CN101221341A - 景深构图设定方法 - Google Patents

Abstract

一种景深构图设定方法，利用被拍摄影像的前景与背景间的距离产生一背景的拍摄效果，其中所使用的方法是先在影像拍摄装置的屏幕上进行选择一主体物与一参考物，并决定主体物为清晰而参考物为模糊的影像，在较佳实施例中，可以一触控式屏幕的影像拍摄装置进行点选。经对焦后，分别对主体物与参考物计算距离，以其间距估计一景深，并借以决定要拍摄的光圈值，最后配合其它曝光的设定进行拍摄。

Description

景深构图设定方法

技术领域

本发明涉及一种景深构图设定方法，特别是指利用主体物与参考物的设定估计景深，并计算一光圈值的拍摄方法。

背景技术

在进行拍摄影像时，光圈(aperture)的大小选择除了影响曝光外，更影响被摄物与背景间的景深(depth of field)，景深，简单的说就是当操作相机完成对焦后，景物在底片或CCD(电荷耦合装置感应器)/CMOS(互补式金氧半导体感应器)感光元件上呈现完全清楚的距离范围，亦可说为焦点前后清楚的范围，是一段距离的度量，在这段距离内的物体都应该是清楚的，除了光圈大小会影响景深深浅外，其它因素更如同镜头焦距(focus)的长短与摄影距离的远近。

景深、光圈、焦距与物距(object distance)的关系包括(1)光圈愈大而景深愈浅；(2)焦距愈长(如望远镜头)而景深愈浅；(3)物距(镜头和主体间的距离)愈近而景深愈浅；反之，(1)光圈愈小而景深愈深；(2)焦距愈短(如微距镜头)而景深愈深；(3)物距(镜头和主体间的距离)愈远而景深愈深。

如图1所示的景深示意图，其中镜片10代表相机中的镜头，经过对焦过程，被拍摄物***于对焦点f所处的平面14，与镜片10相距一距离，即为物距s，由被拍摄物体反射/发出的光线通过镜片10循着聚焦的原理经过透镜投射至另一边的焦点f’所在的焦点平面12上，焦点平面12与镜片10的距离即为像距s’，此即为传统底片或是设置如CCD/CMOS等感光元件的位置，形成清楚影像。光线在焦点f’前后开始聚集和扩散，影像会产生一个模糊的范围。相对于焦点平面12上的现象，被拍摄物体在另一边的对焦点f前后一个距离内所产生的影像仍然有一段清晰范围，形成前景深d1与后景深d2，d1与d2的和就是景深d。换言之，被拍摄物体的前后景深范围内，呈现在底片/CCD/CMOS上的影像都在一个清晰的范围内。

所以，摄影者于拍摄时除考虑快门、光圈的调整外，仍需要考虑景深所造成的影响，如需要决定在相机观景窗(View Finder)中的影像哪一个为需要清晰的主体、哪一个为要模糊的参考体。然而，就部分有景深预览功能的数字相机而论，景深预览功能需通过观景窗观看，而观景窗较小，观看时会变暗(因为光圈反映进光量)，且不易判别。

除了一般快门优先(shutter priority)与光圈优先(aperture priority)的拍摄模式以外，公知技术更有如美国专利第5,532,782号所揭示以景深作为优先考虑的拍摄模式(Camera having a depth priority operationmode)，利用景深去计算光圈值的技术，可使所要摄取的画面中的不同距离的物体都能落于相机景深之中，也就是配合对焦的技术，在所计算的光圈之下使多个物体都能呈现清晰的影像。

如图2所示，其中标示有物体a与物体b，在相机20上一般是以按下一半快门键来控制镜头对焦，并可计算出所对焦的物体的距离，同时计算出所需光量。程序上是先对物体a进行对焦、计算距离，再对画面中另一物体b进行对焦与计算距离，相机将这些信息纪录起来。接着借分析散焦(defocus)的现象判断哪一个物体为近物，接着以物体a与物体b都要落于一个景深内来计算一个最小的光圈值(1/A，A为2，2.8，4，5.6，8，11，16等)，最后以调整此光圈值进行拍摄。

针对景深的控制，公知技术再如美国专利第6,801,717号所揭示利用使用者接口标记功能控制景深的方法与装置(Method and apparatusfor controlling the depth of field using multiple user interface markers)，先进行选取两不同物体，并在两物体间对焦，之后调整光圈设定去调整景深的技术。其揭示一种让使用者可标记撷取的画面中的物体以控制其中焦距与光圈的数字相机，如先标记画面中的第一个物体，之后焦距就会放在该物体上，再标记第二个物体，接着也对第二个物体对焦，之后即可借调整光圈来设定包括两个物体的景深。

发明内容

不同于公知技术，本发明景深构图设定方法所揭示的技术借标记屏幕上物体，让焦点放在主体上，而所标记的参考物设定为模糊，显示一种利用景深设定所产生的拍摄效果。

而本发明实施例中，针对景深构图设定的方法步骤包括先对主体物对焦，并计算主体物的物距，再对参考物进行对焦，并计算参考物的物距，此时可轻易得出该主体物与参考物的间距，之后根据间距估计一景深，再借以计算一光圈值，光圈值并非能满足所有的状况，故需依据实际状况与限制判断该光圈值是否适当，若不适当，则再估计另一景深，并重新计算另一光圈；若此光圈值适当，则进行拍摄。

换句话说，本发明提供一种景深构图设定方法，所述的方法包括：在一影像拍摄装置的屏幕上进行选择一主体物与一参考物；经对焦后，分别对该主体物与该参考物计算距离；依该主体物与该参考物的相对距离，估计一景深，并决定光圈值，以使该主体物为清晰状态，而该参考物为模糊状态；以及进行拍摄。

本发明还提供一种景深构图设定方法，所述的方法包括：选择一主体物与一参考物；进行对焦，并计算该主体物与该参考物的物距；得出该主体物与该参考物的一间距；根据该间距估计一景深；选定一光圈值；判断在该光圈值时，该主体物是否为清晰状态，且该参考物是否为模糊状态；若是，则进行拍摄；若否，则重新进行对焦，并重新选定另一光圈值。

综上所述，本发明为一种景深构图设定方法，先撷取画面中选定的清晰范围与模糊范围，以两者之间距判断所需的景深，并计算出相对的光圈以进行拍摄，以达到前景清晰与背景模糊的拍摄效果。

附图说明

图1为公知技术的景深示意图；

图2为公知技术景深设定示意图；

图3所示为影像拍摄装置机身设定示意图；

图4为本发明景深设定示意图；

图5为本发明主要流程图；

图6为本发明景深构图设定方法实施例流程图；及

图7为本发明景深构图设定方法实施例流程图。

主要元件附图标记说明

镜片10

对焦点f

平面14

物距s

焦点f’

焦点平面12

像距s’

前景深d1

后景深d2

景深d

物体a

物体b

相机20

影像拍摄装置30

主体物307

参考物308

设定键304

快门键301

控制键302

屏幕303

主体物距D1

参考物距D2

物体间距D

具体实施方式

景深在拍摄时可以产生将前景与背景区隔出来的效果，光圈是最直接影响景深大小的因素，故一般可利用调整光圈的方式达到想要的景深效果，除了光圈之外，更有镜头焦距的长短与摄影距离的远近可以造成不同的景深效果。

一般来说，景深可通过控制光圈、焦距、拍摄距离等三项参数来决定，而景深与光圈值大约成正比，光圈值越大(光圈孔径越小)，景深也就越大，比如光圈值16就比光圈值4的景深约大了4倍；而景深与拍摄距离的平方成正比，距离越远，景深越大，而且是以平方比例增长，比如16米处的景深就比4米处大16倍；景深与镜头焦距的平方成反比，焦距越小，景深越大，而且是以平方比例增长，比如50mm镜头的景深就比100mm镜头大4倍。

然而，本发明提供一种景深构图设定方法，借助主动设定景深大小的方式，反推算出应有的光圈大小，配合相机本身的限制，如光圈大小的限制，得出一个适当的光圈进行拍摄。

请参阅图3所示的影像拍摄装置机身设定示意图，本发明的较佳实施例特别使用触控式屏幕的影像拍摄装置，即用以预览拍摄画面的观景触控式屏幕(touch screen)，让使用者决定主体物与参考物，其它实施例更可使用具有上下左右等方向控制的方向控制键控制光标(如附图中的控制键302)作为选择主体物与参考物的方式。本发明为了要在画面中产生景深的效果，可使用图中屏幕303触控功能，在所撷取的画面中点选一个主体物(如附图主体物307)，点选此主体物为点选一特定范围的区域，是要清晰呈现的前景；与点选一个参考物(如附图参考物308)，点选此参考物亦为所点选位置附近的一特定范围的区域，是要造成模糊效果的背景。两个物体需占据画面中一个特定范围，点选时即于影像拍摄装置30(如数字相机)中的内存(未显示于图中)记录起来。

按下附图中的快门键301即进行拍摄，更有实施例借半按快门键301来执行对焦(focusing)的工作。本发明的较佳实施例中，于点选主体物307与参考物308后，欲进行拍摄时，利用半按下快门键301的动作分别对主体物307与参考物308进行对焦的动作，于按下快门键301那一瞬间即利用实时计算的光圈进行拍摄，产生清晰的主体物307与模糊的参考物308，两物体效果相反亦可。影像拍摄装置30上的设定键304则可进行光圈以外的其它拍摄参数的设定。

请参阅图4所示本发明景深设定示意图，当使用者在影像拍摄装置30上的触控式屏幕(上述元件303)上设定，或是利用方向控制键(上述元件302)选择画面中需要清晰呈现的主体物307，与利用不在焦点上(defocus)且不在景深范围内的拍摄方式造成模糊效果的参考物308。此例中，主体物307位于距离影像拍摄装置30较近的位置，参考物308位于距离影像拍摄装置30较远的位置。

上图中，于决定主体物307后，即进行影像拍摄装置30的对焦动作，为使影像能清楚呈现于影像拍摄装置30中的影像传感器(CCD或CMOS)上，此时镜头中镜片(无显示于图中)被驱动进行对焦，因为理想光学中球面镜的成像公式为1/p+1/q＝1/f，其中p为物距、q为像距、f为焦距，一旦对焦完成，即得知焦距f，像距q为影像传感器与球面镜的距离亦为可知，故可轻易得知物距p，即为图中主体物距D1。同理，于决定参考物308后，由影像拍摄装置30的对焦动作可得知参考物距D2，相减后物体间距D为两者之差的绝对值，此例为D＝D2-D1。

因为要产生模糊背景的效果，此物体间距D于本发明中即须大于影像拍摄装置30所能提供的景深，即，景深的估计要小于此物体间距D，让参考物308落于景深之外，而能得到模糊影像。然而，根据拍摄环境与影像拍摄装置30机构上的限制，可能会有模糊程度不一致的状况，甚至因为景深要求过短而无法达成参考物308模糊的效果，这些特殊情况受限于硬件与物理现象，并非本发明所要解决的课题。

最后配合由物体间距D推算出来的光圈值与其它影像拍摄装置30设定进行拍摄。

本发明所揭示的景深构图设定统用于影像拍摄装置中，借估计景深来推算光圈值进行拍摄，欲达到一个背景模糊的拍摄效果，其中硬件概述如下：利用镜头驱动单元驱动影像拍摄装置的镜头(包括必要的镜片组)，经对焦后将通过镜头撷取影像，再利用影像感测单元(如装载于影像拍摄装置的电荷耦合装置感应器(CCD)或互补式金氧半导体感应器(CMOS))，撷取影像，并转换为数字信号，本发明所应用的影像至少包括有主体物与参考物，的后应显示于影像拍摄装置所配置的液晶显示器(LCD)上，其较佳实施例可为一触控屏幕。于拍摄过程中将利用记忆单元暂存(buffer)由影像感测单元所撷取的影像，并记忆所选择的主体物与参考物所占据的范围，因为主体物或参考物应占据画面中的特定范围，才能进行对焦与距离计算，于拍摄后可储存经影像拍摄装置所拍摄的影像。

于本发明的较佳实施例中，上述主体物与参考物的选择方法除可借助触控屏幕选择外，亦可利用拍摄装置本身的方向键控制屏幕的光标进行选择。并于选择主体物与参考物后，于显示屏幕上分别产生针对主体物与参考物的标记信息，此标记信息可为不同的标记符号或不同的颜色，以分别所选择的主体物与参考物，并于内存暂存此标记信息。

再者，上述的影像拍摄装置包括有处理各数据与信号的中央处理单元，可为一芯片所达成，接收由影像感测单元转换影像的数字信号，并显示于液晶显示器，影像将暂存或记忆于记忆单元中，而其中所执行的功能更包括：将选择的一或一个以上的主体物与参考物的标记信息记忆于记忆单元，其中选择的方式包括利用触控方式直接在液晶显示器上进行物体的选择，或利用方向键控制光标的方式进行物体的选择；中央处理单元更分别对主体物与参考物对焦后，利用成像公式分别计算主体物与参考物的物距，之后再计算主体物与参考物的间距；再由主体物与参考物的间距估计景深；并由景深计算出光圈值进行拍摄。

本发明的较佳实施例将上述距离计算、景深估计与光圈计算等数值计算功能由设置于影像拍摄装置中的韧体(firmware)达成。

如图5所示的主要步骤，于影像拍摄装置上的屏幕进行选择主体物与参考物，本发明的较佳实施例利用一具有触控式屏幕的影像拍摄装置进行点选画面中的主体物与参考物，通常于一触控式液晶屏幕(LCD)上操作，此时，本发明的较佳实施例于进行选择主体物与参考物后，将于显示屏幕上分别产生针对主体物与参考物的标记信息，可以符号或颜色区分所选择的主体物与参考物，标记信息将暂存于内存中，为步骤S501，借助半按快门键对焦，影像拍摄装置中的统程序将依所选取的物体进行计算，并求出个别的距离，为步骤S503，再依主体物与参考物的相对位置距离，估计出景深，并决定所需的光圈大小，以使该主体物为清晰状态，而该参考物为模糊状态，另外更可再决定其它相对参数，如由曝光值(EV)、白平衡(White balance)演算出来的各种参数，为步骤S505，最后进行拍摄，为步骤S507。

本发明的较佳实施例流程请参阅图6所示的景深构图设定方法流程图。

开始时，控制影像拍摄装置撷取欲拍摄的画面，并显示于影像拍摄装置的屏幕上，利用触控式屏幕或是方向键决定至少一个主体物与参考物，为步骤S601，接着，可利用半按快门键或是其它达到同样效果的方式分别对主体物与参考物对焦，对焦的手段为依据公知技术可以达成，为步骤S603。并于对焦时影像拍摄装置利用成像公式分别计算主体物与参考物距离影像拍摄装置的距离，并进一步得出主体物与参考物的间距，为步骤S605，再以此估计此实施例的景深，本发明所需的景深应小于主体物与参考物的间距，为步骤S607。

之后由估计的景深计算出相对的光圈值，为步骤S609，除了光圈值以外，拍摄前更需设定其它参数，包括配合曝光值(EV)的参数，如感光度(ISO)、快门、白平衡或其它拍摄模式，为步骤S611，最后进行拍摄、储存图档，为步骤S613。

图7显示本发明的较佳实施例流程。

在决定所要撷取的画面时，利用影像拍摄装置上的触控屏幕决定主体物与参考物所在的范围，并产生主体物与参考物的标记信息，标记信息可为不同的标记符号或不同的颜色，并借一内存暂存此标记信息，同时可决定主体物为清晰的影像，而参考物为模糊的影像，为步骤S701，接着可先针对所选择的主体物对焦，为步骤S703，并以成像原理计算主体物距离影像拍摄装置的物距，为步骤S705；再接着针对所选择的参考物进行对焦，为步骤S707，再以成像原理计算参考物距离影像拍摄装置的物距，为步骤S709。之后，能轻易得出主体物与参考物的间距，为步骤S711，并以此间距估计此实施例的景深，为步骤S713，景深需小于该间距，且须配合所使用的影像拍摄装置的光圈选择，景深应有一个范围，再依据估计的景深选定一光圈值，为步骤S715，之后依据影像拍摄装置本身光圈范围的限制判断光圈是否适当？此步骤判断在步骤S715所选定的光圈值的情况下，该主体物是否为清晰状态，且该参考物是否为模糊状态？为步骤S717，若不适当(否)，重新进行对焦，并回到步骤S713，重新估计景深，并如步骤S715重新选定另一光圈值，再进行步骤S717判断光圈是否适当？

若为是，表示所选定的光圈值为适当，再配合设定各拍摄需要的参数，为步骤S719，进行拍摄，为步骤S721。

综上所述，本发明为一种景深构图设定方法，先撷取画面中选定的清晰范围与模糊范围，以两者之间距判断所需的景深，并计算出相对的光圈以进行拍摄，以达到前景清晰与背景模糊的拍摄效果。

但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的保护范围，因此凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变化，均同理包含于本发明的保护范围之内，特此说明。

Claims (10)

1.一种景深构图设定方法，其特征在于所述的方法包括：

在一影像拍摄装置的屏幕上进行选择一主体物与一参考物；

经对焦后，分别对该主体物与该参考物计算距离；

依该主体物与该参考物的相对距离，估计一景深，并决定一光圈值，以使该主体物为清晰状态，而该参考物为模糊状态；以及

进行拍摄。

2.如权利要求1所述的景深构图设定方法，其特征在于所述的主体物与该参考物的选择为利用该具有一触控式屏幕的影像拍摄装置进行点选或利用该影像拍摄装置上的方向键控制光标进行点选。

3.如权利要求1所述的景深构图设定方法，其特征在于，进行选择该主体物与该参考物后，分别产生不同的标记符号或不同的颜色的至少一标记信息，以分别该主体物与该参考物。

4.如权利要求1所述的景深构图设定方法，其特征在于拍摄之前须决定由一曝光值演算出来的各种参数。

5.如权利要求1所述的景深构图设定方法，其特征在于，经对焦后，利用一成像公式以分别对该主体物与该参考物计算距离。

6.一种景深构图设定方法，其特征在于所述的方法包括：

选择一主体物与一参考物；

进行对焦，并计算该主体物与该参考物的物距；

得出该主体物与该参考物的一间距；

根据该间距估计一景深；

选定一光圈值；

判断在该光圈值时，该主体物是否为清晰状态，且该参考物是否为模糊状态；

若是，则进行拍摄；

若否，则重新进行对焦，并重新选定另一光圈值。

7.如权利要求6所述的景深构图设定方法，其特征在于所述的主体物与该参考物的选择为利用该具有一触控式屏幕的影像拍摄装置达成或利用该影像拍摄装置上的方向键控制光标达成。

8.如权利要求6所述的景深构图设定方法，其特征在于，进行选择该主体物与该参考物后，产生分别产生不同的标记符号或不同的颜色的至少一标记信息，以分别该主体物与该参考物。

9.如权利要求6所述的景深构图设定方法，其特征在于所述的景深小于该主体物与该参考物的间距。

10.如权利要求6所述的景深构图设定方法，其特征在于，在进行对焦时，利用一成像公式分别计算该主体物与该参考物的物距。

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