、线性的图像)。
本发明的程序是具有摄像部的摄像装置的曝光控制用的程序，该摄像部将作为曝光时间长的影像信号的长时间曝光信号、及作为曝光时间短的影像信号的短时间曝光信号在1场期间内输出，使计算机执行以下处理：对作为实施拐点处理的基准辉度等级的、拐点以上的辉度等级的长时间曝光信号，以规定的压缩率压缩，减小表示相对摄像部的入射光量的辉度等级的变化的、入射光量—辉度等级直线的倾斜； 对应合成了长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原。
根据该程序，如上所述，拍摄明亮的被摄体时(例如画面内的明亮的部分的辉度等级非常高时，或明亮的部分的面积较大时)，通过合成长时间曝光信号和短时间曝光信号，可获得扩大了动态范围的图像。并且，在对长时间曝光信号的拐点处理中，对应长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，进行调整拐点和压缩率的拐点控制(具体而言，调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原)。这样一来，长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成点附近的长时间曝光信号和短时间曝光信号的入射光量—辉度等级直线的倾斜彼此接近。因此，在画面内的明亮部分(合成点附近)，可获得对比度清晰的图像(灰度变化平滑的图像、线性的图像)。
本发明调整拐点及压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原，从而在画面内的明亮部分可获得对比度清晰的图像。
以下使用附图说明本发明的实施方式的摄像装置。在本实施方式中，例示了监视摄像机等中使用的摄像装置。该摄像装置具有曝光控制功能。该功能由存储在摄像装置的存储器等中的程序实现。
参照附图说明本发明的实施方式的摄像装置的构成。图1是表示本实施方式的摄像装置的整体构成的框图。如图1所示，摄像装置1具有：透镜部2，其具有光学透镜和光圈；摄像部3，其具有CCD等摄像元件。该摄像部3的摄像元件具有在1场期间内输出长时间曝光信号(曝光时间长的影像信号)和短时间曝光信号(曝光时间短的影像信号)的双倍速驱动功能。
并且，摄像装置1具有：模拟信号处理部4，对从摄像部3输出的长时间曝光信号和短时间曝光信号实施规定的前处理；影像处理部5，对从模拟信号处理部4输出的长时间曝光信号和短时间曝光信号实施规定的影像处理；影像信号生成部6，合成从影像处理部5输出的长时间曝光信号和短时间曝光信号，输出最终的影像信号。此外，对长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号实施灰度校正的处理通过该影像信号生成部6进行。
模拟信号处理部4具有：CDS部7，对从摄像部3输出的长时间曝光信号和短时间曝光信号实施相关双重采样处理(CDS处理)；AGC部8，对经CDS处理的长时间曝光信号和短时间曝光信号实施自动增益控制(AGC)；A/D部9，对经自动增益控制的长时间曝光信号和短时间曝光信号实施模拟/数字变换处理(A/D变换处理)。该摄像装置1具有用于进行各部件的动作控制的微机10，模拟信号处理部4、影像处理部5通过微机10控制动作。
进一步，该摄像装置1具有光圈调整部11，用于调整透镜部2的光圈。该光圈调整部11由微机10控制，以对应长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级来调整光圈量。因此，在普通摄影时(不拍摄明亮的被摄体时)，以光圈调整部11调整光圈量，从而可获得适当亮度(辉度等级)的图像。
接着参照图2说明影像处理部5的功能。影像处理部5例如由DSP构成，具有本发明的曝光控制相关的各种功能。图2是影像处理部5和微机10的功能框图。如图2所示，影像处理部5具有：拐点处理部12，对长时间曝光信号实施拐点处理；信号合成部13，合成实施了拐点处理的长时间曝光信号和短时间曝光信号。
在拐点处理部12中，进行如下拐点处理：对拐点(实施拐点处理 的基准辉度等级)以上的辉度等级的长时间曝光信号以规定的压缩率压缩，减小入射光量—辉度等级直线(表示相对到摄像部3的入射光量的辉度等级的变化的直线)的倾斜。并且，拐点处理中使用的拐点和压缩率通过微机10的拐点控制部14调整。具体而言，进行拐点控制，以使通过信号合成部13合成的长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使入射光量—辉度等级直线的倾斜复原(增大)。此外，稍后参照附图说明该拐点控制(拐点和压缩率的调整)的内容。
并且，影像处理部15具有：低辉度区域检测部15，在画面内含有较暗的部分(规定的阈辉度等级以下的低辉度区域)时，具有检测出该低辉度区域的功能；动作区域检测部16，在画面内含有有动作的部分(动作区域)时，具有检测出该动作区域的功能。并且，影像处理部5具有增益控制部17，提高该低辉度区域、动作区域中的长时间曝光信号的增益。此外，参照附图稍后论述该增益控制的内容。
对上述构成的摄像装置1，参照附图说明其动作。在此以本发明的特征性动作(使用了长时间曝光信号和短时间曝光信号的曝光控制)为中心进行说明。
此外，在此虽省略说明，但在通常摄影时(不拍摄明亮的被摄体时)，通过光圈调整部11调整光圈量，从而可获得适当亮度(辉度等级)的图像。并且，在画面内含有略亮的部分(仅调整光圈无法对应的亮度的部分)时，不进行本发明的使用了长时间曝光信号和短时间曝光信号的曝光控制，但通过拐点处理部12对该明亮的部分实施拐点处理，扩大动态范围。即，以下说明的使用了长时间曝光信号和短时间曝光信号的曝光控制，在画面内含有非常明亮的部分(仅通过拐点处理无法对应的亮度部分)时进行。
图3是表示由摄像装置1拍摄的图像(监视图像)的一例的图。 在图3的例子中，画面左侧含有向阳的部分(明亮的部分)。因此，这种情况下，进行使用了长时间曝光信号和短时间曝光信号的曝光控制。具体而言，对应长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，进行拐点和压缩率的调整，对长时间曝光信号进行拐点处理。
图4是拐点控制(拐点和压缩率的调整)的说明图。如图4(a)所示，在拍摄了明亮的被摄体时，对长时间曝光信号实施压缩拐点以上的信号的拐点处理，此时如图4(b)所示，进行拐点控制，使得长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使入射光量—辉度等级直线的倾斜复原(增大)。
并且，在图3的例子中，画面右下含有背阴的部分(图中以斜线表示)。因此，低辉度区域检测部15将该背阴的部分作为低辉度区域检测出，增益控制部17进行增益控制，提高背阴部分的长时间曝光信号的增益。并且在图3的例子中，画面中含有四个步行者。因此，动作区域检测部16将该步行者部分作为动作区域检测出，增益控制部17进行增益控制，以提高该步行者部分的长时间曝光信号的增益。
图5是拐点控制(拐点和压缩率的调整)和增益控制(例如低辉度区域的增益控制)的说明图。如图5(a)所示，在拍摄了明亮的被摄体时，对长时间曝光信号实施压缩拐点以上的信号的拐点处理，但此时如图5(b)所示，进行拐点控制，以使长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使入射光量—辉度等级直线的倾斜复原(增大)，并且进行增益控制，以提高低辉度区域中的长时间曝光信号的增益。
根据该本发明的实施方式的摄像装置1，设置调整拐点及压缩率的拐点控制部14，使得长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使入射光量—辉度等级直线的倾 斜复原，从而在画面内的明亮的部分可获得对比度清晰的图像。
即，在本实施方式中，拍摄了明亮的被摄体时(例如图像内的明亮的部分的辉度等级非常高时，或明亮的部分的面积较大时)，通过合成长时间曝光信号和短时间曝光信号，可获得扩大了动态范围的图像。并且此时，在对长时间曝光信号的拐点处理中，对应长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，进行调整拐点和压缩率的拐点控制(具体而言调整拐点和压缩率，以使合成信号的辉度等级越高，越降低拐点，并且使倾斜复原)。这样一来，长时间曝光信号和短时间曝光信号的合成点附近的长时间曝光信号和短时间曝光信号的入射光量—辉度等级直线的倾斜彼此接近。因此，在画面内的明亮部分(合成点附近)可获得对比度清晰的图像(灰度变化平滑的图像、线性的图像)。
并且，在本实施方式中，在画面内检测到较暗部分(低辉度区域)时，进行增益控制，提高该低辉度区域中的长时间曝光信号的增益。对长时间曝光信号实施调整拐点和压缩率的拐点控制时，低辉度区域(画面内的较暗部分)的图像可能变得紊乱，但如上所述，通过进行提高低辉度区域中的长时间曝光信号的增益的增益控制，可获得连画面内的较暗部分也清晰可见的图像。因此，尤其可提高在监视摄像机等中必须的对较暗部分的视觉辨认性。
并且，在本实施方式中，在画面内检测出有动作的被摄体时，进行提高该动作区域中的长时间曝光信号的增益的增益控制。这样一来，可获得画面内有动作的被摄体的部分清晰可见的图像。因此，尤其可提高在监视摄像机等中必须的对有动作的被摄体的视觉辨认性。
以上通过示例说明了本发明的实施方式，但本发明的范围不限于此，在权利要求所述范围内可根据目的进行变更/变形。
以上说明了目前考虑到的本发明的优选实施方式，但应理解可对本实施方式进行多种变形，并且所附的权利要求范围包含在本发明的真实精神和范围内的所有变形。
如上所述，本发明涉及的摄像装置具有可获得在画面内的明亮部分对比度清晰的图像的效果，可有效地作为监视摄像机等使用。
Claims (4)
1.一种摄像装置，其特征在于具有：
摄像部，将作为曝光时间长的影像信号的长时间曝光信号、及作为曝光时间短的影像信号的短时间曝光信号，在1场期间内输出；
拐点处理部，对作为实施拐点处理的基准辉度等级的、拐点以上的辉度等级的上述长时间曝光信号，以规定的压缩率压缩，减小表示相对上述摄像部的入射光量的上述辉度等级的变化的、“入射光量－辉度等级”直线的倾斜；
拐点控制部，对应合成了上述长时间曝光信号和上述短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整上述拐点及上述压缩率，以使上述合成信号的辉度等级越高，越降低上述拐点，并且使上述拐点以上的上述长时间曝光信号的“入射光量－辉度等级”直线的倾斜增大。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于具有：
低辉度区域检测部，在合成上述长时间曝光信号和上述短时间曝光信号而获得的图像中，检测出规定的阈辉度等级以下的低辉度区域；
增益控制部，提高上述低辉度区域中的上述长时间曝光信号的增益。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于具有：
动作区域检测部，在合成上述长时间曝光信号和上述短时间曝光信号而获得的图像中，检测出包括有动作的被摄体的动作区域；
第2增益控制部，提高上述动作区域中的上述长时间曝光信号的增益。
4.一种曝光控制方法，在具有摄像部的摄像装置中使用，该摄像部将作为曝光时间长的影像信号的长时间曝光信号、及作为曝光时间短的影像信号的短时间曝光信号在1场期间内输出，其特征在于包括：
对作为实施拐点处理的基准辉度等级的、拐点以上的辉度等级的上述长时间曝光信号，以规定的压缩率压缩，减小表示相对上述摄像部的入射光量的上述辉度等级的变化的、“入射光量－辉度等级”直线的倾斜；
对应合成了上述长时间曝光信号和上述短时间曝光信号的合成信号的辉度等级，调整上述拐点及上述压缩率，以使上述合成信号的辉度等级越高，越降低上述拐点，并且使上述拐点以上的上述长时间曝光信号的“入射光量－辉度等级”直线的倾斜增大。
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