TWI390970B - Use motion detection to adjust the digital camera's shooting settings - Google Patents

Use motion detection to adjust the digital camera's shooting settings Download PDF

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Description

利用移動偵測調整數位相機之拍攝設定的方法
一種數位影像的拍攝設定調整方法，特別有關於一種利用移動偵測(motion detection)調整數位相機之拍攝設定的方法。
隨著數位相機的快速發展，許多人會利用攝影來記錄值得紀念的一刻。但無論再底片相機或數位相機上，往往會因為使用者對象機的把持不穩定，導致拍攝時產生模糊的影像。因為只要是手持相機，多多少少都會存在著手震的問題。差別是每個人手持的穩定度有所不同而已，導致按下快門的瞬間會不自主的位移。所以為了避免因為手震而使得拍攝的影像產生模糊，數位相機的製造廠商會透過硬體或軟體的方式來校正已模糊的數位影像。
對於不同的數位相機廠商，均加入不同的防手震機制。一般常用的防手震的方式不外乎：調高感光度(ISO)、加快快門速度、或調大光圈值等方式。上述的各種方式均是減低拍攝時的快門時間，藉以降低手震對於數位影像的影響。但是上述各種方式均有其缺陷。就調整方式與硬體成本而言，調整感光度相較於其他方式是較為便宜的一種做法。調高感光度會產生較大的雜訊，使得數位影像的成像品質降低。而調整快門時間與光圈值會降低感光元件的受光量，進而影響數位影像的成像亮度。
除此之外，影響數位影像的清晰與模糊的原因還有被攝物的移動。當被攝物再晃動的過程中，若是以較低速度的快門時間進行拍攝，所得到的數位影像還是會出現模糊的影像。因此有人提出同時對數位相機的震動與被攝物的晃動分別進行偵測。再根據兩者的移動向量對數位影像的拍攝設定進行補償，藉以將影響拍攝的因素降至最小。
在習知技術中係截取連續的多張影像，並對影像中的每一像素根據在連續影像中的位移，進行相機震動或被攝物晃動的分析。請參考「第1圖」所示，其係為習知技術對數位影像的像素計算示意圖。「第1圖」的左上方與右上方係為連續的兩張數位影像111、112。雖然對每一個像素進行分析，可以有效的找出相機與被攝物的移動變化(假設被攝物為「第1圖」中的人臉)。換句話說，移動變化就是「第1圖」之下方的箭頭。但對數位影像中的每一像素進行計算，這對一般效能有限的數位相機實在有其先天運算的限制。
鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種利用移動偵測調整數位相機之拍攝設定的方法，其係應用於數位相機在進行拍攝數位影像時，判斷數位相機或被攝物的晃動，再決定調整數位相機的拍攝設定。
為達上述目的，本發明所揭露之利用移動偵測調整數位相機之拍攝設定的方法包括以下步驟：擷取連續兩禎預攝影像，將其定義為第一預攝影像與第二預攝影像；在第一預攝影像與第二預攝影像中之相同位置上設定中心區域，在中心區域中更包括有複數個第一影像區塊；在第一預攝影像與第二預攝影像中之相同位置上設定邊緣區域，在邊緣區域中更包括有複數個第二影像區塊，且中心區域與邊緣區域不相互重疊；根據第一影像區塊與第二影像區塊，查找出複數個特徵點；根據每一個特徵點從第一預攝影像與第二預攝影像中建立相應的區域移動向量(local motion vectors)；選取邊緣區域中的區域移動向量進行相似度計算程序，用以建立一相機移動向量(camera motion vectors)；將區域移動向量與相機移動向量相減，產生物件移動向量(subject motion vectors)；根據物件移動向量與相機移動向量之最大值，用以調整拍攝數位影像時的感光度。
本發明係提供一種利用動態偵測的方式，對數位相機的震動或被攝物的晃動進行辨識。當偵測到數位相機發生震動時，將數位影像中的物件移動向量(意即被攝物的晃動)減掉相機移動向量(意即數位相機的震動)，即可得到被攝物的晃動程度。最後，數位相機根據上述結果對其拍攝設定進行調整。藉以避免，因為直接調整拍攝設定導致數位影像的品質下滑。
有關本發明的特徵與實作，茲配合圖示作最佳實施例詳細說明如下。
本發明係運用於具有影像處理的電子裝置，例如個人電腦、數位攝影機、數位相機等電子裝置。但需注意的是，本發明非僅限於上述例子，在此僅先敘明。
請參考「第2圖」所示，其係為本發明之運作流程示意圖。以下係為本發明之運作步驟：步驟a.擷取連續兩禎預攝影像，將其定義為第一預攝影像與第二預攝影像；步驟b.在第一預攝影像與第二預攝影像中之相同位置上設定中心區域，在中心區域中更包括有複數個第一影像區塊；步驟c.在第一預攝影像與第二預攝影像中之相同位置上設定邊緣區域，在邊緣區域中更包括有複數個第二影像區塊，且中心區域與邊緣區域不相互重疊；步驟d.根據第一影像區塊與第二影像區塊，查找出複數個特徵點；步驟e.根據每一個特徵點從第一預攝影像與第二預攝影像中建立相應的區域移動向量(local motion vectors)；步驟f.選取邊緣區域中的區域移動向量進行相似度計算程序，用以建立相機移動向量(camera motion vectors)；步驟g.將區域移動向量與相機移動向量相減，產生物件移動向量(subject motion vectors)；以及步驟h.根據物件移動向量與相機移動向量之最大值，用以調整拍攝數位影像時的拍攝設定。
在本發明中不限定利用連續的兩張影像推估是否為數位相機震動或被攝物晃動，亦可以擷取多張的連續影像來進行推估。請配合參考「第3A圖」所示，其係為第一預攝影像與第二預攝影像之示意圖。在「第3A圖」之左方係為第一預攝影像310；「第3A圖」之右方係為第二預攝影像320。接下來，在第一預攝影像310與第二預攝影像320的相同位置上設定中心區域332與邊緣區域333。換句話說，中心區域332分別選取第一預攝影像310第二預攝影像320中相同位置，請配合「第3B圖」所示，其係為中心區域與邊緣區域之示意圖。
為清楚說明中心區域332與邊緣區域333之差異，故在「第3B圖」中的中心區域332以一人臉表示(黑色短虛線框)，邊緣區域333係以黑色長虛線框表示。並且在中心區域332中更劃分出複數個第一影像區塊334；在邊緣區域333中劃分出複數各第二影像區塊335。其中，第一影像區塊334與第二影像區塊335的數量並無其限制。請配合「第3C圖」與「第3D圖」所示，其係為第一影像區塊與第二影像區塊之示意圖。
在步驟d中對於特徵點的判斷更包括以下步驟，並請同時配合「第4A圖」所示：步驟d-1.計算第一影像區塊在第一預攝影像與第二預攝影像中各像素的亮度之絕對誤差；步驟d-2.計算第二影像區塊在第一預攝影像與第二預攝影像中各像素的亮度之絕對誤差；步驟d-3.根據上述的各影像區塊的絕對誤差，從第一影像區塊與第二影像區塊中選取出複數個選取區塊；以及步驟d-4.分別對每一選取區塊中的所有像素通過濾通器，再從已通過濾通器的像素中選取出符合高頻門檻值的像素，並將其定義為特徵點。
在步驟d-1中，第一影像區塊334分別圈選了第一預攝影像310與第二預攝影像320中的相同位置。接著，將第一預攝影像310的第一影像區塊334與第二預攝影像320的第一影像區塊334中的每一個像素進行亮度之絕對誤差的計算。在完成所有第一影像區塊334的絕對誤差之計算後，再從中選出絕對誤差符合一門檻值的第一影像區塊334。同理，對於第二影像區塊335的選擇依上述方式進行。請配合參考「第4B圖」所示，其係為計算絕對誤差之示意圖。在「第4B圖」中之左圖係為第一預攝影像310；「第4B圖」之右圖係為第二預攝影像320。在第一預攝影像310與第二預攝影像320分別具有第一影像區塊334。在進行步驟d-1時，係分別對相同位置的第一影像區塊334進行絕對誤差的計算。
接著，將符合上述設定的第一影像區塊334與第二影像區塊335通過濾通器。其中，濾通器係為索貝爾濾通器(Sobel filter)或銳利化濾通器(sharpness filter)。使得影像區塊中的每一像素進行濾通計算。再由影像區塊中選取出符合濾通門檻值的高頻像素，將其定義為特徵點。在本發明中，每一個影像區塊中並非僅選擇出一個特徵點。影像區塊中的像素若均不符合上述門檻值時，則不從中選取出特徵點。反之，若是影像區塊中有兩個以上的像素符合時，則選出最符合設定的像素作為特徵點。
分別對上述所選出的特徵點，利用影像相似度比較，例如絕對距離和(Sum of Absolute Distance，簡稱SAD)，SAD越小，相似度越低，計算出第一預攝影像310對第二預攝影像320的每一特徵點的區域移動向量。其中，區域移動向量係由第一預攝影像310上的特徵點為基準，配合此一特徵點336在第二預攝影像320移動，進而產生相應的區域移動向量。請配合參考「第4C圖」所示，其係為區域移動向量示意圖。在「第4C圖」係以中心區域332中的特徵點336(圖中的黑色區塊)為例，其箭頭代表的是區域移動向量。
選取邊緣區域333中的區域移動向量，進行相似度計算程序建立相機移動向量。相機移動向量是根據區域移動向量用以來推估出數位相機在拍攝的時候，數位相機震動的方向與大小。其中，相機移動向量模型是以一個3x3矩陣來表示之。在計算出此一3x3矩陣後，便可重新計算出中心區域各區塊之特徵點336的相機移動向量，請配合「第4D圖」所示，其係為相機移動向量之示意圖。接著，將區域移動向量與相機移動向量相減，產生物件移動向量。請另外參考「第4E圖」，其係為物件移動向量之示意圖。在「第4E圖」中係以白色箭頭作為物件移動向量。
最後，根據物件移動向量與相機移動向量之最大值，用以調整拍攝數位影像時的拍攝設定。其中，拍攝設定係為感光度、光圈值或曝光值，若移動向量大，則調高感光度，降低曝光時間以減少影像模糊機率。
本發明係提供一種利用動態偵測的方式，對數位相機的震動或被攝物的晃動進行辨識。當偵測到數位相機發生震動時，將數位影像中的物件移動向量(意即被攝物的晃動)減掉相機移動向量(意即數位相機的震動)，即可得到被攝物的晃動程度。最後，數位相機根據上述結果對其拍攝設定進行調整。藉以避免，因為直接調高拍攝設定導致數位影像的品質下滑。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
111、112．．．數位影像
310．．．第一預攝影像
320．．．第二預攝影像
332．．．中心區域
333．．．邊緣區域
334．．．第一影像區塊
335．．．第二影像區塊
336．．．特徵點
第1圖係為習知技術對數位影像的像素計算示意圖。
第2圖係為本發明之運作流程示意圖。
第3A圖係為第一預攝影像與第二預攝影像之示意圖。
第3B圖係為中心區域與邊緣區域之示意圖。
第3C圖係為第一影像區塊之示意圖。
第3D圖係為第二影像區塊之示意圖。
第4A圖係為本發明之特徵點選取的運作流程示意圖。
第4B圖係為計算絕對誤差之示意圖。
第4C圖係為區域移動向量示意圖。
第4D圖係為相機移動向量之示意圖。
第4E圖係為物件移動向量之示意圖。

Claims (4)

  1. 一種利用移動偵測調整數位相機之拍攝設定的方法，其係應用於一數位相機在進行拍攝一數位影像時，根據該數位相機或被攝物的晃動，用以決定調整該數位相機的拍攝設定，該調整設定方法包括以下步驟：擷取連續兩禎預攝影像，將其定義為一第一預攝影像與一第二預攝影像；在該第一預攝影像與該第二預攝影像中之相同位置上設定一中心區域，在該中心區域中更包括有複數個第一影像區塊；在該第一預攝影像與該第二預攝影像中之相同位置上設定一邊緣區域，在該邊緣區域中更包括有複數個第二影像區塊，且該中心區域與該邊緣區域不相互重疊；根據該些第一影像區塊與該些第二影像區塊，查找出複數個特徵點；根據每一該特徵點從該第一預攝影像與該第二預攝影像中建立相應的一區域移動向量；選取該邊緣區域中的該些區域移動向量進行一相似度計算程序，用以建立一相機移動向量；將該區域移動向量與該相機移動向量相減，產生一物件移動向量；以及根據該物件移動向量與該相機移動向量之最大值，用以調整拍攝該數位影像時的一感光度。
  2. 如請求項1所述之利用移動偵測調整數位相機之拍攝設定的方法，其中在查找該些特徵點中更包括以下步驟：計算該些第一影像區塊在該第一預攝影像與該第二預攝影像中各像素的亮度之絕對誤差；計算該些第二影像區塊在該第一預攝影像與該第二預攝影像中各像素的亮度之絕對誤差；根據上述的各影像區塊的絕對誤差，從該些第一影像區塊與該些第二影像區塊中選取出複數個選取區塊；以及分別對每一該選取區塊中的所有像素通過一濾通器，再從已通過該濾通器的像素中選取出符合一高頻門檻值的像素，並將其定義為該特徵點。
  3. 如請求項2所述之利用移動偵測調整數位相機之拍攝設定的方法，其中該濾通器係為索貝爾濾通器(Sobel filter)或銳利化濾通器(sharpness filter)。
  4. 如請求項1所述之利用移動偵測調整數位相機之拍攝設定的方法，其中根據該物件移動向量與該相機移動向量之差值，更用以調整拍攝該數位影像時的一光圈值。
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