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TW201605242A - 影像處理方法及其電子裝置 - Google Patents

影像處理方法及其電子裝置 Download PDF

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Abstract

本案揭示一種影像處理方法及其電子裝置。所述影像方法包括下列步驟：(a)擷取對應於多個曝光值的多個參考影像；(b)基於參考影像執行高動態範圍演算法以產生高動態範圍影像；(c)增強各參考影像的影像品質以產生多個處理後影像；(d)從處理後影像中選取最相似於高動態範圍影像的候選影像；(e)記錄對應於候選影像的第一候選自動曝光值。

Description

影像處理方法及其電子裝置
本案係關於一種影像處理方法，特別關於一種可調整自動曝光值的影像處理方法。
在目前可拍照的電子裝置中，無論是數位相機或是智慧型手機等，大多支援高動態範圍(High Dynamic Range，HDR)功能設定。當啟動HDR功能時，電子裝置可改善所拍攝照片中亮部與暗部細節的呈現，使得照片中的物體都能夠清楚地呈現。
現有的HDR技術主要是要在拍攝照片時得到最佳表現，也就是讓照片的暗部細節清楚，以及讓照片的亮部場景沒有過度曝光。因此，在拍攝的過程中，應用HDR機制的電子裝置將嘗試使用多張不同曝光值的照片來結合成最佳的HDR影像。首先，為了得到清楚的暗部細節，電子裝置可先利用長曝光的方式拍照，以使場景中比較暗的區域變亮。接著在同一場景下，電子裝置可再利用短曝光的方式，使場景中較亮的區域變暗以避免過度曝光。
請參照圖1，圖1是習知的HDR技術示意圖。當電子裝置在開啟HDR功能的情況下拍照時，電子裝置將會同時拍攝照片110、120及130。照片110例如是電子裝置基於第一曝光值所拍攝的短曝光照片，其可用於拍出場景中具有較高亮度的部分。照片120例如是電子裝置基於第二曝光值所拍攝的一般曝光照片。照片130例如是電子裝置基於第三曝光值所拍攝的長曝光照片，其可用於拍出場景中具有較低亮度的部分。接著，電子裝置可將照片110、120及130結合為照片140。如此一來，照片140即可同時達到暗部細節清楚以及亮部場景沒有過度曝光的效果。
換言之，在產生一張HDR影像時需要在短時間內拍攝兩張以上對應於不同曝光值的照片，因而使得HDR的機制的即時性較低。從另一觀點而言，若在未考慮後續影像處理演算法的情況下，僅以固定曝光值來設定電子裝置的自動曝光機制的話，當欲拍攝的場景屬於高全域對比(例如背光、逆光等)場景時，一般的自動曝光機制將使得背光處對應的照片區域呈現無法改善的暗處。
本案提供一種影像處理方法，適於電子裝置。所述方法包括下列步驟：(a)擷取對應於多個曝光值的多個參考影像；(b)基於所述多個參考影像執行高動態範圍演算法以產生高動態範圍影像；(c)增強 各參考影像的影像品質以產生多個處理後影像；(d)從所述多個處理後影像中選取最相似於高動態範圍影像的候選影像；以及(e)記錄對應於候選影像的第一候選自動曝光值。
本案提供一種電子裝置，用於取得最佳自動曝光值。所述電子裝置包括影像擷取單元、第一影像產生單元、第二影像產生單元、影像選取單元以及記錄單元。影像擷取單元擷取對應於多個曝光值的多個參考影像。第一影像產生單元基於所述多個參考影像執行高動態範圍演算法以產生高動態範圍影像。第二影像產生單元增強各參考影像的影像品質以產生多個處理後影像。影像選取單元從所述多個處理後影像中選取最相似於高動態範圍影像的候選影像。記錄單元記錄對應於候選影像的第一候選自動曝光值。
基於上述，本案提出的影像處理方法及電子裝置可從對應於不同曝光值的影像中找出最相似於HDR影像的影像，進而基於所找到影像的曝光值決定電子裝置在拍攝後續照片時所採用的曝光值。如此一來，電子裝置即可在不實施HDR機制的情況下拍出趨近於HDR影像的影像。
為讓本案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。
110~140‧‧‧照片
200‧‧‧電子裝置
210‧‧‧影像擷取單元
220‧‧‧第一影像產生單元
230‧‧‧第二影像產生單元
240‧‧‧影像選取單元
250‧‧‧記錄單元
260‧‧‧設定單元
400、770、870‧‧‧HDR影像
600‧‧‧圖表
610‧‧‧曲線
620‧‧‧最大值
710~760、810~860、R1~R16‧‧‧參考影像
780、880‧‧‧影像
R1’~R60’‧‧‧處理後影像
S310~S350‧‧‧步驟
圖1是習知的HDR技術示意圖。
圖2是依據本案之一實施例繪示的電子裝置功能方塊圖。
圖3是依據本案之一實施例繪示的影像處理方法的流程圖。
圖4是依據本案之一實施例繪示的參考影像以及HDR影像的示意圖。
圖5是依據圖4實施例繪示的處理後影像示意圖。
圖6是依據圖5實施例繪示的各個處理後影像與HDR影像之間的SSIM示意圖。
圖7是依據本案之一實施例繪示的戶外環境影像效果比較圖。
圖8是依據本案之一實施例繪示的室內環境影像效果比較圖。
圖2是依據本案之一實施例繪示的電子裝置功能方塊圖。在本實施例中，電子裝置100包括影像擷取單元210、第一影像產生單元220、第二影像產生單元230、影像選取單元240以及記錄單元250。電子裝置100例如是智慧型手機(Smart Phone)、平板電腦(Tablet)、筆記型電腦、個人數位助理或其他任何可擷取影像的裝置。
影像擷取單元210可以是任何具有電荷耦合元件(Charge coupled device，CCD)鏡頭、互補式金氧半電晶體(Complementary metal oxide semiconductor transistors，CMOS)鏡頭，或紅外線鏡 頭的攝影機，亦可以是可取得深度資訊的影像擷取設備，例如是深度攝影機(depth camera)或立體攝影機等。
第一影像產生單元220、第二影像產生單元230、影像選取單元240以及記錄單元250可以是硬體元件或是儲存於儲存單元中的軟體模組及程式碼等。所述儲存單元例如是記憶體、硬碟或是其他任何可用於儲存資料的元件，而可用以記錄多個程式碼或模組。
當第一影像產生單元220、第二影像產生單元230、影像選取單元240以及記錄單元250實現為軟體模組或程式碼時，其可載入至處理單元(未繪示)以執行本案提出的取得最佳自動曝光值方法。
所述處理單元可為一般用途處理器、特殊用途處理器、傳統的處理器、數位訊號處理器、多個微處理器(microprocessor)、一個或多個結合數位訊號處理器核心的微處理器、控制器、微控制器、特殊應用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、場可程式閘陣列電路(Field Programmable Gate Array，FPGA)、任何其他種類的積體電路、狀態機、基於進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine，ARM)的處理器以及類似品。
圖3是依據本案之一實施例繪示的影像處理方法的流程圖。本實施例提出的方法可由圖2的電子裝置200執行，以下即搭配圖2的各個元件來說明本方法的詳細步驟。
在步驟S310中，影像擷取單元210可擷取對應於多個曝 光值的多個參考影像。在一實施例中，為了讓之後求出的最佳自動曝光值能夠適於用來拍攝處於背光場景的照片，因此可在背光環境下擷取對應於所述多個曝光值的參考影像。
接著，在步驟S320中，第一影像產生單元220可基於所述多個參考影像執行HDR演算法以產生HDR影像。亦即，第一影像產生單元220從這些參考影像中挑出數張影像，並將這些挑選出的影像結合為一張HDR影像。
在步驟S330中，第二影像產生單元230可增強各參考影像的影像品質以產生多個處理後影像。在一實施例中，第二影像產生單元230可基於色調映射(tone mapping)對各個參考影像進行處理，以產生所述多個處理後影像。舉例而言，第二影像產生單元230可針對各參考影像的曝光值進行微調，以產生具有不同於各個參考影像的曝光值的影像，但本案的可實施方式不限於此。
應了解的是，雖然圖3中將步驟S330繪示於步驟S320之後，但在其他實施例中，步驟S330的執行亦可在步驟S320之前，或是與步驟S320同時執行。
在步驟S340中，影像選取單元240可從所述多個處理後影像中選取最相似於HDR影像的候選影像。在一實施例中，影像選取單元240可基於所述多個處理後影像以及HDR影像執行影像品質評測演算法以計算各處理後影像與HDR影像之間的相似度。並且，影像選取單元240可從所述多個處理後影像中選取對應於最高相似度的特定影像作為候選影像。所述相似度可表徵為HDR 影像與各個處理後影像之間的結構相似性(structural similarity，SSIM)，並且，影像選取單元240可基於這些結構相似性來判斷哪一張處理後影像與HDR影像最為相似，並將其設定為候選影像。
之後，在步驟S350中，記錄單元250可記錄對應於候選影像的第一候選自動曝光值。在其他實施例中，當電子裝置200欲在同樣場景拍攝照片時，影像擷取單元210可直接基於第一候選自動曝光值來拍攝照片。如此一來，電子裝置200即可不需再透過傳統HDR機制來產生HDR影像，而只需基於單一個曝光值來擷取照片即可獲得近似於HDR影像的影像。換言之，電子裝置200可在不實施HDR機制的情況下拍出趨近於HDR影像的影像。從另一觀點而言，電子裝置200可採用自動曝光機制來達到近似於HDR機制的效果，因而能夠有效地提升影像處理的即時性。
在其他實施例中，電子裝置200可更包括設定單元260，其亦可實現為硬體元件或是軟體模組，但本案可不限於此。為了讓影像擷取單元210用以擷取影像的自動曝光值能夠適用於各式各樣的場景，在步驟S340之後，影像擷取單元210、第一影像產生單元220、第二影像產生單元230、影像選取單元240以及記錄單元250可重複地執行步驟S310~S340以取得對應於多個不同環境的多個第二候選自動曝光值。並且，設定單元260可計算第一候選自動曝光值以及所述多個第二候選自動曝光值的平均值，以及設定此平均值為影像擷取單元210的自動曝光值。之後，影像擷取單元210可直接基於此自動曝光值來拍攝照片。如此一來， 電子裝置200即可基於單一個自動曝光值在各個場景中獲得近似於HDR影像的影像。
圖4是依據本案之一實施例繪示的參考影像以及HDR影像的示意圖。在本實施例中，假設由影像擷取單元210擷取的參考影像R1~R16分別對應於不同的曝光值。接著，第一影像產生單元220可執行HDR機制以基於參考影像R1~R16產生HDR影像400，而第二影像產生單元230可增強參考影像R1~R16的影像品質以產生多個處理後影像。
請參照圖5，圖5是依據圖4實施例繪示的處理後影像示意圖。本實施例中所繪示的各個處理後影像R1’~R60’可以是第二影像產生單元230基於圖4的參考影像R1~R16所產生的處理後影像。在本實施例中，第二影像產生單元230產生處理後影像R1’~R60’的機制例如是先前所提及的色調映射，但本案的可實施方式不限於此。接著，影像選取單元可計算圖5中的各個處理後影像R1’~R60’與HDR影像400之間的相似度(例如是SSIM)。
請參照圖6，圖6是依據圖5實施例繪示的各個處理後影像與HDR影像之間的SSIM示意圖。在本實施例中，圖表600的縱軸為SSIM值，橫軸對應於圖5中的各個處理後影像R1’~R60’。從圖表600中可看出，曲線610具有一最大值620。換言之，對應於最大值620的處理後影像即是與HDR影像400最為相似的影像(即，候選影像)。接著，記錄單元250即可記錄此候選影像的曝光值，並設定此曝光值為影像擷取單元210的自動曝光值。
圖7是依據本案之一實施例繪示的戶外環境影像效果比較圖。在本實施例中，假設參考影像710~760分別對應於不同曝光值，HDR影像770為基於參考影像710~760所產生的HDR影像，而影像780為依據圖3的方法所找出的第一候選曝光值所拍攝的影像。從圖7可清楚看出，僅使用單一曝光值所拍攝的影像780所呈現的效果與HDR影像770相當接近。亦即，透過本案提出方法所找出的第一候選曝光值確實可使所拍攝影像達到趨近於HDR影像的效果。
圖8是依據本案之一實施例繪示的室內環境影像效果比較圖。在本實施例中，假設參考影像810~860分別對應於不同曝光值，HDR影像870為基於參考影像810~860所產生的HDR影像，而影像880為依據圖3的方法所找出的第一候選曝光值所拍攝的影像。從圖7及圖8實施例可看出，無論所拍攝的場景為何，本案所提出的方法皆可讓所拍攝影像達到趨近於HDR影像的效果。
綜上所述，本案提出的影像處理方法及其電子裝置可從對應於不同曝光值的影像中找出最相似於HDR影像的影像，進而基於所找到影像的曝光值決定電子裝置在拍攝後續照片時所採用的曝光值。如此一來，電子裝置即可不需再透過傳統HDR機制來產生HDR影像，而只需基於單一個曝光值來擷取照片即可獲得近似於HDR影像的影像。從另一觀點而言，電子裝置可採用自動曝光機制來達到近似於HDR機制的效果，因而能夠有效地提升影像處理 的即時性。
雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故不案的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S310~S350‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種影像處理方法，適於一電子裝置，所述方法包括下列步驟：(a)擷取對應於多個曝光值的多個參考影像；(b)基於該些參考影像執行一高動態範圍演算法以產生一高動態範圍影像；(c)增強各該參考影像的一影像品質以產生多個處理後影像；(d)從該些處理後影像中選取最相似於該高動態範圍影像的一候選影像；以及(e)記錄對應於該候選影像的一第一候選自動曝光值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中擷取對應於該些曝光值的該些參考影像的步驟包括：在一背光環境下擷取對應於該些曝光值的該些參考影像。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中從該些處理後影像中選取最相似於該高動態範圍影像的該候選影像的步驟包括：基於該些處理後影像以及該高動態範圍影像執行一影像品質評測演算法以計算各該處理後影像與該高動態範圍影像之間的一相似度；以及從該些處理後影像中選取對應於一最高相似度的一特定影像作為該候選影像。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中在記錄對應於該候選影像的該第一候選自動曝光值的步驟之後，更包括： 重複執行步驟(a)至(e)以取得對應於多個不同環境的多個第二候選自動曝光值；計算該第一候選自動曝光值以及該些第二候選自動曝光值的一平均值；以及設定該平均值為該電子裝置的一自動曝光值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的方法，其中在設定該平均值為該電子裝置的該自動曝光值的步驟之後，更包括：基於該自動曝光值擷取一影像。
  6. 一種電子裝置，包括：一影像擷取單元，擷取對應於多個曝光值的多個參考影像；一第一影像產生單元，基於該些參考影像執行一高動態範圍演算法以產生一高動態範圍影像；一第二影像產生單元，增強各該參考影像的一影像品質以產生多個處理後影像；一影像選取單元，從該些處理後影像中選取最相似於該高動態範圍影像的一候選影像；以及一記錄單元，記錄對應於該候選影像的一第一候選自動曝光值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中該影像擷取單元在一背光環境下擷取對應於該些曝光值的該些參考影像。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中該影像選取單元基於該些處理後影像以及該高動態範圍影像執行一影像品質 評測演算法以計算各該處理後影像與該高動態範圍影像之間的一相似度，以及從該些處理後影像中選取對應於一最高相似度的一特定影像作為該候選影像。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電子裝置，更包括一設定單元，其中該影像擷取單元、該第一影像產生單元、該第二影像產生單元、該影像選取單元以及該記錄單元重複運作以取得對應於多個不同環境的多個第二候選自動曝光值，且該設定單元計算該第一候選自動曝光值以及該些第二候選自動曝光值的一平均值，以及設定該平均值為該電子裝置的一自動曝光值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電子裝置，其中該影像擷取單元基於該自動曝光值擷取一影像。
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