JP3930819B2 - Fast convergence method for optimal exposure index - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的には露出指数（ＥＶ）を収束させるものであり、より具体的には、最適露出指数を高速に収束させるための露出指数の参照テーブル（表）の作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画素数が１０２４ｘ７６８であり、各画素が０〜２５５の明度を持つデジタル撮影機器においては、画像の平均明度をいかにして高速収束させるかが、最も緊急な課題として解決を迫られている。
【０００３】
台湾特許第２３４７４８号「デジタル静電カメラのファジー制御による自動露出システム」によれば、捉えた画像の最適な明度を維持するためにファジー制御法が用いられている。しかしながら、ファジー制御法は非常に複雑であるため、画像の最適な明度を維持するためには経験豊富な専門のオペレーターが制御メカニズムの調節をおこなわねばならない場合が多い。したがって露出指数の自動収束工程に時間がかかりすぎ、甚大な演算労力が消費されることになる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、最適露出指数を高速に収束させる方法を提供するものである。本発明においては、容易に変更可能な露出指数の参照テーブルが作成される。デジタル撮影機器の光センサーが捉えた画像はこれに基づき閉ループ演算によって最適露出指数に高速収束される。したがって本発明は、露出時間、利得値およびＦ数値の制御を含む多変数露出制御を容易に達成するのみならず、最適自動露出指数の高速収束をも実現させるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明が提供する高速収束法はデジタル撮影機器に好適に使用されるものであり、以下のステップを包含するものである。露出指数の参照テーブルが作成される。その参照テーブルでは、露出指数は露出時間、利得値およびＦ数値の関数である。自動露出収束ウインドウが領域決定され、その自動露出収束ウインドウの中心が目標明度と定義される。先行露出指数が初期設定値として選択される。デジタル撮影機器の光センサーによって画像が捉えられ、複数のサブ領域に分割される。おのおののサブ領域の平均明度に、それぞれ該当する画像重量を積算し画像の総重量で除することによって画像の平均明度が得られる。先行露出指数および、目標明度と平均明度の関数であるトランケート（切り捨て）関数に基づいて予測露出指数が得られる。予測露出指数が先行露出指数と同じとなった場合に、自動露出指数が収束されて自動露出が達成される。ここにおいては、予測露出指数すなわち最適露出指数である。予測露出指数が先行露出指数と一致しない場合、予測露出指数が先行露出指数として使用されることとなる。この先行露出指数の露出時間、利得値およびＦ数値は露出指数の参照テーブルから得られ、画像を捉え、画像を分割し、予測露出指数を得て自動露出を行なうというステップが、予測露出指数が自動的に収束されるまで繰り返される。
【０００６】
本発明の一つの実施の形態においては、露出指数の参照テーブルは調節可能である。
【０００７】
本発明の一つの実施の形態においては、参照テーブル中の露出指数の最小間隔は露出指数の段階増分と呼ばれ、これは調節可能である。
【０００８】
自動露出収束ウインドウの大きさは、露出指数の段階増分に比例する。
【０００９】
本発明において、自動露出収束ウインドウの大きさは、露出指数の段階増分に等しい。自動露出収束ウインドウは、目標明度の２倍を露出指数の負の段階増分の２分の１乗したものと、目標明度の２倍を露出指数の段階増分の２分の１乗したものとの間を占めている。
【００１０】
一つの実施の形態においては、予測露出指数は先行露出指数からトランケート関数を差し引いて得られる。
【００１１】
本発明の一つの実施の形態においては、光センサーとして例えば電荷結合デバイス（ＣＣＤ）あるいは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスなどが使用される。
【００１２】
以上によれば、本発明は容易に変更できる露出指数のテーブルを作成し、それによってデジタル撮影機器の光センサーが捉えた画像の最適露出指数を閉ループ演算により高速収束させることを可能とするものである。したがって、本発明は多変数（露出時間、利得値およびＦ数値）露出制御を実現し、最適自動露出指数を収束させるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一つの実施の形態による、最適露出指数の高速収束法の工程の流れを示している。図１に示された通り、本高速収束法では、ステップＳ１０２において露出指数（ＥＶ）の参照テーブルがデジタルカメラやデジタルカムコーダのようなデジタル撮影機器の仕様に従って作成される。この露出指数の参照テーブルにおいて、露出指数は露出時間（Ｅxp t）、利得値（ＡＧＣ）およびＦ数値（Ｆ no）の関数である。露出指数は次のように表される。
【数１】
図２は数１の方程式により表される関係から導かれた露出指数の参照テーブルの一例を示している。本実施の形態においては、およそ４からおよそ１６までの範囲にある露出指数が晴れ領域、曇り領域、夜明け・夕暮れ領域、夜間領域という４つの露出領域に分割されている。露出時間（２０４）は約１／１０００秒から約１／１５秒の範囲であり、利得値（２０６）は約１００から約８００の範囲であり、Ｆ数値（２０８）はＦ２.８からＦ８の範囲である。図における露出指数と露出時間、利得値とＦ数値の分布位置関係が方程式（１）と合致していることを確認するため、本実施の形態では参照テーブルの中の一つの特定のセルを検証することとする。例えば露出指数が１５である時、図２において露出指数１５に対応する露出時間、利得値およびＦ数値の分布位置はそれぞれ１／５００秒，１００およびＦ８である。これらの値を方程式（１）に代入すれば、露出指数ＥＶは次のように求められる。
ＥＶ＝２log2８ − log2（１／５００）− log2（１００/１００）
≒６＋９＝１５
本実施の形態においては、露出指数間の最小差異は０.５であり、それゆえこの参照テーブルの露出指数の段階増分は０.５となる。しかしながら、露出指数の段階増分はユーザーの個別の要求やデジタル撮影機器の仕様に応じて調節することが可能である。
【００１５】
ステップＳ１０４において、自動露出収束ウインドウが領域決定され、自動露出点の中心を以って目標明度（目標Ｙ）と定義される。目標明度はユーザーが設定してもよい。本発明の一つの実施の形態においては、自動露出収束ウインドウの大きさは露出指数の段階増分と同等に設定されている。自動露出収束ウインドウは目標明度の２倍を露出指数の負の段階増分の２分の１乗したものから、目標明度の２倍を露出指数の段階増分の２分の１乗したものまでの範囲を占めている。すなわち、自動露出収束ウインドウは次のように表すことができる。
ウインドウ((目標Ｙx２(-EV 段階増分/2)), (目標Ｙx２(-EV段階増分/2)))
例えば、目標Ｙが１００であり、ＥＶ段階増分が０.５であるとき、８４.０９から１１８.９２までの範囲に対応する明度が自動露出の収束値となる。
【００１６】
ステップＳ１０６においては、参照テーブル上にある露出指数から先行露出指数が選択される。
【００１７】
ステップＳ１０８においては、デジタル撮影機器の、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）あるいは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスなどである光センサーによって画像が採取される。続いてその画像は複数のサブ領域に分割される。ステップＳ１１０において、おのおののサブ領域の平均明度にそれぞれ該当する画像重量（Ｗ）を積算し、画像の総重量で除することによって、画像の各画素の平均明度Ｙavgが得られる。より明確に説明するため図３を参照すると、採取された画像とその画像重量が図示されている。図３に示された通り、採取された画像３２は９段１１列のサブ領域に分割され、おのおののサブ領域３２の平均明度をＹとする。画像重量３４もまた９段１１列のサブ領域に分割され、領域ごとの画像重量をＷとする。そうすると、捉えられた画像の各画素の平均明度Ｙavgは次の方程式にて求められる。
【数２】
予測露出指数はさらに、ステップＳ１１２において先行露出指数とトランケート関数にしたがって導かれる。トランケート関数は目標明度（目標Ｙ）と平均明度（Ｙavg）の関数である。本実施の形態では、予測露出指数はトランケート関数を差し引いた先行露出指数に等しい。言い換えれば、予測露出指数、先行露出指数およびトランケート関数間の関係は次のように表すことができる。
［数３］予測露出指数 ＝ 先行露出指数 − トランケート（log2(目標Ｙ/Ｙavg)）
例えば、参照テーブルの露出指数の段階増分が０.５であるとき、トランケート関数であるトランケート（４.４）は４.５であり、トランケート関数であるトランケート（４.１）は４である。したがって、トランケート関数は露出指数の段階増分に応じて決定される。
【００１９】
予測露出指数が先行露出指数と同じであるか否かはステップＳ１１４において決定される。予測露出指数が先行露出指数と同じとなった場合に自動露出指数が収束され、ステップＳ１１６において予測露出指数を最適露出指数として自動露出が達成される。例えば、目標明度を１００とし、露出指数の参照テーブルから選択された先行露出指数を１２とし、採取された画像の平均明度を１０５とすると、予測露出指数は１２からトランケート関数を引いたものであってトランケート（log2(１００/１０５)）＝０となるから、予測露出指数は先行露出指数と同じとなる。したがって、１２という予測露出指数が自動露出として最適露出指数となる。
【００２０】
予測露出指数が先行露出指数と同じとならなかった場合、予測露出指数は先行露出指数として用いられることとなり、これに対応する露出時間、利得値およびＦ数値は参照テーブルから引き出される。そしてステップＳ１０８からＳ１１４までが自動収束が達成されるまで繰り返される。例えば、先行露出指数として１６という露出指数が選択され、捉えられた画像の平均明度を５とした場合、予測露出指数は１６からトランケート（log2(１００/５)）を差し引いて得られる１１.５となる。すなわち予測露出指数１１.５は先行露出指数１６とイコールではない。図２に示された参照テーブルによれば、露出指数１１.５に対応する露出時間、利得値およびＦ数値はそれぞれ１／２５０秒、１４１およびＦ２.８である。そこで当デジタル撮影機器は画像を採取するのにこれらの数値に基づいて調整される。そして画像の平均明度が計算され、それにより予測露出指数が１２という数値として導かれる。今回もまた、予測露出指数１２は先行露出指数１１.５と同一ではない。ステップＳ１０８からＳ１１４までが再び繰り返される。露出指数１２に対応する露出時間、利得値およびＦ数値として、露出指数の参照テーブルからそれぞれ１／２５０秒、１００およびＦ４が得られる。当デジタル撮影機器はここで画像を捉えるのにこれらの数値に基づいて調整される。そして画像の平均明度が１０５と計算され、その結果予測露出指数が１２という数値として導かれる。かくして予測露出指数が先行露出指数とイコールとなる。このようにして自動露出が達成され、１２という露出指数が最適露出指数とされる。
【発明の効果】
【００２１】
以上の通り、容易に変更しうる露出指数の参照テーブルを作成することによって、デジタル撮影機器の光センサーが捉えた画像は閉ループ演算により高速収束をおこなうことができる。したがって本発明は、露出時間、利得値およびＦ数値などの多変数露出制御の方法を示すとともに、自動露出指数の高速収束を実現するものである。
【００２２】
当業者であればここに開示された本発明の明細と実施法を考慮すれば、本発明の他の実施の形態を実現しうるであろう。この明細と実施例は単に例証的なものと解されるべきであって、本発明の真の範囲と精神は以下の請求項に記載の通りである。
【００２３】
本発明に関するこれらの、ならびに他の特徴は、以下の図面を参照することにより、一層明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】最適露出指数の高速収束法の流れを示すフローチャートである。
【図２】露出指数の参照テーブルの一例を示す表である。
【図３】捉えられた画像およびその画像重量値を示す表である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention generally relates to an exposure index (EV), and more specifically to a method for creating an exposure index reference table for converging an optimal exposure index at high speed. is there.
[0002]
[Prior art]
In a digital photographing device having 1024 × 768 pixels and each pixel having a lightness of 0 to 255, how to converge the average lightness of the image at high speed is urgently required to be solved.
[0003]
According to Taiwan Patent No. 234748 “Automatic Exposure System by Fuzzy Control of Digital Electrostatic Camera”, a fuzzy control method is used to maintain the optimum brightness of the captured image. However, the fuzzy control method is so complex that it is often necessary for an experienced professional operator to adjust the control mechanism in order to maintain the optimum brightness of the image. Therefore, the automatic convergence process of the exposure index takes too much time, and a tremendous calculation effort is consumed.
[Problems to be solved by the invention]
[0004]
The present invention provides a method for rapidly converging the optimal exposure index. In the present invention, an easily changeable exposure index reference table is created. Based on this, the image captured by the optical sensor of the digital photographing device is rapidly converged to the optimum exposure index by a closed loop calculation. Therefore, the present invention not only easily achieves multivariable exposure control including control of exposure time, gain value and F value, but also realizes fast convergence of the optimum automatic exposure index.
[Means for Solving the Problems]
[0005]
The fast convergence method provided by the present invention is suitably used for a digital photographing apparatus and includes the following steps. An exposure index lookup table is created. In that lookup table, the exposure index is a function of exposure time, gain value and F-number. An automatic exposure convergence window is determined, and the center of the automatic exposure convergence window is defined as the target brightness. The advance exposure index is selected as the default value. The image is captured by the optical sensor of the digital photographing device and divided into a plurality of sub-regions. The average brightness of the image is obtained by adding the corresponding image weight to the average brightness of each sub-region and dividing by the total weight of the image. A predicted exposure index is obtained based on the leading exposure index and a truncation function that is a function of the target brightness and the average brightness. When the predicted exposure index is the same as the preceding exposure index, the automatic exposure index is converged to achieve automatic exposure. Here, it is a predicted exposure index, that is, an optimal exposure index. If the predicted exposure index does not match the previous exposure index, the predicted exposure index will be used as the previous exposure index. The exposure time, gain value, and F value of the preceding exposure index are obtained from an exposure index reference table, and the step of capturing the image, dividing the image, obtaining the predicted exposure index, and performing automatic exposure is the predicted exposure index. Repeat until it automatically converges.
[0006]
In one embodiment of the invention, the exposure index lookup table is adjustable.
[0007]
In one embodiment of the invention, the minimum interval between exposure indexes in the look-up table is called the exposure index step increment, which is adjustable.
[0008]
The size of the automatic exposure convergence window is proportional to the step increment of the exposure index.
[0009]
In the present invention, the size of the automatic exposure convergence window is equal to the step increment of the exposure index. The automatic exposure convergence window is calculated by multiplying the target lightness by two times the negative step increment of the exposure index and twice the target lightness by half the exposure index step increment. Occupy between.
[0010]
In one embodiment, the predicted exposure index is obtained by subtracting the truncation function from the previous exposure index.
[0011]
In one embodiment of the present invention, for example, a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) device is used as the photosensor.
[0012]
According to the above, the present invention creates a table of exposure indexes that can be easily changed, thereby enabling the optimum exposure index of the image captured by the optical sensor of the digital photographing device to be converged at high speed by closed loop calculation. is there. Therefore, the present invention realizes multi-variable (exposure time, gain value and F value) exposure control and converges the optimum automatic exposure index.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 illustrates the flow of steps of a fast convergence method for an optimal exposure index according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in this fast convergence method, in step S102, an exposure index (EV) reference table is created in accordance with the specifications of a digital photographing apparatus such as a digital camera or a digital camcorder. In this exposure index lookup table, the exposure index is a function of exposure time (Expt), gain value (AGC), and F value (Fno). The exposure index is expressed as follows:
[Expression 1]
FIG. 2 shows an example of an exposure index reference table derived from the relationship represented by the equation (1). In the present embodiment, the exposure index in the range from about 4 to about 16 is divided into four exposure areas, a clear area, a cloudy area, a dawn / dusk area, and a night area. The exposure time (204) ranges from about 1/1000 second to about 1/15 second, the gain value (206) ranges from about 100 to about 800, and the F value (208) ranges from F2.8 to F8. It is a range. In the present embodiment, one specific cell in the reference table is verified in order to confirm that the distribution positional relationship between the exposure index and the exposure time, the gain value, and the F value in the figure matches Equation (1). I decided to. For example, when the exposure index is 15, the distribution positions of the exposure time, the gain value, and the F value corresponding to the
EV = 2 log 2 8-log 2 (1/500)-log 2 (100/100)
≒ 6 + 9 = 15
In this embodiment, the minimum difference between the exposure indices is 0.5, so the exposure index step increment in this lookup table is 0.5. However, the step increment of the exposure index can be adjusted according to the individual requirements of the user and the specifications of the digital photographic equipment.
[0015]
In step S104, an automatic exposure convergence window is determined and defined as a target brightness (target Y) with the center of the automatic exposure point. The target brightness may be set by the user. In one embodiment of the invention, the size of the automatic exposure convergence window is set equal to the exposure index step increment. The automatic exposure convergence window ranges from twice the target brightness to half the exposure index negative step increment to twice the target brightness to half the exposure index step increment Accounted for. That is, the automatic exposure convergence window can be expressed as follows.
Window ((Target Yx2 (-EV step increment / 2) ), (Target Yx2 (-EV step increment / 2) ))
For example, when the target Y is 100 and the EV step increment is 0.5, the brightness corresponding to the range from 84.09 to 118.92 is the convergence value of the automatic exposure.
[0016]
In step S106, the preceding exposure index is selected from the exposure indices on the reference table.
[0017]
In step S108, an image is acquired by an optical sensor such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) device of the digital photographing apparatus. Subsequently, the image is divided into a plurality of sub-regions. In step S110, the average brightness Yavg of each pixel of the image is obtained by accumulating the image weight (W) corresponding to the average brightness of each sub-region and dividing by the total weight of the image. With reference to FIG. 3 for a clearer explanation, the acquired image and its image weight are illustrated. As shown in FIG. 3, the collected
[Expression 2]
The predicted exposure index is further derived according to the preceding exposure index and the truncation function in step S112. The truncated function is a function of target brightness (target Y) and average brightness (Yavg). In the present embodiment, the predicted exposure index is equal to the prior exposure index minus the truncation function. In other words, the relationship between the predicted exposure index, the prior exposure index, and the truncation function can be expressed as:
[Equation 3] Predicted exposure index = Advance exposure index-Truncate (log 2 (target Y / Yavg))
For example, when the step increment of the exposure index of the reference table is 0.5, the truncation function truncation (4.4) is 4.5 and the truncation function truncation (4.1) is 4. Therefore, the truncation function is determined according to the step increment of the exposure index.
[0019]
Whether the predicted exposure index is the same as the preceding exposure index is determined in step S114. When the predicted exposure index becomes the same as the preceding exposure index, the automatic exposure index is converged, and the automatic exposure is achieved with the predicted exposure index as the optimum exposure index in step S116. For example, assuming that the target brightness is 100, the preceding exposure index selected from the exposure index reference table is 12, and the average brightness of the collected images is 105, the predicted exposure index is 12 minus the truncation function. Truncate (log 2 (100/105)) = 0, so the predicted exposure index is the same as the preceding exposure index. Therefore, the predicted exposure index of 12 is the optimum exposure index as automatic exposure.
[0020]
If the predicted exposure index is not the same as the preceding exposure index, the predicted exposure index is used as the preceding exposure index, and the corresponding exposure time, gain value, and F value are derived from the lookup table. Steps S108 to S114 are repeated until automatic convergence is achieved. For example, if an exposure index of 16 is selected as the preceding exposure index and the average brightness of the captured image is 5, the predicted exposure index is obtained by subtracting the truncation (log 2 (100/5)) from 16. 5 That is, the predicted exposure index 11.5 is not equal to the preceding exposure index 16. According to the lookup table shown in FIG. 2, the exposure time, gain value, and F value corresponding to the exposure index of 11.5 are 1/250 seconds, 141, and F2.8, respectively. Therefore, the digital photographing device is adjusted based on these numerical values to acquire an image. The average brightness of the image is then calculated, thereby leading to a predicted exposure index of 12. Again, the predicted
【The invention's effect】
[0021]
As described above, by creating an exposure index reference table that can be easily changed, the image captured by the optical sensor of the digital photographing device can be converged at high speed by closed loop calculation. Therefore, the present invention shows a method of multivariable exposure control such as exposure time, gain value and F value, and realizes fast convergence of the automatic exposure index.
[0022]
Those skilled in the art will be able to implement other embodiments of the present invention in view of the specification and practice of the invention disclosed herein. The specification and examples should be construed as merely illustrative, with the true scope and spirit of the invention as set forth in the following claims.
[0023]
These as well as other features of the present invention will become more apparent with reference to the following drawings.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing the flow of an optimum exposure index fast convergence method.
FIG. 2 is a table showing an example of an exposure index reference table;
FIG. 3 is a table showing captured images and their image weight values.
Claims (3)
(b) 目標明度をその中心とする自動露出収束ウインドウの領域を決定し；
(c) 前記露出指数の参照テーブルから初期設定値として先行露出指数を選択し；
(d) 前記デジタル撮影機器の光センサーによって画像を採取し、前記画像を複数のサブ領域に分割し；
(e) おのおのの前記サブ領域の平均明度に、それぞれ該当する画像重量を乗じてその積を前記画像の総重量で除することによって平均明度を求め；
(f) 前記先行露出指数および、前記目標明度と前記平均明度の関数としてのトランケート関数に基づいて予測露出指数を決定し；
(g) 前記予測露出指数が前記先行露出指数と同じとなった場合に、前記予測露出指数を最適露出指数として自動露出を実行し、
(h) 前記予測露出指数が前記先行露出指数と一致しない場合は、前記予測露出指数を先行露出指数として前記 (f) 、 (g) の工程を繰返すことを特徴とする、デジタル撮影機器に好適な、最適露出指数の高速収束法。(a) Create a reference table of exposure index, which is a function of exposure time, gain value, and F value of digital photography equipment, according to camera characteristics;
(b) determining the area of the automatic exposure convergence window centered on the target brightness;
(c) selecting a preceding exposure index as an initial set value from the exposure index reference table;
(d) taking an image with an optical sensor of the digital imaging device and dividing the image into a plurality of sub-regions;
(e) determining the average brightness by multiplying the average brightness of each of the sub-regions by the respective image weight and dividing the product by the total weight of the images;
(f) determining a predicted exposure index based on the preceding exposure index and a truncation function as a function of the target brightness and the average brightness;
(g) When the predicted exposure index is the same as the preceding exposure index, automatic exposure is performed with the predicted exposure index as the optimal exposure index ,
(h) When the predicted exposure index does not match the preceding exposure index, the step (f) and (g) are repeated using the predicted exposure index as the preceding exposure index. Fast convergence method of optimal exposure index.
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