專利名稱：用于對放大圖像攝影的放大觀察設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如對放大的圖像進(jìn)行成像和顯示的數(shù)字顯微鏡和顯 微鏡之類的放大觀察設(shè)備以及用于對放大的圖像進(jìn)行攝影的方法。
背景技術(shù)：
對諸如包括極小對象和工件的標(biāo)本之類的物體進(jìn)行放大和顯示 的放大觀察設(shè)備利用了光學(xué)顯微鏡和使用光學(xué)透鏡的數(shù)字顯微鏡等。
數(shù)字顯微鏡接收通過具有光接收裝置(如CCD)的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入的來 自被固定在一個(gè)觀察目標(biāo)固定單元上的觀察目標(biāo)的反射光或透射光， 所述光學(xué)系統(tǒng)針對二維排列的每個(gè)像素電氣地讀出光，并將電氣地讀 出的圖像顯示在一個(gè)諸如顯一示器之類的顯示單元上(例如參見日本專 利公開No. 2002-135648)。
該光接收設(shè)備(如CCD)的敏感域局限于一個(gè)特定的范圍，而人 眼的敏感范圍卻更寬。因此，CCD成像的圖像的可被示出的范圍(動(dòng) 態(tài)范圍)與人眼相比是很有限的。例如，該動(dòng)態(tài)范圍在一般JPEG圖 像中是8位。在這種情況下，如果要成像的圖像的色調(diào)超出了這個(gè)范 圍，則發(fā)生飽和，從而導(dǎo)致曝光不足、曝光過度、光暈等。為了解決 這些問題，使用了一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像(以下稱作"HDR圖像")， 其中在對多個(gè)低色調(diào)圖像進(jìn)行成像時(shí)合成亮度區(qū)域的動(dòng)態(tài)范圍以獲 得高色調(diào)圖像。HDR圖像是通過對相同物體在不同曝光級別下的多個(gè) 圖像進(jìn)行合成來獲得的，并具有從最暗陰影(黑)到極亮的高亮(白) 處的寬動(dòng)態(tài)范圍。例如，多個(gè)8位圖像合成來生成16位或32位的高 色調(diào)HDR圖像，并保存這個(gè)圖像。曝光過度發(fā)生在圖1所示圖像的金 屬部分處，而曝光不足發(fā)生的圖2所示的圖像中。當(dāng)把這些圖像合成 時(shí)，可以生成圖3所示的HDR圖像。在原始圖像中的曝光過度和曝光 不足的部分都在圖3的HDR圖像中清楚顯示出來。
8當(dāng)在監(jiān)視器等上顯示以上述方式合成的HDR圖像時(shí)，需要對能 在監(jiān)視器上顯示的顏色范圍(即低動(dòng)態(tài)范圍)進(jìn)行色調(diào)轉(zhuǎn)換(色調(diào)映
射)。由于在一般的個(gè)人計(jì)算機(jī)上，僅能以24位色示出例如1677 萬種顏色，在8位情況下僅能示出256種顏色，因此通過色調(diào)映射把 32位HDR圖像處理為24位或8位。
己經(jīng)提出各種技術(shù)來加寬使用HDR圖像的動(dòng)態(tài)范圍。為了通過 加寬動(dòng)態(tài)范圍解決曝光過度和曝光不足，在從達(dá)到了在圖像的任何區(qū) 域中沒有發(fā)生曝光過度這種程度下的暗色(即以短曝光時(shí)間)直到達(dá) 到了在任何區(qū)域中沒有發(fā)生曝光不足這種程度下的亮色(即以長曝光 時(shí)間)的這個(gè)范圍中進(jìn)行攝影。例如，日本專利公開No. 2002-135648 和2002-223387公開了使用臨時(shí)攝影等來確定應(yīng)當(dāng)在哪個(gè)曝光時(shí)間 范圍中拍攝多個(gè)圖像的技術(shù)，以之作為控制對原始圖像攝影的曝光時(shí) 間的技術(shù)，以在當(dāng)加寬動(dòng)態(tài)范圍時(shí)改變曝光時(shí)間的同時(shí)合成HDR圖 像。
一般而言，這種HDR圖像通常用在消除圖像數(shù)據(jù)中包含的光暈、 校正逆光等等的應(yīng)用中。與真切地加寬動(dòng)態(tài)范圍用于光暈測量之類的 應(yīng)用相比，在放大觀察的應(yīng)用中還可能有這樣一種需要，即觀察狹窄 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)包含的精細(xì)圖案。在這種情況下，在受限動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)對色 調(diào)圖像進(jìn)行精確地成像和合成以增強(qiáng)S/N比和亮度分辨率。因此，該 曝光時(shí)間的設(shè)置還與在動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用中的曝光時(shí)間設(shè)置不同。還 沒有針對這種應(yīng)用的使用動(dòng)態(tài)范圍中的變化的放大觀察設(shè)備的例子。 也還沒有能夠在動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用與亮度分辨率增強(qiáng)應(yīng)用之間進(jìn)行 切換并且自動(dòng)地確定用戶希望在哪個(gè)應(yīng)用中攝影的放大觀察設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在這樣的背景中做出的。本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提 供一種能夠根據(jù)觀察目的而在動(dòng)態(tài)范圍加寬模式與分辨率增強(qiáng)模式 之間自動(dòng)切換的放大觀察設(shè)備，和用于對放大的圖像進(jìn)行攝影的方 法。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的放大觀察設(shè)備涉及能夠?qū)νㄟ^根據(jù)設(shè)置的成像條件對要被成像的標(biāo)本進(jìn)行成像而獲得的圖像進(jìn) 行顯示的放大觀察設(shè)備，該放大觀察設(shè)備包括成像條件設(shè)置部分， 至少設(shè)置曝光時(shí)間作為當(dāng)在成像單元中對原始圖像成像時(shí)的成像條 件；成像單元，根據(jù)在成像條件設(shè)置部分中關(guān)于標(biāo)本的觀察位置設(shè)置 的成像條件對具有預(yù)定動(dòng)態(tài)范圍的原始圖像進(jìn)行成像，該預(yù)定動(dòng)態(tài)范 圍是最小亮度和最大亮度之比；合成圖像生成部分，通過對在標(biāo)本相 同觀察位置處以不同成像條件成像得到的多個(gè)原始圖像進(jìn)行合成來 生成其色調(diào)比原始圖像的色調(diào)寬度更高的合成圖像數(shù)據(jù)；顯示單元， 顯示由成像單元成像的圖像;和模式選擇部分，從用于生成具有比原 始圖像更寬動(dòng)態(tài)范圍的合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式和用于在 比原始圖像更窄的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)從原始圖像增強(qiáng)亮度分辨率的分辨率 增強(qiáng)攝影模式中選擇其中一種，來作為用于從在成像單元中成像的多 個(gè)原始圖像獲得合成圖像的合成圖像攝影模式。根據(jù)這種配置，在生 成合成圖像時(shí)除了動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式以外還可以獲得在狹窄動(dòng) 態(tài)范圍內(nèi)增強(qiáng)了亮度分辨率的合成圖像，從而即使對于如陶瓷之類幾 乎沒有對比密度(contrasting density)的標(biāo)本，也可以容易地辨 別其紋理。


圖1是示出曝光過度圖像的一個(gè)例子的圖2是示出曝光不足圖像的一個(gè)例子的圖3是示出合成了圖1和圖2的圖像的一個(gè)HDR圖像的圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放大觀察設(shè)備的外觀示圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的放大觀察設(shè)備的框圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的放大觀察設(shè)備的框圖7是示出接收光數(shù)據(jù)在高度z上的變化的曲線圖； 圖8是示出生成合成圖像的放大觀察設(shè)備的框圖9是示出從對HDR圖像攝影到在顯示單元上顯示HDR圖像的 過程的流程圖IO是示出陶瓷表面的圖；圖11是示出以分辨率增強(qiáng)攝影模式對圖IO進(jìn)行了成像的合成 圖像的圖12是示出自動(dòng)選擇合成圖像攝影模式的方法1的流程圖； 圖13是示出自動(dòng)選擇合成圖像攝影模式的方法2的流程圖； 圖14是示出自動(dòng)選擇合成圖像攝影模式的方法3的流程圖15A到15D是示出標(biāo)本A的臨時(shí)圖像的亮度分布的示例直方 圖的曲線；
圖16A到16D是示出標(biāo)本B的臨時(shí)圖像的亮度分布的示例直方 圖的曲線；
圖17是示出放大圖像觀察程序的用戶界面屏幕(簡單模式)的 一個(gè)例子的圖18是示出放大圖像觀察程序的用戶界面屏幕(詳細(xì)模式)的 一個(gè)例子的圖19A和19B是示出調(diào)節(jié)用于在分辨率增強(qiáng)應(yīng)用中成像的合成 圖像的亮度滑塊的狀態(tài)的圖20A和20B是示出調(diào)節(jié)用于在分辨率增強(qiáng)應(yīng)用中成像的合成 圖像的紋理增強(qiáng)滑塊的狀態(tài)的圖21A和21B是示出調(diào)節(jié)用于在分辨率增強(qiáng)應(yīng)用中成像的合成 圖像的對比度滑塊的狀態(tài)的圖22A和22B是示出調(diào)節(jié)用于在分辨率增強(qiáng)應(yīng)用中成像的合成 圖像的顏色滑塊的狀態(tài)的圖23是示出用于把高色調(diào)圖像進(jìn)行色調(diào)轉(zhuǎn)換到低色調(diào)圖像的過 程的流程圖24是示出具體繪圖參數(shù)的設(shè)置過程的流程圖25是在一個(gè)繪圖參數(shù)下的圖像；
圖26是從圖25改變了繪圖參數(shù)的圖像；
圖27是示出附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的結(jié)構(gòu)的示意圖；和 圖28是示出使用根據(jù)實(shí)施例的放大觀察設(shè)備來對合成圖像進(jìn)行 獲取、顯示和數(shù)據(jù)保存的流程的框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意，以下實(shí)施例 示出了用于生成高色調(diào)圖像文件以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思想的放大觀 察設(shè)備和方法，本發(fā)明并不把用于生成高色調(diào)圖像文件的放大觀察設(shè) 備和方法限制如下。本說明書決不是把所附權(quán)利要求描述的構(gòu)件限制 為實(shí)施例的構(gòu)件。特別地，實(shí)施例中描述的部件的尺寸、材料、形狀、 相對的布置等等除非特別聲明不應(yīng)被作為對本發(fā)明范圍的限制，而僅 作為示例的例子。每張圖中示出的部件的大小、位置、關(guān)系等等有時(shí) 放大來使得描述清楚。在如下描述中，相同名稱或參考數(shù)字表示相同 或等價(jià)的部件，詳細(xì)的描述就不重復(fù)了。另外，組成本發(fā)明的每個(gè)部
件可以采用這樣的模式，其中多個(gè)組件可以配備相同的部件， 一個(gè)部 件也可以用作多個(gè)組件，或者一個(gè)部件的功能可以由多個(gè)部件分擔(dān)。 在本發(fā)明例子中使用的放大觀察設(shè)備與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、外部 存儲(chǔ)裝置以及與用于操作、控制、顯示和其它處理相連接的其它外圍
設(shè)備之間的連接包括串行連接，如IEEE1394、 RS-232x和RS-422、 以及USB;并行連接；通過網(wǎng)絡(luò)(如IOBASE-T、 100BASE-T和 1000BASE-T)以執(zhí)行通信的電、磁或光連接。連接不局限于使用配線 的物理連接，還可以是無線LAN(如IEEE802. lx)、使用電波、紅外 或光通信的無線連接(如藍(lán)牙)。用于交換數(shù)據(jù)和保存設(shè)置的記錄介 質(zhì)包括存儲(chǔ)卡、磁盤、光盤、磁光盤和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。在本說明書中， 術(shù)語"放大觀察設(shè)備"不局限于放大觀察設(shè)備主體，并用于包括結(jié)合 了外圍設(shè)備(如計(jì)算機(jī)和外部存儲(chǔ)裝置)的放大觀察系統(tǒng)。
在本說明書中，用于生成高色調(diào)圖像文件的放大觀察設(shè)備和方 法不局限于生成包括合成圖像的圖像文件的系統(tǒng)以及用于以硬件執(zhí) 行輸入/輸出、顯示、計(jì)算、通信和與圖像文件相關(guān)的其它處理的設(shè) 備和方法。本發(fā)明的范圍還包含了用于以軟件實(shí)現(xiàn)處理的設(shè)備和方
法。例如，使得通用電路和計(jì)算機(jī)與軟件和程序、插件、對象、庫、 applet程序、編輯器、模塊、特定程序中的宏命令等等相結(jié)合并執(zhí) 行相關(guān)的圖像生成或處理的所述設(shè)備和系統(tǒng)也對應(yīng)于用來生成本發(fā) 明高色調(diào)圖像文件的放大觀察設(shè)備和方法。在本說明書中，除了通用或?qū)Ｓ秒娮佑?jì)算器以外，計(jì)算機(jī)還包括工作站、終端、便攜式電子設(shè)
備、移動(dòng)電話(如PDC、 CDMA、 W-CDMA、 F0MA(注冊商標(biāo))、GSM、 IMT2000 以及第四代的PHS、 PDA、尋呼機(jī)、智能手機(jī))和其它電子裝置。在 本說明書中，術(shù)語"程序"不局限于獨(dú)立使用的程序，還可以用于作 為特定計(jì)算機(jī)程序、軟件、服務(wù)器等的一部分工作的模式、必要時(shí)被 調(diào)用和工作的模式、提供為在諸如0S之類環(huán)境下的服務(wù)器的模式、 在環(huán)境中常駐并操作的模式、以及在后臺(tái)運(yùn)行的模式，或者作為支持 程序。
將參照圖4和5描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的放大觀察設(shè)備。 如圖4所示，該放大觀察設(shè)備包括照明單元60，用于對要觀察的 標(biāo)本(物體)照明；成像單元10,對由照明單元60照亮的標(biāo)本進(jìn)行 成像；以及信息處理設(shè)備50，該信息處理設(shè)備包括一個(gè)對成像單元 10所成像的放大圖像進(jìn)行顯示的顯示單元52。圖4的放大觀察設(shè)備 還包括固定標(biāo)本的標(biāo)本固定單元(要安裝標(biāo)本S的載物臺(tái)30); 成像裝置(CCD 12)，對通過光學(xué)系統(tǒng)11進(jìn)入的來自固定于標(biāo)本固 定單元的標(biāo)本S的反射光或透射光進(jìn)行電氣地讀取；以及焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單 元(載物臺(tái)升高/降低單元20)，通過改變標(biāo)本固定單元與光學(xué)系統(tǒng) 11在光軸方向上的相對距離來調(diào)節(jié)焦點(diǎn)。如圖5所示，信息處理設(shè) 備50包括焦距信息存儲(chǔ)單元(存儲(chǔ)器53)，當(dāng)焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元根據(jù) 與光軸方向?qū)嵸|(zhì)上平行的平面內(nèi)的標(biāo)本的二維位置信息調(diào)節(jié)焦點(diǎn)時(shí)， 該焦距信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)與標(biāo)本固定單元和光學(xué)系統(tǒng)11之間在光軸 方向上的相對距離相關(guān)的焦距信息；顯示單元52，顯示由成像裝置 讀取的圖像；區(qū)域設(shè)置單元(操作單元55，定點(diǎn)設(shè)備55A)，能夠設(shè) 置由顯示單元52所顯示圖像的部分的至少一個(gè)區(qū)域；和計(jì)算單元(控 制單元51)，根據(jù)存儲(chǔ)在焦距信息存儲(chǔ)單元中與對應(yīng)于區(qū)域設(shè)置單 元所設(shè)置區(qū)域的標(biāo)本S的一部分或全部有關(guān)的焦距信息，計(jì)算在標(biāo)本 S的光軸方向上與由區(qū)域設(shè)置單元所設(shè)置區(qū)域相對應(yīng)的平均高度。放 大觀察設(shè)備可以使用成像裝置計(jì)算在標(biāo)本光軸方向上與特定區(qū)域?qū)?應(yīng)的平均高度(深度)，該成像裝置對通過光學(xué)系統(tǒng)11進(jìn)入的來自固定于標(biāo)本固定單元的標(biāo)本S的反射光或透射光進(jìn)行電氣地讀取。
如圖5所示，成像單元包括載物臺(tái)30，它是一種要安裝標(biāo)本 S的標(biāo)本固定單元；移動(dòng)載物臺(tái)30的載物臺(tái)升高/降低單元20; CCD
12，它是一種成像裝置，成像裝置針對每個(gè)二維排列的像素對通過光 學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入到達(dá)固定于載物臺(tái)30的標(biāo)本的反射光或透射光進(jìn)行電氣 地讀??；和CCD控制電路13，其驅(qū)動(dòng)和控制CCD 12。另外，信息處 理設(shè)備50或放大觀察設(shè)備主體連接到成像單元10。信息處理設(shè)備50 包括存儲(chǔ)器53，它是一種存儲(chǔ)由成像裝置電氣地讀取的圖像數(shù)據(jù) 的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；顯示單元52，比如顯示器或監(jiān)視器，根據(jù)由 成像裝置電氣地讀取的圖像數(shù)據(jù)來顯示圖像；操作單元55，根據(jù)在 顯示單元52上顯示的屏幕執(zhí)行輸入和其它操作；和控制單元51，根 據(jù)由操作單元55輸入的信息來執(zhí)行圖像處理和各種其它處理。構(gòu)成 顯示單元52的顯示器是能夠以高分辨率顯示圖像的監(jiān)視器，可以是 CRT、液晶面板等等。
操作單元55通過配線或無線地連接到計(jì)算機(jī)，或者安裝到計(jì)算 機(jī)上。 一般操作單元55包括各種定點(diǎn)設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤、滑過式 觸摸板、指示棍、手寫板、操縱桿、控制臺(tái)、旋轉(zhuǎn)選擇器、數(shù)字轉(zhuǎn)換 器、光筆、數(shù)字鍵盤、觸摸板、和指示點(diǎn)(acupoint)。除了操作放 大觀察操作程序，操作單元55還可以用于操作放大觀察設(shè)備本身或 者它的外圍設(shè)備。可以使用觸摸屏或觸摸面板作為顯示界面屏幕的顯 示器本身，從而用戶可以通過直接用手觸摸該屏幕來執(zhí)行輸入或操 作，可選的或另外附加的，可以使用語音輸入和其它現(xiàn)有輸入裝置。 在圖4的例子中，操作單元55由定點(diǎn)設(shè)備55A(比如鼠標(biāo)55a)構(gòu)成。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放大觀察設(shè)備的外觀示圖。包括 光學(xué)系統(tǒng)和成像裝置的照相機(jī)10a附接到照相機(jī)連接單元43上，該 照相機(jī)連接單元43固定到從支撐板41以豎直方向延伸的支柱42上。 在支撐板41上提供了載物臺(tái)升高/降低單元20，它使要安裝標(biāo)本S 的載物臺(tái)30附接到上部。照相機(jī)10a和載物臺(tái)升高/降低單元20連 接到信息處理設(shè)備50并受其控制。信息處理設(shè)備50包括顯示單元 52和操作單元55 (如鼠標(biāo)55a)。觀察到的圖像顯示在顯示單元52上。
計(jì)算機(jī)70可連接到放大觀察設(shè)備或信息處理設(shè)備50，這里放大
觀察操作程序可以獨(dú)立地安裝在計(jì)算機(jī)70中以便可以從計(jì)算機(jī)70 側(cè)操作放大觀察設(shè)備。在本說明書中，用于使用計(jì)算機(jī)來操作放大觀 察設(shè)備的放大觀察操作程序除了包括安裝在被外部連接到放大觀察 設(shè)備的通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)中的操作程序之外，還包括結(jié)合在信息處理 設(shè)備50或上述放大觀察設(shè)備的控制單元中的操作程序。用于操作放 大觀察設(shè)備的操作功能或操作程序預(yù)先結(jié)合在放大觀察設(shè)備中。操作 程序可以以可重寫軟件、固件等的形式被安裝或更新到放大觀察設(shè)備 中。因此，執(zhí)行放大觀察操作程序的計(jì)算機(jī)包括本說明書中的放大觀 察設(shè)備本身。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放大觀察設(shè)備的框圖。信息處理 設(shè)備50由下述部分構(gòu)成顯示單元52，存儲(chǔ)了控制程序、焦距信息、 接收光數(shù)據(jù)、二維信息等等的存儲(chǔ)器53，用于使信息處理設(shè)備50與 照相機(jī)10a和載物臺(tái)升高/降低單元20傳送數(shù)據(jù)的接口 54，以及用 于操作者執(zhí)行關(guān)于放大觀察設(shè)備的操作的操作單元55。載物臺(tái)升高/ 降低單元20由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21、控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21升高/降低的電動(dòng) 機(jī)控制電路22等構(gòu)成。成像單元IO包括作為成像裝置的光接收裝置 (比如CCD 12)、驅(qū)動(dòng)和控制CCD 12的CCD控制電路13、和光學(xué)系 統(tǒng)11，光學(xué)系統(tǒng)11把從照明單元60發(fā)射到安裝于載物臺(tái)30的標(biāo)本 S上的光的透射光或反射光成像到CCD 12上。 [像素偏移部分]
成像單元IO包括像素偏移部分，像素偏移部分通過像素偏移來 獲得大于或等于CCD 12的分辨率的高分辨率。像素偏移通過對將物 體偏移了半個(gè)像素間距所拍攝的圖像與偏移之前的圖像進(jìn)行合成來 達(dá)到更高分辨率。代表性的圖像偏移機(jī)制包括移動(dòng)成像裝置的CCD 驅(qū)動(dòng)方法、傾斜LPF的LPF傾斜方法、和移動(dòng)透鏡的透鏡移動(dòng)方法。 在圖5中，該設(shè)備包括光路移位單元14，光路移位單元14在至少一 個(gè)方向上對從固定于載物臺(tái)30的標(biāo)本S通過光學(xué)系統(tǒng)ll進(jìn)入CCD 12 的反射光或透射光的入射光路光學(xué)地偏移一個(gè)比該方向上CCD 12的一個(gè)像素的間隔更小的距離。用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中像素偏移 的機(jī)制和方法不局限于上述配置，并且可以適當(dāng)?shù)厥褂矛F(xiàn)有方法和在 未來將開發(fā)出的方法。
信息處理設(shè)備50通過把與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21的控制相關(guān)的控制數(shù)
據(jù)輸入到電動(dòng)機(jī)控制電路22，來改變用作標(biāo)本固定單元的載物臺(tái)30 與包括光學(xué)系統(tǒng)11和用作成像設(shè)備的CCD 12的照相機(jī)10a之間在光 軸方向上的相對距離或z方向上的高度。具體地說，信息處理設(shè)備 50通過把控制載物臺(tái)升高/降低單元20必需的控制數(shù)據(jù)輸入到電動(dòng) 機(jī)控制電路22來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21的旋轉(zhuǎn)，并升高/降低載物臺(tái)30 的高度z (z方向上的位置)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21產(chǎn)生對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn) 信號(hào)。信息處理設(shè)備50根據(jù)通過電動(dòng)機(jī)控制電路22輸入的旋轉(zhuǎn)信號(hào) 把載物臺(tái)30的高度z存儲(chǔ)作為同標(biāo)本固定單元與光學(xué)系統(tǒng)11之間在 光軸方向上的相對距離有關(guān)的信息。載物臺(tái)用作觀察定位部分30A, 對相對于標(biāo)本的觀察位置定位。'在本實(shí)施例中，已經(jīng)描述了通過改變 載物臺(tái)30的高度來改變標(biāo)本固定單元與光學(xué)系統(tǒng)11之間在光軸方向 上的相對距離的例子，但是當(dāng)載物臺(tái)30被固定時(shí)光學(xué)系統(tǒng)11的高度 (如照相機(jī)10a的高度)可能會(huì)變化。載物臺(tái)可以安裝在一個(gè)不同于 主體的頭部部件上，而不是安裝在放大觀察設(shè)備主體上，或者不包括 載物臺(tái)的成像單元可以安裝在該頭部部件上。不包括載物臺(tái)的成像單 元可以附接到附加支架上或可以由用戶支撐。這種頭部部件通過電纜 連接到放大觀察設(shè)備主體。
CCD 12可以電氣地讀取針對在x和y方向上二維地布置的每個(gè) 像素接收的光量。根據(jù)在CCD 12的每個(gè)像素中接收的光量把在CCD 12 上成像的標(biāo)本S的圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并在CCD控制電路13中進(jìn)一 步轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。信息處理設(shè)備50按照像素的排布信息(x，y)把 在CCD控制電路13中轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為接收光數(shù)據(jù)D存儲(chǔ)在存 儲(chǔ)器53中，排布信息(x，y)用作處在與光軸方向(圖5中z方向) 實(shí)質(zhì)垂直的平面(圖5中x，y方向)中的標(biāo)本的二維位置信息。這里 實(shí)質(zhì)垂直于光軸方向的平面不必是與光軸嚴(yán)格形成90°的平面，而 僅僅要求是處在達(dá)到以光學(xué)系統(tǒng)和成像設(shè)備的分辨率可以識(shí)別標(biāo)本形狀這種程度的傾斜范圍之內(nèi)的一個(gè)觀察平面。
已經(jīng)描述了在載物臺(tái)上安裝標(biāo)本的一個(gè)例子作為上述標(biāo)本固定 單元的一個(gè)示例，但是，例如還可以附接一個(gè)支臂來代替載物臺(tái)并且 標(biāo)本可以固定在支臂的遠(yuǎn)心端。另外，照相機(jī)10a不僅可以附接到相 機(jī)附接單元43，還可以通過手持方法等等可移動(dòng)地布置在期望的位
置和角度上。
如圖4所示的照明單元60包括用于向標(biāo)本發(fā)射落射光的落射照 明裝置60A和用于發(fā)射透射光的透射照明裝置60B。這些照明裝置通 過光纖61連接到信息處理設(shè)備50。信息處理設(shè)備50包括連接頭62， 用于連接光纖61并結(jié)合了一個(gè)用于通過該連接頭62把光給到光纖 61的光源(未示出)。使用鹵素?zé)糁愖鳛楣庠础?br> 用作控制部分的控制單元51進(jìn)行控制以把成像的觀察到的圖像 轉(zhuǎn)換為能在顯示單元52上顯示的分辨率并顯示出來。在圖4的放大 觀察設(shè)備中，成像單元IO顯示了觀察的圖像，其中標(biāo)本S由顯示單 元52上的CCD 12成像。通常，許多情況下成像裝置如CCD的性能比 顯示單元的顯示能力高，因此通過例如抽取該圖像的十分之一在一個(gè)
屏幕上顯示成像的觀察的圖像來把分辨率降低到能在一個(gè)屏幕上顯 示的大小，來以降級的方式顯示圖像。假設(shè)在被成像單元IO讀取時(shí) 的讀取分辨率是第一分辨率，則圖像是以低于第一分辨率的第二分辨 率在顯示單元52上顯示的。 [第二實(shí)施例]
現(xiàn)在參照圖6描述激光顯微鏡，以其作為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施 例的放大觀察設(shè)備。在第二實(shí)施例的放大觀察設(shè)備中，用作成像單元 的照相機(jī)包括第一成像單元，其中從第一光源(激光101)發(fā)射到 標(biāo)本S上的光的反射光通過第一光學(xué)系統(tǒng)100由第一光接收裝置(光 電二極管112)接收；和第二成像單元，其中從第二光源(白燈201) 發(fā)射到標(biāo)本S上的光的反射光通過第二光學(xué)系統(tǒng)200由第二光接收裝 置(CCD 212)接收。
首先將描述第一成像單元。第一光學(xué)系統(tǒng)100包括向標(biāo)本S發(fā)射單色光(例如激光束)的激光器101、第一準(zhǔn)直透鏡102、偏振
分光器103、四分之一波片104、水平偏轉(zhuǎn)設(shè)備105、垂直偏轉(zhuǎn)設(shè)備 106、第一旋轉(zhuǎn)透鏡107、第二旋轉(zhuǎn)透鏡108、物鏡109、成像透鏡丄IO、 針孔板111、和光電二極管112。
例如，將發(fā)射紅色激光束的半導(dǎo)體激光器101用作第一光源。 由激光器驅(qū)動(dòng)電路115驅(qū)動(dòng)而從激光器101出射的激光束通過第一準(zhǔn) 直透鏡102，然后被偏振分光器103改變光路后通過四分之一波片 104。在被水平偏轉(zhuǎn)設(shè)備105偏轉(zhuǎn)成水平方向(橫向)并被垂直偏轉(zhuǎn) 設(shè)備106偏轉(zhuǎn)為垂直方向(縱向)之后，激光束通過第一旋轉(zhuǎn)透鏡 107和第二旋轉(zhuǎn)透鏡108以在置于載物臺(tái)30上的標(biāo)本S的表面上被 物鏡109收集。
水平偏轉(zhuǎn)設(shè)備105和垂直偏轉(zhuǎn)設(shè)備106中的每一個(gè)由檢流計(jì)反 射鏡構(gòu)成并提供來通過在水平和垂直方向上偏轉(zhuǎn)激光束來以激光束 掃描標(biāo)本S的表面。載物臺(tái)30由載物臺(tái)升高/降低單元20在z方向
(光軸方向)上驅(qū)動(dòng)。因此可以改變物鏡109與標(biāo)本S之間在光軸方 向上的相對距離。
由標(biāo)本S反射的激光束在相反方向上遵循所述光路。即，激光 束通過物鏡109、第二旋轉(zhuǎn)透鏡108和第一旋轉(zhuǎn)透鏡107，并在通過 水平偏轉(zhuǎn)設(shè)備105和垂直偏轉(zhuǎn)設(shè)備106之后再次通過四分之一波片 104。結(jié)果，激光束透過偏振分光器103并被成像透鏡IIO收集。所 收集的激光束通過安裝于成像透鏡110的焦點(diǎn)位置處的針孔板111 的針孔進(jìn)入光電二極管112。光電二極管112把接收到的光量轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)。對應(yīng)于所接收光量的電信號(hào)通過輸出放大器和增益控制電路
(未示出)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器113被轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這里已經(jīng)描述 了使用光電二極管作為第一光接收裝置的例子，但也可以使用光電倍 增管等。激光器101不限于紅色激光器，還可以使用藍(lán)色或紫外線激 光器。通過使用這種短波長激光器來獲得高分辨率的高度數(shù)據(jù)。
通過使用這種構(gòu)造的第一成像單元，可以得到標(biāo)本S的高度(深 度)信息。下面將簡述其原理。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21和載物臺(tái)升高/降低 單元20的電動(dòng)機(jī)控制電路22以上述方式在z方向(光軸方向)上驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)30時(shí)，在物鏡109的焦點(diǎn)與標(biāo)本S之間在光軸方向上的相 對距離發(fā)生了改變。當(dāng)物鏡109的焦點(diǎn)聚焦在標(biāo)本S的表面(測量目 標(biāo)表面)上時(shí)，在標(biāo)本S的表面上反射的激光束通過上述光路由成像 透鏡110收集，因此激光束大部分通過了針孔板111的針孔。因此由 光電二極管112接收的光量在該點(diǎn)上為最大值。另一方面，當(dāng)物鏡 109的焦點(diǎn)從標(biāo)本S的表面(測量目標(biāo)表面)偏移時(shí)，由成像透鏡110 收集的激光束聚焦在從針孔板111偏移的位置上，因此僅有一部分激 光束可以通過針孔。結(jié)果，由光電二極管112接收的光量由此大大減 少。
因此，通過在z方向(光軸方向)上驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)30的同時(shí)在標(biāo) 本S表面上任一點(diǎn)處檢測由光電二極管112接收的光量，可以得到當(dāng) 接收的光量為最大值時(shí)的載物臺(tái)30的高度。
實(shí)際上，由光電二極管112接收的光量是通過水平偏轉(zhuǎn)設(shè)備105 和垂直偏轉(zhuǎn)設(shè)備106針對載物臺(tái)30的每一步移動(dòng)掃描標(biāo)本S的表面 而得到的。圖7示出接收光數(shù)據(jù)D在一點(diǎn)(像素)上關(guān)于載物臺(tái)30 的高度z的變化。當(dāng)載物臺(tái)30在z方向上從測量范圍的下端移動(dòng)到 上端時(shí)，如圖7所示針對掃描范圍內(nèi)多個(gè)點(diǎn)(像素)得到了根據(jù)高度 z改變的接收光數(shù)據(jù)D。根據(jù)接收光數(shù)據(jù)D，針對每個(gè)點(diǎn)(像素)得 到了最大接收光量及該處的焦距Zf。與接收光數(shù)據(jù)D的最大值對應(yīng) 的載物臺(tái)30的高度為焦距Zf。因此，根據(jù)焦距Zf得到了標(biāo)本S的 表面高度在x-y平面中的分布。由控制單元51根據(jù)CCD 12的接收光 數(shù)據(jù)D以及通過接口 54輸入并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器53中的像素排布信息 (x， y)和高度信息z來執(zhí)行這個(gè)處理。
通過各種方法在顯示單元52上顯示得到的表面高度的分布。例 如，標(biāo)本的高度分布(表面形狀)可以由三維顯示器進(jìn)行三維顯示。 可選地，高度數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成亮度數(shù)據(jù)來顯示為二維亮度分布。高度 數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成色差數(shù)據(jù)從而高度的分布可以顯示為顏色分布。
在第二實(shí)施例中，借助于定點(diǎn)裝置55之類根據(jù)由第一成像單元 獲得的高度數(shù)據(jù)通過指定顯示單元52上的圖像上的兩個(gè)點(diǎn)把區(qū)域設(shè) 置成矩形，計(jì)算出在該區(qū)域中的平均高度和每個(gè)區(qū)域之間的相對高度并將其顯示在顯示單元52上，如第一實(shí)施例中一樣。
根據(jù)其中采用針對x-y掃描范圍內(nèi)每個(gè)點(diǎn)(像素)獲得的接收 光量作為亮度數(shù)據(jù)的亮度信號(hào)，得到標(biāo)本s的表面圖像(黑白圖像)。
如果把在每個(gè)像素處的最大接收光量作為亮度數(shù)據(jù)來產(chǎn)生亮度信號(hào)， 可以獲得具有在不同表面高度上的每個(gè)點(diǎn)處聚焦的景深很深的共焦 圖像。如果固定于在某個(gè)感興趣像素處得到最大接收光量的高度(在
z方向上的位置)處，則其高度與感興趣的像素部分的高度非常不同
的部分的像素處的接收光量變得特別小，因此得到的圖像中僅僅在與 感興趣像素高度相同的部分是亮的。
現(xiàn)在將描述第二成像單元。第二光學(xué)系統(tǒng)200包括用于向標(biāo)本S 發(fā)射白光(用于彩色圖像攝影的照明光)的第二光源201、第二準(zhǔn)直 透鏡202、第一半反鏡203、第二半反鏡204和用作第二光接收裝置 的CCD212。第二光學(xué)系統(tǒng)200—般使用第一光學(xué)系統(tǒng)100的物鏡109， 光學(xué)系統(tǒng)100和200的光軸是一致的。
白燈之類用作第二光源201，—但不提供專用光源時(shí)也可以使用自 然光或室內(nèi)光。從第二光源201發(fā)射的白光通過第二準(zhǔn)直透鏡202， 然后由第一半反鏡203使光路轉(zhuǎn)向，由物鏡109收集處于載物臺(tái)30 上的標(biāo)本S的表面上的光。
被標(biāo)本S反射的白光通過物鏡109、第一半反鏡203和第二旋轉(zhuǎn) 透鏡108，被第二半反鏡204反射以進(jìn)入能接收彩光的CCD 212然后 成像。CCD 212與第一光學(xué)系統(tǒng)100的針孔板111的針孔共軛地安裝 或處在接近于與之共軛的位置。由CCD 212所成像的彩色圖像被CCD 控制電路213讀取并轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。以這種方式得到的彩色圖像在 顯示單元52上顯示為放大的彩色圖像以觀察標(biāo)本S。
在第一成像單元中得到的具有很深的景深的共焦圖像和在第二 成像單元中得到的普通彩色圖像可以相結(jié)合來生成在所有像素處聚
焦的具有很深景深的彩色共焦圖像，然后被顯示。通過例如以在第一 光學(xué)系統(tǒng)100中得到的共焦圖像的亮度信號(hào)替代在第二成像單元中 得到的構(gòu)成彩色圖像的亮度信號(hào)，可以容易地生成彩色共焦圖像。 已經(jīng)描述了配備有包括第一光學(xué)系統(tǒng)100或共焦光學(xué)系統(tǒng)的第一成像單元和包括第二光學(xué)系統(tǒng)200或非共焦光學(xué)系統(tǒng)的第二成像 單元的放大觀察設(shè)備，但是該放大觀察設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以僅僅包括第一 成像單元。
如果光接收裝置是用于讀取針對二維地布置的每一個(gè)像素的接
收光量的二維成像裝置(例如CCD)，并且焦點(diǎn)調(diào)整單元具有根據(jù)與 標(biāo)本上與區(qū)域設(shè)置單元設(shè)置的區(qū)域相應(yīng)的一部分或全部所對應(yīng)的接 收光量的總和來調(diào)節(jié)焦點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，則在根據(jù)第一實(shí)施例的放大觀察設(shè) 備中，可以以簡單的結(jié)構(gòu)測量標(biāo)本高度而不需要如共焦光學(xué)系統(tǒng)之類 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。尤其是，在這種放大觀察設(shè)備中，基于操作者設(shè)置的區(qū) 域即相當(dāng)數(shù)量的像素而不是基于一個(gè)像素，根據(jù)在接收光數(shù)據(jù)中關(guān)于 相對距離的改變來確定接收光數(shù)據(jù)的最大值，并且根據(jù)在該點(diǎn)處的平 均焦距及時(shí)計(jì)算平均高度，從而可以減小在每個(gè)像素處接收光數(shù)據(jù)的 焦距改變的變化，并即使在CCD用作光接收裝置而白光作為光源的時(shí) 候也能執(zhí)行高可靠性的平均高度測量。另外，當(dāng)使用彩色CCD作為二 維成像裝置時(shí)，可以根據(jù)RGB的接收光數(shù)據(jù)計(jì)算像素的接收光數(shù)據(jù)， 或者根據(jù)一個(gè)或兩個(gè)RGB色調(diào)的接收光數(shù)據(jù)來得到像素的接收光數(shù) 據(jù)。
如果區(qū)域設(shè)置單元所設(shè)置的區(qū)域大于標(biāo)本的尺寸從而包含了整 個(gè)標(biāo)本，則除開標(biāo)本以外的部分即載物臺(tái)的上表面優(yōu)選地從平均高度 計(jì)算的目標(biāo)中排除。這是因?yàn)榭梢杂?jì)算出更準(zhǔn)確的標(biāo)本高度。在這種 情況下，載物臺(tái)的上表面可以根據(jù)例如在一個(gè)像素和與該像素相鄰的 像素之間的高度差是否大于或等于一個(gè)預(yù)定高度來確定。顯然，即使 區(qū)域設(shè)置單元所設(shè)置的區(qū)域是標(biāo)本的一部分，如果載物臺(tái)上表面處在 該區(qū)域中，它也優(yōu)選地從平均高度計(jì)算的目標(biāo)中排除。
在上述實(shí)施例中，已經(jīng)描述了電氣地讀取來自被固定于標(biāo)本固 定單元上的標(biāo)本的反射光的一個(gè)例子，但光還可以是從標(biāo)本的后表面 發(fā)出并且可以電氣地讀取透射光。
(高色調(diào)圖像)
圖8示出用于對多個(gè)原始圖像成像、合成圖像并生成高色調(diào)合 成圖像的放大觀察設(shè)備的框圖。該圖中示出的放大觀察設(shè)備包括構(gòu)成放大觀察設(shè)備主體的主體50A和成像單元10。主體50A和成像單元 10以電纜連接。在圖8的示例中，電纜由用來從照明光源201A放出 照明光的光纖61和用來在主體50A與成像單元10之間發(fā)送/接收數(shù) 據(jù)的信號(hào)線63構(gòu)成。主體50A通過信號(hào)線63向成像單元IO發(fā)送一 個(gè)成像單元控制信號(hào)以控制成像單元10，成像單元10發(fā)送向主體50A 發(fā)送一個(gè)已成像圖像信號(hào)。用于成像單元控制信號(hào)的信號(hào)線和用于圖 像信號(hào)的信號(hào)線可以單獨(dú)地提供。
成像單元IO包括成像裝置12A(如CCD和CMOS)和照明單元60， 其中照明光從照明單元60發(fā)射到標(biāo)本S，并且以成像裝置12A對其 反射光成像。主體50A包括控制成像單元10的成像控制單元13A、 產(chǎn)生照明光的照明光源201A、連接到成像控制單元13A和照明光源 201A的主體控制單元51A、以及連接到主體控制單元51A用來顯示圖 像和必要信息的顯示單元52。主體控制單元51A向成像控制單元13A 和照朋光源201A發(fā)送控制信號(hào)以控制它們的操作。主體控制單元51A 還包括圖像計(jì)算單元81，獲取由圖像控制單元13A從成像單元10 接收的圖像數(shù)據(jù)并執(zhí)行如合成之類的處理；存儲(chǔ)器53，保存圖像數(shù) 據(jù)和各種設(shè)置值；模式選擇部分82，用于選擇后面將描述的合成圖 像攝影模式；和成像條件設(shè)置部分83，設(shè)置成像單元10中的成像條 件。圖像計(jì)算單元81具有如下功能對多個(gè)原始圖像進(jìn)行合成并生 成高色調(diào)合成圖像數(shù)據(jù)的圖像生成部分85，執(zhí)行色調(diào)轉(zhuǎn)換的色調(diào)轉(zhuǎn) 換部分86，和為色調(diào)轉(zhuǎn)換部分86設(shè)置繪圖參數(shù)以將高色調(diào)圖像數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)的繪圖設(shè)置部分87。這樣的主體控制單元51A 可以由ASIC、 LSI等等構(gòu)成。
存儲(chǔ)器53中保存的圖像數(shù)據(jù)和設(shè)置內(nèi)容可以在與主體控制單元 51A相連的顯示單元52上顯示。如CRT、液晶顯示器、有機(jī)EL之類 的監(jiān)視器可以用作顯示單元52。用于用戶對主體控制單元51A執(zhí)行 各種操作的操作單元55與主體50A連接。操作單元55是如控制臺(tái)或 鼠標(biāo)之類的輸入裝置。在該示例中，顯示單元和操作單元可以整體結(jié) 合到主體中，也可以作為外部部件。如果顯示單元由觸摸面板構(gòu)成， 則顯示單元和操作單元可以整體構(gòu)成。(合成圖像攝影模式) 該放大觀察設(shè)備包括適于動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用的動(dòng)態(tài)范圍加寬攝 影模式，和增強(qiáng)亮度分辨率并增強(qiáng)對比度的分辨率增強(qiáng)模式來作為用
于獲得在合成圖像生成部分85中的合成圖像的合成圖像攝影模式。 在動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式中生成的是比原始圖像具有更寬動(dòng)態(tài)范圍 的合成圖像。在分辨率增強(qiáng)攝影模式中生成的是在比成像裝置的動(dòng)態(tài) 范圍窄的動(dòng)態(tài)范圍中其亮度分辨率比原始圖像增強(qiáng)的合成圖像 (動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式)
在動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式中成像了一種所謂的HDRI。 HDRI (高 動(dòng)態(tài)范圍圖像，以下稱為"HDR圖像")是動(dòng)態(tài)范圍(即最小光量與 最大光量之間的比)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)圖像高的圖像。例如，在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的 監(jiān)視器上，采用8位到24位色作為標(biāo)準(zhǔn)色表示，從而被表示為256 到1677萬個(gè)色調(diào)，但現(xiàn)實(shí)中存在更多的顏色，并且人眼通過改變瞳
孔大小以把圖像調(diào)節(jié)到看起來適當(dāng)?shù)膮⒖剂炼葋碛^看圖像。因此，使 用了具有超出監(jiān)視器表示能力等的更大量的顏色信息的HDR圖像?，F(xiàn)
有方法，如將通過在相同位置處不同成像條件(典型地，成像裝置的 曝光時(shí)間)下對相同觀察目標(biāo)進(jìn)行成像而得到的多個(gè)圖像進(jìn)行合成， 可以用來獲得這種HDR圖像。
然而，大于等于8位到24位(256到1677萬色)的顏色不能在 監(jiān)視器上表示，其中在比能被表示的顏色范圍更亮的顏色中發(fā)生曝光 過度，而在比該顏色范圍更暗的顏色中發(fā)生曝光不足。由于在這種情 形下有時(shí)不能識(shí)別圖像的紋理等等，因此，當(dāng)在監(jiān)視器之類上顯示 HDR圖像時(shí)適當(dāng)?shù)貓?zhí)行色調(diào)轉(zhuǎn)換(色調(diào)映射)來把該圖像轉(zhuǎn)換成其中 所述曝光過度和曝光不足的部分能被識(shí)別的低色調(diào)圖像(以下也稱為 低動(dòng)態(tài)范圍圖像(LDR圖像))。例如，在圖l所示圖像中的金屬部分 處發(fā)生曝光過度，但那個(gè)部分在圖3所示的圖像中可清楚地看到。這 是因?yàn)閳D3的圖像具有光量大于圖1中能拍攝到的光量的部分的數(shù) 據(jù)。在一般環(huán)境下，光量數(shù)據(jù)具有最大約為100000:1的動(dòng)態(tài)范圍。
已經(jīng)提出了各種方法來產(chǎn)生HDR圖像，但在本實(shí)施例中，通過 對多個(gè)原始圖像組進(jìn)行合成來產(chǎn)生HDR圖像，所述多個(gè)原始圖像組是
23通過以上述方式在改變其成像裝置的曝光時(shí)間或快門速度的同時(shí)在 相同位置對標(biāo)本攝影而得到的。例如，如圖3所示的HDR圖像可以通
過對圖2的暗圖像和圖1的亮圖像進(jìn)行合成來產(chǎn)生。
由于HDR圖像的動(dòng)態(tài)范圍可以是100000:1，因此HDR圖像不能 以通常的256色調(diào)的8位圖像來表示。所以，該數(shù)據(jù)一般以浮點(diǎn)法表 示。使用32位單精度浮點(diǎn)法、16位浮點(diǎn)法等等作為保存文件的格式。 當(dāng)繪制HDR圖像時(shí)，HDR圖像由于動(dòng)態(tài)范圍寬而在通常的256色調(diào)的 監(jiān)視器上無法顯示。如果通過簡單地把圖像轉(zhuǎn)換成256色調(diào)來顯示 HDR圖像，則暗的部分有時(shí)不能看見，或者亮的部分有時(shí)變得太亮。 因此，該圖像需要調(diào)節(jié)來使得暗的部分和亮的部分在顯示前能適度地 看到。具體地說，該圖像進(jìn)行色調(diào)轉(zhuǎn)換成為執(zhí)行了圖像處理以大大壓 縮亮的部分并提升暗的部分的色調(diào)映射圖像。因此，在普通色調(diào)映射 圖像中難以看到的精細(xì)紋理能以增強(qiáng)的方式顯示出來。將參照圖9 的流程圖來描述上述從拍攝HDR圖像到在顯示單元上顯示該圖像的 過程。 —
首先，在步驟S901，在不同成像條件下拍攝多個(gè)原始圖像。8 位的原始圖像在成像單元10中被成像。在這種情況下，適當(dāng)控制曝 光時(shí)間以便在任何區(qū)域中可以拍到至少一個(gè)不曝光過度和曝光不足 的圖像。根據(jù)HDR圖像的圖像質(zhì)量、必要?jiǎng)討B(tài)范圍的寬度等等適當(dāng)確 定成像的數(shù)量。在步驟S902，合成HDR圖像。在合成圖像生成部分 中使用在步驟S901拍攝的8位圖像組來合成HDR圖像。在步驟S903， HDR圖像被色調(diào)轉(zhuǎn)換。在色調(diào)轉(zhuǎn)換部分中對合成的HDR圖像進(jìn)行色調(diào) 映射來產(chǎn)生被轉(zhuǎn)換到能在監(jiān)視器之類上顯示的色調(diào)寬度的色調(diào)映射 圖像。在該例子中，轉(zhuǎn)換到256色調(diào)。在這種情況下，還適當(dāng)執(zhí)行了 紋理增強(qiáng)處理等。
最后，在步驟S904，保存得到的HDR圖像和色調(diào)映射圖像。該 HDR圖像是32位浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，HDR圖像數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)奈募袷讲?在保存該文件時(shí)被保存。色調(diào)映射圖像被保存為通用圖像格式，比如 JPEG和TIFT，產(chǎn)生該色調(diào)映射圖像的HDR圖像或原始數(shù)據(jù)被保存為 元數(shù)據(jù)。另外，還保存了在產(chǎn)生該色調(diào)映射圖像之時(shí)使用的參數(shù)。因此，用戶可以以通用圖像顯示程序來顯示該色調(diào)映射圖像并可通過使 用專用圖像顯示程序來替換該色調(diào)映射圖像。即，可以通過調(diào)節(jié)參數(shù) 來從HDR圖像產(chǎn)生另一個(gè)色調(diào)映射圖像，這個(gè)色調(diào)映射圖像可以重新
覆寫在HDR圖像的元數(shù)據(jù)上并與在轉(zhuǎn)換之時(shí)的參數(shù)一同保存。用戶不 僅可以瀏覽該色調(diào)映射圖像，還可以通過上面的方式把包含在文件中 的色調(diào)映射圖像改變?yōu)槠谕纳{(diào)映射圖像。HDR圖像被用在例如圖 像中的如曝光過度和曝光不足之類的飽和度應(yīng)當(dāng)被抑制的應(yīng)用中。
通過將動(dòng)態(tài)范圍比成像裝置的動(dòng)態(tài)范圍寬的圖像進(jìn)行合成來得 到HDR圖像，但是當(dāng)成像裝置的動(dòng)態(tài)范圍足夠?qū)挄r(shí)，即當(dāng)成像裝置本 身的性能增強(qiáng)并且能覆蓋對一個(gè)圖像而言足夠的動(dòng)態(tài)范圍的時(shí)候，可 以按照與處理合成圖像相類似的方式來處理這樣一個(gè)原始圖像。在這 種情況下，僅以成像裝置來得到HDR圖像，因此合成圖像生成部分就 不需要了。
(分辨率增強(qiáng)攝影模式)
與上述動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影相對，增強(qiáng)分辨率以在狹窄動(dòng)態(tài)范圍 內(nèi)可以顯示精細(xì)圖案的攝影也是可以的。
在分辨率增強(qiáng)攝影模式下，在比原始圖像更窄的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)對 精微地改變了成像條件的圖像進(jìn)行合成，以得到亮度分辨率比原始圖 像增強(qiáng)的合成圖像。由于動(dòng)態(tài)范圍沒有加寬，這里得到的合成圖像確 切地說并非HDR圖像，但卻是類似于HDR圖像的高色調(diào)圖像，在本說 明書中為簡便起見可以把它們包括在HDR圖像中。另外，在本說明書 中，HDR圖像意味著其動(dòng)態(tài)范圍比能在顯示單元上顯示的動(dòng)態(tài)范圍 寬，但不局限于此，還可以指其動(dòng)態(tài)范圍比能由成像單元的成像裝置 所成像的動(dòng)態(tài)范圍更寬的圖像，或者具有大于或等于例如24位或32 位的指定位數(shù)的圖像。
通常，HDR圖像一般應(yīng)用于使用寬動(dòng)態(tài)范圍消除圖像數(shù)據(jù)中包含 的光暈或校正逆光等的應(yīng)用中。通過對幾乎沒有對比密度的標(biāo)本的多
個(gè)圖像進(jìn)行合成來取出掩蓋在噪聲/量化誤差中的信號(hào)，并執(zhí)行紋理 增強(qiáng)處理，HDR圖像還能使原本幾乎看不到的精細(xì)紋理被看到。在這 種情況下，通過對色調(diào)圖像進(jìn)行精細(xì)成像并以受限動(dòng)態(tài)范圍把它們合成，來得到增強(qiáng)了 S/N比和亮度分辨率的高色調(diào)圖像。作為一個(gè)示例， 在圖10中示出了陶瓷表面的圖像。在這種情況下陶瓷表面上的圖案 幾乎不能識(shí)別，但通過分辨率增強(qiáng)攝影，可以增強(qiáng)表面的圖案并且如 圖11所示可以辨別原本幾乎看不到的紋理。
HDR技術(shù)已經(jīng)在考慮了在動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用中的使用的情況下
而被開發(fā)，還沒有被用于相反思想的分辨率增強(qiáng)攝影應(yīng)用中。因此， 該應(yīng)用可以擴(kuò)展，并且通過實(shí)現(xiàn)一種可根據(jù)觀察應(yīng)用在動(dòng)態(tài)范圍加寬 與分辨率增強(qiáng)之間切換的放大觀察設(shè)備而使得在更寬廣的各種應(yīng)用 中的使用變得可行。
因此，分辨率增強(qiáng)攝影模式被用于例如理想地增強(qiáng)圖像中的精 細(xì)圖案和對比度的應(yīng)用中。在分辨率增強(qiáng)攝影模式中，曝光時(shí)間的改 變量設(shè)置得比在動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式下設(shè)置的改變量要小。
(模式選擇部分82)
通過模式選擇部分82選擇合成圖像攝影模式中的任一種。模式 選擇部分82根據(jù)圖像分析自動(dòng)確定適合的合成圖像攝影模式?？蛇x 地，還可以由用戶手動(dòng)地選擇合成圖像攝影模式。例如，用戶可以操 作操作單元55來選擇期望的合成圖像攝影模式。所選合成圖像攝影 模式還可以清楚地顯示在顯示單元上，從而告知用戶，正在以哪個(gè)合 成圖像攝影模式執(zhí)行攝影。
(通過模式選擇部分自動(dòng)選擇)
現(xiàn)在將描述模式選擇部分自動(dòng)選擇合成圖像攝影模式的方法。 將分別參照圖12到14的流程圖描述三種方法1到3。 (方法l:分析在攝影之前觀察到的被觀察圖像) 首先，將參照圖12的流程圖描述對在攝影之前觀察到的被觀察 圖像進(jìn)行分析的方法。在這種方法中，從正被顯示在顯示單元上的圖 像中搜索飽和區(qū)域的存在，并確定在攝影中要用到的曝光時(shí)間。當(dāng)在 動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用中進(jìn)行攝影時(shí)，假設(shè)在用戶以當(dāng)前設(shè)置觀察的被觀 察圖像的一部分中總是存在曝光過度或曝光不足的飽和區(qū)域。當(dāng)增強(qiáng) 對比密度時(shí)，正被觀察的對象最有可能是幾乎沒有對比密度的對象。 因此，假設(shè)被觀察圖像的對比度很小并假設(shè)發(fā)生飽和。從而，從正被顯示在顯示單元上的圖像中搜索飽和區(qū)域的存在，并確定在該攝影中 使用的曝光時(shí)間。
為描述具體的過程，首先在步驟S1201獲取對原始圖像攝影之 前觀察到的圖像。在命令獲取合成圖像的點(diǎn)處，調(diào)用已經(jīng)在顯示單元
上顯示的被觀察圖像。在步驟S1202，模式選擇部分確定被觀察圖像
是否包含飽和部分。如果被觀察圖像包含飽和部分，則該處理前進(jìn)到
步驟S1203并設(shè)置動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式。如果被觀察圖像不包含飽 和部分，則該處理前進(jìn)到步驟S1204并設(shè)置分辨率增強(qiáng)攝影模式。這 個(gè)方法允許以最簡單的方式確定和選擇適當(dāng)?shù)暮铣蓤D像攝影模式。必 要時(shí)可以自動(dòng)設(shè)置與每個(gè)所選合成圖像攝影模式對應(yīng)的成像條件。因 此，用戶可以得到合成圖像而無需考慮合成圖像攝影模式的類型，并 且具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即使用戶不熟悉合成圖像，也能執(zhí)行該操作。 (方法2:分析臨時(shí)拍攝的多個(gè)臨時(shí)圖像)
將參照圖13的流程圖以及圖15和16的直方圖(histogram) 來描述分析臨時(shí)拍攝的多個(gè)臨時(shí)圖像的方法。 (臨時(shí)合成)
在該方法中，在對原始圖像成像之前首先在預(yù)先設(shè)置的臨時(shí)成 像條件下拍攝多個(gè)臨時(shí)圖像，然后在模式選擇部分中針對每個(gè)臨時(shí)圖 像確定是否有其中不存在飽和區(qū)域的任何臨時(shí)圖像。該臨時(shí)成像條件 是便于獲得圖像的條件，其中由于僅需要把握圖像的趨向，因此在適 當(dāng)改變條件的同時(shí)成像了多個(gè)臨時(shí)圖像。因此，該設(shè)置會(huì)比產(chǎn)生合成 圖像所需的原始圖像的成像條件更粗略，臨時(shí)圖像的成像數(shù)量設(shè)置得 比產(chǎn)生合成圖像所需的原始圖像的數(shù)量小，并且曝光時(shí)間的變化寬度 也設(shè)置得大。在該示例中，采用合成圖像生成部分來合成臨時(shí)合成圖 像，但可以單獨(dú)地裝備用于高速方便地合成臨時(shí)圖像的計(jì)算部分。
圖15A到15D和圖16A到16D示出成像的臨時(shí)圖像的亮度分布 的示例直方圖。在該示例中，在粗略地改變臨時(shí)成像條件的同時(shí)針 對不同標(biāo)本A和B中的相同位置攝取了四個(gè)圖像，其中圖15A到15D 示出標(biāo)本A而圖16A到16D示出標(biāo)本B。以改變作為臨時(shí)成像條件的 曝光時(shí)間的次序來顯示這些臨時(shí)圖像。即，按照圖15A到15D或圖16A到16D的次序曝光時(shí)間依次變長。
考慮標(biāo)本A，飽和區(qū)域存在于圖15A到15D的所有圖中。在所有 臨時(shí)圖像中存在飽和區(qū)域的事實(shí)表明用于抓取標(biāo)本中包含的完整亮 度信息的動(dòng)態(tài)范圍不足。因此，在模式選擇部分中確定動(dòng)態(tài)范圍加寬 攝影模式適合于該標(biāo)本。
考慮標(biāo)本B，在圖16A和16D中找到了飽和區(qū)域，但在圖16B 和16C中沒有找到飽和區(qū)域。因此，顯然可以采用針對標(biāo)本B的一個(gè) 臨時(shí)圖像來把亮度分布做得更好，即，該亮度分布的動(dòng)態(tài)范圍較窄。 在這種情況下，優(yōu)選地通過細(xì)微地改變該窄動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的曝光時(shí)間來 獲得詳細(xì)的信息。因此確定分辨率增強(qiáng)攝影模式適合于標(biāo)本B。
將參照圖13的流程圖描述上面的具體過程。首先，在步驟 S1301，在改變快門速度的同時(shí)多次執(zhí)行臨時(shí)成像。在步驟S1302, 通過模式選擇部分對以此方法獲得的多個(gè)臨時(shí)圖像進(jìn)行確定，確定在 每個(gè)臨時(shí)圖像中是否存在飽和區(qū)域。如果在所有臨時(shí)圖像中存在飽和 區(qū)域，則處理前進(jìn)到步驟S1303，并選擇動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式。如 果不存在飽和區(qū)域，即如果有不包含飽和區(qū)域的臨時(shí)圖像，則處理前 進(jìn)到步驟S1304，并選擇分辨率增強(qiáng)攝影模式。在圖15A到15D和圖 16A到16D的示例中，模式選擇部分確定圖15A到15D適合于動(dòng)態(tài)范 圍加寬攝影模式，而圖16A到16D適合于分辨率增強(qiáng)攝影模式。
如上所述，必要時(shí)可以針對與每個(gè)被選合成圖像攝影模式對應(yīng) 的成像條件自動(dòng)設(shè)置適當(dāng)?shù)钠毓鈺r(shí)間。尤其是，在該方法中，除了自 動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)暮铣蓤D像攝影模式以外，還可以同時(shí)得到用于改變要在 每個(gè)合成圖像攝影模式中設(shè)置的曝光時(shí)間的范圍。即，在動(dòng)態(tài)范圍加 寬攝影模式的情況下，從足夠暗到消除曝光過度的曝光到足夠亮到消 除曝光不足的曝光這個(gè)范圍內(nèi)改變曝光時(shí)間。在分辨率增強(qiáng)攝影模式 下，曝光時(shí)間設(shè)置來使得不會(huì)發(fā)生飽和，其中針對對比密度的差異顯 得最大的部分來設(shè)置曝光時(shí)間。因此，不僅可以自動(dòng)設(shè)置合成圖像攝 影模式，還可以自動(dòng)設(shè)置在每個(gè)合成圖像攝影模式下的成像條件。
(以方法2自動(dòng)設(shè)置曝光時(shí)間)
將首先針對動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式來描述對在每個(gè)合成圖像攝影模式中作為成像條件的曝光時(shí)間改變范圍進(jìn)行設(shè)置的細(xì)節(jié)。在直方 圖中，當(dāng)以8位分辨率對亮度成像時(shí)，如果在左端或右端具有處在0 到255的亮度分布范圍內(nèi)的值，就認(rèn)為存在飽和區(qū)域。例如，在圖
15A中的左側(cè)的軸上該亮度具有一個(gè)值(亮度0),因此存在比上述
區(qū)域更暗的區(qū)域，從而識(shí)別出沒有檢測到數(shù)據(jù)的事實(shí)即發(fā)生曝光不
足。在右側(cè)的軸附近(亮度255)沒有亮度值。即，發(fā)現(xiàn)沒有發(fā)生曝 光過度。另外，可以確定最亮的亮度的上限是圖15A中圈住的位置。
在圖15D中，在右側(cè)的軸上示出了亮度值并且識(shí)別出曝光過度， 但在左側(cè)的軸的附近沒有示出亮度值。這表明最暗區(qū)域的亮度信息被 補(bǔ)足了，圖15D的圈住的區(qū)域被確定為最暗亮度的下限。
由于對于標(biāo)本A可以檢測出亮度分布的范圍的上限和下限，因
此把曝光時(shí)間設(shè)置來使得在該范圍內(nèi)可以準(zhǔn)確地檢測亮度信息。艮P， 根據(jù)計(jì)算公式、査找表等等獲得與上限和下限的亮度值相對應(yīng)的曝光
時(shí)間，并在該范圍內(nèi)改變曝光時(shí)間，從而可以有效地對高色調(diào)圖像成 像而不獲取無用的亮度信息。
現(xiàn)在將參照圖16A到16D描述在分辨率增強(qiáng)攝影模式下確定用 于改變曝光時(shí)間的范圍的方法。在圖16A到16D的示例中，在圖16A 和16D示出的直方圖中存在飽和區(qū)域，因此如上所述取出了余下的在 圖16B和16C中示出的直方圖。從臨時(shí)圖像中選出以最寬的范圍表現(xiàn) 對比密度差別的臨時(shí)圖像。直方圖中的分布在圖16B中比在圖16C 中表現(xiàn)得更寬。因此，使用如圖16B中所示直方圖中采用的曝光時(shí)間 就可以有效地獲得亮度信息而無需浪費(fèi)可獲取的亮度分布范圍。從而 從獲取臨時(shí)圖像所使用的臨時(shí)成像條件中選擇適合的曝光時(shí)間。 (方法3:臨時(shí)成像并對臨時(shí)合成圖像進(jìn)行分析的方法) 最后，現(xiàn)在將參照圖14的流程圖描述臨時(shí)成像并對臨時(shí)合成圖 像進(jìn)行分析的方法。與前面相類似，在步驟S1401，在預(yù)先設(shè)置的臨 時(shí)成像條件下對多個(gè)臨時(shí)圖像進(jìn)行成像。與例如原始圖像的成像相 比，曝光時(shí)間大大改變，圖像的數(shù)量限制到相對小的數(shù)量。在步驟 S1402，合成多個(gè)臨時(shí)圖像來生成臨時(shí)合成圖像。在步驟S1403，計(jì) 算出動(dòng)態(tài)范圍，即臨時(shí)合成圖像的最小亮度與最大亮度之間的比，并確定這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍是否比成像單元10的成像裝置的動(dòng)態(tài)范圍大。如 果臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍比成像單元10的動(dòng)態(tài)范圍大，則處理前 進(jìn)到步驟S1404,并由于當(dāng)前動(dòng)態(tài)范圍不足而選擇動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影
模式。如果臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍較小，則處理前進(jìn)到步驟S1405， 并由于成像單元10的動(dòng)態(tài)范圍足夠而選擇其中增強(qiáng)了亮度分辨率的 分辨率增強(qiáng)攝影模式。
(以方法3自動(dòng)設(shè)置曝光時(shí)間)
在該方法中，可以得到在每個(gè)合成圖像攝影模式中的最佳曝光 時(shí)間。在圖像亮度I、場景光量L、曝光時(shí)間t和照相機(jī)響應(yīng)函數(shù)(該 函數(shù)表示像素值相對于有多少光量進(jìn)入成像裝置且執(zhí)行了多長時(shí)間 曝光而取什么值)F之間建立如下關(guān)系表達(dá)式。
I=F(L*t)
F是預(yù)先測量和得到的。在動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式的情況下，曝 光時(shí)間t,到t2設(shè)置到如下范圍來使得臨時(shí)合成圖像的最小/最大光量
Un和L^分別成為像素值I in (不發(fā)生曝光不足的最小像素值，例如
大約30)和1_ (不發(fā)生曝光過度的最大像素值，例如大約220)。 t^F-乂IJ/ Lmin t2:F (I眼)/ L隨
在分辨率增強(qiáng)攝影模式的情況下，下述(1)和(2)中之一的
曝光時(shí)間設(shè)置在最小/最大光量不飽和的范圍(ti到t2)中。
(1) 1^與i,之間的差變?yōu)樽畲蟮钠毓鈺r(shí)間
(2) 通過計(jì)算場景的光量L的平均值、中間值L,等，滿足 L^t^x—max的曝光時(shí)間
這里x—max是F(x)的斜率(導(dǎo)數(shù)值F')成為最大時(shí)的x的值。 (幀平均值)
當(dāng)在分辨率增強(qiáng)攝影模式下在合成圖像生成部分中生成合成圖 像時(shí)，除了在改變曝光時(shí)間的同時(shí)對原始圖像成像的方法以外，還可 以采用一種在成像單元中以固定為恒定值的曝光時(shí)間對多個(gè)原始圖 像進(jìn)行成像并取幀平均值來生成合成圖像數(shù)據(jù)的方法。即，通常在數(shù) 字圖像中混合有噪聲，并且根據(jù)正態(tài)分布這種噪聲加起來平均值為0。因此，可以增強(qiáng)由量化誤差引起的分辨率而同時(shí)通過取平均值消 除了噪聲的影響。例如，對于一個(gè)真值為100. 1的像素，如果不存在 噪聲則由于量化誤差而輸出100,但由于存在噪聲，因此對于每一個(gè)
成像出現(xiàn)了98、 104、 101、 97等等的變動(dòng)。通過取平均消除了噪聲 影響的同時(shí)，可以得到小數(shù)點(diǎn)后的值(100. 1)。根據(jù)這種配置，以固 定的曝光時(shí)間可以生成高分辨率的合成圖像。
比較上述方法，對在攝影之前觀察到的圖像進(jìn)行分析的方法1
是最方便的方法，并且計(jì)算量以如下次序增加對臨時(shí)攝影的多個(gè)臨
時(shí)圖像進(jìn)行分析的方法2，和臨時(shí)成像并分析臨時(shí)合成圖像的方法3。 另一方面，可以通過方法2和方法3執(zhí)行在每個(gè)應(yīng)用中的直到最佳曝 光時(shí)間的計(jì)算。
(加權(quán)成像條件)
另外，不僅可以采用在模式選擇部分中擇一地選擇動(dòng)態(tài)范圍加 寬攝影模式或分辨率增強(qiáng)攝影模式這樣的配置，還可以采用對通過加 權(quán)并結(jié)合針對兩種攝影模式的成像條件所得到的成像條件進(jìn)行設(shè)置 的配置。例如，在模式選擇部分中分析攝影應(yīng)用，計(jì)算用于動(dòng)態(tài)范圍 加寬攝影模式和分辨率增強(qiáng)攝影模式中的每一個(gè)的權(quán)重系數(shù)，并通過 成像條件設(shè)置部分來相應(yīng)地設(shè)置加權(quán)成像條件。因此，可以設(shè)置考慮 了兩個(gè)模式之間的平衡而結(jié)合的加權(quán)成像條件，而不用把攝影應(yīng)用固 定到動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式或分辨率增強(qiáng)攝影模式中的一種，因此可 以進(jìn)行更靈活的成像。在模式選擇部分中計(jì)算權(quán)重的時(shí)候，確定了兩 種攝影目的之間的比，并設(shè)置了對應(yīng)的加權(quán)成像條件。具體地說，根 據(jù)光暈去除的權(quán)重是多少或者是否要對對比度的增強(qiáng)安排較大權(quán)重， 來設(shè)置適當(dāng)?shù)某上駰l件。例如，在圖12的步驟S1202中，當(dāng)確定在 攝影之前觀察到的被觀察圖像中是否包含飽和部分時(shí)，檢查飽和部分 的數(shù)量和面積，并通過模式選擇部分根據(jù)所述數(shù)量和面積來確定每個(gè) 攝影模式的權(quán)重，而不是在包含飽和部分時(shí)一律設(shè)置動(dòng)態(tài)范圍加寬攝 影模式，在不包含飽和部分時(shí)一律設(shè)置分辨率增強(qiáng)攝影模式。作為一 個(gè)示例，飽和部分?jǐn)?shù)量越大或面積比越大，就增加動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影 模式的權(quán)重。類似地，在圖13的步驟S1302中不是確定在全部多個(gè)臨時(shí)圖像中是否存在飽和區(qū)域，而是模式選擇部分設(shè)置加權(quán)成像條 件，以便在包括飽和區(qū)域的臨時(shí)圖像數(shù)量越大的時(shí)候把權(quán)重給予動(dòng)態(tài) 范圍加寬攝影模式，并在不包括飽和區(qū)域的臨時(shí)圖像數(shù)量越大的時(shí)候
把權(quán)重給予分辨率增強(qiáng)攝影模式。另外，在圖14的步驟S1403中，
在確定臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍是否大于成像裝置的動(dòng)態(tài)范圍的時(shí) 候，確定大小的程度，模式選擇部分設(shè)置加權(quán)成像條件，以便在比值 或差值越大時(shí)把權(quán)重給予動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式，并在比值或差值越 小時(shí)把權(quán)重給予分辨率增強(qiáng)攝影模式。因此，在確定攝影模式的處理
中標(biāo)準(zhǔn)(criterion)并非是擇一的，通過設(shè)置成像條件以連續(xù)改變 權(quán)重來實(shí)現(xiàn)更合適的成像。 (曝光時(shí)間調(diào)節(jié)部分84)
可以提供曝光時(shí)間調(diào)節(jié)部分84以進(jìn)一步把由成像條件設(shè)置部分 83設(shè)置的用于原始圖像的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)到期望值。用戶通過操作部 分等把如爆光時(shí)間之類的成像條件調(diào)節(jié)到期望值。因此，用戶可以在 自動(dòng)設(shè)置曝光時(shí)間之后使用曝光時(shí)間調(diào)節(jié)部分84進(jìn)一步微調(diào)曝光時(shí) 間，從而可以得到更細(xì)致和準(zhǔn)確的合成圖像。
曝光時(shí)間顯示在顯示單元上，以便用戶能使用曝光時(shí)間調(diào)節(jié)部 分84進(jìn)一步微調(diào)曝光時(shí)間。例如，在顯示單元上提供了模式顯示區(qū) 域，用于顯示所述動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式和分辨率增強(qiáng)攝影模式中的 哪一個(gè)合成圖像攝影模式被選擇。因此，用戶可以從顯示屏幕容易地 檢査自動(dòng)選擇的合成圖像攝影模式。必要時(shí)用戶還可以切換合成圖像 攝影模式。
(色調(diào)轉(zhuǎn)換部分86)
通過以模式選擇部分設(shè)置適當(dāng)?shù)暮铣蓤D像攝影模式而得到的合 成圖像使得在放大觀察設(shè)備一方能夠控制合成圖像攝影模式，因此當(dāng) 保存合成圖像的文件時(shí)還可以記錄關(guān)于合成圖像攝影模式的信息。當(dāng) 色調(diào)轉(zhuǎn)換部分86對合成圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行色調(diào)轉(zhuǎn)換時(shí)，在讀取操作期間 讀出了關(guān)于合成圖像攝影模式的信息以執(zhí)行合適的圖像處理?？蛇x 地，可以記錄關(guān)于如曝光時(shí)間之類成像條件的信息來根據(jù)該信息確定 該合成圖像數(shù)據(jù)的觀察應(yīng)用是用于動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用還是用于分辨率增強(qiáng)應(yīng)用。
即使沒有這些信息，通過執(zhí)行合成圖像的分析或通過對構(gòu)成合 成圖像的原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以推斷出觀察目的并執(zhí)行適當(dāng) 的圖像處理。
作為在色調(diào)轉(zhuǎn)換部分中執(zhí)行色調(diào)轉(zhuǎn)換的一個(gè)例子，將描述把作 為高色調(diào)圖像的合成圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成作為低色調(diào)圖像(LDR圖像)的 色調(diào)映射圖像的情況。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不局限于合成圖像數(shù)據(jù)的色 調(diào)轉(zhuǎn)換，還可以普遍地針對高色調(diào)圖像應(yīng)用把更窄動(dòng)態(tài)范圍的高色調(diào) 圖像轉(zhuǎn)換成低色調(diào)圖像的處理。例如，可以對預(yù)先在另一成像裝置中 成像和合成的高色調(diào)圖像以及沒有使用原始圖像而直接成像的高色 調(diào)圖像應(yīng)用色調(diào)映射。
(繪圖設(shè)置部分87)
在本實(shí)施例中，與在把高色調(diào)圖像轉(zhuǎn)換成低色調(diào)圖像并對其顯 示或輸出期間的圖像處理相關(guān)的繪圖參數(shù)的設(shè)置可以根據(jù)高色調(diào)圖
像來適當(dāng)?shù)睾妥詣?dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體地說，由繪圖設(shè)置部分87自動(dòng)
地確定要轉(zhuǎn)換的高色調(diào)圖像是用于動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用還是用于分辨 率增強(qiáng)應(yīng)用，并在動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用的情況下在色調(diào)轉(zhuǎn)換部分中執(zhí)行 具有光暈抑制處理設(shè)置的色調(diào)轉(zhuǎn)換，在分辨率增強(qiáng)應(yīng)用的情況下在色 調(diào)轉(zhuǎn)換部分中執(zhí)行具有對比度增強(qiáng)處理設(shè)置的色調(diào)轉(zhuǎn)換。通過根據(jù)辨 別出的高色調(diào)圖像的類型自動(dòng)地執(zhí)行適當(dāng)?shù)膱D像處理，用戶不用知道 繪圖參數(shù)的設(shè)置就可以得到適合于期望的觀察應(yīng)用的低色調(diào)圖像。
當(dāng)用于動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用時(shí)，使得與發(fā)生飽和(如曝光過度或 曝光不足)的區(qū)域相關(guān)的信息包含在精確提取的圖像中而對其它區(qū)域 需要維持與在攝影前觀察的圖像實(shí)質(zhì)相同的亮度和顏色，來執(zhí)行繪 圖。當(dāng)用于分辨率增強(qiáng)應(yīng)用時(shí)，需要大大增強(qiáng)在攝影前觀察的圖像中 幾乎不能分辨的精細(xì)圖案，從而繪制的圖像可能與原始圖像在顏色等
方面不同。因此，繪圖設(shè)置部分87對與圖像類型對應(yīng)的繪圖參數(shù)進(jìn) 行設(shè)置以使得可以執(zhí)行與要被轉(zhuǎn)換的圖像的類型相對應(yīng)的適當(dāng)?shù)纳?調(diào)轉(zhuǎn)換。
(簡單模式)圖17和18示出在放大圖像觀察程序中用于執(zhí)行色調(diào)映射的色 調(diào)轉(zhuǎn)換控制臺(tái)屏幕的用戶界面屏幕的一個(gè)示例。圖17中所示的色調(diào)
轉(zhuǎn)換控制臺(tái)屏幕300示出一個(gè)簡化了設(shè)置屏幕的簡單模式來作為用 于自動(dòng)設(shè)置色調(diào)轉(zhuǎn)換的繪圖參數(shù)的自動(dòng)設(shè)置屏幕示例，圖18中所示 的色調(diào)轉(zhuǎn)換控制臺(tái)屏幕300B示出增加了繪圖參數(shù)設(shè)置項(xiàng)的詳細(xì)模 式。
在色調(diào)轉(zhuǎn)換控制屏幕300、 300B中，提供"簡單模式"復(fù)選框 366作為色調(diào)轉(zhuǎn)換設(shè)置切換部分以切換色調(diào)轉(zhuǎn)換的設(shè)置部分。即，如 果在圖17的色調(diào)轉(zhuǎn)換控制屏幕300中"簡單模式"復(fù)選框被關(guān)閉， 則模式切換到如圖18所示的詳細(xì)模式，如果在圖18的色調(diào)轉(zhuǎn)換控制 屏幕300B中"簡單模式"復(fù)選框被開啟，則屏幕返回到圖17所示的 簡單模式屏幕。
在色調(diào)轉(zhuǎn)換控制屏幕300和300B的每一個(gè)中提供了用于手動(dòng)調(diào) 節(jié)色調(diào)映射的繪圖參數(shù)的滑塊。具體地說，如圖17所示的簡單模式 屏幕包括亮度滑塊312和紋理增強(qiáng)滑塊:322。在每個(gè)滑塊的右側(cè)顯示 當(dāng)前設(shè)置的數(shù)字值，可通過在水平方向上調(diào)節(jié)滑塊來增加或減少數(shù)字 值。還可以通過直接輸入來規(guī)定數(shù)字值。
(詳細(xì)模式)
在如圖18所示的色調(diào)轉(zhuǎn)換控制屏幕300B的詳細(xì)模式屏幕中， 除了亮度滑塊312和紋理增強(qiáng)滑塊322外還提供了對比度滑塊332 和顏色滑塊342。
如圖19A到圖22B所示，通過操作每個(gè)滑塊來改變在顯示單元 上顯示的低色調(diào)圖像的質(zhì)量。首先，針對在窄動(dòng)態(tài)范圍的分辨率增強(qiáng) 應(yīng)用中成像的陶瓷的合成圖像，圖19A示出亮度滑塊312設(shè)置為低的 示例，圖19B示出把亮度滑塊312設(shè)置為高的示例。亮度滑塊312 可以通過調(diào)節(jié)Y (gamma)值調(diào)節(jié)圖像亮度。圖20A示出紋理增強(qiáng)滑 塊322設(shè)置為低的示例，圖20B示出對相同的標(biāo)本把紋理增強(qiáng)滑塊 322設(shè)置為高的示例。因此，紋理增強(qiáng)滑塊322增強(qiáng)了精細(xì)的圖案。 特別是在分辨率增強(qiáng)應(yīng)用中，可以通過調(diào)節(jié)繪圖參數(shù)觀察到原本難以 觀察的具有小對比密度的標(biāo)本的細(xì)節(jié)。針對作為動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式下另一標(biāo)本的通過對寬動(dòng)態(tài)范 圍的焊接電路進(jìn)行攝影和成像所得到的合成圖像，圖21A示出對比度
滑塊332設(shè)置為低的示例，圖21B示出對比度滑塊332設(shè)置為高的示 例。對比度滑塊332粗略地調(diào)節(jié)暗度和亮度。圖22A示出顏色滑塊 342設(shè)置為低的示例，圖22B示出顏色滑塊342設(shè)置為高的示例。顏 色滑塊342對顏色或顏色的鮮明度從單色調(diào)節(jié)到彩色圖像。用戶可以 手動(dòng)調(diào)節(jié)繪圖參數(shù)以得到與每個(gè)觀察目的對應(yīng)的適當(dāng)?shù)纳{(diào)映射圖 像并且必要時(shí)可以保存該圖像。
在簡單模式下，可以例如根據(jù)由滑塊設(shè)置的亮度和紋理增強(qiáng)級
的估計(jì)結(jié)果、攝影之后的繪圖參數(shù)等自動(dòng)地調(diào)節(jié)對比度和顏色這兩個(gè) 保留的繪圖參數(shù)。這些估計(jì)結(jié)果反映在從簡單模式切換到詳細(xì)模式時(shí) 每個(gè)滑塊的值上。
在圖17和18的色調(diào)轉(zhuǎn)換控制臺(tái)屏幕300和300B中的每一個(gè)的 下部提供了用于讀出文件和保存文件的各種按鈕。在該示例中，提供 了用于讀取HDR圖像或合成圖像的"HDR讀取"按鈕360、用于讀取 包括合成圖像數(shù)據(jù)的色調(diào)映射圖像的"JEPG讀取"按鈕、以及用于 保存包括合成圖像數(shù)據(jù)的色調(diào)映射圖像的"JPEG保存"按鈕364。
(高色調(diào)圖像的自動(dòng)色調(diào)轉(zhuǎn)換過程)
將參照圖23的流程圖描述從高色調(diào)圖像色調(diào)轉(zhuǎn)換到低色調(diào)圖像 的過程。在步驟S2401獲得HDR圖像，并在步驟S2402把HDR圖像一 次轉(zhuǎn)換到灰度圖像。在步驟S2403，灰度圖像進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成對數(shù)圖像。 在步驟S2404，對數(shù)圖像分離成紋理圖像和素描圖像。具體地，使用 頻率濾波器等把對數(shù)圖像中包含的亮度信號(hào)的頻率成分分離成與精 細(xì)圖案相關(guān)的紋理成分和表示整體素描輪廓的成分。紋理圖像具有在 寬動(dòng)態(tài)范圍中擴(kuò)展的圖像的特征，比如以動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式成像 的圖像(如HDR圖像)。素描圖像具有以分辨率增強(qiáng)攝影模式成像的 圖像(如陶瓷)中得到的精細(xì)圖案部分的特征。另外，在步驟S2405-l 中針對紋理圖像執(zhí)行了對紋理圖像的保持或色調(diào)改變處理，在步驟 S2405-2中針對素描圖像執(zhí)行了色調(diào)改變處理。結(jié)果，當(dāng)在步驟 S2405-l中執(zhí)行了色調(diào)改變處理時(shí)，精微的凹凸部分相對增強(qiáng)了。在步驟S2405-2，素描圖像的動(dòng)態(tài)范圍被壓縮，從而暗部的亮度 變得相對更大。在步驟S2405-2中的繪圖參數(shù)成為素描圖像亮度動(dòng)態(tài) 范圍的壓縮率，并對應(yīng)于圖17和18的例子中的"對比度"。在這點(diǎn) 上，對比度代表動(dòng)態(tài)范圍的壓縮參數(shù)。
在步驟S2406，對每個(gè)圖像添加權(quán)重并合成各個(gè)圖像，由此輸出 灰度圖像。這里提到的權(quán)重是根據(jù)是否增強(qiáng)紋理、多少像素飽和等等 來分配的。在步驟S2406中的繪圖參數(shù)對應(yīng)于圖17和18的例子中的 "紋理增強(qiáng)級"。
在步驟S2407中灰度圖像轉(zhuǎn)換成彩色圖像。另外，在步驟S2408
對得到的彩色圖像執(zhí)行Y校正和顏色飽和校正以獲得輸出圖像。Y校 正對應(yīng)圖17和18的例子中的"亮度"，顏色飽和校正對應(yīng)"顏色"。
由于成分被分離為紋理成分和素描成分而能有效執(zhí)行壓縮，并 且對每個(gè)成分執(zhí)行不同的圖像處理。即，對于動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用的高 色調(diào)圖像，在壓縮亮度分布時(shí)，有效避免了即使精細(xì)凹凸成分也被壓 縮從而失去凹凸感的現(xiàn)象。因此，繪圖設(shè)一置部分推斷用戶是否針對動(dòng) 態(tài)范圍加寬應(yīng)用或分辨率增強(qiáng)應(yīng)用使用了色調(diào)轉(zhuǎn)換功能，并根據(jù)在攝 影前觀察到的狀態(tài)、原始圖像攝影期間的分析結(jié)果、高色調(diào)圖像的特 征等等適當(dāng)?shù)卦O(shè)置繪圖參數(shù)。
(繪圖參數(shù)的手動(dòng)調(diào)節(jié))
用戶可以獨(dú)立于自動(dòng)設(shè)置來手動(dòng)設(shè)置繪圖參數(shù)。可選地，用戶 還可以在由色調(diào)轉(zhuǎn)換部分自動(dòng)設(shè)置之后把繪圖參數(shù)微調(diào)到最佳繪圖 參數(shù)。如上所述，圖18的色調(diào)轉(zhuǎn)換控制臺(tái)屏幕可用于微調(diào)。
(繪圖參數(shù)設(shè)置過程)
現(xiàn)在將參照圖24的流程圖描述具體繪圖參數(shù)的設(shè)置過程。首先， 在步驟S2501確定要轉(zhuǎn)換的圖像類型，并根據(jù)圖像類型設(shè)置繪圖參數(shù) 紋理增益a。具體地說，根據(jù)在對原始圖像或高色調(diào)圖像的動(dòng)態(tài)范圍 攝影時(shí)所確定的用戶的至少一個(gè)使用目的，來確定繪圖參數(shù)的紋理增 強(qiáng)級(紋理增益a)。動(dòng)態(tài)范圍越小，紋理增益a設(shè)置得越大。從下 述等式確定紋理增益a。
紋理增益a = k - w*log(DR)(k，W:對比度，DR:高色調(diào)圖像的動(dòng)態(tài)范圍) 然后確定圖像的亮度?？梢砸岳L圖參數(shù)的對比度和亮度(Y)來
控制亮度。首先，在步驟S2502根據(jù)高色調(diào)圖像的動(dòng)態(tài)范圍確定對比
度。如果動(dòng)態(tài)范圍大，則使對比度大。從攝影前觀察到的圖像中獲得
被加權(quán)來使飽和區(qū)域的權(quán)重變小的加權(quán)像素平均值。根據(jù)增益a和對
比度，得到這樣的加權(quán)像素平均值，其中執(zhí)行了添加權(quán)重的步驟
S2406的處理的圖像被加權(quán)。在步驟S2503，確定y來使得這兩個(gè)加 權(quán)像素平均值成為接近的值，即攝影前觀察到的圖像與顯示的圖像之 間的亮度變化變小。
最后，在步驟S2504中根據(jù)Y得到顏色飽和校正參數(shù)并得到對
比度。由于隨著Y轉(zhuǎn)換中Y值變大而得到?jīng)]有顏色的白色圖像，因此 把顏色值(顏色飽和校正參數(shù))設(shè)置成大。
這些調(diào)節(jié)可以自動(dòng)執(zhí)行也可由用戶執(zhí)行。在此情況下，與每個(gè) 參數(shù)對應(yīng)的圖18的多個(gè)滑塊的操作可以在相互關(guān)聯(lián)的同時(shí)進(jìn)行調(diào)
節(jié)。例如，協(xié)作地操作滑塊使得Y越大顏色值變得越大。在圖18的 例子中，由于分辨率增強(qiáng)應(yīng)用的權(quán)重隨著紋理增強(qiáng)滑塊322操作來取 得較高的值而變得更高，自動(dòng)執(zhí)行調(diào)節(jié)來使亮度滑塊312和對比度滑 塊332變低。另一方面，由于動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用隨著亮度滑塊312 取得較高值而變得更高，因此每個(gè)滑塊協(xié)作地操作和移動(dòng)以使得紋理 增強(qiáng)滑塊322變小而對比度滑塊332變大。此外，可以提供用于開啟 /關(guān)閉滑塊協(xié)作操作功能的開關(guān)部分?？梢愿鶕?jù)要轉(zhuǎn)換的圖像的動(dòng)態(tài) 范圍或觀察目的來自動(dòng)設(shè)置如壓縮率之類的繪圖參數(shù)。 (加權(quán)繪圖參數(shù)的設(shè)置)
另外，除了在繪圖設(shè)置部分87中可選地設(shè)置專用于動(dòng)態(tài)范圍加 寬應(yīng)用或分辨率增強(qiáng)應(yīng)用的繪圖參數(shù)的配置以外，還可以采用考慮每 個(gè)應(yīng)用的權(quán)重而進(jìn)行了加權(quán)的繪圖參數(shù)。例如，在繪圖設(shè)置部分87 中分析觀察應(yīng)用，計(jì)算針對動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用和分辨率增強(qiáng)應(yīng)用中的 每一個(gè)的加權(quán)系數(shù)，并且根據(jù)相應(yīng)設(shè)置的繪圖參數(shù)在色調(diào)轉(zhuǎn)換部分中 執(zhí)行色調(diào)轉(zhuǎn)換。因此，可以在不把繪圖參數(shù)固定到任一種應(yīng)用的情況 下設(shè)置考慮了動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用與分辨率增強(qiáng)應(yīng)用之間的平衡的加權(quán)繪圖參數(shù)，由此可以執(zhí)行更靈活的圖像顯示和觀察。如果繪圖設(shè)置 部分在自動(dòng)確定觀察應(yīng)用時(shí)做出了錯(cuò)誤的確定，則由于繪圖參數(shù)的加 權(quán)而可以預(yù)期得到在一定程度上反映了其它觀察應(yīng)用的顯示結(jié)果。
在繪圖設(shè)置部分中確定了兩種觀察應(yīng)用的權(quán)重，并設(shè)置與它們 對應(yīng)的繪圖參數(shù)來計(jì)算權(quán)重。具體地說，根據(jù)光暈去除的權(quán)重高低或 者對比度增強(qiáng)的權(quán)重高低來執(zhí)行適當(dāng)?shù)睦L圖參數(shù)設(shè)置。例如，在動(dòng)態(tài) 范圍加寬應(yīng)用中，適度地設(shè)置精細(xì)紋理增強(qiáng)度，并在抑制無光暈部分 的亮度中的變化的方向上進(jìn)行設(shè)置來增強(qiáng)光暈去除的權(quán)重。另一方 面，在分辨率增強(qiáng)應(yīng)用中，大大增強(qiáng)精細(xì)紋理，并且即使圖像質(zhì)量或
圖像色調(diào)稍微改變也要在增強(qiáng)對比度的方向上進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)條件的 方向性，可以根據(jù)兩種觀察應(yīng)用的權(quán)重來改變?nèi)缂y理增強(qiáng)級之類的繪 圖參數(shù)。用于判斷每個(gè)觀察應(yīng)用的權(quán)重的標(biāo)準(zhǔn)包括基于HDR圖像的標(biāo) 準(zhǔn)、成像期間成像條件的設(shè)置等等。
(基于HDR圖像的判斷標(biāo)準(zhǔn))
在使用HDR圖像的判斷中，HDR圖像的最小像素值和最大像素值 之比即HDR圖像的動(dòng)態(tài)范圍成為判斷標(biāo)準(zhǔn)。在該方法中，如果由于光 暈去除應(yīng)用的比增大而動(dòng)態(tài)范圍大，則適度地設(shè)置紋理增強(qiáng)級，并且 如果動(dòng)態(tài)范屈小，則紋理增強(qiáng)級設(shè)置得大。還可以使用HDR圖像的亮 度分布。如果亮度差異大且亮度分布在寬的范圍上擴(kuò)展，則把光暈去 除權(quán)重估計(jì)得高。
(基于成像條件的判斷標(biāo)準(zhǔn))
在使用成像條件的判斷中，可以使用照相機(jī)或成像部分的曝光 時(shí)間設(shè)置。即，通過在HDR圖像攝影之前執(zhí)行臨時(shí)攝影來估計(jì)場景的 動(dòng)態(tài)范圍。在HDR圖像成像時(shí)使用的曝光時(shí)間的范圍反映了場景的動(dòng) 態(tài)范圍。即，當(dāng)曝光時(shí)間范圍寬時(shí)光暈去除的權(quán)重高，當(dāng)曝光時(shí)間的 范圍窄或者以單個(gè)曝光時(shí)間執(zhí)行攝影時(shí)對比度增強(qiáng)的權(quán)重高。
因此，考慮了觀察應(yīng)用的重點(diǎn)是在于動(dòng)態(tài)范圍加寬應(yīng)用還是在 于分辨率增強(qiáng)應(yīng)用來設(shè)置繪圖參數(shù)，并且能夠在色調(diào)轉(zhuǎn)換部分中執(zhí)行 色調(diào)轉(zhuǎn)換，以便可以執(zhí)行與用戶觀察目的一致的平衡的觀察。
(附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件)根據(jù)本實(shí)施例，用于保存合成圖像數(shù)據(jù)的文件格式可以是具有 把合成圖像附在色調(diào)轉(zhuǎn)換后的低色調(diào)圖像上的形式的保存格式。低色 調(diào)圖像數(shù)據(jù)文件可以轉(zhuǎn)換為帶有用戶區(qū)域的通用圖像格式，如JPEG 和TIFF，從而可以以通用顯示程序來顯示低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)部分。通 過使用專用高色調(diào)圖像文件生成程序，可以處理合成圖像數(shù)據(jù)(它是 低色調(diào)圖像的原始數(shù)據(jù))，并且在增強(qiáng)文件可讀性的同時(shí)可以分配合 成圖像數(shù)據(jù)。
(保存文件格式)
HDR圖像數(shù)據(jù)具有大大超過8位色調(diào)的色調(diào)，因此如果以與普通 8位圖像相同的格式來保存將會(huì)損壞原始數(shù)據(jù)。因此， 一般以16位、 32位浮點(diǎn)以及其它專用碼的格式保存數(shù)據(jù)。然而，與這樣的專用文 件格式對應(yīng)的圖像顯示軟件并不廣泛使用，大多數(shù)用戶不能在通常使 用的圖像顯示軟件上瀏覽HDR圖像。在根據(jù)本實(shí)施例的放大觀察設(shè)備 中，顯示圖像以普通圖像格式JPEG和TIFF保存，HDR圖像保存為元 數(shù)據(jù)。于是用戶可以通過通常使用的圖像顯示軟件來使用顯示圖像。
(高色調(diào)圖像的顯示)
可以通過改變繪圖參數(shù)來改變亮度、紋理增強(qiáng)級、顏色等等。 在圖25和26的圖像中示出了改變了繪圖參數(shù)的示例。在這些圖中示 出的圖像都是從同一HDR圖像生成的顯示圖像。顯然，在圖26中增 強(qiáng)了精細(xì)紋理。通過使用能改變繪圖參數(shù)的專用圖像編輯程序，可通 過讀取元數(shù)據(jù)來改變HDR圖像的繪圖參數(shù)。因此，用戶可以在他/她 的計(jì)算機(jī)上編輯被拍攝的HDR圖像以生成各種顯示圖像。這種紋理增 強(qiáng)可以應(yīng)用到一般的8位圖像上，但由于8位圖像與HDR圖像相反的 是其具有色調(diào)上的局限，因此不能表現(xiàn)精細(xì)的層次(gradation)。 由于HDR圖像具有豐富的色調(diào)，因此即使精細(xì)的層次也能漂亮地表現(xiàn) 出來。
在低色調(diào)圖像的色調(diào)轉(zhuǎn)換之時(shí)的繪圖參數(shù)可以記錄在附有高色 調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件中。通過使用高色調(diào)文件生成程序，可以檢査在生 成低色調(diào)圖像時(shí)使用的繪圖參數(shù)。因此用戶不必通過記錄每個(gè)文件來 存儲(chǔ)繪圖參數(shù)，可以得到一個(gè)通過文件以整合方式管理信息的極易于使用的附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件。
另外，以不同繪圖參數(shù)重新進(jìn)行了色調(diào)轉(zhuǎn)換的低色調(diào)圖像被更 新來代替附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)。因此，通過 為顯示器低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)提供用作產(chǎn)生顯示器低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)的基 礎(chǔ)的高色調(diào)圖像數(shù)據(jù)，可以增強(qiáng)低色調(diào)圖像的可讀性，并且還可能重 新調(diào)整低色調(diào)圖像。
(附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的結(jié)構(gòu))
圖27示出附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的結(jié)構(gòu)。該圖對應(yīng)于JPEG
和TIFF之類的通用圖像文件的結(jié)構(gòu)并包括頭部區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域。圖
像的縱向?qū)挾群蜋M向?qū)挾韧ǔ４鎯?chǔ)在頭部區(qū)域中。一般在頭部區(qū)域中 提供了用戶可以寫入的用戶設(shè)置區(qū)域。表示高色調(diào)數(shù)據(jù)的存在的標(biāo)志
插入到那個(gè)區(qū)域。低色調(diào)圖像在數(shù)據(jù)區(qū)域中保存為與JPEG、 TIFF等 一致的8位數(shù)據(jù)，在作為元數(shù)據(jù)的低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)的后面提供高色調(diào) 圖像區(qū)域，并在其中記錄了高色調(diào)圖像的頭部和數(shù)據(jù)。在高色調(diào)圖像 的頭部區(qū)域中保存了如合成圖像數(shù)據(jù)的文件大小之類的信息，在高色 調(diào)圖像的數(shù)據(jù)區(qū)域中保存了合成圖像的實(shí)際數(shù)據(jù)。在實(shí)際數(shù)據(jù)的保存 格式上適當(dāng)?shù)厥褂昧艘阎?2位浮點(diǎn)TIFF、 logYuv、 0penEXR等。 針對數(shù)據(jù)大小可以采用非壓縮的或無損壓縮格式。另外，可以在高色 調(diào)圖像數(shù)據(jù)中提供繪圖參數(shù)保持區(qū)域以記錄在低色調(diào)圖像的色調(diào)轉(zhuǎn) 換之時(shí)的繪圖參數(shù)。繪圖參數(shù)保持區(qū)域還可以提供在用戶設(shè)置區(qū)域 中。
當(dāng)16位的合成圖像色調(diào)轉(zhuǎn)換為8位的低色調(diào)圖像時(shí)，附有高色 調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件以比如8位顯示系統(tǒng)的JPEG和TIFF之類的通用圖 像格式來保存低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)。由于在這樣的圖像文件中存在可由用 戶設(shè)置的用戶設(shè)置區(qū)域，因此在該部分中可以記錄用于表示合成圖像 數(shù)據(jù)被包含的信息以及在從合成圖像色調(diào)轉(zhuǎn)換到低色調(diào)圖像之時(shí)的 繪圖參數(shù)。除了使用浮點(diǎn)法等的文件格式之外，還可以按數(shù)據(jù)大小來 壓縮合成的圖像數(shù)據(jù)?？梢赃m當(dāng)?shù)夭捎矛F(xiàn)有方法作為數(shù)據(jù)壓縮方法。 當(dāng)把高色調(diào)圖像數(shù)據(jù)保存到文件中時(shí)，在以適當(dāng)色調(diào)轉(zhuǎn)換方法在傳統(tǒng) 8位顯示系統(tǒng)中對多色調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示之時(shí)的顯示圖像數(shù)據(jù)被以如JPEG和TIFF之類的通用圖像格式來保存，并且多色調(diào)數(shù)據(jù)、和諸如
顯示參數(shù)之類用于依據(jù)多色調(diào)數(shù)據(jù)生成顯示圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)可以添 加到該文件的后面并被保存。
(紋理成分和素描成分的提取和分離)
在生成附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件和把提取的紋理成分添加到 該文件時(shí)，通過提取紋理成分可以減少打開文件所需的時(shí)間。按照慣 例，當(dāng)在監(jiān)視器等上顯示合成圖像時(shí)，從合成圖像中提取紋理成分的 任務(wù)是必需的，以便以增強(qiáng)紋理的方式顯示圖像，從而處理時(shí)間變長。 通過在文件保存的時(shí)候提前分離并保存紋理成分，可以減小紋理提取 的計(jì)算量，由此從打開文件到顯示進(jìn)行了紋理處理的圖像的處理變?yōu)?高速或低負(fù)荷。在這種情況下，由于附加了紋理數(shù)據(jù)，附有高色調(diào)數(shù) 據(jù)的顯示文件的文件大小增加。同紋理成分一起從合成圖像中提取出 的素描成分被保存，并以高的數(shù)據(jù)大小壓縮率保存該素描成分，從而 可以抑制文件大小的增加。特別地，由于素描成分中的變化一般很小， 因此，即使增加數(shù)據(jù)大小壓縮率，圖像質(zhì)量的退化也很小。因此，可 以在增加數(shù)據(jù)大小壓縮率、減小文件大小并抑制圖像質(zhì)量退化的同時(shí) 有效保存文件。
(對應(yīng)像素關(guān)聯(lián)功能)
可以關(guān)聯(lián)(link)低色調(diào)圖像和合成圖像的像素并指定低色調(diào) 圖像上的任意像素，從而提供對應(yīng)像素關(guān)聯(lián)功能以顯示合成圖像在相 關(guān)位置上的像素值。由于從合成圖像到低色調(diào)圖像的色調(diào)轉(zhuǎn)換，在顯 示單元上顯示的低色調(diào)圖像有時(shí)不能以原始顏色顯示。通過在把低色 調(diào)圖像與合成圖像的坐標(biāo)位置進(jìn)行對應(yīng)的同時(shí)關(guān)聯(lián)每個(gè)像素，可以參 考與低色調(diào)圖像上指定點(diǎn)對應(yīng)的合成圖像的數(shù)據(jù)并可以讀出信息。例 如，當(dāng)用戶以諸如鼠標(biāo)之類的定點(diǎn)設(shè)備從圖19A和19B的屏幕上點(diǎn)擊 低色調(diào)圖像上的任意點(diǎn)時(shí)，合成圖像上與相關(guān)位置對應(yīng)的像素值被讀 取，并在顯示單元上顯示關(guān)于其像素值或坐標(biāo)位置的信息。在低色調(diào) 圖像上可以指定任意的點(diǎn)，并可根據(jù)合成圖像與所顯示圖像之間的對 應(yīng)位置計(jì)算色度差。通過把圖像計(jì)算單元81用作對應(yīng)像素關(guān)聯(lián)部分， 實(shí)現(xiàn)了這種對應(yīng)像素關(guān)聯(lián)功能?？梢酝ㄟ^以這種方式把HDR圖像和LDR圖像進(jìn)行關(guān)聯(lián)來識(shí)別從顯示單元的屏幕上不能區(qū)分的顏色上的 細(xì)微改變等。
(用于生成和保存附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的過程) 現(xiàn)在將描述用于生成和保存附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的過 程。首先，建立合成了多個(gè)原始圖像的合成圖像數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)保 存。在建立數(shù)據(jù)過程中，從合成圖像中提取紋理成分。
現(xiàn)在將描述用于把合成圖像顯示為低色調(diào)圖像的繪圖處理。在 高色調(diào)圖像文件生成程序中自動(dòng)設(shè)置該情況下的繪圖參數(shù)?？蛇x地， 用戶可以設(shè)置繪圖參數(shù)或者可以對自動(dòng)設(shè)置的值進(jìn)行微調(diào)。如JPEG 和TIFF之類的通用圖像格式可以用作繪圖處理后的圖像數(shù)據(jù)的文件 格式。由于在圖像文件中存在用戶可以使用的用戶設(shè)置區(qū)域，因此可 以向相關(guān)區(qū)域?qū)懭氡硎玖舜嬖诟呱{(diào)圖像數(shù)據(jù)的標(biāo)志數(shù)據(jù)、高色調(diào)圖 像數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)(coupled)區(qū)域地址、和高色調(diào)圖像數(shù)據(jù)的大小。另 外，在數(shù)據(jù)區(qū)域中指定區(qū)域內(nèi)生成與高色調(diào)圖像數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的低色調(diào)圖 像文件。繪圖參數(shù)還保存在配置于高色調(diào)圖像區(qū)域中的繪圖參數(shù)保持 區(qū)域中。通過按下配置在圖17和18的色調(diào)轉(zhuǎn)換控制臺(tái)屏幕300、300B 的下部的"JPEG保存"按鈕364 (其作為色調(diào)數(shù)據(jù)保存部分的一個(gè)形 式)，可以執(zhí)行指定保存的指令。當(dāng)按下"JPEG保存"按鈕364時(shí)， 顯示出"另存為"對話框，以便用戶可以指定期望的文件名并指定保 存的格式。當(dāng)僅保存合成圖像時(shí)，可以指定32位浮點(diǎn)TIFF、 logYuv、 Open EXR等?？蛇x地，當(dāng)僅顯示色調(diào)映射圖像時(shí)可以指定JPEG、TIFF、 BMP等。
以這種方式生成的附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件可以通過通用圖 像顯示程序來顯示低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)。通過使用專用高色調(diào)圖像文件生 成程序可以顯示被附在附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的尾部的高色調(diào) 圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)在圖17和18的色調(diào)轉(zhuǎn)換控制臺(tái)屏幕300、 300B中按下 "JPEG讀取"按鈕362時(shí)，顯示文件選擇對話框，以便用戶可以指 定期望的文件。當(dāng)以高色調(diào)圖像文件生成程序來打開附有高色調(diào)數(shù)據(jù) 的顯示文件時(shí)，首先檢査高色調(diào)圖像數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)標(biāo)志。在與高色調(diào)圖 像數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的圖像文件的情況下，讀取高色調(diào)圖像數(shù)據(jù)，讀取保存在繪圖參數(shù)保持區(qū)域中的繪圖參數(shù)，并且根據(jù)繪圖參數(shù)執(zhí)行繪圖處理然
后顯不o
用戶可以重設(shè)繪圖參數(shù)來改變該狀態(tài)下的低色調(diào)圖像，在文件 保存期間可以替換舊的低色調(diào)圖像并保存為新的低色調(diào)圖像。當(dāng)對附 有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的低色調(diào)圖像進(jìn)行更新時(shí)，可以更新繪圖參 數(shù)保持區(qū)域的繪圖參數(shù)?？梢葬尫鸥呱{(diào)圖像數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)以分離合成 圖像和低色調(diào)圖像，或者可以關(guān)聯(lián)分離的合成圖像和低色調(diào)圖像。
由于傳統(tǒng)HDR等的高色調(diào)圖像的文件格式不是通用的，因此在 大多數(shù)普通圖像顯示程序中不能顯示，但是由于至少可以以相關(guān)方法 容易地顯示低色調(diào)圖像并且可以理解數(shù)據(jù)的內(nèi)容，因此這些文件格式 也適于高色調(diào)圖像的分配。通過使用高色調(diào)圖像文件生成程序可以處 理高色調(diào)圖像數(shù)據(jù)，并可以滿足文件的通用性和專用性。特別地，可 以使用高色調(diào)圖像文件生成程序替換調(diào)整了繪圖參數(shù)的低色調(diào)圖像。 '通過在壓縮合成圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)大小的同時(shí)添加該數(shù)據(jù)，可以抑制這 —樣的缺點(diǎn)，即附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件的文件大小由于添加了大文 件容量的高色調(diào)圖像數(shù)據(jù)而變得很大。 (合成圖像的獲得、顯示和保存)
在圖28中顯示了使用根據(jù)本實(shí)施例的放大觀察設(shè)備的合成圖像 的獲得、顯示和保存。如該圖所示，在適當(dāng)?shù)馗淖兤毓鈺r(shí)間的同時(shí)攝 影的多個(gè)8位圖像被合成，從而生成HDR圖像，它是高色調(diào)圖像。HDR
圖像具有極寬范圍的色調(diào)，并且最大對比度與最小對比度之比大約是 100000:1。使用浮點(diǎn)法來記錄HDR圖像。當(dāng)在如監(jiān)視器之類的顯示單 元52上顯示HDR圖像時(shí)，執(zhí)行了轉(zhuǎn)換到能在顯示單元52上顯示的8 位(256色調(diào))等的色調(diào)映射圖像數(shù)據(jù)的色調(diào)轉(zhuǎn)換(色調(diào)映射)。因 此即使在具有有限動(dòng)態(tài)范圍的顯示器單元上，高色調(diào)HDR圖像也可以 顯示為8位色圖像。色調(diào)映射圖像由于色調(diào)轉(zhuǎn)換處理之時(shí)的繪圖參數(shù) 設(shè)置而大大改變。
(嵌入的圖像文件保存)
HDR圖像數(shù)據(jù)和色調(diào)映射圖像數(shù)據(jù)可以分別以預(yù)定格式保存，但 是色調(diào)映射圖像數(shù)據(jù)可以以把HDR圖像嵌入其中的方式來保存。嵌入的圖像文件在頭部記錄色調(diào)映射圖像數(shù)據(jù)并在尾部記錄HDR圖像數(shù)
據(jù)。HDR圖像數(shù)據(jù)處理為元數(shù)據(jù)。該文件可以是通用圖像格式并可以
以通用圖像顯示程序顯示該色調(diào)映射圖像數(shù)據(jù)。通過使用能處理該色
調(diào)映射圖像數(shù)據(jù)的專用軟件，可以從HDR圖像重新生成色調(diào)映射圖像 數(shù)據(jù)，并可以更新色調(diào)映射圖像數(shù)據(jù)。因此，在維持圖像的易操作性 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對HDR圖像的使用。特別的，可以設(shè)置并替換圖像參數(shù) 從而得到用戶喜歡的圖像。
本發(fā)明的放大觀察設(shè)備、高色調(diào)圖像文件生成方法和放大圖像 攝影方法使得可以使用顯微鏡、反射型或透射型數(shù)字顯微鏡和數(shù)字照 相機(jī)來生成和瀏覽HDR圖像。
權(quán)利要求
1.一種放大觀察設(shè)備，能夠顯示通過根據(jù)設(shè)置的成像條件對要被成像的標(biāo)本成像而得到的圖像，所述放大觀察設(shè)備包括成像條件設(shè)置部分，當(dāng)在成像單元中對原始圖像成像時(shí)，至少設(shè)置曝光時(shí)間作為成像條件；成像單元，根據(jù)在成像條件設(shè)置部分中關(guān)于標(biāo)本的觀察位置設(shè)置的成像條件來對具有預(yù)定動(dòng)態(tài)范圍的原始圖像進(jìn)行成像，該動(dòng)態(tài)范圍是最小亮度與最大亮度之比；合成圖像生成部分，通過對在不同成像條件下在標(biāo)本的相同觀察位置處成像的多個(gè)原始圖像進(jìn)行合成，來生成色調(diào)高于原始圖像色調(diào)寬度的合成圖像數(shù)據(jù)；和模式選擇部分，選擇動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式或者選擇分辨率增強(qiáng)攝影模式來作為用于依據(jù)在成像單元中成像的多個(gè)原始圖像得到合成圖像的合成圖像攝影模式，所述動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式用于生成具有比原始圖像寬的動(dòng)態(tài)范圍的合成圖像，所述分辨率增強(qiáng)攝影模式用于在比原始圖像窄的動(dòng)態(tài)范圍中從原始圖像增強(qiáng)亮度分辨率。
2. 如權(quán)利要求1所述的放大觀察設(shè)備，其中模式選擇部分構(gòu)造 來根據(jù)關(guān)于所得圖像的圖像分析或成像條件自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)暮铣蓤D 像攝影模式。
3. 如權(quán)利要求2所述的放大觀察設(shè)備，還包括顯示單元，用于 顯示由成像單元成像的圖像，其中當(dāng)自動(dòng)選擇合成圖像攝影模式時(shí)，模式選擇部分根據(jù)關(guān)于在顯 示單元上顯示的圖像中是否存在飽和部分的確定結(jié)果，在存在飽和部 分時(shí)選擇動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式，并在不存在飽和部分時(shí)選擇分辨率 增強(qiáng)攝影模式。
4. 如權(quán)利要求2所述的放大觀察設(shè)備，其中在成像條件設(shè)置部分中設(shè)置適于每個(gè)合成圖像攝影模式的曝光時(shí)間，以根據(jù)模式選擇部 分中的確定結(jié)果在改變成像條件的同時(shí)對多個(gè)原始圖像進(jìn)行成像。
5. 如權(quán)利要求2所述的放大觀察設(shè)備，其中當(dāng)自動(dòng)選擇合成圖 像攝影模式時(shí)，模式選擇部分根據(jù)關(guān)于在任何臨時(shí)圖像中是否存在飽 和部分的確定結(jié)果，在存在飽和部分時(shí)選擇動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式， 并在不存在飽和部分時(shí)選擇分辨率增強(qiáng)攝影模式，所述臨時(shí)圖像是以 預(yù)先設(shè)置的臨時(shí)成像條件成像的，其數(shù)量小于要成像來用于生成合成 圖像所必需的原始圖像的數(shù)量。
6. 如權(quán)利要求5所述的放大觀察設(shè)備，其中當(dāng)在模式選擇部分中選擇了動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式時(shí)，在成像 條件設(shè)置部分中設(shè)置了一個(gè)用于改變曝光時(shí)間的范圍來作為用于改 變曝光時(shí)間以得到多個(gè)原始圖像的范圍，所述用于改變曝光時(shí)間的范 圍用來把曝光時(shí)間從一個(gè)其中曝光時(shí)間被減小到在臨時(shí)圖像的所有 區(qū)域中都沒有發(fā)生曝光過度這樣一種程度的范圍改變到一個(gè)其中曝 光時(shí)間被改變到在臨時(shí)圖像的所有區(qū)域中都沒有發(fā)生曝光不足這樣 一種程度的范圍，并且當(dāng)選擇了分辨率增強(qiáng)攝影模式時(shí)，從多個(gè)臨時(shí)圖像中提取沒有 飽和區(qū)域并且具有最寬亮度分布范圍的臨時(shí)圖像，并在成像條件設(shè)置 部分中根據(jù)對所提取的臨時(shí)圖像進(jìn)行成像的曝光時(shí)間來設(shè)置用于改 變曝光時(shí)間的范圍。
7. 如權(quán)利要求2所述的放大觀察設(shè)備，其中當(dāng)自動(dòng)選擇了合成 圖像攝影模式時(shí)，模式選擇部分根據(jù)通過合成臨時(shí)圖像而得到的臨時(shí) 合成圖像來確定臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍是否大于成像單元的動(dòng)態(tài) 范圍，所述臨時(shí)圖像是以預(yù)先設(shè)置的臨時(shí)成像條件成像的，其數(shù)量小 于要成像來用于生成合成圖像所必需的原始圖像的數(shù)量，并且所述模 式選擇部分在臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍更大時(shí)選擇動(dòng)態(tài)范圍加寬攝 影模式，在臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍更小時(shí)選擇分辨率增強(qiáng)攝影模式，根據(jù)所選的合成圖像攝影模式，在成像條件設(shè)置部分中設(shè)置用于 改變曝光時(shí)間的范圍。
8. 如權(quán)利要求7所述的放大觀察設(shè)備，其中當(dāng)在模式選擇部分 中選擇了分辨率增強(qiáng)攝影模式時(shí)，合成圖像生成部分通過以固定為恒 定值的曝光時(shí)間對成像單元中的多個(gè)原始圖像進(jìn)行成像并得到幀平 均值來生成合成圖像數(shù)據(jù)。
9. 如權(quán)利要求1所述的放大觀察設(shè)備，還包括曝光時(shí)間調(diào)節(jié)部 分，把由成像條件設(shè)置部分設(shè)置的原始圖像曝光時(shí)間進(jìn)一步調(diào)節(jié)到期 望的值。
10. 如權(quán)利要求2所述的放大觀察設(shè)備，還包括色調(diào)轉(zhuǎn)換部分，把由合成圖像生成部分所生成的合成圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有能在顯示 單元上顯示的色調(diào)寬度的低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)。
11. 如權(quán)利要求2所述的放大觀察設(shè)備，還包括 繪圖設(shè)置部分，設(shè)置與以下圖像處理相關(guān)的繪圖參數(shù)，該圖像處理用于在色調(diào)轉(zhuǎn)換部分中根據(jù)要被轉(zhuǎn)換的圖像的特性把合成圖像 色調(diào)轉(zhuǎn)換為與要被轉(zhuǎn)換的圖像相區(qū)別的低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)，其中由色調(diào)轉(zhuǎn)換部分根據(jù)在繪圖設(shè)置部分中設(shè)置的繪圖參數(shù)來執(zhí)行 圖像處理，并在顯示單元上進(jìn)行顯示。
12. —種放大觀察設(shè)備，能夠顯示通過根據(jù)設(shè)置的成像條件對要被成像的標(biāo)本成像而得到的圖像，所述放大觀察設(shè)備包括成像條件設(shè)置部分，當(dāng)在成像單元中對原始圖像成像時(shí)至少設(shè)置曝光時(shí)間作為成像條件；成像單元，根據(jù)在成像條件設(shè)置部分中關(guān)于標(biāo)本的觀察位置設(shè)置的成像條件來對具有預(yù)定動(dòng)態(tài)范圍的原始圖像成像，該動(dòng)態(tài)范圍是 最小亮度與最大亮度之比；合成圖像生成部分，通過對在不同成像條件下在標(biāo)本的相同觀 察位置處成像的多個(gè)原始圖像進(jìn)行合成，來生成色調(diào)高于原始圖像色 調(diào)寬度的合成圖像數(shù)據(jù)，其中在成像條件設(shè)置部分中，根據(jù)該應(yīng)用是動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影應(yīng)用 還是分辨率增強(qiáng)攝影應(yīng)用，來設(shè)置通過對關(guān)于每個(gè)應(yīng)用的成像條件進(jìn) 行加權(quán)和結(jié)合而得到的加權(quán)成像條件，所述動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影應(yīng)用用 于生成動(dòng)態(tài)范圍比原始圖像的動(dòng)態(tài)范圍寬的合成圖像，所述分辨率增 強(qiáng)攝影應(yīng)用用于在比原始圖像的動(dòng)態(tài)范圍窄的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)從原始圖 像增強(qiáng)亮度分辨率，以依據(jù)在成像單元中成像的多個(gè)原始圖像得到合 成圖像。
13. —種放大觀察設(shè)備，能夠顯示通過根據(jù)設(shè)置的成像條件對 要被成像的標(biāo)本成像而得到的圖像，所述放大觀察設(shè)備包括成像條件設(shè)置部分，當(dāng)在成像單元中對原始圖像成像時(shí)，至少 設(shè)置曝光時(shí)間作為成像條件；成像單元，根據(jù)在成像條件設(shè)置部分中關(guān)于標(biāo)本的觀察位置設(shè) 置的成像條件來對具有預(yù)定動(dòng)態(tài)范圍的原始圖像進(jìn)行成像，該動(dòng)態(tài)范 圍是最小亮度與最大亮度之比；合成圖像生成部分，通過對在不同成像條件下在標(biāo)本的相同觀 察位置處成像的多個(gè)原始圖像進(jìn)行合成，來生成色調(diào)高于原始圖像色 調(diào)寬度的合成圖像數(shù)據(jù)，其中用于依據(jù)在成像單元中成像的多個(gè)原始圖像得到合成圖像的合 成圖像攝影模式包括用于在比原始圖像窄的動(dòng)態(tài)范圍中從原始圖像 的亮度分辨率來增強(qiáng)亮度分辨率的分辨率增強(qiáng)攝影模式。
14. 用于對放大的圖像攝影的方法，該方法包括步驟 設(shè)置包括成像單元曝光時(shí)間的成像條件； 根據(jù)成像條件在成像單元中對多個(gè)原始圖像成像； 合成多個(gè)原始圖像并生成合成圖像數(shù)據(jù)，其中 所述設(shè)置成像條件的步驟包括確定顯示在顯示單元上的圖像中是否存在飽和區(qū)域，并在存在 飽和區(qū)域時(shí)切換到動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式，在不存在飽和區(qū)域時(shí)切換 到分辨率增強(qiáng)攝影模式；和設(shè)置曝光時(shí)間，使得當(dāng)把曝光時(shí)間設(shè)置成與所選合成圖像攝影 模式對應(yīng)的成像條件時(shí)，在分辨率增強(qiáng)攝影模式下設(shè)置的曝光時(shí)間改 變量小于在動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式下設(shè)置的改變量。
15. 用于對放大的圖像攝影的方法，該方法包括步驟 設(shè)置包括成像單元曝光時(shí)間的成像條件； 根據(jù)成像條件在成像單元中對多個(gè)原始圖像成像； 合成多個(gè)原始圖像并生成合成圖像數(shù)據(jù)，其中 所述設(shè)置成像條件的步驟包括在成像單元中對多個(gè)原始圖像成像之前，確定在預(yù)先設(shè)置的臨時(shí)成像條件下所成像的多個(gè)臨時(shí)圖像中是否存在飽和區(qū)域，并在存在 飽和區(qū)域時(shí)切換到動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式，在不存在飽和區(qū)域時(shí)切換到分辨率增強(qiáng)攝影模式；和設(shè)置曝光時(shí)間，使得當(dāng)把曝光時(shí)間設(shè)置成與所選合成圖像攝影 模式對應(yīng)的成像條件時(shí)，在分辨率增強(qiáng)攝影模式下設(shè)置的曝光時(shí)間改 變量小于在動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模式下設(shè)置的改變量。
16. 用于對放大的圖像攝影的方法，該方法包括步驟 根據(jù)預(yù)先設(shè)置的多個(gè)臨時(shí)成像條件在成像單元中對多個(gè)臨時(shí)圖像成像；通過合成多個(gè)臨時(shí)圖像生成臨時(shí)合成圖像；根據(jù)臨時(shí)合成圖像來確定臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍是否大于成 像單元的動(dòng)態(tài)范圍，所述動(dòng)態(tài)范圍是最小亮度與最大亮度之比；當(dāng)臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍較大時(shí)選擇動(dòng)態(tài)范圍加寬攝影模 式，而當(dāng)臨時(shí)合成圖像的動(dòng)態(tài)范圍較小時(shí)選擇分辨率增強(qiáng)攝影模式；根據(jù)所選的合成圖像攝影模式來選擇曝光時(shí)間以對原始圖像成 像，所述原始圖像的數(shù)量大于臨時(shí)圖像的數(shù)量；根據(jù)曝光時(shí)間的設(shè)置在成像單元中對多個(gè)原始圖像成像； 通過合成多個(gè)原始圖像來生成合成圖像數(shù)據(jù)；和 把合成圖像轉(zhuǎn)換成具有適于顯示的色調(diào)寬度的低色調(diào)圖像數(shù) 據(jù)，并在顯示單元上顯示該圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于對放大圖像攝影的放大觀察設(shè)備和方法，以通用圖像文件格式保存高色調(diào)圖像以增強(qiáng)可使用性。提供了一個(gè)對具有預(yù)定動(dòng)態(tài)范圍的原始圖像進(jìn)行成像的成像單元，動(dòng)態(tài)范圍即最小亮度與最大亮度之間的比；合成圖像生成部分，通過對在不同成像條件下在相同觀察位置處成像的多個(gè)原始圖像進(jìn)行合成，來生成色調(diào)高于原始圖像色調(diào)寬度的合成圖像數(shù)據(jù)；顯示單元，顯示由成像單元成像的圖像；色調(diào)轉(zhuǎn)換部分，把由合成圖像生成部分生成的合成圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有能在顯示單元上顯示的色調(diào)寬度的低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)；色調(diào)數(shù)據(jù)保存部分，生成附有高色調(diào)數(shù)據(jù)的顯示文件，該色調(diào)數(shù)據(jù)保存部分包括了用于對用作保存低色調(diào)圖像數(shù)據(jù)的圖像文件的基礎(chǔ)的合成圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行保存的高色調(diào)圖像區(qū)域。
文檔編號(hào)G02B21/36GK101316326SQ20081009973
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者康宇范, 豬俁政寬 申請人:株式會(huì)社其恩斯