CN104867125B - 获取图像的方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种获取图像的方法以及装置。本发明能够对不同景深的拍摄对象进行多聚焦的拍摄及处理，得到清晰程度高的图像。本发明的方法包括：根据接收的需聚焦区域选择指令，记录多个需聚焦区域；对每个需聚焦区域计算焦平面对比度，然后根据焦平面对比度进行自动聚焦，得到多个需聚焦焦距；参考多个需聚焦焦距进行拍摄，得到多个拍摄图像；按照相同的网格划分方式，将每个拍摄图像划分为多个子图像；对每个网格区域对应的多个子图像分别计算子图像对比度；对同一个网格区域对应的多个子图像，选择出子图像对比度最高者作为该网格区域对应的融合子图像；将所有网格区域对应的融合子图像进行拼接，得到融合结果图像。
Description
技术领域
本发明涉及计算机视觉领域，特别一种获取图像的方法以及装置。
背景技术
现有的手机在拍照过程中，通常每次只能采一次景，成一次像，仅有一个焦距值。当需要拍摄多排人员合影时，又或者需要拍摄层次较明显的建筑物/风景时，必然有一些人或物不位于焦平面上，从而导致这些景深不同的人或者物无法在同一个焦平面上清晰地成像，拍摄得到的照片质量不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种获取图像的方法以及装置，能够对不同景深的拍摄对象进行多聚焦的拍摄及处理，得到高质量的图像。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种获取图像的方法。
本发明的获取图像的方法，包括：根据接收的需聚焦区域选择指令，记录多个需聚焦区域；对每个所述需聚焦区域计算焦平面对比度，然后根据所述焦平面对比度进行自动聚焦，得到多个需聚焦焦距；将所述多个需聚焦焦距进行排序，得到焦距原始序列；对所述焦距原始序列中的元素进行简并操作，得到焦距简并序列；在所述焦距简并序列中的各个焦距值下进行多次成像，得到多个拍摄图像；按照相同的网格划分方式，将每个所述拍摄图像划分为多个子图像；对每个网格区域对应的多个子图像分别计算子图像对比度；对同一个所述网格区域对应的多个所述子图像，选择出所述子图像对比度最高者作为该网格区域对应的融合子图像；将所有所述网格区域对应的所述融合子图像进行拼接，得到融合结果图像。
可选地，利用空间频率方法计算所述焦平面对比度，其中，一块M行×N列大小的需聚焦区域的焦平面对比度C1的计算公式为：
其中，F(m,n)表示所述需聚焦区域中的(m,n)点的灰度值。
可选地，利用空间频率方法计算所述子图像对比度，其中，一幅X行×Y列大小的子图像的子图像对比度C2的计算公式为：
其中，F(x,y)表示所述子图像中的(x,y)点的灰度值。
根据本发明的第二方面，提供了一种获取图像的装置。
本发明的获取图像的装置，包括：选区记录模块，用于根据接收的需聚焦区域选择指令，记录多个需聚焦区域；对焦模块，用于每个所述需聚焦区域计算焦平面对比度，然后根据所述焦平面对比度进行自动聚焦，得到多个需聚焦焦距；拍摄模块，用于将所述多个需聚焦焦距进行排序，得到焦距原始序列；对所述焦距原始序列中的元素进行简并操作，得到焦距简并序列；在所述焦距简并序列中的各个焦距值下进行多次成像，得到多个拍摄图像；网格划分模块，用于按照相同的网格划分方式，将每个所述拍摄图像划分为多个网格区域；计算模块，用于对每个所述网格区域对应的子图像计算子图像对比度；比较选择模块，用于对同一个网格区域对应的多个所述子图像，选择出所述子图像对比度最高的子图像作为该网格区域对应的融合子图像；融合模块，用于将所有所述网格区域对应的融合子图像进行拼接，得到融合结果图像。
可选地，在所述对焦模块中，利用空间频率方法计算所述焦平面对比度，其中，一块M行×N列大小的需聚焦区域的焦平面对比度C1的计算公式为：
其中，F(m,n)表示所述需聚焦区域中的(m,n)点的灰度值。
可选地，在所述计算模块中，利用空间频率方法计算所述子图像对比度，其中，一幅X行×Y列大小的子图像的子图像对比度C2的计算公式为：
其中，F(x,y)表示所述子图像中的(x,y)点的灰度值。
根据本发明的技术方案，运用了多聚焦图像融合思想，能够将多层次、宽景深的众多拍摄对象融合到同一张图片中，从而能够在有效地保留拍摄场景中的信息的同时，压缩图片存储容量，具有拍摄图片质量高、节约存储设备开销等优点。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是根据本发明一个实施例的获取图像的方法的基本步骤的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的获取图像的装置的主要部件的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
图1是根据本发明一个实施例的获取图像的方法的基本步骤的示意图。如图1所示，该方法可以包括如下步骤S11至步骤S17。
步骤S1：根据接收的需聚焦区域选择指令，记录多个需聚焦区域。
例如，用户可以根据感兴趣的多个拍摄对象在拍照设备的取景电子屏上点选多个区域，即向设备发出了聚焦区域选择指令。其中，拍照设备可以为相机、手机、平板电脑等等硬件形式，本发明不做限定。拍照设备接收到了来自用户的需聚焦区域选择指令后，可以在取景电子屏上对需聚焦区域进行边缘加框显示。被选中的需聚焦区域的边缘框线可以一直保留，以提醒用户该区域已经被选中，无需重复点选。需要说明的是，多个需聚焦区域的尺寸大小一致，其具体长宽数值可以根据实际情况灵活地预先设置。
步骤S2：对每个需聚焦区域计算焦平面对比度，然后根据焦平面对比度进行自动聚焦，得到多个需聚焦焦距。假设步骤S1中选定了n个需聚焦区域A1,A2,……An，每个需聚焦区域对应一个需聚焦焦距，于是执行本步骤S2后可以得到n个需聚焦焦距f1,f2,……fn。
现有技术中有多种自动聚焦方法，例如基于红外线或超声波测距自动聚焦法、基于相位检测自动聚焦法、基于对比度自动聚焦法等等。由于基于红外线或超声波测距自动聚焦方法易受到漫反射影响，聚焦准确度低，而基于相位检测自动聚焦法需要使用复杂精密的分光器等部件，成本昂贵，因此这两种方法应用受到限制，不适用于手机、平板电脑等拍照设备。为此，本发明实施例中优选采用基于对比度自动聚焦方法，该方法通过观察不同焦距上焦平面画面对比度的变化，当对比度最大时，确定此时对应的焦距为最佳焦距，即实现了自动对焦。
常规的对比度计算公式为：其中，δ(i,j)＝|i-j|，表示相邻像素间的灰度差，Pδ(i,j)表示相邻像素差为δ的像素分布。由于该方式需要对整个焦平面图像计算对比度，因此计算效率较低。本发明实施例中为了提高计算效率，采用空间频率的方法计算选定的需聚焦区域的对比度，从而对需聚焦区域进行自动对焦。
为使本领域技术人员更好地理解，发明人先对空间频率(Spatial frequency,SF)的概念如下：考虑一幅W行×H列大小的图像F，其行空间频率(Row frequency，RF)和列空间频率(column frequency，CF)分别为：
其中，F(w,h)为灰度图像F在(w,h)点的灰度值。
空间频率SF是根据行空间频率RF和列空间频率CF计算得到的：
本文中的空间频率SF的实际意义是对比度值，主要用以衡量图像的清晰程度。空间频率方法具有算法简单，实时性高等优点。
由上文公式(1)(2)(3)可知，在步骤S2中利用空间频率方法计算焦平面对比度的过程中，一块M行×N列大小的需聚焦区域的焦平面对比度C1的计算公式为：
其中，F(m,n)表示需聚焦区域中的(m,n)点的灰度值。
步骤S3：参考多个需聚焦焦距进行拍摄，得到多个拍摄图像。
在一些实施例中，可以直接按照n个需聚焦焦距在不同焦距下分别按下快门以进行多次成像得到n张拍摄图像。
在另一些实施例中，还可以先对n个需聚焦焦距进行大小排序和元素简并，然后进行多次成像得到m张拍摄图像，其中m为小于等于n的自然数。具体过程如下：首先，将n个需聚焦焦距f1,f2,……fn按照从小到大或从大到小的顺序进行排序，得到焦距原始序列。然后，对焦距原始序列中的元素进行简并操作，得到焦距简并序列g1,g2,……gm。需要说明的是，“对序列中的元素进行简并操作”是指把数值邻近(差值小于预设差值阈值)的两个元素简化为一个元素，可以是剔除较小元素，也可以是剔除较大元素，还可以是将两个元素取平均值。最后，在焦距简并序列g1,g2,……gm中的各个焦距值下分别进行拍摄，得到m个拍摄图像p1,p2,……pm。此时，一方面通过有序地逐渐改变焦距拍摄多张图像，可以减少相机抖动，从而减少后续图像校准操作；另一方面通过剔除相差较近的焦距，可以减少拍摄图像数目，从而可以加快拍摄速度，降低融合难度，节约计算资源。
步骤S4：按照相同的网格划分方式，将每个拍摄图像划分为多个子图像。具体地，假设网格划分方式将空间划分为A个网格区域，相对应地，每个拍摄图像被划分为A个子图像。
需要说明的是，划分网格的方式可以根据需要灵活预先设置，划分得到的网格区域数目不宜过多或过少，通常将拍摄图像划分为3×3的网格区域。网格区域数目过多，则后续图像融合较慢；网格区域数目过少，则融合结果图像质量一般。
步骤S5：对每个网格区域对应的多个子图像分别计算子图像对比度。
可选地，利用空间频率方法计算子图像对比度，算法简单易于实现，计算效率高。由上文公式(1)(2)(3)可知，利用空间频率方法计算子图像对比度的过程中，一幅X行×Y列大小的子图像的子图像对比度C2的计算公式为：
其中，F(x,y)表示所述子图像中的(x,y)点的灰度值。
步骤S6：对同一个网格区域对应的多个子图像，选择出子图像对比度最高者作为该网格区域对应的融合子图像。此时，得到了A个融合子图像记为k1,k2,……kA。每个融合子图像都具有相对高的对比度，意味着每个融合子图像都清晰程度高，画面信息清楚。
步骤S7：将所有网格区域对应的融合子图像进行拼接，得到融合结果图像。即将A个融合子图像记为k1,k2,……kA进行拼接，必要时可以进行图像校准等处理，最终得到融合结果图像。
图2是根据本发明实施例的获取图像的装置的主要部件的示意图。该获取图像的装置可以为相机、手机、平板电脑等等硬件设备形式，本发明不做限定。如图2所示，本发明实施例的获取图像的装置2主要包括：选区记录模块10、对焦模块20、拍摄模块30、网格划分模块40、计算模块50、比较选择模块60以及融合模块70。
选区记录模块10用于根据接收的需聚焦区域选择指令，记录多个需聚焦区域。可选地，选区记录模块10通过对需聚焦区域进行边缘加框显示，来表示该区域被用户选中。被选中的需聚焦区域的边缘框线可以一直保留，以提醒用户该区域已经被选中，无需重复点选。需要说明的是，多个需聚焦区域的尺寸大小一致，其具体长宽数值可以根据实际情况灵活地预先设置。
对焦模块20用于每个需聚焦区域计算焦平面对比度，然后根据焦平面对比度进行自动聚焦，得到多个需聚焦焦距。假设选取记录模块10中选定了n个需聚焦区域A1,A2,……An，每个需聚焦区域对应一个需聚焦焦距，对焦模块20可以得到n个需聚焦焦距f1,f2,……fn。可选地，在对焦模块20中，利用空间频率方法计算焦平面对比度,继而进行基于对比度的自动对焦。其中，一块M行×N列大小的需聚焦区域的焦平面对比度C1的计算公式为：
其中，F(m,n)表示需聚焦区域中的(m,n)点的灰度值。
拍摄模块30用于参考多个需聚焦焦距进行拍摄，得到多个拍摄图像。
在一些实施例中，拍摄模块30用于直接按照n个需聚焦焦距在不同焦距下分别按下快门以进行多次成像得到n张拍摄图像。
在另一些实施例中，拍摄模块30还用于：将多个需聚焦焦距进行排序，得到焦距原始序列；对焦距原始序列中的元素进行简并操作，得到焦距简并序列；在焦距简并序列中的各个焦距值下分别进行拍摄，得到多个拍摄图像。此时，一方面通过有序地逐渐改变焦距拍摄多张图像，可以减少相机抖动，从而减少后续图像校准操作；另一方面通过剔除相差较近的焦距，可以减少拍摄图像数目，从而可以加快拍摄速度，降低融合难度，节约计算资源。
网格划分模块40用于按照相同的网格划分方式，将每个拍摄图像划分为多个网格区域。具体地，假设网格划分方式将空间划分为A个网格区域，相对应地，每个拍摄图像被划分为A个子图像。需要说明的是，划分网格的方式可以根据需要灵活预先设置，划分得到的网格区域数目不宜过多或过少，通常将拍摄图像划分为3×3的网格区域。网格区域数目过多，则后续图像融合较慢；网格区域数目过少，则融合结果图像质量一般。
计算模块50用于对每个网格区域对应的子图像计算子图像对比度。可选地，在计算模块50中，利用空间频率方法计算子图像对比度。其中，一幅X行×Y列大小的子图像的子图像对比度C2的计算公式为：
其中，F(x,y)表示子图像中的(x,y)点的灰度值。
需要说明的是，由于对焦模块20进行基于对比度自动聚焦过程和计算模块50计算对比度的过程中都运用到了空间频率方法，因此优选将空间频率方法编程到硬件上，从而进一步提升本发明实施例的获取图像的装置的自动聚焦与融合的效率，加快获取图像的速度。
比较选择模块60用于对同一个网格区域对应的多个子图像，选择出子图像对比度最高的子图像作为该网格区域对应的融合子图像。此时，比较选择模块60得到了A个融合子图像记为k1,k2,……kA。每个融合子图像都具有相对高的对比度，意味着每个融合子图像都清晰程度高，画面信息清楚。
融合模块70用于将所有网格区域对应的融合子图像进行拼接，得到融合结果图像。即融合模块70用于将A个融合子图像记为k1,k2,……kA进行拼接，必要时可以进行图像校准等处理，最终得到融合结果图像。
根据本发明实施例的技术方案，至少具有以下优点：
(1)运用了多聚焦图像融合思想，能够将多层次、宽景深的众多拍摄对象融合到同一张图片中，从而能够在有效地保留拍摄场景中的信息的同时，压缩图片存储容量，具有拍摄图片质量高、节约存储设备开销等优点。
(2)对比度自动聚焦和子图像对比度计算都运用到了空间频率方法，空间频率算法具有简单易实现，计算效率高，实时性高等优点。将空间频率算法编程到硬件后，可以进一步提升自动聚焦和图片融合的效率。
(3)对需聚焦焦距进行排序后拍摄，可减少快门抖动对聚焦结果造成的影响。对需聚焦焦距的数目进行精简，可以减少拍摄图像的数目，从而降低图片融合难度。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种获取图像的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据接收的需聚焦区域选择指令，记录多个需聚焦区域；
对每个所述需聚焦区域计算焦平面对比度，然后根据所述焦平面对比度进行自动聚焦，得到多个需聚焦焦距；
将所述多个需聚焦焦距进行排序，得到焦距原始序列；
对所述焦距原始序列中的元素进行简并操作，得到焦距简并序列；
在所述焦距简并序列中的各个焦距值下进行多次成像，得到多个拍摄图像；
按照相同的网格划分方式，将每个所述拍摄图像划分为多个子图像；
对每个网格区域对应的多个子图像分别计算子图像对比度；
对同一个所述网格区域对应的多个所述子图像，选择出所述子图像对比度最高者作为该网格区域对应的融合子图像；
将所有所述网格区域对应的所述融合子图像进行拼接，得到融合结果图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用空间频率方法计算所述焦平面对比度，其中，一块M行×N列大小的需聚焦区域的焦平面对比度C1的计算公式为：
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其中，F(m,n)表示所述需聚焦区域中的(m,n)点的灰度值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用空间频率方法计算所述子图像对比度，其中，一幅X行×Y列大小的子图像的子图像对比度C2的计算公式为：
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其中，F(x,y)表示所述子图像中的(x,y)点的灰度值。
4.一种获取图像的装置，其特征在于，所述装置包括：
选区记录模块，用于根据接收的需聚焦区域选择指令，记录多个需聚焦区域；
对焦模块，用于每个所述需聚焦区域计算焦平面对比度，然后根据所述焦平面对比度进行自动聚焦，得到多个需聚焦焦距；
拍摄模块，用于将所述多个需聚焦焦距进行排序，得到焦距原始序列；对所述焦距原始序列中的元素进行简并操作，得到焦距简并序列；在所述焦距简并序列中的各个焦距值下进行多次成像，得到多个拍摄图像；
网格划分模块，用于按照相同的网格划分方式，将每个所述拍摄图像划分为多个网格区域；
计算模块，用于对每个所述网格区域对应的子图像计算子图像对比度；
比较选择模块，用于对同一个网格区域对应的多个所述子图像，选择出所述子图像对比度最高的子图像作为该网格区域对应的融合子图像；
融合模块，用于将所有所述网格区域对应的融合子图像进行拼接，得到融合结果图像。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述对焦模块中，利用空间频率方法计算所述焦平面对比度，其中，一块M行×N列大小的需聚焦区域的焦平面对比度C1的计算公式为：
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其中，F(m,n)表示所述需聚焦区域中的(m,n)点的灰度值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述计算模块中，利用空间频率方法计算所述子图像对比度，其中，一幅X行×Y列大小的子图像的子图像对比度C2的计算公式为：
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其中，F(x,y)表示所述子图像中的(x,y)点的灰度值。
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