CN104052933A - 动态范围模式的判定方法及其图像获取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态范围模式的判定方法及其图像获取装置。此方法包括下列步骤。先获取来源图像。并分析来源图像的亮暗程度，以决定来源图像的多个过曝区域与曝光不足区域。再依据权重图来计算过曝区域的一过曝估测值与曝光不足区域的一曝光不足估测值。并且将过曝估测值与曝光不足估测值与一或多个临界值进行比较，据以判断适于图像获取装置使用的动态范围模式。

Description

动态范围模式的判定方法及其图像获取装置

技术领域

本发明是有关于一种动态范围模式的判定方法及其图像获取装置。

背景技术

所谓“动态范围”，是指画面中的最大亮度值与最小亮度值的范围或比值。对于摄影而言，动态范围又可分为“相机的动态范围”和“场景的动态范围”。其中，相机的动态范围是指感光元件所能接受亮度变化的范围。场景的动态范围是指拍摄场景中的亮度差异范围，也就是画面中最亮区域和最暗区域的差异。

当场景的动态范围大于相机的动态范围时，代表拍摄场景中有极端的亮部与暗部，超出了感光元件所能记录的色阶，因此照片中会出现全黑或全白的区块。举例来说，在室内同时拍摄人像以及窗外景色、拍摄阳光下的树及树荫等，由于此类拍摄场景的明暗差异极大，明显降低图像品质。

为了克服上述缺陷，部分相机提供高动态范围模式，也就是通过图像处理技术，使得处理后图像的动态范围大于一般相机获取的单一图像所提供的动态范围。然而，相机是否使用高动态范围成像模式必须由相机使用者自行基于拍摄经验来进行设定。也就是说，相机使用者必须通过人眼判别目前的拍摄场景是否适合使用高动态范围成像模式进行拍摄，或使用一般模式进行拍摄。然而，大多数使用者常因缺乏经验或判断错误而无法正确使用高动态范围模式来拍出较佳图像。

发明内容

本发明提供一种动态范围模式的判定方法及其图像获取装置，可自动检测目前拍摄场景的变化，进而适应性选择并切换动态范围(Dynamic Range，DR)模式。

本发明的一种动态范围模式的判定方法，适用于进行视频处理(videoprocessing)的图像获取装置。此判定方法包括下列步骤。先获取来源图像。并分析来源图像的亮暗程度，以决定来源图像的过曝(overexposure)区域与曝光不足(underexposure)区域。再依据权重图(weighting map)来计算过曝区域的一过曝估测值与曝光不足区域的一曝光不足估测值。并且将过曝估测值与曝光不足估测值与一或多个临界值进行比较，据以判断适于图像获取装置使用的动态范围模式。

在本发明的一实施例中，上述的图像获取装置所能使用的动态范围模式包括正常动态范围(Normal DR，NDR)模式、宽动态范围(Wide DR，WDR)模式、高动态范围(High DR，HDR)模式以及超高动态范围(Ultra High DR，UHDR)模式。

在本发明的一实施例中，上述分析来源图像的亮暗程度，以决定过曝区域与曝光不足区域的步骤包括：分割来源图像为多个区块；分别计算各个区块的亮度平均值；以及依据各个亮度平均值来分别判断各个区块是否属于过曝区域或曝光不足区域。

在本发明的一实施例中，上述在计算过曝估测值与曝光不足估测值的步骤之前还包括设定权重图的多个权重设定值。其中，各个权重设定值分别对应至来源图像的各个区块。

在本发明的一实施例中，上述依据权重图来计算过曝区域的过曝估测值与曝光不足区域的曝光不足估测值的步骤包括：将过曝区域所对应的权重设定值进行运算以获得过曝估测值；并将曝光不足区域所对应的权重设定值进行运算以获得曝光不足估测值。

在本发明的一实施例中，上述的判定方法还包括对来源图像执行人脸检测(face detection)，以判断来源图像是否存在一或多个人脸区域。若是，则提高人脸区域所属区块对应的权重设定值。

在本发明的一实施例中，上述将过曝估测值与曝光不足估测值与至少一临界值进行比较，据以判断适于图像获取装置使用的动态范围模式的步骤包括：相加过曝估测值与曝光不足估测值，以获得估测值总和；并将估测值总和与第一、第二及第三临界值进行比较，据以判断适于图像获取装置使用的动态范围模式。

在本发明的一实施例中，上述的判定方法还包括控制图像获取装置自动切换至适合使用的动态范围模式。

本发明的一种图像获取装置，适于进行视频处理，其包括图像传感器、存储器以及处理器。其中，图像传感器用以获取来源图像。存储器用以储存来源图像以及权重图。处理器用以分析来源图像的亮暗程度，以决定来源图像的过曝区域与曝光不足区域，并依据权重图来计算过曝区域的过曝估测值与曝光不足区域的曝光不足估测值，再将过曝估测值与曝光不足估测值与一或多个临界值进行比较，据以判断适于图像获取装置使用的动态范围模式。

基于上述，本发明所提供的动态范围模式的判定方法及其图像获取装置，可通过检测一来源图像的亮暗比例来判断目前拍摄场景的变化，进而适应性选择并自动切换适于图像获取装置使用的动态范围模式。

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是依照本发明一实施例示出的一种图像获取装置的方块图；

图2是依照本发明一实施例示出的动态范围模式的判定方法流程图；

图3是依照本发明一实施例示出的动态范围模式的转换示意图；

图4是依照本发明另一实施例示出的动态范围模式的判定方法流程图；

图5A是依照本发明另一实施例示出的过曝区域与曝光不足区域的示意图；

图5B是依照本发明另一实施例示出的权重图示意图。

附图标记说明：

100：图像获取装置；

110：图像传感器；

120：存储器；

130：处理器；

b1～b25：区块；

W1～W25：权重设定值；

N：曝光正常区域；

O：过曝区域；

U：曝光不足区域；

S210～S240：一实施例的动态范围模式的判定方法的各步骤；

S401～S425：另一实施例的动态范围模式的判定方法的各步骤。

具体实施方式

本发明所提供的图像获取装置除了适于获取单张静态图像之外，也适合在进行视频处理(例如是录影)时，自动检测目前拍摄场景的变化，进而适应性选择并切换动态范围(Dynamic Range，DR)模式。图1是依照本发明一实施例示出的一种图像获取装置的方块图。本实施例的图像获取装置100例如是数码相机、数码单眼(Digital Single Lens Reflex，DSLR)相机、数码摄影机(Digital Video Camcorder，DVC)等，或是其他具有图像/视频获取功能的智能手机或平板电脑等等，不限于上述。

请参照图1，图像获取装置100至少包括图像传感器110、存储器120以及处理器130。图像传感器110包括镜头以及CCD/CMOS感光元件等，而可用以获取图像。存储器120可为任意形式的固定式或可移动式随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、快闪存储器(Flash memory)或其他类似元件，而可用以储存来源图像及数据。处理器130依据来源图像进行自动场景检测(scene detection)，依据环境亮度判断目前适合使用的动态范围模式。

其中，本实施例的图像获取装置100所能使用的动态范围模式包括正常动态范围(Normal DR，NDR)模式、宽动态范围(Wide DR，WDR)模式、高动态范围(High DR，HDR)模式以及超高动态范围(Ultra High DR，UHDR)模式。由于动态范围为最大亮度值与最小亮度值的比值，因此并无单位。在本实施例中，图像获取装置100所使用的NDR模式大约可记录8～9级的动态范围；WDR模式大约可记录10～11级的动态范围；HDR模式大约可记录12～13级的动态范围；UHDR模式大约可记录大于13级以上的动态范围。上述仅为一种范例实施例，动态范围模式的分类方法并不限于上述。

图2是依照本发明一实施例示出的动态范围模式的判定方法流程图。本实施例的方法适用于图1的图像获取装置100，以下即配合图像获取装置100中的各部件说明本实施例判定方法的详细步骤：

步骤S210，图像传感器110获取来源图像，并将来源图像储存于存储器120。接着，步骤S220，处理器130分析来源图像的亮暗程度，以决定来源图像的过曝(overexposure)区域与曝光不足(underexposure)区域。

步骤S230，处理器130再依据权重图(weighting map)来计算过曝区域的一过曝估测值与曝光不足区域的一曝光不足估测值。由于对于使用者来说，对于所拍摄的图像通常可分为前景与背景，前景常为使用者在意的主体部份，因此，权重图例如是根据来源图像的前景区域与背景区域来给予不同的权重设定值。再将过曝区域对应的权重设定值进行运算，以获得过曝估测值。类似地，将曝光不足区域对应的权重设定值进行运算，则可获得曝光不足估测值。

步骤S240，处理器130将过曝估测值与曝光不足估测值与一或多个临界值进行比较，据以判断目前适于图像获取装置100使用的动态范围模式。其中，临界值可由本领域具通常知识者依据实际应用情况做预先的设定，在此不限制其范围。简单来说，当处理器130判断过曝估测值与曝光不足估测值过大，代表目前拍摄场景中的亮暗差异范围过大，可能超出了图像传感器110的感光元件所能记录的色阶。因此必须转换图像获取装置100所使用的动态范围模式。

图3是依照本发明一实施例示出的动态范围模式的转换示意图。请参照图3，当场景动态范围较低(即，拍摄场景的亮暗差异范围较小)时，则使用NDR模式即可。当场景动态范围逐渐变高(即，拍摄场景的亮暗差异范围逐渐增加)，则可渐进式地调整动态范围模式为WDR模式、HDR模式及UHDR模式。

由于图像传感器110的感光元件所能记录的动态范围为固定。因此，若要增加输出图像的动态范围，势必采用图像处理方法来达成。举例来说，本实施例的WDR模式例如可获取单张图像，通过处理器130中的图像处理模组来调整伽码曲线，也就是通过将图像暗部调亮并将过曝区域调暗后再输出处理后图像。

然而，利用单张图像进行后处理的方法所能调整的范围有限，因此，若场景动态范围持续增加，超出WDR模式所能处理的范围，则改为使用HDR模式及UHDR模式。

本实施例所使用的HDR模式及UHDR模式，例如采用多重曝光技术，也就是控制图像传感器110在不同曝光或不同光圈下多次拍摄同一场景，并将获取的多张图像合并为兼顾亮部与暗部细节的单一处理后图像。更详细地说，本实施例的HDR模式的视频处理速度为每秒拍摄60张图像(或称为画面)并且每秒输出30张图像。其中，奇数张图像例如为短曝光拍摄，偶数张图像例如为长曝光拍摄。也就是说，以短曝光、长曝光的方式进行交错拍摄，并且每两张图像合成一张输出图像。本实施例的UHDR模式的视频处理速度为每秒拍摄30张图像并且每秒输出30/15张图像。同样以短曝光、长曝光的方式进行交错拍摄，并且每两张图像合成一张输出图像。UHDR模式与HDR模式不同的地方在于UHDR模式的曝光时间可提高为HDR模式的2倍，因此可具有更多暗部细节数据。

为了使本发明的内容更为明了，以下再举一实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。

图4是依照本发明另一实施例示出的动态范围模式的判定方法流程图。其中，图4是图2的动态范围模式的判定方法的一种详细实施方式。

请参照图4，首先，获取来源图像，其中来源图像的尺寸为P*Q，P、Q为正整数(步骤S401)。接着，将来源图像分割为多个区块(步骤S403)。每一区块的尺寸例如为N*N，其中N为2的倍数，N＜P且N＜Q。

接下来，分别计算每一个区块的亮度平均值(步骤S405)。也就是对于每一个区块，计算该区块内的所有像素的亮度平均值。然后，便可依据各个亮度平均值来分别判断各个区块是否属于过曝区域或曝光不足区域(步骤S407)。举例来说，若来源图像是以256色阶(8个位元)来呈现，若区块的亮度平均值为251～256则记录为过曝区域O；若区块的亮度平均值为1～10则记录为曝光不足区域U。图5A是依照本发明另一实施例示出的过曝区域与曝光不足区域的示意图。请参照图5A，假设来源图像具有25个区块，分别标示为b1～b25。其中，区块b1、b2、b19、b20、b24、b25标示为“U”，代表其为曝光不足区域；区块b3、b4、b7～b9、b12～b13、b16～b17标示为“O”，代表其为过曝区域；其余标示为“N”的区块则为曝光正常区域。

步骤S409，设定权重图的多个权重设定值。其中，每一权重设定值分别对应至来源图像的每一区块。举例来说，图5B是依照本发明另一实施例示出的权重图示意图。请参照图5B，权重图共具有25个权重设定值，分别标示为W1～W25。其中，权重设定值W1是对应至图5A的所示的区块b1，权重设定值W1的数值例如设定为1；权重设定值W2是对应至图5A的所示的区块b2，权重设定值W2的数值例如设定为1；依此类推。由图5B所示的权重图可知：越接近图像中心的权重设定值越高；反之，越接近图像周围的权重设定值越低。此种权重设定值设定方法是因为图像中心大多为前景或是使用者在意的主体区域，因此提高其权重设定值所占比例。

在另一实施例中，权重设定值的设定方法还包括可对来源图像执行人脸检测(face detection)，以判断来源图像是否存在人脸区域。若是，则可另外提高人脸区域所属区块对应的权重设定值。

需说明的是，权重图并不限于以图5B所示的形式体现，其也可储存为表格或其他形式而事先储存于图像获取装置的存储器(例如是图1的存储器120)中，且对应不同的拍摄场景可以有多种不同形态的权重图，因此可由本领域具通常知识者依据实际拍摄场景选取适合的权重图。

权重图设定完成后，便可接续步骤S411，依据权重图来计算过曝区域的过曝估测值与曝光不足区域的曝光不足估测值。将过曝区域所对应的权重设定值进行运算以获得过曝估测值；并将曝光不足区域所对应的权重设定值进行运算以获得曝光不足估测值。在一实施例中，可将过曝区域所对应的权重设定值进行相加，以获得过曝估测值；并将曝光不足区域所对应的权重设定值进行相加以获得曝光不足估测值。以图5A与图5B为例做说明，过曝估测值为17，曝光不足估测值为7。相加过曝估测值与曝光不足估测值便可获得一估测值总和。

在步骤S413，判断该估测值总和是否在第一临界值TH1与第二临界值TH2之间。若是，则适于图像获取装置使用的操作模式即为WDR模式(步骤S415)。若否，则接续步骤S417。

在步骤S417，判断估测值总和是否在第二临界值TH2与第三临界值TH3之间。若是，则适于图像获取装置使用的操作模式即为HDR模式(步骤S419)。若否，则接续步骤S421。

步骤S421，判断估测值总和是否大于第三临界值TH3。若是，则适于图像获取装置使用的操作模式即为UHDR模式(步骤S423)。若否，则接续步骤S425，适于图像获取装置使用的操作模式即为NDR模式。上述的第一、第二以及第三临界值TH1、TH2以及TH3的设定会随权重设定值的数值不同而有所变动，因此可由本领域具通常知识者依据实际应用情况做设定，在此不加以限制。

须说明的是，当图像获取装置进行实时(real-time)视频处理时，仍适合使用图2或图4所示的方法流程来进行检测判断。因为本发明仅利用一张来源图像进行检测，便可判断适合使用的动态范围模式，具有复杂度低且运算速度快的优点，因此符合实时性的时间要求。另外，本发明虽可针对视频中的每一画面(frame)进行检测并判断动态范围模式，但在一实施例中，图像获取装置例如可设定当连续M(M为正整数)张画面都判断为相同的动态范围模式后，才进行切换。如此一来，可避免动态范围模式的切换过于频繁而影响图像获取装置的处理效率。

综上所述，本发明所提供的图像获取装置在进行视频处理时，可通过检测一来源图像的亮暗比例来判断目前拍摄场景的动态范围变化，进而适应性选择并自动切换适于图像获取装置使用的动态范围模式。据此，可省去使用者通过人眼判别拍摄场景变化并且手动调整动态范围模式的麻烦及困扰。此外，本发明所提供的动态范围模式的判定方法具有复杂度低且运算速度快的优点，因此符合视频处理的实时性要求。

虽然本发明已举出实施例如上，但是其并不是用来限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后面的权利要求书所界定的为准。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种动态范围模式的判定方法，适用于进行一视频处理的一图像获取装置，其特征在于，该判定方法包括：

获取一来源图像；

分析该来源图像的亮暗程度，以决定该来源图像的多个过曝区域与曝光不足区域；

依据一权重图来计算该些过曝区域的一过曝估测值与该些曝光不足区域的一曝光不足估测值；以及

将该过曝估测值与该曝光不足估测值与至少一临界值进行比较，据以判断适于该图像获取装置使用的一动态范围模式。

2.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，该图像获取装置所能使用的该动态范围模式包括正常动态范围模式、宽动态范围模式、高动态范围模式以及超高动态范围模式。

3.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，分析该来源图像的亮暗程度，以决定该些过曝区域与曝光不足区域的步骤包括：

分割该来源图像为多个区块；

分别计算各该区块的一亮度平均值；以及

依据各该亮度平均值来分别判断各该区块是否属于该过曝区域或该曝光不足区域。

4.根据权利要求3所述的判定方法，其特征在于，在计算该过曝估测值与该曝光不足估测值的步骤之前，还包括：

设定该权重图的多个权重设定值，其中各该权重设定值分别对应至该来源图像的各该区块。

5.根据权利要求4所述的判定方法，其特征在于，依据该权重图来计算该些过曝区域的该过曝估测值与该些曝光不足区域的该曝光不足估测值的步骤包括：

将该些过曝区域所对应的该些权重设定值进行运算以获得该过曝估测值，并将该些曝光不足区域所对应的该些权重设定值进行运算以获得该曝光不足估测值。

6.根据权利要求4所述的判定方法，其特征在于，还包括：

对该来源图像执行一人脸检测，以判断该来源图像是否存在至少一人脸区域；以及

若是，提高该人脸区域所属区块对应的该权重设定值。

7.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，将该过曝估测值与该曝光不足估测值与该至少一临界值进行比较，据以判断适于该图像获取装置使用的该动态范围模式的步骤包括：

相加该过曝估测值与该曝光不足估测值，以获得一估测值总和；以及

将该估测值总和与一第一、第二及第三临界值进行比较，据以判断适于该图像获取装置使用的该动态范围模式。

8.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，在判断适于该图像获取装置使用的该动态范围模式的步骤之后，还包括：

控制该图像获取装置自动切换至适合使用的该动态范围模式。

9.一种图像获取装置，适于进行一视频处理，其特征在于，包括：

一图像传感器，获取一来源图像；

一存储器，储存该来源图像以及一权重图；

一处理器，分析该来源图像的亮暗程度，以决定该来源图像的多个过曝区域与曝光不足区域，并依据该权重图来计算该些过曝区域的一过曝估测值与该些曝光不足区域的一曝光不足估测值，将该过曝估测值与该曝光不足估测值与至少一临界值进行比较，据以判断适于该图像获取装置使用的一动态范围模式。

10.根据权利要求9所述的图像获取装置，其特征在于，

该图像获取装置的操作模式包括正常动态范围模式、宽动态范围模式、高动态范围模式以及超高动态范围模式。