TWI410128B - 數位相機及其運作方法 - Google Patents

Description

數位相機及其運作方法

本發明關於一種數位像機及其運作方法，並且特別地，本發明關於一種能改善影像反差之數位像機及其運作方法。

隨著科技的進步與半導體技術趨於成熟，使用CMOS或CCD的數位相機已達到高水準的畫質，在色彩和高感度上就算是消費型機種，完全能滿足消費大眾的需求；高階型的單眼反光型相機(DSLR)現在也普遍為挑剔的專業攝影師所採用，幾乎取代傳統底片相機的地位。在其售價進一步的降低後，從幾乎人手一台的小型數位相機，到專業級的DSLR的使用者均呈爆發性的成長。讓攝影過去高不可攀的印象完全被打破，加上網際網路上豐富的學習資訊，人人都可以是優秀的攝影師。而各種特殊的應用與需求，也隨之而應運而生。

礙於目前技術的瓶頸，數位相機的感光元件對環境光線亮度的寬容度很低，相較於傳統底片可達約10EV，使用CMOS或CCD的感光元件只有約5EV的寬容度。顯而易見的，當我們在拍攝日落等高反差環境時，如果相機對低亮度區域測光，那麼照出來的相片在落日附近將呈現過度曝光之狀況，當相片呈現過度曝光之狀態時，其色階無法表現其色彩，以導致圖像細部的喪失，此對影像素質要求較高的使用者來說，是無法接受的。

現在雖然有很多方法來克服這樣的問題，例如：對一場境利用多種曝光條件拍攝多張亮度不一之相片後，利用高階之圖像處理軟體對其進行光譜之分析、調整以及加工等方法合成數張照片以補足其缺乏之圖像細節。然而，此方法之門檻較高， 需要長期的經驗累績以及相對高門檻的技術能力，並非任何人都可輕易透過此方法獲得較佳的照片。

因此，本發明之一範疇在於提供一種數位像機，其可簡便地讓使用者操作以改善影像之反差，解決先前技術的問題。

根據一具體實施例，本發明的數位相機包括：一感光模組、一顯示器、一操作元件以及一控制模組。感光模組由N個感光元件所組成，N係大於1之正整數。顯示器用以顯示該數位相機所拍攝之一第一影像。操作元件用以供一使用者選擇該第一影像上之一指定區域，並設定該指定區域之一修正參數。控制模組分別連接該感光模組以及該顯示器，用以取得該指定區域相對於該第一影像之一位置資訊以及該修正參數，並據以控制該感光模組中對應該指定區域之M個感光元件以該修正參數拍攝一第二影像，M係小於或等於N之正整數。

上敍之感光模組係由複數個感光元件所組成，而其感光元件可以一CCD或CMOS單元，係用以接受外界之光線並轉化成圖像。

顯示器係一平面顯示器，其可用以顯示數位相機拍攝之影像，或重新播放對其記憶體內之圖像。此外，其亦可以為一觸控式螢幕，可提供一觸控輸入之介面。

操作元件，其係用以供使用者利用相機內之照片指定待編輯區域。上述之相機內之照片又稱第一影像，而被使用者選取之區域為指定區域。同時，使用者亦可透過操作元件對該指定區域進行某數個修正參數之設定，該修正參數可為其曝光時間以及相機之快門、光圈等部份之數值。其中，其操作元件可為手指、觸控筆或按鈕。

控制模組，其分別連接感光模組以及顯示器，用以取得上 述之指定區域相對上述相機內指定照片之相對位置以及上述之修正參數，據以控制上述的感光模組中對應該區域之複數個感光元件以修正拍攝之參數以拍攝一經處理之影像，此經處理之影像又稱第二影像。而上述之對應該區域之複數個感光元件之數量比感光模組內含感光元件之數量少。再者，此控制模組為結合複數個相機內部軟、韌及硬體之代名詞，而非限定於單獨之控制元件或個體。

此外，上述之指定區域內之感光元件之開始曝光時間係與指定區域外之其他區域之開始曝光時間可為相同或相異。

再者，相機除感光模組、顯示器、操作元件以及控制模組外，可進一步包括一圖像運算模組，其係分別連接感光模組以及顯示器，用以將各感光元件所產生之複數個影像訊號轉換成第一影像顯示於該顯示器上。

本發明之另一範疇在於提供一種數位像機之運作方法，其可簡便地讓使用者操作以改善影像之反差，解決先前技術的問題。

根據一具體實施例，本發明的數位相機運作方法包含下列步驟：拍攝一影像或從相機之記憶體式儲存元件中讀取一預存之影像作為第一影像。然後顯示上述之影像於顯示器上；其後接收使用者於第一影像上選擇之指定區域以及使用者對其指定區域設定之修正參數；再者，取得上述指定區域相對於第一影像之位置資訊，以及根據讓修正參數以及該位置資訊，控制感光模組中對應指定區域之感光元件以修正參數，並據以拍攝第二影像。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖一。圖一繪示根據本發明之一具體實施例之改善數位相機過度曝光之方法程序流程圖。首先，攝影開始，相機處於拍攝模式(如圖一步驟S1)，控制模組以預設之參數對感光模組進行曝光之指示，以攝得第一影像或從相機內部讀取預存之影像以作為第一影像。後將第一影像顯示於顯示器121上供使用者檢閱(如圖一步驟S2)，此時候用者可透過顯示器121上得知拍攝結果，如判斷第一影像有高光過曝或曝光不足的狀況，即可利用操作元件透過顯示器121控制選取描繪一指定區域(如圖一步驟S3)，並可同時於顯示器121上讀取設定該指定區域1231之設定參數，上述之參數可包括曝光補償值(EV)、曝光時間、光圈以及其他拍攝時需要被調整之必要參數，使用者若認為預設之數據為不適合，則可對其進行變更(如圖一步驟S4)。而上述之操作元件可以為一傳統之按鈕，或當顯示器121為一觸控式螢幕時，操作元件則可為一觸控筆或一手指。

設定完成後，使用者按壓快門按鍵(如圖一步驟S5)，開始拍攝第二影像，而控制模組則會按使用者設定之參數對感光模組以及相機之其他軟、韌及硬體，進行曝光相關之操控程序並進行曝光。當曝光完成後，經運算模組對影像之修正、合成或修飾後，第二影像會顯示於觸控式顯示器121。此時使用者可決定是否需要對其影像進行漸層處理(如圖一步驟S6)，如確認需處理，則使用者可透過操作元件對相機輸入指令，則圖像運算模組16會對其影像進行漸層處理，其可淡化邊緣，做影像更為自然。如使用者認為不需淡化，則使用者可無視此功能選項進而透過操作元件對相機輸入確認鍵或輕按快門按鍵以結束此程序，其重新進入拍攝模式。(如圖一步驟S7)。

請一併參閱圖二及圖五，圖二繪示根據本發明之一具體實施例中數位相機之示意圖，圖五繪示根據本發明之一具體實施例中數位相機之功能方塊圖。其相機包括有：一感光模組11， 係至少由複數個感光元件111所組成，而其感光元件111可為一CCD或CMOS單元，係用以接受外界之光線並轉化成圖像，其感光元件111可單獨的設定在任意時間停止訊號的擷取，以決定曝光的中止以及進行。本發明則利用元件之此特性，對個別感光元件111予以開關，以達到調整個別感光區域之曝光強度之目的。

再者，顯示器121，如平面式顯示器，可用以顯示數位相機拍攝之影像，或重新播放對其記憶體15內之圖像。於實際應用中，顯示器121可為一液晶體顯示器或有機二極體顯示器等之平面顯示器。此外，其亦可以為一觸控式螢幕，可提供相機一觸控輸入之介面。其觸控式螢幕可為電容式觸控面板、電阻式觸控面板或波動式觸控面板。按其原理之不同，其相對之操作元件122亦相異，例如：電容式觸控面板之操作元件122需為導體，如手指等，個別利用塑膠製造之觸控筆無法於此電容式面板上使用。而波動式及電阻式觸控面板則較無限制，如手指或觸控筆等均可作為其操作元件122使用。而當顯示器121其為觸控螢幕時，其於面板上可包含一功能列123，可用以選取各種功能及其中亦包括一確認鍵1234以及設定參數列1235。

操作元件122，其可作為使用者對相機輸入資訊之元件。其亦可用於指定待編輯區域。而於拍攝前存在於相機內或拍攝後暫存於相機內之照片或影像可稱為第一影像，被使用者選取之區域為指定區域1231。同時，使用者亦可透過操作元件122對該指定區域1231進行某數個修正參數之設定，該修正參數可為其曝光時間以及相機之快門、光圈等部份之數值。其中，其操作元件122可為手指、觸控筆或按鈕。

上述之操作元件122選擇區域的方式，可為圈選或塗選模式。於圈選模式時，使用者僅需沿欲選區域之方式以大概描繪 出其範圍，圖像運算模組16會利用如影像灰階度之分析的方法自動判別出最適當的邊緣位置，當描繪完成後，線條會頭尾相接生成一選取區，此選取區則為指定區域1231，而指定區域1231以外之區域則為非指定區域1232。此時使用者可透過操作元件122選取指定區域1231來變更各指定區域1231之設定值。此外，功能列123上還包括一淡化處理鍵1233，可讓使用者選擇是否對圖像進行漸層處理來淡化邊緣，使影像更為自然。

而於塗選模式時，使用者僅需大概描繪出欲選區域之範圍，運算模組中之軟體會利用如影像灰階度之分析的方法自動判別出最適當的邊緣位置，而生成一選取區，此選取區則為指定區域1231，而指定區域1231以外之區域則為非指定區域1232。此時使用者可透過操作元件122選取指定區域1231來變更各指定區域1231之設定值。

控制模組14，其可用於控制感光模組11以及感光元件111之曝光狀態、曝光時間、光圈、快門按鍵13等不同元件、模組之操控，而其操控指令係自使用者透過操作元件122輸入之參數而來。

使用者可透過顯示器121以拍攝於前之影像為基底影像，透過操作元件122中之按鈕、觸控筆或是使用者之手指透過顯示器121來選定一個或多個指定區域1231，接而對各個指定區域1231設定類似曝光時間，曝光補償值(EV)等參數。而該控制模組透過設定感光模組11中各個感光元件111之曝光時間，以及各指定或非指定區域1232之先後曝光次序，以於多次接連的曝光動作中，達到不同區域有不同曝光時間之目的。

請參閱圖三，圖三繪示本發明之一具體實施例中，各曝光區域之曝光時間之順序。其繪示了相機如何讓各元件於單一次 拍攝中則達到完整影像之擷取，及各區域之曝光區域及其曝光時間之先後順序。圖中之高亮度區域於實務中應為以天空為曝光目標，而低亮度區域則為以地面為曝光目標。當曝光區域為高亮度區域時，高亮度區域和低亮度區域的反差為7EV，意即高亮度區域只需要曝光1/2500秒，而低亮度區域則只需要曝光1/20秒，然而其7 EV之大小已超過感光元件5EV之動態範圍(Dynamic Range)，故高亮度區域之曝光補償值應予以減少2EV以上，以讓其曝光補償值(EV)之差值落入5 EV之範圍內。

再請參閱圖三，當訊號開始擷取時，高亮度區域及低亮度區域會同時開始進行訊號擷取，當訊號擷取到達1/2500秒時，高亮度區域之訊號擷取停止。而同時低亮度區域之訊號擷取則會繼續，直到1/20秒時，訊號擷取結束。影像經處理後顯示於顯示器上供使用者檢示。

上述高亮度區域於實務上可為指定區域，而低亮度區域則為非指定區域。訊號擷取時間從開始後直到1/2500秒，指定區域及非指定區域會同時進行曝光。而到達1/2500秒時，相機之韌體或控制模組會負責控制指定區域之感光元件並立刻停止其訊號擷取，亦即停止指定區域之曝光，剩餘之非指定區域部份則繼續訊號擷取，直到1/20秒整個訊號擷取完成。於此實施例中，指定區域及非指定區域開始訊號擷取的時間為相同，而指定區域及非指定區域所經歷之訊號擷取時間為相異。

請參閱圖四，圖四繪示了如何讓各元件於單一次拍攝中則達到完整影像之擷取，各曝光區域之訊號擷取時間順序。當曝光區域為高亮度區域時，高亮度區域和低亮度區域的反差為7EV，意即高亮度區域只需要曝光1/2500秒，而低亮度區域則只需要曝光1/20秒，然而其7 EV之大小已超過感光元件5EV之動態範圍，故高亮度區域之曝光補償值應予以減少2 EV以 上，以讓其曝光補償值(EV)之差值落入5 EV之範圍內。

上述高亮度區域於實務上可為指定區域，而低亮度區域則為非指定區域。於此實施例中，指定區域會先開始進行訊號擷取，此時非指定區域不進行訊號擷取，指定區域之訊號擷取時間從開始直到1/2500秒，到達1/2500秒時，指定區域之訊號擷取停止。接著非指定區域開始訊號擷取，並持續至1/20秒。訊號擷取完畢後，再利用運算模組之合成功能對兩個個別之圖區作合成處理以產出成像。於此實施例中，係利用如上述之方式將兩個別之區域於不同之時間點分別訊號擷取。指定區域及非指定區域開始訊號擷取的時間為相異。另外，指定區域或非指定區域，其中一者結束擷取訊號時，另一者則開始擷取訊號。再者，其高亮度區域及低亮度區域所經歷之訊號擷取時間為相異。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧數位相機

11‧‧‧感光模組

111‧‧‧感光元件

121‧‧‧顯示器

122‧‧‧操作元件

123‧‧‧功能列

1231‧‧‧指定區域

1232‧‧‧非指定區域

1233‧‧‧淡化處理鍵

1234‧‧‧確認鍵

1235‧‧‧設定參數列

13‧‧‧快門按鍵

14‧‧‧控制模組

15‧‧‧記憶體

16‧‧‧圖像運算模組

S1~S7‧‧‧流程步驟

圖一繪示根據本發明之一具體實施例之改善強光過曝之程序流程圖。

圖二繪示根據本發明之一具體實施例中，數位相機之示意圖。

圖三繪示本發明之一具體實施例中，各曝光區域之曝光訊號擷取時間之順序。

圖四繪示本發明之另一具體實施例中，各曝光區域之曝光訊號擷取時間順序。

圖五繪示根據本發明之一具體實施例中數位相機之功能方塊圖。

S1~S7‧‧‧流程步驟

Claims (8)

1. 一種數位相機，其包括：一感光模組，其至少由N個感光元件所組成，N係大於1之正整數；一顯示器；一操作元件；以及一控制模組，與該感光模組、該顯示器以及該操作元件耦接；其中，在應用時，該顯示器係顯示有該數位相機所拍攝之一第一影像，而使用者係藉由該操作元件來選擇該第一影像上之一指定區域，並設定該指定區域之一曝光訊號擷取時間，該指定區域係相對於M個感光元件，該控制模組則分別地控制該M個感光元件以該曝光訊號擷取時間來進行拍攝，進而為一第二影像之製作之用，M係小於N之一正整數。
2. 如申請專利範圍第1項所述的數位相機，其中該M個感光元件之該曝光訊號擷取的結束時間與其它(N-M)個感光元件相異。
3. 如申請專利範圍第1項所述的數位相機，其中該M個感光元件之該曝光訊號擷取的開始時間與其它(N-M)個感光元件相異。
4. 如申請專利範圍第1項所述的數位相機，其中該顯示器係一觸控螢幕，且該操作元件係一觸控筆或一手指。
5. 如申請專利範圍第1項所述的數位相機，進一步包括：一圖像運算模組，分別連接該感光模組以及該顯示器，用以將各該感光元件所產生之影像訊號轉換成影像以顯示於該顯示器。
6. 一種數位相機之運作方法，該數位相機包括一感光模組，其至少由N個感光元件所組成，N係大於1之正整數，該運作方法包括以下步驟： 拍攝一第一影像；顯示該第一影像；接收一使用者所選擇之該第一影像上之一指定區域，及該使用者所設定該指定區域之一曝光訊號擷取時間；取得該指定區域相對於該第一影像之一位置資訊；以及根據該修正參數以及該位置資訊來控制該感光模組中對應該指定區域之M個感光元件以該曝光訊號擷取時間進行拍攝以為一第二影像之製作，M係小於N之一正整數。
7. 如申請專利範圍第6項所述的運作方法，其中該M個感光元件之該曝光訊號擷取的結束時間與其它(N-M)個感光元件相異。
8. 如申請專利範圍第6項所述的運作方法，其中該M個感光元件之該曝光訊號擷取的開始時間與其它(N-M)個感光元件相異。