TW201639350A - 結合透明液晶屏幕之即時動態曝光補償系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種結合透明液晶屏幕之曝光補償系統及方法，其包含：一補償計算單元、一曝光控制單元、以及一透明液晶屏幕單元。該曝光補償系統根據該補償計算單元對於進光量的計算，在該透明液晶屏幕單元產生一補償影像，以針對原始數位影像之過亮部分形成一抑制鏡頭進光量的灰階圖形。

Description

結合透明液晶屏幕之即時動態曝光補償系統及方法

本發明提供一種用於數位攝影的即時動態曝光補償系統及方法，特別是應用一透明液晶屏幕的可控制透光功能達成即時性的曝光補償。

由於相機的感光元件動態範圍遠較人眼可辨識的範圍小，在光線反差較大的環境，例如日出或黑夜裡的車燈，相機所拍出的影像通常只能顧及影像中的全暗部或亮部，而產生曝光度不均勻，即所謂過曝或過暗的情形。為解決影像過曝的問題，目前普遍使用如下二種解決方法。

第一種是利用影像後製的HDR(high dynamic range)補償法，作法是連拍三張或多張較暗、中等及較亮的影像，再經過運算後製成一張保留暗部細節及亮部細節的照片。此方法的缺點是需要額外的軟體來處理後製。另一個缺點是若連拍過程中，拍攝景象中移動的物體如人或車，則後製而成的影像容易出現殘影。

第二種是手持黑卡，以不透光且不反光的黑色卡片置於鏡頭前方，在部分的曝光過程中，手持黑卡遮檔環境中高光度的部分，降低感光元件接收到的來自於亮部的訊號，以降低過曝程度，達到保留較多影像細節的效果。此方法的缺點是需要高度地倚賴攝影者的技術。另一個缺點是由黑卡的邊界造成。黑卡通常利用其直邊進行遮光，當如影環境中，亮 暗部交界屬於不規則形狀時(例如高樓或山岳)，黑卡容易在亮暗部交界處產生不自然的遮痕。

為了改進傳統曝光補償方法的缺陷，降低對於攝影者的技術依賴，更精確地抑制曝光區域的入射光，省卻複雜的影像後製程序，本發明提供一種即時動態的曝光補償系統，利用置於相機鏡頭前方的透明液晶屏幕，顯示出可抑制曝光量的灰階圖形，以精確地抑制感光元件接收到的入射光量，使相機的成相更接近人眼的感受。

本發明提供一種曝光補償系統，其包含：一補償計算單元，連接至一數位攝影裝置，並由該數位攝影裝置接收一原始數位影像，偵測該影像之亮暗度，計算並輸出一影像補償資訊；一曝光控制單元，連接至該補償計算單元，自該補償計算單元接收該影像補償資訊，據以產生一控制訊號；以及一透明液晶屏幕單元，連接至該曝光控制單元，自該曝光控制單元接收該控制訊號，根據該控制訊號產生一補償影像，並回饋一訊號給曝光控制單元，使曝光控制單元據此產生一快門指令輸出予該數位攝影裝置。其中，該補償影像是針對該原始數位影像之過亮部分形成一抑制鏡頭進光量的灰階圖形，該灰階值是依據0至255度灰階來指定。其中，該補償計算單元係根據一非線性函數計算並產生該組最佳化補償資訊。

較佳地，該補償計算單元進一步將該原始數位影像切割為小區塊，針對每一小區塊計算亮暗度後，指定一最佳化的灰階值給該區塊，據以產生一組最佳化影像補償資訊，輸出至該曝光控制單元，據以使該透明液晶屏幕單元產生一最佳化補償影像。

本發明提供另一種曝光補償系統，其包含：一補償計算單 元，連接至一數位攝影裝置，並由該數位攝影裝置接收一原始數位影像，偵測該影像之亮暗度，據以計算並輸出一影像補償資訊；一曝光控制單元，連接至該補償計算單元，自該補償計算單元接收該影像補償資訊，據以產生一控制訊號；以及一透明液晶屏幕單元，置於數位攝影裝置鏡頭前方，連接至該曝光控制單元，接收該控制訊號後，依據原始數位影像顯示一抑制亮度的灰階影像，使該數位攝影裝置據以產生一補償後數位影像。其中，該補償計算單元進一步接收該補償後數位影像，即時判斷該影像是否需進一步修正，如需修正，再度控制該曝光控制單元及該透明液晶屏幕單元進行影像補償，直至產生一最佳的補償後數位影像。其中，該灰階值是依據0至255度灰階來指定，該補償計算單元係根據一非線性函數計算並產生該組最佳化補償資訊。

本發明另提供一種用於抑制數位攝影過度曝光之曝光補償 方法，包含：(a)由數位攝影裝置產生一原始數位影像，並顯示於一即時觀景液晶螢幕；(b)偵測該原始數位影像之亮部及暗部，判斷該亮部是否過曝，如過曝，形成一抑制該亮部之灰階圖形；(c)控制一透明液晶螢幕，使顯示該灰階圖形，以抑制數位攝影裝置於該亮部所接收的入光量；(d)該數位攝影裝置產生一抑制亮部入光量後的數位影像，顯示於即時觀景液晶螢幕；以及重複步驟(b)至步驟(d)，直至該數位攝影裝置產生一最佳的過曝補償數位影像。

10‧‧‧數位攝影裝置

11‧‧‧鏡頭

12‧‧‧快門控制機構

13‧‧‧類比增益單元

14‧‧‧A/D轉換單元

15‧‧‧即時影像顯示單元

16‧‧‧補償計算單元

17‧‧‧曝光控制單元

18‧‧‧透明液晶屏幕

19‧‧‧曝光補償系統

101-109‧‧‧步驟

本發明可依據下列圖式及說明而較佳地被理解。在說明本發 明之規則時並不需要將圖式上的元件以比例縮放以代替配置。再者，在圖式中，一樣的參考標號從頭到尾在不同的視圖中係指示對應的構成部分。

第一圖是本發明之曝光補償系統之第一實施例之系統方塊圖。

第二圖是本發明之曝光補償系統之第二實施例之系統方塊圖。

第三圖是本發明之曝光補償方法之第三實施例之系統方塊圖。

第四圖是本發明之曝光補償方法補償後數位影像之一範例。

第五圖是0至255度灰階圖。

現參考隨附之圖式，其為本文之一部分並藉由圖例之方式來表示本發明特定的具體實施例。惟在此所描述之原則可以多種不同的形式實施，且此說明書不應被解析來限制本發明之申請專利範圍。這些實施例係提供使本發明得以完全透徹地向熟諳此技藝之人士揭露。

參考第一圖所示，本發明曝光補償系統之第一實施例的系統方塊圖。在此實施例中，曝光補償系統19主要包含一補償計算單元16、一曝光控制單元17及一透明液晶屏幕單元18，透明液晶屏幕單元18置於一數位攝影裝置10(例如數位相機)的鏡頭11前方，可於透明液晶屏幕單元18上形成灰階圖案，用以局部性地抑制鏡頭11的入射光量，其餘未形成灰階圖案的部分，則可透光。

詳細而言，曝光補償系統19的補償計算單元16，連接至數位 攝影裝置10，攝影裝置的快門控制機構12啟動，使得光線入射鏡頭11，由類比增益單元13取得一類比影像資料，傳輸至A/D轉換單元，轉換為一原始數位影像資料，顯示於即時影像顯示單元15(例如數位相機的Live View即時觀景液晶螢幕)上，並經由一有線傳輸方法(例如透過USB或HDMI線)或無線傳輸方法(例如透過藍芽或Wi-Fi)，傳輸至補償計算單元16。補償計算單元16接收該原始數位影像後，偵測該影像發生過曝的區塊，如第四圖(a)所示，計算出一可用於抑制過曝區塊的灰階補償影像，如第四圖(b)所示，並輸出一影像補償資訊給予曝光控制單元17。

較佳地，補償計算單元16進一步將該原始數位影像切割為小區塊，針對每一小區塊計算亮暗度後，依據如第五圖所示的0至255度灰階，指定一最佳化的灰階值給該小區塊，據以產生一組調整過灰階值的最佳化影像補償資訊，並輸出至該曝光控制單元17。

曝光控制單元17與補償計算單元16連接，其接收該影像補償資訊後，產生一控制訊號，據以使透明液晶屏幕單元18產生一最佳化補償影像。

較佳地，補償計算單元17係根據一非線性函數計算並產生該組最佳化補償資訊。

透明液晶屏幕單元18，連接至該曝光控制單元17。透明液晶屏幕單元18自該曝光控制單元17接收該控制訊號後，根據該控制訊號產生一補償影像，該補償影像可以抑制通過該透明液晶屏幕單元18的入射光，以抑制原始數位影像中光線過曝的部位所接收到的光。透明液晶屏幕單元18，可採用現今已經商品化的解析度達1920 x 1080的透明LCD產品，並 在此將美國專利公開號US 20120285089 A1、US 8576473 B2所載技術引用作為參考。

透明液晶屏幕單元18顯示如第四圖(b)所示的補償影像後，回饋一訊號給曝光控制單元17，曝光控制單元17接收此回饋訊號後，產生一快門指令輸出予該數位攝影裝置的快門控制機構12，使得數位攝影裝置攝影取得一過曝補償後的修正影像，如第四圖(c)所示。

本發明第一實施例的曝光補償系統可以達到即時的曝光補償，然如拍攝者是位於反差極大的環境，將使得原始數位影像中過曝與正常的區塊有極端的曝光量差異，如此經過一次補償修正，尚不足以補償原始影像的高亮度部分，使得第一次補償後影像的高光亮部仍存在有過曝問題。因此，有需要進行第二次、第三次等數次反覆操作，才能得到理想的影像。在此反覆操作中，相機需要固定，如無法固定住相機，相機的位移將阻礙補償計算單元17精確地計算出補償影像。

針對此缺陷，本發明進一步提供第二實施例，以克服上述缺陷。

本發明第二實施例參考第二圖所示的系統方塊圖及第三圖所示的方法流程圖加以說明。第二實施例的系統方塊圖。第二實施例與第一實施例之組成元件及配置方式相同，然本實施例的曝光補償系統19與數位攝影裝置10可以雙向溝通。曝光補償系統19主要包含一補償計算單元16、一曝光控制單元17及一透明液晶屏幕單元18，透明液晶屏幕單元18置於一數位攝影裝置10(例如數位相機)的鏡頭11前方，可於透明液晶屏幕單元18上形成灰階圖案，用以局部性地抑制鏡頭11的入射光量，其餘未形 成灰階圖案的部分，則可透光。

第二實施例中，曝光補償系統19的補償計算單元16，連接至數位攝影裝置10。當光線入射攝影裝置的鏡頭11(步驟101)，由類比增益單元13取得一類比影像資料，傳輸至A/D轉換單元，轉換為一原始數位影像資料，顯示於即時影像顯示單元15上(步驟102)，並經由一有線傳輸方法(例如透過USB或HDMI線)或無線傳輸方法(例如透過藍芽或Wi-Fi)，傳輸至補償計算單元16(步驟103)。補償計算單元16接收該原始數位影像後，偵測該原始影像之亮部及暗部(步驟104)，判斷該亮部是否有如第四圖(a)所示的過曝區塊(步驟105)。如有過曝區塊，則計算出一可用於抑制過曝區塊的灰階補償影像(步驟106)，如第四圖(b)所示，並輸出一影像補償資訊給予曝光控制單元17。

曝光控制單元17連接至該補償計算單元16，其自該補償計算單元16接收該影像補償資訊後，產生一控制訊號，輸出予透明液晶屏幕單元18。透明液晶屏幕單元18置於數位攝影裝置鏡頭前方，連接至該曝光控制單元17。

透明液晶屏幕單元18接收該控制訊號後，根據該控制訊號產生一個如第四圖(b)所示的補償影像(步驟107)，該補償影像可以抑制通過該透明液晶屏幕單元18的入射光，以抑制入射於鏡頭11的部分光線。此時，數位攝影裝置通過類比取得單元13及A/D轉換單元，產生第一次補償後的數位影像(步驟108)，顯示於即時影像顯示單元15。此時，補償計算單元16自動接收該第一次補償後的數位影像，並偵測該補償後的數位影像，是否仍有過曝的部位存在(步驟102)。如是，需要進一步修正，重複步驟103至 108，直至產生最佳的補償後數位影像。

較佳地，在步驟103至108重複過程中，補償後數位影像是即時地顯示在即時影像顯示單元15，以供使用者即時觀看，使用者可以自行決定最佳的補償後數位影像，以手動控制決定是否終止重複過程。

藉由本發明第一實施例及第二實施例所敘述的系統及方法，可以克服傳統HDR和手持黑卡的缺陷，達成即時補償、精確補償的發明效果。

儘管本發明各種具體實施例已在文中描述，然對於熟諳本領域技術之人士，本發明範疇內尚存在許多可能的實施例及實施方法，亦可以對於本發明之元件進行改作、增添、調整和結合、置換，然均不脫離本發明技術思想之範疇。據此，本發明不受隨附之申請專利範圍及其等效物以外之限制。

10‧‧‧數位攝影裝置

11‧‧‧鏡頭

12‧‧‧快門控制機構

13‧‧‧類比增益單元

14‧‧‧A/D轉換單元

15‧‧‧即時影像顯示單元

16‧‧‧補償計算單元

17‧‧‧曝光控制單元

18‧‧‧透明液晶屏幕

19‧‧‧曝光補償系統

Claims (11)

1. 一種曝光補償系統，其包含：一補償計算單元，連接至一數位攝影裝置，並由該數位攝影裝置接收一原始數位影像，偵測該影像之亮暗度，計算並輸出一影像補償資訊；一曝光控制單元，連接至該補償計算單元，自該補償計算單元接收該影像補償資訊，據以產生一控制訊號；以及一透明液晶屏幕單元，連接至該曝光控制單元，自該曝光控制單元接收該控制訊號，根據該控制訊號產生一補償影像，並回饋一訊號給曝光控制單元，使曝光控制單元據此產生一快門指令輸出予該數位攝影裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之曝光補償系統，其中該補償影像是針對該原始數位影像之過亮部分形成一抑制鏡頭進光量的灰階圖形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之曝光補償系統，其中該補償計算單元進一步將該原始數位影像切割為小區塊，針對每一小區塊計算亮暗度後，指定一最佳化的灰階值給該區塊，據以產生一組最佳化影像補償資訊，輸出至該曝光控制單元，據以使該透明液晶屏幕單元產生一最佳化補償影像。
4. 如申請專利範圍第3項所述之曝光補償系統，其中該灰階值是依據0至255度灰階來指定。
5. 如申請專利範圍第1項所述之曝光補償系統，其中該補償計算單元係根據一非線性函數計算並產生該組最佳化補償資訊。
6. 一種曝光補償系統，其包含：一補償計算單元，連接至一數位攝影裝置，並由該數位攝影裝置接收一原始數位影像，偵測該影像之亮暗度，據以計算並輸出一影像補償資訊； 一曝光控制單元，連接至該補償計算單元，自該補償計算單元接收該影像補償資訊，據以產生一控制訊號；以及一透明液晶屏幕單元，設置於數位攝影裝置鏡頭前方，連接至該曝光控制單元，接收該控制訊號後，依據原始數位影像顯示一抑制亮度的灰階影像，使該數位攝影裝置據以產生一補償後數位影像；其中，該補償計算單元進一步接收該補償後數位影像，即時判斷該影像是否需進一步修正，如需修正，再度輸出影像補償資訊，致使該曝光控制單元再度產生控制訊號，使該透明液晶屏幕單元再度產生灰階影像，以重複進行影像補償，直至產生一最佳化的補償後數位影像。
7. 如申請專利範圍第6項所述之曝光補償系統，其中該補償計算單元進一步將該原始數位影像切割為小區塊，針對每一小區塊指定一最佳化的灰階值給該區塊，據以產生一組最佳化灰階影像。
8. 如申請專利範圍第7項所述之曝光補償系統，其中該灰階值是依據0至255度灰階來指定。
9. 如申請專利範圍第6項所述之曝光補償系統，其中該補償計算單元係根據一非線性函數計算並產生該組最佳化補償資訊。
10. 一種用於抑制數位攝影過度曝光之曝光補償方法，包含：(a)由數位攝影裝置產生一原始數位影像；(b)偵測該原始數位影像之亮部及暗部，判斷該亮部是否過曝，如過曝，形成一抑制該亮部之灰階圖形；(c)將該灰階圖形顯示於一置於數位攝影裝置鏡頭前方的透明液晶螢幕，以抑制該亮部的局部入光量； 該數位攝影裝置產生一抑制亮部入光量後的過曝補償數位影像；以及(a)重複步驟(b)至步驟(d)，直至該數位攝影裝置產生一最佳的過曝補償數位影像。
11. 如申請專利範圍第10項所述之曝光補償方法，其中於步驟(b)至步驟(d)重複過程中，該過曝補償數位影像可供使用者即時觀看，使得使用者可決定重複過程是否終止。