CN101057492A

CN101057492A - 摄像装置

Info

Publication number: CN101057492A
Application number: CNA2005800388567A
Authority: CN
Inventors: 佐野俊幸; 星野功一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2025-11-14
Also published as: WO2006051936A2; JP4452161B2; US20070296849A1; CN100558145C; JP2006140787A; US7688380B2; WO2006051936A3

Abstract

提供可将混合于一个画面中的低亮度的被摄体及高亮度的被摄体双方的图像质量比以往提高的摄像装置。摄像装置(10)包括：输出至少两种曝光量不同的视频信号的摄像元件(11)；对于两种视频信号中曝光时间较长的长时间曝光信号执行拐点处理的拐点处理执行部分(15)；将两种视频信号中曝光时间较短的短时间曝光信号和执行过拐点处理的长时间曝光信号进行合成的信号合成部分(17)；以及将作为在拐点处理中拐点的信号电平的拐点电平根据短时间曝光信号的信号电平在一个画面的视频信号内进行变更的电平变更部分(18)。

Description

摄像装置

技术领域

本发明是涉及用于摄像机等的摄像装置。

背景技术

作为以往的摄像装置，已知有生成将由低速快门得到的视频信号和由高速快门得到的视频信号进行合成的合成信号的装置，在对低亮度的被摄体进行摄像时，生成使低速快门得到的视频信号的影响较强的合成信号，而在对高亮度的被摄体进行摄像时，生成使高速快门得到的视频信号的影响较强的合成信号(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：特开2003-18457号公报(第5页，第1图)

发明内容

发明要解决的课题

但是，在以往的摄像装置中存在着这样的问题，由于用于合成的基准电平在一个画面内是固定的，因此，当低亮度的被摄体和高亮度的被摄体混合在一个画面内时，低亮度的被摄体及高亮度的被摄体的其中一方的图像质量可能会降低。

本发明为了解决以往的问题而完成，其目的在于提供一种摄像装置，可以将混合于一个画面内的低亮度的被摄体及高亮度的被摄体双方的图像质量比以往提高。

解决课题的方案

本发明的摄像装置具有如下结构，包括：摄像单元，输出至少两种曝光量不同的视频信号；拐点处理执行单元，对于所述两种视频信号中曝光时间较长的长时间曝光信号执行拐点处理；信号合成单元，将所述两种视频信号中曝光时间较短的短时间曝光信号和执行过所述拐点处理的所述长时间曝光信号进行合成；以及电平变更单元，在一个画面的视频信号内，根据所述短时间曝光信号的信号电平，变更作为在所述拐点处理中拐点的信号电平的拐点电平。

根据该结构，由于本发明的摄像装置，根据短时间曝光信号的信号电平在一个画面的视频信号内变更拐点电平，因此，即使低亮度的被摄体和高亮度的被摄体混合在一个画面内时，也能够将混合于一个画面内的低亮度的被摄体及高亮度的被摄体双方的图像质量比以往提高。

再有，本发明的摄像装置具有如下结构，所述电平变更单元对于合成电平，也根据所述短时间曝光信号的信号电平，在一个画面的视频信号内进行变更，该合成电平是作为由所述信号合成单元进行合成的基准的信号电平。

根据该结构，由于本发明的摄像装置，根据短时间曝光信号的信号电平在一个画面的视频信号内变更合成电平，因此，即使低亮度的被摄体和高亮度的被摄体混合在一个画面内时，也能够将混合于一个画面内的低亮度的被摄体及高亮度的被摄体双方的图像质量进一步提高。通过在拐点处理的基础上变更合成电平，能够使图像质量进一步提高。

再有，本发明的摄像装置具有如下结构，包括：摄像单元，输出至少两种曝光量不同的视频信号；信号合成单元，合成所述两种视频信号；电平变更单元，根据所述两种视频信号中曝光时间较短的短时间曝光信号的信号电平，在一个画面的视频信号内变更合成电平，该合成电平是作为由所述信号合成单元进行合成的基准的信号电平。

根据该结构，由于本发明的摄像装置，根据短时间曝光信号的信号电平在一个画面的视频信号内变更合成电平，因此，即使低亮度的被摄体和高亮度的被摄体混合在一个画面内时，也能够将混合于一个画面内的低亮度的被摄体及高亮度的被摄体双方的图像质量比以往提高。

再有，本发明的摄像装置具有如下结构，其所述拐点处理执行单元执行所述拐点为1个的所述拐点处理。

根据该结构，与执行具有多个拐点的拐点处理的结构相比，由于本发明的摄像装置的拐点处理执行单元为简单的结构，因此可以减少制造成本。

再有，本发明的摄像装置具有如下结构，所述电平变更单元变更的所述拐点电平对于所述短时间曝光信号的信号电平的变化而连续地变化。

根据该结构，由于本发明的摄像装置，拐点电平对于短时间曝光信号的信号电平的变化而平滑地变化，因此，与拐点电平对于短时间曝光信号的信号电平的变化而不连续地变化的结构相比，能够提高图像质量。

再有，本发明的摄像装置具有如下结构，所述电平变更单元变更的所述合成电平对于所述短时间曝光信号的信号电平的变化而连续地变化。

根据该结构，由于本发明的摄像装置中，合成电平对于短时间曝光信号的信号电平的变化而平滑地变化，因此，与合成电平对于短时间曝光信号的信号电平的变化而不连续地变化的结构相比，能够提高图像质量。

发明效果

本发明能够提供一种摄像装置，该装置能够将混合于一个画面内的低亮度的被摄体及高亮度的被摄体双方的图像质量比以往提高。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的摄像装置的结构的方框图。

图2是表示图1中所示的灰色系数处理执行单元的结构的方框图。

图3是表示图1中所示的电平变更单元的结构的方框图。

图4是表示一例由图1中所示的电平变更单元所变更的拐点电平(合成电平)和短时间曝光信号之间关系的图。

图5是表示在图1中所示的摄像装置中的长时间曝光信号的光量和信号电平之间关系的图。

图6是表示在图1中所示的摄像装置中的短时间曝光信号的光量和信号电平之间关系的图。

图7是表示在图1中所示的摄像装置中的合成信号的光量和信号电平之间关系的图。

图8是一例图1中所示的摄像装置的被摄体的正面图。

图9(a)是表示由图1所示的摄像装置对图8所示的被摄体进行摄像时，从摄像元件输出的长时间曝光信号的图。图9(b)是表示由图1所示的摄像装置对图8所示的被摄体进行摄像时，从摄像元件输出的短时间曝光信号的图。图9(c)是表示由图1所示的拐点处理执行部分执行过拐点处理的图9(a)所示的长时间曝光信号的图。图9(d)是表示由图1所示的灰色系数处理执行部分执行过灰色系数处理的图9(b)所示的短时间曝光信号的图。图9(e)是表示由图1所示的信号合成部分，将图9(c)所示的长时间曝光信号和图9(d)所示的短时间曝光信号进行合成的合成信号的图。图9(f)是表示对于图9(e)所示的合成信号，由图1所示的灰度补偿部分执行灰度补偿等后生成的视频信号的图。

图10是表示与图4所示的例子不同的，表示由图1中所示的电平变更单元所变更的拐点电平(合成电平)和短时间曝光信号之间关系的例子的图。

标号说明

10摄像装置

11摄像元件(摄像单元)

15拐点处理执行部分(拐点处理执行单元)

17信号合成部分(信号合成单元)

18电平变更部分(电平变更单元)

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的一实施方式。

首先，说明关于本实施方式的摄像装置的结构。

如图1所示，本实施方式的摄像装置10包括：作为摄像单元的CCD(电荷耦合装置，Charge Coupled Device)等的摄像元件11，通过以通常的2倍的速度进行动作，在一场期间内交替输出曝光量不同的两种视频信号，即，曝光时间短的短时间曝光信号Yshort及曝光时间长的长时间曝光信号Ylong；前处理部分12，进行对从摄像元件11输出的视频信号的放大等；A/D变换器13，将由前处理部分12放大过的模拟视频信号变换成数字视频信号；时间轴变换器14，将短时间曝光信号Yshort和长时间曝光信号Ylong的时间轴对齐后输出；作为拐点处理执行单元的拐点处理执行部分15，对于从时间轴变换器14输出的长时间曝光信号Ylong执行拐点处理；灰色系数处理执行部分16，对于从时间轴变换器14输出的短时间曝光信号Yshort执行灰色系数处理；作为信号合成单元的信号合成部分17，将由拐点处理执行部分15执行过拐点处理的长时间曝光信号Ylong2及由灰色系数处理执行部分16执行过灰色系数处理的短时间曝光信号Yshort2进行合成；作为电平变更单元的电平变更部分18，将由拐点处理执行部分15的拐点处理中的拐点的信号电平(以下称为“拐点电平”。)及成为信号合成部分17的合成的基准的信号电平(以下称为“合成电平”。)，根据从时间轴变换器14输出的短时间曝光信号Yshort的信号电平进行变更；灰度补偿部分19，对从信号合成部分17输出的合成信号Ymix进行灰度补偿；区域合成部分20，对由灰度补偿部分19进行过灰度补偿的亮度信号执行区域合成；主信号处理部分21，对从区域合成部分20输出的信号进行一般的亮度信号处理和色信号处理；定时脉冲发生器22，产生用于驱动摄像元件11的定时脉冲；直方图检测部分23，将从信号合成部分17输出的合成信号Ymix分割在多个区域中，从而检测各区域的直方图信息；以及微型计算机24，基于由直方图检测部分23检测出的直方图信息，计算合成信号Ymix的各区域的补偿特性后将其设置在灰度补偿部分19中。

此外，如图2所示，灰色系数处理执行部分16包括：乘法器16a、16b、16c，对分为多个的短时间曝光信号Yshort，分别乘以由G0、G1、G2组成的多种增益作为曝光比增益相乘；加法器16d、16e、16f，对从乘法器16a、16b、16c输出的信号，分别相加由t0、t1、t2组成的多种偏移值；比较器16g，比较从加法器16d、16e输出的多个信号电平的大小；比较器16h，比较从加法器16e、16f输出的多个信号电平的大小；以及选择器16i，基于比较器16g及比较器16h的比较结果，选择从加法器16d、16e、16f输出的多个信号中最小的信号，输出短时间曝光信号Yshort2。

再有，如图3所示，电平变更部分18包括：频带限制部分18a，为了限制拐点电平和合成电平在一个画面区域内极端地变化，而对短时间曝光信号Yshort施加频带限制；拐点电平变更部分18b，根据被频带限制部分18a频带限制过的短时间曝光信号Yshort的电平，变更由拐点处理执行部分15(参照图1)执行的拐点处理中的拐点电平；合成电平变更部分18c，根据被频带限制部分18a频带限制过的短时间曝光信号Yshort的电平，变更信号合成部分17(参照图1)的合成电平。

此外，如图4所示，电平变更部分18根据从时间轴变换器14输出的短时间曝光信号Yshort的信号电平，变更拐点电平和合成电平。即，电平变更部分18在进行一个画面中的低亮度视频区域的视频信号的处理并且短时间曝光信号Yshort的信号电平较小时，为了削弱合成信号Ymix中的短时间曝光信号Yshort的影响而提高合成电平，同时提高拐点电平，以使拐点处理的影响较小的长时间曝光信号Ylong2用于合成。再有，拐点电平的上限值及合成电平的上限值被设定为不会对低亮度的被摄体的图像质量产生影响的值。而电平变更部分18在进行一个画面中的高亮度视频区域的视频信号的处理并且短时间曝光信号Yshort的信号电平较大时，为了增强合成信号Ymix中的短时间曝光信号Yshort的影响而降低合成电平，同时降低拐点电平，以使长时间曝光信号Ylong2及短时间曝光信号Yshort2更加平滑地合成。此外，拐点电平的下限值及合成电平的下限值被设定为高亮度的被摄体的图像质量的外观为良好的值。

接着，说明摄像装置10的动作。

摄像元件11根据来自定时脉冲发生器22的定时脉冲，通过以通常的2倍的速度进行动作，在一场期间内交替输出作为曝光量不同的两种视频信号的长时间曝光信号Ylong及短时间曝光信号Yshort。

然后，从摄像元件11输出的视频信号，由前处理部分12执行了相关二重采样处理的低频信号变换和自动增益控制电路的增益控制等处理后，由A/D变换器13变换成数字的视频信号。

接着，从A/D变换器13输出的视频信号，由时间轴变换器14分离为标准速度且互为同一定时的长时间曝光信号Ylong和短时间曝光信号Yshort。

这里，电平变更部分18根据从时间轴变换器14输出的短时间曝光信号Yshort的信号电平，变更拐点处理执行部分15的拐点处理中的拐点电平及信号合成部分17的合成电平。此外，信号合成部分17的合成电平由电平变更部分18设定上限值及下限值，以使该合成电平成为由主信号处理部分21最终输出的视频信号的信号电平的100％附近的值。再有，拐点处理执行部分15的拐点处理中的拐点电平由电平变更部分18设定，以使该拐点电平成为比合成电平略微小的值，即成为由主信号处理部分21最终输出的视频信号的信号电平的80％附近的值。

然后，从时间轴变换器14输出的长时间曝光信号Ylong，根据由电平变更部分18变更过的拐点电平，由拐点处理执行部分15执行拐点处理后，变成图5所示的长时间曝光信号Ylong2。即，拐点处理执行部分15，将与电平变更部分18变更过的低于拐点电平的长时间曝光信号Ylong相乘的增益设为1，将与电平变更部分18变更过的拐点电平以上的长时间曝光信号Ylong相乘的增益设为1/4～1/2左右后，输出长时间曝光信号Ylong2。

另一方面，从时间轴变换器14输出的短时间曝光信号Yshort，由灰色系数处理执行部分16执行灰色系数处理后，如图6所示，成为短时间曝光信号Yshort2。即，灰色系数处理执行部分16基于比较器16g、16h的比较结果，由选择器16i选择三个信号中最小的信号，并输出短时间曝光信号Yshort2，三个信号是：将短时间曝光信号Yshort通过乘法器16a乘上G0的增益后由加法器16d加上t0的偏移值的信号；将短时间曝光信号Yshort通过乘法器16b乘上G1的增益后由加法器16e加上t1的偏移值的信号；将短时间曝光信号Yshort通过乘法器16c乘上G2的增益后由加法器16f加上t2的偏移值的信号。

然后，从拐点处理执行部分15输出的长时间曝光信号Ylong2及从灰色系数处理执行部分16输出的短时间曝光信号Yshort2，根据由电平变更部分18变更过的合成电平而被信号合成部分17平滑地合成，从而成为图7所示的合成信号Ymix。即，合成信号部分17，在由电平变更部分18变更过的合成电平的下限值以下时，使用长时间曝光信号Ylong2，在比合成电平的下限值大而低于合成电平的上限值时，使用将长时间曝光信号Ylong2乘以压缩增益K所得的信号和短时间曝光信号Yshort2乘以压缩增益(1-K)所得的信号相加的信号，在合成电平的上限值以上时，使用短时间曝光信号Yshort2，输出合成信号Ymix。

这里，从信号合成部分17输出的合成信号Ymix被分割在多个区域中，各区域的直方图信息被直方图检测部分23检测。然后，微型计算机24基于其直方图检测部分23检测出的直方图信息计算合成信号Ymix的各区域的补偿特性，并设置在灰度补偿部分19中。此外，将合成信号Ymix分割到多个区域中的方法，可以是仅仅将画面划分成矩形的方法，也可以是分割到规定的亮度以上的亮区域和低于规定亮度的暗区域的方法。

然后，从信号合成部分17输出的合成信号Ymix，基于由微型计算机24在灰度补偿部分19所设置的补偿特性，由灰度补偿部分19对各区域进行灰度补偿。此外，灰度补偿部分19执行灰度补偿，以使越是图像的直方图频数较大的灰度，其对比度越被增强。

接着，从灰度补偿部分19输出的各区域的信号被区域合成部分20平滑地合成。此外，区域合成部分20基于在由直方图检测部分23检测出直方图信息时所使用的区域分割信息合成各区域的信号。

最后，从区域合成部分20输出的区域合成后的信号，由主信号处理部分21执行一般的亮度信号处理和色信号处理，从而作为视频信号从主信号处理部分21输出。

摄像装置10如上进行动作，因此，例如图8所示，以一个画面摄像较亮的区域(以下称为“亮域”)31、较暗的区域(以下称为“暗域”)32中所分别设置的同样的灰色标度图33、34时，对于横跨灰色标度图33、34的线35上的图像，由摄像元件11输出如图9(a)所示的长时间曝光信号Ylong和如图9(b)所示的短时间曝光信号Yshort。即，从摄像元件11输出的长时间曝光信号Ylong，对于暗域32侧是合适的，而对于亮域31侧是饱和的。再有，从摄像元件11输出的短时间曝光信号Yshort，对于亮域31侧是合适的，而对于暗域32侧则是太小。

然后，对图9(a)所示的长时间曝光信号Ylong由拐点处理执行部分15执行拐点处理后，成为图9(c)所示的长时间曝光信号Ylong2，对图9(b)所示的短时间曝光信号Yshort由灰色系数处理执行部分16执行灰色系数处理后，成为图9(d)所示的短时间曝光信号Yshort2。

接着，图9(c)所示的长时间曝光信号Ylong2和图9(d)所示的短时间曝光信号Yshort2被信号合成部分17进行合成，成为图9(e)所示的合成信号Ymix。

然后，对图9(e)所示的合成信号Ymix进行灰度补偿部分19的灰度补偿等后，从主信号处理部分21输出的视频信号如图9(f)所示。

如图9所示，摄像装置10根据短时间曝光信号Yshort的信号电平变更拐点电平及合成电平，以不对暗域32侧的视频信号产生影响，因此，即使是作为高亮度的被摄体的亮域31中的灰色标度图33和作为低亮度的被摄体的暗域32中的灰色标度图34混合在一个画面内时，也能够提高灰色标度图33及灰色标度图34的双方的图像质量。

如上面说明的那样，摄像装置10根据短时间曝光信号Yshort的信号电平而在一个画面的视频信号内变更拐点电平和合成电平，因此，即使是低亮度的被摄体和高亮度的被摄体混合在一个画面内时，也能够将低亮度的被摄体及高亮度的被摄体的双方的图像质量比以往提高。

再有，由于摄像装置10在对长时间曝光信号Ylong实施所谓拐点处理的非线性变换的同时，对短时间曝光信号Yshort实施所谓灰色系数处理的非线性变换后，生成合成信号Ymix，因此，能够生成平滑的合成信号Ymix。

再有，如图5所示，因为摄像装置10的拐点处理执行部分15执行拐点为1个的拐点处理，所以与拐点处理执行部分15执行拐点为多个的拐点处理的摄像装置相比，其拐点处理执行部分15的结构简单。因此，摄像装置10与拐点处理执行部分15执行拐点为多个的拐点处理的摄像装置相比，能够减少制造成本。当然，摄像装置10的拐点处理执行部分15也可以是执行拐点为多个的拐点处理的。

此外，如图4所示，摄像装置10使电平变更部分18变更的拐点电平或合成电平对于短时间曝光信号Yshort的信号电平的变化而不连续地变化，但是，如图10所示，也可以使电平变更部分18变更的拐点电平或合成电平对于短时间曝光信号Yshort的信号电平的变化而连续地变化。在摄像装置10使电平变更部分18变更的拐点电平或合成电平对于短时间曝光信号Yshort的信号电平的变化而连续地变化的情况下，拐点电平或合成电平对于短时间曝光信号Yshort的信号电平的变化会平滑地变化，因此，与拐点电平或合成电平对于短时间曝光信号Yshort的信号电平的变化不连续地变化的情况相比，能够提高图像质量。

再有，作为摄像装置10对于合成信号Ymix的灰度补偿的方法，也可以使用本实施方式说明的方法之外的方法。

工业上的可利用性

如上所述，本发明的摄像装置，具有能够将混合于一个画面中的低亮度的被摄体及高亮度的被摄体双方的图像质量比以往提高的效果，作为用于摄像机等的摄像装置等是有用的。

Claims

1、一种摄像装置，其特征在于，包括：

摄像单元，输出至少两种曝光量不同的视频信号；

拐点处理执行单元，对于所述两种视频信号中曝光时间较长的长时间曝光信号执行拐点处理；

信号合成单元，将所述两种视频信号中曝光时间较短的短时间曝光信号和执行过所述拐点处理的所述长时间曝光信号进行合成；以及

电平变更单元，在一个画面的视频信号内，根据所述短时间曝光信号的信号电平，变更作为在所述拐点处理中拐点的信号电平的拐点电平。

2、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述电平变更单元根据所述短时间曝光信号的信号电平，在一个画面的视频信号内变更合成电平，该合成电平是作为由所述信号合成单元进行合成的基准的信号电平。

3、一种摄像装置，其特征在于，包括：

摄像单元，输出至少两种曝光量不同的视频信号；

信号合成单元，合成所述两种视频信号；以及

电平变更单元，根据所述两种视频信号中曝光时间较短的短时间曝光信号的信号电平，在一个画面的视频信号内变更合成电平，该合成电平是作为由所述信号合成单元进行合成的基准的信号电平。

4、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述拐点处理执行单元执行所述拐点为1个的所述拐点处理。

5、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述电平变更单元变更的所述拐点电平对于所述短时间曝光信号的信号电平的变化而连续地变化。

6、根据权利要求2或权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，

所述电平变更单元变更的所述合成电平对于所述短时间曝光信号的信号电平的变化而连续地变化。