TWI383673B - 測光權重調整方法及其裝置 - Google Patents

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Description

測光權重調整方法及其裝置
本發明是有關於一種測光權重調整方法及其裝置，且特別是有關於一種多區域之測光權重調整方法及其裝置。
於攝影學中，曝光係為在拍照的過程中，允許讓光線照射在攝像媒介上的總量。攝像媒介例如是底片、或影像感測器。曝光量的單位為勒克斯(lux)與秒的乘積，並且能夠在一特定區域內，經由曝光值(exposure value,EV)與環境光線來計算而得。
現今，相機可提供多種測光(light metering)模式，來找出相片所適用的最佳曝光量。一般而言，測光模式包括點測光模式、中央加權平均測光模式、平均測光模式、局部測光模式、及多區域測光模式。
傳統中，在對人像進行拍照時，通常會對臉部在拍攝環境下的亮度進行分析，以決定最佳的曝光時間，而使相片中的人臉具有合適的亮度。然而，此種作法需對整張影像進行大量的數算學算及影像分析，才能找出人臉的位置。如此，將會增加成本及運算量。另外，此種作法還需將整張影像暫於記憶體中，而造成成本增加高、速度降低。
本發明係有關於一種測光權重調整方法及其裝置，其係將一張輸入影像分為多個測光區域，並計算出被判斷為膚色之畫素資料於各個測光區域中的數量，而據以調整各個測光區域所對應的曝光權重值。如此，曝光時間便能由此些經由簡易的運算，如計算數量，所取得的曝光權重值來決定，而能降低成本、減少運算量。而且，本發明之一實施例能依序對各筆畫素資料進行處理，故能夠有效地提高運算速度。再者，本發明一實施例可避免使用大容量的記憶體來儲存整張輸入影像，故能節省硬體電路的面積。
根據本發明之一方面，提出一種測光權重調整方法，包括下列步驟。首先，將一輸入影像分為多個測光區域，輸入影像包括多筆畫素資料，此些測光區域對應至多個曝光權重值。接著，判斷輸入影像之各筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色。之後，計算於各個測光區域中被判定為膚色之畫素資料的數量。然後，依據計算結果，調整此些測光區域所對應的曝光權重值。
根據本發明之另一方面，提出一種測光權重調整裝置，用以將一輸入影像分為多個測光區域，並調整此些測光區域所對應的多個曝光權重值。輸入影像包括多筆畫素資料。測光權重調整裝置包括一判斷單元、一計算單元、及一權重調整單元。判斷單元用以判斷輸入影像之各筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色。計算單元用以計算於各個測光區域中被判定為膚色之多個畫素資料的一數量。權重調整單元用以依據計算單元的計算結果，調整此些測光區域所對應的此些曝光權重值。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之測光權重調整方法之流程圖。此測光權重調整方法包括下列步驟。如步驟S110所示，將一輸入影像分為多個測光區域。輸入影像包括多筆畫素資料，而此些測光區域對應至多個曝光權重值。如步驟S120所示，判斷輸入影像之各筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色。如步驟S130所示，計算於各個測光區域中被判定為膚色之畫素資料的數量。如步驟S140所示，依據計算步驟的結果，調整此些測光區域所對應的多個曝光權重值。
茲以執行第1圖之測光權重調整方法之一測光權重調整裝置為例說明如下。請參照第2圖、第3A及3B圖。第2圖繪示依照本發明一實施例之測光權重調整裝置之方塊圖。第3A圖繪示為一影像感測單元所擷取之一張包含人臉之輸入影像Im之示意圖。第3B圖繪示為第3A圖之輸入影像Im所對應的多個測光區域MA。
測光權重調整裝置200例如包括一色彩比例計算單元210、一判斷單元220、一過濾單元230、一計算單元240、及一權重調整單元250。測光權重調整裝置200耦接至一影像感測單元102。測光權重調整裝置200例如但不受限地可將影像感測單元102所擷取之輸入影像Im分為如第3B圖所示之5×5個測光區域MA(1)~MA(25)，並用以調整對應的曝光權重值。
影像感測單元102例如包括互補式金屬-氧化層-半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)、或電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)。影像感測單元102所拍攝的輸入影像Im包含多個畫素。各畫素係對應至一筆畫素資料。例如，畫素P(n)係對應至一筆畫素資料。而畫素P(n)例如包括三個子畫素，故其畫素資料亦會包括三筆子畫素資料。而畫素的數量可依據影像感測單元102之規格(如解析度)而定。
色彩比例計算單元210耦接至影像感測單元102，用以從影像感測單元102取得輸入影像Im的多筆畫素資料，並計算各畫素資料相關於膚色的色彩成份。以第3A圖之畫素P(n)的畫素資料為例。於一實施例中，色彩比例計算單元210在取得一筆畫素P(n)之畫素資料後，可針對此筆畫素P(n)，依據其畫素資料之多個子畫素資料之間的比例，計算一第一參考值K及一第二參考值Z。舉例來說，此兩參考值K及Z的計算方式如下：
其中，Rinput 、Ginput 、及Binput 表示為一筆畫素資料的三個子畫素資料，其分別可為紅色、綠色、及藍色子畫素資料。此兩參考值K及Z係由此些畫素資料的比例計算而得。之後，此兩參考值K及Z會被傳送至判斷單元220，而作為膚色判斷的參考值。
判斷單元220用以判斷輸入影像Im之各筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色。以畫素P(n)為例。於一實施例中，判斷單元220於判斷畫素P(n)之畫素資料所表示之顏色是否為膚色時，係判斷第一參考值K及第二參考值Z所表示之座標是否位於一預定範圍。舉例來說，判斷兩參考值K及Z所表示之座標是否位於預定範圍的方式如下：
其中，此預定範圍係為K介於0及2.1、且Z介於0及0.35之間的區間。SkinPixel 代表判斷單元220對於一筆畫素資料的判斷結果。SkinPixel 之數值係用以表示此筆畫素資料是否為膚色。對於畫素P(n)之畫素資料而言，若SkinPixel (n)被指定為1，則表示畫素P(n)之畫素資料為膚色。若SkinPixel (n)會被指定為0，則表示畫素P(n)之畫素資料非為膚色。換言之，對於各筆畫素資料而言，判斷單元220會產生對應的一個SkinPixel ，並藉由判斷參考值K與Z是否位上述之區域來決定SkinPixel 的數值，以得知各筆畫素資料是否為膚色。於本實施例中，係稱數值為1之SkinPixel 所對應的畫素為膚色點。
於上述之實施例中，兩參考值K與Z的計算方式及預定範圍的決定方式，應可視不同的需求來予以設計。再者，上述之說明係以色彩比例計算單元210計算一筆畫素資料的兩參考值K及Z、並由判斷單元220來據以判斷此畫素資料是否為膚色的資料，然其係用以說明本發明所用，而本發明並非限制於此。於實作中，判斷膚色的方式應可有其他不同的實施態樣，例如，可先統計出一般膚色在紅色、綠色、及藍色子畫素資料中可能的數值範圍，而分別與三筆子畫素資料來比對以進行判斷。總之，只要能在接收一筆畫素資料時，能判斷其是否為膚色，皆為本發明之可行實施例。
請參照第3C圖，其繪示為判斷單元220依據第3A圖之輸入影像Im所產生之膚色點於第3B圖之多個測光區域上之分佈之一例之示意圖。於此例中，膚色點係依據式(1)~(3)所產生者。膚色點係包含於膚色區域F1~F3中。於此例中，膚色區域F1及F2中的膚色點係實質上對應至第3A圖之人臉的位置。
然而，於實作中，仍有可能會出現非對應至人臉位置的區域，如第3C圖之膚色區域F3。由於膚色具有連續的特性。連續的特性可意指為膚色點的數量較多、聚集的區域較大、或膚色點有連續出現的特性。鑑此，於本發明之一實施例中，可利用此連續的特性來移除不必要資訊(如離散之膚色點)，而保留較接近於人臉位置的膚色點，從而提高的膚色判斷的正確性。此種功能係由過濾單元230來完成，茲配合第2圖說明如下。
過濾單元230用以依據判斷單元220對於一筆畫素資料及多筆鄰近畫素資料的判斷結果，以再次判斷此筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色。以畫素P(n)為例。於一實施例中，若判斷單元220判定畫素P(n)為膚色點，則過濾單元230可依據多筆先前的畫素資料來再次進行判斷。
舉例來說，請參照第4圖，其繪示乃第2圖之測光權重調整裝置200之過濾單元230之一例之示意圖。此過濾單元230包括一個1×11的判斷矩陣232及一多輸入及閘234。判斷矩陣232包括11個暫存器Rg1~Rg11，而多輸入及閘234係依據此11個暫存器的內容來決定其之輸出。暫存器Rg1~Rg11係分別儲存了畫素P(n)及其前十筆畫素(未繪示)的判斷結果，即儲存了判斷單元依據式(3)所產生的SkinPixel (n-1)~SkinPixel (n-10)及SkinPixel (n)之值。於此例中，若畫素P(n)及其前十筆畫素皆被判定為膚色點(亦即SkinPixel (n)及SkinPixel (n-1)~SkinPixel (n-10)之值皆為1)，則多輸入及閘234將會輸出數值為1之SkinPixel_f (n)，以表示畫素P(n)之畫素資料確實為膚色點。反之，若畫素P(n)及其前十筆畫素之任一者並非被判定為膚色點(亦即膚色點SkinPixel (n)及SkinPixel (n-1)~SkinPixel (n-10)之任一筆之值不為1)，則對於原本被判定為膚色點的畫素P(n)而言，過濾單元230會輸出數值為0之SkinPixel_f (n)而重新判定畫素P(n)非為膚色點。
請參照第3D圖，其繪示為第3C圖之膚色點在通過過濾單元230後於第3B圖之多個測光區域上之分佈之示意圖之一例。於第3C圖所示之例中，藉由過濾單元230再一次的判斷後，便能移除膚色區域F3中的膚色點，而保留具有連續特性之區域F1及F2中的膚色點。如此，便能提高的膚色判斷的正確性。
請繼續參照第2圖。於一實施例中，計算單元240用以計算各個測光區域中被判定為膚色之畫素資料之數量佔各個測光區域所各自涵蓋的所有畫素資料之數量的一比例。而權重調整單元250用以依據計算單元240所計算的比例，調整此些測光區域所對應的曝光權重值。計算單元240計算比例的方式例如如下：
其中，Skin' pixel 表示膚色點於此測光區域中的數量；Block pixel 表示為此測光區域所涵蓋之所有畫素資料的數量，而W skin 表示膚色點之數量佔此測光區域所涵蓋之所有畫素資料之數量的比例。
以第3D圖為例。計算單元240可在此25個測光區域MA(1)~MA(25)中，各自依據式(4)來計算對應的比例Wskin (1)~Wskin (25)，其結果如第3E圖所示。之後，權重調整單元250便會依據計算單元240所計算的比例Wskin (1)~Wskin (25)，來調整測光區域MA(1)~MA(25)所對應的曝光權重值。
在調整測光區域所對應的曝光權重值時，權重調整單元250例如可設定較高的曝光權重值至比例較高的測光區域，且臨近低權重區域也可提供曝光值參考，以避免過度針對人臉區域的曝光讓整張影像不協調。請參照第3F圖，其繪示乃本發明一實施例之權重調整單元250依據第3A圖之輸入影像Im所設定之曝光權重值WEV2之一例之示意圖。權重調整單元250為測光區域MA(1)~MA(25)所設定的多個曝光權重值WEV2(1)~WEV2(25)例如為區域之數值所示者。其中，包含較多膚色點的測光區域(如測光區域MA(12)及MA(9))係被設定以較高的曝光權重值。如此，本實施例為各區域所提供的曝光權重值的高低將會對應至膚色點於影像之各區域中所佔的比例，故能夠增加膚色曝光的準確性。
於另一實施例中，計算單元240用以計算於各個測光區域中被判定為膚色之畫素資料的一數量，其例如為式(4)之Skin’Pixel 所示者。而權重調整單元250用以依據計算單元240所計算的數量，調整此些測光區域所對應的曝光權重值。之後，權重調整單元250便會依據計算單元240所計算的數量，來調整測光區域MA(1)~MA(25)所對應的曝光權重值。相仿地，權重調整單元250亦可設定較高的曝光權重值至數量較高的測光區域，其結果亦可如第3F圖所示者。
上述係以計算單元240計算膚色點的比例或數量為例做說明，然本發明亦不限於此。只要能藉由膚色點計算出在各個測光範圍中對於膚色統計值有意義的參考值，皆為本發明之可行實施例。再者，於第3B圖所示之例中，係將輸入影像Im分為25個測光區域MA(1)~MA(25)，此處之測光區域的數量係用以說明本實施例，並非用以限制。測光區域的數量應可視使用者的需求及實際應用來予以設計。
由上述之說明可知，測光權重調整裝置可藉由計算出膚色點(即被判斷為膚色之畫素資料)的數量或比例，來調整各個測光區域的曝光權重值，並據以決定曝光時間。故知，本實施例的測光權重調整裝置可經由簡易的運算，如計算數量或比例，來決定曝光權重值。如此，便能降低成本、並減少運算量。
此外，於再一實施例中，權重調整單元250調整曝光權重值的方式亦可實施如下。以第3A圖為例，假設輸入影像Im之畫素資料係依據測光區域MA(1)~MA(25)所對應的多個第一曝光權重值WEV1(1)~WEV1(25)來取得，其例如為第3G圖所示之中央加權曝光權重值。此時，權重調整單元250用以依據計算單元240的計算結果(如上述之膚色點的數量或其比例)，產生測光區域MA(1)~MA(25)所對應的多個第二曝光權重值WEV2(1)~WEV2(25)，其例如為第3F圖所示者。之後，重權調整單元250依據測光區域MA(1)~MA(25)所對應的第一曝光權重值WEV1(1)~WEV1(25)及第二曝光權重值WEV2(1)~WEV2(25)，決定測光區域MA(1)~MA(25)所對應的曝光權重值。於實作中，測光區域MA(1)~MA(25)的曝光權重值可藉由將兩曝光權重值WEV1及WEV2以適當的計算方式整合而得。例如，可將兩曝光權重值WEV1及WEV2對應地相加或取最大值來取得各測光區域MA(1)~MA(25)的曝光權重值。
於一實施例中，測光權重調整裝置200還可進一步提高運算速度，茲說明如下。請參照第2圖，於實作中，色彩比例計算單元210在從影像感測單元102取得輸入影像Im的多筆畫素資料時，可依序取得多筆畫素資料。換言之，色彩比例計算單元210一次取得輸入影像Im之一筆畫素資料。之後，計算單元240會視各個畫素資料所屬的測光區域而來進行計算的動作。如此，測光權重調整裝置200能依序對各筆畫素資料進行處理，而能夠有效地提高測光權重調整裝置200的運算速度。故知，本實施例能達到實質上即時(real time)的曝光修正，而可應用於動態之視訊技術中。而且，由於測光權重調整裝置200可避免使用大容量的記憶體件，故還能節省硬體電路的面積。
本發明上述實施例所揭露之測光權重調整方法及其裝置，係將一張輸入影像分為多個測光區域，並計算出被判斷為膚色之畫素資料於各個測光區域中的數量，而據以調整各個測光區域所對應的曝光權重值。如此，將能降低成本、減少運算量。而且，本發明之一實施例能依序對各筆畫素資料進行處理，故能夠有效地提高運算速度。而且，本發明一實施例可避免使用大容量的記憶體來儲存整張輸入影像，故能節省硬體電路的面積。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
102．．．影像感測單元
200．．．測光權重調整裝置
210．．．色彩比例計算單元
220．．．判斷單元
230．．．過濾單元
232．．．判斷矩陣
234．．．多輸入及閘
240．．．計算單元
250．．．權重調整單元
P(n)．．．畫素
K．．．第一參考值
Z．．．第二參考值
Im．．．輸入影像
MA(1)~MA(25)．．．測光區域
Rg1~Rg11．．．暫存器
S110~S140．．．流程步驟
WEV1、WEV2．．．曝光權重值
第1圖繪示依照本發明一實施例之測光權重調整方法之流程圖。
第2圖繪示依照本發明一實施例之測光權重調整裝置之方塊圖。
第3A圖繪示為一影像感測單元所擷取之一張包含人臉之影像之示意圖。
第3B圖繪示為第3A圖之影像的多個測光區域。
第3C圖繪示為判斷單元依據第3A圖之輸入影像所產生之膚色點於第3B圖之多個測光區域上之分佈之示意圖之一例。
第3D圖繪示為第3C圖之膚色點在通過過濾單元後於第3B圖之多個測光區域上之分佈之一例之示意圖。
第3E圖繪示為膚色點於多個測光區域上之比例之一例之示意圖。
第3F圖繪示乃本發明一實施例之權重調整單元依據第3A圖之輸入影像所設定之曝光權重值之一例之示意圖。
第3G圖繪示乃之一中央加權曝光權重值。
第4圖繪示乃第2圖之測光權重調整裝置之過濾單元之一例之示意圖。
S110~S140．．．流程步驟

Claims (14)

  1. 一種測光權重調整方法，包括：將一輸入影像分為複數個測光區域，該輸入影像包括複數筆畫素資料，該些測光區域對應至複數個曝光權重值；判斷該輸入影像之各筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色；計算於各個測光區域中被判定為膚色之該些畫素資料的數量；以及依據該計算步驟的結果，調整該些測光區域所對應的該些曝光權重值；其中，判斷該些筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色之步驟包括：依據一筆畫素資料之複數個子畫素資料之間的比例，計算一第一參考值及一第二參考值；以及判斷該第一參考值及該第二參考值所表示之座標是否位於一預定範圍；其中該第一參考值及該第二參考值的計算方式如下： 其中，Rinput 、Ginput 、及Binput 表示為一筆畫素資料的三個子畫素資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之測光權重調整方法， 更包括：從一影像感測單元依序取得該輸入影像之該些畫素資料；其中，該影像感測單元係為互補式金屬-氧化層-半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)或電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之測光權重調整方法，其中，判斷該些筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色之步驟更包括：依據該封斷之步驟對於一筆畫素資料及複數筆鄰近畫素資料的判斷結果，以再次判斷該筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之測光權重調整方法，其中，該些鄰近畫素資料係為該筆畫素資料之複數筆先前的畫素資料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之測光權重調整方法，其中，於計算於各個測光區域中被判定為膚色之該些畫素資料的該數量之步驟中，更計算各個測光區域中被判定為膚色之該些畫素資料的該數量佔各個測光區域所涵蓋的所有畫素資料之數量的一比例。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之測光權重調整方法，其中，於調整該些測光區域所對應的該些曝光權重值之步驟中，係設定較高的曝光權重值至被判定為膚色之該些畫素資料數量較多之該些測光區域。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之測光權重調整方 法，其中，該輸入影像之該些筆畫素資料係依據該些測光區域所對應的複數個第一曝光權重值來取得，而調整該些測光區域之該些曝光權重值之步驟包括：依據該計算步驟的結果，產生該些測光區域所對應的複數個第二曝光權重值；以及依據該些測光區域所對應的該些第一曝光權重值及該些第二曝光權重值，決定該些測光區域所對應的該些曝光權重值。
  8. 一種測光權重調整裝置，用以將一輸入影像分為複數個測光區域，並調整該些測光區域所對應的複數個曝光權重值，該輸入影像包括複數筆畫素資料，該測光權重調整裝置包括：一判斷單元，用以判斷該輸入影像之各筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色；一計算單元，用以計算於各個測光區域中被判定為膚色之該些畫素資料的一數量；以及一權重調整單元，用以依據該計算單元的計算結果，調整該些測光區域所對應的該些曝光權重值；一色彩比例計算單元，用以依據一筆畫素資料之複數個子畫素資料之間的比例計算一第一參考值及一第二參考值；其中，該判斷單元於判斷該些筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色時，係判斷該第一參考值及該第二參考值所表示之座標是否位於一預定範圍；其中該第一參考值及該第二參考值的計算方式如下： 其中，Rinput 、Ginput 、及Binput 表示為一筆畫素資料的三個子畫素資料。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之測光權重調整裝置，其中，該色彩比例計算單元係耦接至一影像感測單元，用以從該影像感測單元依序取得該輸入影像之該些畫素資料；其中，該影像感測單元係為互補式金屬-氧化層-半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)或電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)。
  10. 如申請專利範圍第8所述之測光權重調整裝置，更包括：一過濾單元，用以依據該判斷單元對於一筆畫素資料及複數筆鄰近畫素資料的判斷結果，以再次判斷該筆畫素資料所表示之顏色是否為膚色。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之測光權重調整裝置，其中，該些鄰近畫素資料係為該筆畫素資料之複數筆先前的畫素資料。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之測光權重調整裝置，其中，該計算單元更計算各個測光區域中被判定為膚色之該些畫素資料之該數量佔各個測光區域所各自涵蓋的所有畫素資料之數量的一比例。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之測光權重調整裝置，其中，該權重調整單元於調整該些測光區域所對應的該些曝光權重值時，係設定較高的曝光權重值至被判定為膚色之該些畫素資料數量較多之該些測光區域。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之測光權重調整裝置，其中，該輸入影像之該些筆畫素資料係依據該些測光區域所對應的複數個第一曝光權重值來取得，而該權重調整單元用以：依據該計算單元的計算結果，產生該些測光區域所對應的複數個第二曝光權重值；以及依據該些測光區域所對應的該些第一曝光權重值及該些第二曝光權重值，決定該些測光區域所對應的該些曝光權重值。
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