CN102821249A - 摄像设备和曝光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摄像设备和曝光控制方法。控制单元根据设置单元所设置的操作模式是否基于通过电荷累积单元的累积所获得的图像数据执行图像识别处理来设置第一控制值和第二控制值，其中该第一控制值用于使电荷累积单元执行第一累积并且获得第一图像数据，该第二控制值用于使电荷累积单元执行第二累积并且获得第二图像数据。在设置单元所设置的操作模式不执行图像识别处理的情况下，即使被摄区域的亮度恒定，该控制单元也将第一控制值和第二控制值设置为彼此不同。

Description

摄像设备和曝光控制方法

技术领域

本发明涉及一种通过使用累积型图像传感器来执行测光操作的摄像设备和曝光控制方法。

背景技术

诸如数字照相机或数字摄像机等的摄像设备所需的测光范围通常约为-5~+15(拍摄曝光相加系统(APEX)单位的Bv值)。即，这种摄像设备的测光动态范围约为20级。然而，当累积型图像传感器执行测光操作时，一次累积操作期间的动态范围小于20级。

为了解决该问题，已知有如下技术：生成动态范围比一次累积操作(摄像)期间所获得的动态范围大的图像。基于该技术，累积型图像传感器以不同的曝光级别多次拍摄同一场景，并且合成所获得的图像信号。该技术通常被称为高动态范围(HDR)摄像。

同样，各种文献提出使用累积型光敏元件来扩大测光设备的动态范围。例如，日本特开平6-130462论述了使用累积型光敏元件的测光设备。当执行测光操作时，该设备交替地进行电荷累积时间长的测光和电荷累积时间短的测光。这样，即使当被摄区域内的亮度差非常大时，该设备也可以获得低亮度部分到高亮度部分的测光值。

另外，传统上已知有具有被摄体追踪功能的摄像设备。该功能识别摄像画面内的主被摄体并且自动追踪该主被摄体的位置。使用该被摄体追踪功能使得能够对运动中的主被摄体连续地进行自动焦点调节控制(AF控制)或曝光控制(AE控制)。

具有这种被摄体追踪功能的摄像设备的例子包括诸如单镜头反光照相机等的如下的摄像设备，其中该摄像设备除具有图像传感器以外，还具有测光操作所使用的测光单元。日本特开平7-110429论述了用于基于从测光单元供给的测光数据来追踪被摄体的设备。

另外，日本特开2011-35765论述了追踪技术。基于该技术，在从测光单元获取到的图像信号中提取例如人物的特征区域，并且在随后获取到的图像内确定相关图像。这样，可以使所提取出的特征区域聚焦并用于进行曝光控制。

然而，在尝试利用如日本特开平7-110429所论述的摄像设备那样基于从测光单元供给的测光数据追踪被摄体的技术从而根据日本特开平6-130462所论述的技术来扩大可测光范围的情况下，会发生以下问题。

在交替地执行电荷累积时间长的测光操作和电荷累积时间短的测光操作以扩大可测光范围的情况下，可以进行测光操作的各个亮度范围彼此不同。因而，即使对象追踪区域的亮度在一次测光操作期间处于可测光范围内，该亮度也可能在另一次测光操作期间处于可测光范围外。如果在这两个测光数据之间执行相关计算以追踪被摄体，则该相关计算的精度下降。结果，无法追踪该被摄体或者追踪该被摄体的精度下降。

同样，在日本特开2011-35765所论述的摄像设备交替地执行电荷累积时间长的测光操作和电荷累积时间短的测光操作的情况下，能够提取特征区域和无法提取特征区域的可能性均存在。因而，无法稳定地提取特征区域。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种摄像设备，包括：电荷累积单元，用于累积与入射光量相对应的电荷；控制单元，用于设置第一控制值和第二控制值，其中所述第一控制值用于使所述电荷累积单元执行第一累积并且获得第一图像数据，所述第二控制值用于使所述电荷累积单元执行第二累积并且获得第二图像数据；计算单元，用于基于所述第一图像数据和所述第二图像数据中的至少一个来计算曝光控制值；以及设置单元，用于设置操作模式，其中，所述控制单元根据所述设置单元所设置的操作模式基于经由所述电荷累积单元所进行的累积所获得的图像数据是否执行了图像识别处理，来设置所述第一控制值和所述第二控制值，以及在所述设置单元所设置的操作模式不执行所述图像识别处理的情况下，即使被摄区域的亮度恒定，所述控制单元也将所述第一控制值和所述第二控制值设置为彼此不同。

根据本发明的一个方面，提供一种曝光控制方法，包括以下步骤：累积与入射光量相对应的电荷；设置第一控制值和第二控制值，其中所述第一控制值用于执行第一累积并且获得第一图像数据，所述第二控制值用于执行第二累积并且获得第二图像数据；基于所述第一图像数据和所述第二图像数据中的至少一个来计算曝光控制值；以及设置操作模式，其中，根据所设置的操作模式基于经由电荷累积所获得的图像数据是否执行了图像识别处理，来设置所述第一控制值和所述第二控制值，以及在所设置的操作模式不执行所述图像识别处理的情况下，即使被摄区域的亮度恒定，也将所述第一控制值和所述第二控制值设置为彼此不同。

通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的典型实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发明的原理。

图1是示出用作根据本发明典型实施例的摄像设备的示例的数字静态照相机的结构的框图。

图2是示出根据本发明典型实施例的数字静态照相机的摄像处理的流程图。

图3是示出根据本发明典型实施例的数字静态照相机的AE处理的流程图。

图4是示出根据本发明典型实施例的数字静态照相机的初始累积处理的流程图。

图5是示出用于确定根据本发明典型实施例的数字静态照相机的下次累积控制值的处理的流程图。

图6A~6E示出用于确定根据本发明典型实施例的数字静态照相机的各测光区域的加权系数的方法。

图7是对根据本发明典型实施例的数字静态照相机的基于特征区域检测处理的加权系数以及基于被摄体追踪处理的加权系数进行确定所使用的加权系数确定表。

图8A~8F示出用于设置根据本发明典型实施例的数字静态照相机的像素相加范围的方法。

图9A~9E是用于确定根据本发明典型实施例的数字静态照相机的测光累积控制操作所使用的控制值的程序图。

图10A和10B示出用于合成根据本发明典型实施例的数字静态照相机的AE处理中的测光输出值的处理。

具体实施方式

以下将参考附图来详细说明本发明的各种典型实施例、特征和方面。

图1是示出用作根据本发明典型实施例的摄像设备的示例的数字静态照相机(以下简称为“照相机”)10的结构的框图。

在本典型实施例中，摄像镜头11具有自动调焦机构和变焦机构。摄像镜头11可以基于从变焦控制单元44所供给的控制信号来驱动变焦机构。另外，摄像镜头11可以基于从调焦控制单元45所供给的控制信号来驱动调焦透镜。

基于从光圈控制单元43所供给的控制信号，光圈12控制其开口大小以及入射到累积型图像传感器14上的光量。基于从快门控制单元42所供给的控制信号，使快门13打开和关闭以控制图像传感器14的曝光时间。

图像传感器14例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。基于从图像传感器控制单元41所供给的控制信号，图像传感器14针对每一像素执行光电转换并且进行与入射光量相对应的电荷累积。另外，图像传感器14将光学图像转换成电信号(图像数据)，并将该电信号输出至自动增益控制(AGC)电路15。基于从增益控制单元40所供给的控制信号，AGC电路15对从图像传感器14所供给的图像数据执行增益调整，并将该图像数据输出至模拟-数字(A/D)转换器16。A/D转换器16将AGC电路15所供给的增益调整后的图像数据从模拟数据转换成数字数据。A/D转换器16将转换得到的数字图像数据经由图像处理单元20和存储器控制单元21这两者或者仅经由存储器控制单元21而写入存储器30中。

图像处理单元20对从A/D转换器16或存储器控制单元21所供给的图像数据执行像素校正处理、颜色转换处理、自动调焦(AF)处理、自动曝光(AE)处理、预闪光(EF)处理或自动白平衡(AWB)处理等。

基于图像处理单元20的计算结果，系统控制单元50对增益控制单元40、图像传感器控制单元41、快门控制单元42、光圈控制单元43、变焦控制单元44、调焦控制单元45和闪关灯单元46进行控制。

增益控制单元40控制AGC电路15的增益。图像传感器控制单元41控制图像传感器14的累积时间和像素相加数。后面将说明该像素相加数。快门控制单元42控制快门13的打开操作和关闭操作。光圈控制单元43控制光圈12的开口大小。变焦控制单元44控制摄像镜头11的变焦操作。调焦控制单元45驱动摄像镜头11的调焦透镜并且控制焦点位置。

闪光灯单元46具有AF辅助光投射功能和闪光灯光量控制功能。

系统控制单元50例如包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)和随机存储存储器(RAM)，并且控制照相机10的整体操作。另外，系统控制单元50执行诸如被摄体追踪处理和特征区域检测处理等的图像识别处理。如稍后所述，系统控制单元50基于通过图像传感器14的累积操作所获得的图像数据来执行图像识别处理。

在被摄体追踪处理中，使用多个连续图像数据，并且从靠后图像数据中检测与利用靠前图像数据所设置的对象追踪区域相似的区域。更具体地，基于靠前图像数据的摄像画面内满足预定条件的对象追踪区域(例如，主被摄体)的亮度图案分布和颜色图案分布，系统控制单元50计算该对象追踪区域在靠后图像数据的摄像画面内的位置。这样，系统控制单元50追踪该对象追踪区域。使用该被摄体追踪处理的结果来进行AF处理和AE处理。因而，可以对运动中的被摄体连续执行AF处理和AE处理。

在特征区域检测处理中，使用图像数据来检测摄像画面内诸如人物面部区域或特定颜色区域等的满足预定条件的特征区域。该特征区域检测处理的结果也用来进行AF处理和AE处理。可以对特征区域执行适当的AF处理和AE处理。另外，可以将该特征区域检测处理的结果应用于被摄体追踪处理。即，可以通过将该特征区域检测处理所检测到的特征区域设置为对象追踪区域来执行被摄体追踪处理。

可选地，系统控制单元50可被配置为控制增益控制单元40、图像传感器控制单元41、快门控制单元42、光圈控制单元43、变焦控制单元44和调焦控制单元45中的至少一部分。可选地，可以使用与系统控制单元50中所包括的CPU不同的CPU来执行被摄体追踪处理和特征区域检测处理。

存储器30存储系统控制单元50的操作所用的常数、变量和程序等。

显示单元32是液晶显示器(LCD)等，并且根据来自系统控制单元50的指示来显示菜单画面以及与照相机10有关的各种信息。另外，根据本典型实施例的照相机10在摄像待机状态期间连续执行摄像，并将所拍摄图像显示在显示单元32上。即，照相机10对显示单元32进行控制以用作电子取景器。

操作单元60包括快门按钮。如果该快门按钮被置于半按下状态，则快门开关SW1接通。如果使该快门按钮被置于全按下状态，则快门开关SW2接通。

系统控制单元50检测快门开关SW1的接通作为摄像准备处理的开始指示。因此，系统控制单元50开始诸如AF处理和AE处理等的操作。

系统控制单元50检测快门开关SW2的接通作为实际摄像处理(记录用摄像)的开始指示。在实际摄像处理中，系统控制单元50通过根据AE处理对光圈值和快门速度(曝光时间)进行控制来对图像传感器14进行曝光。

另外，系统控制单元50将图像传感器14所获得的图像数据经由A/D转换器16和存储器控制单元21而写入存储器30中。系统控制单元50使用图像处理单元20所获得的计算结果，并对存储器30中的图像数据执行显像处理(例如，颜色插值处理)。另外，在该显像处理之后，系统控制单元50从存储器30读取图像数据并且执行记录处理。例如，在该记录处理中，系统控制单元50将图像数据以图像文件格式写入记录单元70的记录介质中。系统控制单元50根据需要对该图像数据进行编码。

例如，记录单元70包括诸如半导体存储卡等的记录介质，并且根据来自系统控制单元50的指示来与该记录介质进行数据的读取和写入。

接着，将参考图2~5的流程图来说明照相机10的操作。假定照相机10的电源接通、即照相机10处于摄像待机状态来进行以下说明。如上所述，由于照相机10在摄像待机状态下连续执行摄像，因此显示单元32用作电子取景器。以下将用作电子取景器的显示单元32所显示的所拍摄图像称为通过镜头图像。

首先，在步骤S101中，系统控制单元50判断快门开关SW1是接通还是断开。如果快门开关SW1接通(步骤S101中为“是”)，则该操作进入步骤S102。

接着，在步骤S102中，系统控制单元50使图像处理单元20对通过镜头图像的图像数据执行AE处理用的图像处理。后面将参考图3来说明该AE处理的详情。

接着，在步骤S103中，系统控制单元50通过使用通过镜头图像的图像数据来执行已知的对比度方法的AF处理。系统控制单元50使图像处理单元20根据通过镜头图像的图像数据来计算AF评价值，使调焦控制单元45对摄像镜头11的调焦透镜进行驱动，并且搜索调焦透镜位置从而获得最大AF评价值。接着，调焦控制单元45将调焦透镜驱动至获得了最大AF评价值的位置。

在步骤S104中，系统控制单元50判断快门开关SW2是接通还是断开。如果快门开关SW2断开(步骤S104中为“否”)，则该操作进入步骤S105。在步骤S105中，系统控制单元50检查快门开关SW1的状态。如果快门开关SW1保持接通(步骤S105中为“是”)，则该操作返回至步骤S102。否则(步骤S105中为“否”)，该操作返回至步骤S101。

在步骤S104中，如果系统控制单元50判断为快门开关SW2接通，则该操作进入步骤S106。在步骤S106中，系统控制单元50基于步骤S102的AE处理所计算出的曝光控制值来执行上述实际摄像。

图3是示出图2的步骤S102中所执行的AE处理的详情的流程图。

首先，在步骤S201中，系统控制单元50判断电源是否刚启动。如果的确如此(步骤S201中为“是”)，则该操作进入步骤S250。否则(步骤S201中为“否”)，该操作进入步骤S202。

在步骤S250中，系统控制单元50执行初始累积处理。以下将参考图4的流程图和图9A~9E来说明该初始累积处理。

在步骤S301中，系统控制单元50执行测光累积控制(初始第一次)。当执行初始累积处理的第一次累积(摄像)操作时，系统控制单元50对累积时间(Tv0)和像素相加数(Kv0)进行设置，以使得与照相机10所需的测光范围的中心亮度相对应的输出是图像传感器14的动态范围(最小输出值~最大输出值)的中间值。例如，在本典型实施例中，所需的测光范围约为-5~+15(Bv值)。因而，系统控制单元50对累积时间和像素相加数进行设置，以使得与亮度Bv5相对应的输出是图像传感器14的动态范围的中间值。尽管后面将详细说明像素相加数，但与改变曝光量的情况相同，通过改变该像素相加数可以改变图像传感器14执行累积时所获得的图像数据。因而，在下文，曝光量的改变涵盖了像素相加数的改变。

在假定累积处理期间所设置的光圈始终开放的情况下来对本典型实施例进行说明。然而，可以根据预定的程序图来对光圈进行设置。

系统控制单元50基于所设置的累计时间来执行测光累积(摄像)。当经过了所设置的累积时间时，系统控制单元50使图像处理单元20针对通过分割获得的所拍摄图像所获得的各个测光区域计算与亮度有关的测光输出值Y。尽管将参考图8A~8F来说明这些测光区域的详情，但在本典型实施例中，将图像分割成4行×6列的总共24个测光区域。测光区域的数量并非必须局限于上述数量。另外，可以将所拍摄图像分割成垂直方向或水平方向上并非等间隔排列的形状不规则的测光区域。

在步骤S302中，系统控制单元50按照如下，基于图像处理单元20所计算出的针对每一测光区域的测光输出值Y以及加权系数k，来计算加权平均值Yw。

Yw=∑Yij×kij/∑kij

在上述表达式中，字母i和j表示测光区域的位置。在本典型实施例中，由于测光区域排列成4行×6列，因此位置i的范围为0~5并且位置j的范围为0~3。

上述所使用的加权系数k是通过与步骤S260中用于确定下次累积控制值的处理相同的方式所确定的。因而，后面将说明加权系数k。

另外，系统控制单元50基于差ΔY来判断是否执行第二次初始累积处理。

ΔY=log2(Yw/Ttarget)

在该表达式中，目标亮度值Ytarget是加权平均值Yw的目标值。系统控制单元50对曝光控制值进行设置，以使得加权平均值Yw近似为目标亮度值Ytarget。

如果差ΔY在预定范围内(例如，在±3.0级内)，则系统控制单元50使用以下表达式来计算下次测光累积时的控制值P0，且不执行第二次初始累积处理，并且该操作进入步骤S202。第一次初始控制值P0是与步骤S301中所设置的累积时间(Tv0)和像素相加数(Kv0)相对应的值。后面将详细说明控制值P。

在-3.0≤ΔY≤+3.0的情况下，

P0(下次)=P0(初始第一次)+ΔY

P0(下次)是步骤S206中所使用的控制值，而不是第二次初始累积(摄像)所使用的值。

如果差ΔY在预定范围外(例如，在±3.0级外)，则系统控制单元50计算使曝光量改变预定量(例如，±6级)的第二次初始控制值P0，并且确定执行第二次初始累积(摄像)。

即，在-3.0>ΔY的情况下，

P0(初始第二次)=P0(初始第一次)-6

ΔY>3.0的情况

P0(初始第二次)=P0(初始第一次)+6

如果系统控制单元50执行第二次初始累积(摄像)操作(步骤S303中为“是”)，则该操作进入步骤S 304。否则(步骤S303中为“否”)，系统控制单元50结束该初始累积处理并且该操作进入步骤S202。

在步骤S304中，系统控制单元50基于图9A的程序图以及针对第二次初始测光累积控制所设置的控制值P0(初始第二次)来确定累积时间(Tv0)和像素相加数(Kv0)。如图9A所示，当-3.0>ΔY时，累积时间(Tv0)是1/100秒并且像素相加数(Kv0)为16。当ΔY>3.0时，累积时间(Tv0)是1/25600秒并且像素相加数(Kv0)为0(不进行像素相加)。

接着，在步骤S305中，在获取到图像数据并且如步骤S302那样计算出差ΔY之后，系统控制单元50按照如下来计算下次测光累积时的控制值P0。

在-3.0≤ΔY≤+3.0的情况下，

P0(下次)=P0(初始第二次)+ΔY

在ΔY在±3.0级外的情况下，曝光量改变了±3。

即，在-3.0>ΔY的情况下，

P0(下次)=P0(初始第二次)-3

在ΔY>3.0的情况下，

P0(下次)=P0(初始第二次)+3

在设置了下次测光累积时的控制值之后，系统控制单元50结束该初始累积处理，并且该操作进入图3的步骤S202。

在步骤S202中，系统控制单元50判断后面所述的步骤S406中所设置的合成条件是否为ON。如果该合成条件为ON(步骤S202中为“是”)，则该操作进入步骤S203。否则(步骤S202中为“否”)，该操作进入步骤S206。对于初始累积的结果，在步骤S406中判断是否执行合成处理之前，在步骤S202中进行上述判断。因而，在该初始累积之后，在假定合成条件为off的情况下，系统控制单元50继续进行处理。可选地，系统控制单元50可被配置成在该初始累积之后跳过步骤S202。在这种情况下，该操作直接进入步骤S206。

接着，在步骤S203中，系统控制单元50判断是否利用控制值P1执行了前次累积控制操作。如果的确如此(步骤S203中为“是”)，则该操作进入步骤S204。否则(步骤S203中为“否”)，该操作进入步骤S205。如稍后所述，控制值P1和P2表示与控制值P0的曝光量不同的曝光量。后面将说明这些控制值P1和P2。

在步骤S204中，基于控制值P2，系统控制单元50确定累积时间(Tv2)和像素相加数(Kv2)，并且执行测光累积处理。在该累积之后，系统控制单元50将所拍摄图像分割成多个测光区域并且计算针对每一测光区域的测光输出值Y。

在步骤S205中，基于控制值P1，系统控制单元50确定累积时间(Tv1)和像素相加数(Kv1)，并且执行测光累积处理。在该累积之后，系统控制单元50将所拍摄图像分割成多个测光区域并且计算针对每一测光区域的测光输出值Y。

在步骤S206中，基于控制值P0，系统控制单元50确定累积时间(Tv0)和像素相加数(Kv0)，并且执行测光累积处理。在该累积之后，系统控制单元50将所拍摄图像分割成多个测光区域并且计算针对每一测光区域的测光输出值Y。该控制值P0对应于针对初始累积所计算出的控制值P0(下次)。

接着，在步骤S207中，系统控制单元50在对步骤S204~S206之间的两个不同步骤中先前计算出的测光输出值Y和新计算出的测光输出值Y进行调整之后，执行合成处理。即，系统控制单元50计算用于使各测光区域的测光范围扩大的测光输出值Y。后面将参考图10A和10B来详细说明该合成处理。

接着，在步骤S260中，系统控制单元50执行用于确定下次累积控制值的处理。

将参考图5的流程图以及图6A~6E和图7来说明用于确定下次累积控制值的处理。图6A~6E示出用于确定各测光区域的加权系数的方法。图7示出对基于特征区域检测处理的加权系数以及基于被摄体追踪处理的加权系数进行确定所使用的加权系数确定表。

图6A示出拍摄人物时所获得的图像数据。图6B示出将图6A的图像数据中的各个测光区域与步骤S206或S207中所计算出的测光输出值Y相关联的示例。

首先，在步骤S401中，系统控制单元50判断是否设置了使用特征区域检测功能的摄像模式。如果设置了使用特征区域检测功能的摄像模式(步骤S401中为“是”)，则该操作进入步骤S402。否则(步骤S401中为“否”)，该操作进入步骤S403。

在步骤S402中，系统控制单元50执行特征区域检测处理。在图6C的例子中，系统控制单元50将肤色区域(与人物的面部区域相对应的区域)检测为特征区域，并且以检测框110来显示所检测到的特征区域。特征区域检测方法和检测对象不限于上述示例。例如，系统控制单元50可以将宠物的面部、指定被摄体或指定颜色等检测为特征区域。

在图6C中，将图6A的图像数据中的各测光区域与基于特征区域检测处理所确定的加权系数相关联。这些加权系数基于图7的加权系数确定表。将特征区域较大的测光区域与较大的加权系数相关联。

接着，在步骤S403中，系统控制单元50判断是否设置了使用被摄体追踪功能的摄像模式。如果设置了使用被摄体追踪功能的摄像模式(步骤S403中为“是”)，则该操作进入步骤S404。否则(步骤S403中为“否”)，该操作进入步骤S405。

可以根据摄像模式来设置特征区域检测功能和被摄体追踪功能。可选地，可以将这些功能设置为独立的操作模式。可选地，用户可以使用操作单元60来使系统控制单元50设置摄像模式或操作模式。此外，可选地，系统控制单元50可以检查所拍摄场景并且自动设置最佳的摄像模式或操作模式。

接着，在步骤S404中，系统控制单元50执行被摄体追踪处理。在图6D的例子中，系统控制单元50通过使用步骤S402中所检测到的肤色区域作为对象追踪区域来执行被摄体追踪。以对象追踪框120来显示该对象追踪区域。

如果选择了没有使用这种特征区域检测功能的摄像模式，则用户可以使用操作单元60并且指定区域。这样，系统控制单元50通过使用所指定区域作为对象追踪区域来执行被摄体追踪。可选地，如果选择了不使用这种特征区域检测功能的摄像模式，则系统控制单元50可以通过使用基于AF处理的结果所确定的区域作为对象追踪区域来执行被摄体追踪。

在图6D中，将图6A的图像数据中的各测光区域与基于被摄体追踪处理所确定的加权系数相关联。这些加权系数基于图7的加权系数确定表。将对象追踪区域较大的测光区域与较大的加权系数相关联。

在本典型实施例中，还使用步骤S402中所检测到的特征区域作为对象追踪区域。因而，在图6C和6D中，将相同的测光区域与较大的加权系数相关联。

在图7所示的加权系数确定表中，在测光区域所占的百分比相同的情况下，关于基于特征区域检测处理的加权系数以及基于被摄体追踪处理的加权系数，分配相同的值。然而，也可以分配不同的值。另外，在图7所示的加权系数确定表中，对测光区域在图像数据中所占的百分比进行6分割。然而，本发明不限于该例子。可以对测光区域在图像数据中所占的百分比进行任意分割，即该分割数可以小于6或者大于6。另外，关于基于特征区域检测处理的加权系数以及基于被摄体追踪处理的加权系数，可以使用分割数不同的百分比等级。

接着，在步骤S405中，系统控制单元50确定如下的加权系数k，其中该加权系数k用于确定测光累积时的控制值以及是否执行合成处理。

图6E示出各测光区域的加权系数k。在图6E中，对于各测光区域，将加权系数k的初始值设置为5，并且将基于特征区域检测处理的加权系数以及基于被摄体追踪处理的加权系数与初始值5进行相加。

如果摄像模式使用特征区域检测功能和被摄体追踪功能中的任一个，则各测光区域的加权系数k是初始值与基于特征区域检测处理的加权系数或者基于被摄体追踪处理的加权系数的相加值。如果摄像模式不使用这两个功能，则将各测光区域的加权系数k设置为恒定，换言之设置为初始值5。

用于确定各加权系数k的方法不限于上述方法。例如，可以由相对比(relative ratio)来表示加权系数。在这种情况下，基于特征区域检测处理的加权系数可以与基于被摄体追踪处理的加权系数进行相乘，不是相加在一起。另外，各加权系数k的初始值不限于5。例如，该初始值可以根据照相机10的摄像模式、测光模式或所拍摄场景而改变。另外，如果摄像模式使用特征区域检测功能和被摄体追踪处理功能这两者，则特征区域和对象追踪区域是同一区域的可能性高。在这种情况下，如果将基于各处理的加权系数相加在一起，则测光区域中的一部分测光区域与其它测光区域相比、可以与非常大的加权系数k相关联。因此，如果摄像模式使用特征区域检测功能和被摄体追踪处理功能这两者，则可以仅使用基于这些处理中的任一个的加权系数来确定加权系数k。可选地，可以对加权系数设置最大值。

在步骤S406中，系统控制单元50基于针对每一测光区域的测光输出值Y和加权系数k来计算加权平均值Yw，并且确定下次累积控制值。

另外，基于加权平均值Yw，系统控制单元50确定如下的合成条件，其中该合成条件用于判断在下一AE处理中是否对测光输出值进行合成。后面将详细说明用于判断是否执行合成处理的方法。然后，系统控制单元50结束步骤S260中用于确定下次累积控制值的处理。

接着，在步骤S208中，系统控制单元50基于步骤S206或S207中所计算出的针对每一测光区域的测光输出值Y以及曝光控制值用的加权系数k'来计算加权平均值Yw'。基于根据加权平均值Yw'、累计时间和像素相加数所获得的被摄体亮度值，系统控制单元50计算摄像期间的曝光控制值(快门速度、光圈值和灵敏度等)。由于用于确定曝光控制值的方法并未与本发明直接相关并且可以使用任意方法，因此将省略针对该方法的详细说明。

曝光控制用的加权系数k'是如下的系数，其中该系数用于根据照相机10的摄像模式、测光模式和所拍摄场景等来改变各测光区域的测光输出值的权重。例如，如果测光模式是中央重点测光模式，则将图像的中央测光区域的加权系数设置为大于该图像的周边测光区域的加权系数。如果照相机10具有特征区域检测功能，则在使用该特征区域检测功能的摄像模式中，将与特征区域相对应的测光区域的加权系数设置为大于其它测光区域的加权系数。如果照相机10具有用于基于被摄区域状况来自动判断所拍摄场景的类型的功能，则对各测光区域设置最适合于所判断出的场景的加权系数。由于曝光控制用的加权系数k'并未与本发明直接相关，因此将省略对其的进一步说明。

接着，将参考图8A~8F来说明用于计算像素相加数和测光输出值Y的方法。

根据本典型实施例的照相机10的图像传感器14包括原色滤波器，并且各像素具有与红色(R)、绿色(G)或蓝色(B)相对应的分光特性。为了便于说明和理解，将在假定图像传感器14具有96列×64行的像素的情况下进行以下说明。

图8A示意性示出如下的图像数据，其中该图像数据已由图像传感器控制单元41所控制的图像传感器14所读取并且经由A/D转换器16和存储器控制单元21而写入存储器30中。

在图8B的例子中，将由有96列×64行的像素所形成的图像分割成6列×4行的24个测光区域200。图像传感器的一个测光区域200内具有16×16个像素。

图8C是一个测光区域200的放大图。图8C示出当图像传感器14包括拜尔(Bayer)阵列的滤色器时的像素阵列。然而，本发明不限于该滤色器阵列。作为代替，可以使用其它的像素阵列。

图像传感器控制单元41设置用于对相同颜色像素的输出(像素信号)进行相加的图像传感器(或图像)范围。例如，图8D~8F示出如下例子：在图8C的测光区域内分别设置像素相加范围(4×4个像素)210、像素相加范围(8×8个像素)220和像素相加范围(16×16个像素)230。即，像素相加数表示对像素信号进行相加的像素数。

在像素相加范围210~230内，将采用2×2个滤色器的单位阵列(R、G1、B和G2)的各颜色的像素信号分别相加4次、16次和64次。这样，针对各相加范围获得R、G1、B和G2的一组相加值。

接着，将对用于在相同被摄区域(相同场景)的情况下从图像传感器14获得相同输出的累积时间进行检查。假定没有将像素信号相加在一起时的累积时间为1，则设置像素相加范围210~230时的累积时间分别减小为1/4倍、1/16倍和1/64倍。即，通过增加像素相加数(通过设置较宽的像素相加范围)，可以防止低亮度情况下累积时间的延长。

接着，在测光区域内针对各个R、G(G1和G2)和B计算平均值。例如，基于以下表达式来计算测光输出值Y。

Y=0.299×R+0.587×G+0.114×B

这样，与相加范围无关地，通过针对各测光区域计算一个测光输出值Y，可以执行后面要说明的合成处理。可选地，代替针对各测光区域计算一个测光输出值Y，可以针对各相加范围计算一个测光输出值Y，或者可以使用测光输出值Y作为相加范围内的像素的输出值。

接着，将参考图9A来说明用于控制累积时间和像素相加数的方法。

图9A是相对于被摄区域的Bv值、横轴表示累积时间且纵轴表示像素相加数的程序图。

在图9A中，通过将累积时间(Tv)与像素相加数(Kv)进行相加来获得值(Tv+Kv)并将该值定义为控制值P。使用控制值P来经由图像传感器14所进行的累积而获得图像数据。该相加是基于APEX值所执行的，而并非基于实际累积时间(例如，1/100秒)或实际像素相加数(例如，16)来执行。预先确定特定累积时间Tv(APEX)和特定像素相加数Kv(APEX)，从而满足P(APEX)=Tv(APEX)+Kv(APEX)。例如，“数字静态照相机用可交换图像文件格式：Exif版本2.1”的“附录C”论述了APEX单位。

如果确定了控制值P，则基于图9A~9E的程序图来确定累积时间Tv和像素相加数Kv。

如果亮度低，即如果Bv值小，则获得曝光量所需的累积时间延长。如果所需的累积时间超过预定累积时间(在图9A~9E中，长于1/100秒)，则系统控制单元50使像素相加数增加，以补偿在预定累积时间内执行摄像的情况下的不足曝光量。仅在即使像素相加数增加为最大数量(在图9A~9E中为64个像素)也无法补偿不足曝光量的情况下，系统控制单元50将累积时间设置为超过该预定累积时间(长于1/100秒)。

如果亮度高，即如果在预定累积时间内可以获得曝光量，则不执行像素相加。在本典型实施例中，将1/100秒设置为预定累积时间。然而，可以将不同的时间段设置为预定累积时间。另外，例如，可以根据照相机10的摄像模式来对不同的累积时间进行设置。

接着，将参考图9A~9E和图10A和10B来说明测光输出值Y的合成处理。

如上所述，通常，所需的测光范围约为-5~+15(Bv值)。即，动态范围大约包括20级。然而，根据本典型实施例的图像传感器14的动态范围(在一次累积期间可以进行测光的亮度范围)小于20级。

因此，在本典型实施例中，通过在改变曝光量的情况下交替重复执行累积控制，可以使测光范围(换言之图像传感器14的动态范围)扩大。

在执行被摄体追踪处理和特征区域检测处理中的至少一个的情况下，为了精确地执行被摄体追踪处理或特征区域检测处理，期望在各测光累积期间在图像传感器14的动态范围内获取到对象追踪区域或特征区域。如果在图像传感器14的动态范围内无法获取到对象追踪区域或特征区域，则该对象追踪区域或该特征区域的图像由于过度曝光或曝光不足而劣化。

因而，在本典型实施例中，首先，系统控制单元50判断是否设置了使用被摄体追踪功能和特征区域检测功能中的至少一个的摄像模式。接着，根据该判断结果，系统控制单元50使得用于通过图像传感器14的累积来获得图像数据的控制值变化量进行改变。即，根据摄像模式，系统控制单元50改变图像传感器14的动态范围的扩大幅度。

系统控制单元50将控制值P0设置为测光累积的基准，以使得与测光输出值的加权平均值Yw相对应的输出是图像传感器14的动态范围的中央(即，当基于该控制值来执行曝光时可以获得图像传感器的输出值的中间值)。

如果使用控制值P1和P2，则曝光量相对于控制值P0的曝光量偏移了预定值。例如，如果系统控制单元50判断为设置了既不使用被摄体追踪功能也不使用特征区域检测功能的摄像模式(以下称为D范围扩大优先模式)，则系统控制单元50对控制值P1和P2进行设置，从而使曝光量相对于控制值P0的曝光量偏移了+3级和-3级。

作为对比，如果系统控制单元50判断为设置了使用被摄体追踪功能和特征区域检测功能中的至少一个的摄像模式(以下称为功能优先模式)，则系统控制单元50对控制值P1和P2进行设置，从而使曝光量相对于控制值P0的曝光量偏移了+2级和-2级。即，与D范围扩大优先模式相比，在功能优先模式下，控制值P1和P2之间的曝光量的差较小。

图9B是D范围扩大优先模式下的控制值P0和P1所用的程序图，并且图9C是D范围扩大优先模式下的控制值P2所用的程序图。

图9B和9C中的点P0~P2表示被摄区域的Bv值为5时的控制值。控制值P0表示累积时间1/400秒，并且不进行像素相加。另一方面，控制值P1和P2这两者表示相同的累积时间1/3200秒，并且分别表示无像素相加数以及进行64个像素的相加。

图9D是功能优先模式下的控制值P0和P1所用的程序图，并且图9E是功能优先模式下的控制值P2所用的程序图。

图9D和9E中的点P0、P1和P2表示被摄区域的Bv值为5时的控制值。控制值P0表示累积时间1/400秒，并且不进行像素相加。另一方面，控制值P1和P2这两者表示相同的累积时间1/1600秒，并且分别表示无像素相加数以及进行16个像素的相加。

图10A和10B示出当基于控制值P0、P1和P2执行摄像时图像传感器14可以执行测光的可测光范围(即，可以进行测光的亮度范围)。利用被摄区域内的Bv值来示出这些测光范围。图10A和10B各自还示出如下的Y合成值，其中该Y合成值可以通过在对基于控制值P1和P2所获得的各测光区域的测光输出值Y的水平进行调整之后执行合成处理来获得。

如果使用控制值P1的累积控制(第一累积)和使用控制值P2的累积控制(第二累积)之间被摄区域的亮度改变以及控制值P0改变，则在执行水平调整时反映该变化量。

基于阈值TH_DR_HI和TH_DR_LO来执行水平调整。阈值TH_DR_HI与基于控制值P2的可测光范围内的上限Bv值相对应，并且阈值TH_DR_LO与基于控制值P1的可测光范围内的下限Bv值相对应。

执行水平调整，以使得针对同一Bv值获得同一测光输出值。例如，对基于控制值P2执行累积控制时所获得的测光输出值进行校正，以与基于控制值P1执行累积控制时所获得的测光输出值相匹配。更具体地，如果基于控制值P1没有执行像素相加并且基于控制值P2来执行16个像素的相加，则将基于控制值P2执行累积控制时所获得的测光输出值校正为1/16。这样，可以维持测光输出值和Bv值之间的关系在合成之后的测光范围内的连续性。

在测光输出值的水平调整之后，系统控制单元50按照如下执行合成处理。如果从基于控制值P1进行拍摄得到的图像所获得的测光输出值Y大于阈值TH_DR_HI，则使用该值作为合成之后的值。如果从基于控制值P2进行拍摄得到的图像所获得的测光输出值Y小于阈值TH_DR_LO，则使用该值作为合成之后的值。如果从基于控制值P1进行拍摄得到的图像所获得的测光输出值Y以及从基于控制值P2进行拍摄得到的图像所获得的测光输出值Y这两者都大于阈值TH_DR_LO且小于阈值TH_DR_HI，则使用基于新拍摄图像的测光输出值Y作为合成之后的值。这是因为：基于新拍摄图像的测光输出值Y更加精确地反映了当前被摄区域的亮度。根据上述方法，存在如下情况：可以仅利用从基于控制值P1进行拍摄得到的图像所获得的测光输出值Y以及从基于控制值P2进行拍摄得到的图像所获得的测光输出值Y的其中一个来获得最终的测光输出值。

与基于控制值P0的可测光范围相比，上述处理可以使可测光范围在D范围扩大优先模式下扩大了约6级(±3级)并且在功能优先模式下扩大了约4级(±2级)。

换言之，基于控制值P1的可测光范围与基于控制值P2的可测光范围之间的重叠范围在D范围扩大优先模式下可被设置为约2级并且在功能优先模式下可被设置为约4级。

如上所述，当使用控制值P0时，将与通过增大特征区域或对象追踪区域的加权系数k所计算出的加权平均值Yw相对应的输出设置为图像传感器14的动态范围的中央。即，将与特征区域或对象追踪区域相对应的输出设置为基于控制值P0的可测光范围的大约中央。

在功能优先模式下，基于控制值P1的可测光范围的下限值与基于控制值P0的可测光范围的中央相差了-2级。作为对比，基于控制值P2的可测光范围的上限值与基于控制值P0的可测光范围的中央相差了+2级。因而，相对于基于控制值P0的可测光范围的中央的±2级内的测光输出值落入基于控制值P1和P2控制的可测光范围内。因此，特征区域和对象追踪区域的测光输出值这两者落入该可测光范围内的可能性高。

即，与D范围扩大优先模式相比，将功能优先模式下基于控制值P1的可测光范围与基于控制值P2的可测光范围之间的重叠范围设置得较大。结果，可以降低特征区域或对象追踪区域落在可测光范围外的几率。

因而，无论照相机10是通过使用控制值P1还是通过使用P2来拍摄图像，照相机10都可以精确且适当地执行特征区域检测处理和被摄体追踪处理。

在D范围扩大优先模式和功能优先模式的每一个中，控制值P1和P2的曝光量的差不限于上述级数。例如，为了进一步扩大D范围扩大优先模式下的动态范围，可以以不存在重叠范围的方式将基于控制值P1的可测光范围的下限Bv值设置为与基于控制值P2的可测光范围的上限Bv值相等。

可选地，除控制值P1和P2以外，可以设置多个控制值Pn。通过针对各测光区域执行水平调整并且执行合成处理，可以扩大可测光范围。同样，在这种情况下，可以如上所述改变连续的控制值的曝光量。在本典型实施例中，由于控制值P1和P2由APEX单位来表示，因此改变控制值P1和P2之间的差以使可测光范围的扩大幅度改变。然而，如果控制值并未由APEX单位来表示，则可以改变控制值P1与控制值P2的比值以使可测光范围的扩大幅度改变。

另外，在图7中，对基于控制值P1和P2所获得的各测光区域的测光输出值Y执行合成处理。然而，这同样适用于对基于控制值P1或P2所获得的测光输出值Y以及基于控制值P0所获得的测光输出值Y执行合成处理的情况。

接着，将说明步骤S406中用于判断是否执行合成处理的方法。

在步骤S406中，基于测光结果，系统控制单元50判断在下次测光累积时是否执行合成处理。如果系统控制单元50判断为下次测光累积时执行合成处理，则系统控制单元50将合成条件设置为ON。否则，系统控制单元50将合成条件设置为OFF。

系统控制单元50对步骤S206或S207中所计算出的针对每一测光区域的测光输出值Y以及步骤S405中所确定的加权系数k的加权平均值Yw进行计算。接着，系统控制单元50按照如下计算与目标亮度值Ytarget和加权平均值Yw之间的差相对应的级差ΔY。

ΔY=log2(Yw/Ytarget)

如果ΔY在±3.0级内，则由于考虑到在被摄区域内并未发生大的亮度变化，因此系统控制单元50按照如下设置下次摄像参数，以在下次测光累积时执行合成处理。

在-3.0≤ΔY≤+3.0的情况下，

P0(下次)=P0(前次)+ΔY

P1(下次)=P0(下次)+3(D范围扩大优先模式下)

P2(下次)=P0(下次)-3(D范围扩大优先模式下)

P1(下次)=P0(下次)+2(功能优先模式下)

P2(下次)=P0(下次)-2(功能优先模式下)

下次合成条件：ON

根据所设置的摄像模式来确定控制值P1或P2。即，即使被摄区域的亮度恒定(ΔY=0)，对于前次的控制值和下次的控制值，系统控制单元50也使用不同的值。

另一方面，如果ΔY不在±3.0级内，则由于考虑到在被摄区域内发生大的亮度变化，因此系统控制单元50针对下次测光累积不执行合成处理。即，系统控制单元50按照如下对基于控制值P0执行摄像所用的下次摄像参数进行设置。

在(-3.0>ΔY)的情况下，

P0(下次)=P0(前次)-3

下次合成条件：OFF

在(ΔY>3.0)的情况下，

P0(下次)=P0(前次)+3

下次合成条件：OFF

如上所述，根据本典型实施例，与通过基于一次摄像操作执行测光的情况相比，可以通过基于使用不同曝光量的多次摄像操作执行测光来扩大可测光范围。另外，在诸如被摄体追踪处理或特征区域检测处理等的、使用图像数据并检测满足预定条件的区域的摄像模式中，通过缩小可测光范围的扩大幅度，可以扩大可测光范围并且可以适当地执行各种处理。

尽管已基于典型实施例说明了本发明，但本发明不限于此。可以在本发明的主旨内进行各种改变和修改。

例如，在假定用于对记录图像执行摄像的图像传感器执行测光的情况下说明了上述典型实施例，并且本发明适用于如下情况：与用于对记录图像执行摄像的图像传感器分开配置的累积型图像传感器执行测光。

另外，在上述典型实施例中，利用不同的确定方法来确定曝光控制值用的加权系数k'以及对测光累积控制值和是否执行合成处理进行确定所使用的加权系数k。然而，可以使用相同的加权系数。

另外，可以根据摄像模式来将用于确定测光累积控制值以及是否执行合成处理的加权系数k设置为预定值。

此外，步骤S250中用于确定加权系数k的方法与步骤S260中用于确定加权系数k的方法可以不同。

此外，代替在控制值P1和P2之间改变像素相加数，可以通过改变曝光时间来改变可进行测光的亮度范围。可选地，可以通过在控制值P1和P2之间改变像素相加数和曝光时间的组合来改变可进行测光的亮度范围。

另外，代替通过增大特征区域或对象追踪区域的加权系数k所计算出的加权平均值Yw，可以基于特征区域或对象追踪区域的测光输出值来设置控制值P0。

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，以包含所有修改、等同结构和功能。

Claims (12)

1.一种摄像设备，包括：

电荷累积单元，用于累积与入射光量相对应的电荷；

控制单元，用于设置第一控制值和第二控制值，其中所述第一控制值用于使所述电荷累积单元执行第一累积并且获得第一图像数据，所述第二控制值用于使所述电荷累积单元执行第二累积并且获得第二图像数据；

计算单元，用于基于所述第一图像数据和所述第二图像数据中的至少一个来计算曝光控制值；以及

设置单元，用于设置操作模式，

其中，所述控制单元根据所述设置单元所设置的操作模式是否基于经由所述电荷累积单元所进行的累积所获得的图像数据执行图像识别处理，来设置所述第一控制值和所述第二控制值，以及

在所述设置单元所设置的操作模式不执行所述图像识别处理的情况下，即使被摄区域的亮度恒定，所述控制单元也将所述第一控制值和所述第二控制值设置为彼此不同。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

所述控制单元对所述第一控制值和所述第二控制值进行设置，以使得与所述设置单元所设置的操作模式不执行所述图像识别处理并且所述被摄区域的亮度恒定的情况相比，在所述设置单元所设置的操作模式执行所述图像识别处理并且所述被摄区域的亮度恒定的情况下，所述第一控制值和所述第二控制值的差较小。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

所述控制单元对所述第一控制值和所述第二控制值进行设置，以使得与所述设置单元所设置的操作模式不执行所述图像识别处理并且所述被摄区域的亮度恒定的情况相比，在所述设置单元所设置的操作模式执行所述图像识别处理并且所述被摄区域的亮度恒定的情况下，所述第一控制值和所述第二控制值的比值较小。

4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

在所述设置单元所设置的操作模式执行所述图像识别处理并且所述被摄区域的亮度恒定的情况下，所述控制单元对所述第一控制值和所述第二控制值进行设置，以使得在利用所述第一图像数据能够进行测光的亮度范围与利用所述第二图像数据能够进行测光的亮度范围之间存在重叠范围。

5.根据权利要求4所述的摄像设备，其特征在于，

所述控制单元对所述第一控制值和所述第二控制值进行设置，以使得与所述设置单元所设置的操作模式不执行所述图像识别处理并且所述被摄区域的亮度恒定的情况相比，在所述设置单元所设置的操作模式执行所述图像识别处理并且所述被摄区域的亮度恒定的情况下，利用所述第一图像数据能够进行测光的亮度范围与利用所述第二图像数据能够进行测光的亮度范围之间所存在的重叠范围较宽。

6.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括：

摄像单元，用于执行摄像，

其中，所述计算单元基于所述第一图像数据和所述第二图像数据中的至少一个来计算所述摄像单元所进行的摄像所使用的曝光控制值。

7.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

所述控制单元根据所述设置单元所设置的操作模式是否基于所述第一图像数据或所述第二图像数据执行特征区域检测处理，来设置所述第一控制值和所述第二控制值。

8.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

所述控制单元根据所述设置单元所设置的操作模式是否基于所述第一图像数据或所述第二图像数据执行追踪处理，来设置所述第一控制值和所述第二控制值。

9.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

所述第一控制值和所述第二控制值是与所述电荷累积单元的曝光量相对应的值。

10.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

所述第一控制值和所述第二控制值是与所述电荷累积单元的累积时间相对应的值。

11.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，

所述电荷累积单元包括多个像素，并且从各个像素中获得像素信号，以及

所述第一控制值和所述第二控制值是与对像素信号进行相加的像素数相对应的值。

12.一种曝光控制方法，包括以下步骤：

累积与入射光量相对应的电荷；

设置第一控制值和第二控制值，其中所述第一控制值用于执行第一累积并且获得第一图像数据，所述第二控制值用于执行第二累积并且获得第二图像数据；

基于所述第一图像数据和所述第二图像数据中的至少一个来计算曝光控制值；以及

设置操作模式，

其中，根据所设置的操作模式是否基于经由电荷累积所获得的图像数据执行图像识别处理，来设置所述第一控制值和所述第二控制值，以及

在所设置的操作模式不执行所述图像识别处理的情况下，即使被摄区域的亮度恒定，也将所述第一控制值和所述第二控制值设置为彼此不同。

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