CN104380710B - 闪烁减少装置、拍摄装置以及闪烁减少方法 - Google Patents

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Abstract

闪烁减少装置(200)包括：线积分值获取部(210)，其针对每一图像，根据在构成图像的多条水平线的一部分的各条水平线中包含的像素值，获取各条水平线的线积分值；离散傅立叶变换部(230)，其在最新的图像以及最新之前获得的多个图像之间，对由各图像中的线积分值构成的线积分值串执行离散傅立叶变换；直线近似部(250)，其基于由离散傅立叶变换获得的相位信息来求出近似直线，并根据近似直线来提取闪烁的信息；闪烁系数计算部(260)，其基于闪烁的信息来计算出闪烁系数；以及校正运算部(270)，其使用闪烁系数，对图像信号执行闪烁减少处理。

Description

闪烁减少装置、拍摄装置以及闪烁减少方法
技术领域
本申请涉及一种从拍摄图像的图像信号中减少由于照明的闪烁而引起在拍摄图像中呈明暗地产生的闪烁的技术，特别涉及一种从拍摄图像的图像信号中除去或减少在使用通过CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等中的线曝光进行拍摄的拍摄元件的情况下所产生的闪烁的技术。
背景技术
在使用荧光灯(非逆变器的荧光灯)照射的环境下进行摄像机拍摄的情况下，由于荧光灯的交流电源频率(50Hz或60Hz)的缘故，亮度信号变化，因此，在拍摄图像中会产生明暗。该现象一般被称为闪烁。在减少闪烁的技术领域中，为人所知的有例如专利文献1。
在专利文献1公开的拍摄装置中，将对帧内的每一条水平线的像素值进行积分而获得的线积分值以相当于闪烁周期和帧周期的最大公约数的帧数保存在存储器中。在多个帧之间，基于所对应的水平线的线积分值的平均值将线积分值归一化。从该归一化的线积分值中解析闪烁。
图6表示设置在以往的拍摄装置中的闪烁减少部(闪烁减少单元)的主要结构。专利文献1中所公开的拍摄装置的闪烁减少部的结构能够通过图6来说明。
在图6中，线积分部11针对输入到闪烁减少部1的图像信号，按照每一条线求出一条水平线的图像信号的线积分值。抽样部12从由线积分部11输出的线积分值提取与规定的线对应的线积分值。线积分值存储器13将从抽样部12提取的线积分值保存在规定帧(或场)数之间。以下，以线积分值存储器13针对规定帧之间保存线积分值的情况进行说明。
差分计算部51求出从抽样部12输出的第一线积分值和从线积分值存储器13读出的第二线积分值的差分(帧间差分)。第二线积分值是保存在线积分值存储器13中的前一个帧内的位于与获得了第一线积分值的水平线相同的坐标的水平线的线积分值。
平均值计算部52使用第一线积分值和作为在最新之前获得的多个帧的线积分值，并且位于与获得了第一线积分值的水平线相同坐标的水平线的线累计值，求出线积分值的平均值。归一化部53通过将利用差分计算部51获得的帧间差分除以由平均值计算部52获得的线积分值的平均值，从而计算出将帧间差分归一化的归一化差分值。
线间DFT部(离散傅立叶变换器)54对由归一化部53获得的归一化差分值执行离散傅立叶变换。闪烁系数部17根据由线间DFT部54获得的傅立叶变换系数来确定闪烁分量的各次数的振幅和相位。闪烁系数部17从它们生成与当前输入到闪烁减少部的输入像素值对应的闪烁系数。校正运算部18基于由闪烁系数部17生成的闪烁系数来校正闪烁减少部1的输入图像。具体而言，校正运算部18通过将输入像素值除以在闪烁系数中加了1的值来除去闪烁。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2007-028573号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
但是，对于上述以往的技术需要进一步提高闪烁的检测精确度以及减少存储器使用量。
本申请的非限定性的举例所示的某一实施方式提供一种能够提高闪烁的检测精确度并且能够减少存储器的使用量的闪烁减少装置。
解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的一个实施方式为一种闪烁减少装置，其用于从图像信号中减少在由拍摄元件获取的所述图像信号中包含的因照明而产生的闪烁，所述闪烁减少装置包括：线积分值获取部，其针对每一图像，根据在构成所述图像的多条水平线的一部分的各条水平线中包含的像素值，获取所述各条水平线的线积分值；离散傅立叶变换部，其在最新的图像以及最新之前获得的多个图像之间，对由各图像的所述线积分值构成的线积分值串执行离散傅立叶变换；直线近似部，其基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的相位信息来求出近似直线，并根据所述近似直线来提取所述闪烁的信息；闪烁系数计算部，其基于所述闪烁的信息来计算出闪烁系数；以及校正运算部，其使用所述闪烁系数，对所述图像信号执行闪烁减少处理。
上述一般性并且特定的实施方式能够使用系统、方法以及计算机程序来安装，或者能够使用系统、方法以及计算机程序的组合来实现。
发明效果
根据本发明的一个实施方式所涉及的闪烁减少装置，能够提高闪烁的检测精确度，并且能够减少存储器使用量。
附图说明
图1是根据举例所示的实施方式1的拍摄装置100的块结构图。
图2是根据举例所示的实施方式1的闪烁减少部200的块结构图。
图3是表示根据举例所示的实施方式1的闪烁减少部200的动作的流程图。
图4是从N帧之间的位于同一垂直坐标的水平线获得的线积分值的示意图。
图5(a)是用于说明对属于各选择线编号的线积分值串执行离散傅立叶变换的图；图5(b)表示帧率为120fps，闪烁频率为100Hz时的通过离散傅立叶变换获得的频率-振幅特性的示例；图5(c)表示在出现闪烁的频率(20Hz)下的DFT系数的偏向角与帧内的水平线的垂直坐标的关系。
图6是以往的闪烁减少部的块结构图。
具体实施方式
以下，对本申请发明人研究的问题点进行说明。
如上所述，例如，在闪烁的频率是100Hz，帧率是60fps的情况下，成为最大公约数的频率是20Hz。因此，计算线积分值的平均值所需的帧数是3。
在考虑以高帧率进行摄影的情况下，例如，如果帧率为240fps，则闪烁周期与帧周期的最大公约数为20Hz。但是，计算线积分值的平均值所需的帧数成为12帧，与帧率为60fps的情况相比变大。如上所述，在高帧率的摄影中，取决于该帧率，需要将多个帧的信息保存在存储器中，因此，有存储器容量增大的问题。
另外，伴随着近年来的拍摄元件的高像素化，构成一帧的水平线的数量增大，因此，存储在存储器中的线积分值的数量进一步增大。其结果是，存在存储器容量进一步增大的问题。
假设通过限定成为100fps的整数倍的帧率能够避免上述问题，但这样会缩小帧率的选择余地。
另外，能够在适当的帧数停止，仅以获得的帧数求出线积分值的平均值。但是，这种方法在与线积分值的平均值相比闪烁的振幅充分小时才有效。在利用曝光时间变短的高帧率的摄影中，闪烁的振幅与线积分值的平均值相比增大，因此，不能够说该方法适合。
在高帧率的摄影中，有时闪烁的一个周期变得比帧周期长。在这种情况下，如果是上述帧率为240fps的示例，则闪烁的一个周期相当于2.4帧的周期。此时，由于在帧之间存在消隐周期，因此，在该周期中不能获得图像，变得不能够获取线积分值。其结果是，在线间DFT部54中，成为解析对象的数据串的一部分欠缺。虽然欠缺的部分能够从相邻的数据通过插值来求出，但解析的精确度降低。
提供给线间DFT部54的数据串优选为间隔相等。此时，在抽样部12中提取与间隔相等的水平线对应的线积分值。但是，当在图像中存在低亮度(像素信号的电平低)部分，线积分值变小的情况下，线积分值会很大程度上受到噪声的影响。其结果是，产生归一化差分值的精确度降低的问题。同样，很难避免由高亮度(像素信号的电平高)部分的图像信号的饱和导致的闪烁分量的失真。
鉴于这种现有技术中的技术课题，本申请发明人想到了具有新结构的闪烁减少装置。本发明的一个实施方式的概要如下所述。
作为本发明的一个实施方式的闪烁减少装置用于从图像信号中减少在由拍摄元件获取的所述图像信号中包含的因照明而产生的闪烁，其包括：线积分值获取部，其针对每一图像，根据在构成所述图像的多条水平线的一部分的各条水平线中包含的像素值，获取所述各条水平线的线积分值；离散傅立叶变换部，其在最新的图像以及最新之前获得的多个图像之间，对由各图像的所述线积分值构成的线积分值串执行离散傅立叶变换；直线近似部，其基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的相位信息来求出近似直线，并根据所述近似直线来提取所述闪烁的信息；闪烁系数计算部，其基于所述闪烁的信息来计算出闪烁系数；以及校正运算部，其使用所述闪烁系数，对所述图像信号执行闪烁减少处理。
在某一实施方式中，所述线积分值获取部也可以包括：线积分部，其按照每个所述图像，针对构成所述图像的所述多条水平线的每一条，计算出所述线积分值；以及抽样部，其从所述线积分部的输出中按照具有满足规定条件的像素值的像素数的降序提取第一样本对象，将与所述第一样本对象对应的水平线决定为所述多条水平线的一部分。
在某一实施方式中，所述线积分值可以是积分值或者归一化值，所述积分值是对在各条水平线中包含的所有像素值或满足所述规定条件的像素值进行积分后得到的值，所述归一化值是利用在所述水平线中包含的像素数或满足所述规定条件的像素值的像素数而将所述积分值归一化后得到的值。
在某一实施方式中，所述抽样部包括对满足所述规定条件的像素值的数量进行计数的计数器，根据所述计数器所示的计数值与阈值的关系，从所述第一样本对象中进一步提取第二样本对象，将与所述第二样本对象对应的水平线决定为所述多条水平线的一部分，所述直线近似部可以基于与所述第二样本对象对应的水平线来提取所述闪烁的信息。
在某一实施方式中，所述抽样部基于所述图像之间的运动矢量，从所述第一样本对象中进一步提取第二样本对象，将与所述第二样本对象对应的水平线决定为所述多条水平线的一部分，所述直线近似部可以基于与所述第二样本对象对应的水平线来提取所述闪烁的信息。
在某一实施方式中，所述离散傅立叶变换部可以基于商用电源的频率和所述图像的帧率来推定闪烁出现的频率的候补，基于所述频率的候补，对所述线积分值串执行所述离散傅立叶变换。
在某一实施方式中，所述直线近似部可以检测出所述近似直线的截距作为所述闪烁的初始相位，并根据所述近似直线的斜率，检测出所述闪烁的频率。
在某一实施方式中，还可以具有保存多个像素份的所述线积分值的存储器。
在某一实施方式中可以采用以下结构，即，还具有：闪烁检测部，其基于所述离散傅立叶变换的结果来判断在所述图像信号中是否存在所述闪烁，所述闪烁检测部基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的振幅信息来计算出所述频率的候补处的振幅大小，并计算出将所述频率的候补处的振幅大小除以图像的直流分量处的振幅大小而获得的归一化振幅，且基于与所述线积分值串对应的各归一化振幅来决定代表值，在所述代表值为规定值以上的情况下，判断为存在所述闪烁，在所述代表值小于规定值的情况下，向所述校正运算部发送停止所述闪烁减少处理的命令。
作为本发明的另一个实施方式的拍摄装置用于从图像信号中减少在所述图像信号中包含的因照明而产生的闪烁，其包括：拍摄元件，拍摄被摄体并生成所述图像信号；线积分值获取部，其针对每一图像，根据在构成所述图像的多条水平线的一部分的各条水平线中包含的像素值，获取所述各条水平线的线积分值；存储器，其保存多个像素份的所述线积分值；离散傅立叶变换部，其在最新的图像以及最新之前获得的多个图像之间，对由各图像的所述线积分值构成的线积分值串执行离散傅立叶变换；直线近似部，其基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的相位信息求出近似直线，并根据所述近似直线来提取所述闪烁的信息；闪烁系数计算部，其基于所述闪烁的信息来计算出闪烁系数；以及校正运算部，其使用所述闪烁系数，对所述图像信号执行闪烁减少处理。
作为本发明的另一个实施方式的方法是一种用于从图像信号中减少在由拍摄元件获取的所述图像信号中包含的因照明而产生的闪烁的闪烁减少方法，其包括以下步骤：针对每一图像，根据在构成所述图像的多条水平线的一部分的各条水平线中包含的像素值，获取所述各条水平线的线积分值的步骤；在最新的图像以及最新之前获得的多个图像之间，对由各图像的所述线积分值构成的线积分值串执行离散傅立叶变换的步骤；基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的相位信息来求出近似直线，并根据所述近似直线来提取所述闪烁的信息的步骤；基于所述闪烁的信息来计算出闪烁系数的步骤；以及使用所述闪烁系数，对所述图像信号执行闪烁减少处理的步骤。
根据本发明的一个实施方式，即使在高帧率的拍摄中，也只要在规定的帧之间，将线积分值以样本对象的数量保存在存储器中即可。其结果是，能够使用规格较小的存储器，从而能够降低存储器的成本。另外，能够利用直线近似来更准确地检测出闪烁的频率以及初始相位。其结果是，当进行闪烁检测时，能够减少由消隐期间、图像中的低亮度部分以及高亮度部分带来的影响，从而能够提高闪烁的检测精确度。
以下，参照附图对根据本发明的拍摄装置以及闪烁减少部(闪烁减少装置)的实施方式进行说明。作为“图像”，能够列举出例如帧和场。虽然在本申请说明书中，闪烁减少部以帧为基准执行处理，但也可以以场为基准执行处理。
(实施方式1)
以下，对根据本发明的实施方式1进行说明。
[拍摄装置100的构成]
参照图1对拍摄装置100进行说明。
图1是根据本实施方式的拍摄装置100的框结构图。拍摄装置100拍摄被摄体，对拍摄到的图像进行处理并记录到记录介质等中。例如，拍摄装置100是数字式摄像机或数字式静物相机。
拍摄装置100具有：拍摄光学系统101、图像传感器102、系统控制器103、AFE(模拟前端)部104、光学系统驱动器105、传感器控制部106、数字信号处理部107和记录介质110。
拍摄光学系统101具有包括光圈、手抖动校正透镜以及变焦透镜或聚焦透镜的多个透镜组。通过使变焦透镜沿着光轴移动，能够放大或缩小被摄体图像。另外，通过使聚焦透镜沿着光轴移动，能够调整被摄体图像的合焦位置。另外，构成拍摄光学系统101的透镜数是根据所需要的功能而适当决定的。
图像传感器102是例如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)传感器。图像传感器102将由拍摄光学系统101在拍摄面上成像的光转换成电信号并生成模拟图像信号。图像传感器102将生成的模拟图像信号输出到AFE部104。图像传感器102进行例如线曝光、转送的各种动作。线曝光也被称为果冻效应(RollingShutter)。
系统控制器103由半导体元件等构成。系统控制器103既可以只由硬件构成，也可以通过将硬件与软件组合来实现。系统控制器103能够利用微型计算机等来实现。系统控制器103控制整个拍摄装置100。
AFE部104包括相关双抽样电路(CDS电路)、自动增益控制放大器(AGC)以及模拟数字转换器(ADC)等。CDS电路从由图像传感器102输出的模拟图像信号中除去噪声。AGC受到系统控制器103的控制，为了获得合适的电平的图像信号而进行增益调整。ADC将来自AGC的模拟图像信号转换成数字图像信号。另外，AFE部104在与其功能被统一了的数字图像信号的输出对应的图像传感器的情况下被省略。
光学系统驱动器105收到系统控制器103的指示，驱动包括在拍摄光学系统101中的光圈、变焦透镜以及聚焦透镜。
传感器控制部106接收到系统控制器103的指示，控制图像传感器102。
数字信号处理部107能够通过例如数字模拟处理器(DSP)来实现。数字信号处理部107对从AFE部104输出的数字图像信号实施数字信号处理，并生成拍摄装置100的输出图像文件。数字信号处理部107包括闪烁减少部200、信号处理部108和压缩编码部109。
当在荧光灯照射的环境下进行了拍摄时，闪烁减少部200从由AFE部104输出的数字图像信号中减少由于照明的闪烁而引起在拍摄图像中呈明暗地产生的闪烁分量。闪烁减少部200的构成的详细内容后面将会叙述。
信号处理部108对从闪烁减少部200输出的数字图像信号实施例如伽玛校正、白平衡校正、缺陷校正、根据输出图像形式的图像格式的变换的各种处理。
压缩编码部109通过以例如H.264规格或MPEG2规格为标准的压缩形式，对从信号处理部108输出的数字图像信号进行压缩。
记录介质110由闪速存储器或强电介质存储器等构成。记录介质110能够保存由数字信号处理部107生成的图像文件等的数据。
[闪烁减少部200的结构]
参照图2对闪烁减少部200的块结构进行说明。
图2是根据本实施方式的闪烁减少部200的框结构图。闪烁减少部200包括：线积分值获取部210、线积分值存储器220、图像间DFT部230、闪烁检测部240、直线近似部250、闪烁系数计算部260以及校正运算部270。线积分值获取部210包括线积分部211以及抽样部212。抽样部212包括计数器213。
闪烁减少部200的各构成要素可以作为硬件来安装。例如，在闪烁减少部200是为了拍摄装置100设计、制造的专用的集成电路芯片(ASIC)的情况下，各构成要素能够作为闪烁减少部200内的独立的集成电路来安装。
或者，闪烁减少部200也可以作为发挥各构成要素的功能的通用的处理器来实现。例如，也可以在处理器内部的存储器中安装发挥各构成要素的功能的计算机程序，处理器逐次执行计算机程序，由此来实现各构成要素的功能。另外，闪烁减少部200也可以通过硬件与软件的组合来实现。
再次参照图1对拍摄装置100的动作进行简单说明。
图像传感器102将由拍摄光学系统101在拍摄面上成像的光转换成电信号，并生成模拟图像信号。AFE部104对从图像传感器102输出的模拟图像信号执行各种模拟信号处理，将处理后的模拟图像信号转换成数字图像信号。数字信号处理部107的闪烁减少部200减少包含在从AFE部104输出的数字图像信号中的闪烁分量。信号处理部108对从闪烁减少部200输出的数字图像信号实施伽玛校正、白平衡校正、缺陷校正、根据输出图像形式的图像格式的变换的各种处理。压缩编码部109通过以例如H.264规格或MPEG2规格为标准的压缩形式，对从信号处理部108输出的数字图像信号进行压缩，形成压缩图像文件。最后，控制器103将压缩图像文件写入记录介质110。
[闪烁减少部200的动作]
参照图2到图5对闪烁减少部200的动作的详细进行说明。
图3是表示闪烁减少部200的动作的流程图。
(步骤S11)
线积分值获取部210包括线积分值211以及抽样部212。线积分值获取部210按照每一帧，从包含在构成帧的多条水平线的一部分的各条水平线中的像素值获取各条水平线的线积分值。像素值是指像素的亮度值。例如，在1280×720的帧尺寸下，720条水平线相当于构成帧的多条水平线。
线积分部211针对多条水平线的每一条计算出线积分值。例如，在1280×720的帧尺寸下，在一条水平线中包含1280个像素。线积分部211针对各水平线，将1280个像素的各像素值累计，并将该累计值作为线积分值(以下，有时会称为“第一积分值”)计算出。线积分部211也可以计算出将第一积分值除以包含在一条水平线中的像素数(归一化)而获得的线积分值的平均值。或者，线积分部211既可以只对一条水平线内的满足规定条件的像素的亮度值进行积分而计算出线积分值(以下，有时称为“第二积分值”)，也可以将第二积分值除以满足规定条件的像素数来进行归一化。
在此，对在本申请说明书中使用的术语进行定义。“线积分值”不仅是指上述第一线积分值，也包括第二线积分值以及用像素数将第一、第二线积分值归一化后的值。
如果用12比特表示亮度值，则规定的条件是指：例如像素的亮度值在下限值204到上限值3481的范围内。通过设成下限值以上来除去SN比(signal to Noise：信噪比)较差的像素；通过设成上限值以下来除去可能饱和的像素。这样一来，由于能够除去使闪烁分量的提取精确度降低的主要因素，因此，与闪烁的频率、相位和振幅相关的信息的检测精确度提高。
另外，规定的条件不局限于上述条件，也可以是在闪烁分量的提取中能够除去产生不良影响的水平线的条件。
抽样部212选择从线积分部211获得的线积分值中条件较好的线积分值。具体而言，抽样部212从线积分部211的输出中按照具有满足规定条件的像素值的像素数的降序，提取第一样本对象。抽样部212将与第一样本对象对应的水平线决定为多条水平线的一部分。另外，规定的条件是例如上述所述的亮度值的范围。
图4是从N帧之间的位于同一垂直坐标的水平线获得的线积分值的示意图。垂直坐标是在垂直方向上的帧内的水平线的坐标位置。例如，在帧尺寸为1280×720的情况下，能够将帧内的最上位的水平线的垂直坐标表示为“0”，并能够将最下位的水平线的垂直坐标表示为“719”。图4中的F(1)、F(2)、F(3)、…、F(N)表示1到N的各帧。N是闪烁减少的处理所需的规定帧数。例如，帧数N能够设为12。在本申请说明书中，将规定的帧数(帧期间)称为“解析单位”。另外，如上所述，解析单位是基于闪烁频率与帧率的最大公约数来决定的。
F(n)的n表示帧编号。在n＝1、2、3、…、N的情况下，I(n，L1)、I(n，L2)、…、I(n，LS)表示通过抽样部212从线积分部211的输出选取作为样本对象的S条线积分值而获得的帧F(n)的各线积分值。I(n，LS)的n表示帧编号。s(1≤s≤S)表示样本对象的水平线的选择线编号。LS表示属于选择线编号s的水平线的垂直坐标。例如，当帧尺寸为1280×720时，考虑的是样本对象的水平线的垂直坐标分别是100、110和115的情况。在这种情况下，选择线编号1被分配给垂直坐标100的水平线；选择线编号2被分配给垂直坐标110的水平线；选择线编号3被分配给垂直坐标115的水平线。
表示样本对象的水平线的数量的S是比构成帧的水平线数量的总数小的值。属于相同的选择线编号的线积分值、例如I(1，L1)、I(2，L1)和1(3，L1)表示帧1到3的位于同一垂直坐标的水平线的线积分值。例如，在1280×720的帧尺寸中，样本对象的水平线的数量S成为比720小的值。在第一样本对象的数量S事先设定为50的情况下，满足1≤s≤50的关系。另外，第一样本对象的数量S能够根据产品规格等适当地决定。第一样本对象以及后面要提到的第二样本对象的数量S优选为3以上。
抽样部212包括计数器213。计数器213对在一条水平线上满足上述规定条件的像素值的数量进行计数。
抽样部212以两个阶段来选取作为样本对象的S条线积分值的一个示例如下所示。首先，抽样部212基于上述规定条件的下限值选取第一样本对象。具体而言，计数器213对下限值以上的像素值的数量进行计数。抽样部212将与计数器213的计数数量为阈值以上的水平线对应的线积分值作为第一样本对象的候补来提取。由此，能够除去与包含SN比较差的像素的水平线对应的线积分值。
抽样部212从第一样本对象的候补中按照下限值以上的像素值的数量的降序，决定第一样本对象。例如，当第一样本对象的数量S1被事先设定为50时，作为第一样本对象的候补，能够提取相当于80条水平线的线积分值。在这种情况下，抽样部212按照下限值以上的像素值的数量的降序，从第一样本对象的80个候补中提取50个，将与第一样本对象对应的水平线决定为多条水平线的一部分。此时，选择线编号s满足1≤s≤50的关系。多条水平线的一部分成为在后面要提到的图像间DFT部230进行的离散傅立叶变换(以下称为DFT)的对象。
抽样部212可以根据计数器213所示的计数值与存储在内部存储器(未图示)中的阈值的关系，进一步从第一样本对象中提取第二样本对象，将与第二样本对象对应的水平线决定为多条水平线的一部分。
抽样部212基于上述规定条件的上限值，进一步从第一样本对象中提取第二样本对象。具体而言，计数器213在作为第一样本对象的各条水平线上，对上限值以下的像素值的数量进行计数。抽样部212将与计数器213的计数数量为阈值以上的水平线对应的线积分值作为第二样本对象的候补来提取。由此，能够除去与包含SN比较差的像素以及可能饱和的像素的水平线对应的线积分值。
抽样部212从第二样本对象的候补中按照上限值以下的像素值的数量的降序，决定第二样本对象。例如，当第二样本对象的数量S2被事先设定为20时，作为第二样本对象的候补，提取相当于30条水平线的线积分值。在这种情况下，抽样部212按照上限值以下的像素值的数量的降序，从第二样本对象的30个候补中提取20个，将与第二样本对象对应的水平线决定为多条水平线的一部分。此时，选择线编号s满足1≤s≤20的关系。多条水平线的一部分成为在后面要提到的图像间DFT部230进行的DFT的对象。
如上所述，抽样部212基于规定的条件来提取样本对象，因此，能够彻底地排除对闪烁的检测产生不良影响的水平线，并能够以更高的精确度检测出闪烁分量。
另外，抽样部212可以基于帧之间的运动矢量，进一步从第一样本对象中提取第二样本对象，将与第二样本对象对应的水平线决定为多条水平线的一部分。由此，能够以例如宏块单位考虑帧间的运动来决定作为样本对象的水平线，因此，能够以更高的精确度检测出闪烁。
抽样部212将最新的帧作为帧F(N)，然后，将与最新之前获得的F(1)到F(N-1)的选择线编号s对应的各线积分值写入线积分值存储器220。另外，抽样部212可以以F(1)到F(N)的解析单位将与选择线编号s对应的各线积分值写入线积分值存储器220。
如上所述，线积分值存储器220也可以不保存构成帧的所有水平线的线积分值。也可以不从构成图像的所有水平线中严密(例如相等间隔)地选择成为样本对象的积分值。因此，线积分值存储器220可以具有保存与样本对象的数量S相应的线积分值的容量。其结果是，能够降低存储器尺寸。
(步骤S12)
闪烁减少部200包括用于控制整个闪烁减少部200的控制器(未图示)。控制器监视规定帧数份的线积分值是否被写入到线积分值存储器220中。如上所述，规定的帧数是N-1或解析单位。在判断为未写入规定的帧数份的线积分值的情况下(在步骤S12中为“否”)，线积分值获取部210反复进行计算下一个帧的线积分值的操作，直到规定的帧数份的线积分值被写入到线积分值存储器220中为止。
另一方面，在判断为规定的帧数份的线积分值已经被写入的情况下(在步骤S12中为“是”)，控制器执行作为下一步骤的DFT(步骤S13)。
(步骤S13)
图像间DFT部230从线积分值存储器220中读出与帧F(1)到帧F(N-1)的选择线编号s对应的各线积分值。图像间DFT部230使用与选择线编号s对应的从线积分值存储器220读出的线积分值以及帧F(N)的线积分值来执行DFT。具体而言，图像间DFT部230对由与选择线编号s(1≤s≤S)对应的线积分值I(1，LS)、I(2，LS)、…、I(N，LS)构成的线积分值串执行DFT。
另外，当以帧F(1)到F(N)的解析单位将各线积分值写入到线积分值存储器220时，图像间DFT部230也可以从线积分值存储器220读出线积分值串并执行DFT。
图5(a)是用于说明对与各选择线编号对应的线积分值串执行DFT的图。在图5(a)所示的示例中，样本对象的数量S是5。图像间DFT部230，在最新的帧F(N)以及最新之前获取的多个帧F(1)到F(N-1)之间，按照每一选择线编号，对由与相同的选择线编号s对应的线积分值构成的线积分值串执行DFT。
DFT使用帧数N以及帧内的水平线的垂直坐标y，由公式1表示。
[公式1]
其中，I(y，j)表示与帧F(j)中的垂直坐标y的水平线对应的线积分值。通过DFT求出振幅Ak(y)以及相位Φk(y)。
图像间DFT部230可以基于商用电源的频率和帧率来推定出现闪烁的频率的候补，并基于该频率的候补，对线积分值串执行DFT。
由此，图像间DFT部230可以只求出在相当于包括该推定的频率的附近的频率的位置处的傅立叶变换系数，从而降低在图像间DFT部230的计算量。另外，还会实现DFT计算的高速化。
(步骤S14)
闪烁检测部240基于图像间DFT部230的DFT的结果来判断图像信号中是否存在闪烁。具体而言，闪烁检测部240参照闪烁出现的傅立叶变换系数(DFT系数)。闪烁检测部240根据作为其复数的傅立叶变换系数的大小，计算出闪烁分量出现的位置(闪烁频率的候补)处的闪烁的振幅的大小。
图5(b)表示当帧率为120fps，闪烁频率为100Hz时的由DFT获得的频率-振幅特性的示例。图5(b)的横轴表示频率，纵轴表示振幅。由于帧与闪烁频率的关系，在奈奎斯特频率(60Hz)中发生折返，闪烁频率出现在20Hz的位置。闪烁检测部240针对抽样部212的样本对象的各条水平线，计算出在频率20Hz的位置处的闪烁的振幅大小。
闪烁的振幅是与对象的水平线的图像信号的分量成比例的值。因此，闪烁检测部240仅计算出与样本对象的数量S相应的、通过利用图像的直流(DC)分量将闪烁的振幅大小归一化而获得的归一化振幅(闪烁的振幅)。闪烁检测部240从这些归一化振幅中求出代表值。例如，代表值既可以作为归一化振幅的平均值，或者也可以作为归一化振幅的中央值或最频值。
闪烁检测部240在代表值为规定值以上的情况下，判断为图像信号中存在闪烁。另一方面，在代表值小于规定值的情况下，将停止闪烁减少处理的命令发送给后级的校正运算部270。
(步骤S15)
直线近似部250基于从DFT的结果获得的相位(偏向角)信息来求出近似直线，并根据近似直线提取闪烁的信息。具体而言，直线近似部250参照出现闪烁分量的傅立叶变换系数，根据作为其复数的傅立叶变换系数的偏向角，计算出在出现闪烁分量的位置处的闪烁的相位。
图5(c)表示在出现闪烁的频率(20Hz)的DFT系数的偏向角与帧内的水平线的垂直坐标的关系。图5(c)的横轴表示帧内的水平线的垂直坐标，纵轴表示偏向角(相位)。
在绘制了属于选择线编号s的水平线的垂直坐标和相位的情况下，理想的是将作为样本对象的数量的S个绘制点排列在直线上。直线近似部250从该S个的坐标点求出近似直线(回归直线)的斜率a以及截距b。为了求出回归直线，垂直坐标与相位的绘制数只要是两个即可，但考虑到直线近似的精确度，优选为三个以上。
直线近似部250使用斜率a以及截距b，根据公式2计算出闪烁初始相位θ以及闪烁频率fk。
[公式2]
θ＝b
其中，fs是帧率，LN是帧中的包括消隐期间的线数。
如公式2所示，近似直线的纵轴的截距b表示垂直坐标y＝0中的闪烁分量的相位。将该相位定义为初始相位。另外，能够由近似直线的斜率a计算出闪烁频率fk。
如上所述，由于能够使用从DFT的结果获得的相位信息，利用直线近似更正确地求出闪烁的频率以及初始相位，因此，闪烁的检测精确度提高。
(步骤S16)
闪烁系数计算部260基于闪烁的初始相位以及频率(闪烁的信息)计算出闪烁减少处理用的闪烁系数。具体而言，闪烁系数计算部260从闪烁检测部240获取归一化振幅的代表值，从直线近似部260获取闪烁的初始相位以及频率。当闪烁检测部240判断闪烁存在于图像信号中时，闪烁系数计算部260根据归一化振幅的代表值、闪烁的初始相位以及闪烁的频率，生成与输入到闪烁减少部200中的最新(当前)的帧内的各条水平线对应的闪烁系数。
校正运算部270使用由闪烁系数计算部260获得的闪烁系数，对图像信号执行闪烁减少处理。具体而言，校正运算部270将水平线内的各像素值除以对与该水平线对应的闪烁系数加1后得到的值，由此，求出从各像素值减少了闪烁分量的像素的校正值。另外，当从闪烁检测部240接收到停止闪烁减少处理的命令时，校正运算部270停止闪烁减少处理的执行。其结果是，能够降低闪烁减少部200的功耗。
对由闪烁系数计算部260进行的闪烁系数的更新时机的一个示例进行说明。
闪烁系数以规定的时机进行更新。规定的时机是例如作为解析单位的每12帧。闪烁系数计算部260基于构成动态图像流的连续帧之间的一部分的帧即最开始的1到12帧来计算出闪烁系数A。在接下来的13帧到24帧之间，校正运算部270使用闪烁系数A进行从输入到闪烁减少部200的图像信号中减少闪烁的处理。闪烁系数计算部260在此期间基于13帧到24帧计算出闪烁系数B。在接下来的25到36帧之间，校正部270使用闪烁系数B进行从输入到闪烁减少部200的图像信号中减少闪烁的处理。闪烁系数计算部260，在此期间基于25到36帧计算出闪烁系数C。
根据本实施方式的闪烁减少部200，例如，即使是如高帧率拍摄那样需要更多帧数的拍摄，也可以在规定的帧之间，将与样本对象的数量S相应的线积分值保存在存储器中。其结果是，能够使用尺寸比较小的存储器，因此，能够降低存储器的成本。另外，利用直线近似部250能够更正确地检测出闪烁的频率以及初始相位，因此，能够进一步提高闪烁的检测精确度。
(其他的变形例)
在上述实施方式1中显示了具有闪烁减少部200的设备是拍摄装置的示例。但是，本发明的一个实施方式并不局限于此，例如，具有闪烁减少部200的设备也可以是录音机。
在实施方式1中，图像传感器102是CMOS传感器，但本发明的一个实施方式并不局限于此，例如，也可以是CCD(Charge Couple Device：电荷耦合设备)传感器。CCD传感器是全局快门式的图像传感器，能够减少在由全局快门引起的帧间产生的闪烁。
在实施方式1中，闪烁减少部200的输入图像是从AFE部104输出的数字图像信号。该数字图像信号是RAW数据，是例如12比特宽的信号。本发明的一个实施方式并不局限于此，闪烁减少部200的输入图像也可以是例如以H.264规格为基准进行了压缩的压缩图像数据。压缩图像数据是例如8比特宽的信号。压缩图像数据的比特宽与RAW数据的比特宽相比较小，因此，闪烁的检测精确度会降低一些，但能够从压缩图像数据中减少闪烁。不过，压缩图像数据在信号处理部108中接受了伽玛校正的处理。因此，当闪烁减少部200处理压缩图像数据时，预先对作为输入数据的压缩图像数据执行反伽玛校正的处理。
在闪烁减少部200处理压缩图像数据的情况下，本发明的一个实施方式也能够用于安装在云端服务器上的存储器内的计算机程序中。
云端服务器的使用者向云端服务器上上传压缩图像数据(动态图像数据)。云端服务器的计算机执行安装在存储器中的计算机程序，从包含闪烁分量的动态图像数据中除去闪烁分量。使用者下载处理后的动态图像数据，由此，能够获得除去了闪烁分量的动态图像数据。
本发明的一个实施方式也能够用于规定了根据实施方式1的闪烁的减少处理的软件(计算机程序)中。这种在计算机程序中规定的动作，例如如图5所示。这种计算机程序除了能够记录在便携式记录介质中来提供，也能够通过电信线路来提供。能够通过内置于计算机的处理器执行这种计算机程序来实现在实施方式1中说明的各种动作。
产业上的可利用性
根据本发明的一个实施方式的拍摄装置，当从拍摄图像的图像信号中减少由照明的闪烁引起的在拍摄图像中呈明暗地产生的闪烁时很有用。特别是对于利用线曝光形式的图像传感器进行拍摄的数字式摄像机、数字式静物相机很有用。
附图标记的说明
100 拍摄装置
101 拍摄光学系统
102 图像传感器
103 控制器
104 AFE部
105 光学系统驱动器
106 传感器控制部
107 数字信号处理部
108 信号处理部
109 压缩编码部
110 记录介质
200 闪烁减少部
210 线积分值获取部
211 线积分部
212 抽样部
213 计数器
220 线积分值存储器
230 图像间DFT部
240 闪烁检测部
250 直线近似部
260 闪烁系数计算部
270 校正运算部

Claims (11)

1.一种闪烁减少装置，其用于从图像信号中减少在由拍摄元件获取的所述图像信号中包含的因照明而产生的闪烁，
所述闪烁减少装置包括：
线积分值获取部，其针对每一图像，根据在构成所述图像的多条水平线的一部分的各条水平线中包含的像素值，获取所述各条水平线的线积分值；
离散傅立叶变换部，其在最新的图像以及最新之前获得的多个图像之间，对由各图像的所述线积分值构成的线积分值串执行离散傅立叶变换；
直线近似部，其基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的相位信息来求出近似直线，并根据所述近似直线来提取所述闪烁的信息；
闪烁系数计算部，其基于所述闪烁的信息来计算出闪烁系数；以及
校正运算部，其使用所述闪烁系数，对所述图像信号执行闪烁减少处理，
所述线积分值是下述的积分值或者下述的归一化值，所述积分值是对在各条水平线中包含的所有像素值或满足规定条件的像素值进行积分后得到的值，所述归一化值是利用在所述水平线中包含的像素数或满足所述规定条件的像素值的像素数而将所述积分值归一化后得到的值。
2.根据权利要求1所述的闪烁减少装置，其中，
所述线积分值获取部包括：
线积分部，其按照每个所述图像，针对构成所述图像的所述多条水平线的每一条，计算出所述线积分值；以及
抽样部，其从所述线积分部的输出中按照具有满足所述规定条件的像素值的像素数的降序提取第一样本对象，将与所述第一样本对象对应的水平线决定为所述多条水平线的一部分。
3.根据权利要求2所述的闪烁减少装置，其中，
所述抽样部包括对满足所述规定条件的像素值的数量进行计数的计数器，根据所述计数器所示的计数值与阈值的关系，从所述第一样本对象中进一步提取第二样本对象，将与所述第二样本对象对应的水平线决定为所述多条水平线的一部分，
所述直线近似部基于与所述第二样本对象对应的水平线来提取所述闪烁的信息。
4.根据权利要求2所述的闪烁减少装置，其中，
所述抽样部基于所述图像之间的运动矢量，从所述第一样本对象中进一步提取第二样本对象，将与所述第二样本对象对应的水平线决定为所述多条水平线的一部分，
所述直线近似部基于与所述第二样本对象对应的水平线来提取所述闪烁的信息。
5.根据权利要求1所述的闪烁减少装置，其中，
所述离散傅立叶变换部基于商用电源的频率和所述图像的帧率来推定闪烁出现的频率的候补，基于所述频率的候补，对所述线积分值串执行所述离散傅立叶变换。
6.根据权利要求2所述的闪烁减少装置，其中，
所述离散傅立叶变换部基于商用电源的频率和所述图像的帧率来推定闪烁出现的频率的候补，基于所述频率的候补，对所述线积分值串执行所述离散傅立叶变换。
7.根据权利要求1到6的任意一项所述的闪烁减少装置，其中，
所述直线近似部检测出所述近似直线的截距作为所述闪烁的初始相位，并根据所述近似直线的斜率，检测出所述闪烁的频率。
8.根据权利要求1到6的任意一项所述的闪烁减少装置，其中，
还具有：
存储器，其保存多个像素份的所述线积分值。
9.根据权利要求5或6所述的闪烁减少装置，其中，
还具有：
闪烁检测部，其基于所述离散傅立叶变换的结果来判断在所述图像信号中是否存在所述闪烁，
所述闪烁检测部构成为：
基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的振幅信息来计算出所述频率的候补处的振幅大小，
并计算出将所述频率的候补处的振幅大小除以图像的直流分量处的振幅大小而获得的归一化振幅，
且基于与所述线积分值串对应的各归一化振幅来决定代表值，在所述代表值为规定值以上的情况下，判断为存在所述闪烁，在所述代表值小于规定值的情况下，向所述校正运算部发送停止所述闪烁减少处理的命令。
10.一种拍摄装置，其用于从图像信号中减少在所述图像信号中包含的因照明而产生的闪烁，
所述拍摄装置包括：
拍摄元件，拍摄被摄体并生成所述图像信号；
线积分值获取部，其针对每一图像，根据在构成所述图像的多条水平线的一部分的各条水平线中包含的像素值，获取所述各条水平线的线积分值；
存储器，其保存多个像素份的所述线积分值；
离散傅立叶变换部，其在最新的图像以及最新之前获得的多个图像之间，对由各图像的所述线积分值构成的线积分值串执行离散傅立叶变换；
直线近似部，其基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的相位信息来求出近似直线，并根据所述近似直线来提取所述闪烁的信息；
闪烁系数计算部，其基于所述闪烁的信息来计算出闪烁系数；以及
校正运算部，其使用所述闪烁系数，对所述图像信号执行闪烁减少处理，
所述线积分值是下述的积分值或者下述的归一化值，所述积分值是对在各条水平线中包含的所有像素值或满足规定条件的像素值进行积分后得到的值，所述归一化值是利用在所述水平线中包含的像素数或满足所述规定条件的像素值的像素数而将所述积分值归一化后得到的值。
11.一种闪烁减少方法，用于从图像信号中减少在由拍摄元件获取的所述图像信号中包含的因照明而产生的闪烁，
所述闪烁减少方法包括：
针对每一图像，根据在构成所述图像的多条水平线的一部分的各条水平线中包含的像素值，获取所述各条水平线的线积分值的步骤；
在最新的图像以及最新之前获得的多个图像之间，对由各图像的所述线积分值构成的线积分值串执行离散傅立叶变换的步骤；
基于从所述离散傅立叶变换的结果获得的相位信息来求出近似直线，并根据所述近似直线来提取所述闪烁的信息的步骤；
基于所述闪烁的信息来计算出闪烁系数的步骤；以及
使用所述闪烁系数，对所述图像信号执行闪烁减少处理的步骤，
所述线积分值是下述的积分值或者下述的归一化值，所述积分值是对在各条水平线中包含的所有像素值或满足规定条件的像素值进行积分后得到的值，所述归一化值是利用在所述水平线中包含的像素数或满足所述规定条件的像素值的像素数而将所述积分值归一化后得到的值。
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