[發(fā)明專利]圖像拾取裝置、圖像信號處理裝置和圖像信號處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810089817.5
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101277382A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏井知義
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H04N5/20
• 分類號: H04N5/20;H04N5/225
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 董方源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可以合適地用于例如具有自動(dòng)拐點(diǎn)處理(kneeprocessing)功能的攝像機(jī)等的圖像拾取裝置，并且還涉及這樣的裝置所使用的圖像信號處理裝置和圖像信號處理方法。

背景技術(shù)

目前，CCD(電荷耦合器件)元件和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)元件被廣泛地用作諸如數(shù)字照相機(jī)和攝像機(jī)之類的圖像拾取裝置中的圖像拾取元件。然而，因?yàn)檫@樣的圖像拾取元件的輸出動(dòng)態(tài)范圍比輸入動(dòng)態(tài)范圍窄，所以存在如下的問題：當(dāng)光的輸入量超出輸出動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，在顯示單元等之上顯示的圖像中將出現(xiàn)所謂的“亮區(qū)濃淡度劣化(bright-area-gradation?deterioration)”的問題。

圖1是示出從圖像拾取元件中輸出的圖像信號的輸出特性的圖。在圖1中，橫軸示出輸入動(dòng)態(tài)范圍(％)并且縱軸示出輸出動(dòng)態(tài)范圍(％)。在圖1中，“WP”所標(biāo)注的虛線示出輸出動(dòng)態(tài)范圍的最大值(在下文中稱作“白剪輯點(diǎn)(white?clip?point)”)。在圖1所示的示例中，白剪輯點(diǎn)WP是109％，并且輸入動(dòng)態(tài)范圍和輸出動(dòng)態(tài)范圍彼此一一匹配直到到達(dá)109％。也就是說，與光的輸入量成比例的輸出信號被輸出。

然而，一旦光的輸入量超出了白剪輯點(diǎn)WP，輸出動(dòng)態(tài)范圍的值就不再變化。也就是說，即使接收到超出白剪輯點(diǎn)WP的光的量，也僅是將固定值從圖像拾取元件中輸出。這意味著當(dāng)在監(jiān)視器等之上顯示超出了白剪輯點(diǎn)WP的高輝度分量時(shí)，其在明亮區(qū)域濃淡度方面將劣化(從而在強(qiáng)光區(qū)部分出現(xiàn)純白)。

過去，為了抑制亮區(qū)濃淡度劣化，執(zhí)行處理來壓縮預(yù)定級別或者更高級別的輝度分量從而將對象的亮度(即輝度)保持在輸出動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)。這樣的處理被稱作“拐點(diǎn)處理”。圖2示出當(dāng)執(zhí)行了拐點(diǎn)處理時(shí)圖像信號的輸出特性。在圖2中，KP所標(biāo)注的點(diǎn)示出拐點(diǎn)處理的開始點(diǎn)并且被稱作“拐點(diǎn)”。在圖2所示的示例中，拐點(diǎn)KP在輸入動(dòng)態(tài)范圍為88％的點(diǎn)處，并且在輸入動(dòng)態(tài)范圍為88％到160％的范圍內(nèi)的高輝度分量被壓縮到從輸出動(dòng)態(tài)范圍為88％到109％的范圍內(nèi)。圖像信號的輸出特性曲線在到達(dá)拐點(diǎn)KP后被彎曲，并且曲線的斜率(即傾斜度(inclination))對應(yīng)于執(zhí)行了拐點(diǎn)處理的輸入動(dòng)態(tài)范圍的每個(gè)范圍內(nèi)的壓縮量。該斜率被稱作“拐點(diǎn)斜率(knee?slope)”。

圖3是示出在未執(zhí)行拐點(diǎn)處理的情況下按照輝度級的像素?cái)?shù)目分布的直方圖，圖4是示出在對由圖3所示的像素組成的圖像信號執(zhí)行了拐點(diǎn)處理的情況下，按照輝度級的像素?cái)?shù)目分布的直方圖。在這些直方圖中，縱軸示出像素?cái)?shù)目并且橫軸示出輝度級(％)。在圖3中，因?yàn)槲磮?zhí)行拐點(diǎn)處理，所以在白剪輯點(diǎn)WP處的直線右側(cè)的所有像素以劣化的亮區(qū)濃淡度顯示在顯示器上。

另一方面，圖4示出通過執(zhí)行如下的處理，即將在輸入動(dòng)態(tài)范圍為88％(如圖2所示其被設(shè)定為拐點(diǎn))到160％的范圍內(nèi)的高輝度分量壓縮到從輸出動(dòng)態(tài)范圍為88％到109％的范圍內(nèi)，來減少輝度級為150％或者更高的像素的數(shù)目，并且用輝度級為50％到100％的像素以及輝度級為100％到150％的像素來替代這樣的輝度級為150％或者更高的像素。通過執(zhí)行該處理，能夠減少輝度值等于或者高于白剪輯點(diǎn)WP的像素的總數(shù)目，從而能夠抑制亮區(qū)濃淡度劣化。

圖5A示出未執(zhí)行拐點(diǎn)處理的圖像的示例，并且圖5B示出通過對圖5A所示的圖像執(zhí)行拐點(diǎn)處理而產(chǎn)生的圖像。雖然圖5A中被標(biāo)注為區(qū)域AR1的部分亮區(qū)濃淡度劣化，但是通過執(zhí)行壓縮高輝度分量的拐點(diǎn)處理，能夠?qū)D像校正為如圖5B所示的抑制了亮區(qū)濃淡度劣化的圖像。此外，近些年來引入了具有根據(jù)對象的輝度級自動(dòng)調(diào)整拐點(diǎn)的功能的圖像拾取裝置。該功能被稱作“自動(dòng)拐點(diǎn)”或者“autoknee”。

還可想到對一幀中頻繁出現(xiàn)的圖像級分配更寬的輸出動(dòng)態(tài)范圍的方法。在這樣的方法中，拐點(diǎn)斜率的傾斜度被自動(dòng)地控制。

日本未經(jīng)審查的專利申請公開H08-181887公開了根據(jù)輸入圖像的直方圖從拐點(diǎn)向上對拐點(diǎn)斜率的自適應(yīng)控制。

發(fā)明內(nèi)容

如果在拾取圖像時(shí)存在高輝度對象，那么即使當(dāng)高輝度對象所占有的幀的比例極小時(shí)，也仍將基于該高輝度對象來設(shè)定拐點(diǎn)以將輸入動(dòng)態(tài)范圍中的高輝度分量壓縮到輸出動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。也就是說，因?yàn)楣拯c(diǎn)將被很大程度地降低，所以當(dāng)執(zhí)行這樣的處理時(shí)，存在如圖6所示的在整個(gè)圖像中濃淡度較差的問題，這導(dǎo)致整體平坦的圖像。在圖6中，因存在諸如點(diǎn)光源之類的高輝度對象HB1導(dǎo)致在整個(gè)圖像上濃淡度下降，進(jìn)而導(dǎo)致所再現(xiàn)的對象不像是球體而像是平面的圓形。