CN102196184A - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像装置，在光圈固定式摄像机中，针对由依存于商用交流电源而点亮的荧光灯和LED照明等产生的闪烁，无法将快门固定在不会发生闪烁的快门速度。并且，由于监视用摄像机等中的每一幅图像都是重要的信息，所以需要在快门速度设定在高速的情况下仍然能够获得相对于运动中的被摄体不会产生残像或抖动的图像。在判断为有闪烁存在时，通过使对CCD传感器进行快门控制的电荷排除脉冲的施加定时和电荷读出脉冲的施加定时在各个场可变，并且使得摄像机能够在各个场中对照明的发光周期的同一位相部分曝光。此外，在控制开始后立刻进行选择相位点的处理，以便将照明的发光周期中的摄像机曝光的定时设定为对能够确保最大曝光量的部位进行曝光。由此，即使对以按照一定周期反复进行点亮和熄灭的方式发光的光源，也能够进行没有闪烁的曝光。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及一种能够除去周期性发光光源的闪烁的摄像装置及其控制方法。

背景技术

作为将光学图像变换为电信号的摄像元件，例如CCD传感器等固体摄像元件已经广泛地应用在作为民用产品和监视用产品等使用的摄像机产品中。该等摄像机产品通过光圈控制、使用电子快门的摄像元件的快门速度控制、自动增益控制(AGC，Automatic Gain Control)以及ND滤波器等来进行曝光控制，并且，为了达到规定的曝光目标值而进行自动曝光控制(Auto Exposure Control，以下简称为“AE”)，以此来获得一定的曝光量。在作为摄像元件使用CCD传感器时，则对电荷积蓄量进行控制。

上述AE使用程序AE，该程序AE根据摄像机的照度电平来决定选择上述光圈控制、快门速度(快门开放时间)控制和AGC增益控制中的哪一种控制方法。作为程序AE，有快门速度固定程序AE和光圈固定程序AE等各种程序AE，可以根据摄影场景和环境等分别选用。

在程序AE中，在使用非逆变器方式的荧光灯和LED照明等光量依存于商用电源频率而发生周期性变化的光源进行场景摄影的场合，如果商用电源周期与输出一幅摄像机图像的1个场的周期不相同，则各个场间的电荷积蓄量之间会产生差异，使得图像产生抖动即闪烁，所以，用于消除闪烁的处理是必不可少的技术。

图1表示电荷积蓄量以100[Hz]的周期进行周期性变动的荧光灯的闪烁的情况。图1(a)表示光源的发光周期，在使用频率为50[Hz]的商用交流电源的非逆变器方式的荧光灯(以下简称为“荧光灯”)中，荧光灯的发光量以等于电源频率50[Hz]的2倍的频率即100[Hz]为周期进行变化。

图1(b)表示光源是发光周期为100[Hz]的荧光灯，摄像机是采用电视广播制式中的NTSC制式的每秒钟输出60幅图像的电视摄像机，且快门速度被设定为1/180[秒]时的各个场中的CCD传感器的电荷积蓄量，图1(c)表示通过CCD的电荷排除脉冲开始电荷积蓄的定时，图1(d)表示通过CCD的电荷转送脉冲结束电荷积蓄的定时，当发光量发生变化时，如图1(b)所示，相对于同一个被摄体，各个场间CCD传感器的电荷积蓄量会出现差异，由于该差异，使得闪烁发生，导致记录图像的质量变差。

已知将商用交流电源的频率设定为T[Hz]时，通过将快门速度固定在n/2T[秒](n为自然数，n＝1，2，3…)能够消除闪烁。也就是说，如(e)所示，在光源是发光周期为100[Hz]的荧光灯时，通过在(f)的积蓄开始定时和(g)的积蓄结束定时将快门速度固定在与光源发光周期相同的1/100[秒]，则可以在各个场确保相同的电荷积蓄量，从而不会发生闪烁。在现有技术中，相对于荧光灯的闪烁，在商用交流电源的频率为T[Hz]时，通过将快门速度固定在n/2T[秒]，能够有效地防止闪烁的发生(反过来说，如果将快门速度设定为n/100[秒]以外的速度，则各个场间电荷积蓄量会出现差异而导致闪烁发生)。

另外，近年来，通过商用交流电源进行发光的LED面板等LED照明的需求在不断地增加，在使用LED照明时，摄像机图像同样会在很大的程度上受到来自LED照明的闪烁的影响。LED照明的发光特性与荧光灯的发光特性不同，当施加的电压超过阈值时，LED照明会迅速地发光，并且以反复点亮和熄灭的方式进行发光，由于发光强度比荧光灯的发光强度大，所以会发生强烈的闪烁。

LED照明近年来开始在各种领域被广泛地使用。LED的点亮方式分为直流点亮方式和脉冲点亮方式这两种方式，由于脉冲点亮方式可以采用方便的商用交流电源，所以LED照明大多采用脉冲点亮方式进行发光。交通信号灯是采用LED照明的设备中的一种，在交通信号灯中，考虑到其可靠性，LED元件的点亮采用简单的驱动电路结构来进行，通过施加对商用交流电源进行全波整流而得到的电压来使LED元件发光，其发光周期与非逆变器方式的荧光灯相同，为2T[Hz]。因此，与荧光灯的闪烁一样，通过将快门速度固定在n/2T[秒]，能够消除闪烁。

图2表示电荷积蓄量以100[Hz]的周期进行周期性变动的LED的闪烁。图2(a)表示与商用交流电源的周期50[Hz]同步地发光的LED的发光周期。图2表示使用NTSC周期60[Hz]的摄像机，将快门速度固定在(b)的1/180[秒]的快门速度，在(c)的积蓄开始定时开始电荷积蓄，并且在(d)的积蓄结束定时结束电荷积蓄时的示例、以及将快门速度固定在(e)的1/100[秒]的快门速度，在(f)的积蓄开始定时开始积蓄电荷并且在(g)的积蓄结束定时结束电荷积蓄时的示例。

LED反复进行熄灭和点亮并且以实质上为矩形的波发光，在采用60[Hz]周期的NTSC制式的摄像机时，通过将快门速度设定为与光源发光周期相同的1/100[秒]，能够消除闪烁。在将快门速度设定为1/180[秒]时，由于LED以100[Hz]的周期反复进行点亮和熄灭来发光，所以各个场所积蓄的点亮部分和熄灭部分的相位部分不同，在各个场间电荷积蓄量出现很大的差异，使得发生激烈的闪烁。

可是，在上述通过固定快门速度来防止闪烁发生的曝光控制方法中，存在不能通过快门来进行曝光调整的问题。为了解决该问题，在专利文献1中公开了一种方法，其在各个摄像机周期中将快门大致均等地设定为规定的次数来进行曝光，使得能够在降低闪烁的同时，通过快门来进行曝光调整。并且在对专利文献1作出了改进的专利文献2中公开了一种方法，其在各个摄像机周期中，在与闪烁周期相同的期间内将快门大致均等地设定为规定的次数，由此使得能够在切实地消除闪烁的同时，通过快门来进行曝光调整。

在先技术文献

专利文献

专利文献1日本国专利特开平8-294058号公报

专利文献2日本国专利特开平11-155106号公报

近年来，随着凶恶的犯罪事件的增加，人们对安全领域的关心度提高，作为以防止犯罪和记录证据为目的的摄像装置，对监视用摄像机的需求也在不断地增加。与一般民用的摄像机不同，监视用摄像机大多在固定的状态下在银行、电梯、停车场、道路和车辆等中使用。监视用摄像机的每一幅图像均是重要的信息。

例如，作为设置在电梯内的电梯用摄像机和设置在自动扶梯上的监视用小型摄像机以及用于保存和记录车辆行驶中发生的各种碰撞前数十秒的图像数据以便将该等图像数据用于事故的验证和分析的行驶记录器，为了简化结构，大多使用光圈固定的摄像机，该等固定摄像机必须做到只用快门和AGC就能够调整曝光。在拍摄到的图像中，很多场景都包含荧光灯和LED照明等光源的照明光，因照明光的发光周期而产生的闪烁可能会导致图像丢失有用的信息或者导致图像的质量变差，因此，必须进行闪烁消除处理。

作为解决监视用摄像机的闪烁的方法，在专利文献1和专利文献2中公开了在各个摄像机周期中将快门大致均等地设定为规定的次数来进行曝光控制，使得能够在降低或消除闪烁的同时，通过快门来进行曝光调整的方法，但由于作为收发在各个摄像机周期内进行多次曝光并将各个曝光量相加，所以与通常的快门速度控制相比，存在针对运动中的被摄体会产生残像(afterimage)和抖动等的问题。在监视用摄像机中，不但降低或者消除闪烁非常重要，而且因为每一幅图像都是重要的信息，所以优选能够获取运动中的被摄体不会产生残像和抖动的质量不会变差的信息。

发明内容

本发明提供一种摄像装置的曝光控制方法，使用具有图像输出单位即固有的场周期的摄像装置通过以特定周期发光的光源由CCD传感器进行记录，其特征在于，在用于控制所述CCD传感器的曝光的快门速度控制中，使曝光开始时的电荷排除脉冲和曝光结束时的电荷读出脉冲的施加定时在各个场可变，并且根据曝光期间在场内移位时的曝光期间移位量来进行的快门速度控制，使得所述CCD传感器在各个场中对所述光源发光周期的相同的相位部分进行曝光，以除去闪烁。

此外，本发明的摄像装置的曝光控制方法的特征还在于，使曝光开始时的电荷排除脉冲和曝光结束时的电荷读出脉冲的施加定时在各个场可变时，在控制开始后立刻对规定场的曝光量进行取样，并选择曝光量最大的场的曝光期间移位量。

另外，本发明的摄像装置的曝光控制方法的特征还在于，相对于光源的发光周期T，所述摄像装置的快门速度等于或者大于1/2T。

又，本发明的摄像装置的曝光控制方法的特征还在于，以规定数目的连续场为单位反复执行基于曝光期间移位量的快门速度控制。

又，本发明的摄像装置的曝光控制方法的特征还在于，摄像装置的CCD传感器在摄像装置的每个场通过图像存储器进行图像输出。

又，本发明的摄像装置的曝光控制方法的特征还在于，摄像装置的CCD传感器交替地具有对从所述CCD传感器获得的图像数据进行输出和保存的场以及使用所保存的图像数据进行图像数据输出的场。

此外，本发明还提供一种摄像装置，其具有图像处理装置，并且使用图像输出单位即固有的场周期进行记录，所述图像处理装置具有：透镜，其拍摄被以特定的周期发光的光源照明的物体的图像；CCD传感器，其将拍摄到的图像变换为图像信号；闪烁控制部，其判别图像信号的闪烁并发出除去闪烁的指示，曝光控制部，其根据该闪烁控制部的指示来控制曝光；以及快门控制部，其根据该曝光控制部的指示对所述CCD传感器的快门速度进行控制，所述摄像装置的特征在于，所述快门控制部通过使所述CCD传感器中曝光开始时的电荷排除脉冲和曝光结束时的电荷读出脉冲的施加定时在各个场可变，而使曝光期间移位，以此来进行快门速度控制，由此使得所述CCD传感器在各个场对所述光源发光周期的相同的相位部分进行曝光。

又，本发明的摄像装置的特征还在于，快门控制部具有生成曝光开始时的电荷排除脉冲的电荷排除脉冲生成部、生成曝光结束时的电荷读出脉冲的电荷读出脉冲生成部以及对所述电荷排除脉冲生成部和电荷读出脉冲生成部的脉冲生成进行控制的脉冲定时管理部。

发明效果

根据本发明，在使用CCD传感器作为摄像元件的摄像装置中，相对于依存于商用电源的周期等来发光的周期性发光光源而产生的图像闪烁，能够通过在摄像机的摄像周期内使电荷积蓄开始定时移位来防止闪烁的发生，并且能够在不会使动态被摄体发生残像和抖动的情况下，将快门速度设定为高速。

附图说明

图1是对用非逆变器方式的荧光灯进行摄影时发生闪烁状态时的情况和不发生闪烁状态时的情况进行说明的说明图。

图2是对用采用商用交流电源进行发光的LED照明进行摄影时发生闪烁状态时的情况和不发生闪烁状态时的情况进行说明的说明图。

图3是本发明的实施方式中的具有闪烁消除处理功能的摄像装置的方块图。

图4是表示用基于程序AE的照度值来控制曝光的方法的说明图。

图5是表示快门速度控制处理的流程图。

图6是表示一般的CCD传感器的结构示意图。

图7是表示进行基于曝光期间移位量的快门速度控制时的图像信号输出方法的示意图。

图8是表示基于曝光期间移位量的快门速度控制方法的说明图。

图9是表示初始曝光期间移位量的选择方法的说明图。

图10是对通过基于曝光期间移位量的快门速度控制使得不会因荧光灯而出现闪烁状态的情况进行说明的说明图。

图11是对通过基于曝光期间移位量的快门速度控制使得不会因LED照明而出现闪烁状态的情况进行说明的说明图。

符号说明

101透镜

102光圈

103透镜单元

104CCD传感器

105CDS

106模拟AGC

107A/D转换器

108AFE

109数字AGC

110亮度信号和颜色信号生成部

111各种图像处理部

112图像存储器

113图像输出处理部

114信号电平检测部

115存储部数据参照/存储部

116修正量计算部

117信号电平差分/平均运算部

118闪烁判断部

119闪烁消除控制部

120曝光控制部

121快门控制部

122AGC控制部

123脉冲定时管理部

124电荷排除脉冲生成部

125电荷读出脉冲生成部

126转送脉冲生成部

127设备控制部

128图像处理LSI

129记录装置

130存储部

131微机控制部

132闪烁控制部

具体实施方式

以下根据图3对本发明的摄像装置的实施方式进行说明。

A.摄像装置系统的基本结构

(1)摄像装置系统的说明

图3是表示本发明所涉及的实施方式中的摄像装置概况的方块图，其中该摄像装置具有光圈固定式摄像机，内置在该光圈固定式摄像机中的控制电路具有闪烁去除功能。

首先说明摄影和记录时的动作以及信号的流向。拍摄到的图像经过用于调整从图中的透镜单元103内的透镜101获取的外部光的光量的光圈102后，被照射到具有垂直转送CCD和水平转送CCD的摄像元件的CCD传感器104中，经过光电转换变成图像信号后输入到AFE电路(AnalogFront End Circuit，以下简称为“AFE”)108中。在AFE108中经过相关双采样部(Correlated Double Sampling，以下简称为“CDS”)105、模拟AGC106和A/D转换器107，被转换为进行了CDS控制和增益控制以及模拟/数字转换的图像信号。

从AFE108输出的图像信号在经过图像处理LSI127内的数字AGC109进行增益控制后，在亮度信号和颜色信号生成部110中生成亮度信号和颜色信号，并在各种图像处理部111中进行轮廓修正、白平衡调整和杂波消除等。

然后，通过图像存储器112存储一帧的图像的图像，被存储的图像在图像输出处理部113中被变换为例如符合NTSC制式或PAL制式等规定的电视播放制式的标准电视播放信号后输出到外部，并且通过记录装置129进行记录到记录介质的记录处理。

此外，本摄像装置还具有存储各种数据的存储部130，图像处理LSI128的控制由微机控制部131进行。如此，各种处理单元被集约成单一的LSI。图像处理LSI128的控制功能的一部分可以不通过硬件而是通过微机的软件来实现，但本发明并不仅限于此。

(2)摄像机的曝光控制

以下说明摄像机的曝光控制。如图3所示，从AFE108中输出的图像信号被供应给图像处理LSI128内的信号电平检测部114，检测当前一个场的图像信号的电平值1A。在修正量计算部116中对该当前的场信号电平值1A和通过存储部数据参照/存储部115从存储部130获取的规定的曝光目标值即目标信号电平TARGET进行比较，以计算曝光修正量。在修正量计算部116中根据下式从当前的场信号电平值1A和目标信号电平TARGET算出曝光修正量Z(dB)作为增益。

Z＝20×LOG(1A/TARGET)[dB]……(1)

然后，在曝光控制部120中从快门速度、AGC的曝光控制参数内选择其一，并对在设备控制部127中选出的设备进行控制，由此进行曝光控制，使得曝光修正量Z成为0dB。

(3)设备控制部

如图3所示，设备控制部127由快门控制部121和AGC控制部122构成，通过使快门控制部121或AGC控制部122中的任一个控制部动作来进行曝光控制，使得当前的场信号电平值1A接近目标场信号电平TARGET。

快门控制部121由脉冲定时管理部123、电荷排除脉冲生成部124和电荷读出脉冲生成部125以及转送脉冲生成部126构成。

快门控制部121通过施加用于丢弃CCD传感器内的光电二极管的电荷的电荷排除脉冲、将CCD传感器内的光电二极管的电荷转送到垂直CCD中的电荷读出脉冲、由转送垂直CCD和水平CCD的电荷的垂直转送脉冲和水平转送脉冲构成的转送脉冲来进行控制，由此来调整电荷积蓄量并进行曝光控制。

AGC控制部122通过调整内置在AFE108内的模拟AGC106的增益来调整灵敏度，由此来进行曝光控制。

(4)设备控制部的曝光控制的切换

图4是表示通过程序AE根据照度电平来决定由设备控制部127的快门控制部121和AGC控制部122中的哪一个来进行控制的基准的说明图。在曝光控制部120中，在图像信号电平低于300Lux时，由于属于低照度环境，所以选择现有技术的AGC控制，以提高CCD传感器的信号电平的增益，而在图像信号电平在300Lux以上的明照度环境中，则选择本发明的快门速度控制来适当地进行曝光调整。

(5)闪烁控制部

以下对闪烁控制部132进行说明。如图3所示，闪烁控制部132由信号电平差分/平均运算部117、闪烁判断部118以及闪烁消除控制部119构成，用于进行闪烁消除控制。

信号电平差分/平均运算部117用于生成闪烁判断部118进行闪烁判断时所需的信息即信号电平差分值DIFF和平均场信号电平AVE。信号电平差分值DIFF采用下式从保持在存储部130中的前一个场的信号电平1AOLD和当前的场的信号电平1A算出。

DIFF＝1AOLD-1A  ……(2)

针对保存在存储部130中的平均场信号电平AVE，只在初次接通电源时，将信号电平检测部114检测出的信号电平1A通过存储部数据参照/存储部115存储在存储部130中。此后，在信号电平差分/平均运算部117中根据下式对由信号电平检测部114检测出的当前的场信号电平1A和保持在存储部130内的平均场信号电平AVE进行计算，并且将计算得到的新的平均场信号电平AVE通过存储部数据参照/存储部115存储在存储部130中。以下反复执行该处理以便对每一个场进行该处理。

AVE＝(1A+AVE)/2……(3)

在闪烁判断部118中，分别判断上述DIFF和AVE是否大于或者等于在闪烁判断部118内部规定的阈值TDIFF和TAVE，在两者均大于或者等于阈值时，判断为有闪烁存在。具体来说是，由信号电平差分/平均运算部117通过存储部数据参照/存储部115从存储部130获取在前一个场中算出的平均场信号电平AVE，根据式(3)计算当前的场信号电平值1A和AVE的平均值，再次将其保持在存储部130中作为信号电平平均值AVE，判断该AVE是否在阈值TAVE以上，并且判断根据式(2)算出的DIFF是否在阈值TDIFF以上。此外，本闪烁判断方法只是一个示例，本发明并不仅限于该示例。

根据上述判断的结果，闪烁消除控制部119向曝光控制部120发出消除闪烁的指令。曝光控制部120进一步对设备控制部127指示闪烁消除处理。

(6)闪烁消除处理

作为闪烁消除处理具有在图3的设备控制部127中进行的曝光期间移位处理(处理1)和公知的AGC处理(处理2)。在曝光期间移位处理(处理1)中，通过在快门控制部121中进行使CCD传感器104的各个场的曝光开始位置和曝光结束位置移位的快门速度控制来除去闪烁，在AGC处理(处理2)中，根据从信号电平检测部114中获得的场信号电平1A算出信号变动部分，并通过闪烁控制部132在数字AGC部分109中进行修正，以此来消除闪烁。

在曝光控制部120中，首先，在被判断为有闪烁存在时，向设备控制部127的快门控制部121发出指示，选择作为处理1的使各个场的曝光开始位置移位的基于曝光期间移位量的快门速度控制。在进行上述处理后仍然不能适当地消除尽闪烁时，使数字AGC109动作，执行作为处理2的闪烁消除处理，也就是计算由闪烁引起的信号变动部分，并且通过数字AGC进行修正来消除闪烁。

(7)闪烁消除时的快门速度控制的切换

图5表示在执行闪烁消除处理1时在闪烁判断部118中进行的快门速度控制的切换的流程图。在步骤S501中，判断所设定的快门速度是否在能够消除闪烁的快门速度1/2T[秒]以上。在判断为在快门速度1/2T[秒]以上时，在步骤S502中进行本发明的基于曝光期间移位量的快门速度控制。在判断为快门速度低于1/2T[秒]时，在步骤S503中进行现有技术的不进行移位的快门速度控制。T表示光源的发光频率。

步骤S502的基于曝光期间移位量的快门速度控制是在1/2T[秒]以上的高速的快门速度中完全消除闪烁的发生并且使得运动中的被摄体不会产生残像和抖动的控制方法。可是，在快门速度低于1/2T[秒]时，不能执行基于曝光期间移位量的快门速度控制，所以，为了应对该低速快门速度，预先设定为在闪烁判断部118中判断为有闪烁存在时，始终使处理2处于能够执行的状态。

(8)曝光期间移位控制用CCD传感器

以下说明在基于曝光期间移位量的快门速度控制中使用的CCD传感器。作为可以使用的CCD传感器，可以列举出具有一个一般的水平CCD系统和一个一般的垂直CCD系统的逐行式CCD传感器或者隔行式CCD传感器，或者具有两个转送电荷的垂直CCD系统的CCD传感器，或者在各个像素上搭载有用于临时存储光电二极管的电荷的记录元件的CCD传感器等各种CCD传感器。在本实施例中使用结构简单的具有一个一般的水平CCD系统和一个一般的垂直CCD系统的CCD传感器进行说明。

图6表示具有一个水平CCD系统和一个垂直CCD系统的一般的CCD传感器200的结构。在一个场期间内对积蓄在CDD传感器200的光电二极管201中的电荷进行排除和读出。通过电荷排除脉冲将光电二极管201中的电荷暂时排除，通过电荷读出脉冲将所有的像素的电荷转送到垂直CCD202，被转送到垂直CCD202的各个光电二极管的电荷通过垂直转送脉冲以一行为单位被输送到水平CCD203中，并进一步通过水平转送脉冲从水平CCD203以一个像素为单位被输送到输出端子，将电荷改变为电信号的电荷的检测在FD放大器204中进行，各个像素的电信号从CCD传感器输出。

B.基于曝光期间移位量的快门速度控制

以下对本发明的基于曝光期间移位量的快门速度控制方法进行详细说明。

(1)进行基于曝光期间移位量的快门速度控制时的图像输出方法

图7是对进行基于曝光期间移位量的快门速度控制时的图像信号输出方法进行说明的示意图。如果在基于曝光期间移位量的快门速度控制中使用处理速度一般的CCD传感器，则与在每一个场通过图像存储器进行图像输出并在一个场内完成处理的通常的快门速度控制相比，完成处理需要二个场。也就是说，如果将图7中的处理A1、处理A2…设定为处理A，并且将处理B1、处理B2…设定为处理B时，则通过二个不同的处理即处理A和处理B来完成一个过程。

每次进行图7的处理B时，对从CCD传感器获得的图像数据进行输出和保存，在处理A中使用在处理B中保存的图像数据进行图像输出，并反复进行这一过程。图像数据的保存在图3的图像存储器112中进行，图像输出从图像输出处理部113进行。

但是，如果使用能够将上述在二个场中进行的处理在一个场内进行处理的高速CCD传感器，则没有必要将处理划分为处理A和处理B而能够在1个场内进行处理。例如，在以比通常快一倍的速度来驱动CCD传感器时，例如针对NTSC制式的摄像机在1个场以1/60[秒]的速度进行的处理，通过将CCD传感器的动作时钟提高为2倍以2倍速进行驱动，在一个场内，在处理A中将积蓄在CCD传感器的光电二极管内的电荷转送到垂直CCD中，之后立刻在处理B中以2倍速施加垂直转送脉冲和水平转送脉冲，由此，能够在一个场期间内执行处理B和处理A，从而没有必要划分为不同的场。

(2)基于曝光期间移位量的快门速度控制

以下对进行基于曝光期间移位量的快门速度控制时的处理A和处理B的CCD传感器的控制方法进行说明。图8表示基于曝光期间移位量的快门速度控制。在图8中，将进行处理A和处理B的各个场的时间设定为N8[秒]，将快门的速度设定为n8[秒]，将各个场即(X-1)场、X场和(X+1)场中的曝光期间移位量分别设定为S(X-1)[秒]、SX[秒]、S(X+1)[秒]。

所谓的曝光期间移位量用于决定：为了在各个场用CCD传感器对光源发光周期的相同的相位部位进行曝光，而在各个场中使施加曝光开始时的电荷排除脉冲和曝光结束时的电荷读出脉冲的定时可变的移位量。即使快门速度相同，但因上述移位量不同，所以在各个场中的电荷积蓄开始的定时和电荷积蓄结束的定时互不相同。

此外，曝光期间移位被设定为在Y[field]完成，在图8中，在由执行第(X-1)次移位、执行第X次移位和执行第(X+1)次移位这三个X[field]形成的1Y[field]的循环中，反复进行由S(X-1)[秒]移位、SX[秒]移位和S(X+1)移位构成的曝光期间移位。

在通常的快门速度控制中，通过施加电荷排除脉冲将积蓄在光电二极管中的电荷排除，通过施加电荷读出脉冲将所有的像素的电荷转送到垂直CCD中，通过垂直CCD和水平CCD反复进行垂直传送和水平转送以从CCD传感器输出信号。电荷读出脉冲的施加在各个场周期的边界执行。

与此相对，本发明的实施方式所涉及的基于曝光期间移位量的快门速度控制的特征在于的第一点是向电荷排除和电荷读出的反复处理分配一个场，并且向垂直CCD和水平CCD的电荷转送处理分配一个场，从而将处理分离为处理A和处理B，将在通常的快门速度控制中在一个场期间内总括进行的处理分为处理A和处理B这两个处理来进行。

第二点特征是，通过使曝光开始定时和曝光结束定时可变的曝光期间移位量，使得在各个场曝光开始定时和曝光结束定时可变。虽然在处理B中不进行电荷积蓄，但曝光期间移位量的计算需要在整个Y[field]循环中进行，在处理B期间也要进行曝光期间移位量的计算。但在实际上只在处理A中执行曝光期间移位。

曝光期间移位量需要以场为单位进行计算。通过在该各个场设定曝光期间移位量，相对于依存于商用交流电源频率T[Hz]发光的照明的发光周期，能够在各个场对照明光的周期的相同相位进行曝光，并且能够将各个场的曝光量设定为相同的曝光量，所以能够切实地除去闪烁。

并且，在对发光周期中的某些相位部分进行曝光时，会出现照明光的曝光量变小的情况或者无法通过照明光进行曝光的情况，所以通过控制使得能够对发光周期的最佳相位进行曝光。该控制的详细情况在后述部分进行说明。

此外，商用交流电源的频率T有50[Hz]和60[Hz]这两种，所以在频率为50[Hz]时，快门速度1/2T[秒]被设定为快门速度1/100[秒]，在频率为60[Hz]时，快门速度1/2T[秒]被设定为快门速度1/120[秒]。由于该商用交流电源的频率信息保存在图3的存储部130，所以从存储部130获取信息，将快门速度1/2T[秒]设定为1/100[秒]或者1/120[秒]。

本发明不仅能够适用于商用交流电源，只要是以规定周期发光的照明，并且只要知道照明的发光周期，就能够使用本发明的方法。在通过闪烁判断部118判断为有闪烁存在，并且快门速度被设定为高于1/2T[秒]的快门速度时，进行图8的基于曝光期间移位量的快门速度控制，在低于1/2T[秒]的快门速度时，进行通常的快门速度控制。

(3)快门速度计算方法

在执行基于曝光期间移位量的快门速度控制时，需要对在图8的各个场进行曝光期间移位的循环Y[field]和各个场的曝光期间移位量SX(X为自然数，X＝1，2…)进行计算。曝光期间移位量根据在当前场的前一个场中算出的曝光期间移位量S(X-1)来计算，将Y[field]作为一个循环来完成处理。

在图8的图示中将曝光期间移位的执行次数设定为S(X-1)、SX和S(X+1)这三次，并且将三个场作为一个循环(Y＝3)。相对于各个场设定的快门速度在各个场中均被设定为n8[秒](曝光期间)。首先计算进行移位的循环Y[field]。各个场的时间为N8[秒]，在将商用交流电源频率设定为T[Hz]时，照明光的周期为2T[Hz]，所以将根据下式算出的余数为零(0)的最小值作为进行曝光期间移位的循环Y[field]求出。

(2T×Y)/(1/N8)……(4)

作为各个场的曝光期间移位量，以下对Y[field]循环中的第X个场即第X次执行的曝光移位的曝光期间移位量SX的计算方法进行说明。首先，假设在第(X-1)个场的场期间内存在K8[个]照明光周期，K8[个]通过将根据下式算出的计算结果中的小数点以下部分舍去而可以计算为整数值。

N8/(1/2T)……(5)

此后，根据下式计算照明光的周期K8[个]的时间T8[秒]。

T8＝(1/2T)×K8[秒]……(6)

假设从Y[field]循环的第(X-1)个场延续到第X个场的照明光周期在(X-1)场期间内的不到1个周期的时间为t8[秒]，则t8[秒]可以用下式计算。

t8＝N8-T8-S(X-1)[秒]

在当前的X场期间内求出从(X-1)场期间内延续到X场期间内的不到一个周期的时间，假设将该时间作为当前场即Y[field]循环中的第X个场的曝光开始时间和曝光结束时间的移位量，则能够在Y[field]循环中的第(X-1)个场和第X个场对照明光周期成为相同相位的部位进行曝光。

为此，能够在Y[field]循环中的第X个场通过下式算出从第(X-1)个场延续到第X个场的不到照明光一个周期的时间作为曝光期间移位量SX。

SX＝(1/2T)-t8[秒]……(8)

在通过式(8)计算出的曝光期间移位量SX大致接近照明光的一个周期的时间1/2T秒时，强制性地设定为SX＝0。与SX[秒]一样，Y[field]循环中的第(X+1)个场的曝光期间移位量S(X+1)[秒]也可以通过相同的方法算出。

(4)初始曝光期间移位量的计算方法

其中，对于作为Y[field]循环的开始第一个场的第(X-1)次执行的曝光移位的初始曝光期间移位量的计算，不采用上述计算方法而是采用以下说明的计算方法求出。

图9表示初始曝光期间移位量的计算方法。在图3中的闪烁判断部118判断为有闪烁存在时，从闪烁消除控制部119向曝光控制部120发出闪烁消除指示以进行基于曝光期间移位量的快门速度控制，此时，首先，在基于曝光期间移位量的快门速度控制开始执行后立刻决定初始曝光期间移位量。

由于进行曝光期间移位的循环有Y[field]，并且各个场的曝光期间移位量SX(X为自然数，X＝1，2…)互不相同，所以成为初始曝光期间移位量的初始曝光期间移位量存在Y种(场循环)。为此，作为Y[field]循环的第一次执行的曝光期间移位，首先执行Y种曝光期间移位。此时，必须将作为Y[field]循环的场循环1的第一个场的曝光期间移位量设定为S1＝0[秒]。

在图9中图示了Y＝3[field]的示例，由于存在三种曝光期间移位，所以将第一个场的曝光期间移位量设定为S1＝0[秒]，并且从曝光期间移位量各不相同的场循环1(第一次执行的曝光期间移位的曝光期间移位量：S1＝0)、场循环2(第一次执行的曝光期间移位的曝光期间移位量：S4)、场循环3(第一执行的曝光期间移位的曝光期间移位量：S7)开始执行各个场循环。第一次执行的曝光期间移位的曝光期间移位量为S1[秒]以外的曝光期间移位量分别根据式(5)至式(8)求出。

然后，计算在各个场循环的各个场中得到的曝光量的和，并选择曝光量和最大的场循环。在图9的示例中选择场循环2。将该场循环2的第一次执行的曝光期间移位的曝光期间移位量S4设定为初始曝光期间移位量。由此，CCD传感器能够在照明光周期中能获得最大曝光量的相位进行曝光。

此外，在基于曝光期间移位量的快门速度控制中，CCD传感器能够始终以一定的光量稳定地对照明光进行曝光。例如，在LED照明光等以商用电源周期反复进行点亮和熄灭的照明光的场合，也能够切实地对LED照明光的点亮部分的相位进行曝光，从而不会发生CCD传感器捕捉不到LED照明光的光的情况。

(5)曝光期间移位时的快门速度计算的具体例

以下说明根据上述式(4)至式(8)计算的在各个场进行曝光期间移位的循环Y[field]和曝光期间移位量SX[秒]的计算具体例。在此，说明在商用交流电源的频率为T＝50[Hz]，CCD传感器的一个场的时间为N8＝1/60[秒]，初始曝光期间移位量为0.003333[秒]的情况下将快门速度设定为S8＝1/180[秒]时的计算方法。首先，计算进行曝光期间移位的循环Y[field]。由于商用交流电源的频率为T＝50[Hz]，CCD传感器的一个场的时间为N8＝1/60[秒]，所以以式(4)计算时的余数为零(0)的Y的值根据式(9)计算，器结果为Y＝3。

(2T×Y)/(1/N8)＝(2×50×3)/(1/(1/60))＝5，余数为0(Y＝3)……(9)

由此得出进行曝光期间移位的循环为3[field]。

在3[field]循环的第一个场中，基于曝光期间移位量的快门速度控制执行后立刻计算出的初始曝光期间移位量被设定为S1＝0.003333[秒]，从第二个场开始，曝光期间移位量根据式(5)至式(8)计算。以下根据式(5)至式(8)求出第二个场的曝光期间移位量S2[秒]。假设在第一个场的场期间内存在K8[个]照明光周期，K8[个]可以通过将式(5)的计算结果的小数点以下部分舍去而根据式(10)作为整数值算出。

N8/(1/2T)＝(1/60)/(1/(2×50))＝1.666…

→舍去小数点以下部分：1[个]……(10)

然后，照明光周期K8[个]的时间T8[秒]根据式(6)和式(11)算出。

T8＝(1(2×T))×K8＝(1/(2×50))×1＝0.01[秒]……(11)

从3[field]循环的第一个场延续到第二个场的照明光周期的一个场周期内的不到一个周期的时间t8[秒]根据式(7)和式(12)算出。

然后，从3[field]循环的第一个场延续到第二个场的不到照明光一个周期的时间即曝光期间移位量S2根据式(8)和式(13)算出。

S2＝(1/(2×T))-t8＝(1/(2×50))-0.003334＝0.006666[秒]……(13)

根据同样的方法计算3[field]循环中的第三个场的曝光期间移位量S3，得到S3＝0.009999[秒]，由于该值与照明光的一个周期的时间1/(2×50)＝0.01[秒]相接近，所以将第三个场的曝光期间移位量计算为S3＝0[秒]。

如上求出第一个场的初始曝光期间移位量S1＝0.003333[秒]，第二个场的初始曝光期间移位量S2＝0.006666[秒]，第三个场的初始曝光期间移位量S3＝0[秒]，在3[field]循环中根据该等移位量使曝光期间移位，通过反复进行该处理来进行快门速度控制，则能够在消除闪烁的同时，实现1/100秒以上的高速的快门速度，并且，即使用摄像机对运动中的被摄体进行摄影，也不会产生残像和抖动。

C.在具体的光源中的应用

(1)荧光灯闪烁的消除

图10表示在有荧光灯闪烁存在并且将快门速度设定在高于1/2T[秒]的快门速度n10[秒]时没有发生闪烁时的情况。在图10中，在将快门速度S10[秒]设定为1/2T[秒]以上的速度的情况下，对通常的快门速度控制和基于曝光期间移位量的快门速度控制的情况进行了比较。在通常的快门速度控制中，在一个场内施加一次电荷排除脉冲和一次位于摄像机的一个场与一个场之间的边界附近的电荷读出脉冲，从施加电荷排除脉冲起到施加电荷读出脉冲为止的时间为快门速度n10[秒]。

与此相对，在基于曝光期间移位量的快门速度控制中，在设定快门速度n10[秒]时，根据在各个场中计算出的曝光期间移位量使电荷排除脉冲和电荷读出脉冲的施加定时移位。在该控制中，电荷读出脉冲并不限于要在一个场与一个场之间的边界附近施加。

由此，在各个场中，始终能够将快门设定成在相同的荧光灯的发光周期中的曝光量最大的相位点曝光，在快门速度很高时也能够除去闪烁，并且能够与通常的快门速度控制一样抑制被摄体的残像和抖动。

(2)LED的闪烁的消除

在图11中，光源是LED照明，其对商用交流电源的频率的周期T[Hz]进行全波整流，并以2T[Hz]的周期反复进行点亮和熄灭来进行发光，在图11中，在将该LED照明的快门速度n11[秒]设定为高于1/2T[秒]的快门速度n11[秒]的情况下，对通常的快门速度控制和基于曝光期间移位量的快门速度控制进行了比较。在通常的快门速度控制中，在将快门速度设定为n11[秒]时，快门速度越高，各个场的曝光量的差越大，出现比荧光灯更为激烈的闪烁。

可是，通过进行基于曝光期间移位量的快门速度控制，在各个场始终能够将快门设定成在相同的LED照明的发光周期中的曝光量最大的相位点进行曝光，即使将快门速度设定在1/2T[秒]以上，也能够防止出现闪烁。此外，不仅在LED照明光的场合，即使在拍摄图像中包含有运动中的被摄体的场景时，被摄体的残像和抖动也不会增加，能够与通常的快门速度控制一样进行摄影。

产业上的可利用性

在使用固体摄像元件记录活动图像的摄像装置中，在图像周期和以特定周期发光的照明的周期不一样时会产生闪烁，从而导致图像质量变差，但根据本发明，能够完全消除因闪烁而使得图像质量变差的情况，同时还能够发挥曝光调整的效果，使得残像和斑点不会增加。

Claims (8)

1.一种摄像装置的曝光控制方法，使用具有图像输出单位即固有的场周期的摄像装置通过以特定周期发光的光源由CCD传感器进行记录，其特征在于，

在用于控制所述CCD传感器的曝光的快门速度控制中，使曝光开始时的电荷排除脉冲和曝光结束时的电荷读出脉冲的施加定时在各个场可变，并且根据曝光期间在场内移位时的曝光期间移位量来进行的快门速度控制，使得所述CCD传感器在各个场中对所述光源发光周期的相同的相位部分进行曝光，以除去闪烁。

2.如权利要求1所述的摄像装置的曝光控制方法，其特征在于，

使曝光开始时的电荷排除脉冲和曝光结束时的电荷读出脉冲的施加定时在各个场可变时，在控制开始后立刻对规定场的曝光量进行取样，并选择曝光量最大的场的曝光期间移位量。

3.如权利要求1所述的摄像装置的曝光控制方法，其特征在于，

相对于所述光源的发光周期T，所述摄像装置的快门速度等于或者大于1/2T。

4.如权利要求1所述的摄像装置的曝光控制方法，其特征在于，

以规定数目的连续场为单位反复执行基于所述曝光期间移位量的快门速度控制。

5.如权利要求1所述的摄像装置的曝光控制方法，其特征在于，

所述摄像装置的CCD传感器按摄像装置的每个场通过图像存储器进行图像输出。

6.如权利要求1所述的摄像装置的曝光控制方法，其特征在于，

所述摄像装置的CCD传感器交替地具有对从所述CCD传感器获得的图像数据进行输出和保存的场以及使用所保存的图像数据进行图像数据输出的场。

7.一种摄像装置，其具有图像处理装置，并且使用图像输出单位即固有的场周期进行记录，

所述图像处理装置具有：

透镜，其拍摄被以特定的周期发光的光源照明的物体的图像；

CCD传感器，其将拍摄到的图像变换为图像信号；

闪烁控制部，其判别图像信号的闪烁并发出除去闪烁的指示，

曝光控制部，其根据该闪烁控制部的指示来控制曝光；以及

快门控制部，其根据该曝光控制部的指示对所述CCD传感器的快门速度进行控制，所述摄像装置的特征在于，

所述快门控制部通过使所述CCD传感器中曝光开始时的电荷排除脉冲和曝光结束时的电荷读出脉冲的施加定时在各个场可变，而使曝光期间移位，以此来进行快门速度控制，由此使得所述CCD传感器在各个场对所述光源发光周期的相同的相位部分进行曝光。

8.如权利要求7所述的摄像装置，其特征在于，

所述快门控制部具有生成曝光开始时的电荷排除脉冲的电荷排除脉冲生成部、生成曝光结束时的电荷读出脉冲的电荷读出脉冲生成部以及对所述电荷排除脉冲生成部和电荷读出脉冲生成部的脉冲生成进行控制的脉冲定时管理部。

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