CN106993140B - 产生宽动态范围运算的目标增益值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种产生宽动态范围运算的目标增益值的方法，其包含：获取与一视频画面的一影像亮部的像素平均亮度值对应的一亮部平均亮度；获取与该视频画面的一影像暗部的像素平均亮度值对应的一暗部平均亮度；依据该亮部平均亮度及该暗部平均亮度之间的差值，产生该宽动态范围运算的一初始增益值；以及依据该视频画面的一影像色温及一影像曝光时间设定值的至少其一，调整该初始增益值以产生该目标增益值。

Description

产生宽动态范围运算的目标增益值的方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术，尤涉及一种产生宽动态范围(wide dynamic range，WDR)运算的目标增益值的方法。
背景技术
高动态范围(high dynamic range，HDR)运算对于改善高反差影像的清晰度有很大帮助，因此被广泛应用在许多图像处理系统中，例如，数字相机、智能型手机、平板计算机、监控系统等等。
传统的高动态范围运算是为连续时间点的多张影像分别设置成具有不同的曝光值，再将这些影像合成一张暗部(dark portion)以及亮部(bright portion)都能达到适中亮度的影像。
然而，前述的传统高动态范围运算需要搭配较复杂的感光组件设计才能进行，不可避免地会增加整体系统的电路复杂度。
发明内容
有鉴于此，如何在不增加电路复杂度的情况下改善高反差影像的能见度与清晰度，实为业界有待解决的问题。
本说明书提供一种产生一宽动态范围运算的一目标增益值的方法的实施例，其包含：获取与一视频画面的一影像亮部的像素平均亮度值对应的一亮部平均亮度；获取与该视频画面的一影像暗部的像素平均亮度值对应的一暗部平均亮度；依据该亮部平均亮度及该暗部平均亮度之间的差值，产生该宽动态范围运算的一初始增益值；以及依据该视频画面的一影像色温及一影像曝光时间设定值的至少其一，调整该初始增益值以产生该目标增益值。
上述实施例的优点之一，是图像处理系统可透过数字运算的宽动态范围技术来对高反差影像进行补偿，而不需要搭配复杂的感光组件来运作，故能有效降低电路的复杂度。
本发明的其他优点将藉由以下的说明和附图进行更详细的解说。
附图说明
图1为本发明一第一实施例的产生宽动态范围运算的目标增益值的方法简化后的流程图。
图2为本发明一实施例的依据暗部平均亮度调整宽动态范围运算的初始增益值权重的方法简化后的示意图。
图3为本发明一实施例的依据影像暗部的像素总量调整宽动态范围运算的初始增益值权重的方法简化后的示意图。
图4为本发明一第二实施例的产生宽动态范围的目标增益值的方法简化后的流程图。
图5与图6为本发明不同实施例之视频画面简化后的示意图。
具体实施方式
以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。
图1为本发明一第一实施例的产生宽动态范围(wide dynamic range，WDR)运算的目标增益值的方法简化后的流程图。在实际应用中，数字相机、智能型手机、平板计算机、监控系统等各种图像处理系统(image processing system)，可藉由执行实施图1中的方法的软件，产生对特定视频画面进行宽动态范围运算时所需的一目标增益值。接着，图像处理系统便可依据该目标增益值对该视频画面进行宽动态范围运算，以提升处理后的视频画面的能见度与清晰度。
在对特定视频画面进行宽动态范围运算前，图像处理系统可进行流程110，以获取与一视频画面的一影像亮部(bright portion)的像素平均亮度值对应的一亮部平均亮度(average bright portion luminance)，以及获取与该视频画面的一影像暗部(darkportion)的像素平均亮度值对应的一暗部平均亮度(average dark portion luminance)。
实际上，图像处理系统可从既有电路的计算结果直接获取前述的亮部平均亮度及暗部平均亮度，也可以针对该特定视频画面重新进行亮度计算。
在流程120中，图像处理系统可依据该亮部平均亮度及该暗部平均亮度之间的差值，产生宽动态范围运算的一初始增益值。一般而言，该亮部平均亮度及该暗部平均亮度之间的差值越大，代表该特定视频画面属于高反差场景(high contrast scene)的可能性越高。反之，该亮部平均亮度及该暗部平均亮度之间的差值越小，代表则该特定视频画面属于高反差场景的可能性也就越低。因此，图像处理系统可将该初始增益值的大小，设置成与该亮部平均亮度及该暗部平均亮度之间的差值成正比例关系。
有鉴于前述亮部平均亮度及暗部平均亮度之间的差值无法完全反应出该特定视频画面的场景类型，因此，图像处理系统还会进行流程130及140。
在流程130中，图像处理系统可依据该特定视频画面的一影像色温调整该初始增益值。色温越高代表该特定视频画面为户外场景的可能性较大。反之，色温越低代表该特定视频画面为室内场景的可能性较大。一般而言，户外场景出现强背光情况的机率较高。室内场景也许也会有背光的情况，但背光程度通常较室外场景较低。因此，图像处理系统可将该初始增益值的大小设置成与该影像色温的高低成正比例关系。
在流程140中，图像处理系统可依据该视频画面的一影像曝光时间设定值调整该初始增益值。此处所称的影像曝光时间设定值，指的是在硬件宽动态范围机制关闭时的感光组件之曝光设定值。一般而言，曝光时间设定值越短，代表该特定视频画面属于室外场景的机率越高。反之，曝光时间设定值越长，代表该特定视频画面属于室内场景的机率越高。因此，图像处理系统可将该初始增益值的大小设置成与该影像曝光时间设定值的长短成反比例关系。
为了使后续的宽动态范围运算获得更准确的结果，图像处理系统也可进一步将前述的暗部平均亮度以及影像暗部的像素总量纳入考虑，以进一步调整宽动态范围运算的增益值。
例如，在进行前述的流程130与140之后，图像处理系统还可进行流程150，进一步依据该暗部平均亮度调整该初始增益值的权重。
请参考图2，其所绘示为本发明一实施例的依据暗部平均亮度调整宽动态范围运算的初始增益值权重的方法简化后的示意图。
如图2所示，若该特定视频画面的暗部平均亮度低于一临界亮度值L1，则图像处理系统可将该初始增益值的权重固定在一第一预定权重值W1。倘若该暗部平均亮度高于临界亮度值L1，则图像处理系统可将该初始增益值的权重大小设置成与该暗部平均亮度成反比例关系，例如图2中所绘示的反比例线性关系。
另外，在依据该暗部平均亮度调整该初始增益值的权重之后，图像处理系统还可进行流程160，进一步依据该特定视频画面的影像暗部的像素总量调整该初始增益值的权重。
请参考图3，其所绘示为本发明一实施例的依据影像暗部的像素总量调整宽动态范围运算的初始增益值权重的方法简化后的示意图。
如图3所示，若该特定视频画面的影像暗部的像素总量介于一第一预定数量Q1与一第二预定数量Q2之间，则图像处理系统可将该初始增益值的权重大小设置成与该影像暗部的像素总量成正比例关系，例如图3中所绘示的正比例线性关系。倘若该影像暗部的像素总量超过该第二预定数量Q2，则图像处理系统可将该初始增益值的权重固定在一第二预定权重值W2。
在图1的实施例中，图像处理系统可利用经过前述权重调整后的初始增益值，做为对特定视频画面进行宽动态范围运算时所需的目标增益值，并依据该目标增益值对该特定视频画面进行宽动态范围运算。
由前述可知，图像处理系统采用图1的方法时，只需依据单一视频画面的数据进行运算，便可获得对该视频画面进行宽动态范围运算时所需的目标增益值，而无需对其他视频画面的数据进行运算，故可有效降低图像处理系统所需的运算量。
另外，由于图像处理系统可透过数字运算的宽动态范围技术来对高反差影像进行补偿，而不需要搭配复杂的感光组件来运作，故能有效降低电路的复杂度。
再者，除了依据亮部平均亮度及暗部平均亮度之间的差值之外，图1的方法还会依据影像色温或影像曝光时间设定值来调整宽动态范围的增益值，故能提升宽动态范围运算的准确性，以进一步改善处理后的视频画面的能见度与清晰度。
图4为本发明一第二实施例的产生宽动态范围的目标增益值的方法简化后的流程图。图4实施例的主要流程与前述图1的实施例很类似，但图4的实施例中还增加流程470与480。
如图4所示，在依据该影像暗部的像素总量调整该初始增益值的权重之后，图像处理系统还可进行流程470，以进一步计算与前述特定视频画面的一影像中央区域(centralregion)的像素平均亮度值对应的一中心亮度(central luminance)，并计算与该特定视频画面的一影像周围区域(peripheral region)的像素平均亮度值对应的一周围亮度(peripheral luminance)。
例如，图5为本发明一实施例的视频画面500简化后的示意图。视频画面500包含一长方形的影像中央区域510，以及围绕着影像中央区域510的一影像周围区域520(亦即虚线所表示的部分)。
以图5的实施例而言，图像处理系统可在流程470中计算与影像中央区域510的像素平均亮度值对应的一中心亮度，并计算与影像周围区域520的像素平均亮度值对应的一周围亮度。
接着，图像处理系统可进行流程480，进一步依据该中心亮度与该周围亮度之间的差值调整该初始增益值的权重，以产生该目标增益值。由于人眼对于影像中央区域的敏感度较高，因此，图像处理系统可将该初始增益值的权重大小设置成与该中心亮度及该周围亮度之间的差值成正比例关系，以产生该目标增益值。
前述有关图1中的流程110～160的实施方式及相关优点的说明，亦适用于图4的实施例中。为简洁起见，在此不重复叙述。
由于图4的方法进一步将该特定视频画面的影像中央区域及影像周围区域之间的亮度差纳入考虑，因此，采用图4的方法所产生的目标增益值能更进一步提升宽动态范围运算的准确性，以提升处理后的视频画面的能见度与清晰度。
请注意，前述图1与图4中的流程执行顺序只是一示范性的实施例，并非局限本发明的实际实施方式。例如，流程130与140可以同时进行或是对调顺序，也可以省略流程130与140的其中之一。在某些实施例中，也可以将流程160省略，或是将流程150及160都省略。另外，流程470与480可以调整到流程150之前进行，也可以在某些应用中将流程470与480都省略，以节省系统所需的运算量。
另外，前述影像中央区域510的形状只是一示范性的实施例，而非局限本发明的实际实施方式。实作上，亦可将视频画面的影像中央区域的形状改定义为其他形状，例如，椭圆形、圆角四边形、六角形、八角形、正方形等等。例如，图6为本发明另一实施例之视频画面500简化后的示意图。在图6的实施例中，影像中央区域510的形状为椭圆形，而非图5中的长方形。
以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【符号说明】
110～160 方法流程
470～480 方法流程
500 视频画面
510 影像中央区域
520 影像周围区域。

Claims (8)

1.一种产生一宽动态范围运算的一目标增益值的方法，包含：
获取与一视频画面的一影像亮部的像素平均亮度值对应的一亮部平均亮度；
获取与该视频画面的一影像暗部的像素平均亮度值对应的一暗部平均亮度；
依据该亮部平均亮度及该暗部平均亮度之间的差值，产生该宽动态范围运算的一初始增益值；以及
依据该视频画面的一影像色温及一影像曝光时间设定值的至少其一，调整该初始增益值以产生该目标增益值，
其中，依据该视频画面的该影像色温及该影像曝光时间设定值的至少其一调整该初始增益值以产生该目标增益值的流程包含：
将该初始增益值的大小设置成与该影像色温的高低成正比例关系，和/或
将该初始增益值的大小设置成与该影像曝光时间设定值的长短成反比例关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，产生该初始增益值的流程包含：
将该初始增益值的大小设置成与该亮部平均亮度及该暗部平均亮度之间的差值成正比例关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，调整该初始增益值的流程包含：
在依据该影像色温及该影像曝光时间设定值的至少其一调整该初始增益值之后，进一步依据该暗部平均亮度调整该初始增益值的权重，以产生该目标增益值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，调整该初始增益值的权重的流程包含：
若该暗部平均亮度低于一临界亮度值(L1)，则将该初始增益值的权重固定在一第一预定权重值(W1)；以及
若该暗部平均亮度高于该临界亮度值(L1)，则将该初始增益值的权重大小设置成与该暗部平均亮度成反比例关系。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，调整该初始增益值的流程包含：
在依据该暗部平均亮度调整该初始增益值的权重之后，进一步依据该影像暗部的像素总量调整该初始增益值的权重，以产生该目标增益值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，依据该影像暗部的像素总量调整该初始增益值的权重的流程包含：
若该影像暗部的像素总量介于一第一预定数量(Q1)与一第二预定数量(Q2)之间，则将该初始增益值的权重大小设置成与该影像暗部的像素总量成正比例关系。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，调整该初始增益值的流程包含：
计算与该视频画面(500)的一影像中央区域(510)的像素平均亮度值对应的一中心亮度；
计算与该视频画面(500)的一影像周围区域(520)的像素平均亮度值对应的一周围亮度；以及
在依据该影像色温及该影像曝光时间设定值的至少其一调整该初始增益值之后，进一步依据该中心亮度及该周围亮度之间的差值调整该初始增益值的权重，以产生该目标增益值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，依据该中心亮度与该周围亮度之间的差值调整该初始增益值的权重的流程包含：
将该初始增益值的权重大小设置成与该中心亮度及该周围亮度之间的差值成正比例关系。
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