TWI445399B - 夜視攝影的曝光調整方法 - Google Patents

Description

夜視攝影的曝光調整方法

一種攝影機的參數調整方法，特別有關於一種夜視攝影的曝光調整方法。

隨著監控設備的普及化，越來越多人會裝設監控設備來保障自身的財產與人身安全。為能全天候的監控，因此有廠商更提出可以在夜間拍攝的監視攝影機。夜視攝影機在夜視狀態下，夜視攝影機會發出人們肉眼看不到的紅外線光(Infrared light，IR light)去照亮被拍攝的物體。紅外線光經物體反射後，進入鏡頭進行成像。這時我們所看到的是由紅外線光反射所成的影像，而不是以可見光反射所成的影像，因此可以拍攝到黑暗環境下肉眼看不到的影像。

習知技術的夜視攝影機係以固定的測光方式決定曝光參數(例如：平均測光、中心測光或點測光)進行拍攝。當被攝物體與攝影機的距離較近時，被攝物體可能會因為過長的曝光時間而導致影像細節難以分辨。當被攝物體與攝影機的距離較遠時，而過長的曝光時間除了會增加影像中的雜訊也會造成模糊的影像。

鑒於以上的問題，本發明在於提供一種夜視攝影的曝光調整方法，用以調整動態影像中對影像物件的測光權重，使得影像物件的亮度不會過曝或不足。

本發明所揭露之夜視攝影的曝光調整方法包括以下步驟：在調整紅外線光源的強度值前後分別拍攝第一影像與第二影像。將所拍攝的第一影像與第二影像均劃分為多個影像區塊，而第一影像中的各影像區塊之位置係對應第二影像中的各影像區塊之位置。比對第一影像的各影像區塊與第二影像的各影像區塊中的光線反射率，並判斷影像區塊中的影像物件之物距。當影像物件與夜視攝影機的物距較遠時，則調低該影像區塊的測光權重；反之，當影像物件與夜視攝影機的物距較近時，則調高影像區塊的測光權重。夜視攝影機根據調整後的測光權重，進行拍攝影像物件。

本發明所提出的夜視攝影的曝光調整方法可以對動態影像的各影像區塊重新決定測光權重並計算動態影像曝光參數，藉以避免影像物件距離夜視攝影機過遠/過近時曝光異常的問題。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

本發明應用於具有夜視功能的攝影裝置中，例如：攝影機、監視器、照相機或網路攝影機(IP-camera或web camera)等。請參考第1圖所示，其係為本發明之架構示意圖。本發明的攝影機100至少包括影像擷取單元110、紅外線光源120、儲存單元130與處理單元140。

處理單元140電性連接於影像擷取單元110、紅外線光源120與儲存單元130。影像擷取單元110將所接收的光訊號轉換為電子 訊號。處理單元140根據轉換後的電子訊號進行影像物件的相關曝光處理(詳細運作請參考後文)。紅外線光源120用以提供夜視拍攝時的紅外線光。儲存單元130儲存曝光調整程序131、場景偵測程序132、反射率與物距對應表133與動態影像150。

為清楚說明本發明中不同運作階段時所獲取到的影像所代表的意義，在此逐一的進行說明。首先，針對攝影機100所拍攝的範圍則定義為場景(Scene)。對於監控用的攝影機100而言，監控用攝影機100所拍攝的場景多為固定範圍。攝影機100所拍攝的動態影像150係由多幀畫格(frame)所構成的。在本發明中將進入場景的被攝物定義為影像物件160。例如，當攝影機100所拍攝的場景有人進入時，在此將進入者將被視為影像物件160。一般而言，處理單元140並不會將所有的動態影像150被記錄至儲存單元130。只有當場景中的物件出現激烈變化或是影像物件160進入場景時，監控用攝影機100才會開始記錄之後的動態影像150與影像物件160。這樣除了降低處理單元140的運算負擔外，也可以提高儲存單元130的使用效率。

當有新的影像物件160進入場景時，由於影像物件160與攝影機100的距離並非固定。若攝影機100以預設的曝光參數(曝光值與增益值)拍攝不同影像物件160，則將會造成所拍攝的影像物件160的亮度過曝或亮度不足。因此本發明的處理單元140根據下述方式對紅外線光源120的強度值進行調整。請參考第2A圖與第2B圖所示，其係分別為本發明之步驟流程示意圖與運作示意 圖。本發明的曝光調整程序131之流程包括以下步驟：步驟S210：啟動場景偵測，根據所拍攝的動態影像之亮度變化，用以判斷動態影像中的影像物件之狀態是否改變；步驟S220：調整紅外線光源的強度值，並於調整強度值之前拍攝第一影像與調整強度值之後拍攝第二影像；步驟S230：將所拍攝的第一影像與第二影像均劃分為多個影像區塊；步驟S240：設定第一影像與第二影像的影像權重；步驟S250：比對第一影像的影像區塊與第二影像的影像區塊之光線反射率，用以判斷影像物件的物距；步驟S260：根據物距調整每一影像區塊的測光權重；步驟S270：重設紅外線光源的強度值；以及步驟S280：根據測光權重重新計算並設定動態影像的曝光參數，並拍攝動態影像。

本發明的攝影機100在運行的過程中，處理單元140也會同時運行場景偵測程序132。由於攝影機100固定拍攝同一場景，所以場景的亮度變化率應該會維持在固定變化量之中。當動態影像150的亮度出現異動時，可能是場景中出現了新的影像物件160。於此同時，處理單元140會驅動紅外線光源120，並以不同的強度值的紅外線分別拍攝第一影像I1與第二影像I2。舉例來說，處理單元140將紅外線光源120設定為100%的強度值輸出，並拍攝第 一影像I1。而處理單元140隨後會將紅外線光源120調整為60%的強度值輸出，並拍攝第二影像I2。

處理單元140對第一影像I1與第二影像I2分別指派不同的影像權重。影像權重的設定是依據紅外線光源120的強度值所決定。對於較強的紅外線光的第一影像I1，處理單元140會設定為較低的影像權重。反之，對於較低的紅外線光的第二影像I2，處理單元140會設定為較高的影像權重。當第一影像I1與第二影像I2進行疊和處理時，可以降低強度值高的紅外線拍攝影像物件160會造成過亮的影響。

由於動態影像150是串流的依序輸入，所以拍攝第一影像I1與第二影像I2的間隔時間是相當短的。因此假設可以忽略第一影像I1與第二影像I2中的影像物件160之移動量。處理單元140將第一影像I1與第二影像I2劃分多個影像區塊，而影像區塊的數量可以根據處理單元140的運算能力、拍攝的影像的大小或影像物件160的大小所決定。而第一影像I1與第二影像I2的影像區塊之數量係為一致。在本發明中劃分影像區塊、拍攝影像與設定影像權重等步驟的順序是可以被交換並不限制於此。另外，為方便說明所以將拍攝的影像劃分為九個影像區塊作為說明，請參考第3A圖所示，其係為本發明的影像區塊示意圖。在第3A圖中影像係以黑色線框表示，而影像區塊係以黑色虛線表示。在第3A圖中為清楚表示，所以將影像的顯示範圍略大於所有的影像區塊。而九個影像區塊分別為第一影像區塊A₁、第二影像區塊A₂、第三影像區 塊A₃、第四影像區塊A₄、第五影像區塊A₅、第六影像區塊A₆、第七影像區塊A₇、第八影像區塊A₈與第九影像區塊A₉。而各影像區塊的排列順序係由上至下且由左至右的排列。

根據上述方式，處理單元140分別將第一影像I1與第二影像I2各劃分九個影像區塊，且不同影像的每一影像區塊的位置之相互對應的。換言之，第一影像I1的第一影像區塊A₁是對應於第二影像I2的第一影像區塊A₁，其他影像區塊也是相對應的，請參考第3B圖。誠如前文所述，第一影像I1與第二影像I2的間隔時間很短，所以兩影像的影像物件160之移動量可以被忽略。因此第一影像I1與第二影像I2的畫面可以視為相同的。

對相同位置的影像物件160而言，不同強度的紅外線照射時所得到的光線反射率也會有所不同。因此，處理單元140可以根據第一影像I1與第二影像I2的影像物件160之光線反射率變化向反射率與物距對應表133查找影像物件160與攝影機100間的物距。一般而言，在相同的物距時，影像物件160的光線反射率會隨著照射光線的強度而改變。當紅外線光的強度值高而影像物件160的反射率低時，代表影像物件160的物距遠。當紅外線光的強度值低而影像物件160的反射率高時，則代表影像物件160的物距近。所以處理單元140可以根據第一影像I1與第二影像I2的光線反射率之改變進而得到攝影機100與影像物件160的物距。

處理單元140對具有影像物件160的影像區塊進行物距的處理。當影像物件160進入場景時，並非所有的影像區塊均會涵蓋 到影像物件160。因此處理單元140可以針對具有影像物件160的影像區塊進行物距的計算。處理單元140在取得影像區塊的影像物件160之物距後，處理單元140將根據物距對相應的影像區塊進行測光權重的調整。對於同一張影像而言，當影像區塊的反射率高時，則處理單元140將會對影像區塊設定較高的測光權重。若影像區塊的反射率低時，則處理單元140將會對影像區塊設定較低的測光權重。

接下來，處理單元140會將紅外線光源120的強度值固定，使得拍攝動態影像150時紅外線光源120不會變動而導致影像亮度跳動。處理單元140在完成各影像的影像權重與影像區塊的測光權重後，處理單元140將根據影像權重與測光權重重新調整動態影像的曝光值與增益值，並進行動態影像150的拍攝。換言之，處理單元140在得到動態影像新的曝光參數後，處理單元140會根據新的曝光參數進行動態影像的拍攝。

舉例來說，處理單元140在以不同100%與50%出力的強度值的紅外線拍攝第一影像I1與第二影像I2。處理單元140根據各強度值對第一影像I1與第二影像I2分別設定50%與100%影像權重。接著，處理單元140根據第一影像I1的影像區塊與第二影像I2的影像區塊計算影像物件的物距。處理單元140根據物距在查找出相應的光線反射率與其測光權重。處理單元140將每一影像區塊的測光權重乘上影像權重，得到每一張影像的新測光權重。處理單元140將第一影像I1的測光權重與第二影像I2的測光權重 進行加權平均後，進而產生新的測光權重。最後，處理單元140根據新的測光權重進而調整曝光參數，並重拍攝動態影像。

除了上述的實施態樣，本發明也可以根據所拍攝的多張影像進行光線反射率的比對。請參考第4圖所示，其係為本發明的另一實施態樣之流程圖。

步驟S410：啟動場景偵測，根據所拍攝的動態影像之亮度變化，用以判斷動態影像中的影像物件160之狀態是否改變；步驟S420：調整紅外線光源的強度值，並以不同的強度值拍攝第一影像、第二影像與第三影像；步驟S430：將所拍攝的第一影像、第二影像與第三影像均劃分為多個影像區塊；步驟S440：設定第一影像與第二影像與第三影像的影像權重；步驟S450：比對第一影像的影像區塊、第二影像的影像區塊與第三影像的影像區塊之光線反射率，用以判斷影像物件的物距；步驟S460：根據物距調整每一影像區塊的測光權重；步驟S470：重設紅外線光源的強度值；以及步驟S480：根據各區塊測光權重重新計算動態影像的曝光參數，並拍攝動態影像。

此一實施態樣中，係以三種不同強度值的紅外線光源120照射影像物件160，並拍攝第一影像I1、第二影像I2與第三影像I3。 處理單元140根據不同的強度值設定各影像I1、I2、I3的影像權重。接著，處理單元140對各影像I1、I2、I3的影像區塊進行影像物件之物距辨識，並根據物距設定相應的測光權重。最後，處理單元140根據新的測光權重進而調整曝光參數，並重拍攝動態影像。

本發明所提出的夜視攝影的曝光調整方法可以對動態影像的各影像區塊重新決定測光權重並計算後續所拍攝的動態影像之曝光參數，藉以避免影像物件160距離夜視攝影機100過遠/過近時曝光異常的問題。

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。

100‧‧‧攝影機

110‧‧‧影像擷取單元

120‧‧‧紅外線光源

130‧‧‧儲存單元

131‧‧‧曝光調整程序

132‧‧‧場景偵測程序

133‧‧‧反射率與物距對應表

140‧‧‧處理單元

150‧‧‧動態影像

160‧‧‧影像物件

I1‧‧‧第一影像

I2‧‧‧第二影像

第1圖係為本發明之架構示意圖。

第2A圖係為本發明之步驟流程示意圖。

第2B圖係為本發明之運作示意圖。

第3A圖係為本發明的影像區塊示意圖。

第3B圖係為本發明的影像區塊對應示意圖。

第4圖係為本發明的另一實施態樣之流程圖。

Claims (8)

1. 一種夜視攝影的曝光調整方法，調整具有一影像物件的一動態影像之一曝光參數，該曝光調整方法包括：調整一紅外線光源的一強度值，並於調整該強度值之前拍攝一第一影像與調整該強度值之後拍攝一第二影像；將所拍攝的該第一影像與該第二影像均劃分為多個影像區塊；比對該第一影像的該些影像區塊與該第二影像的該些影像區塊的一光線反射率，用以判斷該影像物件的一物距；根據該物距調整每一該影像區塊的一測光權重；以及根據該測光權重並重新計算該動態影像的該曝光參數，並拍攝該動態影像。
2. 如請求項1所述之夜視攝影的曝光調整方法，其中該拍攝該第一影像前更包括：啟動一場景偵測，根據所拍攝的該動態影像之亮度變化，用以判斷該動態影像中的該影像物件之狀態是否改變。
3. 如請求項1所述之夜視攝影的曝光調整方法，其中調整該紅外線光源的該強度值時，固定該夜視攝影機的該曝光參數中的一曝光值與一增益值。
4. 如請求項1所述之夜視攝影的曝光調整方法，其中在拍攝該第一影像與該第二影像後更包括：設定該第一影像與該第二影像的一影像權重。
5. 如請求項1所述之夜視攝影的曝光調整方法，其中在拍攝該第一影像與該第二影像之後更包括：拍攝一第三影像，該第三影像的該強度值相異於該第一影像之該強度值與該第二影像之該強度值。
6. 如請求項5所述之夜視攝影的曝光調整方法，其中在拍攝該第一影像、該第二影像與該第三影像後更包括：設定該第一影像、該第二影像與該第三影像的一影像權重。
7. 如請求項5所述之夜視攝影的曝光調整方法，其中比對該第一影像的該些影像區塊、該第二影像的該些影像區塊與該第三影像的該些影像區塊的該光線反射率，用以判斷該影像物件的該物距。
8. 如請求項1所述之夜視攝影的曝光調整方法，其中在調整該測光權重之步驟後更包括：重設該紅外線光源的該強度值。