TWI705708B

TWI705708B - 影像錄影裝置及影像運算方法

Info

Publication number: TWI705708B
Application number: TW107131741A
Authority: TW
Inventors: 林仲祥
Original assignee: 仁寶電腦工業股份有限公司
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2020-09-21
Also published as: TW202011729A; US10482585B1

Abstract

本案提供一種影像錄影裝置及影像運算方法，其中色調調準部具有複數個色調映射調整曲線，且自動曝光部根據原始動態影像之亮度比對出最接近之亮度區間，使得色調調整部根據自動曝光部選擇亮度區間的結果而使用對應之色調映射調整曲線，以調整原始動態影像之亮度，故本案之影像錄影裝置及影像運算方法實際上係依據原始動態影像之不同亮度而利用不同的色調映射調整曲線來調整原始動態影像之亮度，本案之影像錄影裝置可針對具有不同亮度的原始動態影像進行亮度調整，使得輸出之調整動態影像可具備良好的動態影像品質。

Description

影像錄影裝置及影像運算方法

本案係關於一種影像錄影裝置及影像運算方法，尤指一種可依據不同亮度而套用不同的色調映射調整曲線，以獲得更佳動態影像品質之影像錄影裝置及影像運算方法。

在目前的技術中，影像錄影裝置，如相機、錄影機等，係用以進行動態影像(如影片)擷取。影像錄影裝置通常具有高動態範圍(High Dynamic Range, HDR)的功能，高動態範圍允許在影像中之最亮與最暗區域間具有較大動態範圍，使得影像錄影裝置於拍照及動態錄影時所呈現出來的影像色彩表現力較佳。

傳統影像錄影裝置可利用兩種方式之其中之一達到影像之高動態範圍，分別為隔行掃描高動態範圍影像(Interlaced video HDR)及Z字形高動態範圍影像(Zig Zag video HDR, ZZHDR)，其中Z字形高動態範圍影像因輸出影像速度較快，尺寸不會縮減等原因，廣泛運用在影像錄影裝置當中。

傳統利用Z字形高動態範圍影像之影像錄影裝置在擷取原始動態影像後，係利用預先設定的單一調整值對原始動態影像之亮度進行調整及補償，以輸出補償後之動態影像。然因此種傳統利用Z字形高動態範圍影像之影像錄影裝置不論原始動態影像是在何種亮度的情況下進行擷取，僅能套用相同之調整值來調整原始動態影像之亮度，使得傳統利用Z字形高動態範圍影像之影像錄影裝置所輸出之調整動態影像之品質較差，例如，當原始動態影像以單一調整值進行亮度調整時，原始動態影像中的低亮度區域雖可以調整亮度上升至適當的亮度，然而原始動態影像中的高亮度區域僅能使用相同之調整值而調整亮度繼續上升，使得原始動態影像中的高亮度區域有過曝的疑慮，如此一來，傳統利用Z字形高動態範圍影像之影像錄影裝置所輸出之調整動態影像的動態影像品質便較差。

因此，如何發展一種克服上述缺點的影像錄影裝置及影像運算方法，實為目前迫切之需求。

本案之目的在於提供一種影像錄影裝置及影像運算方法，其係預設有複數個相異的色調映射調整曲線，藉此可針對原始動態影像之不同影像資訊而選用複數個色調映射調整曲線中對應之色調映射調整曲線來調整原始動態影像之亮度，使得調整後之動態影像具有較佳的動態影像品質。

為達上述目的，本案之一實施態樣為提供一種影像錄影裝置，包含偵測模組以及影像訊號輸出模組。偵測模組包含偵測部、數據統計部及色調調準部。偵測部依據曝光參數擷取原始動態影像，並輸出原始動態影像之影像資訊。數據統計部係與偵測部相連接而接收原始動態影像之影像資訊，並統計以輸出原始動態影像之影像資訊。色調調準部係與偵測部相連接，且具有預先設定之相異的複數個色調映射調整曲線，色調調準部接收原始動態影像之影像資訊，並利用複數個色調映射調整曲線之其中之一色調映射調整曲線調整原始動態影像之亮度，以根據調整後之原始動態影像輸出調整動態影像之影像資訊。影像訊號輸出模組包含自動曝光部及動態對比調整部。自動曝光部係與數據統計部、偵測部及色調調準部相連接，且預設有複數個亮度區間，自動曝光部從數據統計部接收原始動態影像之影像資訊，並根據原始動態影像之影像資訊輸出第一指令至偵測部，使偵測部根據第一指令調整曝光參數，自動曝光部更根據原始動態影像之影像資訊而從複數個亮度區間中比對出最接近之亮度區間，並依亮度區間而輸出第二指令至色調調準部，使色調調準部根據第二指令而選擇對應的色調映射調整曲線來調整原始動態影像之亮度，以輸出調整動態影像之影像資訊。動態對比調整部係與色調調準部相連接，用以接收色調調準部所傳來之調整動態影像之影像資訊，以對應輸出調整動態影像。

為達上述目的，本案之一實施態樣為提供一種影像運算方法，係應用於影像錄影裝置，而影像錄影裝置包含偵測模組及影像訊號輸出模組，偵測模組包含偵測部、數據統計部及色調調準部，色調調準部具有預先設定之相異的複數個色調映射調整曲線，影像訊號輸出模組包含自動曝光部及動態對比調整部，自動曝光部預設有複數個亮度區間，其中影像運算方法包括下列步驟：步驟(a)係偵測部依據曝光參數擷取原始動態影像，並輸出原始動態影像之影像資訊。步驟(b)係數據統計部接收原始動態影像之影像資訊，並統計以輸出原始動態影像之影像資訊。步驟(c)係自動曝光部從數據統計部接收原始動態影像之影像資訊，並根據原始動態影像之影像資訊輸出第一指令至偵測部，使偵測部根據第一指令調整曝光參數，自動曝光部更根據原始動態影像之影像資訊而從複數個亮度區間中比對出最接近之亮度區間，並依亮度區間而輸出第二指令至色調調準部，使色調調準部根據第二指令而選擇複數個色調映射調整曲線之其中之一色調映射調整曲線來調整原始動態影像之亮度，以輸出調整動態影像之影像資訊。步驟(d)係動態對比調整部接收色調調準部所傳來之調整動態影像之影像資訊，以對應輸出調整動態影像。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖，其係為本案較佳實施例之影像錄影裝置之電路結構圖。如圖所示，本實施例之影像錄影裝置1係可為但不限為應用於Z字形高動態範圍影像，且包含偵測模組2及影像訊號輸出模組3。偵測模組2包含偵測部21、數據統計部22及色調調準部23。偵測部21係依據一曝光參數，例如光圈值、快門值或感光度(International Organization for Standardization, ISO)等，來擷取原始動態影像，並輸出原始動態影像之影像資訊。數據統計部22係與偵測部21相連接，用以接收偵測部21提供之原始動態影像之影像資訊，並統計以輸出原始動態影像之影像資訊，例如原始動態影像之亮度資訊。色調調準部23係與偵測部21相連接，且具有預先設定之相異的複數個色調映射調整曲線，色調調準部23更接收偵測部21提供之原始動態影像之影像資訊，並利用複數個色調映射調整曲線之其中之一色調映射調整曲線調整原始動態影像之亮度，進而根據調整後之原始動態影像輸出調整動態影像之影像資訊。

影像訊號輸出模組3包含自動曝光部31及動態對比調整部32。自動曝光部31與數據統計部22、偵測部21及色調調準部23相連接，且預設有相異的複數個亮度區間，其中亮度區間的個數係對應於色調映射調整曲線的個數，且每一個亮度區間皆對應一個與其它亮度區間相異的色調映射調整曲線。自動曝光部31接收由數據統計部22所提供之原始動態影像之影像資訊，並根據原始動態影像之影像資訊輸出第一指令至偵測部21，使得偵測部21根據第一指令調整用來擷取原始動態影像之曝光參數，此外，自動曝光部31更可根據原始動態影像之影像資訊而從複數個亮度區間中比對出最接近之亮度區間，並依亮度區間而輸出第二指令至色調調準部23，以使得色調調準部23根據第二指令而從複數個色調映射調整曲線之間選擇對應的色調映射調整曲線來調整原始動態影像之亮度，以輸出調整動態影像之影像資訊。動態對比調整部32係與色調調準部23相連接，用以接收色調調準部23提供之調整動態影像之影像資訊，並根據調整動態影像之影像資訊對應輸出調整動態影像。

於上述實施例中，色調映射調整曲線之曲率為原始動態影像之亮度與調整動態影像之亮度之比例值，且每一色調映射調整曲線的比例值的設定乃是在影像錄影裝置1出產前，先將原始動態影像在不同亮度情況下轉換為調整動態影像後，再依據調整動態影像的品質實際能被使用者所接受的範圍內進行設定，並已預先設定於色調調準部23內。

請參閱第2A及第2B圖，其中第2A圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第一色調映射調整曲線之曲線圖，第2B圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第二色調映射調整曲線之曲線圖。於一些實施例中，如第2A、2B圖所示，色調映射調整曲線的個數實際上為兩個，即第一色調映射調整曲線(如2A圖)及第二色調映射調整曲線(如2B圖)，其中第一色調映射調整曲線及第二色調映射調整曲線之X軸係分別為原始動態影像之亮度，而第一色調映射調整曲線及第二色調映射調整曲線之Y軸係分別為調整動態影像之亮度，由第2A及2B圖可知，第一色調映射調整曲線之曲率小於第二色調映射調整曲線之曲率。

而對應複數個色調映射調整曲線實際上包含第一色調映射調整曲線及第二色調映射調整曲線，故複數個亮度區間亦對應包含第一亮度區間及第二亮度區間，第一亮度區間可為但不限為感光度大於800，第二亮度區間可為但不限為感光度小於或等於800。當自動曝光部31根據原始動態影像之影像資訊選擇第一亮度區間時，色調調準部23便根據第二指令選擇第一色調映射調整曲線來調整原始動態影像之亮度，反之，當自動曝光部31根據原始動態影像之影像資訊選擇第二亮度區間時，色調調準部23便根據第二指令選擇第二色調映射調整曲線以調整原始動態影像之亮度。

請參閱第3A、3B及第3C圖，其中第3A圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第一色調映射調整曲線之曲線圖，第3B圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第二色調映射調整曲線之曲線圖，第3C圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第三色調映射調整曲線之曲線圖。於一些實施例中，色調映射調整曲線的個數不局限於兩個，色調映射調整曲線的個數可如第3A、3B及第3C圖所示而包含三個色調映射調整曲線，即第一色調映射調整曲線(如第3A圖)、第二色調映射調整曲線(如第3B圖)及第三色調映射調整曲線(如第3C圖)，其中第一色調映射調整曲線、第二色調映射調整曲線及第三色調映射調整曲線之X軸係分別為原始動態影像之亮度，而第一色調映射調整曲線、第二色調映射調整曲線及第三色調映射調整曲線之Y軸係分別為調整動態影像之亮度，由第3A、3B及第3C圖可知，第一色調映射調整曲線之曲率小於第二色調映射調整曲線之曲率，且第二色調映射調整曲線之曲率小於第三色調映射調整曲線。

而對應複數個色調映射調整曲線實際上包含第一色調映射調整曲線、第二色調映射調整曲線及第三色調映射調整曲線，故複數個亮度區間亦對應包含第一亮度區間、第二亮度區間及第三亮度區間，第一亮度區間可為但不限為感光度大於800，第二亮度區間可為但不限為感光度小於或等於800且大於400，第三亮度區間可為但不限為感光度小於或等於400。當自動曝光部31根據原始動態影像之影像資訊選擇第一亮度區間時，色調調準部23便根據第二指令選擇第一色調映射調整曲線以調整原始動態影像之亮度，此外，當自動曝光部31根據原始動態影像之影像資訊選擇第二亮度區間時，色調調準部23根據第二指令選擇第二色調映射調整曲線以調整原始動態影像之亮度，再者，當自動曝光部31根據原始動態影像之影像資訊選擇第三亮度區間，色調調準部23根據第二指令選擇第三色調映射調整曲線以調整原始動態影像之亮度。

當然，色調映射調整曲線及亮度區間之數量並不僅限於上述之實施例，更可包含四個以上，於此不再贅述。

請參閱第4圖並配合第1圖，其中第4圖為應用於第1圖所示之影像錄影裝置之影像運算方法之流程示意圖。如圖所示，首先執行步驟S1，偵測部21依據曝光參數擷取原始動態影像，並輸出原始動態影像之影像資訊。然後，執行步驟S2，數據統計部22接收原始動態影像之影像資訊，並統計以輸出原始動態影像之影像資訊。然後，執行步驟S3，自動曝光部31從數據統計部22接收原始動態影像之影像資訊，並根據原始動態影像之影像資訊輸出第一指令至偵測部21，使偵測部21根據第一指令調整曝光參數，自動曝光部31更根據原始動態影像之影像資訊而從複數個亮度區間中比對出最接近之亮度區間，並依亮度區間而輸出第二指令至色調調準部23，使色調調準部23根據第二指令而選擇複數個色調映射調整曲線之其中之一色調映射調整曲線來調整原始動態影像之亮度，以輸出調整動態影像之影像資訊。最後執行步驟S4，動態對比調整部32接收色調調準部23所傳來之調整動態影像之影像資訊，以對應輸出調整動態影像。

綜上所述，本案提供一種影像錄影裝置及影像運算方法，其中色調調準部具有複數個色調映射調整曲線，且自動曝光部根據原始動態影像之亮度以比對出最接近之的亮度區間，使得色調調整部根據自動曝光部選擇亮度區間的結果而使用對應之色調映射調整曲線，以調整原始動態影像之亮度，故本案之影像錄影裝置及影像運算方法實際上係依據原始動態影像之不同亮度而利用不同的色調映射調整曲線來調整原始動態影像之亮度，故相較於傳統影像錄影裝置不論原始動態影像在何種亮度的情況下，皆係利用相同之調整值來調整原始動態影像之亮度，本案之影像錄影裝置可針對具有不同亮度的原始動態影像進行亮度調整，使得輸出之調整動態影像可具備良好的動態影像品質。

1:影像錄影裝置2:偵測模組21:偵測部22:數據統計部23:色調調準部3:影像訊號輸出模組31:自動曝光部32:動態對比調整部S1~S4:步驟

第1圖為本案較佳實施例之影像錄影裝置之電路結構圖。第2A圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第一色調映射調整曲線之曲線圖。第2B圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第二色調映射調整曲線之曲線圖。第3A圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第一色調映射調整曲線之曲線圖。第3B圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第二色調映射調整曲線之曲線圖。第3C圖為第1圖所示之色調調準部所預設之第三色調映射調整曲線之曲線圖。第4圖為應用於第1圖所示之影像錄影裝置之影像運算方法之流程示意圖。

1:影像錄影裝置

2:偵測模組

21:偵測部

22:數據統計部

23:色調調準部

3:影像訊號輸出模組

31:自動曝光部

32:動態對比調整部

Claims

一種影像錄影裝置，包含：一偵測模組，係包含：一偵測部，依據一曝光參數擷取一原始動態影像，並輸出該原始動態影像之影像資訊；一數據統計部，係與該偵測部相連接而接收該原始動態影像之影像資訊，並統計以輸出該原始動態影像之影像資訊；一色調調準部，係與該偵測部相連接，且具有預先設定之相異的複數個色調映射調整曲線，該色調調準部接收該原始動態影像之影像資訊，並利用複數個該色調映射調整曲線之其中之一該色調映射調整曲線調整該原始動態影像之亮度，以根據調整後之該原始動態影像輸出一調整動態影像之影像資訊；以及一影像訊號輸出模組，係包含：一自動曝光部，係與該數據統計部、該偵測部及該色調調準部相連接，且預設有複數個亮度區間，該自動曝光部從該數據統計部接收該原始動態影像之影像資訊，並根據該原始動態影像之影像資訊輸出一第一指令至該偵測部，使該偵測部根據該第一指令調整該曝光參數，該自動曝光部更根據該原始動態影像之影像資訊而從複數個該亮度區間中比對出最接近之該亮度區間，並依該亮度區間而輸出一第二指令至該色調調準部，使該色調調準部根據該第二指令而選擇對應的該色調映射調整曲線來調整該原始動態影像之亮度，以輸出該調整動態影像之影像資訊；一動態對比調整部，係與該色調調準部相連接，用以接收該色調調準部所傳來之該調整動態影像之影像資訊，以對應輸出該調整動態影像。
如請求項1所述之影像錄影裝置，其中該色調映射調整曲線之曲率為該原始動態影像之亮度與該調整動態影像之亮度之比例值。
如請求項2所述之影像錄影裝置，其中複數個該色調映射調整曲線包含一第一色調映射調整曲線及一第二色調映射調整曲線，該第一色調映射調整曲線之曲率小於該第二色調映射調整曲線之曲率。
如請求項3所述之影像錄影裝置，其中複數個該亮度區間包含一第一亮度區間及一第二亮度區間，其中該第一亮度區間之感光度大於800，該第二亮度區間之感光度小於或等於800，其中當該自動曝光部根據該原始動態影像之影像資訊選擇該第一亮度區間時，該色調調準部便根據該第二指令選擇該第一色調映射調整曲線來調整該原始動態影像之亮度，當該自動曝光部根據該原始動態影像之影像資訊選擇該第二亮度區間時，該色調調準部便根據該第二指令選擇該第二色調映射調整曲線來調整該原始動態影像之亮度。
如請求項2所述之影像錄影裝置，其中複數個該色調映射調整曲線包含一第一色調映射調整曲線、一第二色調映射調整曲線及一第三色調映射調整曲線，其中該第一色調映射調整曲線之曲率小於該第二色調映射調整曲線之曲率，且該第二色調映射調整曲線之曲率小於該第三色調映射調整曲線之曲率。
如請求項5所述之影像錄影裝置，其中複數個該亮度區間包含一第一亮度區間、一第二亮度區間及一第三亮度區間，其中該第一亮度區間之感光度大於800，該第二亮度區間之感光度小於或等於800且大於400，該第三亮度區間之感光度小於或等於400，其中當該自動曝光部根據該原始動態影像之影像資訊選擇該第一亮度區間時，該色調調準部便根據該第二指令選擇該第一色調映射調整曲線以調整該原始動態影像之亮度，當該自動曝光部根據該原始動態影像之影像資訊選擇該第二亮度區間時，該色調調準部便根據該第二指令選擇該第二色調映射調整曲線以調整該原始動態影像之亮度，當該自動曝光部根據該原始動態影像之影像資訊選擇該第三亮度區間時，該色調調準部便根據該第二指令選擇該第三色調映射調整曲線以調整該原始動態影像之亮度。
如請求項1所述之影像錄影裝置，其中該影像錄影裝置係應用於Z字形高動態範圍影像。
一種影像運算方法，係應用於一影像錄影裝置，該影像錄影裝置包含一偵測模組及一影像訊號輸出模組，該偵測模組包含一偵測部、一數據統計部及一色調調準部，該色調調準部具有預先設定之相異的複數個色調映射調整曲線，該影像訊號輸出模組包含一自動曝光部及一動態對比調整部，且該自動曝光部預設有複數個亮度區間，其中該影像運算方法包括步驟： (a) 該偵測部依據一曝光參數擷取一原始動態影像，並輸出該原始動態影像之影像資訊； (b) 該數據統計部接收該原始動態影像之影像資訊，並統計以輸出該原始動態影像之影像資訊； (c) 該自動曝光部從該數據統計部接收該原始動態影像之影像資訊，並根據該原始動態影像之影像資訊輸出一第一指令至該偵測部，使該偵測部根據該第一指令調整該曝光參數，該自動曝光部更根據該原始動態影像之影像資訊而從複數個該亮度區間中比對出最接近之該亮度區間，並依該亮度區間而輸出一第二指令至該色調調準部，使該色調調準部根據該第二指令而選擇複數個該色調映射調整曲線之其中之一該色調映射調整曲線來調整該原始動態影像之亮度，以輸出該調整動態影像之影像資訊；以及 (d) 該動態對比調整部接收該色調調準部所傳來之該調整動態影像之影像資訊，以對應輸出該調整動態影像。