[发明专利]图像拾取装置、图像信号处理装置和图像信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及可以合适地用于例如具有自动拐点处理(kneeprocessing)功能的摄像机等的图像拾取装置，并且还涉及这样的装置所使用的图像信号处理装置和图像信号处理方法。

背景技术

目前，CCD(电荷耦合器件)元件和CMOS(互补金属氧化物半导体)元件被广泛地用作诸如数字照相机和摄像机之类的图像拾取装置中的图像拾取元件。然而，因为这样的图像拾取元件的输出动态范围比输入动态范围窄，所以存在如下的问题：当光的输入量超出输出动态范围时，在显示单元等之上显示的图像中将出现所谓的“亮区浓淡度劣化(bright-area-gradation deterioration)”的问题。

图1是示出从图像拾取元件中输出的图像信号的输出特性的图。在图1中，横轴示出输入动态范围(％)并且纵轴示出输出动态范围(％)。在图1中，“WP”所标注的虚线示出输出动态范围的最大值(在下文中称作“白剪辑点(white clip point)”)。在图1所示的示例中，白剪辑点WP是109％，并且输入动态范围和输出动态范围彼此一一匹配直到到达109％。也就是说，与光的输入量成比例的输出信号被输出。

然而，一旦光的输入量超出了白剪辑点WP，输出动态范围的值就不再变化。也就是说，即使接收到超出白剪辑点WP的光的量，也仅是将固定值从图像拾取元件中输出。这意味着当在监视器等之上显示超出了白剪辑点WP的高辉度分量时，其在明亮区域浓淡度方面将劣化(从而在强光区部分出现纯白)。

过去，为了抑制亮区浓淡度劣化，执行处理来压缩预定级别或者更高级别的辉度分量从而将对象的亮度(即辉度)保持在输出动态范围之内。这样的处理被称作“拐点处理”。图2示出当执行了拐点处理时图像信号的输出特性。在图2中，KP所标注的点示出拐点处理的开始点并且被称作“拐点”。在图2所示的示例中，拐点KP在输入动态范围为88％的点处，并且在输入动态范围为88％到160％的范围内的高辉度分量被压缩到从输出动态范围为88％到109％的范围内。图像信号的输出特性曲线在到达拐点KP后被弯曲，并且曲线的斜率(即倾斜度(inclination))对应于执行了拐点处理的输入动态范围的每个范围内的压缩量。该斜率被称作“拐点斜率(knee slope)”。

图3是示出在未执行拐点处理的情况下按照辉度级的像素数目分布的直方图，图4是示出在对由图3所示的像素组成的图像信号执行了拐点处理的情况下，按照辉度级的像素数目分布的直方图。在这些直方图中，纵轴示出像素数目并且横轴示出辉度级(％)。在图3中，因为未执行拐点处理，所以在白剪辑点WP处的直线右侧的所有像素以劣化的亮区浓淡度显示在显示器上。

另一方面，图4示出通过执行如下的处理，即将在输入动态范围为88％(如图2所示其被设定为拐点)到160％的范围内的高辉度分量压缩到从输出动态范围为88％到109％的范围内，来减少辉度级为150％或者更高的像素的数目，并且用辉度级为50％到100％的像素以及辉度级为100％到150％的像素来替代这样的辉度级为150％或者更高的像素。通过执行该处理，能够减少辉度值等于或者高于白剪辑点WP的像素的总数目，从而能够抑制亮区浓淡度劣化。

图5A示出未执行拐点处理的图像的示例，并且图5B示出通过对图5A所示的图像执行拐点处理而产生的图像。虽然图5A中被标注为区域AR1的部分亮区浓淡度劣化，但是通过执行压缩高辉度分量的拐点处理，能够将图像校正为如图5B所示的抑制了亮区浓淡度劣化的图像。此外，近些年来引入了具有根据对象的辉度级自动调整拐点的功能的图像拾取装置。该功能被称作“自动拐点”或者“autoknee”。

还可想到对一帧中频繁出现的图像级分配更宽的输出动态范围的方法。在这样的方法中，拐点斜率的倾斜度被自动地控制。

日本未经审查的专利申请公开H08-181887公开了根据输入图像的直方图从拐点向上对拐点斜率的自适应控制。

发明内容

如果在拾取图像时存在高辉度对象，那么即使当高辉度对象所占有的帧的比例极小时，也仍将基于该高辉度对象来设定拐点以将输入动态范围中的高辉度分量压缩到输出动态范围内。也就是说，因为拐点将被很大程度地降低，所以当执行这样的处理时，存在如图6所示的在整个图像中浓淡度较差的问题，这导致整体平坦的图像。在图6中，因存在诸如点光源之类的高辉度对象HB1导致在整个图像上浓淡度下降，进而导致所再现的对象不像是球体而像是平面的圆形。