CN101227556A - 图像拾取系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种图像拾取系统及其方法，利用其图像传感器中较暗及较亮像素的分析来控制光学元件中每一像素的透射率，进而提升图像的动态范围，展现出亮部与暗部的细节。图像拾取系统包含光学元件，定义有多个可变透射率的像素，用以调制所接收的图像；至少一透镜，用以将该调制后的图像聚焦；图像传感器，用以将该聚焦后的图像转换成电信号；处理单元，响应该图像传感器所输出的电信号而输出控制信号，以分别控制该光学元件中每一像素的透射率；以及存储单元，与该处理单元相耦合，用以存储图像数据。

Description

图像拾取系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种图像拾取系统及其方法，更详细地，涉及一种可控制光学元件中每一像素的透射率的图像拾取系统及其方法。

背景技术

图像拾取系统在曝光时，图像传感器上所获得的像素会受到光圈大小、快门时间、以及场景亮度影响。前二者对于所有像素而言都是相同的，然而后者却会因场景中各区域的明亮程度不同而不同。但是若场景中不同区域的亮度差异过大，此称为高动态范围(动态范围指的是图像中拾取的光线范围，从较暗的阴影区域到明亮的高亮度区域)，则易发生图像中某些区域过暗或过亮而造成细节的损失。

对于上述问题，现有常见的技术是透过后端软件一个像素一个像素地分析每个像素周围的亮度变化，并机动地调整对比，以展现暗部与亮部的信息。此类技术在图像拾取系统中以对比度加强(contrast enhancement)、动态曝光修正(D-lighting)等不同名称出现。

现有技术的缺点在于：相邻像素的对比度加强会因为不同的强度而造成视觉上不连续。再者，若原始数据已经饱和或亮度值皆是零时，则此类技术便无法发挥作用。此问题主要是图像传感器在曝光过程中，未能依据场景中各区域的亮度来调整各像素的曝光量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种图像拾取系统，利用其图像传感器中最暗及最亮点群的分析来控制光学元件中每一像素的透射率，进而提升图像的动态范围，展现出亮部与暗部的细节。

本发明的另一目的是提供一种图像拾取方法，用于图像拾取系统中，该图像拾取系统包含光学元件，定义有多个可变透射率的像素，利用其图像传感器中最暗及最亮点群的分析来控制光学元件中每一像素的透射率，进而提升图像的动态范围，展现出亮部与暗部的细节。

依本发明的一个方面，以上与其它的目的可通过提供下列图像拾取系统而实现。一种图像拾取系统，其包含：光学元件，定义有多个可变透射率的像素，用以调制所接收的图像；至少一透镜，用以将该调制后的图像聚焦；图像传感器，用以将该聚焦后的图像转换成电信号；处理单元，响应该图像传感器所输出的电信号而输出控制信号，以分别控制该光学元件中每一像素的透射率；以及存储单元，与该处理单元相耦合，用以存储图像数据。于一优选实施例中，该光学元件为液晶面板。于另一优选实施例中，该图像传感器包含多个电荷耦合元件(charge coupled device，CCD)。于另一优选实施例中，该图像传感器包含多个互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxidesemiconductor，CMOS)。于另一优选实施例中，该图像拾取系统是数码相机。于另一优选实施例中，该图像拾取系统是数字摄影机。于另一优选实施例中，该图像拾取系统是照相手机。

依本发明的另一方面，以上与其它的目的可通过提供下列图像拾取系统而实现。一种图像拾取系统，包含：至少一透镜，用以将所接收的图像聚焦；光学元件，定义有多个可变透射率的像素，用以调制该聚焦后的图像；图像传感器，用以将该调制后的图像转换成电信号；处理单元，响应该图像传感器所输出的电信号而输出控制信号，以分别控制该光学元件中每一像素的透射率；以及存储单元，与该处理单元相耦合，用以存储图像数据。于一优选实施例中，该光学元件为液晶面板。于另一优选实施例中，该图像传感器包含多个电荷耦合元件。于另一优选实施例中，该图像传感器包含多个互补金属氧化物半导体。于另一优选实施例中，该图像拾取系统是数码相机。于另一优选实施例中，该图像拾取系统是数字摄影机。于另一优选实施例中，该图像拾取系统是照相手机。

依本发明的又一方面，以上与其它的目的可通过提供下列图像拾取方法而实现。一种图像拾取方法，用于图像拾取系统中，该图像拾取系统包含光学元件，定义有多个可变透射率的像素，包含下列步骤：(a)接收目标物的第一图像，并以具有预设透射率的光学元件来调制第一图像；(b)将该调制后的第一图像聚焦；(c)将该聚焦后的第一图像利用一图像传感器转换成第一电信号；(d)响应第一电信号，而输出一控制信号，以分别调整光学元件中每一像素的透射率；(e)接收同一目标物的第二图像并以调整过透射率的光学元件来调制第二图像；(f)将该调制后的第二图像聚焦；(g)将该聚焦后的第二图像利用该图像传感器转换成第二电信号；以及(h)存储该第二电信号。于一优选实施例中，在步骤(d)与(e)之间，还包含：对该光学元件中所有像素的透射率执行微调步骤。于另一优选实施例中，步骤(d)根据该图像传感器中最暗及最亮点群的分析，而输出该控制信号。

依本发明的再一方面，以上与其它的目的可通过提供下列图像拾取方法而实现。一种图像拾取方法，用于图像拾取系统中，该图像拾取系统包含光学元件，定义有多个可变透射率的像素，包含下列步骤：(a)接收目标物的第一图像并将所接收的第一图像聚焦；(b)以具有预设透射率的光学元件来调制该聚焦后的第一图像；(c)将该调制后的第一图像利用一图像传感器转换成第一电信号；(d)响应第一电信号，而输出一控制信号，以分别调整光学元件中每一像素的透射率；(e)接收同一目标物的第二图像并将所接收的第二图像聚焦；(f)以调整过透射率的光学元件来调制该聚焦后的第二图像；(g)将该调制后的第二图像利用该图像传感器转换成第二电信号；以及(h)存储该第二电信号。于一优选实施例中，在步骤(d)与(e)之间，还包含：对该光学元件中所有像素的透射率执行微调步骤。于另一优选实施例中，步骤(d)根据该图像传感器中最暗及最亮点群的分析，而输出该控制信号。

附图说明

图1显示依本发明优选实施例的图像拾取系统10；

图2显示依本发明另一优选实施例的图像拾取系统20；

图3显示依本发明优选实施例的图像拾取方法的流程；

图4显示依本发明另一优选实施例的图像拾取方法的流程；

图5显示光学元件中各像素的范例；

图6显示光学元件中各像素的透射率的范例；

图7显示图像传感器所获取像素的亮度值的范例；

图8显示经调整后的光学元件中各像素的透射率的范例；

图9显示经微调后的光学元件中各像素的透射率的另一范例。

【主要元件符号说明】

10         图像拾取系统

20         图像拾取系统

101        光学元件

103        透镜

105        图像传感器

107        处理单元

109        存储单元

111        目标物图像

113        调制后的图像

115        聚焦后的图像

117        电信号

119        控制信号

201        透镜

203        光学元件

205        图像传感器

207        处理单元

209        存储单元

211        目标物图像

213        聚焦后的图像

215        调制后的图像

217        电信号

219        控制信号

S301-S409  步骤

具体实施方式

为更进一步了解本发明上述的目的、功能、特点和优点，下文将配合所附图式进一步说明本发明的优选实施例。

图1显示依本发明的优选实施例的图像拾取系统10。该图像拾取系统10包括：光学元件101，定义有多个可变透射率的像素，用以调制所接收的图像；至少一透镜103，用以将该调制后的图像聚焦；图像传感器105，用以将该聚焦后的图像转换成电信号；处理单元107，响应该图像传感器所输出的电信号而输出控制信号，以分别控制该光学元件中每一像素的透射率；以及存储单元109，与该处理单元107相耦合，用以存储图像数据。于一优选实施例中，该光学元件101为液晶面板。于另一优选实施例中，该图像传感器105包含多个电荷耦合元件(charge coupled device，CCD)。于另一优选实施例中，该图像传感器105包含多个互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)。于另一优选实施例中，该图像拾取系统10是数码相机。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。

于图1中，信号符号111表示目标物的图像；信号符号113表示经光学元件101调制的图像；信号符号115表示经透镜103聚焦的图像；信号符号117表示经图像传感器105转换的电信号；信号符号119表示由处理单元107输出的控制信号。

图3显示根据上述图像拾取装置10的图像拾取方法的流程。于步骤301中，光学元件101接收目标物的图像并调制所接收的图像，更具体而言，亦即利用光学元件101中每一像素预设的透射率来调制图像。于步骤302中，以透镜103将该调制后的图像聚焦至图像传感器105。于步骤303中，图像传感器105将该聚焦后的图像转换成电信号并传送至处理单元107。于步骤304中，处理单元107响应该电信号，而输出控制信号，以分别调整光学元件101中每一像素的透射率。更具体而言，可根据使用需求来设计透射率与亮度值的规则。举例来说，图5显示光学元件101中的像素的范例图，为使本发明浅显易懂，图中仅以四乘四的格式来说明，且以矩阵表示法来表示各像素，例如像素A(0，0)、像素A(1，0)等。如图6所示，光学元件101中每一像素的透射率均预设为50％，经光学元件101以此透射率调制目标物图像后，再经由透镜聚焦于图像传感器105。举例来说，图像传感器105所接收的图像的每一像素的亮度值如图7所示，其中亮度值0表示最暗，亮度值255表示最亮。则可透过处理单元107输出控制信号119以将较大亮度值(例如255)的像素所对应的光学元件101的像素(例如A(0，0)、A(0，1)、A(1，0))调整成具有较小的透射率(例如10％)，并将较小亮度值(例如0)的像素所对应的光学元件101的像素(例如A(0，3)、A(1，3)、A(2，3)、A(3，2)、A(3，3))调整成具有较大的透射率(例如90％)，如图8所示。于一优选实施例中，透射率与亮度值成线性关系。于另一优选实施例中，透射率与亮度值成非线性关系。应注意的是，本发明的精神在于利用图像传感器中较暗及较亮像素的分析来控制光学元件中每一像素的透射率，进而提升图像的动态范围，展现出亮部与暗部的细节，而调整像素的透射率的算法可根据不同使用需求来作不同设计，本发明并不限定于上述的算法。

于步骤305中，光学元件101接收同一目标物的图像并以调整过的透射率来调制所接收的图像。于步骤306中，以透镜103将该调制后的图像聚焦，在此情形下，由于先前较亮的像素所对应的光学元件像素被调整成较小的透射率，且先前较暗的像素所对应的光学元件像素被调整成较大的透射率，故所得的图像具有较大的动态范围。于步骤307中，将该聚焦后的图像利用图像传感器105转换成电信号。于步骤308中，存储该电信号于存储单元109。

于另一优选实施例中，在步骤S304与S305之间还包含：对该光学元件中所有像素的透射率执行微调步骤S309。具体而言，步骤S304后，像素的透射率被调整成如图8所示，而经本发明的微调步骤S309后，经微调的各像素的透射率如图9所示。图9中的透射率由以下方式所得：将A(0，0)、A(0，1)、A(1，0)、A(1，1)的透射率加总后除以4得到新的A(0，0)的透射率(25％)；将A(0，0)、A(0，1)、A(0，2)、A(1，0)、A(1，1)、A(1，2)的透射率加总后除以6得到新的A(0，1)的透射率(36％)；将A(0，1)、A(0，2)、A(0，3)、A(1，1)、A(1，2)、A(1，3)的透射率加总后除以6得到新的A(0，2)的透射率(63％)；将A(0，2)、A(0，3)、A(1，2)、A(1，3)的透射率加总后除以4得到新的A(0，3)的透射率(75％)；将A(0，0)、A(0，1)、A(1，0)、A(1，1)、A(2，0)、A(2，1)的透射率加总后除以6得到新的A(1，0)的透射率(27％)；将A(0，0)、A(0，1)、A(0，2)、A(1，0)、A(1，1)、A(1，2)、A(2，0)、A(2，1)、A(2，2)的透射率加总后除以9得到新的A(1，1)的透射率(39％)；将A(0，1)、A(0，2)、A(0，3)、A(1，1)、A(1，2)、A(1，3)、A(2，1)、A(2，2)、A(2，3)的透射率加总后除以9得到新的A(1，2)的透射率(63％)；同理得到新的A(1，3)的透射率(77％)；新的A(2，0)的透射率(33％)；新的A(2，1)的透射率(48％)；新的A(2，2)的透射率(70％)；新的A(2，3)的透射率(83％)；新的A(3，0)的透射率(30％)；新的A(3，1)的透射率(47％)；新的A(3，2)的透射率(67％)；新的A(3，3)的透射率(83％)。应注意的是，本发明的精神在于透过此微调步骤S309，可得到较平滑的变化，如此亮部与暗部细节可有效显现且不会有视觉上的剧烈变化。

图2显示依本发明的另一优选实施例的图像拾取系统20的方块示意图。该图像拾取系统20与图1的图像拾取系统10的差别在于：调制与聚焦的先后顺序。该图像拾取系统20包括：至少一透镜201，用以将该调制后的图像聚焦；光学元件103，定义有多个可变透射率的像素，用以调制所接收的图像；图像传感器205，用以将该聚焦后的图像转换成电信号；处理单元207，响应该图像传感器所输出的电信号而输出控制信号，以分别控制该光学元件中每一像素的透射率；以及存储单元209，与该处理单元207相耦合，用以存储图像数据。于一优选实施例中，该光学元件203为液晶面板。于另一优选实施例中，该图像传感器205包含多个电荷耦合元件。于另一优选实施例中，该图像传感器205包含多个互补金属氧化物半导体。于另一优选实施例中，该图像拾取系统20是数码相机。于另一优选实施例中，该图像拾取系统20是数字摄影机。于另一优选实施例中，该图像拾取系统20是照相手机。

于图2中，信号符号211表示目标物的图像；信号符号213表示经透镜103聚焦的图像；信号符号215表示经光学元件101调制的图像；信号符号217表示经图像传感器205转换的电信号；信号符号219表示由处理单元207输出的控制信号。

图4显示根据上述图像拾取装置20的图像拾取方法的流程示意图。于步骤401中，透镜201接收目标物的图像并将所接收的图像聚焦至光学元件203。于步骤402中，以光学元件203调制该聚焦后的图像，更具体而言，亦即利用光学元件203中每一像素预设的透射率来调制图像。于步骤403中，图像传感器205将该调制后的图像转换成电信号并传送至处理单元207。于步骤404中，处理单元207响应该电信号，而输出控制信号，以分别调整光学元件203中每一像素的透射率。更具体而言，可根据使用需求来设计透射率与亮度值的规则，由于此部分已于前文中详细描述，故于此不再赘述。

于步骤405中，透镜201接收同一目标物的图像并将所接收的图像聚焦至光学元件203。于步骤406中，光学元件203以调整过的透射率来调制经聚焦的图像，在此情形下，由于先前较亮的像素所对应的光学元件像素被调整成较小的透射率，且先前较暗的像素所对应的光学元件像素被调整成较大的透射率，故所得的图像具有较大的动态范围。于步骤407中，将该调制后的图像利用图像传感器205转换成电信号。于步骤408中，存储该电信号于存储单元209。

于另一优选实施例中，在步骤S404与S405之间还包含：对该光学元件中所有像素的透射率执行微调步骤S409。由于此部分已于前文中详细描述，故于此不再赘述。

虽然本发明已利用上述的优选实施例予以详细公开，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可进行各种更动及修改，因此本发明的保护范围当以后附权利要求所界定的为准。

Claims (14)

1.一种图像拾取系统，包含：

光学元件，定义有多个可变透射率的像素，用以调制所接收的图像；

至少一透镜，用以将该调制后的图像聚焦；

图像传感器，用以将该聚焦后的图像转换成电信号；

处理单元，响应该图像传感器所输出的电信号而输出控制信号，以分别控制该光学元件中每一像素的透射率；以及

存储单元，与该处理单元相耦合，用以存储图像数据。

2.如权利要求1所述的图像拾取系统，其中该光学元件为液晶面板。

3.如权利要求1所述的图像拾取系统，其中该图像传感器包含多个电荷耦合元件或多个互补金属氧化物半导体。

4.如权利要求1中任一项所述的图像拾取系统，其中该图像拾取系统是数码相机、数字摄影机、或照相手机中的一种。

5.一种图像拾取系统，包含：

至少一透镜，用以将所接收的图像聚焦；

光学元件，定义有多个可变透射率的像素，用以调制该聚焦后的图像；

图像传感器，用以将该调制后的图像转换成电信号；

处理单元，响应该图像传感器所输出的电信号而输出控制信号，以分别控制该光学元件中每一像素的透射率；以及

存储单元，与该处理单元相耦合，用以存储图像数据。

6.如权利要求5所述的图像拾取系统，其中该光学元件为液晶面板。

7.如权利要求5所述的图像拾取系统，其中该图像传感器包含多个电荷耦合元件或多个互补金属氧化物半导体。

8.如权利要求5中任一项所述的图像拾取系统，其中该图像拾取系统是数码相机、数字摄影机、或照相手机中的一种。

9.一种图像拾取方法，用于图像拾取系统中，该图像拾取系统包含光学元件，定义有多个可变透射率的像素，包含下列步骤：

(a)接收目标物的第一图像并以具有预设透射率的光学元件来调制第一图像；

(b)将该调制后的第一图像聚焦；

(c)将该聚焦后的第一图像利用图像传感器转换成第一电信号；

(d)响应第一电信号，而输出控制信号，以分别调整光学元件中每一像素的透射率；

(e)接收同一目标物的第二图像，并以调整过透射率的光学元件来调制第二图像；

(f)将该调制后的第二图像聚焦；

(g)将该聚焦后的第二图像利用该图像传感器转换成第二电信号；以及

(h)存储该第二电信号。

10.如权利要求9所述的方法，在步骤(d)与(e)之间，还包含：对该光学元件中所有像素的透射率执行微调步骤。

11.如权利要求9所述的方法，其中步骤(d)根据该图像传感器中最暗及最亮点群的分析，而输出该控制信号。

12.一种图像拾取方法，用于图像拾取系统中，该图像拾取系统包含光学元件，定义有多个可变透射率的像素，包含下列步骤：

(a)接收目标物的第一图像并将所接收的第一图像聚焦；

(b)以具有预设透射率的光学元件来调制该聚焦后的第一图像；

(c)将该调制后的第一图像利用图像传感器转换成第一电信号；

(d)响应第一电信号，而输出控制信号，以分别调整光学元件中每一像素的透射率；

(e)接收同一目标物的第二图像并将所接收的第二图像聚焦；

(f)以调整过透射率的光学元件来调制该聚焦后的第二图像；

(g)将该调制后的第二图像利用该图像传感器转换成第二电信号；以及

(h)存储该第二电信号。

13.如权利要求12所述的方法，在步骤(d)与(e)之间，还包含：对该光学元件中所有像素的透射率执行微调步骤。

14.如权利要求12所述的方法，其中步骤(d)根据该图像传感器中最暗及最亮点群的分析，而输出该控制信号。

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