CN102811309A - 产生浅景深图像的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种产生浅景深图像的方法及装置，此方法包括下列步骤。依据第一光圈值对被摄主体进行拍摄，藉以产生第一光圈值图像。并依据第二光圈值对此被摄主体进行拍摄，藉以产生第二光圈值图像。其中，第二光圈值大于第一光圈值。此外，分析第一光圈值图像与第二光圈值图像，以获得图像差值。另外，若判断此图像差值大于临界值，则对第一光圈值图像进行图像处理以获得浅景深图像。

Description

产生浅景深图像的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种图像处理方法及装置，尤其涉及一种产生浅景深图像的方法及装置。

背景技术

图1是已知相机镜头对被摄主体平面进行对焦的示意图。请参照图1，相机镜头10对着被摄主体平面20对焦时，当被摄主体平面20在焦点平面30成像达到最清晰画面后，相机镜头10与被摄主体平面20之间的距离为摄影距离Y，而相机镜头10与焦点平面30之间的距离为镜头焦点距离(焦距)y。在使用相机拍摄图像时，为了突显所拍摄图像中的主题，一般会采用所谓浅景深的拍摄技巧，也就是在小于摄影距离Y之内的物件皆可清楚成像，然而在此摄影距离Y之外的物件则逐渐模糊。

然而，一般相机镜头所能制造出的浅景深效果相当有限，若要获得较佳的浅景深效果，则需对同一场景以不同焦距进行一系列的连拍，分别找出每个像素点在各图像中最清晰的位置，进而利用焦距与景深的关系，来推出图像中各像素点的相对景深，然而此方法所需的处理时间冗长，且消耗的储存空间很大，不利于商品化。

若是对同一场景以不同焦距拍摄2至3张图像，也就是说，利用少数几张图像来推得各像素点相对景深的关系，虽然可稍微减少处理时间，但其结果易受图像噪点影响，导致处理后的图像产生景深不连续或是不够自然的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种产生浅景深图像的方法，可判别两种不同光圈值所拍摄的图像内容的相对景深，藉此保留图像主体的清晰度而强化图像非主体部分的模糊程度。

本发明提供一种产生浅景深图像的装置，可利用不同光圈值对同一场景进行拍摄，进行图像处理后可保留图像主体的清晰度而强化图像非主体部分的模糊程度。

从一观点来看，本发明提出一种产生浅景深图像的方法，此方法包括下列步骤。依据第一光圈值对被摄主体进行拍摄，藉以产生第一光圈值图像。并依据第二光圈值对此被摄主体进行拍摄，藉以产生第二光圈值图像，其中，第二光圈值大于第一光圈值。此外，分析第一光圈值图像与第二光圈值图像，以获得图像差值。另外，若判断此图像差值大于临界值，则对第一光圈值图像进行图像处理以获得浅景深图像。

在本发明的一实施例中，所述的依据第一光圈值对被摄主体进行拍摄，藉以产生第一光圈值图像的步骤包括依据第一光圈值对此被摄主体进行对焦后拍摄，并获得此第一光圈值图像。并且于第一光圈值图像中选取包括此被摄主体的一清晰区域。

在本发明的一实施例中，所述的依据第二光圈值对此被摄主体进行拍摄，藉以产生第二光圈值图像的步骤之后，还包括利用此清晰区域以计算第二光圈值图像的几何转换参数。并依据此几何转换参数对第二光圈值图像进行几何转换，以获得转换后的第二光圈值图像。

在本发明的一实施例中，其中若判断图像差值大于临界值，则对第一光圈值图像进行图像处理以产生浅景深图像的步骤包括下列步骤。若判断图像差值大于临界值，则对第一光圈值图像与转换后的第二光圈值图像进行平滑化处理，藉以获得相对景深图。并且对此相对景深图进行模糊化处理以产生模糊化图像。再将此模糊化图像与第一光圈值图像进行平均化处理，藉以获得该浅景深图像。

在本发明的一实施例中，所述的平滑化处理采用图像内插方法。

在本发明的一实施例中，所述的产生浅景深图像的方法还包括若判断此图像差值不大于临界值，则直接输出第一光圈值图像。

从另一观点来看，本发明提出一种产生浅景深图像的装置，其包括图像获取模组以及处理模组。图像获取模组分别依据第一光圈值及第二光圈值对被摄主体进行拍摄，藉以分别产生第一光圈值图像及第二光圈值图像。其中，第二光圈值大于第一光圈值。处理模组耦接至图像获取模组，分析第一光圈值图像与第二光圈值图像，藉以获得图像差值。处理模组若判断此图像差值大于临界值，则对第一光圈值图像进行图像处理以产生浅景深图像。

在本发明的一实施例中，所述的图像获取模组依据第一光圈值对被摄主体进行对焦后拍摄，并产生第一光圈值图像。

在本发明的一实施例中，所述的处理模组对图像获取模组所产生的第一光圈值图像中选取包括被摄主体的清晰区域。

在本发明的一实施例中，所述的产生浅景深图像的装置还包括几何转换单元。几何转换单元耦接至处理模组，几何转换单元利用此清晰区域以计算第二光圈值图像的几何转换参数，并利用几何转换参数对第二光圈值图像进行几何转换，以产生转换后的第二光圈值图像。

在本发明的一实施例中，所述的处理模组包括平滑化处理单元以及模糊化处理单元。处理模组若判断此图像差值大于临界值，则处理模组控制平滑化处理单元对第一光圈值图像与转换后的第二光圈值图像进行平滑化处理，以获得相对景深图。模糊化处理单元对相对景深图进行模糊化处理以产生模糊化图像，其中，处理模组将模糊化图像与第一光圈值图像进行平均化处理，藉以产生浅景深图像。

在本发明的一实施例中，所述的处理模组若判断图像差值不大于临界值，则直接输出第一光圈值图像。

基于上述，本发明所提供的产生浅景深图像的方法及装置，藉由光圈大小的不同造成图像景深的不同的特性，对同一场景以不同光圈值进行拍摄，并且比较图像间的差异，藉此判别图像内容的相对景深，当图像差值够大时，便可进行图像合成以保留图像主体的清晰度而强化非主体的模糊程度；当图像差值偏低时，则可直接输出大光圈所拍摄的图像。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是已知相机镜头对被摄主体平面进行对焦的示意图。

图2是依照本发明的一实施例所示的产生浅景深图像的装置方框图。

图3是依照本发明的一实施例所示的产生浅景深图像的方法流程图。

图4是依照本发明的另一实施例所示的产生浅景深图像的装置方框图。

图5是依照本发明的另一实施例所示的产生浅景深图像的方法流程图。

附图标记：

10：相机镜头

20：被摄主体平面

30：焦点平面

200、400：产生浅景深图像的装置

210、410：图像获取模组

220、420：处理模组

422：平滑化处理单元

424：模糊化处理单元

430：几何转换单元

Y：摄影距离

y：镜头焦点距离

S310～S340：本发明的一实施例的产生浅景深图像的方法的各步骤

S510～S580：本发明的另一实施例的产生浅景深图像的方法的各步骤

具体实施方式

本发明提出一种利用景深与光圈大小的关系来合成浅景深图像的方法。先以大光圈对近距离的物件进行对焦后拍摄，然后约略框出图像中的清晰区域，接着改以较小光圈拍摄第二张图像，对两张图像进行分析，利用此两张图像间的差值大小来代表被摄主体区域与其他背景区域的相对景深，并根据此图像差值决定是否进行浅景深图像合成。为了使本发明的内容更为明了，以下列举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。

图2是依照本发明的一实施例所示的产生浅景深图像的装置方框图。请参照图2，本实施例的产生浅景深图像的装置200例如是数码相机、摄影机或具备相机功能的智能型手机等等，产生浅景深图像的装置200包括图像获取模组210以及处理模组220。其功能分述如下：

图像获取模组210包括镜头、感光元件以及光圈。镜头例如是标准镜头、广角镜头、变焦镜头等。感光元件例如是电荷耦合元件(ChargeCoupled Device，CCD)、互补性氧化金属半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，CMOS)元件或其他元件，镜头与感光元件或其组合在此皆不设限。

光圈指的是一组制作在镜头里面可以活动的叶片，藉由控制叶片开合的大小，就可以控制光线在一定时间内，进入图像获取模组210内光量的多寡。此开孔会随着镜头上的光圈值(本领域普通技术人员亦称为f值)做调节而开大或缩小。常见的f值有：f1.4、f2、f2.8、f4、f5.6、f8、f11、f16、f22、f32。在此需注意的是，f值愈小则光圈开孔愈大，进光量愈多；f值愈大则光圈开孔愈小，进光量愈少。据此，本实施例中所述的“大光圈”是指f值较小的光圈值。本实施例的图像获取模组210主要利用两种不同光圈值来对同一场景进行拍摄，藉以产生第一及第二光圈值图像。

处理模组220例如是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可编程的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、可编程控制器、特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可编程逻辑装置(Programmable Logic Device，PLD)或其他类似装置，处理模组220耦接至图像获取模组210，用以对图像获取模组210所接收的第一及第二光圈值图像进行分析处理，藉以产生浅景深图像。

图3是依照本发明的一实施例所示的产生浅景深图像的方法流程图。请参照图3，本实施例的方法适用于图2的产生浅景深图像的装置200，以下即搭配图2中的各项元件说明本实施例产生浅景深图像的方法的详细步骤：

首先在步骤S310中，图像获取模组210依据第一光圈值对被摄主体进行对焦后拍摄，藉以产生第一光圈值图像。接着，在步骤S320中，图像获取模组210依据第二光圈值并且不改变其他条件(例如焦距、快门或摄影距离等)的情况下，对此被摄主体进行拍摄，藉以产生第二光圈值图像。其中，第二光圈值大于第一光圈值，也就是说，第一光圈值图像的进光量大于第二光圈值。因此，在相同条件下，以不同光圈所拍摄的画面结果有所不同。光圈愈大(f值愈小)，景物清楚的范围就会愈小，背景就愈模糊，拍摄的主体较有立体感，主题也更为明确。

更详细地说，当我们以大光圈对被摄主体进行对焦后拍摄，被摄主体所在的平面(如图1所示的被摄主体平面20，请配合参照图1)附近的物件会是清晰的，若不改变其他条件的情况下，仅改以较小光圈对同一场景进行拍摄，除了被摄主体所在的平面附近的物件是清晰的以外，距离被摄主体所在的平面较远的物件亦为清晰的。如此一来，藉由比较两张不同光圈值所拍摄的图像，便可判别出图像中何处是近距离物件，何处是远距离物件。

接下来在步骤S330中，处理模组220便是根据上述观点对第一及第二光圈值图像进行分析，以获得图像差值。其方法例如是计算第一及第二光圈值图像中的每个像素点的灰阶值之差，还可辅以图像边缘检测演算法藉以分辨出被摄主体区域与其他背景区域的差别。若图像差值偏低，代表整张图像中的各物件与被摄主体所在的对焦平面的距离不远，因此以两种不同光圈值所拍摄出来的图像皆为清晰的。若图像差值较大，代表整张图像中的各物件与被摄主体所在的对焦平面的距离较远。

因此，在步骤S340中，处理模组220若判断此图像差值大于临界值，则对第一光圈值图像进行图像处理以获得浅景深图像。其中，临界值可由处理模组220依照目前的拍摄模式自动选定或是由使用者依照拍摄环境自由设定，在此不设限。图像处理是对背景区域(距离被摄主体所在的对焦平面较远的各物件)进行模糊强化，以达到突显主题，使被摄主体较有立体感的效果。

在此须说明的是，第一光圈值与第二光圈值的比例与所使用的镜头特性以及摄影距离(如图1所示的摄影距离Y)有关，因此第一光圈值与第二光圈值的比例须根据产生浅景深图像的装置200的镜头特性以及不同的摄影距离事先做调校，而后实际拍摄时，方可根据镜头与被摄主体之间的距离来调整适合的第一光圈值与第二光圈值进行拍摄，因此，第一光圈值与第二光圈值并非固定不变，可由使用者依据实际拍摄情况做调整。

以下另举一实施例来对本发明进行说明。图4是依照本发明的另一实施例所示的产生浅景深图像的装置方框图。请参照图4，本实施例的产生浅景深图像的装置400包括图像获取模组410、处理模组420以及几何转换单元430。图4所示的产生浅景深图像的装置400与图2所示的产生浅景深图像的装置200大致相似，故以下仅就两者不同之处进行说明。

处理模组420包括平滑化处理单元422以及模糊化处理单元424。平滑化处理单元422例如是采用图像内插方法，用以对两张图像进行一平滑化处理。模糊化处理单元424例如是采用空间滤波器(spatialfilter)、线性滤波器(linear filter)、非线性滤波器(non-linearfilter)或模糊化滤波器(blur filter)等，用以对图像进行模糊化。几何转换单元430耦接至处理模组420，其采用仿射矩阵(affinetransformation matrix)执行位移量校正，而可将两张不同图像的起始像素点校正至相同位置。

图5是依照本发明的另一实施例所示的产生浅景深图像的方法流程图。请同时配合参照图4与图5。

图像获取模组410依据第一光圈值对被摄主体进行拍摄，藉以产生第一光圈值图像。处理模组420接着在第一光圈值图像中选取包括此被摄主体的一清晰区域，也就是被摄主体所在的平面的对焦区域，在此对焦区域的图像画面为清晰的图像(步骤S510)。图像获取模组410接着依据第二光圈值对此被摄主体进行拍摄，藉以产生第二光圈值图像，其中，第二光圈值大于第一光圈值(步骤S520)。

几何转换单元430利用仿射矩阵(affine transformation matrix)对此清晰区域计算出几何转换参数(步骤S530)，并利用此几何转换参数对第二光圈值图像进行几何转换，使得转换后的第二光圈值图像的清晰区域的起始像素点位置相同于第一光圈值图像的清晰区域的起始像素点位置(步骤S540)。处理模组420分析第一光圈值图像与转换后的第二光圈值图像，以获得图像差值(步骤S550)，接着处理模组420判断此图像差值是否大于临界值(步骤S560)。

若此图像差值大于临界值，则对第一光圈值图像进行图像处理以获得强化背景模糊的浅景深图像(步骤S570)。举例而言，处理模组420可控制平滑化处理单元422对第一光圈值图像与转换后的第二光圈值图像进行内插，以获得相对景深图。详细地说，由于图像差值够大，代表第一光圈值图像的景深较深，第二光圈值图像的景深较浅，因此采用内插的平滑化处理后可产生景深较连续的相对景深图。接着可利用模糊化处理单元424对相对景深图进行模糊化处理以产生一模糊化图像，其中，模糊化程度可为使用者事先预定。最后，处理模组420便将此模糊化图像与第一光圈值图像的各像素点进行平均化处理(例如是加权平均等)。据此，可产生保持被摄主体区域的清晰而强化模糊其他背景区域的浅景深图像。

然而，回到步骤560，若判断此图像差值不大于临界值，表示被摄主体以外的各物件及其他背景区域的位置，皆靠近被摄主体所在的平面，也就是说，以第一及第二两种不同光圈值所拍摄出来的图像差距不大，皆为清晰的图像，即无法合成强化背景模糊的浅景深图像，因此可直接输出第一光圈值图像(步骤S580)。在一实施例中，当处理模组420判断图像差值不大于临界值，即可显示一提示画面于产生浅景深图像的装置400的屏幕(未示出)，藉以提示使用者目前拍摄的场景不适合进行浅景深图像的合成，因此，使用者可另外寻找长景深的场景进行拍摄。据此，产生浅景深图像的装置400可省下不必要的计算，缩短其处理时间。在另一实施例中，若使用者以现有的图像获取模组410所能提供的最大光圈及最小光圈进行拍摄的图像，其图像差值无法大于临界值，也就是不足以判断相对景深时，可辅以改变镜头焦点距离(焦距)之后进行拍摄，以产生图像差值较大的两张图像，然而镜头焦点距离与摄影距离亦有直接的关系，因此镜头焦点距离的调校也须依实际拍摄情况做调整，才能拍出图像差值大于临界值的两张图像。

综上所述，本发明的产生浅景深图像的方法及装置，只需具有大小两种不同光圈所拍摄的两张图像，即可合成出较佳浅景深效果的图像，计算简单且一般消费型相机即可达成。并不需要如高档相机所配备的昂贵的变焦镜头进行一系列的连拍，才能计算并产生浅景深图像。此外，本发明的方法及装置在两张图像的图像差值偏低，不适合进行浅景深图像的合成时，还可事先提示使用者另寻较适合的场景拍摄，藉此省下运算处理时间。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，当可作些许更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种产生浅景深图像的方法，该方法包括下列步骤：

依据一第一光圈值对一被摄主体进行拍摄，藉以产生一第一光圈值图像；

依据一第二光圈值对该被摄主体进行拍摄，藉以产生一第二光圈值图像，其中该第二光圈值大于该第一光圈值；

分析该第一光圈值图像与该第二光圈值图像，以获得一图像差值；以及

若判断该图像差值大于一临界值，则对该第一光圈值图像进行一图像处理以获得一浅景深图像。

2.根据权利要求1所述的产生浅景深图像的方法，其中在依据该第一光圈值对该被摄主体进行拍摄，藉以产生该第一光圈值图像的步骤，包括：

依据该第一光圈值对该被摄主体进行对焦后拍摄，并获得该第一光圈值图像；以及

于该第一光圈值图像中选取包括该被摄主体的一清晰区域。

3.根据权利要求2所述的产生浅景深图像的方法，其中在依据该第二光圈值对该被摄主体进行拍摄，藉以产生该第二光圈值图像的步骤之后，还包括：

利用该清晰区域以计算该第二光圈值图像的一几何转换参数；以及

依据该几何转换参数对该第二光圈值图像进行几何转换，以获得转换后的该第二光圈值图像。

4.根据权利要求3所述的产生浅景深图像的方法，其中若判断该图像差值大于该临界值，则对该第一光圈值图像进行该图像处理以产生该浅景深图像的步骤包括：

若判断该图像差值大于该临界值，对该第一光圈值图像与转换后的该第二光圈值图像进行一平滑化处理，以获得一相对景深图；

对该相对景深图进行一模糊化处理以产生一模糊化图像；以及

将该模糊化图像与该第一光圈值图像进行一平均化处理，藉以获得该浅景深图像。

5.根据权利要求4所述的产生浅景深图像的方法，其中该平滑化处理采用一图像内插方法。

6.根据权利要求1所述的产生浅景深图像的方法，其中还包括：

若判断该图像差值不大于该临界值，则直接输出该第一光圈值图像。

7.一种产生浅景深图像的装置，包括：

一图像获取模组，分别依据一第一光圈值及一第二光圈值对一被摄主体进行拍摄，藉以分别产生一第一光圈值图像及一第二光圈值图像，其中，该第二光圈值大于该第一光圈值；

一处理模组，耦接至该图像获取模组，分析该第一光圈值图像与该第二光圈值图像，以获得一图像差值，若判断该图像差值大于一临界值，则对该第一光圈值图像进行一图像处理以产生一浅景深图像。

8.根据权利要求7所述的产生浅景深图像的装置，其中该图像获取模组依据该第一光圈值对该被摄主体进行对焦后拍摄，并产生该第一光圈值图像。

9.根据权利要求8所述的产生浅景深图像的装置，其中：

该处理模组对该图像获取模组所产生的该第一光圈值图像中选取包括该被摄主体的一清晰区域。

10.根据权利要求9所述的产生浅景深图像的装置，其中还包括：

一几何转换单元，耦接至该处理模组，该几何转换单元利用该清晰区域以计算该第二光圈值图像的一几何转换参数，并利用该几何转换参数对该第二光圈值图像进行几何转换，以产生转换后的该第二光圈值图像。

11.根据权利要求10所述的产生浅景深图像的装置，其中该处理模组包括：

一平滑化处理单元，该处理模组若判断该图像差值大于该临界值，则该处理模组控制该平滑化处理单元对该第一光圈值图像与转换后的该第二光圈值图像进行一平滑化处理，以获得一相对景深图；以及

一模糊化处理单元，对该相对景深图进行一模糊化处理以产生一模糊化图像，

其中，该处理模组将该模糊化图像与该第一光圈值图像进行一平均化处理，藉以产生该浅景深图像。

12.根据权利要求7所述的产生浅景深图像的装置，其中：

该处理模组若判断该图像差值不大于该临界值，则直接输出该第一光圈值图像。

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