CN100553301C

CN100553301C - 亮度的修正方法

Info

Publication number: CN100553301C
Application number: CNB2007100040189A
Authority: CN
Inventors: 林哲弘
Original assignee: Altek Corp
Current assignee: Altek Corp
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: CN101227562A

Abstract

用于图像拾取系统中的亮度修正方法，该图像拾取系统中具有屏蔽并定义有第一阈值、第二阈值组、第三阈值及第四阈值，该第二阈值组包含高值与低值，该方法包含以下步骤：失能(disable)该屏蔽，拾取场景的第一画面，算出每一像素的亮度值；使能(enable)该屏蔽，而拾取同一场景的第二画面，算出每一像素的亮度值；得到第一及第二画面中的细节清晰区与细节不清晰区；利用第一画面的像素亮度值、第二阈值组的该高值及该低值决定曝光过度区域与曝光不足区域，并计算该曝光过度区域的像素的面积和A1以及该曝光不足区域的像素的面积和A2；基于第三阈值与A1、A2比较结果，决定是否对该曝光过度区域或该曝光不足区域的像素作亮度修正；并进一步计算亮度修正值。

Description

亮度的修正方法

技术领域

本发明涉及用于图像拾取系统中的亮度修正方法，尤其涉及一种应用于数字图像电子产品拍摄图像的亮度修正方法。

背景技术

数字相机的一种已知曝光控制方法如US 5,703,644，是切割画面成许多小单元，利用分区测光经验法则，以亮度来决定目前属于室内或室外景，以便决定目标物体与背景的分隔(partition)型态。然后计算画面中的目标物体与背景的亮度差，以决定目标物为背光或顺光。同时利用模糊理论(FuzzyTheory)分析亮或暗区的平均亮度值及来决定背光或顺光程度，来决定适当的亮度修正值(或称曝光补偿值)。然而，这种方法容易因目标物体的位置移动或相机旋转时造成测光失效。

另一种已知曝光控制方法如US 6,690,424，则利用整体画面(或称场景)的平均亮度值，来决定两个亮度参考值，供将画面分成目标物体区域与背景区域，接着分别求出整个画面与目标物体区域的平均亮度值及其差值，以此差值决定目标物体区域亮度修正值。然而，此种方法在目标物体区域曝光过度时不适用。

另外，已知的矩阵式测光则必须利用定向传感器来侦测拍照时的方向性为直拍或横拍，以决定使用不同的测光矩阵。若是侦测错误则可能产生不适合的测光值。

数字相机摄影时，若曝光过度(亦即信号过饱和)，将造成目标物体细节的消失，如图4a所示，反之曝光不足(亦即信号微弱)将造成细节未能显现，如图5a所示。

发明内容

本发明的一个目的，是在不需要定向传感器的情况下，通过分析场景的曝光程度，给予适当亮度修正值。

本发明的另一目的，是通过屏蔽的功能与适当阈值的选择，分析图像的细节，将图像区分为细节清晰区(或称高峰区)与细节不清晰区(或称平坦区，由于曝光不足或过度所造成)。

本发明的再一目的，是通过分析图像中细节不清晰区(或称平坦区)的大小，决定对于该区域是否给予亮度修正。

本发明的又一目的，是通过分析图像中细节不清晰区(或称平坦区)的明暗程度(或称亮度比值)，决定该区域所给予的亮度修正值。

本发明上述目的，是通过提供一种用于图像拾取系统中的亮度修正方法而达成，供产生适当的亮度修正值，该图像拾取系统中具有屏蔽并定义有第一阈值、第二阈值组、第三阈值及第四阈值，该第二阈值组包含高值与低值，方法包含以下步骤：失能(disable)该屏蔽，而拾取场景的第一画面，该画面具有多个像素；使能(enable)该屏蔽，而拾取同一场景的第二画面，该画面具有多个像素；针对第二画面每一像素，计算每一像素的亮度值；针对该每一像素，分别比较其亮度值与第一阈值，以决定该像素是否为细节不清晰区，并将该像素对应于第一画面的亮度值与第二阈值组的该高值与该低值进行比较，高于该高值则为曝光过度区域，反之，低于该低值则为曝光不足区域，其余则为曝光适当区域，获得曝光过度区域的像素的面积和A1以及曝光不足区域的像素的面积和A2；基于第三阈值与A1、A2比较结果，以决定是否对曝光过度区域或曝光不足区域的像素作亮度修正；根据第四阈值、所有曝光过度区域的所有像素的平均亮度BVa1、所有曝光不足区域的所有像素的平均亮度BVa2与像素的预期亮度值BVtarget的比值，来决定画面中像素的亮度修正值。

通过本发明，纵使目标物体区域不在构图中的中央区，也可以获得良好的亮度与目标物体的细节。

附图说明

本发明的内容可参照下列图示配合说明，将可轻易的了解上述内容及此项发明的诸多优点，其中：

图1示出本发明方法所运用的图像拾取系统；

图2a示出已知亮度修正单元的运作流程；

图2b示出本发明的亮度修正单元的运作流程；

图3示出本发明的亮度修正流程；

图4a为失能屏蔽功能后所拍摄的图像画面；

图4b为使能屏蔽功能后所得到的图像画面；

图4c为使用本发明亮度修正方法后对应图4a所得到的图像画面；

图5a为失能屏蔽功能后所拍摄的图像画面；

图5b为使能屏蔽功能后所得到的图像画面；以及

图5c为使用本发明亮度修正方法后对应图5a所得到的图像画面。

[元件符号说明]

10 知图像拾取系统

11 镜头

13 CCD传感器

15 A/D转换器

17 具有数字滤波器的DSP

19 存储器

20a 已知亮度修正单元

20b 本发明的亮度修正单元

21，22 场景

23，24，25，26，27，28，29 步骤

40，41，42，43，50，53 区域

51 曝光不足区域

52 曝光适当区域

S31，S32，S33，S34，S35，S36 步骤

具体实施方式

本发明上述的目的、功能、特点，将由下述的优选实施例且配合所附图示，得到进一步的了解。

图1显示依本发明优选实施例之一的图像拾取系统10，包含镜头11、CCD传感器13、A/D转换器15、数字信号处理器(DSP)17以及存储器19。在系统10中，由镜头11拾取图像并将该图像的图像光信号送入CCD传感器13，接着在CCD传感器13中处理该光信号后，送出该图像的图像模拟电信号至A/D转换器15中，于其中将图像模拟电信号转换成数字电信号并将其输入数字信号处理器17，其具有本发明的亮度修正功能，由亮度修正单元(硬件和/或软件)所执行。该亮度修正单元中具有亮度调整器，其可更微调所拾取的图像画面的像素。该数字信号处理器17具有屏蔽功能的数字滤波器(digital filter)(未示出)并配合程序软件，来加强像素之间的亮度差值，以区分细节清晰区与细节不清晰区。除了数字滤波器外，亦可以其它均等的机构或手段以达到屏蔽的目的。DSP 17将上述步骤处理后的数字电信号储存于存储器19。于一优选实施例中，该图像拾取系统10是数字相机。于另一优选实施例中，该图像拾取系统10是数字摄影机。于另一优选实施例中，该图像拾取系统10是照相手机。

图2a表示根据一般图像拾取系统中的已知亮度修正单元20a，其中在输入场景22所对应的图像数字电信号后，如步骤24所示，以已知方式对图像信号进行初调，以得到每一像素的亮度值BV，根据该亮度值BV可设定像素亮度值，如步骤26所示。图2b表示根据本发明的图像拾取系统10中的亮度修正单元20b所进行的操作，其中DSP 17，如步骤23所示(细节参考图三实施例)，获得图像画面中的每一像素的亮度修正值ΔBV。约同时进行步骤25以获得每一像素的亮度值BV。接着，如步骤27所示，计算出最终的每一像素亮度值BVf，其为每一像素的亮度修正值ΔBV与每一像素的亮度值BV的和。根据该最终的每一像素亮度值BVf来设定每一像素亮度值，如步骤29所示。

图3的步骤S31至S36则显示上述亮度修正单元20b中的亮度修正方法流程(亦即步骤23)，供得到适当的亮度修正值。以下并将针对例如曝光过度以及曝光不足的情况，来做更具体的说明。首先，本发明于系统10(图1)中定义第一阈值、第二阈值组，其中含高值与低值、第三阈值及第四阈值。第一阈值分别与屏蔽后每一像素的亮度值做比较，以决定屏蔽前的图像画面(第一画面)及屏蔽后的图像画面(第二画面)中的所有像素哪些是细节不清晰区，将细节不清晰区通过第二阈值组与其中屏蔽前每一像素的亮度值进行比较，当像素亮度值高于该高值则为曝光过度区域，反之当像素亮度值低于该低值为曝光不足区域。第三阈值可为像素面积值，其与细节不清晰区中曝光过度区域的像素的面积和A1以及曝光不足区域的像素的面积和A2分别作比较，以决定是否对这些像素作亮度修正。第四阈值可为亮度的比值，例如：以18％曝光的预期亮度值(BV18％)与曝光过度区域的像素的平均亮度值(BVa1)之比(BVa1/BV18％)或与曝光不足区域的像素的平均亮度值(BVa2)之比(BVa2/BV18％)，以决定每一像素亮度的修正值。

根据图3的步骤S31至S36，配合以图4a至4c的图像来更进一步说明本发明如何运用在曝光过度的情况下，来改善曝光过度的图像像素。其中图4a为在亮度修正前所拾取的图像画面、图4b为在使能屏蔽后对应图4a所获得的图像画面以及图4c为在亮度修正处理后获得的图像。

首先，步骤S31中失能该屏蔽功能，而拾取场景的第一画面的多个像素，例如800*600，如图4a所示，而算出每一像素的亮度值，其显示在区域40有曝光过度的情形，而造成细节消失。

接着，步骤S32中使能屏蔽功能后，拾取同一场景的第二画面的多个像素，例如800*600，如图4b所示，而算出每一像素的亮度值。

接下来，于步骤S33中，针对第二画面中每一像素，利用第一阈值与每一像素的亮度值做比较，以决定第一及第二画面中的细节不清晰区。接着于步骤S34，针对第一画面中细节不清晰区的每一像素，利用第二阈值组与像素的亮度值比较，以决定该像素是否为曝光过度区域或曝光不足区域。亦即，像素亮度值大于第二阈值组的高值判断为曝光过度像素，同理，当像素亮度值低于第二阈值组的低值则判断为曝光不足像素。

以图4b为例，经过步骤S34后，区域41中的像素被判定为曝光过度的细节不清晰区，而区域42中的像素被判定为曝光适当的细节清晰区。具体而言，通过实验及统计方法，配合设计者的经验，可决定第一阈值与第二阈值组中高值与低值的适当值。举例来说，在亮度值为0至255的基础下，第一阈值的值为50，第二阈值组的高值为150，低值为80，区域41中像素亮度值于第一画面为160，其大于第二阈值的高值150，则该像素为曝光过度区域；但于第二画面中，该像素亮度值则为30，其小于第一阈值50，则该像素亦为细节不清晰区。而区域42中像素亮度值相对于第一画面为100，其界于第二阈值组的高值与低值的之间，该像素为曝光适当区域；但于第二画面中，该像素亮度值则为160，其大于第一阈值，则该像素亦为细节清晰区。步骤34结束时，系统10可获知曝光过度区域的像素的面积和A1以及曝光不足区域的像素的面积和A2。

于步骤S35，基于第三阈值与A1、A2比较结果，以决定是否对这些区域的像素作亮度修正。于一优选实施例中，第三阈值可以为画面中曝光过度区域面积对整体画面面积的比值，假设第三阈值为8％，当第一画面中曝光过度区域总面积占整体画面面积的3％时，由于该比值小于第三阈值，则不需修正像素亮度。而当第一画面中曝光过度区域40面积占整体画面面积的16％时，如图4a所示，由于该比值大于第三阈值，则决定给予像素的亮度修正。若步骤的决定为须修正像素亮度时，进行步骤36的程序。

于步骤S36中，根据所有曝光过度区域的所有像素的平均亮度BVa1或所有曝光不足区域的所有像素的平均亮度BVa2与预期亮度值BVtarget的比値，来决定画面中像素的亮度修正值。于一优选实施例中，BVa1/BVtarget或BVa2/BVtarget与第四阈值相比，来决定画面中像素的亮度修正值。像素的亮度修正值决定后，即可进行每一像素或选择像素的修正。于一优选实施例中，画面中曝光过度区域的像素亮度值及曝光不足区域的像素亮度值可分别被调整或同时被调整。如图4a中，针对曝光过度区域40中像素的亮度修正值为-50且曝光适当区域的曝光修正值为-20，来调整该等区域的像素亮度值，而产生如图4c所表示的补偿后的画面结果，其中区域43与图4a中的区域40相比较，区域43中的目标物体细节不但变得清晰，并且整体画面的像素亮度变化较平滑化。

同理，根据图3的步骤S31至S36，施加于图5a中的图像时，可说明本发明运用于曝光不足情况下，如何改善曝光不足的区域。其中图5a为在亮度修正前所拾取的图像画面、图5b为在使能屏蔽功能后所获得的图像画面、以及图5c为在亮度修正处理后的图像画面。

图5a画面中的区域50具有曝光不足的情形。步骤S32、S33、S34后可获得曝光适当区域52与曝光不足区域51，其像素亮度值低于第二阈值组的低值。步骤34结束时，系统10可获知曝光过度区域的像素的面积和A1以及曝光不足区域的像素的面积和A2。

步骤S35后，可决定是否对这些区域的像素作亮度修正。

步骤S36后，可决定画面中像素的亮度修正值。于一优选实施例中，像素的亮度修正值决定后，即可进行每一像素或选择像素的修正。于一优选实施例中，画面中曝光过度区域的像素亮度值及曝光不足区域的像素亮度值可分别被调整或同时被调整。如图5a中，针对曝光不足区域50的曝光修正值为+50以及针对曝光适当区域52的亮度修正值为+20，来调整该等区域的像素亮度值，并产生如图5c所表示的补偿后的画面，其中区域53与图5a中的区域50相比较，区域53中的物体细节不但变得清晰，并且整体画面的像素亮度变化较平滑。

虽然已就实施例作示例性说明本发明的原理以及功效，然而上述实施例并非用于限制本发明。任何本领域技术人员，在不悖离本发明的精神与范围内，当可做变更与修改。本发明的保护范围如所附权利要求所界定的。

Claims

1、一种用于图像拾取系统中的亮度修正方法，供产生适当的亮度修正值，该图像拾取系统中具有屏蔽并定义有第一阈值、第二阈值组、第三阈值及第四阈值，该第二阈值组包含高值与低值，方法包含以下步骤：

a.失能该屏蔽，而拾取场景的第一画面，该画面具有多个像素，而算出每一像素的亮度值；

b.使能该屏蔽，而拾取同一场景的第二画面，该画面具有多个像素，而算出每一像素的亮度值；

c.针对第二画面中的每一像素，利用第一阈值与每一像素的亮度值比较，以得到第一及第二画面中的细节清晰区与细节不清晰区；

d.针对该细节不清晰区的每一像素，根据第一画面的像素亮度值，分别利用第二阈值组的该高值及该低值来决定曝光过度区域与曝光不足区域，并计算该曝光过度区域的像素的面积和A1以及该曝光不足区域的像素的面积和A2；

e.基于第三阈值与A1、A2比较结果，以决定是否对该曝光过度区域和/或该曝光不足区域的像素作亮度修正；以及

f.根据第四阈值、预期亮度值BVtarget及所有曝光过度区域的所有像素的平均亮度BVa1与所有曝光不足区域的所有像素的平均亮度BVa2，决定画面中像素的亮度修正值。

2、如权利要求1所述的方法，还包含：根据该亮度修正值，决定第一画面所有像素的亮度值。

3、如权利要求1所述的方法，其中当某一像素亮度值低于第一阈值时，该像素属于细节不清晰区。

4、如权利要求1所述的方法，其中当该曝光不足区域的像素的面积和A2或该曝光过度区域的像素的面积和A1的大小大于第三阈值时，则决定调整第一画面的像素亮度值。

5、如权利要求1所述的方法，其中分别决定该曝光过度区域的亮度修正值和/或该曝光不足区域的亮度修正值、和/或曝光适当区域的亮度修正值。

6、如权利要求1所述的方法，其中BVa1/BVtarget和BVa2/BVtarget与第四阈值相比，以决定画面中像素的亮度修正值。

7、如权利要求1所述的方法，其中BVa1/BVtarget与第四阈值相比，以决定画面中像素的亮度修正值。

8、如权利要求1所述的方法，其中BVa2/BVtarget与第四阈值相比，以决定画面中像素的亮度修正值。

9、如权利要求1所述的方法，其中该图像拾取系统为数字相机、数字摄影机或照相式手机。