DE69902107T2

DE69902107T2 - Bildaufnahmegerät

Info

Publication number: DE69902107T2
Application number: DE69902107T
Authority: DE
Inventors: Yasutoshi Yamamoto; Masayuki Yoneyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2019-01-15
Also published as: CN1140109C; EP0930780A1; DE69902107D1; JP3805094B2; US6670993B1; CN1233909A; JPH11205661A; EP0930780B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bildaufnahmegerät, das in einer Videokamera oder dergleichen verwendet wird.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Ein Bildaufnahmegerät, das in einer Videokamera oder dergleichen verwendet wird, delektiert und mischt Bildsignale für verschiedene Belichtungsquantitäten, um Videosignale in einem weiten Dynamikbereich bereitzustellen. Das Bildaufnahmegerät hat einen Bildsensor, der Bildsignale für verschiedene Belichtungsquantitäten ausgibt. Der Bildsensor wird bspw. als Typ einer Zeile-für-Zeile-Abtastung benannt und hat fotoelektrische Umwandlungsbereiche oder -Pixel, die in zwei Dimensionen angeordnet sind, und gibt Bildsignale in Abtastzeilen mit einer Anzahl aus, die der doppelten eines herkömmlichen Bildsensors entsprechen. In dem Bildsensor wird die Belichtungszeit für Pixel in Korrespondenz zu einer Hälfte der Abtastzeilen durch einen elektronischen Verschluss verändert, um ein Bildsignal Slong für eine dunkleres Objekt und ein Bildsignal Sshort für ein helleres Objekt auszugeben. Ein gemischtes Signal Smix wird von den Bildsignalen Slong und Sshort erhalten und Bildverarbeitungen unterzogen, die für eine Kamera notwendig sind, wie bspw. Gamma-Korrektur und Blendenkorrektur. Ferner wird ein mittlerer Signalwert über einen Schirm delektiert und eine Iriseinrichtung wird gesteuert, um einen vorbestimmten Wert gemäß dem mittleren Wert des Schirms zu erhalten. Ein derartiges Bildaufnahmegerät gemäß dem Stand der Technik ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 322147/1995/(JP-A-7322147) beschrieben.
In dem in Fig. 1 gezeigten Bildaufnahmegerät nach dem Stand der Technik geht das Bildsignal Slong bei einem Wert des einfallenden Lichts L1 in die Sättigung und das Bildsignal Sshort geht bei einem Wert des einfallenden Lichts L2 größer als L1 in die Sättigung. Andererseits ist der Dynamikbereich, der als L2/L1 dargestellt wird, konstant. Daher kann ein Objekt nicht ordentlich wiedergegeben werden, wenn der Dynamikbereich des Objekts größer ist als der Dynamikbereich L2/L1 des Bildaufnahmegeräts oder weitgehend kleiner ist als L2/L1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein bildgebendes Gerät bereitzustellen, welches diese Probleme löst.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bildaufnahmegerät bereitzustellen, welches einen Dynamikbereich für eine Kamera gemäß dem Dynamikbereich eines Objekts steuern kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bildaufnahmegerät bereitzustellen, welches eine stabile Irissteuerung durchführt, wenn der Dynamikbereich der Kamera verändert wird.
Die obigen Ziele werden durch die Kombination der in dem Hauptanspruch beschriebenen Merkmale gelöst und die Unteransprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Ein Bildaufnahmegerät weist auf: Eine optische Linse, welche Licht von einem Objekt weiterleitet; einen Bildsensor, welcher das von der optischen Linse kommende Licht delektiert, um Bildsignale für verschiedene Belichtungsquantitäten auszugeben; einen Treiber, der den Bildsensor ansteuert; eine Signalmischeinrichtung, welche die Bildsignale mit verschiedenen Belichtungsquantitäten mischt, welche von dem Bildsensor ausgegeben wurden, um ein gemischtes Signal auszugeben; einen Spitzenwertdetektor, welcher einen Spitzenwert von einem der Bildsignale für verschiedene Belichtungsquantitäten, die von dem Bildsensor ausgegeben wurden, oder einem Signal delektiert, das von den Bildsignalen für verschiedene Belichtungsquantitäten, die von der Signalmischeinrichtung ausgegeben wurden, abgelei tet wurde; eine Spitzenwertbeurteilungseinrichtung, welche beurteilt, ob der von dem Spitzenwertdetektor delektierte Spitzenwert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht; und eine Steuerung, welche einen Anteil (Verhältnis) der Belichtungsquantitäten für den Bildsensor gemäß dem Beurteilungsergebnis der Spitzenwertbeurteilungseinrichtung steuert. Auf diese Weise kann der Dynamikbereich einer Kamera optimal gemäß dem Dynamikbereich des Bildsensors gesteuert werden und zwar durch Steuerung der Belichtungsquantitäten für den Bildsensor gemäß dem Spitzenwert, welcher die Helligkeit des Objekts darstellt.
Bspw. delektiert der Spitzenwertdetektor einen Spitzenwert für das gemischte Signal, das von der Signalmischeinrichtung ausgegeben wurde.
Z. B. delektiert der Spitzenwertdetektor den Spitzenwert der Bildsignale für eine kleinste Belichtungsquantität. Dann wird der Spitzenwert stabilisiert, während der Dynamikbereich gesteuert wird.
Ferner weist das Bildaufnahmegerät bevorzugt auf: eine Iriseinrichtung, welche das Licht begrenzt, das sich von der optischen Linse zu dem Bildsensor fortpflanzt; eine Signalwertbeurteilungseinrichtung, welche das gemischte Signal von der Signalmischeinrichtung empfängt, beurteilt, ob der Wert des gemischten Signals innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht, und die gemischten Signale nur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ausgibt; und einen Detektor für einen mittleren Signalwert, welcher einen mittleren Signalwert der Bildsignale delektiert, welche von der Signalwertbeurteilungseinrichtung empfangen wurden, um einen mittleren Signalwert auszugeben; und einen Iristreiber, welcher die Iriseinrichtung gemäß dem mittleren Signalwert steuert, der von dem Detektor für einen mittleren Signalwert ausgegeben wurde, um das durch die optische Linse zu dem Bildsensor eintretende Licht zu steuern. Auf diese Weise kann die Iriseinrichtung stabil gesteuert werden, wenn der Dynamikbereich des Bildaufnahmegeräts gemäß dem des Objekts gesteuert wird.
Bevorzugt weist das Bildaufnahmegerät ferner auf: eine Iriseinrichtung, welche das Licht begrenzt, welches sich von der optischen Linse zu dem Bildsensor fortpflanzt; einen Detektor für einen mittleren Signalwert, welcher die Bildsignale für die maximale Belichtungsquantität mittelt, die von dem Bildsensor ausgegeben wurden, um einen mittleren Signalwert auszugeben; und einen Iristreiber, der die Iriseinrichtung gemäß dem mittleren Signalwert steuert, der von dem Detektor für einen mittleren Signalwert ausgegeben wurde, um das durch die optische Linse zu dem Bildsensor eintretende Licht zu steuern. Auf diese Weise kann die Iriseinrichtung stabil gesteuert werden, während der Dynamikbereich des Bildaufnahmegeräts optimal gesteuert wird.
Weiter bevorzugt weist das Bildaufnahmegerät ferner auf: einen Begrenzer, der den Anteil der Belichtungsquantität des Bildsignals, gesteuert durch die Steuerung, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs begrenzt. So kann es vorteilhafterweise vermieden werden, dass die Gradationscharakteristik unnatürlich wird und dass das Rauschen zunimmt.
Weiter bevorzugt weist das Bildaufnahmegerät ferner auf: einen Rechner, der einen Anteil der Belichtungsquantität der Bildsignale berechnet, die von dem Bildsensor ausgegeben wurden, und eine Quantität von einfallendem Licht, das durch die Iriseinrichtung zu dem Bildsensor gelangt, unter Verwendung einer Berechnung mit dem Spitzenwert und dem mittleren Signalwert. Selbst wenn die Vergrößerung des Dynamikbereichs begrenzt ist, ist der Irisbetrieb mit der Vergrößerung des Dynamikbereichs korreliert. Auf diese Weise wird ein Anteil bzw. Verhältnis gesättigter Signale vermindert und ein Objekt kann in einem geeigneten Zustand abgebildet werden.
Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination der beschriebenen Merkmale sein kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Beziehung zwischen Bildsignalen in einem Gerät nach dem Stand der Technik ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Hauptabschnitts eines Bildaufnahmegeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 3 ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Beziehung zwischen Bildsignalen in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Hauptabschnitts eines Bildaufnahmegeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 5 ein Diagramm zur schematischen Darstellung der Beziehung zwischen Bildsignalen in dem zwischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Hauptabschnitts eines Bildaufnahmegeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 7 ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Beziehung zwischen Bildsignalen in dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Hauptabschnitts eines Bildaufnahmegeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 9 ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Beziehung zwischen Bildsignalen in dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Hauptabschnitts eines Bildaufnahmegeräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 11 ein Blickdiagramm einer internen Struktur eines Rechners ist;
Fig. 12 ein Flussdiagramm von Berechnungsverfahren ist;
Fig. 13 ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen einem Spitzenwert (PEAK) eines gemischten Signals und einem mittleren Signalwert (MEAN) von Bildsignalen für die größte Belichtungsquantität ist;
Fig. 14 ein Blockdiagramm eines Hauptabschnitts eines Bildaufnahmegeräts gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist; und
Fig. 15 ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Beziehung zwischen Bildsignalen in dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein Bildaufnahmegerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert die Belichtungsquantität eines Bildsensors gemäß dem Spitzenwert, welcher die maximale Helligkeit oder Beleuchtung eines Objekts darstellt. Auf diese Weise wird der Dynamikbereich der Kamera gemäß dem Dynamikbereich des Objekts gesteuert.
Fig. 2 zeigt schematisch das Bildaufnahmegerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In einem Bildaufnahmegerät wird Licht von einem Objekt, das durch eine optische Linse 1 geleitet wird, durch einen Iriseinrichtung 2 abgeblendet und tritt in einen Bildsensor 4 ein, wie bspw. in ein Ladungsträger gekoppeltes Bauelement bzw. charged-coupled device (CCD). Der Bildsensor 4 ist ein Element, welches Bildsignale für verschiedene Belichtungsquantitäten ausgibt und es wird von einem Bildsensortreiber (CCD-Treiber) 5 angesteuert, der von einer Steuerung 6 gesteuert wird. Die Belichtungsquantität ist bspw. die Belichtungszeit. Jedoch ist sie nicht hierauf beschränkt und bspw. kann auch die Lichtintensität mit der Belichtungszeit verbunden werden. Der Bildsensor ist üblicherweise ein Bildsensor eines Typs einer Zeile-für-Zeile-Abtastung und kann Bildsignale einer Abtastzeilenzahl ausgeben, die der doppelten der eines herkömmlichen Bildsensors entspricht, wobei eine Belichtungszeit für die Pixel entsprechend einer Hälfte der Abtastzeilen zu einer kleineren Belichtungszeit als diejenige im gewöhnlichen Fall durch einen elektronischen Verschluss (nicht dargestellt) verändert wird. Dann haben zwei Bildsignale, die von dem Bildsensor 4 ausgegeben wurden, verschiedene Quantitäten der Belichtungszeit, das heißt ein gewöhnliches Bildsignal Slong für eine längere Belichtungszeit und ein Elektronik-Verschluss-Bildsignal Sshort mit einer kürzeren Belichtungszeit. In einem in Fig. 3 gezeigten Beispiel, welches die Beziehung zwischen Bildsignalen darstellt, geht das Bildsignal Slong bei einer Quantität des einfallenden Lichts von L1 in die Sättigung und das Bildsignal Sshort geht bei einer Quantität des einfallenden Lichts von L2 in die Sättigung, die größer ist als L1 bei dem gleichen Sättigungswert Ssat.
Eine Signalmischeinrichtung 7 summiert einfach die Bildsignale Slong und Sshort, die von dem Bildsensor 4 ausgegeben wurden, um ein gemischtes Signal Smix bereitzustellen. Das Ausgangssignal von dem Bildmischer 7 wird einer Kamerasignalprozessorschaltung 8 zugeführt, welche das eingegebene gemischte Signal Smix einer Signalverarbeitung unterzieht, wie bspw. einer Gamma-Korrektur oder Blendenkorrektur. Dann gibt sie Bildsignale über den Ausgangsanschluss 9 nach außen aus. Auf der anderen Seite empfängt ein Spitzenwertdetektor 12 das gemischte Signal Smix, um einen Spitzenwert für einen Schirm gemäß dem gemischten Signal Smix zu delektieren, und gibt es an eine Spitzenwertbeurteilungseinrichtung 13 aus. Die Spitzenwertbeurteilungseinrichtung 13 beurteilt, ob der Spitzenwert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs oder nicht liegt. Der Bereich läuft bspw. vom 1,7 bis zum 1,9-fachen des Sättigungswerts Ssat der Bildsignals Slong und Sshort (zwischen 1,7·Ssat und 1,9·Ssat). Fig. 3 zeigt einen Bereich, in dem der Spitzenwert liegt, neben der Beziehung der Bildsignale Slong und Sshort.
Ein Mikrocomputer 14 steuert die Steuerung 6 für den Bildsignaltreiber 5 gemäß dem Beurteilungsergebnis der Spitzenwertbeurteilungseinrichtung 13. Der Anteil (Verhältnis) der Dynamikbereiche wird erhöht, wenn der Spitzenwert größer ist als der vorbestimmte Bereich, während er vermindert wird, wenn der Spitzenwert kleiner ist als der vorbestimmte Bereich. Wenn der Anteil der Dynamikbereiche gemäß einem Steuersignal des Mikrocomputers 14 erhöht wird, erhöht die Steuerung 6 für den Bildsignaltreiber 5 einen Anteil (Verhältnis) der zwei Belichtungsseiten. Andererseits erhöht die Steuerung 6 für den Bildsignaltreiber 5 den Anteil der zwei Belichtungsseiten, wenn der Anteil der Dynamikbereiche gemäß dem Steuersignal des Mikrocomputers 14 erhöht wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Belichtungszeit für das Signal Sshort1 für die kleinere Belichtungsquantität eingestellt. Die Belichtungszeit wird gesteuert durch Einstellen der Verschlussgeschwindigkeit des elektronischen Verschlusses.
Auf der anderen Seite empfängt ein Detektor für ein mittleres Signal 11 auch das gemischte Signal Smix und delektiert einen mittleren Signalwert für eine Schirm, der zu dem Mikrocomputer 14 übertragen wird. Der Mikrocomputer 14 steuert die Iriseinrichtung 2 durch den Iristreiber 3, so dass der mittlere Signalwert für einen Schirm einen vorbestimmten Wert annimmt.
Fig. 3 zeigt zwei Beispiele. Für ein Objekt mit einer maximalen Belichtungsquantität L3 von einfallendem Licht wird die Belichtungsquantität L3 in den vorbestimmten Bereich eingeschlossen durch Setzen des Anteils (Verhältnisses) der Belichtungsquantitäten auf L2/L1 zu 3 durch den Mikrocomputer 14. In diesem Fall gibt der Bildsensor 4 das Bildsignal Sshort1 mit einer kürzeren Belichtungszeit aus und die Signalmischeinrichtung 7 gibt das gemischte Signal Smix1 aus. Auf der anderen Seiten wird für ein Objekt mit der maximalen Belichtungsquantität L4 von einfallendem Licht die Belichtungsquantität L4 in den vorbestimmten Bereich eingeschlossen durch Setzen des Anteils der Belichtungsquantitäten auf L2/L1 zu 4 durch den Mikrocomputer 14. In diesem Fall gibt der Bildsensor 4 das Bildsignal Sshort2 mit einer kürzeren Belichtungszeit aus und die Bildmischeinrichtung 7 gibt das gemischte Signal Smix2 aus. Der Spitzenwert wird auf L2' erhöht, der größer ist als L2, und das gemischte Signal Smix2 hat eine geringere Neigung als das gemischte Signal Smix1. Auf diese Weise wird der Dynamikbereich des Bildaufnahmegeräts in Übereinstimmung mit dem Dynamikbereich des Objekts gesteuert.
In dem in Fig. 1 gezeigten Bildaufnahmegerät nach dem Stand der Technik ist der als L2/L1 dargestellte Dynamikbereich konstant. Dann kann, falls die maximale Quantität des von dem Objekt einfallenden Lichts L3 ist, das Bild wiedergegeben werden, wohingegen das Bild nicht wiedergegeben werden kann, falls die maximale Quantität des von dem Objekt einfallenden Lichts L4 ist. Andererseits ist der maxi male Ausgangswert etwa das 1,5-fache des Sättigungswertes Ssat von Slong, falls die maximale Quantität des von dem Objekt einfallenden Lichts L4 ist, und der Dynamikbereich des Bildaufnahmegeräts kann nicht effektiv verwendet werden. Wie oben erläutert, wird in einem Bildaufnahmegerät gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Dynamikbereich des Bildaufnahmegeräts optimal gemäß dem Dynamikbereich des Objekts gesteuert und das Bild kann für ein Objekt mit einer maximalen Quantität einfallenden Lichts von L4 gut wiedergegeben werden. Das heißt, durch Steuern der Belichtungsquantität des Bildsensors gemäß dem Spitzenwert, welcher die maximale Helligkeit eines Objekts darstellt, kann der Dynamikbereich der Kamera optimal gemäß dem Dynamikbereich des Objekts gesteuert werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

In dem Bildaufnahmegerät dem ersten, oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird die Iriseinrichtung gemäß einem Mittelwert der Bildsignale gesteuert. Dann kann die Irissteuerung instabil werden, wenn der mittlere Signalwert gemäß der Vergrößerung des Dynamikbereichs verändert wird, da die Iriseinrichtung gemäß einem mittleren Wert der Signale in dem vergrößerten Dynamikbereich gesteuert wird. Dies wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert. Für ein Objekt mit einer gleichmäßigen Signalverteilung bis zu einer Helligkeit L2' wird der mittlere Signalwert als ein Bereich angenommen, der durch Smix und L2' eingeschlossen ist. Im Vergleich mit einem Fall eines kleineren Dynamikbereichs (Smix1) ist der Bereich kleiner und der mittlere Signalwert wird in einem Fall eines größeren Dynamikbereichs (Smix2) kleiner. Dann wird die Iriseinrichtung 2 weiter geöffnet, obgleich der Dynamikbereich vergrößert wird. Ein Bildaufnahmegerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel löst dieses Problem und steuert die Iriseinrichtung stabil, selbst wenn der Dynamikbereich vergrößert wird.
Fig. 4 zeigt ein Bildaufnahmegerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Bildaufnahmegerät gemäß diesem Ausführungsbeispiel fügt eine Signalwertbeurteilungseinrichtung 10 dem Bildaufnahmegerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hinzu. In dem Bildaufnahmegerät sind die Struktur und der Betrieb der anderen Teile, außer der Signalwertbeurteilungseinrichtung 10 und dem Detektor 11 für einen mittleren Signalwert, entsprechend den entsprechenden Tei len in dem Bildaufnahmegerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet und daher wird hier eine detaillierte Erläuterung dieser Teile weggelassen.
Diese Signalwertbeurteilungseinrichtung 10 entscheidet, ob der Wert des gemischten Signals Smix, das von der Signalmischeinrichtung 7 empfangen wird, innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt oder nicht. Dann gibt sie nur die gemischten Signale Smix mit Werten kleiner als dem Sättigungswert Ssat des Bildsignals Slong, Sshort an den Detektor 9 für einen mittleren Signalwert aus. Der Detektor 11 für einen mittleren Signalwert mittelt die Signale, die von der Signalwertbeurteilungseinrichtung 10 über einen Schirm empfangen wurden und überträgt den mittleren Wert an den Mikrocomputer 14. Der Mikrocomputer 14 steuert die Iriseinrichtung 2 durch die Irissteuerung 3 gemäß dem mittleren Signalwert, der von dem Detektor 9 für einen mittleren Signalwert detektiert wurde. Daher wird der Dynamikbereich erhöht, wenn die Iriseinrichtung stabil gesteuert wird. Die Verarbeitung von Signalen nach dem Mikrocomputer 14 entspricht der Verarbeitung des Bildaufnahmegeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und daher wird hier eine entsprechende Erläuterung ausgelassen.
Fig. 5 veranschaulicht die Beziehung zwischen Bildsignalen Sshort, Slong und Smix in dem Bildaufnahmegerät. Bezüglich der Signale für einfallendes Licht mit einer Belichtungsquantität kleiner als L1, wird der mittlere Signalwert des gemischten Signals Smix als eine dreieckige Fläche angenommen, die von Smix und L1 eingeschlossen wird, und die Charakteristika der Signale werden praktisch nicht verändert, wenn der Dynamikbereich des Bildsensors gemäß demjenigen eines Objekts geändert wird. Auf diese Weise wird eine Stabilisierung der Irissteuerung erreicht.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein Bildaufnahmegerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Iriseinrichtung stabil steuern, wenn der Dynamikbereich des Bildsensors durch Einführen einer anderen Struktur als derjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels vergrößert wird.
Fig. 6 zeigt das Bildaufnahmegerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Das Bildaufnahmegerät entspricht demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, abge sehen davon, dass das Eingangssignal des Detektors 11 für einen mittleren Signalwert das Signal Slong für die größte Belichtungsquantität in den Signalen für verschiedene Belichtungsquantitäten ist, die von dem Bildsensor 4 ausgegeben wurden. Der Detektor 11 für einen mittleren Signalwert mittelt Signale Slong über einen Schirm und sendet den mittleren Wert an den Mikrocomputer 14. In dem Bildaufnahmegerät entspricht die Struktur und der Betrieb der anderen Teile als dem Detektor 11 für einen mittleren Signalwert den entsprechenden Teilen in dem Bildaufnahmegerät des ersten, in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels und daher wird eine detaillierte Erläuterung hierüber an dieser Stelle ausgelassen.
Fig. 7 stellt die Beziehung zwischen den Bildsignale Slong, Sshort und Smix dar. Die Charakteristik des Signals Slong wird praktisch nicht verändert, wenn der Dynamikbereich des Bildsensors gemäß demjenigen eines Objekts verändert wird. In diesem Fall wird der mittlere Signalwert des gemischten Signals Smix als ein trapezförmiger Bereich (oder ein schraffierter Bereich) angenommen, der durch Smix und L2 eingeschlossen ist. Die Irissteuerung 6 steuert den Bildsensor 4 mittels des Treibers 5 gemäß dem mittleren Signalwert, der von dem Detektor 11 für einen mittleren Signalwert delektiert wurde. Dann wird der Iriszustand in der Iriseinrichtung 2 nicht instabil, wenn der Anteil bzw. das Verhältnis der Belichtungsquantitäten der Bildsignale Slong und Sshort gesteuert wird. Es ist vorteilhaft, dass die Iriseinrichtung 2 stabil gesteuert werden kann, während das Dynamikverhältnis bzw. der Dynamikanteil des Bildaufnahmegeräts gemäß dem Dynamikverhältnis bzw. Dynamikanteil eines Objekts gesteuert wird.

Viertes Ausführungsbeispiel

In den Bildaufnahmegeräten gemäß den oben erläuterten ersten bis dritten Ausführungsbeispielen wird die Belichtungsquantität des Bildsensors 4 derart gesteuert, dass der Spitzenwert des Ausgangssignals der Signalmischeinrichtung 7 in einen vorbestimmten Bereich fällt. In diesem Fall ist es erforderlich, falls Signale mit einem sehr hohen Dynamikbereich, wie ein dunkler Raum und ein heller Himmel, empfangen werden, dass der Anteil (das Verhältnis) der Belichtungsquantitäten größer ist als 100. Wenn jedoch die Signalmischeinrichtung 7 Signale Slong und Sshort hinzufügt mit einer Differenz in der Belichtungsquantität des 100-fachen oder mehr, geht Slong in die Sättigung, selbst wenn das Signal Sshort; sehr klein ist, und die Differenz in der Neigung der Gradationscharakteristik zum 100-fachen wird. Auf diese Weise wird das Bild des Objekts sehr unnatürlich.
Fig. 9 stellt die Beziehung zwischen Bildsignalen Slong, Sshort und Smix dar. In Fig. 9 zeigt das Signal Smix3 schematisch ein gemischtes Signal für eine Differenz des 100- fachen. Die Änderung in der Steigung des Signals Smix3 erfolgt bei einer Belichtungsquantität von L1 sehr abrupt und das Signal entspricht bei Belichtungsquantitäten kleiner als L2' etwa Slong. Das Signal Sshort kann verstärkt werden, um die Differenz in der Steigung zu korrigieren, jedoch wird das Rauschen bei einer Verstärkung von 100 groß werden. Ein Bildaufnahmegerät gemäß einem, unten erläuterten, vierten Ausführungsbeispiel unterdrückt eine unnatürliche Gradationscharakteristik und eine Zunahme des Rauschens.
Fig. 8 zeigt das Bildaufnahmegerät gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Bildaufnahmegerät gemäß diesen Ausführungsbeispiel fügt dem Bildaufnahmegerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einen Begrenzer 15 hinzu. Der Begrenzer 15 begrenzt den Anteil (Verhältnis) der Belichtungsquantitäten, der bzw. das der Treibersteuerung 6 für den Bildsensor 4 zugeführt wird. In dem Bildaufnahmegerät entspricht die Struktur und der Betrieb der anderen Teile, abgesehen von dem Begrenzer 15, den entsprechenden Teilen in dem Bildaufnahmegerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel und daher wird eine detaillierte Erläuterung hierüber an dieser Stelle weggelassen.
Wenn der Mikrocomputer 14 ein Signal zur Änderung des Dynamikanteils bzw. des Dynamikverhältnisses von der Spitzenwertbeurteilungseinrichtung 13 erhält, sendet er einen Befehl an den Begrenzer 15, um den Anteil der Belichtungsquantitäten zu ändern. Der Begrenzer 15 beurteilt, ob der Anteil der Belichtungsquantitäten in einem vorbestimmten Bereich liegt oder nicht. Falls der Anteil in dem vorbestimmten Bereich liegt, sendet er ein Signal zum Ändern des Anteils an die Steuerung 6 für den Bildsensortreiber. Falls andererseits der Anteil nicht in dem vorbestimmten Bereich liegt, hält er den momentanen Anteil der Belichtungsquantitäten. Der vorbestimmte Bereich des Anteils der Belichtungsquantitäten beträgt bspw. 3 bis 32 und vorzugsweise 4 bis 16.
Fig. 9 zeigt das Signals Smix1 für den Anteil 5 und Smix2 für den Anteil von 8. Die Steigung der Gradationscharakteristik nimmt mit der Zunahme des Anteils der Belichtungsquantitäten zu. Die Gradationscharakteristik kann durch Verstärken von Sshort verbessert werden. Jedoch ist unter Berücksichtigung des verstärkten Rauschens ein Verstärkungsgewinn von 16 die obere Grenze.
Wie oben erläutert, begrenzt der Begrenzer 15 in dem Bildaufnahmegerät dieses Ausführungsbeispiel den Anteil der Belichtungsquantitäten trotz des notwendigen Verhältnisses der Belichtungsquantitäten, so dass der Anteil der Belichtungsquantitäten der Bildsignale Slong und Sshort, die von dem Bildsensor 4 ausgegeben wurden, in dem vorbestimmten Bereich liegen. Dann kann es vermieden werden, dass die Gradationscharakteristik unnatürlich wird und dass das Rauschen zunimmt.

Fünftes Ausführungsbeispiel

In dem Bildaufnahmegerät gemäß dem fünften, oben erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Erhöhung des Dynamikbereichs begrenzt. Dann unterliegt das Signal vollständig für einige Objekte der Sättigung und dies macht es unmöglich, Bildinformationen abzuleiten. In einem Bildaufnahmegerät gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ist die Irisfunktion mit der Erhöhung des Dynamikbereichs korreliert, selbst wenn die Erhöhung des Dynamikbereichs begrenzt ist, um einen Anteil der gesättigten Signale zu vermindern. Auf diese Weise wird der am meisten geeignete abbildende Zustand realisiert.
Fig. 10 zeigt das Bildaufnahmegerät gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Bildaufnahmegerät fügt dem Bildaufnahmegerät gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel einen Rechner 16 hinzu. In dem Bildaufnahmegerät entsprechen die Struktur und der Betrieb der Teile, abgesehen von dem Rechner 16, den entsprechenden Teilen in dem Bildaufnahmegerät gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel und daher wird hier eine detaillierte Erläuterung darüber weggelassen.
Der Rechner 16 empfängt den Mittelwert MEAN von Signalwerten, die von dem Detektor 11 für einen mittleren Signalwert ausgegeben wurden, und den Spitzenwert PEAK der von dem Spitzenwertdetektor 12 ausgegeben wurde, und bestimmt den Iriswert gemäß den zwei Eingangssignalen. Der Rechner 16 steuert den Iriswert wie unten erläutert.
(1) Zunächst gibt der Rechner 16 einen Befehl an den Treiber 3 über den Mikrocomputer 14 aus, um den momentanen Zustand der Iriseinrichtung zu behalten, falls der mittlere Wert MEAN in einem vorbestimmten Zielbereich (von ML bis MH) liegt.
(2) Falls der mittlere Wert MEAN größer ist als das Maximum MH des vorbestimmten Zielbereichs, gibt der Rechner 16 einen Befehl an den Treiber 3 über den Mikroprozessor 14 aus, um die Iriseinrichtung 2 um eine vorbestimmte Differenz zu schließen.
(3) Falls der mittlere Wert MEAN kleiner ist als das Minimum ML des vorbestimmten Zielbereichs, berechnet der Rechner 16, ob der Spitzenwert PEAK des gemischten Signals Smix innerhalb eines anderen vorbestimmten Wertebereichs (von PL bis PH) liegt.
(4) Falls der Spitzenwert PEAK kleiner ist als das Minimum PL des vorbestimmten Wertebereichs, gibt der Rechner 16 einen Befehl an den Treiber 3 über den Mikroprozessor 14 aus, um die Iriseinrichtung 2 durch die vorbestimmte Differenz zu öffnen.
(5) Falls der Spitzenwert PEAK größer ist als ein Wert von P1 = (PEAK - PMAX)/ (ML - Mo)·(MEAN - Mo) + PMAX + dP, wobei "PMAX" den maximalen Wert von PEAK und "dP" eine Verschiebung für den Spitzenwert PEAK darstellt, welche den Iriszustand nicht ändert, wenn der Spitzenwert PH überschreitet, gibt der Rechner einen Befehl an den Treiber 3 über den Mirkocomputer 14 aus, um die Iriseinrichtung um die vorbestimmte Differenz zu schließen.
(6) Falls andererseits der Spitzenwert PEAK kleiner ist als ein Wert von P2 = (PH - PMAX)/(ML - Mo)·(MEAN - Mo) + PMAX (= P1 - dP), gibt der Rechner einen Befehl an den Treiber 3 über den Mikrocomputer 14 aus, um die Iriseinrichtung 2 um die vorbestimmte Differenz zu öffnen.
Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen dem mittleren Wert MEAN und dem Spitzenwert PEAK. In Fig. 11 stellt die Abszisse den mittleren Wert und die Ordinate den Spitzenwert dar. Ein mit schrägen Linien dargestellter Bereich stellt einen Bereich zum Steuern dar, um die Iriseinrichtung 2 zu öffnen, während ein weiterer Bereich, der mit vertikalen Linien dargestellt ist, einen Bereich zum Steuern darstellt, um die Iriseinrichtung 2 zu schließen.
Fig. 12 zeigt eine Struktur des Rechners 16, die als eine Hardwareschaltung ausgeführt wurde, wobei CP einen Komparator darstellt und IRIS CLOSE und IRIS OPEN Schaltungen darstellen, um eine Schließrichtung oder eine Öffnungsrichtung relativ zu dem momentanen Iriswert des Treibers 3 zu instruieren. Es kann ebenfalls möglich sein, das Setzen des absoluten Iriswertes zu steuern. Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm eines Computerprogramms, wenn der Rechner 16 mittels Software realisiert wird. Das Flussdiagramm entspricht den obigen Schritten (1) bis (6) und wird hier nicht erneut erläutert. Auf diese Weise steuert der Rechner 16 die Iriseinrichtung 2, um gemäß dem mittleren Wert MEAN geöffnet oder geschlossen zu werden, selbst wenn der Spitzenwert PEAK den vorbestimmten Bereich überschreitet.
Wie oben erläutert, wird der Treiber 5 für den Bildsensor und die Iriseinrichtung 2 durch die Steuerung 6 und der Iristreiber 3 gemäß dem Berechnungsergebnis des Spitzenwertes und des mittleren Signalwertes gesteuert. Dann kann, selbst wenn die Erhöhung des Dynamikbereichs des Bildaufnahmegeräts begrenzt ist, der Aufnahmezustand für ein Objekt als ein Ergebnis der Kooperation des Betriebs der Iriseinrichtung 2 und der Erhöhung des Dynamikbereichs erhöht werden. Dann wird ein Anteil der gesättigten Signale reduziert und optimale Aufnahmebedingungen können realisiert werden.

Sechstes Ausführungsbeispiel

In den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen wird der Spitzenwert von den gemischten Signalen Smix delektiert, die von der Signalmischeinrichtung 7 ausgegeben wurden. Jedoch kann der Signalwert des gemischten Signals Smix von Bedingungen der Signalmischung abhängen. In einem sechsten Ausführungsbeispiel wird der Spitzenwert stabil ausgegeben, selbst wenn der Signalwert der gemischten Signale Smix mit den Bedingungen der Signalmischung variiert.
Fig. 14 zeigt ein Bildaufnahmegerät gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Bildaufnahmegerät unterscheidet sich dadurch von dem des ersten in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels, dass das Eingangssignal an den Spitzenwertdetektor 12 ein Signal für die kleinste Belichtungsquantität unter den Signalen für eine Mehrzahl von Belichtungsquantitäten ist, die von dem Bildsensor 4 ausgegeben wurden. In dem Bildaufnahmegerät entsprechen die Struktur und der Betrieb der Teile, außer dem Spitzenwertdetektor 12 und der Spitzenwertbeurteilungseinrichtung 13 den entsprechenden Teilen in dem Bildaufnahmegerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und daher wird eine detaillierte Erläuterung hierüber ausgelassen.
Der Spitzenwertdetektor 12 empfängt ein Signal Sshort für die kleinste Belichtungsquantität unter den Signalen von einer Mehrzahl von Belichtungsquantitäten, die von dem Bildsensor 4 ausgegeben wurden, und delektiert den maximalen Wert in den Signalen über einen Schirm, der der Spitzenwertbeurteilungseinrichtung 13 ausgegeben wird. Die Spitzenwertbeurteilungseinrichtung 13 entscheidet, ob der eingegebene Spitzenwert des Bildsensors Sshort innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt oder nicht. Der vorbestimmte Bereich liegt bspw. zwischen dem 0,7 und 0,9-fachen des Sättigungswertes Ssat der Bildsignale Slong und Sshort (zwischen 0,7·Ssat und 0,9·Ssat). Fig. 15 stellt die Beziehungen zwischen Signalen Slong, Sshort und Smix und den vorbestimmten Bereich für den Spitzenwert dar. Die Verarbeitung der Signale nach dem Mikroprozessor 14 ist die gleiche wie in dem entsprechenden Teil in dem Bildaufnahmegerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und daher wird eine Erläuterung hierüber weggelassen.
In dem Bildaufnahmegerät wird der stabile Spitzenwert ausgegeben, da das Eingangssignal an den Spitzenwertdetektor 12 ein Signal für die kleinste Belichtungsquantität unter den Signalen für eine Mehrzahl von Belichtungsquantitäten ist, die von dem Bildsensor 4 ausgegeben wurden.
Obwohl die Signalmischeinrichtung 7 in dem Bildaufnahmegerät Signale von verschiedenen Belichtungsquantitäten summiert, entsprechend dem Bildaufnahmegerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, ist das Signalmischen nicht auf die einfache Summation beschränkt. Bspw. kann jedes Signal mit einer geeigneten Ver- Stärkung gestärkt werden. In einer anderen Weise kann ein geeigneter Offset-Wert bzw. Versatzwert hinzuaddiert werden. In diesem Fall hängt der Spitzenwert des Ausgangssignals Smix von den Signalmischbedingungen ab. Da jedoch der Spitzenwertdetektor 12 das Ausgangssignal des Bildsensors empfängt, hängt der Spitzenwert nicht von den Signalmischbedingungen ab.
Obgleich die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben wurde, ist zu beachten, dass sich verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann ergeben. Derartige Änderungen und Modifikationen sind in den Schutz der vorliegenden Erfindung, wie diese in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, einbezogen, es sei denn, dass sie hiervon abweichen.
Bspw. wird die Belichtungsquantität mit einem elektronischen Verschluss in den ersten bis sechsten Ausführungsbeispielen gesteuert, wenn der Dynamikbereich gesteuert wird. Jedoch ist die Belichtungsquantität nicht notwendigerweise die Belichtungszeit. Bspw. kann auch eine Kombination von Belichtungszeit und optischer Intensität als Belichtungsquantität verwendet werden.
In dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel wird das Signal für die kleinste Belichtungsquantität geändert, um den Anteil der Belichtungsquantitäten zu steuern. Jedoch kann bspw. das Signal für die größte Belichtungsquantität verändert werden.
In dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel ist der verwendete Bildsensor vom Typ einer Zeile-für-Zeile-Abtastung. Jedoch kann jedweder Bildsensor verwendet werden, der Bildsignale für verschiedene Belichtungsquantitäten ausgibt.
In dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel wird ein monochromatischer Bildsensor verwendet. Jedoch kann statt des monochromatischen Bildsensors ein Farbbildsensor ebenfalls verwendet werden, wie bspw. ein Bildsensor mit Multi- Elementen mit einem Prisma oder einem Bildsensor mit einem einzelnen Element mit Farbfiltern.
In dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel wird der Bildsensor 4 als ein Abbildungsmittel verwendet und hiervon ausgegebene Signale werden gemischt. Jedoch kann die Signalmischung entsprechend durchgeführt werden, nachdem die Bildsignale der Signalverarbeitung einer herkömmlichen Kamera unterzogen wurden.
Der Spitzenwertdetektor 13 in dem ersten bis vierten und sechsten Ausführungsbeispiel kann als ein Softwareprogramm in dem Mikrocomputer 14 ausgebildet sein.
Die Beurteilung des Signalwerts in der Signalwertbeurteilungseinrichtung 10 in dem zweiten Ausführungsbeispiel kann entsprechend durchgeführt werden durch Aufteilen eines Schirms in eine Mehrzahl von Bereichen und durch Verwendung des mittleren Wertes in jedem Bereich als ein Eingangssignal. In diesem Fall kann die Signalwertbeurteilungseinrichtung 10 und der Detektor 11 für einen mittleren Signalwert als ein Softwareprogramm in dem Mikrocomputer 14 ausgebildet sein.
Der Begrenzer 15 in dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel kann ebenfalls als ein Softwareprogramm in dem Mikrocomputer 14 ausgebildet sein.
Der Rechner 17 in dem fünften Ausführungsbeispiel kann ebenfalls als ein Softwareprogramm in dem Mikrocomputer 14 ausgebildet sein.
In dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel wird der Mikrocomputer 14 als ein Mittel zum Steuern des Dynamikbereichs des Bildaufnahmegeräts verwendet. Alternativ kann ein exklusives Steuerungsmittel zum Durchführen der oben beschriebenen Steuerung bereitgestellt werden.

Claims

1. Bildaufnahmegerät, welches aufweist:

eine optische Linse (1), welche Licht von einem Objekt weiterleitet;

einen Bildsensor (4), welcher das von der optischen Linse kommende Licht delektiert, um Bildsignale auszugeben, die mit verschiedenen Belichtungsquantitäten erfasst wurden;

einen Treiber (5), der den Bildsensor ansteuert;

eine Signalmischeinrichtung (7), welche die Bildsignale mit verschiedenen Belichtungsquantitäten mischt, welche von dem Bildsensor ausgegeben wurden, um ein gemischtes Signal (Smix) auszugeben;

einen Spitzenwertdetektor (12), welcher einen Spitzenwert von einem der Bildsignale, die mit verschiedenen Belichtungsquantitäten erfasst wurden und von dem Bildsensor ausgegeben wurden, oder einem Signal delektiert, das von dem gemischten Signal (Smix) abgeleitet wurde;

eine Spitzenwertbeurteilungsschaltung (13), welche beurteilt, ob der von dem Spitzenwertdetektor delektierte Spitzenwert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht; und

eine Steuerung (6), welche einen Anteil der Belichtungsquantitäten für den Bildsensor gemäß der Ausgabe der Spitzenwertbeurteilungsschaltung steuert.

2. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, wobei der Spitzenwertdetektor (12) einen Spitzenwert des gemischten Signals (Smix) delektiert, welches von der Signalmischeinrichtung (7) ausgegeben wurde.

3. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, wobei der Spitzenwertdetektor (12) den Spitzenwert der Bildsignale für eine kleinste Belichtungsquantität delektiert.

4. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches ferner aufweist:

eine Iriseinrichtung (2), welche das Licht begrenzt, das sich von der optischen Linse (1) zu dem Bildsensor (4) fortpflanzt;

eine Signalwertbeurteilungsschaltung (10), welche das gemischte Signal (Smix) von der Signalmischeinrichtung (7) empfängt, beurteilt, ob der Wert des gemischten Signals innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht, und die gemischten Signale nur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ausgibt; und

einen Detektor (11) für einen mittleren Signalwert, welcher einen mittleren Signalwert der Bildsignale delektiert, welche von der Signalwertbeurteilungsschaltung (10) empfangen wurden, um einen mittleren Signalwert auszugeben; und

einen Iristreiber (3), welcher die Iriseinrichtung (2) gemäß dem mittleren Signalwert steuert, der von dem Detektor (11) für einen mittleren Signalwert ausgegeben wurde.

5. Bildaufnahmegerät gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, welches ferner aufweist:

eine Iriseinrichtung (2) welche das Licht begrenzt, welches sich von der optischen Linse (1) zu dem Bildsensor (4) fortpflanzt;

einen Detektor für einen mittleren Signalwert (11), welcher die Bildsignale mittelt, die mit der maximalen Belichtungsquantität erfasst wurden und von dem Bildsensor (4) ausgegeben wurden, um einen mittleren Signalwert auszugeben; und

einen Iristreiber (3), der die Iriseinrichtung (2) gemäß dem mittleren Signalwert steuert, der von dem Detektor für einen mittleren Signalwert (11) ausgegeben wurde.

6. Bildaufnahmegerät gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner einen Begrenzer (15) aufweist, der den Anteil der Belichtungsquantität des Bildsignals, gesteuert durch die Steuerung (6), innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines Anteils von Belichtungsquantität begrenzt.

7. Bildaufnahmegerät gemäß Anspruch 4 oder 5, welches ferner aufweist: einen Rechner (16), der einen Anteil der Belichtungsquantität der Bildsignale berechnet, die von dem Bildsensor (4) ausgegeben wurden, und eine Quantität von einfallendem Licht, das durch die Iriseinrichtung (2) zu dem Bildsensor (4) gelangt, unter Verwendung einer Berechnung mit dem Spitzenwert und dem mittleren Signalwert.