CN1168048A

CN1168048A - 彩色图像拾取装置

Info

Publication number: CN1168048A
Application number: CN97111225A
Authority: CN
Inventors: 土屋隆史
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-04-12
Publication date: 1997-12-17
Also published as: EP0801496A3; JPH09284784A; DE69706093T2; US6188434B1; DE69706093D1; EP0801496B1; EP0801496A2; KR970072987A

Abstract

一种彩色图像拾取装置，其中积分器63C根据由具有光量控制装置的彩色图像拾取单元产生的彩色图像输出信号积分和检测成像屏幕内由区域产生器62C确定的特定亮度电平区域的成像输出电平。积分器63D根据彩色成像输出信号积分和检测由区域产生器62D确定的成像屏幕内的表面色调区域的成像输出电平。随后，光圈控制器65提供光圈控制单元60，用于根据每个检测输出来控制彩色图像拾取单元的光量控制装置，可产生高质量可靠的成像输出。

Description

彩色图像拾取装置

本发明涉及提供自动控制光量功能的彩色图像拾取装置。

通常，为了获得具有可靠的高质量的拾取输出，图像拾取装置需要拾取准确曝光的图像。把图像拾取装置安排成能检测图像拾取单元拾取的图像信号电平并根据检测信号电平自动地控制图像拾取单元的光圈。传统的图像拾取装置能检测覆盖背景的所有拾取图像的信号并根据检测结果自动地控制光圈。为了准确曝光，传统的图像拾取装置执行自动光圈控制，以把峰值的内分割比例转成整个屏幕的平均亮度电平从而把目标值转换为亮的一边或暗的一边。

顺便指出，传统的彩色图像拾取装置已经被安排来检测覆盖背景的整个屏幕的拾取图像的信号电平，并根据检测结果自动地控制光圈。因此，光圈值受到除了象背景那样的目标对象之外的整个屏幕的拾取图像的信号电平的影响。这就是说，拾取背景图像的信号电平也许会阻碍得到目标对象的准确光圈值。

例如，在逆光条件下，目标对象也许会有阴影；而在过度光照条件下目标对象会产生晕影。背景亮度会妨碍得到目标对象的准确亮度。另外，为了准确曝光，传统图像拾取装置执行的自动光圈控制被安排来使峰值的内分割比率转换成整个屏幕的平均亮度电平从而把目标值变换为明或暗边。这种控制导致对区域也许很长的高亮度区段的光圈值有不利的影响。另外，峰值与平均亮度电平之间的很小差值也许会导致有害地限制了移动量。此外，传统的图像拾取装置执行整个屏幕的光圈控制。因此，不利的情况是它不能提供屏幕特定区域的准确光圈值。

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种能够控制曝光量的图像拾取装置，以便目标对象的亮度得到与背景亮度无关的准确值以产生高质量的图像。

本发明的另一个目的是提供一种图像拾取装置，它能够根据成像条件通过切换曝光量控制模式产生高质量图像。

本发明的另一目的是提供一种能够控制曝光量的彩色图像拾取装置，以便目标对象亮度能得到与背影亮度无关的准确数值，以产生高质量的图像。

本发明的另一目的是提供一种能够根据成像条件通过切换曝光量控制模式产生高质量图像的彩色图像拾取装置。

本发明的图像拾取装置包括：第一电平传感装置，用于检测在成像屏幕的特定亮度电平区域之内的成像输出电平；第二电平传感装置，用于检测成像屏幕的表面色调区域的成像输出电平；和控制装置，用于根据每个由具有控制光量的装置的图像拾取单元获得的检测输出信号来控制彩色图像拾取单元的光量。因此，该图像拾取装置通过切换与成像条件相应的曝光量控制模式能够产生具有可靠的极好图像质量的成像输出。

在本发明的图像拾取装置中，控制装置用来控制用于控制在图像拾取单元中提供的光量的装置，以便把在第二电平传感装置检测的成像屏幕特定区域之内的成像输出电平调整到预定电平，该控制装置包括用于改变由第一电平传感装置检测的特定亮度区域的设置的装置，以便特定亮度电平区域可以包含成像输出电平。因此，该图像拾取装置能够执行对目标对象的准确自动光圈控制。

本发明的彩色图像拾取装置包括：具有控制光量的装置的彩色图像拾取单元；具有第一电平传感装置和第二电平传感装置的电平传感装置，第一传感装置根据由彩色图像拾取单元得到的彩色成像信号检测成像屏幕上特定亮度电平的拾取图像的信号输出电平，第二电平传感装置检测成像屏幕上表面色调区域的拾取图像的信号输出电平；和控制装置，用于控制根据电平传感装置的每个检测输出来控制彩色图像拾取单元的光量的装置。

在本发明的彩色图像拾取装置中，第一电平传感装置用来检测由第一区域产生装置给定的并包含在从亮度转换装置馈入的亮度信号内的特定亮度电平区域的信号电平，该亮度转换装置转换由彩色图像拾取单元得到的彩色图像信号。第二电平传感装置检测由第二区域产生装置给定的并包含在亮度转换装置馈入的亮度信号中的表面色调区域的信号电平。控制装置控制用于控制彩色图像拾取单元光量的装置，以使通过第一电平传感装置的检测输出得到的第一平均信号电平、通过第二电平传感装置输出得到的第二平均信号电平、或者在第一平均信号电平与第二平均信号电平之间的中间信号电平成为预定电平。此外，控制装置还把第一平均信号电平与第二平均信号电平之间的内分割点调整到中间信号电平，并把特定亮度电平区域与表面色调区域的区域比值调整到内分割比例。

本发明的附图说明如下：

图1是表示本发明彩色图像拾取装置的示意图；

图2是表示在彩色图像拾取装置内的光圈控制单元的结构的方框图；

图3是举例表示成像屏幕的亮度分布图，用于说明在彩色图像拾取装置中亮度选通方式的光圈控制；

图4A、4B是举例表示成像屏幕的亮度分布图，用于说明在逆光条件或过度光照条件下亮度选通方式的光圈控制；

图5是举例表示成像场景的附图，用于说明彩色图像拾取装置执行的光点方式的光圈控制；

图6是举例表示成像场景的附图，用于说明彩色图像拾取装置执行的光点方式的光圈控制；

图7是举例表示用于确定给表面色调方式附加加权函数的附图，用于说明彩色图像拾取装置执行的智能方式的光圈控制；

图8是举例表示成像场景的亮度分配的图，用于说明智能方式的光圈位移操作；

图9A、9B是举例表示成像场景的亮度分配的图，用于说明智能方式的单按钮操作；

图10是表示在彩色图像拾取装置中的系统控制器执行的单按钮操作的程序的流程图。

下面参照附图描述本发明实施例。

本发明的彩色图像拾取装置的安排如图1所示。图1所示的彩色图像拾取装置包括一个图像拾取单元10；一个模-数(A/D)转换器30，用于经模拟信号处理单元20接收从图像拾取单元10得到的三个基色图像信号R、G和B；一个数字信号处理单元40；一个光圈控制单元60，用于接收由A/D转换器30数字化的彩色图像数据R、G和B；一个编码器50，用于接收由数字信号处理单元40产生的数字亮度信号Y和两个数字彩色差值信号CR和CB；一个与光圈控制单元60连接的系统控制器70；和一个连接系统控制器70的操作单元80。

图像拾取单元10是具有控制光量的装置的彩色图像拾取单元。例如，成像光从成像透镜11经光圈12进入图像拾取单元10。在该图像拾取单元10中，成像光通过彩色分离棱镜13的作用被分离成三个基色光分量。然后，每个基色的三个画面由三个CCD图像传感器14R、14G和14B拾取。光圈12用作控制光量的装置。

由拾取对象图像的三种基色图像的CCD图像传感器14R、14G和14B获得的彩色图像信号R、G和B经模拟信号处理单元20加给A/D转换单元30。

模拟信号处理单元20执行包含各种电平控制的模拟信号处理，例如由相关复式采样(CDS)完成的噪音消除、增益控制、黑色平衡、白色平衡、和关于从相应CCD图像传感器(包含在成像装置10内)读出的彩色图像信号R、G和B的拍摄校正。

此外，A/D转换单元30包括A/D转换器30R、30G和30B，这些转换器的A/D转换处理速度等于每个模拟彩色图像信号R、G或B的采样速率且与驱动时钟同步。由此，彩色模拟信号R、G和B被数字化。把由A/D转换单元30转换的数字彩色信号R、G和B送到数字信号处理单元40和光圈控制单元60。

数字信号处理单元40根据A/D转换单元30供给的数字彩色信号R、G和B执行象画面加重、消隐附加电平、灰度校正、和弯曲(Knee)特性校正那样的非线性处理。此外，执行一个矩阵操作可以从数字彩色信号R、G和B中产生数字亮度信号Y和两个数字彩色差值信号CR和CB。由数字信号处理单元40产生的数字亮度信号Y和两个数字彩色差值信号CR和CB被送给编码器50。

编码器50用于从由数字信号处理单元40产生的数字亮度信号Y和两个数字彩色差值信号CR和CB中产生与NTSC或PAL制式相应的亮度信号Y和色度信号C。

此外，光圈控制单元60被用作用于检测由成像单元10拾取的图像输出电平的电平传感装置和用于控制彩色图像拾取单元的光量的装置的控制装置。该光圈控制单元60的结构如图2所示。

也就是说，该光圈控制单元60具有亮度转换电路61、第一至第四区域产生器62A至62D、第一至第四积分器63A至63D、第一至第四计数器64A至64D、和一个光圈控制器65。由A/D转换单元30数字化的数字彩色信号R、G和B被送给亮度转换单元61和第四区域产生器62D。

亮度转换电路61是把由彩色成像单元获得的彩色成像信号转换为亮度信号的亮度转换装置。由A/D转换单元30数字化的数字彩色信号R、G和B被转换成数字亮度信号Y。把由亮度转换电路61获得的数字亮度信号Y送给第三区域产生器62C以及第一至第四积分器63A至63D。

第一至第四区域产生器62A至62D产生对应于包含在成像屏幕内特定区域的相应门脉冲。这些门脉冲被送给相应的第一至第四积分器63A至63D和第一至第四计数器64A至64D。

第一区域产生器62A把整个成像屏幕作为其特定区域用的门脉冲送给第一积分器63A和第一计数器64A。

第二区域产生器62B把位于成像屏幕中心的矩形区域SPOT作为其特定区域用的门脉冲送给第二积分器63B和第二计数器64B。

此外，第三区域产生器62C把成像屏幕的特定亮度电平区域作为其特定区域用的第一和第二门脉冲送给第三积分器63C和第三计数器64C。第三区域产生器62C由第一和第二参考电平产生器66和67、第一和第二电平比较器68和69组成。第一电平比较器68把由第一参考电平产生器66产生的参考上限电平IRSHI与由亮度转换电路61获得的数字亮度信号Y进行数值比较。如果数字亮度信号Y等于或低于参考上限电平IRSHI，则比较器66输出第一亮度门脉冲。第二电平比较器69把由第二参考电平产生器67产生的参考下限电平IRSLO与由亮度转换电路61获得的数字亮度信号Y进行数值比较。如果数字亮度信号Y大于或等于参考下限电平IRSLO，则比较器69输出第二亮度门脉冲。此外，第一和第二参考电平产生器66和67也可以在系统控制器70的控制下变化参考上限电平IRSHI和参考下限电平IRSLO。

另外，第四区域产生器62D把成像屏幕表面色调区域作为其特定区域用的门脉冲送给第四积分器63D和第四计数器64D。第四区域产生器62D对从A/D转换单元30得到的数字彩色信号R、G和B解码以检测表面色调区域从而产生门脉冲。

第一至第四积分器63A至63D根据由第一至第四区域产生器62A至62D产生的成像屏幕之内的特定区域用的门脉冲，在每个特定区域内积分由亮度转换电路61获得的数字亮度信号Y，然后把每个积分值送给光圈控制器65。该第一积分器63A积分作为其特定区域的整个成像屏幕的数字亮度信号Y并把积分值送给光圈控制器65。第二积分器63B积分作为其特定区域的位于成像屏幕中心的矩形区域SPOT的数字亮度信号Y并把积分值送给光圈控制器65。第三积分器63C积分作为其特定区域的成像屏幕内的特定亮度电平区域的数字亮度信号Y，然后把积分值送给光圈控制器65。第四积分器63D积分作为其特定区域的成像屏幕内的表面色度区域的数字亮度信号Y，然后把积分值送给光圈控制器65。

第一至第四计数器64A至64D根据由第一至第四区域产生器62A至62D产生的成像屏幕内的每个特定区域用的门脉冲计数每个特定区域中含有的像素的数量，然后把每个计数值送给光圈控制器65。第一计数器64A计数作为其特定区域的整个成像屏幕的像素数量，然后把计数值送给光圈控制器65。第二计数器64B计数作为其特定区域的位于成像屏幕中心的矩形区域SPOT的像素数量，并把计数值送给光圈控制器65。第三计数器64C计数作为其特定区域的成像屏幕内的特定亮度电平区域像素的数量，并把计数值送给光圈控制器65。第四计数器64D计数在作为其特定区域的成像屏幕内表面色调区域中包含的像素的数量并把计数值送给光圈控制器65。

此外，光圈控制器65的工作模式响应操作单元80的操作由系统控制器70切换。根据由第一至第四积分器63A至63D获得的每个特定区域的数字亮度信号Y的积分值和根据由第一至第四计数器64A至64D获得的表示每个特定区域内像素数量的计数值，光圈控制器65以各种模式实现跟踪光圈控制。

在全屏幕模式，对图像拾取单元10的光圈12进行控制，以从确定作为其特定区域的整个成像屏幕的数字亮度信号Y积分值和从确定作为其特定区域的整个成像屏幕的像素数量得到整个成像屏幕的平均画面电平(APL)，其中所述的积分值是由第一积分器63A产生的，而所述的像素数量由第一计数器64A计数得到的，并把平均画面电平调整到预定电平。

在光点模式，对图像拾取单元10的光圈12进行控制，以从指定作为其特定区域的位于成像屏幕中心的矩形区域APOT的数字亮度信号Y的积分值SSACM和从作为第二计数器64B的计数值得到的矩形区域SPOT的像素数量得到矩形区域SPOT的平均画面电平PSPT，并把该平均画面电平调整到预定电平。在该光点模式(如图6所述)，矩形区域SPOT的选通信号同输入信号相乘并作为传感信号输出。在这个光点模式中，平均画面电平PSPT可以从(图中所示的)水平起始位置SPTHS和水平结束位置SPTHE与垂直起始位置SPTVS和垂直结束位置SPHTVE得到。其表达式为：

PSPT＝SSMAC/K(SPTHE·SPTHS)(SPHTVE·SPHTVS)这里K是在对数字亮度信号Y取样的条件下提供的系数。

在亮度选通模式，对图像拾取单元10的光圈12进行控制，以从指定作为其特定区域的成像屏幕之内的特定亮度电平区域的数字亮度信号Y的积分值MIDACM和从作为第三计数器64C的计数值得到的特定亮度电平区域的像素数量MIDPIX中得到特定亮度电平区域的平均画面电平PMID，并把平均画面电平调整到预定电平；所述的积分值由第三积分器63C产生。在如图3所示的亮度选通模式，输入信号乘以亮度选通信号并把它作为传感信号输出。在该亮度选通模式，系统控制器70用来确定亮度的上限IRSHI和下限IRSLO，并由下述的表达式得到关于特定区域的平均画面电平PMID，其中在上述特定区域只检测具有保持在特定亮度电平内的亮度电平的像素：

PMID＝MIDACM/MIDPIX

在这个亮度选通模式中(如图4A和图4B所示)，光圈数值不受比特定亮度范围(接近对象亮度)过亮部分或过暗部分的影响。因此，即使逆光、过强光、照明或阳光射入屏幕，也不会在目标对象上造成阴影或晕影。如果当摄像者到室外或进入室内时光照条件发生变化，则ISRSHI与ISRLO之间没有信号产生以致不能进行光圈控制。然而通过检查每个亮度电平的像素数目HIPIX/MIDPIX/LOPIX，就能确定光照条件的变化。例如，如果数值HIPIX远大于MIDPIX或LOPIX的数值，则光圈开口过大。

在表面色调模式，对图像摄像单元10的光圈12进行控制，以从确定成像屏幕内的表面色调区域的数字亮度信号Y的积分值SSACM和从确定作为其特定区域的表面色调区域的像素SKPIX的数目得到表面色调区域的平均画面电平PSKN，上述积分值由第四积分器63D产生，而上述像素数目是作为第四计算器64D的计数值得到的。上述的PSKN被表达为：

PSKN＝SSACM/SKPIX然后把平均画面电平PSKN调整到预定电平。在如图5所示的表面色调方式中，彩色选通信号与输入信号相乘，然后作为传感信号输出。

在亮度选通模式与表面色调方式结合的智能模式中，对图像拾取单元10的光圈12进行控制，以便得到亮度选通模式的特定电平区域的平均画面电平PMID与表面色调模式的平均画面电平PSKN之的中间值以作为平均画面电平PINT，并把中间画面电平PINT调整到预定电平。在该智能方式中，执行的操作是根据表面色调区域的像素数目改变亮度选通方式与表面色调方式的混合比例，如图7所示，随着表面色调区域的面积增加逐渐地从亮度选通方式变化到表面色调方式。即，该智能方式的平均画面电平PINT由下列表达式得到：

WSKN＝f(SKPIX)

WMID+WSKN＝1

PINT＝WMIDPMID+WSKNPSKN在这里，WMID和WSKN是用于亮度选通方式和表面色调方式的加权，函数f(SKPIX)是用于从表面色调区域得到表面色调方式的加权WSKN。

在这个智能方式中，系统控制器70以根据设置在操作盘80上的转换开关的操作输入以移动亮度选通方式下的亮度上限IRSHI和下限IRSLO中的两个或一个的方式、控制第一和第二参考电平产生器66和67。在智能方式，这种控制使它能够精细调谐自动光圈控制的性能。例如，如图8所示，如果被检测的亮度范围向下移动，就可确定屏幕变暗，因此要执行自动光圈控制去打开光圈12。自动光圈控制的性能移到略微明亮一点的位置。

此外，在该智能方式中，根据设置在操作盘80上的一个按钮的操作输入，系统控制器70根据图10所示的程序操作，来复位亮度选通方式的亮度上限IRSHIT和下限IRSLO。

即，根据设置在操作盘80上的单按钮的操作输入，操作该系统控制器70对输入接收后即刻的一个场周期设置光点方式，并得到位于成像屏幕的中心的矩形区域SPOT的平均画面电平PSPT(步骤S1)，并控制图像拾取单元10的光圈12，以便把平均画面电平PSPT调整到预定电平(步骤S2)。例如，图9A和图9B示出了单个按钮操作前和后的成像屏幕的亮度分布状态的一个例子，该状态被重新安排以复位如下的亮度选通方式的亮度上限IRSHI和下限IRSLO，使矩形区域SPOT的平均画面电平PSPT位于成像屏幕的中心(步骤S3)：

IRSHI＝PSPT+

IRSLO＝PSPT-

因此，当操作单按钮时，目标对象被定位在位于成像屏幕中心处的矩形区域SPOT上。该定位过程能够准确地完成目标对象的自动光圈缩小。

系统控制器70反复确定是否再次又收到单按钮的操作输入(步骤S4)。第二操作输入的接收导致亮度选通方式的亮度上限IRSHI和亮度下限IRSLO返回到缺省值并从该方式返回到正常的智能方式(步骤S5)。

本发明的彩色图像拾取装置包括：第一个电平传感装置，用于检测在成像屏幕的特定亮度电平区域内的成像输出电平；第二个电平传感装置，用于检测成像屏幕上表面色调区域的成像输出电平；和控制装置，用于根据每个检测的输出控制彩色图像拾取单元的光量。因此，根据成像条件切换曝光量控制方式，彩色图像拾取装置能够产生具有可靠的优良图像质量的成像输出。

在本发明的彩色图像拾取装置中，电平传感装置包括亮度转换装置，用于把(例如)由彩色图像拾取单元产生的彩色成像输出信号转换成亮度信号；和第一电平传感装置，用于根据亮度信号检测由第一区域产生装置确定的特定亮度电平区域的亮度信号电平，这样就能够检测成像屏幕的特定亮度电平区域内的成像输出电平。

在本发明的彩色图像拾取装置中，电平传感装置包括第二电平传感装置，用于根据来自(从亮度转换装置提供的)亮度信号的彩色成像输出信号检测由第二区域产生装置确定的表面色调区域的信号电平，这样就能够检测在成像屏幕上表面色调区域内的成像输出电平。

此外，在本发明的彩色图像拾取装置中，操作该控制装置，以控制光量控制装置，以便把第一电平传感装置检测输出产生的第一平均信号电平、第二电平传感装置检测输出产生的第二平均信号电平、或第一平均信号电平与第二平均信号电平之间的中间信号电平调整到预定电平。这种控制能够按照成像条件切换到相应的曝光量控制方式，以产生具有可靠的优良图像质量的成像输出。

另外，在本发明的彩色图像拾取装置中，可操作控制装置，把第一平均信号电平与第二平均信号电平之间的内分割点调整成中间信号电平，并把特定亮度电平区域对表面色调区域的比例调整成该内分割比例。这种调整能够根据目标对象条件自动切换到相应的曝光量控制方式，以产生具有可靠的优良图像质量的成像输出。

Claims

1.彩色图像拾取设备，包括：

一个彩色图像拾取装置，用于根据入射在该装置上的入射光产生彩色图像信号；

光圈控制装置，用于控制所述图像拾取装置的光圈；

电平检测装置，它具有：一个第一电平检测装置，用于检测在具有预定亮度电平的第一区域内的所述彩色图像信号，和一个第二电平检测装置，用于在具有预定色调的第二区域内检测所述彩色信号的输出电平；和

控制装置，用于根据所述电平检测装置的输出信号控制所述光圈控制装置。

2.根据权利要求1所述的彩色图像拾取装置，其中控制装置根据所述第一区域和所述第二区域的区域比值控制所述光圈控制装置。

3.根据权利要求1所述的彩色图像拾取设备，其中所述第二电平检测装置检测表面色调区域的所述彩色信号的输出电平。

4.图像拾取设备，包括：

图像拾取装置，用于产生图像信号；

自动光圈装置，用于控制所述图像拾取装置的光圈；

第一平均画面电平检测装置，用于检测由帧中位置所确定的第一区域内的图像信号的第一平均画面电平；

第二平均画面电平检测装置，用于检测第二区域内的图像信号的第二平均画面电平，其中第二区域的画面电平在第一阈值电平与第二阈值电平之间；

光圈控制装置，用于根据所述第一或第二平均画面电平控制所述的自动光圈装置；和

调整装置，用于调整第一和第二阈值电平以便在光圈控制装置只根据第一平均画面电平控制所述自动光圈装置时所获得的第一平均画面电平成为被调整的第一和第二阈值电平的中心电平；

5.根据权利要求4所述的图像拾取设备，其中在帧的中心定位所述第一区域。