[发明专利]成像设备、信号处理方法和程序

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像设备、信号处理方法和程序。更具体地，其涉及使得能够通过使用具有不同曝光时间的多个图像的图像合成处理来生成具有宽动态范围和高质量的图像的成像设备、信号处理方法和程序。

背景技术

固态成像器件，诸如与摄像机和数码照相机等一起使用的CCD(电荷耦合器件)图像传感器和COMS(互补金属氧化物半导体)图像传感器之类，积累与入射光量对应的电荷，并且执行光电转换，其中输出与所积累的电荷对应的电信号。然而，在光电转换器件中所积累的电荷量存在上限，并且在接收到某一数量以上的光的情况中，所积累的电荷量达到饱和级别，导致所谓的“切割白电平”(clipped white)，其中某一亮度以上的对象区域被设置为饱和辉度级别。

为了防止这样的现象，执行处理，例如通过根据外部光的变化等控制光电转换器件处的电荷积累时段来调节曝光时间，以便控制对最佳值的灵敏度。例如，针对明亮的对象，快门被高速释放以便缩短曝光时间，从而缩短光电转换器件处的电荷积累时段，并且在积累电荷量达到饱和级别之前输出电信号。这样的处理使得能够输出其中与对象相对应的梯度被准确再现的图像。

然而，当对包含明亮的和黑暗的部分的对象成像时，高速释放快门导致黑暗部分处曝光时间不充分，劣化S/N(信号与噪声)比并且图像质量受损。为了准确地再现既存在明亮部分又存在黑暗部分的对象的摄得图像中的明亮部分和黑暗部分辉度级别，在图像传感器上对几乎没有入射光的像素通过长曝光时间实现高S/N(信号与噪声)比，而在有较多光输入的像素处实现避免饱和的处理。

存在使用具有不同曝光时间的多个图像的相关技术。该技术涉及针对黑暗的图像使用长时段曝光图像，并且针对利用短曝光时段将发生切割白电平的图像区域使用短时段曝光图像，以便确定和优化像素电平。通过合成多个不同的曝光图像，可以获得具有宽动态范围并且没有切割白电平的图像。

例如，日本未审查专利申请特开2008-99158号公报和日本未审查专利申请特开2008-227697号公报公开了用于合成具有不同曝光量的多个图像来获取具有宽动态范围的图像的配置。

图1是根据相关技术的成像设备10的框图，其合成通过在每个垂直周期在长曝光和短曝光之间切换成像器件的曝光时间所获得的具有两种灵敏度的图像，并且生成宽动态范围图像。

将描述利用成像设备10来生成宽动态范围图像的处理。经过镜头11输入的光在成像器件12处经理光电转换，输出图片信号在模拟前端13处经历相关双采样处理和AGC(自动增益控制)，并且随后经历A/D(模拟转数字)转换变成数字信号。从模拟前端13输出的数字成像信号被输入信号处理单元20。

在信号处理单元20处，首先，由YRGB生成电路21生成作为辉度信号的Y信号和作为色彩信号的R信号、G信号和B信号，YRGB也称为辉度RGB。从YRGB生成电路21输出的Y信号、R信号、G信号和B信号在第一信号处理单元22处经历适当的信号处理，并且随后向存储器23的写入处理被执行。

存储器23存储在成像器件处具有不同曝光时间的低灵敏度图像和高灵敏度图像，即长曝光图像和短曝光图像。之后，长曝光图像和短曝光图像从存储器23被读出并且被输入到(执行WDR(宽动态范围合成)的)图像合成单元24中，在那儿执行通过图像合成获得宽动态范围的处理。

随后，具有宽动态范围的合成图像被输入图像校正单元25来执行γ校正处理等，例如包括用于将YRGB转换成包含色差信号的YCbCr信号的处理，还包括在第二信号处理单元26和处执行的最终信号处理并且最终输出信号被生成。

注意，通常，第一信号处理单元22执行频率校正、信号电平校正、WB(白平衡)校正等等，第一信号处理单元22和第二信号处理单元26结合对存储器23的控制，执行图像的垂直反转、慢快门/静止快门操作、人手移动补偿、电子缩放等，并且第二信号处理单元26执行峰值切割(peak clipping)、色差信号的生成、OSD(屏幕显示)、输出编码处理等等。