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TWI420901B - 攝像裝置、攝像方法及攝像程式 - Google Patents

攝像裝置、攝像方法及攝像程式 Download PDF

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TWI420901B
TWI420901B TW099104264A TW99104264A TWI420901B TW I420901 B TWI420901 B TW I420901B TW 099104264 A TW099104264 A TW 099104264A TW 99104264 A TW99104264 A TW 99104264A TW I420901 B TWI420901 B TW I420901B
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Description

攝像裝置、攝像方法及攝像程式
本發明係有關於攝像裝置、攝像方法及攝像程式。
作為修正數位相機之手振的方法，已知一種電子式手振修正方法，其拍攝連續的複數張影像，並對各個影像所對應的諸像素進行加法運算。
例如，若採用對以60圖框/秒運拍的數張影像進行加算處理的多平面加算方式，則可得到比1張影像時之S/N比高數倍的S/N比之優良影像。
關於這種藉多平面加算方式的電子式手振修正，其在需要進行振動修正的狀況下(例如發生某程度大的手振之狀態下)進行攝像時為有效。
可是，因為在不需要進行振動修正的狀況下(例如完全未發生手振或手振極小之狀態下)進行攝像時加算處理仍會被進行，所以具有引起不必要之畫質降低(例如雜訊混入數張中之一張，或沒有進行正常對位因而在偏差之狀態進行加算處理的結果)的課題。
為了解決此課題，有一種方式，係僅在檢測到需要進行振動修正的狀況下才進行加算處理(例如，特開2008-92005號公報)。
可是，在此方式中，係在攝影前(半按快門按鈕時等)由數位相機判定是否處於例如攝影環境稍暗等易發生手振的環境後再來決定是否進行多平面加算處理。
因此，決定時候的狀況與實際拍攝時候(全按快門按鈕時等)的狀況未必一致，因而有無法得到使用者所期待之手振修正之結果的情況。
申請專利範圍第1項的發明係一種攝像裝置，其特徵為具備：攝像手段，係取得在第1曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第1影像群與在第2曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第2影像群；手振判定手段，係判定在藉該攝像手段取得第1影像群時是否發生手振；像振動判定手段，係判定在藉該攝像手段取得第1影像群時是否發生被攝體的像振動；以及選擇手段，係依該手振判定手段的判定結果及該像振動判定手段的判定結果，選擇從該第1影像群取得之影像或從該第2影像群取得之影像的任一個。
申請專利範圍第9項的發明係一種攝像方法，其特徵為具有：取得步驟，係取得在第1曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第1影像群與在第2曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第2影像群；手振判定步驟，係判定在取得第1影像群時是否發生手振；像振動判定步驟，係判定在取得第1影像群時是否發生被攝體的像振動；以及選擇步驟，係根據該手振判定步驟及該像振動判定步驟之各自的判定結果，選擇從該第1影像群取得之影像或從該第2影像群取得之影像的任一個。
申請專利範圍第10項的發明係一種攝像程式，其特徵為使攝像裝置所具有的電腦執行如下的步驟：取得步驟，係取得在第1曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第1影像群與在第2曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第2影像群；手振判定步驟，係判定在取得第1影像群時是否發生手振；像振動判定步驟，係判定在取得第1影像群時是否發生被攝體的像振動；以及選擇步驟，係依該手振判定步驟的判定結果及該像振動判定步驟的判定結果，選擇從該第1影像群取得之影像或從該第2影像群取得之影像的任一個。
第1圖係顯示本發明之一實施形態之係為攝像裝置之數位相機之電性構成的方塊圖。
此數位相機作為基本之動作模式具有用於進行攝影的記錄模式、及用於播放所拍攝之影像的播放模式。
如第1圖所示，本實施形態的數位相機具備：攝影透鏡1；係為攝像元件的CMOS攝像元件3，其經由快門2接收藉攝影透鏡1聚光的攝像光受光，同時對成像於受光面之被攝體的光學影像進行光電變換，並以影像信號的方式輸出；A/D變換器4，係將CMOS攝像元件3的輸出信號變換成數位的影像資料；以及DRAM5，係逐次記憶變換後的影像資料。
此外，在DRAM5中存有複數張影像資料。
快門2的動作係依CPU核心7a的命令並藉快門控制部7b來予以控制，而CMOS攝像元件3及A/D變換器4的動作則係依CPU核心7a的命令並藉受光控制部7c來予以控制。
DRAM5所儲存之1張份量的影像資料即RAW資料係藉解瑪賽克(demosaic)部7d按各個像素內插顏色資訊而變換成YUV資料後，經由液晶顯示控制器6顯示於液晶顯示畫面8。
此外，亦於DRAM5中暫時記憶變換後的YUV資料。
在記錄模式之攝影時藉解瑪賽克部7d變換成YUV資料的YUV資料，係藉CPU核心7a依JPEG等既定的壓縮格式予以壓縮後，以靜止影像檔案或動態影像檔案的方式記錄於外部記憶媒體11。
被記錄於外部記憶媒體11中的影像資料，在播放模式中，係依需要而由CPU核心7a讀出並解壓縮後，經由液晶顯示控制器6顯示於液晶顯示畫面8。
此外，外部記憶媒體11例如由在相機本體自由拆裝的記憶卡、或內建於相機本體的快閃記憶體等所構成。
又，在CPU核心7a，除了特徵量計算部7e、SRAM7f、區塊比對部7g、影像變形合成加算部7h以外，還連接有快門按鈕9、模式按鈕10。
此外，雖然係在CPU核心7a內的記憶體記憶CPU核心7a之動作所需的各種程式及在執行程式時所使用的各種資料，但是這些亦可記憶於與CPU核心7a不同的記憶體。
CPU核心7a作用為本發明的攝像手段、手振判定手段、像振動判定手段以及選擇手段，係依程式並依快門按鈕9之按下操作來控制數位相機之各部的動作。
區塊比對部7g作用為本發明的算出手段，係將SRAM7f用作作業記憶體，並在藉CMOS攝像元件3拍攝之複數張影像之間進行比對，再取得表示被攝體部分的相對偏差量及偏差方向的移動向量而向CPU核心7a輸出。
影像變形合成加算部7h作用為本發明的影像處理手段，係依CPU核心7a的指示，對位並合成藉CMOS攝像元件3拍攝之複數張影像。
其次，說明在由以上之構造所構成的數位相機中設定記錄模式時的動作。
第2圖係顯示設定為記錄模式時CPU核心7a之處理步驟的流程圖。
首先，使用者操作數位相機的模式按鈕10，藉此數位手振修正模式被設定(步驟A1)。
藉此，數位相機自動執行手振修正。
接著，若使用者按下數位相機的快門按鈕9一次，則檢測到該按下的CPU核心7a實施由第1影像群、第2影像群以及第3影像所構成之9張的連拍攝影(步驟A2)。
具體而言，藉CMOS攝像元件3取得在時間上連續的9張影像。
9張影像中係為第3影像之最初的1張影像係於第3曝光時間以可應付在被攝體振動或暗處之攝影的攝影感光度例如相當於ISO1600的攝影感光度來進行被攝體振動抑制用攝影而取得。
係為第1影像群之接著的4張影像係於一般的曝光時間(第1曝光時間)進行拍攝而取得。
係為第2影像群之最後4張影像係於快門時間比一般的曝光時間更短2階段的時間(第2曝光時間)進行拍攝而取得。
此外，在攝影時，亦可同時進行挪移CMOS攝像元件3的光學手振修正。
CPU核心7a係藉CMOS攝像元件3取得在時間上連續的9張影像各自的RAW資料，並記錄於DRAM5(步驟A3)。
又，藉解瑪賽克部7d將各個RAW資料變換成由YUV資料及僅由亮度成分所構成的亮度影像資料，並將變換後的影像資料記憶於DRAM5(步驟A3)。
在此，YUV資料係合成用的影像資料，亮度影像資料係尺寸足以滿足在複數張影像(YUV資料)之合成時的對位作業的縮小影像資料。
接著，將亮度影像資料中之第1張的影像作為基準影像，並於該基準影像，將預定之既定尺寸的窗設定於圖框內的中央部分。
此外，將此窗內分割成以縱16像素×橫16像素為單位的複數個區塊，並在相鄰圖框影像之間進行區塊比對(步驟A4)。
具體而言，如第3圖所示，將設定於基準影像101的窗102(基準影像101之中心的(1/2)＊(1/2)區域)分割成複數個(4＊4=16)區塊103。
在區塊比對部7g中，對如此得到的區塊103進行僅將被攝體部分作為追蹤對象的區塊比對。
CPU核心7a使用藉區塊比對所取得之各個區塊的移動向量之中顯示既定距離以下的偏差量之特定的移動向量來產生表示相鄰圖框影像之位置關係的投影變換矩陣(步驟A5)。
即，僅根據已排除如本來無法得到(顯然錯誤地取得)的移動向量之正確的移動向量來求出投影變換矩陣。
此外，在本實施形態中藉RANSAC法產生投影變換矩陣。
RANSAC法係依據對於全部的資料重複驗證根據隨機選擇之樣本而產生之假設的模型推測演算法。
此時，隨機選擇位置的群組，算出與該選擇之位置的群組對應之投影變換矩陣的候選，並在對全部之位置的座標進行投影變換時，依該投影變換矩陣評估結果的一致程度。
重複這種計算與評估，並採用得到最佳之評估值時的投影變換矩陣。
依此手法，如第4圖所示，將圖框2作為基準影像，求出表示與圖框3之位置關係的投影變換矩陣2。
接著，一面依序變更亮度影像資料，一面重複進行上述之步驟A4及A5的處理，並產生時間上連續之第5張以前的影像的投影變換矩陣(步驟A6)。
具體而言，將圖框3作為基準影像時，求出表示與圖框4之位置關係的投影變換矩陣3，將圖框4作為基準影像時，求出表示與圖框5之位置關係的投影變換矩陣4，而將圖框5作為基準影像時，則求表示與圖框6之位置關係的投影變換矩陣5。
若可產生圖框5以前的影像(亮度影像資料)的上述的投影變換矩陣即若可掌握從第2張至第5張的影像間之被攝體的位置關係(在步驟A6為YES)，則從在步驟A5取得之投影變換矩陣算出在各個相鄰圖框間的平行移動成分(步驟A7)。
平行移動成分(移動向量的大小)之算出係如第5圖所示，可藉(s2 +t2 )1/2 來求得。
對在步驟A7算出之平行移動成分的大小為最小的影像，判定是否發生被攝體的像振動(步驟A8)。
被攝體的像振動係對全部的區塊103取得與相鄰圖框之同一位置的區塊的差分平方和，而只要有1個區塊的該值大於既定的臨限值，則判定發生像振動。
在步驟A8判定被攝體發生像振動時，如第6圖所示，選擇係為第1張影像的被攝體振動抑制用影像(圖框1)(步驟A9)，並將該影像保存於外部記憶媒體11。
另一方面，在步驟A8判定被攝體未發生像振動時，對平行移動成分之大小最小的影像，判定平行移動成分的大小是否是既定值(例如2像素)以下，並判定是否發生手振(步驟A10)。
此外，在本實施形態，雖然說明既定值為2像素，但是本發明未限定如此。
可依實驗而將最佳值設定為既定值。
在步驟A10平行移動成分的大小是2像素以下時，判定手振為充分小，如第6圖所示，選擇平行移動成分之大小為最小的影像(步驟A11)，並將該影像保存於外部記憶媒體11。
另一方面，在步驟A10平行移動成分的大小不是2像素以下時，如第6圖所示，影像變形合成加算部7h藉多平面加算合成在第2曝光時間拍攝之第6張至第9張的影像來產生新的影像(步驟A12)，並將該新的影像保存於外部記憶媒體11。
影像變形合成加算部7h以貝爾(Bayer)排列資料對第6張至第9張的影像進行多平面加算合成處理，藉此可進行提高增感效果的高感光度處理。
具體而言，如第7圖所示，求出各個影像的Bayer排列資料之中充分反映亮度成分或影像解析度之G(綠)影像的相關度來對位置合成，又，進行在Bayer排列資料所欠缺之縱、橫、斜像素的內插處理來產生全像素的G資料。
R(紅)、B(藍)資料係依據G(綠)資料的對位結果來進行對位與顏色內插處理，並變換成全尺寸的RGB資料。
在位置對準處理，亦可進一步檢測出旋轉方向，藉仿射(affine)變換等進行座標旋轉變換來對位，再依旋轉位置進行內插處理。
或者，亦可抽出中央或前景之主要被攝體的區域影像，並在移至被攝體或背景之輪廓形狀或特徵量重疊的位置來對位後再進行加算。
如以上說明所示，在本實施形態，首先，連拍1張在被攝體振動抑制用的第3曝光時間拍攝之影像、複數張在一般之1張攝像的曝光時間(第1曝光時間)拍攝之影像以及複數張在縮短快門時間之多平面加算用的第2曝光時間拍攝之影像。
接著，對時間上連續的影像在全部的相鄰影像間求出表示相鄰影像間之位置關係的投影變換矩陣，並在以一般的曝光時間拍攝之第1影像群中選擇手振最小的影像。
然後，在該影像未發生被攝體的像振動且手振充分小時，因為選擇該影像，所以可依攝像狀況選擇振動小之最佳影像來予以輸出。
又，在以一般的曝光時間拍攝之第1影像群中選擇手振最小的影像，而在該選擇之影像發生被攝體之像振動時，因為選擇被攝體振動抑制用的影像，所以可依攝像狀況選擇振動小之最佳影像來予以輸出。
此外，在上述所選擇之影像發生某程度大的手振時，因為產生對係為多平面加算用所拍攝之第2影像群進行多平面加算而取得之新的影像，所以可依攝像狀況輸出振動小之最佳影像。
在本實施形態，因為判定在所拍攝之影像本身有無影像的振動，所以不會有因為時間差距而誤認狀況之情事，如在半按快門按鈕時判定振動之情況。
又，因為亦從在一般的曝光時間拍攝之連拍影像中判定是否有振動程度小之優良影像，所以可選擇振動充分小之影像來予以輸出。
又，可避免因在不需要多平面加算的狀況下仍進行不必要的多平面加算使得畫質降低的事態。
又，在連拍影像時藉由使CMOS攝像元件移動並藉迴轉感測器來進行光學手振修正的情況等，因為在拍攝影像時迴轉感測器值的大小未必反映該影像之手振的大小，所以藉迴轉感測器之手振判定變成不正確。
可是，在本實施形態，因為自這種光學手振修正後的攝影影像求出位置關係，所以可正確地檢測振動的發生。
1．．．攝影透鏡
2．．．快門
3．．．CMOS攝像元件
4．．．A/D變換器
5．．．DRAM
6．．．液晶顯示控制器
7a．．．CPU核心
7b．．．快門控制部
7c．．．受光控制部
7d．．．解瑪賽克部
7e．．．特徵量計算部
7f．．．SRAM
7g．．．區塊比對部
7h．．．影像變形合成加算部
8．．．液晶顯示畫面
9．．．快門按鈕
10．．．模式按鈕
11．．．外部記憶媒體
第1圖係顯示本發明之實施形態之攝像裝置(數位相機)之電性構成的方塊圖。
第2圖係顯示設定為記錄模式時CPU核心之處理步驟的流程圖。
第3(a)圖係顯示設定基準影像的窗，第3(b)圖係顯示區分窗內所得到之區塊的圖。
第4圖係用於說明算出各個圖框之投影變換矩陣與移動向量的圖。
第5圖係用於說明算出表示平行移動成分的移動向量之大小的圖。
第6圖係用於說明處理選擇輸出之影像的圖。
第7圖係用於說明多平面加算合成的圖。

Claims (9)

  1. 一種攝像裝置，其特徵為具備：攝像手段，係取得在第1曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第1影像群與在第2曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第2影像群；手振判定手段，係判定在藉該攝像手段取得第1影像群時是否發生手振；像振動判定手段，係判定在藉該攝像手段取得第1影像群時是否發生被攝體的像振動；以及選擇手段，係依該手振判定手段的判定結果及該像振動判定手段的判定結果，選擇從該第1影像群取得之影像或從該第2影像群取得之影像的任一個，其中該第2曝光時間係比該第1曝光時間更短的時間。
  2. 如申請專利範圍第1項之攝像裝置，其中該選擇手段係在藉該像振動判定手段判定未發生像振動並藉該手振判定手段判定未發生手振時，選擇從該第2影像群取得之影像。
  3. 如申請專利範圍第1項之攝像裝置，其中具備有影像處理手段，其合成該第2影像群的影像而產生新的影像；從該第2影像群取得之影像係該新的影像。
  4. 如申請專利範圍第1項之攝像裝置，其中該選擇手段係在藉該像振動判定手段判定未發生像振動並藉該手振判定手段判定未發生手振時，選擇從該第1影像群取得之影像。
  5. 如申請專利範圍第1項之攝像裝置，其中具備有算出手段，其在該第1影像群中時間上相鄰的影像間求出投影變換矩陣，再從投影變換矩陣算出移動向量的大小；該像振動判定手段係對藉該算出手段算出之各個影像之移動向量之大小最小的影像，判定是否發生像振動。
  6. 如申請專利範圍第5項之攝像裝置，其中該手振判定手段係對該移動向量之大小最小的影像，依據移動向量的大小是否超過既定之臨限值來判定是否發生手振。
  7. 如申請專利範圍第1項之攝像裝置，其中該攝像手段係取得以比拍攝第1影像群時的感光度及拍攝第2影像群時之感光度都高的感光度來拍攝被攝體的第3影像；該選擇手段係選擇從該第1影像群取得之影像、從該第2影像群取得之影像以及該第3影像的任一個；在藉該像振動判定手段判定為發生像振動時，選擇該第3影像。
  8. 一種攝像方法，其特徵為具有：取得步驟，係取得在第1曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第1影像群與在第2曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第2影像群； 手振判定步驟，係判定在取得第1影像群時是否發生手振；像振動判定步驟，係判定在取得第1影像群時是否發生被攝體的像振動；以及選擇步驟，係依該手振判定步驟及該像振動判定步驟之各自的判定結果，選擇從該第1影像群取得之影像或從該第2影像群取得之影像的任一個，其中該第2曝光時間係比該第1曝光時間更短的時間。
  9. 一種攝像程式，其特徵為使攝像裝置所具有的電腦執行如下的步驟：取得步驟，係取得在第1曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第1影像群與在第2曝光時間拍攝被攝體之在時間上連續的第2影像群；手振判定步驟，係判定在取得第1影像群時是否發生手振；像振動判定步驟，係判定在取得第1影像群時是否發生被攝體的像振動；以及選擇步驟，係依該手振判定步驟的判定結果及該像振動判定步驟的判定結果，選擇從該第1影像群取得之影像或從該第2影像群取得之影像的任一個，其中該第2曝光時間係比該第1曝光時間更短的時間。
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