动态范围扩展的成像装置、摄像机及其方法 本发明涉及一种具有动态范围扩展的成像装置、包括该成像装置的摄像机以及产生动态范围扩展视频信号的方法。
通过把基本上同时产生的视频信号与不同曝光间隔组合产生动态范围扩展视频信号的成像装置是已知的。这种成像装置揭示在日本专利申请临时公开No.0713718A中。已知视频信号处理电路包括根据视频信号产生边缘增强信号的边缘增强信号产生电路和补偿视频信号γ的γ校正电路，其中边缘增强信号不进行γ校正，并加到已经过γ校正的视频信号上。这种视频信号处理电路揭示在日本专利申请临时公开No.63-209373中。
本发明的目的在于提供一种动态范围扩展的优良的成像装置、包括这种成像装置的优良的摄像机以及产生动态范围扩展视频信号的优良的方法。
根据本发明，提供第一种成像装置，包含：成像器，包括接收光学图像并用第一曝光间隔产生第一视频信号和基本上同时用第二曝光间隔产生第二视频信号地驱动电路，第二曝光间隔时间比第一曝光间隔时间短，第一和第二视频信号分别具有不同但连续的第一和第二有效检测范围；同步电路，每对应于第一和第二视频信号的帧使第一视频信号与第二视频信号同步；曝光间隔比检测电路，响应于驱动电路检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比；增益调整电路，响应于同步电路的第一和第二视频信号，根据曝光间隔比检测电路的曝光间隔比，调整同步电路的第一和第二视频信号之间的增益差值，进行线性化；混合控制信号产生电路，根据增益调整电路的第一和第二视频信号，产生混合控制信号，指示第一和第二视频信号的混合比；以及组合电路，根据混合控制信号和第一和第二视频信号的电平，从增益调整电路的第一和第二视频信号产生和输出组合视频信号，以具有扩展的检测范围，使第一有效检测范围连接到第二有效检测范围。
在第一种成像装置中，增益调整电路调整同步电路的第一和第二视频信号增益之间的差值，在扩展检测范围内提供线性度。
第一种成像装置还可以包含：边缘增强信号产生电路，根据组合视频信号产生边缘增强信号；边缘增强量控制电路，根据混合控制信号控制边缘增强信号量；以及加法电路，把增益调整电路的边缘增强信号加到组合视频信号上，输出边缘增强视频信号，在这种情况下，边缘增强量控制电路根据曝光比以及混合控制信号控制边缘增强信号的量。
第一种成像装置还可以包含：边缘增强信号产生电路，根据组合视频信号产生边缘增强信号；核化量控制信号产生电路，根据混合控制信号产生核化量控制信号；核化电路，根据核化量控制信号产生电路的核化量控制信号对边缘增强信号进行核化操作；以及加法电路，把边缘增强信号产生电路的边缘增强信号加到组合信号上，输出边缘增强视频信号。在这种情况下，核化量控制信号产生电路根据曝光比以及混合控制信号产生核化量控制信号。
根据本发明，提供第一种从光学图像产生组合视频信号的方法，其包含下列步骤：接收光学图像，并用第一曝光间隔产生第一视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产一第二视频信号，第二曝光间隔比第一曝光间隔短，第一和第二视频信号分别具有不同但连续的第一和第二有效检测范围；每对应于第一和第二视频信号的帧把第一视频信号与第二视频信号同步；检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比；根据曝光比调整同步的第一和第二视频信号的增益差；根据增益经调整的第一和第二视频信号产生混合控制信号，指示第一和第二视频信号的混合比；以及根据混合控制信号和增益经调整的第一和第二视频信号的电平产生和输出增益经调整的第一和第二视频信号的组合视频信号，以具有扩展的动态范围，使第一有效检测范围连接到第二有效检测范围。
根据本发明，提供第二种成像装置，它包含：成像器，包括接收光学图像并用第一曝光间隔产生第一视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产生第二视频信号的驱动电路，第二曝光间隔时间比第一曝光间隔时间短，第一和第二视频信号分别具有不同但连续的第一和第二动态范围；同步电路，每对应于第一和第二视频信号的帧使第一视频信号与第二视频信号同步；混合控制信号产生电路，产生指示第一和第二视频信号的混合比的混合控制信号；视频信号产生电路，根据混合控制信号和第一和第二视频信号的电平，从同步电路的第一和第二视频信号产生组合视频信号，以具有扩展的动态范围，使第一有效检测范围连接到第二有效检测范围上；边缘增强信号产生电路，根据组合视频信号产生边缘增强信号；边缘增强量控制电路，响应于驱动电路，根据混合控制信号控制边缘增强信号量；以及加法电路，把增益调整电路的边缘增强信号加到组合视频信号上，输出边缘增强视频信号。
第二种成像装置还可以包含产生电路，根据混合控制信号产生核化量控制信号，以及核化电路，根据核化量控制信号对边缘增强信号进行核化操作。
根据本发明，提供第二种从光学图像产生组合视频信号的方法，该方法包含下列步骤：接收光学图像并用第一曝光间隔产生第一视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产生第二视频信号，第二曝光间隔时间比第一曝光间隔时间短，第一和第二视频信号分别具有不同但连续的第一和第二有效检测范围；每对应于第一和第二视频信号的帧使第一视频信号与第二视频信号同步；根据经增益调整的第一和第二视频信号，产生指示第一和第二视频信号的混合比的混合控制信号；根据混合控制信号和第一和第二视频信号的电平，从同步的第一和第二视频信号产生组合视频信号，以具有扩展的检测范围，使第一有效检测范围连接到第二有效检测范围；由组合视频信号产生边缘增强信号；根据混合控制信号控制边缘增强信号量；以及把增益调整的边缘增强信号加到组合视频信号上，输出边缘增强视频信号。
第二种方法还包含下列步骤：根据混合控制信号产生核化量控制信号，以及根据核化量控制信号对边缘增强信号进行核化操作。
根据本发明，提供第三种成像装置，包含：成像器，包括接收光学图像并用第一曝光间隔产生第一视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产生第二视频信号的驱动电路，第二曝光间隔时间比第一曝光间隔时间短，第一和第二视频信号分别具有不同但连续的第一和第二有效检测范围；同步电路，每对应于第一和第二视频信号的帧使第一视频信号与第二视频信号同步；曝光比检测电路，响应于驱动电路检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比；混合控制信号产生电路，根据同步电路的第一和第二视频信号，产生指示第一和第二视频信号的混合比的混合控制信号；组合电路，根据混合控制信号和第一和第二视频信号的电平，从同步电路的第一和第二视频信号产生组合视频信号，以具有扩展的动态范围，使第一有效检测范围连接到第二有效检测范围；边缘增强信号产生电路，从组合视频信号产生边缘增强信号；边缘增强量控制电路，根据混合控制信号和曝光间隔比控制边缘增强控制信号的量；以及加法电路，把增益调整电路的边缘增强信号加到组合视频信号上，输出边缘增强视频信号。
第三种成像装置还可以包含：核化量控制信号产生电路，根据混合控制信号和曝光比产生核化量控制信号；以及核化电路，根据核化量控制信号产生电路的核化量控制信号对边缘增强信号进行核化操作。
根据本发明，提供第三种从光学图像产生组合视频信号的方法，该方法包含下列步骤：接收光学图像并用第一曝光间隔产生第一视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产生第二视频信号，第二曝光间隔时间比第一曝光间隔时间短，第一和第二视频信号分别具有不同但连续的第一和第二有效检测范围；使第一视频信号与第二视频信号同步；检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比；根据同步的第一和第二视频信号，产生指示同步的第一和第二视频信号的混合比的混合控制信号；根据混合控制信号和第一和第二视频信号的电平，从同步的第一和第二视频信号产生组合视频信号，以具有扩展的检测范围，使第一有效检测范围连接到第二有效检测范围；从组合视频信号产生边缘增强信号；根据混合控制信号和曝光间隔控制边缘增强信号的量；以及把增益调整电路的增益调整的增强信号加到组合视频信号上，输出边缘增强视频信号。
第三种方法还可以包含下列步骤：根据混合控制信号和曝光比产生核化量控制信号；以及根据核化量控制信号对边缘增强信号进行核化操作。
根据本发明提供第四种成像装置，包含：成像器，包括接收分离的红、绿、蓝光学图像并用第一曝光间隔产生第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产生第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的驱动电路，第二曝光间隔时间比第一曝光间隔时间短，第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号分别具有与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的有效检测范围不同但连续的第一红有效检测范围、第一绿有效检测检测范围和第一蓝有效检测范围；同步电路，每对应于第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的帧分别使第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号同步；曝光间隔比检测电路，响应于驱动电路检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比；增益调整电路，根据曝光间隔比检测电路的曝光间隔比，分别调整同步电路的第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的增益之间的差值；混合控制信号产生电路，根据第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号，分别产生红、绿和蓝混合控制信号，指示第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号之间的混合比；以及组合电路，根据红、绿、蓝混合控制信号和第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的电平，从增益调整电路的第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号产生和输出组合红、绿、蓝视频信号，以具有扩展的红、绿、蓝检测范围，使第一红、绿、蓝有效检测范围分别连接到第二红、绿、蓝视频信号。
第四种成像装置还可以包含：最大值检测电路，检测一个帧周期中组合红视频信号、组合绿视频信号和组合蓝视频信号中间的最大电平；以及非线性处理电路，响应于显示动态范围数据，产生和输出分别具有非线性特性的红、绿和蓝显示信号，以便在检测到的最大电平大于显示动态范围数据时，使最大电平等于或小于显示动态范围数据，在检测到的最大电平不大于显示动态范围数据时，输出它们原来的组合红、绿、蓝视频信号。
根据本发明提供第四种从光学图像产生组合视频信号的方法，该方法包含下列步骤：接收分离的红、绿、蓝光学图像；用第一曝光间隔产生第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产生第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号，第二曝光间隔时间比第一曝光间隔时间短，第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号分别具有第一红有效检测范围、第一绿有效检测范围和第一蓝有效检测范围，第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号分别具有与第一红有效检测范围、第一绿有效检测范围和第一蓝有效检测范围不同但连续的第二红有效检测范围、第二绿有效检测检测范围和第二蓝有效检测范围；每对应于第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的帧分别使第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号同步；检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比；根据曝光间隔比，调整第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的增益之间的差值；产生红、绿和蓝混合控制信号，分别指示第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号之间的混合比；以及根据红、绿、蓝混合控制信号和第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的电平，从增益调整电路的第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号产生和输出组合红、绿、蓝视频信号，以具有扩展的红、绿、蓝检测范围，使第一红、绿、蓝有效检测范围分别连接到第二红、绿、蓝视频信号。
第四种方法还可以包含下列步骤：检测一个帧周期中组合红视频信号、组合绿视频信号和组合蓝视频信号中间的最大电平；以及根据显示动态范围数据和最大电平，产生和输出具有非线性特性的红、绿和蓝显示信号，以便在检测到的最大电平大于显示动态范围数据时，使最大电平等于或小于显示动态范围数据，在检测到的最大电平不大于显示动态范围数据时，输出它们原来的组合红、绿、蓝视频信号。
根据本发明，提供一种摄像机，它包含：透镜单元；分离单元，把光学图像束分离成独立的红、绿、蓝光学图像；成像单元，包括接收独立的红、绿、蓝光学图像并用第一曝光间隔产生第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产生第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的驱动电路，第二曝光间隔时间比第一曝光间隔时间短，第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号分别具有第一红有效检测范围、第一绿有效检测范围和第一蓝有效检测范围，第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号分别具有与第一红有效检测范围、第一绿有效检测范围和第一蓝有效检测范围不同但连续的第二红有效检测范围、第二绿有效检测检测范围和第二蓝有效检测范围；同步电路，每对应于第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的帧分别使第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号同步；曝光间隔比检测电路，响应于驱动电路检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比；增益调整电路，根据曝光间隔比检测电路的曝光间隔比，分别调整同步电路的第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的增益之间的差值；混合控制信号产生电路，产生红、绿和蓝混合控制信号，分别指示第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号与第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号之间的混合比；以及组合电路，根据红、绿、蓝混合控制信号和第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号的电平，从增益调整电路的第一红视频信号、第一绿视频信号和第一蓝视频信号和第二红视频信号、第二绿视频信号和第二蓝视频信号产生和输出组合红、绿、蓝视频信号，以具有扩展的红、绿、蓝检测范围，使第一红、绿、蓝有效检测范围分别连接到第二红、绿、蓝视频信号。
该摄像机还可以包含：最大值检测电路，检测一个帧周期中组合红视频信号、组合绿视频信号和组合蓝视频信号中间的最大电平；以及非线性处理电路，响应于显示动态范围数据，产生和输出分别具有非线性特性的红、绿和蓝显示信号，以便在检测到的最大电平大于显示动态范围数据时，使最大电平等于或小于显示动态范围数据，在检测到的最大电平不大于显示动态范围数据时，输出它们原来的组合红、绿、蓝视频信号。
通过下面结合附图的详细描述中，本发明的目的和特征将变得更易理解，其中：
图1是第一实施例的成像装置的框图；
图2是第一实施例的框图，示出了图1所示的同步电路的结构；
图3A至3E是第一实施例的同步操作的时序图；
图4是图1所示的第一实施例的曝光间隔鉴别信号的时序图；
图5是图1所示的第一实施例的增益控制信号的时序图；
图6A至图6C是第一实施例的增益调整和组合操作的曲线图；
图7A至7C是第一实施例中另一例增益调整和组合操作的曲线图；
图8是第二实施例的成像装置的框图；
图9A和9B是第二实施例的曲线图；
图10是第三实施例的成像装置的框图；
图11A至11D是第三实施例的曲线图；
图12是第四实施例的成像装置的框图；
图13是第五实施例的成像装置的框图；
图14是第六实施例的成像装置的框图；
图15是第七实施例的成像装置的框图；
图16和17是本发明第七实施例的动态范围压缩操作的曲线图；
图18第七实施例的非线性处理电路的框图；
图19A至19C是第七实施例的非线性处理的曲线图。
(第一实施例)
图1是第一实施例的成像装置的框图。在驱动电路1020的控制下，成像器1010通过透镜单元10接收光学图像，并交替地用第一曝光间隔产生长曝光视频信号，基本上同时用第二曝光间隔产生短曝光视频信号(以稍不同的时序，即连续的两帧)。第二曝光间隔比第一曝光间隔短。长曝光视频信号和短曝光视频信号分别具有第一和第二有效检测范围11和12。预处理电路1030对长曝光视频信号和短曝光视频信号进行预处理。预处理电路1030包括CDS电路(未图示)，通过相关的双倍取样，消除成像器1010的模拟长曝光视频信号和模拟短曝光视频信号中的噪声分量；自动增益控制放大器(未图示)，利用自动控制增益放大长曝光视频信号和短曝光视频信号；箝位电路，对自动增益控制放大器的输出进行箝位，以把它输出到后面的a/d转换器1040。a/d转换器1040把长曝光视频信号和短曝光视频信号a/d转换成数字长曝光视频信号和数字短曝光视频信号。把a/d转换器1040的输出1041提供给同步电路1050。
同步电路1050把数字长曝光视频信号与数字短曝光视频信号同步，利用稍微的时间差调整，同时并行输出数字长曝光视频信号和数字短曝光视频信号。
响应于驱动电路1020，曝光比检测电路1140检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比，并输出增益控制信号1141。增益调整电路1150根据曝光比检测电路1140的增益控制信号1141中的曝光比调整同步电路1050的第一和第二视频信号的增益之差，即，调整同步电路1050的短曝光视频信号的增益。
视频信号组合电路1080包括混合控制信号产生电路1083，产生指示长曝光视频信号与短曝光视频信号之间的混合比的混合控制信号，并根据图7B所示的混合控制信号1082和长曝光视频信号和增益经调整的短曝光视频信号的电平，把同步电路1050的长曝光信号与增益调整电路1150的短曝光视频信号组合，以具有扩展的检测范围，使第一有效检测范围11连接到第二有效检测范围12。组合视频信号1080显示出了线性化，这是因为调整了短曝光视频信号1070的增益。
把组合视频信号1081提供给γ调整电路1090和边缘增强信号产生电路1100。γ调整电路1090调整组合视频信号1081的γ值。边缘增强信号产生电路1100从组合视频信号1081产生边缘增强信号，并把边缘增强信号提供给核化电路1110。核化电路1110除去电平低于预定电平的噪声分量，并把边缘增强信号提供给乘法器1120。乘法器1120把边缘增强信号乘以边缘增强控制信号，并把边缘增强信号提供给加法器1130。加法器1130把乘法器1120的边缘增强信号加到经γ调整的视频信号1091上，产生输出视频信号1131。为成像装置提供一个透镜单元10就成为一个摄像机。
图2是图1所示的第一实施例的同步电路的结构框图。同步电路1050包括存储a/d转换器1041的输出的存储器、根据驱动电路1020的曝光间隔鉴别信号1021输出a/d转换器的输出1041或存储器10511的输出10512以有选择地输出长曝光视频信号1060的选择器10513，以及根据驱动电路1020的曝光间隔鉴别信号1021输出a/d转换器的输出1041或存储器10511的输出10512以有选择的输出短曝光视频信号1070的选择器10514。
图3A至3E是第一实施例的同步电路1050进行同步操作的时序图。
如图3A所示，成像器1010交替输出长曝光视频信号和短曝光视频信号，作为a/d转换器1040的输出1041。存储器10511输出具有一帧延时的a/d转换器1040的输出1041。因此，在线路10515上的短曝光视频信号的一帧与存储器10511的长曝光视频信号的相应帧同步。对于下一帧间隔，线路10515上的长曝光视频信号与存储器10511的短曝光视频信号的相应帧同步。该操作如图3A和3B所示重复进行。如图3C所示，曝光间隔鉴别信号1021每隔一帧(场)把其输出电平在“2”和“64”之间改变。选择器10513进行切换操作，如图3E所示仅连续输出长曝光视频信号1060。选择器10514进行切换操作，如图3D所示，仅连续输出短曝光视频信号1070。如图3D和3E所示，选择器10514的一帧短曝光视频信号与选择器10513的长曝光视频信号1060的相应帧同步。
图4是第一实施例的曝光间隔鉴别信号1021的时序图。驱动电路1020产生曝光间隔鉴别信号1021，如图4所示，交替显示长曝光间隔的高电平值“64”和短曝光间隔的低电平值“2”。
图5是第一实施例的增益控制信号1141的时序图。如图5所示，曝光比检测电路1140检测长曝光间隔(帧)的高电平值“64”与短曝光间隔(帧)的低电平值“2”的曝光比为“32”。
图6A至6C是第一实施例的增益调整和组合操作的曲线图。
如图6A所示，长曝光视频信号1060的电平随着接收到的光量的增加而增加，一直在饱和量时达到饱和电平(SAT)。在(较大的)饱和量之后，长曝光视频信号1060的电平保持恒定。由于曝光间隔较长，所以较小的光量就使长曝光视频信号饱和。另一方面，在黑电平范围上，噪声电平较低。因此，长曝光视频信号具有第一有效检测范围11。
如图6B所示，短曝光视频信号1070的电平随着接收到的光量增加而增加，直到在低γ值时达到饱和电平。由于曝光间隔较短，所以短曝光视频信号要有较高的光量才饱和。另一方面，在黑电平范围上，噪声电平较高。因此，短曝光视频信号具有第二有效检测范围12。
如图6C所示，长曝光视频信号1060与短曝光视频信号1070组合，提供了扩展的检测范围13。
图7A至7C是第一实施例中另一例增益调整和组合操作的曲线图。
图7B示出了混合控制信号1083。混合控制信号1082表示在长曝光区域15上的混合比k=0，在短曝光区域17上的混合比k=1，在混合区域16上，混合比从k=0至k=1按比例增加。
如图7A所示，在混合区域16上用比(1-k)来修正长曝光视频信号，在混合比16上用混合比k来修正短曝光视频信号。如图7A至7C所示，组合电路1080把修正后的长曝光视频信号加到短曝光视频信号，把增益调整电路1150的短曝光视频信号与短曝光视频信号1060组合，提供具有扩展的检测范围13的组合视频信号，以使第一有效检测范围11连接到第二有效检测范围12。
在该实施例中，由增益调整电路1150调整短曝光视频信号的增益。然而，也可以调整长曝光视频信号的增益，使其γ值与短曝光视频信号的γ值一致。
(第二实施例)
图8是第二实施例的成像装置的框图。
第二实施例的成像装置的结构基本上与第一实施例相同。不同之处在于省略了增益调整电路1150和曝光比检测电路1140，增加了边缘增强量控制信号产生电路1160和乘法器1170。
图9A和9B是第二实施例的曲线图。图9A示出了在图7A中也示出的混合控制信号。图9B示出了边缘增强量控制信号1161。
如图9A和9B所示，边缘增强量控制电路1160根据混合控制信号1082产生边缘增强量控制信号1161。
乘法器1170根据边缘增强量控制信号1161控制边缘增强信号1101的量，并把经边缘增强量控制的边缘增强信号提供给核化处理电路1110。例如，长曝光区域15上的边缘增强量控制信号1161表示乘法器1170的系数为“1”，在短曝光区域17上的系数为“2”。因此，边缘增强信号被乘法器1170控制成在短曝光比17上具有较大的边缘增强信号。
在该实施例中，省略了增益调整电路1150和曝光比检测电路1140。然而，与第一实施例相似，这些电路也可以再设置到第二实施例的成像装置中。
(第三实施例)
图10是第三实施例的成像装置的框图。
第三实施例的成像装置的结构与第二实施例的基本相同。不同之处在于还设置了核化量控制电路1180和乘法器1190，并可以控制核化量，即提供了核化电路1112。
图11A至11D是第三实施例的曲线图，其中图11A示出了图7A中也示出的混合控制信号1082。
核化量控制电路1180根据混合控制信号1082产生核化量控制信号1181。
乘法器1190把核化量控制信号1181与一系数相乘，向核化电路1112提供最后的核化量控制信号。因此，核化电路1112可以控制边缘增强信号中的噪声分量。
图11C示出了核化量为“1”的情况，图11D示出了核化量为“1.5”的情况。因而抑制了在再现的图像中显著的短曝光区域17上的边缘增强视频信号的噪声分量，从而改善了输出视频信号的噪声。
在该实施例中，省略了增益调整电路1150和曝光比检测电路1140。然而，也与第一实施例相似，可以对第三实施例的成像装置再设置这些电路。
(第四实施例)
图12是第四实施例的成像装置的框图。
第四实施例的成像装置的结构与第二实施例基本上相同。不同之处在于还设置了曝光比检测电路1140和乘法器1200。
乘法器1200根据指示长曝光间隔和短曝光间隔之间的曝光比的增益控制信号1141控制边缘增强量控制信号1161。根据从混合控制信号1082取得的边缘增强量控制信号和从曝光比取得的增益控制信号1141，由乘法器1170控制(即加权)边缘增强信号的总量。由于曝光短，所以可以进一步增强容易变平的短曝光区域上的边缘。
在该实施例中，省略了增益调整电路1150。然而与第一实施例相似，也可以向第四实施例的成像装置再设置增益调整电路1150。而且，在改进该实施例时，可以省略边缘增强量控制电路1160。
(第五实施例)
图13是第五实施例的成像装置的框图。
第五实施例的成像装置的结构与第四实施例基本相同。不同之处在于进一步设置了乘法器1210和第三实施例中使用的核化量控制电路1180和乘法器1190。
核化量控制电路1180根据第三实施例所述的混合控制信号1082产生核化量控制信号1181。乘法器1210根据指示长曝光间隔和短曝光间隔之间的曝光比的增益控制信号1141控制核化量控制信号1181。根据从混合控制信号1082得到的核化量控制信号1181和从曝光比得到的增益控制信号1141，由乘法器1210控制(即加权)第二核化量控制信号1211。由核化电路1112抑制乘法器1170的边缘增强信号的噪声分量。
然后，由于曝光短，所以可以进一步增强容易变平的短曝光区域的边缘，并且，由于曝光短，通过提供边缘增强控制电路1160可以进一步增强容易变平的短曝光区域上的噪声分量核化。而且，抑制了在再像图像中显著的短曝光区域17上的边缘增强视频信号内的噪声分量，从而改善了输出视频信号中的噪声。
在该实施例中，省略了增益调整电路1150。然而，与第一实施例一样，也可以对第五实施例的成像装置再设置增益调整电路1150。而且，在改进该实施例时，也可以省略边缘增强量控制电路1160和乘法器1170和1200或核化量控制电路1180和乘法器1190和1210。
(第六实施例)
图14是第六实施例的成像装置的框图。
第六实施例的成像装置的结构基本上与第一实施例相同。不同之处在于进一步设置了一个棱镜单元1000，用于把入射图像分离成彩色图像，即红图像、绿图像和蓝图像，并且成像器1010分别接收红图像、绿图像和蓝图像，分别为红、绿和蓝图像设置有处理电路，每个处理电路包括预处理电路1030、a/d转换器1040、同步电路1050、增益调整电路1110、组合电路1080，还设置有处理各颜色视频信号的摄像机处理电路1090。为了进行颜色分离，可以用分色镜单元代替棱镜单元1000。
每种颜色的成像器1010从棱镜1000接收光学图像，并产生具有第一曝光间隔的第一视频信号和具有基本上同时的第二曝光间隔的第二视频信号，第二曝光间隔比第一曝光间隔短，第一和第二视频信号分别具有第一和第二有效检测范围11和12。每种颜色的同步电路1050把第一视频信号与第二视频信号同步。曝光间隔比检测电路1100响应于驱动电路1020检测第一和第二曝光间隔之间的曝光比。每种颜色的增益调整电路1110根据曝光比调整同步电路1050的第二视频信号。每种颜色的混合控制信号产生电路1083产生指示第一和第二视频信号的混合比的混合控制信号的增益。每种颜色的组合电路1080根据混合控制信号和第一和第二视频信号的电平从第一和第二视频信号产生组合视频信号，以具有扩展的检测范围，如第一实施例一样，使第一有效检测范围连接到第二有效检测范围上。
摄像机处理电路1090处理红色、绿色、蓝色的组合视频信号，产生输出红信号、输出绿信号和输出蓝信号。
在该实施例中，把第二至第五实施例适用于第六实施例的成像装置。
(第七实施例)
图15是第七实施例的成像装置的框图。
第七实施例的成像装置的结构基本上与第六实施例相同。不同之处在于进一步设置了最大值检测电路1130、非线性处理电路1120和显示动态范围设置电路1140。
显示动态设置电路1140产生或接收并提供显示动态范围数据1141(DISMAX)。最大值检测电路1130检测一帧周期的第三红视频信号、第三绿视频信号和第三蓝视频信号中最大的电平。非线性处理电路1120响应于显示动态范围数据(DISPMAX)1141产生并输出具有非线性特性的红、绿和蓝显示信号，以便在检测到的最大电平大于显示动态范围数据时使最大电平等于或小于显示动态范围数据，在检测到的最大电平不大于显示动态范围数据时输出原来的组合红、绿、蓝视频信号。
如果接收该成像装置输出的红、蓝、绿信号的显示装置的动态范围小于输出的红、蓝、绿信号的动态范围，就必须压缩输出的红、蓝、绿信号的动态范围。
非线性处理电路1120根据一帧周期中在第三红视频信号、第三绿视频信号和第三蓝视频信号之中检测到的最大(最高亮度)电平、饱和数据和显示动态范围设置数据(DISPMAX)1141，通过内部划分操作，压缩组合视频信号的动态范围，以获得显示视频信号。
图16和图17是本发明第七实施例的动态范围压缩操作的曲线图。
假设显示动态范围(DISPMAX)1141为20，最大值(RGBMAX)为25。组合视频信号1081的特性(等级特性)曲线在饱和电平(SAT)以上弯曲。事实上，利用最大值(RGBMAX)、饱和电平(SAT)和显示动态范围设置数据(DISPMAX)1141内部划分组合视频信号电平来提供压缩范围的视频信号的电平。
最大值检测电路1130检测一个帧的红、绿、蓝组合视频信号1081中的最大电平，并把最大电平(RGBMAX)1131提供给非线性处理电路1120。非线性处理电路1120根据检测到的最大值、饱和数据和显示范围(DISPMAX)1141产生范围压缩的视频数据。
如图16所示，把组合视频信号的电平A偏移到A”，把电平S偏移到S″(RGBMAX=DISPMAX)以防止饱和。然而，如果电平A小于饱和电平(SAT)，则不进行非线性处理，即A=A”。
更具体地说，如果电平A大于饱和电平(SAT)，则假设n是控制非线性特性曲线的控制系数n，在非线性处理之后电平A”如下：
当RGBMAX-DISPMAX≥0，并且A≥SAT时，
αA=(A-SAT)/(RGBMAX-SAT)
A”=A-{(αA)nx(RGBMAX-DISPMAX)}
当RGBMAX-DISPMAX≥0，并且A＜SAT时，
αA=0
A”=A
当RGBMAX-DISPMAX＜0时
αA=0
A”=A
图17示出了控制系数n从1变化至3时提供非线性特性的曲线。
图18是第七实施例的非线性处理电路1120的框图。
非线性处理电路1120包括判断电路20、减法器21至24、乘法器25和26、除法器27、开关28和29，它响应于组合视频信号1081、最大值1131、饱和数据1082和显示最大值1141产生非线性视频信号1121。非线性特性的控制系数n由多个乘法器25及乘法器25周围的连接来确定。
显示动态范围(DISPMAX)1141可以由存储显示动态范围(DISPMAX)1141的ROM或RAM产生，或手动设置，或从要连接的显示装置发送。而且，饱和值SAT可以根据需要由操作者减小。
图19A至19C是第七实施例的非线性处理的曲线图。
假设显示动态范围(DISPMAX)1141=20，红、绿、蓝视频信号中的最大电平(RGBMAX)=25，长曝光视频信号的饱和电平(3AT)=3，并且红、绿、蓝视频信号分别显示电平R∶G∶B=20∶5∶25。通过非线性处理，红视频信号的电平从20偏移到17，绿视频信号的电平保持约为5，因为原电平“5”接近饱和电平的切割点“3”，蓝视频信号的电平经过非线性处理，从25偏移到20。即，非线性电路1120的输出电平为R∶G∶B=17∶5∶20，所以防止了要连接到该成像装置的显示装置的饱和，并基本上维持了红、绿、蓝视频信号的电平比，即色调。
第二至第五实施例适用于第七实施例的成像装置。