專利名稱：成像設(shè)備、以及曝光控制設(shè)備、方法和程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像設(shè)備、以及曝光控制設(shè)備、方法和程序。更特別地，本發(fā)明涉及一種使用固態(tài)成像裝置攝取圖像的成像設(shè)備，以及一種用于在攝取圖像時(shí)控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的曝光控制設(shè)備、方法和程序。
背景技術(shù)：
在使用固態(tài)成像裝置的成像設(shè)備(諸如數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī))中，通常，在諸如曝光控制的多種攝影(photographing)操作控制中都要檢測(cè)亮度信息。在日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第02-56180號(hào)中披露了相關(guān)技術(shù)的一種成像設(shè)備，其中，對(duì)攝取圖像信號(hào)的多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)檢測(cè)亮度電平，從而基于優(yōu)先區(qū)域的亮度電平執(zhí)行曝光調(diào)節(jié)，并且根據(jù)每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度來(lái)改變伽馬校正值，從而減少在非優(yōu)先區(qū)域中的曝光過(guò)度和曝光不足問(wèn)題。
在相關(guān)技術(shù)的成像設(shè)備中，基于諸如白平衡調(diào)節(jié)的數(shù)字計(jì)算對(duì)攝取圖像信號(hào)進(jìn)行各種圖像質(zhì)量校正處理。最近，用于增強(qiáng)色彩再現(xiàn)的線性矩陣處理引起了人們的關(guān)注。
在相關(guān)技術(shù)中的成像設(shè)備中，在信號(hào)處理路徑中的一個(gè)特定位置檢測(cè)亮度信息，例如在線性矩陣計(jì)算單元之后的位置或白平衡調(diào)節(jié)單元之后的位置，并且使用檢測(cè)的亮度信息來(lái)執(zhí)行攝影操作控制等。然而，基于在一個(gè)位置檢測(cè)的亮度信息的曝光控制會(huì)遇到如下問(wèn)題，即，可能難以提供精確的曝光控制的問(wèn)題。
圖5示出了成像裝置的輸出信號(hào)中的光量與色度電平和亮度電平之間的關(guān)系。
通常，通過(guò)根據(jù)從攝取圖像信號(hào)檢測(cè)的亮度信息以及基于各種曝光設(shè)定的曝光控制值確定目標(biāo)亮度控制值，并且對(duì)諸如孔徑光闌和自動(dòng)增益控制(AGC)裝置的曝光調(diào)節(jié)功能執(zhí)行反饋控制，實(shí)現(xiàn)了曝光控制，使得目標(biāo)亮度控制值與亮度信息匹配。如果亮度信息的值大于目標(biāo)亮度控制值，則關(guān)閉孔徑光闌以減少射到光接收單元的光量，從而防止曝光過(guò)度。如果亮度信息的值小于目標(biāo)亮度控制值，則打開(kāi)孔徑光闌或增大增益，以增加射到光接收單元的光量，從而防止曝光不足。
這種曝光控制是基于當(dāng)射到光接收單元的光量增加時(shí)亮度信息有較大值的假設(shè)。然而，在將來(lái)自物體的入射光轉(zhuǎn)換為RGB信號(hào)的典型光接收設(shè)備中，獲得如圖5所示的入射光量與光接收單元的輸出信號(hào)之間的關(guān)系。就是說(shuō)，一旦入射了大于預(yù)定量的光，則輸出信號(hào)會(huì)飽和。另外，使每個(gè)RGB顏色的輸出飽和的光量取決于濾色器的透射率或光接收裝置的敏感特性。
通常，用于曝光控制的亮度信息用RGB信號(hào)值的加權(quán)平均值表示。如圖5所示，當(dāng)光接收單元的RGB輸出信號(hào)電平(色度電平)飽和時(shí)，亮度信號(hào)電平(亮度電平)也飽和。如果入射了足以使光接收單元的輸出信號(hào)飽和的光量，則即使控制了曝光調(diào)節(jié)功能，光接收單元的輸出也不會(huì)改變，結(jié)果亮度信息沒(méi)有改變。所以，不能實(shí)現(xiàn)精確的曝光調(diào)節(jié)。
為了避免上述問(wèn)題，執(zhí)行下述控制操作。如果亮度電平超過(guò)預(yù)定值或沒(méi)有改變，則確定光量在可控制范圍之外，并且終止上述反饋控制，直到光量落入可控制范圍內(nèi)。如果亮度電平很小，則確定光量低于可控制范圍，并且終止上述反饋控制，直到光量落入可控制范圍內(nèi)。
實(shí)際上，在對(duì)光接收單元的輸出圖像信號(hào)執(zhí)行諸如線性矩陣計(jì)算或白平衡調(diào)節(jié)的信號(hào)處理之后，圖像將被顯示在屏幕上。如果通過(guò)這種信號(hào)處理調(diào)節(jié)色度信息，則由色度信息生成的亮度信號(hào)也與從光接收單元輸出的亮度信號(hào)存在差值。特別地，由線性矩陣計(jì)算或白平衡調(diào)節(jié)導(dǎo)致的信號(hào)的大的改變可能導(dǎo)致即使對(duì)光接收單元的輸出圖像的曝光是準(zhǔn)確的，對(duì)顯示(或記錄)圖像也會(huì)有錯(cuò)誤曝光。因此，僅在信號(hào)處理單元之前的位置檢測(cè)亮度信息的系統(tǒng)存在不能提供精確曝光控制的問(wèn)題。
圖6示出了通過(guò)使用負(fù)參數(shù)進(jìn)行線性矩陣計(jì)算的圖像信號(hào)中的光量與色度電平和亮度電平之間的關(guān)系。
在該線性矩陣計(jì)算中，通常將計(jì)算參數(shù)(矩陣系數(shù))設(shè)置為負(fù)值以增強(qiáng)色彩再現(xiàn)。在負(fù)參數(shù)的影響很大的情況下，進(jìn)行線性矩陣計(jì)算的RGB信號(hào)電平和亮度電平以圖6示出的方式改變，并且出現(xiàn)了在一定的光量范圍內(nèi)，隨著光量增加，亮度電平減少的現(xiàn)象。在這種情況下，如果使用從進(jìn)行線性矩陣計(jì)算的圖像信號(hào)檢測(cè)到的亮度信息來(lái)執(zhí)行類似于上述的曝光控制，則對(duì)于其中亮度電平隨著光量增加而減少的區(qū)域，盡管射到光接收單元的光量可能被限制，但是射到光接收單元的光量增加。結(jié)果，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的曝光控制。另外，未能確定光量是否在可控制范圍之外。
當(dāng)使用從進(jìn)行白平衡調(diào)節(jié)的圖像信號(hào)檢測(cè)到的亮度信息執(zhí)行曝光控制時(shí)，即使是在射到光接收單元的光量不變的情況下校正曝光，亮度信息也可能由于白平衡增益的改變而改變，因此抑制了準(zhǔn)確的曝光控制。因此，即使當(dāng)從進(jìn)行線性矩陣計(jì)算或白平衡調(diào)節(jié)的圖像信號(hào)檢測(cè)到亮度信息時(shí)，也不能準(zhǔn)確地執(zhí)行曝光控制。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，相關(guān)技術(shù)的成像設(shè)備存在如下問(wèn)題，即，當(dāng)使用在用于執(zhí)行線性矩陣計(jì)算或白平衡調(diào)節(jié)的信號(hào)處理單元之前或之后的一個(gè)位置檢測(cè)到的亮度信息執(zhí)行曝光控制時(shí)，由于未考慮由信號(hào)處理導(dǎo)致的亮度信息改變，因此不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的曝光控制。
因此，需要提供一種成像設(shè)備以及曝光控制設(shè)備、方法和程序，其中，可以穩(wěn)定地執(zhí)行準(zhǔn)確的曝光控制，而與攝取圖像信號(hào)的色彩校正無(wú)關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種用于使用固態(tài)成像裝置來(lái)攝取圖像的成像設(shè)備，該成像設(shè)備包括以下組件一個(gè)或多個(gè)信號(hào)校正裝置，基于顏色分量校正通過(guò)攝取圖像所獲得的圖像信號(hào)；亮度檢測(cè)裝置，從在至少一個(gè)信號(hào)校正裝置之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)亮度信息；曝光控制裝置，基于通過(guò)亮度檢測(cè)裝置檢測(cè)到的亮度信息控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
在該成像設(shè)備中，通過(guò)亮度檢測(cè)裝置從在至少一個(gè)信號(hào)校正裝置之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)亮度信息，并且基于檢測(cè)到的亮度信息通過(guò)曝光控制裝置控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。因此，可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的曝光控制，而與由信號(hào)校正裝置執(zhí)行的任何校正無(wú)關(guān)。
因此，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像設(shè)備中，曝光控制裝置通過(guò)使用由亮度檢測(cè)裝置從在至少一個(gè)信號(hào)校正裝置之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)到的亮度信息來(lái)控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而可以穩(wěn)定地執(zhí)行準(zhǔn)確的曝光控制，而與任何校正無(wú)關(guān)，從而產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像設(shè)備的主要部分的結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是示出相機(jī)信號(hào)處理電路的主要部分的結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是示出由微控制器執(zhí)行的曝光控制處理的第一部分的流程圖；圖4是示出由微控制器執(zhí)行的曝光控制處理的第二部分的流程圖；圖5是示出成像裝置的輸出信號(hào)中的光量與色度電平和亮度電平之間的關(guān)系的示意圖；以及圖6是示出進(jìn)行了使用負(fù)參數(shù)的線性矩陣計(jì)算的圖像信號(hào)中的光量與色度電平和亮度電平之間的關(guān)系的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像設(shè)備的主要部分的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖1所示的成像設(shè)備包括光學(xué)模塊1、成像裝置2、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路3、AGC電路4、相機(jī)信號(hào)處理電路5、微控制器6、以及輸入單元7。成像設(shè)備進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)器12，用于驅(qū)動(dòng)位于光學(xué)模塊1內(nèi)部的諸如孔徑光闌11的機(jī)構(gòu)；以及定時(shí)發(fā)生器(TG)13，用于驅(qū)動(dòng)成像裝置2。
光學(xué)模塊1包括透鏡，用于將來(lái)自物體的光束聚焦到成像裝置2上；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于移動(dòng)透鏡以便聚焦或變焦；機(jī)械快門；以及孔徑光闌11。響應(yīng)于來(lái)微控制器6的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器12控制位于光學(xué)模塊1中的組件的驅(qū)動(dòng)。
成像裝置2可以是電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)固態(tài)成像裝置，并且根據(jù)從TG 13輸出的定時(shí)信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，從而將來(lái)自物體的入射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。TG 13在微控制器6的控制下輸出定時(shí)信號(hào)。
A/D轉(zhuǎn)換電路3執(zhí)行相關(guān)雙采樣(CDS)處理以對(duì)從成像裝置2輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行采樣和保持，從而維持高信噪(S/N)比，并且執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換以生成數(shù)字圖像信號(hào)。AGC電路4在微控制器6控制下增加由A/D轉(zhuǎn)換電路3輸出的數(shù)字圖像信號(hào)的增益?？梢詫?duì)沒(méi)有被A/D轉(zhuǎn)換電路3轉(zhuǎn)換的模擬圖像信號(hào)進(jìn)行AGC處理。
相機(jī)信號(hào)處理電路5對(duì)從AGC電路4輸出的圖像信號(hào)執(zhí)行各種相機(jī)處理的全部或部分，例如自動(dòng)聚焦(AF)、自動(dòng)曝光(AE)、或白平衡調(diào)節(jié)。在實(shí)施例中，相機(jī)信號(hào)處理電路5包括線性矩陣(LM)計(jì)算單元51，對(duì)輸入圖像信號(hào)的各個(gè)顏色分量進(jìn)行矩陣計(jì)算；以及白平衡(WB)調(diào)節(jié)單元52，用于調(diào)節(jié)各個(gè)顏色分量的增益。
微控制器6包括，例如，中央處理單元(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、以及隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。微控制器6執(zhí)行存儲(chǔ)在ROM等中的程序，以整體控制成像設(shè)備的各個(gè)組件，并且執(zhí)行用于控制的各種計(jì)算。輸入單元7包括操作鍵、撥盤、以及控制桿，用于接收用戶輸入的操作，并且將對(duì)應(yīng)于輸入操作的控制信號(hào)輸出到微控制器6。
在成像設(shè)備中，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換由成像裝置2接收的光所生成的信號(hào)順序地被提供到A/D轉(zhuǎn)換電路3，以將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且通過(guò)AGC電路4調(diào)節(jié)數(shù)字信號(hào)的增益。相機(jī)信號(hào)處理電路5對(duì)由AGC電路4提供的數(shù)字圖像信號(hào)執(zhí)行圖像質(zhì)量校正，并且將所得信號(hào)轉(zhuǎn)換為將被最后輸出的亮度信號(hào)和色差信號(hào)。
從相機(jī)信號(hào)處理電路5輸出的圖像數(shù)據(jù)被提供到圖形界面電路(未示出)，并且被轉(zhuǎn)換為用于顯示的圖像信號(hào)，并且在監(jiān)視器(未示出)上顯示經(jīng)過(guò)相機(jī)(camera-through)的圖像。當(dāng)用戶通過(guò)輸入單元7執(zhí)行輸入操作以指示微控制器6記錄圖像時(shí)，來(lái)自相機(jī)信號(hào)處理電路5的圖像數(shù)據(jù)被提供到編碼器/解碼器(CODEC)(未示出)，并且在經(jīng)過(guò)預(yù)定壓縮編碼后被記錄到記錄介質(zhì)(未示出)上。通過(guò)將來(lái)自相機(jī)信號(hào)處理電路5的一幀圖像數(shù)據(jù)提供到CODEC來(lái)記錄靜止圖像，并且通過(guò)將經(jīng)過(guò)處理的圖像數(shù)據(jù)連續(xù)地提供到CODEC來(lái)記錄活動(dòng)圖像。
圖2是示出相機(jī)信號(hào)處理電路5主要部分的結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖2所示，相機(jī)信號(hào)處理電路5包括線性矩陣計(jì)算單元51a和51b、白平衡調(diào)節(jié)單元52a和52b、合成單元53、處理單元54、以及亮度檢測(cè)單元55。
相機(jī)信號(hào)處理電路5包括第一信號(hào)處理部，具有線性矩陣計(jì)算單元51a和白平衡調(diào)節(jié)單元52a；以及第二信號(hào)處理部，具有線性矩陣計(jì)算單元51b和白平衡調(diào)節(jié)單元52b。通過(guò)合成單元53以預(yù)定比率將第一和第二信號(hào)處理部中進(jìn)行了圖像質(zhì)量校正處理的圖像信號(hào)合成，并將所得的復(fù)合信號(hào)輸入到信號(hào)處理單元54。
在相機(jī)信號(hào)處理電路5中，對(duì)來(lái)自AGC電路4的圖像信號(hào)進(jìn)行處理，諸如保證準(zhǔn)確的黑色電平的數(shù)字電平箝位(digitalclamping)、成像裝置2中的缺陷像素的信號(hào)校正、以及用于校正透鏡漸暈(vignetting)的遮蔽、之后是去馬賽克(de-mosaic)處理。線性矩陣計(jì)算單元51a和51b根據(jù)下面的等式(1)和(2)對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理的圖像信號(hào)(R、G、和B)進(jìn)行計(jì)算。微控制器6設(shè)置系數(shù)a至i和j至r。
RLM1GLM1BLM1=abcdefghiRGB······(1)]]>RLM2GLM2BLM2=jklmnopqrRGB······(2)]]>白平衡調(diào)節(jié)單元52a根據(jù)下面的等式(3)對(duì)由線性矩陣計(jì)算單元51a確定的圖像信號(hào)(RLM1、GLM1、和BLM1)執(zhí)行計(jì)算。白平衡調(diào)節(jié)單元52b根據(jù)下面的等式(4)對(duì)由線性矩陣計(jì)算單元51b確定的圖像信號(hào)(RLM2、GLM2、和BLM2)執(zhí)行計(jì)算。微控制器6設(shè)置增益控制值Rgain1、Ggain1、Bgain1、Rgain2、Ggain2、和Bgain2。例如，微控制器6確定增益控制值，其使得基于輸入到白平衡調(diào)節(jié)單元52a和52b的圖像信號(hào)，相對(duì)于白色對(duì)象，各RGB分量彼此相等，并且微控制器設(shè)置白平衡調(diào)節(jié)單元52a和52b中的增益控制值。
RWB1=Rgain1×RLM1GWB1=Ggain1×GLM1BWB1=Bgain1×BLM1······(3)]]>RWB2=Rgain2×RLM2GWB2=Ggain2×GLM2BWB2=Bgain2×BLM2······(4)]]>在具有線性矩陣計(jì)算單元51a和白平衡調(diào)節(jié)單元52a的第一信號(hào)處理部中，確定操作參數(shù)(矩陣系數(shù))以增強(qiáng)色彩再現(xiàn)。例如，確定系數(shù)使得RGB顏色的光譜特性接近于人類視覺(jué)敏感度特性。系數(shù)的非對(duì)角線(off-diagonal)分量(b、c、d、f、g、和h)可以為負(fù)數(shù)。另一方面，在具有線性矩陣計(jì)算單元51b和白平衡調(diào)節(jié)單元52b的第二信號(hào)處理部中，確定操作參數(shù)(矩陣系數(shù))以使噪聲較不明顯。例如，確定系數(shù)使得將要與圖像信號(hào)(R、G、和B)相乘的矩陣變?yōu)閱挝痪仃嚒?br> 合成單元53根據(jù)下面的等式(5)將從第一信號(hào)處理部輸出的圖像信號(hào)(RWB1、GWB1、和BWB1)和從第二信號(hào)處理部輸出的圖像信號(hào)(RWB2、GWB2、和BWB2)進(jìn)行合成。微控制器6設(shè)置合成比率k。在該實(shí)施例中，例如，合成比率k滿足0≤k≤1。
RMIX=k×RWB1+(1-k)×RWB2GMIX=k×GWB1+(1-k)×GWB2BMIX=k×BWB1+(1-k)×BWB2······(5)]]>從合成單元53輸出的圖像信號(hào)(RMIX、GMIX、和BMIX)被輸入到處理單元54。處理單元54執(zhí)行諸如γ校正和色彩空間轉(zhuǎn)換的處理(以生成亮度信號(hào)和色差信號(hào))。
亮度檢測(cè)單元55從點(diǎn)A至點(diǎn)D的圖像信號(hào)檢測(cè)亮度信息，并且將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至微控制器6。具體地，點(diǎn)A位于線性矩陣計(jì)算單元51a和51b的輸入級(jí)；點(diǎn)B和點(diǎn)C分別位于線性矩陣計(jì)算單元51a和51b的輸出級(jí)；以及點(diǎn)D位于合成單元53的輸出級(jí)。將亮度信息確定為例如圖像的預(yù)定區(qū)域中的亮度信號(hào)的積分值。
在點(diǎn)A至D檢測(cè)的亮度信息具有以下意義在點(diǎn)A檢測(cè)的亮度信息基于通過(guò)使用AGC電路4提高由光接收單元(成像裝置2)攝取的圖像信號(hào)的增益所產(chǎn)生的信號(hào)。就是說(shuō)，在點(diǎn)A檢測(cè)的亮度信息的值與在光接收單元獲得的亮度信息的值接近。在點(diǎn)B檢測(cè)的亮度信息基于通過(guò)線性矩陣計(jì)算單元51a進(jìn)行了色彩再現(xiàn)校正的信號(hào)，以及在點(diǎn)C檢測(cè)的亮度信息基于通過(guò)線性矩陣計(jì)算單元51b進(jìn)行了噪聲減少校正的信號(hào)。在點(diǎn)D檢測(cè)的亮度信息基于通過(guò)使用合成單元53將從信號(hào)處理部輸出的信號(hào)進(jìn)行合成所獲得的信號(hào)。
因此，亮度信息是在位于用于線性矩陣計(jì)算以及白平衡調(diào)節(jié)的處理模塊之前和之后的多個(gè)點(diǎn)檢測(cè)的，并且微控制器6基于檢測(cè)的亮度信息執(zhí)行曝光控制。所以，可以持續(xù)執(zhí)行準(zhǔn)確的曝光控制，而與由各處理模塊執(zhí)行的色度信號(hào)的調(diào)節(jié)無(wú)關(guān)。
下面將描述基于在點(diǎn)A至點(diǎn)D檢測(cè)的亮度信息的曝光控制的具體實(shí)例。圖3和圖4是示出由微控制器6執(zhí)行的曝光控制處理的流程圖。
首先，微控制器6獲得在點(diǎn)A檢測(cè)的亮度信息Ya(步驟S11)，并且確定合成單元53基于亮度信息Ya合成信號(hào)的合成比率k。在正常的曝光控制中，將合成比率k設(shè)置為1，并且僅使用由第一信號(hào)處理部獲得的增強(qiáng)了色彩再現(xiàn)的圖像信號(hào)。在孔徑被打開(kāi)使得光量不再光學(xué)地增加以及AGC電路4中設(shè)置的增益超過(guò)了預(yù)定閾值的狀態(tài)下，使用由第二信號(hào)處理部獲得的減小了噪聲的圖像信號(hào)。
在該實(shí)施例中，為滿足那些條件的亮度信息Ya設(shè)置預(yù)定閾值Ymin。將亮度信息Ya與閾值Ymin進(jìn)行比較(步驟S12)，并且根據(jù)比較結(jié)果確定合成比率k。如果亮度信息Ya小于閾值Ymin，則根據(jù)下面的表達(dá)式(6)確定合成比率k(步驟S14)。如果亮度信息Ya等于或大于閾值Ymin，則根據(jù)下面的表達(dá)式(7)將合成比率k設(shè)置為1(步驟S13)。
如果Ya＜Ymin，則k＝1-(Ymin-Ya)/Ymin …(6)如果Ya≥Ymin，則k＝1 …(7)通過(guò)根據(jù)這些條件確定合成比率k，當(dāng)在低照明度下攝取對(duì)象的圖像并且圖像中包括很多噪聲成分時(shí)，通過(guò)第二信號(hào)處理部進(jìn)行圖像質(zhì)量校正使得噪聲成分減少的圖像信號(hào)可以以高于由第一信號(hào)處理部獲得的圖像信號(hào)的合成比率進(jìn)行合成。因此，可以獲得低噪聲的高質(zhì)量圖像。
之后，微控制器6基于亮度信息Ya確定光接收單元(成像裝置2)是否發(fā)生信號(hào)飽和或光線不足(步驟S15)。首先，將亮度信息Ya與預(yù)定閾值(上限)進(jìn)行比較，并且確定輸入信號(hào)是否由于入射光的高電平而相對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍飽和(步驟S 16)。
如果出現(xiàn)飽和，則微控制器6基于當(dāng)前為曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置的曝光控制值確定當(dāng)前是否可以執(zhí)行曝光控制(步驟S17)。就是說(shuō)，微控制器6確定是否可以通過(guò)改變曝光控制值以減小光量來(lái)克服飽和。曝光控制值是控制孔徑光闌11的開(kāi)啟和AGC電路4的增益的量的數(shù)量。增加曝光控制值以減小光量，以及減小曝光控制值以增大光量。
如果在步驟S17中確定能夠執(zhí)行曝光控制，則微控制器6將曝光控制增量值設(shè)置為預(yù)定正值(步驟S18)。曝光控制增量值是表示相對(duì)于當(dāng)前曝光控制值的變化量的值。增加曝光控制增量值以減小目標(biāo)亮度值(即光量)，以及減小曝光控制增量值以增加目標(biāo)亮度值(即光量)。處理進(jìn)行到步驟S30，其中，將曝光控制增量值與先前的曝光控制值相加，以確定最終曝光控制值。在步驟S31中，根據(jù)確定的曝光控制值確定孔徑光闌11的開(kāi)啟和AGC電路4的增益。這樣形成了對(duì)曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的反饋控制。之后，處理返回到步驟S11。
如果在步驟S19中基于亮度信息Ya確定光線不足，則微控制器6基于當(dāng)前設(shè)置的曝光控制值確定當(dāng)前是否可以執(zhí)行曝光控制(步驟S20)。如果可以執(zhí)行曝光控制，則微控制器6將曝光控制增量值設(shè)置為預(yù)定負(fù)值(步驟S21)。處理進(jìn)行到步驟S30，其中，微控制器6使用曝光控制增量值確定最終曝光控制值。之后，在步驟S31中，根據(jù)確定的曝光控制值確定孔徑光闌11的開(kāi)啟和AGC電路4的增益。這樣形成了對(duì)曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的反饋控制。之后，處理返回到步驟S11。
如果在步驟S17和步驟S20中確定不能執(zhí)行曝光控制，則處理進(jìn)行到步驟S30。在處理從步驟S17進(jìn)行到步驟S30的情況下，當(dāng)前設(shè)置的曝光控制值是最大值(即，使光量最小化的值)，并且還沒(méi)有設(shè)置曝光控制增量值。因此，在步驟S31中，曝光控制值仍為最大值，并且根據(jù)最大曝光控制值確定孔徑光闌11的開(kāi)啟和AGC電路4的增益。之后，處理返回到步驟S11。在處理從步驟S20進(jìn)行到步驟S30的情況下，當(dāng)前設(shè)置的曝光控制值為最小值(即，使光量最大化的值)。在步驟S30中，將最小值設(shè)置為曝光控制值，其與先前的曝光控制值相同。由此，在步驟S31中，確定了孔徑光闌11的開(kāi)啟和AGC電路4的增益。之后，處理返回到步驟S11。
如果在步驟S17和步驟S20中確定不能執(zhí)行曝光控制，所以，通過(guò)固定當(dāng)前設(shè)置的曝光控制值，終止對(duì)曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的反饋控制。然后，當(dāng)在步驟S16中確定沒(méi)有出現(xiàn)飽和，或如果在步驟S19中確定克服了光線不足的問(wèn)題時(shí)，處理進(jìn)行到步驟S22，并且重新開(kāi)始反饋控制。
如果在步驟S16和步驟S19中確定輸入信號(hào)不飽和并且沒(méi)有出現(xiàn)入射光不足，則基于其他點(diǎn)的檢測(cè)信號(hào)執(zhí)行曝光控制。如果合成比率k為1(步驟S22)，就是說(shuō)，如果僅使用從第一信號(hào)處理部獲得的信號(hào)，則微控制器6獲得在點(diǎn)B檢測(cè)的亮度信息Yb，并且從檢測(cè)的亮度信息Yb和當(dāng)前的曝光控制值確定曝光控制增量值(步驟S23)。例如，當(dāng)亮度信息Yb沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)亮度值時(shí)，減少曝光控制增量值以增加入射光量，而當(dāng)亮度信息Yb超過(guò)目標(biāo)亮度值時(shí)，增大曝光控制增量值以減小入射光量。
如果合成比率k不是1(步驟S22)，就是說(shuō)，如果還使用從第二信號(hào)處理部獲得的信號(hào)，則微控制器6獲得在點(diǎn)B檢測(cè)的亮度信息Yb和在點(diǎn)C檢測(cè)的亮度信息Yc，并且通過(guò)以當(dāng)前合成比率k合成亮度信息Yb和亮度信息Yc來(lái)確定合成亮度信息。之后，從確定的合成亮度信息和當(dāng)前曝光控制值確定曝光控制增量值(步驟S24)。
之后，微控制器6獲得在點(diǎn)D檢測(cè)的亮度信息Yd(步驟S25)，并且將亮度信息Yd與預(yù)定的上限Ydmax和下限Ydmin進(jìn)行比較。如果亮度信息Yd超過(guò)上限Ydmax(步驟S26)，則使曝光控制增量值增加預(yù)定量(步驟S27)。如果亮度信息Yd低于下限Ydmin(步驟S28)，則使曝光控制增量值減少預(yù)定量(步驟S29)。
之后，將在上述處理中確定的曝光控制增量值與先前的曝光控制值相加，以確定最終曝光控制值(步驟S30)。根據(jù)確定的曝光控制值確定孔徑光闌11的開(kāi)啟和AGC電路4的增益的控制值，并在對(duì)應(yīng)功能中進(jìn)行設(shè)置(步驟S31)。然后，處理返回至步驟S11，并且執(zhí)行基于亮度信息Ya的控制。
根據(jù)上述處理，首先，在步驟S15至步驟S21的處理中，基于在最接近光接收單元的輸出信號(hào)的點(diǎn)A檢測(cè)的亮度信息Ya來(lái)檢查圖像信號(hào)的飽和以及光線的極端不足。因此，可以準(zhǔn)確地確定信號(hào)飽和以及光線的不足。
之后，在步驟S23和步驟S24的處理中，基于從進(jìn)行了線性矩陣計(jì)算的圖像信號(hào)中檢測(cè)的亮度信息來(lái)校正曝光控制值。所以，即使不對(duì)進(jìn)行計(jì)算的圖像信號(hào)執(zhí)行準(zhǔn)確的曝光調(diào)節(jié)或即使對(duì)未進(jìn)行計(jì)算的圖像信號(hào)執(zhí)行準(zhǔn)確的曝光調(diào)節(jié)，也可以校正曝光。特別地，當(dāng)通過(guò)將線性矩陣計(jì)算參數(shù)設(shè)置為負(fù)系數(shù)使得不會(huì)由于光量增加而導(dǎo)致RGB分量的所有信號(hào)的簡(jiǎn)單增加時(shí)，能夠執(zhí)行準(zhǔn)確的曝光調(diào)節(jié)。
之后，在步驟S25至步驟S29的處理中，基于從通過(guò)合成信號(hào)處理部的輸出信號(hào)所獲得的信號(hào)中檢測(cè)的亮度信息Yd校正曝光控制值。因此，如果白平衡調(diào)節(jié)導(dǎo)致亮度信息的改變以及進(jìn)行調(diào)節(jié)的圖像曝光不準(zhǔn)確，則可以校正曝光。另外，可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的曝光控制，而與從信號(hào)處理部獲得的輸出信號(hào)的合成比率k的變化無(wú)關(guān)。
上述處理允許持續(xù)準(zhǔn)確的曝光校正，而與色度信號(hào)的調(diào)節(jié)無(wú)關(guān)，并且不會(huì)削弱通過(guò)線性矩陣計(jì)算和白平衡調(diào)節(jié)達(dá)到的圖像質(zhì)量校正的效果。因此，可以獲得高質(zhì)量的圖像。
為了便于說(shuō)明，以上的描述的曝光控制沒(méi)有考慮快門速度控制。在快門速度固定的設(shè)置情況下，可以使用類似于上述的控制程序。在快門速度可變的設(shè)置情況下，例如，當(dāng)檢測(cè)的亮度信息超過(guò)目標(biāo)亮度值時(shí)增加快門速度，以及當(dāng)檢測(cè)的亮度信息沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)亮度值時(shí)減小快門速度。如果采用慢快門速度并且開(kāi)啟孔徑光闌11照明度仍舊低，則增加AGC電路4的增益。
在相機(jī)信號(hào)處理電路5中的第一信號(hào)處理部和第二信號(hào)處理部可能不僅包括線性矩陣計(jì)算功能和白平衡調(diào)節(jié)功能，如上面實(shí)施例中所述，還包括能夠單獨(dú)調(diào)節(jié)色度信號(hào)成分的任何其他圖像質(zhì)量校正功能。通過(guò)使用在那些功能之前和之后的位置檢測(cè)到的亮度信息，可以持續(xù)地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的曝光控制。
包括固態(tài)成像裝置的成像設(shè)備，諸如數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)，以及具有這種成像功能的設(shè)備，諸如移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。另外，用于處理和記錄由用于連接至個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的視頻電話系統(tǒng)或軟件游戲的小型相機(jī)獲得的成像信號(hào)的設(shè)備同樣在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
上述曝光控制處理功能可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。在這種情況，提供了描述將由設(shè)備具有的功能(諸如微控制器6的曝光控制功能)的處理內(nèi)容的程序。該程序可由計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，從而在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)上述處理功能?？蓪⒃撁枋鎏幚韮?nèi)容的程序記錄在計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)上。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的實(shí)例包括磁記錄設(shè)備、光盤、磁光盤、以及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
為了分發(fā)程序，例如，可以出售其上記錄有程序的便攜記錄介質(zhì)，諸如光盤或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。程序可以存儲(chǔ)在服務(wù)器計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)裝置中，并且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器計(jì)算機(jī)傳送到其他計(jì)算機(jī)。
將要執(zhí)行程序的計(jì)算機(jī)將記錄在便攜記錄介質(zhì)上的程序或從服務(wù)器計(jì)算機(jī)傳送的程序存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)裝置中。計(jì)算機(jī)從其存儲(chǔ)裝置中讀取程序，并且根據(jù)程序執(zhí)行處理?？蛇x地，計(jì)算機(jī)可以直接從便攜記錄介質(zhì)讀取程序，并且可以根據(jù)程序執(zhí)行處理。每次從服務(wù)器計(jì)算機(jī)傳送程序，計(jì)算機(jī)都會(huì)根據(jù)接收的程序順序地執(zhí)行處理。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在本發(fā)明的權(quán)利要求及等同物的范圍之內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其他因素，可以對(duì)本發(fā)明做出各種修改、組合、再組合、以及改變。
權(quán)利要求
1.一種成像設(shè)備，用于使用固態(tài)成像裝置攝取圖像，所述成像設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)信號(hào)校正裝置，用于基于顏色分量校正通過(guò)攝取圖像獲得的圖像信號(hào)；亮度檢測(cè)裝置，用于從在至少一個(gè)所述信號(hào)校正裝置之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)亮度信息；以及曝光控制裝置，用于基于由所述亮度檢測(cè)裝置檢測(cè)的所述亮度信息控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中，所述曝光控制裝置根據(jù)在所述信號(hào)校正裝置之前的位置檢測(cè)的所述亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量，然后根據(jù)在所述信號(hào)校正裝置之后的位置檢測(cè)的所述亮度信息校正所述控制量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述曝光控制裝置基于在所述信號(hào)校正裝置之前的位置檢測(cè)的所述亮度信息確定所述圖像信號(hào)的電平是否飽和；當(dāng)確定所述圖像信號(hào)的電平飽和時(shí)，所述曝光控制裝置控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以使光量最小化，并且等待飽和消除；以及當(dāng)飽和消除時(shí)，所述曝光控制裝置根據(jù)在所述信號(hào)校正裝置之后的位置檢測(cè)的所述亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述曝光控制裝置基于在所述信號(hào)校正裝置之前的位置檢測(cè)的所述亮度信息確定所述固態(tài)成像裝置上的入射光量；當(dāng)確定光量不足時(shí)，所述曝光控制裝置控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使光量最大化，并且等待直到光量變充足；以及當(dāng)光量變充足時(shí)，所述曝光控制裝置根據(jù)在所述信號(hào)校正裝置之后的位置檢測(cè)的所述亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中，所述信號(hào)校正裝置包括線性矩陣計(jì)算裝置，用于對(duì)輸入圖像信號(hào)的顏色分量執(zhí)行矩陣轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像設(shè)備，其中，所述信號(hào)校正裝置進(jìn)一步包括白平衡調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)所述線性矩陣計(jì)算裝置的輸出信號(hào)的白平衡，以及亮度檢測(cè)裝置，從所述線性矩陣計(jì)算裝置的輸入信號(hào)、所述白平衡調(diào)節(jié)裝置的輸入信號(hào)、以及所述白平衡調(diào)節(jié)裝置的輸出信號(hào)檢測(cè)亮度信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像設(shè)備，其中所述曝光控制裝置基于從所述線性矩陣計(jì)算裝置的所述輸入信號(hào)檢測(cè)的所述亮度信息確定所述圖像信號(hào)的電平是否飽和；當(dāng)確定所述圖像信號(hào)的電平飽和時(shí)，所述曝光控制裝置控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使光量最小化，并且等待飽和消除；以及當(dāng)飽和消除時(shí)，所述曝光控制裝置根據(jù)從所述白平衡調(diào)節(jié)裝置的所述輸入信號(hào)檢測(cè)的所述亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量，并且根據(jù)從所述白平衡調(diào)節(jié)裝置的所述輸出信號(hào)檢測(cè)的所述亮度信息校正所述控制量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像設(shè)備，其中所述曝光控制裝置基于從所述線性矩陣計(jì)算裝置的所述輸入信號(hào)檢測(cè)的所述亮度信息確定所述固態(tài)成像裝置上的入射光量；當(dāng)確定光量不足時(shí)，所述曝光控制裝置控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使光量最小化，并且等待直到光量變充足；以及當(dāng)光量變充足時(shí)，所述曝光控制裝置根據(jù)從所述白平衡調(diào)節(jié)裝置的所述輸入信號(hào)檢測(cè)的所述亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量，并且根據(jù)從所述白平衡調(diào)節(jié)裝置的所述輸出信號(hào)檢測(cè)的所述亮度信息校正所述控制量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中，所述信號(hào)校正裝置包括白平衡調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)輸入圖像信號(hào)的白平衡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述信號(hào)校正裝置包括多個(gè)線性矩陣計(jì)算裝置，用于使用不同系數(shù)對(duì)輸入圖像信號(hào)的顏色分量執(zhí)行矩陣轉(zhuǎn)換；以及信號(hào)合成裝置，用于以預(yù)定比率合成所述多個(gè)線性矩陣計(jì)算裝置的輸出信號(hào)；以及所述亮度檢測(cè)裝置從每個(gè)所述線性矩陣計(jì)算裝置的輸入信號(hào)和所述信號(hào)合成裝置的輸出信號(hào)檢測(cè)亮度信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像設(shè)備，其中，所述信號(hào)校正裝置進(jìn)一步包括多個(gè)白平衡調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)所述多個(gè)線性矩陣計(jì)算裝置的輸出信號(hào)的白平衡，并且將經(jīng)過(guò)白平衡調(diào)節(jié)的信號(hào)輸出至所述信號(hào)合成裝置，以及所述亮度檢測(cè)裝置從每個(gè)所述線性矩陣計(jì)算裝置的所述輸入信號(hào)、所述每個(gè)白平衡調(diào)節(jié)裝置的輸入信號(hào)、以及所述信號(hào)合成裝置的所述輸出信號(hào)檢測(cè)亮度信息。
12.一種曝光控制設(shè)備，用于基于由固態(tài)成像裝置獲得的攝取圖像信號(hào)控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述曝光控制設(shè)備包括亮度獲得裝置，用于獲得從在至少一個(gè)信號(hào)校正單元之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)的亮度信息，其中，所述信號(hào)校正單元基于顏色分量校正由攝取圖像獲得的圖像信號(hào)；以及控制量確定裝置，用于根據(jù)由所述亮度獲得裝置檢測(cè)的所述亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量。
13.一種曝光控制方法，用于基于由固態(tài)成像裝置獲得的攝取圖像信號(hào)控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述曝光控制方法包括以下步驟獲得從在至少一個(gè)信號(hào)校正單元之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)的亮度信息，其中，所述信號(hào)校正單元基于顏色分量校正由攝取圖像獲得的圖像信號(hào)；以及根據(jù)檢測(cè)的亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量。
14.一種曝光控制程序，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行基于由固態(tài)成像裝置獲得的攝取圖像信號(hào)控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的處理，所述曝光控制程序允許所述計(jì)算機(jī)作為亮度獲得裝置，用于獲得從在至少一個(gè)信號(hào)校正單元之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)的亮度信息，其中，所述信號(hào)校正單元基于顏色分量校正由攝取圖像獲得的圖像信號(hào)；以及控制量確定裝置，用于根據(jù)由所述亮度獲得裝置檢測(cè)的所述亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量。
15.一種成像設(shè)備，用于使用固態(tài)成像裝置攝取圖像，所述成像設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)信號(hào)校正單元，基于顏色分量校正通過(guò)攝取圖像獲得的圖像信號(hào)；亮度檢測(cè)單元，從在至少一個(gè)所述信號(hào)校正單元之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)亮度信息；以及曝光控制單元，基于由所述亮度檢測(cè)單元檢測(cè)的所述亮度信息控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
16.一種曝光控制設(shè)備，用于基于由固態(tài)成像裝置獲得的攝取圖像信號(hào)控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述曝光控制設(shè)備包括亮度獲得單元，獲得從在至少一個(gè)信號(hào)校正單元之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)的亮度信息，其中，所述信號(hào)校正單元基于顏色分量校正由攝取圖像獲得的圖像信號(hào)；以及控制量確定單元，根據(jù)由所述亮度獲得單元檢測(cè)的所述亮度信息確定控制所述曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制量。
全文摘要
一種用于使用固態(tài)成像裝置攝取圖像的成像設(shè)備，包括以下組件一個(gè)或多個(gè)信號(hào)校正單元，用于基于顏色分量來(lái)校正通過(guò)攝取圖像獲得的圖像信號(hào)；亮度檢測(cè)單元，用于從在至少一個(gè)信號(hào)校正單元之前和之后的位置獲得的圖像信號(hào)檢測(cè)亮度信息；曝光控制單元，用于基于由亮度檢測(cè)單元檢測(cè)的亮度信息來(lái)控制曝光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)H04N5/238GK1941853SQ20061012709
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
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