TWI433533B - 影像擷取裝置及其影像合成方法 - Google Patents

Description

影像擷取裝置及其影像合成方法

本發明是有關於一種影像擷取裝置及其影像合成方法，特別是有關於一種可對拍攝場景進行多種的曝光亮度分析，以進一步合成高動態範圍影像之影像擷取裝置及其影像合成方法。

高動態範圍(High Dynamic Range,HDR)檔是一種特殊圖形檔格式，它的每一個圖元除了普通的RGB資訊，還有該點的實際亮度資訊。普通的圖形檔每個圖元只有0至255的灰度範圍，這實際上是不夠的。想像一下太陽的發光強度和一個純黑的物體之間的灰度範圍或者說亮度範圍的差別，遠遠超過了256個級別。因此，一張普通的白天風景圖片，看上去白雲和太陽可能都呈現是同樣的灰度/亮度，都是純白色，但實際上白雲和太陽之間實際的亮度不可能一樣，它們之間的亮度差別是巨大的。因此，普通的圖形檔格式是很不精確的，遠遠沒有記錄到現實世界的實際狀況。

高動態範圍是指一個場景的最亮和最暗部分之間的相對比值。一張高動態範圍影像，它記錄了遠遠超出256個級別的實際場景的提度值，超出的部分在螢幕上是顯示不出來的。可以這樣想像： 在Photoshop裡打開一張從室內往窗外拍的圖片，窗外的部分處在強烈的陽光下，曝光過度，呈現的是一片白色，沒有多少細節。你將毫無辦法，調暗只會變成灰色而已，並不會呈現更多的細節。但如果同一場景是由高動態範圍影像所記錄的話，減低曝光度，原來純白的部分將會呈現更多的細節。

目前合成高動態範圍影像，大多都是針對同一場景，以固定的曝光值來拍攝數張影像，每張影像的曝光值約略差1至2曝光值(Expose Value,EV)之曝光補償，或是更少，來嘗試結合多張不同曝光影像來包含該場景的影像動態。然而，現有的方法，由於每張影像的動態有限，所以得拍攝多張影像來合成，然一般相機的處理能力有限，無法在短時間內處理3張以上的影像時，我們就得從中選出幾張影像進行合成。例如，針對2至3張影像進行處理，且以固定的曝光補償來拍攝2至3張影像，來合成高動態範圍影像。然此種方式有時因場景的關係，無法有效地選出恰當的曝光補償值來拍攝或處理影像，因而常常無法產生預期的高動態範圍影像。因此，以需求來說，設計一理想的影像擷取裝置及其影像合成方法，來合成高動態範圍影像，已成市場應用上之一刻不容緩的議題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種影像擷取裝置及其影像合成方法，以解決習知的技術將不同曝光補償的影像一併進行合成，所造成之高動態範圍影像處理時間及影像品質不如預期的問題。

根據本發明之目的，提出一種影像擷取裝置，其包含一影像擷取 模組、一曝光模組以及一處理模組。影像擷取模組係對一場景擷取一場景影像。曝光模組係對該場景做測光，以產生複數個色階分佈圖。處理模組係根據該些色階分佈圖運算出該場景影像於不同曝光條件之複數個離散值，且該處理模組根據至少二最高之離散值對該場景影像進行影像處理，以產生至少二不同亮度條件之暫時影像，並將該至少二不同亮度條件之暫時影像進行影像合成，以產生一儲存影像。

其中，該曝光模組係以複數種曝光補償對該場景進行測光，以產生不同曝光條件之該些色階分佈圖。

其中，該曝光模組係就一區間亮度範圍，產生不同曝光條件之該些色階分佈圖。

其中，各該離散值係代表該場景影像於不同曝光補償條件之亮暗變化程度。

其中，該處理模組合成該至少二不同亮度條件之暫時影像中相同影像物件中的每一像素，以產生該儲存影像。

根據本發明之目的，再提出一種影像合成方法，係適用於一影像擷取裝置。該影像合成方法包含下列步驟：由一影像擷取模組對一場景擷取一場景影像；透過一曝光模組對該場景做測光，以產生複數個色階分佈圖；利用一處理模組根據該些色階分佈圖運算出該場景影像於不同曝光條件之複數個離散值；以該處理模組根據至少二最高之離散值對該場景影像進行影像處理，以產生至少二不同亮度條件之暫時影像；以及藉由該處理模組將該至少二不同亮度條件之暫時影像進行影像合成，以產生一儲存影像。

其中，此方法更包含透過該曝光模組以複數種曝光補償對該場景進行測光，以產生不同曝光條件之該些色階分佈圖。

其中，此方法更包含使用該曝光模組就一區間亮度範圍產生不同曝光條件之該些色階分佈圖。

其中，此方法更包含藉由該處理模組合成該至少二不同亮度條件之暫時影像中相同影像物件中的每一像素，以產生該儲存影像。

其中，各該離散值係代表該場景影像於不同曝光補償條件之亮暗變化程度。

根據本發明之目的，又提出一種影像合成方法，係適用於一影像擷取裝置。該影像合成方法包含下列步驟：由一影像擷取模組對一場景擷取一場景影像；透過一曝光模組以複數種曝光補償對該場景進行測光，以產生不同曝光條件之複數個色階分佈圖；利用一處理模組根據該些色階分佈圖運算出該場景影像於不同曝光條件之複數個離散值；以該處理模組根據至少二最高之離散值對該場景影像進行影像處理，以產生至少二不同亮度條件之暫時影像；以及藉由該處理模組將該至少二不同亮度條件之暫時影像進行影像合成，以產生一高動態範圍影像。

其中，各該離散值係代表該場景影像於不同曝光補償條件之亮暗變化程度。

其中，該儲存影像係為一高動態範圍影像。

承上所述，依本發明之影像擷取裝置及其影像合成方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)此影像擷取裝置及其影像合成方法可於拍攝過程中，利用對拍攝場景測光時，進行亮度動態分析，然後按照影像擷取裝置所能處理的影像張數，動態地且有效率地產生不同曝光值之暫時影像，以合成一高動態範圍影像。如此將能縮短高動態範圍影像合成的時間。

(2)此影像擷取裝置及其影像合成方法可於拍攝過程中，利用對拍攝場景測光時，進行亮度動態分析，然後按照影像擷取裝置所能處理的影像張數，動態地且有效率地產生不同曝光值之暫時影像，以合成一高動態範圍影像。如此將能提升高動態範圍影像合成的品質。

1‧‧‧影像擷取裝置

10‧‧‧影像擷取模組

11‧‧‧曝光模組

12‧‧‧儲存模組

13‧‧‧顯示模組

14‧‧‧處理模組

101‧‧‧場景影像

111‧‧‧色階分佈圖

141‧‧‧第一暫時影像

142‧‧‧第二暫時影像

121‧‧‧高動態範圍影像

5‧‧‧電子裝置

50‧‧‧本體

51‧‧‧輸入裝置

S61~S65‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之影像擷取裝置一實施例之方塊圖。

第2圖係為本發明之影像擷取裝置一實施例之示意圖。

第3圖係為本發明之影像擷取裝置一實施例影像之各該色階分佈圖之示意圖。

第4圖係為本發明之影像擷取裝置一實施例之高動態範圍影像之合成示意圖。

第5圖係為本發明之具有影像擷取功能之電子裝置一實施例之示意圖。

第6圖係為本發明之影像合成方法之流程圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之影像擷取裝置及其影像合成方法之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

本發明之影像擷取裝置可以是數位相機(Digital Camera)、照相手機(Camera Phone)、智慧型手機(Smartphone)或數位攝影機(Digital Video Camera)等各種具有攝像功能的可攜式電子裝置，為便於更暸解本發明之技術特徵，底下是以照相手機為實施例，但並不以此為限。

請參閱第1圖，其係為本發明之影像擷取裝置一實施例之方塊圖。如圖所示，本發明之影像擷取裝置1包含了一影像擷取模組10、一曝光模組11、一儲存模組12、一顯示模組13以及一處理模組14。影像擷取模組10係用來擷取影像及產生影像資料。影像擷取模組10可包含鏡頭、感光元件如互補式金氧半導體元件(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)或電荷耦合元件(Charge-Coupled-Device，CCD)、類比/數位電路、影像處理器等。曝光模組11係具有自動曝光(Auto Exposure)調節的機制，可包含光圈大小、快門、ISO感光度等，且其以複數種曝光補償對欲進行拍攝的場景進行測光，來產生不同曝光條件之該些色階分佈圖111。儲存模組12可作影像之儲存，其可為嵌入式記憶體、外接式記憶卡或其組合。顯示模組13係用以顯示影像，其可為液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)或觸控式液晶螢幕。

處理模組14係電性連接影像擷取模組10、曝光模組11、儲存模組12以及顯示模組13，其可為中央處理器(Central Processing Unit，CPU)或微處理器(Micro-Processing Unit)。處理模組14可根據曝光模組11產生之該些色階分佈圖111運算出該場景影像101於不同曝光條件之複數個離散值；且處理模組14可根據至 少二最高之離散值對該場景影像101進行影像處理，以產生至少二不同亮度條件之暫時影像。例如，如第1圖中所示，處理模組14可將場景影像101進行影像處理，產生第一暫時影像141及第二暫時影像142。而後，處理模組14可將該至少二不同亮度條件之暫時影像(如第一暫時影像141及第二暫時影像142)進行影像合成，以產生一張高動態範圍影像121，儲存於儲存模組12。並處理模組14可控制顯示模組13顯示該高動態範圍影像121。

請一併參閱第2圖，其係為本發明之影像擷取裝置一實施例之示意圖。如圖所示，使用者在使用影像擷取裝置1擷取影像的過程中，可於影像擷取模組10對拍攝場景擷取一場景影像101的同時，利用曝光模組11自動曝光(Auto Exposure,AE)調節的機制對該拍攝場景做測光，以統計出該拍攝場景於不同曝光條件下的色階分佈圖111。在本實施例中，曝光模組11在進行自動曝光調節機制之測光時，可分別用+2EV、+1EV、0EV、-1EV和-2EV等5種曝光補償進行測光。使得影像擷取模組10在擷取該場景影像101的同時，曝光模組11可得到各種不同曝光條件之各該色階分佈圖111(如第3圖所示)。接著，處理模組14可利用各該色階分佈圖111運算出該張場景影像101在特定曝光補償條件下的熵值(Entropy)。其中，熵值越高，代表該場景影像101於特定曝光補償條件下所涵蓋的有效動態範圍越大，亦即亮暗範圍的變化越大。

請一併參閱表1，其係為不同的曝光補償分別對應之熵值。如表所示，可得知+2EV、+1EV、0EV、-1EV和-2EV等5種曝光補償條件下之熵值分別為3.31、4.01、3.75、3.83和2.96。根據前面敘 述可進一步推知該場景影像101於特定曝光補償條件下所涵蓋的有效動態範圍，由大至小的順序依序為+1EV、-1EV、0EV、+2EV和-2EV。如此，處理模組14可根據影像擷取裝置1初始設定之高動態範圍影像的處理時間或合成張數(該初始設定可依廠商或使用者動態地調整成不同的初始值)，對場景影像101進行影像處理。例如，初始設定之高動態範圍影像的合成張數為兩張暫時影像(在本實施例中，初始設定之兩張合成張數，然本發明於實際實施時，並不限於此合成張數之限定)，處理模組14則可將影像擷取模組10所擷取到之場景影像101進行影像處理，依據5種曝光補償之熵值大小，產生+1EV的第一暫時影像141及-1EV的第二暫時影像142。而後，如第4圖所示，處理模組14可將+1EV的第一暫時影像141及-1EV的第二暫時影像142進行影像合成，以產生一張高動態範圍影像121，儲存於儲存模組12。最後，顯示模組13可顯示此高動態範圍影像121。

由上述可知，在初始條件為兩張暫時影像的高動態合成張數時，處理模組14以最大熵值組合的曝光補償來進行影像處理，來產生出+1EV的第一暫時影像141及-1EV的第二暫時影像142；其代表 該場景影像101於此曝光補償條件下所涵蓋之最大有效動態範圍。而後，處理模組14合成不同亮度條件之第一暫時影像141及第二暫時影像142中相同影像物件中的每一像素，以得到最大動態範圍的高動態範圍影像。也就是說，在有限的拍攝條件下，使用者可藉由選出最佳之曝光參數，使得合成的高動態範圍影像，其動態與細節都是最佳的。

值得一提的是，影像擷取裝置1亦可對場景影像101中有興趣的區間亮度範圍作進一步地處理。類似前面所敘述，如使用者對亮度值介於64~192間的資訊有興趣，使用者可經由一操作介面(圖未示)控制處理模組14對此範圍內的色階分佈圖111進行統計，以找出最佳之曝光組合。而後，處理模組14再將場景影像101處理成至少二不同亮度條件之暫時影像141及142，以進行高動態影像合成。最後，產生一張亮度值介於64~192間的區間亮度範圍之高動態範圍影像121。

此外，在本發明所屬領域中具有通常知識者應當明瞭，自動曝光調節機制進行測光時，其不一定要以1為單位來進行曝光補償之測光，亦可以0.3或其他數字單位為間隔進行自動曝光調節機制的曝光補償之測光。且影像在特定曝光補償條件下的熵值可由其他的離散值或統計值來代表。前面敘述之態樣僅為舉例而非限制，在此先行敘明。

請參閱第5圖，其係為本發明之具有影像擷取功能之電子裝置一實施例之示意圖。如圖所示，本發明之電子裝置5係包含一本體50、輸入裝置51及影像擷取裝置1，影像擷取裝置1係設置於本體50之上且與輸入裝置51電性連接。影像擷取裝置1則包含了影像 擷取模組、曝光模組、儲存模組、顯示模組及處理模組，此處的影像擷取裝置1之詳細敘述已於前面詳述過，在此便不再贅述。然而值得一提的是，本發明所提出的電子裝置5係可為各式移動式手持裝置，例如數位相機、具有照相功能的多媒體播放裝置、具有照相功能的行動電話、智慧型手機(Smart phone)、導航裝置(Navigator)、具照相功能之平板電腦或個人數位助理(PDA)等。

在本實施例中，本發明之電子裝置5即以智慧型手機為例，其係可內嵌本發明所提出之影像擷取裝置1作為照相用，因而使用者可藉由智慧型手機之輸入裝置51如觸控螢幕或實體按鍵等，在需要拍攝高動態範圍影像的情況下，電子裝置5隨即開始進行上述的自動曝光之測光、熵值運算及高動態範圍影像合成的動作，其大大的縮短了高動態範圍影像合成的時間以及提升影像合成的品質。本實施例所揭露之智慧型手機係僅為舉例而非限制，於本發明所屬技術領域具有通常知識者應可輕易置換其他的裝置搭配本發明之影像擷取裝置，在此先行敘明。

儘管前述在說明本發明之影像擷取裝置的過程中，亦已同時說明本發明之影像擷取裝置之影像合成方法的概念，但為求清楚起見，以下仍另繪示流程圖詳細說明。

請參閱第6圖，其係為本發明之影像合成方法之流程圖。如圖所示，本發明之影像合成方法，其適用於一影像擷取裝置，該影像擷取裝置包含一影像擷取模組、一曝光模組、一儲存模組、一顯示模組以及一處理模組。影像擷取裝置之影像合成方法包含下列步驟： (S61)由一影像擷取模組對一場景擷取一場景影像；(S62)透過一曝光模組以複數種曝光補償對該場景進行測光，以產生不同曝光條件之複數個色階分佈圖；(S63)利用一處理模組根據該些色階分佈圖運算出該場景影像於不同曝光條件之複數個離散值；(S64)以該處理模組根據至少二最高之離散值對該場景影像進行影像處理，以產生至少二不同亮度條件之暫時影像；以及(S65)藉由該處理模組將該至少二不同亮度條件之暫時影像進行影像合成，以產生一高動態範圍影像。

本發明之影像擷取裝置之影像合成方法的詳細說明以及實施方式已於前面敘述本發明之影像擷取裝置以及電子裝置時描述過，在此為了簡略說明便不再敘述。

綜上所述，本發明所提出之影像擷取裝置及其影像合成方法可於拍攝過程中，利用對拍攝場景測光時，進行亮度動態分析，然後按照影像擷取裝置所能處理的影像張數，動態地且有效率地產生不同曝光值之暫時影像，以合成一高動態範圍影像。如此將能縮短高動態範圍影像合成的時間且提升高動態範圍影像合成的品質。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧影像擷取裝置

10‧‧‧影像擷取模組

11‧‧‧曝光模組

12‧‧‧儲存模組

13‧‧‧顯示模組

14‧‧‧處理模組

101‧‧‧場景影像

111‧‧‧色階分佈圖

141‧‧‧第一暫時影像

142‧‧‧第二暫時影像

121‧‧‧高動態範圍影像

Claims (8)

1. 一種影像擷取裝置，其包含：一影像擷取模組，係對一場景擷取並產生一場景數位影像；一曝光模組，係對該場景做測光，以產生複數個色階分佈圖；以及一處理模組，係根據該些色階分佈圖運算出該場景數位影像於不同曝光條件之複數個離散值，且該處理模組根據至少二最高之離散值對該場景數位影像進行影像處理，以產生至少二不同亮度條件之暫時數位影像，並將該至少二不同亮度條件之暫時影像進行影像合成，以產生一儲存影像；其中，該曝光模組係以複數種曝光值對該場景進行測光，以產生不同曝光條件之該些色階分佈圖；其中，該離散值係代表該場景數位影像於不同曝光補償條件之亮暗變化程度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取裝置，其中該曝光模組係就一區間亮度範圍，產生不同曝光條件之該些色階分佈圖。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取裝置，其中該處理模組合成該至少二不同亮度條件之暫時數位影像中相同影像物件中的每一像素，以產生該儲存影像。
4. 一種影像合成方法，係適用於一影像擷取裝置，該影像合成方法包含下列步驟：由一影像擷取模組對一場景擷取並產生一場景數位影像； 透過一曝光模組對該場景做測光，以產生複數個色階分佈圖；利用一處理模組根據該些色階分佈圖運算出該場景數位影像於不同曝光條件之複數個離散值；以該處理模組根據至少二最高之離散值對該場景數位影像進行影像處理，以產生至少二不同亮度條件之暫時數位影像；以及藉由該處理模組將該至少二不同亮度條件之暫時數位影像進行影像合成，以產生一儲存影像；其中，透過該曝光模組以複數種曝光值對該場景進行測光，以產生不同曝光條件之該些色階分布圖；其中，該離散值係代表該場景數位影像於不同曝光補償條件之亮暗變化程度。
5. 如申請專利範圍第4項所述之影像合成方法，更包含下列步驟：使用該曝光模組就一區間亮度範圍產生不同曝光條件之該些色階分佈圖。
6. 如申請專利範圍第4項所述之影像合成方法，更包含下列步驟：藉由該處理模組合成該至少二不同亮度條件之暫時數位影像中相同影像物件中的每一像素，以產生該儲存影像。
7. 一種影像合成方法，係適用於一影像擷取裝置，該影像合成方法包含下列步驟：由一影像擷取模組對一場景擷取並產生一場景數位影像；透過一曝光模組以複數種曝光補償對該場景進行測光，以產生不同曝光條件之複數個色階分佈圖；利用一處理模組根據該些色階分佈圖運算出該場景數位影像於不同曝光條件之複數個離散值；以該處理模組根據至少二最高之離散值對該場景數位影像進行影 像處理，以產生至少二不同亮度條件之暫時數位影像；以及藉由該處理模組將該至少二不同亮度條件之暫時數位影像進行影像合成，以產生一高動態範圍影像；其中，透過該曝光模組以複數種曝光值對該場景進行測光，以產生不同曝光條件之該些色階分布圖。
8. 如申請專利範圍第7項所述之影像合成方法，其中各該離散值係代表該場景數位影像於不同曝光補償條件之亮暗變化程度。