CN111526282A - 基于飞行时间的可调景深拍摄的方法及设备 - Google Patents

基于飞行时间的可调景深拍摄的方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种基于飞行时间的可调景深拍摄的方法包括：基于对目标场景中的目标主体进行对焦，以获取对焦点信息，并基于对焦点信息计算该对焦点RGB图像的景深；ToF摄像头获取目标场景的深度图像，并通过比较获取对焦点附近区域相似深度的像素连续区间，进而获取目标主体的景深范围；判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围，若否则调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围后，执行拍摄并生成最终图像。本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，提升了对焦效果，实现了精准的目标主体的景深拍摄效果，提升了拍摄设备的景深拍摄能力。本发明还提供了一种基于飞行时间的可调景深的拍摄设备。

Description

基于飞行时间的可调景深拍摄的方法及设备
技术领域
本发明涉及摄影技术领域，特别涉及基于飞行时间的可调景深拍摄的方法及设备。
背景技术
随着手机摄像头硬件及算法的不断增强，利用手机进行照片拍摄已经成为不可或缺的功能，而且利用现有的手机摄像头，已经可以拍摄很多专业级别的照片，尤其是景深(DOF)拍摄在照片中体现出来的主体清晰、前后景虚化效果的呈现。
但是，由于受现有摄像头器件的影响，往往其光圈和焦距是固定的，这将会导致在固定对焦距离上的拍摄照片具有相同的景深参数，即会产生相同的虚化效果，无法满足摄影爱好者的个性化需求，而且也很难实现单个目标主体清晰的效果，影响了用户的拍摄体验。
公告号为CN103945210B的中国发明专利公开了一种实现浅景深效果的多摄像头拍摄方法，其通过多个摄像头可同时对被摄场景进行曝光获得照片，然后通过对上述多摄像头拍摄设备拍摄到的多幅照片进行多基线摄影测量计算，生成被摄场景的三维模型，再根据用户提供的光学参数对三维模型进行模拟成像，最终生成一幅带有浅景深效果照片。该技术方案的实现需要拍摄设备具有多摄像头来实现，手机等民用移动终端的尺寸所限影响最终拍摄效果。
对此，有必要提供一种对现有手机等移动设备上的拍摄景深调节的方法进行改进，以提高手机等移动设备的拍摄效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的拍摄景深调节的方法进行改进，以提高手机等移动设备的拍摄效果。
本发明的另一目的是提供一种可以实现上述改进的拍摄景深调节的方法的设备，以提高手机等移动设备的拍摄效果。
为了实现上述目的，本发明提供的一种基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，适用于具有ToF摄像头和RGB摄像头的拍摄设备中，所述基于飞行时间的可调景深拍摄的方法包括：基于对目标场景中的目标主体进行对焦，以获取对焦点信息，并基于对焦点信息计算该对焦点RGB图像的景深；ToF摄像头获取目标场景的深度图像，并通过比较获取对焦点附近区域相似深度的像素连续区间，进而获取目标主体的景深范围；判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围，若否则调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围后，执行拍摄并生成最终图像。
根据本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，以手动或自动方式对目标场景中的目标主体进行对焦后，一方面获取容许弥散圆直径δ，镜头焦距f，镜头的拍摄光圈值F，对焦距离L等固有参数，并据此计算该对焦点RGB图像的景深；另一方面ToF摄像头拍摄获取目标场景的深度图像，并根据对焦信息确认目标主体，进而计算获取目标主体的轮廓信息和景深范围；判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖了目标主体的景深范围，若已涵盖则认为该对焦景深合理，执行拍摄；若否则认为该对焦景深不合理，可以调焦后再次进行计算和判断，直至该对焦点RGB图像的景深涵盖了目标主体的景深范围后，执行拍摄。与现有技术相比，本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，仅依靠ToF摄像头和RGB摄像头，通过合理的计算即可调整景深至目标主体处于拍摄景深范围内，进而得到最终的景深图像，从而提升了对焦效果，实现了精准的目标主体的景深拍摄效果，提升了拍摄设备的景深拍摄能力。
较佳的，所述“基于对焦点信息计算该对焦点RGB图像的景深”的计算方法为：
前景深
Figure BDA0002426435740000031
后景深
Figure BDA0002426435740000032
景深
Figure BDA0002426435740000033
其中δ表示容许弥散圆直径，f表示镜头焦距，F表示镜头的拍摄光圈值，L表示对焦距离，ΔL1表示前景深，ΔL2表示后景深，ΔL表示景深。
具体地，所述“判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围”的方法为：通过目标主体的深度图像获取的目标主体与ToF摄像头的距离范围A1～A2中，A1为近距离，A2为远距离；判断近距离A1≥L-ΔL1且远距离A2≤L+ΔL2，则判断该对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围，若判断近距离A1<L-ΔL1或远距离A2>L+ΔL2，则判断该对焦点RGB图像的景深没有涵盖目标主体的景深范围。
具体地，调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围的过程为：若近距离A1<L-ΔL1，则将RGB摄像头的对焦点移到A1/2+(L-ΔL1)/2的距离；若远距离A2>L+ΔL2，则将RGB摄像头的对焦点移到A2/2+(L+ΔL2)/2；直至近距离A1≥L-ΔL1且远距离A2≤L+ΔL2。
较佳的，所述“通过比较获取对焦点附近区域相似深度的像素连续区间，进而获取目标主体的景深范围”具体为：比较对焦点所在像素与上、下、左、右、左上、右上、左下、右下8个像素的深度值差异情况，若与此像素有较大差异，则认为是不同物体，则对齐进行剔除，其余相似深度的像素继续以此方式扩散比较，直至连续区间结束，进而获得目标主体的轮廓信息和景深范围。
较佳的，若判断该对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围，则直接执行拍摄并生成最终图像。
较佳的，所述“执行拍摄并生成最终图像”具体为：将ToF摄像头获取目标场景的深度图像和RGB摄像头获取的RGB图像融合，生成最终图像。
为实现上述目的，本发明还提供了一种基于飞行时间的可调景深的拍摄设备，其可以实现上述的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法；所述基于飞行时间的可调景深的拍摄设备包括具有ToF摄像头和RGB摄像头的拍摄单元、场景控制获取单元及计算单元；所述ToF摄像头用于拍摄目标场景的深度信息，RGB摄像头用于拍摄包含目标主体的RGB图像信息；场景控制获取单元用于获取ToF摄像头拍摄的目标场景深度信息、RGB摄像头拍摄的RGB图像信息及对焦点信息，并将获取的信息传送至计算单元；计算单元基于对两摄像头获取的图像信息和对焦点信息进行计算以判断对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围，并根据判断结果调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围后，控制拍摄单元执行拍摄以生成最终图像。
与现有技术相比，本发明提供的基于飞行时间的可调景深的拍摄设备，仅需在现有的具有ToF摄像头、RGB摄像头的基础上，增加可以计算并判断对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围、并根据判断结果控制对焦的计算单元，以及将获取ToF摄像头和RGB摄像头拍摄的信息并将信息传送至计算单元的场景控制获取单元，即可实现本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，从而提升了对焦效果，实现了精准的目标主体的景深拍摄效果，提升了拍摄设备的景深拍摄能力。
附图说明
图1为本发明基于飞行时间的可调景深的拍摄设备的结构示意图。
图2为本发明基于飞行时间的可调景深拍摄的方法的流程示意图。
图3为成像示意图。
图4为景深判定及再对焦拍摄流程。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于飞行时间的可调景深的拍摄设备，其可以作为物理载体以实现下述的本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法。如图1所示，本发明提供的基于飞行时间的可调景深的拍摄设备包括具有RGB摄像头100和ToF摄像头200的拍摄模组、场景控制获取单元300和计算单元400；RGB摄像头100用于拍摄包含目标主体的RGB图像信息，ToF摄像头200用于拍摄目标场景的深度信息；场景控制获取单元300用于获取ToF摄像头200拍摄的目标场景深度信息、RGB摄像头100拍摄的RGB图像信息及对焦点信息，并将获取的信息传送至计算单元400；计算单元400基于对两摄像头获取的图像信息和对焦点信息进行计算以判断对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围，并根据判断结果调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围后，控制拍摄单元执行拍摄以生成最终图像。
与现有技术相比，本发明提供的基于飞行时间的可调景深的拍摄设备，与现有技术相同的，具有包括RGB摄像头100、ToF摄像头200的摄像模组；与现有技术不同的，增加了场景控制获取单元300和计算单元400，其中场景控制获取单元300用于将获取RGB摄像头100和ToF摄像头200拍摄的信息以及对焦点信息传送至计算单元400，计算单元400根据场景控制获取单元300传送的信息进行计算，并判断对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围、并根据判断结果控制调焦，从而提升了对焦效果，实现了精准的目标主体的景深拍摄效果，提升了拍摄设备的景深拍摄能力。
可以理解地，场景控制获取单元300和计算单元400的物理结构可以与现有的拍摄设备相同，其区别仅在于计算单元400中对信息的计算处理程序不同，并基于计算单元400中的计算处理程序对信息进行处理计算，进而根据计算判断结果调焦、调景深，从而提升拍摄设备的景深拍摄能力。
结合图2所示，本发明提供的一种基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，适用于具有RGB摄像头100和ToF摄像头200的拍摄设备中，基于飞行时间的可调景深拍摄的方法包括：基于对目标场景中的目标主体进行对焦，以获取对焦点信息，并基于对焦点信息计算该对焦点RGB图像的景深；ToF摄像头200获取目标场景的深度图像，并通过比较获取对焦点附近区域相似深度的像素连续区间，进而获取目标主体的景深范围；判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围，若否则调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围后，执行拍摄并生成最终图像。
根据本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，以手动或自动方式对目标场景中的目标主体进行对焦后，一方面获取容许弥散圆直径δ，镜头焦距f，镜头的拍摄光圈值F，对焦距离L等固有参数，并据此计算该对焦点RGB图像的景深；另一方面ToF摄像头200拍摄获取目标场景的深度图像，并根据对焦信息确认目标主体，进而计算获取目标主体的轮廓信息和景深范围；判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖了目标主体的景深范围，若已涵盖则认为该对焦景深合理，执行拍摄；若否则认为该对焦景深不合理，可以调焦后再次进行计算和判断，直至该对焦点RGB图像的景深涵盖了目标主体的景深范围后，执行拍摄。与现有技术相比，本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，仅依靠RGB摄像头100和ToF摄像头200，通过合理的计算即可调整景深至目标主体处于拍摄景深范围内，进而得到最终的景深图像，从而提升了对焦效果，实现了精准的目标主体的景深拍摄效果，提升了拍摄设备的景深拍摄能力。
结合图1和图2所示，对本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法及设备进行详细说明：
首先，基于对目标场景中的目标主体进行对焦，以获取对焦点信息。具体地，可以基于摄像头具有预览功能，将取景框对准目标场景中的目标主体后，通过手动或自动方式对目标场景中的目标主体进行对焦。
可以理解地，对焦完成后，由于焦点确定，对焦状态下的容许弥散圆直径δ、镜头焦距f、镜头的拍摄光圈值F、对焦距离L等固有参数均已经确定。场景控制获取单元300获取对焦状态下的容许弥散圆直径δ、镜头焦距f、镜头的拍摄光圈值F、对焦距离L等固有参数并传送至计算单元400，以供后续计算单元400的计算和判断的数据基础。
待对焦完成后，需要获取两个信息，其一为对焦点RGB图像的景深，其二为目标主体的轮廓信息和景深范围，该两信息均需以在前的对焦完成基础上进行获取。
对于对焦点RGB图像的景深：具体地，“基于对焦点信息计算该对焦点RGB图像的景深”的计算方法为：
前景深
Figure BDA0002426435740000071
后景深
Figure BDA0002426435740000072
景深
Figure BDA0002426435740000073
其中对焦状态下的容许弥散圆直径δ、镜头焦距f、镜头的拍摄光圈值F、对焦距离L等固有参数并传送至计算单元400，计算单元400可以方便地计算获取对焦点RGB图像的景深。
对于目标主体的轮廓信息和景深范围：具体地，ToF摄像头200获取目标场景的深度图像，深度图像中包含目标场景中各点的深度信息；以前述的对焦点为初始点，计算单元400通过比较获取该对焦点附近区域相似深度的像素连续区间，进而获取目标主体的轮廓信息和景深范围。更详细的计算过程为：前述的对焦点为初始点，比较该对焦点所在像素的周围像素，如与上、下、左、右、左上、右上、左下、右下8个像素的深度值差异情况，若与此像素有较大差异，则认为是不同物体，则对齐进行剔除，其余相似深度的像素继续以此方式扩散比较，直至连续区间结束，进而可获得物体的轮廓像素以及其覆盖的像素，从而得到目标主体的轮廓信息和景深范围。
结合图3和图4所示，待对焦点RGB图像的景深、目标主体的轮廓信息和景深范围均获取之后，对焦点RGB图像的景深和目标主体的景深范围进行比较，判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围，若否则调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围后，执行拍摄并生成最终图像。
如图3所示，计算单元400对对焦点RGB图像的景深和目标主体的景深范围进行比较，并根据对焦点RGB图像的景深和目标主体的景深范围的比较结果，若判断该对焦点RGB图像的景深涵盖了目标主体的景深范围，即目标主体处于RGB图像的最佳取景景深范围内，此时无需调节景深直接拍摄即可；若判断该对焦点RGB图像的景深没有完全涵盖目标主体的景深范围，即至少部分目标主体处于RGB图像的最佳取景景深范围之外，则此时需要调节摄像设备的景深，直至该对焦点RGB图像的景深涵盖了目标主体的景深范围、目标主体处于RGB图像的最佳取景景深范围内后，再行进行拍摄。
结合图3和图4所示，“判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围”的方法为：通过目标主体的深度图像获取的目标主体与ToF摄像头200的距离范围A1～A2中，A1为近距离，A2为远距离；判断近距离A1≥L-ΔL1且远距离A2≤L+ΔL2，则判断该对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围，若判断近距离A1<L-ΔL1或远距离A2>L+ΔL2，则判断该对焦点RGB图像的景深没有涵盖目标主体的景深范围。
具体地，调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围的过程为：若近距离A1<L-ΔL1，则将RGB摄像头100的对焦点移到A1/2+(L-ΔL1)/2的距离；若远距离A2>L+ΔL2，则将RGB摄像头100的对焦点移到A2/2+(L+ΔL2)/2；直至近距离A1≥L-ΔL1且远距离A2≤L+ΔL2。
“执行拍摄并生成最终图像”具体为：将ToF摄像头200获取目标场景的深度图像和RGB摄像头100获取的RGB图像融合，生成最终图像。更具体地，在本实施例中，根据目标主体的轮廓范围内，提取一系列不同焦点RGB照片的目标主体整个或部分的清晰的照片内容，即目标主体在RGB摄像头100景深范围内的，合成目标主体整体清晰的照片部分PS；根据目标主体的轮廓范围外，提取一系列不同焦点RGB照片的非目标主体，如前景/后景，整个或部分的非清晰的照片内容，即目标主体在RGB摄像头100景深范围外的合成目标主体整体清晰的照片部分PB，若存在非目标主体依然清晰的部分，则使用现有的模糊方法进行模糊，并将模糊结果融入PB。将此两部分PS和PB合成为目标主体全景深图像的图像。
与现有技术相比，本发明提供的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法及设备，仅依靠ToF摄像头200和RGB摄像头100，通过合理的计算即可调整景深至目标主体处于拍摄景深范围内，进而得到最终的景深图像，从而提升了对焦效果，实现了精准的目标主体的景深拍摄效果，提升了拍摄设备的景深拍摄能力。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，适用于具有ToF摄像头和RGB摄像头的拍摄设备中，其特征在于，所述基于飞行时间的可调景深拍摄的方法包括：基于对目标场景中的目标主体进行对焦，以获取对焦点信息，并基于对焦点信息计算该对焦点RGB图像的景深；ToF摄像头获取目标场景的深度图像，并通过比较获取对焦点附近区域相似深度的像素连续区间，进而获取目标主体的景深范围；判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围，若否则调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围后，执行拍摄并生成最终图像。
2.如权利要求1所述的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，其特征在于，所述“基于对焦点信息计算该对焦点RGB图像的景深”的计算方法为：
前景深
Figure FDA0002426435730000011
后景深
Figure FDA0002426435730000012
景深
Figure FDA0002426435730000013
其中δ表示容许弥散圆直径，f表示镜头焦距，F表示镜头的拍摄光圈值，L表示对焦距离，ΔL1表示前景深，ΔL2表示后景深，ΔL表示景深。
3.如权利要求2所述的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，其特征在于，所述“判断该对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围”的方法为：通过目标主体的深度图像获取的目标主体与ToF摄像头的距离范围A1～A2中，A1为近距离，A2为远距离；判断近距离A1≥L-ΔL1且远距离A2≤L+ΔL2，则判断该对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围，若判断近距离A1<L-ΔL1或远距离A2>L+ΔL2，则判断该对焦点RGB图像的景深没有涵盖目标主体的景深范围。
4.如权利要求3所述的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，其特征在于，调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围的过程为：若近距离A1<L-ΔL1，则将RGB摄像头的对焦点移到A1/2+(L-ΔL1)/2的距离；若远距离A2>L+ΔL2，则将RGB摄像头的对焦点移到A2/2+(L+ΔL2)/2；直至近距离A1≥L-ΔL1且远距离A2≤L+ΔL2。
5.如权利要求1所述的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，其特征在于，所述“通过比较获取对焦点附近区域相似深度的像素连续区间，进而获取目标主体的景深范围”具体为：比较对焦点所在像素与上、下、左、右、左上、右上、左下、右下8个像素的深度值差异情况，若与此像素有较大差异，则认为是不同物体，则对齐进行剔除，其余相似深度的像素继续以此方式扩散比较，直至连续区间结束，进而获得目标主体的轮廓信息和景深范围。
6.如权利要求1所述的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，其特征在于，若判断该对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围，则直接执行拍摄并生成最终图像。
7.如权利要求1所述的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法，其特征在于，所述“执行拍摄并生成最终图像”具体为：将ToF摄像头获取目标场景的深度图像和RGB摄像头获取的RGB图像融合，生成最终图像。
8.一种基于飞行时间的可调景深的拍摄设备，其特征在于，用于实现权利要求1-7任一项所述的基于飞行时间的可调景深拍摄的方法；所述基于飞行时间的可调景深的拍摄设备包括具有ToF摄像头和RGB摄像头的拍摄单元、场景控制获取单元及计算单元；所述ToF摄像头用于拍摄目标场景的深度信息，RGB摄像头用于拍摄包含目标主体的RGB图像信息；场景控制获取单元用于获取ToF摄像头拍摄的目标场景深度信息、RGB摄像头拍摄的RGB图像信息及对焦点信息，并将获取的信息传送至计算单元；计算单元基于对两摄像头获取的图像信息和对焦点信息进行计算以判断对焦点RGB图像的景深是否涵盖目标主体的景深范围，并根据判断结果调节对焦点直至调整后的对焦点RGB图像的景深涵盖目标主体的景深范围后，控制拍摄单元执行拍摄以生成最终图像。
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