[發明專利]圖像信號處理方法以及圖像信號處理設備

有效

• 申請號: 200680053276.X
• 申請日: 2006-12-15
• 公開（公告）號: CN101385333A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發明（設計）人: 梅田英敏
• 申請（專利權）人: 京瓷株式會社
• 主分類號: H04N5/243
• 分類號: H04N5/243;H04N5/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 朱進桂

技術領域

本發明涉及一種用于擴大從成像部分得到的圖像信號的動態范圍的信號處理方法，以及一種用于實現該方法的設備。

背景技術

作為照相設備所用的圖像傳感器，CCD傳感器以及CMOS傳感器已為人們所熟知。然而，這些固態成像設備的亮度的動態范圍小于真實物體亮度的動態范圍，因而很容易導致圖像質量下降，產生比如所謂“曝光過度”以及“曝光不足”等問題。因此，可以利用對傳感器的成像控制以及對由成像傳感器得到的傳感器輸出的信號處理來擴大成像信號的動態范圍。

作為這類方法的一種，已知一種方法：預先形成像素，同時根據像素濾波器類型等將像素歸類為高敏感度的像素以及低敏感度的像素，通過信號處理根據圖像亮度確定主要使用上述像素中的哪些信號，并利用這些像素形成單個圖像。此外，已知另一種方法：一次捕獲一個畫面(一個幀或一個場)的圖像，但在輸出信號電荷時控制信號電荷的復位電平，并擴大成像信號的動態范圍，使溢出量隨圖像亮度(具體而言，來自每個像素的信號電荷量)變得各不相同(例如，參見專利文獻1)。此外，已知一種方法：以不同的成像時間多次捕獲單個畫面的圖像，并對這些圖像進行混合，以通過信號處理產生具有大動態范圍的圖像。(例如，參見專利文獻2)

專利文獻1：日本專利公開(A)No.10-248035

專利文獻2：日本專利公開(A)No.06-141229

發明內容

本發明要解決的問題

上述專利文獻2中所描述的方法被稱為所謂的“多次曝光”。然而，?在該方法中，有必要在確定的成像時間內執行多次成像操作，并根據圖像信號標準(1個垂直(V)周期)輸出一個畫面。此外，混合圖像所需的處理負荷很大。還可以在不同的1V周期內執行成像、圖像混合以及圖像輸出。然而，在那樣的情況下，處理的響應性降低。

另一方面，上述專利文獻1中描述的方法，例如，在采用CMOS傳感器的情況下，適當改變以其像素所提供的轉移晶體管的導通(ON)時間(存儲時間控制)和復位晶體管的柵極電壓電平(復位電平)。因此，對于灰暗圖像，可以令該時間(成像時間)變長，直至達到復位電平位置，而對于明亮圖像，復位電平可以根據亮度逐步作用，引起適當程度的飽和。在這種方法中，對一個畫面的成像操作次數是1，并且不需要進行圖像混合，因而就這一點而言，這種方法是優選的。

然而，在例如車載照相設備等應用中，照相設備在車輛行駛時檢測路面上的白線，并將檢測結果用于安全駕駛。

在這樣的應用中，如果從隧道內極為灰暗的成像環境轉移至隧道外部明亮的成像環境，畫面亮度分布整體會發生巨大變化。此外，這種變化是在極短的時間內發生的。在針對這樣一種應用的照相設備中，如果在固定時間內固定上述多次曝光的每次曝光的成像時間，以及上述存儲時間、復位電平和全部其他控制參數，白線最終將以在隧道內和隧道外中的一種或兩種情況下被淹沒于噪聲電平之中而結束，因此，有時無法進行正確檢測。

因此，對于上述控制參數，常規做法是將控制目標從某一固定缺省值增加或降低預定量，以找到合適的控制目標。值得注意的是，上述專利文獻1和2并未公開此類控制或可以代替此類控制的控制。

圖13(A)示意性地示出了這種控制方法。圖13(A)中的橫坐標表示控制次數，縱坐標表示輸出，具體表示整個畫面的亮度指示。

圖13(A)中，控制操作0的輸出S0的輸出電平相對較低。例如，它示出了隧道內的亮度。當環境從這種狀態變化為相對明亮的狀態(例如隧道外部)時，就用圖13(A)中的虛線表示該環境下的控制目標范圍。控制目標范圍不是作為參數給出的，相反舉例而言將目標設定為例如能夠可靠地檢測到白線的電平。因此，改變后各個環境的控制目標范圍也有所不同。控制目標的范圍根據整體亮度自適應地進行改變。

在這種情況下，控制操作0的輸出S0還隨隧道中的燈光等發生變化，因而執行控制，以通過第一控制操作中的缺省控制量來擴大動態范圍。假設由此獲得的控制操作1的輸出S1超過了控制目標范圍。輸出S1是否超過控制目標范圍是通過畫面整體亮度信息(例如亮度的積分值)進行檢測的。

在接下來的第二次控制操作中，改變控制量以在某種程度上防止發生曝光過度，并再次執行用于擴大動態范圍的控制。假設由此獲得的控制操作2的輸出S2稍稍低于控制目標范圍。

隨后，在接下來的第三次控制操作3中，改變控制量以在某種程度上防止發生曝光不足，并再次執行用于擴大動態范圍的控制。在本示例中，由此獲得的控制操作3的輸出S3第一次進入控制目標范圍。由此，完成了適當的曝光控制。