專利名稱：固態成象設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及能夠擴展所拾取圖象之動態范圍的固態成象設備。
背景知識迄今為止，例如，在日本公開專利號HEI9-214829的專利公報和日本公開專利號HEI9-275527的專利公報中，公開了用于合成兩個曝光量互不相同的圖象信號以獲得一個具有寬廣動態范圍之圖象信號的固態成象設備。
日本公開專利號HEI9-214829的專利公報公開了一種數字照相機，其中通過水平移動經過改變曝光時間拾取的兩個連續的場圖，然后將其合成為一個全幀圖象，該數字照相機能夠獲得具有寬廣動態范圍的圖象信號。
日本公開專利號HEI9-275527的專利公報公開了一種數字照相機，其中通過水平移動從眾多CCD獲得的具有不同曝光時間的眾多全幀圖象，然后將其合成為一個全幀圖象，該數字照相機能夠獲得具有寬廣動態范圍的圖象信號。
另外，有一種攝象機，該攝象機通過使用一種特殊的能夠在場周期內讀取一個長期曝光信號和一個短期曝光信號的CCD，擴展動態范圍(“開發處理單盤超D彩色攝影機信號的方法”，圖象介質協會技術報告，Vol.22，No.3，pp.1-6(1998))。
然而，例如，在日本公開專利號HEI9-214829的專利公報中公開的數字照相機中，合成通過改變曝光時間拾取的兩個連續的場圖，因此合成后的圖象只有場圖分辨率，亦即，CCD象素數的一半的分辨率，從而擔心所拾取圖象的分辨率不足。
另一方面，在日本公開專利號HEI9-275527的專利公報中公開的數字照相機中，合成眾多CCD拾取的具有不同曝光時間的圖象信號，因此合成后的圖象具有全幀的圖象分辨率，亦即，CCD象素數的分辨率，但需要眾多CCD，而這對于成象設備的尺寸/成本是不利的。
對于“開發處理單盤超D彩色攝影機信號的方法”，圖象介質協會技術報告，Vol.22，No.3，pp.1-6(1998)中報道的成象設備而言，需要專用CCD來擴展所拾取圖象的動態范圍。
本發明的目的在于提供一種固態成象設備，通過與消費者或商業上應用的固態成象設備一起使用常用CCD，該設備能夠以較低的成本并且以與CCD象素數相同的圖象分辨率，拾取具有擴展動態范圍的圖象。
本發明的公開本發明的固態成象設備具有一個固態成象元件，用于輸出具有不同曝光時間許多圖象信號，一個信號合成裝置，用于合成上述固態成象元件輸出的圖象信號；信號合成裝置處理上述固態成象元件輸出的至少一個圖象信號，以便該圖象信號的象素數少于其他圖象信號的象素數，從而能夠以與CCD之象素數相同的圖象分辨率，拾取具有擴展動態范圍的圖象。
附圖的簡短描述

圖1是一個框圖，表示根據本發明之實施例1的固態成象設備。
圖2表示從本發明之實施例1中的固態成象設備中讀取信號的方式。
圖3表示本發明之實施例1中的固態成象設備上形成的濾色鏡的排列。
圖4是一個框圖，表示本發明之實施例1中的信號合成裝置的配置。
圖5是一個框圖，表示本發明之實施例1中的雙水平行加法裝置的配置。
圖6是一個框圖，表示本發明之實施例1中的插值裝置的配置。
圖7是一個框圖，表示本發明之實施例1中的加權加法裝置的配置。
圖8是一個示意圖，解釋本發明之實施例1中的動態范圍擴展原理。
圖9是一個示意圖，解釋本發明之實施例1中的曝光定時和長短信號的讀取操作。
圖10是一個示意圖，解釋本發明之實施例1中的短信號。
圖11是一個示意圖，解釋本發明之實施例1中的長信號。
圖12是一個示意圖，解釋本發明之實施例1中的雙水平行加法處理和插值處理。
圖13解釋本發明之實施例1中的合成系數確定方法。
圖14是一個示意圖，解釋本發明之實施例1中的信號合成處理方法。
圖15是一個框圖，表示本發明之實施例2中的加權加法裝置的配置。
圖16是一個框圖，表示本發明之實施例2中的亮度信號抽取裝置的配置。
圖17是一個框圖，表示本發明之實施例2中的長亮度信號生成方法。
圖18解釋本發明之實施例2中的合成系數確定方法。
圖19是一個示意圖，解釋本發明之實施例2中的信號合成處理方法。
圖20是一個框圖，表示本發明之實施例3中的固態成象設備。
圖21是一個框圖，表示本發明之實施例3中的亮度信號插值裝置的配置。
圖22是一個框圖，表示本發明之實施例3中的亮度信號合成裝置的配置。
圖23是一個框圖，表示本發明之實施例3中的信號合成裝置的配置。
圖24是一個框圖，表示本發明之實施例3中的同步裝置的配置。
圖25是一個示意圖，解釋本發明之實施例3中的長亮度信號。
圖26是一個示意圖，解釋本發明之實施例3中的短亮度信號。
圖27是一個示意圖，解釋本發明之實施例3中的亮度信號插值處理。
圖28是一個示意圖，解釋本發明之實施例3中的亮度信號合成方法。
圖29是一個示意圖，解釋本發明之實施例3中的合成裝置的合成處理。
圖30是一個框圖，表示本發明之實施例4中的固態成象設備。
圖31是一個框圖，表示本發明之實施例4中的同步裝置的配置。
圖32是一個示意圖，解釋本發明之實施例4中的合成裝置的合成處理。
圖33是一個示意圖，表示從固態成象元件中讀取圖象信號的另一種示例方法。
圖34是一個示意圖，解釋在本發明之實施例1中將長信號作為場圖并將短信號作為全幀圖象時的雙水平行加法處理和插值處理。
圖35是一個示意圖，解釋前值插值處理。
圖36是一個示意圖，表示合成本發明之實施例1中的長信號和短信號的另一種示例方法。
圖37表示根據本發明之實施例1中的長信號確定合成系數的另一種示例方法。
圖38是一個示意圖，表示合成本發明之實施例2中的長信號和短信號的另一種示例方法。
圖39表示根據本發明之實施例2中的長亮度信號確定合成系數的另一種示例方法。
圖40是一個框圖，表示在本發明之實施例3中改變短信號讀取方法時的固態成象設備。
圖41是一個示意圖，解釋在本發明之實施例3中改變短信號讀取方法時的亮度信號插值處理的內容。
圖42是一個框圖，表示本發明之實施例3中的信號合成裝置的另一種配置。
圖43是一個示意圖，表示合成本發明之實施例3和4中的長亮度信號和短亮度信號的另一種示例方法。
圖44是一個框圖，表示本發明之第四實施例中的固態成象設備的另一種示例。
圖45表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列。
圖46表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列(CyYeG條紋方法)。
圖47表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列(拜耳方法)。
圖48表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列(行間方法)。
圖49表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列(G條紋RB完全交錯排列方法)。
圖50表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列(條紋方法)。
圖51表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列(對角線條紋方法)。
圖52表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列(G條紋RB行順序方法)。
圖53表示在固態成象元件上形成的濾色鏡的另一種示例排列(G條紋RB點順序方法)。
圖54是一個框圖，表示本發明之實施例5中的固態成象設備的配置。
圖55是一個框圖，表示本發明之實施例5中的固態成象設備中的兩個行加法裝置的配置示例。
圖56是一個框圖，表示本發明之實施例5中的固態成象設備中的圖象存儲器的配置示例。
圖57是有關主體圖象之曝光、曝光信號之讀取以及本發明之實施例5中的固態成象設備內的圖象存儲器之讀/寫操作的定時圖。
圖58是一個框圖，表示本發明之實施例5中的固態成象設備中的信號電平確定裝置的配置示例。
圖59是一個框圖，表示本發明之實施例6中的固態成象設備的配置。
圖60是有關主體圖象之曝光、曝光信號之讀取以及本發明之實施例6中的固態成象設備內的圖象存儲器之讀/寫操作的定時圖。
圖61是一個框圖，表示本發明之實施例7中的固態成象設備的配置。
圖62是一個典型示意圖，表示本發明之實施例7中的屏幕塊劃分的狀態。
圖63是一個框圖，表示本發明之實施例8中的固態成象設備的配置。
圖64是一個配置圖，表示本發明之實施例8中的固態成象設備內的固態成象元件的濾色鏡排列。
圖65表示熒光燈的各種顏色分量的亮度波動。
本發明的最佳實施例(實施例1)圖1是執行本發明的最佳方式(以下稱為實施例1)的固態成象設備的框圖。在該圖中，數字1表示光學透鏡；數字2表示作為光快門的機械快門，光快門也用于光圈；數字3表示固態成象設備，固態成象設備為一個與消費者固態成象設備一起使用的行間轉移CCD(IT-CCD)。除了CCD，還有一個幀行間轉移CCD(FIT-CCD)和一個CMOS傳感器。數字4表示由相關的復式取樣電路和自動增益控制(AGC)電路組成的模擬信號處理裝置；數字5表示A/D轉換裝置；數字6表示圖象存儲器，用于存儲A/D轉換裝置5轉換為數字信號的圖象信號；數字7表示信號合成裝置，用于合成從圖象存儲器6讀取的兩個系統圖象信號。
在數字信號處理裝置8中，處理信號合成裝置7獲得的信號，如從彩色信號中分離亮度信號，噪聲消除，邊緣增強，矩陣運算以及編碼為特定格式。機械快門驅動控制裝置9控制機械快門2的打開或關閉；固態成象元件驅動控制裝置10控制固態成象元件3的曝光控制、信號讀取方式以及其定時。由系統控制裝置11整體控制包括以上裝置在內的所有組件的操作方式和操作定時。
圖2(a)、2(b)、2(c)和2(d)為典型示意圖，用于解釋固態成象元件3的操作/配置。固態成象元件3是一個能夠以兩種讀取模式(場讀頻取模式和幀頻讀取模式)讀取信號的行間轉移CCD(IT-CCD)，為了進行解釋，以下利用由4個垂直象素和2個水平象素組成的配置，即，諸如圖2所示的矩陣形狀之類的二維平面上排列的4×2象素，進行說明。
圖2(a)和2(b)用于解釋IT-CCD中的場讀取模式。作為存儲與入射光量相對應之電荷的元件，光電二極管是利用光電轉換根據光強度存儲信號載荷的一部分，經過某些時間之后，利用施加的控制脈沖將積累電荷轉移到垂直轉移CCD。此時，在垂直轉移CCD上混合彼此相鄰的兩個上/下光電二極管的電荷，然后通過一個水平轉移CCD輸出到外部。上述操作為第一場的讀取操作。
在第二場中，如圖2(b)所示，與第一場的位置相比，使得在垂直轉移CCD上混合的一對光電二極管沿垂直方向偏移一個象素。因此，所讀取的兩個場的信號允許讀取與隔行掃描方法之一幀相等的所述圖象信號。
以下借助圖2(c)和2(d)解釋幀頻讀取模式。在幀頻讀取模式中，首先在第一場(圖2(c))中，將沿垂直方向轉移一個象素的光電二極管上積累的電荷，轉移到垂直轉移CCD，然后通過水平轉移CCD輸出到外部。在第二場(圖2(d))中，將在第一場中未轉移到垂直轉移CCD的光電二極管的電荷，轉移到垂直轉移CCD，然后通過水平轉移CCD輸出到外部。這樣，在幀頻讀取模式中，并不在垂直轉移CCD上混合光電二極管上的電荷，并且不輸出到外部。因此，所讀取的兩個場的信號允許讀取與隔行掃描方法之一幀相等的所述圖象信號。
圖3是一個排列圖，表示在固態成象元件3上形成的補色交錯排列類型的濾色鏡。在圖3中，Mg表示品紅色；G表示綠色；Ye表示黃色；Cy表示青色。正如圖3所示，光電二極管的一個象素對應于一種顏色的濾色鏡。
圖4是一個框圖，表示信號合成裝置7的配置示例。在該圖中，數字701表示雙水平行加法裝置，用于累加從圖象存儲器6輸出的所述圖象信號的兩條水平掃描線的圖象信號(在下文中，將與水平掃描線相等的圖象信號簡稱為水平行或水平行信號)。數字702表示插值裝置，用于沿圖象存儲器6輸出的所述圖象信號的垂直方向進行插值操作。加權加法裝置703對雙水平行加法裝置701和插值裝置702的輸出進行加權，然后計算其總和。
圖5是一個框圖，表示雙水平行加法裝置701的配置示例。在該圖中，數字70101表示一個單行存儲器，對于圖象存儲器6輸出的一行信號，該裝置將所述圖象信號延遲一個水平同步周期。數字70102表示一個加法器，在該加法器內，計算在單行存儲器70101延遲的水平行信號與輸入到雙水平行加法裝置701的水平行信號的總和，以累加彼此相鄰的兩個上/下行。
圖6是一個框圖，表示插值裝置702的配置。在該圖中，數字70201和70202表示單行存儲器，對于圖象存儲器6輸出的一行信號，該裝置將所述圖象信號延遲一個水平同步周期。數字70203和70204表示放大裝置，用于將圖象存儲器6的輸入信號和單行存儲器70202的輸出信號乘以某個增益。數字70205表示一個加法器，用于計算在放大裝置70203和70204乘以某個增益后的信號的總和。
圖7是一個框圖，表示加權加法裝置703的配置。在該圖中，數字70301表示合成系數生成裝置，該裝置根據通過雙水平行加法裝置701的信號的每個象素的信號電平，生成一個系數k(1≥1≥0)，然后向乘法器70302和70303提供值k和值1-k。乘法器70302將通過插值裝置702的信號乘以值k，乘法器70303將通過雙水平行加法裝置701的信號乘以值1-k，在加法器70304中計算以上結果的總和，然后輸出。
關于按上述方式配置的本發明的固態成象設備，以下解釋其操作。
在該設備內拾取兩個圖象，一個短期曝光信號圖象(以下稱為短信號)和一個長期曝光信號圖象(以下稱為長信號)，然后該設備合成兩個圖象以拾取一個具有擴展動態范圍的圖象。以下借助圖8解釋此類動態范圍擴展的原理。圖8(a)和8(b)表示曝光時主體的亮度(固態成象設備的入射光量)與固態成象設備輸出的信號的數量之間的關系。正如圖8(a)所示，在長期曝光中，入射光在固態成象元件的光電二極管上形成的電荷量變大，因此，輸出信號的數量自然變大。然而，光電二極管上積累的電荷量有一個上限，并且當超過該上限時，出現飽和現象，即，出現不完整信號，因此，不能正確再現主體圖象。另一方面，正如圖8(b)所示，將曝光時間設短能夠避免飽和現象，但會降低主體中低亮度部分的S/N。因此，通過使用利用長期曝光獲得的信號(長信號)和利用短期曝光獲得的信號(短信號)，合成由低亮度部分的長信號和高亮度部分的短信號組成的圖象，能夠再現從低亮度部分到高亮度部分的主體，從而擴展成象設備的動態范圍。此時，在將短信號乘以與圖8(c)所示的長信號之曝光量比率(有關曝光時間的比率)相等的某個增益后，在合成這些信號后，就能夠根據有關曝光量的比率擴展動態范圍，如圖8(d)所示。例如，當長信號與短信號的曝光量比率為1∶D時，可以將動態范圍擴展D倍。
以下解釋能夠根據上述原理擴展所拾取圖象之動態范圍的成象設備的具體示例。
首先，利用圖9，解釋拾取短信號和長信號的方法。圖9是一個有關主體圖象的曝光以及固態成象元件3中的曝光信號讀取操作的定時圖。在該圖中，項目(a)表示沿垂直方向的同步信號；項目(b)表示一個讀取控制脈沖，用于控制從固態成象元件3的光電二極管中讀取信號載荷；項目(c)表示機械快門2的打開/關閉狀態；項目(d)表示固態成象元件3的光電二極管上的曝光信號；項目(e)表示從固態成象元件3輸出的一個信號。
在短信號曝光中，當打開機械快門2時，通過使用電子快門功能，在所需曝光時間(如千分之一秒)內進行曝光。在完成千分之一秒的曝光后，利用讀取控制脈沖，將光電二極管上積累的電荷移動到垂直轉移CCD。此時，固態成象元件3應在場讀取模式內驅動，并且正如在圖2(a)中解釋的那樣，在垂直轉移CCD上混合光電二極管上積累的電荷，并讀到外部。此時，要讀取的所述圖象信號只是第一場的信號。圖10表示在場讀取模式中讀取的短信號。認為固態成象元件3的垂直方向上的光電二極管的數目為N(為了解釋，認為N是偶數，但并不限于此)。正如圖10所示，讀取的短信號變為4種信號Ye+Mg，Cy+G，Ye+G和Cy+Mg，其中通過將四種顏色Ye和Cy以及G和Mg分別添加到其他顏色中，得到以上信號。垂直方向的行數為沿垂直方向的光電二極管數N的一半。
接著，在讀取短信號時，對長信號曝光。例如，認為長信號的曝光時間為百分之一秒。利用機械快門2的打開/關閉，控制長信號的曝光時間，并且在長信號曝光開始后的百分之一秒后，關閉機械快門2以完成曝光。這樣，通過關閉機械快門2，使得長期曝光信號不會在讀取期間過度曝光。
在完成長信號的曝光時，利用讀取控制脈沖，將光電二極管上積累的電荷轉移到垂直轉移CCD。此時，固態成象元件3應在幀頻讀取模式內驅動，并且正如在圖2(c)中解釋的那樣，由第一場讀取與垂直方向的奇數行相等的光電二極管的電荷。在完成第一場的信號讀取后，讀取與垂直方向的偶數行相等的光電二極管的電荷(第二場)，從而從固態成象元件3中讀取與一幀相等的長信號。例如，認為圖9(a)所示的垂直同步信號的周期為百分之一秒，并應在垂直同步信號的一個周期內，完成固態成象元件3中一幀信號讀取操作。圖11表示在幀頻讀取模式中讀取的長信號。正如圖11所示，對于第一場而言，讀取的長信號為帶有兩種顏色Ye和Cy的信號，對于第二場而言，為帶有兩種顏色G和Mg的信號。垂直方向的行數為各場之垂直方向的光電二極管數N的一半，因此，通過組合兩個場，獲得與一幀相等的N行信號。
通過按上述方式進行曝光和信號讀取，提供具有不同曝光時間的兩個信號，即，作為一個場圖的短信號和作為一個滿幀圖象的長信號。短信號為長信號的水平行數的一半，所以短信號比長信號的象素數少。
接著，通過模擬信號處理裝置4，發送利用固態成象元件3獲得的具有不同曝光時間的兩個信號，利用A/D轉換裝置轉換為數字信號，并且暫時在圖象存儲器6上存儲。
從圖象存儲器6中讀取長信號和短信號。在從圖象存儲器6中讀取長信號時，從引導行開始順序讀取長信號，其中假設讀取一幀圖象的方式為第一場的第一行，第二場的第一行，然后是第一場的第二行。把從圖象存儲器6讀取的長信號，發送到雙水平行加法裝置701。在雙水平行加法裝置701中，計算作為幀信號的彼此相鄰的上/下兩行的長信號的總和，并且進行混合。這是因為在合成長信號和短信號時，不能合成不同信號類型的兩個信號，因此按照利用雙水平行加法裝置701在固態成象元件3的垂直轉移CCD上混合象素的方式，處理長信號，對于短信號而言，則利用插值裝置702將一個場圖轉換為一個幀圖象。
圖12(a)表示在雙水平行加法裝置701中計算彼此相鄰的上/下兩行信號之總和并進行混合后的長信號；圖12(b)表示插值處理前的短信號；圖12(c)表示插值處理后的短信號。正如圖12(a)和圖12(c)所示，用于長信號的水平行加法處理和用于短信號的插值處理，使得長信號和短信號的信號類型互相匹配。
在插值裝置702中，利用插值處理將圖12(b)所示的場圖轉換為圖12(c)所示的幀圖象，以下解釋該方法。
例如，在確定圖12(b)中第二行和第三行之間的水平行信號時，必須生成一個由信號Ye+G和Cy+Mg組成的水平行信號。此時，由最接近的信號Ye+G和Cy+Mg組成的行為第二行和第四行，因此根據以上兩行，利用插值處理確定第二行和第三行之間的一行。然而，插值處理確定水平行信號的位置與第二行和第四行之間的空間距離并不是等距離的，所以必須根據距離進行加權處理。因此，插值裝置702的配置為對于連續輸入的三行水平行信號，將除中間行之外的上/下結束行輸入到乘法器70203和70204中，從而確保乘法器70203和70204中用于加權處理的乘數分別為1/4和3/4，然后在加法器70205中計算乘法結果的總和。
根據插值處理確定的水平行信號的位置與第二行和第四行之間的空間距離比率為1∶3，確定乘法器70203和70204中的乘數。
同樣，在利用插值處理確定第三行和第四行之間的水平行信號時，必須生成由Ye+Mg信號和Cy+G信號組成的水平行信號，此時，由Ye+Mg信號和Cy+G信號組成的行為第三行和第五行，因此根據兩行之間的距離比率，進行加權，從而能夠利用插值處理確定第三行和第四行之間的行信號。
借助上述處理，生成用于一幀的信號和用于一個場的短信號，其中用于一幀的信號與插值處理從長信號獲得的一幀相等。
用于合成長信號和短信號以合成一個具有擴展動態范圍的信號的裝置為加權加法裝置703。在加權加法裝置703中，利用圖7所示的合成系數生成裝置70301，根據長信號的每個象素的信號電平，確定合成系數，然后根據合成系數k，以象素為單位，合成經過插值處理變為一個幀圖象并且在屏幕上的同一空間位置存在的長信號和短信號。
圖13表示在合成系數生成裝置70301中根據長信號的信號電平確定合成系數k的方法示例。正如圖13所示，為長信號設置兩個閾值Th_min和Th_max；當長信號電平滿足公式(1)，即當長信號電平小于等于Th_min并且不可能出現飽和時，認為合成系數k為0，當長信號電平滿足公式(2)，即當長信號電平大于等于Th_max并且固態成象元件的輸出接近飽和電平時，認為合成系數k為1。根據要使用的固態成象元件的飽和特性以及S/N，適當確定閾值Th_min和Th_max。
0≤長信號電平≤Th_min----------(1)Th_max≤長信號電平----------(2)如圖13所示，當長信號電平滿足公式(3)，即當長信號電平為中間值時，利用公式(4)的線性方程確定合成系數k。
Th_min＜長信號電平＜Th_max----------(3)K＝{1/(Th_max-Th_min)}×(長信號電平)-{Th_min/(Th_max-Th_min)}----------(4)通過使用按上述方式確定的合成系數k，利用公式(5)合成每個象素的長信號和短信號。將通過合成長信號和短信號獲得的信號作為合成信號。
合成信號＝(1-k)×長信號+k×短信號×D----------(5)例如，當根據圖14所示的長信號(Ye+Mg)L11和與(Ye+Mg)L11具有相同空間位置的短信號(Ye+Mg)S11確定合成信號(Ye+Mg)M11時，按照公式(6)執行合成，其中根據長信號確定的合成系數為k11。
(Ye+Mg)M11＝(1-k11)×(Ye+Mg)L11+k11×(Ye+Mg)S11×D----------(6)按照公式(6)，利用相同空間位置上存在的長信號和短信號確定合成信號的其他象素。
在公式(5)和(6)中對短信號進行放大的常數D為有關長信號和短信號之曝光量的比率(曝光時間比率)，例如，長信號的曝光量(曝光時間)為TL，短信號的曝光量(曝光時間)為TS，則根據公式(7)確定常數D。
D＝TL/TS------------------(7)通過按上述方式使用長信號和短信號，合成一個合成信號，擴展所拾取圖象的動態范圍，其中合成信號由其信號電平小于等于閾值Th#min的長信號部分，其信號電平大于等于閾值Th#max的短信號部分，即固態成象元件3的輸出接近飽和(所拾取的圖象的亮度很高，所以在正常情況中該信號是不完整的)，以及對長信號和短信號進行加權并計算其總和的中間亮度部分的信號組成的。
然而，對于擴展其動態范圍的合成信號而言，由長信號組成的部分最初是一個幀圖象信號，所以圖象分辨率較高。另一方面，由短信號組成的部分是根據一個場圖信號合成的，所以圖象分辨率低于長信號組成的部分。然而，一般而言，很少出現整幅圖象的信號電平接近飽和的情況，并且即使在此類情況中，通過縮小光圈限制入射光量，所以整幅圖象的信號電平難以接近飽和電平，因此，由短信號組成的圖象部分占據所拾取圖象之大部分圖象的情況實際上很難出現。當利用有限灰度表示圖象時，高亮度部分，即高信號電平部分分配的灰度通常小于中/低亮度部分。因此，由短信號組成的圖象部分的分辨率的灰度并不突出，所以即使按上述方法合成長信號和短信號，也能獲得其分辨率與CCD之象素數相等的合成象象。
如上所述，在數字信號處理裝置8中，處理信號合成裝置7合成的信號，如從彩色信號中分離亮度信號，噪聲消除，邊緣增強，γ校正，矩陣運算以及編碼為特定格式。數字信號處理裝置8中的信號處理與本發明的目的沒有直接關系，因此不再贅述。
如上所述，上述固態成象設備控制固態成象元件3的曝光和信號讀取模式，拾取一個場的短期曝光信號和一幀的長期曝光信號，然后合成這些信號，因此能夠在其分辨率等于CCD之象素數的情況下，拾取具有擴展動態范圍的圖象。另外，與本發明之固態成象設備一起使用的固態成象元件，可以使用消費者固態成象設備中廣泛使用的IT-CCD，所以能夠以較低成本配置該設備，而無需使用眾多固態成象元件或專用固態成象元件。
在以上過程中，將短信號的曝光作為第一曝光并將長信號的曝光作為第二曝光，然后利用以上曝光，按以上方式設置光電二極管上積累的電荷的讀取順序，還存在以下過程，將長信號的曝光作為第一曝光并將短信號的曝光作為第二曝光，并且采用相反的讀取順序。(執行本發明的其他方式)以下對照實施例1說明其他實施例2到8。實施例2本發明之實施例2中的固態成象設備與圖1所示的本發明之實施例1的固態成象設備的區別在于，加權加法裝置(在實施例2中，利用數字704表示其區別)的配置以及在該裝置中執行的處理。在下文中，省略與本發明之實施例1類似的處理內容的解釋，并且只解釋與本發明之實施例1不同的部分。
圖15是本發明之實施例2中的加權加法裝置704的框圖。在該圖中，數字70401表示亮度信號抽取裝置，用于從經過雙水平行加法裝置701的長信號中抽取亮度信號分量。數字70402表示合成系數生成裝置，該裝置根據經過亮度信號抽取裝置70401的長信號的亮度分量的亮度信號電平，生成一個系數k(1≥k≥0)，然后向乘法器70403和70404提供值k和值1-k。乘法器70403將通過插值裝置702的短信號乘以值k，乘法器70404將通過雙水平行加法裝置701的長信號乘以值1-k，在加法器70405中計算以上結果的總和，然后輸出。
圖16是一個框圖，表示亮度信號抽取裝置70401的配置示例。在該圖中，數字704011表示將輸入信號延遲一個象素周期的裝置。數字704012表示一個加法器，用于計算在一象素延遲裝置704011中延遲的所述圖象信號和輸入到亮度信號抽取裝置70401的所述圖象信號的總和，以便將水平方向的兩個相鄰象素添加到各信號中，從而僅抽取該信號的低通分量。亮度信號抽取裝置70401抽取的該信號的低通分量與所述圖象信號的亮度信號相等。
關于按上述方式配置的本發明之實施例2的固態成象設備，以下解釋其操作。
與本發明之實施例1不同，在本發明之實施例2中，根據從長信號中抽取的亮度信號的信號電平，確定合成長信號和短信號時使用的合成系數。
因此，在加權加法裝置704中，提供從長信號中抽取亮度信號的亮度信號抽取裝置70401。
在亮度信號抽取裝置70401中，對于雙水平行加法裝置701的輸出，順序累加水平方向上彼此相鄰的兩個象素信號，從而以公式(8)為基礎抽取長信號的亮度分量(以下稱為長亮度信號)。
亮度分量(亮度信號)＝Ye+Mg+Cy+G-----------(8)例如，當根據長信號(Ye+Mg)L11和長信號(Cy+G)L12確定長亮度信號YL11時，累加(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12。同樣，在確定長亮度信號YL12時，累加(Cy+G)L12和(Ye+Mg)L13。
以下解釋根據從長信號中抽取的亮度信號(長亮度信號)確定合成系數的方法。
圖18表示在合成系數生成裝置70402中根據長亮度信號的信號電平確定各象素的合成系數k的方法示例。正如圖18所示，為長亮度信號電平設置兩個閾值Th_min’和Th_max’；當長亮度信號電平滿足公式(9)，即當主體的亮度電平小于等于Th_min’，認為合成系數k為0，當長亮度信號電平滿足公式(10)，即當主體的亮度電平大于等于Th_max’時，認為合成系數k為1。根據要使用的固態成象元件的飽和特性以及S/N，適當確定閾值Th_min’和Th_max’。
0≤長亮度信號電平≤Th_min’----------(9)Th_max’≤長亮度信號電平---------(10)正如圖18所示，當長亮度信號電平滿足公式(11)，即當亮度為低亮度和高亮度之間的中間值時，利用公式(12)的線性方程確定合成系數k。
Th_min’＜長亮度信號電平＜Th_max’----------(11)K＝{1/(Th_max’-Th_min’)}×(長亮度信號電平)-{Th_min’/(Th_max’-Th_min’)}----------(12)通過使用按上述方式確定的合成系數k，利用公式(5)合成每個象素的長信號和短信號。將通過合成長信號和短信號獲得的信號作為合成信號。
例如，當根據圖19所示的長信號(Ye+Mg)L11和與(Ye+Mg)L11具有相同空間位置的短信號(Ye+Mg)S11確定合成信號(Ye+Mg)M11時，以與兩個信號具有相同空間位置的亮度信號YL11確定的合成系數(作為ky11)為基礎，按照公式(13)執行合成。(Ye+Mg)M11＝(1-ky11)×(Ye+Mg)L11+ky11×(Ye+Mg)S11×D----------(13)按照公式(13)，利用相同空間位置上存在的長信號和短信號確定合成信號的其他象素。
在公式(13)中對短信號進行放大的常數D為有關長信號和短信號之曝光量的比率(曝光時間比率)，按照本發明之實施例1，根據公式(7)確定常數D。
通過按上述方式使用長信號和短信號，合成一個合成信號，擴展所拾取圖象的動態范圍，其中合成信號由低亮度部分的長信號，高亮度部分的短信號，以及對長信號和短信號進行加權并計算其總和的低亮度部分和高亮度部分之間的中間亮度部分的信號組成的。
可以將亮度信號作為從長信號中抽取的低頻分量，所以在以亮度信號為基礎確定合成系數時，可以減少合成系數判定時長信號內噪聲分量的影響。
如上所述，本發明之實施例2的固態成象設備控制固態成象元件3的曝光和信號讀取模式，拾取一個場的短期曝光信號和一幀的長期曝光信號，然后合成這些信號，因此能夠在其分辨率等于CCD之象素數的情況下，拾取具有擴展動態范圍的圖象。另外，與本發明之固態成象設備一起使用的固態成象元件，可以使用消費者固態成象設備中廣泛使用的IT-CCD，所以能夠以較低成本配置該設備，而無需使用眾多固態成象元件或專用固態成象元件。實施例3圖20是本發明之實施例3中的固態成象設備的框圖。在該圖中，光學透鏡1的功能/操作，用于光圈的機械快門2，固態成象設備3，模擬信號處理裝置4，A/D轉換裝置5，圖象存儲器6，快門驅動裝置9，固態成象元件驅動裝置10，雙水平行加法裝置701，亮度信號抽取裝置70401，以及插值裝置702與本發明之實施例1和2相同，因此給它們分配圖1到圖19中的相同數字，并且不再贅述。
以下解釋圖20所示框圖中的其他組件，數字12表示亮度信號插值裝置，該裝置將插值處理應用于亮度信號抽取裝置70401的輸出，亮度信號合成裝置13合成亮度信號抽取裝置70401和亮度信號插值裝置12的輸出。輸入到亮度信號插值裝置12的亮度信號是從短信號中抽取的，所以將該亮度信號稱為短亮度信號，把從長信號中抽取的亮度信號稱為長亮度信號。因此，從亮度信號抽取裝置70401直接輸入到亮度信號合成裝置13的信號，變為長亮度信號，而從亮度信號插值裝置12輸入到亮度信號合成裝置13的信號，變為插值之后的短亮度信號的信號。
信號合成裝置14合成雙行加法裝置701和插值裝置702的輸出。單行存儲器15、16、17和18為延遲裝置，用于提供同步信號合成裝置14和來自水平行信號的輸出時需要的一個水平同步周期，水平行信號共計5行，包括單行存儲器15、16、17和18和四行輸出以及信號合成裝置14的一行輸出，利用合成裝置19獲得在相同空間位置上同時具有紅色(R)分量和藍色(B)分量的信號。
在數字信號處理裝置20中，處理具有亮度信號合成裝置13獲得的亮度信號的信號，以及帶有合成裝置19獲得的紅色(R)分量和藍色(B)分量的信號，如噪聲消除，邊緣增強，矩陣運算以及編碼為特定格式。由系統控制裝置21整體控制包括上述裝置在內的所有組件的操作模式和操作定時。
圖21是一個框圖，表示亮度信號插值裝置12的配置。在該圖中，數字1201是一個單行存儲器，該裝置將亮度信號抽取裝置70401輸出的所述圖象信號的一行信號，延遲一個水平同步周期。數字1202和1203表示放大裝置，用于將經過單行存儲器1201的輸入和通過亮度信號抽取裝置70401輸入到亮度信號插值裝置12的信號，乘以某個增益。數字1204表示一個加法器，用于計算在放大裝置1202和1203乘以某個增益后的信號的總和。
圖22是一個框圖，表示亮度信號合成裝置13的配置。在該圖中，數字1301表示合成系數生成裝置，該裝置根據通過亮度信號抽取裝置70401的長亮度信號的每個象素的信號電平，生成一個系數k(1≥1≥0)，然后向乘法器1302和1303提供值k和值1-k。乘法器1302將通過雙水平行加法裝置701的短亮度信號乘以值k，乘法器70303將通過雙水平行加法裝置701的長亮度信號乘以值1-k，在加法器70304中計算以上結果的總和，然后輸出。
圖23是一個框圖，表示信號合成裝置14的配置。在該圖中，數字1401和1402表示乘法器，用于將雙水平行加法后的短信號和長信號乘以亮度信號合成裝置13提供的系數k和1-k。在加法器1403中計算以上結果的總和，然后輸出。
圖24是一個框圖，表示合成裝置19的配置。在該圖中，數字1901表示一個選擇器，用于從輸入信號中選擇3個信號，然后將其輸出到輸出A、B、C；數字1902和1903表示放大器，該放大器將輸出B和C輸出的信號乘以一個常數，然后利用加法器1904累加經過放大的信號。數字1905表示一個選擇器，用于在輸出D和E之間分配選擇器1901的輸出A和加法器1904的輸出。如下所述，利用信號的顏色分量來分割選擇器1901和1905選擇的信號的輸出目的。
關于按上述方式配置的本發明之實施例3的固態成象設備，以下解釋其操作。
本發明的第三實施例與本發明的實施例1和2的相似處在于，拾取兩幅圖象，即短期曝光信號(短信號)和長期曝光信號(長信號)圖象進行合成，從而拾取具有擴展動態范圍的圖象。然而，在本發明的實施例3中，分別針對亮度信號和稍后以彩色信號方式處理的信號，合成短期曝光信號(短信號)和長期曝光信號(長信號)。
因此，在本發明的實施例3中，正如本發明的實施例1那樣，如果認為從圖象存儲器6中讀取的長信號為幀信號，則在雙水平行加法裝置701中，計算彼此相鄰的上/下兩行的長信號的總和，并進行混合。該步驟的目的在于使長信號與以下事實相配，即短信號是在實施例3的固態成象設備的垂直轉移CCD上混合的圖象。
在亮度信號抽取裝置70401中，正如本發明的實施例1那樣，對于雙水平行加法裝置701的輸出，順序累加水平方向上彼此相鄰的兩個象素，以便以公式(8)為基礎，抽取長信號的亮度分量(以下稱為長亮度信號)。
例如，當根據長信號(Ye+Mg)L11和長信號(Cy+G)L12確定長亮度信號YL11時，累加(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12。同樣，在確定長亮度信號(Cy+G)YL12時，累加L12和(Ye+Mg)L13。
接著，對于從圖象存儲器6中讀取的短信號，正如圖長信號那樣，首先在亮度信號抽取裝置70401中確定亮度信號。
圖25表示長亮度信號；圖26表示短亮度信號。
正如圖26所示，短信號是一個場信號，所以短亮度信號自然是一個場亮度信號。因此，將一個場短亮度信號轉換為一個幀信號，以使短亮度信號與長亮度信號具有相同信號類型的裝置為，亮度信號插值裝置12。
更確切地說，亮度信號插值裝置12通過將放大裝置1202和1203中的放大增益設置為0.5，確定兩個連續行的加法平均值，然后將其作為插值信號。圖27表示插值處理后的短亮度信號。
借助上述處理，獲得根據單幀長信號得到的亮度信號(長亮度信號)，以及與插值處理根據單場短信號得到的單幀信號相等的亮度信號(短亮度信號)。按照上述方式根據單場短亮度信號合成單幀短亮度信號的原因在于，在合成短信號和長信號以擴展動態范圍的處理中，如果短信號仍然是單場信號，則水平行是短信號，所以不能將短信號和長信號合成為一個幀信號。
用于合成長亮度信號和短亮度信號以合成具有擴展動態范圍的亮度信號的裝置為，亮度信號合成裝置13。在亮度信號合成裝置13中，由圖22所示的合成系數生成裝置1301根據長信號的各象素的信號電平，確定合成系數k，然后根據合成系數k，以象素為單位，合成屏幕上相同空間位置上存在的長亮度信號和短亮度信號。
作為根據長亮度信號的信號電平確定各象素之合成系數k的方法示例，可以考慮本發明之實施例2的相同方法，因此省略其說明。
通過使用按上述方式確定的合成系數k，利用公式(14)合成每個象素的長亮度信號和短亮度信號。將通過合成長亮度信號和短亮度信號獲得的信號作為合成亮度信號。
合成亮度信號＝(1-k)×長亮度信號+k×短亮度信號×D----------(14)例如，當根據圖28所示的亮度信號YL11和與YL11具有相同空間位置的短亮度信號YS11確定合成信號YM11時，將根據長亮度信號YL11確定的合成系數作為k11，從而按照公式(15)執行合成。
YM11＝(1-k11)×YL11+k11×YS11×D----------(15)按照公式(15)，利用相同空間位置上存在的長亮度信號和短亮度信號，確定合成亮度信號的其他象素。
在公式(14)和(15)中對短亮度信號進行放大的常數D為有關長信號和短信號之曝光量的比率(曝光時間比率)，按照本發明之實施例1，根據公式(7)確定常數D。
通過按上述方式使用長亮度信號和短亮度信號，合成一個合成信號，擴展所拾取的圖象亮度的動態范圍，其中合成信號由低亮度部分的長信號，高亮度部分的短信號，以及對長亮度信號和短亮度信號進行加權并計算其總和的低亮度部分和高亮度部分之間的中間亮度部分的信號組成的。
然而，對于擴展其動態范圍的合成信號而言，由長亮度信號組成的部分最初是一個幀圖象信號，所以圖象分辨率較高。另一方面，由短亮度信號組成的部分是根據一個場圖信號合成的，所以圖象分辨率低于長亮度信號組成的部分。然而，一般而言，很少出現整幅圖象之的亮度很高的情況，并且即使在此類情況中，通過縮小光圈限制入射光量，所以整幅圖象的信號電平的亮度不會很高，因此，由短亮度信號組成的圖象部分占據所拾取圖象之大部分圖象的情況實際上很難出現。當利用有限灰度表示圖象時，高亮度部分分配的灰度通常小于中/低亮度部分。因此，由短亮度信號組成的圖象部分的分辨率的灰度并不突出，所以即使按上述方法合成長亮度信號和短亮度信號，也能獲得其分辨率與CCD之象素數相等的合成象象。
以上說明針對與利用亮度信號合成擴展動態范圍有關的處理內容。以下解釋與彩色信號有關的處理。
為了擴展彩色信號的動態范圍，在信號合成裝置14中，對從圖象存儲器6中讀取的短信號，以及在雙水平行加法裝置70中累加彼此相鄰的上/下兩行信號的長信號，進行合成處理。
作為一個場信號的短信號與長信號的信號種類不同。因此，正如本發明之實施例1那樣，利用插值裝置702將一個場信號轉換為一個幀信號。
圖12(a)表示在雙水平行加法裝置701中計算彼此相鄰的上/下兩行信號之總和并進行混合后的長信號，而圖12(b)表示在插值裝置702中進行過插值處理的短信號，正如本發明之實施例1那樣，長信號的雙水平行加法處理和短信號的插值處理，使得長信號和短信號的信號種類互相匹配。
象本發明之實施例2那樣，當長亮度信號和短亮度信號與輸入到信號合成裝置14中的長信號和短信號的空間位置匹配時，利用合成長亮度信號和短亮度信號時使用的合成系數k，以及根據公式(7)確定的常數D，為每個象素合成輸入到信號合成裝置14的長信號和短信號。在信號合成裝置14中合成的信號稱為合成信號。
以上說明針對擴展彩色信號的動態范圍的合成處理。
信號合成裝置14確定的合成信號具有以下配置，沿水平方向排列有Ye+Mg和Cy+G象素的行信號以及沿水平方向排列有Ye+G和Cy+Mg象素的行信號，沿垂直方向以兩行為周期重復，因此，如果將紅、綠、藍三原色分別表示為R、G、B，則從排列有Ye+Mg和Cy+G象素的行信號中，根據公式(16)得到一個具有R分量的彩色信號2R-G，則從排列有Ye+G和Cy+Mg象素的行信號中，根據公式(17)得到一個具有B分量的彩色信號2B-G。
(Ye+Mg)-(Cy+G)≈2R-G-------------------(16)(Cy+Mg)-(Ye+G)≈2B-G-------------------(17)這就是所謂的色差行序，因此，對于一個水平行信號，只能獲得具有R分量的彩色信號2R-G或具有B分量的彩色信號2B-G中的一個彩色信號。因此，對于一個水平行信號，為了獲得同時具有R分量和B分量的信號，需要利用單行存儲器15、16、17、18和同步裝置19進行同步處理。
以下解釋單行存儲器15、16、17、18和同步裝置19的同步處理的具體內容。同步裝置19的輸入是上接信號合成裝置14和單行存儲器15、16、17、18的五行水平行信號。在將信號合成裝置14內合成的信號作為圖29(a)中的合成信號時，假設輸入到同步裝置19的五行信號為圖29(b)所示的第三行到第七行的信號。此時，假設同步處理的主體是位于所輸入的五行信號之中心上的水平行信號，在圖29(b)的第五行的水平行信號成為同步處理的主體時，第五行是一個與具有R分量的2R-G信號相對應的信號，所以插值處理能夠根據外圍水平行信號，生成具有B分量的2B-G信號。這樣，在圖24所示的同步裝置19中，選擇器1901把第五行的信號輸出到輸出A，并且把與第三行和第七行的2B-G信號相對應的信號，輸出到輸出B和輸出C。考慮到加法裝置1902和1903中放大增益為0.5，在加法器1904中累加相乘結果，將得到第三行和第七行的平均相加結果。將該平均相加結果以及作為選擇器1901之輸出A的輸出的第五行的信號，輸入到選擇器1905，在選擇器1905中選擇輸出目的，把與2R-G相對應的第五行的水平行信號輸出到輸出D，把與2R-G相對應的第三行和第七行的平均相加結果，輸出到輸出E。上述操作允許在第五行存在的空間位置上獲得與具有R分量的2R-G相對應的信號，和與具有B分量的2B-G相對應的信號。同樣，在將第五行到第九行的信號輸入到同步裝置19時，第七行的水平行信號成為同步處理的主體，第七行是一個與具有B分量的2B-G信號相對應的信號，所以插值處理能夠根據外圍水平行信號，生成具有R分量的2R-G信號。這樣，在圖24所示的同步裝置19中，選擇器1901把第七行的信號輸出到輸出A，并且把與第五行和第九行的2R-G信號相對應的信號，輸出到輸出B和輸出C。考慮到加法裝置1902和1903中放大增益為0.5，在加法器1904中累加相乘結果，將確定第五行和第九行的平均相加結果。將該平均相加結果以及作為選擇器1901之輸出A的輸出的第七行的信號，輸入到選擇器1905，在選擇器1905中選擇輸出目的，把與2B-G相對應的第七行的水平行信號輸出到輸出E，把與2R-G相對應的第五行和第九行的平均相加結果，輸出到輸出D。上述操作允許在第七行存在的空間位置上獲得與具有R分量的2R-G相對應的信號，和與具有B分量的2B-G相對應的信號。自動選擇輸入/輸出信號，或利用系統控制裝置21的控制輸入/輸出信號的選擇，因此在同步裝置19中，根據輸入信號執行上述處理。
如上所述，在數字信號處理裝置20中，處理信號合成裝置13合成的合成亮度信號，以及在同步裝置19中獲得的與具有R分量的2R-G相對應的信號和與具有B分量的2B-G相對應的信號，如噪聲消除，邊緣增強，γ校正，矩陣運算以及編碼為特定格式。數字信號處理裝置20中的信號處理與本發明的目的沒有直接關系，因此不再贅述。
如上所述，本發明之實施例3的固態成象設備控制固態成象元件3的曝光和信號讀取模式，拾取一個場的短期曝光信號和一幀的長期曝光信號，然后合成這些信號，因此能夠在其分辨率等于CCD之象素數的情況下，拾取具有擴展動態范圍的圖象。另外，與本發明之固態成象設備一起使用的固態成象元件，可以使用消費者固態成象設備中廣泛使用的IT-CCD，所以能夠以較低成本配置該設備，而無需使用眾多固態成象元件或專用固態成象元件。
(3)實施例4本發明之實施例4中的固態成象設備與圖20所示的本發明之實施例3的主要不同點在于，在本發明之實施例4中的固態成象設備中添加裝置22，該裝置對雙水平行加法裝置70401的輸出進行稀疏處理，消除有關的插值裝置702和單行存儲器17、18，并且信號合成裝置的配置/功能，同步裝置，數字信號處理裝置以及系統控制裝置均與實施例3中的相應裝置不同(在本發明之實施例中，為了表示區另，對其編號為信號合成裝置23，同步裝置24，數字信號處理裝置25和系統控制裝置26)。以下省略與本發明之實施例3相同的處理內容的解釋，只解釋與本發明之實施例3不同的部分。圖30是本發明之實施例4中的固態成象設備的框圖。在該圖中，稀疏裝置20對雙水平行加法裝置701輸出的水平行信號進行稀疏處理，并將一個幀信號轉換為一個場信號。信號合成裝置23以亮度信號合成裝置13確定的合成系數k為基礎，合成稀疏裝置23和圖象存儲器6的輸出。同步裝置24同步處理信號合成裝置23的輸出。
在數字信號處理裝置25中，處理亮度信號合成裝置13獲得的亮度信號，同步裝置24獲得的具有紅色(R)分量的信號，以及具有藍色(B)分量的信號，如噪聲消除，邊緣增強，矩陣運算以及編碼為特定格式。由系統控制裝置26整體控制包括上述裝置在內的所有組件的操作模式和操作定時。
圖31是一個框圖，表示同步裝置24的配置。數字2401、2401表示放大裝置，該裝置將通過信號合成裝置23和單行存儲器16的信號乘以某個常數，然后利用加法器2403計算經過放大的信號的總和。數字2404表示一個選擇器，用于在輸出D和E之間分配單行存儲器15和輸出和加法器2403的輸出。如下所述，利用信號的顏色分量來分割選擇器2404選擇的信號的輸出目的。關于按上述方式配置的本發明之實施例4的固態成象設備，以下解釋器操作。
正如在本發明之實施例3中說明的那樣，雙水平行加法裝置701的輸出是作為一個幀信號的長信號。然而，圖象存儲器6中存儲的短信號是一個場圖，所以當該信號仍然處于此種情況時，不能在信號合成裝置23中合成長信號和短信號。因此，在本發明之實施例4中，利用插值處理將短信號轉換一個幀信號。
與本發明之實施例3相反，在本發明之實施例4中，利用以下事實，即使彩色信號具有的信息量未達到亮度信號的程度，圖象質量也沒有問題，因此沿垂直方向對作為一個幀信號的長信號進行稀疏處理，從而將長信號轉換為一個場圖，在同步裝置24中同步該信號與短信號。更確切地說，利用稀疏裝置22，對圖12(a)所示的兩行加法后的長信號的偶數行進行稀疏處理，從而將輸入到信號合成裝置23的長信號轉換為一個場圖。經過稀疏處理的長信號與圖12(a)所示的短信號的類型相同。
正如本發明之實施例3那樣，當長亮度信號和短亮度信號與長信號和短信號的空間位置匹配時，利用合成長亮度信號和短亮度信號時使用的合成系數k，以及根據公式(7)確定的常數D，為每個象素合成輸入到信號合成裝置23的作為一個場信號的長信號和短信號。在信號合成裝置23中合成的信號稱為合成信號。
與本發明之實施例3不同，盡管在同步裝置24中執行同步處理，但是同步信號為一個場信號，所以輸入到同步裝置24的信號為一個三行信號，如圖32所示的第二行到第四行。正如本發明的實施例3一樣，根據以上三行信號可以獲得與具有R分量的2R-G相對應的信號，以及與具有B分量的2B-G相對應的信號。例如，為了獲得與具有R分量的2R-G相對應的信號，以及與具有B分量的2B-G相對應的信號，需要計算第二行和第四行的信號的總和，然后計算平均值，以合成與2B-G相對應的信號。
按照本發明之實施例3中的方式，在數字信號處理裝置25中處理合成裝置24獲得的兩個信號，而在本發明之實施例4中，在信號合成裝置23中合成的合成信號是一個場信號，所以無需在數字信號處理裝置25中，將合成信號轉換為一個幀圖象，如果需要的話。
如上所述，正如本發明之實施例3那樣，本發明之實施例4的固態成象設備控制固態成象元件3的曝光和信號讀取模式，拾取一個場的短期曝光信號和一幀的長期曝光信號，然后合成這些信號，因此能夠在其分辨率等于固態成象元件之象素數的情況下，拾取具有擴展動態范圍的圖象。另外，本發明之實施例4以場信號的方式處理彩色信號，從而能夠減少所需的單行存儲器的數目，并且以較低成本配置該設備。
在本發明的實施例1中，把短信號作為按照場讀取模式讀取的一個場圖，但并不限于此類配置，例如，考慮通過沿垂直方向對水平行信號進行稀疏處理讀取信號的配置。舉例來說，如圖33所示，考慮從固態成象元件3中讀取短信號時的配置，對于沿垂直方向的每三行信號，讀取一行信號。此時，在不混合固態成象元件中上/下兩個光電二極管上積累之電荷的情況下，讀取短信號，從而無需進行雙水平行加法處理。在圖4所示的插值裝置702進行插值處理中，必須以使得短信號與長信號的水平行數匹配的方式，執行插值處理。亦即，在插值裝置702中，利用短信號的水平行信號之間的插值處理，生成兩行水平行信號。上述處理使得短信號和長信號具有相同信號類型，從而能夠利用圖4所示的加權加法裝置703合成兩個信號。此時，可以利用圖13所示的方法，根據并未累加上/下兩行信號的長信號的各象素的信號電平，確定合成系數k。當通過按照上述方式對水平行信號進行稀疏處理而讀取短信號時，無需進行長信號的雙水平行加法處理，但該處理并不限于此類配置，并且可考慮以下配置，即，對長信號和短信號進行雙水平行加法處理，然后進行合成處理。
在本發明的實施例1中，把具有不同曝光量的兩個信號作為一個場信號的短信號和一個幀圖象的長信號，但并不限于此類配置，并且可以根據應用的固態成象元件，把長信號作為一個場信號，把短信號作為一個幀圖象。此時，足以提供圖34所示的配置，利用插值裝置702沿垂直方向對長信號進行插值處理，而利用雙水平行加法裝置701計算彼此相鄰的上/下兩行短信號的總和，并且在該配置中，根據經過插值處理后的長信號，確定加權加法裝置703中使用的合成系數。也可考慮以下配置，根據插值處理之前的長信號確定合成系數，此時，圖34(a)所示的短信號的偶數行上不存在相應的長信號，因此不能確定合成系數k，所以根據與短信號之偶數行的上/下行之相同位置上存在的長信號的水平行確定的合成系數，確定短信號的偶數行的位置上的合成系數。這樣，根據作為一個場圖的長信號和作為一個幀圖象的短信號，確定合成系數，從而能夠拾取具有高亮度部分之高分辨率的擴展動態范圍圖象。
在本發明的實施例1和2中，插值裝置702使用兩個單行存儲器，并且根據兩個水平行的信號執行插值處理，但并不限于此配置，例如，可考慮以下配置，即，使用大量單行存儲器，并利用來自大量水平行信號的高級插值處理執行插值處理的裝置。也可考慮以下配置，通過將圖35所示的一個水平行重復輸出兩次，使水平行的數目加倍，即，執行所謂的前值插值。
在本發明的實施例1中，在信號合成裝置7中，為長信號的每個象素，確定用于合成長信號的短信號的合成系數k，但此裝置并不限于此配置，例如，可以考慮以下配置，根據眾多象素之信號電平的平均值、最小值、最大值或中間值，確定各象素的合成系數k，或者，對于為各象素確定的值k，將根據眾多象素確定的值k的平均值、最小值、最大值或中間值，作為各象素的合成系數。
在本發明的實施例1中，在信號合成裝置7中，可以考慮以下配置，確定由許多象素組成的象素塊的合成系數，以執行合成。例如，在圖36中，如果分別將長信號(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12以及長信號(Ye+Mg)L13和(Cy+G)L14作為一個象素塊，同時分別將與長信號的位置相同的位置上存在的短信號(Ye+Mg)S11和(Cy+G)S12以及短信號(Ye+Mg)S13和(Cy+G)S14作為一個象素塊，則能夠確定以兩個象素為單位的象素塊的合成系數，然后執行合成。此時，例如，合成由長信號(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12組成的象素塊以及由短信號(Ye+Mg)S11和(Cy+G)S12組成的象素塊，其中在公式(18)中，象素塊的合成系數分別為kb11。((Ye+Mg)M11和(Cy+G)M12為合成后的信號)(Ye+Mg)M11＝(1-kb11)×(Ye+Mg)L11+kb11×(Ye+Mg)S11×D
(Cy+G)M12＝(1-kb11)×(Cy+G)L12+kb11×(Cy+G)S12×D------------(18)此時，可以將利用圖13所示方法根據該象素塊中包含的任一長信號(如，(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12)的信號電平，或該象素塊中包含的任一長信號(如，(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12)的信號電平的平均值、最小值、最大值或中間值之一，確定的系數k，作為該象素塊的合成系數kb11。也可考慮以下配置，將圖13所示方法根據該象素塊中包含的長信號的各信號電平確定的值k(例如，圖36中的k1和k2)的平均值、最小值、最大值或中間值之一，作為該象素塊的合成系數kb11。象素塊中的象素數并不限于兩個象素。
在本發明的實施例1中，在信號合成裝置7中，可考慮以下配置，提供由眾多象素組成的象素塊，并且將圖13所示方法根據該象素塊內特定位置上的長信號之信號電平確定的合成系數，用于該象素塊內各象素的合成處理，特定位置如該象素塊內的中心位置。此時，無需確定每個象素的合成系數，從而能夠簡化處理。用于確定合成系數的象素的位置，并不限于象素塊的中心位置。
在本發明的實施例1中，在信號合成裝置7中，可考慮以下配置，根據轉換為幀圖象的短信號而不是長信號，確定合成系數k。
可以考慮以下配置，根據作為場圖的短信號而不是轉換為幀圖象的短信號，確定合成系數k。此時，正如從圖12中看到的那樣，與長信號之偶數行相對應的短信號不存在，所以當短信號仍然處于此種情況時，不能確定合成系數。此時，可以根據外圍短信號或外圍合成系數，確定與長信號之偶數行相對應的位置上的合成系數。
在本發明的實施例1中，利用圖13表示根據信號電平確定合成系數k的方法示例，但是確定合成系數k的方法并不限于此方法，例如，考慮以下方法，依靠圖37所示的亮度級，以非線性方式確定k。
在本發明的實施例2中，把短信號作為按照場讀取模式讀取的一個場圖，但并不限于此類配置，例如，考慮通過沿垂直方向對水平行信號進行稀疏處理讀取信號的配置，例如圖33所示。此時，在不混合固態成象元件中上/下兩個光電二極管上積累之電荷的情況下，讀取短信號，從而無需進行雙水平行加法處理。在圖4所示的插值裝置702進行插值處理中，必須以使得短信號與長信號的水平行數匹配的方式，執行插值處理。亦即，在插值裝置702中，利用短信號的水平行信號之間的插值處理，生成兩行水平行信號。上述處理使得短信號和長信號具有相同信號類型，從而能夠利用圖4所示的加權加法裝置703合成兩個信號。然而，將累加了上/下兩行信號的長信號提供到亮度信號抽取裝置70401，所以必須向該裝置添加用于抽取亮度信號的雙水平行加法處理。或者，必須在亮度信號抽取裝置70401的前一步驟上，提供與雙行加法裝置701相同的裝置，以便向亮度信號抽取裝置70401提供累加了上/下兩行信號的長信號。當通過按照上述方式對水平行信號進行稀疏處理而讀取短信號時，無需進行長信號的雙水平行加法處理，但該處理并不限于此類配置，并且可考慮以下配置，即，對長信號和短信號進行雙水平行加法處理，然后進行合成處理。
在本發明的實施例2中，把具有不同曝光量的兩個信號作為一個場信號的短信號和一個幀圖象的長信號，但并不限于此類配置，并且可以根據應用的固態成象元件，把長信號作為一個場信號，把短信號作為一個幀圖象。此時，足以提供圖34所示的配置，利用插值裝置702沿垂直方向對長信號進行插值處理，而利用雙水平行加法裝置701計算彼此相鄰的上/下兩行短信號的總和，并且在該配置中，根據經過插值處理后的長信號，確定加權加法裝置703中使用的合成系數。也可考慮以下配置，根據插值處理之前的長信號確定合成系數，此時，圖34(a)所示的短信號的偶數行上不存在相應的長信號，因此不能確定合成系數k，所以根據與短信號之偶數行的上/下行之相同位置上存在的長信號的水平行確定的合成系數，確定短信號的偶數行的位置上的合成系數。這樣，根據作為一個場圖的長信號和作為一個幀圖象的短信號，確定合成系數，從而能夠拾取具有高亮度部分之高分辨率的擴展動態范圍圖象。
在本發明的實施例2中，在信號合成裝置7中，為長亮度信號的每個象素，確定用于合成長信號的短信號的合成系數k，但此裝置并不限于此配置，例如，可以考慮以下配置，根據眾多象素之亮度信號電平的平均值、最小值、最大值或中間值，確定各象素的合成系數k，或者，對于為各象素確定的值k，將根據眾多象素確定的值k的平均值、最小值、最大值或中間值，作為各象素的合成系數。
在本發明的實施例2中，在信號合成裝置7中，可以考慮以下配置，確定由許多象素組成的象素塊的合成系數，以執行合成。例如，在圖38中，如果分別將長信號(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12以及長信號(Ye+Mg)L13和(Cy+G)L14作為一個象素塊，同時分別將與長信號的位置相同的位置上存在的短信號(Ye+Mg)S11和(Cy+G)S12以及短信號(Ye+Mg)S13和(Cy+G)S14作為一個象素塊，則能夠確定以兩個象素為單位的象素塊的合成系數，然后執行合成。此時，例如，合成由長信號(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12組成的象素塊以及由短信號(Ye+Mg)S11和(Cy+G)S12組成的象素塊，其中在公式(18)中，象素塊的合成系數分別為kb11。此時，可以將利用圖18所示方法根據與該象素塊相對應的任一長亮度信號(如，(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12)的信號電平，或與該象素塊相對應的長亮度信號(例如，圖38中的YL11和YL12)的平均值、最小值、最大值或中間值之一，確定的系數k，作為該象素塊的合成系數kb11。也可考慮以下配置，將圖18所示方法根據與該象素塊相對應的長亮度信號的各信號電平確定的值k(例如，圖38中的k1和k2)的平均值、最小值、最大值或中間值之一，作為該象素塊的合成系數kb11。象素塊中的象素數并不限于兩個象素。
在本發明的實施例2中，在信號合成裝置7中，可考慮以下配置，提供由眾多象素組成的象素塊，并且將圖18所示方法根據該象素塊內特定位置上的長信號之信號電平確定的合成系數，用于該象素塊內各象素的合成處理，特定位置如該象素塊內的中心位置。此時，無需確定每個象素的合成系數，從而能夠簡化處理。用于確定合成系數的象素的位置，并不限于象素塊的中心位置。
在本發明的實施例2中，在信號合成裝置7中，可考慮以下配置，根據從轉換為幀圖象的短信號中抽取的亮度信號(短亮度信號)而不是長亮度信號，確定合成系數k。同時，也可以考慮以下配置，根據從作為場圖的短信號中抽取的亮度信號，而不是從轉換為幀圖象的短信號中抽取的亮度信號，確定合成系數k。此時，正如從圖12中看到的那樣，與長信號之偶數行相對應的短信號不存在，所以當短信號仍然處于此種情況時，不能確定合成系數。此時，可以根據外圍短亮度信號或外圍合成系數，確定與長信號之偶數行相對應的位置上的合成系數。
在本發明的實施例2中，利用圖18表示根據信號電平確定合成系數k的方法示例，但是確定合成系數k的方法并不限于此方法，例如，考慮以下方法，依靠圖39所示的亮度級，以非線性方式確定k。
在本發明的實施例3中，把短信號作為按照場讀取模式讀取的一個場圖，但并不限于此類配置，并且可以考慮以下配置，通過沿垂直方向對水平行信號進行稀疏處理讀取信號，例如圖33所示。此時，在不混合固態成象元件中上/下兩個光電二極管上積累之電荷的情況下，讀取短信號，所以足以提供圖40所示的配置。在圖40所示的配置中，在雙水平行加法裝置27(與雙水平行加法裝置701相同，但為了表示區別用數字27表示)中，混合短信號的上/下象素，因此，可以實現與圖20所示配置相同的功能/作用。然而，在亮度信號插值裝置12中，插值處理的內容隨短信號的稀疏處理變化。例如，當短信號為按圖30所示方式稀疏處理后的信號時，如圖41所示，足以生成短亮度信號之水平行之間的兩行插值水平行信號(圖41(c))。同樣，足以在插值裝置702中，依靠稀疏處理后的短信號，生成所需的水平行信號。對于沿垂直方向稀疏處理水平行信號以便按圖33所示方式讀取的配置而言，圖40表示一個配置，該配置具有兩個雙水平行加法裝置，亦即，雙水平行加法裝置701和27，但并不限于此配置，也可考慮缺少雙水平行加法裝置701和27的配置。此時，通過包含與雙水平行加法裝置701和27具有相同作用的裝置，從長信號和短信號中抽取亮度信號。缺少雙水平行加法裝置701和27的配置在拾取系統中同樣有效，其中在拾取系統中，在固態成象元件3上形成的濾色鏡由紅(R)、綠(G)、藍(B)三原色組成，并且在不混合固態成象元件3的光電二極管上的電荷的情況下，獲得亮度信號和彩色信號。
在本發明的實施例3和4中，把具有不同曝光量的兩個信號作為一個場信號的短信號和一個幀圖象的長信號，但并不限于此類配置，并且可以根據應用的固態成象設備，把長信號作為一個場信號，把短信號作為一個幀圖象。此時，利用亮度信號插值裝置12，沿垂直方向對根據長信號獲得的長亮度信號進行插值處理，在亮度信號合成裝置13中，合成經過插值處理的長信號與短信號，并根據插值處理后的長信號確定所使用的合成系數。正如本發明的實施例1和2那樣，也可考慮以下配置，根據插值處理之前的長信號確定合成系數。這樣，根據作為一個場圖的長信號和作為一個幀圖象的短信號，確定合成系數，從而能夠拾取具有高亮度部分之高分辨率的擴展動態范圍圖象。
在本發明的實施例3中，插值裝置702使用兩個單行存儲器，并且根據兩個水平行的信號執行插值處理，但并不限于此配置，例如，可考慮以下配置，即，使用大量單行存儲器，并利用來自大量水平行信號的高級插值處理執行插值處理的裝置。也可考慮以下配置，通過將一個水平行重復輸出兩次，使水平行的數目加倍，即，執行所謂的前值插值。
在本發明的實施例3和4中，亮度信號插值裝置12把兩個水平行信號的加法平均值作為插值信號，但并不限于此配置，也可以考慮以下配置，利用來自大量水平行信號的高級插值處理執行插值處理，或者利用前值插值獲得插值信號。
在本發明的實施例3和4中，在亮度信號合成裝置13中，為長亮度信號的每個象素，確定用于合成長亮度信號的短亮度信號的合成系數k，但此裝置并不限于此配置，例如，可以考慮以下配置，根據眾多象素之長亮度信號電平的平均值、最小值、最大值或中間值，確定各象素的合成系數k，或者，對于為各象素確定的值k，將根據眾多象素確定的值k的平均值、最小值、最大值或中間值，作為各象素的合成系數。
在本發明的實施例3和4中，在亮度信號合成裝置13中，可以考慮以下配置，確定由許多象素組成的象素塊的合成系數，以執行合成。例如，在圖43中，如果分別將長亮度信號YL11和YL12以及YL13和YL14作為一個象素塊，同時分別將與長亮度信號的位置相同的位置上存在的短亮度信號YS11和YS12以及YS13和YS14作為一個象素塊，則能夠確定以兩個象素為單位的象素塊的合成系數，然后執行合成。此時，例如，合成由長亮度信號YL11和YL12組成的象素塊以及由短亮度信號YS11和YS12組成的象素塊，其中在公式(19)中，象素塊的合成系數分別為kb11。(YM為合成后的信號)YM11＝(1-kb11)×YL11+kb11×YS11×DYM12＝(1-kb11)×YL12+kb11×YS12×D------------(19)此時，可以將利用圖18所示方法根據與該象素塊相對應的任一長亮度信號(如，圖43中的Y11和Y12)的信號電平，或與該象素塊相對應的長亮度信號的平均值、最小值、最大值或中間值之一，確定的系數k，作為該象素塊的合成系數kb11。也可考慮以下配置，將圖18所示方法根據與該象素塊相對應的長亮度信號的各信號電平確定的值k(例如，圖43中的k1和k2)的平均值、最小值、最大值或中間值之一，作為該象素塊的合成系數kb11。象素塊中的象素數并不限于兩個象素。
在本發明的實施例3和4中，在亮度信號合成裝置13中，可考慮以下配置，提供由眾多象素組成的象素塊，并且將圖18所示方法根據該象素塊內特定位置上的長亮度信號之信號電平確定的合成系數，用于該象素塊內各象素的合成處理，特定位置如該象素塊內的中心位置。此時，無需確定每個象素的合成系數，從而能夠簡化處理。用于確定合成系數的象素的位置，并不限于象素塊的中心位置。
在本發明的實施例3和4中，在信號合成裝置14和23中，用于合成長信號和短信號的合成系數k，使用合成系數生成裝置1301根據長亮度信號確定的各象素的值，但確定方法并不限于此配置，也可考慮以下配置，在信號合成裝置14和23內獨立提供合成系數生成裝置1404，如圖42所示，并且根據眾多象素之亮度信號電平的平均值、最小值、最大值或中間值，確定各象素的合成系數k，或者，對于為各象素確定的值k，將根據眾多象素確定的值k的平均值、最小值、最大值或中間值，作為各象素的合成系數。這里，合成系數生成裝置1404的功能與合成系數生成裝置1301的功能相同。
在本發明的實施例3和4中，在信號合成裝置14和23中，可以考慮以下配置，確定由許多象素組成的象素塊的合成系數，以執行合成。例如，在圖38中，如果分別將長信號(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12以及長信號(Ye+Mg)L13和(Cy+G)L14作為一個象素塊，同時分別將與長信號的位置相同的位置上存在的短信號(Ye+Mg)S11和(Cy+G)S12以及短信號(Ye+Mg)S13和(Cy+G)S14作為一個象素塊，則能夠確定以兩個象素為單位的象素塊的合成系數，然后執行合成。此時，例如，合成由長信號(Ye+Mg)L11和(Cy+G)L12組成的象素塊以及由短信號(Ye+Mg)S11和(Cy+G)S12組成的象素塊，其中在公式(18)中，象素塊的合成系數分別為kb11。此時，可以將利用圖18所示方法根據各象素塊相同空間位置上存在的任一長亮度信號(如，圖38中的YL11和YL12)的信號電平，或各象素塊相同空間位置上存在的長亮度信號的平均值、最小值、最大值或中間值之一，確定的系數k，作為該象素塊的合成系數kb11。也可考慮以下配置，將圖18所示方法根據各象素塊相同空間位置上存在的長亮度信號的各信號電平確定的值k(例如，圖43中的k1和k2)的平均值、最小值、最大值或中間值之一，作為該象素塊的合成系數kb11。象素塊中的象素數并不限于兩個象素。
在本發明的實施例3和4中，在信號合成裝置14和23中，可以考慮以下配置，提供由眾多象素組成的象素塊，并且將圖18所示方法根據該象素塊內特定位置上的長亮度信號之信號電平確定的合成系數，用于該象素塊內各象素的合成處理，特定位置如該象素塊內的中心位置。此時，無需確定每個象素的合成系數，從而能夠簡化處理。用于確定合成系數的象素的位置，并不限于象素塊的中心位置。
在本發明的實施例3和4中，可以考慮以下配置，把信號合成裝置14和23中使用的合成系數k，作為上述方法根據長亮度信號獲得的值與某個系數之乘積得到的值，或者通過加/減某個系數得到的值。
在本發明的實施例3和4中，在亮度信號合成裝置13以及信號合成裝置14和23中，可考慮以下配置，根據從轉換為幀圖象的短信號中抽取的亮度信號(短亮度信號)而不是長亮度信號，確定合成系數k。同時，也可以考慮以下配置，根據從作為場圖的短信號中抽取的亮度信號，而不是從轉換為幀圖象的短信號中抽取的亮度信號，確定合成系數k。此時，正如從圖12中看到的那樣，與長信號之偶數行相對應的短信號不存在，所以當短信號仍然處于此種情況時，不能確定合成系數。此時，考慮以下方法，與長信號之偶數行相對應的位置上的合成系數，實際使用外圍短亮度信號或外圍合成系數，或者根據外圍合成系數的平均值、最大值、最小值或中間值，確定合成系數。
在本發明的實施例3和4中，利用圖18表示根據亮度信號電平確定合成系數k的方法示例，但是確定合成系數k的方法并不限于此方法，例如，考慮以下方法，依靠圖39所示的亮度級，以非線性方式確定k。
在本發明的實施例4中，把短信號作為按照場讀取模式讀取的一個場圖，但并不限于此類配置，并且可以考慮以下配置，通過沿垂直方向對水平行信號進行稀疏處理讀取信號，例如圖33所示。此時，在不混合固態成象元件中上/下兩個光電二極管上積累之電荷的情況下，讀取短信號，所以當利用圖40所示的雙水平行加法裝置混合上/下兩個象素時，能夠實現圖30所示配置的功能/作用。然而，正如本發明之實施例3那樣，在亮度信號插值裝置12中，插值處理的內容隨短信號的稀疏處理變化。同樣，在稀疏裝置22中，以長信號和短信號具有相同信號類型的方式，依靠短信號的稀疏處理，執行稀疏處理。
在本發明的實施例4中，說明了利用稀疏裝置22，沿垂直方向對長信號進行稀疏處理的配置，但是也可以考慮以下配置，如圖44所示，提供水平方向的稀疏裝置27，用于對所述圖象信號的水平象素進行稀疏處理，從而將通過雙水平行加法裝置701的長信號和短信號的水平方向的象素，稀疏為一半。此時，通過按上述方式將水平方向的象素稀疏為一半，能夠利用一半容量的半行存儲器，代替單行存儲器15、16。通過按上述方式稀疏處理水平方向的象素，能夠進一步簡化固態成象設備的配置，并使其更便宜。此時，如果在執行沿水平方向的稀疏處理前，預先沿水平方向對長信號和短信號進行范圍限制，則稀疏處理不會引起有害反射。同樣，如果沿垂直方向對信號進行范圍限制，則即使沿垂直方向執行稀疏處理，也能避免有害反射。
在本發明的所有上述實施例中，在圖象存儲器6中臨時存儲長信號和短信號，但是該過程并不限于此方法，也可考慮以下方法，例如，僅在圖象存儲器6中存儲長信號和短信號之一，并且使固態成象元件3的剩余信號的讀取與圖象存儲器6的信號的讀取同步，以執行同步處理。此時，可以減少圖象存儲器6的容量，并且能夠以更少的成本配置固態成象設備。
在本發明的所有上述實施例中，采用圖3所示的由品紅、綠、黃和青四種顏色組成的補色交錯排列類型，解釋固態成象元件3上形成的濾色鏡的排列，但并不限于此排列，例如，也可考慮以下排列，如圖45所示，在各行的位置中不顛倒品紅色(Mg)和綠色(G)，并且也可考慮以下配置，如圖46所示，按照條紋形狀排列用于綠色(G)和青色(Cy)的兩個補色濾光器和黃色(Ye)。
在本發明的所有上述實施例中，采用圖3所示的由品紅、綠、黃和青四種顏色組成的配置，解釋固態成象元件3上形成的濾色鏡的排列，但并不限于此配置，也可考慮以下配置，使用由紅(R)、綠(G)、藍(B)三原色組成的濾光器。例如，作為濾光器排列，可以考慮圖47所示的拜耳方法，圖48所示的行間方法，圖49所示的G條紋RB完全交錯排列方法，圖50所示的條紋方法，圖51所示的對角線條紋方法，圖52所示的G條紋RB行順序方法，以及圖53所示的G條紋RB點順序方法等。當使用三原色濾光器時，根據公式(20)確定亮度信號。
亮度信號＝0.3×R+0.59×G+0.11×B--------(20)在本發明的所有上述實施例中，采用圖3所示的由品紅、綠、黃和青四種顏色組成的補色交錯排列類型，解釋固態成象元件3上形成的濾色鏡的排列，另外，利用場讀取解釋短信號的讀取，所以包括利用雙水平行加法裝置701對長信號的上/下兩個水平行的加法處理，但并不限于此配置，并且當采用圖45到53所示的其他濾光器排列時，或者在執行圖33所示的稀疏讀取，而不是場讀取時，不需要上/下兩個水平行的加法處理。
在本發明的所有上述實施例中，也可以考慮以下配置，在確定合成系數時，按照公式(21)設置閾值Th_max、Th_min、Th_man’和Th_min’，并且利用信號電平而不是加權加法，切換長期曝光信號和短期曝光信號。
Th_max＝Th_minTh_max’＝X Th_min’-------------------(21)(4)實施例5第五實施例為，圖象合成裝置38具有與實施例1到4包含的信號合成裝置相同的裝置，另外，包括曝光量比率檢測裝置36。
亦即，在使用具有不同曝光量的眾多圖象信號并合成這些信號以拾取具有擴展范圍之圖象的方法中，本發明的實施例5具有以下配置，使用機械快門控制曝光時間，機械快門還作為光圈，或者，當在以下光源照明條件下拾取主體時，即主體的照明亮度級(如熒光燈)周期變化，即使不按照曝光量比率簡單確定具有不同曝光量的眾多圖象信號的曝光量比率，通過實際確定長期曝光信號和短期曝光信號之各象素中全屏幕域內的曝光量比率，圖象合成處理后的合成象象，也具有穩定的連續分級特征。
圖54是一個框圖，表示本發明之實施例5中的固態成象設備的配置。在圖54中，數字31表示機械快門，機械快門也作為光圈；數字32表示固態成象元件，并且在實施例5中，將其視為全部象素讀取類型CCD(電荷耦合器件)。數字33表示雙水平行加法裝置，用于將兩個水平行累加到固態成象元件32的輸出端；數字34表示圖象存儲器，用于存儲固態成象元件32的水平行的加法后的兩幀信號；數字35表示快門驅動控制裝置，執行機械快門31的打開/關閉控制；數字36表示曝光量比率檢測裝置，確定具有不同曝光量的眾多圖象信號的曝光量比率；數字37表示增益調整裝置，對具有不同曝光量的眾多圖象信號進行增益調整；數字38表示圖象合成裝置，用于執行圖象合成，以擴展動態范圍。
在曝光量檢測裝置36的方框中，數字361表示信號電平確定裝置；數字362表示長信號的積分裝置；數字363表示短信號的積分裝置；數字364表示曝光量比率運算裝置，用于確定長信號積分裝置362在全屏幕域內的積分值LSUM，與短信號積分裝置363在全屏幕域內的積分值SSUM的比率(LSUM/SSUM)。
圖55是一個框圖，表示圖54所示框圖中的雙水平行加法裝置33的配置示例。在該圖中，數字331表示一個單行存儲器，該裝置將固態成象元件32輸出的單行存儲器的所述圖象信號，延遲一個水平同步周期。數字332表示一個加法器，在該加法器中，累加單行存儲器331中延遲的水平行信號與輸入到雙水平行加法裝置33中的水平行信號，從而計算彼此相鄰的上/下兩行的總和。
圖56表示圖54所示框圖中的圖象存儲器34的配置示例。圖象存儲器34具有以下配置，圖象存儲器34需要存儲兩幀信號的存儲量，例如，如圖56所示，具有兩個幀存儲器，即長信號幀存儲器341a和短信號幀存儲器341b，所以能夠以在各自的幀存儲器獨立存儲的方式，控制長信號和短信號。
關于按上述方式配置的第五實施例的固態成象設備，以下解釋其操作。
以下解釋實施例5拾取由短期曝光信號(短信號)和長期曝光信號(長信號)組成的兩幅圖象以合成這些信號的具體示例。
首先，利用圖57解釋拾取短信號和長信號的方法。圖57是有關主體圖象之曝光、曝光信號之讀取以及固態成象設備32內的圖象存儲器34之讀/寫操作的定時圖。在圖57中，數字3401表示沿垂直方向的同步信號的定時；數字3402表示讀取控制脈沖的定時，用于控制從固態成象元件32的光電二極管讀取的信號電荷；數字3403表示機械快門31的打開/關閉狀態的定時；數字3404表示固態成象元件32的光電二極管上的曝光信號量的定時；數字3405表示固態成象元件32輸出的信號的定時；數字3406表示圖象存儲器34的輸入(寫)信號的定時；數字3407表示圖象存儲器34的短信號存儲裝置(短信號幀存儲器341b)的輸出(讀)信號的定時；數字3408表示圖象存儲器34的長信號存儲裝置(長信號幀存儲器341a)的輸出(讀)信號的定時。
在短信號曝光中，當打開機械快門31時，利用電子快門功能，在所需曝光時間(如千分之一秒)內進行曝光。在完成千分之一秒的曝光后，利用讀取控制脈沖，將光電二極管上積累的電荷移動到垂直轉移CCD。此時，固態成象元件32的讀取模式應進入全象素讀取模式。
接著，在將短信號移動到垂直轉移CCD后，對長信號進行曝光。例如，長信號的曝光時間為百分之一秒。利用機械快門2的打開/關閉，控制長信號的曝光時間。雖然與上述曝光同時發生，但是從固態成象元件32輸入用于一幀的短信號，利用讀取控制脈沖，將長信號的光電二極管上積累的電荷，移動到垂直轉移CCD。此時，固態成象元件32的讀取模式進入讀取模式。例如，垂直同步信號的周期為十分之三秒，并且應在垂直同步信號的一個周期內，完成一個場的信號讀取。
正如數字3406的定時表示的那樣，在利用雙水平行加法裝置33分別對固態成象元件32獲得的具有不同曝光時間的兩個信號(長信號和短信號)進行累加/混合固態成象元件32上彼此相鄰的上/下兩行信號的雙水平行加法處理之后，在周期①中，暫時在圖象存儲器34的短信號幀存儲器341b中存儲短信號，在周期②中，暫時在圖象存儲器34的長信號幀存儲器341a中存儲長信號。
接著，正如數字3407和3408的定時表示的那樣，在周期③和④中，從圖象存儲器34中讀取短信號和長信號。
在周期③中，在曝光量比率檢測裝置36中，計算短信號(短幀信號)和長信號(長幀信號)的全屏幕域內各象素的曝光量的積分，從而確定總曝光量(SSUM、LSUM)。
在周期③中，從圖象存儲器34中讀取短信號和長信號的定時為，以在該定時內輸出固態成象元件32上彼此對應位置上的行信號的方式，從第一行開始順序讀取短信號和長信號。這里，在周期③中，把從圖象存儲器34讀取的短信號和長信號，輸入到曝光量比率檢測裝置36。曝光量比率檢測裝置36在短信號和長信號的全屏幕內執行曝光量比率檢測，從而確定短信號和長信號的全屏幕域內各象素的曝光量的積分值，然后確定積分值的比率(LSUM/SSUM)。
對于信號電平確定裝置361中的電平，分別確定與進入曝光量比率檢測裝置34同步輸入的短信號和長信號，并且忽略其電平在預定范圍之外的信號，以便不在長信號積分裝置362和短信號積分裝置363中進行積分處理。這里，預定范圍之外的電平意指難以確定曝光量比率的電平，更確切地說，關于信號，長信號為接近固態成象元件32之飽和電平的高亮度部分的信號，而短信號為噪聲影響非常明顯的低亮度部分的信號。
圖58是一個框圖，表示信號電平確定裝置361的配置。這里，在圖58中，數字36101表示用于確定長信號之電平的裝置(比較器A)；數字36102表示用于確定短信號之電平的裝置(比較器B)；數字36103表示一個OR門；數字36104表示一個用于選通長信號的門裝置；數字36105表示一個用于選通短信號的門裝置。在用于確定長信號電平的裝置36101中，門裝置36104選通接近固態成象元件32的飽和電平的高亮度信號，以便不利用長信號積分裝置362進行積分處理，而門裝置36105選通與其相對應的短信號，以便不利用短信號積分裝置363進行積分處理。
在用于確定短信號電平的裝置36102中，門裝置36105選通噪聲影響非常明顯的低亮度信號，以便不利用短信號積分裝置363進行積分處理，而門裝置36104選通與其相對應的長信號，以便不利用短信號積分裝置362進行積分處理。
在全屏幕域中，將作為長信號積分裝置362之積分結果的積分值LSUM，和作為短信號積分裝置363之積分結果的積分值SSUM，輸入到曝光量比率運算裝置364中，并執行公式(22)所示的運算，以確定全屏幕域中的曝光量比率D。
D＝LSUM/SSUM---------------(22)上述方法能夠正確獲得利用電子快門控制其曝光量的短信號曝光量，與利用機械快門控制其曝光量的長信號曝光量的全屏幕的平均曝光量比率D。
另外，當主體照明為熒光燈時，能夠利用與上述方法完全相同的方法和定時，獲得短信號與長信號的曝光量比率，因此省略其解釋。
接著，在圖57所示的周期④中，正如周期③那樣，從圖象存儲器34中讀取長信號和短信號，并且在增益調整裝置37中，將短信號乘以一個D倍增益，該增益等于周期③中計算的曝光量比率。
以下將乘以D倍增益的短信號表示為短信號’。根據從圖象存儲器34讀取的長信號以及調整其增益的短信號’，利用在眾所周知的動態范圍擴展原理中說明的方法，在后一階段中利用圖象合成裝置38進行合成。
按照上述方法，能夠非常準確地確定長信號與短信號的曝光量比率，所以圖象合成裝置38使用長信號和增益調整的短信號合成的圖象，能夠獲得分級特征，其中分級特征從低亮度部分到高亮度部分是連續穩定的。
在稍后處理中，對圖象合成裝置38中合成的信號進行以下處理，如從彩色信號中分離亮度信號，噪聲消除，邊緣增強，γ校正，矩陣運算以及編碼為特定格式。圖象合成裝置38中的處理以及稍后執行的處理與本發明的目的沒有直接關系，因此省略其詳細說明。
盡管在本發明的實施例5中，利用全象素讀取類型CCD(電荷耦合器件)解釋固態成象元件32，但本發明并不限于此類CCD，可將本實施例應用于能夠輸出具有各種不同曝光量的眾多圖象信號的成象裝置，如執行幀頻讀取的裝置，以及在固態成象元件上執行雙行加法/讀取的裝置。
盡管在本發明的實施例5中，利用雙水平行加法裝置33，將兩行信號累加到固態成象元件32的輸出中，并且在曝光量比率檢測裝置36中檢測長信號與短信號的曝光比率，但本發明并不限于此方法，并且即使不把兩行信號累加到固態成象元件32的輸出中，檢測曝光比率也沒有任何問題。
盡管在本發明的實施例5中，圖象存儲器34能夠存儲兩幀，但本發明并不限于此容量，圖象存儲器34能夠存儲來自成象裝置的具有不同曝光量的許多輸出信號。
盡管在本發明的實施例5中，固態成象元件32輸出的具有不同曝光量的長信號和短信號均為幀信號，但本發明并不限于此類信號，并且可將本實施例應用于同為場信號的情況，或者具有不同曝光量的各信號的行數互不相同的情況，如一行為場，另一行為幀頻。如上所述，如果具有不同曝光量的各信號的行數不同，則通過在曝光量比率檢測期間控制圖象存儲器34，或者按照使具有較多行數的信號與具有較少行數的信號相匹配的定時，將對應位置的象素輸出到曝光量比率檢測裝置36，也能夠檢測曝光量比率。
(5)實施例6在實施例5的情況中，使用并合成曝光量彼此不同的長期曝光信號和短期曝光信號，以拾取具有擴展動態范圍的圖象，為了獲得穩定連續的分級特征作為圖象合成處理后的合成象象，在長期曝光信號和短期曝光信號的全屏幕域中，實際確定曝光量比率，并且通過使用其增益等于曝光量比率的信號和長期曝光信號，執行圖象合成處理。
此時，需要與一幀時間相等的時間來檢測長期曝光信號和短期曝光信號的曝光量比率，并且另外需要與一幀時間相等的時間來合成長期曝光信號和短期曝光信號，所以總處理時間變長。
第六實施例，在實施例5的配置中，切換來自成象裝置的所述圖象信號和來自圖象存儲器的所述圖象信號，以輸出到曝光量比率檢測裝置中，從而減少從實施例5中所述成象裝置開始到圖象合成處理結束的拾取處理需要的時間。
圖59是一個框圖，表示本發明之實施例6中的固態成象設備的配置。在該圖中，除數字39表示組件外，其配置與實施例5完全相同，因此省略其解釋。圖59中的數字39表示信號切換裝置，用于切換雙水平行加法裝置33(作為側面A)對固態成象元件32的輸出進行加法處理后的信號，和來自圖象存儲器34(作為側面B)的長信號存儲裝置的輸出信號。亦即，當將長信號發送到曝光量比率檢測裝置36時，所述圖象信號切換裝置39將長信號切換到側面A，以便直接將來自雙水平行加法裝置33的長信號，輸出到曝光量比率檢測裝置36，當將長信號發送到圖象合成裝置38時，將長信號切換到側面B，以便將來自圖象存儲器34的長信號，輸出到圖象合成裝置38。
關于按上述方式配置的第六實施例的固態成象設備，以下解釋其操作。
以下解釋實施例6拾取由短期曝光信號(短信號)和長期曝光信號(長信號)組成的兩幅圖象以合成這些信號的具體示例。
首先，利用圖60解釋拾取短信號和長信號的方法。圖60是有關主體圖象之曝光、曝光信號之讀取以及固態成象設備32內的圖象存儲器34之讀/寫操作的定時圖。在圖60中，數字31101表示沿垂直方向的同步信號的定時；數字31102表示讀取控制脈沖的定時，用于控制從固態成象元件32的光電二極管讀取的信號電荷；數字31103表示機械快門31的打開/關閉狀態的定時；數字31104表示固態成象元件32的光電二極管上的曝光信號量的定時；數字31105表示固態成象元件32輸出的信號的定時；數字31106表示圖象存儲器34的輸入(寫)信號的定時；數字31107表示圖象存儲器34的短信號存儲裝置(短信號幀存儲器341b)的輸出(讀)信號的定時；數字31108表示圖象存儲器34的長信號存儲裝置(長信號幀存儲器341a)的輸出(讀)信號的定時。
在短信號曝光中，當打開機械快門31時，利用電子快門功能，在所需曝光時間(如千分之一秒)內進行曝光。在完成千分之一秒的曝光后，利用讀取控制脈沖，將光電二極管上積累的電荷移動到垂直轉移CCD。此時，固態成象元件32的讀取模式應進入全象素讀取模式。
接著，在將短信號移動到垂直轉移CCD后，對長信號進行曝光。例如，長信號的曝光時間為百分之一秒。利用機械快門31的打開/關閉，控制長信號的曝光時間。雖然與上述曝光同時發生，但是從固態成象元件32輸入用于一幀的短信號，利用讀取控制脈沖，將長信號的光電二極管上積累的電荷，移動到垂直轉移CCD。此時，固態成象元件32的讀取模式進入讀取模式。例如，垂直同步信號的周期為三十分之一秒，并且應在垂直同步信號的一個周期內，完成一個場的信號讀取。
正如數字31106的定時表示的那樣，在利用雙水平行加法裝置33分別對固態成象元件32獲得的具有不同曝光時間的兩個信號(長信號和短信號)進行累加/混合固態成象元件32上彼此相鄰的上/下兩行信號的雙水平行加法處理之后，在周期①中，暫時在圖象存儲器34的短信號幀存儲器341b中存儲短信號，在周期②中，暫時在圖象存儲器34的長信號幀存儲器341a中存儲長信號。
在周期②中，通過將所述圖象信號切換裝置39切換到側面A，將強行輸入到圖象存儲器34的長信號存儲裝置的長信號，輸入到曝光量比率檢測裝置36中的信號電平確定裝置361，同時，正如數字31107的定時表示的那樣，讀取圖象存儲器34的短信號存儲裝置中存儲的短信號，然后將其輸入到曝光量比率檢測裝置36中的信號電平確定裝置361。此時，對于通過所述圖象信號切換裝置39輸入的長信號和從圖象存儲器34輸出的短信號，控制固態成象元件32上相應位置上的長信號行和短信號行，以便以相同定時，輸入到曝光量比率檢測裝置36中的信號電平確定裝置361，從而在周期②中，執行曝光量檢測處理。周期②中的曝光量檢測處理與實施例5之周期③中的曝光量檢測處理一致，所以此處省略其解釋。其中實施例6之周期③內的處理比實施例5中的處理領先一個幀周期。
接著，在圖60所示的周期③中，從圖象存儲器34中讀取長信號和短信號。在周期③中，通過將所述圖象信號切換裝置39切換到側面B，將來自圖象存儲器34的長信號存儲裝置的長信號，輸入到圖象合成裝置38中，同時，將來自圖象存儲器34的短信號存儲裝置的短信號，乘以與增益調整裝置37在周期②中計算的曝光量比率D相等的一個D倍增益，然后輸入到圖象合成裝置38。
以下將乘以D倍增益的短信號表示為短信號’。正如實施例5那樣，根據從圖象存儲器34讀取的長信號以及調整其增益的短信號’，利用在眾所周知的動態范圍擴展原理中說明的方法，在后一階段中利用圖象合成裝置38進行合成。
如上所述，通過增加所述圖象信號切換裝置，能夠將從實施例5中所述成象裝置開始到圖象合成處理結束的拾取處理需要的時間，減少一幀時間，其中切換裝置切換來自成象裝置的所述圖象信號和來自圖象存儲器的所述圖象信號。
(6)實施例7當在諸如室內或室外之類的不同光源下拾取主體時，利用使用具有不同曝光量的短期曝光信號和長期曝光信號并合成這些信號以拾取具有擴展動態范圍之圖象的方法，其光方面的區別在于，由于室內的熒光燈，主體的亮度級周期改變，同時由于室外的太陽光，主體的亮度級不會周期改變。因此，對于各種光源下的主體，圖象各部分的長期曝光信號與短期曝光信號的曝光量比率是不同的，所以不可能給短期曝光信號提供與實施例5中所述全屏幕域之均勻曝光量比率相等的增益。
在實施例7中，即使存在各種光源，通過將屏幕劃分為許多塊，并且通過確定長期曝光信號(長信號)和短期曝光信號(短信號)之間各象素的全屏幕域內的曝光量比率，為擴展動態范圍而進行合成處理后的合成象象，也具有穩定的連續分級特征。
圖61是一個框圖，表示本發明之實施例7中的固態成象設備的配置。在圖61中，除了曝光量比率檢測裝置36的內部配置，其配置與實施例5完全相同，因此省略其解釋。在圖61的曝光量比率檢測裝置36中，數字361表示信號電平確定裝置；數字365a、365b表示多路復用器；數字366a、366b表示選擇器；數字367表示長信號積分裝置，用于將屏幕劃分為n塊，以確定各塊的長信號的積分值LSUM；數字368表示短信號積分裝置，用于將屏幕劃分為n塊，以確定各塊的短信號的積分值SSUM。在以方塊為單位的長信號積分裝置367和短信號積分裝置368中，符號∑BL1、∑BL2至∑BLn表示n塊內的積分裝置。數字364表示曝光量比率運算裝置，通過利用選擇器366a、366b切換以下積分值，接收長信號積分裝置367計算的各塊的積分值LSUM和短信號積分裝置368計算的對應塊的積分值SSUM，以確定各塊內積分值LSUM與積分值SSUM的比率。
關于按上述方式配置的第七實施例的固態成象設備，以下解釋其操作。
首先，關于拾取短信號和長信號的方法，控制曝光時間的方法，以及固態成象元件32和圖象存儲器34，實施例7中的具體示例與第五實施例完全相同，所以此處省略其解釋。來自固態成象元件32的輸出信號的定時，輸入到圖象存儲器34的信號和圖象存儲器34輸出的信號的定時，與解釋實施例5所使用的圖57的定時圖完全相同，所以使用圖57解釋實施例7。
在實施例7的具體示例中，說明為各塊確定曝光量比率的情況，其中如圖62所示，通過將屏幕劃分為8×6＝48塊，得到各塊。作為光源方面的差別示例，塊號6、7、8、14、15、16、22、23、24為室外太陽光作為光源的主題域，除上述域之外的其他域為熒光燈作為光源的主題域。
在實施例7中，在圖57所示的周期①和②中，利用雙水平行加法裝置33，對固態成象元件32輸出的信號，進行雙水平行加法處理，然后在圖象存儲器34中暫時存儲。
在周期③中，各塊的長信號積分裝置367和短信號積分裝置368，分別根據從圖象存儲器34中讀取的短信號(短幀信號)和長信號(長幀信號)，計算劃分為塊的各塊中每個象素的曝光量積分，以確定各塊內的總曝光量(SSUM，LSUM)。在周期③中，從圖象存儲器34中讀取短信號和長信號的定時為，以相同定時從第一行開始順序讀取固態成象元件32上相應位置上的信號行。
對于信號電平確定裝置361中的電平，分別確定與進入曝光量比率檢測裝置36同步輸入的短信號和長信號，并且忽略其電平在預定范圍之外的信號，以便不在長信號積分裝置367和短信號積分裝置368中進行積分處理。這里，預定范圍之外的電平意指難以確定曝光量比率的電平，更確切地說，長信號為接近固態成象元件32之飽和電平的高亮度部分的信號，而短信號為噪聲影響非常明顯的低亮度部分的信號。
利用多路復用器365a和365b將其電平在預定范圍內的信號切換到通道中，然后利用各塊內的積分裝置∑BL1、∑BL2至∑BLn計算積分，以便對各塊內的相應象素信號進行積分。
在周期④中，如果劃分為塊的第n塊(第一到第四十八)內象素的長信號和短信號是從圖象存儲器34輸出的，則以下述方式控制選擇器366，將用于確定第n塊之曝光量的積分值的信號，輸入到曝光量比率運算裝置364中，接著計算第n塊中長信號與短信號的比率，然后，向來自圖象存儲器34的短信號，提供與增益調整裝置37給出的曝光量比率相等的增益。以下將增益調整裝置37向其提供增益的短信號表示為短信號’。
在周期④中，根據從圖象存儲器34讀取的長信號以及調整其增益的短信號’，利用在眾所周知的動態范圍擴展原理中說明的方法，在后一階段中利用圖象合成裝置38進行合成。
借助上述方法，即使主體上存在各種光源，也能非常準確地確定各塊內的長信號與短信號的曝光量比率，所以圖象合成裝置38使用長信號和增益調整的短信號合成的圖象，能夠獲得分級特征，其中分級特征從低亮度部分到高亮度部分是連續穩定的。
正如實施例5那樣，在稍后的處理中，對圖象合成裝置38中合成的信號進行以下處理，如從彩色信號中分離亮度信號，噪聲消除，邊緣增強，γ校正，矩陣運算以及編碼為特定格式。
盡管在實施例7中，確定通過將屏幕劃分為48塊獲得的各塊的曝光量比率，但本發明并不限于此種情況，可以將屏幕劃分為任意塊。可以確定長信號積分裝置367和短信號積分裝置368中各塊的積分裝置的數目，以便與所劃分的塊數匹配。在實施例7中，可以相同間隔沿水平/垂直方向劃分象素塊，也可以根據主體，自由改變垂直/水平方向的間隔。
(7)實施例8正如圖65的熒光燈各顏色分量的亮度波動圖形所示的那樣，熒光燈的亮度在各顏色分量的相位中變化，所以各顏色分量的曝光量隨執行曝光的定時變化。在使用眾多具有不同曝光量的圖象信號并合成這些信號以拾取具有擴展動態范圍的圖象的方法中，通過僅確定長期曝光信號和短期曝光信號的亮度部分的曝光量比率，并且通過執行圖象合成以利用長期曝光信號和向短期曝光信號提供與曝光量比率相等之增益的信號擴展動態范圍而獲得合成信號，其顏色分量特征在接近長期曝光信號的飽和位置變得不連續。
第八實施例意在通過確定各顏色分量的短期曝光信號(短信號)和長期曝光信號(長信號)的曝光量比率，在擴展動態范圍的圖象合成處理后，提供具有穩定的連續分級特征和彩色特征的合成象象，即使各彩色分量的相位不同。
圖63是一個框圖，表示本發明之實施例8中的固態成象設備的配置。在圖63中，除了曝光量比率檢測裝置36的內部配置，其配置與實施例5完全相同，因此省略其解釋。在圖61的曝光量比率檢測裝置36中，數字361表示信號電平確定裝置；數字365a、365b表示多路復用器；數字366a、366b表示選擇器；數字369表示長信號積分裝置，用于確定各顏色分量的長信號的積分值LSUM；數字3610表示短信號積分裝置，用于確定各顏色分量的短信號的積分值SSUM。在各顏色分量的長信號積分裝置369和短信號積分裝置3610中，符號∑MY、∑MC、∑GY和∑GC分別表示各混合顏色分量[品紅(Mg)+黃(Ye)]、[品紅(Mg)+青(Cy)]、[綠(G)+黃(Ye)]、[綠(G)+青(Cy)]的積分裝置。數字364表示曝光量比率運算裝置，通過利用選擇器366a、366b切換以下積分值，接收長信號積分裝置369計算的各顏色分量的積分值LSUM和短信號積分裝置3610計算的各顏色分量的積分值SSUM，以確定各顏色分量的積分值LSUM與積分值SSUM的比率。
關于按上述方式配置的第八實施例的固態成象設備，以下解釋其操作。
這里，假設固態成象元件32的光電二極管上的濾色鏡的排列方式為，為每個象素安排一個具有四種不同光譜特征—品紅(Mg)、綠(G)、黃(Ye)和青(Cy)的濾色鏡。
首先，關于拾取短信號和長信號的方法，控制曝光時間的方法，以及固態成象元件32和圖象存儲器34，實施例8中的具體示例與第五實施例完全相同，所以此處省略其解釋。來自固態成象元件32的輸出信號的定時，輸入到圖象存儲器34的信號和圖象存儲器34輸出的信號的定時，與解釋實施例5所使用的圖57的定時圖完全相同，所以使用圖57解釋實施例8。
在實施例8中，在圖57所示的周期①和②中，利用雙水平行加法裝置33，對固態成象元件32輸出的信號，進行雙水平行加法處理，然后在圖象存儲器34中暫時存儲。
在周期③中，對于從圖象存儲器34讀取的各長信號和短信號，計算各種顏色分量的每個象素的曝光量的積分，以確定各顏色分量的總曝光量(SSUM，LSUM)。
在周期③中，從圖象存儲器34中讀取短信號和長信號的定時為，以相同定時從第一行開始順序讀取固態成象元件32上相應位置上的信號行。
對于信號電平確定裝置361中的電平，分別確定與進入曝光量比率檢測裝置36同步輸入的短信號和長信號，并且忽略其電平在預定范圍之外的信號，以便不在長信號積分裝置369和短信號積分裝置3610中對各顏色分量進行積分處理。這里，預定范圍之外的電平意指難以確定曝光量比率的電平，更確切地說，長信號為接近固態成象元件32之飽和電平的高亮度部分的信號，而短信號為噪聲影響非常明顯的低亮度部分的信號。
利用多路復用器365a和365b將其電平在預定范圍內的信號切換到通道中，然后利用各顏色分量的積分裝置∑MY、∑MC、∑GY和∑GC計算積分，以便對各顏色分量的相應象素信號進行積分。
混合圖象存儲器34輸出的信號，以獲得雙水平行加法裝置33中的兩行信號，從而輸出作為顏色分量的四類信號[品紅(Mg)+黃(Ye)]、[品紅(Mg)+青(Cy)]、[綠(G)+黃(Ye)]、[綠(G)+青(Cy)]，并計算四種顏色的各種分量的積分。
在周期④中，如果顏色分量[品紅(Mg)+黃(Ye)]的長信號和短信號是從圖象存儲器34輸出的，則以下述方式控制選擇器366a和366b，將用于確定[品紅(Mg)+黃(Ye)]之曝光量的積分值的信號，輸入到曝光量比率運算裝置364中，接著計算[品紅(Mg)+黃(Ye)]中長信號與短信號的比率，然后，向來自圖象存儲器34的顏色分量[品紅(Mg)+黃(Ye)]的短信號，提供與增益調整裝置37給出的曝光量比率相等的增益。
同樣，在周期④中，如果顏色分量[品紅(Mg)+青(Cy)]、[綠(G)+黃(Ye)]、[綠(G)+青(Cy)]的長信號和短信號是從圖象存儲器34輸出的，則執行相同處理。以下將增益調整裝置37向其提供增益的短信號表示為短信號’。
根據長信號以及調整其增益的短信號’，利用在動態范圍擴展之常規原理中說明的方法，在后一階段中利用圖象合成裝置38進行合成。
借助上述方法，正如熒光燈那樣，即使各顏色分量的相位不同，也能非常準確地確定全屏幕上的長信號與短信號的曝光量比率，所以圖象合成裝置38使用長信號和增益調整的短信號合成的圖象，能夠獲得分級特征和彩色特征，其中這些特征從低亮度部分到高亮度部分是連續穩定的。
正如實施例5那樣，在稍后的處理中，對圖象合成裝置38中合成的信號進行以下處理，如從彩色信號中分離亮度信號，噪聲消除，邊緣增強，γ校正，矩陣運算以及編碼為特定格式。
盡管在實施例8中，說明了固態成象元件32的光電二極管上品紅色、青色、綠色和黃色濾色鏡的排列，但是本發明并不限于此排列，并且可以將本實施例應用于具有各種不同光譜特征的分色濾光器排列。同時，通過利用分色棱鏡代替分色濾光器，可以將本發明應用于彩色化裝置。
通過組合實施例7和實施例8，也能夠得到一種實施例(未示出)。亦即，可考慮以下配置，在各象素塊的積分裝置∑BL1、∑BL2至∑BLn中，添加用于各顏色分量的積分裝置∑MY、∑MC、∑GY和∑GC。
工業適用性本發明適合作為固態成象設備，其中固態成象設備控制固態成象元件的曝光和信號讀取模式，拾取用于一個場的短期曝光信號和用于一個幀頻的長期曝光信號，然后合成這些信號，從而能夠以與固態成象元件之象素數相等的分辨率，拾取具有擴展動態范圍的圖象。
權利要求
1.一種固態成象設備，包括一個固態成象元件，用于輸出曝光量互不相同的多個圖象信號；以及信號合成裝置，用于合成所述固態成象元件輸出的所述圖象信號，其中所述固態成象元件輸出的至少一個所述圖象信號的象素數少于其他圖象信號的象素數。
2.根據權利要求1的固態成象設備，其中具有較少象素數的所述圖象信號是沿垂直方向對其象素進行稀疏處理的圖象信號。
3.一種固態成象設備，包括在一個二維平面上排列的多個光接收和電荷存儲裝置，用于響應光接收而存儲電荷；具有轉移裝置的固態成象元件，該轉移裝置用于將光接收和電荷存儲裝置上積累的電荷輸出到外部；光快門裝置，用于遮擋射到所述光接收和電荷存儲裝置上的光；以及信號合成裝置，用于對所述光接收和電荷存儲裝置輸出的圖象信號進行合成，其中在施加第一讀取控制脈沖之后，通過所述轉移裝置，所述固態成象元件輸出所述光接收和電荷存儲裝置上積累的電荷，作為第一曝光；其中在由所述光快門裝置完成曝光的第二一個曝光中，在施加第二讀取控制脈沖之后，通過所述轉移裝置，所述固態成象元件輸出所述光接收和電荷存儲裝置上積累的電荷；且其中所述信號合成裝置合成利用所述第一曝光和所述第二曝光拍攝的圖象信號。
4.一種固態成象設備，包括二維平面上排列的許多光接收和電荷存儲裝置，用于響應光接收存儲電荷；具有轉移裝置的固態成象元件，轉移裝置將光接收和電荷存儲裝置上積累的電荷輸出到外部；光快門裝置，用于遮擋射到所述光接收和電荷存儲裝置上的光；以及信號合成裝置，用于合成所述光接收和電荷存儲裝置輸出的圖象信號，其中在應用第一讀取控制脈沖之后，通過所述轉移裝置，所述固態成象元件僅僅輸出所述光接收和電荷存儲裝置上積累的部分電荷，作為第一曝光；其中在由所述光快門裝置完成曝光的第二曝光中，在應用第二讀取控制脈沖之后，通過所述轉移裝置，所述固態成象元件輸出所述光接收和電荷存儲裝置上積累的電荷；以及其中所述信號合成裝置合成利用所述第一曝光和所述第二曝光拍攝的圖象信號。
5.一種固態成象設備，包括二維平面上排列的許多光接收和電荷存儲裝置，用于響應光接收存儲電荷；具有轉移裝置的固態成象元件，轉移裝置將光接收和電荷存儲裝置上積累的電荷輸出到外部；光快門裝置，用于遮擋射到所述光接收和電荷存儲裝置上的光；以及信號合成裝置，用于合成所述光接收和電荷存儲裝置輸出的圖象信號，其中在場讀取中，在應用第一讀取控制脈沖之后，通過所述轉移裝置，所述固態成象元件輸出所述光接收和電荷存儲裝置上積累的電荷，作為第一曝光；其中在由所述光快門裝置完成曝光的第二曝光中，在應用第二讀取控制脈沖之后，通過所述轉移裝置，所述固態成象元件輸出所述光接收和電荷存儲裝置上積累的電荷；以及其中所述信號合成裝置合成利用所述第一曝光和所述第二曝光拍攝的圖象信號。
6.根據權利要求3到5之任一權利要求的固態成象設備，其中利用電子快門控制所述第一曝光的曝光時間。
7.根據權利要求3到6之任一權利要求的固態成象設備，其中以幀頻讀取模式，輸出光接收和電荷存儲裝置在所述應用所述第二讀取控制脈沖后的所述第二曝光內積累的電荷。
8.根據權利要求3到7之任一權利要求的固態成象設備，其中在所述應用所述第一讀取控制脈沖后讀取的圖象的象素數，少于在所述應用所述第二讀取控制脈沖后讀取的圖象。
9.根據權利要求3到8之任一權利要求的固態成象設備，其中將機械光快門裝置用作光圈。
10.一種固態成象設備，包括固態成象元件，用于輸出曝光量和象素數互不相同的兩個圖象信號；插值裝置，該裝置通過插值處理，將具有不同象素數的所述兩個圖象信號中具有較少象素數的圖象信號，轉換為其信號類型與具有較多象素數的圖象信號之信號類型相同的圖象信號；以及信號合成裝置，該裝置根據合成控制信號，合成具有較多象素數的所述圖象信號，和利用插值裝置轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，所述合成控制信號為具有較少象素數的所述圖象信號，利用所述插值裝置轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較多象素數的所述圖象信號之一。
11.一種固態成象設備，包括固態成象元件，用于輸出曝光量和象素數互不相同的兩個圖象信號；亮度信號抽取裝置，用于從具有不同象素數的兩個圖象信號中具有較少象素數的圖象信號或具有較多象素數的圖象信號中，抽取亮度信號；插值裝置，該裝置通過插值處理，將具有較少象素數的所述圖象信號，轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的圖象信號；以及信號合成裝置，該裝置根據合成控制信號，合成具有較多象素數的所述圖象信號，和利用插值裝置轉換為所述信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，所述合成控制信號為從具有較少象素數的所述圖象信號中抽取的亮度信號，或從具有較多象素數的所述圖象信號中抽取的亮度信號之一。
12.根據權利要求10或11的固態成象設備，其中信號合成裝置包括系數生成裝置，根據所述合成控制信號的信號電平，生成某個系數k，以及合成裝置，根據所述系數生成裝置生成的系數k，對具有較多象素數的所述圖象信號和轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
13.一種固態成象設備，包括固態成象元件，用于輸出曝光量和象素數互不相同的兩個圖象信號；亮度信號抽取裝置，用于從具有不同象素數的兩個圖象信號中具有較少象素數的圖象信號或具有較多象素數的圖象信號中，抽取亮度信號；第一插值裝置，該裝置通過插值處理，將從具有較少象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號，轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的亮度信號之信號類型相同的亮度信號；亮度信號合成裝置，該裝置根據合成控制信號，合成利用所述第一插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的所述亮度信號之信號類型相同的所述亮度信號，和從具有較多象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號，所述合成控制信號為從具有較少象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號，利用所述第一插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的亮度信號之信號類型相同的所述亮度信號，和利用第一插值裝置從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的所述亮度信號之一；第二插值裝置，該裝置通過插值處理，將具有較少象素數的所述圖象信號，轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的圖象信號；以及信號合成裝置，該裝置根據所述合成控制信號，合成轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較多象素數的所述圖象信號。
14.根據權利要求13的固態成象設備，其中所述亮度信號合成裝置包括第一系數生成裝置，根據所述合成控制信號的信號電平，生成某個系數k，以及第一合成裝置，根據第一系數生成裝置生成的系數k，對利用第一插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的亮度信號之信號類型相同的亮度信號，和從具有較多象素數的所述圖象信號中抽取的亮度信號進行加權，并計算其總和。
15.根據權利要求13或14的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二合成裝置，根據所述第一系數生成裝置生成的至少一個系數k，對利用所述第二插值裝置轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較多象素數的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
16.根據權利要求13或14的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二合成裝置，根據所述第一系數生成裝置生成的系數k(眾多系數k)的平均值、最大值、最小值和中間值之一，對利用所述第二插值裝置轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較多象素數的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
17.根據權利要求13或14的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二系數生成裝置，根據所述合成控制信號的信號電平，生成某個系數k，以及第二合成裝置，根據所述第二系數生成裝置生成的系數k，對利用所述插值裝置轉換為其信號類型與具有較多象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較多象素數的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
18.一種固態成象設備，包括固態成象元件，用于輸出曝光量和象素數互不相同的兩個圖象信號；亮度信號抽取裝置，用于從具有不同象素數的兩個圖象信號中具有較少象素數的圖象信號或具有較多象素數的圖象信號中，抽取亮度信號；插值裝置，該裝置通過插值處理，將從具有較少象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號，轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的亮度信號之信號類型相同的圖象信號；亮度信號合成裝置，該裝置根據合成控制信號，合成利用所述第一插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的所述亮度信號之信號類型相同的所述亮度信號，和從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的所述亮度信號，所述合成控制信號為從具有較少象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號，利用所述插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的亮度信號之信號類型相同的所述亮度信號，和從具有較多象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號之一；稀疏裝置，該裝置利用稀疏處理，將具有較多象素數的所述圖象信號，轉換為其信號類型與具有較少象素數的所述圖象信號之信號類型相同的圖象信號；以及信號合成裝置，該裝置根據所述合成控制信號，合成利用所述稀疏裝置轉換為其信號類型與具有較少象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較少象素數的所述圖象信號。
19.根據權利要求18的固態成象設備，其中所述亮度信號合成裝置包括第一系數生成裝置，根據所述合成控制信號的信號電平，生成某個系數k，以及第一合成裝置，根據所述第一系數生成裝置生成的系數k，對利用所述插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的所述亮度信號之信號類型相同的亮度信號，和從具有較多象素數的所述圖象信號中抽取的亮度信號進行加權，并計算其總和。
20.根據權利要求18或19的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二合成裝置，根據所述第一系數生成裝置生成的至少一個系數k，對利用所述稀疏裝置轉換為其信號類型與具有較少象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較多少象素數的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
21.根據權利要求18或19的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二合成裝置，根據所述第一系數生成裝置生成的系數k(眾多系數k)的平均值、最大值、最小值和中間值之一，對利用所述稀疏裝置轉換為其信號類型與具有較少象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較少象素數的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
22.根據權利要求18或19的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二系數生成裝置，根據合成控制信號的信號電平，生成某個系數k，以及第二合成裝置，根據所述第二系數生成裝置生成的所述系數k，對利用所述稀疏裝置轉換為其信號類型與具有較少象素數的所述圖象信號之信號類型相同的所述圖象信號，和具有較少象素數的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
23.一種固態成象設備，包括固態成象元件，用于輸出曝光量和象素數互不相同的兩個圖象信號；亮度信號抽取裝置，用于從具有不同象素數的兩個圖象信號中具有較少象素數的圖象信號或具有較多象素數的圖象信號中，抽取亮度信號；插值裝置，該裝置通過插值處理，將從具有較少象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號，轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的亮度信號之信號類型相同的圖象信號；亮度信號合成裝置，該裝置根據合成控制信號，合成利用所述插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的所述亮度信號之信號類型相同的所述亮度信號，和從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的所述亮度信號，所述合成控制信號為從具有較少象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號，利用所述插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的亮度信號之信號類型相同的所述亮度信號，和從具有較多象素數的所述圖象信號中抽取的所述亮度信號之一；第一稀疏裝置，該裝置利用稀疏處理，對具有較多象素數的所述圖象信號的象素，進行稀疏處理；第二稀疏裝置，該裝置利用稀疏處理，對具有較少象素數的所述圖象信號的象素，進行稀疏處理；以及信號合成裝置，該裝置根據所述合成控制信號，合成利用所述第一稀疏裝置和所述第二稀疏裝置對其象素進行稀疏處理的所述圖象信號。
24.根據權利要求23的固態成象設備，其中所述亮度信號合成裝置包括第一系數生成裝置，根據合成控制信號的信號電平，生成某個系數k，以及第一合成裝置，根據所述第一系數生成裝置生成的系數k，對利用所述插值裝置轉換為其信號類型與從具有較多象素數的所述圖象信號中獲得的亮度信號之信號類型相同的亮度信號，和從具有較多象素數的所述圖象信號中抽取的亮度信號進行加權，并計算其總和。
25.根據權利要求23或24的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二合成裝置，根據所述第一系數生成裝置生成的至少一個系數k，對利用所述第一稀疏裝置和所述第二稀疏裝置對其象素進行稀疏處理的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
26.根據權利要求23或24的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二合成裝置，根據所述第一系數生成裝置生成的系數k(眾多系數k)的平均值、最大值、最小值和中間值之一，對利用所述第一稀疏裝置和所述第二稀疏裝置對其象素進行稀疏處理的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
27.根據權利要求23或24的固態成象設備，其中所述信號合成裝置包括第二系數生成裝置，根據合成控制信號的信號電平，生成某個系數k，以及第二合成裝置，根據所述第二系數生成裝置生成的所述系數k，對利用所述第一稀疏裝置和所述第二稀疏裝置對其象素進行稀疏處理的所述圖象信號進行加權，并計算其總和。
28.根據權利要求1、2、3、5、10、11、13、18和23之任一權利要求的固態成象設備，其中具有較少象素數的所述圖象信號是用于一個場的圖象信號，而具有較多象素數的所述圖象信號是用于一個幀頻的圖象信號。
29.根據權利要求10到27之任一權利要求的固態成象設備，其中所述系數生成裝置、所述第一系數生成裝置和所述第二系數生成裝置，根據所述合成控制信號的眾多象素的至少一個象素的信號電平，生成所述系數k。
30.根據權利要求10到27之任一權利要求的固態成象設備，其中所述系數生成裝置、所述第一系數生成裝置和所述第二系數生成裝置，根據所述合成控制信號的眾多象素的各信號電平的平均值、最大值、最小值和中間值之一，生成所述系數k。
31.根據權利要求10到27之任一權利要求的固態成象設備，其中所述系數生成裝置、所述第一系數生成裝置和所述第二系數生成裝置，生成與所述合成控制信號之各象素相對應的所述系數k。
32.根據權利要求10到27之任一權利要求的固態成象設備，其中所述系數生成裝置、所述第一系數生成裝置和所述第二系數生成裝置，生成與所述合成控制信號之眾多象素組成的象素塊相對應的所述系數k。
33.根據權利要求10到27之任一權利要求的固態成象設備，其中所述系數生成裝置、所述第一系數生成裝置和所述第二系數生成裝置，根據所述合成控制信號之眾多象素組成的象素塊內的各信號電平的平均值、最大值、最小值和中間值之一，生成所述系數k。
34.根據權利要求10到27之任一權利要求的固態成象設備，其中所述系數生成裝置、所述第一系數生成裝置和所述第二系數生成裝置，根據所述合成控制信號之眾多象素組成的象素塊內的特定位置上的象素的信號電平，生成所述系數k。
35.根據權利要求1到34之任一權利要求的固態成象設備，其中所述曝光量和所述象素數互不相同的所述兩個圖象信號中，具有較少象素數的所述圖象信號為短期曝光信號，而具有較多象素數的所述圖象信號為長期曝光信號。
36.根據權利要求1到34之任一權利要求的固態成象設備，其中所述曝光量和所述象素數互不相同的所述兩個圖象信號中，具有較少象素數的所述圖象信號為長期曝光信號，而具有較多象素數的所述圖象信號為短期曝光信號。
37.根據權利要求1到36之任一權利要求的固態成象設備，其中利用機械光快門裝置或所述固態成象元件的電子快門功能，控制所述固態成象元件反映的圖象信號的曝光量。
38.根據權利要求1到36之任一權利要求的固態成象設備，其中所述固態成象元件包括品紅、綠、黃和青四種顏色的濾色鏡。
39.根據權利要求1到38之任一權利要求的固態成象設備，其中所述固態成象元件包括一個濾色鏡，該濾色鏡具有品紅、綠、黃和青四種顏色組成的補色交錯排列類型。
40.根據權利要求1到37之任一權利要求的固態成象設備，其中所述固態成象元件包括一個紅、綠、藍三種顏色的濾色鏡。
41.根據權利要求1到37之任一權利要求的固態成象設備，其中所述固態成象元件包括一個紅、綠、藍三種顏色組成的三色條紋類型的濾色鏡。
42.根據權利要求1到41之任一權利要求的固態成象設備，其中所述固態成象元件是一個行間轉移CCD(IT-CCD)。
43.一種固態成象設備，該設備通過合成經成象處理獲得的長期曝光信號和短期曝光信號，執行動態范圍擴展，所述固態成象設備檢測所述長期曝光信號與所述短期曝光信號的曝光量比率，然后根據所述曝光量比率，在所述動態范圍擴展中，對所述長期曝光信號和所述短期曝光信號執行增益調整。
44.根據權利要求43的固態成象設備，其中對成象屏幕上劃分的每個象素塊，檢測所述長期曝光信號與所述短期曝光信號的所述曝光量比率，并對各所述象素塊執行所述增益調整。
45.根據權利要求43的固態成象設備，其中對每種顏色分量，檢測所述長期曝光信號與所述短期曝光信號的所述曝光量比率，并對每種顏色分量執行所述增益調整。
46.根據權利要求43的固態成象設備，其中對成象屏幕上劃分的每個象素塊和每種顏色分量，檢測所述長期曝光信號與所述短期曝光信號的所述曝光量比率，并對各所述象素塊和每種所述顏色分量執行所述增益調整。
47.一種固態成象設備，包括成象裝置，用于獨立輸出具有不同曝光時間眾多圖象信號；圖象存儲器，用于存儲來自所述成象裝置的具有不同曝光量的眾多圖象信號；曝光量比率檢測裝置，用于檢測所述具有不同曝光量的眾多圖象信號的曝光量比率；增益調整裝置，該裝置根據所述檢測的曝光量比率，對從所述圖象存儲器中讀取的所述具有不同曝光量的眾多圖象信號，進行增益調整；以及圖象合成裝置，在所述增益調整后，合成所述具有不同曝光量的眾多圖象信號。
48.根據權利要求47的固態成象設備，其中所述曝光量比率檢測裝置包括信號電平確定裝置，用于確定所述具有不同曝光量的眾多圖象信號的信號電平；積分裝置，根據所述信號電平的確定結果，確定預定范圍內的所述具有不同曝光量的眾多圖象信號的各圖象信號的積分值；以及曝光量比率運算裝置，用于確定多個積分值的比率。
49.根據權利要求48的固態成象設備，其中按以下方式配置所述積分裝置，以通過將屏幕劃分為許多塊獲得的象素塊為單位，確定所述具有不同曝光量的眾多圖象信號之各圖象信號的所述積分值。
50.根據權利要求48的固態成象設備，其中通過使用具有不同光譜特征的分色濾光器和分色棱鏡，所述成象裝置具有彩色化裝置，另外，按以下方式配置所述積分裝置，確定具有不同曝光量的眾多圖象信號之各種顏色分量和各圖象信號的積分值。
51.根據權利要求48的固態成象設備，其中通過使用具有不同光譜特征的分色濾光器和分色棱鏡，所述成象裝置具有彩色化裝置，另外，按以下方式配置所述積分裝置，以通過將屏幕劃分為許多塊獲得的象素塊為單位，確定具有不同曝光量的眾多圖象信號之各種顏色分量和各圖象信號的積分值。
52.根據權利要求47到51之任一權利要求的固態成象設備，還包括圖象信號切換裝置，對于從所述成象裝置輸出到所述圖象存儲器的具有不同曝光量的眾多圖象信號的一個圖象信號，該裝置切換來自所述成象裝置的所述圖象信號，和來自所述圖象存儲器的所述圖象信號。
53.根據權利要求47到51之任一權利要求的固態成象設備，其中按以下方式配置具有不同曝光量的眾多圖象信號的所述增益調整裝置，向所述具有不同曝光量的眾多圖象信號的至少一個圖象信號，提供基于所述曝光量比率檢測裝置檢測的所述曝光量比率的增益。
全文摘要
系統控制裝置通過使用能夠以兩種讀取模式(場讀取模式和幀頻讀取模式)讀取信號的行間CCD(IT－CCD)，控制CCD曝光和信號讀取模式，短期曝光信號(短信號)利用場讀取模式獲得一幅圖象，長期曝光信號(長信號)利用幀頻讀取模式獲得一幅圖象，然后利用信號合成裝置合成以上兩幅圖象，以擴展動態范圍。
文檔編號H04N5/3728GK1413411SQ00817769
公開日2003年4月23日 申請日期2000年11月20日 優先權日1999年11月22日
發明者日下博也, 阪上茂生, 塘知章, 山本靖利, 中山正明 申請人:松下電器產業株式會社