TWI701637B - 影像合成方法與系統 - Google Patents

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TWI701637B TW107122842A TW107122842A TWI701637B TW I701637 B TWI701637 B TW I701637B TW 107122842 A TW107122842 A TW 107122842A TW 107122842 A TW107122842 A TW 107122842A TW I701637 B TWI701637 B TW I701637B
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Abstract

一種影像合成方法與系統，包含以第一光圈攝取得到第一影像，該第一光圈相應於第一景深；以第二光圈攝取得到第二影像，該第二光圈相應於第二景深，且第一光圈異於第二光圈；及接收第一影像與第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中合成影像的景深介於第一景深與第二景深之間。

Description

影像合成方法與系統
本發明係有關一種影像處理，特別是一種影像合成系統與方法。
景深(depth of field, DOF)是指相機可以清楚成像的距離範圍，離開此範圍的物件則會逐漸模糊。景深可藉由調整光圈來決定。N(光圈值) =f (焦距)／D (光圈直徑)，也就是 D=f/N，一般光圈值 N 為 1, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11,…。縮小光圈(或者增加光圈值)會增加景深；相反的，增大光圈(或者減小光圈值)會減少景深。例如，光圈值為4的相應光圈小於光圈值為2的相應光圈，但是前者的相應景深則大於後者的相應景深。
當拍攝遠處的風景時，一般會使用較小光圈以得到較深的景深。當拍攝近處的人物時，則會使用較大光圈以得到較淺的景深。如此需不斷修正光圈，才能達到預想的效果，因此對於一般使用者會造成不便利性。淺景深效果可藉由軟體後製方式來得到，但是景深效果通常不夠真實。
因此亟需提出一種新穎的機制，以改善傳統影像拍攝的諸多缺點。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種影像合成系統與方法，用以實現不同景深的效果。
根據本發明實施例之一的影像合成方法，設定影像攝取裝置的光圈大小於第一光圈，其相應於第一景深，且以第一光圈攝取得到第一影像。設定影像攝取裝置的光圈大小於第二光圈，其相應於第二景深，其中第一光圈異於第二光圈，且以第二光圈攝取得到第二影像。接收第一影像與第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中合成影像的景深介於第一景深與第二景深之間。
根據本發明另一實施例的影像合成方法，第一影像攝取裝置以第一光圈攝取得到第一影像，該第一光圈相應於第一景深；且第二影像攝取裝置以第二光圈攝取得到第二影像，該第二光圈相應於第二景深，且第一光圈異於第二光圈。接收第一影像與第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中合成影像的景深介於第一景深與第二景深之間。
第一A圖顯示本發明第一實施例之影像合成系統100的方塊圖，第一B圖顯示本發明第一實施例的影像合成方法110的流程圖。影像合成系統100可包含影像攝取裝置101、處理器102、光圈控制裝置103及記憶單元104。影像攝取裝置101可包含二維相機，具有可變光圈，用以攝取二維影像。在一例子中，影像攝取裝置101係設於行動裝置(例如行動電話)之內。此外，影像攝取裝置101還可包含快門、閃光或/且曝光補償機制，用以獲取清晰影像。處理器102執行控制程式，藉由光圈控制裝置103以調整影像攝取裝置101的光圈大小。此外，處理器102接收影像攝取裝置101所攝取的複數影像並進行影像處理。記憶單元104(例如動態隨機存取記憶體或靜態隨機存取記憶體)儲存影像攝取裝置101所攝取的複數影像、處理器102所執行的控制程式及處理後的影像。
在本實施例中，於步驟11，處理器102藉由光圈控制裝置103以設定影像攝取裝置101的光圈大小於第一光圈，其相應於第一景深(depth of field, DOF)。接著，於步驟12，影像攝取裝置101以第一光圈攝取得到第一影像。於步驟13，處理器102藉由光圈控制裝置103以設定影像攝取裝置101的光圈大小於第二光圈，其相應於第二景深。接著，於步驟14，影像攝取裝置101以第二光圈攝取得到第二影像。在本實施例中，第一光圈異於第二光圈，因此第一景深也異於第二景深。例如，第一光圈大於第二光圈，使得第一景深較淺於第二景深。
於步驟15，處理器102接收第一影像與第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像。根據本實施例的特徵之一，合成影像的景深介於第一景深與第二景深之間。在本實施例中，處理器102係將第一影像與第二影像的相應像素進行內插(interpolation)運算，例如以加權和(weighted sum)運算以得到合成影像。第一C圖顯示將第一影像與第二影像的相應像素進行內插運算以得到合成影像的示意圖，其中P1ij、P2ij與Pij分別代表第一影像、第二影像與合成影像的相應像素，且W1、W2分別為第一影像、第二影像的權重。在一例子中，W1、W2的值介於1與0之間，且W1、W2的和等於或小於1。
在一實施例中，採用光圈優先模式。在此模式下，如果第一光圈大於第二光圈，則第一光圈相應的快門速度高於第二光圈相應的快門速度，或/且第一光圈相應的感光度(ISO)低於第二光圈相應的感光度。在另一實施例中，採用光圈固定模式。在此模式下，雖然第一光圈異於第二光圈，然而相應的快門速度則為相同。
第二A圖顯示本發明第二實施例之影像合成系統200的方塊圖，第二B圖顯示本發明第二實施例的影像合成方法210的流程圖。影像合成系統200可包含第一影像攝取裝置101A、第二影像攝取裝置101B、處理器102、第一光圈控制裝置103A、第二光圈控制裝置103B及記憶單元104。第一影像攝取裝置101A可包含二維相機，用以攝取第一影像。第二影像攝取裝置101B可包含二維相機，用以攝取第二影像。在一例子中，第一影像攝取裝置101A與第二影像攝取裝置101B係設於行動裝置(例如行動電話)之內。此外，第一影像攝取裝置101A或第二影像攝取裝置101B還可包含快門、閃光或/且曝光補償機制，用以獲取清晰影像。處理器102執行控制程式，藉由第一光圈控制裝置103A、第二光圈控制裝置103B以分別調整第一影像攝取裝置101A、第二影像攝取裝置101B的光圈大小。此外，處理器102接收第一影像攝取裝置101A、第二影像攝取裝置101B所攝取的第一影像、第二影像並進行影像處理。記憶單元104(例如動態隨機存取記憶體或靜態隨機存取記憶體)儲存第一影像攝取裝置101A、第二影像攝取裝置101B所攝取的第一影像、第二影像以及處理器102所執行的控制程式及處理後的影像。
在一例子中，第一影像攝取裝置101A具有固定的第一光圈，且第二影像攝取裝置101B具有固定的第二光圈，其異於第一光圈。因此，影像合成系統200可省略第一光圈控制裝置103A與第二光圈控制裝置103B。
在本實施例中，於步驟12B，第一影像攝取裝置101A以第一光圈攝取得到第一影像，其中第一光圈相應於第一景深(DOF)。第一光圈係由處理器102藉由第一光圈控制裝置103A所設定，或者為固定的第一光圈。於步驟14B，第二影像攝取裝置101B以第二光圈攝取得到第二影像，其中第二光圈相應於第二景深。第二光圈係由處理器102藉由第二光圈控制裝置103B所設定，或者為固定的第二光圈。在本實施例中，第一光圈異於第二光圈，因此第一景深也異於第二景深。例如，第一光圈大於第二光圈，而第一景深較淺於第二景深。在本實施例中，步驟12B與步驟14B可同時執行。
於步驟15，處理器102接收第一影像與第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像。根據本實施例的特徵之一，合成影像的景深介於第一景深與第二景深之間。在本實施例中，處理器102係將第一影像與第二影像的相應像素進行內插運算，例如以加權和運算以得到合成影像，如第一C圖所例示。
前述第一實施例與第二實施例之步驟15當中，如第一C圖所示，P1ij、P2ij與Pij分別代表第一影像、第二影像與合成影像的相應像素，且W1、W2分別為第一影像、第二影像的權重，因此合成影像的像素Pij可表示為： Pij=W1 x P1ij + W2 x P2ij
若第一光圈直徑Da=f/Na，第二光圈直徑Db=f/Nb，合成影像相應的光圈直徑D (或者使用者期望得到的光圈)為f/N，其中Da、Db、D為光圈直徑(aperture diameter)，Na、Nb、N為光圈值，則權重W1、W2可由以下方法來得到。
根據一特定實施例，若光圈值為N，其倒數1/N表示光圈開的大小，N越大則光圈開得越小。因此用N之倒數作內插，以決定權重W1、W2如下，且光圈值N及其倒數1/N的關係曲線例示於第三A圖： W1=(1/N – 1/Nb)/(1/Na – 1/Nb) W2=(1/Na – 1/N)/(1/Na – 1/Nb) Pij=W1 x P1ij + W2 x P2ij
根據另一特定實施例，由於光圈大小是與(1/D)2 成正比，因此用D之倒數作內插，先得到初始權重w1、w2如下，再作平方以得到權重W1、W2： w1=(1/N – 1/Nb)/(1/Na – 1/Nb) w2=(1/Na – 1/N)/(1/Na – 1/Nb) Pij= w12 x P1ij + w22 x P2ij =W1 x P1ij + W2 x P2ij
根據又一特定實施例，由於光圈進光是與(1/D)2 成正比，因此用D2 之倒數作內插，以決定權重W1、W2如下，且光圈直徑D及其平方倒數(1/D)2 的關係曲線例示於第三B圖： W1=(1/N2 – 1/Nb2 )/(1/Na2 – 1/Nb2 ) W2=(1/Na2 – 1/N2 )/(1/Na2 – 1/Nb2 ) Pij=W1 x P1ij + W2 x P2ij
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧影像合成系統101‧‧‧影像攝取裝置102‧‧‧處理器103‧‧‧光圈控制裝置104‧‧‧記憶單元110‧‧‧影像合成方法11‧‧‧設定第一光圈12‧‧‧攝取第一影像13‧‧‧設定第二光圈14‧‧‧攝取第二影像15‧‧‧處理第一影像與第二影像以得到合成影像200‧‧‧影像合成系統101A‧‧‧第一影像攝取裝置101B‧‧‧第二影像攝取裝置102‧‧‧處理器103A‧‧‧第一光圈控制裝置103B‧‧‧第二光圈控制裝置104‧‧‧記憶單元210‧‧‧影像合成方法12B‧‧‧以第一光圈攝取第一影像14B‧‧‧以第二光圈攝取第二影像15‧‧‧處理第一影像與第二影像以得到合成影像P1ij‧‧‧像素P2ij‧‧‧像素Pij‧‧‧像素Da‧‧‧光圈直徑Db‧‧‧光圈直徑D‧‧‧光圈直徑w1、w2‧‧‧初始權重W1、W2‧‧‧權重Na‧‧‧光圈值Nb‧‧‧光圈值N‧‧‧光圈值
第一A圖顯示本發明第一實施例之影像合成系統的方塊圖。 第一B圖顯示本發明第一實施例的影像合成方法的流程圖。 第一C圖顯示將第一影像與第二影像的相應像素進行內插運算以得到合成影像的示意圖。 第二A圖顯示本發明第二實施例之影像合成系統的方塊圖。 第二B圖顯示本發明第二實施例的影像合成方法的流程圖。 第三A圖例示光圈值N及其倒數1/N的關係曲線。 第三B圖例示光圈值N及其平方倒數(1/N)2 的關係曲線。
110‧‧‧影像合成方法
11‧‧‧設定第一光圈
12‧‧‧攝取第一影像
13‧‧‧設定第二光圈
14‧‧‧攝取第二影像
15‧‧‧處理第一影像與第二影像以得到合成影像

Claims (8)

  1. 一種影像合成方法，包含：設定一影像攝取裝置的光圈大小於第一光圈，其相應於第一景深；以該第一光圈攝取得到第一影像；設定該影像攝取裝置的光圈大小於第二光圈，其相應於第二景深，其中該第一光圈異於該第二光圈；以該第二光圈攝取得到第二影像；及接收該第一影像與該第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中該合成影像的景深介於該第一景深與該第二景深之間；其中該影像處理包含將該第一影像與該第二影像的相應像素進行內插運算；其中該合成影像的像素Pij表示如下：Pij=W1 x P1ij+W2 x P2ij其中P1ij與P2ij分別代表該第一影像與該第二影像的相應像素，且W1與W2分別為該第一影像與該第二影像的權重；其中該權重W1、W2表示如下：W1=(1/N-1/Nb)/(1/Na-1/Nb) W2=(1/Na-1/N)/(1/Na-1/Nb)其中1/Na為該第一光圈，1/Nb為該第二光圈，1/N為該合成影像相應的光圈。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之影像合成方法，其中該權重W1、W2的值介於1與0之間，且該權重W1、W2的和等於或小於1。
  3. 一種影像合成方法，包含：設定一影像攝取裝置的光圈大小於第一光圈，其相應於第一景深；以該第一光圈攝取得到第一影像；設定該影像攝取裝置的光圈大小於第二光圈，其相應於第二景深，其中該第一光圈異於該第二光圈；以該第二光圈攝取得到第二影像；及接收該第一影像與該第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中該合成影像的景深介於該第一景深與該第二景深之間；其中該影像處理包含將該第一影像與該第二影像的相應像素進行內插運算；其中該合成影像的像素Pij表示如下：Pij=W1 x P1ij+W2 x P2ij其中P1ij與P2ij分別代表該第一影像與該第二影像的相應像素，且W1與W2分別為該第一影像與該第二影像的權重；其中該權重W1、W2表示如下：W1=(1/N2-1/Nb2)/(1/Na2-1/Nb2) W2=(1/Na2-1/N2)/(1/Na2-1/Nb2)其中1/Na為該第一光圈，1/Nb為該第二光圈，1/N為該合成影像相應的光圈。
  4. 一種影像合成方法，包含：設定一影像攝取裝置的光圈大小於第一光圈，其相應於第一景深；以該第一光圈攝取得到第一影像；設定該影像攝取裝置的光圈大小於第二光圈，其相應於第二景深，其中該第一光圈異於該第二光圈；以該第二光圈攝取得到第二影像；及接收該第一影像與該第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中該合成影像的景深介於該第一景深與該第二景深之間；其中該影像處理包含將該第一影像與該第二影像的相應像素進行內插運算；其中該合成影像的像素Pij表示如下：Pij=W1 x P1ij+W2 x P2ij其中P1ij與P2ij分別代表該第一影像與該第二影像的相應像素，且W1與W2分別為該第一影像與該第二影像的權重；其中該合成影像的像素Pij表示如下：Pij=w12 x P1ij+w22 x P2ij其中w1與w2分別為該第一影像與該第二影像的初始權重，且分別表示如下：w1=(1/N-1/Nb)/(1/Na-1/Nb) w2=(1/Na-1/N)/(1/Na-1/Nb) 其中1/Na為該第一光圈，1/Nb為該第二光圈，1/N為該合成影像相應的光圈。
  5. 一種影像合成方法，包含：一第一影像攝取裝置以第一光圈攝取得到第一影像，該第一光圈相應於第一景深；一第二影像攝取裝置以第二光圈攝取得到第二影像，該第二光圈相應於第二景深，且該第一光圈異於該第二光圈；及接收該第一影像與該第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中該合成影像的景深介於該第一景深與該第二景深之間；其中該影像處理將該第一影像與該第二影像的相應像素進行內插運算；其中該合成影像的像素Pij表示如下：Pij=W1 x P1ij+W2 x P2ij其中P1ij與P2ij分別代表該第一影像與該第二影像的相應像素，且W1與W2分別為該第一影像與該第二影像的權重；其中該權重W1、W2表示如下：W1=(1/N-1/Nb)/(1/Na-1/Nb) W2=(1/Na-1/N)/(1/Na-1/Nb)其中1/Na為該第一光圈，1/Nb為該第二光圈，1/N為該合成影像相應的光圈。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之影像合成方法，其中該權重W1、W2的值介於1與0之間，且該權重W1、W2的和等於或小於1。
  7. 一種影像合成方法，包含：一第一影像攝取裝置以第一光圈攝取得到第一影像，該第一光圈相應於第一景深；一第二影像攝取裝置以第二光圈攝取得到第二影像，該第二光圈相應於第二景深，且該第一光圈異於該第二光圈；及接收該第一影像與該第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中該合成影像的景深介於該第一景深與該第二景深之間；其中該影像處理將該第一影像與該第二影像的相應像素進行內插運算；其中該合成影像的像素Pij表示如下：Pij=W1 x P1ij+W2 x P2ij其中P1ij與P2ij分別代表該第一影像與該第二影像的相應像素，且W1與W2分別為該第一影像與該第二影像的權重；其中該權重W1、W2表示如下：W1=(1/N2-1/Nb2)/(1/Na2-1/Nb2) W2=(1/Na2-1/N2)/(1/Na2-1/Nb2)其中1/Na為該第一光圈，1/Nb為該第二光圈，1/N為該合成影像相應的光圈。
  8. 一種影像合成方法，包含：一第一影像攝取裝置以第一光圈攝取得到第一影像，該第一光圈相應於第一景深；一第二影像攝取裝置以第二光圈攝取得到第二影像，該第二光圈相應於第二景深，且該第一光圈異於該第二光圈；及接收該第一影像與該第二影像，據以進行影像處理，因而得到一張合成影像，其中該合成影像的景深介於該第一景深與該第二景深之間；其中該影像處理將該第一影像與該第二影像的相應像素進行內插運算；其中該合成影像的像素Pij表示如下：Pij=W1 x P1ij+W2 x P2ij其中P1ij與P2ij分別代表該第一影像與該第二影像的相應像素，且W1與W2分別為該第一影像與該第二影像的權重；其中該合成影像的像素Pij表示如下：Pij=w12 x P1ij+w22 x P2ij其中w1與w2分別為該第一影像與該第二影像的初始權重，且分別表示如下：w1=(1/N-1/Nb)/(1/Na-1/Nb) w2=(1/Na-1/N)/(1/Na-1/Nb)其中1/Na為該第一光圈，1/Nb為該第二光圈，1/N為該合成影像相應的光圈。
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