TWI408953B - 攝像裝置及攝像方法 - Google Patents

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Description

攝像裝置及攝像方法
本發明係關於一種攝像裝置及一種攝像方法，其係用於藉由組合具有兩種類型之曝光時間的影像在一寬動態範圍中拍攝一物體。
在一使用一固態攝像元件(如一電荷耦合裝置(CCD))之相關攝像裝置中，一輸入至攝像元件之光量(曝光量)係藉由一停止器或基於一電子快門速率來調整。即，當攝取一亮場景時，為了防止發生所謂過度曝光(其中攝像元件之一輸出信號係飽和)，曝光量係減少。相反地，對於一暗場景，為了防止發生所謂曝光不足，曝光量被調整至一大曝光量。
然而，當攝取具有亮度中之一大差異中的一場景5時(即，當執行一背光攝像操作或室內及室外攝取操作係同步執行時)，因為所使用的固態攝像元件之動態範圍係不足，僅調整曝光量導致藉由亮部分之飽和造成的過度曝光，或暗部分處的曝光不足。因此，無法使兩部分適當地重製。
為了克服此問題，以下攝像裝置係可用。在攝像裝置中，基於藉由一攝像區段所獲得之一短時間曝光影像及一長時間曝光影像，在短時間曝光影像上執行一增益操作或一偏移操作後，短時間曝光影像係與長時間曝光影像組合。接著，一位準壓縮操作係在組合影像上執行，以獲得一在一寬動態範圍中之組合影像。
例如，以下攝像裝置被提出(參考(例如)日本未審定專利申請公開案第2004-56573及2004-120205號)。在該等攝像裝置之一者中，當短時間曝光影像及長時間曝光影像係彼此組合，且組合影像被壓縮以在一寬動態範圍中產生一影像時，短時間曝光影像係經受用於少數圖場之多個額外操作。經受多個額外操作之此影像係與長時間曝光影像組合為一中間時間曝光影像，以在一寬動態範圍中產生一影像。此使其可能有效地防止在一中間輸入位準處之S/N比中的減少。在其他攝像裝置中，使用一直方圖動態地改變指派予各別長時間曝光影像及短時間曝光影像之動態範圍，以重製一在最佳條件下之影像，諸如具有光學階度及曝光。
此外，提出以下影像處理裝置(參考(例如)日本未審定專利申請公開案第2005-204195號)。在該影像處理裝置中，為了根據用於一動態影像之各圖框的亮度中改變而改變階度，計算代表一影像之一亮度分配的寬度之亮度區域資訊。基於其中經計算亮度區域資訊係在時間序列中平滑化之平滑亮度區域資訊，影像之亮度係根據顯示該影像之一顯示裝置的一亮度區域正規化。
在以上所提出之使用直方圖動態地改變一高亮度動態範圍及一中間亮度動態範圍者與一低亮度動態範圍之比例的攝像裝置中，亮度部分係參考用於選擇短時間曝光影像及長時間曝光影像之任一者的一臨限值劃分成兩部分，即一高亮度部分及一低亮度部分。壓縮係如在一線圖表中指示之一壓縮率執行，因而造成一待形成之不自然邊界。此外，當一在長時間曝光影像及短時間曝光影像間之曝光比率極大，且階度持續地改變時，係難以在使用兩部分之方法中充分地重製一中間區域的階度。
依一其中許多輸出範圍被指派予具有許多分佈的亮度區域之平滑壓縮曲線執行一動態範圍壓縮的方法係一極佳方法，但一裝置之規模及計算的數目係大。因此，此方法係不適用於一低成本裝置類型。
鑑於以上描述問題，需要提供一種攝像裝置及一種攝像方法，其可藉由一簡單控制操作產生經受適用於一物體之一動態範圍的一階度壓縮操作的一影像。
藉由本發明獲得之進一步目標及特定優點將從以下具體實施例的描述明瞭。
在本發明中，當在一寬動態範圍中之一物體係藉由組合有兩種類型的曝光時間的影像而拍攝時，該物體之動態範圍係從兩種類型的影像曝光時間估計，以執行適用於該動態範圍的一階度壓縮操作。一壓縮曲線之產生僅取決於該物體的動態範圍。因此，藉由使用相同方法(其中一基本壓縮曲線係內插於一其中物體之動態範圍係小的位置及一其中物體之動態範圍係大的位置間)與自動曝光控制(AE)組合，其可藉由一極簡單控制操作(其中物體之動態範圍係藉由AE操作偵測且壓縮係根據該動態範圍執行)執行適用於該物體之動態範圍的一階度壓縮操作。
根據本發明之一具體實施例，提供一種攝像裝置，其包括至少以下各項：一攝像區段，該攝像區段攝取具有一相對較長曝光時間之一長時間曝光影像，及具有一相對較短曝光時間之一短時間曝光影像；一組合區段，該組合區段將藉由該攝像區段獲得之該長時間曝光影像及該短時間曝光影像彼此組合，以產生一經組合影像，該等曝光影像係基於在該長時間曝光影像之曝光時間與該短時間曝光影像之曝光時間之間之一比率來彼此組合；一動態範圍計算區段，其自用於該組合操作中之該長時間曝光影像，該長時間曝光影像之曝光時間，用於該組合操作中之該短時間曝光影像及該短時間曝光影像之該曝光時間，來計算用於在該組合區段處產生之該組合影像的一物體之一動態範圍；一儲存區段，其保持對應於少數類型之動態範圍的基本壓縮曲線資料；及一壓縮區段，其使用保持在該儲存區段中之該基本壓縮曲線資料，計算適用於藉由該動態範圍計算區段計算之該物體的動態範圍之一壓縮曲線，及根據該計算出的壓縮曲線產生一壓縮影像，該壓縮影像係藉由壓縮藉由該組合區段產生之該組合影像予以產生，其中自藉由該攝像區段所獲得之該長時間曝光影像與該短時間曝光影像產生經受根據該物體之動態範圍的一階度壓縮操作之一影像。
在根據本發明之具體實施例的攝像裝置中，該動態範圍計算區段可(例如)事先決定係能藉由該長時間曝光影像代表之該物體的動態範圍之一最大值，且乘以在該長時間曝光影像之曝光時間與該短時間曝光影像之曝光時間之間之比率，以計算藉由該攝像區段攝取之該物體的動態範圍。
在根據本發明之具體實施例的攝像裝置中，該動態範圍計算區段可(例如)自該長時間曝光影像之一最大亮度值計算關於該長時間曝光影像之一飽和位準的一比例，且用能藉由該長時間曝光影像代表之該物體的動態範圍乘以該比例，以計算藉由該攝像區段攝取之該物體的動態範圍。
在根據本發明之具體實施例的攝像裝置中，(例如)使用自該所獲得長時間曝光影像及對應至其之亮度積分值所形成之一直方圖，該動態範圍計算區段可偵測亮度積分值及當依一較大亮度值至一較小亮度值之次序計算積分值時包括一特定第n個像素的直方圖中之像素數目，及可將在其一區域中的亮度積分值除以像素數目，以計算一平均亮度值，該平均亮度值係設定為長時間曝光影像之最大亮度值。
在根據本發明之具體實施例的攝像裝置中，該壓縮區段可包括：(例如)壓縮曲線產生構件，其係用於選擇及讀出係最接近該物體之動態範圍的兩種類型之基本壓縮曲線資料，及基於該物體之動態範圍針對兩種類型之基本壓縮曲線資料執行內插，以產生一適當壓縮曲線，其中根據藉由該壓縮曲線產生構件產生之壓縮曲線，該壓縮區段產生藉由壓縮藉由該組合區段產生之該組合影像形成的該壓縮影像。
根據本發明之具體實施例的攝像裝置可進一步包括：(例如)一輪廓校正區段，其包括：組合影像高頻分量偵測構件，其係用於偵測藉由該組合區段產生之該組合影像的一高頻分量；增益控制構件，其係用於藉由施加增益至藉由該組合影像高頻分量偵測構件偵測之該組合影像的高頻分量，執行該組合影像之高頻分量的增益控制，該增益係根據該組合影像之一亮度位準或藉由該壓縮區段產生之該壓縮影像的一亮度位準；及高頻分量相加構件，其係用於將藉由該增益控制構件經受該增益控制之該組合影像的高頻分量加至藉由該壓縮區段產生之該壓縮影像。
根據本發明之具體實施例的攝像裝置可進一步包括(例如)一輪廓校正區段，該輪廓校正區段包括：長時間曝光高頻分量偵測構件，其係用於偵測用於在該組合區段處之該組合操作中的該長時間曝光影像之一高頻分量；短時間曝光高頻分量偵測構件，其係用於偵測用於在該組合區段處之該組合操作中的該短時間曝光影像之一高頻分量；及高頻分量相加構件，其係用於將藉由該長時間曝光高頻分量偵測構件偵測到之該長時間曝光高頻分量，或藉由該短時間曝光高頻分量偵測構件偵測到的該短時間曝光分量加至該壓縮影像，以致對應至自藉由該組合區段組合之長時間曝光影像或短時間曝光影像使用的一像素。
在根據本發明之具體實施例的攝像裝置中，該輪廓校正區段可進一步包括：(例如)增益控制構件，其係用於藉由施加增益至該高頻分量而在該高頻分量上執行增益控制， 該高頻分量係藉由該高頻分量相加構件加至該壓縮影像，該增益對應於藉由該組合區段產生的該組合影像之一亮度位準或藉由該壓縮區段產生之該壓縮影像的一亮度位準。
根據本發明之另一具體實施例係提供一種攝像方法，該方法包括至少以下步驟：用一攝像區段攝取具有一相對較長曝光時間之一長時間曝光影像，及具有一相對較短曝光時間之一短時間曝光影像；藉由基於在該長時間曝光影像之曝光時間與該短時間曝光影像的曝光時間之間之一比率將該所獲得長時間曝光影像及短時間曝光影像彼此組合，以產生一組合影像；自用於該組合操作中之該長時間曝光影像，該長時間曝光影像之曝光時間，用於該組合操作中之短時間曝光影像，及該短時間曝光影像之曝光時間，計算一物體之一動態範圍；及藉由使用保持在一儲存區段中之基本壓縮曲線資料，計算適用於該物體的經計算之動態範圍之一壓縮曲線，及藉由根據計算壓縮曲線壓縮在產生該組合影像之該步驟中產生的組合影像來產生一壓縮影像，其中自藉由該攝像步驟所獲得之該長時間曝光影像與該短時間曝光影像產生經受根據該物體之動態範圍的一階度壓縮操作之一影像。
在本發明中，一壓縮曲線之產生僅取決於該物體之動態範圍。因此，藉由使用相同方法(其中一基本壓縮曲線係內插於一其中該物體之動態範圍係小的位置及一其中物體之動態範圍係大的位置間)與自動曝光控制(AE)組合，其可藉由一極簡單控制操作(其中該物體之動態範圍係藉由AE操作偵測且壓縮係根據該動態範圍執行)執行適用於該物體之動態範圍的一階度壓縮操作。
在本發明中，因為動態範圍之上限係藉由儲存在儲存區段中的曲線之上限決定，故可使用任何動態範圍。
此外，在本發明中，若儲存在儲存區段中的曲線係考慮AE特性根據JEITA規則形成，則其可在測量一規格的資訊時提供最佳階度。
此外，在本發明中，其中關於藉由將長時間曝光影像與短時間曝光影像彼此組合所形成之一影像來決定整體組合影像之一動態範圍的壓縮方式，以致根據一曝光時間儘可能正確。因此，若形成一平滑基本壓縮曲線，一形成之影像係輸出為一經受平滑壓縮的影像。
即使對於一未組合的影像，動態範圍係藉由一類似控制方法壓縮。
又進一步，在本發明中，使用用於偵測一最大亮度值之一直方圖的方法使其可減少雜訊的影響，及壓縮階度而排除不必要(諸如一點源)之階度。
下文中將參考圖式詳細地說明本發明之一具體實施例。本發明不受限於以下具體實施例。明顯的係可任意地進行修改而不脫離本發明之主旨。
本發明係應用於(例如)一種具有圖1中顯示之結構的攝像裝置100。
攝像裝置100包括：一攝像區段10，其攝取一物體；一信號處理區段20，其處理藉由攝像區段10所獲得之一影像信號；及一控制區段30，其控制攝像裝置100之操作。
攝像區段10包括(例如)一攝像光學系統11、一攝像元件12及一驅動信號產生區段13。攝像光學系統11包括光學組件，諸如一擷取透鏡、一移除不需要波長之濾光器及一停止器。攝像元件12使其攝像表面採用自一物體透過攝像光學系統11入射於其上之光照射。驅動信號產生區段13產生一驅動信號，其係用於驅動攝像元件12。
攝像元件12係一固態攝像元件(諸如一電荷耦合裝置(CCD)影像感測器或一互補式金氧半導體影像感測器)，及係基於藉由驅動信號產生區段13產生之驅動信號驅動。
如圖2中顯示，在一垂直同步週期期間，攝像裝置10之攝像元件12執行長時間曝光及短時間曝光，且電氣信號(作用為一長時間曝光影像信號SL 及一短時間曝光影像信號SS )係經受一分時輸出操作。攝像元件12包括(例如)一線間傳送類型CCD影像感測器，其中垂直傳送級之數目係垂直傳送級的普通數目之兩倍。在每一垂直同步週期內之一垂直遮沒週期中，攝像電荷讀出操作係自一光電轉換區段對於垂直傳送級執行兩次，且在兩個讀出操作期間被讀出至垂直傳送級之攝像電荷被傳送。此造成用於長時間曝光之一信號電荷及用於短時間曝光的一信號電荷於一垂直有效週期開始正前方在垂直傳送級處並列地對準。當攝像電荷係藉由依兩倍速率驅動一水平傳送級來讀出時，用於一列的長時間曝光信號及短時間曝光信號係在一水平同步週期期間輸出。因此，用於一第一列的一長時間曝光信號及一短時間曝光信號，用於一第二列的一長時間曝光信號及一短時間曝光信號及用於一第三列的一長時間曝光信號及一短時間曝光信號等係連續地輸出。
圖2顯示在一垂直同步週期內之曝光時間及係在攝像元件12中累積的一曝光量(電荷量)。
圖2顯示其中1/64秒之長時間曝光及1/2000秒之短時間曝光係在1/60秒的一垂直同步週期中執行的情況。長時間曝光時間及短時間曝光時間可經受可變控制。
藉由執行長時間曝光及短時間曝光，長時間曝光影像信號SL 及短時間曝光影像信號SS 係在一垂直同步週期期間所獲得。藉由組合兩個影像信號，產生用於一圖場之攝像影像資料。
無須在一垂直同步週期執行長時間曝光及短時間曝光。長時間曝光可在某一垂直同步週期中執行，且短時間曝光可在下一垂直同步週期中執行，以組合該等曝光影像信號。
攝像元件12的結構係不受限於使用一固態攝像元件的結構。例如，諸如一攝像管之一非固態攝像元件亦可用於攝像元件12的結構。即使具有一非固態攝像元件(使用例如一機械快門或一液晶快門)，亦可執行長時間曝光或短時間曝光、或改變普通曝光、長時間曝光或短時間曝光。
信號處理區段20包括：(例如)一預處理區段21、一波偵測區段22、一組合區段23、一輪廓校正區段24、一壓縮區段25、一儲存區段26及一後處理區段27。藉由攝像區段10所獲得的影像信號係供應至預處理區段21。
預處理區段21係稱為一類比前端。預處理區段21執行各種操作，諸如：關於自攝像區段10輸出之一電氣信號(或一攝像影像)的一相關雙重取樣(CDS)操作；藉由一可程式增益放大器執行之一增益操作；A/D轉換；箝位(clamping)；黑標籤校正；及缺陷校正。預處理區段21預處理藉由攝像區段10所獲得的影像信號，以輸出所獲得之長時間曝光影像資料SL 及短時間曝光影像資料SS 。
藉由預處理區段21所獲得之長時間曝光影像資料SL 及短時間曝光影像資料SS 被供應至波偵測區段22、組合區段23及輪廓校正區段24。
對於係自預處理區段21供應之長時間曝光影像資料SL 及短時間曝光影像資料SS ，波偵測區段22(例如)計算各別亮度位準用於自動曝光校正(AE)及產生一直方圖。接著，波偵測區段22將計算出亮度位準及直方圖之資料供應至控制區段30。
控制區段30包括一微電腦。基於在波偵測區段22處計算之資料，控制區段30計算攝像光學系統11之一停止控制值或係在攝像區段10之驅動信號產生區段13處設定的電子快門值。接著，控制區段30基於計算結果控制攝像區段10之操作。基於用於長時間曝光及短時間曝光之電子快門值，控制區段30計算用於在組合區段23處組合長時間曝光影像及短時間曝光影像之組合增益。接著，基於計算結果，控制區段30控制組合區段23之操作。控制區段30包括微電腦，其包括一動態範圍計算區段31，該動態範圍計算區段31基於在長時間曝光及短時間曝光間之一電子快門比率及直方圖來計算一物體的一動態範圍值。
對於一在組合區段23處產生的組合影像，控制區段30之動態範圍計算區段31至用於組合操作之長時間曝光影像資料SL 、長時間曝光影像之一曝光時間TL 、用於組合操作之短時間曝光影像資料SS 及短時間曝光影像之一曝光時間TS 計算該物體的一動態範圍值DDML 。所計算之動態範圍值DDML 係供應至壓縮區段25。
自預處理區段21供應長時間曝光影像資料SL 及短時間曝光影像資料SS 之組合區段23將藉由長時間曝光影像資料SL 及短時間曝光影像資料SS 指示之長時間曝光影像及短時間曝光影像(即，藉由攝像區段10所獲得之長時間曝光影像及短時間曝光影像)彼此組合，以基於在長時間曝光影像之曝光時間TL 及短時間曝光影像的曝光時間TS 間之一比率而產生一組合影像。根據藉由控制區段30施加的組合增益，短時間曝光影像係擴展以形成一其中長時間曝光影像係與短時間曝光影像自然地連接的組合線性影像。
藉由組合區段23所獲得的組合影像資料SMX 係供應至輪廓校正區段24及壓縮區段25。
壓縮區段25自儲存對應至離散動態範圍之壓縮曲線資料的儲存區段26選擇最接近該動態範圍值的兩種類型曲線。接著，基於藉由控制區段30的動態範圍計算區段31提供之動態範圍值DDML ，執行內插以形成一壓縮曲線。之後，根據所形成壓縮曲線，產生一其中藉由組合區段23產生之組合影像被壓縮的壓縮影像。
後處理區段27在藉由壓縮區段25所獲得的壓縮影像資料SCMX 上執行後處理(諸如YC處理)，且基於壓縮影像資料輸出一影像信號。
在攝像裝置100中，信號處理區段20之輪廓校正區段24偵測一在藉由壓縮區段25壓縮其之前提供之一影像的高頻分量(諸如自組合區段23供應之組合影像資料SMX 之一高頻分量，或自組合區段23供應之短時間曝光影像資料SH 之一高頻分量與長時間曝光影像資料SL 之一高頻分量)。接著，輪廓校正區段24將作為用於輪廓校正之一高頻部分Shm 所偵測到的高頻分量供應至後處理區段27。之後，在後處理區段27中，高頻分量係加至藉由壓縮區段25產生的壓縮影像資料SCMX 中，以校正該輪廓。
即，當短時間曝光影像及長時間曝光影像係彼此組合時，組合影像被壓縮，且產生一寬動態範圍影像，在藉由壓縮區段25壓縮其之前所提供的影像之高頻分量被偵測，且該高頻分量係加至藉由壓縮區段25產生的壓縮影像資料SCMX 。此使其可增強輪廓，其中偵測在壓縮該影像後係困難。
以上所述輪廓校正區段24之特定結構及操作將參考圖10至13詳盡描述。
在攝像裝置100中，控制區段30之動態範圍計算區段31包括微電腦(例如)根據圖3中之流程圖所示的程序自長時間曝光影像及短時間曝光影像計算該物體之動態範圍。
即，控制區段30事先決定可僅藉由長時間曝光影像表示的動態範圍。其決定(例如)在用於閉路電視設備之規格(JEITA TTR-4602B)之規則中規定的一動態範圍放大比率之6X的一動態範圍可就一長時間曝光影像而言拍攝(步驟S1)。
接著，控制區段30決定用於長時間曝光之一AE目標值及一控制方法，且藉由執行相當於所謂「背光校正」之一操作來控制攝像區段10的一電子快門，以致在動態範圍1X中拍攝之一物體的資料係當執行用於所獲得長時間曝光影像的AE時在A/D轉換後輸入用於一最大範圍之約1/6(步驟S2)。
控制區段30決定用於短時間曝光之一AE目標值及一控制方法，且藉由執行相當於所謂「過量前光校正」之一操作來控制攝像區段10的電子快門，以致當拍攝該物體時短時間曝光影像不具有一飽和部分(步驟S3)。
其次，控制區段10針對各圖框自波偵測區段25獲得一AE波偵測值(步驟S4)。接著，根據步驟S2及S3中決定的控制方法，計算下一長時間電子快門設定值及下一短時間電子快門設定值，以在攝像區段10之驅動信號產生區段13處設定其(步驟S5及S6)。
接著，控制區段10之動態範圍計算區段31使用以下表示計算一在長時間曝光影像之曝光時間TL 與短時間曝光影像之曝光時間TS 間的曝光比率(步驟S7)：曝光比率=TL /TS 接著，決定所計算曝光比率是否大於1(步驟S8)。
其次，當步驟S8中之決定結果係「是」時(即，當曝光比率係大於1時)，動態範圍計算區段31利用於步驟S1中就大於1之曝光比率而言所決定的六倍之一動態範圍：曝光比率×6=動態範圍當短時間曝光影像及長時間曝光影像係彼此組合時之動態範圍值DDML 係決定(步驟S9)，且壓縮區段25被通知有關經決定之動態範圍值DDML (步驟S10)。接著，該處理返回至步驟S4。
反之，當步驟S8中之決定結果係「否」時(即，當步驟S7中計算之曝光比率小於1時)，其決定物體係可僅藉由長時間曝光影像代表之一者。根據圖4中的流程圖顯示之程序，計算動態範圍值DDML (步驟S20)，且壓縮區段25被通知有關經決定之動態範圍值DDML (步驟S10)。接著，該處理返回至步驟S4。
即，控制區段10重複從步驟S4至S10之操作。在步驟S4中，AE波偵測值係針對各圖框從波偵測區段25所獲得。接著，壓縮區段25被通知有關在步驟S10中經決定之動態範圍值DDML 。
接著，壓縮區段25根據有關哪一壓縮區段25係藉由動態範圍計算區段31通知之動態範圍值DDML 執行一階度壓縮操作。
本文中，步驟S20中之動態範圍值DDML 的計算基本上係一當控制區段10實行相當於圖3中所示者之操作時運行的操作，且於步驟S8中決定該物體可在一等於或小於1之曝光比率處僅藉由長時間曝光影像代表。控制區段10之動態範圍計算區段31計算該計算出長時間曝光影像之一最大亮度值YLMAX (步驟S21)，且，基於該計算出長時間曝光影像之一最大亮度值YLMAX ，自用於當其決定該物體能僅藉由長時間曝光影像代表時之一動態範圍，計算用於當動態範圍係1X之一最大亮度值YMAX1 ：YLMAX /YMAX1 =DDML藉由此，該物體之動態範圍值DDML 被決定(步驟S22)。
本文中，長時間曝光影像的最大亮度值可僅藉由偵測其中長時間曝光影像之亮度係最高的一點來偵測。然而，當僅偵測一點及加以利用，偵測受雜訊影響或具有一像素缺陷的一特定點。此可能導致一不穩定操作。
因此，(例如)如圖5中顯示，直方圖係用以使其可穩定地偵測長時間曝光影像的最大亮度。
即，對於採用相同偵測區域中之相同區分臨限值偵測的像素，波偵測區段22執行對於像素數目的積分及對於亮度之積分。提供對應至各別區分臨限值的像素數目的積分值及亮度之積分值(在圖5C中顯示)；對於在圖5A中顯示的亮度之積分值的一直方圖HG1；及對於在圖5B中顯示的像素數目的積分值之一直方圖HG2。
當(例如)一點源(諸如一燈泡)係包括在具有相對較窄動態範圍之一物體內時，其無須重製點源的階度。因此，決定一偵測臨限值，以致(例如)無須重製一其像素數目係等於或小於某一像素數目之高度明亮物體(例如，一在其像素數目等於或小於有效像素數目之0.4%的一區域中之高度明亮物體)的階度。
接著，控制區段10之動態範圍計算區段31利用直方圖HG2，從具有高亮度之一側計數，及偵測一亮度積分區段YI及一包括對應至偵測臨限值之像素的像素積分區段PS。
使用偵測為亮度積分區段YI之一值的亮度積分值及偵測為像素積分區段PS之一值的像素數目，且一平均亮度係計算如下：亮度積分值/像素數目=平均亮度平均亮度係偵測成最大亮度值。
藉由使用此一偵測方法，不再需要偵測一作為具有最大亮度之一位置的特定點。因此，可重製階度而不考慮一具有高亮度之小部分，諸如一點源。此外，當直方圖數目增加時，可改進偵測到亮度值的精度。
根據圖6中顯示之流程圖的程序，壓縮區段25基於物體之動態範圍值DDML 自儲存區段26讀出一基本壓縮曲線，及形成一最佳壓縮曲線。
即，壓縮區段25獲得藉由控制區段30之動態範圍計算區段31計算的物體之動態範圍值DDML (步驟S31)。接著，基於所獲得之物體的動態範圍值DDML ，壓縮區段25自儲存區段26獲得一第一基本壓縮曲線(基本A)及一第二基本壓縮曲線(基本B)(步驟S32及S33)。第一基本壓縮曲線係大於及最接近所獲得之物體的動態範圍之一動態範圍。第二基本壓縮曲線係小於及最接近所獲得之物體之動態範圍DDML 的一動態範圍。
本文中，儲存區段26事先儲存對應於諸如1X、4X、16X及64X之動態範圍的離散放大之壓縮曲線。雖然可使用一任何形式之壓縮曲線，但可形成一壓縮曲線以致(例如)當AE係理想地執行時，該階度可根據藉由閉路電視設備之規格(JEITA TTR-4602B)之規則中所定義的一動態範圍放大比率來重製。基本壓縮曲線係藉由關於大於物體之動態範圍值DDML 的動態範圍及小於物體之動態範圍值DDML 的動態範圍選擇最接近動態範圍來選定。例如，如圖7中顯示，當存在一對應於物體之動態範圍值DDML 的基本壓縮曲線且當該物體之動態範圍值DDML 係9X時，選定一16X基本壓縮曲線F1 及一4X基本壓縮曲線F2 。
接著，壓縮區段25形成一在選定基本壓縮曲線F1 及F2 間內插的壓縮曲線FX ，作為一對應於該物體之動態範圍值DDML 的9X壓縮曲線(步驟S34)。接著，組合影像係根據壓縮曲線壓縮(步驟S35)。
在藉由內插形成壓縮曲線中，(例如)若在儲存區段26中儲存之資料包括一樣條(spline)曲線的KNOT點，則內插可在KNOT點間執行。取決於待獲得之曲線的精度，內插方法可為(例如)線性內插或一更複雜的樣條內插。雖然壓縮曲線根據動態範圍而動態地變化，但其中基本壓縮曲線動態地移動之範圍因為內插係在固定基本壓縮曲線間執行而受限制。因此，若形成基本壓縮曲線以致其不起伏，則與圖7中藉由一虛線顯示之基本壓縮曲線FY 不同，可限制產生自樣條內插期間KNOT點之移動的起伏。
在儲存區段26中儲存之基本壓縮曲線使得曲線數目及在動態範圍間之間隔係藉由上述內插方法且待獲得之曲線的精度決定。曲線數目愈大及在動態範圍間之間隔愈小，藉由內插形成之壓縮曲線的精度愈高。
本文中，自當組合影像形成至當壓縮影像在攝像裝置100之信號處理區段20中形成時之信號位準中的改變係在圖8A及8B中示意性地顯示。
即，在攝像裝置100之信號處理區段20的組合區段23中，如圖8A中顯示，基本上根據曝光比率，短時間曝光影像資料SS 被擴展，且係與長時間曝光影像資料SL 組合以與其線性連接。壓縮區段26使用一平滑壓縮曲線FZ 壓縮該組合影像資料SMX ，以致壓縮影像之一輸出位準如圖8A中顯示係100%。
即，攝像裝置100包括攝像區段10、組合區段23、動態範圍計算區段31、儲存區段26及壓縮區段25。攝像區段10攝取具有一於單元週期中相對較長曝光時間之一長時間曝光影像，及具有一於單元週期中相對較短曝光時間之一短時間曝光影像。組合區段23將藉由攝像區段10所獲得之長時間曝光影像及短時間曝光影像彼此組合，以產生一組合影像，曝光影像係基於在長時間曝光影像之曝光時間TL 及短時間曝光影像之曝光時間TS 間的一比率來彼此組合。動態範圍計算區段31自用於組合操作之長時間曝光影像、長時間曝光影像之曝光時間TL 、用於組合操作之短時間曝光影像及短時間曝光影像之曝光時間TS ，計算用於在組合區段23處產生之組合影像的一物體之一動態範圍。儲存區段26保持對應至少數類型之動態範圍的基本壓縮曲線資料。壓縮區段25使用保持在儲存區段26中之基本壓縮曲線資料，計算適用於藉由動態範圍計算區段31計算出之物體的動態範圍之一壓縮曲線，及根據該計算出壓縮曲線產生一壓縮影像，該壓縮影像係藉由壓縮由組合區段產生之組合影像而產生。
在攝像裝置100中，如圖9的流程圖中顯示，實行步驟S41至44。步驟S41(一攝像步驟)中，攝像區段10攝取具有一相對較長曝光時間的一長時間曝光影像及具有一相對較短曝光時間的一短時間曝光影像。步驟S42(一組合步驟)中，組合區段23基於在長時間曝光影像之曝光時間TL 及短時間曝光影像之曝光時間TS 的比率，將長時間曝光影像與短時間曝光影像彼此組合，以形成一組合影像。步驟S43(一動態範圍計算步驟)中，動態範圍計算區段31自用於組合操作之長時間曝光影像、長時間曝光影像之曝光時間、用於組合操作之短時間曝光影像及短時間曝光影像之曝光時間，計算該物體之動態範圍值DDML 。步驟S44(一壓縮步驟)中，壓縮區段25使用保持在儲存區段26中之基本壓縮曲線資料，計算該適用於該物體的動態範圍值DDML 之壓縮曲線，及根據該計算出壓縮曲線產生壓縮影像(藉由壓縮該組合影像而形成)。藉由執行步驟S41至44，藉由一簡單控制操作而產生經受適用於該物體的動態範圍之階度壓縮操作的一影像。
攝像裝置100之信號處理區段20之輪廓校正區段24係形成(例如)如圖10中顯示之輪廓校正區段24A。
輪廓校正區段24A包括(例如)一高頻分量偵測區段241、一亮度調變表242及一高頻分量亮度調變區段243。藉由組合區段23所獲得的組合影像資料SMX 係供應至高頻分量偵測區段241。亮度調變表242包括亮度調變資料。亮度調變表242之亮度調變資料，高頻分量偵測區段241的一偵測輸出，及藉由壓縮區段25產生的壓縮影像資料SCMX 係供應至高頻分量亮度調變區段243。
在輪廓校正區段24A中，高頻分量偵測區段241偵測來自藉由組合區段23產生之組合影像資料SMX 的一高頻分量SMXh ，諸如一輪廓增強分量。接著，高頻分量亮度調變區段243根據組合影像的亮度位準或藉由壓縮區段25產生之壓縮影像的亮度位準，將增益施加於偵測到組合影像高頻分量SMXh 。藉由此，增益控制係在組合影像之高頻分量SMXh 上執行，且經受增益控制之組合影像的高頻分量SMXh 係作為高頻分量Shm 供應至後處理區段27用於輪廓校正。
藉由此，後處理區段27將用於輪廓校正之高頻分量Shm 加至藉由壓縮區段25產生的壓縮影像資料SCMX 。此使其可增強輪廓，其中偵測在壓縮影像後係困難。
例如，高頻分量的亮度調變程度資料可自一壓縮曲線形成，或可自亮度調變表242提供至高頻分量亮度調變區段243。
攝像裝置100之信號處理區段20的輪廓校正區段24可形成(例如)如圖11中顯示之一輪廓校正區段24B。
輪廓校正區段24B包括(例如)一長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A，一短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B，一高頻分量選擇區段244及一增益調變區段245。自預處理區段21，長時間曝光影像資料SL 係供應至長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A。自預處理區段21，短時間曝光影像資料SS 係供應至短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B。高頻分量選擇區段244選擇長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A之一輸出及短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B的一輸出。藉由高頻分量選擇區段244選定之一高頻分量Sh 係供應至增益調變區段245。
在輪廓校正區段24B中，長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A及短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B從自預處理區段21供應的長時間曝光影像資料SL 及短時間曝光影像資料SS 偵測高頻分量。
指示長時間曝光影像及短時間曝光影像中之哪一者被選定配合在組合區段23處之各像素的一選擇信號SSL 係供應至高頻分量選擇區段244。根據選擇信號SSL ，高頻分量選擇區段244選擇藉由長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A自長時間曝光影像資料SL 偵測之一長時間曝光影像高頻分量SLh ，及藉由短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B自短時間曝光影像資料SS 偵測之一短時間曝光影像高頻分量SSh 。所選定高頻分量Sh 係供應至增益調變區段245。
增益調變區段245施加調變增益至自高頻分量選擇區段24供應的高頻分量Sh ，及供應所得高頻分量至後處理區段27作為用於輪廓校正之高頻分量Sh 。
藉由此，後處理區段27將用於輪廓校正之高頻分量Shm 加至藉由壓縮區段25產生的壓縮影像資料SCMX 。此使其可增強輪廓，其中偵測在壓縮該影像後係困難。
本文中，藉由輪廓校正區段24B校正該輪廓的影像係在圖12中顯示。
即，輪廓校正區段24B偵測來自長時間曝光影像資料SL 之高頻分量SLh 及來自短時間曝光影像資料SS 之高頻分量SSh ，及高頻分量Sh (其中，當形成組合影像資料SMX 時，組合根據長時間曝光及短時間曝光中之哪一者被選定來選擇之一高頻分量)。所產生高頻分量Sh 係加至該組合影像資料SMX 成為用於輪廓校正之高頻分量Shm ，以增強該輪廓。
此外，攝像裝置100之信號處理區段20的輪廓校正區段24可形成(例如)如圖13中顯示之輪廓校正區段24C。
輪廓校正區段24C包括(例如)一長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A，一短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B，一高頻分量選擇區段244、一亮度調變表242及一高頻亮度調變區段243。自預處理區段21，長時間曝光影像 資料SL 係供應至長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A。自預處理區段21，短時間曝光影像資料SS 係供應至短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B。高頻分量選擇區段244選擇長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A之一輸出及短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B的一輸出。亮度調變表242包括亮度調變資料。亮度調變表242之亮度調變資料及藉由高頻分量選擇區段244選擇的高頻分量Sh 係施加至高頻分量亮度調變區段243。
在輪廓校正區段24C中，長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A及短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B從自預處理區段21供應的長時間曝光影像資料SL 及短時間曝光影像資料SS 偵測高頻分量。
指示長時間曝光影像及短時間曝光影像中之哪一者被選定配合在組合區段23處之各像素的一選擇信號SSL ，供應至高頻分量選擇區段244。根據選擇信號SSL ，高頻分量選擇區段244選擇藉由長時間曝光影像高頻分量偵測區段241A自長時間曝光影像資料SL 偵測之一長時間曝光影像高頻分量SLh ，及藉由短時間曝光影像高頻分量偵測區段241B自短間曝光影像資料SS 偵測之一短時間曝光影像高頻分量SSh 。選定高頻分量Sh 係供應至高頻分量亮度調變區段243。
高頻分量亮度調變區段243藉由根據藉由壓縮區段25產生之壓縮影像的亮度位準，施加增益至自高頻分量選擇區段244供應之高頻分量Sh 而在高頻分量Sh 上執行增益控 制。接著，高頻分量亮度調變區段243將經受增益控制之高頻分量Sh 供應至後處理區段27作為用於輪廓校正之高頻分量Shm 。
藉由此，後處理區段27將用於輪廓校正之高頻分量Shm 加至藉由壓縮區段25產生的壓縮影像資料SCMX 。此使其可增強輪廓，其中偵測在壓縮該影像後係困難。
例如，高頻分量的亮度調變程度資料可自一壓縮曲線形成，或可自亮度調變表242提供至高頻分量亮度調變區段243。
本申請案含有關於在2008年6月3日向日本專利局申請的日本優先權專利申請案JP 2008-146232中所揭示之標的，其全部內容係藉由引用方式併入本文中。
熟習此項技術者應瞭解，可取決於設計需求及其他因素發生各種修改、組合、次組合及變更，只要其係在隨附申請專利範圍或其等效內容之範疇內即可。
5．．．場景
10．．．攝像區段
11．．．攝像光學系統
12．．．攝像元件
13．．．驅動信號產生區段
20．．．信號處理區段
21．．．預處理區段
22．．．波偵測區段
23．．．組合區段
24．．．輪廓校正區段
24A．．．輪廓校正區段
24B．．．輪廓校正區段
24C．．．輪廓校正區段
25．．．壓縮區段
26．．．儲存區段
27．．．後處理區段
30．．．控制區段
31．．．動態範圍計算區段
100．．．攝像裝置
241．．．高頻分量偵測區段
241A．．．長時間曝光影像高頻分量偵測區段
241B．．．短時間曝光影像高頻分量偵測區段
242．．．亮度調變表
243．．．高頻分量亮度調變區段
244．．．高頻分量選擇區段
245．．．增益調變區段
PS．．．像素積分區段
YI．．．亮度積分區段
圖1係一本發明應用之一攝像裝置的結構之方塊圖；圖2顯示一在攝像裝置中之長時間曝光及短時間曝光之圖表；圖3係一顯示自一長時間曝光影像及一短時間曝光影像計算一物體之一動態範圍的程序之流程圖，該計算程序係在具有一動態範圍計算區段之功能的攝像裝置之控制區段中實行；圖4係一顯示計算可僅藉由長時間曝光影像代表之物體的動態範圍之程序的流程圖，該計算程序在攝像裝置之控制區段中實行；圖5A至5C說明長時間曝光影像之一最大亮度值的一偵測程序，該偵測程序使用一直方圖及在攝像裝置之控制區段中實行；圖6係一顯示在攝像裝置之一壓縮區段中實行之一壓縮程序的流程圖；圖7顯示一說明在攝像裝置的壓縮區段處使用之壓縮曲線的形成之圖表；圖8A及8B示意性地顯示自當一組合影像係形成時至當一壓縮影像係在攝像裝置之一信號處理區段中形成的信號位準中之改變；圖9係一顯示攝像裝置中之一攝像程序的流程圖；圖10係一在攝像裝置之信號處理區段處提供之一輪廓校正區段的一範例性結構之方塊圖；圖11係一在攝像裝置之信號處理區段處提供之一輪廓校正區段的另一範例性結構之方塊圖；圖12示意性地顯示藉由輪廓校正區段校正輪廓之影像；及圖13係一在攝像裝置之信號處理區段處提供之一輪廓校正區段的又另一範例性結構之方塊圖。
10．．．攝像區段
11．．．攝像光學系統
12．．．攝像元件
13．．．驅動信號產生區段
20．．．信號處理區段
21．．．預處理區段
22．．．波偵測區段
23．．．組合區段
24．．．輪廓校正區段
25．．．壓縮區段
26．．．儲存區段
27．．．後處理區段
30．．．控制區段
31．．．動態範圍計算區段
100．．．攝像裝置

Claims (9)

  1. 一種攝像裝置，其包含至少以下各項：一攝像區段，其攝取具有一於單元週期中相對較長曝光時間之一長時間曝光影像，及具有一於該單元週期中相對較短曝光時間之一短時間曝光影像；一組合區段，其將藉由該攝像區段所獲得之該長時間曝光影像及該短時間曝光影像彼此組合，以產生一組合影像，該等曝光影像係基於在該長時間曝光影像之該曝光時間與該短時間曝光影像之該曝光時間之間之一比率來彼此組合；一動態範圍計算區段，其自用於該組合操作中之該長時間曝光影像、該長時間曝光影像之該曝光時間、用於該組合操作中之該短時間曝光影像及該短時間曝光影像之該曝光時間，來計算用於在該組合區段處產生之該組合影像的一物體之一動態範圍；一儲存區段，其保持對應於少數類型之動態範圍的基本壓縮曲線資料；及一壓縮區段，其使用保持在該儲存區段中之該基本壓縮曲線資料，計算適用於藉由該動態範圍計算區段計算之該物體的該動態範圍之一壓縮曲線，及根據該計算壓縮曲線產生一壓縮影像，該壓縮影像係藉由壓縮藉由該組合區段產生之該組合影像予以產生，其中自藉由該攝像區段所獲得之該長時間曝光影像與該短時間曝光影像產生經受根據該物體之該動態範圍的 一階度壓縮操作之一影像。
  2. 如請求項1之攝像裝置，其中該動態範圍計算區段事先決定係能藉由該長時間曝光影像代表之該物體的該動態範圍之一最大值，且乘以在該長時間曝光影像之該曝光時間與該短時間曝光影像之該曝光時間之間之該比率，以計算藉由該攝像區段攝取之該物體的該動態範圍。
  3. 如請求項1之攝像裝置，其中該動態範圍計算區段自該長時間曝光影像之一最大亮度值計算關於該長時間曝光影像之一飽和位準的一比例，且用能藉由該長時間曝光影像代表之該物體的該動態範圍乘以該比例，以計算藉由該攝像區段攝取之該物體的該動態範圍。
  4. 如請求項3之攝像裝置，其中使用自該所獲得長時間曝光影像及對應至其之亮度積分值所形成之一直方圖，該動態範圍計算區段偵測該亮度積分值及當依一較大亮度值至一較小亮度值之次序計算該等積分值時包括一特定第n個像素的該直方圖中之該像素數目，及將在其一區域中的該亮度積分值除以該像素數目，以計算一平均亮度值，該平均亮度值係設定為該長時間曝光影像之該最大亮度值。
  5. 如請求項1之攝像裝置，其中該壓縮區段包括：壓縮曲線產生構件，其係用於選擇及讀出係最接近該物體之該動態範圍的兩種類型之該基本壓縮曲線資料，及基於該物體之該動態範圍就該兩種類型之基本壓縮曲線資料而言執行內插，以產生一適當壓縮曲線，及 其中，根據藉由該壓縮曲線產生構件產生之該壓縮曲線，該壓縮區段產生藉由壓縮藉由該組合區段產生之該組合影像所形成的該壓縮影像。
  6. 如請求項1之攝像裝置，其進一步包含：一輪廓校正區段，其包括：組合影像高頻分量偵測構件，該組合影像高頻分量偵測構件係用於偵測藉由該組合區段產生之該組合影像的一高頻分量；增益控制構件，其係用於藉由施加增益至藉由該組合影像高頻分量偵測構件偵測之該組合影像的該高頻分量，執行該組合影像之該高頻分量的增益控制，該增益係根據該組合影像之一亮度位準或藉由該壓縮區段產生之該壓縮影像的一亮度位準；及高頻分量相加構件，其係用於將藉由該增益控制構件經受該增益控制之該組合影像的該高頻分量加至藉由該壓縮區段產生之該壓縮影像。
  7. 如請求項1之攝像裝置，其進一步包含：一輪廓校正區段，其包括：長時間曝光高頻分量偵測構件，其係用於偵測用於在該組合區段處之該組合操作中的該長時間曝光影像之一高頻分量；短時間曝光高頻分量偵測構件，其係用於偵測用於在該組合區段處之該組合操作中的該短時間曝光影像之一高頻分量；及高頻分量相加構件，其係用於將藉由該長時間曝光高頻分量偵測構件偵測到之該長時間曝光高頻分量，或藉由該短時間曝光高頻分量偵測構件偵測到的該短時間曝光分量加至該壓縮影像，以致對應至自藉由該組合區段組合之 該長時間曝光影像或該短時間曝光影像使用的一像素。
  8. 如請求項7之攝像裝置，其中該輪廓校正區段包括：增益控制構件，其係用於藉由施加增益至該高頻分量而在該高頻分量上執行增益控制，該高頻分量係藉由該高頻分量相加構件加至該壓縮影像，該增益對應於藉由該組合區段產生的該組合影像之一亮度位準或藉由該壓縮區段產生之該壓縮影像的一亮度位準。
  9. 一種攝像方法，其包含至少以下各項步驟：用一攝像區段攝取具有一相對較長曝光時間之一長時間曝光影像，及具有一相對較短曝光時間之一短時間曝光影像；藉由基於在該長時間曝光影像之該曝光時間與該短時間曝光影像的該曝光時間之間之一比率將該所獲得長時間曝光影像及短時間曝光影像彼此組合，以產生一組合影像；自用於該組合操作中之該長時間曝光影像，該長時間曝光影像之該曝光時間，用於該組合操作中之該短時間曝光影像，及該短時間曝光影像之該曝光時間，計算一物體之一動態範圍；及藉由使用保持在一儲存區段中之基本壓縮曲線資料，計算適用於該物體的經計算之該動態範圍之一壓縮曲線，及藉由根據計算壓縮曲線壓縮在產生該組合影像之該步驟中所產生的該組合影像來產生一壓縮影像，其中自藉由該攝像步驟所獲得之該長時間曝光影像與 該短時間曝光影像而產生根據該物體之該動態範圍經受一階度壓縮操作之一影像。
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