TWI538511B - 適應性補光裝置與方法 - Google Patents

Description

適應性補光裝置與方法

本發明係關於場景照明，特別係關於以具旋轉、俯仰與變焦(三者分別為pan、tilt與zoom，簡稱PTZ)之功能的補光模組進行適應性補光。

視訊、靜像或監視攝影機(camera)常配備有閃或補光燈。面對晦暗的待拍攝場景，最簡單的補光方式即投以強光，但若場景包含與鏡頭或燈距離甚近的物體，則雖場景的整體亮度提升，該物體於拍攝結果上所對應的區域卻易形成曝光過度。以紅外線補光為例，業界對上述問題雖提出智慧型紅外線技術(Smart IR)，但其概念僅在於降低出光強度，反而可能犧牲原本補光適當的區域。

鑑於前述，本發明旨在揭露適應性且針對性的補光手段。具體而言，本發明揭露一種補光裝置與一種補光方法，分別包含與利用具旋轉、俯仰與變焦之功能的補光模組，其中適應性依據目標場景的亮度分布與關聯之距離參數達成，針對性則來自上述諸功能的應用。

所揭露的適應性補光裝置關聯於目標場景且除補光模組外更包含控制模組。補光模組耦接控制模組。控制模組用以產生一指令，而補光模組依據該指令進行旋轉、俯仰或變焦之操作並對指令所關聯的一區域補光。該區域包含於目標場景。細部而言，於產生該指令中，控制模組依據目標場景的亮度分布選擇該區域並決定與其關聯的範圍與方向，接收關聯於該區域與補光模組間之距離的距離參數，以及於該指令中指示所述範圍、方向或距離參數。

所揭露的適應性補光方法關聯於目標場景，包含產生一指令並據以進行前述補光模組之旋轉、俯仰或變焦之操作而對目標場景所包含的一區域補光。細部而言，於該指令的產生中，該區域與其關聯的範圍和方向係依據目標場景的亮度分布而選擇或決定，關聯於該區域與補光模組間之距離的距離參數則被接收。該指令因此指示所述範圍、方向或距離參數。

以上關於本發明內容及以下關於實施方式之說明係用以示範與闡明本發明之精神與原理，並提供對本發明之申請專利範圍更進一步之解釋。

10‧‧‧控制模組

11、12‧‧‧補光模組

118、128‧‧‧光形

13‧‧‧拍攝模組

15‧‧‧距離參數取得模組

2‧‧‧投影面

21、22‧‧‧區域

211、221、221a‧‧‧方向

213、223‧‧‧範圍

41、42‧‧‧物體

410、420‧‧‧參考點

d ₁、d ₂‧‧‧距離參數

p、t、z‧‧‧維

第1圖係依據本發明一實施例適應性補光裝置的方塊圖。

第2圖係依據本發明一實施例補光模組依據個別指令作動的示意圖。

第3圖係依據本發明一實施例適應性補光方法的流程圖。

以下在實施方式中敘述本發明之詳細特徵，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且依據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，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。以下實施例係進一步說明本發明之諸面向，但非以任何面向限制本發明之範疇。

請參見第1圖，其係依據本發明一實施例適應性補光裝置的方塊圖。在本實施例中，如第1圖所示，適應性補光裝置1包含控制模組10、第一補光模組11、選擇性的拍攝模組13以及選擇性的距離參數取得模組15。控制模組10可以是微控制器、微處理器、特定應用積體電路(application-specific integrated circuit)、現場可編程邏輯閘陣列(field-programmable gate array)、複雜可編程邏輯裝置(complex programmable logic device)、系統單晶片(system-on-chip)或系統級封裝(system-in-package)。補光模組11發出的可以是紅外線或可見光。控制器適應性補光裝置1的基本運作是控制模組10產生第一指令，而耦接的補光模組11依據第一指令對關聯於適應性補光裝置1的目標場景補光。請一併參見第2圖，其在此用以闡明補光模組11的上述作動。目標場景一般是指適應性補光裝置1所面對、所用以改善而使某外部攝影機或拍攝模組13能妥善拍攝的 p、t、z三維空間(不一定是直角座標系)，然從補光模組11投光的觀點而言，許多時候目標場景可被理解為平行p-t面的一個想像的投影面2。投影面2可在z維上的任意位置。上述第一指令關聯於投影面2上的第一區域21，區域21則是目標場景所包含的一個或一群物體41的投影。換句話說，控制模組10產生第一指令使補光模組11對物體41補光，但控制模組10所理解的是區域21而不一定是物體41。

請再一併參見第3圖，其係依據本發明一實施例適應性補光方法的流程圖。在本實施例中，控制模組10產生第一指令包含步驟S31至S36。於步驟S31中，控制模組10選擇了區域21，依據的是目標場景的一份亮度分布。亮度分布舉例來說可以用對應投影面2上各點或各區域而記錄的非色值(luma)、影像直方圖(image histogram)或色彩直方圖(color histogram)來呈現。亮度分布可以是外部指定、外部量測後給予(如使用亮度計〔luminance meter〕、光度計〔photometer〕等)，或如本實施例係透過拍攝模組13取得。拍攝模組13耦接控制模組10，用以作為攝影機拍攝目標場景並輸出數位化的拍攝結果。亮度分布可由拍攝模組13或控制模組10從拍攝結果取得。適應性補光裝置1包含拍攝模組13意味著除補光外整合了至少基本的拍攝功能。

一般而言，控制模組10選擇區域21是因為對應投影面2而記錄的亮度分布中區域21相對為暗，拍攝模組13或適應性補光裝置1用以輔助的外部攝影機無法妥善拍攝。在一實施 例中，區域21是投影面2上局部平均亮度值小於某門檻值之一處。本發明並不限制投影面2上區域如何劃分或亮度分布中值如何平均。

於步驟S31中，控制模組10更決定了關聯於區域21的範圍213和方向211。如前述，區域21對應目標場景中的物體41。控制模組10可指示補光模組11投光時儘可能吻合區域21或物體41的輪廓，或指示補光模組11針對物體41的某一部分，如範圍213。第2圖中範圍213若稍大即逼近物體41的輪廓的內接圓，但其呈圓形僅為示意而非本發明的限制。同時，方向211定義為補光模組11至區域21上任意點的方向，恰通過關聯於物體41的參考點410。在一實施例中，該任意點是區域21的形心或接近形心。

於步驟S33中，控制模組10接收關聯於第一區域21(物體41)上任意點與補光模組11間之距離的第一距離參數d ₁。距離參數舉例來說可以是簡單的長度，如利用雷射測距所得，也可以是影像處理中所知的深度(depth)。距離參數可以是外部指定、外部量測後給予，或如本實施例係接收自耦接的距離參數取得模組15。若距離參數取得模組15不僅僅用以取得而更用以量測長度或深度，則在一實施例中，該模組15包含至少一個、通常兩個拍攝單元，並透過拍攝單元對目標場景繪製對應投影面2而記錄的深度圖。請注意由於在本實施例中步驟S33係接續S31，控制模組10接收關聯於區域21的距離參數d ₁即可，目標場景整 體的深度圖並非必要。在一實施例中，拍攝模組13可以充作上述拍攝單元。(則模組13與15間的包含或耦接關係未繪示於第1圖中，且拍攝模組13不一定逕耦接控制模組10。)本發明並不限制應用於距離參數取得模組15中的技術。第2圖中距離參數d ₁恰定義在通過參考點410的方向211的延伸線上。在一實施例中，距離參數取得模組15取得關聯於補光模組11與物體41(區域21所包含的部分目標場景)上多個點之距離的複數個第二距離參數後方平均出第一距離參數d ₁，是以參考點410不一定實際在物體41上。本發明並不限制第二距離參數如何平均或關聯於物體41上哪些點。

補光模組11的投光可能在某最大距離內才是有效的。在一實施例中，關聯於此最大距離的一個最大距離參數為控制模組10所知，且若物體41過遠、d ₁超過最大距離參數，控制模組10會放棄產生第一指令，或將d ₁修改成最大距離參數以進行步驟S35。在另一實施例中，補光模組11會將超過最大距離參數的d ₁理解為最大距離參數。

控制模組10於步驟S35中在第一指令中指示範圍213、方向211或距離參數d ₁，並於步驟S36中發送第一指令給補光模組11。補光模組11於步驟S38中旋轉(對應p維)、俯仰(對應t維)或變焦(對應z維)，以產生光形(light distribution或pattern)118滿足第一指令，並於步驟S39中確實對區域21或物體41補光。方向211關聯於補光模組11的旋轉和俯仰操作， 範圍213和距離參數d ₁則與變焦有關。具體而言，補光模組11具有p、t、z三維各自的移動機構，其中z維者可用以調整補光模組11的透鏡(組)、燈杯或光源。在一實施例中，即使距離參數一致補光模組11也可以利用z維的移動機構變焦出範圍不同的光形，因此第一指令中有必要同時指示範圍213和距離參數d ₁。在另一實施例中，範圍的大小與距離參數負相關，亦即光形需集中才能投射較遠，因此範圍213和距離參數d ₁擇一指示即可。第2圖中光形118呈圓錐狀僅為示意而非本發明的限制。

適應性補光裝置1可能更包含第二補光模組12或更多的補光模組。在一實施例中，能旋轉、俯仰與變焦的補光模組11用以針對性地對選定區域補光，而補光模組12則選擇性地受控於控制模組10，用以無方向性、廣角地對目標場景整體或其中某第二區域補光。如前述，範圍的大小與距離參數可能負相關，因此廣角地補光只適用於距離外部攝影機或拍攝模組13較近的物體。在一實施例中，補光模組12在功能上類似補光模組11，用以依據控制模組10所產生的第二指令對同樣相對為暗的第二區域補光；此中流程請復參見第3圖。第一和第二區域可能重疊甚至相同，但第一和第二指令中所指示的關聯於區域的範圍可以不同。請復參見第2圖。舉例來說，若範圍213無法涵蓋物體41，則其未竟之處控制模組10可指示補光模組12負責；或者補光模組11力有未逮，區域21仍相對為暗，則控制模組10指示補光模組12加入，在方向221a對物體41補光。第一和第二區域也可以 對應目標場景所包含的不同(群)的物體。如第2圖所示，補光模組12以光形128對異於物體41的物體42(對應第二區域22)補光，滿足第二指令所指示的方向221(由補光模組12指向關聯於物體42的參考點420)、範圍223以及距離參數d ₂。第2圖中d ₂小於d ₁，而範圍223若稍小即逼近物體42的輪廓的外接圓，是控制模組10對較近的物體(如42)採用不同補光策略之一例。確實，控制模組10可慣常使模組11對較遠處補光、使模組12對較近處補光，或作相反的指示。第一和第二指令的分歧處可能但不一定與補光模組11和12的性能差異(若有)有關。

所述適應性補光方法可配合自動曝光(automatic exposure，簡稱AE)之演算法執行。舉例來說，補光模組11或12可以僅補光至某個堪以演算法後處理(post-process)的程度，或者於前處理中(可能已補光但未適應性補光，或尚未補光)，演算法亦可介入前述拍攝單元或模組13的輸出曝光過度或不足，致使無法取得有意義的距離參數或亮度分布的情形。自動曝光演算法的介入帶來對拍攝單元或模組13的輸出的調整，從而讓有意義的距離參數或亮度分布可從調整後的輸出取得。

綜上所述，本發明以具旋轉、俯仰與變焦之功能的補光模組適應性且針對性地對所關聯的目標場景補光，其中適應性依據目標場景的亮度分布與關聯之距離參數達成，針對性則來自上述諸功能的應用。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

11、12‧‧‧補光模組

118、128‧‧‧光形

2‧‧‧投影面

21、22‧‧‧區域

211、221、221a‧‧‧方向

213、223‧‧‧範圍

41、42‧‧‧物體

410、420‧‧‧參考點

d ₁、d ₂‧‧‧距離參數

p、t、z‧‧‧維

Claims (14)

1. 一種適應性補光裝置，關聯於一目標場景且包含：一控制模組，用以產生一第一指令，該第一指令關聯於該目標場景所包含的一第一區域；以及一第一補光模組，耦接該控制模組，具有旋轉、俯仰與變焦之功能；其中產生該第一指令包含：依據該目標場景的一亮度分布，選擇該第一區域，並決定關聯於該第一區域的一範圍與一方向；接收關聯於該第一區域與該第一補光模組間之距離的一第一距離參數；以及於該第一指令中指示關聯於該第一區域的該範圍、該方向或該第一距離參數；其中該第一補光模組依據該第一指令，進行旋轉、俯仰或變焦之操作並對該第一區域補光；其中該第一補光模組依據該第一指令進行旋轉、俯仰或變焦之操作包含：該第一補光模組依據該範圍、該方向與該第一距離參數進行旋轉、俯仰或變焦之操作，以產生一光形，以對該第一區域補光。
2. 如請求項1所述的適應性補光裝置，更包含一距離參數取得模組，該距離參數取得模組耦接該控制模組且用以取得該第 一距離參數。
3. 如請求項2所述的適應性補光裝置，其中該距離參數取得模組包含至少一拍攝單元，該拍攝單元用以拍攝該目標場景，該距離參數取得模組透過該拍攝單元取得該第一距離參數。
4. 如請求項1所述的適應性補光裝置，更包含一拍攝模組，該拍攝模組用以拍攝該目標場景。
5. 如請求項4所述的適應性補光裝置，其中該控制模組耦接該拍攝模組且透過該拍攝模組取得該亮度分布。
6. 如請求項1所述的適應性補光裝置，其中當包含於該目標場景內的一區域之一平均亮度值小於一門檻值時，該控制模組選擇該區域為該第一區域。
7. 如請求項1所述的適應性補光裝置，其中該第一距離參數係複數個第二距離參數之一平均值，該些第二距離參數關聯於該第一區域所包含的部份的該目標場景。
8. 如請求項1所述的適應性補光裝置，其中當該第一距離參數不大於一最大距離參數時，該控制模組產生該第一指令。
9. 如請求項1所述的適應性補光裝置，更包含一第二補光模組，該控制模組更用以產生一第二指令，該第二補光模組耦接該控制模組且用以依據該第二指令，對該目標場景所包含的不同於該第一區域的一第二區域補光。
10. 一種適應性補光方法，關聯於一目標場景且包含：產生一第一指令，以使具有旋轉、俯仰與變焦之功能的 一補光模組對該目標場景所包含的一第一區域補光；其中產生該第一指令包含：依據該目標場景的一亮度分布，選擇該第一區域，並決定關聯於該第一區域的一範圍與一方向；接收關聯於該第一區域與該補光模組間之距離的一第一距離參數；以及於該第一指令中指示關聯於該第一區域的該範圍、該方向或該第一距離參數；以及依據該第一指令，進行該補光模組之旋轉、俯仰或變焦之操作並對該第一區域補光；其中依據該第一指令進行該補光模組之旋轉、俯仰或變焦之操作包含：依據該該範圍、該方向與該第一距離參數進行旋轉、俯仰或變焦之操作，以產生一光形，以對該第一區域補光。
11. 如請求項10所述的適應性補光方法，其中當包含於該目標場景內的一區域之一平均亮度值小於一門檻值時，選擇該區域為該第一區域。
12. 如請求項10所述的適應性補光方法，其中該第一距離參數係複數個第二距離參數之一平均值，該些第二距離參數關聯於該第一區域所包含的部份的該目標場景。
13. 如請求項10所述的適應性補光方法，其中當該第一距離參數不大於一最大距離參數時，產生該第一指令。
14. 如請求項10所述的適應性補光方法，更包含：產生一第二指令，並據以對該目標場景所包含的不同於該第一區域的一第二區域補光。