TWI603623B - 自動曝光控制與影像對比調整系統 - Google Patents

Description

自動曝光控制與影像對比調整系統

本發明係有關一種自動曝光控制與影像對比調整系統，特別是關於補償影像感測器因為自動曝光調整所造成的曝光不足。

由於影像感測器的動態範圍一般較自然場景的動態範圍來得小，因此需要藉由自動曝光（automatic exposure）控制機制來調整影像感測器的積分時間（integration time）與增益，用以避免曝光過度或曝光不足情形的發生。

傳統自動曝光控制方法通常使用整張影像的平均或中心加權平均，以決定適當的曝光設定（亦即，積分時間與增益）。藉由適當的曝光設定，使得該平均或中心加權平均得以趨近預設自動曝光目標值。

當場景具有過曝區或重點區時，傳統自動曝光控制會使用較大加權於該些區域，使其具有足夠亮度。然而，這樣的控制機制往往使得整張影像造成曝光不足。

除了前述具特定加權之區域的自動曝光統計方法，另一種會造成曝光不足的傳統自動曝光機制為自動曝光目標調整方法。舉例而言，當於夜間場景拍照時，自動曝光目標的設定會較白天場景來得低，用以得到較佳影像品質，因而容易造成曝光不足的情形。

雖然有人提出一些方法來改善上述缺失，但是有些方法因未考慮自動曝光響應，因此容易造成過度強化，有些方法則是無法相容於具特定加權之區域的自動曝光統計機制。

因此亟需提出一種既可以改善曝光不足，且能保持原自動曝光控制優點的自動曝光控制與影像對比調整系統。

鑑於上述，本發明實施例提出一種自動曝光控制與影像對比調整系統，用以補償影像感測器因為自動曝光調整所造成的曝光不足，適用於過曝區或重點區（region of interest, ROI）或夜間場景的補償。本實施例僅基於曝光調整所造成之曝光不足而進行補償，因此不但可改善曝光不足，且能保持原自動曝光控制的優點。

根據本發明實施例，自動曝光控制與影像對比調整系統包含自動曝光裝置、動態對比強化裝置、曝光控制裝置及影像對比調整裝置。自動曝光裝置接收輸入影像，並據以產生曝光設定。動態對比強化裝置根據輸入影像以產生對比曲線。曝光控制裝置根據產生之曝光設定改變影像感測器之曝光。影像對比調整裝置根據產生之對比曲線調整在曝光改變後取得影像之對比。

根據第一實施例，自動曝光裝置包含第一亮度值產生單元，根據輸入影像以產生第一亮度值，且過曝區或重點區具較大權重；及曝光設定單元，根據第一亮度值以決定曝光設定，使得第一亮度值趨近預設的參考值。動態對比強化裝置包含第二亮度值產生單元，根據輸入影像以產生第二亮度值，但過曝區及重點區不具較大權重；曝光不足預估單元，根據第一亮度值與第二亮度值，以得到曝光不足預估值；及對比曲線決定單元，根據曝光不足預估值，以決定對比曲線，其代表輸出影像與輸入影像的關係。

根據第二實施例，自動曝光裝置包含第一亮度值產生單元，根據輸入影像以產生第一亮度值；目標值產生單元，根據周圍光線強度以產生目標值；及曝光設定單元，根據第一亮度值與目標值以決定曝光設定，使得第一亮度值趨近目標值。動態對比強化裝置包含曝光不足預估單元，根據目標值與預設的參考值，以得到曝光不足預估值；及對比曲線決定單元，根據曝光不足預估值，以決定對比曲線，其代表輸出影像與輸入影像的關係。

根據第三實施例，自動曝光裝置包含第一亮度值產生單元，根據輸入影像以產生第一亮度值，且過曝區或重點區具較大權重；目標值產生單元，根據周圍光線強度以產生目標值；及曝光設定單元，根據第一亮度值與目標值以決定曝光設定，使得第一亮度值趨近目標值。動態對比強化裝置包含第二亮度值產生單元，根據輸入影像以產生第二亮度值，但過曝區及重點區不具較大權重；曝光不足預估單元，根據第一亮度值與第二亮度值，以得到第一曝光不足預估值，且根據目標值與預設的參考值，以得到第二曝光不足預估值，第一曝光不足預估值與第二曝光不足預估值相乘以得到曝光不足預估值；及對比曲線決定單元，根據曝光不足預估值，以決定對比曲線，其代表輸出影像與輸入影像的關係。

第一圖顯示本發明第一實施例之自動曝光（automatic exposure）控制與影像對比調整系統1的系統方塊圖，用以補償影像感測器因為自動曝光調整所造成的曝光不足（underexposure），特別適用於具過曝區或重點區（region of interest, ROI）的補償。自動曝光控制與影像對比調整系統1包含自動曝光裝置10、動態對比強化裝置20、曝光控制裝置30及影像對比調整裝置40。其中，自動曝光裝置10接收輸入影像，並據以產生曝光設定。動態對比強化裝置20根據輸入影像以產生對比曲線。曝光控制裝置30根據（自動曝光裝置10所產生的）曝光設定改變影像感測器之曝光。影像對比調整裝置40根據（動態對比強化裝置20所產生的）對比曲線調整在曝光改變後取得影像之對比。

在本實施例中，自動曝光裝置10包含第一亮度值產生單元101，根據輸入影像以產生第一亮度值，且過曝區或重點區（ROI）具較大權重。在一實施例中，第一亮度值係使用平均或中心加權與具特定加權之區域的自動曝光統計方法所產生。第一亮度值L1可表示如下： 其中n表示總像素數目，Y _i表示像素i的亮度，w1 _i表示像素i的第一位置權重（其可以均為1或者影像中心具有較大w1 _i），w2 _i表示像素i的亮度權重（Y _i愈大則w2 _i愈大），w3 _i表示像素i的第二位置權重（位於重點區內的像素i具有較大w3 _i）。

在另一實施例中，第一亮度值L1係由重點區亮度值Y_ROI與過曝區亮度值Y_highlight所組成： 內總像素數目 其中α表示結合係數（0＜=α＜=1）。

自動曝光裝置10還包含曝光設定單元102，根據第一亮度值以決定曝光設定，使得第一亮度值趨近預設參考（目標）值。

在本實施例中，動態對比強化裝置20包含第二亮度值產生單元201，根據輸入影像以產生第二亮度值，但過曝區及重點區（region of interest, ROI）不具較大權重。在一實施例中，第二亮度值係使用平均或中心加權方法所產生。第二亮度值L2可表示如下：

動態對比強化裝置20還包含曝光不足預估單元202，根據（第一亮度值產生單元101所產生的）第一亮度值與（第二亮度值產生單元201所產生的）第二亮度值，以得到曝光不足預估值。當第一亮度值與第二亮度值的差異愈大，則愈容易造成曝光不足。在一實施例中，曝光不足預估值相關於第一亮度值與第二亮度值的比值（亦即L1/L2），曝光不足預估值可表示為(L1/L2)*G或者1+(L1/L2-1)*G，其中G為介於0與1之間的實數，且曝光不足預估值介於一範圍內。第二圖例示曝光不足預估值與亮度值比值(L1/L2)的關係圖，其中Func1代表G=1時的曝光不足預估值曲線。

在另一實施例中，對於曝光不足預估值曲線Func1，當比值(L1/L2)大於預設臨界值時，曝光不足預估值曲線Func1可乘以一個大於1的變數，得到曝光不足預估值曲線Func2。

在又一實施例中，第一亮度值L1係由重點區亮度值Y_ROI與過曝區亮度值Y_highlight所組成，因此曝光不足預估值可表示為Func3(Y_ROI/L2)*α+Func4(Y_highlight/L2)*(1-α)，其中Func3/Func4類似於Func1/Func2，且Func3可異於Func4。例如，當容許重點區之外存在曝光不足，Func3可使用較小G值。

為了避免對比的突然變化，可使用阻尼（damping）機制於（曝光不足預估單元202所產生的）曝光不足預估值。當第一亮度值接近目標值時，可增強阻尼強度，用以匹配較小的曝光改變。

動態對比強化裝置20還包含對比曲線決定單元203，根據（曝光不足預估單元202所產生的）曝光不足預估值，以決定對比曲線。第三圖顯示輸出影像與輸入影像的關係圖。第一曲線31表示影像對比調整裝置40所得到的影像輸出入關係，而第二曲線32則表示預設影像輸出入關係，其值大於第一曲線31。對比曲線決定單元203根據曝光不足預估值，調合（blend）第一曲線31與第二曲線32以強化曝光不足區域。在本實施例中，於低亮度區域，增加第一曲線31的斜率以強化曝光不足。於中亮度至高亮度區域，第一曲線31之變化小於第一曲線31於低亮度區域之變化，用以保持自動曝光控制的優點。根據本實施例，當曝光不足預估值愈大，則第一曲線31愈接近第二曲線32。

最後，曝光控制裝置30根據自動曝光裝置10所產生的曝光設定改變影像感測器之曝光；影像對比調整裝置40根據動態對比強化裝置20所產生的對比曲線，調整在曝光改變後取得影像之對比。

第四圖顯示本發明第二實施例之自動曝光控制與影像對比調整系統2的系統方塊圖，用以補償影像感測器因為自動曝光調整所造成的曝光不足，特別適用於夜景的補償。類似於第一實施例，自動曝光控制與影像對比調整系統2包含自動曝光裝置10、動態對比強化裝置20、曝光控制裝置30及影像對比調整裝置40。

在本實施例中，自動曝光裝置10包含第一亮度值產生單元101，根據輸入影像以產生第一亮度值。

自動曝光裝置10還包含目標值產生單元103，根據周圍光線強度以產生目標值。當周圍光線強度愈小，則目標值也愈小。上述周圍光線強度可根據影像資料與曝光設定而得到。

自動曝光裝置10還包含曝光設定單元102，根據第一亮度值及目標值以決定曝光設定，使得第一亮度值趨近目標值。

在本實施例中，動態對比強化裝置20包含曝光不足預估單元202，根據（目標值產生單元103所產生的）目標值與預設參考（目標）值，以得到曝光不足預估值。當目標值與預設參考（目標）值的差異愈大，則愈容易造成曝光不足。在一實施例中，曝光不足預估值相關於目標值T2與預設參考（目標）值T1的比值（亦即T1/T2）。曝光不足預估值可表示為Func5(T1/T2)，其類似於第二圖的Func1/Func2。

動態對比強化裝置20還包含對比曲線決定單元203，根據（曝光不足預估單元202所產生的）曝光不足預估值，以決定對比曲線。

最後，曝光控制裝置30根據自動曝光裝置10所產生的曝光設定改變影像感測器之曝光；影像對比調整裝置40根據動態對比強化裝置20所產生的對比曲線，調整在曝光改變後取得影像之對比。

第五圖顯示本發明第三實施例之自動曝光控制與影像對比調整系統3的系統方塊圖。本實施例係結合第一實施例（第一圖）與第二實施例（第四圖）而成，用以補償影像感測器因為自動曝光調整所造成的曝光不足，適用於具過曝區/重點區（ROI）及夜景的補償。類似於第一、第二實施例，自動曝光控制與影像對比調整系統3包含自動曝光裝置10、動態對比強化裝置20、曝光控制裝置30及影像對比調整裝置40。

在本實施例中，自動曝光裝置10包含第一亮度值產生單元101。如第一實施例所述，根據輸入影像以產生第一亮度值。

自動曝光裝置10還包含目標值產生單元103。如第二實施例所述，根據周圍光線強度以產生目標值。

自動曝光裝置10還包含曝光設定單元102，根據第一亮度值及目標值以決定曝光設定，使得第一亮度值趨近目標值。

在本實施例中，動態對比強化裝置20包含第二亮度值產生單元201，根據輸入影像以產生第二亮度值，其細節如第一實施例所述。

動態對比強化裝置20還包含曝光不足預估單元202。如第一實施例所述，曝光不足預估單元202根據（第一亮度值產生單元101所產生的）第一亮度值與（第二亮度值產生單元201所產生的）第二亮度值，以得到第一曝光不足預估值。此外，如第二實施例所述，曝光不足預估單元202根據（目標值產生單元103所產生的）目標值與預設參考（目標）值，以得到第二曝光不足預估值。將第一曝光不足預估值與第二曝光不足預估值相乘，即可得到曝光不足預估單元202所產生的曝光不足預估值。

動態對比強化裝置20還包含對比曲線決定單元203，根據（曝光不足預估單元202所產生的）曝光不足預估值，以決定對比曲線。

最後，曝光控制裝置30根據自動曝光裝置10所產生的曝光設定改變影像感測器之曝光；影像對比調整裝置40根據動態對比強化裝置20所產生的對比曲線，調整在曝光改變後取得影像之對比。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

1‧‧‧自動曝光控制與影像對比調整系統

2‧‧‧自動曝光控制與影像對比調整系統

3‧‧‧自動曝光控制與影像對比調整系統

10‧‧‧自動曝光裝置

101‧‧‧第一亮度值產生單元

102‧‧‧曝光設定單元

103‧‧‧目標值產生單元

20‧‧‧動態對比強化裝置

201‧‧‧第二亮度值產生單元

202‧‧‧曝光不足預估單元

203‧‧‧對比曲線決定單元

30‧‧‧曝光控制裝置

31‧‧‧第一曲線

32‧‧‧第二曲線

40‧‧‧影像對比調整裝置

L1‧‧‧第一亮度值

L2‧‧‧第二亮度值

Func1‧‧‧曝光不足預估值曲線

Func2‧‧‧曝光不足預估值曲線

第一圖顯示本發明第一實施例之自動曝光控制與影像對比調整系統的系統方塊圖。 第二圖例示曝光不足預估值與亮度值比值的關係圖。 第三圖顯示輸出影像與輸入影像的關係圖。 第四圖顯示本發明第二實施例之自動曝光控制與影像對比調整系統的系統方塊圖。 第五圖顯示本發明第三實施例之自動曝光控制與影像對比調整系統的系統方塊圖。

1‧‧‧自動曝光控制與影像對比調整系統

10‧‧‧自動曝光裝置

101‧‧‧第一亮度值產生單元

102‧‧‧曝光設定單元

20‧‧‧動態對比強化裝置

201‧‧‧第二亮度值產生單元

202‧‧‧曝光不足預估單元

203‧‧‧對比曲線決定單元

30‧‧‧曝光控制裝置

40‧‧‧影像對比調整裝置

Claims (9)

1. 一種自動曝光控制與影像對比調整系統，包含：一自動曝光裝置，接收輸入影像，並據以產生曝光設定；一動態對比強化裝置，根據該輸入影像以產生對比曲線；一曝光控制裝置，根據產生之該曝光設定改變影像感測器之曝光；及一影像對比調整裝置，根據產生之該對比曲線調整在曝光改變後取得影像之對比；其中該自動曝光裝置包含：一第一亮度值產生單元，根據該輸入影像以產生第一亮度值，且過曝區或重點區具較大權重；及一曝光設定單元，根據該第一亮度值以決定曝光設定，使得該第一亮度值趨近預設的參考值；其中該動態對比強化裝置包含：一曝光不足預估單元，根據該第一亮度值，以得到曝光不足預估值；及一對比曲線決定單元，根據該曝光不足預估值，以決定對比曲線，其代表輸出影像與該輸入影像的關係；其中該第一亮度值係由重點區亮度值與過曝區亮度值所組成。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之自動曝光控制與影像對比調整系統，於產生該第一亮度值時，像素亮度愈大則權重愈大。
3. 一種自動曝光控制與影像對比調整系統，包含：一自動曝光裝置，接收輸入影像，並據以產生曝光設定； 一動態對比強化裝置，根據該輸入影像以產生對比曲線；一曝光控制裝置，根據產生之該曝光設定改變影像感測器之曝光；及一影像對比調整裝置，根據產生之該對比曲線調整在曝光改變後取得影像之對比；其中該自動曝光裝置包含：一第一亮度值產生單元，根據該輸入影像以產生第一亮度值，且過曝區或重點區具較大權重；及一曝光設定單元，根據該第一亮度值以決定曝光設定，使得該第一亮度值趨近預設的參考值；其中該動態對比強化裝置包含：一曝光不足預估單元，根據該第一亮度值，以得到曝光不足預估值；及一對比曲線決定單元，根據該曝光不足預估值，以決定對比曲線，其代表輸出影像與該輸入影像的關係；其中該動態對比強化裝置更包含：一第二亮度值產生單元，根據該輸入影像以產生第二亮度值，但該過曝區及該重點區不具較大權重，所產生之該第二亮度值饋至該曝光不足預估單元。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之自動曝光控制與影像對比調整系統，其中該第二亮度值係使用平均或中心加權方法所產生。
5. 根據申請專利範圍第3項所述之自動曝光控制與影像對比調整系統，其中該曝光不足預估值相關於該第一亮度值與該第二亮度值的比值。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之自動曝光控制與影像對比調整系統，其中該曝光不足預估值與該比值的關係形成曝光不足預估值曲線，當該比值大於預設臨界值時，該曝光不足預估值曲線乘以一個大於1的變數。
7. 一種自動曝光控制與影像對比調整系統，包含：一自動曝光裝置，接收輸入影像，並據以產生曝光設定；一動態對比強化裝置，根據該輸入影像以產生對比曲線；一曝光控制裝置，根據產生之該曝光設定改變影像感測器之曝光；及一影像對比調整裝置，根據產生之該對比曲線調整在曝光改變後取得影像之對比；其中該自動曝光裝置包含：一第一亮度值產生單元，根據該輸入影像以產生第一亮度值，且過曝區或重點區具較大權重；及一曝光設定單元，根據該第一亮度值以決定曝光設定，使得該第一亮度值趨近預設的參考值；其中該動態對比強化裝置包含：一曝光不足預估單元，根據該第一亮度值，以得到曝光不足預估值；及一對比曲線決定單元，根據該曝光不足預估值，以決定對比曲線，其代表輸出影像與該輸入影像的關係；更包含使用阻尼(damping)機制於該曝光不足預估值，當該第一亮度值接近該參考值時，增強阻尼強度，用以匹配較小的曝光改變。
8. 一種自動曝光控制與影像對比調整系統，包含：一自動曝光裝置，接收輸入影像，並據以產生曝光設定；一動態對比強化裝置，根據該輸入影像以產生對比曲線；一曝光控制裝置，根據產生之該曝光設定改變影像感測器之曝光；及一影像對比調整裝置，根據產生之該對比曲線調整在曝光改變後取得影像之對比；其中該自動曝光裝置包含：一第一亮度值產生單元，根據該輸入影像以產生第一亮度值，且過曝區或重點區具較大權重；及一曝光設定單元，根據該第一亮度值以決定曝光設定，使得該第一亮度值趨近預設的參考值；其中該動態對比強化裝置包含：一曝光不足預估單元，根據該第一亮度值，以得到曝光不足預估值；及一對比曲線決定單元，根據該曝光不足預估值，以決定對比曲線，其代表輸出影像與該輸入影像的關係；其中該對比曲線決定單元包含第一曲線用以表示該影像對比調整裝置所得到的影像輸出入關係，及第二曲線用以表示預設影像輸出入關係，其值大於該第一曲線，該對比曲線決定單元根據該曝光不足預估值，調合該第一曲線與該第二曲線以強化曝光不足區域。
9. 根據申請專利範圍第8項所述之自動曝光控制與影像對比調整系統，於低亮度區域，增加該第一曲線的斜率以強化曝光不足，於中亮度 至高亮度區域，第一曲線之變化小於第一曲線於低亮度區域之變化，當曝光不足預估值愈大，則該第一曲線愈接近該第二曲線。