[发明专利]成像设备、成像处理方法及成像控制程序

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像设备、成像方法及成像控制程序，它们通过合成长曝光时间信号和短曝光时间信号而产生具有宽动态范围的合成图像信号。 

背景技术

在使用例如CCD(电荷耦合器件)等固态成像装置的成像装置的相关技术领域中，输入到成像装置中的光量受到光圈和电子快门速度的调节。也就是说，在拍摄亮场景时为了防止出现由输出信号的饱和所引起的所谓的曝光过度，减小曝光量。相反，在拍摄暗场景时为了防止出现所谓的曝光不足，增大曝光量。 

然而，当拍摄在照明方面具有较大差别的场景时(例如背光拍摄、同时拍摄室内和室外)，存在的问题在于难以合适地重现亮部和暗部两者。这是因为出于使用的固态成像装置缺乏动态范围的原因而仅仅调节曝光量从而由于饱和而在亮部出现曝光过度，在暗部出现曝光不足。 

为了解决该问题，例如在日本未审查专利申请公开No.06-141229(对应于USP5455621)中公开了下述方法。在此方法中，在一个场上使用了两种不同的电子快门速度，或者对于每一个场而变化电子快门速度，以分别捕获亮区的信息和暗区的信息，并且所获得的各块信息被合成为一幅图像。 

而且，作为上述申请的应用，存在一种能够拍摄具有宽动态范围的图像的装置(宽动态范围照相机)。例如在日本未审查专利申请公开No.2002-84449和2004-120205(对应于US公开2006-033823A1)中公开了提高合成图像质量的设备和方法。 

一般地，如图13A所示，成像装置的特征在于输出电压在对应于入射 光量的某一水平饱和。如图13B所示，在整个屏幕中各个像素的饱和度不同。从而，在屏幕上出现视频看起来不均匀的问题。 

如果通过合成长曝光时间信号和短曝光时间信号而加宽动态范围，其中如图13C所示，每个像素的饱和度不同，那么所合成信号的饱和度不均匀不仅出现在短曝光时间信号造成的高亮度侧，而且出现在长曝光时间信号造成的中亮度区域，如图13D所示。 

对于减小饱和度不均匀的方法，下列方法是可行的。其中一种方法是对成像装置的输出峰值进行裁剪(clip)，然后执行AD(模数)转换。另一种方法是降低受到模数转换的上极限值以使其低于出现饱和度不均匀的电平。还有另一方法是裁剪该信号，使其在模数转换后不低于数字信号的某一电平。 

例如，日本未审查专利申请公开No.09-200621公开了一种固态成像设备，其通过使用一个固态成像装置而廉价、饱和度不均匀小、并且具有宽动态范围。在此成像设备中，以通常速度n倍(n是大于等于2的整数)的速度驱动固态成像装置，在一个场中提供n个快门脉冲以精细地控制，从而获得具有连续梯度的图像输出，该图像输出经过白电平裁剪然后存储在n个场存储器中，该图像输出与垂直同步脉冲VD同步然后由加法器求和从而输出。 

而且，日本专利No.3642245(对应于US6972800)公开了一种固态成像设备，其中，对于两种视频信号的合成部分的梯度进行改进如下。该固态成像设备通过同步两种具有不同曝光量的视频信号而加宽动态范围，具有将长曝光时间信号和短曝光时间信号的增益设定成具有不同值以及将长曝光信号的拐点和短曝光信号的拐点设定成具有不同值的功能。该固态成像设备通过合成长曝光时间信号和短曝光时间信号而加宽动态范围，将长曝光信号的拐点设定成低于作为合成电平的预定亮度电平，并且将短曝光信号的拐点设定成高于作为合成电平的预定亮度电平。 

发明内容

然而，在通过合成长曝光时间信号和短曝光时间信号而加宽动态范围 的成像设备中，存在的问题在于其难以完全消除由于仅使用峰值裁剪处理而在中亮度部分产生的饱和度不均匀的现象。在一个垂直同步周期内执行两次曝光的这种成像装置内，短曝光时间需要包括在垂直消隐周期内。从而，如果假定长曝光时间用作最长的，那么长曝光时间对短曝光时间的比率将变成约20倍或以上。因此，从同一光量获得的成像装置输出信号量会由于曝光比率而不同，从而短曝光时间信号具有低于曝光比率的S/N比。 

而且，如果通过将重点放在使更高电平的长曝光时间信号和更低电平的短曝光信号的梯度平滑的特性上，存在的问题在于在短曝光时间信号的低亮度部分处的SN下降变得突出，并且在中亮度部分出现饱和度不均匀，因为短曝光时间信号的暗部变成中亮度部分的输出电平。