TWI536830B - Measuring an exposure parameter art high dynamic range image generating method - Google Patents
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Description
本發明係與影像處理之技術有關，特別是指一種使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法。
先前已知的高動態範圍影像產生技術中，在中階以上的數位相機或智慧型手機均已普遍的提供了高動態範圍(High Dynamic Range,HDR)影像合成的技術，而較為常見的合成方式乃是利用當前畫面的曝光值(Exposure Value,EV)搭配增加與減少一個定值(例如：+1EV,-1EV)的情況下進行多張低動態範圍(LDR)影像的拍攝，之後進行後續的HDR影像合成。
舉例而言，如果相機依環境測光後，得到的拍攝參數EV為+0EV，除了拍攝此參數下的影像之外，另外會分別在+1EV及-1EV的兩種曝光度條件下進行拍攝，得到共三張影像，並將這些影像進行HDR影像合成。雖然這樣能夠得到HDR影像，但由於EV的調整是定值，無法依據拍攝現場的環境對曝光值做適應性的調整，因此無法保證能產生最佳的HDR影像。此外，大部分的相關文獻，在如何找出最佳的不同曝光影像群組的議題上，大多都需要先模擬出相機響應函數再推算出最佳的曝光時間，雖然這個方法或許能夠選出適合的曝光參數，但其複雜度過高難以達到即時處理的要求。
本發明之主要目的在於提供一種使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法，其可依據拍攝現場的環境對曝光值做適應性的調整，進而可以產生高品質的高動態範圍(HDR)影像。
為了達成上述目的，本發明提供了一種使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法，其係於一相機中執行，該方法包含有下列
步驟：A)使用該相機本身的自動測光及拍攝功能，對欲拍攝的景物的任意位置進行測光並拍攝，所攝得的影像定義為一曝光適中影像；B)於該曝光適中影像之影像範圍定義多個區域，該多個區域包括複數第一區域以及複數第二區域；以一預定分析方法對該多個區域進行分析，找出該等第一區域中亮度在一第一臨界值以上的最亮的區域定義為一亮部區域，以及找出該等第二區域中亮度在一第二臨界值以下的最多細節的區域定義為一暗部區域；C)使用該相機自身的測光功能對該欲拍攝的景物對應於該亮部區域及該暗部區域的位置進行測光，再依所測得之結果，依該相機自身的功能對該欲拍攝的景物拍攝一曝光不足影像以及一曝光過度影像；以及D)將該曝光適中影像、該曝光不足影像以及該曝光過度影像予以合成，而形成一高動態範圍影像。
藉此，可依據拍攝現場的環境來對欲拍攝的景物進行分析並針對重點位置進行局部的測光，進而可依據測光的結果來對曝光值做適應性的調整，而拍攝出最適合的曝光不足影像以及曝光過度影像，進而可在合成後，產生出高品質的高動態範圍(HDR)影像。
(11)‧‧‧曝光適中影像
(22)‧‧‧原始灰階影像
(24)‧‧‧二值化影像
(34)‧‧‧反白二值化影像
(36)‧‧‧高頻影像
(38)‧‧‧細節二值化影像
(41)‧‧‧曝光不足影像
(51)‧‧‧曝光過度影像
(91)‧‧‧相機
(99)‧‧‧欲拍攝的景物
(B1)‧‧‧矩形
(R1)‧‧‧第一區域
(R2)‧‧‧第二區域
(RS)‧‧‧亮部區域
(RD)‧‧‧暗部區域
(V1)‧‧‧第一臨界值
(V2)‧‧‧第二臨界值
第1圖係本發明一較佳實施例之流程示意圖。
第2圖係本發明一較佳實施例之拍攝動作示意圖。
第3圖係本發明一較佳實施例之部分流程示意圖，顯示找出亮部區域的流程。
第4圖係本發明一較佳實施例之影像示意圖，顯示原始灰階影像。
第5圖係本發明一較佳實施例之原始灰階影像之直方圖。
第6圖係本發明一較佳實施例之再一影像示意圖，顯示二值化影像。
第7圖係本發明一較佳實施例之又一影像示意圖，顯示二值化影像上定義多個區域。
第8圖係本發明一較佳實施例之另一影像示意圖，顯示二值化影像上額外定義4個區域。
第9圖係本發明一較佳實施例之又一局部流程示意，顯示找出暗部區域的
流程。
第10圖係本發明一較佳實施例之一影像示意圖，顯示反白二值化影像。
第11圖係本發明一較佳實施例之再一影像示意圖，顯示高頻影像。
第12圖係本發明一較佳實施例之又一影像示意圖，顯示細節二值化影像。
第13圖係本發明一較佳實施例之操作示意圖，顯示在細節二值化影像上定義多個重疊區域的狀態。
為了詳細說明本發明之技術特點所在，茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：如第1圖至第13圖所示，本發明一較佳實施例所提供之一種使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法，其係於一相機(91)中執行，該方法主要具有下列步驟：
A)如第2圖所示，使用該相機(91)本身的自動測光及拍攝功能，對欲拍攝的景物(99)的任意位置進行測光並拍攝，所攝得的影像定義為一曝光適中影像(11)。一般而言，相機會對欲拍攝景物(99)的中央位置進行測光並拍攝，然而本案技術並不以中央位置為限制。
B)於該曝光適中影像(11)之影像範圍定義多個區域(R1,R2)，該多個區域(R1,R2)包括複數第一區域(R1)以及複數第二區域(R2)，以一預定分析方法對該曝光適中影像(11)的所有區域(R1、R2)進行分析，找出該等第一區域(R1)中亮度在一第一臨界值(V1)以上的最亮的區域(R1)定義為一亮部區域(RS)，以及找出該等第二區域(R2)中亮度在一第二臨界值(V2)以下的最多細節的區域(R2)定義為一暗部區域(RD)。
前述之預定分析方法，在找出該亮部區域(RS)時，如第3圖所示，係先將該曝光適中影像(11)的各像素依其亮度轉為黑白灰階而成為一原始灰階影像(22)(示於第4圖)後，再以該原始灰階影像(22)的直方圖(示於第5圖)上所推得的該第一臨界值(V1)為準來對該原始灰階影像(22)中的所有像素的像素值予以二值化，而形成一二值化影像(24)(示於第6圖)，其中該原始灰階影像上亮度大於該第一臨界值(V1)的像素即標記為純白，其餘則標記為純黑。由於該二值化影像(24)係間接由該曝光適中影像(11)所轉換出來
的，因此該二值化影像(24)的影像範圍即與該曝光適中影像(11)的影像範圍相同，進而，於本實施例中，該等第一區域(R1)係為將該二值化影像(24)之影像範圍定義出25個第一區域(R1)而呈5X5矩陣(示於第7圖)，並再於該二值化影像(24)上定義額外的4個靠近中央且分佈在左上、左下、右上及右下的第一區域(R1)(示於第8圖)，共計29個第一區域(R1)，在該29個第一區域(R1)中找出具有最多純白像素的第一區域(R1)，該第一區域(R1)即為最亮的該亮部區域(RS)。於此之區域數量及分佈的狀況，僅為舉例而已，並非用以限制本案之申請專利範圍，其他數量的區域，例如49個第一區域而呈7X7矩陣的方式亦可。前述之4個靠近中央且分佈在左上、左下、右上及右下的第一區域(R1)，係為在攝影術語中稱之為黃金構圖的交點，亦即為一張影像分作九等分時的畫線交點，這4個交點是人眼在觀看影像時極為關注的位置，在拍照時人們常常會將主體擺在這4個交點上，因此增加這4個位置的第一區域可以提升搜尋該亮部區域(RS)的適應性。
此外，前述之預定分析方法，在找出最多細節的該暗部區域(RD)時，如第9圖所示，係以該原始灰階影像(22)的直方圖所推得的該第二臨界值(V2)為準來對該原始灰階影像(22)中的所有像素的像素值予以二值化，其中該原始灰階影像上亮度低於該第二臨界值(V2)的像素係標記成純白，其餘則標記為純黑，而形成一反白二值化影像(34)(示於第10圖)；另外，還將該原始灰階影像(22)再進行高斯模糊處理，再以該原始灰階影像(22)減去高斯模糊處理後的影像，而獲得一高頻影像(36)(示於第11圖)；將該反白二值化影像(34)與該高頻影像(36)進行邏輯且(AND)運算而獲得一細節二值化影像(38)(示於第12圖)，該細節二值化影像(38)之中所標示的純白像素即代表存在於暗部的細節；如第13圖所示，再定義一矩形(B1)而長寬均為該細節二值化影像(38)的五分之一。由於該細節二值化影像(38)係間接由該曝光適中影像(11)所轉換出來的，因此該細節二值化影像(38)的影像範圍即與該曝光適中影像(11)的影像範圍相同，進而，於本實施例中，該等第二區域(R2)係為將該細節二值化影像(38)之影像範圍區分為長及寬均由20個該矩形(B1)的長及寬所部分重疊而形成共計400個部分重疊的第二區域(R2)，並在該400個第二區域(R2)中找出具有最多純白像素的第二區域(R2)，該第二
區域(R2)即為具有最多細節的該暗部區域(RD)。在第13圖中為了清楚表示，因此在各個矩形的框線粗細上做了額外的加粗，以使其更容易分辨。於此之第二區域(R2)數量及重疊的狀況，僅為舉例而已，並非用以限制本案之申請專利範圍，其他數量的重疊方式，例如900個部分重疊的第二區域而為長寬均有30個矩形(B1)的長及寬所部分重疊的方式亦可，只是數量的增加當然地就會使得計算資源負荷變大，使得影像處理的速度拖慢，而數量的減少又會使得判斷沒有那麼細緻，而使得影像的準確度變差。
於本實施例中，該第一臨界值(V1)大於該第二臨界值(V2)。更詳而言之，該第一臨界值(V1)係為該原始灰階影像(22)的直方圖(第5圖)上對應總數量的第80%位置的亮度值；該第二臨界值(V2)係為該原始灰階影像(22)的直方圖(第5圖)上對應總數量的第20%位置的亮度值。
C)使用該相機(91)自身的測光功能對該欲拍攝的景物(99)對應於該亮部區域(RS)及該暗部區域(RD)的位置進行測光，再依所測得的結果，依該相機(91)自身的功能對該欲拍攝的景物(99)拍攝一曝光不足影像(41)以及一曝光過度影像(51)。在實際操作時，如果對該亮部區域(RS)進行測光的結果是需要拍攝-1EV的曝光不足影像(41)，那麼就使用該相機(91)來拍攝-1EV的曝光不足影像(41)，而如果對該暗部區域(RD)進行測光的結果是需要拍攝+4EV的曝光過度影像(51)，那麼就使用該相機(91)來拍攝+4EV的曝光過度影像(51)。由於本案之技術是先找出該亮部區域(RS)及該暗部區域(RD)並加以分別測光，因此可以適應拍攝場景的特性來調整欲拍攝的曝光不足影像(41)及曝光過度影像(51)的曝光程度。
D)將該曝光適中影像(11)、該曝光不足影像(41)以及該曝光過度影像(51)予以合成，而形成一高動態範圍影像。此處之合成技術，乃係使用習知的HDR影像合成技術，由於屬習知技術，且非本案之申請重點，因此不再贅述其合成方式。
前述之步驟，雖有拍攝該曝光適中影像(11)，並且在經過分析及測光後再拍攝該曝光不足影像(41)以及該曝光過度影像(51)，然而這些拍攝的動作，可在相機上於短時間裡快速完成，使用者只會感覺到一個拍攝而已；例如，在使用者按下拍攝鍵後，在0.2秒內完成分析及3張影像的
拍攝並合成，則使用者幾乎不會感覺到相機做了什麼處理。此外，亦可視需要而設定為分開拍攝，並不以在相機上連續完成為限制。
藉由上述步驟，可依據拍攝現場的環境來對欲拍攝的景物進行分析並針對重點位置進行局部的測光，進而可依據測光的結果來對曝光值做適應性的調整，而拍攝出最適合的曝光不足影像(41)以及曝光過度影像(51)，進而可在合成後，產生出高品質的高動態範圍(HDR)影像。
(11)‧‧‧曝光適中影像
(41)‧‧‧曝光不足影像
(51)‧‧‧曝光過度影像
Claims (5)
- 一種使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法，其係於一相機中執行，該方法包含有下列步驟：A)使用該相機本身的自動測光及拍攝功能，對欲拍攝的景物的任意位置進行測光並拍攝，所攝得的影像定義為一曝光適中影像；B)於該曝光適中影像之影像範圍定義多個區域，該多個區域包括複數第一區域以及複數第二區域；以一預定分析方法對該多個區域進行分析，找出該等第一區域中亮度在一第一臨界值以上的最亮的區域定義為一亮部區域，以及找出該等第二區域中亮度在一第二臨界值以下的最多細節的區域定義為一暗部區域；C)使用該相機自身的測光功能對該欲拍攝的景物對應於該亮部區域及該暗部區域的位置進行測光，再依所測得之結果，依該相機自身的功能對該欲拍攝的景物拍攝一曝光不足影像以及一曝光過度影像；以及D)將該曝光適中影像、該曝光不足影像以及該曝光過度影像予以合成，而形成一高動態範圍影像。
- 依據申請專利範圍第1項所述之使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法，其中：該預定分析方法，係先將該曝光適中影像的各像素依其亮度轉為黑白灰階而成為一原始灰階影像後，再以該原始灰階影像的直方圖上推得的該第一臨界值為準來對該原始灰階影像中的所有像素的像素值予以二值化，而形成一二值化影像，其中該原始灰階影像上亮度大於該第一臨界值的像素即標記為純白，其餘則標記為純黑；該等第一區域係為將該二值化影像之影像範圍定義出25個第一區域而呈5X5矩陣，並再於該二值化影像上定義額外的4個靠近中央且分佈在左上、左下、右上及右下的第一區域，共計29個第一區域；在該等第一區域中找出具有最多純白像素的第一區域，該第一區域即為最亮的該亮部區域。
- 依據申請專利範圍第1項所述之使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法，其中：該預定分析方法，係先將該曝光適中影像的各像素依其亮度轉為黑白灰階而成為一原始灰階影像後，再以該原始灰階影像的直方圖所推得的該第二臨界值為準來對該原始灰階影像中的所有像素的像素值予以二值化，其中該原始灰階影像上亮度低於該第二臨界值的像素係標 記成純白，其餘則標記為純黑，而形成一反白二值化影像；另外，還將該原始灰階影像再進行高斯模糊處理，再以該原始灰階影像減去高斯模糊處理後的影像，而獲得一高頻影像；將該反白二值化影像與該高頻影像進行邏輯且(AND)運算而獲得一細節二值化影像，該細節二值化影像之中所標示的純白像素即代表存在於暗部的細節；再定義一矩形而長寬均為該細節二值化影像的五分之一；該等第二區域係為將該細節二值化影像之影像範圍區分為長及寬均由20個該矩形的長及寬所部分重疊而形成共計400個部分重疊之第二區域，並在該等第二區域中找出具有最多純白像素的第二區域，該第二區域即為具有最多細節的該暗部區域。
- 依據申請專利範圍第1項所述之使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法，其中：該第一臨界值大於該第二臨界值。
- 依據申請專利範圍第4項所述之使用曝光參數量測技術之高動態範圍影像產生方法，其中：該第一臨界值係為該原始灰階影像的直方圖上對應總數量的第80%位置的亮度值；該第二臨界值係為該原始灰階影像的直方圖上對應總數量的第20%位置的亮度值。
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