[发明专利]成像设备和成像模式控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像设备和成像模式控制方法。

背景技术

在使用诸如CCD(电荷耦合器件)的固体图像拾取器件的现有技术成像设备中，输入到图像拾取器件的光的量(曝光量)通过孔径或电子快门速度来调节。也就是说，当对明亮的场景成像时，进行调节以减少曝光量，从而通过使图像拾取器件的输出信号饱和而不会发生所谓的“过度曝光”。相反，在暗场景中，进行调节以增加曝光量，从而不会发生所谓的“曝光不足”。

然而，当对高对比度的场景成像(例如，逆光成像或者室内/室外同时成像)时，会出现下述的问题。也就是说，由于使用的固体图像拾取器件的动态范围不足，通过仅调节曝光量，亮部分饱和而导致“过度曝光”，并且在曝光量不足的暗部分中导致“曝光不足”，从而难以正确地再现这两个部分。

为了解决这个问题，开发了一种在场内使用两个不同的电子快门速度的方法(例如，见日本专利申请公报No.6-141229)。根据这种方法，电子快门速度针对每个场改变以分别对亮区域中的信息和暗区域中的信息成像，并且各条获得的信息被组合成一个图像。作为以上方法的应用，已知一种能够以宽动态范围拍摄图像的成像设备(宽动态范围照相机)。

已公知宽动态范围照相机的两种工作状态：合成成像模式，其中执行宽动态范围成像；和正常成像模式，其中不执行宽动态范围成像。然而，从合成成像模式获得的图像中的高对比度常常丢失，并且已知如果在亮度差小的情况下切换到合成成像模式，则获得图像对比度降低的不自然的图像。为了改善这种情况，开发了一种在亮度差小的情况下自动切换到正常成像模式并且在亮度差大的情况下自动切换到合成成像模式的方法(例如，见日本专利申请公报No.2002-84449(US5,455,621))。

发明内容

如果正常成像模式下的曝光时间通常是固定的，例如如以上专利文献2中所示为“1/60秒”，则在亮区域和暗区域之间的亮度差大于等于预定值的情况下成像模式能够切换到合成成像模式。然而，在能够使用快门速度优先曝光的成像设备中，用户能够把正常成像模式下的曝光时间(对应于电子快门速度)设置为希望的时间，例如“1/60秒”和“1/120秒”。这里，快门速度优先曝光指的是在固定到所设置的电子快门速度(曝光时间)的同时控制曝光。如果在这种成像设备中像专利文献2中一样仅使用固定的亮度差，则作为从正常成像模式切换到合成成像模式的条件，从获得最佳合成图像的观点来看，这种条件未必是合适的。例如，即使在应该应用宽动态范围的场景中，成像模式也可能没有切换到合成成像模式，或者相反，在不应该应用宽动态范围的场景中，成像模式可能切换到合成成像模式。

这个问题出现在如下的成像系统中，当使用两个不同的电子快门速度产生合成图像时，该成像系统对长时间曝光时间和短时间曝光时间有时间限制。这是因为，在这种系统中，分割一个场(1/60秒)以分配长时间曝光时间和短时间曝光时间，因此，分配给每个场的最大曝光时间受到限制，由此预先决定了曝光倍率(exposure rate)。

例如，如图1和图2所示，采样如下的示例：正常成像模式下的曝光时间被设置为1/60秒，合成成像模式下的最大曝光时间被设置为长时间曝光时间1/64秒以及短时间曝光时间1/1200秒。在这种成像系统中，考虑如下的情况：通过把正常成像模式下的电子快门速度(曝光时间)设置为1/60秒来拍摄图像的状态(见图1)被切换到合成成像模式(见图2)。在这种情况下，通过把长时间曝光时间设置为1/64秒并把短时间曝光时间设置为1/1200秒以保持正常成像模式下的曝光时间(1/60秒)，从而开始合成成像模式。此时，长时间曝光时间和短时间曝光时间的曝光倍率为大约19倍[≅(1/64)÷(1/1200)]]]>，这表示能够应用合成成像模式下的合适曝光的被摄体是那些亮部分和暗部分之间的亮度差(亮度倍率)为大约19倍以上的被摄体。