CN114513589A - 图像采集方法以及相关的图像采集系统 - Google Patents

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CN114513589A CN202111172727.4A CN202111172727A CN114513589A CN 114513589 A CN114513589 A CN 114513589A CN 202111172727 A CN202111172727 A CN 202111172727A CN 114513589 A CN114513589 A CN 114513589A
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陈嘉平
李克聪
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Abstract

本发明公开了一种图像采集方法以及相关的图像采集系统。本发明的闪光摄影的图像采集方法包括：当频闪设备在用于发射主闪光的第一频闪强度设置下操作时采集至少一个第一图像；在频闪设备在第二频闪强度设置下操作时采集至少一个第二图像，其中第二频闪强度设置不同于第一频闪强度设置；以及通过混合至少一个第一图像和至少一个第二图像来生成输出图像。本发明的图像采集方法以及相关的图像采集系统可以得到更优质的图像。

Description

图像采集方法以及相关的图像采集系统
【交叉引用】
本发明要求以下申请的优先权：在2020年10月6日提出的申请号为63/087,926的美国临时专利申请。上述美国临时专利申请整体以引用方式并入本文中。
【技术领域】
本发明涉及闪光灯摄影(flash photography)，更具体地，涉及一种用于混合(blend)频闪设备(strobe device)在不同频闪强度设置(例如“主闪光灯开(MAIN FLASHON)”模式和“主闪光灯关(MAIN FLASH OFF)”模式)下操作时采集的图像的方法和系统。
【背景技术】
传统的低光环境下的闪光摄影可能会获得一个具有被闪光灯照亮的明亮前景(foreground)和环境光线不足的昏暗背景的采集图像。调整曝光设定以在任一部分获得良好的照明条件都会破坏另一部分，例如背景曝光不足的精细前景或前景曝光过度的精细背景。此外，传统的闪光摄影面临着选择高频闪强度与快速快门速度或低频闪强度与低快门速度的两难选择。前者会产生静止的、曝光不良的图像，而后者会产生带有运动模糊的曝光良好的图像。
因此，需要一种创新的闪光采集解决方案，既可以在前景和背景中获得光线充足的图像，也可以解决运动模糊问题。
【发明内容】
本发明公开了一种图像采集方法以及相关的图像采集系统。
本发明公开了一种闪光摄影的图像采集方法，包括：当频闪设备在用于发射主闪光的第一频闪强度设置下操作时采集至少一个第一图像；在该频闪设备在第二频闪强度设置下操作时采集至少一个第二图像，其中该第二频闪强度设置不同于该第一频闪强度设置；以及通过混合该至少一个第一图像和该至少一个第二图像来生成输出图像。
本发明公开了一种闪光摄影图像采集系统，包括：频闪设备；图像采集电路，被布置成在该频闪设备在用于发射主闪光的第一频闪强度设置下操作时采集至少一个第一图像，并且该在频闪设备在第二频闪强度设置下操作时采集至少一个第二图像，其中，该第二频闪强度设置不同于该第一频闪强度设置；以及数据处理电路，用于通过混合该至少一个第一图像和该至少一个第二图像来生成输出图像。
本发明的图像采集方法以及相关的图像采集系统可以得到更优质的图像。
【附图说明】
图1是图示根据本发明实施例的用于闪光摄影的图像采集系统的图。
图2是根据本发明的实施例使用图1所示的所提出的图像采集系统的智能电话的示意图。
图3是使用智能电话执行摄影的示意图。
图4是图示根据本发明实施例的用于闪光摄影的图像采集方法的流程图。
图5是图示根据本发明的实施例从一个采集的图像收集的图像统计的图。
图6是示出根据本发明实施例的通过混合在“MAIN FLASH ON”模式下拍摄的一张图像和在“MAIN FLASH OFF”模式下拍摄的一张图像而生成的输出图像IMG_OUT的图。
【具体实施方式】
在以下描述和权利要求中使用了某些术语，它们指的是特定组件。本领域技术人员将理解，电子设备制造商可能会用不同的名称来指代一个组件。本文档不打算区分名称不同但功能不同的组件。在以下描述和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式方式使用，因此应解释为“包括但不限于……”。此外，术语“耦合”旨在表示间接或直接电连接。因此，如果一个设备耦合到另一设备，则该连接可以是通过直接电连接，或通过经由其他设备和连接的间接电连接。
以下描述为本发明的较佳实施例。以下实施例仅用来举例阐释本发明的技术特征，并非用以限定本发明。本发明的保护范围当视权利要求书所界定为准。
图1是图示根据本发明实施例的用于闪光摄影的图像采集系统的图。图像采集系统100包括频闪设备102、图像采集电路104以及数据处理电路106。频闪设备102被设置为在预闪(pre-flash)阶段发光，并且进一步被设置为在预闪阶段之后的主闪光(main flash)阶段发光。图像采集电路104包括执行图像采集功能所需的元件。例如，图像采集电路104可以包括相机模块和图像信号处理器(ISP)。图像采集电路104用以在预闪阶段及主闪阶段中的每一阶段采集同一场景的多幅图像，其中图像包括当频闪设备102在一种频闪强度设置下操作时采集的至少一个图像以及当频闪设备102在不同的频闪强度设置下操作时采集的至少一个图像。举例来说，图像采集电路104可在“PRE-FLASH ON”模式下采集至少一个图像，在“PRE-FLASH OFF”模式下采集至少一个图像，且更可在“MAIN FLASH ON”模式下采集至少一个图像。数据处理106用于通过混合在主闪光阶段采集的图像来生成输出图像IMG_OUT，并且进一步布置用于处理在预闪阶段采集的图像以控制在主闪光阶段期间执行的图像采集操作和应用于在主闪光阶段采集的图像的随后的混合操作。
作为示例但不限于，图像采集系统100可以被便携式电子设备采用，例如智能电话、数码相机或平板电脑。图2是根据本发明的实施例使用图1所示的所提出的图像采集系统100的智能电话的示意图。图2的子图(A)示出了智能电话200的正面。智能电话200具有显示屏202。显示屏202可用于在用户轻敲显示在显示屏202上的用户界面中的快门按钮之前显示预览图像，并且可用于响应于用户轻击用户界面中显示的快门按钮的动作而生成的采集图像。图2的子图(B)示出了智能电话200的背面，其中智能电话200具有频闪设备102和相机模块204(其可被视为图像采集电路104的一部分)。图3是使用智能电话执行摄影的示意图。如图3所示，用户可以使用智能电话200对具有前景对象304和多个背景对象306、308、310、312、314和316的低光场景302执行闪光摄影。关于背景对象316，它可以包括亮部317和暗部318。
图像采集系统100为智能电话200提供能够生成和输出具有低运动模糊的高动态范围(high dynamic range，简写为HDR)图像的闪光采集解决方案。下面参考附图描述所提出的闪光采集解决方案的进一步细节。
请结合图4参考图1。图4是图示根据本发明实施例的用于闪光摄影的图像采集方法的流程图。图1所示的图像采集系统100可采用该图像采集方法。如果结果基本相同，则不需要按照图4所示的确切顺序执行这些步骤。
在步骤402，频闪设备102在频闪强度设置S1下操作以发出预闪。即，启用“PRE-FLASH ON”模式。在步骤404，图像采集电路104在频闪设备102发出预闪的同时采集至少一个图像(例如IMG_3)，且数据处理电路106分析采集的图像IMG_3以获得采集的图像IMG_3的图像统计数据。图5是图示根据本发明的实施例从一个采集的图像收集的图像统计的图。收集到的图像统计信息可以被视为具有不同像素位置信息的图像。例如，根据环境反射系数Kai和环境光强度Iai获得位于位于i的像素处的每个像素的强度Ii。从一个采集的图像收集的图像统计数据可以包括每像素的强度Ii(intensity Ii per pixel)。
在步骤406，频闪设备102在不同于频闪强度设置S1的频闪强度设置S2下操作。例如，启用“PRE-FLASH OFF”模式，并且频闪设备102不发光。具体地，由于频闪强度设置S2为零值，频闪设备102不发出预闪。在步骤408，当频闪设备102在频闪强度设置S2(例如，“PRE-FLASH OFF”模式)下操作时，图像采集电路104采集至少一个图像(例如，IMG_4)，并且数据处理电路106分析采集的图像IMG_4以取得采集的图像IMG_4的图像统计数据。
例如但不限于，在步骤404和408收集的图像统计可以包括强度值、饱和度值、色调值、色彩空间值、亮度值、RGB色彩值、亮度值、色度值，或其组合。
在步骤410，数据处理电路106参考图像IMG_3(可在“PRE-FLASH ON”模式下获得)的图像统计和图像IMG_4(可在“PRE-FLASH OFF”模式下获得)的图像统计来创建地图(map)MP，稍后由混合过程用于HDR图像生成。例如但不限于，地图MP可以是包括每个像素位置的深度信息的深度图、包括每个像素位置的环境反射信息的反射图、包括每个像素位置的强度信息的强度图，或包含每个像素位置的运动信息的流量图(flow map)。
在步骤412，数据处理电路106参考图像IMG_3的图像统计(可在“PRE-FLASH ON”模式下获得)和图像IMG_4的图像统计(可在“PRE-FLASH OFF”模式下获得)以确定用于一种闪光模式(例如，“MAIN FLASH ON”模式)的至少一个控制参数(例如，P1)和用于另一种闪光模式(例如，“MAIN FLASH OFF”)的至少一个控制参数(例如，P2)。例如但不限于，控制参数P1和P2可以包括曝光、增益(例如，图像传感器增益或图像信号处理器(ISP)增益)、频闪强度、频闪颜色和频闪时间中的至少一个。
在本发明的一些实施例中，控制参数P1/P2可以从以下光照方程表达式导出：
I＝Ka*Ia，其中I为“PRE-FLASH ON”/”PRE-FLASH OFF”下的强度，Ia为环境光强度，Ka为环境反射系数。
Ka的值可以从I和Ia的比值中获得。之后，可以根据从“PRE-FLASH ON”得到的Ka估计“MAIN FLASH ON”的强度，根据从“PRE-FLASH OFF”得到的Ka估计“MAIN FLASH OFF”的强度。
在步骤414，频闪设备102在频闪强度设置S3下操作以发出主闪光。即，启用“MAINFLASH ON”模式。在步骤416，图像采集电路104在频闪设备102发出主闪光时采集至少一个图像(例如，多个图像IMG_11、IMG_12及IMG_13)，其中图像IMG_11、IMG_12及IMG_13的采集受到控制参数P1的控制。在本实施例中，图像采集电路104可使用不同的曝光设定来分别获得图像IMG_11、IMG_12及IMG_13。例如，图像IMG_11是在第一曝光时间(第一快门速度)下拍摄的，图像IMG_12是在第二曝光时间(第二快门速度)下拍摄的，而图像IMG_13是在第三曝光时间(第三快门速度)下拍摄的。第一曝光时间短于第二曝光时间，第二曝光时间短于第三曝光时间。也就是说，第一快门速度时间比第二快门速度快，并且第二快门速度比第三快门速度快。
在步骤418，频闪设备102在不同于频闪强度设置S3的频闪强度设置S4下操作。例如，启用“MAIN FLASH OFF”模式，并且频闪设备102不发光。具体地，由于频闪强度设置S4为零值，频闪设备102不发出主闪光。在步骤420，当频闪设备102在频闪强度设置S4(例如，“主闪光灯关闭”模式)下操作时，图像采集电路104采集至少一个图像(例如，单个图像IMG_2)，其中根据控制参数P2控制图像IMG_2的采集。例如，图像IMG_2是在第四曝光时间(第四快门速度)下拍摄的。第四曝光时间长于第三曝光时间。即，第四快门速度比第三快门速度慢。
在步骤422，数据处理电路106混合部分或全部图像IMG_11-IMG_13和IMG_2以产生输出图像IMG_OUT。例如，数据处理电路106从图像IMG_11-IMG_13(在频闪设备发出主闪光的情况下以短和中等曝光时间拍摄的)中选择图像，并参考地图MP提供的信息混合所选图像(在频闪设备发出主闪光的条件下以短/中曝光时间采集)和单个图像IMG_2(在频闪设备不发射主闪光灯的条件下以长曝光时间采集)用于生成具有低运动模糊的HDR图像作为输出图像IMG_OUT。图6是示出根据本发明实施例的通过混合在“MAIN FLASH ON”模式下拍摄的一张图像和在“MAIN FLASH OFF”模式下拍摄的一张图像而生成的输出图像IMG_OUT的图。用户可以使用智能电话200对低光场景302进行闪光摄影，如图3所示。由于图像602是在“MAIN FLASH OFF”模式下以长时间曝光(慢速快门)拍摄的，因此图像602中暗淡的背景对象306、308、310、312、314的细节清晰，背景对象315的暗部318在图像602中是清晰的。然而，图像602中背景对象316的亮部317的细节由于过度曝光而不清楚。
由于图像604是在“MAIN FLASH ON”模式下以短曝光(快速快门速度)拍摄的，因此图像604中背景对象316的明亮部分317的细节是清晰的。然而，昏暗的背景对象308、310、312、314未呈现于图像604中，昏暗的背景对象306的细节在图像604中不清楚，背景对象316的昏暗部分318的细节在图像604中不清楚。与使用长曝光(慢快门速度)采集的图像602相比，使用短曝光(快快门速度)采集的图像604具有较少的运动模糊或没有运动模糊。
利用从“PRE-FLASH ON”模式和“PRE-FLASH OFF”模式下采集的图像导出的地图MP中记录的信息，可以适当地混合多个曝光图像602和604中相同前景对象的像素，且可以适当地混合多个曝光图像602和604中相同背景对象的像素。考虑地图MP是深度图的情况，混合过程可以包括取两个或更多像素点的平均值，对与每个像素点相关联的颜色属性求和和归一化，确定然后可以归一化的RGB向量长度，或者根据每个像素的属性函数组合至少一个较亮的像素和一个较暗的像素。
在步骤424，数据处理电路106输出输出图像IMG_OUT作为低光场景的闪光拍摄结果，其中输出图像IMG_OUT为前景和背景均光照良好的图像并且具有低运动模糊。
虽然已经通过示例和优选实施例的方式描述了本申请，但是应当理解，本申请不限于此。在不脱离本申请的范围和精神的情况下，本技术领域的技术人员仍然可以进行各种改动和修改。因此，本申请的范围应由所附权利要求及其等同物来界定和保护。
在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”等序数术语来修改权利要求要素本身幷不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先权、优先权或顺序或时间顺序其中执行方法的动作，但仅用作标签以将具有特定名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一个要素(但用于序数术语)区分开来以区分权利要求要素。

Claims (20)

1.一种闪光摄影的图像采集方法，包括：
当频闪设备在用于发射主闪光的第一频闪强度设置下操作时采集至少一个第一图像；
在该频闪设备在第二频闪强度设置下操作时采集至少一个第二图像，其中该第二频闪强度设置不同于该第一频闪强度设置；以及
通过混合该至少一个第一图像和该至少一个第二图像来生成输出图像。
2.如权利要求1所述的图像采集方法，其中，在该第二频闪强度设置下操作的该频闪设备不发射该主闪光。
3.如权利要求1所述的图像采集方法，其中该至少一个第一图像包括第一采集图像和第二采集图像，并且该频闪设备在该第一频闪强度设置下操作时采集该至少一个第一图像包括：
使用第一曝光设定获得该第一采集图像；以及
使用第二曝光设定获得该第二采集图像，其中该第二曝光设定与该第一曝光设定不同。
4.如权利要求1所述的图像采集方法，还包括：
在采集该至少一个第一图像和该至少一个第二图像之前：
当该频闪设备在用于发射预闪的第三频闪强度设置下操作时采集至少一个第三图像；
当该频闪设备在第四频闪强度设置下操作时采集至少一个第四图像，其中该第四频闪强度设置不同于该第三频闪强度设置；以及
根据该至少一个第三图像的图像统计和该至少一个第四图像的图像统计生成地图，其中该地图记录了不同像素位置的图像特征；
其中通过混合该至少一个第一图像和该至少一个第二图像来生成该输出图像包括：
根据该地图混合该至少一个第一图像和该至少一个第二图像。
5.如权利要求4所述的图像采集方法，其中，在该第四频闪强度设置下操作的该频闪设备不发射该预闪。
6.如权利要求4所述的图像采集方法，其中，该地图为深度图、反射图、强度图或流量图。
7.如权利要求1所述的图像采集方法，还包括：
在采集该至少一个第一图像和该至少一个第二图像之前：
当该频闪设备在用于发射预闪的第三频闪强度设置下操作时采集至少一个第三图像；
当该频闪设备在第四频闪强度设置下操作时采集至少一个第四图像，其中该第四频闪强度设置不同于该第三频闪强度设置；以及
根据该至少一个第三图像的图像统计和该至少一个第四图像的图像统计，确定至少一个第一控制参数和至少一个第二控制参数；
其中，当该频闪设备在该第一频闪强度设置下操作时采集该至少一个第一图像包括：
根据该至少一个第一控制参数控制对该至少一个第一图像的采集；以及
在该频闪设备在该第二频闪强度设置下操作时采集该至少一个第二图像包括：
根据该至少一个第二控制参数控制对该至少一个第二图像的采集。
8.如权利要求7所述的图像采集方法，其中，在该第四频闪强度设置下操作的该频闪设备不发射该预闪。
9.如权利要求7所述的图像采集方法，其中，该至少一个第一控制参数及该至少一个第二控制参数中的每一个包括曝光、增益、频闪强度、频闪颜色及频闪时间中的至少一者。
10.如权利要求1所述的图像采集方法，其中，该输出图像是高动态范围图像。
11.一种闪光摄影图像采集系统，包括：
频闪设备；
图像采集电路，被布置成在该频闪设备在用于发射主闪光的第一频闪强度设置下操作时采集至少一个第一图像，并且该在频闪设备在第二频闪强度设置下操作时采集至少一个第二图像，其中，该第二频闪强度设置不同于该第一频闪强度设置；以及
数据处理电路，用于通过混合该至少一个第一图像和该至少一个第二图像来生成输出图像。
12.如权利要求11所述的图像采集系统，其中在该第二频闪强度设置下操作的该频闪设备不发射该主闪光。
13.如权利要求11所述的图像采集系统，其中该至少一个第一图像包含第一采集图像及第二采集图像，且该图像采集电路使用第一曝光设定来取得该第一采集图像，并使用第二曝光设定以取得该第二采集图像，其中该第二曝光设定与该第一曝光设定不同。
14.如权利要求11所述的图像采集系统，在采集该至少一个第一图像和该至少一个第二图像之前：
该图像采集电路进一步被安排为当该频闪设备在用于发射预闪的第三频闪强度设置下操作时采集至少一个第三图像，以及当该频闪设备在第四频闪强度设置下操作时采集至少一个第四图像，其中该第四频闪强度设置不同于该第三频闪强度设置；以及该数据处理电路进一步被安排为根据该至少一个第三图像的图像统计和该至少一个第四图像的图像统计生成地图，其中该地图记录了不同像素位置的图像特征，其中该数据处理电路被安排为根据该地图混合该至少一个第一图像和该至少一个第二图像。
15.如权利要求14所述的图像采集系统，其中在该第四频闪强度设置下操作的该频闪设备不发射该预闪。
16.如权利要求14所述的图像采集系统，其中，该地图是深度图、反射图、强度图或流量图。
17.如权利要求11所述的图像采集系统，其中，在采集该至少一个第一图像和该至少一个第二图像之前，该图像采集电路更用以在该频闪设备在用于发射预闪的第三频闪强度设置下操作时采集至少一个第三图像，以及当该频闪设备在第四频闪强度设置下操作时采集至少一个第四图像，其中该第四频闪强度设置不同于该第三频闪强度设置；以及该数据处理电路进一步根据该至少一个第三图像的图像统计和该至少一个第四图像的图像统计，确定至少一个第一控制参数和至少一个第二控制参数；以及该图像捕获电路根据该至少一个第一控制参数控制对该至少一个第一图像的采集，并且根据该至少一个第二控制参数控制对该至少一个第二图像的采集。
18.如权利要求17所述的图像采集系统，其中在该第四频闪强度设置下操作的该频闪设备不发射该预闪。
19.如权利要求17所述的图像采集系统，其中该至少一个第一控制参数和该至少一个第二控制参数中的每一个包括曝光、增益、频闪强度、频闪颜色和频闪时间中的至少一个。
20.如权利要求11所述的图像采集系统，其中该输出图像是高动态范围图像。
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