TWI394443B - Image brightness correction method - Google Patents

Description

影像亮度校正方法

本發明為一種影像處理方法，尤其是調整影像之亮度增益為一致的影像亮度校正方法。

隨著攝影裝置的普及化，使用攝影裝置的機會也增加不少。以這些攝影裝置拍攝影像時，拍攝時的亮度會直接影響到成像品質及影像的可辨識度。特別是在拍攝場地的光線不足，或是曝光時間未達到安全快門的要求的情況下，更需要以閃光燈補足拍攝環境之亮度，藉由閃光燈補足所拍攝影像的亮度，使所拍攝影像不會因為亮度太暗，使影像產生無法辨識的區域。

「第1A圖」為習知攝影裝置使用閃光燈拍攝影像的流程圖。請參考「第1A圖」，習知攝影裝置使用閃光燈拍攝影像的方法包括：首先，發出預閃並拍攝預閃影像(步驟S110)。接著，擷取攝影裝置之自動曝光時間(步驟S120)。然後，依據預閃影像與自動曝光時間估算主閃時間長度(步驟S130)。依據主閃時間長度發出主閃光，並拍攝原始影像(步驟S140)。最後，對原始影像進行影像處理，並輸出為預設影像檔案(步驟S150)。藉由這上述步驟，擷取影像時，攝影裝置得以判斷何時需使用閃光燈拍攝影像。

然而，攝影裝置的閃光燈每次閃光程度並不相等。閃光燈的穩定度取決於閃光燈電容量大小，閃光燈的電容越小的話其放電穩定度越差。當放電的穩定度不佳時，每次所拍攝的影像之亮度便會不一致。舉例來說，「第1B圖」為攝影裝置使用閃光燈拍攝 影像的亮度增益數據圖。請參考「第1B圖」，此實驗數據為在相同場景與亮度下，在不同物距拍攝之影像的亮度增益。舉例來說，同為0.3公尺時拍攝的影像之亮度增益，在數次實驗中各個拍攝影像之亮度增益即存在約30%之差距(173.35-131.51)/154.134。雖然吾人可更換具有較高穩定度之閃光燈以消弭每次拍攝的亮度增益差異，但是具有較高穩定度之閃光燈元件的單價成本相對較高，且亦不能保證每一次拍攝的影像皆具有相同之亮度增益。換言之，目前技術尚未能克服因閃光燈閃光程度所造成之輸出影像亮度不一致之問題。

鑒於上述因閃光燈的不穩定性造成拍攝影像的亮度增益不一致的問題。本發明之目的在於提供一種影像亮度校正方法，藉由將原始影像的亮度增益向上調高為相等的亮度增益，以解決拍攝影像亮度增益不一致的問題，進而輸出亮度增益一致之影像。

為達上述目的，本發明之影像亮度校正方法透過攝影裝置執行，用以讓拍攝影像的亮度增益維持一致。影像亮度校正方法透過以下步驟實現：首先，發出預閃並拍攝預閃影像。接著，擷取攝影裝置的自動曝光時間，並依據預閃影像及攝影裝置的自動曝光時間估算主閃時間長度。之後，依據主閃時間長度發出主閃光，並拍攝原始影像。然後，計算原始影像的亮度增益，並依據預設增益水準(Gain Threshold)計算原始影像不足的亮度增益比率。最後，依據原始影像不足的亮度增益之比率，重新計算原始影像的色彩增益值，並於補足色彩增益值後輸出為預設影像檔案。

根據以上的步驟，本發明之影像亮度校正方法，在同一場景和亮度拍攝的情況下，能夠將參差不齊的亮度增益校正為預設增益水準。並將預設增益水準代替原本的亮度增益，以對原始影像做影像處理，進而使輸出的預設影像檔案的亮度能維持一致。並藉由校正原始影像的亮度增益，補足因閃光燈不穩定所影響的亮度增益，進而達到使預設影像檔案所呈現的亮度維持一致的功效。

有關本發明之詳細特徵與實作，茲配合圖示在實施方式中詳細說明如下，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

本發明之目的及提出之在下列較佳實施例中詳細說明之。然而本發明之概念亦可用於其他範圍。以下列舉之實施例僅用於說明本發明之目的與執行方法，並非用以限制其範圍。

「第2圖」為影像亮度校正方法的流程圖。請參考「第2圖」，本實施例之影像亮度校正方法是依據所拍攝出原始影像的亮度增益，並比對原始影像的亮度增益與預設增益水準，以得到原始影像需補足的亮度增益。再依據原始影像需補足的亮度增益(意即不足的亮度增益比率)重新計算原始影像的色彩增益。所述不足的亮度增益比率可以如下之數學式表之：原始影像不足的亮度增益比率=預設增益水準/原始影像的亮度增益

之後，將補正後的亮度增益與色彩增益，代替原始影像的亮 度增益與色彩增益。藉以使在同一場景與亮度中，所拍攝亮度與色彩有明顯差距的影像，經由調整亮度增益而得出亮度一致的預設影像檔案，進而增加拍攝影像的亮度的穩定性。

影像亮度校正方法包括以下步驟：首先，發出預閃並拍攝預閃影像(步驟S210)。攝影裝置藉由在拍攝原始影像之前拍攝預閃影像，估算原始影像所需要的參數。隨著各攝影裝置拍攝預閃影像次數的不同，在估算原始影像所需要的參數時，若有拍攝一次以上的預閃影像，就會在預閃影像中，取出一個最佳的參數。接著，擷取攝影裝置的自動曝光時間，並依據預閃影像及攝影裝置的自動曝光時間估算主閃時間長度(步驟S220)。主閃時間長度是閃光燈在拍攝原始影像時，閃光燈打閃的時間。閃光燈打閃的時間長短，會影響攝影裝置中，感光元件所感應到光亮的程度。

在設定主閃時間長度後，攝影裝置便依據主閃時間長度發出主閃光，並拍攝原始影像(步驟S230)。在拍攝原始影像的同時，攝影裝置也會接收閃光燈以及場景的光線，以轉換為亮度。因此，拍攝原始影像後，攝影裝置就會計算原始影像的亮度增益(步驟S240)。計算原始影像的亮度增益的方法是先利用光電效應，將拍攝原始影像所擷取之光度轉換為電流訊號。之後再將電流訊號轉換為數位化訊號，並依據數位化訊號計算原始影像的亮度增益。而數位化訊號計算原始影像的亮度增益的方法通常以線性計算的方式進行。

計算原始影像的亮度增益後，攝影裝置會依據預設增益水準，計算原始影像需補足的亮度增益(步驟S250)。其中，預設增 益水準可以是在拍攝預閃影像時，計算每次預閃影像的亮度增益，並從所有計算出的亮度增益中，取出亮度增益的最大值。或者，為了在不同情況下，建立參考的預設增益水準，也可以建立亮度增益資料庫。亮度增益資料庫依據拍攝影像時所設定的自動曝光時間、光圈大小、焦距距離，以及主閃時間長度等因素，設定相對應的預設增益水準。如此一來，便可以依據自動曝光時間、光圈大小、焦距距離，以及主閃時間長度取出預設增益水準以比對原始影像的亮度增益。

在取得原始影像需補足的亮度增益或原始影像需調降的亮度增益後，便依此重新計算原始影像的色彩增益，以取得新色彩增益(步驟S260)。實際上，亮度增益的不足代表拍攝時閃光燈打主閃時間長度不夠，才會導致所接收的亮度不足。閃光燈打主閃時間長度同樣也影響色彩增益。在無法接收正確的光譜而導致色彩增益不足的情況下，經過影像處理而輸出的預設影像檔案會偏向深顏色或是黑色。

由於色彩增益同樣也是受到拍攝時所接收光線的影響，當原始影像的亮度增益調為預設增益水準301，色彩增益也要同時改變。新色彩增益的計算方法可以是將原始影像的色彩增益，依據原始影像需補足的亮度增益等比例放大；或依比例換算原始影像需補足的亮度增益後，補回原始影像的色彩增益；或以將原始影像需補足的亮度增益，與原始影像的色彩增益進行內插法計算，以取得新色彩增益。攝影裝置的色彩的因子由紅色、綠色，以及藍色組成。在計算新色彩增益時，可分別由紅色、綠色，以及藍 色取得個別的新色彩增益；或以矩陣方式由原始影像的色彩增益，計算出新色彩增益。

最後，對原始影像進行影像處理，並輸出為預設影像檔案(步驟S270)。在此步驟中，攝影裝置會使用預設增益水準301與新色彩增益，代替原始影像的亮度增益與色彩增益進行影像處理。 在進行影像處裡的過程中，影像所有的原始色彩(RGB)都會轉換為亮度線性相關色彩(Linear RGB)。原始色彩轉換為亮度線性相關色彩的公式如下：亮度線性相關色彩=色彩增益*原始色彩＋亮度增益。

或

亮度線性相關紅色=紅色增益*原始紅色＋亮度增益。

亮度線性相關綠色=綠色增益*原始綠色＋亮度增益。

亮度線性相關藍色=藍色增益*原始藍色＋亮度增益。

而亮度線性相關色彩會顯示在預設影像檔案上，以供辨識。因此，使用預設增益水準301與新色彩增益，代替原始影像的亮度增益與色彩增益，讓亮度線性相關色彩能夠依據預設增益水準301而調整至相近色彩，進而使預設影像檔案保持在亮度上的穩定性。

為清楚說明原始影像的亮度增益與調整後之亮度增益的關係，在以「第3A圖」及「第3B圖」說明之，「第3A圖」為原始影像的亮度增益的示意圖。原始影像的亮度增益31至原始影像的亮度增益38是在相同場景與亮度下，由每次拍攝原始影像所計算出的原始影像的亮度增益。Δ1至Δ8是原始影像的亮度增益31 至原始影像的亮度增益38與預設增益水準301之間的差距。

以原始影像的亮度增益33為例，計算原始影像需補足的亮度增益的方法可以是將原始影像的亮度增益33以倍數放大至預設增益水準301，而原始影像需補足的亮度增益為預設增益水準301除以亮度增益33所得出的值。或者，計算原始影像需補足的亮度增益的方法可以是將原始影像的亮度增益33補足至預設增益水準301，而原始影像需補足的亮度增益為預設增益水準301與原始影像的亮度增益33之間的差值Δ3。

另外，為了要考慮原始影像的亮度增益大於預設增益水準301的例外狀況，在例外狀況發生時，也要考慮計算原始影像需補足的亮度增益的其他方法。「第3B圖」為另一原始影像的亮度增益的示意圖。當存在原始影像的亮度增益39大於預設增益水準301時，可藉由將預設增益水準301更改為原始影像的亮度增益39。 並在不用調整原始影像的亮度增益39與色彩增益的情況下，直接進行影像處理。或者，原始影像的亮度增益39依據預設增益水準301計算原始影像需調降的亮度增益，使所拍攝影像的亮度增益保持在預設增益水準301。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視 本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

301‧‧‧預設增益水準

31~39‧‧‧原始影像的亮度增益

Δ1~Δ8‧‧‧差值

第1A圖為習知攝影裝置使用閃光燈拍攝影像的流程圖。

第1B圖為習知攝影裝置使用閃光燈拍攝影像的亮度增益數據圖。

第2圖為影像亮度校正方法的流程圖。

第3A圖為原始影像的亮度增益的示意圖。

第3B圖為原始影像的亮度增益的示意圖。

Claims (5)

1. 一種影像亮度校正方法，係於以開啟閃光燈之攝影裝置拍攝影像後，校正拍攝影像的亮度增益為一致，該影像亮度校正方法包括以下步驟：發出預閃並拍攝一預閃影像；擷取該攝影裝置的自動曝光時間，並依據該預閃影像及該攝影裝置的自動曝光時間估算一主閃時間長度；依據該主閃時間長度發出主閃光，並拍攝一原始影像；計算該原始影像的亮度增益，並依據一預設增益水準(Gain Threshold)計算該原始影像不足的亮度增益比率，其中該預設增益水準係選自於多組預閃影像中的最大亮度增益；以及依據該原始影像不足的亮度增益之比率，重新計算該原始影像的色彩增益值，並於補足色彩增益值後輸出為預設影像檔案。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像亮度校正方法，其中該原始影像不足的亮度增益比率係以數學式表示為：該原始影像不足的亮度增益比率=該預設增益水準/該原始影像的亮度增益。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像亮度校正方法，其中該原始影像係依據該原始影像不足的亮度增益之比率透過一內插法程序補足該原始影像之色彩增益值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之影像亮度校正方法，其中該內插法程序係依據該原始影像需補足的亮度增益進行等差計算。
5. 如申請專利範圍第1項所述之影像亮度校正方法，其中若該原始影像的亮度增益大於該預設增益水準，則該預設增益水準更改為該原始影像的亮度增益。