CN1097961C - 具有不同色温双白平衡调整系统的成像设备 - Google Patents

Abstract

在成象设备中，把通过长曝光信号和短曝光信号获得的信号合成亮度信号、色差(CD)信号R-G以及CD信号B-G，以输出视频信号。短曝光信号用四种颜色中的一种颜色调制。把短曝光信号的每个像素值的幅度乘以与调制色相关的四种增益(为四种颜色准备的)中的一种。把例如R和B的彩色信号的幅度分别乘以第一和第二增益。微控制器为每场提供长/短模式信号。在短模式的每场中，控制器找出四种增益，至少使第一和第二CD信号平均值中的一个平均值收敛到预定目标值(例如0)。在长模式的每场中，控制器找出第一和第二增益，使至少一种所述平均值收敛于该值。

Description

具有不同色温双白平衡调整系统的成像设备

技术领域

本发明涉及一种用于电视摄像机的成像设备，尤其涉及一种能对两种不同色温的景物独立地调整白平衡的成像设备。

发明背景

用于电视摄像机的传统成像设备只有一个白平衡控制系统。在这种成像设备中，白平衡的调整是通过响应于色差信号的平均值调整彩色通道放大器的灵敏度来实现的。然而，在一个视域中，可能有一个以上不同色温的(例如室内和室外)景物。如果在这种情况下，白平衡是优先对室内部分进行调整，在室外部分就不能维持白平衡，反之亦然。

因此，在技术上对能够调整不同色温白平衡的成像设备提出了需求。

发明内容

能对长曝光图像部分和短曝光图像部分独立地调整白平衡的成像设备能满足上述和其它的需要，其中，把长时间曝光获得的信号(下文称为长曝光信号)和短时间曝光获得的信号(下文称为短曝光信号)合成亮度信号、第一色差(称为“CD”)信号(例如R-G)和第二CD信号(例如B-G)，以输出视频信号，短曝光信号利用例如在CCD(电荷耦合装置)中用到的四色滤波器的四种颜色中的一种进行调制。这种成像设备至少包含：包含微计算机的微控制器(150)作为“控制装置”。成像设备进一步包含例如乘法器(106)，作为“把所述短曝光信号的每个像素值的所述幅值乘以与四种颜色中所述一种颜色相关的四种增益中所述一种增益的装置”。成像设备进一步包括例如乘法器(114)，作为“把所述第一种颜色和所述第二种颜色的所述幅值分别乘以所述第一增益和所述第二增益的装置”。微控制器基本上为每场提供指示长和短模式之一的信号。在短模式的每场中，控制器找出四个增益来调整短曝光信号的幅度，这样第一CD信号的平均值和第二CD信号的平均值中至少一个平均值收敛到预定的目标值上。在长模式的每场中，控制器找出第一和第二增益，分别调整第一种颜色(R)和第二种颜色(B)的幅度，这样所述平均值中至少一个平均值收敛到预定的目标值上。

在短模式和在长模式两种模式中，微控制器可以使用色温检测器(110)，作为“根据所述长曝光信号信号是否大于预定阈值电平分别提供指示亮区或暗区的信号的装置”。此外，微控制器可以使用双通道门电路117、色差数据检测器118和步骤304和306(图3)，组合作为“响应于指示一种模式的所述信号和指示亮区或暗区的所述信号，在所述短模式中在所述亮区的情况中计算所述第一CD信号的每个预定数目象素值的第一和值和所述第二CD信号的每个预定数目象素值的第二和值中的至少一个，而在所述长模式中在所述暗区的情况中计算所述第一和所述第二和值中的至少一个的计算装置”。这使得微控制器在计算平均值中使用第一和值和第二和值。

附图简述

通过下面如附图所示对较佳实施例的描述，本发明的进一步目的和优点将变得明显，其中：

图1是根据本发明所示实施例的成像设备的结构框图；

图2是收集数据的工作图，用来确定用于白平衡调整的值；以及

图3是微控制器的工作流程图，根据本发明原理控制白平衡调整。

具体实施方式

在所有图中，图中多次显示的同一个部件用相同的参照号来表示。

图1是根据本发明的成像设备的结构框图，它独立地调整长时间曝光和短时间曝光获得的图像信号的白平衡。在图1中，成像设备100包含成像装置101、其输入端连接到成像装置101上的预处理器102、其输入端连接到预处理器102输出端的A/D(模数)转换器103、其输入端连接到A/D转换器103输出端的动态范围扩展处理器130、主信号处理器140和微控制器150。控制器150可以是任一种合适的微计算机。

动态范围扩展处理器130包含：双通道时标转换器104，具有两个其两个输入端连接到A/D转换器103输出端的1线存储器154-1和154-2；第一(或长)亮度-彩色信号分离器(YC SEP)105-1，对于长时间曝光图像信号，其输入端连接到双通道时标转换器104的第一通道(或长通道)输出端；乘法器106，对于短时间曝光信号，其数据输入端连接到双通道时标转换器104的第二通道(或短通道)输出端，其控制输入端连接到微控制器150的增益控制输出端，以调整短时间曝光图像信号的白平衡；第二亮度-彩色信号分离器(YC SEP)105-2，其输入端连接到乘法器106的数据输出端；第一合成器(SYNTH)107-1，其两个输入端连接到第一YC分离器105-1Y_L(长通道亮度)的输出端和第二YC分离器105-2Y_S(短通道亮度)的输出端；第二合成器107-2，其两个输入端连接到第一YC分离器105-1C_L(长通道彩色)输出端和第二YC分离器105-2C_S(短通道彩色)输出端；灰度级补偿器108，其输入端连接到第一合成器107-1输出端；加法器109，其两个输入端连接到灰度级补偿器108的输出端和第二合成器107-2的输出端；以及色温检测器110，其输入端连接到第一YC分离器105-1和第一合成器107-1的Y_L信号端。

主信号处理器140包含：亮度-彩色信号分离器(YC SEP)111亮度信号，其输入端连接到加法器109输出端；亮度信号处理器112，其输入端连接到YC分离器111亮度信号输出端，其输出端作为成像设备100的亮度信号输出端；RGB分离器113，其输入端连接到YC分离器111的彩色信号输出端；第一乘法器(xKr)114-1，其被乘数输入端连接到RGB分离器113的R输出端，其系数输入端连接到微控制器150的系数Kr输出端；第二乘法器(xKb)114-2，其被乘数输入端连接到RGB分离器113的B输出端，其乘数输入端连接到微控制器150的系数Kb输出端；第一减法器(R-G)115-1，其被减数输入端连接到第一乘法器114-1的输出端，其减数输入端连接到RGB分离器113的G输出端；第二减法器(B-G)115-2，其被减数输入端连接到第二乘法器114-2的输出端，其减数输入端连接到RGB分离器113的G输出端；色差信号调制器116，其两个输入端连接到第一和第二减法器115的输出端；双通道门电路117，其双通道输入端连接到第一和第二减法器115的输出端，其控制输入端连接到色温检测器110的亮/暗信号输出端以及微控制器150的长/短信号输出端；以及连接到门电路117和控制器150的色差数据检测器118。

成像装置101构筑成交替输出通过长时间(例如约1/60-1/1000秒)曝光获得的第一图像信号和通过在一场时间内以两倍于水平CCD(电荷耦合器件)的正常传输速率的短时间(例如约1/1000秒)曝光获得的第二图像信号。对这样输出的第一(长曝光)和第二(短曝光)图像信号由预处理器102进行诸如CDS(相关加倍取样)、AGC(自动增益控制)等的预处理，由A/D转换器103转换成数字信号，分别暂时存储在时标转换器104的1线存储器154-1和154-2中，然后以正常的速率同时从存储器154中读出。

为了便于理解，将先描述与本发明不直接相关的部件，然后再更详细地描述与本发明直接相关的部件。

如果成像装置101是用于带镶嵌式滤色器的单个摄像机的成像装置，则时标转换器104输出的不同曝光时间的两个图像信号都包括色调制分量。为了以预定的亮度电平合成这两个图像信号，由YC分离器105-1和105-2分别把第一(长曝光)和第二(短曝光)图像信号一次分离成亮度信号Y_L和Y_S以及色调制分量C_L和C_S(下标L和S表示由该下标的参照号指示的部分分别与长曝光图像信号和短曝光图像信号有关)。合成器107-1和107-2把亮度信号Y_L和Y_S以及色调制分量C_L和C_S分别合成为亮度信号Y1和彩色信号C1。

灰度级补偿器108对合成的亮度信号Y1进行灰度补偿，以使灰度级的直方图频率越高，灰度级之间的对比也越大。然后，在经灰度补偿的亮度信号上加上彩色信号C1，并传送到主信号处理器140。

请注意，把动态范围扩展处理器130和主信号处理器140实现成独立的集成电路可能是较佳的。在这种情况下，亮度信号和色调制信号最好以多路复用的形式处理。

在主信号处理器140中，由YC分离器111把动态范围扩展处理器130的亮度信号再分离成亮度信号Y2和色载波分量C2。亮度信号处理器112对亮度信号Y2进行处理。RGB分离器113把色载波分量C2分离成三基色RGB。把色分量R和B乘以微控制器150提供的系数Kr和Kb，输出色差信号Kr.R-G和Kb.B-G，由色度调制器116用子载波调制成调制色度信号。然后把调制色度信号与部件112的亮度信号组合，输出合成图像信号。请注意，Kr.R-G和Kb.B-G表示色差信号值。然而，作为一种与表示减法器115-1和115-2的输出的符号，使用了简化的表示法R-G和B-G。

现在参照图2以及图1，描述根据本发明的白平衡调整。图2示出了确定白平衡调整所用值(即乘法器106、114-1和114-2的增益)的收集数据工作情况的示意图。在该特定的实施例中，在交替场中收集调整上述长曝光图像信号的白平衡必需的色差数据和调整上述短曝光图像信号的白平衡所必需的数据，它们被分别称为“长模式场”和“短模式场”。由长/短(L/S)模式信号规定模式，该信号由微控制器150提供给门电路117。在本特例中，如图2底部所示，L/S模式信号用逻辑“1”表示长模式，用逻辑“0”表示短模式。

在长(或短)模式时，成像设备构筑成收集对应于低(或高)色温(实际上观看时为暗(或亮)区)的色差数据R-G和B-G。为了实现这一目的，色温检测器110把YC分离器105-1的亮度信号Y_L与预定阈值电平比较，如图2所示，输出表示亮度信号Y_L是亮区还是暗区的亮/暗(B/D)信号。如果亮度信号Y_L高于阈值电平，则B/D信号为逻辑“1”，否则为“0”。把B/R信号提供给门电路117。门电路117构筑成仅当长/短模式信号和亮/暗信号具有如下表所示的不同的逻辑值时使色差信号R-G和B-G传送到色差(下文称为“CD”)数据检测器118。

具体地说，在短模式(场)中，例如图2中的场F2，在B/D信号为高电平(逻辑“1”)的情况下，通过信号R-G和B-G(仅示出了一个)，即检测器11接收到CD信号部分P2(示作用于短曝光信号调整的部分)，而在周期P1或P3不提供信号。在长模式(场)中，例如场F1，在B/D信号为低电平(逻辑“0”)的情况下，通过信号R-G和B-G，即检测器11接收到CD信号部分P1和P3(示作用于长曝光信号调整的部分)，而在周期P2不提供信号。

接收到色差信号R-G和B-G，具有两个加法器(未图示)的色差数据检测器118就为每个色差信号R-G、B-G计算每次预定数量的接收到的色差数字值的和，把计算得到的和Sr与Sb传送到微控制器150。检测器118的作用是减轻微控制器150的负荷。因而，可以根据成像装置101的分辨率和微控制器150的速度把预定数设置成任一适当的值。例如，该数可以是水平线上的像素数48。另一方面，每条水平线可以事先分成一些(如48)块，例如B1，B2，…B48，如果有的话可以为每个块Bi(i＝1，2，…，48)计算CD值的和数Sri和Sbi。

根据本发明的原理，在短模式(场)中的白平衡调整是由动态范围扩展处理器130内的乘法器106对1H存储器154-2的短曝光图像信号进行的。乘法器106包含乘法器156-1和选择器156-2。乘法器156-1把1H存储器154-2的短曝光图像信号的每个像素数据乘以选择器提供的增益Gi(i＝1，2，3或4)。选择器156-2包括四个增益寄存器(没有示出)，用于存储为对应于成像装置101的滤色器(未示出)的颜色的四种颜色准备的四个增益G1、G2、G3和G4。响应于1H存储器154-2的每个像素数据，选择器156-2选择四个增益G1、G2、G3和G4中的一个增益(Gi)提供给乘法器106的增益输入端。这四个增益由控制器150计算并存储在增益寄存器中，这一点将在下面详述。

在长模式(场)中，在主信号处理器140中分别控制乘法器114-1和114-2的增益Kr和Kb，进行白平衡调整。乘法器114有寄存器，用于存储由控制器150设置的增益Kr和Kb。在这两种模式之一和模式的每场中，微控制器150控制增益，使得从CD数据检测器118在场周期期间接收到的和序列Sr及和序列Sb的每个平均值收敛在预定目标值，在本例中为0。由于目标值为0，所以增益实际上被控制成每个和序列Sr和Sb的总和收敛在0上。此外，应当注意，乘法器106的增益，即G1至G4最好计算成使产生信号R-Y的两个彩色信号的增益之和与产生B-Y信号的两个彩色信号的增益之和都保持恒定。这样做便于控制R方向上的白平衡。

图3是微控制器150根据本发明原理控制白平衡调整的工作流程图。假设控制器150具有保持当前模式的长/短模式标记(未图示)和累积从CD数据检测器118接收到的数据的存储位置或R-G和B-G累加器。还假设由每个垂直同步信号向控制器150CPU(中央处理单元)(未图示)发出的中断启动操作。

在图3中，在步骤302控制器150根据L/S模式标记调整与当前模式相关的乘法器增益，使R-G和B-G累加器的值收敛到零上。即，在长模式的情况下，控制器150计算增益Kr和Kb，并存储在上述乘法器114的各寄存器内。在短模式的情况下，控制器150如上计算乘法器106的增益G1至G4，并把计算得到的增益存储到乘法器106的各个寄存器中。在短模式期间，增益Kr和Kb固定不变。

在步骤304，复位累加器。在步骤306，控制器150根据预定的模式序列设置L/S模式标记和L/S模式信号。在本特定实施例中，控制器150反转L/S模式标记和L/S模式信号。在步骤308控制器150进行测试，以观察是否从CD数据检测器118接收到数据。如果接收到数据，在步骤310控制器150把接收到的数据加到累加器中，并返回步骤308。否则控制器150返回到步骤308。因此，步骤308和310将重复进行，直到下一次中断。

虽然已在上述实施例中通过组合成像装置101和时标转换器104获得了长和短曝光时间的图像信号，但也可以利用一套成像装置、预处理器102和A/D转换器103来获得每个这样的图像信号。在这种情况下，时标转换器104就不是必需的。

在本实施例中，利用双通道门电路117和具有两个加法器的CD数据检测器118收集了和Sr与Sb，以便在每场中进行计算。然而，也可以通过改变每两场的L/S模式在同一长/短模式的各场内收集和Sr与Sb。在这种情况下，门电路117用多路复用器代替，它需要控制器150提供辅助控制信息，以知道选择哪个和Sr与Sb，并且CD数据检测器118可以只有一个加法器。

虽然在上述实施例中，L/S模式在每场都改变，但L/S模式序列可以用各种方式来确定。例如，模式可以每隔预定数量的场改变一次。不用周期性的改变方式，也可以使用合适的自适应L/S模式设置算法。一种较好的算法是当把L/S模式从当前的一个模式改变到另一模式时，继续同一L/S模式，直到相对于每个CD信号R-G和B-G收敛。

不脱离本发明的精神和范围可以构成本发明许多不同的实施例。应当理解，本发明并不限于说明书中描述的特定实施例，而应由所附权利要求书来限定。

Claims (5)

1、一种成像设备中单独地调整长曝光图像部分和短曝光图像部分的系统，在该系统中，把通过长曝光获得的信号(下面称为“长曝光信号”)和通过短曝光获得的信号(下面称为“短曝光信号”)合成为亮度信号、第一色差(称为“CD”)信号以及第二CD信号，以输出视频信号，其中，短曝光信号用四种颜色中的一种颜色来调制，该系统包含：

控制装置(150)，基本上为每场提供表示长和短模式中一种模式的信号；

在所述短模式的每场中工作，为所述四种颜色找出四种增益，以调整所述短曝光信号的幅度，以至少使所述第一CD信号的平均值与所述第二CD信号的平均值之一收敛到预定的目标值上；和

在所述长模式的每场中工作，找出第一和第二增益，以分别调整为所述第一和所述第二CD信号中独特分量的三基色中第一和第二种基色的幅度，使所述平均值中至少一个平均值收敛到所述预定目标值上；

把所述短曝光信号内的每个像素值的所述幅度乘以与所述四种颜色中所述一种颜色相关的所述四种增益中一种增益的装置(106)；以及

把所述第一和所述第二颜色的所述幅度分别乘以所述第一和第二增益的装置(114)。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述短模式和所述长模式两种模式中，所述控制装置(150)使用：

根据所述长曝光信号是否大于预定阈值电平分别提供表示亮区或暗区的信号的装置(110)；以及

计算装置(117，118，304，306)，响应于表示一个模式的所述信号和表示亮区或暗区的信号，在所述亮区在所述短模式的情况下，计算所述第一CD信号的每个预定数量像素值的第一和值以及所述第二CD信号的每个预定数量像素值的第二和值中的至少一个和值，以及在所述暗区在所述长模式的情况下，计算所述第一和值及所述第二和值中的至少一个和值，其中，所述控制装置(150)用所述第一和值及所述第二和值计算所述平均值。

3、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定目标值为零，所述控制装置(150)使用所述第二CD信号的像素值的第二和值而不是所述第一CD信号的所述平均值和所述第二CD信号的所述平均值。

4、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置(150)提供表示一个模式的所述信号，使所述一种模式保持不变，直到所述平均值中至少所述一个平均值达到零，当所述平均值中至少所述一个平均值达到零时，就把所述一种模式改变到另一种模式。

5、如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述控制装置(150)提供指示所述第一和所述第二CD信号之一的信号；以及

响应于指示一种CD信号的所述信号，如果所述指示一种CD信号的信号表示所述第一CD信号，则所述计算装置(117，118，304，306)仅计算所述第一和值，如果指示一种CD信号的所述信号指示所述第二CD信号，则所述计算装置(117，118，304，306)仅计算所述第二和值。

Images