TWI629550B - 影像擷取裝置及其縮放影像的方法 - Google Patents

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Abstract

一種影像擷取裝置及其縮放影像的方法。此方法利用廣角鏡頭與望遠鏡頭分別拍攝廣角影像與望遠影像，接著辨識廣角影像或望遠影像中的興趣物件。然後，接收縮放倍率以縮放廣角影像或望遠影像，並在縮放過程中調整用以擷取廣角影像與望遠影像的興趣視窗的擷取範圍，使得由興趣視窗所擷取的廣角影像的中心朝向該興趣物件移動，且當縮放倍率到達望遠鏡頭的放大倍率時，該興趣物件在興趣視窗所擷取的廣角影像與望遠影像中的位置等同。

Description

影像擷取裝置及其縮放影像的方法
本發明是有關於一種影像擷取裝置及影像處理方法，且特別是有關於一種影像擷取裝置及其縮放影像的方法。
隨著影像擷取技術的日益進步，數位相機的畫素大幅增加，但相機尺寸則相對縮小，而可配置在手機、平板電腦等可攜式電子裝置上，讓使用者能夠隨時隨地拍攝影像。為了在手機、平板電腦上實現相機變焦功能，市面上許多產品會同時配備具不同可視範圍（Field of View，FOV）的廣角鏡頭及望遠鏡頭。如圖1所示的廣角鏡頭12及望遠鏡頭14，其中廣角鏡頭12的放大倍率為Zwide ，其具有較大的可視範圍及較短的焦距；望遠鏡頭14的放大倍率為Ztele ，其具有較小的可視範圍及較長的焦距。藉由這兩個鏡頭的搭配，可提供類似光學變焦的功能，讓使用者能夠自由調整縮放倍率（zoom factor），觀看不同倍率的縮放影像。
上述的縮放影像是電子裝置針對雙鏡頭所擷取的影像實施裁切、對位、融合等處理所得到的結果，其可能是從廣角鏡頭拍攝的廣角影像、望遠鏡頭拍攝的望遠影像或以上兩者所獲得。詳言之，根據輸入的縮放倍率，電子裝置例如會從廣角影像或望遠影像中擷取部分影像來放大，而提供符合此縮放倍率的影像。或者，電子裝置會將兩張影像融合以產生合成影像，其中是以望遠影像做為合成影像的中央部分，而以廣角影像做為合成影像的周圍部分，藉此合成的影像將會近似於光學變焦後的影像。
在許多情況下，電子裝置僅執行數位變焦來獲得縮放影像，也就是縮放影像是從廣角影像或望遠影像中裁切一部分放大而成。詳言之，圖2是習知雙鏡頭裝置縮放影像的示意圖。請參照圖1，習知雙鏡頭裝置會利用廣角鏡頭、望遠鏡頭分別擷取廣角影像22及望遠影像24，並根據使用者輸入的縮放倍率ZF，從廣角影像22或望遠影像24中擷取縮放影像。其中，若使用者輸入的縮放倍率ZF介於望遠鏡頭的放大倍率Ztele 與廣角鏡頭的放大倍率Zwide 之間，雙鏡頭裝置會使用廣角影像22來產生縮放影像，即根據縮放倍率ZF的大小擷取廣角影像22中央部分的影像22a並放大為縮放影像22b；而若使用者輸入的縮放倍率ZF高於或等於望遠鏡頭的放大倍率Ztele ，雙鏡頭裝置則會使用望遠影像24來產生縮放影像，即根據縮放倍率ZF的大小擷取望遠影像24中央部分的影像24a並放大為縮放影像24b。其中，當使用者輸入的縮放倍率ZF由低於放大倍率Ztele 增加至高於放大倍率Ztele ，則在縮放倍率ZF恰等於放大倍率Ztele 的當下，雙鏡頭裝置擷取縮放影像的對象會由廣角影像22轉換至望遠影像24。
然而，當雙鏡頭裝置要在廣角影像與望遠影像之間轉換時，因為廣角鏡頭與望遠鏡頭的視角不同，使用者常會看到不連續的影像變化。
詳言之，圖3是圖1中廣角鏡頭與望遠鏡頭的視角差異的示意圖。請參照圖3，由於廣角鏡頭12與望遠鏡頭14之間會有間隔（長度為d），兩個鏡頭擷取的影像會有些許差異。例如，廣角影像12a中的像素點B’會對應到望遠影像14a中的像素點A’’、B’’，這是因為在廣角影像12a的視角中，物件A會被物件B遮蔽，因此在廣角影像12a中只會看到像素點B’。
圖4是習知雙鏡頭裝置縮放影像的示意圖。請參照圖4，當使用者輸入的縮放倍率是介於廣角鏡頭的放大倍率Zwide 與望遠鏡頭的放大倍率Ztele 之間時，電子裝置會直接擷取廣角影像42中央部分的影像42a，並放大為縮放影像42b；而當使用者輸入的縮放倍率等於望遠鏡頭的放大倍率Ztele 時，電子裝置則會將所顯示的縮放影像由廣角影像22中央部分的影像42a的放大影像42b切換為望遠影像44。比較放大影像42b和望遠影像44可知，其中興趣物件C的位置具有偏移，此偏移將造成電子裝置在從放大影像42b切換至望遠影像44時，使用者會看到興趣物件C突然跳動到另一個位置，從而影響到使用者的觀感。
本發明提供一種影像擷取裝置及其縮放影像的方法，可減少影像切換過程中不連續的影像變化。
本發明的一種影像擷取裝置縮放影像的方法，適用於具有廣角鏡頭與望遠鏡頭的影像擷取裝置。此方法利用廣角鏡頭與望遠鏡頭分別拍攝廣角影像與望遠影像，接著辨識廣角影像與望遠影像中的一興趣物件。然後，接收縮放倍率以縮放廣角影像或望遠影像，並在縮放過程中調整用以擷取廣角影像的興趣視窗（Window of Interest，WOI）的擷取範圍，使得由興趣視窗所擷取的廣角影像的中心朝向該興趣物件移動，且當縮放倍率到達望遠鏡頭的放大倍率時，該興趣物件在興趣視窗所擷取的廣角影像與望遠影像中的位置等同。
在本發明的一實施例中，所述在縮放過程中調整用以擷取廣角影像與望遠影像的興趣視窗的擷取範圍，使得由興趣視窗所擷取的廣角影像的中心朝向興趣物件移動的步驟包括擷取廣角影像及望遠影像中的興趣物件的至少一個特徵點及其對應的至少一個匹配點，然後利用所述特徵點及匹配點，計算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心，而根據廣角影像的中心、望遠影像的虛擬中心及縮放倍率，計算廣角影像的中心與虛擬中心之間的多個中間點，作為縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗的中心，最後則根據興趣視窗的中心及縮放倍率，利用興趣視窗從廣角影像及望遠影像中擷取縮放影像。
在本發明的一實施例中，所述擷取廣角影像及望遠影像中的興趣物件的特徵點及其對應的匹配點的步驟包括擷取廣角影像中興趣物件的特徵點，並搜尋望遠影像中對應於所述特徵點的匹配點。
在本發明的一實施例中，所述利用特徵點及匹配點，計算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心的步驟包括計算由望遠影像中各個匹配點至望遠影像的中心的向量，將向量乘以廣角鏡頭與望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量，以及由廣角鏡頭中對應於此匹配點的特徵點加上轉換向量，推算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心。
在本發明的一實施例中，所述擷取廣角影像及望遠影像中的興趣物件的特徵點及其對應的匹配點的步驟包括擷取望遠影像中興趣物件的特徵點，並搜尋廣角影像中對應於所述特徵點的匹配點。
在本發明的一實施例中，所述利用特徵點及匹配點，計算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心的步驟包括計算由望遠影像中各個特徵點至望遠影像的中心的向量，將此向量乘以廣角鏡頭與望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量，以及由廣角鏡頭中對應於所述特徵點的匹配點加上轉換向量，推算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心。
在本發明的一實施例中，所述根據廣角影像的中心、望遠影像的虛擬中心及縮放倍率，計算廣角影像的中心與虛擬中心之間的中間點，作為縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗的中心的步驟包括根據縮放倍率與廣角鏡頭及望遠鏡頭的放大倍率之間的比例關係，於廣角影像的中心與虛擬中心之間內插中間點。
在本發明的一實施例中，所述方法更包括將廣角影像的尺寸乘上廣角鏡頭的放大倍率與縮放過程中各個興趣視窗對應的縮放倍率的比值，以獲得興趣視窗的尺寸。
在本發明的一實施例中，所述根據興趣視窗的中心及縮放倍率，利用興趣視窗從廣角影像及望遠影像中擷取縮放影像的步驟更包括判斷廣角影像與望遠影像中的場景是否有變化，其中若有發生變化，則根據當前使用的興趣視窗的中心、望遠影像的虛擬中心及縮放倍率，計算興趣視窗的中心與虛擬中心之間的中間點，作為後續縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗的中心。
本發明的一種影像擷取裝置包括廣角鏡頭、望遠鏡頭及影像處理電路。其中，廣角鏡頭用以擷取廣角影像，望遠鏡頭用以擷取望遠影像。影像處理電路耦接廣角鏡頭與望遠鏡頭，用以處理廣角影像與望遠影像以產生縮放影像，其中包括興趣物件辨識模組及影像縮放模組。興趣物件辨識模組是用以辨識廣角影像或望遠影像中的興趣物件。影像縮放模組是用以接收縮放倍率以縮放廣角影像或望遠影像，並在縮放過程中調整用以擷取廣角影像的興趣視窗的擷取範圍，使得由興趣視窗所擷取的廣角影像的中心朝向興趣物件移動，且當縮放倍率到達望遠鏡頭的放大倍率時，興趣物件在興趣視窗所擷取的廣角影像與望遠影像中的位置等同。
在本發明的一實施例中，所述的興趣物件辨識模組包括擷取廣角影像及望遠影像中的興趣物件的至少一個特徵點及其對應的至少一個匹配點，而所述的縮放影像擷取模組包括利用所述特徵點及匹配點，計算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心，並根據廣角影像的中心、望遠影像的虛擬中心及縮放倍率，計算廣角影像的中心與虛擬中心之間的多個中間點，作為縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗的中心，以及根據興趣視窗的中心及縮放倍率，利用興趣視窗從廣角影像中擷取縮放影像。
在本發明的一實施例中，所述的興趣物件辨識模組包括擷取廣角影像中興趣物件的特徵點，並搜尋望遠影像中對應於這些特徵點的匹配點。
在本發明的一實施例中，所述的縮放影像擷取模組包括計算由望遠影像中各個匹配點至望遠影像的中心的向量，將此向量乘以廣角鏡頭與望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量，以及由廣角鏡頭中對應於匹配點的特徵點加上轉換向量，推算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心。
在本發明的一實施例中，所述的興趣物件辨識模組包括擷取望遠影像中興趣物件的特徵點，並搜尋廣角影像中對應於這些特徵點的匹配點。
在本發明的一實施例中，所述的縮放影像擷取模組包括計算由望遠影像中各個特徵點至望遠影像的中心的向量，將此向量乘以廣角鏡頭與望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量，以及由廣角鏡頭中對應於特徵點的匹配點加上轉換向量，推算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心。
在本發明的一實施例中，所述的縮放影像擷取模組包括根據縮放倍率與廣角鏡頭及望遠鏡頭的放大倍率之間的比例關係，於廣角影像的中心與該虛擬中心之間內插中間點。
在本發明的一實施例中，所述的縮放影像擷取模組更將廣角影像的尺寸乘上廣角鏡頭的放大倍率與縮放過程中各個興趣視窗對應的縮放倍率的比值，以獲得興趣視窗的尺寸。
在本發明的一實施例中，所述的影像處理電路更包括 場景判斷模組，其是用以判斷廣角影像與望遠影像中的場景是否有變化，其中若有發生變化，由縮放影像擷取模組根據當前使用的興趣視窗的中心、望遠影像的虛擬中心及縮放倍率，計算興趣視窗的中心與虛擬中心之間的中間點，作為後續縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗的中心。
基於上述，本發明的影像擷取裝置及其縮放影像的方法，藉由找出廣角或望遠影像中的興趣物件，並以此興趣物件作為中心定義縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗。藉由興趣視窗在縮放過程中將縮放影像的中心逐漸轉移到興趣物件上，使得影像擷取裝置在從廣角影像切換至望遠影像時，影像中的興趣物件位於相同位置。藉此，可減少影像中主體物件跳動所造成的不連續感覺。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
相對於習知影像擷取裝置在縮放影像時是擷取廣角影像中央部分來放大的做法，本發明係基於廣角影像或望遠影像中的興趣物件（object of interest）的位置來選擇擷取部分並進行放大。詳言之，本發明會辨識廣角影像及望遠影像中的興趣物件，並根據此興趣物件在廣角影像與望遠影像中的對應位置定義一個用以擷取縮放影像的興趣視窗（window of interest，WOI），進而擷取此興趣視窗內的影像來放大作為縮放影像。本發明更進一步監測縮放過程中的場景變化，並在偵測到場景變化時，重新計算上述興趣視窗的位置，並以最近一次使用的興趣視窗的位置做為起點重新計算後續縮放過程中興趣視窗的位置。藉此，可在影像縮放過程中，將所擷取縮放影像的中心逐漸由廣角影像的中心轉移至興趣物件上，從而減少影像中主體物件跳動所造成的不連續。
圖5是依照本發明一實施例所繪示的影像擷取裝置縮放影像的方法的示意圖。請參照圖5，本實施例繪示影像擷取裝置在縮放影像時由廣角影像52切換至望遠影像54的過程。其中，影像擷取裝置例如會辨識廣角影像52與望遠影像54中的興趣物件D，而根據興趣物件D在廣角影像52的位置決定興趣視窗52a。在本實施例中，興趣視窗52a是以興趣物件D在廣角影像52中的位置作為中心。而在其他實施例中，興趣視窗52a的位置亦可參考興趣物件D在望遠影像54中的位置來決定。興趣視窗52a的尺寸係根據使用者輸入的縮放倍率來決定，而興趣視窗52a內的影像將被放大為縮放影像52b。藉由興趣視窗52a調整放大區域，當縮放倍率等於望遠鏡頭的放大倍率Ztele 時，由興趣視窗52a內影像放大的縮放影像52b中的興趣物件D將會與望遠影像54中的興趣物件D位於同一位置。藉由在縮放過程中將使用者關注的興趣物件D調整到同一位置，可在影像擷取裝置切換影像時，減少使用者因興趣物件D位置跳動所產生的影像不連續的觀感。
圖6是依照本發明一實施例所繪示的影像擷取裝置的方塊圖。請參照圖1，本實施例的影像擷取裝置60例如是數位相機、數位攝影機（Digital Video Camcorder，DVC），或是手機、平板電腦等可攜式電子裝置，其可提供攝像功能。影像擷取裝置60中包括廣角鏡頭62、望遠鏡頭64與影像處理電路66，其功能分述如下：
廣角鏡頭62與望遠鏡頭64分別包括光學鏡頭、致動器、光圈、快門及影像感測器等元件。其中，光學鏡頭是由數個凹凸透鏡組合而成，其是由步進馬達或音圈馬達（Voice Coil Motor，VCM）等致動器驅動以改變透鏡之間的相對位置，從而改變焦距。光圈是由許多金屬葉片構成的圈狀開孔，此開孔會隨著光圈值的大小而開大或縮小，進而控制光學鏡頭的進光量。快門是用以控制光進入光學鏡頭的時間長短，其與光圈的組合會影響影像感測器所擷取影像的曝光量。影像感測器中配置有電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）、互補性氧化金屬半導體（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS）元件或其他種類的感光元件，而可感測進入光學鏡頭的光線強度以產生影像。在本實施例中，廣角鏡頭62具有較大的放大倍率與可視範圍（Field of View，FOV）以及較短的焦距，望遠鏡頭64具有較小的放大倍率與可視範圍以及較長的焦距。
影像處理電路66中包括興趣物件辨識模組662及縮放影像擷取模組664。在一實施例中，上述影像處理電路66中的各個模組例如是以積體電路（Integrate Circuit，IC）實作，而可實現本發明實施例所述的影像縮放方法。在另一實施例中，上述的影像處理電路66例如包括儲存裝置及處理器，其中儲存裝置例如是具有資料儲存功能的硬碟或記憶體，而處理器則例如是中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）、微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝（Programmable Logic Device，PLD）或其他具有資料運算功能的裝置。上述影像處理電路66中的各個模組例如是儲存在儲存裝置中的電腦程式，這些程式可經由處理器載入，而執行本發明實施例所述的影像縮放方法。
詳言之，圖7是依照本發明一實施例所繪示之影像擷取裝置縮放影像的方法流程圖。請同時參照圖6及圖7，本實施例的方法適用於上述圖6的影像擷取裝置60，以下即搭配圖6中影像擷取裝置60的各項元件，說明本實施例之影像縮放方法的詳細步驟：
首先，利用廣角鏡頭62與望遠鏡頭64分別拍攝廣角影像與望遠影像（步驟S702）。其中，影像擷取裝置60例如是在使用者按下快門鍵後，即同時觸發廣角鏡頭62與望遠鏡頭64拍攝影像。
接著，興趣物件辨識模組662辨識廣角影像及望遠影像中的一興趣物件（步驟S704）。其中，興趣物件辨識模組662例如會根據廣角鏡頭62與望遠鏡頭64的對焦位置，或是廣角影像與望遠影像中的人像或移動物件，來辨識興趣物件。
然後，縮放影像擷取模組664會接收縮放倍率以縮放廣角影像或望遠影像，並在縮放過程中調整用以擷取廣角影像與望遠影像的興趣視窗（Window of Interest，WOI）的擷取範圍，使得由興趣視窗所擷取的廣角影像的中心朝向興趣物件移動，且當縮放倍率到達望遠鏡頭的放大倍率時，興趣物件在興趣視窗所擷取的廣角影像與該望遠影像中的位置等同（步驟S706）。其中，縮放影像擷取模組664可依據興趣物件在望遠影像中的位置，移動用以擷取廣角影像的興趣視窗的擷取範圍，使得所擷取的廣角影像逐漸朝向興趣物件移動。最終，當縮放至望遠鏡頭的放大倍率時，興趣物件在興趣視窗所擷取的廣角影像與該望遠影像中的位置將會是等同的。例如圖5中，由興趣視窗52a內影像放大的縮放影像52b中的興趣物件D將會與望遠影像54中的興趣物件D位於同一位置。
在縮放過程中，由縮放影像擷取模組668擷取的影像會依序顯示於影像擷取裝置60的顯示器（未繪示）上，以供使用者觀看影像縮放的過程。其中，由於影像擷取裝置60顯示的影像在縮放過程中會逐漸移往興趣物件，即便使用者所要縮放的倍率高過望遠鏡頭64的放大倍率，使得影像擷取裝置60必須從廣角影像切換為望遠影像以繼續進行影像縮放，由於在縮放倍率等於望遠鏡頭64的放大倍率的當下，從廣角影像中擷取的縮放影像的可視範圍已移到興趣物件上，而與望遠影像中的興趣物件的位置重疊，故使用者在影像切換過程中將不會察覺到興趣物件有明顯變化。
藉此，由於使用者所關注的興趣物件在切換前後的位置及大小並未明顯變化，因此可減少使用者對於影像切換所造成的影像不連續的觀感。
需說明的是，上述實施例的方法適用於縮放倍率由小至大、縮放影像會由廣角影像切換至望遠影像的情況，也適用於縮放倍率由大至小、縮放影像會由望遠影像切換至廣角影像的情況。也就是說，無論預設倍率與所接收縮放倍率是大是小，本實施例的方法均能夠藉由將興趣視窗所擷取的廣角影像的中心朝向興趣物件移動，使得在縮放至望遠鏡頭的放大倍率的當下，由廣角影像擷取的縮放影像中的興趣物件，將與由望遠影像擷取的縮放影像中的興趣物件的位置等同。藉此，使用者在影像切換過程中將不會察覺到興趣物件有明顯變化。
舉例來說，對於縮放倍率由小至大、縮放影像由廣角影像切換至望遠影像的情況，圖8是依照本發明一實施例所繪示之影像擷取裝置縮放影像的方法流程圖。請同時參照圖6及圖8，本實施例的方法適用於上述圖6的影像擷取裝置60，以下即搭配圖6中影像擷取裝置60的各項元件，說明本實施例之影像縮放方法的詳細步驟：
首先，利用廣角鏡頭62與望遠鏡頭64分別拍攝廣角影像與望遠影像（步驟S802）。其中，影像擷取裝置60例如是在使用者按下快門鍵後，即同時觸發廣角鏡頭62與望遠鏡頭64拍攝影像。
接著，興趣物件辨識模組662辨識廣角影像及望遠影像中的一興趣物件，擷取廣角影像及望遠影像中的興趣物件的特徵點及其對應的匹配點（步驟S804）。在一實施例中，興趣物件辨識模組662可擷取廣角影像中興趣物件的特徵點，並搜尋望遠影像中對應於所述特徵點的匹配點。而在另一實施例中，興趣物件辨識模組662則可擷取望遠影像中興趣物件的特徵點，並搜尋廣角影像中對應於所述特徵點的匹配點。其中，興趣物件辨識模組662所擷取的特徵點可以是興趣物件的一或多個特徵點，本實施例並不設限。
接著，縮放影像擷取模組664利用興趣物件辨識模組662所擷取的特徵點及匹配點，計算望遠影像的中心在廣角影像中對應的虛擬中心（步驟S806）。詳言之，縮放影像擷取模組664例如會先計算由望遠影像中的匹配點至望遠影像中心的向量，然後將此向量乘以廣角鏡頭與望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量，最後再將廣角鏡頭中對應於匹配點的特徵點加上此轉換向量，從而推算出望遠影像中心在廣角影像中對應的虛擬中心。
之後，縮放影像擷取模組664即根據廣角影像中心、望遠影像的虛擬中心及縮放倍率，計算廣角影像中心與虛擬中心之間的多個中間點，作為縮放過程中用以擷取縮放影像的多個興趣視窗的中心（步驟S808）。詳言之，縮放影像擷取模組664例如是根據縮放倍率與廣角鏡頭及望遠鏡頭的放大倍率之間的比例關係，於廣角影像中心與虛擬中心之間內插多個中間點，以作為多個興趣視窗的中心。縮放影像擷取模組664還將廣角影像的尺寸乘上廣角鏡頭62的放大倍率與縮放過程中興趣視窗對應的縮放倍率的比值，以獲得興趣視窗的尺寸。
最後，縮放影像擷取模組664即根據其所計算的興趣視窗的中心及縮放倍率，利用興趣視窗從廣角影像及望遠影像中擷取縮放影像（步驟S810）。縮放過程中由縮放影像擷取模組664擷取的縮放影像會依序顯示於影像擷取裝置60的顯示器（未繪示）上供使用者觀看影像縮放的過程。其中，由於影像擷取裝置60顯示的影像在縮放過程中會逐漸移往興趣物件，即便使用者所要縮放的倍率高過望遠鏡頭64的放大倍率，使得影像擷取裝置60必須從廣角影像切換為望遠影像以繼續進行影像縮放，由於在縮放倍率等於望遠鏡頭64的放大倍率的當下，從廣角影像中擷取的縮放影像的可視範圍已移到興趣物件上，而與望遠影像中的興趣物件的位置重疊，故使用者在影像切換過程中將不會察覺到興趣物件有明顯變化。
需說明的是，雖然本實施例藉由在廣角影像中移動興趣視窗以擷取縮放影像的方式可確保影像切換過程中興趣物件的位置維持不變，但由於廣角鏡頭62與望遠鏡頭64先天即具有視角不同的問題，影像切換過程中縮放影像的背景部分仍會有偏移。惟，由於使用者的視線通常專注於影像中的興趣物件，而非背影，因此採用本實施例的方法可減少或避免使用者察覺到影像切換過程所產生的影像不連續。
舉例來說，圖9A至圖9D是依照本發明一實施例所繪示之定義興趣視窗的示意圖。請先參照圖9A，本實施例係利用特徵點比對演算法中的特徵點偵測、特徵點描述及特徵點對應三個步驟，辨識廣角影像92中的興趣物件E，並以特徵向量來描述興趣物件E，之後則利用此特徵向量在望遠影像94中搜尋與興趣物件E相對應的興趣物件E’。其中，本實施例使用興趣物件E的頂點作為特徵點w，而藉由上述的特徵點對應方式，可在興趣物件E’中找到與特徵點w相對應的匹配點t。
接著，請參照圖9B，本實施例繼續利用上述特徵點計算廣角影像92與望遠影像94的對應關係（correspondence），其中例如會計算望遠影像94中由匹配點t的位置pt 至其中心ct 的向量vt ，然後將此向量vt 乘上廣角鏡頭與望遠鏡頭的放大倍率的比值（即Zwide /Ztele ），而獲得轉換向量vt_vrt 。最後，將此轉換向量vt_vrt 導入廣角影像中92，從特徵點w的位置pw 加上轉換向量vt_vrt 後，即可獲得與望遠影像中心ct 相對應的虛擬中心ct_vrt 。計算公式如下：
(1)
(2)
(3)
之後，請參照圖9C，在取得虛擬中心ct_vrt 的位置後，即可計算出由廣角鏡頭的放大倍率Zwide 縮放至望遠鏡頭的放大倍率Ztele 的過程中，任何一個縮放倍率所對應的興趣視窗的中間點位置。以縮放倍率Zcurrent 為例，根據其與廣角鏡頭及望遠鏡頭的放大倍率Zwide 與Ztele 之間的比例關係，即可在廣角影像92的中心cw 與虛擬中心ct_vrt 之間內插出其對應的中間點ccurrent 。計算公式如下：
(4)
最後，請參照圖9D，在取得中間點ccurrent 的位置後，即可以此位置做為中心，而定義出興趣視窗92a的範圍。其中，興趣視窗92a的寬Wwoi 與高Hwoi 可由廣角影像92的寬W與高H依照縮放倍率Zcurrent 與廣角鏡頭及望遠鏡頭的放大倍率Zwide 與Ztele 之間的比例關係算出。計算公式如下：
(5)
(6)
藉由上述方式定義的興趣視窗，即可用以界定出由廣角鏡頭的放大倍率Zwide 縮放至望遠鏡頭的放大倍率Ztele 的過程中，任何一個縮放倍率下要從廣角鏡頭中擷取的影像的範圍。而由於在縮放過程中，興趣視窗的中心會逐漸移往與與望遠影像中心相對應的虛擬中心，因此當縮放倍率放大到達望遠鏡頭的放大倍率而需要由廣角影像切換至望遠影像時，影像中出現的興趣物件將會位於相同位置。藉此，使用者所關注的興趣物件在切換前後的位置及大小並未明顯變化，因此可減少使用者對於影像切換所造成的影像不連續的觀感。
需說明的是，在使用者進行變焦操作的同時，原本的拍攝場景可能發生變化，此時若依照先前所計算的方式縮放影像，將會因為興趣物件的位置發生變化，而同樣產生影像不連續的狀況。對此，本發明一實施例係在縮放過程中偵測影像中的場景變化，並在場景發生變化時，重新計算後續縮放所使用的興趣視窗的位置，以解決影像不連續的問題。
詳言之，在圖6的實施例中，影像擷取裝置60的影像處理電路66例如還包括場景判斷模組（未繪示），其會判斷縮放過程中廣角影像與望遠影像中的場景是否有變化。其中，若場景判斷模組判斷有發生變化，則縮放影像擷取模組664會根據當前使用的興趣視窗的中心、望遠影像的虛擬中心及縮放倍率，計算興趣視窗的中心與虛擬中心之間的中間點，作為後續縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗的中心。
舉例來說，圖10是依照本發明一實施例所繪示之定義興趣視窗的示意圖。請參照圖10，本實施例係使用圖9A至圖9D所揭露之方法，計算出由廣角鏡頭的放大倍率Zwide 縮放至望遠鏡頭的放大倍率Ztele 的過程（興趣視窗的中心由廣角影像102的中心cw 移至望遠影像虛擬中心ct_vrt1 ）中，任何一個縮放倍率下的興趣視窗的中心及尺寸後。若廣角影像與望遠影像中的場景發生變化，則會以前次縮放的興趣視窗的中心cprevious 做為起點，重新計算新的望遠影像的虛擬中心ct_vrt2 的位置，再計算此興趣視窗的中心cprevious 與虛擬中心ct_vrt2 之間的中間點ccurrent ，而用以作為後續縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗的中心。
藉由上述方法，本實施例的影像擷取裝置可在縮放過程中因應影像場景的變化而改變擷取影像的範圍，使得縮放影像的範圍繼續向影像中的興趣物件移動，確保後續影像切換時興趣物件的顯示為連續的。
綜上所述，本發明的影像擷取裝置及其縮放影像的方法是在影像擷取裝置根據使用者輸入的縮放倍率而擷取並顯示縮放影像的過程中，將從廣角影像及望遠影像中擷取影像由影像中心逐漸轉移到興趣物件中心，確保在後續進行影像切換時，興趣物件在切換前後影像中的位置是一致的。藉此，可減少影像中主體物件跳動所造成的不連續感覺。本發明更在影像縮放過程中監測場景變化，並適時調整所擷取影像的範圍，使得縮放影像繼續向影像中的興趣物件移動，確保後續影像切換時興趣物件的顯示為連續的。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
12、62‧‧‧廣角鏡頭
14、64‧‧‧望遠鏡頭
22、42、52、92‧‧‧廣角影像
24、44、54、94‧‧‧望遠影像
22a、24a、42a‧‧‧中央部分的影像
22b、24b、42b、52b‧‧‧縮放影像
52a‧‧‧興趣視窗
60‧‧‧影像擷取裝置
66‧‧‧影像處理電路
662‧‧‧興趣物件辨識模組
664‧‧‧縮放影像擷取模組
ZF、Zcurrent‧‧‧縮放倍率
A、B‧‧‧物件
A’、B’、B’’‧‧‧像素點
C、D、E、E’‧‧‧興趣物件
H‧‧‧廣角影像的高
Hwoi‧‧‧興趣視窗的高
W‧‧‧廣角影像的寬
Wwoi‧‧‧興趣視窗的寬
pt‧‧‧匹配點t的位置
pw‧‧‧特徵點w的位置
ct‧‧‧望遠影像中心
cw‧‧‧廣角影像中心
ct_vrt、ct_vrt1、ct_vrt2‧‧‧虛擬中心
ccurrent‧‧‧中間點
cprevious‧‧‧目前縮放的興趣視窗的中心
t‧‧‧匹配點
w‧‧‧特徵點
vt‧‧‧向量
vt_vrt‧‧‧轉換向量
Zwide‧‧‧廣角鏡頭的放大倍率
Ztele‧‧‧望遠鏡頭的放大倍率
S702~S706‧‧‧本發明一實施例之影像擷取裝置縮放影像的方法的步驟。
S802~S810‧‧‧本發明一實施例之影像擷取裝置縮放影像的方法的步驟。
圖1是習知廣角鏡頭及望遠鏡頭的可視範圍的示意圖。 圖2是習知雙鏡頭裝置縮放影像的示意圖。 圖3是圖1中廣角鏡頭與望遠鏡頭的視角差異的示意圖。 圖4是習知雙鏡頭裝置縮放影像的示意圖。 圖5是依照本發明一實施例所繪示的影像擷取裝置縮放影像的方法的示意圖。 圖6是依照本發明一實施例所繪示的影像擷取裝置的方塊圖。 圖7是依照本發明一實施例所繪示之影像擷取裝置縮放影像的方法流程圖。 圖8是依照本發明一實施例所繪示之影像擷取裝置縮放影像的方法流程圖。 圖9A至圖9D是依照本發明一實施例所繪示之定義興趣視窗的示意圖。 圖10是依照本發明一實施例所繪示之定義興趣視窗的示意圖。

Claims (18)

  1. 一種影像擷取裝置縮放影像的方法，適用於具有廣角鏡頭與望遠鏡頭的影像擷取裝置，其中該廣角鏡頭的可視範圍（Field of View，FOV）大於該望遠鏡頭的可視範圍，該方法包括下列步驟： 利用該廣角鏡頭與該望遠鏡頭分別拍攝廣角影像與望遠影像； 辨識該廣角影像與該望遠影像中的一興趣物件；以及 接收縮放倍率以縮放該廣角影像或該望遠影像，並在縮放過程中調整用以擷取該廣角影像的興趣視窗（Window of Interest，WOI）的擷取範圍，使得由該興趣視窗所擷取的該廣角影像的中心朝向該興趣物件移動，且 當該縮放倍率到達該望遠鏡頭的放大倍率時，該興趣物件在該興趣視窗所擷取的該廣角影像與該望遠影像中的位置等同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在縮放過程中調整用以擷取該廣角影像的該興趣視窗的擷取範圍，使得由該興趣視窗所擷取的該廣角影像的中心朝向該興趣物件移動的步驟包括： 擷取該廣角影像及該望遠影像中的該興趣物件的至少一特徵點及其對應的至少一匹配點； 利用所述特徵點及所述匹配點，計算該望遠影像的中心在該廣角影像中對應的虛擬中心； 根據該廣角影像的中心、該望遠影像的該虛擬中心及該縮放倍率，計算該廣角影像的中心與該虛擬中心之間的多個中間點，作為縮放過程中用以擷取縮放影像的該興趣視窗的中心；以及 根據該興趣視窗的所述中心及該縮放倍率，利用該興趣視窗從該廣角影像及該望遠影像中擷取所述縮放影像。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中擷取該廣角影像及該望遠影像中的該興趣物件的所述特徵點及其對應的所述匹配點的步驟包括： 擷取該廣角影像中該興趣物件的所述特徵點，並搜尋該望遠影像中對應於所述特徵點的所述匹配點。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中利用所述特徵點及所述匹配點，計算該望遠影像的中心在該廣角影像中對應的虛擬中心的步驟包括： 計算由該望遠影像中各所述匹配點至該望遠影像的中心的向量； 將該向量乘以該廣角鏡頭與該望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量；以及 由該廣角鏡頭中對應於該匹配點的該特徵點加上該轉換向量，推算該望遠影像的中心在該廣角影像中對應的該虛擬中心。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中擷取該廣角影像及該望遠影像中的該興趣物件的所述特徵點及其對應的所述匹配點的步驟包括： 擷取該望遠影像中該興趣物件的所述特徵點，並搜尋該廣角影像中對應於所述特徵點的所述匹配點。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中利用所述特徵點及所述匹配點，計算該望遠影像的中心在該廣角影像中對應的虛擬中心的步驟包括： 計算由該望遠影像中各所述特徵點至該望遠影像的中心的向量； 將該向量乘以該廣角鏡頭與該望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量；以及 由該廣角鏡頭中對應於該特徵點的該匹配點加上該轉換向量，推算該望遠影像的中心在該廣角影像中對應的該虛擬中心。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中根據該廣角影像的中心、該望遠影像的該虛擬中心及該縮放倍率，計算該廣角影像的中心與該虛擬中心之間的所述中間點，作為縮放過程中用以擷取所述縮放影像的該興趣視窗的中心的步驟包括： 根據該縮放倍率與該廣角鏡頭及該望遠鏡頭的放大倍率之間的比例關係，於該廣角影像的中心與該虛擬中心之間內插所述中間點。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的方法，更包括： 將該廣角影像的尺寸乘上該廣角鏡頭的放大倍率與縮放過程中各所述興趣視窗對應的該縮放倍率的比值，以獲得該興趣視窗的尺寸。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中根據該興趣視窗的所述中心及該縮放倍率，利用該興趣視窗從該廣角影像及該望遠影像中擷取所述縮放影像的步驟更包括： 判斷該廣角影像與該望遠影像中的場景是否有變化；以及 若有發生變化，根據當前使用的該興趣視窗的中心、該望遠影像的該虛擬中心及該縮放倍率，計算該興趣視窗的中心與該虛擬中心之間的所述中間點，作為後續縮放過程中用以擷取所述縮放影像的該興趣視窗的所述中心。
  10. 一種影像擷取裝置，包括： 廣角鏡頭，擷取廣角影像； 望遠鏡頭，擷取望遠影像； 影像處理電路，耦接該廣角鏡頭與該望遠鏡頭，處理該廣角影像與該望遠影像以產生縮放影像，包括： 興趣物件辨識模組，辨識該廣角影像與該望遠影像中的一興趣物件；以及 縮放影像擷取模組，接收縮放倍率以縮放該廣角影像或該望遠影像，並在縮放過程中調整用以擷取該廣角影像的興趣視窗的擷取範圍，使得由該興趣視窗所擷取的該廣角影像的中心朝向該興趣物件移動，且 當該縮放倍率到達該望遠鏡頭的放大倍率時，該興趣物件在該興趣視窗所擷取的該廣角影像與該望遠影像中的位置等同。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的影像擷取裝置，其中該興趣物件辨識模組更擷取該廣角影像及該望遠影像中的該興趣物件的至少一特徵點及其對應的至少一匹配點，且該縮放影像擷取模組包括利用所述特徵點及所述匹配點，計算該望遠影像的中心在該廣角影像中對應的虛擬中心，並根據該廣角影像的中心、該望遠影像的該虛擬中心及縮放倍率，計算該廣角影像的中心與該虛擬中心之間的多個中間點，作為縮放過程中用以擷取縮放影像的興趣視窗的中心，以及根據該興趣視窗的所述中心及該縮放倍率，利用該興趣視窗從該廣角影像及該望遠影像中擷取所述縮放影像。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的影像擷取裝置，其中該興趣物件辨識模組包括擷取該廣角影像中該興趣物件的所述特徵點，並搜尋該望遠影像中對應於所述特徵點的所述匹配點。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的影像擷取裝置，其中該縮放影像擷取模組包括計算由該望遠影像中各所述匹配點至該望遠影像的中心的向量，將該向量乘以該廣角鏡頭與該望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量，以及由該廣角鏡頭中對應於該匹配點的該特徵點加上該轉換向量，推算該望遠影像的中心在該廣角影像中對應的該虛擬中心。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的影像擷取裝置，其中該興趣物件辨識模組包括擷取該望遠影像中該興趣物件的所述特徵點，並搜尋該廣角影像中對應於所述特徵點的所述匹配點。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的影像擷取裝置，其中該縮放影像擷取模組包括計算由該望遠影像中各所述特徵點至該望遠影像的中心的向量，將該向量乘以該廣角鏡頭與該望遠鏡頭的放大倍率的比值，以獲得轉換向量，以及由該廣角鏡頭中對應於該特徵點的該匹配點加上該轉換向量，推算該望遠影像的中心在該廣角影像中對應的該虛擬中心。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的影像擷取裝置，其中該縮放影像擷取模組包括根據該縮放倍率與該廣角鏡頭及該望遠鏡頭的放大倍率之間的比例關係，於該廣角影像的中心與該虛擬中心之間內插所述中間點。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的影像擷取裝置，其中該縮放影像擷取模組更將該廣角影像的尺寸乘上該廣角鏡頭的放大倍率與縮放過程中各所述興趣視窗對應的該縮放倍率的比值，以獲得該興趣視窗的尺寸。
  18. 如申請專利範圍第10項所述的影像擷取裝置，其中所述影像處理電路更包括： 場景判斷模組，判斷該廣角影像與該望遠影像中的場景是否有變化，其中若有發生變化，由該縮放影像擷取模組根據當前使用的該興趣視窗的中心、該望遠影像的該虛擬中心及該縮放倍率，計算該興趣視窗的中心與該虛擬中心之間的所述中間點，作為後續縮放過程中用以擷取所述縮放影像的該興趣視窗的所述中心。
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