TWI390965B - 數位影像的淺景深模擬方法 - Google Patents

Description

數位影像的淺景深模擬方法

本發明為一種數位影像的淺景深模擬方法，尤指一種依據各區域影像的拍攝焦距與主體的最佳焦距之差異來調整區域影像的模糊程度的淺景深模擬方法。

一般而言，數位相機在進行拍攝動作時，該數位相機會調整其鏡頭組的相對位置，使得焦點(focus point)能落在被拍攝的主體上。如此，拍攝到的數位影像(或稱之數位相片)即可清晰地顯示該主體。而該主體的前後一段距離內的景物雖然不是完全落在焦點上，但是因為距離焦點仍不遠，所以也能清楚地顯示於該數位影像中，此段距離範圍即為所謂的景深(Depth of field)。在景深範圍外的景物因為距離該焦點較遠，故顯得模糊，無法清楚顯示。

景深的深淺可由數位相機的多個拍攝參數所決定，例如鏡頭組的焦距愈長(如望遠鏡頭)，則景深愈淺；物距(鏡頭組和主體間的距離)愈近，則景深愈淺；以及光圈(aperture)愈大，則景深愈淺。而使用者通常是藉由調整數位相機的光圈來改變景深的深淺。

景深的深淺可以影響拍攝的數位影像的觀感，不同的景深深淺有其適合拍攝的場合，例如：拍攝人像(portrait)時通常使用淺景深，使得整張數位影像中，除了主體(人像)能被清晰顯示，其餘的景物皆模糊， 藉此呈現朦朧唯美的視覺美感，並能突顯出主體的存在；而在拍攝自然風景(landscape)會讓景深盡量拉長，如此數位影像的全部景物均能清晰地顯現。

雖然景深的深淺可以由光圈值來調整，然而除了數位單眼(Digital Single Lens Reflex,DSLR)相機能有較大範圍的光圈值可供調整，一般較平價的數位相機的光圈值的調整範圍不大，故其難以拍攝出具有淺景深效果的數位影像。

因此，只能利用一些影像或相片的後製(retouch)方法來達成淺景深的效果。例如美國專利號US6,148,113所提出的一種『二維空間影像的景深模擬系統及其運作方法(System for stimulating the depth of field of an image in two dimensional space and method of operation)』，該系統能提供使用者在拍攝出一張數位影像後，選擇數位影像的焦點位置，然後該系統依據數位影像的各個像素相對該焦點位置的距離來『柔焦(defocus)』該像素。例如焦點位置在數位影像的中央，則數位影像的角落處的景物會比較靠近中央處的景物模糊、不清楚。除了上述的方法外，市面上已有許多商業影像處理軟體可以達到類似的效果。

然而，這些經由後製的淺景深的數位影像具有些缺失如下：由於該些後製方法是依據像素與焦點於數位影像中的『平面距離』來決定其模糊程度，並不是依據拍攝時實際的『對焦距離』來決定其模糊程度， 所以常常會造成淺景深的效果不適當。例如角落處的景物與中央的景物實際上具有相同的焦距，但是角落處的景物卻被嚴重地模糊。

雖然有些影像處理軟體可供使用者設定數位影像的不同區域的景深效果，如此使用者可依據數位影像的景物與焦點(主體)的對焦距離來調整景深效果。但此方法費時費力，且使用者也難以知道每個景物與焦點的真正對焦距離的差異，所以該方法仍是有些缺失，實屬可惜。

緣是，本發明人有感上述缺失可以改善，因此提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之主要目的在於提供一種數位影像的淺景深模擬方法，其依據數位影像中各區域影像的拍攝焦距與主體的最佳焦距之差異來決定其模糊程度，藉此得到一張淺景深效果較自然的數位影像。

為達上述目的，本發明提供一種數位影像的淺景深模擬方法，包括步驟如下：提供一拍攝裝置，該拍攝裝置對一主體進行對焦；獲得該主體的最佳焦距，並拍攝一數位影像；將該數位影像分成多數個區域影像；分析該些區域影像的拍攝焦距；以及模糊該些區域影像，並依據該些區域影像的拍攝焦距與該最佳焦距的差異來調整其模糊程度。

藉此，本發明的數位影像的淺景深模擬方法具有以下有益效果：數位影像中各區域影像的拍攝焦距能 分析出，因此可依據該些區域影像的拍攝焦距與最佳焦距的差異來模糊該些區域影像。如此，模擬出的淺景深效果較自然，不會有拍攝距離相近可是模糊程度差異甚大的情況發生。或是，反之，拍攝距離甚遠可是模糊程度相近的情況發生。

為使能更進一步了解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明及圖式，然而所附圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱第一圖至第三圖，本發明提出一種數位影像的淺景深模擬方法，其具有步驟如下：

步驟S100：首先，提供一拍攝裝置10。該拍攝裝置10具有一處理器11、一鏡頭組12、一感光元件13以及一儲存模組14。該拍攝裝置10可以擷取面對鏡頭組12的景物的影像，並拍攝成一數位影像40(如第五圖所示)。該拍攝裝置10可為數位相機、可拍照的行動電話等裝置，本實施例以數位相機為例。而該拍攝裝置10的硬體規格不限定，例如光圈的調整範圍等。

步驟S102：請參閱第三圖，接著，使用者決定欲拍攝的景物，例如本實施例的景物為三顆氣球21。並決定景物的何者為拍攝的主體(main object)20，例如本實施例是以中間的氣球21做為主體20。接著，將該拍攝裝置10的鏡頭組12朝向該主體20，對該主 體20進行對焦之程序。在對焦的過程中，該拍攝裝置10會改變其內部的鏡頭組12與感光元件13之間的距離數次，以改變該拍攝裝置10的焦距(焦點之位置)。

每改變一次焦距時，該拍攝裝置10會擷取一張參考數位影像(reference digital image)，該參考數位影像可儲存至該儲存模組14。接著該處理器11進一步分析該些參考數位影像，判斷該些參考數位影像中，哪一張的主體20的影像是最清晰。請參閱第四圖，例如其中一張參考數位影像30的主體20的影像不甚清楚，故拍攝該參考數位影像30所使用的焦距不是拍攝該主體20的最佳焦距(preferable focal length)D1，鏡頭組12需再繼續移動。

而判斷影像清楚程度的方法可採用對比度偵測法(contrast detection method)等常見的自動對焦方法，並不限定之。該參考數位影像30的解析度通常較低，以便減少處理器11分析時花的運算時間。

步驟S104：該拍攝裝置10在經過對焦程序後，可找到拍攝該主體20的最佳焦距D1，使得主體20的影像可接近或落在該感光元件13上。請參閱第五圖，然後該拍攝裝置10將該主體20及其附近的景物拍攝成一數位影像40，該數位影像40有較高的解析度(與參考數位影像30相比較)。此時的數位影像40的淺景深效果較不明顯，主體20(中央之氣球21)和其它景物(兩旁之氣球21)的清晰程度差異不大。

步驟S106：接著，請參閱第六圖，將該數位影像40區分成多數個區域影像41。區域影像41的大小由其具有的像素(pixel)的數目決定，如區域影像41較小，則數位影像40可區分出較多的區域影像41。本實施例將該數位影像40等分成16個區域影像41。

步驟S108：之後，開始分析該些區域影像41的拍攝焦距，推論如果要將某一個區域影像41拍攝清楚時，則拍攝裝置10的焦距應為多少。請參閱第二圖及第三圖，例如該數位影像40中兩旁的氣球21的區域影像41欲拍攝清楚時，該拍攝裝置10的焦距應為D2及D3，D2及D3的值即為該區域影像41的拍攝焦距。

請參閱第七圖，『分析該些區域影像41的拍攝焦距』的詳細步驟如下：

步驟S200：前述步驟S102提及，拍攝裝置10於對焦過程中，每調整一次焦距即拍攝一張參考數位影像30。因此，該些參考數位影像30分別具有一對應的拍攝焦距。

步驟S202：接著，請參閱第八圖，將每一張該參考數位影像30也分成多數個區域影像31。每一張參考數位影像30的區域影像31數目與數位影像40的區域影像41的數目一致，也為16個。

步驟S204：之後，開始分析每一張參考數位影像30的該些區域影像31。依據每一個區域影像31的清晰程度(sharpness)來判斷該區域影像31是否位於 其對應的該參考數位影像30的拍攝焦距。例如左上方的區域影像31在某一張參考數位影像30最為清楚，則其拍攝焦距即為該張參考數位影像30的拍攝焦距。如此，可將每一個區域影像31的拍攝焦距推論出，而區域影像31的拍攝焦距等於數位影像40的區域影像41的拍攝焦距。

步驟S206：當全部的區域影像41推論完後，可進一步將該些區域影像41依據拍攝焦距的長短排序。請參閱第九圖，或是進一步做成一距離分佈圖(distance map)，將每一個區域影像41的拍攝焦距標記在區域影像41上。如此，可清楚地瞭解區域影像41的拍攝焦距的相對長短。也可將每一個區域影像41的拍攝焦距與該最佳焦距的差異標記在區域影像41，做成另一距離分佈圖(圖未示)。

步驟S110：最後，處理器11將數位影像40部分的區域影像41模糊，使得該數位影像40有明顯的淺景深效果。該些區域影像41的模糊程度分別依據該區域影像41的拍攝焦距與該最佳焦距的差異來調整，如果差異越大則模糊程度越大，而同一拍攝焦距的區域影像41的模糊程度相同。本實施例中，使用了一高斯模糊法(Gaussian blur)來模糊該些區域影像41。並且，改變該高斯模糊法的高斯半徑值即可調整該些區域影像41的模糊程度。

另外，也可採用下列方法將數位影像40部分的區域影像41模糊：

首先，將該些參考數位影像30的尺寸放大至與該數位影像40的尺寸一致。該些參考數位影像30的解析度較低，所以放大後，該些參考數位影像30會變得較模糊。

接著，將該數位影像40的部分區域影像41分別與其中一張參考數位影像30中相對應的區域影像31相加合併。由於區域影像31較為模糊，故與區域影像41合併後，區域影像41也會變得比之前模糊。不同拍攝焦距的區域影像41會選用不同張的參考數位影像30的區域影像31來合併。

綜合上述，本發明的數位影像的淺景深模擬方法具有以下效果：數位影像40中各區域影像41的拍攝焦距能分析出，因此可依據該些區域影像41的拍攝焦距與最佳焦距的差異來模糊該些區域影像41。如此，模擬出的淺景深效果較自然，不會有拍攝距離相近可是模糊程度差異甚大的情況發生。或是，反之，拍攝距離甚遠可是模糊程度相近的情況發生。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。

10‧‧‧拍攝裝置

11‧‧‧處理器

12‧‧‧鏡頭組

13‧‧‧感光元件

14‧‧‧儲存模組

20‧‧‧主體

21‧‧‧氣球

30‧‧‧數位影像

31‧‧‧區域影像

40‧‧‧數位影像

41‧‧‧區域影像

步驟S100至S110

步驟S200至S206

第一圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之拍攝裝置之功能方塊圖。

第二圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之流 程圖。

第三圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之拍攝場景示意圖。

第四圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之參考數位影像示意圖。

第五圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之數位影像示意圖。

第六圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之數位影像之區域影像示意圖。

第七圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之區域影像的拍攝焦距分析流程圖。

第八圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之參考數位影像之區域影像示意圖。

第九圖係本發明之數位影像的淺景深模擬方法之區域影像之拍攝焦距分佈示意圖。

步驟S100至S110

Claims (9)

1. 一種數位影像的淺景深模擬方法，包括步驟如下：提供一拍攝裝置，該拍攝裝置對一主體進行對焦；獲得該主體的最佳焦距，並拍攝一數位影像；將該數位影像等比例分成多數個區域影像；分析該些區域影像的拍攝焦距；以及模糊該些區域影像，並依據該些區域影像的拍攝焦距與該最佳焦距的差異來調整其模糊程度。
2. 如申請專利範圍第1項所述數位影像的淺景深模擬方法，其中該『分析該些區域影像的拍攝焦距』的步驟中，更包括步驟如下：該拍攝裝置於對焦過程中拍攝多數張參考數位影像，該些參考數位影像各具有一相對應的拍攝焦距；將該些參考數位影像各分成多數個區域影像；分別分析該些參考數位影像的該些區域影像；以及分別判斷該些區域影像是否位於其對應的該參考數位影像的拍攝焦距。
3. 如申請專利範圍第2項所述數位影像的淺景深模擬方法，其中該『分析該些區域影像的拍攝焦距』的步驟中，分別依據該些區域影像的清晰程度來判斷該區域影像是否位於其對應的該參考數位影像的拍攝焦距。
4. 如申請專利範圍第2項所述數位影像的淺景深模擬方法，其中該『分析該些區域影像的拍攝焦距』的步驟中，更包括步驟如下： 依據該些區域影像的拍攝焦距排序該些區域影像。
5. 如申請專利範圍第2項所述數位影像的淺景深模擬方法，其中該些參考數位影像的解析度較該數位影像的解析度低。
6. 如申請專利範圍第5項所述數位影像的淺景深模擬方法，其中該拍攝裝置具有一儲存模組中，該些參考數位影像儲存至該儲存模組中。
7. 如申請專利範圍第6項所述數位影像的淺景深模擬方法，其中該『模糊該些區域影像』的步驟中，更包括步驟如下：將該些參考數位影像的尺寸放大至與該數位影像的尺寸一致；以及該數位影像的該些區域影像分別與其中一個該參考數位影像的相對應的該區域影像合併，使得該數位影像的該些區域影像變模糊。
8. 如申請專利範圍第1項所述數位影像的淺景深模擬方法，其中該『模糊該些區域影像』的步驟中，使用一高斯模糊法來模糊該數位影像的該些區域影像。
9. 如申請專利範圍第8項所述數位影像的淺景深模擬方法，其中該『模糊該些區域影像』的步驟中，改變該高斯模糊法的高斯半徑來調整該些區域影像的模糊程度。