TWI594631B - 自動調光方法及其相關的攝影機 - Google Patents

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Description

自動調光方法及其相關的攝影機
本發明係提供一種調光方法及其攝影機，尤指一種自動調光方法及其相關的攝影機。
為了全天候進行環境監控，監控設備通常會在攝像頭周圍設置多個發光源，用來在環境光源不足時提供照明光線，讓攝像頭能擷取到清晰影像。多個發光源分別設置在攝像頭附近的不同方位，且彼此多個發光源和攝像頭之間的距離亦有所不同。傳統的監控設備只能同時提高或降低該些發光源的出光強度，無法根據監控影像之內容相應調整各個發光源的出光強度，意即照明光線會有部分區域過亮或過暗的現象發生，其係顯著破壞了攝像頭所擷取影像的品質。
本發明係提供一種自動調光方法及其相關的攝影機，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種自動調光方法，應用於具有複數個發光單元以及至少一影像擷取單元的攝影機。該自動調光方法包含有驅動該複數個發光單元輸出最大發光亮度，驅動該至少一影像擷取單元以一第一曝光時間取得一第一影像，分別計算該第一影像之複數個區域的複數個第一亮度值，將該複數個第一亮度值與一預設範圍進行比較，以及根據比較結果，決定是否以該複數個第一亮度值之一第一比例關係作為該複數個發光單元的一發光上限比例。
本發明之申請專利範圍另揭露一種攝影機，其包含有至少一影像擷取單元、複數個發光單元以及一運算處理器。該至少一影像擷取單元用來擷取影像。該複數個發光單元環設於該至少一影像擷取單元的周圍。該運算處理器電連接於該至少一影像擷取單元與該複數個發光單元。該運算處理器用來執行自動調光方法，以驅動該複數個發光單元輸出最大發光亮度，驅動該至少一影像擷取單元以一第一曝光時間取得一第一影像，分別計算該第一影像之複數個區域的複數個第一亮度值，將該複數個第一亮度值與一預設範圍進行比較，以及根據比較結果，決定是否以該複數個第一亮度值之一第一比例關係作為該複數個發光單元的一發光上限比例。
請參閱第1圖與第2圖，第1圖為本發明實施例之攝影機10之外觀示意圖，第2圖為本發明實施例之攝影機10之功能方塊圖。攝影機10包含有至少一個影像擷取單元12、複數個發光單元14以及運算處理器16。發光單元14環設在影像擷取單元12的周圍，用以提供照明光線，讓影像擷取單元12可取得監控區域的清晰影像。運算處理器16電連接於影像擷取單元12和複數個發光單元14。運算處理器16可執行一套自動調光方法，其係針對分處不同位置的複數個發光單元14的發光亮度進行調整，讓該些發光單元14能夠提供最佳配光效果予影像擷取單元12，避免影像有過亮或過暗的問題。
請參閱第3圖與第4圖，第3圖為本發明實施例之自動調光方法之流程圖，第4圖為本發明實施例之攝影機10與其擷取影像之示意圖。第3圖所述之自動調光方法適用於第1圖與第2圖所示之攝影機10。首先，執行步驟300與步驟302，運算處理器16驅動複數個發光單元14輸出最大的發光亮度，再驅動影像擷取單元12以特定曝光時間取得對應影像(在初始執行階段，其係以第一曝光時間取得第一影像I1)。接著，執行步驟304，運算處理器16分別計算對應影像(第一影像I1)上的複數個區域Z1~Z7的複數個對應亮度值(第一亮度值)；其中，第一影像I1上的複數個區域Z1~Z7的面積與排列方式係依照複數個發光單元14環繞影像擷取單元12所形成之數量與分佈來設定，例如第4圖所示，然實際應用當然不限於此。再來執行步驟306與步驟308，運算處理器16將複數個第一亮度值與預設範圍進行比較，以決定是否以複數個第一亮度值彼此間形成之第一比例關係作為複數個發光單元14的發光上限比例。
在本實施例中，預設範圍係定義為發光單元14的亮度最大值(例如亮度＝100 nits)及亮度最小值(例如亮度＝0 nits)。如果複數個第一亮度值全部都介於預設範圍內，則執行步驟310，自動調光方法將該些第一亮度值的第一比例關係作為複數個發光單元14的發光上限比例，並儲存第一比例關係以設定成該些發光單元14的複數個調整參數；特別一提的是，自動調光方法係透過規一化(normalize)運算方式將前述的第一比例關係轉換為發光單元14的複數個調整參數，意即根據比例關係調整該些發光單元14的輸入電流強度控制其發光亮度。若是複數個第一亮度值中有至少一個超出預設範圍，如下列表一所示，表示部分發光單元14的輸出亮度有過曝或過暗現象，自動調光方法則執行步驟312，不能以第一比例關係作為複數個發光單元14的發光上限比例。   表一 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td>   </td><td> 第一曝光時間 </td><td> 第二曝光時間 </td><td> 第三曝光時間 </td><td> 第N曝光時間 </td></tr><tr><td> 區域Z1 </td><td> 100 nits </td><td> 90 nits </td><td> 22 nits </td><td> … </td></tr><tr><td> 區域Z2 </td><td> 80 nits </td><td> 20 nits </td><td> 5 nits </td><td> … </td></tr><tr><td> 區域Z3 </td><td> 100 nits </td><td> 100 nits </td><td> 70 nits </td><td> … </td></tr><tr><td> 區域Z4 </td><td> 100 nits </td><td> 90 nits </td><td> 22 nits </td><td> … </td></tr><tr><td> 區域Z5 </td><td> 80 nits </td><td> 20 nits </td><td> 5 nits </td><td> … </td></tr><tr><td> 區域Z6 </td><td> 100 nits </td><td> 100 nits </td><td> 70 nits </td><td> … </td></tr><tr><td> 區域Z7 </td><td> 80 nits </td><td> 20 nits </td><td> 5 nits </td><td> … </td></tr></TBODY></TABLE>
接著，自動調光方法再次執行步驟302~308，然此時運算處理器16係以第二曝光時間取得第二影像，並分別計算第二影像中的複數個區域的複數個第二亮度值，再將複數個第二亮度值與前述的預設範圍進行比較。如果複數個第二亮度值都介於預設範圍內，自動調光方法可將該些第二亮度值的第二比例關係設定成複數個發光單元14的發光上限比例；若是複數個第二亮度值中有至少一個超出預設範圍，自動調光方法則會再次執行步驟302~308，進一步以第三曝光時間(其它曝光時間)取得第三影像及其複數個第三亮度值。如上列表一所示，複數個第三亮度值都介於預設範圍內，因此自動調光方法可將該些亮度值之比例關係定義成複數個發光單元14的發光上限比例。
在本發明實施例中，自動調光方法較佳係逐次縮短每一次取得影像的曝光時間，例如第二曝光時間短於第一曝光時間、第三曝光時間短於第二曝光時間；然亦不限於反向設定，意即第N+1個曝光時間可長於第N個曝光時間。
接續上述的流程說明，在第二次執行步驟312的情況中，當自動調光方法判斷不以第二比例關係作為複數個發光單元14的發光上限比例時，除了再次執行步驟302~308以第三曝光時間取得第三影像及其複數個第三亮度值的方式外，自動調光方法還可選擇性另行比較複數個第二亮度值與複數個第一亮度值。當分別對應於複數個區域Z1~Z7的複數個第一亮度值或複數個第二亮度值的其中之一亮度值超出預設範圍、且複數個第一亮度值或複數個第二亮度值的其中之另一亮度值介於預設範圍內時，自動調光方法仍可分別取出第一比例關係與第二比例關係，再通過數值運算方式轉換此兩組比例關係(例如取得這兩組比例關係的算數平均值)，將轉換值作為所需的發光上限比例。
使用前述表一的區域Z1~Z3在第二與第三曝光時間的情形為例，擷取影像之區域Z1~Z3在第二曝光時間取得的亮度比例關係約為1：0.2：1.1，在第三曝光時間取得的亮度比例關係則為1：0.23：3.18。區域Z1與Z2的亮度值在第二曝光時間和第三曝光時間都介於預設範圍內；區域Z3的亮度值在第二曝光時間超出了預設範圍，到第三曝光時間才落入預設範圍內。區域Z2相對於區域Z1的比例可落在0.2~0.23之間，區域Z3相對於區域Z1的比例則需考量其在第二曝光時間的亮度值超過預設範圍之因素，通過數值運算方式可選擇較接近第三曝光時間所取得之數值，例如將上述兩組比例關係轉換為1：0.2：3。然實際應用並不限於此。
請參閱第5圖，第5圖為本發明實施例之攝影機10所擷取影像進行區域劃分之示意圖。為了避免影像擷取單元12所擷取影像中的部分亮場景或暗場景圖樣影響發光上限比例的計算精確性，本發明的自動調光方法在計算影像中複數個區域的各自亮度值時，進一步可先行計算複數個區域Z1~Z7的各自亮度分佈，如第5圖以區域Z3為例，將區域Z3的亮度分佈劃分成四個子區域R1~R4(子區域之數量不限於此)。接著，自動調光方法依預設的門檻範圍從亮度直方分佈圖或依其所劃分的該些子區域中排除對應於過亮場景或過暗場景圖樣的影像區塊，僅針對門檻範圍內之子區域進行數值運算，例如：若子區域R1對應到過亮場景(畫面中的照明裝置或光源)或過暗場景(畫面中陰影處)，自動調光方法只會利用子區域R2~R4計算區域Z3的亮度值，以取得所需的複數個區域分別的亮度值及其比例關係。
除了上述的直接排除過亮場景或過暗場景圖樣所對應之子區域的方式外，本發明的自動調光方法還可另提供加權參數予門檻範圍外的該亮度分佈，以第5圖為例，如子區域R1對應到過亮場景，自動調光方法給予其較低的轉換權重；如子區域R1對應到過暗場景，自動調光方法給予其較高的轉換權重。換句話說，自動調光方法係先對於門檻範圍外的子區域(亮度分佈)進行加權，再利用加權過後之該亮度分佈的數值(例如子區域R1)、及其它不需加權的亮度分佈數值(例如子區域R2~R4)，據此取得所需的複數個區域分別的亮度值及其比例關係。
請參閱第6圖，第6圖為本發明另一實施例之攝影機10’之外觀示意圖。在其它可能的實施例中，攝影機10’除了發光單元14與運算處理器16，還可包括多個影像擷取單元12。該多個影像擷取單元12可分別朝向不同的視野範圍，其數量與視角大小視實際需求而有所調整。舉例來說，若是影像擷取單元12的視角為90度，攝影機10’可配設指向不同方位的四個影像擷取單元12以擷取完整的全景影像；若是影像擷取單元12的視角達180度，攝影機10’則配設指向不同方位的兩個影像擷取單元12即可。攝影機10’先將多個影像擷取單元12取得的影像合併成全景影像後，再根據全景影像執行自動調光流程。再者，配合本發明的自動調光方法，圍繞在多個影像擷取單元12的該些發光單元14係對應到影像上的區域Z1，其餘發光單元14依其位置分別對應到區域Z2~Z7，後續的自動調光流程如同前述實施例所述，於此不再重複敘明。
綜上所述，本發明的攝影機較佳為魚眼攝影機，自動調光方法可針對魚眼攝影機提供完善的全域照明。自動調光方法利用攝影機的曝光調整功能，以至少一個不同曝光時間拍攝影像，依據發光單元之分佈將影像分成多個區域，並計算該些區域各自的亮度值。如果該些亮度值都介於預設範圍內，如前述表一之第三曝光時間取得之數據，該些亮度值的比例關係就能作為複數個發光單元的發光上限比例。如果有部分亮度值落在預設範圍外，自動調光方法再以不同曝光時間拍攝另一張影像，同樣分析該另一張影像之各區域的亮度值，直到該些亮度值都介於預設範圍內，就能依此亮度值所對應的比例關係作為複數個發光單元的發光上限比例。
除了反覆調整曝光時間以拍攝出各區域亮度值符合預設範圍之影像的方式，本發明另可將不同曝光時間之多組不完全符合預設範圍的多個亮度值的兩組比例關係以取平均或其它方式得到所需的發光上限比例。此外，本發明的自動調光方法還能以排除特定子區域、或加權特定子區域的方式，針對影像中的過亮或過暗場景做出相應修正，可以精準計算出監控影像中各區域需要的配光強度，找出適合攝影機及其發光單元的最佳配光策略。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、10’‧‧‧攝影機
12‧‧‧影像擷取單元
14‧‧‧發光單元
16‧‧‧運算處理器
I1‧‧‧第一影像
Z1~Z7‧‧‧影像的多個區域
R1~R4‧‧‧各區域的多個子區域
300、302、304、306、308、310、312‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例之攝影機之外觀示意圖。 第2圖為本發明實施例之攝影機之功能方塊圖。 第3圖為本發明實施例之自動調光方法之流程圖。 第4圖為本發明實施例之攝影機與其擷取影像之示意圖。 第5圖為本發明實施例之攝影機所擷取影像進行區域劃分之示意圖。 第6圖為本發明另一實施例之攝影機之外觀示意圖。
300、302、304、306、308、310、312‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種自動調光方法，應用於具有複數個發光單元以及至少一影像擷取單元的攝影機，該自動調光方法包含有：驅動該複數個發光單元輸出最大發光亮度；驅動該至少一影像擷取單元以一第一曝光時間取得一第一影像；分別計算該第一影像之複數個區域的複數個第一亮度值；將該複數個第一亮度值與一預設範圍進行比較；根據比較結果，決定是否以該複數個第一亮度值之一第一比例關係作為該複數個發光單元的一發光上限比例；以及當決定要以該第一比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例時，儲存該第一比例關係以設定為該複數個發光單元的複數個調整參數，其中該複數個調整參數係經由規一化(normalize)該第一比例關係而取得。
  2. 如請求項1所述之自動調光方法，其中該複數個第一亮度值全部介於該預設範圍內時，該自動調光方法以該第一比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例。
  3. 如請求項1所述之自動調光方法，其中該複數個第一亮度值中有至少一個超出該預設範圍時，該自動調光方法不以該第一比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例。
  4. 如請求項3所述之自動調光方法，其中當決定不以該第一比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例時，該自動調光方法另包含有： 驅動該至少一影像擷取單元以一第二曝光時間取得一第二影像；分別計算該複數個區域的複數個第二亮度值；將該複數個第二亮度值與該預設範圍進行比較；以及根據比較結果，決定是否以該複數個第二亮度值之一第二比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例。
  5. 如請求項4所述之自動調光方法，其中當決定不以該第二比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例時，該自動調光方法另包含有：比較該複數個第二亮度值與該複數個第一亮度值，其中，當分別對應於該複數個區域的該複數個第一亮度值或該複數個第二亮度值的其中之一亮度值超出該預設範圍、且該複數個第一亮度值或該複數個第二亮度值的其中之另一亮度值介於該預設範圍內時，該自動調光方法係利用該第一比例關係與該第二比例關係進行數值運算以取得該發光上限比例。
  6. 如請求項1所述之自動調光方法，其中於分別計算該第一影像之該複數個區域的該複數個第一亮度值時，該自動調光方法另包含有：分別計算該複數個區域各自的亮度分佈；以及利用於一門檻範圍內之該亮度分佈進行數值運算以取得該第一亮度值。
  7. 如請求項1所述之自動調光方法，其中於分別計算該第一影像之該複數個區域的該複數個第一亮度值時，該自動調光方法另包含有：分別計算該複數個區域的複數個亮度分佈；分別加權於一門檻範圍外的該複數個亮度分佈；以及利用加權過後之該複數個亮度分佈進行數值運算以取得該複數個第一亮度 值。
  8. 一種自動調光方法，應用於具有複數個發光單元以及至少一影像擷取單元的攝影機，該自動調光方法包含有：驅動該複數個發光單元輸出最大發光亮度；驅動該至少一影像擷取單元以一第一曝光時間取得一第一影像；分別計算該第一影像之複數個區域的複數個第一亮度值；將該複數個第一亮度值與一預設範圍進行比較；以及根據比較結果，決定是否以該複數個第一亮度值之一第一比例關係作為該複數個發光單元的一發光上限比例；其中該複數個第一亮度值中有至少一個超出該預設範圍時，該自動調光方法不以該第一比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例。
  9. 如請求項8所述之自動調光方法，其中當決定不以該第一比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例時，該自動調光方法另包含有：驅動該至少一影像擷取單元以一第二曝光時間取得一第二影像；分別計算該複數個區域的複數個第二亮度值；將該複數個第二亮度值與該預設範圍進行比較；以及根據比較結果，決定是否以該複數個第二亮度值之一第二比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例。
  10. 如請求項9所述之自動調光方法，其中當決定不以該第二比例關係作為該複數個發光單元的該發光上限比例時，該自動調光方法另包含有：比較該複數個第二亮度值與該複數個第一亮度值，其中，當分別對應於該複 數個區域的該複數個第一亮度值或該複數個第二亮度值的其中之一亮度值超出該預設範圍、且該複數個第一亮度值或該複數個第二亮度值的其中之另一亮度值介於該預設範圍內時，該自動調光方法係利用該第一比例關係與該第二比例關係進行數值運算以取得該發光上限比例。
  11. 如請求項8所述之自動調光方法，其中於分別計算該第一影像之該複數個區域的該複數個第一亮度值時，該自動調光方法另包含有：分別計算該複數個區域各自的亮度分佈；以及利用於一門檻範圍內之該亮度分佈進行數值運算以取得該第一亮度值。
  12. 如請求項8所述之自動調光方法，其中於分別計算該第一影像之該複數個區域的該複數個第一亮度值時，該自動調光方法另包含有：分別計算該複數個區域的複數個亮度分佈；分別加權於一門檻範圍外的該複數個亮度分佈；以及利用加權過後之該複數個亮度分佈進行數值運算以取得該複數個第一亮度值。
  13. 一種攝影機，其包含有：至少一影像擷取單元，用來擷取影像；複數個發光單元，環設於該至少一影像擷取單元的周圍；以及一運算處理器，電連接於該至少一影像擷取單元與該複數個發光單元，該運算處理器用來執行如請求項1至7其中任一所述的自動調光方法。
  14. 一種攝影機，其包含有： 至少一影像擷取單元，用來擷取影像；複數個發光單元，環設於該至少一影像擷取單元的周圍；以及一運算處理器，電連接於該至少一影像擷取單元與該複數個發光單元，該運算處理器用來執行如請求項8至12其中任一所述的自動調光方法。
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