CN104038702B - 摄像设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摄像设备及其控制方法。从生成合成图像所使用的曝光量不同的多个图像中的至少两个图像检测摄像相关评价值。基于预定操作来从所检测到的多个摄像相关评价值中选择对摄像设备的操作进行控制所使用的摄像相关评价值，由此提高HDR运动图像拍摄操作时的摄像相关评价值的检测精度。

Description

摄像设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及摄像设备及其控制方法，尤其涉及可以拍摄动态范围扩大的运动图像的摄像设备及其控制方法。
背景技术
传统上，一般的数字照相机中所使用的图像传感器(CCD图像传感器或CMOS图像传感器等)与卤化银胶片相比存在动态范围(利用输出值可表示的输入亮度范围)较窄的问题。作为获得具有比图像传感器的动态范围宽的动态范围的图像的方法，已知有被称为“HDR(高动态范围)”的技术。HDR是通过合成使用不同的曝光量拍摄一个场景所获得的多个图像(例如，过曝光图像和曝光不足图像等)来生成一个图像(HDR图像)的方法(日本特开平11-164195)。
此外，近年来，已提出了用于使用可以在一个帧时间段的摄像操作时拍摄曝光量不同的多个图像的图像传感器来生成HDR图像的技术，并且还涉及了适用于运动图像拍摄操作时的HDR图像生成的应用(日本特开2011-244309)。
在用于通过合成多个图像来生成帧图像的HDR运动图像拍摄操作中，在从合成图像检测到摄像所需的摄像相关评价值的情况下，这些摄像相关评价值的反映定时延迟。在如日本特开平11-164195所述的针对多个帧时间段获取曝光量不同的多个图像的结构中、以及还在如日本特开2011-244309所述的可以在一个帧时间段内获取曝光量不同的多个图像的结构中，存在该问题。注意，摄像相关评价值包括AF(自动调焦检测)评价值、AE(自动曝光控制)评价值和WB(白平衡)评价值等。
例如，将检查在HDR运动图像的摄像操作期间基于AF评价值来执行AF控制操作的情况。在这种情况下，在采用用于使用从合成图像检测到的AF评价值来执行AF控制操作的结构的情况下，AF评价值的反映定时在图像合成之后出现，这导致针对被摄体的运动的AF响应差。由于该原因，期望使用合成之前的图像来检测并反映AF评价值。
然而，在始终使用合成之前的图像(例如，曝光量大的过曝光图像和曝光量小的曝光不足图像)的其中一个来检测摄像相关评价值的结构中，由于曝光量和摄像场景之间的关系而导致经常无法检测到精确的摄像相关评价值。例如，在背景为夜景的状态下对人物摄像的非常暗的场景中，从曝光不足图像无法检测到精确的摄像相关评价值。可选地，在由于摄像场景十分亮并且具有宽的动态范围、因此被摄体遭受暗部缺失或高光溢出的情况下，从过曝光图像无法检测到精确的摄像相关评价值。
在(主被摄体的背景非常亮的)背光场景和(背景暗并且主被摄体的占用面积小的)隧道场景等中，存在相同的问题。
发明内容
本发明是考虑到上述相关技术的问题而作出的，并且提供可以提高HDR运动图像拍摄操作时的摄像相关评价值的检测精度的摄像设备及其控制方法。
根据本发明的方面，提供一种摄像设备，其特征在于，包括：摄像部件，用于拍摄曝光量不同的多个图像；曝光控制部件，用于控制所述摄像部件的曝光；评价值检测部件，用于从所述摄像部件所获得的曝光量不同的所述多个图像中的至少两个图像检测摄像相关评价值；选择部件，用于基于预定条件，来从所述评价值检测部件所检测到的多个摄像相关评价值中选择对所述摄像设备的操作进行控制所用的摄像相关评价值；以及控制部件，用于基于所述选择部件所选择的摄像相关评价值来控制所述摄像设备的操作。
根据本发明的另一方面，提供一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括用于拍摄运动图像的摄像部件，所述控制方法包括以下步骤：设置步骤，用于设置所述摄像部件的曝光条件，从而拍摄生成合成图像要使用的、曝光量不同的多个图像；评价值检测步骤，用于从所述摄像部件所获得的曝光量不同的所述多个图像中的至少两个图像检测摄像相关评价值；选择步骤，用于基于预定条件，来从所述评价值检测步骤中所检测到的多个摄像相关评价值中选择对所述摄像设备的操作进行控制所用的摄像相关评价值；以及控制步骤，用于基于所述选择步骤中所选择的摄像相关评价值来控制所述摄像设备的操作。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的摄像设备的功能结构示例的框图；
图2是用于说明根据本发明第一实施例的摄像设备中的HDR运动图像拍摄操作的操作定时的时序图；
图3是用于说明根据本发明第一实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作的流程图；
图4是示出根据本发明第二实施例的摄像设备的功能结构示例的框图；
图5是用于说明根据本发明第二实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作的流程图；
图6是示出根据本发明第二实施例的摄像设备中的摄像相关评价值的选择示例的表；
图7是示出根据本发明第三实施例的摄像设备的图像传感器的结构示例的框图；
图8是示出图7所示的单位像素的结构示例的电路图；
图9是用于说明根据本发明第三实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作的时序图；
图10是用于说明根据本发明第三实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作时垂直扫描单元的操作的时序图；
图11是用于说明根据本发明第三实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作的流程图；
图12A和12B是用于说明根据本发明第三实施例的摄像设备中、使用直方图的摄像相关评价值的选择操作的图；以及
图13是用于说明根据本发明第四实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作的流程图。
具体实施方式
现在将根据附图来详细说明本发明的典型实施例。
第一实施例
在本说明书中，摄像相关评价值是在对摄像设备进行控制并且对所拍摄图像应用校正等时所需的参数，并且是从所拍摄图像获取到的参数。例如，AF(自动调焦检测)评价值、WB(白平衡)评价值和AE(自动曝光控制)评价值等是典型的摄像相关评价值，但本发明不限于这些特定值。
AF评价值(焦点评价值)用于使光学***与被摄体聚焦，并且主要是对调焦透镜的位置进行控制所需的。
WB评价值(白平衡评价值)用于对所拍摄图像的色调进行校正，并且是显像处理所需的参数。
AE评价值(曝光评价值)是自动调整摄像操作的曝光条件所需的，并且主要用于设置光圈、快门速度和感光度。
图1是示出根据本实施例的摄像设备的功能结构示例的框图。
镜头101是构成光学***的透镜组，并且包括用于调节聚焦距离的调焦透镜。调焦透镜的位置可以沿着光轴方向改变，并且***控制器108基于摄像评价值检测器107所检测到的AF评价值来经由镜头驱动控制器106控制调焦透镜的位置。
经由镜头101入射的光在包括CCD或CMOS图像传感器等的图像传感器102的成像面上形成被摄体的光学图像。
图像传感器102将入射到各像素的光转换成电荷，针对各像素来将被摄体的光学图像转换成电信号，并且输出该电信号。
拍摄信号处理器103对从图像传感器102输出的电信号应用诸如A/D转换等的信号处理，并且输出处理后的信号作为图像数据。注意，可以将拍摄信号处理器103作为图像传感器102的周边电路进行嵌入。
摄像评价值检测器107根据从拍摄信号处理器103输出的图像数据检测预定的摄像相关评价值。在这种情况下，摄像评价值检测器107在来自***控制器108的输出定时从HDR处理之前的过曝光图像和曝光不足图像检测摄像相关评价值，并且选择这些摄像相关评价值的其中一个(后面将说明详细内容)。
然后，***控制器108基于所检测到的摄像相关评价值中的AF评价值来确定镜头101(调焦透镜)的控制量，并且将该控制量输出至镜头驱动控制器106。
镜头驱动控制器106基于来自***控制器108的控制量来在光轴方向上驱动镜头101中所包括的调焦透镜，由此调整镜头101的聚焦距离。
帧存储器113存储输入至视频信号处理器104的图像数据。视频信号处理器104通过对存储在帧存储器113中的图像数据应用预定处理来生成HDR图像，并且输出可以显示在显示单元105上的图像信号。
视频信号处理器104针对从图像传感器102输出的运动图像的各帧或针对预定帧数输出图像信号。
***控制器108是诸如CPU(中央处理单元)等的可编程处理器，并且根据存储在ROM等中的程序来控制摄像设备整体。更具体地，***控制器108控制镜头驱动控制器106、图像传感器102、拍摄信号处理器103、视频信号处理器104和摄像评价值检测器107的处理。此外，***控制器108控制显示单元105、外部输入/输出端子单元109、操作单元110、存储单元111和电源单元112。
外部输入/输出端子单元109是使外部装置连接至摄像设备所需的外部接口，并且例如包括符合HDMI和USB标准等的连接器。
操作单元110是用户向摄像设备输入指示和设置所需的输入装置组。操作单元110包括释放按钮、记录/播放模式切换开关、箭头键、确定/执行键和菜单按钮等(即，通常包括在摄像设备中的按钮和键等)。注意，诸如触摸面板和语音输入等的在无需任何硬件键的情况下实现输入方法所需的结构也包括在操作单元110中。
存储单元111包括记录介质，并且将所拍摄到的运动图像和静止图像记录在该记录介质中。记录介质可以是可拆卸型(例如，半导体存储卡等)或固定型(内部驱动器)或这两者。
电源单元112例如包括二次电池和电源电路，并且供给驱动摄像设备的各单元所需的电源电压。
以下将说明根据本实施例的HDR运动图像生成处理。注意，运动图像拍摄操作不仅包括要记录的图像的拍摄，而且还包括为了在摄像待机模式下显示在显示单元105上所要拍摄的实时取景图像的拍摄。在本实施例中，为了简便和容易理解，将曝光量不同的两个图像合成以生成HDR图像(运动图像帧)。可选地，可以使用三个以上的图像来生成一个HDR图像。注意，在以下说明中，将使用比适当曝光量大的曝光量所拍摄到的过曝光图像称为高(High)图像，将使用适当曝光量所拍摄到的图像称为中(Middle)图像，并且将使用比适当曝光量小的曝光量所拍摄到的曝光不足图像称为低(Low)图像。
图2是用于说明本实施例的摄像设备中的HDR运动图像拍摄操作时的操作定时的时序图。假定HDR运动图像的帧频为30帧/秒(fps)。由于根据两个图像来生成HDR运动图像的一帧，因此摄像帧频为60fps。注意，这些帧频是示例，并且可以使用其它帧频。
***控制器108使用内部时钟来生成定时脉冲。与1/60s周期的摄像同步信号同步地执行60fps的摄像操作。
在本实施例中，***控制器108交替执行高图像201和低图像202的摄像操作。在这种情况下，例如假定高图像是在比适当曝光等级Ev(0)亮1级(+1级)的曝光条件Ev(H)下拍摄到的过曝光图像，并且低图像是在比适当曝光等级暗1级(-1级)的曝光条件Ev(L)下拍摄到的曝光不足图像。
将所拍摄图像临时存储在帧存储器113中。在获得了高图像201和低图像202的情况下，视频信号处理器104在下一帧周期合成这两个图像以生成HDR图像203。注意，可以使用已知方法来根据高图像201和低图像202生成HDR图像203。
摄像评价值检测器107根据从***控制器108输出的摄像评价值提取定时204和205来从高图像201和低图像202分别检测预定的摄像相关评价值。
此外，摄像评价值检测器107根据从***控制器108输出的摄像评价值选择定时206来选择被判断为比其它更适合用在HDR运动图像拍摄操作中的摄像相关评价值。
在要从合成图像获得摄像相关评价值的情况下，这些摄像相关评价值是在合成处理之后获得的。然而，在本实施例中，可以在合成处理开始之前的定时选择并反映摄像相关评价值，由此提高使用摄像相关评价值的处理的响应。
***控制器108基于在摄像评价值选择定时所选择的摄像相关评价值中的AF评价值来经由镜头驱动控制器106控制调焦透镜位置，由此调整镜头101的聚焦距离。***控制器108在镜头控制定时207的一个周期、即输出同步信号的一个周期(1/30秒)内执行调焦透镜位置的控制。
以下将参考图3所示的流程图来详细说明根据本实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作。注意，在以下说明中，设α是从高图像检测到的摄像相关评价值、并且β是从低图像检测到的摄像相关评价值。
在例如通过对操作单元110的电源开关进行操作来接通电源的情况下(步骤S301)，电源单元112向各单元供给电源电压。***控制器108执行各种初始设置(步骤S302)，并且设置成摄像待机状态。
在这种状态下对操作单元110的记录按钮等进行操作的情况下，开始要记录的运动图像的摄像操作。可选地，在无需记录按钮的任何操作的情况下，开始在待机状态下要显示在显示单元105上的实时取景视频的摄像操作(步骤S303)。在本实施例中，假定在任一情况下执行HDR运动图像拍摄操作，并且以下将在无需区分实时取景视频和要记录的视频的情况下进行说明。
***控制器108利用已知的任意方法来计算适当曝光条件，并且参考该适当曝光条件来确定+1级的高图像用曝光条件Ev(H)和-1级的低图像用曝光条件Ev(L)(步骤S304)。假定在这种情况下，通过将快门速度(并且根据需要还将感光度)相对于适当曝光条件调整了+1级和-1级来确定这些条件Ev(H)和Ev(L)。此外，假定***控制器108通过控制图像传感器102中的电荷累积时间段来控制快门速度。
在步骤S305中，***控制器108根据步骤S304中所确定的曝光条件Ev(H)来执行摄像操作。***控制器108将通过该摄像操作所获得的高图像保存在帧存储器113中，并且将该图像供给至摄像评价值检测器107。摄像评价值检测器107从该高图像检测摄像相关评价值α(步骤S306)。
在步骤S307中，***控制器108根据步骤S304中所确定的曝光条件Ev(L)来执行摄像操作。***控制器108将通过该摄像操作所获得的低图像保存在帧存储器113中，并且将该图像供给至摄像评价值检测器107。摄像评价值检测器107从该低图像检测摄像相关评价值β(步骤S308)。
在步骤S309中，视频信号处理器104开始用于根据保存在帧存储器113中的高图像和低图像生成HDR图像(HDR运动图像帧)的合成处理。
在步骤S310中，视频信号处理器104执行步骤S309中所生成的HDR图像的显像处理。在该显像处理之后，将运动图像记录在存储单元111中或者将实时取景视频显示在显示单元105上。注意，如图2所示，步骤S310中所记录或所显示的HDR图像是在紧前的帧周期处所拍摄到的高图像和低图像的合成图像。
在步骤S311中输入运动图像拍摄结束指示(例如，记录操作结束指示或向着无任何实时取景显示操作的操作模式的转变指示)的情况下，***控制器108结束该处理。另一方面，在要继续摄像操作的情况下，该处理进入步骤S312。
在步骤S312～S314中，摄像评价值检测器107基于步骤S306中从高图像检测到的摄像相关评价值α和步骤S308中从低图像检测到的摄像相关评价值β的比较结果，来选择这些摄像相关评价值中的被判断为更适合的一个摄像相关评价值。
例如，假定摄像相关评价值是对比度检测方法的自动调焦检测(对比度AF)所用的AF评价值。在这种情况下，AF评价值表示对比度的大小，并且AF评价值越高(越大)，这意味着光学***越接近聚焦状态。因此，图像的对比度越大，所获得的AF评价值越高。
例如，在拍摄背光场景的情况下，被摄体的对比度(AF评价值)在高图像中高并且在低图像中低。
在步骤S312中判断为从高图像检测到的摄像相关评价值α不小于从低图像检测到的摄像相关评价值β(α≥β)的情况下，在步骤S313中摄像评价值检测器107选择从高图像检测到的摄像相关评价值α。另一方面，在步骤S312中判断为从低图像检测到的摄像相关评价值β较高(α<β)的情况下，在步骤S314中摄像评价值检测器107选择从低图像检测到的摄像相关评价值β。注意，在要合成三个以上的图像的情况下，可以选择最高的评价值。
然后，重复从步骤S304起的处理。
***控制器108基于所选择的摄像相关评价值来控制摄像设备的操作。在摄像相关评价值是AF评价值的情况下，如图2所示，***控制器108在镜头控制定时207处控制调焦透镜。注意，没有特别限制基于AF评价值来如何控制调焦透镜，并且可以使用已知方法。
如上所述，根据本实施例，在需要使用在拍摄HDR运动图像的同时所检测到的摄像相关评价值的情况下，代替从合成之后的HDR图像检测到的摄像相关评价值，在从合成之前的多个图像检测到的摄像相关评价值中动态地选择并使用适当的摄像相关评价值。由于该原因，可以缩短从拍摄到要合成的图像起直到获得摄像相关评价值为止所需的时间段，由此使得能够进行响应快速的控制。此外，由于可以使用从合成之前的多个图像检测到的摄像相关评价值中的最佳摄像相关评价值，因此与使用从按合成之前的多个图像的特定顺序拍摄到的图像中检测到的摄像相关评价值的情况相比，可以提高控制精度。
注意，在本实施例中，已说明了AF评价值作为摄像相关评价值的示例。关于例如白平衡评价值(WB评价值)和AE评价值的其它摄像相关评价值，可以应用相同的结构。
也就是说，如图3所示，在步骤S306中从高图像并且在步骤S308中从低图像分别检测其它摄像相关评价值，并且在步骤S312中选择最佳值。然后，基于所选择的摄像相关评价值来控制摄像设备的操作(白平衡系数的计算操作或下次摄像时的曝光控制参数的确定)。
第二实施例
在第一实施例中，基于从合成之前的多个图像检测到的摄像相关评价值的比较结果来选择最佳摄像相关评价值。第二实施例的特征在于以下：基于摄像场景的检测时所使用的信息来选择最佳摄像相关评价值。
图4是示出根据第二实施例的摄像设备的功能结构示例的框图，并且共通的附图标记表示与图1所示的摄像设备中的单元共通的单元。本实施例的摄像设备的特征在于以下：向图1所示的摄像设备添加了面部信息检测器401、亮度信息检测器402、颜色信息检测器403和场景判断单元404。
面部信息检测器401对从拍摄信号处理器103输出的图像信号应用已知的面部检测处理以检测包括在图像中的人物或动物(宠物等)的面部区域，并且将所检测到的面部区域的信息作为被摄体检测信息输出至场景判断单元404。注意，被摄体检测信息可以是除面部区域以外的检测信息。
亮度信息检测器402将与从视频信号处理器104接收到的视频信号相对应的图像分割成多个区域，并且计算各区域的平均亮度值。
然后，亮度信息检测器402例如使用这些平均亮度值来计算诸如帧图像的中心部和周边部之间的亮度差或者中心亮度值等的亮度信息。将亮度信息检测器402所检测到的亮度信息发送至场景判断单元404。
颜色信息检测器403对从视频信号处理器104接收到的视频信号应用颜色检测处理，并且检测诸如平均饱和度或高饱和度区域的面积等的颜色信息。将颜色信息检测器403所检测到的颜色信息发送至场景判断单元404。
场景判断单元404基于从面部信息检测器401、亮度信息检测器402和颜色信息检测器403发送来的各信息，根据视频信号处理器104处理后的视频信号来判断摄像场景是否是满足特定条件的摄像场景。例如，可以使用已知的场景判断技术(还称为场景识别技术)基于背景的亮度值和被摄体的亮度值之间的关系、背景的颜色信息以及有无检测到人物来执行该判断。
从面部信息检测器401、亮度信息检测器402和颜色信息检测器403发送来的各信息由场景判断单元404临时保存，并且根据需要进行更新。
然后，场景判断单元404将根据所判断出的摄像场景来改变摄像参数和图像处理参数等所需的信息发送至***控制器108。
摄像评价值检测器107基于场景判断单元404的信息来选择是否使用从高图像或低图像获得的摄像相关评价值。
以下将说明利用场景判断单元404的场景判断操作。
场景判断单元404基于亮度信息检测器402所检测到的亮度信息和颜色信息检测器403所检测到的颜色信息来针对HDR处理之前的高图像和低图像判断摄像场景的背景。
此外，场景判断单元404使用面部信息检测器401所检测到的面部信息来针对HDR处理之前的高图像和低图像判断摄像场景中的主被摄体。
首先将说明判断摄像场景的背景的情况。
场景判断单元404分析亮度信息检测器402所检测到的亮度信息和颜色信息检测器403所检测到的颜色信息。然后，在图像上的天蓝色区域的面积不小于阈值的情况下，场景判断单元404判断为摄像场景的背景是蓝色天空。
此外，场景判断单元404分析亮度信息检测器402所检测到的亮度信息和颜色信息检测器403所检测到的颜色信息。然后，在亮度信息检测器402所检测到的亮度信息和颜色信息检测器403所检测到的颜色信息被判断为图像亮度与直方图分布或方差相关联地满足预定条件的情况下，场景判断单元404判断为摄像场景的背景是夜景。
例如，在低亮度部占图像的亮度直方图的大部分、并且高亮度部断续分布的情况下，场景判断单元404可以判断为摄像场景的背景是夜景。
此外，场景判断单元404分析亮度信息检测器402所检测到的亮度信息和颜色信息检测器403所检测到的颜色信息。然后，在图像的平均饱和度和高饱和度区域的面积这两者不小于阈值的情况下，场景判断单元404判断为摄像场景是彩色场景。
以下将说明判断摄像场景中的主被摄体的情况。
场景判断单元404分析来自面部信息检测器401的面部信息，并且在根据图像信号检测到面部的情况下，判断为摄像场景中的主被摄体是人物。
这样，场景判断单元404判断场景的背景和被摄体这两者，并且将作为这些判断结果的组合的一个判断结果输出至***控制器108。
例如，在如背光场景那样的背景非常亮的状态下拍摄人物的图像的情况下，低图像的亮度信息和颜色信息的检测值较高，并且高图像的面部信息的检测值较高。
另一方面，在如隧道场景那样的、背景暗并且主被摄体的占用面积小的情况下，高图像的亮度信息和颜色信息的检测值较高，并且低图像的面部信息的检测值较高。
摄像评价值检测器107基于从场景判断单元404获得的信息来选择从高图像检测到的摄像相关评价值α和从低图像检测到的摄像相关评价值β的其中一个。
以下将参考图5所示的流程图来详细说明本实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作。注意，在图5中，与图3相同的附图标记表示执行与第一实施例的处理相同的处理的步骤，并且将省略针对这些步骤的重复说明。在以下说明中，设Xh是从高图像检测到的面部信息检测值、Yh是亮度信息检测值、并且Zh是颜色信息检测值。此外，设Xl是从低图像检测到的面部信息检测值、Yl是亮度信息检测值、并且Zl是颜色信息检测值。注意，作为比较时所使用的面部信息、亮度信息和颜色信息，可以使用检测器401～403所检测到的多个类型的信息中的预定一个信息，或者可以在预定条件下将多个类型的信息转换成一个值。
摄像评价值检测器107将从低图像和高图像分别检测到的面部信息X、亮度信息Y和颜色信息Z的信息值进行比较，并且例如如图6所示选择摄像相关评价值α和β。图6示出基于面部信息、亮度信息和颜色信息的大小关系的组合来选择摄像相关评价值α和β中的哪一个。
注意，如图6所示，摄像评价值检测器107可以基于场景判断单元404的场景判断结果来选择摄像相关评价值α和β。在使用场景判断结果的情况下，可以不必进行各信息的比较。
在步骤S305中获取到高图像之后，在步骤S501中，针对该高图像，面部信息检测器401检测面部信息Xh，亮度信息检测器402检测亮度信息Xh，并且颜色信息检测器403检测颜色信息Zh。
此外，在步骤S502中，针对步骤S307中所获取到的低图像，面部信息检测器401检测面部信息Xl，亮度信息检测器402检测亮度信息Xl，并且颜色信息检测器403检测颜色信息Zl。
在步骤S311中输入摄像操作结束指示的情况下，***控制器108结束该处理。另一方面，在要继续摄像操作的情况下，该处理进入步骤S504。
在步骤S504中，摄像评价值检测器107根据步骤S501中从高图像检测到的各值和步骤S502中从低图像检测到的各值，来确定要反映到下一摄像操作的摄像相关评价值。
例如，在各值的关系如下的情况下，
面部信息值：Xh≤Xl
亮度信息值：Yh>Yl
颜色信息值：Zh>Zl
摄像评价值检测器107选择从高图像检测到的摄像相关评价值α。注意，由于在场景判断单元404判断为背光场景的情况下也满足这些关系，因此如果场景判断单元404判断为背光场景，则摄像评价值检测器107可以立即选择摄像相关评价值α。
同样，在各值的关系如下的情况下，
面部信息值：Xh>Xl
亮度信息值：Yh≤Yl
颜色信息值：Zh≤Zl
摄像评价值检测器107选择从低图像检测到的摄像相关评价值β。注意，由于在场景判断单元404判断为隧道场景的情况下也满足这些关系，因此如果场景判断单元404判断为隧道场景，则摄像评价值检测器107可以立即选择摄像相关评价值β。
将步骤S504中所选择的摄像相关评价值反映到下一摄像操作。
在第二实施例中，在实时取景模式下或在记录运动图像时执行HDR处理的情况下，基于场景判断结果或场景判断时所使用的信息来选择最佳摄像相关评价值，由此获得运动图像中的精确的HDR结果。
在本实施例中执行场景判断时，从高图像和低图像各自检测面部信息、亮度信息和颜色信息。然而，可以使用其它方法。例如，可以从一帧之前的合成前图像或HDR图像检测各信息。
本实施例已说明了使用面部信息、亮度信息和颜色信息来进行场景判断。可选地，可以使用这些信息中的一些信息，或者可以使用较多数量的类型的信息来执行场景判断并选择摄像相关评价值。
在本实施例中，选择从与面部信息、亮度信息和颜色信息中的取大值的至少两个相对应的图像检测到的摄像相关评价值。然而，可以对各信息值进行加权并进行比较。
本实施例已说明了要合成高图像和低图像这两个图像的情况。此外，相同的结构可应用于要合成高图像、低图像和中图像的三个以上的图像的情况。
第三实施例
以下将说明本发明的第三实施例。在本实施例中，将第一实施例的结构应用于可以在一个帧时间段内获取曝光量不同的多个图像的结构。
图7是示出作为图像传感器102的示例的CMOS图像传感器的结构示例的框图。图像传感器102包括像素阵列单元701，其中在该像素阵列单元701中，各自包括光电转换元件的单位像素(以下简称为“像素”)700呈矩阵模式二维配置。图像传感器102例如包括垂直扫描单元702、列信号处理电路703、列选择电路704和水平扫描单元705等，作为像素阵列单元701的周边电路。
对单位像素700布线垂直信号线706，并且针对各线布线例如复位控制信号线RST707、传送控制线TRS708和选择控制线SEL709的驱动控制线。
图8示出单位像素700的电路结构示例。
除了例如光电二极管300的光电转换元件以外，单位像素700还采用具有例如传送晶体管301、复位晶体管302、放大器晶体管303和选择晶体管304这四个晶体管的像素结构。
传送晶体管301连接在光电二极管300的阴极电极和作为电荷电压转换单元的浮动扩散305之间。
传送晶体管301的栅极电极连接至传送控制线TRS708。在从传送控制线TRS708向栅极电极(控制电极)施加传送脉冲的情况下，传送晶体管301将通过光电二极管300的光电转换所累积的信号电荷传送至浮动扩散305。
复位晶体管302的漏极电极连接至像素电源VDD，并且其源极电极连接至浮动扩散305。复位晶体管302的栅极电极连接至复位控制线RST707。
在从光电二极管300向浮动扩散305传送信号电荷之前，从复位控制线RST707向复位晶体管302的栅极电极施加复位脉冲。因而，可以将浮动扩散305的电位复位为预定电位。
放大器晶体管303的栅极电极连接至浮动扩散305，并且漏极电极连接至像素电源VDD。放大器晶体管303将利用复位晶体管302进行复位之后的浮动扩散305的电位输出作为复位电平。
此外，放大器晶体管303将利用传送晶体管301传送了信号电荷之后的浮动扩散305的电位输出作为信号电平。
选择晶体管304的漏极电极例如连接至放大器晶体管303的源极电极，并且其源极电极连接至垂直信号线706。
此外，选择晶体管304的栅极电极连接至选择控制线SEL709。在向该栅极电极施加选择脉冲的情况下选择晶体管304有效，从而将单位像素700设置成选择状态，由此将从放大器晶体管303输出的电信号输出到垂直信号线706上。
注意，选择晶体管304可以连接在像素电源VDD和放大器晶体管303的漏极电极之间。
上述单位像素的结构是示例。例如，可以采用三晶体管结构，即可以省略选择晶体管304，并且可以共通地使用放大器晶体管303作为选择晶体管304。可选地，可以采用放大器晶体管303由多个单位像素共用的结构。还可以采用其它结构。
图7所示的垂直扫描单元702包括线选择电路和驱动器电路。
线选择电路包括移位寄存器或地址解码器等，并且在***控制器108的控制下生成针对各线垂直地扫描单位像素700所需的诸如传送脉冲、复位脉冲和选择脉冲等的像素驱动脉冲。
驱动器电路与利用行选择电路的垂直扫描同步地，将使单位像素700的晶体管301、302和304有效/无效所需的具有预定电压的传送脉冲、复位脉冲和选择脉冲供给至单位像素700。此外，驱动器电路被配置为将具有比预定电压低的中间电压的传送脉冲供给至单位像素700。
列信号处理电路703与像素阵列单元701的各列相对应地配置。
各列信号处理电路703对经由垂直信号线706从通过垂直扫描所选择的读取线的相应单位像素700输出的电信号应用预定的信号处理以生成与从该单位像素700读出的信号电荷相对应的像素信号，并且临时保持该像素信号。
例如，代替拍摄信号处理器103，各列信号处理电路703可以执行类似的信号处理。例如，各列信号处理电路703可以执行CDS(相关双采样)处理。该CDS处理减少复位噪声、以及诸如放大器晶体管303的阈值变化等的像素特有的固定模式噪声。此外，各列信号处理电路703可以执行用于将模拟信号转换成数字信号的A/D转换处理。
列选择电路704包括移位寄存器和地址解码器等。列选择电路704针对像素阵列单元701的各像素列进行水平扫描，并且控制水平扫描单元705以按水平扫描顺序读出列信号处理电路703临时保持的像素信号。
水平扫描单元705包括水平选择开关等，并且通过列选择电路704的水平扫描来顺次读出列信号处理电路703临时保持的像素信号，由此针对各线输出图像信号。
***控制器108控制垂直扫描单元702和列选择电路704的操作，以针对各线在垂直方向上扫描像素阵列单元701的单位像素700，由此通过水平扫描输出通过该垂直扫描所读出的各像素的信号。
在本实施例中，如图7所示，使用相邻的两个线作为一个单位，设置长时间曝光用偶数(Even)线和短时间曝光用奇数(Odd)线以控制像素阵列单元701的扫描。
当前市售的1-CCD型彩色图像传感器包括原色拜尔(Bayer)矩阵的颜色滤波器，其中在该颜色滤波器中，R、G1、B和G2规则排列以具有垂直和水平的两个像素作为重复单位。在本实施例中，假设图像传感器102包括原色拜尔矩阵的颜色滤波器来给出以下配置。
由于拜尔矩阵使用垂直和水平的两个像素这四个像素作为重复单位，因此本实施例将由拜尔矩阵的重复单位构成的相邻两个线定义为一个像素区域，并且针对各像素区域设置长时间曝光用偶数线和短时间曝光用奇数线。在图7中，将线(Ln,Ln+1)和(Ln+2,Ln+3)分别设置为奇数线，并且将线(Hn,Hn+1)和(Hn+2,Hn+3)分别设置为偶数线。短时间曝光用奇数线和长时间曝光用偶数线在垂直方向上相邻。
图9是用于说明本实施例的摄像设备中的HDR运动图像拍摄操作的操作定时的时序图。在这种情况下，假定HDR运动图像的帧频为60帧/秒(fps)。根据两个图像来生成HDR运动图像的一帧。在本实施例中，由于(通过一次摄像操作)在一个帧时间段内获取到曝光量不同的两个图像，因此摄像帧频为60fps。注意，这些帧频是示例，并且可以使用其它帧频。
响应于***控制器108所生成的1/60s周期的摄像同步信号(垂直同步信号)，针对一个帧时间段执行摄像操作。
在本实施例中，***控制器108在一个帧时间段内同时执行低图像901和高图像902的摄像操作和曝光操作。注意，例如，高图像是在比适当曝光等级Ev(0)亮1级(+1级)的曝光条件Ev(H)下拍摄到的过曝光图像，并且低图像是在比适当曝光等级Ev(0)暗1级(-1级)的曝光条件Ev(L)下拍摄到的曝光不足图像。
将在一个帧时间段内获取到的低图像901和高图像902这两者临时存储在帧存储器113中。在获得了低图像和高图像之后，视频信号处理器104在下一帧时间段内合成这两个图像，由此生成HDR图像903。
摄像评价值检测器107根据从***控制器108输出的摄像相关评价值提取定时904来从低图像901和高图像902分别检测预定的摄像相关评价值。
此外，摄像评价值检测器107根据从***控制器108输出的摄像评价值选择定时905来选择被判断为与其它相比更适合用在HDR运动图像拍摄操作中的摄像相关评价值。
在要从合成图像获得摄像相关评价值的情况下，这些摄像相关评价值是在合成处理之后获得的。然而，在本实施例中，可以在合成处理开始之前的定时选择并反映摄像相关评价值，由此提高使用摄像相关评价值的处理的响应。
***控制器108基于在摄像评价值选择定时所选择的摄像相关评价值中的AF评价值来经由镜头驱动控制器106控制调焦透镜位置，由此调整镜头101的聚焦距离。***控制器108在镜头控制定时906的一个周期、即输出同步信号的一个周期(1/60秒)内执行调焦透镜位置的控制。
图10是垂直扫描单元702为了在一个帧时间段内获取生成HDR图像所需的低图像和高图像而生成的信号的时序图。图10示出短时间曝光用奇数线的复位控制线RST_Ln和传送控制线TRS_Ln、以及长时间曝光用偶数线的复位控制线RST_Hn和传送控制线TRS_Hn的信号定时。
在传送控制线TRS信号和复位控制线RST信号上升的情况下，光电二极管300的电荷被复位并且开始曝光(电荷累积)。在***控制器108所设置的条件下，按预定顺序对像素阵列单元701的各线顺次执行该操作。
之后，在低图像所用的奇数线中，在经过了获取低图像所需的曝光时间之后，奇数线所用的TRS_Ln信号顺次上升。因而，累积在光电二极管300上的电荷被读出至选择晶体管304，并且经由列选择电路704被输出。根据这些信号获得了低图像901。
然后，在经过了获取高图像所需的曝光时间之后，TRS_Hn信号顺次上升，并且累积在光电二极管300上的电荷被读出至选择晶体管304并且经由列选择电路704被输出。根据这些信号获得了高图像902。
以下将参考图11所示的流程图来详细说明本实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作。注意，在以下说明中，设α是从高图像检测到的摄像相关评价值、并且β是从低图像检测到的摄像相关评价值。
在图11中，与图3相同的步骤编号表示执行与第一实施例所述的处理相同的处理的步骤，将不重复针对这些处理的说明，并且将说明不同于第一实施例的处理步骤。如通过图3和11之间的比较可以看出，在本实施例中，图3的步骤S305和S307中的高图像和低图像的获取操作被步骤S1101所替换，并且步骤S306和S308中的摄像相关评价值α和β的检测操作被步骤S1102所替换。
在步骤S1101中，***控制器108根据步骤S304中所确定的曝光条件Ev(H)和Ev(L)来生成定时脉冲，并且将这些定时脉冲供给至图像传感器102的偶数线和奇数线。因而，在一个帧时间段内，可以从奇数线获取到低图像并且可以从偶数线获取到高图像。***控制器108将所获取到的低图像和高图像保存在帧存储器113中。
在步骤S1102中，摄像评价值检测器107参考帧存储器113来检测针对高图像的摄像相关评价值α和针对低图像的摄像相关评价值β。
由于其它处理与第一实施例中的处理相同，因此将不重复针对这些处理的说明。
如上所述，第一实施例可以应用于在一个帧时间段内获取曝光量不同的多个图像并且合成这些多个图像以获得HDR图像的摄像设备。
注意，在选择AF评价值时，代替对比度AF评价值的比较，可以通过比较焦点检测区域的直方图来选择最佳的AF评价值。
图12A和12B示出高图像和低图像的示例、以及相应直方图的示例。
在图12A中，直方图1202表示低图像的焦点检测区域1201的信号水平分布，并且直方图1204表示高图像的焦点检测区域1203的信号水平分布。该信号水平可以是亮度水平。摄像评价值检测器107生成直方图1202和1204，然后针对高图像和低图像计算各直方图中的信号水平的min值的个数和max值的个数。
在图12A中，设min_la是低图像中的min值的个数、并且max_la是max值的个数。此外，设min_ha是高图像中的min值的个数、并且max_ha是max值的个数。在图12A所示的直方图1202和1204中，满足以下关系。
min_la<max_la
min_ha<max_ha
在这种情况下，摄像评价值检测器107比较各图像中的个数较多的值、即在图12A的示例中低图像中的个数max_la和高图像中的个数max_ha。
在该示例中，由于max_la<max_ha，因此针对高图像的焦点检测区域1203的直方图1204因信号水平高的像素数大而暗示高光溢出。
另一方面，在针对低图像的焦点检测区域1201的直方图1202中，由于与高图像相比、信号水平向着中央分布，因此高光溢出的可能性低。由于该原因，摄像评价值检测器107在图12A的示例中在步骤S312中选择从低图像检测到的摄像相关评价值β。
图12B示出背光场景等的示例，并且低图像的焦点检测区域1205的直方图1206表示信号水平低的像素数大。
在图12B中，设min_lb是低图像中的min值的个数、并且max_lb是max值的个数。此外，设min_hb是高图像中的min值的个数、并且max_hb是max值的个数。在这种情况下，根据各图像的直方图获得以下关系。
min_lb>max_lb
min_hb<max_hb
在这种情况下，摄像评价值检测器107比较各图像中的个数较多的值、即在图12B的示例中低图像中的个数min_lb和高图像中的个数max_hb。
在该示例中，由于min_lb<max_hb，因此针对低图像的焦点检测区域1205的直方图1206因信号水平低的像素数大而暗示暗部缺失的生成。
另一方面，在高图像的焦点检测区域1207的直方图1208中，与低图像相比，信号水平向着中央分布。由于该原因，摄像评价值检测器107在图12B的示例中在步骤S312中选择从高图像检测到的摄像相关评价值α。
这样，可以根据从高图像和低图像检测到的min值的个数和max值的个数来选择AF评价值。
注意，作为直方图比较示例，已说明了比较具有min值和max值的像素数的方法。可选地，通过采用用于将不小于预定阈值的像素数和小于该阈值的像素数进行比较的其它方法，可以检测到最佳摄像相关评价值。
已说明了作为摄像相关评价值的示例的AF评价值。可选地，可以利用相同结构来从例如WB评价值或AE评价值的其它摄像相关评价值中检测最佳评价值。
在WB评价值或AE评价值的情况下，还从图11的步骤S1102中获取到的高图像和低图像检测到这些WB评价值或AE评价值。
然后，在步骤S313或S314中，基于所选择的WB评价值来计算显像所需的参数。关于AE评价值，基于步骤S313或S314中所选择的AE评价值来计算光圈、快门速度和感光度的控制值，以在下一帧的摄像操作时获得适当曝光值。
如上所述，即使在一个帧时间段内获取曝光量不同的多个图像的设备中，也可以获得与第一实施例相同的效果。
第四实施例
以下将说明本发明的第四实施例。在本实施例中，将第二实施例的结构应用于可以在一个帧时间段内获取曝光量不同的多个图像的结构。
由于根据本实施例的摄像设备的功能结构可以与第二实施例(图4)的功能结构相同，因此将不给出针对该功能结构的说明。
以下将参考图13所示的流程图来说明本实施例的摄像设备的HDR运动图像拍摄操作。注意，在图13中，与图5相同的步骤编号表示执行与第二实施例的处理相同的处理的步骤，并且将省略针对这些步骤的重复说明。
在步骤S1201中，与第三实施例的步骤S1101相同，在一个帧时间段内获取低图像和高图像。
在步骤S1202中，执行与步骤S501和S502的处理相同的处理。
在步骤S1203中，执行与步骤S306和S308的处理相同的处理。
其它处理步骤与第二实施例中的处理步骤相同。
这样，即使在一个帧时间段内获取曝光量不同的多个图像的设备中，也可以获得与第二实施例相同的效果。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给***或装置，该***或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (12)

1.一种摄像设备，其特征在于，包括：
摄像部件，用于拍摄曝光量不同的多个图像；
曝光控制部件，用于控制所述摄像部件的曝光；
评价值检测部件，用于从所述摄像部件所获得的曝光量不同的所述多个图像中的至少两个图像检测摄像相关评价值；
场景判断部件，用于判断摄像场景；
选择部件，用于基于预定条件，来从所述评价值检测部件所检测到的多个摄像相关评价值中选择对所述摄像设备的操作进行控制所用的摄像相关评价值；以及
控制部件，用于基于所述选择部件所选择的摄像相关评价值来控制所述摄像设备的操作，
其中，所述选择部件根据所述场景判断部件所判断出的场景来进行选择，
所述曝光控制部件在要以比适当曝光量大的曝光量进行摄像的条件、和要以比所述适当曝光量小的曝光量进行摄像的条件下，对所述曝光进行控制，以及
在所述摄像相关评价值是焦点评价值、并且所述场景判断部件判断为所述摄像场景是背光场景的情况下，所述选择部件选择从曝光量不同的所述多个图像中在要以比所述适当曝光量大的曝光量进行摄像的条件下拍摄到的图像检测到的摄像相关评价值。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括生成部件，所述生成部件用于通过合成曝光量不同的所述多个图像来生成合成图像。
3.根据权利要求1或2所述的摄像设备，其特征在于，所述摄像相关评价值包括曝光评价值，并且所述曝光控制部件基于所述选择部件所选择的曝光评价值来控制所述摄像部件的曝光量。
4.根据权利要求1或2所述的摄像设备，其特征在于，所述曝光控制部件针对在所述摄像部件中预先设置的多个像素区域设置多个电荷累积时间，由此控制所述摄像部件以在一个帧时间段内拍摄曝光量不同的所述多个图像。
5.根据权利要求4所述的摄像设备，其特征在于，所述多个像素区域是基于所述摄像部件中所包括的图像传感器的颜色滤波器的重复单位所设置的。
6.一种摄像设备，其特征在于，包括：
摄像部件，用于拍摄曝光量不同的多个图像；
曝光控制部件，用于控制所述摄像部件的曝光；
评价值检测部件，用于从所述摄像部件所获得的曝光量不同的所述多个图像中的至少两个图像检测摄像相关评价值；
场景判断部件，用于判断摄像场景；
选择部件，用于基于预定条件，来从所述评价值检测部件所检测到的多个摄像相关评价值中选择对所述摄像设备的操作进行控制所用的摄像相关评价值；以及
控制部件，用于基于所述选择部件所选择的摄像相关评价值来控制所述摄像设备的操作，
其中，所述选择部件根据所述场景判断部件所判断出的场景来进行选择，
所述曝光控制部件在要以比适当曝光量大的曝光量进行摄像的条件、和要以比所述适当曝光量小的曝光量进行摄像的条件下，对所述曝光进行控制，以及
在所述摄像相关评价值是AF评价值、并且所述场景判断部件判断为所述摄像场景是隧道场景的情况下，所述选择部件选择从曝光量不同的所述多个图像中在要以比所述适当曝光量小的曝光量进行摄像的条件下拍摄到的图像检测到的摄像相关评价值。
7.根据权利要求6所述的摄像设备，其特征在于，还包括生成部件，所述生成部件用于通过合成曝光量不同的所述多个图像来生成合成图像。
8.根据权利要求6或7所述的摄像设备，其特征在于，所述摄像相关评价值包括曝光评价值，并且所述曝光控制部件基于所述选择部件所选择的曝光评价值来控制所述摄像部件的曝光量。
9.根据权利要求6或7所述的摄像设备，其特征在于，所述曝光控制部件针对在所述摄像部件中预先设置的多个像素区域设置多个电荷累积时间，由此控制所述摄像部件以在一个帧时间段内拍摄曝光量不同的所述多个图像。
10.根据权利要求9所述的摄像设备，其特征在于，所述多个像素区域是基于所述摄像部件中所包括的图像传感器的颜色滤波器的重复单位所设置的。
11.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括用于拍摄运动图像的摄像部件，所述控制方法包括以下步骤：
设置步骤，用于设置所述摄像部件的曝光条件，从而拍摄生成合成图像要使用的、曝光量不同的多个图像；
评价值检测步骤，用于从所述摄像部件所获得的曝光量不同的所述多个图像中的至少两个图像检测摄像相关评价值；
场景判断步骤，用于判断摄像场景；
选择步骤，用于基于预定条件，来从所述评价值检测步骤中所检测到的多个摄像相关评价值中选择对所述摄像设备的操作进行控制所用的摄像相关评价值；以及
控制步骤，用于基于所述选择步骤中所选择的摄像相关评价值来控制所述摄像设备的操作，
其中，在所述选择步骤中，根据所述场景判断步骤所判断出的场景来进行选择，
在要以比适当曝光量大的曝光量进行摄像的条件、和要以比所述适当曝光量小的曝光量进行摄像的条件下，对所述曝光进行控制，以及
在所述摄像相关评价值是焦点评价值、并且所述场景判断步骤判断为所述摄像场景是背光场景的情况下，所述选择步骤选择从曝光量不同的所述多个图像中在要以比所述适当曝光量大的曝光量进行摄像的条件下拍摄到的图像检测到的摄像相关评价值。
12.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括用于拍摄运动图像的摄像部件，所述控制方法包括以下步骤：
设置步骤，用于设置所述摄像部件的曝光条件，从而拍摄生成合成图像要使用的、曝光量不同的多个图像；
评价值检测步骤，用于从所述摄像部件所获得的曝光量不同的所述多个图像中的至少两个图像检测摄像相关评价值；
场景判断步骤，用于判断摄像场景；
选择步骤，用于基于预定条件，来从所述评价值检测步骤中所检测到的多个摄像相关评价值中选择对所述摄像设备的操作进行控制所用的摄像相关评价值；以及
控制步骤，用于基于所述选择步骤中所选择的摄像相关评价值来控制所述摄像设备的操作，
其中，在所述选择步骤中，根据所述场景判断步骤所判断出的场景来进行选择，
在要以比适当曝光量大的曝光量进行摄像的条件、和要以比所述适当曝光量小的曝光量进行摄像的条件下，对所述曝光进行控制，以及
在所述摄像相关评价值是AF评价值、并且所述场景判断步骤判断为所述摄像场景是隧道场景的情况下，所述选择步骤选择从曝光量不同的所述多个图像中在要以比所述适当曝光量小的曝光量进行摄像的条件下拍摄到的图像检测到的摄像相关评价值。
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