CN102790861A - 成像设备和成像控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种成像设备和成像控制方法。在一种成像设备中，成像单元产生被摄体的获取图像。亮度信息获取器获取被摄体的亮度信息。检测器基于获取的亮度信息，检测被摄体的亮度范围。成像控制器设置具有步长的曝光控制值的范围，并且使用成像单元进行以所述曝光控制值的范围内的各不同曝光控制值设置的多次拍摄（即，多次成像），所述步长与以预定系数k（其中0<k<1）乘以检测到的亮度范围而获得的值相应。图像合成器通过合成提取自通过多次拍摄获得的多个图像中的图像部分，产生合成图像。当仅进行一次拍摄时，为这一次拍摄设置的单个曝光控制值被包含在所述曝光控制值的范围内。

Description

成像设备和成像控制方法
本申请是申请号为201010181543.X，申请日为2010年5月20日，发明名称为“成像设备和成像控制方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及设置有产生被摄体的获取图像的成像单元的成像设备。
背景技术
当使用数字照相机或类似成像设备拍摄具有高对比度的场景时（诸如，逆光拍摄，或同时拍摄室内和室外），由于成像元件的不充分的动态范围，可能发生细节丢失。换言之，图像的明亮部分可能变得饱和并且爆发（blown out）（即，过度曝光），而暗的部分可能变得厚化（即，曝光不足）。即使当执行曝光控制时，也可能发生这种细节丢失。
已经公开了用于减轻上述缺点的技术，其中通过合成以不同的曝光时间设置进行两次拍摄而获得的长曝光图像和短曝光图像，成像设备产生高动态范围的合成图像（例如，见日本待审专利申请公开号No.2008-271368）。成像设备配置为通过以下方式来抑制过度曝光：首先根据合成图像的亮度柱状图检测过度曝光，并且然后确定不发生过度曝光的短曝光时间。
发明内容
然而，虽然在上面的JP－A－2008－271368中公开的成像设备中自动调整短曝光时间，但是该调整可能不适合地反映场景中的对比度。例如，如果成像设备被配置为确定被摄体的亮度范围（即，最大亮度和最小亮度之间的差），并且然后根据该亮度范围设置不同的曝光时间，则可能有效地利用成像元件（即，成像装置）的动态范围，并且产生满意的合成图像。
鉴于上述问题，希望提供一种能够有效地利用成像装置的动态范围，并且通过进行适合地反映被摄体的亮度范围的多次拍摄，产生满意的合成图像的成像设备的技术。
根据本发明的实施例的成像设备包括：成像单元，被配置为接收穿过具有光圈机构的成像光学系统的被摄体光，并且产生相应于被摄体的获取图像；亮度信息获取器，被配置为对预定的测光区域进行测量，并且获取关于被摄体的亮度信息；检测器，被配置为基于由亮度信息获取器获取的高亮度信息和低亮度信息检测被摄体的亮度范围；成像控制器，被配置为设置具有步长的曝光控制值的范围，并且使用成像单元进行多次拍摄（即，多次成像），所述步长与以预定系数k（其中0<k<1）乘以由检测器检测到的亮度范围而获得的值相应，其中以曝光控制值范围内的各不同曝光控制值设置多次拍摄；和图像合成器，被配置为通过合成从作为成像单元进行多次拍摄的结果获得的多个图像中提取的图像部分而产生合成图像。当只进行一次拍摄时，为该单次拍摄设置的单个曝光控制值包含在所述曝光控制值的范围内。
根据本发明的实施例，检测与被摄体相符的亮度范围，并且将曝光控制值范围的步长设置为具有相应于以预定系数k（其中0<k<1）乘以该亮度范围而获得的值。然后使用成像单元或类似装置进行以曝光控制值范围内的各个不同曝光控制值设置的多次拍摄。然后，合成从通过多次拍摄而获得的多个图像中提取的图像部分，以便产生合成图像。此处，当只进行一次拍摄时，为该单次拍摄设置的单个曝光控制值包含在所述曝光控制值的范围内。结果，有效地利用了成像装置的动态范围，并且通过进行适合地反映被摄体的亮度范围的多次拍摄，产生满意的合成图像。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一个实施例的成像设备的外部配置；
图2示出了根据第一个实施例的成像设备的外部配置；
图3是示出了成像设备的功能配置的方框图；
图4是用于解释测光元件的配置的图；
图5示出了示例的线图；
图6A是用于解释通过图像合成实现的高动态范围的图；
图6B是用于解释通过图像合成实现的高动态范围的图；
图6C是用于解释通过图像合成实现的高动态范围的图；
图7是用于解释用于设置不同曝光控制值的技术的图；
图8是示出了根据第一个实施例的成像设备的基本操作的流程图；
图9是示出了根据本发明的第二个实施例的成像设备的基本操作的流程图；
图10是示出了根据本发明的第三个实施例的成像设备的基本操作的流程图；
图11是示出了根据本发明的第四个实施例的成像设备的基本操作的流程图；
图12是示出了根据本发明的第五个实施例的成像设备的基本操作的流程图；
图13是用于解释根据本发明的第六个实施例的成像设备的操作的图；
图14是用于解释根据本发明的第七个实施例的成像设备中的测光元件的配置的图；
图15示出了处理从各个测光单元输出的电荷的处理电路；
图16是示出了处于测光亮度极限或高于该极限的测光单元的数目和混合比之间的关系的图；
图17是示出了根据第七个实施例的成像设备的基本操作的流程图；
图18是示出了根据本发明的第八个实施例的场景的绝对亮度和用于成像设备中的加权计算的系数之间的关系的图；和
图19是示出了根据第八个实施例的成像设备的基本操作的流程图。
具体实施方式
<第一实施例>
[成像设备的主要配置]
图1和2示出了根据本发明的第一个实施例的成像设备1A的外部配置。图1是成像设备1A的外部前视图，而图2是成像设备1A的外部后视图。此处成像设备1A被配置为可互换镜头的数字单镜头反射（DSLR）照相机。
如图1所示，成像设备1A具有照相机主体2。可互换镜头3，即可互换的照相镜头单元，可被自由地附接到照相机主体2上和被从照相机主体2上卸下。
可互换镜头3主要包括透镜筒36，以及透镜组37（见图3）和设置在透镜筒36内部的光圈38（见图3）。透镜组37用作成像光学系统，并且包括透镜，诸如，用于通过沿着光轴移动来调整焦点的聚焦透镜。
在照相机主体2的前侧近似中央处，设有圆形底座Mt，可互换镜头3被安装在圆形底座Mt内。在圆形底座Mt附近提供了用于附接和卸下可互换镜头3的附接按钮89。
另外，在照相机主体2的前部的左上侧提供了曝光模式标度盘82，而在照相机主体2的前部的右上侧提供了控制值标度盘86。通过操作曝光模式标度盘82，可以从各种模式（诸如将在后面描述的程序曝光模式、光圈优先模式、快门速度优先模式、手动曝光模式和场景选择器模式）中进行选择。另外，通过操作控制值标度盘86，例如，可以设置曝光模式中的控制值。例如，借助于控制值标度盘86，可以基于用户输入指定光圈38的光圈值或成像元件5（见图3）的快门速度（即，曝光时间）。
另外，在照相机主体2的前部的右边缘提供了用于用户握持的手柄14。在手柄14的顶部，提供了用于发出开始曝光的指令的释放按钮11。在手柄14内部，提供了电池室和卡室。电池室容纳有照相机的电源。该电源可以是二次电池诸如镍金属氢化物可再充电电池，或原电池（primary battery）诸如碱性电池。卡室配置为可移动地容纳用于记录拍摄图像的图像数据的存储卡90（见图3）。
释放按钮11是能够检测两个状态：半按压状态（状态S1）和完全按压状态（状态S2）的两阶段按钮。当释放按钮11被按下一半并且进入状态S1时，成像设备1A进行用于获取被摄体的记录静止图像（即，原像（primary image））的预备操作（诸如，例如，AF和AE控制操作）。当进一步按压释放按钮11并且进入状态S2时，成像设备1A进行获取原像的拍摄操作（换言之，执行一系列操作，其中使用成像元件5（图3）对被摄体（更具体地，从被摄体反射的光的图像）进行曝光，并且然后对作为曝光的结果获得的图像信号执行预定的图像处理）。
在图2中，在照相机主体2的背部近似中央的上侧提供取景器窗口10。通过观察该取景器窗口10，用户能够观看从可互换镜头3导入的被摄体光，并且进行拍摄构图。
在图2中，在照相机主体2的背部近似中央提供后部显示器12。例如，可以借助于彩色液晶显示器（LCD）实现后部显示器12。后部显示器12能够显示用于设置诸如拍摄参数的选项的菜单画面。另外，当处于回放模式中时，后部显示器12能够回放（即，显示）记录在存储卡90上的拍摄图像。后部显示器12还能够显示示出被摄体的视频的实时视图（即，预览）。基于在实际拍摄（即，为了记录图像而执行的拍摄）之前由成像元件5连续产生的图像信号显示实时视图。实时视图使得用户能够观看将由成像元件5拍摄的被摄体。通过主控制器101A（见图3）设置实时视图模式，其中由后部显示器12执行上述的实时视图显示。
在后部显示器12的左上方提供了主开关81。主开关81是两点滑动开关。当开关触点被设置在左侧上的OFF位置时，关闭设备的电源。当开关触点被设置在右侧上的ON位置时，接通设备的电源。
在后部显示器12的右侧提供了方向键84。方向键84是圆形按钮，其配置为分别检测上下左右四路方向按压，以及右上、左上、右下和左下的四路斜线（diagonal）按压。此处，方向键84还配置为检测与上面8个方向按压分离的中央按压按钮的按压。
在后部显示器12的左侧提供了设置按钮组83，设置按钮组83包括例如用于执行，诸如，指定菜单画面设置和删除图像的动作的多个按钮。
现在参考图3给出成像设备1A的功能的概述。图3是示出了成像设备1A的功能配置的方框图。
如图3所示，成像设备1A具有用户接口80、主控制器101A、镜头控制器121、光圈控制器122、快门控制器123和图像处理器50。
用户接口80包括各种按钮、开关和类似元件，包括释放按钮11（见图1）。响应由用户相对于用户接口80做出的输入操作，主控制器101A实现各种操作。
测光元件44是例如提供在光学取景器内的传感器。测光元件44接收穿过可互换镜头3的光束，并且检测被摄体的亮度。如图4所示，在测光元件44中建立有测光区域Et。测光区域Et由成像元件5的成像区域Rs内的以蜂窝结构布置的多个单独的测光区Ea构成。测光元件44被配置为在每个测光区Ea中单独地检测关于被摄体的亮度信息。换言之，借助于测光元件44，可以对测光区域Et进行测光，并且可以获取关于被摄体的亮度信息。
基于来自测光元件44的亮度信息，测光计45产生被摄体的测光数据。如后面所述，借助于测光计45，由测光元件44获取的最大亮度信息（即，高亮度信息）和最小亮度信息（即，低亮度信息）可被用作检测关于被摄体的亮度范围的基础。随后，由测光计45产生的测光数据被输入到曝光控制器102，并且为被摄体计算适合的曝光控制值。
使用上面的测光元件44和测光计45，可以在成像设备1A中选择下面三个测光模式中的一个测量模式：多段测量模式、中心加权测量模式和点测量模式。此处，多段测量模式涉及独立地测量图4所示的测光区域Et中的每个测光区Ea。在多段测量模式中，使用距离信息以及由测光区Ea给出的被摄体的亮度信息还可以计算适合的亮度值。中心加权测量模式涉及通过对成像画面的中心部分进行加权测量来计算适合的亮度值，其中权重在中心测光区Eao的方向上增加。同时，点测量模式涉及通过仅对中心测光区Eao（见图4）进行点测量来计算适合的亮度值。换言之，在点测量模式中，测量集中在图4所示的测光区域Et内的特定点区域Eao上。
例如，可以借助于微处理器实现主控制器101A，并且主控制器101A主要具有诸如CPU、RAM和ROM的组件。
通过读出存储在ROM中的程序，并且然后以CPU执行该程序，主控制器101A以软件实现各种功能。例如，主控制器101A包括曝光控制器102、AF控制器103和成像控制器104，它们中的每一个都被以软件实现。
曝光控制器102借助于预定的曝光计算确定曝光控制值。根据曝光模式或其它设置信息，并且根据当被摄体光入射到测光元件44上时，基于测光元件44的输出由测光计45获得的测光数据来计算曝光控制值。另外，当为后面描述的图像合成进行多次拍摄时，曝光控制器102确定相应的曝光控制值（即，快门速度和光圈值）。
另外，借助于曝光控制器102，可以选择下列五种曝光模式之一：程序曝光模式、场景选择器模式、光圈优先模式、快门速度优先模式和手动曝光模式。此处，程序曝光模式（也称为P模式）是这样的曝光模式，其中基于例如图5中所示的程序线形图（program line chart）得出适合的曝光值。该线图定义了快门速度TV（其中TV＝log2（1/T），并且T是以秒表示的快门速度）和光圈AV之间的关系。在场景选择器模式中，类似于上面的程序曝光模式，准备了定义快门速度和光圈两者的多个线图（见图5）。为诸如人物和风景的不同类型的场景准备所述多个线图。然后，通过根据适合于当前场景的线图确定光圈值和快门速度的组合，获得适合的曝光。在光圈优先模式中（也称为A模式），通过根据已被用户设置的光圈值自动确定快门速度，获得适合的曝光。类似地，在快门速度优先模式（也称为S模式）中，通过根据已被用户设置的快门速度自动确定光圈值，获得适合的曝光。手动曝光模式使得用户能够使用快门速度和光圈值的任意设置值，以所希望的曝光值进行拍摄。
AF控制器103可以例如包括用于接收被摄体光并且使用相检测技术（即，相检测AF）检测聚焦的相检测AF模块（未示出）。使用相检测AF模块，AF控制器103根据两个被摄体图像之间的间隔检测聚焦位置的面内失准（即，散焦量）。在设置于被摄体成像区域内的多个AF区域中的每一个内进行这种散焦检测。然后适当地选择AF区域之一的散焦量，并且将聚焦透镜驱动到聚焦目标位置。
当拍摄具有相对高对比度的场景时，例如，成像控制器104获取将被用作合成图像的基础的多个拍摄图像。出于这个原因，成像控制器104以各个不同曝光控制值设置（稍后详细描述）进行多次拍摄。
通过控制致动器或类似马达的驱动，镜头控制器121使得可互换镜头3的透镜组37内的聚焦透镜和缩放透镜移动。镜头控制器121通过基于来自主控制器101A的输入信号产生控制信号进行驱动控制。这样一来，可以修改AF控制或焦距（即，缩放因子）。
光圈控制器122通过控制致动器或类似马达的驱动，修改作为光圈机构的光圈38的光圈直径。光圈控制器122通过基于来自主控制器101A的输入信号产生控制信号进行驱动控制。
快门控制器123通过控制致动器或类似马达的驱动，控制快门4的打开和关闭。快门控制器123通过基于来自主控制器101A的输入信号产生控制信号进行驱动控制。
成像元件5包括例如以二维矩阵布置的多个包含光电二极管的像素。为每个像素的光敏表面使用CMOS颜色区域传感器。CMOS颜色区域传感器例如具有1：2：1的红（R）、绿（G）和蓝（B）Bayermosaic颜色滤波器，每个滤波器表现出各自不同的谱特性。在如上面那样配置的成像元件5中，被摄体光被通过光电活动转换为电信号，并且产生相应于原像的图像信号（即，用于图像记录的图像信号）。换言之，成像元件5接收穿过可互换镜头3的被摄体光，并且产生相应于该被摄体的获取图像。
响应于通过定时控制电路（未示出）从主控制器101A输入的驱动控制信号（即，电荷积聚开始和停止信号），聚焦在成像元件5的光敏表面上的被摄体图像被曝光（即，通过光电转换积聚电荷），并且产生相应于被摄体图像的图像信号。另外，响应于通过定时控制电路从主控制器101A输入的读出控制信号，成像元件5将图像信号输出到A/D转换器51。
由成像元件5获取的图像信号被A/D转换器51转换为数字信号，并且然后被输入图像处理器50。
图像处理器50数字地处理从A/D转换器51输入的图像数据，并且产生相应于获取图像的图像数据。此处，图像处理器50具有黑色电平校正器52、白平衡（WB）校正器53、像素插值器54、色调校正曲线确定单元55、色调转换器56和压缩图像产生器57。
黑色电平校正器52将图像信号的最深部分设置为参考黑色电平。
WB校正器53转换RGB像素数据的每个颜色电平，以便校正由于拍摄所使用的光源的色温引起的颜色不平衡。
像素插值器54对作为前面所述的Bayer mosaic模式的结果在成像元件5的颜色滤波器中出现的缺失颜色像素进行插值。
色调校正曲线确定单元55和色调转换器56确定用于该获取图像的最佳校正曲线（即，伽马校正曲线），同时还使用该校正曲线对图像数据（即，RGB数据）进行色调校正。
压缩图像产生器57对处理后的图像数据执行例如压缩处理，诸如JPEG，并且把结果存储为记录在图像存储器91内的图像数据。
图像处理器50还具有对齐单元58和图像合成器59。
对齐单元58获取由成像元件5连续成像并且存储在图像存储器91内的多个获取图像，并且为后续的图像合成对齐所述多个获取图像。在此处的对齐单元58中，例如，根据成像设备1A的摇动信息检测图像间的失准，并且然后基于检测到的失准执行对齐。
图像合成器59获取已被对齐单元58对齐的多个图像，并且合成所述多个图像，以便如后面所述，适合地扩展获得的合成图像的动态范围。换言之，图像合成器59合成提取自通过用成像元件5进行多次拍摄获得的多个获取图像的图像部分，并且产生过度曝光和曝光不足两者都得以抑制的合成图像。随后，这样产生的合成图像被通过主控制器101A记录在存储卡90上。
当在如上所述配置的成像设备1A中拍摄具有高对比度的被摄体时，以不同的曝光控制值连续拍摄多个图像，并且然后将它们合成在一起。这样一来，可以获得高动态范围的被摄体图像。现在将详细描述不同曝光控制值的上述图像拍摄。
[不同曝光控制值的拍摄]
在本实施例的成像设备1A中，通过以不同曝光控制值进设置行两次拍摄，可以获取两个图像。然后可将获得的两个图像合成在一起。结果，成像设备1A能够产生相对于成像元件5具有高动态范围的图像。
当将被拍摄的场景中存在高对比度时，成像元件5的动态范围可能不能完全覆盖场景中出现的对比度范围。出于这个原因，对相同被摄体的单次拍摄可能导致类似于图6A所示的图像Ga中的厚化（blocked up）（即，曝光不足）部分Ea，或类似于图6B所示的图像Gb中的爆发(blown out)（即，过度曝光）部分Eb。因此，在本实施例的成像设备1A中，通过在修改快门速度（即，改变曝光）的同时拍摄相同的被摄体来获取多个图像（诸如例如，两个图像Ga和Gb）。通过合成图像Ga中的未曝光不足图像部分Da和图像Gb中的未过度曝光图像部分Db，可以创建具有伪扩展动态范围的被摄体图像，例如，图6C所示的合成图像Gc。
更具体地，相同场景被拍摄两次。在第一次拍摄中，强调被摄体的明亮部分，并且以使用明亮部分作为参考（下面也称为明亮参考）的曝光控制值拍摄被摄体。在第二次拍摄中，强调被摄体的暗部分，并且以使用暗部分作为参考（下面也称为暗参考）的曝光控制值拍摄被摄体。这样一来，以明亮参考曝光拍摄的图像Ga（见图6A）包含适合地再现了高亮色调的图像部分Da以及曝光不足部分Ea。同时，以暗参考曝光拍摄的图像Gb（见图6B）包含适合地再现了半色调（shadow tone）的图像部分Db以及过度曝光部分Eb。通过将从另一个图像Gb中提取的图像部分Db插入到由于明亮参考曝光而出现在图像Ga中的曝光不足部分Ea，并且类似地通过把从另一个图像Ga中提取的图像部分Da插入到由于暗参考曝光而出现在图像Gb中的过度曝光部分Eb，可以产生包含分别再现了高亮色调和半色调的图像部分Da和Db的合成图像Gc（见图6C），从而使得可以扩展动态范围。
因此在上述成像设备1A中，可以通过合成使用不同的曝光控制值设置以成像元件5连续获取的两个图像来扩展动态范围。下面，将参考图7描述用于设置不同曝光控制值的技术。
图7是用于解释用于设置不同曝光控制值的技术的图。图7的上部示出了亮度柱状图HG（下面也简称为柱状图HG）。柱状图HG示出了例如由成像元件5在实时视图模式中获取的图像的亮度分布。
首先，在示出被摄体的亮度信息的柱状图HG中，检测最大（即，最高）亮度值Bmax和最小（即，最低）亮度值Bmin。换言之，根据基于成像元件5获得的图像的柱状图HG，检测最大亮度值Bmax和最小亮度值Bmin。此处，通过从柱状图HG中具有最大亮度值的像素开始，在亮度减小的方向上计数某个数目的像素α（其中α例如是若干像素），寻找最大亮度值Bmax。计数后得到的像素的亮度值被作为最大亮度值Bmax。类似地，通过从柱状图HG中具有最小亮度值的像素开始，在亮度增加的方向上计数某个数目的像素α（其中α例如是若干像素），寻找最小亮度值Bmin。计数后得到的像素的亮度值被作为最小亮度值Bmin。如果以这种方式设置最大和最小亮度值Bmax和Bmin，则例如可以将过度曝光或曝光不足的单像素尖峰作为错误消除，并且可以获得适合的最大和最小亮度值Bmax和Bmin。应当理解，还可以检测最大和最小亮度值Bmax和Bmin，而不用基于由成像元件5在实时视图模式中获得的被摄体图像创建柱状图HG。而是，可以根据通过接收被摄体光的测光元件44中的相应测光区Ea（见图4）获得的亮度值，检测最大和最小亮度值。
接着，在用户设置的测光模式中在正常拍摄情况下（即，仅对场景进行单次拍摄），将基于根据柱状图HG获得的适合的被摄体亮度值计算适合的曝光控制值Bcnt。
此处，当以上述曝光控制值Bcnt设置进行拍摄时，仅覆盖相应于成像元件5的动态范围的亮度范围Rd。出于这个原因，采用单次拍摄，可能出现曝光不足部分Ea（见图6A）或过度曝光部分Eb（见图6B）。从而，为了满意地再现具有柱状图HG的亮度特性的被摄体，成像设备1A被配置为合成如前所述通过进行两次拍摄获得的两个图像。用于这两次拍摄的相应曝光控制值设置在此处被称为明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr，并且使用下列等式1到4进行计算。
ΔBp＝（Bmax－Bcnt）×k         （1）
ΔBq＝（Bmin－Bcnt）×k         （2）
Budr＝Bcnt＋ΔBp                （3）
Bovr＝Bcnt＋ΔBq                （4）
等式1和2中的常量k是具有在范围0到1内的值的预定系数，此处例如被设置为0.5。
通过使用上面的等式1到4进行计算，计算明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr。如以下面的等式5给出的，在这些曝光控制值之间产生曝光步长ΔB。
ΔB＝ΔBp－ΔBq                （5）
通过将上面的等式1和2代入等式5，获得用于曝光步长ΔB的下列等式6。
ΔB＝（Bmax－Bmin）×k         （6）
因此设置具有相应于以系数k乘以根据柱状图HG检测到的亮度范围（Bmax－Bmin）所获得的值的曝光步长ΔB的曝光控制值范围。然后，以落在曝光控制值的上述范围内的相应不同曝光控制值Budr和Bovr进行两次成像。这样一来，可以再现被摄体在相应于成像元件5的动态范围的相应高亮度范围Rdp和低亮度范围Rdq（见图7）内的色调。此处，当本实施例的成像被执行一次而不是两次时（即，正常拍摄），用于一次拍摄的适合的曝光控制值Bcnt（即，单次曝光控制值）设置被包含在具有曝光步长ΔB的曝光控制值范围内。结果，借助于图像合成，可以适合地再现具有超出成像元件5的动态范围的亮度范围（Bmax－Bmin）的被摄体，而不会出现过度曝光或曝光不足。
下面，将使用特定的例子描述计算明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr的技术。下面的例子描述这样的情况，其中作为用于具有最大亮度值Bmax 8.0[EV]和最小亮度值Bmin 3.0[EV]的被摄体的适合的曝光控制值，Bcnt被设置为6.0[EV]。
根据上面的等式1和2，首先计算ΔBp＝（8.0－6.0）×0.5＝＋1.0[EV]和ΔBq＝（3.0－6.0）×0.5＝－1.5[EV]。随后，将计算出的ΔBp和ΔBq代入等式3和4，得到Budr＝6.0+1.0=7.0[EV]和Bovr＝6.0－1.5=4.5[EV]。从而分别在适合的曝光控制值Bcnt之上和之下（明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr）进行两次拍摄。通过随后合成两个结果图像，即使对于高对比度场景也可以产生具有满意的色调再现的被摄体图像。
现在描述如上配置的成像设备1A的具体操作。
[成像设备1A的操作]
图8是示出了成像设备1A的基本操作的流程图。图8示出了用于以下情况的曝光控制操作，其中设置了多段测量模式，并且其中设置了上述的程序曝光模式或场景选择器模式作为曝光模式。由主控制器101A执行图8所示的曝光控制操作。
在步骤ST1，分析相应于被摄体的场景的亮度分布。此时，例如可以基于由测光元件44检测到的被摄体亮度信息，计算最大亮度值Bmax和最小亮度值Bmin。应当理解，通过基于由成像元件5在实时视图模式中获取的图像创建图7以示例方式所示的柱状图HG，也可以计算最大亮度值Bmax和最小亮度值Bmin而不使用测光元件44。
在步骤ST2，确定用于正常拍摄（即，进行单次拍摄的情况）的适合的曝光控制值，并且根据线图设置参考光圈值。更具体地，借助于预定的曝光计算，计算前面描述的适合的曝光控制值Bcnt，并且然后将光圈值AVr设置为参考光圈值。根据图5所示的线图中的表示曝光控制值Bcnt的下降线Le（即，虚线）与程序线Lp（即，粗实线）相交处的点PK，获得光圈值AVr。换言之，从线图中根据适合的曝光控制值（即，单个曝光控制值）Bcnt确定光圈值AVr，所述线图定义了用于成像元件5的快门速度（即，曝光时间）和用于快门4的光圈值之间的关系。这个光圈值AVr被设置为参考光圈值，该参考光圈值对于两次拍摄保持恒定。
在步骤ST3，计算相应于为两次拍摄设置的相应曝光控制值之间的差的曝光步长ΔB。更具体地，基于在步骤ST1中获得的最大亮度值Bmax和最小亮度值Bmin，使用上述等式6计算曝光步长ΔB。
在步骤ST4，固定光圈，并且为以明亮参考曝光控制值进行拍摄的情况确定快门速度TVp。更具体地，基于在步骤ST2获得的适合的曝光控制值Bcnt，使用等式1和3计算明亮参考曝光控制值Budr。另外，使用图5所示的线图，根据明亮参考曝光控制值Budr设置快门速度TVp，而不改变上述光圈值AVr。此处，快门速度TVp和交点PK处的快门速度之间的差Tk（见图5）相应于在等式1中计算的ΔBp。
在步骤ST5，为以暗参考曝光控制值进行拍摄的情况确定快门速度TVq。更具体地，基于在步骤ST2获得的适合的曝光控制值Bcnt，使用上面的等式2和4计算暗参考曝光控制值Bovr。另外，使用图5所示的线图，根据暗参考曝光控制值Bovr设置快门速度TVq，而不改变上述光圈值AVr。此处，快门速度TVq和交点PK处的快门速度之间的差Tj（见图5）相应于在等式2中计算的ΔBq。
因此，在上面的步骤ST4和ST5中，基于明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr以及参考光圈值AVr，设置用于两次拍摄的相应快门速度（即，曝光时间）TVp和TVq。这样一来，获取了以不同曝光拍摄的两个图像。如果随后由图像合成器59合成这两个图像以便产生图6C所示的合成图像Gc，可以获得与成像元件5的动态范围相比具有扩展的动态范围的被摄体图像。
在上述成像设备1A中，检测被摄体的最大亮度值Bmax和最小亮度值Bmin，并且然后将其代入上面的等式1到5，以便计算具有曝光步长ΔB的明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr。随后，通过以分别为每次拍摄设置的曝光控制值Budr和Bovr进行两次拍摄，获得两个图像。然后如图6所示合成这两个图像，以便产生具有扩展的动态范围的合成图像。这样一来，即使对于高对比度场景，也可以进行适合地反映被摄体的亮度范围的多次拍摄。因此，可以有效地利用成像元件5的动态范围，并且产生抑制了过度曝光和曝光不足的满意的合成图像。
换言之，当进行两次拍摄时，如果未适合地设置根据场景的亮度范围的曝光步长ΔB设置，则最终的合成图像中很可能出现色调中断。尤其是，如果在场景的亮度范围较小时定义了过大的曝光步长ΔB，则将产生其范围已经扩展出了原始场景的范围的被摄体图像。这限制了应被再现的色调的范围，并且最终导致表现出下降的对比度的合成图像。然而，由于在本实施例的成像设备1A中设置的各个曝光控制值取决于场景的亮度范围，所以可以产生具有满意对比度的合成图像。
<第二实施例>
根据本发明的第二实施例的成像设备1B具有与第一实施例的成像设备1A类似的配置，但是在主控制器的配置方面不同。
换言之，第二实施例的主控制器101B在ROM中存储执行下面描述的操作的程序。
[成像设备1B的操作]
图9是示出了成像设备1B的基本操作的流程图。图9示出了用于下述的情况的曝光控制操作，其中设置了多段测量模式，并且其中设置了上述的光圈优先模式作为曝光模式。由主控制器101B执行图9所示的曝光控制操作。
在步骤ST11，进行与图8所示的流程图中的步骤ST1的操作类似的操作。
在步骤ST12，为正常拍摄（即，进行单次拍摄的情况）确定适合的曝光控制值，其中用户已经使用控制值标度盘86指定了特定的光圈值设置。更具体地，借助于预定的曝光计算，计算用于正常拍摄的适合的曝光控制值Bcnt。
在步骤ST13，执行与图8所示的流程图中的步骤ST3类似的操作。
在步骤ST14，为以明亮参考曝光控制值Budr和用户指定的光圈值进行拍摄的情况确定快门速度TVa。更具体地，基于在步骤ST12中获得的适合的曝光控制值Bcnt，使用上面的等式1和3计算明亮参考曝光控制值Budr。然后，通过从曝光控制值Budr中减去用户指定的光圈值，得出快门速度TVa。
在步骤ST15，为以暗参考曝光控制值和用户指定的光圈值进行拍摄的情况确定快门速度TVb。更具体地，基于在步骤ST12获得的适合的曝光控制值Bcnt，使用上面的等式2和4计算暗参考曝光控制值Bovr。然后，通过从曝光控制值Bovr中减去用户指定的光圈值，得出快门速度TVb。
因此，在上面的步骤ST14和ST15中，用户指定的光圈值被设置为对于两次拍摄保持恒定的参考光圈值，并且基于这个参考光圈值以及明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr，设置用于两次拍摄的相应快门速度TVa和TVb。这样一来，获得了以不同曝光拍摄的两个图像。如果随后合成这两个图像以便产生图6C所示的合成图像Gc，可以获得与成像元件5的动态范围相比具有扩展的动态范围的被摄体图像。
在上述成像设备1B中，并且类似于前面描述的第一实施例，即使对于高对比度场景，也可以进行适合地反映被摄体的亮度范围的多次拍摄。因此，可以有效地利用成像元件5的动态范围，并且产生抑制了过度曝光和曝光不足的满意的合成图像。
<第三实施例>
根据本发明的第三实施例的成像设备1C具有与第一实施例的成像设备1A类似的配置，但是在主控制器的配置方面不同。
换言之，第三实施例的主控制器101C在ROM中存储执行下面描述的操作的程序。
[成像设备1C的操作]
图10是示出了成像设备1C的基本操作的流程图。图10示出了用于下述情况的曝光控制操作，其中设置了多段测量模式，并且其中设置了上述的快门速度优先模式作为曝光模式。由主控制器101C执行图10所示的曝光控制操作。
在步骤ST21，进行与图8所示的流程图中的步骤ST1的操作类似的操作。
在步骤ST22，为正常拍摄（即，进行单次拍摄的情况）确定适合的曝光控制值，其中用户已经使用控制值标度盘86指定了特定的快门速度TVs。更具体地，借助于预定的曝光计算，计算用于正常拍摄的适合的曝光控制值Bcnt。
在步骤ST23，执行与图8所示的流程图中的步骤ST3的操作类似的操作。
在步骤ST24，为以明亮参考曝光控制值Budr和用户指定的快门速度TVs进行拍摄的情况确定光圈值。更具体地，基于在步骤ST22中获得的适合的曝光控制值Bcnt，使用上面的等式1和3计算明亮参考曝光控制值Budr。然后，通过从曝光控制值Budr中减去用户指定的快门速度TVs，得出光圈值AVs。
在步骤ST25，为以暗参考曝光控制值Bovr和在步骤ST24确定的光圈值AVs进行拍摄的情况确定快门速度TVt。更具体地，基于在步骤ST22获得的适合的曝光控制值Bcnt，使用上面的等式2和4计算暗参考曝光控制值Bovr。然后，基于曝光控制值Bovr得出快门速度TVt而不修改在步骤S24中设置的光圈值AVs。
因此，在上面的步骤ST24和ST25中，以用于获得使用相应曝光控制值Budr和Bovr获得的图像中的最明亮图像的明亮参考曝光控制值Budr，根据用户指定的快门速度（即，曝光时间）TVs计算光圈值AVs。然后，将这个光圈值AVs设置为对于两次拍摄保持恒定的参考光圈值。基于这个参考光圈值以及明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr，设置用于两次拍摄的相应快门速度TVs（用户指定的快门速度）和TVt。这样一来，获得了以不同曝光拍摄的两个图像。如果随后合成这两个图像以便产生图6C所示的合成图像Gc，可以获得与成像元件5的动态范围相比具有扩展的动态范围的被摄体图像。
在上述成像设备1C中，并且类似于前面描述的实施例，即使对于高对比度场景，也可以进行适合地反映被摄体的亮度范围的多次拍摄。因此，可以有效地利用成像元件5的动态范围，并且产生抑制了过度曝光和曝光不足的满意的合成图像。
<第四实施例>
根据本发明的第四实施例的成像设备1D具有与第一实施例的成像设备1A类似的配置，但是在主控制器的配置方面不同。
换言之，第四实施例的主控制器101D在ROM中存储执行下面描述的操作的程序。
[成像设备1D的操作]
图11是示出了成像设备1D的基本操作的流程图。图11示出了用于下述情况的曝光控制操作，其中设置了多段测量模式，并且其中设置了上述的手动曝光模式作为曝光模式。由主控制器101D执行图11所示的曝光控制操作。
在步骤ST31和ST32中，进行与图8所示的流程图中的步骤ST1和ST2的操作类似的操作。
在步骤ST33，给定使用控制值标度盘86设置的用户指定的和快门速度，确定明亮参考曝光控制值Budr。换言之，对于以明亮参考曝光控制值Budr进行的拍摄，使用用户指定的光圈值和快门速度。
在步骤ST34，为以暗参考曝光控制值和用户指定的光圈值进行拍摄的情况确定快门速度TVn。更具体地，通过从在步骤ST33中设置的明亮参考曝光控制值Budr中减去在步骤ST32中计算的曝光步长ΔB，计算暗参考曝光控制值Bovr。然后，根据暗参考曝光控制值Bovr设置快门速度TVn而不修改用户指定的光圈值。这个快门速度TVn比用户指定的快门速度TVm长出曝光步长ΔB的数量。
因此，在上面的步骤ST33和ST34中，根据用户指定的光圈值和快门速度（即，曝光时间）而获得的曝光控制值被设置为用于获得两次拍摄中较亮的拍摄的明亮参考曝光控制值Budr。同时，用户指定的光圈值被设置为对于两次拍摄保持恒定的参考光圈值，并且基于这个参考光圈值以及明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr，设置用于两次拍摄的相应快门速度TVm和TVn。这样一来，获得了以不同曝光拍摄的两个图像。如果随后合成这两个图像以便产生图6C所示的合成图像Gc，可以获得与成像元件5的动态范围相比具有扩展的动态范围的被摄体图像。
在上述成像设备1D中，并且类似于前面描述的实施例，即使对于高对比度场景，也可以进行适合地反映被摄体的亮度范围的多次拍摄。因此，可以有效地利用成像元件5的动态范围，并且产生抑制了过度曝光和曝光不足的满意的合成图像。
<第五实施例>
根据本发明的第五实施例的成像设备1E具有与第一实施例的成像设备1A的配置类似的配置，但是在主控制器的配置方面不同。
换言之，第五实施例的主控制器101E在ROM中存储执行下面描述的操作的程序。
[成像设备1E的操作]
图12是示出了成像设备1E的基本操作的流程图。图12示出了用于下述情况的曝光控制操作，其中设置了点测量模式，并且其中设置了上述的光圈优先模式作为曝光模式。由主控制器101E执行图12所示的曝光控制操作。
在步骤ST41和ST42，进行与图8所示的流程图中的步骤ST1和ST3的操作类似的操作。
在步骤ST43，明亮参考曝光控制值Budr被确定为是当借助于测光元件44进行点测量时的适合的曝光值，其中使用控制值标度盘86设置用户指定的光圈值。换言之，明亮参考曝光控制值Budr被设置为等于适合的曝光值，其中基于由点测量获取的亮度信息、借助于预定曝光计算计算出该适合的曝光值。因此，图7所示的明亮参考曝光偏移ΔBp变为0。然后，通过从如上所述那样设置的明亮参考曝光控制值Budr中减去用户指定的光圈值，得出用于以明亮参考曝光拍摄的快门速度TVc。
在步骤ST44，为以暗参考曝光控制值和用户指定的光圈值进行拍摄的情况确定快门速度TVd。更具体地，基于在步骤ST43中被设置为明亮参考曝光控制值Budr的适合的曝光控制值Bcnt，使用上面的等式2和4计算暗参考曝光控制值Bovr。然后，通过从曝光控制值Bovr中减去用户指定的光圈值，得出快门速度TVd。
因此，使用在上面的步骤ST43和ST44中设置的相应快门速度TVc和TVd进行两次拍摄。这样一来，采用以根据场景的曝光步长ΔB修改的曝光拍摄两个图像，其中被摄体部分被用作点测量参考（即，根据被摄体的亮度范围）。如果随后合成这两个图像以便产生图6C所示的合成图像Gc，则可以获得与成像元件5的动态范围相比具有扩展的动态范围的被摄体图像。
在上述成像设备1E中，并且类似于前面描述的实施例，即使对于高对比度场景，也可以进行适合地反映被摄体的亮度范围的多次拍摄。因此，可以有效地利用成像元件5的动态范围，并且产生抑制了过度曝光和曝光不足的满意的合成图像。
<第六实施例>
根据本发明的第六实施例的成像设备1F具有与第一实施例的成像设备1A类似的配置，但是在主控制器的配置方面不同。
换言之，第六实施例的主控制器101F在ROM中存储执行下面描述的操作的程序。
[成像设备1F的操作]
图13是用于解释成像设备1F的操作的图。更具体地，图13解释进行5次拍摄时设置的各个曝光值。此处的图13相应于图7。
在成像设备1F中，并且类似于前面描述的成像设备1A，根据柱状图HG检测最大亮度值Bmax和最小亮度值Bmin，并且为正常拍摄（即，进行单次拍摄的情况）计算适合的曝光控制值Bcnt。随后，使用上面的等式1到4计算明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr。
在本实施例的成像设备1F中，以各自不同的曝光进行5次拍摄，每个曝光落在明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr之间的曝光步长ΔB内。现在将描述设置用于每次拍摄的曝光控制值Ba到Be的方法。
首先，图13中的最大和最小曝光控制值Ba和Bb被设置为等于明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr，而曝光控制值Bc被设置为等于适合的曝光控制值Bcnt。剩余的两个曝光控制值Bd和Be被如下设置：Bd被设置为等于曝光控制值Ba和Bc之间的二等分中间值，而Be被设置为等于曝光控制值Bb和Bc之间的二等分中间值。
通过这样设置曝光控制值Ba到Be，可以用适合的曝光控制值Bc以及在附近的曝光控制值Bd和Be进行拍摄。因此，可以在针对诸如人脸的主要被摄体的满意的曝光状态下获取图像。另外，当合成通过进行5次拍摄获得的5个图像，以便产生高动态范围的合成图像时，主要被摄体（诸如脸）被从以具有曝光控制值Bc的适合曝光拍摄的图像中裁剪出来，并且被合成到拍摄的其它图像中。由于以这种方式进行的5次拍摄包括以基于被摄体的亮度信息、借助于预定的曝光计算计算出的适合的曝光值进行的拍摄，所以可以在合成图像中在适合的曝光条件下再现主要被摄体。
应当理解，用于上述的5次拍摄的各个曝光控制值还可被设置为不同于上述的曝光控制值Ba到Be的落在明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr之间的曝光步长ΔB内的值。例如，还可以根据下面的等式7到9设置用于每次拍摄的各个曝光控制值B1到B5（见图13）。
B1＝（Bmax－Bcnt）×k＋Bcnt                （7）
B2＝（Bmin－Bcnt）×k＋Bcnt                （8）
Bn＝[（B1－B2）/(Ns-1)]×(n－2)＋B2，n>2   （9）
此处，Ns表示进行拍摄的次数（即，在本实施例中为5）。
如果使用上面的等式7到9计算各个曝光控制值B1到B5，则以明亮参考曝光控制值Budr和暗参考曝光控制值Bovr之间的曝光步长ΔB内的相等间隔设置曝光控制值B1到B5。
在上述成像设备1F中，并且类似于前面描述的实施例，即使对于高对比度场景，也可以进行适合地反映被摄体的亮度范围的多次拍摄。因此，可以有效地利用成像元件5的动态范围，并且产生抑制了过度曝光和曝光不足的满意的合成图像。
应当理解，成像设备1F不限于进行5次拍摄，并且还可以进行分别设置为不同的曝光控制值的3次、4次或6次或更多次拍摄。在这种情况下，当进行3次拍摄时，可以设置为3个曝光控制值Ba、Bb和Bc，或可替换地，设置为在图13中以示例的方式示出的3个曝光控制值B1、B2和B4。当进行4次拍摄时，可以设置为在图13中以示例的方式示出的4个曝光控制值Ba到Bd。通过合成通过以这种方式设置的曝光控制值进行多次拍摄而获得的图像，可以获得具有扩展的动态范围的合成图像。
如上所述，在前面的实施例中，使用曝光步长ΔB可以产生适合地扩展了其动态范围的合成图像。然而，借助于等式6计算足够的曝光步长ΔB涉及精确地检测被摄体的亮度范围（Bmax－Bmin）。由于使用测光元件的典型测光的属性，对于低光被摄体存在可靠性减小的趋势。现在，将在下面的实施例中描述即使在这些低光场景中也能借助于测光元件满意地检测被摄体的亮度范围的技术。
<第七实施例>
根据本发明的第七实施例的成像设备1G具有与第一实施例的成像设备1A类似的配置，但是在测光元件和主控制器的配置方面不同。
换言之，类似于第一实施例，第七实施例中的测光元件440被配置为检测被摄体的亮度的传感器，并且例如被设置在光学取景器内。如图14所示，测光区域Eu被划分为40个区域，每个区域能够独立地测量亮度。更具体地，测光元件440设有多个硅光单元（SPC），它们中的39个是布置在蜂窝结构内的小光电单元Ef（下面也被称为小单元），并且它们中的1个是以围绕这些小单元的环形设置的大光电单元Eg（下面也被称为大单元）。换言之，测光元件440设有划分测光区域Eu而形成的39个小单元（即，光电单元）Ef和1个大单元（即，光电单元）Eg，并且能够输出来自每个光电单元Ef和Eg的测光值作为被摄体的亮度信息。后面将详细描述测光元件440的特性。
另外，还在测光计45（见图15）中提供了处理电路450。处理电路450被电连接到每个光电单元Ef和Eg，并且处理从每个光电单元Ef和Eg输出的电荷。在这种处理电路450中，例如基于来自主控制器101G的控制信号Sg，控制每个光电单元Ef和Eg的测光操作（即，光电转换操作）。通过在每个光电单元Ef和Eg中对已被光电转换并且积聚的电荷（即积聚的电荷）执行诸如对数压缩、温度补偿和增益应用的处理，产生输出电压Vp作为测光计的测量值。
另外，第七实施例的主控制器101G在ROM中存储执行下面描述的成像设备1G的操作的程序。
[使用测光元件440检测被摄体的亮度范围]
在测光元件440中，借助于光电转换积聚与入射光的量基本成比例的电荷。然而，在接收来自低光被摄体的光的小单元Ef中，这种比例关系（即，线性曲线）不成立。这是因为在光敏面积小的小单元Ef中，由低光场景的光电转换产生的电荷量也小，并且成为非线性的。在小单元Ef中，存在一个亮度极限（诸如2EV），超出该亮度极限就不再补偿线性精度。下面，这个极限也被称为测光亮度极限。同时，由于大单元Eg的光敏面积相对于小单元Ef的光敏面积是较大的，所以即使在低光场景中也能实现线性精度。因此，利用大单元Eg的特性，通过当输出电压Vp（见图15）小并且不可靠时，测光元件440能够使用大单元Eg的测光值而不是小单元Ef的测光值，改进低光场景中的测光精度。
然而，随着检测小于测光亮度极限的亮度值（即，测光值）的小单元Ef数目的增加，以单个大单元Eg的测光值取代这些小单元Ef的测光值，从而导致测光元件440中下降的测光精度。
因此，在本实施例的成像设备1G中，基于来自测光元件440中的各个测光单元Ef和Eg的测光值（即，最大和最小亮度值Bmax和Bmin），并且附加地考虑事先规定的亮度范围（下面也被称为规定的亮度范围），根据由测光计45的测量获得的亮度范围（下面也被称为测量的亮度范围），得出用于计算曝光步长ΔB的被摄体的最终亮度范围（下面也被称为最终亮度范围）。此处，规定的亮度范围可以例如对于夜景被设置为2.0EV，并且对于包含人物的夜景被设置为1.0EV。
现在将描述用于计算被摄体的最终亮度范围的具体技术。使用下面的等式10计算被摄体的最终亮度范围Bcon。
Bcon＝α×Bmes＋β×Bset                    （10）
此处，Bmes表示测量的亮度范围，并且Bset表示规定的亮度范围。另外，α和β表示用于混合测量的亮度范围Bmes和规定的亮度范围Bset的系数（即，混合比）。系数α和β根据图16所示的图改变，从而保持关系α＋β＝1。在图16所示的图中，水平轴指示具有测光亮度极限或该极限之上的测光值的光电单元Ef（即，小单元）的数目，而垂直轴指示上面等式10中的混合比α和β。
在图16所示的图中，混合比α（即，上面等式10中的测量的亮度范围Bmes的系数）与处于测光亮度极限或在该极限之上的小单元Ef的数目成比例地增加，并且当所有（此处，39个）小单元Ef处于测光亮度极限或在该极限之上时达到100％。同时，混合比β（即，上面等式10中的规定的亮度范围Bset的系数）改变，使得即使当处于测光亮度极限或在该极限之上的测光单元Ef的数目改变时，也能保持关系α＋β＝1。因此，如图16所示，混合比α和β根据处于测光亮度极限或在该极限之上的测光单元（即，小单元）Ef的数目而改变。通过在成像设备1G中使用这些混合比α和β，可以计算测量的亮度范围Bmes和规定的亮度范围Bset的适合的混合（即，加权平均）。如果混合比α和β被如图16的图中所示那样设置，则在以等式10表示的加权平均计算中，随着具有测光亮度极限或在该极限之上的测光值的测光单元（即，小单元）Ef的数目的增加，由测光计45检测到的测量的亮度范围（即，关于被摄体的亮度的范围）Bmes相对于规定的亮度范围Bset的权重增加。同时，随着处于测光亮度极限或该极限之上的测光单元Ef的数目的减少，由测光计45检测到的测量的亮度范围Bmes相对于规定的亮度范围Bset的权重减小。结果，即使当以测光元件440对低光被摄体测光时，也可以得出可靠的被摄体亮度范围（即，最终亮度范围Bcon）。
下面描述这种成像设备1G的特定操作。
[成像设备1G的操作]
图17是示出了成像设备1G的基本操作的流程图。更具体地，图17示出了用于使用测光元件440检测被摄体的亮度范围的操作。由主控制器101G执行图17所示的操作。
在步骤ST51，分析相应于被摄体的场景的亮度分布。此时，基于由测光元件440的各个测光单元Ef和Eg检测到的亮度信息，计算被摄体的最大亮度值Bmax和最小亮度值Bmin。
在步骤ST52，基于由测光元件440获得的测量结果（即，被摄体的亮度信息），由测光计45检测表示被摄体的亮度范围的测量的亮度范围Bmes。换言之，基于由测光元件440的各个测光单元Ef获得的测光值（即，最大和最小亮度值Bmax和Bmin），检测场景的亮度范围。在该情况下，可以根据测光元件440中的39个小单元Ef的测光数据检测测量的亮度范围Bmes，或可以根据包括大单元Eg在内的所有测光单元Ef和Eg的测光数据检测测量的亮度范围Bmes。
在步骤ST53，计数测光元件440中的具有测光亮度极限或该极限之上的测光值的测光单元（即，小单元）Ef的数目。换言之，检测39个小单元Ef中的具有测光亮度极限（即，阈值）或该极限之上的测光值的小单元Ef的数目。
在步骤ST54，根据步骤ST53的检测结果确定是否存在处于测光亮度极限之下的测光单元（即，小单元）Ef。换言之，确定是否存在具有小于测光亮度极限的测光值的至少一个小单元Ef。此时，如果检测到处于测光亮度极限之下的小单元Ef，则处理进入步骤ST55，并且将被摄体视为低光被摄体。相反，如果未检测到处于测光亮度极限之下的小单元Ef，则跳过本处理流程。在该情况下，可以确定被摄体不是低光被摄体。因此，不认为由测光元件440检测到的测光值是不可靠的，并且在步骤ST52中检测到的测量的亮度范围Bmes被设置为被摄体的最终亮度范围Bcon。
在步骤ST55，参考图16所示的图，并且根据在步骤ST53获得的处于测光亮度极限或该极限之上的测光单元Ef的数目，确定用于测量的亮度范围Bmes和规定的亮度范围Bset的混合比α和β。
在步骤ST56，将在步骤ST55中确定的混合比α和β代入上面的等式10，并且计算最终的亮度范围Bcon。随后，通过将这样计算的最终亮度范围Bcon作为被摄体的亮度范围（Bmax－Bmin）代入等式6，获得适合的曝光步长ΔB。
在上面的步骤ST54到ST56中，当基于在步骤ST53中获得的检测结果确定存在具有在测光亮度极限之下的测光值的测光单元Ef时，根据在步骤ST53中检测到的处于测光亮度极限或该极限之上的测光单元Ef的数目，设置混合比（即，加权系数）α和β。使用这些混合比α和β，对在步骤ST52中检测到的测量的亮度范围（即，被摄体的亮度范围）Bmes和规定的亮度范围（即，给定的亮度范围）Bset进行等式10中的加权计算。该计算的结果被设置为最终亮度范围（即，被摄体的亮度范围）Bcon。这样一来，即使当以测光元件440对低光被摄体测光时，也可以精确地得出被摄体的亮度范围。
随后，将在步骤ST56中被设置为被摄体的亮度范围（Bmax－Bmin）的最终亮度范围Bcon乘以系数k，以便获得相应于曝光步长ΔB（见等式6）的值。然后，设置具有曝光步长ΔB的曝光控制值范围。结果，如果以在这个曝光控制值范围内的相应曝光值设置进行多次拍摄并且随后加以合成，可以产生具有适合地扩展的动态范围的合成图像。
在上述的成像设备1G中，为导致测光元件440中产生不精确性的低光场景计数具有测光亮度极限或该极限之上的测光值的测光单元Ef的数目。然后，根据测光单元Ef的计数数目，设置等式10中的用于测量的亮度范围Bmes和规定的亮度范围Bset的混合比α和β。因此，可以计算可靠的最终亮度范围Bcon。结果，当进行多次拍摄以便产生合成图像时，可以设置适合的曝光控制值。
<第八实施例>
根据本发明的第八实施例的成像设备1H具有与第七实施例的成像设备1G类似的配置，但是在主控制器的配置方面不同。
换言之，第八实施例的主控制器101H在ROM中存储执行下面描述的成像设备1H的操作的程序。
[使用测光元件440检测被摄体的亮度范围]
在成像设备1H中，除了根据处于测光亮度极限或该极限之上的测光单元（即，小单元）Ef的数目确定上述混合比α和β之外，还考虑到场景的绝对亮度确定混合比（下面也被称为绝对场景亮度）。这样一来，可以进行更好的混合比控制。此处，以由测光元件440中的每个测光单元Ef和Eg获得的测光值的平均值作为绝对场景亮度。换言之，被摄体的平均亮度被以示例的方式用作此处的绝对场景亮度。
现在描述用于计算被摄体的最终亮度范围的具体技术。在本实施例，首先通过使用下面的等式11进行加权平均来计算混合比γ。然后，通过将混合比γ代入下面的等式12，根据测量的亮度范围Bmes和规定的亮度范围Bset计算被摄体的最终亮度范围Bcon。
γ＝p×α＋（1－p）×β                （11）
Bcon＝γ×Bmes＋（1－γ）×Bset        （12）
等式11中的系数p和（1－p）根据图18所示的图改变。在图18所示的图中，水平轴指示场景的绝对亮度，而垂直轴指示等式11中的系数p。
如图18中的图所示，等式11中的用于计算混合比α和β的加权平均的系数p在绝对场景亮度落在低强度范围Blw内的情况下被固定为0％，并且在绝对场景亮度落在高强度范围Bhg内的情况下被固定为100％。在绝对场景亮度落在上述范围之间的中间亮度范围Bmd内的情况下，系数p与绝对场景亮度成比例地改变。这样一来，在成像设备1H中，可以在考虑绝对场景亮度的同时，确定关于测量的亮度范围Bmes和规定的亮度范围Bset的混合比γ和（1－γ）。因此，可以更准确地设置混合比γ，并且计算被摄体的最佳最终亮度范围Bcon。
下面描述这种成像设备1H的具体操作。
[成像设备1H的操作]
图19是示出了成像设备1H的基本操作的流程图。更具体地，图19示出了用于使用测光元件440检测被摄体的亮度范围的操作。由主控制器101H执行图19所示的操作。
在步骤ST61，类似于图17所示的流程图的步骤ST51，使用测光元件440分析相应于被摄体的场景的亮度分布。
在步骤ST62，检测场景的绝对亮度。例如，可以按照由测光元件440中的各个测光单元Ef和Eg获得的测光值的平均值，计算绝对场景亮度。
在步骤ST63到ST65，进行与图17所示的流程图的步骤ST52到ST54类似的操作。
在步骤ST66，参考图16所示的图，根据在步骤ST64中检测到的处于测光亮度极限或该极限之上的测光单元Ef的数目，确定用于测量的亮度范围Bmes和规定的亮度范围Bset的混合比α和β。另外，参考图18所示的图，根据在步骤ST62检测到的场景的绝对亮度来确定系数p。然后，将混合比α和β以及系数p代入等式11，以便计算混合比γ。
在步骤ST67，将在步骤ST66中确定的混合比γ代入等式12，以便计算被摄体的最终亮度范围Bcon。因此，根据在步骤ST64中检测到的处于测光亮度极限或该极限之上的测光单元Ef的数目，以及在步骤ST62中检测到的绝对场景亮度（即，被摄体的亮度值），在等式12的加权计算中设置混合比（即，加权系数）γ。这样一来使得可以实现对混合比γ的明显更好的控制，并且即使当借助于测光元件440对低光被摄体进行测光时，也能满意地并且精确地得出被摄体的亮度范围。
在上述的成像设备1H中，可以实现与第七实施例类似的优点。另外，如等式11和图18所证明的，基于绝对场景亮度和处于测光亮度极限或该极限之上的测光单元Ef的数目，设置成像设备1H中的混合比γ。因此，当进行多次拍摄以便产生合成图像时，可以进行更适合的曝光控制。
在此处的成像设备1H中，通过如图18所示的图所示，根据绝对场景亮度改变在等式11的加权计算中使用的系数p计算混合比γ。然而，本发明的实施例不限于此，并且还可以通过将系数p固定为与绝对场景亮度无关的值，诸如0.5，并且然后计算简单平均，计算混合比γ。
<修改>
在前面的实施例中，等式1、2和6中表示的系数k不限于被设置为诸如0.5的固定值。而是，系数k可以根据诸如被摄体的亮度范围以及最大和最小亮度值Bmax和Bmin的因素在0到1的范围内改变。
在前面的实施例中，检测最大亮度值Bmax和最小亮度值Bmin之间的差作为被摄体的亮度范围。然而，本发明的实施例不限于此，可以检测另一个值作为被摄体的亮度范围，诸如高强度平均值（例如，从最大亮度值Bmax开始并且在亮度减小的方向上延伸的预定范围（所有像素的β％）中的值的平均）和低强度平均值（例如，从最小亮度值Bmin开始并且在亮度增大的方向上延伸的预定范围（所有像素的β％）中的值的平均）之间的差。
在第七实施例和第八实施例中，测光区域Eu不限于被如同图14所示的测光元件440那样划分为40个区域，而是设置的区域的数目可以是39个或更少，或41个或更多。
因此前面详细描述了本发明，但是应当理解，前面的描述是所有实施例中的例子，并且本发明不限于此。应当理解，可以做出此处未示出的无数修改，而不脱离本发明的范围。
本发明包含关于2009年6月3日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP 2009－134151以及2009年7月29日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP 2009－176202中公开的主题内容，通过引用将它们的完整内容结合在此。
本领域的技术人员应当理解，取决于设计需要和其它因素，在落在所附权利要求和其等同物的范围内的情况下，可以出现各种修改、组合、子组合和替换。

Claims (13)

1.一种成像设备，包括：
成像装置，被配置为接收穿过具有光圈机构的成像光学系统的被摄体光，并且产生相应于被摄体的获取图像；
成像控制装置，被配置为设置具有步长的曝光控制值的范围，并且使用成像装置进行以所述曝光控制值的范围内的各不同曝光控制值设置的多次拍摄，即多次成像，所述步长与以预定系数k乘以亮度范围而获得的值相对应，其中所述亮度范围由被摄体的亮度信息中的高亮度信息和低亮度信息而获得的，0<k<1；
其中：
当仅进行一次拍摄时，为这一次拍摄设置的单个曝光控制值被包含在所述曝光控制值的范围内。
2.如权利要求1所述的成像设备，其中
所述单个曝光控制值是基于被摄体的亮度信息，通过预定的曝光计算计算出的适合的曝光值，并且
所述成像控制装置包括：
光圈值设置装置，配置为根据所述单个曝光控制值，根据定义成像装置的曝光时间和光圈机构的光圈值之间的关系的线图计算光圈值，并且将计算出的光圈值设置为对于多次拍摄保持恒定的参考光圈值，和
曝光时间设置装置，配置为基于每个曝光控制值和所述参考光圈值，设置用于多次拍摄的各曝光时间。
3.如权利要求1所述的成像设备，还包括：
输入装置，被配置为接收用户输入；和
指定装置，被配置为基于对输入装置做出的用户输入，指定光圈机构的光圈值；
其中
所述成像控制装置包括
光圈值设置装置，被配置为将由指定装置指定的光圈值设置为对于多次拍摄保持恒定的参考光圈值，和
曝光时间设置装置，被配置为基于每个曝光控制值和所述参考光圈值，设置用于多次拍摄的各曝光时间。
4.如权利要求1所述的成像设备，还包括：
输入装置，被配置为接收用户输入；和
指定装置，被配置为基于对输入装置做出的用户输入，指定成像装置的曝光时间；
其中
所述成像控制装置包括
光圈值设置装置，被配置为根据由所述指定装置指定并且与各曝光控制值中的获得最亮图像的曝光控制值相应的曝光时间，计算光圈值，并且将计算出的光圈值设置为对于多次拍摄保持恒定的参考光圈值，和
曝光时间设置装置，被配置为基于每个曝光控制值和所述参考光圈值，设置用于多次拍摄的各曝光时间。
5.如权利要求1所述的成像设备，还包括：
输入装置，被配置为接收用户输入；和
指定装置，被配置为基于对输入装置做出的用户输入，指定光圈机构的光圈值和成像装置的曝光时间；
其中
所述成像控制装置包括
被配置为将根据由所述指定装置指定的光圈值和曝光时间获得的曝光控制值设置为各曝光控制值中的获得最亮图像的曝光控制值的装置，
光圈值设置装置，被配置为将由所述指定装置指定的光圈值设置为对于多次拍摄保持恒定的参考光圈值，和
曝光时间设置装置，被配置为基于每个曝光控制值和所述参考光圈值，设置用于多次拍摄的各曝光时间。
6.如权利要求1所述的成像设备，还包括：
亮度信息获取装置，被配置为对预定的测光区域进行测量，并且获取关于被摄体的亮度信息，其中：
所述亮度信息获取装置包括
点测量装置，被配置为对预定测光区域内的特定点区域进行重点测光，并且
所述成像控制装置包括
被配置为将所述单个曝光控制值设置为等于适合的曝光值的装置，其中，所述适合的曝光值是基于由所述点测量装置获取的亮度信息，通过预定的曝光计算而计算出的。
7.如权利要求1所述的成像设备，还包括：
亮度信息获取装置，被配置为对预定的测光区域进行测量，并且获取关于被摄体的亮度信息；和
图像合成装置，被配置为通过合成提取自作为成像装置进行多次拍摄的结果而获得的多个图像中的图像部分，产生合成图像，其中：
进行的所述多次拍摄的数目为3次或更多次，和
所述三次或更多次拍摄包括以适合的曝光值进行的拍摄，其中所述适合的曝光值是基于由亮度信息获取装置获取的亮度信息，通过预定的曝光计算而计算出的。
8.如权利要求1所述的成像设备，还包括：
亮度信息获取装置，被配置为对预定的测光区域进行测量，并且获取关于被摄体的亮度信息；和
检测装置，被配置为基于由所述亮度信息获取装置获取的高亮度信息和低亮度信息，检测被摄体的亮度范围，其中：
所述亮度信息获取装置包括
具有预定数目的测光单元的测光装置，所述测光单元对预定的测光区域内的光进行划分和测量，所述测光装置能够输出来自所述预定数目的测光单元中的每一个的测光值作为被摄体的亮度信息，
所述检测装置包括
亮度范围检测装置，被配置为基于由测光装置获得的被摄体的亮度信息，检测被摄体的亮度范围，
单元数目检测装置，被配置为从所述预定数目的测光单元中检测具有等于或大于预定阈值的测光值的测光单元的数目，和
亮度范围设置装置，被配置为使得在基于所述单元数目检测装置的检测结果确定存在测光值小于所述预定阈值的测光单元的情况下，使用根据由所述单元数目检测装置检测到的测光单元的数目而设置的加权系数，对由所述亮度范围检测装置检测到的亮度范围和预定的亮度范围进行加权计算，并且将加权计算的结果设置为被摄体的亮度范围，
其中
利用所述成像控制装置设置具有步长的曝光控制值范围，所述步长与以预定系数k乘以由亮度范围设置装置设置的亮度范围所获得的值相应。
9.如权利要求8所述的成像设备，其中：
在所述加权计算中，随着由单元数目检测装置检测到的测光单元的数目的增加，由亮度范围设置装置检测到的亮度范围相对于预定的亮度范围的权重增加，而随着由单元数目检测装置检测到的测光单元的数目的减少，由亮度范围设置装置检测到的亮度范围相对于预定的亮度范围的权重减小。
10.如权利要求8所述的成像设备，其中：
在所述加权计算中，根据由所述单元数目检测装置检测到的测光单元的数目以及由测光装置获得的被摄体的亮度值，设置加权系数。
11.一种成像控制方法，包括如下步骤：
通过设置具有步长的曝光控制值的范围和通过使用成像装置，进行用所述曝光控制值的范围内的各个不同曝光控制值设置的多次拍摄来控制成像，所述步长与以预定系数k乘以亮度范围而获得的值相应，其中所述亮度范围由被摄体的亮度信息中的高亮度信息和低亮度信息而获得的，0<k<1；
其中
当仅进行一次拍摄时，为这一次拍摄设置的单个曝光控制值被包含在所述曝光控制值的范围内。
12.一种曝光控制设备，包括：
曝光控制装置，被配置为设置具有步长的曝光控制值的范围，并且使用成像装置进行以所述曝光控制值的范围内的各不同曝光控制值设置的多次拍摄，即多次成像，所述步长与以预定系数k乘以亮度范围而获得的值相对应，其中所述亮度范围由被摄体的亮度信息中的高亮度信息和低亮度信息而获得的，0<k<1；
其中：
当仅进行一次拍摄时，为这一次拍摄设置的单个曝光控制值被包含在所述曝光控制值的范围内。
13.一种曝光控制方法，包括如下步骤：
通过设置具有步长的曝光控制值的范围和通过使用成像装置，进行用所述曝光控制值的范围内的各个不同曝光控制值设置的多次拍摄来控制成像，所述步长与以预定系数k乘以亮度范围而获得的值相应，其中所述亮度范围由被摄体的亮度信息中的高亮度信息和低亮度信息而获得的，0<k<1；
其中
当仅进行一次拍摄时，为这一次拍摄设置的单个曝光控制值被包含在所述曝光控制值的范围内。
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