摄像设备和用于控制该摄像设备的方法技术领域
本发明涉及一种在根据被摄体的亮度而控制曝光时进行摄
像操作的摄像设备、用于控制该摄像设备的方法和存储介质。
背景技术
通常，使用诸如CCD或CMOS等固态摄像装置的摄像设备
通过操作光圈或调整快门速度来控制摄像装置的曝光量，从而
控制摄像装置的曝光量。例如，在利用该摄像设备拍摄亮场景
的情况下，可以增大快门速度从而将拍摄图像中要记录的被摄
体的亮度调整成适当亮度。另一方面，在利用该摄像设备拍摄
暗场景的情况下，可以减小快门速度从而将拍摄图像中要记录
的被摄体亮度调整成适当亮度。简而言之，该摄像设备能够通
过控制摄像装置的曝光量来抑制高光溢出(whiteout)或暗部缺
失(blackout)。
过去提出了一种采用下面的方法的摄像设备，在该方法中，
基于根据拍摄图像信号所确定的整个画面上的亮度的亮度频率
分布，检测高光溢出或暗部缺失，并且根据所检测到的亮度频
率分布控制曝光量，从而抑制高光溢出或暗部缺失(例如，参见
日本专利4306750)。
然而，即使上述摄像设备能够检测高光溢出和暗部缺失，
摄像设备也难以判断高光溢出区域或暗部缺失区域是分散的还
是集中的。
参考图12A~12D说明该原因。图12A是示出空白部分以集
中方式发生高光溢出的拍摄图像。图12B是示出以分散方式存
在的多个点光源以分散方式导致高光溢出区域的拍摄图像。图
12C是示出图12A的拍摄图像的亮度频率分布(直方图)的图，并
且图12D是示出图12B的拍摄图像的亮度频率分布的图。
在图12A中，高光溢出区域集中，而在图12B中，高光溢出
区域分散。然而，如图12C和12D所示，由于图12A和12B的拍
摄图像具有相同的总高光溢出区域，所以亮度频率分布具有相
同形状。
在图12A所示的情况下，由于高光溢出区域集中，所以高
光溢出在视觉上明显。在高光溢出区域中存在实际上丢失灰度
的可能性，因此存在可以通过进行用以减小曝光量的曝光控制
来再现空白灰度的可能性。
另一方面，在图12B所示的情况下，由于高光溢出区域分
散，所以高光溢出在视觉上不明显。为此，减小曝光量使得拍
摄图像中噪声明显。因此，不应进行用以减小曝光量的曝光控
制。换句话说，希望在仅以视觉上明显的高光溢出区域为目标
的情况下来进行曝光控制。
然而，传统摄像设备不能够区分图12A和12B的这两个场景
并且根据区分结果来进行不同的曝光控制。
发明内容
本发明提供一种不仅能够检测高光溢出或暗部缺失、而且
还能够根据高光溢出区域或暗部缺失区域的分布来有效实现曝
光控制的摄像设备、用于控制该摄像设备的方法和存储介质。
本发明的第一方面，提供一种摄像设备，其包括用于获得
被摄体光并且输出图像信号的摄像部，所述摄像设备还包括：
第一亮度检测单元，用于基于所述图像信号来检测整个画面亮
度频率分布；第一曝光控制值计算单元，用于根据所述整个画
面亮度频率分布来计算第一曝光控制值；第二亮度检测单元，
用于将所述图像信号分成多个小区域，并且检测各小区域的亮
度；第二曝光控制值计算单元，用于根据所述第二亮度检测单
元所检测到的各小区域的亮度，计算第二曝光控制值；曝光校
正值计算单元，用于基于所述第一曝光控制值和所述第二曝光
控制值，计算曝光校正值；曝光值计算单元，用于使用所述曝
光校正值和在输出所述图像信号时所使用的曝光值，计算曝光
值；以及曝光控制单元，用于基于所述曝光值计算单元所计算
出的曝光值，对所述摄像部进行曝光控制。
本发明的第二方面，提供一种用于控制摄像设备的方法，
所述摄像设备包括用于获得被摄体光并且输出图像信号的摄像
部，所述方法包括以下步骤：基于所述图像信号来检测整个画
面亮度频率分布；根据所述整个画面亮度频率分布来计算第一
曝光控制值；将所述图像信号分成多个小区域，并且检测各小
区域的亮度；根据所检测到的各小区域的亮度，计算第二曝光
控制值；基于所述第一曝光控制值和所述第二曝光控制值，计
算曝光校正值；使用所述曝光校正值和在输出所述图像信号时
所使用的曝光值，计算曝光值；以及基于所计算出的曝光值，
对所述摄像部进行曝光控制。
本发明的第三方面，提供一种非瞬态计算机可读存储介质，
其存储用于执行用于控制摄像设备的方法的计算机可执行程
序，其中，所述摄像设备包括用于获得被摄体光并且输出图像
信号的摄像部，所述方法包括以下步骤：基于所述图像信号来
检测整个画面亮度频率分布；根据所述整个画面亮度频率分布
来计算第一曝光控制值；将所述图像信号分成多个小区域，并
且检测各小区域的亮度；根据所检测到的各小区域的亮度，计
算第二曝光控制值；基于所述第一曝光控制值和所述第二曝光
控制值，计算曝光校正值；使用所述曝光校正值和在输出所述
图像信号时所使用的曝光值，计算曝光值；以及基于所计算出
的曝光值，对所述摄像部进行曝光控制。
根据本发明，可以检测高光溢出或暗部缺失，并且根据高
光溢出区域或暗部缺失区域的分布，有效实现曝光控制。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特
征将显而易见。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的摄像设备的主要部分的示
意框图。
图2是根据第一实施例的摄像设备的摄像部的示意框图。
图3A、3B、3C和3D是用于说明根据第一实施例的摄像设
备的小区域亮度检测部的功能的图。
图4A是由根据第一实施例的摄像设备的整个画面频率分
布曝光控制值计算部所执行的用于减少暗部缺失的计算处理的
流程图。
图4B是由整个画面频率分布曝光控制值计算部所执行的
用于减少高光溢出的计算处理的流程图。
图5A和5B是用于说明根据第一实施例的摄像设备的小区
域亮度检测部和小区域亮度曝光控制值计算部的操作的图。
图6是由根据第一实施例的摄像设备所执行的曝光控制值
确定处理的流程图。
图7是根据本发明第二实施例的摄像设备的示意框图。
图8是根据第二实施例的摄像设备的信号合成部的示意框
图。
图9A和9B是由根据第二实施例的摄像设备所执行的曝光
控制值确定处理的流程图。
图10是用于说明通过根据第二实施例的摄像设备确定控制
校正量的方法的图。
图11是用于说明通过根据第二实施例的摄像设备基于连续
块数来确定控制校正量的方法的图。
图12A~12D是用于说明现有技术的问题的图。
具体实施方式
下面将参考示出本发明的实施例的附图来详细说明本发
明。首先，参考图1~6说明根据本发明第一实施例的摄像设备。
将第一实施例的摄像设备配置成能够根据拍摄图像信号的整个
画面频率分布和通过分割拍摄图像信号的画面所获得的各小区
域的小区域亮度，进行曝光控制以防止高光溢出或暗部缺失。
图1是根据第一实施例的摄像设备的主要部分的示意框图。
参考图1，附图标记101表示摄像部，用于基于从曝光控制部109
所传送的曝光控制值而拍摄被摄体光并输出拍摄图像信号。附
图标记102表示视频信号处理器，用于将从摄像部101输出的拍
摄图像信号转换成输出视频信号。附图标记103表示整个画面频
率分布检测部，用于从拍摄图像信号检测整个画面上的亮度的
频率分布。附图标记104表示整个画面频率分布曝光控制值计算
部，用于基于整个画面频率分布检测部103从拍摄图像信号所检
测到的整个画面频率分布来计算整个画面频率分布曝光控制
值。附图标记105表示小区域亮度检测部，用于将基于拍摄图像
信号的整个画面分成多个小区域并检测小区域的代表性亮度。
附图标记106表示小区域亮度曝光控制值计算部，用于基于
通过小区域亮度检测部105所检测到的拍摄图像信号的小区域
亮度来计算小区域亮度曝光控制值。附图标记107表示曝光校正
值计算部，用于根据整个画面频率分布曝光控制值和小区域亮
度曝光控制值来计算曝光校正值。附图标记108表示曝光值计算
部，用于基于通过曝光校正值计算部107所计算出的曝光校正值
和拍摄图像信号的当前帧的曝光值来计算用于下一帧的拍摄的
曝光值。曝光控制部109将通过将由曝光值计算部108所计算出
的用于下一帧的拍摄的曝光值转换成光圈控制值和快门速度控
制值所获得的、用于控制摄像部101的控制值输出给摄像部101。
接着说明摄像部101、整个画面频率分布检测部103、整个
画面频率分布曝光控制值计算部104、小区域亮度检测部105和
小区域亮度曝光控制值计算部106。
参考图2，摄像部101包括摄像光学部201、光圈202、摄像
装置203、模拟-数字(A/D)转换器204、光学系统驱动部205和定
时控制器206。包括这些装置的摄像部101获得被摄体光，并且
输出拍摄图像信号。
在摄像部101中，通过光学系统驱动部205驱动以进行拍摄
的摄像光学部201控制光圈202的光圈面积，并且将被摄体光引
导至摄像装置203。摄像装置203使用例如CCD或CMOS拍摄被
摄体的图像，将所获得的被摄体图像转换成电信号，然后将电
信号输出给模拟-数字转换器204。在拍摄期间，定时控制器206
向摄像装置203输出快门速度控制值，从而控制被摄体光的曝光
时间。接收到来自摄像装置203的电信号的模拟-数字转换器204
将模拟信号转换成数字信号。
接着说明本实施例的摄像设备的整个画面频率分布检测部
103。在整个画面频率分布检测部103中，使用拍摄图像信号的
亮度值作为拍摄图像信号的亮度信息。整个画面频率分布检测
部103检测通过对具有在上限亮度值或下限亮度值到指定亮度
值的范围中的相关亮度值的拍摄图像信号的像素进行计数所获
得的累积值，作为拍摄图像信号的整个画面频率分布，并且将
所检测到的整个画面频率分布输出给整个画面频率分布曝光控
制值计算部104。
在整个画面频率分布检测部103中，将指定亮度值A1设置
为与可以利用拍摄图像信号来处理亮度的亮度范围的上限亮度
值的例如1％相对应的亮度值，如图3A所示，并且将图3B中的
指定亮度值A2设置为与该亮度范围的上限亮度值的例如10％
相对应的亮度值。此外，在整个画面频率分布检测部103中，将
图3C中的指定亮度值A3设置为与该亮度范围的上限亮度值的
例如99％相对应的亮度值，并且将图3D中的指定亮度值A4设置
为与该亮度范围的上限亮度值的例如90％相对应的亮度值。
整个画面频率分布检测部103通过检测拍摄图像信号的整
个画面像素亮度集中程度，检测拍摄图像信号的整个画面频率
分布。整个画面频率分布检测部103检测两个不同的计数值，即
在从所指定的下限亮度值到图3A中的指定亮度值A1的范围中
所计算出的计数值X1和在从所指定的下限亮度值到图3B中的
指定亮度值A2的范围中所计算出的计数值X2。此外，整个画面
频率分布检测部103检测另外两个不同的计数值，即在从所指定
的上限亮度值到图3C中的指定亮度值A3的范围中所计算出的
计数值X3和在从所指定的上限亮度值到图3D中的指定亮度值
A4的范围中所计算出的计数值X4。
在本实施例中，根据用户是想要减少高光溢出的图像还是
减少暗部缺失的图像，预先使用户在用于减少高光溢出的曝光
控制和用于减少暗部缺失的曝光控制之间进行选择。整个画面
频率分布检测部103根据用户选择(经由未示出的接口给出的用
户指示)，在发生暗部缺失时所执行的用于计算整个画面频率分
布曝光控制值的下述计算处理和发生高光溢出时所执行的用于
计算整个画面频率分布曝光控制值的下述计算处理之间进行切
换。可选地，在检测到计数值X1～X4之后，可以基于计数值
X1和X3之间或者计数值X2和X4之间的大小关系，自动进行用
于计算用于减少暗部缺失的整个画面频率分布曝光控制值的计
算处理和用于计算用于减少高光溢出的整个画面频率分布曝光
控制值的计算处理之间的切换。例如，如果X1>X3，则执行用
于计算用于减少暗部缺失的整个画面频率分布曝光控制值的计
算处理。
注意，可以通过转换成颜色信号前的拍摄图像信号的像素
值、或者已被转换成颜色信号的拍摄图像信号的R、G和B成分
之一的像素值来表示拍摄图像信号的像素亮度。此外，并非必
须要求进行一个像素一个像素的计数来获得计数值。例如，可
以将表示拍摄图像信号的所有像素的总计数值的1％的像素数
设置为计数值1。在这种情况下，像素计数值将像素的数量表示
为占拍摄图像信号的所有像素的百分比。
将说明用于减少暗部缺失的整个画面频率分布曝光控制值
的计算。整个画面频率分布曝光控制值计算部(以下称为“控制
值计算部”)104在图3A的计数值X1和图3C的计数值X3之间进
行比较。当图3A的计数值X1较大时，控制值计算部104检测到
暗部缺失区域占拍摄图像信号的大的比例。简而言之，控制值
计算部104计算用于减少暗部缺失的整个画面频率分布曝光控
制值。
将参考图4A说明用于计算用于减少暗部缺失的整个画面
频率分布曝光控制值的计算处理。当要通过摄像设备进行拍摄
时，控制值计算部104开始用于计算用于减少暗部缺失的整个画
面频率分布曝光控制值的计算处理，并且进行判断以检测暗部
缺失。例如，如果像素计数值X1等于或大于图3A所示的拍摄图
像信号的所有像素的总计数值的1％(步骤S401a为“是”)，则判
断为检测到了暗部缺失。如果控制值计算部104判断为检测到了
暗部缺失，则控制值计算部104进入步骤S402a。另一方面，如
果像素计数值X1小于拍摄图像信号的所有像素的总计数值的
1％(步骤S401a为“否”)，则控制值计算部104判断为没有检测到
暗部缺失，并且控制值计算部104进入步骤S403a。
在步骤S402a，控制值计算部104将整个画面频率分布曝光
控制值Eh设置为值Ca，随后终止该处理。整个画面频率分布曝
光控制值Eh的值Ca是使得图3A所示的计数值X1小于拍摄图像
信号的所有像素的总计数值的1％的这样的值。
在判断为没有发生暗部缺失而进入步骤S403a之后，控制值
计算部104判断曝光值是否适于防止黑浮(black floating)。此时，
控制值计算部104使用图3A的计数值X1和图3B的计数值X2，判
断(X2－X1)的值是否等于或大于总计数值的10％，从而判断曝
光值是否适于防止黑浮。
“黑浮”的图像是指在通过对图像进行分析所获得的亮度值
频率分布的暗的部分中没有发现或者几乎没有发现像素的图
像。在“黑浮”的图像中，有时出现暗的部分看起来在浮动，这
使得图像对比度减小。因此，需要判断是否设置了不会导致黑
浮的这类曝光值。
如果控制值计算部104判断为(X2－X1)的值不小于总计数
值的10％，即曝光值适于防止黑浮，则控制值计算部104进入步
骤S404a。另一方面，如果控制值计算部104判断为(X2－X1)的
值小于总计数值的10％，即曝光值可引起黑浮，则控制值计算
部104进入步骤S405a。
当控制值计算部104进入步骤S404a时，即当没有检测到暗
部缺失，并且曝光值适于防止黑浮时，控制值计算部104将整个
画面频率分布曝光控制值Eh设置为0，随后终止该处理。
在步骤S405a，控制值计算部104将整个画面频率分布曝光
控制值Eh设置成值Da，以减少黑浮，随后终止该处理。注意，
控制值计算部104预先将整个画面频率分布曝光控制值Ca和Da
作为适当设置的固定值存储在未示出的存储部中。例如，控制
值计算部104可以在步骤S402a设置正值，并且在步骤S405a设置
负值。只要Ca的符号是正的(Ca>0)并且Da的符号为负的(Da<0)
成立，整个画面频率分布曝光控制值Ca和Da各自的绝对值可以
相互相等或不同。
接着参考图4B说明用于计算用于减少高光溢出的整个画
面频率分布曝光控制值的计算处理。控制值计算部104在图3A
的计数值X1和图3C的计数值X3之间进行比较。当图3C的计数
值X3较大时，控制值计算部104检测到高光溢出区域占拍摄图
像信号的大的比例。简而言之，控制值计算部104计算用于减少
高光溢出的整个画面频率分布曝光控制值。
在摄像设备要进行拍摄时，控制值计算部104开始用于计算
用于减少高光溢出的整个画面频率分布曝光控制值的计算处
理，并且进行判断以检测高光溢出。
如果像素计数值X3等于或大于图3C所示的拍摄图像信号
的所有像素的总计数值的1％(步骤S401b为“是”)，则控制值计
算部104判断为检测到了高光溢出。当控制值计算部104判断为
检测到了高光溢出时，控制值计算部104进入步骤S402b。另一
方面，如果像素计数值X3小于拍摄图像信号的所有像素的总计
数值的1％(步骤S401b为“否”)，则控制值计算部104判断为没有
检测到高光溢出，并且控制值计算部104进入步骤S403b。
当处理进入步骤S402b时，即当检测到了高光溢出时，控
制值计算部104将整个画面频率分布曝光控制值Eh设置为值
Cb，随后终止该处理。整个画面频率分布曝光控制值Eh的值Cb
是使得计数值X3小于拍摄图像信号的所有像素的总计数值的
1％的这样的值。
当处理进入步骤S403b时，即当没有检测到高光溢出时，
控制值计算部104判断曝光值是否适于防止白沉(white
sinking)。此时，控制值计算部104使用图3C的计数值X3和图3D
的计数值X4，判断(X4－X3)的值是否等于或大于总计数值的
10％，从而判断曝光值是否适于防止白沉。
“白沉”的图像是指在通过对图像进行分析所获得的亮度值
频率分布的亮的部分中发现很少的像素的图像。在“白沉”图像
中，有时出现图像整体上是暗的，因此需要判断是否设置了不
会导致白沉的这类曝光值。
如果控制值计算部104判断为(X4－X3)的值不小于总计数
值的10％，即曝光值适于防止白沉，则控制值计算部104进入步
骤S404b。另一方面，如果控制值计算部104判断为(X4－X3)的
值小于总计数值的10％，即曝光值可导致白沉，则控制值计算
部104进入步骤S405b。
当控制值计算部104进入步骤S404b时，即当没有检测到高
光溢出，并且曝光值适于防止白沉时，控制值计算部104将整个
画面频率分布曝光控制值Eh设置成0，并且在这种情况下，在
不执行曝光控制的情况下立即终止本处理。
当控制值计算部104进入步骤S405b时，控制值计算部104
将整个画面频率分布曝光控制值Eh设置成值Db，以消除白沉。
注意，控制值计算部104预先将整个画面频率分布曝光控制值
Cb和Db作为适当设置的固定值存储在未示出的存储部中。例
如，控制值计算部104可以在步骤S402b设置正值，并且可以在
步骤S405b设置负值。只要Cb的符号是负的(Cb<0)并且Db的符
号是正的(Db>0)成立，整个画面频率分布曝光控制值Cb和Db
各自的绝对值可以相互相等或不同。
接着参考图5A说明根据本实施例的摄像设备的小区域亮
度检测部。当X1≥1%或者X3≥1%成立时，在图4A的步骤S401a
或者图4B的S401b中，进行小区域亮度检测部105和小区域亮度
曝光控制值计算部106的曝光控制值的计算。在整个画面中发生
了暗部缺失或高光溢出的状态下，进行小区域亮度检测，以检
测暗部缺失区域或高光溢出区域的分散程度。
小区域亮度检测部105将拍摄图像信号的整个画面分成小
区域块，并且检测各小区域块的亮度。每一小区域块都具有表
示其位置的地址信息。例如，在图5A中，将拍摄图像信号的整
个画面在垂直方向和水平方向上均等地分成7×7个小区域块。
小区域亮度检测部105将小区域块的平均亮度值作为小区域亮
度输出给小区域亮度曝光控制值计算部106。
小区域块不局限于上述布局，而且各块的垂直尺寸和水平
尺寸可以相互不同。可选地，小区域块在大小上可以不全是均
等的，并且可以在大小上相互不同。小区域亮度检测部105可以
对各小区域块中的各个像素的亮度值进行中值滤波，并且将中
值滤波的结果设置为相关联的小区域块的小区域亮度。此外，
小区域亮度检测部105可以计算基于小区域块中的拍摄图像信
号的亮度值频率分布的信号强度积分值。可选地，小区域亮度
检测部105可以将亮度不小于预定值(所设置的阈值)的像素的
计数设置为相关联的小区域块的小区域亮度。此外，可选地，
小区域亮度检测部105可以将亮度不高于预定值(所设置的阈值)
的像素的计数设置为相关联的小区域块的小区域亮度。
接着参考图5B说明摄像设备的小区域亮度曝光控制值计
算部106。
小区域亮度曝光控制值计算部106检测具有不高于或不低
于作为所设置的阈值的预定值的小区域亮度的小区域块，并且
计算小区域亮度曝光控制值。例如，小区域亮度曝光控制值计
算部106将小区域亮度曝光控制值表示为表示是否进行小区域
亮度曝光控制的二进位值0或1。更具体地，小区域亮度曝光控
制值是在计算下述曝光校正值Er时所使用的相乘值Ea，并且通
过将相乘值Ea设置成0或1，设置是否执行小区域亮度曝光控
制。
在用于计算用于减少高光溢出的小区域亮度曝光控制值的
情况下，小区域亮度曝光控制值计算部106检测例如亮度值高于
亮度值200的小区域块。当检测到亮度值高于亮度值200的小区
域块时，小区域亮度曝光控制值计算部106判断为高光溢出区域
集中在拍摄图像信号的小区域块中。在这种情况下，需要小区
域亮度曝光控制值计算部106将对拍摄图像信号进行拍摄所使
用的曝光值控制得低。更具体地，小区域亮度曝光控制值计算
部106将小区域亮度曝光控制值设置成1。
另一方面，当没有检测到亮度值高于亮度值200的小区域块
时，即使拍摄图像信号的一些小区域块包含高光溢出区域，小
区域亮度曝光控制值计算部106也判断为高光溢出区域是分散
的。在这种情况下，小区域亮度曝光控制值计算部106判断为无
需进行小区域亮度曝光控制。然后，小区域亮度曝光控制值计
算部106将小区域亮度曝光控制值设置为0。
在用于计算用于减少暗部缺失的小区域亮度曝光控制值的
情况下，小区域亮度曝光控制值计算部106检测亮度值不高于例
如亮度值50的小区域块。当检测到亮度值不高于亮度值50的小
区域块时，小区域亮度曝光控制值计算部106判断为暗部缺失区
域集中在拍摄图像信号的小区域块中。在这种情况下，小区域
亮度曝光控制值计算部106判断为需要将对拍摄图像信号进行
拍摄所使用的曝光值控制得低，并且将小区域亮度曝光控制设
置成1。
另一方面，当没有检测到亮度值不高于亮度值50的小区域
块时，小区域亮度曝光控制值计算部106判断为暗部缺失区域是
分散的。在这种情况下，由于不存在发生暗部缺失的小区域块
或者暗部缺失区域是分散的，所以小区域亮度曝光控制值计算
部106判断为无需进行小区域亮度曝光控制，并且将小区域亮度
曝光控制值设置为0。
可选地，小区域亮度曝光控制值计算部106可以检测以下所
检测到的小区域块之间的连续性(即连续小区域块的范围)，并
且根据所检测到的连续性来计算小区域亮度曝光控制值，其中，
检测到上述所检测到的小区域块的亮度值不低于预定值或者不
高于预定值。在这种情况下，小区域亮度曝光控制值计算部106
形成用于检测所检测到的小区域块的范围的预定区域范围检测
单元。例如，当没有检测到不小于连续块数3(连续性阈值)的小
区域块之间的连续性时，小区域亮度曝光控制值计算部106将小
区域亮度曝光控制值设置为0。另一方面，当检测到不小于连续
块数3(连续性阈值)的小区域块之间的连续性时，小区域亮度曝
光控制值计算部106将小区域亮度曝光控制值设置成1。
小区域亮度曝光控制值计算部106可以根据小区域块的大
小，选择性地判断是在检测所检测到的小区域块之间的连续性
之后还是在不检测所检测到的小区域块之间的连续性的情况下
来计算小区域亮度曝光控制值。例如，当小区域块的大小小于
指定大小时，小区域亮度曝光控制值计算部106检测所检测到的
小区域块之间的连续性。另一方面，当小区域块的大小大于指
定大小时，小区域亮度曝光控制值计算部106在不检测所检测到
的小区域块之间的连续性的情况下，计算小区域亮度曝光控制
值。
小区域亮度曝光控制值计算部106可以使用除将小区域亮
度曝光控制值设置成二进位值0或1的方法以外的方法。例如，
小区域亮度曝光控制值计算部106可以根据被检测到具有不低
于预定值或不高于预定值的亮度值的相互连续的小区域块的数
量(以下称为“连续块数”)，计算小区域亮度曝光控制值。在这
种情况下，例如，当连续块数不小于5时，小区域亮度曝光控制
值计算部106将小区域亮度曝光控制值设置成预定值，并且当连
续块数不小于1并且小于5时，将小区域亮度曝光控制值设置成
该预定值的50％。
注意，将用于减少暗部缺失的小区域亮度曝光控制值设置
成正值，并且将用于减少高光溢出的小区域亮度曝光控制值设
置成负值。此外，当相互连接的小区域块的数量等于0时，将小
区域亮度曝光控制值设置成0。
接着参考图6说明通过上述第一实施例的摄像设备所执行
的整个画面曝光值确定处理。
当用户进行用于确定拍摄的曝光的操作时，摄像设备开始
整个画面曝光值确定处理。然后，控制值计算部104根据从摄像
部101所输出的拍摄图像信号，计算整个画面频率分布曝光控制
值Eh，如参考图4A和4B所述(步骤S601)。然后，根据对图4A
的步骤S401a或图4B的步骤S401b的问题的回答是肯定的(“是”)
还是否定的(“否”)，切换下面的步骤(步骤S602)。更具体地，如
果对图4A的步骤S401a或图4B的步骤S401b的问题的回答是肯
定的(“是”)，则处理进入步骤S603。另一方面，如果对图4A的
步骤S401a或图4B的步骤S401b的问题的回答是否定的(“否”)，
则在不计算小区域亮度曝光控制值Ea的情况下处理进入步骤
S605。在步骤S603，小区域亮度曝光控制值计算部106如参考
图5A和5B所述，计算小区域亮度曝光控制值Ea。
然后，曝光校正值计算部107基于通过小区域亮度曝光控制
值计算部106所计算出的小区域亮度曝光控制值Ea，校正整个
画面频率分布曝光控制值Eh，从而计算曝光校正值Er(步骤
S604)。
当小区域亮度曝光控制值Ea等于0时，曝光校正值计算部
107判断为集中发生的亮的部分很少，因此将曝光校正值Er设置
成0。另一方面，当小区域亮度曝光控制值Ea等于1时，曝光校
正值计算部107将整个画面频率分布曝光控制值Eh设置成曝光
校正值Er(即Er=Eh*Ea)。
当小区域亮度曝光控制值Ea等于0时，曝光校正值计算部
107可以将曝光校正值Er设置成整个画面频率分布曝光控制值
Eh的一部分。更具体地，假定Er=α*Eh+(1-α)Ea*Eh(0<α<1)，
当Ea等于0时，Er等于α*Eh，并且当Ea等于1时，Er等于Eh。因
此，即使暗部缺失区域或者高光溢出区域占整个画面的大的比
例，当集中发生的亮的部分或者暗的部分很少时，也可能减弱
校正。
在步骤S605，由于图像在整个画面上具有很少的暗部缺失
或高光溢出，所以曝光校正值计算部107在不计算Ea的情况下，
将整个画面频率分布曝光控制值Eh设置成曝光校正值Er。
然后，曝光值计算部108将在步骤S604或S605计算出的曝
光校正值Er与拍摄图像信号的曝光值Et相加(步骤S606)。然后，
曝光控制部109将通过曝光值计算部108所计算出的曝光值Et设
置给摄像部101，并且摄像部101拍摄图像(步骤S607)。
曝光控制部109判断是否通过预定操作最终确定了曝光值
(步骤S608)。如果曝光控制部109判断为通过预定操作最终确定
了曝光值(步骤S608为“是”)，则终止本处理。在本实施例中，
当曝光校正值Er通过整个循环而保持为0时，曝光控制部109判
断为曝光校正值收敛，并且判断为最终确定了曝光值。如果曝
光控制部109判断为没有最终确定曝光值(步骤S608为“否”)，则
处理返回到步骤S601，并且重复进行步骤S601～S607。具体地，
在静止图像拍摄中，可以在锁定焦点时最终确定曝光值。此外，
在静止图像拍摄中，当该循环处理进行了指定次数时可以终止
该处理。
另一方面，在运动图像拍摄中，始终进行图6的步骤S601～
S607的处理，因此，当按下拍摄按钮时终止该处理。
如上所述，根据本实施例，基于根据整个画面频率分布所
获得的曝光控制值和根据通过分割画面所获得的各个小区域中
的亮度值所获得的小区域亮度曝光控制值，来进行曝光控制。
因此，不仅可以检测高光溢出或暗部缺失，而且还可以根据拍
摄图像中的高光溢出区域或暗部缺失区域的分布而有效实现曝
光控制。
曝光校正值计算部107可以使用整个画面频率分布曝光控
制值Eh来校正小区域亮度曝光控制值计算部106所计算出的小
区域亮度曝光控制值Ea。在这种情况下，如上所述，通过控制
值计算部104计算整个画面频率分布曝光控制值Eh，并且，例
如，小区域亮度曝光控制值计算部106计算作为多个值的而不是
作为二进位值0或1的小区域亮度曝光控制值Ea。
更具体地，在该变形例中，控制值计算部104在步骤S402a
获得值1作为整个画面频率分布曝光控制值Eh。此外，控制值
计算部104在步骤S404a获得值0作为Eh，并且在步骤S405a获得
值－1作为Eh以消除黑浮。
另一方面，在步骤S402b，控制值计算部104获得－1作为
整个画面频率分布曝光控制值Eh。此外，控制值计算部104在
步骤S404b获得0作为Eh，并且在步骤S405b获得1作为Eh，以消
除白沉。
当Eh＝1时，曝光校正值计算部107将曝光校正值Er设置成
小区域亮度曝光控制值Ea。此外，当Eh＝0时，曝光校正值计
算部107将Er设置成0，并且当Eh＝-1时，曝光校正值计算部107
将Er设置为－Ea。
下面将参考图7～9说明根据本发明第二实施例的摄像设
备。将第二实施例的摄像设备能够控制通过对使用各自不同的
曝光值、即第一曝光值和相对高于第一曝光值的第二曝光值所
拍摄的拍摄图像信号进行合成而形成的宽动态范围拍摄图像信
号的曝光。第二实施例的摄像设备能够对宽动态范围拍摄图像
信号执行曝光控制以减少高光溢出和暗部缺失两者。
这里将参考图7说明第二实施例的摄像设备。注意，以相同
附图标记表示与第一实施例的相同的组件，并且省略对其的详
细说明。
图7是根据第二实施例的摄像设备的示意框图。附图标记
701表示信号合成部，用于对使用第一曝光值所拍摄的拍摄图像
信号和使用第二曝光值所拍摄的拍摄图像信号进行合成，并且
输出合成图像信号。信号合成部701能够进行用于对使用两个不
同的曝光值所分别拍摄的拍摄图像信号进行合成的合成处理。
在这种情况下，例如，信号合成部701首先设置预定亮度值。然
后，信号合成部701获取作为低曝光图像信号的、使用第一曝光
值所拍摄的拍摄图像信号的像素信号，作为合成之后的图像信
号，其中，该合成之后的图像信号与使用第一曝光值的拍摄图
像信号中亮度值高于预定亮度值的区域相关联。此外，信号合
成部701获取作为高曝光图像信号的、使用第二曝光值所拍摄的
拍摄图像信号的像素信号，作为合成之后的图像信号，其中，
该合成之后的图像信号与使用第一曝光值的拍摄图像信号中亮
度值低于预定亮度值的区域相关联。然后，信号合成部701通过
将与第一曝光值相关联的拍摄图像信号和与第二曝光值相关联
的拍摄图像信号这两个拍摄图像信号中的一个的信号强度调整
成另一个的信号强度以使得这两个拍摄图像信号具有相同水平
的信号强度，从而基于这两个拍摄图像信号之间的曝光比来进
行增益校正。可以结合一般的伽马校正来执行该增益校正。
具体地，假定与第一曝光值相关联的拍摄图像信号和与第
二曝光值相关联的拍摄图像信号之间的曝光比是1：10，与第一
曝光值相关联的拍摄图像信号的光量是与第二曝光值相关联的
拍摄图像信号的光量的十分之一，因此，通过将与第一曝光值
相关联的拍摄图像信号的信号强度乘以增益10，信号合成部701
可以使得与第一曝光值相关联的拍摄图像信号的信号强度在水
平上等于与第二曝光值相关联的拍摄图像信号的信号强度。此
外，还可以根据通过将与第二曝光值相关联的拍摄图像信号的
信号强度除以10所获得的信号强度来合成图像。注意，除上述
几点以外，根据第二实施例的摄像设备具有与图1所示的摄像设
备相同的结构。
摄像设备的信号合成部701设置有如图8所示的图像存储部
801和合成部802，以使得能够对宽动态范围拍摄图像信号执行
曝光控制。
在本摄像设备中，摄像部101连续交替使用两个不同的曝光
值拍摄图像，作为与第一曝光值相关联的拍摄图像信号和与第
二曝光值相关联的拍摄图像信号。将这样所拍摄的拍摄图像信
号临时存储在信号合成部701的图像存储部801中。
此后，当摄像部101拍摄要合成的最后的拍摄图像信号时，
合成部802使用存储在图像存储部801中的拍摄图像信号和最后
的拍摄图像信号，来对至少两个拍摄图像信号进行合成。例如，
在对使用第一曝光值和第二曝光值各自所拍摄的拍摄图像信号
进行合成的情况下，合成部802进行拍摄图像信号之间的信号强
度水平的匹配，然后输出合成图像信号。
接着说明通过第二实施例的摄像设备所执行的、宽动态范
围拍摄图像信号生成中的拍摄图像信号的曝光控制。
在宽动态范围拍摄图像信号生成中的拍摄图像信号的曝光
控制中，使用两个不同的曝光值，即第一曝光值Et1和曝光量高
于第一曝光值Et1的第二曝光值Et2来进行控制。为此，不同于
第一实施例，摄像部101进行用于交替获取与第一曝光值相关联
的拍摄图像信号和与第二曝光值相关联的拍摄图像信号的操
作。
接着参考图9A和9B说明在使用两个曝光值的情况下，通过
第二实施例的摄像设备所执行的曝光值确定处理。当用户进行
用于确定摄像的曝光的操作时，摄像设备开始在摄像设备使用
两个曝光值时所执行的曝光控制值确定处理。在使用两个曝光
值所执行的曝光控制值确定处理中，首先执行与第一曝光值相
关联的曝光控制。为此，摄像部101进行用于获取与第一曝光值
相关联的拍摄图像信号的预处理。
控制值计算部104根据从摄像部101输出的、与第一曝光值
Et1相关联的拍摄图像信号，计算整个画面频率分布曝光控制值
Eh(步骤S901)。第一曝光值Et1用于获得没有高光溢出的图像，
因此，在步骤S901，执行第一实施例中参考图4B所述的、用于
计算用于减少高光溢出的整个画面频率分布曝光控制值的计算
处理。然后，在步骤S902，根据步骤S901的计算处理的结果，
即对图4B的步骤S401b的问题的回答是肯定的(“是”)还是否定
的(“否”)，切换下面的步骤。更具体地，如果对图4B的步骤S401b
的问题的回答是肯定的(“是”)，则处理进入步骤S903。另一方
面，如果对图4B的步骤S401b的问题的回答是否定的(“否”)，则
在不计算小区域亮度曝光控制值Ea的情况下，处理进入步骤
S905。在步骤S903，小区域亮度曝光控制值计算部106计算小
区域亮度曝光控制值Ea。
然后，如第一实施例一样，曝光校正值计算部107基于通过
小区域亮度曝光控制值计算部106所计算出的小区域亮度曝光
控制值Ea，校正整个画面频率分布曝光控制值Eh，从而计算曝
光校正值Er(步骤S904)。
另一方面，在步骤S905，由于判断为图像在整个画面上具
有很少的高光溢出，所以在不计算小区域亮度曝光控制值Ea的
情况下，将整个画面频率分布曝光控制值Eh校正成曝光校正值
Er。然后，曝光值计算部108将在步骤S904或S905所计算出的
曝光校正值Er与拍摄图像信号的曝光值Et相加，从而计算第一
曝光值Et1(步骤S906)。将这样所获得的第一曝光值Et1存储在
摄像部101中(步骤S907)。
然后，曝光控制部109从摄像部101读出第二曝光值Et2以设
置第二曝光值。然后，曝光控制部109利用第二曝光值Et2控制
摄像部101，以获得使用第二曝光值Et2所拍摄的拍摄图像信号
(步骤S908)。
然后，控制值计算部104根据从摄像部101所输出的、使用
第二曝光值Et2所拍摄的拍摄图像信号，计算整个画面频率分布
曝光控制值Eh(步骤S909)。第二曝光值Et2是用于获得没有暗部
缺失的图像，因此，在步骤S909，执行第一实施例中参考图4A
所述的、用于计算用于减少暗部缺失的整个画面频率分布曝光
控制值的计算处理。然后，在步骤S910，根据步骤S909的计算
处理的结果，即对图4A的步骤S401a的问题的回答是肯定的
(“是”)还是否定的(“否”)，切换下面的步骤。如果对步骤S401a
的问题的回答是肯定的(“是”)，则处理进入步骤S911。另一方
面，如果对步骤S401a的问题的回答是否定的(“否”)，则在不计
算小区域亮度曝光控制值Ea的情况下，处理进入步骤S913。在
步骤S911，小区域亮度曝光控制值计算部106计算小区域亮度
曝光控制值Ea。
然后，类似于第一实施例，曝光校正值计算部107基于通过
小区域亮度曝光控制值计算部106所计算出的小区域亮度曝光
控制值Ea，校正整个画面频率分布曝光控制值Eh，从而计算曝
光校正值Er(步骤S912)。
另一方面，在步骤S913，由于判断为图像在整个画面上具
有很少的暗部缺失，所以在不计算小区域亮度曝光控制值Ea的
情况下，将整个画面频率分布曝光控制值Eh校正成曝光校正值
Er。然后，曝光值计算部108将在步骤S912或S913所计算出的
曝光校正值Er与拍摄图像信号的曝光值Et相加，从而计算第二
曝光值Et2(步骤S914)。
然后，曝光控制部109通过预定操作判断是否最终确定了曝
光值(步骤S915)。如果曝光控制部109通过预定操作判断为最终
确定了曝光值(步骤S915为“是”)，则终止该处理。在本实施例
中，当曝光校正值Er通过整个循环而保持为0时，曝光控制部109
判断为曝光校正值收敛，并且判断为最终确定了曝光值。如果
曝光控制部109判断为没有最终确定曝光值(步骤S915为“否”)，
则处理进入步骤S916，在步骤S916，存储第二曝光值Et2。
然后，曝光控制部109从摄像部101读出第一曝光值Et1，并
且利用第一曝光值Et1控制摄像部101。摄像部101针对摄像设置
第一曝光值Et1，并且获得拍摄图像信号(步骤S917)。
此后，处理返回到步骤S901，并且曝光控制部109重复进
行步骤S901～S914，直到在步骤S915判断为最终确定了曝光值
为止。尽管在上述使用两个曝光值所执行的曝光控制值确定处
理中，首先执行与第一曝光值相关联的曝光控制，但是可以首
先执行与第二曝光值相关联的曝光控制。
在本摄像设备中，信号合成部701根据使用通过使用两个曝
光值所执行的图9中的上述曝光控制值确定处理所确定的第一
曝光值和第二曝光值各自所拍摄的拍摄图像信号，生成合成图
像信号。
尽管在使用两个曝光值所执行的图9中的曝光控制值确定
处理中，基于使用各自不同的曝光值所拍摄的拍摄图像信号来
确定适当的第一曝光值和第二曝光值，但是可以基于作为来自
合成部802的输出的合成图像来确定适当的第一曝光值和第二
曝光值。在这种情况下，根据图6的处理对合成图像进行曝光控
制操作，从而可以确定适当的第一曝光值和第二曝光值。
简而言之，在根据本实施例的摄像设备中，检测拍摄图像
信号的整个画面频率(第一亮度)分布，并且进行曝光控制以防
止高光溢出或暗部缺失。在该曝光控制中，摄像设备检测高光
溢出区域或暗部缺失区域在拍摄图像上是分散的还是集中的，
并且根据分散或集中的程度来调整控制校正值，以获得降噪良
好的图像。此外，摄像设备检测亮度值高于或低于各自的预定
值的、作为用于检测高光溢出或暗部缺失的区域的块之间的连
续性，并且根据连续性、即被判断为具有比各自的预定值更高
或更低的亮度值的连续块的数量(连续块数)来调整控制校正
量，从而获得适当图像。
综上所述，摄像设备设置有用于检测拍摄图像信号的整个
画面频率分布并进行曝光控制以防止高光溢出和暗部缺失的整
个画面频率分布检测部103和控制值计算部104。
摄像设备设置有小区域亮度检测部105(第二亮度检测单元)
和小区域亮度曝光控制值计算部106(第二曝光控制值计算单
元)，以根据拍摄图像上的高光溢出区域或暗部缺失区域的分散
或集中的程度来调整控制校正量。
在本摄像设备中，将来自控制值计算部104(第一曝光控制
值计算单元)的输出值和来自小区域亮度曝光控制值计算部106
的输出值输入给曝光校正值计算部107。曝光校正值计算部107
根据整个画面频率分布曝光控制值(第一曝光控制值)和小区域
亮度曝光控制值(第二曝光控制值)来计算适当的曝光校正值，
并且输出所获得的曝光校正值。摄像设备使用从曝光校正值计
算部107输出的曝光校正值控制诸如快门速度(被摄体曝光时间)
和光圈功能等的功能，从而进行用于适当摄像的曝光控制。
接着详细说明本摄像设备的小区域亮度检测部105如何设
置用于检测高光溢出区域或暗部缺失区域在拍摄图像上是分散
还是集中的区域。
通过检查本实施例的摄像设备，示出当高光溢出区域或暗
部缺失区域在与图像的整个面积的1％相对应的区域中成簇集
中时，高光溢出或暗部缺失变得明显。因此，在本实施例的摄
像设备中，在理论上希望将作为用于检测高光溢出或暗部缺失
的检测区域(小区域块：IPXX)的一个块的大小设置成图像的整
个面积的1％。
然而，在本摄像设备中，随着将作为检测区域的一个块的
大小设置得更小，处理时间变得更长，并且小区域亮度检测部
105的结构变得更复杂。这导致小区域亮度检测部105的大小增
大。考虑到这些不便，根据本实施例，在理论上希望将作为用
于检测高光溢出或暗部缺失的检测区域的一个块的大小设置为
图像的整个面积的5％，以适当设计该摄像设备。
作为用于检测高光溢出或暗部缺失的检测区域所设置的一
个块的大小基于摄像设备所拍摄的图像的大小。因此，通过观
察摄像设备的画面，参考将会使得高光溢出或暗部缺失明显的
大小来考虑一个块的大小。此外，通过考虑用于适当设计摄像
设备的条件，适当确定一个块的大小。
此外，在本摄像设备中，基于在一个块中包含多少个具有
不小于作为阈值所设置的预定值的像素值的像素来判断高光溢
出区域是否集中。
在这种情况下，当判断为一个块中的像素都与高光溢出相
关联时(近似100％)，可以将该控制配置成不进行用于减少控制
量的校正。另一方面，当判断为一个块不包含与高光溢出相关
联的任何像素时(或者接近0％)，可以将该控制配置成可以进行
用于使控制量最小化的校正。
具体地，在本摄像设备中，如图10所示设置下限百分比(本
例子中为10％)和上限百分比(本例子中为80％)。此外，如图10
所示设置在0和1之间的范围内取值的系数α。然后，通过将最
大校正量乘以与一个块中的所有像素中被判断为与高光溢出
(或暗部缺失)相关联的像素的百分比相对应的系数α，获得控制
校正量。
接着说明下面的情况：摄像设备检测被判断为具有比各自
的预定值更高或更低的亮度值的、作为用于检测高光溢出或暗
部缺失的区域的块之间的连续性(连续块数)，并且检测更大区
域中的高光溢出区域或暗部缺失区域的分散程度。更具体地，
摄像设备检测表示同时发生高光溢出或暗部缺失的一组连续小
区域块中所存在的小区域块的数量的连续块数。使用连续块数
来判断高光溢出区域或暗部缺失区域是分散的还是集中成组
的。
具体地，在本摄像设备中，如图11所示设置下限连续块数
和上限连续块数。此外，如图11所示设置在0和1之间的范围内
取值的系数β。然后，通过将最大校正量乘以与连续块数相对
应的系数β，获得控制校正量。需要根据块大小来设置下限连
续块数和上限连续块数。因此，在设置下限连续块数和上限连
续块数的情况下，首先，确定作为用于上述检测高光溢出或暗
部缺失的检测区域所设置的一个块的大小。接着，例如，通过
主观评价来确定开始使得高光溢出明显的各自具有所确定大小
的连续块的连续块数(上限百分比)和开始使得高光溢出不明显
的各自具有所确定大小的连续块的连续块数(下限百分比)。
在本摄像设备中，如上所述，使用基于拍摄图像上的高光
溢出区域或暗部缺失区域的分散或集中的程度所获得的控制校
正量和基于连续块数所获得的控制校正量。与检测拍摄图像信
号的整个画面频率分布然后进行曝光控制以防止高光溢出或暗
部缺失的情况下相比，这使得可以进一步减少噪声对图像画面
的不利影响。此外，在本摄像设备中，高光溢出或暗部缺失的
主观明显程度在下面的情况之间不同：特定量的高光溢出或暗
部缺失不是全部集中在某一区域中，而是高光溢出区域或暗部
缺失区域在其中一部分区域形成簇的状态下而周围分散的情
况；以及高光溢出区域或暗部缺失区域到处分散的情况。例如，
当高光溢出区域在其中一部分区域形成簇的状态下而周围分散
时，高光溢出明显，因此，本摄像设备进行控制以使得缩短用
于要拍摄的图像的曝光时间。另一方面，例如，当高光溢出区
域到处分散时，高光溢出的主观明显程度低，因此本摄像设备
进行控制以使得增大用于要拍摄的图像的曝光时间，以生成降
噪图像。
本摄像设备生成具有宽动态范围的合成图像信号。摄像设
备可以接收的用于正常拍摄的光量受限，因此当进行频率分布
校正以防止暗部缺失时，亮的部分易于发生高光溢出。另一方
面，当进行频率分布校正以防止高光溢出时，暗的部分易于发
生暗部缺失。为解决该问题，本摄像设备拍摄宽动态范围合成
图像，从而生成没有高光溢出的低曝光图像和没有暗部缺失的
高曝光图像。因此，可以生成没有高光溢出和暗部缺失的图像。
还可以利用读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行
上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等
装置)和通过下面的方法实现本发明的方面，其中，利用系统或
设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序
以进行上述实施例的功能来进行上述方法的步骤。为此，例如，
通过网络或者通过用作存储器装置的各种类型的记录介质(例
如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。
尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发
明不局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，以包含所有修改、等同结构和功能。
本申请要求2011年5月24日提交的日本申请2011-115787和
2012年5月15日提交的日本申请2012-111263的优先权，其全部
内容通过引用包含于此。