專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠除去周期性發(fā)光光源的閃爍的攝像裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
作為將光學(xué)圖像變換為電信號的攝像元件，例如CCD傳感器等固體攝像元件已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在作為民用產(chǎn)品和監(jiān)視用產(chǎn)品等使用的攝像機(jī)產(chǎn)品中。該等攝像機(jī)產(chǎn)品通過光圈控制、使用電子快門的攝像元件的快門速度控制、自動增益控制(AGC，Automatic Gain Control)以及ND濾波器等來進(jìn)行曝光控制，并且，為了達(dá)到規(guī)定的曝光目標(biāo)值而進(jìn)行自動曝光控制(Auto Exposure Control，以下簡稱為“AE”)，以此來獲得一定的曝光量。在作為攝像元件使用CCD傳感器時，則對電荷積蓄量進(jìn)行控制。上述AE使用程序AE，該程序AE根據(jù)攝像機(jī)的照度電平來決定選擇上述光圈控制、 快門速度(快門開放時間)控制和AGC增益控制中的哪一種控制方法。作為程序AE，有快門速度固定程序AE和光圈固定程序AE等各種程序AE，可以根據(jù)攝影場景和環(huán)境等分別選用。在程序AE中，在使用非逆變器方式的熒光燈和LED照明等光量依存于商用電源頻率而發(fā)生周期性變化的光源進(jìn)行場景攝影的場合，如果商用電源周期與輸出一幅攝像機(jī)圖像的1個場的周期不相同，則各個場間的電荷積蓄量之間會產(chǎn)生差異，使得圖像產(chǎn)生抖動即閃爍，所以，用于消除閃爍的處理是必不可少的技術(shù)。圖1表示電荷積蓄量以100[Hz]的周期進(jìn)行周期性變動的熒光燈的閃爍的情況。 圖1(a)表示光源的發(fā)光周期，在使用頻率為50[Hz]的商用交流電源的非逆變器方式的熒光燈(以下簡稱為“熒光燈”)中，熒光燈的發(fā)光量以等于電源頻率50[Hz]的2倍的頻率即 100[Hz]為周期進(jìn)行變化。圖1(b)表示光源是發(fā)光周期為100[Hz]的熒光燈，攝像機(jī)是采用電視廣播制式中的NTSC制式的每秒鐘輸出60幅圖像的電視攝像機(jī)，且快門速度被設(shè)定為1/180 [秒]時的各個場中的CCD傳感器的電荷積蓄量，圖1(c)表示通過CCD的電荷排除脈沖開始電荷積蓄的定時，圖1 (d)表示通過CCD的電荷轉(zhuǎn)送脈沖結(jié)束電荷積蓄的定時，當(dāng)發(fā)光量發(fā)生變化時， 如圖1(b)所示，相對于同一個被攝體，各個場間CCD傳感器的電荷積蓄量會出現(xiàn)差異，由于該差異，使得閃爍發(fā)生，導(dǎo)致記錄圖像的質(zhì)量變差。已知將商用交流電源的頻率設(shè)定為T[Hz]時，通過將快門速度固定在n/2T[秒] (η為自然數(shù)，η = 1，2，3…)能夠消除閃爍。也就是說，如(e)所示，在光源是發(fā)光周期為 100[Hz]的熒光燈時，通過在(f)的積蓄開始定時和(g)的積蓄結(jié)束定時將快門速度固定在與光源發(fā)光周期相同的1/100 [秒]，則可以在各個場確保相同的電荷積蓄量，從而不會發(fā)生閃爍。在現(xiàn)有技術(shù)中，相對于熒光燈的閃爍，在商用交流電源的頻率為T[Hz]時，通過將快門速度固定在n/2T[秒]，能夠有效地防止閃爍的發(fā)生(反過來說，如果將快門速度設(shè)定為η/100[秒]以外的速度，則各個場間電荷積蓄量會出現(xiàn)差異而導(dǎo)致閃爍發(fā)生)。另外，近年來，通過商用交流電源進(jìn)行發(fā)光的LED面板等LED照明的需求在不斷地增加，在使用LED照明時，攝像機(jī)圖像同樣會在很大的程度上受到來自LED照明的閃爍的影響。LED照明的發(fā)光特性與熒光燈的發(fā)光特性不同，當(dāng)施加的電壓超過閾值時，LED照明會迅速地發(fā)光，并且以反復(fù)點亮和熄滅的方式進(jìn)行發(fā)光，由于發(fā)光強(qiáng)度比熒光燈的發(fā)光強(qiáng)度大，所以會發(fā)生強(qiáng)烈的閃爍。LED照明近年來開始在各種領(lǐng)域被廣泛地使用。LED的點亮方式分為直流點亮方式和脈沖點亮方式這兩種方式，由于脈沖點亮方式可以采用方便的商用交流電源，所以 LED照明大多采用脈沖點亮方式進(jìn)行發(fā)光。交通信號燈是采用LED照明的設(shè)備中的一種， 在交通信號燈中，考慮到其可靠性，LED元件的點亮采用簡單的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)來進(jìn)行，通過施加對商用交流電源進(jìn)行全波整流而得到的電壓來使LED元件發(fā)光，其發(fā)光周期與非逆變器方式的熒光燈相同，為2T[Hz]。因此，與熒光燈的閃爍一樣，通過將快門速度固定在 n/2T[秒]，能夠消除閃爍。圖2表示電荷積蓄量以100 [Hz]的周期進(jìn)行周期性變動的LED的閃爍。圖2 (a) 表示與商用交流電源的周期50 [Hz]同步地發(fā)光的LED的發(fā)光周期。圖2表示使用NTSC周 Si 60[Hz]的攝像機(jī)，將快門速度固定在(b)的1/180[秒]的快門速度，在(c)的積蓄開始定時開始電荷積蓄，并且在(d)的積蓄結(jié)束定時結(jié)束電荷積蓄時的示例、以及將快門速度固定在(e)的1/100[秒]的快門速度，在(f)的積蓄開始定時開始積蓄電荷并且在(g)的積蓄結(jié)束定時結(jié)束電荷積蓄時的示例。LED反復(fù)進(jìn)行熄滅和點亮并且以實質(zhì)上為矩形的波發(fā)光，在采用60[Hz]周期的 NTSC制式的攝像機(jī)時，通過將快門速度設(shè)定為與光源發(fā)光周期相同的1/100[秒]，能夠消除閃爍。在將快門速度設(shè)定為1/180[秒]時，由于LED以100[Hz]的周期反復(fù)進(jìn)行點亮和熄滅來發(fā)光，所以各個場所積蓄的點亮部分和熄滅部分的相位部分不同，在各個場間電荷積蓄量出現(xiàn)很大的差異，使得發(fā)生激烈的閃爍?？墒?，在上述通過固定快門速度來防止閃爍發(fā)生的曝光控制方法中，存在不能通過快門來進(jìn)行曝光調(diào)整的問題。為了解決該問題，在專利文獻(xiàn)1中公開了一種方法，其在各個攝像機(jī)周期中將快門大致均等地設(shè)定為規(guī)定的次數(shù)來進(jìn)行曝光，使得能夠在降低閃爍的同時，通過快門來進(jìn)行曝光調(diào)整。并且在對專利文獻(xiàn)1作出了改進(jìn)的專利文獻(xiàn)2中公開了一種方法，其在各個攝像機(jī)周期中，在與閃爍周期相同的期間內(nèi)將快門大致均等地設(shè)定為規(guī)定的次數(shù)，由此使得能夠在切實地消除閃爍的同時，通過快門來進(jìn)行曝光調(diào)整。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本國專利特開平8494058號公報專利文獻(xiàn)2日本國專利特開平11-155106號公報近年來，隨著兇惡的犯罪事件的增加，人們對安全領(lǐng)域的關(guān)心度提高，作為以防止犯罪和記錄證據(jù)為目的的攝像裝置，對監(jiān)視用攝像機(jī)的需求也在不斷地增加。與一般民用的攝像機(jī)不同，監(jiān)視用攝像機(jī)大多在固定的狀態(tài)下在銀行、電梯、停車場、道路和車輛等中使用。監(jiān)視用攝像機(jī)的每一幅圖像均是重要的信息。例如，作為設(shè)置在電梯內(nèi)的電梯用攝像機(jī)和設(shè)置在自動扶梯上的監(jiān)視用小型攝像機(jī)以及用于保存和記錄車輛行駛中發(fā)生的各種碰撞前數(shù)十秒的圖像數(shù)據(jù)以便將該等圖像數(shù)據(jù)用于事故的驗證和分析的行駛記錄器，為了簡化結(jié)構(gòu)，大多使用光圈固定的攝像機(jī)，該等固定攝像機(jī)必須做到只用快門和AGC就能夠調(diào)整曝光。在拍攝到的圖像中，很多場景都包含熒光燈和LED照明等光源的照明光，因照明光的發(fā)光周期而產(chǎn)生的閃爍可能會導(dǎo)致圖像丟失有用的信息或者導(dǎo)致圖像的質(zhì)量變差，因此，必須進(jìn)行閃爍消除處理。作為解決監(jiān)視用攝像機(jī)的閃爍的方法，在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中公開了在各個攝像機(jī)周期中將快門大致均等地設(shè)定為規(guī)定的次數(shù)來進(jìn)行曝光控制，使得能夠在降低或消除閃爍的同時，通過快門來進(jìn)行曝光調(diào)整的方法，但由于作為收發(fā)在各個攝像機(jī)周期內(nèi)進(jìn)行多次曝光并將各個曝光量相加，所以與通常的快門速度控制相比，存在針對運動中的被攝體會產(chǎn)生殘像(afterimage)和抖動等的問題。在監(jiān)視用攝像機(jī)中，不但降低或者消除閃爍非常重要，而且因為每一幅圖像都是重要的信息，所以優(yōu)選能夠獲取運動中的被攝體不會產(chǎn)生殘像和抖動的質(zhì)量不會變差的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種攝像裝置的曝光控制方法，使用具有圖像輸出單位即固有的場周期的攝像裝置通過以特定周期發(fā)光的光源由CCD傳感器進(jìn)行記錄，其特征在于，在用于控制所述CCD傳感器的曝光的快門速度控制中，使曝光開始時的電荷排除脈沖和曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的施加定時在各個場可變，并且根據(jù)曝光期間在場內(nèi)移位時的曝光期間移位量來進(jìn)行的快門速度控制，使得所述CCD傳感器在各個場中對所述光源發(fā)光周期的相同的相位部分進(jìn)行曝光，以除去閃爍。此外，本發(fā)明的攝像裝置的曝光控制方法的特征還在于，使曝光開始時的電荷排除脈沖和曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的施加定時在各個場可變時，在控制開始后立刻對規(guī)定場的曝光量進(jìn)行取樣，并選擇曝光量最大的場的曝光期間移位量。另外，本發(fā)明的攝像裝置的曝光控制方法的特征還在于，相對于光源的發(fā)光周期 T，所述攝像裝置的快門速度等于或者大于1/2T。又，本發(fā)明的攝像裝置的曝光控制方法的特征還在于，以規(guī)定數(shù)目的連續(xù)場為單位反復(fù)執(zhí)行基于曝光期間移位量的快門速度控制。又，本發(fā)明的攝像裝置的曝光控制方法的特征還在于，攝像裝置的C⑶傳感器在攝像裝置的每個場通過圖像存儲器進(jìn)行圖像輸出。又，本發(fā)明的攝像裝置的曝光控制方法的特征還在于，攝像裝置的C⑶傳感器交替地具有對從所述CCD傳感器獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出和保存的場以及使用所保存的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)輸出的場。此外，本發(fā)明還提供一種攝像裝置，其具有圖像處理裝置，并且使用圖像輸出單位即固有的場周期進(jìn)行記錄，所述圖像處理裝置具有透鏡，其拍攝被以特定的周期發(fā)光的光源照明的物體的圖像；CCD傳感器，其將拍攝到的圖像變換為圖像信號；閃爍控制部，其判別圖像信號的閃爍并發(fā)出除去閃爍的指示，曝光控制部，其根據(jù)該閃爍控制部的指示來控制曝光；以及快門控制部，其根據(jù)該曝光控制部的指示對所述CCD傳感器的快門速度進(jìn)行控制，所述攝像裝置的特征在于，所述快門控制部通過使所述CCD傳感器中曝光開始時的電荷排除脈沖和曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的施加定時在各個場可變，而使曝光期間移位，以此來進(jìn)行快門速度控制，由此使得所述CCD傳感器在各個場對所述光源發(fā)光周期的相同的相位部分進(jìn)行曝光。
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又，本發(fā)明的攝像裝置的特征還在于，快門控制部具有生成曝光開始時的電荷排除脈沖的電荷排除脈沖生成部、生成曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的電荷讀出脈沖生成部以及對所述電荷排除脈沖生成部和電荷讀出脈沖生成部的脈沖生成進(jìn)行控制的脈沖定時管理部。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在使用CXD傳感器作為攝像元件的攝像裝置中，相對于依存于商用電源的周期等來發(fā)光的周期性發(fā)光光源而產(chǎn)生的圖像閃爍，能夠通過在攝像機(jī)的攝像周期內(nèi)使電荷積蓄開始定時移位來防止閃爍的發(fā)生，并且能夠在不會使動態(tài)被攝體發(fā)生殘像和抖動的情況下，將快門速度設(shè)定為高速。


圖1是對用非逆變器方式的熒光燈進(jìn)行攝影時發(fā)生閃爍狀態(tài)時的情況和不發(fā)生閃爍狀態(tài)時的情況進(jìn)行說明的說明圖。圖2是對用采用商用交流電源進(jìn)行發(fā)光的LED照明進(jìn)行攝影時發(fā)生閃爍狀態(tài)時的情況和不發(fā)生閃爍狀態(tài)時的情況進(jìn)行說明的說明圖。圖3是本發(fā)明的實施方式中的具有閃爍消除處理功能的攝像裝置的方塊圖。圖4是表示用基于程序AE的照度值來控制曝光的方法的說明圖。圖5是表示快門速度控制處理的流程圖。圖6是表示一般的CXD傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是表示進(jìn)行基于曝光期間移位量的快門速度控制時的圖像信號輸出方法的示意圖。圖8是表示基于曝光期間移位量的快門速度控制方法的說明圖。圖9是表示初始曝光期間移位量的選擇方法的說明圖。圖10是對通過基于曝光期間移位量的快門速度控制使得不會因熒光燈而出現(xiàn)閃爍狀態(tài)的情況進(jìn)行說明的說明圖。圖11是對通過基于曝光期間移位量的快門速度控制使得不會因LED照明而出現(xiàn)閃爍狀態(tài)的情況進(jìn)行說明的說明圖。符號說明
101透鏡
102光圈
103透鏡單元
104CCD傳感器
105CDS
106模擬AGC
107A/D轉(zhuǎn)換器
108AFE
109數(shù)字AGC
110亮度信號和顏色信號生成部
111各種圖像處理部
112圖像存儲器113圖像輸出處理部114信號電平檢測部115存儲部數(shù)據(jù)參照/存儲部116修正量計算部117信號電平差分/平均運算部118閃爍判斷部119閃爍消除控制部120曝光控制部121快門控制部122AGC 控制部123脈沖定時管理部124電荷排除脈沖生成部125電荷讀出脈沖生成部126轉(zhuǎn)送脈沖生成部127設(shè)備控制部128圖像處理LSI129記錄裝置130存儲部131微機(jī)控制部132閃爍控制部
具體實施例方式以下根據(jù)圖3對本發(fā)明的攝像裝置的實施方式進(jìn)行說明。A.攝像裝置系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(1)攝像裝置系統(tǒng)的說明圖3是表示本發(fā)明所涉及的實施方式中的攝像裝置概況的方塊圖，其中該攝像裝置具有光圈固定式攝像機(jī)，內(nèi)置在該光圈固定式攝像機(jī)中的控制電路具有閃爍去除功能。首先說明攝影和記錄時的動作以及信號的流向。拍攝到的圖像經(jīng)過用于調(diào)整從圖中的透鏡單元103內(nèi)的透鏡101獲取的外部光的光量的光圈102后，被照射到具有垂直轉(zhuǎn)送CXD和水平轉(zhuǎn)送CXD的攝像元件的CXD傳感器104中，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換變成圖像信號后輸入到AFE電路(AnalogFront End Circuit，以下簡稱為“AFE”)108中。在AFE108中經(jīng)過相關(guān)雙采樣部(Correlated Double Sampling，以下簡稱為“CDS”)105、模擬 AGC106 和 A/D 轉(zhuǎn)換器107，被轉(zhuǎn)換為進(jìn)行了 CDS控制和增益控制以及模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的圖像信號。從AFE108輸出的圖像信號在經(jīng)過圖像處理LSI127內(nèi)的數(shù)字AGC109進(jìn)行增益控制后，在亮度信號和顏色信號生成部110中生成亮度信號和顏色信號，并在各種圖像處理部111中進(jìn)行輪廓修正、白平衡調(diào)整和雜波消除等。然后，通過圖像存儲器112存儲一幀的圖像的圖像，被存儲的圖像在圖像輸出處理部113中被變換為例如符合NTSC制式或PAL制式等規(guī)定的電視播放制式的標(biāo)準(zhǔn)電視播放信號后輸出到外部，并且通過記錄裝置1 進(jìn)行記錄到記錄介質(zhì)的記錄處理。此外，本攝像裝置還具有存儲各種數(shù)據(jù)的存儲部130，圖像處理LSIU8的控制由微機(jī)控制部131進(jìn)行。如此，各種處理單元被集約成單一的LSI。圖像處理LSIU8的控制功能的一部分可以不通過硬件而是通過微機(jī)的軟件來實現(xiàn)，但本發(fā)明并不僅限于此。(2)攝像機(jī)的曝光控制以下說明攝像機(jī)的曝光控制。如圖3所示，從AFE108中輸出的圖像信號被供應(yīng)給圖像處理LSIU8內(nèi)的信號電平檢測部114，檢測當(dāng)前一個場的圖像信號的電平值1A。在修正量計算部116中對該當(dāng)前的場信號電平值IA和通過存儲部數(shù)據(jù)參照/存儲部115從存儲部130獲取的規(guī)定的曝光目標(biāo)值即目標(biāo)信號電平TARGET進(jìn)行比較，以計算曝光修正量。 在修正量計算部116中根據(jù)下式從當(dāng)前的場信號電平值IA和目標(biāo)信號電平TARGET算出曝光修正量Z(dB)作為增益。Z = 20 X LOG (1 A/TARGET) [dB]......(1)然后，在曝光控制部120中從快門速度、AGC的曝光控制參數(shù)內(nèi)選擇其一，并對在設(shè)備控制部127中選出的設(shè)備進(jìn)行控制，由此進(jìn)行曝光控制，使得曝光修正量Z成為OdB。(3)設(shè)備控制部如圖3所示，設(shè)備控制部127由快門控制部121和AGC控制部122構(gòu)成，通過使快門控制部121或AGC控制部122中的任一個控制部動作來進(jìn)行曝光控制，使得當(dāng)前的場信號電平值IA接近目標(biāo)場信號電平TARGET。快門控制部121由脈沖定時管理部123、電荷排除脈沖生成部1 和電荷讀出脈沖生成部125以及轉(zhuǎn)送脈沖生成部1 構(gòu)成。快門控制部121通過施加用于丟棄CCD傳感器內(nèi)的光電二極管的電荷的電荷排除脈沖、將CCD傳感器內(nèi)的光電二極管的電荷轉(zhuǎn)送到垂直CCD中的電荷讀出脈沖、由轉(zhuǎn)送垂直 CCD和水平CCD的電荷的垂直轉(zhuǎn)送脈沖和水平轉(zhuǎn)送脈沖構(gòu)成的轉(zhuǎn)送脈沖來進(jìn)行控制，由此來調(diào)整電荷積蓄量并進(jìn)行曝光控制。AGC控制部122通過調(diào)整內(nèi)置在AFE108內(nèi)的模擬AGC106的增益來調(diào)整靈敏度，由此來進(jìn)行曝光控制。(4)設(shè)備控制部的曝光控制的切換圖4是表示通過程序AE根據(jù)照度電平來決定由設(shè)備控制部127的快門控制部121 和AGC控制部122中的哪一個來進(jìn)行控制的基準(zhǔn)的說明圖。在曝光控制部120中，在圖像信號電平低于300LUX時，由于屬于低照度環(huán)境，所以選擇現(xiàn)有技術(shù)的AGC控制，以提高CCD 傳感器的信號電平的增益，而在圖像信號電平在300LUX以上的明照度環(huán)境中，則選擇本發(fā)明的快門速度控制來適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行曝光調(diào)整。(5)閃爍控制部以下對閃爍控制部132進(jìn)行說明。如圖3所示，閃爍控制部132由信號電平差分 /平均運算部117、閃爍判斷部118以及閃爍消除控制部119構(gòu)成，用于進(jìn)行閃爍消除控制。信號電平差分/平均運算部117用于生成閃爍判斷部118進(jìn)行閃爍判斷時所需的信息即信號電平差分值DIFF和平均場信號電平AVE。信號電平差分值DIFF采用下式從保持在存儲部130中的前一個場的信號電平1A0LD和當(dāng)前的場的信號電平IA算出。DIFF = 1A0LD-1A ......(2)
針對保存在存儲部130中的平均場信號電平AVE，只在初次接通電源時，將信號電平檢測部114檢測出的信號電平IA通過存儲部數(shù)據(jù)參照/存儲部115存儲在存儲部130 中。此后，在信號電平差分/平均運算部117中根據(jù)下式對由信號電平檢測部114檢測出的當(dāng)前的場信號電平IA和保持在存儲部130內(nèi)的平均場信號電平AVE進(jìn)行計算，并且將計算得到的新的平均場信號電平AVE通過存儲部數(shù)據(jù)參照/存儲部115存儲在存儲部130中。 以下反復(fù)執(zhí)行該處理以便對每一個場進(jìn)行該處理。AVE = (lA+AVE)/2......(3)在閃爍判斷部118中，分別判斷上述DIFF和AVE是否大于或者等于在閃爍判斷部 118內(nèi)部規(guī)定的閾值TDIFF和TAVE，在兩者均大于或者等于閾值時，判斷為有閃爍存在。具體來說是，由信號電平差分/平均運算部117通過存儲部數(shù)據(jù)參照/存儲部115從存儲部 130獲取在前一個場中算出的平均場信號電平AVE，根據(jù)式(3)計算當(dāng)前的場信號電平值IA 和AVE的平均值，再次將其保持在存儲部130中作為信號電平平均值A(chǔ)VE，判斷該AVE是否在閾值TAVE以上，并且判斷根據(jù)式(2)算出的DIFF是否在閾值TDIFF以上。此外，本閃爍判斷方法只是一個示例，本發(fā)明并不僅限于該示例。根據(jù)上述判斷的結(jié)果，閃爍消除控制部119向曝光控制部120發(fā)出消除閃爍的指令。曝光控制部120進(jìn)一步對設(shè)備控制部127指示閃爍消除處理。(6)閃爍消除處理作為閃爍消除處理具有在圖3的設(shè)備控制部127中進(jìn)行的曝光期間移位處理(處理1)和公知的AGC處理(處理2)。在曝光期間移位處理(處理1)中，通過在快門控制部 121中進(jìn)行使CCD傳感器104的各個場的曝光開始位置和曝光結(jié)束位置移位的快門速度控制來除去閃爍，在AGC處理(處理2)中，根據(jù)從信號電平檢測部114中獲得的場信號電平 IA算出信號變動部分，并通過閃爍控制部132在數(shù)字AGC部分109中進(jìn)行修正，以此來消除閃爍。在曝光控制部120中，首先，在被判斷為有閃爍存在時，向設(shè)備控制部127的快門控制部121發(fā)出指示，選擇作為處理1的使各個場的曝光開始位置移位的基于曝光期間移位量的快門速度控制。在進(jìn)行上述處理后仍然不能適當(dāng)?shù)叵M閃爍時，使數(shù)字AGC109動作，執(zhí)行作為處理2的閃爍消除處理，也就是計算由閃爍引起的信號變動部分，并且通過數(shù)字AGC進(jìn)行修正來消除閃爍。(7)閃爍消除時的快門速度控制的切換圖5表示在執(zhí)行閃爍消除處理1時在閃爍判斷部118中進(jìn)行的快門速度控制的切換的流程圖。在步驟S501中，判斷所設(shè)定的快門速度是否在能夠消除閃爍的快門速度 1/2T[秒]以上。在判斷為在快門速度1/2T[秒]以上時，在步驟S502中進(jìn)行本發(fā)明的基于曝光期間移位量的快門速度控制。在判斷為快門速度低于1/2T[秒]時，在步驟S503中進(jìn)行現(xiàn)有技術(shù)的不進(jìn)行移位的快門速度控制。T表示光源的發(fā)光頻率。步驟S502的基于曝光期間移位量的快門速度控制是在1/2T[秒]以上的高速的快門速度中完全消除閃爍的發(fā)生并且使得運動中的被攝體不會產(chǎn)生殘像和抖動的控制方法。可是，在快門速度低于1/2T[秒]時，不能執(zhí)行基于曝光期間移位量的快門速度控制， 所以，為了應(yīng)對該低速快門速度，預(yù)先設(shè)定為在閃爍判斷部118中判斷為有閃爍存在時，始終使處理2處于能夠執(zhí)行的狀態(tài)。
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(8)曝光期間移位控制用CXD傳感器以下說明在基于曝光期間移位量的快門速度控制中使用的CCD傳感器。作為可以使用的CCD傳感器，可以列舉出具有一個一般的水平CCD系統(tǒng)和一個一般的垂直CCD系統(tǒng)的逐行式CCD傳感器或者隔行式CCD傳感器，或者具有兩個轉(zhuǎn)送電荷的垂直CCD系統(tǒng)的CCD 傳感器，或者在各個像素上搭載有用于臨時存儲光電二極管的電荷的記錄元件的CCD傳感器等各種CCD傳感器。在本實施例中使用結(jié)構(gòu)簡單的具有一個一般的水平CCD系統(tǒng)和一個一般的垂直CXD系統(tǒng)的CXD傳感器進(jìn)行說明。圖6表示具有一個水平CXD系統(tǒng)和一個垂直CXD系統(tǒng)的一般的CXD傳感器200 的結(jié)構(gòu)。在一個場期間內(nèi)對積蓄在CDD傳感器200的光電二極管201中的電荷進(jìn)行排除和讀出。通過電荷排除脈沖將光電二極管201中的電荷暫時排除，通過電荷讀出脈沖將所有的像素的電荷轉(zhuǎn)送到垂直(XD202，被轉(zhuǎn)送到垂直(XD202的各個光電二極管的電荷通過垂直轉(zhuǎn)送脈沖以一行為單位被輸送到水平(XD203中，并進(jìn)一步通過水平轉(zhuǎn)送脈沖從水平 CCD203以一個像素為單位被輸送到輸出端子，將電荷改變?yōu)殡娦盘柕碾姾傻臋z測在FD放大器204中進(jìn)行，各個像素的電信號從CCD傳感器輸出。B.基于曝光期間移位量的快門速度控制以下對本發(fā)明的基于曝光期間移位量的快門速度控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明。(1)進(jìn)行基于曝光期間移位量的快門速度控制時的圖像輸出方法圖7是對進(jìn)行基于曝光期間移位量的快門速度控制時的圖像信號輸出方法進(jìn)行說明的示意圖。如果在基于曝光期間移位量的快門速度控制中使用處理速度一般的CCD傳感器，則與在每一個場通過圖像存儲器進(jìn)行圖像輸出并在一個場內(nèi)完成處理的通常的快門速度控制相比，完成處理需要二個場。也就是說，如果將圖7中的處理Al、處理A2…設(shè)定為處理A，并且將處理Bi、處理B2…設(shè)定為處理B時，則通過二個不同的處理即處理A和處理 B來完成一個過程。每次進(jìn)行圖7的處理B時，對從CCD傳感器獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出和保存，在處理A中使用在處理B中保存的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像輸出，并反復(fù)進(jìn)行這一過程。圖像數(shù)據(jù)的保存在圖3的圖像存儲器112中進(jìn)行，圖像輸出從圖像輸出處理部113進(jìn)行。但是，如果使用能夠?qū)⑸鲜鲈诙€場中進(jìn)行的處理在一個場內(nèi)進(jìn)行處理的高速 CXD傳感器，則沒有必要將處理劃分為處理A和處理B而能夠在1個場內(nèi)進(jìn)行處理。例如， 在以比通常快一倍的速度來驅(qū)動CCD傳感器時，例如針對NTSC制式的攝像機(jī)在1個場以 1/60 [秒]的速度進(jìn)行的處理，通過將CCD傳感器的動作時鐘提高為2倍以2倍速進(jìn)行驅(qū)動， 在一個場內(nèi)，在處理A中將積蓄在CXD傳感器的光電二極管內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)送到垂直CXD中，之后立刻在處理B中以2倍速施加垂直轉(zhuǎn)送脈沖和水平轉(zhuǎn)送脈沖，由此，能夠在一個場期間內(nèi)執(zhí)行處理B和處理A，從而沒有必要劃分為不同的場。(2)基于曝光期間移位量的快門速度控制以下對進(jìn)行基于曝光期間移位量的快門速度控制時的處理A和處理B的CCD傳感器的控制方法進(jìn)行說明。圖8表示基于曝光期間移位量的快門速度控制。在圖8中，將進(jìn)行處理A和處理B的各個場的時間設(shè)定為N8 [秒]，將快門的速度設(shè)定為π8 [秒]，將各個場即(X-I)場、X場和(Χ+1)場中的曝光期間移位量分別設(shè)定為S(X-I)[秒]、SX[秒]、 S(X+1)[秒]。
所謂的曝光期間移位量用于決定為了在各個場用CCD傳感器對光源發(fā)光周期的相同的相位部位進(jìn)行曝光，而在各個場中使施加曝光開始時的電荷排除脈沖和曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的定時可變的移位量。即使快門速度相同，但因上述移位量不同，所以在各個場中的電荷積蓄開始的定時和電荷積蓄結(jié)束的定時互不相同。此外，曝光期間移位被設(shè)定為在Y[field]完成，在圖8中，在由執(zhí)行第(X-I)次移位、執(zhí)行第X次移位和執(zhí)行第(X+1)次移位這三個X[field]形成的lY[field]的循環(huán)中， 反復(fù)進(jìn)行由S(X-I)[秒]移位、SX[秒]移位和S(X+1)移位構(gòu)成的曝光期間移位。在通常的快門速度控制中，通過施加電荷排除脈沖將積蓄在光電二極管中的電荷排除，通過施加電荷讀出脈沖將所有的像素的電荷轉(zhuǎn)送到垂直CCD中，通過垂直CCD和水平 CCD反復(fù)進(jìn)行垂直傳送和水平轉(zhuǎn)送以從CCD傳感器輸出信號。電荷讀出脈沖的施加在各個場周期的邊界執(zhí)行。與此相對，本發(fā)明的實施方式所涉及的基于曝光期間移位量的快門速度控制的特征在于的第一點是向電荷排除和電荷讀出的反復(fù)處理分配一個場，并且向垂直CCD和水平 CXD的電荷轉(zhuǎn)送處理分配一個場，從而將處理分離為處理A和處理B，將在通常的快門速度控制中在一個場期間內(nèi)總括進(jìn)行的處理分為處理A和處理B這兩個處理來進(jìn)行。第二點特征是，通過使曝光開始定時和曝光結(jié)束定時可變的曝光期間移位量，使得在各個場曝光開始定時和曝光結(jié)束定時可變。雖然在處理B中不進(jìn)行電荷積蓄，但曝光期間移位量的計算需要在整個Y[field]循環(huán)中進(jìn)行，在處理B期間也要進(jìn)行曝光期間移位量的計算。但在實際上只在處理A中執(zhí)行曝光期間移位。曝光期間移位量需要以場為單位進(jìn)行計算。通過在該各個場設(shè)定曝光期間移位量，相對于依存于商用交流電源頻率T[Hz]發(fā)光的照明的發(fā)光周期，能夠在各個場對照明光的周期的相同相位進(jìn)行曝光，并且能夠?qū)⒏鱾€場的曝光量設(shè)定為相同的曝光量，所以能夠切實地除去閃爍。并且，在對發(fā)光周期中的某些相位部分進(jìn)行曝光時，會出現(xiàn)照明光的曝光量變小的情況或者無法通過照明光進(jìn)行曝光的情況，所以通過控制使得能夠?qū)Πl(fā)光周期的最佳相位進(jìn)行曝光。該控制的詳細(xì)情況在后述部分進(jìn)行說明。此外，商用交流電源的頻率T有50[Hz]和60[Hz]這兩種，所以在頻率為50[Hz] 時，快門速度1/2T[秒]被設(shè)定為快門速度1/100 [秒]，在頻率為60 [Hz]時，快門速度 1/2T[秒]被設(shè)定為快門速度1/120[秒]。由于該商用交流電源的頻率信息保存在圖3的存儲部130，所以從存儲部130獲取信息，將快門速度1/2T [秒]設(shè)定為1/100 [秒]或者 1/120[秒]。本發(fā)明不僅能夠適用于商用交流電源，只要是以規(guī)定周期發(fā)光的照明，并且只要知道照明的發(fā)光周期，就能夠使用本發(fā)明的方法。在通過閃爍判斷部118判斷為有閃爍存在，并且快門速度被設(shè)定為高于1/2T[秒]的快門速度時，進(jìn)行圖8的基于曝光期間移位量的快門速度控制，在低于1/2T[秒]的快門速度時，進(jìn)行通常的快門速度控制。(3)快門速度計算方法在執(zhí)行基于曝光期間移位量的快門速度控制時，需要對在圖8的各個場進(jìn)行曝光期間移位的循環(huán)Y[field]和各個場的曝光期間移位量SX (X為自然數(shù)，X= 1，2…)進(jìn)行計算。曝光期間移位量根據(jù)在當(dāng)前場的前一個場中算出的曝光期間移位量S (X-I)來計算，將Ytfield]作為一個循環(huán)來完成處理。在圖8的圖示中將曝光期間移位的執(zhí)行次數(shù)設(shè)定為S(X-I)、SX和S(X+1)這三次， 并且將三個場作為一個循環(huán)(Y =幻。相對于各個場設(shè)定的快門速度在各個場中均被設(shè)定為Π8[秒](曝光期間)。首先計算進(jìn)行移位的循環(huán)Y[field]。各個場的時間為N8[秒]， 在將商用交流電源頻率設(shè)定為T[Hz]時，照明光的周期為2T[Hz]，所以將根據(jù)下式算出的余數(shù)為零(0)的最小值作為進(jìn)行曝光期間移位的循環(huán)Y[field]求出。(2TXY)/(1/N8)......(4)作為各個場的曝光期間移位量，以下對Y[field]循環(huán)中的第X個場即第X次執(zhí)行的曝光移位的曝光期間移位量SX的計算方法進(jìn)行說明。首先，假設(shè)在第(X-I)個場的場期間內(nèi)存在K8[個]照明光周期，K8[個]通過將根據(jù)下式算出的計算結(jié)果中的小數(shù)點以下部分舍去而可以計算為整數(shù)值。N8/(1/2T)......(5)此后，根據(jù)下式計算照明光的周期K8[個]的時間T8[秒]。T8 = (1/2T) XK8 [秒]......(6)假設(shè)從Y[field]循環(huán)的第(X-I)個場延續(xù)到第X個場的照明光周期在(X_l)場期間內(nèi)的不到1個周期的時間為t8[秒]，則t8[秒]可以用下式計算。t8 = N8-T8-S (X-I)[秒]在當(dāng)前的X場期間內(nèi)求出從(X-I)場期間內(nèi)延續(xù)到X場期間內(nèi)的不到一個周期的時間，假設(shè)將該時間作為當(dāng)前場即Y[field]循環(huán)中的第X個場的曝光開始時間和曝光結(jié)束時間的移位量，則能夠在Y[field]循環(huán)中的第(X-I)個場和第X個場對照明光周期成為相同相位的部位進(jìn)行曝光。為此，能夠在Y[field]循環(huán)中的第X個場通過下式算出從第(X-I)個場延續(xù)到第 X個場的不到照明光一個周期的時間作為曝光期間移位量SX。SX = (l/2T)_t8[秒]......(8)在通過式(8)計算出的曝光期間移位量SX大致接近照明光的一個周期的時間 1/2T秒時，強(qiáng)制性地設(shè)定為SX = 0。與SX[秒]一樣，Y[field]循環(huán)中的第(X+1)個場的曝光期間移位量S(X+1)[秒]也可以通過相同的方法算出。(4)初始曝光期間移位量的計算方法其中，對于作為Y[field]循環(huán)的開始第一個場的第(X-I)次執(zhí)行的曝光移位的初始曝光期間移位量的計算，不采用上述計算方法而是采用以下說明的計算方法求出。圖9表示初始曝光期間移位量的計算方法。在圖3中的閃爍判斷部118判斷為有閃爍存在時，從閃爍消除控制部119向曝光控制部120發(fā)出閃爍消除指示以進(jìn)行基于曝光期間移位量的快門速度控制，此時，首先，在基于曝光期間移位量的快門速度控制開始執(zhí)行后立刻決定初始曝光期間移位量。由于進(jìn)行曝光期間移位的循環(huán)有Y[field]，并且各個場的曝光期間移位量SX(X 為自然數(shù)，X = 1，2…)互不相同，所以成為初始曝光期間移位量的初始曝光期間移位量存在Y種(場循環(huán))。為此，作為Y[field]循環(huán)的第一次執(zhí)行的曝光期間移位，首先執(zhí)行Y種曝光期間移位。此時，必須將作為Y[field]循環(huán)的場循環(huán)1的第一個場的曝光期間移位量設(shè)定為Sl = O [秒]。
在圖9中圖示了 Y = 3[field]的示例，由于存在三種曝光期間移位，所以將第一個場的曝光期間移位量設(shè)定為Si = 0[秒]，并且從曝光期間移位量各不相同的場循環(huán) 1 (第一次執(zhí)行的曝光期間移位的曝光期間移位量si = 0)、場循環(huán)2 (第一次執(zhí)行的曝光期間移位的曝光期間移位量S4)、場循環(huán)3 (第一執(zhí)行的曝光期間移位的曝光期間移位量 S7)開始執(zhí)行各個場循環(huán)。第一次執(zhí)行的曝光期間移位的曝光期間移位量為Sl [秒]以外的曝光期間移位量分別根據(jù)式( 至式(8)求出。然后，計算在各個場循環(huán)的各個場中得到的曝光量的和，并選擇曝光量和最大的場循環(huán)。在圖9的示例中選擇場循環(huán)2。將該場循環(huán)2的第一次執(zhí)行的曝光期間移位的曝光期間移位量S4設(shè)定為初始曝光期間移位量。由此，CCD傳感器能夠在照明光周期中能獲得最大曝光量的相位進(jìn)行曝光。此外，在基于曝光期間移位量的快門速度控制中，CCD傳感器能夠始終以一定的光量穩(wěn)定地對照明光進(jìn)行曝光。例如，在LED照明光等以商用電源周期反復(fù)進(jìn)行點亮和熄滅的照明光的場合，也能夠切實地對LED照明光的點亮部分的相位進(jìn)行曝光，從而不會發(fā)生 CCD傳感器捕捉不到LED照明光的光的情況。(5)曝光期間移位時的快門速度計算的具體例以下說明根據(jù)上述式(4)至式(8)計算的在各個場進(jìn)行曝光期間移位的循環(huán) Ytfield]和曝光期間移位量SX[秒]的計算具體例。在此，說明在商用交流電源的頻率為T = 50 [Hz], CCD傳感器的一個場的時間為N8 = 1/60 [秒]，初始曝光期間移位量為 0.003333[秒]的情況下將快門速度設(shè)定為S8= 1/180[秒]時的計算方法。首先，計算進(jìn)行曝光期間移位的循環(huán)Y[field]。由于商用交流電源的頻率為T = 50[Hz]，CCD傳感器的一個場的時間為N8 = 1/60[秒]，所以以式(4)計算時的余數(shù)為零(0)的Y的值根據(jù)式 (9)計算，器結(jié)果為Y = 3。(2TXY)/(1/N8) = (2 X 50 X 3) / (1/(1/60)) = 5，余數(shù)為 0 (Y = 3)......(9)由此得出進(jìn)行曝光期間移位的循環(huán)為3[field]。在3[field]循環(huán)的第一個場中，基于曝光期間移位量的快門速度控制執(zhí)行后立刻計算出的初始曝光期間移位量被設(shè)定為Sl = 0. 003333 [秒]，從第二個場開始，曝光期間移位量根據(jù)式( 至式(8)計算。以下根據(jù)式( 至式(8)求出第二個場的曝光期間移位量S2[秒]。假設(shè)在第一個場的場期間內(nèi)存在K8[個]照明光周期，K8[個]可以通過將式 (5)的計算結(jié)果的小數(shù)點以下部分舍去而根據(jù)式(10)作為整數(shù)值算出。N8/(1/2T) = (1/60) / (1/(2 X 50)) = 1.666...—舍去小數(shù)點以下部分1[個]……(10)然后，照明光周期K8[個]的時間T8[秒]根據(jù)式(6)和式(11)算出。T8 = (1(2 X T)) XK8 = (1/(2X50)) Xl=O. 01[秒]......(11)從3[field]循環(huán)的第一個場延續(xù)到第二個場的照明光周期的一個場周期內(nèi)的不到一個周期的時間t8[秒]根據(jù)式(7)和式(12)算出。
t8=N8-T8-Sl =(1/60)-0.01-0.00333權(quán)利要求
1.一種攝像裝置的曝光控制方法，使用具有圖像輸出單位即固有的場周期的攝像裝置通過以特定周期發(fā)光的光源由CCD傳感器進(jìn)行記錄，其特征在于，在用于控制所述CCD傳感器的曝光的快門速度控制中，使曝光開始時的電荷排除脈沖和曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的施加定時在各個場可變，并且根據(jù)曝光期間在場內(nèi)移位時的曝光期間移位量來進(jìn)行的快門速度控制，使得所述CCD傳感器在各個場中對所述光源發(fā)光周期的相同的相位部分進(jìn)行曝光，以除去閃爍。
2.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置的曝光控制方法，其特征在于，使曝光開始時的電荷排除脈沖和曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的施加定時在各個場可變時，在控制開始后立刻對規(guī)定場的曝光量進(jìn)行取樣，并選擇曝光量最大的場的曝光期間移位量。
3.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置的曝光控制方法，其特征在于，相對于所述光源的發(fā)光周期T，所述攝像裝置的快門速度等于或者大于1/2T。
4.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置的曝光控制方法，其特征在于，以規(guī)定數(shù)目的連續(xù)場為單位反復(fù)執(zhí)行基于所述曝光期間移位量的快門速度控制。
5.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置的曝光控制方法，其特征在于， 所述攝像裝置的CCD傳感器按攝像裝置的每個場通過圖像存儲器進(jìn)行圖像輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置的曝光控制方法，其特征在于，所述攝像裝置的CCD傳感器交替地具有對從所述CCD傳感器獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出和保存的場以及使用所保存的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)輸出的場。
7.一種攝像裝置，其具有圖像處理裝置，并且使用圖像輸出單位即固有的場周期進(jìn)行記錄，所述圖像處理裝置具有透鏡，其拍攝被以特定的周期發(fā)光的光源照明的物體的圖像；CCD傳感器，其將拍攝到的圖像變換為圖像信號；閃爍控制部，其判別圖像信號的閃爍并發(fā)出除去閃爍的指示，曝光控制部，其根據(jù)該閃爍控制部的指示來控制曝光；以及快門控制部，其根據(jù)該曝光控制部的指示對所述CCD傳感器的快門速度進(jìn)行控制，所述攝像裝置的特征在于，所述快門控制部通過使所述CCD傳感器中曝光開始時的電荷排除脈沖和曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的施加定時在各個場可變，而使曝光期間移位，以此來進(jìn)行快門速度控制， 由此使得所述CCD傳感器在各個場對所述光源發(fā)光周期的相同的相位部分進(jìn)行曝光。
8.如權(quán)利要求7所述的攝像裝置，其特征在于，所述快門控制部具有生成曝光開始時的電荷排除脈沖的電荷排除脈沖生成部、生成曝光結(jié)束時的電荷讀出脈沖的電荷讀出脈沖生成部以及對所述電荷排除脈沖生成部和電荷讀出脈沖生成部的脈沖生成進(jìn)行控制的脈沖定時管理部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攝像裝置，在光圈固定式攝像機(jī)中，針對由依存于商用交流電源而點亮的熒光燈和LED照明等產(chǎn)生的閃爍，無法將快門固定在不會發(fā)生閃爍的快門速度。并且，由于監(jiān)視用攝像機(jī)等中的每一幅圖像都是重要的信息，所以需要在快門速度設(shè)定在高速的情況下仍然能夠獲得相對于運動中的被攝體不會產(chǎn)生殘像或抖動的圖像。在判斷為有閃爍存在時，通過使對CCD傳感器進(jìn)行快門控制的電荷排除脈沖的施加定時和電荷讀出脈沖的施加定時在各個場可變，并且使得攝像機(jī)能夠在各個場中對照明的發(fā)光周期的同一位相部分曝光。此外，在控制開始后立刻進(jìn)行選擇相位點的處理，以便將照明的發(fā)光周期中的攝像機(jī)曝光的定時設(shè)定為對能夠確保最大曝光量的部位進(jìn)行曝光。由此，即使對以按照一定周期反復(fù)進(jìn)行點亮和熄滅的方式發(fā)光的光源，也能夠進(jìn)行沒有閃爍的曝光。
文檔編號G03B7/097GK102196184SQ20111003687
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者安藤輝, 宮原宏幸 申請人:株式會社日立制作所