[发明专利]图像捕获设备、图像捕获设备控制方法和程序

说明书

技术领域

本发明涉及图像捕获设备、图像捕获设备控制方法和程序。具体地，本公开涉及生成带有宽的动态范围的图像的图像捕获设备、图像捕获设备控制方法和程序。

背景技术

诸如CCD图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器之类的使用在摄像机或数字静止相机中的固态图像捕获元件聚积对应于发射光量的电荷，并且，执行光电转换，该光电转换输出对应于所聚积的电荷的电信号。但是，存在聚积在光电转换元件中的电荷量的上限，并且，当接收到多于固定光量时，所聚积的电荷量达到饱和水平，使得设定在饱和亮度水平的所谓的过饱和高亮(blown out highlights)出现在其亮度高于固定值的光电对象的区域中。

为了防止发生这种现象，处理被执行，其通过根据外部光等的变化来控制电荷被在光电转换元件中聚积的时段来调整曝光时间，并且，还调整对最佳值的敏感度。例如，针对亮的对象，通过利用更快的快门速度来缩短曝光时间，其缩短了电荷被在光电转换元件中聚积的时段，并且，在所聚积的电荷量达到饱和水平之前，电信号被输出。这种处理使得可以输出准确地再现了对象的灰度(gray-scale)水平的图像。

但是，在捕获具有亮区域和暗区域的混合的对象的图像时，利用快的快门速度意味着针对暗区域而言曝光时间将是不够的，因此，信噪比变坏，并且，图像质量劣化。为了准确地再现具有亮区域和暗区域的混合的对象的所捕获的图像中的亮区域和暗区域的亮度水平，必须执行处理，使得针对入射光量低的图像传感器像素而言，增加曝光时间并获得高的信噪比，并且，避免入射光量高的像素中的饱和。

作为用于实现这种处理的技术，已知一种技术，其用不同的曝光时间来顺序捕获并组合多个图像。具体地，带有长曝光时间的图像和带有短曝光时间的图像被依次分别捕获。该技术通过执行组合处理来生成单个图像，该组合处理针对暗图像区域使用长曝光时间，而针对亮图像区域使用短曝光时间，在该亮图像区域中，高亮在长曝光时间图像中过饱和。通过这种方式组合带有不同曝光的多个图像使得可以产生带有宽的动态范围的图像，并且其中，不存在过饱和，即，宽的动态范围图像(高动态范围(HDR)图像)。

例如，日本专利申请公开No.JP-A2008-99158公开了一种配置，该配置通过组合带有不同曝光量的多个图像来产生宽的动态范围图像。将参照图1来说明该处理。例如，在捕获运动图像中，图像捕获元件输出在视频速率(30到60fps)中的针对两个不同曝光时间的图像数据。在捕获静止图像中，针对两个不同的曝光时间，也生成并输出图像数据。图1是说明了图像捕获元件所生成的并具有两个不同的曝光时间的图像(长曝光时间图像，短曝光时间图像)的特点。水平轴是时间(t)，而垂直轴是配置了光电转换元件的光接收光电二极管(PD)中所聚积的电荷(e)，该光电转换元件对应于固态图像捕获元件的一个像素。

例如，如在图1中所示的高亮度区域11中所示的，在光接收光电二极管(PD)所接收的光量大的情形中，即，其对应于亮的对象，随着时间的流逝，所聚积的电荷急剧增加。相反地，如在图1中所示的低亮度区域12中所示的，在光接收光电二极管(PD)所接收的光量小的情形中，即，其对应于暗的对象，随着时间的流逝，所聚积的电荷缓慢增加。

从t0到t3的时间等同于用于获取长曝光时间图像的曝光时间TL。在低亮度区域12中所示的线示出了，即便在作为长曝光时间TL的时间t3处所聚积的电荷也未达到饱和水平(未饱和点Py)，并且，可根据像素的灰度水平来产生准确的灰度表示，利用机遇所聚积的电荷(Sa)所产生的电信号，该像素被设定。

但是，在高亮度区域11中所示的线清楚地指示，在所聚积的电荷达到时间t3之前，其已经达到饱和水平(饱和点Px)。因此，在高亮度区域11中，仅有对应于在饱和水平处的电信号的像素值被从长曝光时间图像中产生，其导致像素过饱和。

因此，在高亮度区域11中，在达到时间t3之前(例如，在图1中所示的时间t1处(电荷清除开始点P1))，所聚积的电荷被一次性地从光接收光电二极管(PD)中清除。电荷清除并不清除光接收光电二极管(PD)中所聚积的所有电荷，而是其清除到由光电二极管(PD)所控制的中间电压保持水平。在电荷清除处理之后，针对被定义为曝光时间TS(从t2到t3)的短时间，光接收光电二极管(PD)被再次曝光。即，针对从短曝光时间开始点P2到短曝光时间结束点P3的时段，做出短时间曝光，该短曝光时间开始点和短曝光时间结束点二者均在图1中示出。通过短时间曝光，所聚积的电荷(Sb)被产生，并且，利用基于所聚积的电荷(Sb)所产生的电信号，像素的灰度被设定。