TWI228000B - Image processing apparatus, camera apparatus, and automatic exposure control method - Google Patents

Description

1228000 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本务明係關於一影像處理裝置與一攝像機裝置，其對由 各種類型攝像機系統之一成像所產生的—影像信號執行信 :巧理，用以執行-自動曝光控制，使其適用於具有寬動 態範圍的一物件的成像，及用於此等裝置的一自動曝光 制方法。 “ 【先前技術】 已瞭解在-攝像機系統内，-數位信號處理器（d咖 叫nal pn)ee_;膽）執行信號處理，如色彩分離由—成 像疋件獲得的一已接收影像信號，與藉由使用由該DSP内 的一光學偵、測器（optlcal deiect〇r; 〇PD)區段所計算的一文 度信整合值，在該成像元件上執行一自動曝：控：。 附T提及，例如，當在一背光彳 ^ 3先狀歧用—攝像機系統執 灯"砰争1處理（例如）包括兼有高亮度物 件的-寬動態範園影像。 儿度物 在此情形下，可想到下列兩 的-曝光控制方法： 丨為傳、4像機系統 ⑴以可針對高亮度物件 制。 丁 H正又万式執行—曝光控 ⑺以可針對低亮度物件 制。 丁 W正又万式執行—曝光控

然而’方法（1 )存在—‘ 1固卩弓日S "7\ ’即由於光量不足， 亮度物件出現變黑現象。太、± 騎低 在万法(2)中’該高亮度物件的白 85015 l228〇〇〇 色位準會過高。 圖5A至5Ctf意性說明由該等上述曝光控制方法所得之 輪出影像的具體範例。 圖5A顯示所得之具有-寬動態範圍之一理想範例影像。 作為低亮度物件的室内物件（_牆壁1Q等），與作為高亮度物 件的室外景物（一樹20等）皆可正確成像。 與之相反，在圖5B的情形巾，由於使用了曝光控制方法 〇)(針對高亮度物件調整），則因光量不足，使作為低亮度 物件的1：内物件（牆壁10等）變黑。在圖5(：的情形中，由於 知用曝光控制方法（2)(針對低亮度物件調整），則作為高亮 度物件的室外景物（樹2〇等）的白色位準過高。 " 【發明内容】 姑因此本發明的-目的係提供-影像處理裝置與-攝像機 裝置，其可（例如）正確處理包括高亮度物件及低亮度物件的 覓動怨範圍影像，以產生一良好影像，以及用於此等裝 置的自動曝光控制方法。 一依據本發明，-影像處理裝置包括偵測構件，用以偵測 一規疋亮度範圍内一第一輸入影像信號中包含的一信號； Μ控制構件，用以依據該制構件的偵測結&，控制用 万、物件成像操作的曝光量；以及珈瑪校正構件，用以校 ^ 心像仏號與第一影像信號之一或兩者的輸出位準， 該珈瑪校正構件具有對與該規定亮度範圍不同的一亮度範 圍内的一信號調整校正量的功能。 & & 、據本1明，一攝像機装置$括一成像元件；偵測構件， 85015 1228000 用以Y卣；:則 ', 一 ^在由孩成像元件所接收的一第一影像信號中 上述凴度範圍内的一信號；曝光控制構件，用以依據該 :、剛構件的結果’控制用於一物件之成像操作的曝光量； =珈碼校正構件，用以校正該第-影像信號與-第二影 一、。號其中之-或兩者的輸出位準’該珈瑪校正構件且有 ;為不同於該上述亮度範圍的-亮度範圍内的-信號調整 校正量的功能。 依據本發明之一攝傻與 ^ 拜像機i置的一自動曝光控制方法包 由接收-影像信號的-影像輸入步驟；一偵測步驟，偵 測由孩影像輸入步驟所接收的該影像信號中所包含的至少 個鬲焭度物件信號；一自動 m “ 目動曝先控制步驟，其依據由該 i、4步I所偵測之高亮度物 WAA 3 ^物件以’ _用於-物件成像 铋作的一曝光量；以及一珈 ,, r μ 仅止/知其根據自動曝光 棱剎步驟所控制的該曝光量 έή _ ίΛσ ,, τ . 技制用万；琢已接收影像信號 ， 楗呵在一低亮度範圍内的該影像作 唬的一亮度位準。 〜彳豕t 如上所述，本發明可基於 於具有一 I動態範圍的一輪 像，產生一良好影像。 7 ^入衫 【實施方式】 下文將說明依據本發明_項且麵舍* /、-、把只她例之一影傻# 置、-攝像機裝置，以及—白#“s丄 心像處理i 、 夂自動曝光方法。 在此具體貫施例中，例如，冬 、， 两在一背光狀態的愔來4人 攝包括高亮度物件與低亮度 勺h毛下拍 先偵測到-高亮度物件，並以針對兑 ^物件時，首 85015 )15 ”儿度喇整的方式來執 1228000 "光控制。然肖，對曝光控制下成像所產生的一影像 信號上執行一珈瑪(’)校正，以提高低亮度信號區段之輸出 位準。因此，獲得一良好輸出影像。 圖1係方塊圖，其顯不依據本發明的具體實施例的一攝 像機裝置的組態。 如圖1所不，依據具體貫施例，該攝像機裝置配備有一 CCD成像元件110、一 CDS/AGC電路12〇、—數位信號處理 電路（數位信號處理器；攝像機Dsp)13〇、一微電腦14〇以及 一時序產生器150。 一攝像機前側射入的光藉由一透鏡（未顯示）成像，該ccD 成像元件110將其轉換為一電信號、一光信號，並作為一影 ϋ仏號知出。藉由控制該驅動時序，可控制該Ccd成像元 件ho的該曝光量。該成像構件不僅限於該CCD成像元件 110,亦可為一 CMOS感應器型成像元件或任何其他類型的 成像構件。 該CDS/AGC電路120對該CCD成像元件11〇輸出的該影像 信號執行相關式倍頻採樣（correlated double sampling ; CDS)像素雜訊消除與自動增益控制（aut〇matic control，AGC) ’並將所得之信號輸出至該數位信號處理電 路 130 〇 該數位信號處理電路（攝像機DSP) 130轉換接收自該 CDS/AGC電路120的該影像信號為一數位信號，並在將其分 離為色彩信號與一亮度信號之後，對其執行各種數位信號 處理’並將該數位信號回復為一類比信號，並為一下游輸 85015 1228000 出區段提供該類比信號。該數位信號處理電路1 3 〇且有一數 位類比（Digital/Analog ; D/A)轉換區段210、一信號處理區 段 220、一類比數位（Analog/Digital ; A/D)轉換區段 230、一 光學偵測器（optical detector ; 0PD)區段 240 等。 該區段210轉換CDS/AGC電路120輸出的一類比影像信號 為一數位影像信號。 該k號處理區段220對從該區段2 1 〇處所接收的該數位影 像信號執行規定的信號處理。該信號處理區段220具有一色 彩分離電路、一白平衡電路、一珈瑪校正電路、一色差矩 陣.電路、一編碼器電路等（皆未顯示）。 1¾數位類比轉換電路230轉換從該信號處理區段22〇接收 的該數位影像信號為一類比影像信號，並輸出該類比影像 信號。 該0PD區段240接收來自該信號處理區段22〇的色彩信號 與一亮度信號，並整合該等信號，再向微電腦14〇輸出各信 號的整合值（0PD資料）。 該微電腦14 G在該具體實施例的該攝像機裝置上執行各 種控制操作，具體而言，在該具體實施例中，該微電腦⑽ 為-自動曝光控制執行計算操作。該時序產生器(tg)i5〇為 該具體實施例中該攝像機裝置的各區段提供此等區段操作 的各時序信號。 特定而言，在該具體實施例中，當拍攝包括高亮度 與低亮度物件的一寬動態範圍物件時，執行以下自動 括制。首先’基於0PD資料偵測—高亮度物件，並藉 85015

-10- 1228000 定適於該高亮度物件之亮度的一曝光時間以執行一曝光控 制。然後’遠數位信號處理電路1 3 0的該伽瑪校正電路，對 由上述曝光控制下的成像產生的一影像信號執行適於該低 亮度物件的一珈瑪校正，因此提高了該低亮度信號區段的 輸出位準。因此，可獲得該高亮度物件與該低亮度物件皆 滿意的一影像。 其次，說明根據該具體實施例，作為該攝像機裝置的一 項重要特徵的一曝光控制方法。 根據孩具體實施例之該攝像機裝置，藉由下述組態及處 理’可產生一最佳輸出影像： (A) 提供一偵測構件，用以偵測一高亮度物件信號。藉由 讀取由OPD區段240所提供的整合值資料來實現。 (B) —AE控制演算法，藉由使用（A)項中偵測構件所得之 偵測資料，根據該演算法執行一曝光控制，使得所提供之 高亮度物件的白色位準不會過高。這將以該微電腦丨4〇中軟 體的形式實現。 (C) 在（B)項成像條件下，低亮度物件會變黑。提供一珈瑪 校正構件用以補償該變黑現象，使得該等低亮度物件顯示 良好。這將由該信號處理區段22〇的該珈瑪校正電路實現。 ⑼提供根據該物件的條件，用以即時控制(c)項中該珈 瑪校正構件特徵變化的—演算法。這將以該微電腦刚中軟 體的形式實現。 (E)|g由、’且合（A)至（D)項的構件與控制演算法，實現—攝 像機系統，當拍攝到包括兮古古泠 栝d同冗度物件與該低亮度物件的 85015 1228000 寬動態範圍物件時’其可防止高亮度物件的白色位準過^ _ 旅防止該低亮度物件變黑，因此產生一良好影像。 其次’將具體說明（A)至（D)J員中該等構件與該等控制演 算法。 首先，（A)項中的偵測構件產生一以亮度為變數的直方 圖，整合每一咼亮度區段與低亮度區段，並藉由比較所得 之整合值’確識該影像兼有高亮度物件與低亮度物件。根 據該高亮度區段的一亮度位準決定一曝光時間，因此可成 像該高亮度物件且不產生過高白色位準。一高亮度區段的· 亮度位準越咼’設置的曝光時間越短。 圖2A與2B說明以上述處理中所使用之亮度為—變數的 -直方圖》水平轴代表亮度’垂直轴代表資料（像素）的數 目0 如圖2A所示，在-寬動態範圍影像包括高亮度物件與低 亮度物件的情形下，在接近該最低亮度位準的範圍與接近

該最高亮度位準的範圍中，像素數目極大。 #於上述’在如圖2B所示的該具體實施例中，藉由使用 圖框30A與30B將該影像劃分為一高亮度區段與一低亮度 區段。計算每-高亮度區段與低亮度區段像素數目的整合 值，並相互比較已計算整合值，並做出判斷。根據該高亮 度區段的一亮度位準執行一曝光睁間控制。 應瞭解，由該成像元件的一預槁> # A ~ v 頂命描操作所獲得之影像資 料’係用於上述高亮度位準偵測。 圖3A與3⑽說明與-普通珈瑪校正電路相比較，該項具 85015 •12- 1228000 體貫施例的該珈瑪校正雷致ι> τ_ 土 7仅止兒路的特徵。水平軸代表亮度，垂 直軸代表校正位準。 」口圖3Α所示，在該普通珈瑪校正中，自該低亮度範圍至 这问允度把圍，茲曲線接近平坦（即該梯度變化平緩卜與之 相反，如圖3Β所TF，在該具體實施例的該珈瑪校正中，提 南了-低亮度範圍的校正位準（由一擴圓圖框〇1指示），因此 提高了該低亮度範圍内影像的輸出位準，以防止影像變黑 依據像素在-最小亮度範圍内的集中程度，即—物件條 件’對孩珈瑪校正特徵變化實施一即時控制。 圖4係圖2Α與2Β藉由±述珈瑪校正，所才蔓得的已校正形 式的-直方圖。如圖4所示’圖2中若干集中在該低亮度範 圍（由橢圓圖框α指示）的像素，藉由上述伽瑪校正轉移並分 佈於一中亮度範圍（由橢圓圖框β指示）。 以此方式，該影像在該低亮度範圍與該高亮度範圍中皆 可有效複製，因此可獲得類似圖5八之影像的一良好影像。 儘管本發明的該上述具體實施例應用於使用CCd成像元 件及其曝光控制方法的攝像機裝置中，但本發明亦可應用 於與一成像構件分離的一成像裝置及其曝光控制方法。進 一步而言，本發明亦可應甩於一影像處理裝置，其根據一 輸入影像以及其影像處理方法為對曝光控制執行計算操 作。 該曝光控制不僅包括該曝光時間調整，亦包括一影像信 號增益的調整。 該攝像機裝置係自身具有一成像功能的一電子裝置（如， 85015 -13 - 1228000 攝像機、蜂巢式電話或個人電腦）或可併入該電子裝置中的 一電子元件模組。 在上述具體實施例中，依據在一高亮度範圍内的一影像 信號之偵測結果，藉由執行一自動曝光控制，可對一低真 度範圍的影像信號調整一珈瑪校正量。反之，依據對—低 亮度範圍内的一影像信號之偵測結果，藉由執行一自動曝 光控制，可對一高亮度範圍的影像信號調整一珈瑪校正量。 同樣在後一種情形下，可獲得一寬動態範圍影像的一良好 影像。對一低（或高）亮度範圍内的一影像信號的該珈瑪校正 量的調整亦將區段影響一高（或低）亮度範園内的一影像信 號。 如上所述，在依據本發明的該影像處理裝置、該攝像機 裝置以及該自動曝光控制方法中，偵測到包含在一影像信 號中的一高亮度物件信號’並根據該高亮度物件信號來控 制成像時的該曝光量。依據基於該曝光量執行該自動曝光 控制時所輸入的一成像信號，控制該伽瑪校正量，因此提 高在一低亮度範圍内的該影像信號的亮度位準。因此，當 拍攝到包括該等高亮度物件與該等低亮度物件的寬動態範 圍物件時，可避免出現高亮度物件的白色位準過高與低亮 度物件的變黑現象，以產生一良好影像。 因此，可合理獲得寬動態範圍影像，例如實現各種攝像 機系統中的較高功能性。 【圖式簡單說明】 圖1係一方塊圖，其顯示依據本發明的一項具體實施例一 85015 •14· l228〇〇〇 攝像機裝置的組態； 圖2A與2B說明以圖丨中攝像機裝置的影像處理所用之亮 度為變數的一直方圖； 圖3A與3B顯示與-普通珈瑪校正電路相比較，圖^胃 攝像機裝置的該影像處理中所用的一珈瑪校正電路的特 圖4係使用圖丨的該攝像機裝置的該影 μ 2、 处至中的該珈瑪 k正，所獲得的一已校正影像的一直方 圖5 A至5 C示意性說明具有一 例0 寬動態範圍的 具體影像範 【圖式代表符號說明】 10 牆壁 20 樹 110 電荷耦合元件成像元件 120 相關式倍頻採樣/自動增益控制電路 130 數位信號處理電路 140 微電腦 150 時序產生器 210 類比數位轉換區段 220 信號處理區段 230 數位類比轉換區段 240 光學偵測器區段 85015 -15-

Claims (1)

1. l228〇〇〇 拾、申請專利範圍： 一種影像處理裝置，包括： 景> 像信號中包含的信號； 曝先控制構件，用以根據該偵測 ^^ 傅件的一偵測結果， &制知用於一成像操作的一曝光 & ’以及 伽瑪校正構件，用以校正影像 体乜唬的一輸出位準，該 伽瑪校正構件具有為與該規定 ， _ 儿度靶圍不同的一亮度 範圍中的k號調整校正量的功能。

   一種影像處理裝置，包括： 影像輸入構件，用以接收影像信號； 】構件用以土少偵測由該影像輸入構件所接收之 該等影像信號中所包含的高亮度物件信號； 、2動曝光控制構件，用以根據由該偵測構件所偵測的 琢向壳度物件信號，控制將用於一成像操作的一曝光 量；以及 珈瑪权正構件，用以根據由該自動曝光控制構件所控 制的邊曝光量，控制該等已接收影像信號的一珈瑪校正 里’因此可提高在一低亮度範圍中該等影像信號的一亮 度位準。 3·如申請專利範圍第2項之影像處理裝置，其中該偵測構 件藉由根據該等影像信號，計算每一亮度位準的該等像 素數目來產生一直方圖，並根據該直方圖，計算該等高 党度物件信號與低亮度物件信號。 85〇l5 -1- 1228000 4.如f請專利範圍第2項之f彡像處理裝置，其中該自動曝 光控制構件控制該曝光量，因此-高亮度物件的—白色 位準不會過高。 5.如申請專利範圍第2項之影像處 ， 〜WW > 4、五 六Τ綠伽瑪校 正構件控制該*瑪校正量，因此—低亮度物件不會傲 ψ Ο 6· —種影像處理方法，包括·· 一以像輸入步驟，用以接收影像信號； 乙4 ν馼，用以至少偵測由該影像輸入步驟所接收 《泫等〜像化唬中所包含的高亮度物件信號； :動曝光控制步驟，用以根據由該偵測步驟所偵測 的該南亮度物件信號，控制將用於一成像操作的一曝光 量；以及 力馬ic正步驟’用以根據由該自動曝光控制步驟所 1的該曝光量’控制該等已接收影像信號的一伽瑪校 ^ ’因此可提高在—低亮度範圍中該等影像信號的一 党度位準。 7. 申叫專利靶圍第6項之影像處理方法，其中該偵測 =藉由根據該等影像信號，計算每-亮度位準的該等 、 置万圖’並根據該直方圖，計算該高 度物件信號與一低A ♦仏μ &儿度物件信號。 如申凊專利範圍第6項旦 衫像處理方法，其中該自動 光控制步驟控制該暖伞曰 Γ 褒暴先I，因此一高亮度物件的一白 位準不會過高。 85015 l228〇〇〇 •如申請專利範圍第6項之影像處理方法，其中該伽瑪校 正步刼控制孩珈瑪校正量，因此一低亮度物件不會變 黑。 10·—種攝像機裝置，包括： 一成像元件； 偵’則構件，用以在一規定亮度範圍内偵測該成像元件 戶斤接收的一第一組影像信號中所包含的信號； 曝光控制構件，用以根據該偵測構件的一偵測結果， 控制將用於一成像操作的一曝光量；以及 伽瑪权正構件，用以校正影像信號的一輸出位準，該 伽瑪校正構件具有為在不同於該規定亮度範圍的一亮 度範圍中的信號調整校正量的功能。 11 · 一種攝像機裝置，包括： 影像輸入構件，用以接收影像信號； 債測構件’用以至少偵測由該影像輸入構件所接收之 該影像信號中所包含的高亮度物件信號； 自動曝光控制構件，用以根據由該偵測構件所偵測的 該向党度物件信號，控制將用於一成像操作的一曝光 量；以及 加馬校正構件，用以根據由該自動曝光控制構件所控 制的該曝光量，控制該等已接收影像信號的一珈瑪校正 量’因此可提高在一低亮度範圍中該等影像信號的一亮 度位準。 i 2.如申請專利範圍第丨丨項之攝像機裝置，其中該影像輸入 1228000 構件係用以從-固態成像元件中接收該等影像信號之 構件。 13.t中請專圍第11項之攝像機裝置，其中該偵測構件 藉由根據孩等影像信號，計算每—亮度位準的該等像素 數目來產生-直方圖，並根據該直方圖，計算該等高亮 度物件信號與低亮度物件信號。 K如申請專利範圍第"項之攝像機裝置，其中該自動曝光 控制構件控制該曝光量，因此一高亮度物件的一白色位 準不會過高。 15·如申請專利範圍第丨丨項之攝像機裝置，其中該珈瑪校正 構件控制該珈瑪校正量，因此一低亮度物件不會變黑。 M· —種用於一攝像機裝置的自動曝光控制方法，包括： 一影像輸入步驟，用以接收影像信號； 一偵測步驟，用以至少偵測由該影像輸入步驟所接收 之該等影像信號中所包含的高亮度物件信號； 一自動曝光控制步驟，用以根據由該偵測步驟所偵測 的該高亮度物件信號，控制將用於一成像操作的一曝光 量；以及 珈瑪校正步驟，用以根據由該自動曝光控制步驟所 控制的該曝光量，控制該等已接收影像信號的一珈瑪校 正量，因此可提高在一低亮度範圍内的該等影像信號的 一亮度位準。 1 7.如申請專利範圍第1 6項之自動曝光控制方法，其中該影 像輸入步驟係一從一固態成像元件中接收該等影像产 85015 1228000 號之步驟。 18.如申請專利範圍第“項之自動曝光控制方法，其中該偵 ❹驟藉由根據該等影像信號，計算每―亮度位準的該 2像素數目來產生一直方圖，並根據該直方圖，計算該 等N免度物件信號與低亮度物件信號。 1 I如申凊專利範圍第1 6項之自動曝光控制方法，其中該自 動曝光控制步驟控制該曝光量，因此一高亮度物件的一 白色位準不會過高。 20·如申凊專利範圍第丨6項之自動曝光控制方法，其中該动口 瑪校正步驟控制該珈瑪校正量，因此一低亮度物件不會 變®。 85015