CN104349049A - 图像处理方法以及图像处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种图像处理方法以及图像处理装置，该图像处理方法包含:(a)接收至少一个输入图像；(b)从该至少一个输入图像获得深度图；以及(c)针对该至少一个输入图像的其中之一，依据该深度图执行离焦操作，来产生处理图像。通过依据深度图执行离焦操作，焦点以及离焦水平(例如景深)能够被使用者简单地调整，而不需要昂贵的镜头以及复杂的算法。因此对于使用者来说，操作更加方便，以及设置相机的电子装置的成本以及尺寸也可以降低。

Description

图像处理方法以及图像处理装置
交叉引用
依据2013年7月25日提出的申请号为61/858,587的美国专利临时申请，本申请享有优先权。上述申请的内容在此作为引用参考。
技术领域
本申请有关于一种图像处理方法以及图像处理装置，来处理至少一个输入图像来产生一个处理图像。
背景技术
随着半导体技术的发展，同一个电子装置可支持更多的功能。举例来说，移动装置(例如，手机)可配备数字图像获取设备，例如相机。因此，用户能够使用移动装置的数字图像获取设备来获取图像。移动装置能够针对获取图像提供额外的视觉效果是移动装置的长处之一。举例来说，在大部分情况下，模糊背景是凸现主要目标、摆脱背景中干扰、或者使图像更具艺术性的主要手段。这样的效果通常需要大的、昂贵的镜头，这样的镜头通常难以设置在手机中。或者可通过针对获取的图像执行后端处理来实现模糊背景。然而，传统的后端处理机制通常需要一个复杂的算法，其通常消耗大量的电量与资源。因此，需要一种新的简单有效的图像处理机制来针对获取的图像产生模糊背景。
发明内容
本发明的提供一种图像处理方法以及图像处理装置来依据至少一个输入图像的深度图(depth map)执行离焦(defocus)操作，来控制图像的离焦水平或者焦点。
依据本发明的实施例，提出一种图像处理方法，包含:(a)接收至少一个输入图像；(b)从该至少一个输入图像获得深度图；以及(c)针对该至少一个输入图像的其中之一，依据该深度图执行离焦操作，来产生处理图像。
依据本发明的另一实施例，提出一种图像处理装置，包含接收单元、深度图获得单元以及控制单元。接收单元用于接收至少一个输入图像；深度图获得单元用于从该至少一个输入图像获得深度图；控制单元用于针对该至少一个输入图像的其中之一，依据该深度图执行离焦操作，来产生处理图像。
通过依据深度图执行离焦操作，焦点以及离焦水平(例如景深(depth of field))能够被使用者简单地调整，而不需要昂贵的镜头以及复杂的算法。因此对于使用者来说，操作更加方便，以及设置相机的电子装置的成本以及尺寸也可以降低。
附图说明
图1是依据本发明第一实施例的一种图像处理方法的流程图。
图2(a)以及图2(b)描述了依据本发明第一实施例的图1所示的图像处理方法操作细节。
图2(c)是依据本发明一个实施例的深度图的举例说明的示意图。
图3是依据本发明一个实施例的具有不同的焦点以及离焦水平的输入图像，深度图，以及处理图像的举例说明的示意图。
图4(a)以及图4(b)是调整图像的焦点的举例说明的示意图。
图4(c)是与图4(a)以及图4(b)所示的图像对应的深度图的举例说明。
图5(a)以及图5(b)是调整图像的景深的举例说明的示意图。
图5(c)是与图5(a)以及图5(b)所示的图像对应的深度图的举例说明。
图6是依据本发明的另一实施例的图像处理装置的方框示意图。
图7至图10是依据本发明不同实施例用于产生2D图像的示意图。
具体实施方式
图1是依据本发明第一实施例的一种图像处理方法的流程图。如图1所示，图像处理方法包含以下步骤:
步骤101：接收至少一个输入图像。
步骤103：从至少一个输入图像获得深度图。
步骤105：针对该至少一个输入图像的其中之一，依据该深度图，来产生一个处理图像。
在步骤101中，输入图像可以是同一个图像获取设备或者不同的图像获取设备得到的至少两个2D图像。可替换的，输入图像可以是3D图像。
在步骤103中，如果输入图像是2D图像，深度图可通过计算两个2D图像之间的视差(disparity)获得。当输入图像是3D图像，深度图可从3D图像提取，其中3D图像已经具有深度信息(depthinformation)，或者3D图像从两个2D图像(即左眼图像以及右眼图像)获得，或者3D图像是自一个2D图像用2D-至-3D转换方法获得。
在步骤105中，如果输入图像是2D图像，针对多个2D图像中的其中之一执行依据深度图的离焦操作。可替换的，如果输入图像是3D图像，针对3D图像执行依据深度图的离焦操作。
图1所示的方法更进一步包含参考运动信息来获得深度图。举例来说，如果图像处理方法应用至一个电子装置，例如手机。图1所示的方法可用来计算来自运动传感器的运动信息，例如运动传感器是陀螺(gyro)、G传感器(G-sensor)或者GPS，以及运动信息可进一步被电子装置用来作为参考以获得深度图。由于电子装置的运动影响深度图的获得。该步骤是进一步来获得更精确的深度图。
图2(a)以及图2(b)描述了依据本发明第一实施例的图1所示的图像处理方法操作细节。在图2(a)中，输入图像是两个2D图像Img1以及Img2，分别可视为左眼图像以及右眼图像。在图2(b)，输入图像是一个初始的3D图像Imgt，其已经包含了深度信息。如图2(a)所示，深度图DP是通过针对2D图像Img1、Img2执行深度估计(depthestimation)来获得。针对2D图像Img1以及Img2其中之一执行依据深度图DP的离焦操作产生处理图像Imgp，本实施例中，该处理图像Imgp也是2D图像。在图2(b)中，深度图DP是从初始的3D图像Imgt中提取，以及针对初始的3D图像Imgt执行依据深度图DP的离焦操作来产生处理图像Imgpt，该处理图像Imgpt是3D图像。2D图像Img1、Img2可以通过不同的方法来获取，以下将详细描述。
深度图是指示图像中多个目标之间的距离的灰度(grey scale)图像。通过参考深度图，在将2D图像转换为3D图像时，人眼的视差可被估计以及模拟，从而产生3D图像。请参考图2(c)，其提供了深度图的举例说明。图2(c)中的深度图显示亮度与距相机的距离成比例。距离较近的表面颜色较浅，以及距离较远的表面颜色较深,此颜色深浅只是表示法，并不只限于此种表示图例，用近深远浅或彩色图也可以。在图2(a)中，深度图是用来产生2D处理图像Imgp，而不是用来产生3D图像。
图2(a)与图2(b)中的操作可通过多种方式来实现。举例来说，深度曲线(depth cue)，Z缓冲器(Z-buffer)，图层信息(graphic layerinformation)可用来从2D图像产生深度图。此外，从3D图像提取深度图的操作可通过从至少2个视角(view)的立体匹配(stereo matching)来获得，或者可从初始源提取深度图(例如，使用2D图像与依据2D图像的深度图来产生初始3D图像)。然而，需注意图2(a)与图2(b)中所示的操作并不局限于以上述方法来执行。
图3是依据本发明一个实施例的具有不同的焦点以及离焦水平的输入图像，深度图，以及处理图像的举例说明的示意图。需注意在图3中，以两个2D图像Img1以及Img2来举例说明，但上述规则也可应用至如上所述的初始3D图像。如图3所示，2D图像Img1，Img2包含目标Ob1、Ob2、Ob3。与2D图像Img1相比较，2D图像Img2中的目标Ob1、Ob2、Ob3是移动的(在图3中以对照虚线来表示)。移动量(双眼视差)Ob1>Ob3>Ob2。通过这样的方式，可产生深度图DP。在深度图DP中，如果颜色较深，则表明目标距离一个特定的平面(即用户观看图像的平面)较远。处理图像Imgp1、Imgp2以及Imgp3分别具有不同的焦点以及离焦水平。数字0、1、2、3指示不同的离焦水平。0是最清楚，以及3是最模糊。因此，对于处理图像Imgp1来说，如果目标Ob3是需要聚焦的并且被设置为焦点(离焦水平0)，目标Ob1以及Ob2相比较目标Ob3更模糊(离焦水平1)，以及背景是最模糊(离焦水平2)。对于处理图像Imgp2来说，如果目标Ob2是需要聚焦的并且被设置为焦点(离焦水平0)，目标Ob3以及背景相比较目标Ob2更模糊(离焦水平1)，以及目标Ob1是最模糊(离焦水平2)。对于处理图像Imgp3来说，如果目标Ob1是需要聚焦的并且被设置为焦点(离焦水平0)，目标Ob3相比较目标Ob1更模糊(离焦水平1)，目标Ob2相比较目标Ob3更模糊(离焦水平2)，以及背景是最模糊(离焦水平3)。
通过上述步骤，依据深度图产生处理图像，可以得到调整图像的焦点或者离焦水平的效果。图4(a)以及图4(b)是调整图像的焦点的举例说明的示意图。图4(c)是与图4(a)以及图4(b)所示的图像对应的深度图。图4(a)以及图4(b)依据深度图以及焦点设置信号来执行离焦操作，以产生处理图像。在图4(a)中，焦点设定为“远”(在图4(a)中以图像上方的原点来表示)，因此图像中判断为远的目标是清楚的，但图像中判断为近的目标聚焦为模糊。换言之，在图4(a)中焦点所在位置对应深度图中颜色较深的区域，在图4(a)中对应的深度图中颜色较深区域的目标是清楚的，但对应深度图中颜色较浅区域的目标是模糊的。相反地，在图4(b)中，焦点设定为“近”(在图4(b)中以图像下方的原点来表示)，因此图像中判断为近的目标是清楚的，但图像中判断为远的目标聚焦为模糊。换言之，在图4(b)中焦点所在位置对应深度图中颜色较浅的区域，在图4(b)中对应的深度图中颜色较浅区域的目标是清楚的，但对应深度图中颜色较深区域的目标是模糊的。图5(a)以及图5(b)是调整图像的景深(depth of field)的举例说明的示意图。图5(c)是与图5(a)以及图5(b)所示的图像对应的深度图。图5(a)以及图5(b)依据深度图以及离焦水平设置信号来执行离焦操作，以产生处理图像。在图5(a)中，景深设定为“短”，因此图像中的一些目标是清楚地，而另外一些目标是模糊的。即图5(a)中对应的深度图中颜色较浅区域的目标是清楚的，但对应深度图中颜色较深区域的目标是模糊的。相反，在图5(b)中，景深设定为“长”，因此图像中的所有目标是清楚的。即图5(b)中对应的深度图中所有区域的目标是清楚的。由于景深与图像离焦水平相关，图5(a)以及图5(b)中的举例说明可视为一个调整图像的离焦水平的例子。
由于用户能够通过调整图4(a)以及图4(b)、图5(a)以及图5(b)中的调整杆B或者用户如图4(a)以及图4(b)所示的点选焦点位置来调整图像的焦点或者景深，可视为用户能够通过调整杆B或点选焦点位置设定一个焦点设置信号或者离焦水平设置信号。因此，图1中所示的方法进一步包含:接收离焦水平设置信号来决定处理图像的离焦水平。在这种情况下，图1中的步骤105依据深度图以及焦点设置信号执行离焦操作，来产生处理图像。更进一步，图1所示的方法更包含:接收离焦水平设置信号来决定处理图像的离焦水平。在这种情况下，图1中的步骤105依据深度图以及离焦水平设置信号执行离焦操作，来产生处理图像。需注意的是用户并不局限于通过图4(a)以及图4(b)、图5(a)以及图5(b)所示的调整杆B来控制焦点或者离焦水平。举例来说，用户可直接通过触摸屏接触图像中一点，来决定图像的焦点。
图6是依据本发明的另一实施例的图像处理装置的方框示意图。使用两个2D图像Img1以及Img2来举例说明，但其他数目的2D图像或者3D图像也应用至图像处理装置600。如图6所示，图像处理装置600包含图像获取单元601，接收单元603，校正单元(rectification unit)605，深度图获得单元607，控制单元609以及运动计算单元611。在此实施例中，图像获取单元601获取2D图像Img1与Img2，接着将2D图像Img1与Img2传送至接收单元603，以作为输入图像。然而，需注意的是，图像获取单元601可从图像处理装置600中省略以及接收单元603能够从其他的来源接收图像。举例来说，接收单元603从存储装置、其他的电子装置或者网络接收初始的3D图像或者2D图像。校正单元605调整2D图像Img1，Img2中至少一个，从而保证2D图像Img1以及Img2具有相同的水平基准(horizontal level)，来产生校正的2D图像Img1’以及Img2’，从而精确地产生深度图。然而，如果2D图像Img1以及Img2不需要精确地对准，则能够省略校正单元605。在这样的情况下，深度图获得单元607以及控制单元609接收2D图像Img1以及Img2，而并非接收校正的2D图像Img1’以及Img2’。
深度图获得单元607从至少一个输入图像获得深度图DP以及传输深度图DP至控制单元609。控制单元609针对2D图像Img1以及Img2(或者校正的2D图像Img1’以及Img2’)执行依据深度图DP的离焦操作，来产生处理图像Imgp。运动计算单元611针对图像处理装置600所在的电子装置计算运动信息MI。深度图获得单元607参考运动信息MI来获得深度图DP。然而，控制单元609能够不参考运动信息MI来产生深度图DP，从而深度图获得单元607能够从图像处理装置600中移除。此外，控制单元609接收用户控制信号USC，其包含了图4(a)、图4(b)以及图5(a)、图5(b)中描述的焦点设置信号或者离焦水平设置信号。用户控制信号USC能够通过用户界面613(例如触摸屏或者键盘，但不局限于触摸屏或者键盘)产生。
图7至图10是依据本发明不同实施例用于产生2D图像的示意图。需注意的是，上述实施例并不限制本申请的范围。2D图像可通过除了图7-图10所示的其他方式获得。
在图7以及图8所示的实施例中，具有单镜头L的图像获取设备(例如摄像机)设置在手机M上。手机M可以被其他的任意的电子装置所取代。在图7的实施例中，手机M在位置P1通过镜头L获取第一2D图像，接着经过一个平移，移动一个距离D，从而移动到一个新位置P2。之后，手机M在位置P2获得第二2D图像，其中图7所示的两个2D图像具有不同的视角以及可能据此引入较佳的视差效果(disparity effect).
在图8所示的实施例中，手机M在位置P1通过镜头L获取第一2D图像，接着用户逆时针方向翻转手机M一个角度θ至位置P2。之后，手机M在位置P2获得第二2D图像。与图7相比较，图8所示的两个2D图像具有相对相似的视角以及可据此引入不同的视差效果。
在图9所示的实施例中，相机C具有两个镜头L1以及L2。通过镜头L1以及L2，相机C能够分别通过镜头L1以及L2获取第一2D图像以及第二2D图像。在图10所示的实施例中，镜头L1以及L2分别设置在两个不同的相机C1以及C2中，而并非设置在同一个相机中。相机控制器CC控制相机C1以及C2分别通过镜头L1获取第一2D图像以及通过镜头L2获取第二2D图像。需注意的是图9以及图10中所示的相机也可被其他的图像获取设备取代。
在如上所述的多个实施例的基础上可以看出，通过依据深度图执行离焦操作，焦点以及离焦水平(例如景深)能够被使用者调整，而不需要昂贵的镜头以及复杂的算法。同时，可以使用具有单镜头的相机来获取用于产生深度图的2D图像，因此对于使用者来说，操作更加方便，以及设置相机的电子装置的成本以及尺寸也可以降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (22)

1.一种图像处理方法，包含:
(a)接收至少一个输入图像；
(b)从该至少一个输入图像获得深度图；以及
(c)针对该至少一个输入图像的其中之一，依据该深度图执行离焦操作，来产生处理图像。
2.如权利要求1所述的图像处理方法，更包含:
(d)获取第一2D图像作为该至少一个输入图像其中之一；以及
(e)获取第二2D图像作为该至少一个输入图像其中之一；
其中步骤(b)从该第一2D图像以及该第二2D图像获得该深度图。
3.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，步骤(c)针对该第一2D图像以及该第二2D图像其中之一执行该离焦操作，来产生该处理图像。
4.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，
步骤(d)通过图像获取设备的镜头获取该第一2D图像；以及
步骤(e)移动该图像获取设备来通过该镜头获取第二2D图像。
5.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，
步骤(d)通过图像获取设备的第一镜头获取该第一2D图像；以及
步骤(e)通过该图像获取设备的第二镜头获取该第二2D图像。
6.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，
步骤(d)通过第一图像获取设备获取该第一2D图像；以及
步骤(e)通过第二图像获取设备获取该第二2D图像。
7.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，进一步包含:
接收初始的3D图像作为该至少一个输入图像；
其中步骤(b)从该初始的3D图像获得该深度图。
8.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，该图像处理方法应用至电子装置，其中步骤(b)包含计算该电子装置的运动信息，以及参考该运动信息获得该深度图。
9.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，进一步包含:
接收焦点设置信号来决定该处理图像的焦点；
其中步骤(c)依据该深度图以及该焦点设置信号来执行该离焦操作，以产生该处理图像。
10.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，进一步包含:
接收离焦水平设置信号来决定该处理图像的离焦水平；
其中步骤(c)依据该深度图以及该离焦水平设置信号来执行该离焦操作，以产生该处理图像。
11.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，步骤(c)进一步包含依据该深度图决定该至少一个输入图像的其中之一的多个目标的多个离焦水平，以及依据该多个目标的该多个离焦水平来执行该离焦操作。
12.一种图像处理装置，包含:
接收单元，用于接收至少一个输入图像；
深度图获得单元，用于从该至少一个输入图像获得深度图；以及
控制单元，用于针对该至少一个输入图像的其中之一，依据该深度图执行离焦操作，来产生处理图像。
13.如权利要求12所述的图像处理装置，其特征在于，更包含图像获取单元，用于获取第一2D图像作为该至少一个输入图像其中之一，以及获取第二2D图像作为该至少一个输入图像其中之一；其中该深度图获得单元依据该第一2D图像以及该第二2D图像获得该深度图。
14.如权利要求13所述的图像处理装置，其特征在于，该控制单元针对该第一2D图像以及该第二2D图像其中之一执行该离焦操作，来产生该处理图像。
15.如权利要求13所述的图像处理装置，其特征在于，该图像获取单元包含具有镜头的图像获取设备，其中该图像获取单元获取通过该图像获取设备的该镜头获取该第一2D图像，以及如果该图像获取设备移动，通过该镜头获取该第二2D图像。
16.如权利要求13所述的图像处理装置，其特征在于，该图像获取单元包含具有第一镜头以及第二镜头的图像获取设备；其中该图像获取单元通过该图像获取设备的该第一镜头获取该第一2D图像；其中该图像获取单元通过该图像获取设备的该第二镜头获取该第二2D图像。
17.如权利要求13所述的图像处理装置，其特征在于，该图像获取单元包含第一图像获取设备以及第二图像获取设备；其中该图像获取单元通过该第一图像获取设备获取该第一2D图像，以及通过该第二图像获取设备获取该第二2D图像。
18.如权利要求12所述的图像处理装置，其特征在于，该接收单元接收初始的3D图像作为该至少一个输入图像；其中该深度图获得单元从该初始的3D图像获得该深度图。
19.如权利要求12所述的图像处理装置，其特征在于，该图像处理装置设置在电子装置中，其中该图像处理装置包含运动计算单元，用来计算该电子装置的运动信息，其中该深度图获得单元参考该运动信息来产生该深度图。
20.如权利要求12所述的图像处理装置，其特征在于，该控制单元接收焦点设置信号来决定该处理图像的焦点；其中该控制单元依据该深度图以及该焦点设置信号来执行该离焦操作，以产生该处理图像。
21.如权利要求12所述的图像处理装置，其特征在于，该控制单元接收离焦水平设置信号来决定该处理图像的离焦水平；其中该控制单元依据该深度图以及该离焦水平设置信号来执行该离焦操作，以产生该处理图像。
22.如权利要求12所述的图像处理装置，其特征在于，该控制单元进一步依据该深度图决定该至少一个输入图像的其中之一的多个目标的多个离焦水平，以及依据该多个目标的该多个离焦水平来执行该离焦操作。
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