TWI455579B - 影像擷取方法及應用其之影像處理系統及影像擷取裝置 - Google Patents

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Description

影像擷取方法及應用其之影像處理系統及影像擷取裝置
本發明是有關於一種影像處理方法及應用其之影像處理系統與影像擷取裝置，且特別是有關於一種可回應於攝像參數的改變來調整超解析(Super Resolution)操作之影像處理方法及應用其之影像處理系統與影像擷取裝置。可自動化地進行高動態範圍影像合成操作之影像擷取方法及應用其之影像擷取裝置。
消費性數位影像擷取裝置，例如是數位相機、數位單眼相機(Digital Single Lens Reflex Camera，DSLR)、數位錄影機(Digital Video Recorder)及其他具有拍攝單元的手持式裝置，已廣泛地被市場所接受。一般來說，可交換影像檔案(Exchangeable Image File Format，EXIF)為廣泛應用於數位相機、智慧型手機、掃描器及其他手持式影音技術器中的資料格式，以對應地指示拍攝條件資訊。
然而，現有技術並未提供任何可參考可交換影像檔案資訊，來提升前述各種影像擷取裝置的影像處理效能的技術。據此，如何設計出可參考可交換影像檔案資訊來提升影像擷取裝置的影像處理效能的影像處理方法為業界不斷致力的方向之一。
本發明有關於一種影像處理方法，其係應用於影像處理系統及影像擷取裝置中。本發明相關之影像處理方法首先自影像擷取裝置之影像擷取模組中找出攝像參數，並對應地據以找出超解析(Super Resolution)參數。接著，本發明相關之影像處理方法更對應地根據前述超解析參數來針對擷取影像執行超解析處理。據此，相較於傳統影像處理方法，本發明相關之影像處理方法及應用其之影像處理系統與影像擷取裝置具有可有效地參考攝像參數來調整超解析影像處理操作的優點。
根據本發明之第一方面，提出一種影像擷取裝置，其中包括一影像擷取模組及影像處理系統，影像擷取模組擷取擷取影像。影像處理系統包括參數單元、控制單元及超解析單元。參數單元耦接至影像擷取模組，以找出影像擷取模組提供之多筆攝像參數。控制單元接收此些攝像參數，並找出多筆超解析參數。超解析單元接收擷取影像，並根據控制單元提供之此些超解析參數來對擷取影像進行超解析運算操作。
根據本發明之第二方面，提出一種影像處理方法，應用於一可擷取影像的電子裝置，其中包括下列步驟。首先定義一影像擷取模組所提供之多筆攝像參數。接著根據此些攝像參數定義至少一筆超解析參數。然後經由影像擷取模組找出擷取影像。之後根據此些超解析參數對擷取影像執行超解析運算。
根據本發明之第三方面，提出一種影像處理系統，應用於電子裝置，其中電子裝置包括數位感測器。影像處理系統包括參數單元、控制單元及超解析單元。參數單元耦接至一影像擷取模組，以找出至少一筆攝像參數。控制單元接收此些攝像參數，並找出多筆超解析參數。超解析單元根據此些超解析參數對一影像進行超解析運算操作。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1圖，其繪示本發明實施例之影像擷取裝置的方塊圖。影像擷取裝置1包括影像擷取模組10及影像處理系統20。舉例來說，影像擷取裝置1為數位相機，而影像擷取模組10包括鏡頭單元、快門單元及數位影像感測器。據此，影像擷取裝置1可對應地擷取擷取影像Ic。
影像處理系統20接收擷取影像Ic，並對其進行影像處理。影像處理系統20包括參數單元210、控制單元220及超解析(Super Resolution)單元230。參數單元210耦接至影像擷取模組10，以找出影像擷取模組10提供之多筆攝像參數。舉例來說，參數單元210包括可交換影像檔案(Exchangeable Image File Format，EXIF)參數擷取子單元210a，而參數單元210找出之攝像參數為可交換影像檔案參數Pa。換言之，可交換影像檔案參數Pa係被參數單元210應用來做為攝像參數。
請參照第2圖，其繪示可交換影像檔案參數Pa的示意圖。舉例來說，可交換影像檔案參數Pa包括對應至擷取影像Ic之曝光時間、F值(光圈數值)、感光度設定值(ISO數值)、快門速度、鏡頭焦長、數位變焦比例、對焦距離等等。影像擷取裝置1更包括全球定位系統(Global Positioning System，GPS)單元30，耦接至可交換影像檔案參數擷取子單元210a，以提供全球定位系統參數，如此全球定位系統參數亦包括於可交換影像檔案參數Pa中。
控制單元220接收可交換影像檔案參數Pa，並找出多筆超解析參數Pb。超解析單元230接收擷取影像Ic，且根據控制單元220提供之超解析參數Pb，來針對擷取影像Ic執行超解析操作，以對應地找出處理後之擷取影像Ic'。據此，影像擷取裝置1可有效地參考攝像參數來執行超解析操作。接下來，係列舉操作實例，來針對影像擷取裝置1中的各單元的操作提供進一步的說明。
請參照第3圖，其繪示乃控制單元220的詳細方塊圖。舉例來說，控制單元220包括可交換影像檔案資料庫子單元220a及可交換影像檔案控制子單元220b。可交換影像檔案資料庫子單元220a包括多個資料欄位分別與可交換影像檔案參數Pa對應，各資料欄位儲存至少一超解析影像處理方案。可交換影像檔案控制子單元220b接收可交換影像檔案參數擷取子單元210a提供之可交換影像檔案參數Pa，並據以查詢可交換影像檔案資料庫子單元220a，以找出選取超解析影像處理方案及其對應之多筆選取超解析參數Pb。
請參照第4圖，其繪示乃可交換影像檔案資料庫子單元220a的示意圖。舉例來說，可交換影像檔案參數中之「曝光時間」係對應至短曝光時間影像處理方案及長曝光時間影像處理方案。當可交換影像檔案參數Pa指示一暗背景條件(例如是曝光時間大於1/60秒時對應之條件)時，對應找出之長曝光時間影像處理方案對應至銳利化頻率峰值(Sharpness Frequency Peak)降低、高頻雜訊抹除(High Frequency Noise Reduction)提高及波形還原(Waveform Restoration)提高的超解析運算操作。
相對地，當可交換影像檔案參數Pa指示一亮背景條件(例如是曝光時間小於1/60秒時對應之條件)時，對應找出之短曝光時間影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高、高頻雜訊抹除降低及波形還原降低的超解析運算操作。據此，控制單元220可經由參考可交換影像檔案參數中之「曝光時間」，來選擇性地執行長曝光時間或短曝光時間影像處理方案，並提供對應之超解析參數Pb。
相似地，各個「F數值」、「ISO數值」、「曝光時間」及「光圈數值」等可交換影像檔案參數，亦可選擇性地對應至小光圈/大光圈影像處理方案其中之一、低ISO/高ISO影像處理方案其中之一及慢速快門/高速快門影像處理方案其中之一。據此，控制單元220可參考前述之各個可交換影像檔案參數來找出對應之超解析參數Pb。
在另一個例子中，可交換影像檔案參數「鏡頭焦長(Focal Length)/對焦距離(Focus Distance)」對應至長焦長/近焦距影像處理方案、長焦長/遠焦距影像處理方案、短焦長/近焦距影像處理方案及短焦長/遠焦距影像處理方案其中之一。舉例來說，50釐米(Millimeter)為鏡頭焦長的臨界值，而100公分(Centimeter)為對焦距離的臨界值。當可交換影像檔案參數Pa指示長於50mm的鏡頭焦長及近於 100cm的對焦距離時，對應找出的長焦長/近焦距影像處理方案對應至省略擷取影像之背景部份處理操作、銳利化頻率峰值降低及波形還原降低的超解析運算操作。
當可交換影像檔案參數Pa指示長於50mm的鏡頭焦長及遠於100cm的對焦距離時，對應找出的長焦長/遠焦距影像處理方案對應地至銳利化頻率峰值降低的超解析運算操作。當可交換影像檔案參數Pa指示短於50mm的鏡頭焦長及近於100cm的對焦距離時，對應找出的短焦長/近焦距影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高及波形還原降低的超解析運算操作。當可交換影像檔案參數Pa指示短於50mm的鏡頭焦長及遠於100cm的對焦距離時，對應找出的短焦長/遠焦距影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高及波形還原降低的超解析運算操作。
在再一個例子中，可交換影像檔案參數「數位變焦比例」對應至高數位變焦影像處理方案及低數位變焦影像處理方案。當可交換影像檔案參數Pa指示擷取影像Ic對應至高數位變焦設定時，對應取得之超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值降低、.高頻雜訊抹除提高及波形還原提高的超解析運算操作。當可交換影像檔案參數Pa指示擷取影像Ic對應至低數位變焦設定時，對應取得之超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高、高頻雜訊抹除降低及波形還原降低的超解析運算操作。
在再一個例子中，可交換影像檔案參數「全球定位系統」對應至人工環境超解析影像處理方案及自然環境超解析影像處理方案。當可交換影像檔案參數Pa指示影像擷 取裝置1處於人工場景(例如是在大都會環境中)時，對應取得之超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高、高頻雜訊抹除提高及波形還原提高的超解析運算操作。相對地，當可交換影像檔案參數Pa指示影像擷取裝置1處於自然場景(例如是自然環境中)時，對應取得之超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值降低、高頻雜訊抹除降低及波形還原降低的超解析運算操作。
在再一個例子中，可交換影像檔案參數「微距」對應至微距超解析影像處理方案及非微距超解析影像處理方案。當可交換影像檔案參數Pa指示影像擷取裝置1操作於微距拍攝模式時，對應取得之超解析影像處理方案對應至省略擷取影像之背景部份處理操作及銳利化頻率峰值降低的超解析運算操作。相對地，當可交換影像檔案參數Pa指示影像擷取裝置1操作於非微距拍攝模式時，對應取得之超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高的超解析運算操作。
綜合以上，控制單元220可參考前述各可交換影像檔案參數Pa，來找出對應之超解析影像處理方案及其對應之超解析參數Pb。
請參照第5圖，其繪示乃超解析單元230的詳細方塊圖。舉例來說，超解析參數Pb包括銳利化控制參數Cont1及增益參數Gain1、高頻雜訊抹除控制參數Cont2增益參數Gain2與波形還原控制參數Cont3及增益參數Gain3。在這樣子的例子中，超解析單元230包括銳利化控制子單元u1、雜訊抹除控制子單元u2及波形還原控制子單元 u3，其分別受控於銳利化、雜訊抹除及波形還原控制參數Cont1至Cont3。超解析單元230更包括銳利化增益子單元u4、雜訊抹除增益子單元u5及波形還原增益子單元u6，其分別受控於銳利化、雜訊抹除及波形還原增益參數Gain1至Gain3。超解析單元230更例如包括混合子單元u7，耦接至增益控制子單元u4至u6。混合子單元u7接收並對應地混和增益控制子單元u4至u6的輸出訊號，以得到處理後之擷取影像Ic’。
請參照第6A圖及6B圖，其繪示乃超解析單元230之相關訊號的頻率響應示意圖。舉例來說，第6A及6B圖繪示銳利化控制單元(包括銳利化控制子單元u1及銳利化增益子單元u4)的頻率響應。進一步的說，曲線500、600及700分別繪示擷取影像Ic(輸入訊號)、處理後之擷取影像Ic’(輸出訊號)及銳利化控制單元的增益曲線。相似地，曲線510、610及710分別繪示擷取影像Ic(輸入訊號)、處理後之擷取影像Ic’(輸出訊號)及銳利化控制單元的增益曲線。舉例來說，增益曲線700及710係根據具有不同數值之銳利化增益參數Gain1及不同之銳利化頻率峰值f_A及f_B來決定。
在一個例子中，影像處理系統20更包括影像處理單元240，其用以執行動態迦瑪曲線調整(Active Gamma Curve Control，ALC)及自動白平衡(Auto White balance，AWB)處理操作。舉例來說，影像處理系統20包括處理子單元240a及控制子單元240b，其中控制子單元240b提供ACL及AWB處理資訊至參數單元210，如此，此些資訊(例 如包括色溫及迦瑪轉換曲線等)亦可被包含在可交換影像檔案參數Pa中。
在一個例子中，影像擷取裝置1更包括編碼器40、多工器50及儲存單元60，其分別執行影像儲存格式(例如是JPEG格式)編碼、將可交換影像檔案參數Pa整合至JPEG檔案中及將處理後之影像檔案儲存在儲存媒體(例如是記憶卡)中。
請參照第7圖，其繪示依照本發明實施例之影像處理方法的流程圖。本實施例之影像處理方法首先執行步驟(a)，於其中參數單元210定義影像擷取模組10提供之攝像參數，其例如包括可交換影像檔案參數Pa。接著，本實施例之影像處理方法執行步驟(b)，於其中控制單元220根據前述攝像參數定義至少一筆超解析參數Pb。然後本實施例之影像處理方法執行步驟(c)，於其中影像擷取模組10取得擷取影像Ic。本實施例之影像處理方法之後如步驟(d)，於其中超解析單元230接收擷取影像Ic，並根據超解析參數Pb對其進行超解析操作。
本實施例之影像處理方法首先自影像擷取裝置之影像擷取模組中找出攝像參數，並對應地據以找出超解析參數。接著，本實施例之影像處理方法更對應地根據前述超解析參數來針對擷取影像執行超解析處理。據此，相較於傳統影像處理方法，本實施例之影像處理方法及應用其之影像處理系統與影像擷取裝置具有可有效地參考攝像參數來調整超解析影像處理操作的優點。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧影像擷取裝置
10‧‧‧影像擷取模組
20‧‧‧影像處理系統
30‧‧‧全球定位系統單元
40‧‧‧編碼器
50‧‧‧多工器
60‧‧‧儲存單元
210‧‧‧參數單元
210a‧‧‧可交換影像檔案參數擷取子單元
220‧‧‧控制單元
230‧‧‧超解析單元
240‧‧‧影像處理單元
240a‧‧‧處理子單元
240b‧‧‧控制子單元
220a‧‧‧可交換影像檔案資料庫子單元
220b‧‧‧可交換影像檔案控制子單元
u1‧‧‧銳利化控制子單元
u2‧‧‧雜訊抹除控制子單元
u3‧‧‧波形還原控制子單元
u4‧‧‧銳利化增益子單元
u5‧‧‧雜訊抹除增益子單元
u6‧‧‧波形還原增益子單元
u7‧‧‧混合子單元
第1圖繪示本發明實施例之影像擷取裝置的方塊圖。
第2圖繪示可交換影像檔案參數Pa的示意圖。
第3圖繪示乃控制單元220的詳細方塊圖。
第4圖繪示乃可交換影像檔案資料庫子單元220a的示意圖。
第5圖繪示乃超解析單元230的詳細方塊圖。
第6A圖及6B圖繪示乃超解析單元230之相關訊號的頻率響應示意圖。
第7圖繪示依照本發明實施例之影像處理方法的流程圖。
(a)-(d)．．．流程步驟

Claims (16)

  1. 一種影像擷取裝置，包括：一影像擷取模組，用以擷取一擷取影像；以及一影像處理系統，包括：一參數單元，耦接至該些影像擷取模組，以找出該影像擷取模組提供之複數筆攝像參數；一控制單元，接收該些攝像參數，並找出多筆超解析參數；及一超解析單元，接收該擷取影像，並根據該控制單元提供之該些超解析參數來對該擷取影像進行超解析運算操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取裝置，其中該參數單元更包括一可交換影像檔案參數擷取子單元，用以找出該擷取影像之複數筆可交換影像檔案參數，藉此找出該些攝像參數，其中該控制單元更包括：一可交換影像檔案資料庫子單元，包括複數筆資料欄位分別與該些可交換影像檔案參數對應，各該些資料欄位儲存至少一超解析影像處理方案；及一可交換影像檔案控制子單元，接收該可交換影像檔案參數擷取子單元提供之該些可交換影像檔案參數，並對應地查詢該可交換影像檔案資料庫子單元，以找出一選取超解析影像處理方案及其對應之複數筆選取超解析參數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之影像擷取裝置，其中 當該些可交換影像檔案參數指示一暗背景條件時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值降低、高頻雜訊抹除提高及波形還原提高的超解析運算操作；其中，當該些可交換影像檔案參數指示一亮背景條件時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高、高頻雜訊抹除降低及波形還原降低的超解析運算操作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之影像擷取裝置，其中該暗背景條件係根據該擷取影像之一曝光時間、一光圈數值及該影像擷取裝置之一數位感測器的感度值來決定。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之影像擷取裝置，其中當該可交換影像檔案參數指示一長焦長及近焦距條件時，該選取超解析影像處理方案對應至省略該擷取影像之背景部份處理操作、銳利化頻率峰值降低及波形還原降低的超解析運算操作。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之影像擷取裝置，其中當該可交換影像檔案參數指示一長焦長及遠焦距條件時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值降低的超解析運算操作。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之影像擷取裝置，其中當該可交換影像檔案參數指示一短焦長及近焦距條件 時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高及波形還原降低的超解析運算操作。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之影像擷取裝置，其中當該可交換影像檔案參數指示一短焦長及遠焦距條件時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高的超解析運算操作。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之影像擷取裝置，其中當該可交換影像檔案參數指示該擷取影像對應至一高數位變焦設定時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值降低、高頻雜訊抹除提高及波形還原提高的超解析運算操作；其中，當該可交換影像檔案參數指示該擷取影像對應至一低數位變焦設定時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高、高頻雜訊抹除降低及波形還原降低的超解析運算操作。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取裝置，其中該參數單元更包括一全球定位系統參數擷取子單元，用以找出指示該影像擷取裝置位置之複數筆全球定位系統參數，藉此找出該些攝像參數，其中該控制單元更包括：一全球定位系統資料庫子單元，包括複數筆資料欄位分別與指示複數個拍攝位置資訊之該些全球定位系統參數對應，各該些資料欄位儲存至少一超解析影像處理方 案；及一全球定位系統控制子單元，接收該全球定位系統參數擷取子單元提供之該些全球定位系統參數，並對應地查詢該全球定位系統資料庫子單元，以找出一選取超解析影像處理方案及其對應之複數筆選取超解析參數。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之影像擷取裝置，其中當該全球定位系統參數指示該影像擷取裝置處於一城市環境時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值提高、高頻雜訊抹除提高及波形還原提高的超解析運算操作。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之影像擷取裝置，其中當該全球定位系統參數指示該影像擷取裝置處於一自然景觀環境時，該選取超解析影像處理方案對應至銳利化頻率峰值降低、高頻雜訊抹除降低及波形還原降低的超解析運算操作。
  13. 一種影像處理方法，應用於一可擷取影像的電子裝置，包括：定義一影像擷取模組所提供之複數筆攝像參數；根據該些攝像參數定義至少一筆超解析參數；經由該影像擷取模組擷取一擷取影像；以及根據該些超解析參數，對該擷取影像執行一超解析運算。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像處理方法，其中找出該些攝像參數的步驟更包括：應用一可交換影像檔案參數擷取子單元來找出該擷取影像對應之複數筆可交換影像檔案參數，藉此定義該些攝像參數；建立一可交換影像檔案資料庫子單元，其中包括複數筆資料欄位分別與該些可交換影像檔案參數對應，各該些資料欄位儲存至少一超解析影像處理方案；及根據該可交換影像檔案參數擷取子單元提供之該些可交換影像檔案參數來查詢該可交換影像檔案資料庫子單元，以找出一選取超解析影像處理方案及其對應之複數筆選取超解析參數。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之影像處理方法，其中找出該些攝像參數的步驟更包括：應用一全球定位系統參數擷取子單元，來找出指示該影像擷取裝置位置之複數筆全球定位系統參數，藉此找出該些攝像參數；建立一全球定位系統資料庫子單元，其中包括複數筆資料欄位分別與指示複數個拍攝位置資訊之該些全球定位系統參數對應，各該些資料欄位儲存至少一超解析影像處理方案；及根據該全球定位系統參數擷取子單元提供之該些全球定位系統參數查詢該全球定位系統資料庫子單元，以找 出一選取超解析影像處理方案及其對應之複數筆選取超解析參數。
  16. 一種影像處理系統，應用於一電子裝置，其中該電子裝置包括一數位感測器，該影像處理系統包括：一參數單元，耦接至一影像擷取模組，以找出至少一筆攝像參數；一控制單元，接收該些攝像參數，並確定多筆超解析參數；以及一超解析單元，根據該些超解析參數對一影像進行運算。
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