TWI572206B - 獲得影像的方法以及應用該方法的影像擷取裝置與電子裝置 - Google Patents

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Description

獲得影像的方法以及應用該方法的影像擷取裝置與電子裝置
本發明係涉及影像光學的領域，尤其係關於一種獲得影像的方法以及應用該方法的一種影像擷取裝置與一種電子裝置。
近年來，隨著電子工業的演進以及工業技術的蓬勃發展，各種電子裝置設計及開發的走向逐漸朝輕便、易於攜帶的方向發展，以利使用者隨時隨地應用於行動商務、娛樂或休閒等用途。舉例而言，各式各樣的影像擷取裝置正廣泛應用於各種領域，例如智慧型手機、穿戴式電子裝置、空拍裝置等電子裝置，其具有體積小且方便攜帶之優點，使用者得以於有使用需求時隨時取出並進行影像擷取並儲存，或進一步透過行動網路上傳至網際網路之中，不僅具有重要的商業價值，更讓一般大眾的日常生活增添色彩。而隨著生活品質的提升，人們對影像有更多的訴求，特別是希望所獲得的影像具有更高的成像品質或更多的成像效果。
舉例來說，人們總期望所獲得的影像越清晰越好，故以往常透過改善鏡頭或是改善用來成像的感測元件來增加影像 的解析度(resolution)，而現更可透過軟體的計算使一般的影像得到更好的效果。請參閱圖1，其為現有智慧型手機的外觀結構示意圖。智慧型手機1上設置有二個平形排列的光學鏡頭11、12，且智慧型手機1可分別透過該光學鏡頭11、12對同一使用環境進行拍攝以獲得二個影像，雖然在智慧型手機1的成本與體積考量下，其感測元件(圖未示)具有一定的技術門檻與限制而導致該二個影像的解析度無法優於單眼相機等高規格的影像擷取裝置，但智慧型手機1中另設置有可對二個影像進行計算的計算單元(圖未示)，使該二個影像被合成為一張具有超解析度(Super-resolution)的影像。而有關如何合成二個影像而獲的一張具有超解析度的影像，係係為熟知本技藝人士所知悉，在此即不再予以贅述。
然而，為了獲得較高解析度的影像而於智慧型手機上設置有二個光學鏡頭具有以下缺陷：第一、額外設置的光學鏡頭及其配套元件導致製造成本的增加；第二、額外設置的光學鏡頭及其配套元件必定佔有一定的體積，此將增加智慧型手機朝輕、薄、短小的方向發展的難度。是以，習知獲得影像的方法具有改善的空間。
本發明之一目的在提供一種獲得影像的方法，尤其係關於一種僅利用單一光學鏡頭就可獲得具有高解析度之影像的方法，藉以降低影像擷取裝置的體積以及製造成本。
本發明之一另一目的在提供應用上述獲得影像的方法的一種影像擷取裝置以及一種電子裝置。
於一較佳實施例中，本發明提供一種獲得影像的方法，應用於具有一光學鏡頭之一影像擷取裝置，該獲得影像的方法包括：(a)於一第一位置擷取具有一第一解析度(resolution)之一第 一影像；(b)驅動該光學鏡頭沿著一非光軸之方向移動至一第二位置，並於該第二位置擷取具有一第二解析度之一第二影像；以及(c)合成該第一影像以及該第二影像，以獲得具有一第三解析度之一第三影像；其中，該第三解析度大於該第一解析度以及該第二解析度。
於一較佳實施例中，本發明亦提供一種影像擷取裝置，包括：一光學鏡頭；一驅動單元，連接於該光學鏡頭，並用以驅動該光學鏡頭由一第一位置沿著一非光軸之方向移動至一第二位置；一感測元件，用以於該光學鏡頭位於該第一位置時感應經過該光學鏡頭並入射至該感測元件之光束以獲得具有一第一解析度(resolution)之一第一影像，並用以於該光學鏡頭位於該第二位置時感應經過該光學鏡頭並入射至該感測元件之光束以獲得具有一第二解析度之一第二影像；以及一合成單元，連接於該感測元件，用以合成該第一影像以及該第二影像，以獲得具有一第三解析度之一第三影像；其中，該第三解析度大於該第一解析度以及該第二解析度。
於一較佳實施例中，本發明亦提供一種電子裝置，包括：一殼體；一影像擷取裝置，設置於該殼體內，包括：一光學鏡頭，至少部份暴露於該殼體外，一驅動單元，連接於該光學鏡頭，並用以驅動該光學鏡頭由一第一位置沿著一非光軸之方向移動至一第二位置；一感測元件，用以於該光學鏡頭位於該第一位置時感應經過該光學鏡頭並入射至該感測元件之光束以獲得具有一第一解析度(resolution)之一第一影像，並用以於該光學鏡頭位於該第二位置時感應經過該光學鏡頭並入射至該感測元件之光束以獲得具有 一第二解析度之一第二影像；以及一合成單元，連接於該感測元件，用以合成該第一影像以及該第二影像，以獲得具有一第三解析度之一第三影像；其中，該第三解析度大於該第一解析度以及該第二解析度。
1‧‧‧智慧型手機
2‧‧‧影像擷取裝置
3‧‧‧電子裝置
11‧‧‧光學鏡頭
12‧‧‧光學鏡頭
21‧‧‧光學鏡頭
22‧‧‧感測元件
23‧‧‧合成單元
24‧‧‧驅動單元
29‧‧‧光軸
31‧‧‧殼體
41‧‧‧第一影像
42‧‧‧第二影像
43‧‧‧第三影像
311‧‧‧穿孔
411‧‧‧第一影像區塊
421‧‧‧第二影像區塊
431‧‧‧第三影像區塊
D‧‧‧方向
L‧‧‧光束
P1‧‧‧第一位置
P2‧‧‧第二位置
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S31‧‧‧步驟
S32‧‧‧步驟
S31’‧‧‧步驟
S32’‧‧‧步驟
圖1：係為現有智慧型手機的外觀結構示意圖。
圖2：係為本發明影像擷取裝置於一較佳實施例之概念示意圖。
圖3：係為本發明獲得影像的方法的一較佳方法流程圖。
圖4：係為圖3所示方法中光學鏡頭的作動概念示意圖。
圖5：係為圖3所示步驟S3的一較佳流程圖。
圖6A：係為圖5所示方法中第一影像的一較佳概念示意圖。
圖6B：係為圖5所示方法中第二影像的一較佳概念示意圖。
圖6C：係為圖5所示方法中第三影像的一較佳概念示意圖。
圖7：係為圖3所示步驟S3的另一較佳流程圖。
圖8：係為本發明電子裝置於一較佳實施例之外觀結構示意圖。
圖9：係為圖5所示電子裝置的側視圖。
首先說明本發明影像擷取裝置。請參閱圖2，其為本 發明影像擷取裝置於一較佳實施例之概念示意圖。影像擷取裝置2包括光學鏡頭21、感測元件22、合成單元23以及驅動單元24，且感測元件22連接於合成單元23，並用以感應經過光學鏡頭21並入射至感測元件22的光束L而獲得可供合成單元23進行分析與計算的影像，而驅動單元24則連接於光學鏡頭21，並用以驅動光學鏡頭21沿著非光軸29的方向D(請參見圖4)移動，此將於稍後詳述；於本較佳實施例中，驅動單元24係為一馬達，而感測元件22係為電荷耦合元件(CCD)或互補式金氧半(CMOS)元件，但不以上述為限。
接下來說明影像擷取裝置2是如何獲得高解析度的影像。而本文所述的「解析度(resolution)」指的是單位長度內所包含像素點的數量，其決定了點陣圖細節的精細程度，一般來說，解析度越高則代表影像越清晰。請參閱圖3與圖4，圖3為本發明獲得影像的方法的一較佳方法流程圖，圖4為圖3所示方法中光學鏡頭的作動概念示意圖；獲得影像的方法包括步驟S1~步驟S3，以下分別對步驟S1~步驟S3進行詳述。
步驟S1，於光學鏡頭21位在第一位置P1時，利用感測元件22感應經過光學鏡頭21並入射至感測元件22的光束L而獲得具有第一解析度的第一影像。步驟S2，利用驅動單元24驅動光學鏡頭21由第一位置P1沿著非光軸29的方向D移動至第二位置P2，進而供感測元件22感應經過光學鏡頭21並入射至感測元件22的光束L而獲得具有第二解析度的第二影像。
於本較佳實施例中，第一位置P1以及第二位置P2的間距為3像素，而由於無論光學鏡頭21位在第一位置P1或第二位置P2，本案皆是透過單一感測元件22感應經過光學鏡頭21並入射至感測元件22的光束L，故第一影像的第一解析度相同於第二影像的第二解析度，但實際應用上並不以上述為限。例如，影像擷取裝置中可設置二個感測元件，用來分別於光學鏡頭位在第一位置以及第二位置時感應經過光學鏡頭並入射至其上的光 束，因此第一影像的第一解析度可能不同於第二影像的第二解析度，又例如，第一位置P1以及第二位置P2的間距可為任何使差補效果達到最佳的間距。
步驟S3，利用合成單元23合成第一影像以及第二影像，以獲得具有第三解析度的第三影像；其中，第三影像的第三解析度是大於第一影像的第一解析度以及第二影像的第二解析度。此外，在本較佳實施例中，合成單元23是透過一影像插補技術合成第一影像以及第二影像。
進一步而言，請參閱圖5~圖6C，圖5為圖3所示步驟S3的一較佳流程圖，圖6A為圖5所示方法中第一影像的一較佳概念示意圖，圖6B為圖5所示方法中第二影像的一較佳概念示意圖，圖6C為圖5所示方法中第三影像的一較佳概念示意圖。步驟S3包括：步驟S31，於第二影像42中尋找與第一影像41的第一影像區塊411相對應的第二影像區塊421；以及步驟S32，將第一影像區塊411中的至少部份影像插入第二影像區塊421，以獲得第三影像43的第三影像區塊431，抑或是將第二影像區塊421中的至少部份影像插入第一影像區塊411，以獲得第三影像43的第三影像區塊431。
詳言之，於本較佳實施例中，合成單元23是透過計算峰值信號雜訊比(PSNR)而在第二影像42中尋找與第一影像41的第一影像區塊411最相近的第二影像區塊421；其中，由於峰值信號雜訊比是一種用來評斷二圖像之相似度的客觀標準，而峰值信號雜訊比越高則代表圖像相位差異越小，因此能夠用來分辨第二影像42的第二影像區塊421是否最相近於第一影像41的第一影像區塊411。
再者，第三影像43中除了第三影像區塊431是由第一影像41的第一影像區塊411以及第二影像42的第二影像區塊421所組成外，第三影像43的其它任一影像區塊亦是由第一影像41中相對應的影像區塊以及第二影像42中相對應的影像區塊所 組成，故整體來說，第三影像43可同時保有分別屬於第一影像41以及第二影像42的細節，因此第三影像43的第三解析度是大於第一影像41的第一解析度以及第二影像42的第二解析度。
惟，上述僅為一實施例，合成單元23進行影像插補的方法以及於第二影像42中尋找與第一影像41的第一影像區塊411最相近之第二影像區塊421的方法並不以上述為限，熟知本技藝人士皆可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計。舉例來說，除了透過計算峰值信號雜訊比外，合成單元23還能夠透過去均值歸一化相關法(ZNCC)在第二影像42中尋找與第一影像41的第一影像區塊411最相近的第二影像區塊421；再舉例來說，圖3所示步驟S3的流程可變更設計如圖7所示，亦即步驟S3包括：步驟S31’，於第一影像中尋找與第二影像的第二影像區塊相對應的第一影像區塊；以及步驟S32’，將第一影像區塊中的至少部份影像插入第二影像區塊，以獲得第三影像的第三影像區塊，抑或是將第二影像區塊中的至少部份影像插入第一影像區塊，以獲得第三影像的第三影像區塊。而有關於影像插補技術、峰值信號雜訊比以及去均值歸一化相關法的具體實施方式係為熟知本技藝人士所知悉，在此即不再予以贅述。
此外，現有的影像擷取裝置2中大都提供有光學防手震(Optical Image Stabilization,OIS)的功能，亦即影像擷取裝置2中會設置運動感測器(圖未示，如陀螺儀)，而驅動單元24會依據運動感測器的感測結果驅動光學鏡頭21移動，使光軸29與感測元件22保持垂直，從而避免拍攝到模糊的影像。而這邊要特別說明的是，若本案獲得影像的方法應用在原本就已具有光學防手震功能的影像擷取裝置2上，則於步驟S2中就可直接利用影像擷取裝置2中原本就已設置的驅動單元24驅動光學鏡頭21由第一位置P1沿著非光軸29的方向D移動至第二位置P2；是以，原本就已具有光學防手震功能的影像擷取裝置2可在不額外設置驅動單元24的情況下獲得高解析度的影像，故不會增加製造成本。
請參閱圖8與圖9，圖8為本發明電子裝置於一較佳實施例之外觀結構示意圖，圖9為圖8所示電子裝置的側視圖。電子裝置3可為手機、個人數位助理或穿戴裝置(智慧型手錶、智慧型手環、智慧型眼鏡)，並包括殼體31以及影像擷取裝置2，且殼體31具有供影像擷取裝置2之光學鏡頭21暴露於外的穿孔311，因此殼體31外的光束L可入射至影像擷取裝置2；其中，圖5所示電子裝置3的影像擷取裝置2係大致類似於圖2所示者，在此即不再予以贅述。
根據以上的說明可知，本案獲得影像的方法以及應用該方法的影像擷取裝置與電子裝置僅須單一光學鏡頭就可獲得高解析度的影像，因此可有效減少影像擷取裝置的製造成本，同時亦不會大幅增加影像擷取裝置的體積，有助於應用影像擷取裝置的電子裝置朝向輕、薄、短小的方向發展。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟

Claims (15)

  1. 一種獲得影像的方法，應用於具有一光學防手震(Optical Image Stabilization,OIS)功能之之一影像擷取裝置，且當該影像擷取裝置提供該光學防手震功能時，該影像擷取裝置之一光學鏡頭被驅動沿著一非光軸之方向的一可移動行程移動，其中，該獲得影像的方法包括：(a)於該可移動行程上的一第一位置擷取具有一第一解析度(resolution)之一第一影像；(b)驅動該光學鏡頭沿著該非光軸之方向移動至該可移動行程上的一第二位置，並於該第二位置擷取具有一第二解析度之一第二影像；以及(c)合成該第一影像以及該第二影像，以獲得具有一第三解析度之一第三影像；其中，該第三解析度大於該第一解析度以及該第二解析度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之獲得影像的方法，其中該第一影像以及該第二影像係透過一影像插補動作而被合成為該第三影像。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之獲得影像的方法，其中該步驟(c)包括：(c-1)於該第二影像中尋找與該第一影像之一第一影像區塊相對應之一第二影像區塊，抑或是於該第一影像中尋找與該第二影像之一第二影像區塊相對應之一第一影像區塊；以及(c-2)將該第一影像區塊中之至少部份影像插入該第二影像區塊，以獲得該第三影像之一第三影像區塊，抑或是將該第二影像區塊中之至少部份影像插入該第一影像區塊，以獲得該第三影像之一第三影像區塊。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之獲得影像的方法，其中與該第一影像區塊相對應之該第二影像區塊係透過計算一峰值信號雜訊比(PSNR)而獲得，抑或是與該第二影像區塊相對應之該第一影像區塊係透過計算一峰值信號雜訊比(PSNR)而獲得。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之獲得影像的方法，其中與該第一影像區塊相對應之該第二影像區塊係透過一去均值歸一化相關法(ZNCC)而獲得，抑或是與該第二影像區塊相對應之該第一影像區塊係透過一去均值歸一化相關法(ZNCC)而獲得。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之獲得影像的方法，其中該第一位置以及該第二位置係間距3像素。
  7. 一種影像擷取裝置，包括：一運動感測器；一光學鏡頭；一驅動單元，連接於該光學鏡頭，並用以依據該運動感測器之一感測結果驅動該光學鏡頭沿著一非光軸之方向的一可移動行程移動，以提供一光學防手震(Optical Image Stabilization,OIS)功能；一感測元件，用以於該光學鏡頭位於該可移動行程上的一第一位置時感應經過該光學鏡頭並入射至該感測元件之光束以獲得具有一第一解析度(resolution)之一第一影像，並用以於該光學鏡頭被該驅動單元驅動而沿著該非光軸之方向移動至該可移動行程上的一第二位置時感應經過該光學鏡頭並入射至該感測元件之光束以獲得具有一第二解析度之一第二影像；以及一合成單元，連接於該感測元件，用以合成該第一影像以及該第二影像，以獲得具有一第三解析度之一第三影像；其中，該第三解析度大於該第一解析度以及該第二解析度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像擷取裝置，其中該驅動單元係為一馬達。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之影像擷取裝置，其中該合成單元係透過一影像插補技術而合成該第一影像以及該第二影像為該第三影像。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之影像擷取裝置，其中該第一位置以及該第二位置係間距3像素。
  11. 一種電子裝置，包括：一殼體；一影像擷取裝置，設置於該殼體內，包括：一運動感測器；一光學鏡頭，至少部份暴露於該殼體外；一驅動單元，連接於該光學鏡頭，並用以依據該運動感測器之一感測結果驅動該光學鏡頭沿著一非光軸之方向的一可移動行程移動，以提供一光學防手震(Optical Image Stabilization,OIS)功能；一感測元件，用以於該光學鏡頭位於該可移動行程上的一第一位置時感應經過該光學鏡頭並入射至該感測元件之光束以獲得具有一第一解析度(resolution)之一第一影像，並用以於該光學鏡頭被該驅動單元驅動而沿著該非光軸之方向移動至該可移動行程上的一第二位置時感應經過該光學鏡頭並入射至該感測元件之光束以獲得具有一第二解析度之一第二影像；以及一合成單元，連接於該感測元件，用以合成該第一影像以及該第二影像，以獲得具有一第三解析度之一第三影像；其中，該第三解析度大於該第一解析度以及該第二解析度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電子裝置，其中該驅動單元係 為一馬達。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之電子裝置，其中該合成單元係透過一影像插補技術而合成該第一影像以及該第二影像為該第三影像。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之電子裝置，其中該第一位置以及該第二位置係間距3像素。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之電子裝置，係為一手機、一個人數位助理或一穿戴裝置。
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