CN110677561B - 影像合成方法与*** - Google Patents

影像合成方法与*** Download PDF

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Abstract

一种影像合成方法与***，包含以第一光圈摄取得到第一影像，该第一光圈相应于第一景深；以第二光圈摄取得到第二影像，该第二光圈相应于第二景深，且第一光圈异于第二光圈；及接收第一影像与第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中合成影像的景深介于第一景深与第二景深之间。

Description

影像合成方法与***
技术领域
本发明涉及一种影像处理，特别是一种影像合成***与方法。
背景技术
景深(depth of field，DOF)是指相机可以清楚成像的距离范围，离开此范围的物件则会逐渐模糊。景深可通过调整光圈来决定。N(光圈值)＝f(焦距)/D(光圈直径)，也就是D＝f/N，一般光圈值N为1、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、……。缩小光圈(或者增加光圈值)会增加景深；相反的，增大光圈(或者减小光圈值)会减少景深。例如，光圈值为4的相应光圈小于光圈值为2的相应光圈，但是前者的相应景深则大于后者的相应景深。
当拍摄远处的风景时，一般会使用较小光圈以得到较深的景深。当拍摄近处的人物时，则会使用较大光圈以得到较浅的景深。如此需不断修正光圈，才能达到预想的效果，因此对于一般使用者会造成不便利性。浅景深效果可通过软件后制方式来得到，但是景深效果通常不够真实。
因此亟需提出一种新颖的机制，以改善传统影像拍摄的诸多缺点。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种影像合成***与方法，用以实现不同景深的效果。
根据本发明实施例之一的影像合成方法，设定影像摄取装置的光圈大小于第一光圈，其相应于第一景深，且以第一光圈摄取得到第一影像。设定影像摄取装置的光圈大小于第二光圈，其相应于第二景深，其中第一光圈异于第二光圈，且以第二光圈摄取得到第二影像。接收第一影像与第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中合成影像的景深介于第一景深与第二景深之间。
根据本发明另一实施例的影像合成方法，第一影像摄取装置以第一光圈摄取得到第一影像，该第一光圈相应于第一景深；且第二影像摄取装置以第二光圈摄取得到第二影像，该第二光圈相应于第二景深，且第一光圈异于第二光圈。接收第一影像与第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中合成影像的景深介于第一景深与第二景深之间。
附图说明
图1A显示本发明第一实施例的影像合成***的方框图。
图1B显示本发明第一实施例的影像合成方法的流程图。
图1C显示将第一影像与第二影像的相应像素进行内插运算以得到合成影像的示意图。
图2A显示本发明第二实施例的影像合成***的方框图。
图2B显示本发明第二实施例的影像合成方法的流程图。
图3A例示光圈值N及其倒数1/N的关系曲线。
图3B例示光圈值N及其平方倒数(1/N)2的关系曲线。
附图标记说明：
100 影像合成***
101 影像摄取装置
102 处理器
103 光圈控制装置
104 存储单元
110 影像合成方法
11 设定第一光圈
12 摄取第一影像
13 设定第二光圈
14 摄取第二影像
15 处理第一影像与第二影像以得到合成影像
200 影像合成***
101A 第一影像摄取装置
101B 第二影像摄取装置
102 处理器
103A 第一光圈控制装置
103B 第二光圈控制装置
104 存储单元
210 影像合成方法
12B 以第一光圈摄取第一影像
14B 以第二光圈摄取第二影像
15 处理第一影像与第二影像以得到合成影像
P1ij 像素
P2ij 像素
Pij 像素
Da 光圈直径
Db 光圈直径
D 光圈直径
w1、w2 初始权重
W1、W2 权重
Na 光圈值
Nb 光圈值
N 光圈值
具体实施方式
图1A显示本发明第一实施例的影像合成***100的方框图，图1B显示本发明第一实施例的影像合成方法110的流程图。影像合成***100可包含影像摄取装置101、处理器102、光圈控制装置103及存储单元104。影像摄取装置101可包含二维相机，具有可变光圈，用以摄取二维影像。在一例子中，影像摄取装置101设于移动装置(例如移动电话)之内。此外，影像摄取装置101还可包含快门、闪光或/且曝光补偿机制，用以获取清晰影像。处理器102执行控制程序，通过光圈控制装置103以调整影像摄取装置101的光圈大小。此外，处理器102接收影像摄取装置101所摄取的多个影像并进行影像处理。存储单元104(例如动态随机存取存储器或静态随机存取存储器)存储影像摄取装置101所摄取的多个影像、处理器102所执行的控制程序及处理后的影像。
在本实施例中，于步骤11，处理器102通过光圈控制装置103以设定影像摄取装置101的光圈大小于第一光圈，其相应于第一景深(depth of field，DOF)。接着，于步骤12，影像摄取装置101以第一光圈摄取得到第一影像。于步骤13，处理器102通过光圈控制装置103以设定影像摄取装置101的光圈大小于第二光圈，其相应于第二景深。接着，于步骤14，影像摄取装置101以第二光圈摄取得到第二影像。在本实施例中，第一光圈异于第二光圈，因此第一景深也异于第二景深。例如，第一光圈大于第二光圈，使得第一景深较浅于第二景深。
于步骤15，处理器102接收第一影像与第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像。根据本实施例的特征之一，合成影像的景深介于第一景深与第二景深之间。在本实施例中，处理器102将第一影像与第二影像的相应像素进行内插(interpolation)运算，例如以加权和(weighted sum)运算以得到合成影像。图1C显示将第一影像与第二影像的相应像素进行内插运算以得到合成影像的示意图，其中P1ij、P2ij与Pij分别代表第一影像、第二影像与合成影像的相应像素，且W1、W2分别为第一影像、第二影像的权重。在一例子中，W1、W2的值介于1与0之间，且W1、W2的和等于或小于1。
在一实施例中，采用光圈优先模式。在此模式下，如果第一光圈大于第二光圈，则第一光圈相应的快门速度高于第二光圈相应的快门速度，或/且第一光圈相应的感光度(ISO)低于第二光圈相应的感光度。在另一实施例中，采用光圈固定模式。在此模式下，虽然第一光圈异于第二光圈，然而相应的快门速度则为相同。
图2A显示本发明第二实施例的影像合成***200的方框图，图2B显示本发明第二实施例的影像合成方法210的流程图。影像合成***200可包含第一影像摄取装置101A、第二影像摄取装置101B、处理器102、第一光圈控制装置103A、第二光圈控制装置103B及存储单元104。第一影像摄取装置101A可包含二维相机，用以摄取第一影像。第二影像摄取装置101B可包含二维相机，用以摄取第二影像。在一例子中，第一影像摄取装置101A与第二影像摄取装置101B设于移动装置(例如移动电话)之内。此外，第一影像摄取装置101A或第二影像摄取装置101B还可包含快门、闪光或/且曝光补偿机制，用以获取清晰影像。处理器102执行控制程序，通过第一光圈控制装置103A、第二光圈控制装置103B以分别调整第一影像摄取装置101A、第二影像摄取装置101B的光圈大小。此外，处理器102接收第一影像摄取装置101A、第二影像摄取装置101B所摄取的第一影像、第二影像并进行影像处理。存储单元104(例如动态随机存取存储器或静态随机存取存储器)存储第一影像摄取装置101A、第二影像摄取装置101B所摄取的第一影像、第二影像以及处理器102所执行的控制程序及处理后的影像。
在一例子中，第一影像摄取装置101A具有固定的第一光圈，且第二影像摄取装置101B具有固定的第二光圈，其异于第一光圈。因此，影像合成***200可省略第一光圈控制装置103A与第二光圈控制装置103B。
在本实施例中，于步骤12B，第一影像摄取装置101A以第一光圈摄取得到第一影像，其中第一光圈相应于第一景深(DOF)。第一光圈是由处理器102通过第一光圈控制装置103A所设定，或者为固定的第一光圈。于步骤14B，第二影像摄取装置101B以第二光圈摄取得到第二影像，其中第二光圈相应于第二景深。第二光圈是由处理器102通过第二光圈控制装置103B所设定，或者为固定的第二光圈。在本实施例中，第一光圈异于第二光圈，因此第一景深也异于第二景深。例如，第一光圈大于第二光圈，而第一景深较浅于第二景深。在本实施例中，步骤12B与步骤14B可同时执行。
于步骤15，处理器102接收第一影像与第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像。根据本实施例的特征之一，合成影像的景深介于第一景深与第二景深之间。在本实施例中，处理器102是将第一影像与第二影像的相应像素进行内插运算，例如以加权和运算以得到合成影像，如图1C所例示。
前述第一实施例与第二实施例的步骤15当中，如图1C所示，P1ij、P2ij与Pij分别代表第一影像、第二影像与合成影像的相应像素，且W1、W2分别为第一影像、第二影像的权重，因此合成影像的像素Pij可表示为：
Pij＝W1x P1ij+W2x P2ij
若第一光圈直径Da＝f/Na，第二光圈直径Db＝f/Nb，合成影像相应的光圈直径D(或者使用者期望得到的光圈)为f/N，其中Da、Db、D为光圈直径(aperture diameter)，Na、Nb、N为光圈值，则权重W1、W2可由以下方法来得到。
根据一特定实施例，若光圈值为N，其倒数1/N表示光圈开的大小，N越大则光圈开得越小。因此用N的倒数作内插，以决定权重W1、W2如下，且光圈值N及其倒数1/N的关系曲线例示于图3A：
W1＝(1/N–1/Nb)/(1/Na–1/Nb)
W2＝(1/Na–1/N)/(1/Na–1/Nb)
Pij＝W1x P1ij+W2x P2ij
根据另一特定实施例，由于光圈大小是与(1/D)2成正比，因此用D的倒数作内插，先得到初始权重w1、w2如下，再作平方以得到权重W1、W2：
w1＝(1/N–1/Nb)/(1/Na–1/Nb)
w2＝(1/Na–1/N)/(1/Na–1/Nb)
Pij＝w12x P1ij+w22x P2ij
＝W1x P1ij+W2x P2ij
根据又一特定实施例，由于光圈进光是与(1/D)2成正比，因此用D2的倒数作内插，以决定权重W1、W2如下，且光圈直径D及其平方倒数(1/D)2的关系曲线例示于图3B：
W1＝(1/N2–1/Nb2)/(1/Na2–1/Nb2)
W2＝(1/Na2–1/N2)/(1/Na2–1/Nb2)
Pij＝W1x P1ij+W2x P2ij
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离发明所公开的构思下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求内。

Claims (12)

1.一种影像合成方法，包含：
设定一影像摄取装置的光圈大小于第一光圈，其相应于第一景深；
以该第一光圈摄取得到第一影像；
设定该影像摄取装置的光圈大小于第二光圈，其相应于第二景深，其中该第一光圈异于该第二光圈；
以该第二光圈摄取得到第二影像；及
接收该第一影像与该第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中该合成影像的景深介于该第一景深与该第二景深之间，
其中该影像处理包含将该第一影像与该第二影像的相应像素进行内插运算，
该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝W1 x P1ij+W2 x P2ij
其中P1ij与P2ij分别代表该第一影像与该第二影像的相应像素，且W1与W2分别为该第一影像与该第二影像的权重，
其中该权重W1、W2表示如下：
W1＝(1/N–1/Nb)/(1/Na–1/Nb)
W2＝(1/Na–1/N)/(1/Na–1/Nb)
其中1/Na为该第一光圈，1/Nb为该第二光圈，1/N为该合成影像相应的光圈。
2.根据权利要求1所述的影像合成方法，其中该权重W1、W2的值介于1与0之间，且该权重W1、W2的和等于或小于1。
3.一种影像合成方法，包含：
设定一影像摄取装置的光圈大小于第一光圈，其相应于第一景深；
以该第一光圈摄取得到第一影像；
设定该影像摄取装置的光圈大小于第二光圈，其相应于第二景深，其中该第一光圈异于该第二光圈；
以该第二光圈摄取得到第二影像；及
接收该第一影像与该第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中该合成影像的景深介于该第一景深与该第二景深之间，
其中该影像处理包含将该第一影像与该第二影像的相应像素进行内插运算，
该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝W1 x P1ij+W2 x P2ij
其中P1ij与P2ij分别代表该第一影像与该第二影像的相应像素，且W1与W2分别为该第一影像与该第二影像的权重，
其中该权重W1、W2表示如下:
W1＝(1/N2–1/Nb2)/(1/Na2–1/Nb2)
W2＝(1/Na2–1/N2)/(1/Na2–1/Nb2)
其中1/Na为该第一光圈，1/Nb为该第二光圈，1/N为该合成影像相应的光圈。
4.一种影像合成方法，包含：
设定一影像摄取装置的光圈大小于第一光圈，其相应于第一景深；
以该第一光圈摄取得到第一影像；
设定该影像摄取装置的光圈大小于第二光圈，其相应于第二景深，其中该第一光圈异于该第二光圈；
以该第二光圈摄取得到第二影像；及
接收该第一影像与该第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中该合成影像的景深介于该第一景深与该第二景深之间，
其中该影像处理包含将该第一影像与该第二影像的相应像素进行内插运算，
该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝W1 x P1ij+W2 x P2ij
其中P1ij与P2ij分别代表该第一影像与该第二影像的相应像素，且W1与W2分别为该第一影像与该第二影像的权重，
其中该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝w12 x P1ij+w22 x P2ij
其中w1与w2分别为该第一影像与该第二影像的初始权重，且分别表示如下：
w1＝(1/N–1/Nb)/(1/Na–1/Nb)
w2＝(1/Na–1/N)/(1/Na–1/Nb)
其中1/Na为该第一光圈，1/Nb为该第二光圈，1/N为该合成影像相应的光圈。
5.一种影像合成***，包含：
一影像摄取装置，具有可变光圈；
一光圈控制装置；及
一处理器，执行控制程序，通过该光圈控制装置以调整该影像摄取装置的光圈大小；
其中该处理器依序设定该影像摄取装置的光圈大小于第一光圈与第二光圈，分别相应于第一景深与第二景深，其中该第一光圈异于该第二光圈；该影像摄取装置依序以该第一光圈与该第二光圈摄取得到第一影像与第二影像；且该处理器接收该第一影像与该第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中该合成影像的景深介于该第一景深与该第二景深之间，
其中该影像处理包含将该第一影像与该第二影像的相应像素进行内插运算，
该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝W1 x P1ij+W2 x P2ij
其中P1ij与P2ij分别代表该第一影像与该第二影像的相应像素，且W1与W2分别为该第一影像与该第二影像的权重，
其中该权重W1、W2表示如下：
W1＝(1/N–1/Nb)/(1/Na–1/Nb)
W2＝(1/Na–1/N)/(1/Na–1/Nb)
其中1/Na为该第一光圈，1/Nb为该第二光圈，1/N为该合成影像相应的光圈。
6.根据权利要求5所述的影像合成***，还包含一存储单元，用以存储该第一影像、该第二影像、该处理器所执行的控制程序及该合成影像。
7.一种影像合成方法，包含：
一第一影像摄取装置以第一光圈摄取得到第一影像，该第一光圈相应于第一景深；
一第二影像摄取装置以第二光圈摄取得到第二影像，该第二光圈相应于第二景深，且该第一光圈异于该第二光圈；及
接收该第一影像与该第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中该合成影像的景深介于该第一景深与该第二景深之间，
其中该影像处理将该第一影像与该第二影像的相应像素进行内插运算，
该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝W1 x P1ij+W2 x P2ij
其中P1ij与P2ij分别代表该第一影像与该第二影像的相应像素，且W1与W2分别为该第一影像与该第二影像的权重，
其中该权重W1、W2表示如下：
W1＝(1/N–1/Nb)/(1/Na–1/Nb)
W2＝(1/Na–1/N)/(1/Na–1/Nb)
其中1/Na为该第一光圈，1/Nb为该第二光圈，1/N为该合成影像相应的光圈。
8.根据权利要求7所述的影像合成方法，其中该权重W1、W2的值介于1与0之间，且该权重W1、W2的和等于或小于1。
9.一种影像合成方法，包含：
一第一影像摄取装置以第一光圈摄取得到第一影像，该第一光圈相应于第一景深；
一第二影像摄取装置以第二光圈摄取得到第二影像，该第二光圈相应于第二景深，且该第一光圈异于该第二光圈；及
接收该第一影像与该第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中该合成影像的景深介于该第一景深与该第二景深之间，
其中该影像处理将该第一影像与该第二影像的相应像素进行内插运算，
该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝W1 x P1ij+W2 x P2ij
其中P1ij与P2ij分别代表该第一影像与该第二影像的相应像素，且W1与W2分别为该第一影像与该第二影像的权重，
其中该权重W1、W2表示如下:
W1＝(1/N2–1/Nb2)/(1/Na2–1/Nb2)
W2＝(1/Na2–1/N2)/(1/Na2–1/Nb2)
其中1/Na为该第一光圈，1/Nb为该第二光圈，1/N为该合成影像相应的光圈。
10.一种影像合成方法，包含：
一第一影像摄取装置以第一光圈摄取得到第一影像，该第一光圈相应于第一景深；
一第二影像摄取装置以第二光圈摄取得到第二影像，该第二光圈相应于第二景深，且该第一光圈异于该第二光圈；及
接收该第一影像与该第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中该合成影像的景深介于该第一景深与该第二景深之间，
其中该影像处理将该第一影像与该第二影像的相应像素进行内插运算，
该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝W1 x P1ij+W2 x P2ij
其中P1ij与P2ij分别代表该第一影像与该第二影像的相应像素，且W1与W2分别为该第一影像与该第二影像的权重，
其中该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝w12 x P1ij+w22 x P2ij
其中w1与w2分别为该第一影像与该第二影像的初始权重，且分别表示如下：
w1＝(1/N–1/Nb)/(1/Na–1/Nb)
w2＝(1/Na–1/N)/(1/Na–1/Nb)
其中1/Na为该第一光圈，1/Nb为该第二光圈，1/N为该合成影像相应的光圈。
11.一种影像合成***，包含：
一第一影像摄取装置；
一第二影像摄取装置；及
一处理器，执行控制程序，控制该第一影像摄取装置以第一光圈摄取得到第一影像，该第一光圈相应于第一景深，且控制该第二影像摄取装置以第二光圈摄取得到第二影像，该第二光圈相应于第二景深，该第一光圈异于该第二光圈；
其中该处理器接收该第一影像与该第二影像，据以进行影像处理，因而得到一张合成影像，其中该合成影像的景深介于该第一景深与该第二景深之间，
其中该影像处理包含将该第一影像与该第二影像的相应像素进行内插运算，
该合成影像的像素Pij表示如下：
Pij＝W1 x P1ij+W2 x P2ij
其中P1ij与P2ij分别代表该第一影像与该第二影像的相应像素，且W1与W2分别为该第一影像与该第二影像的权重，
其中该权重W1、W2表示如下：
W1＝(1/N–1/Nb)/(1/Na–1/Nb)
W2＝(1/Na–1/N)/(1/Na–1/Nb)
其中1/Na为该第一光圈，1/Nb为该第二光圈，1/N为该合成影像相应的光圈。
12.根据权利要求11所述的影像合成***，还包含：
一第一光圈控制装置，受控于该处理器以设定该第一影像摄取装置的光圈大小于该第一光圈；及
一第二光圈控制装置，受控于该处理器以设定该第二影像摄取装置的光圈大小于该第二光圈。
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