影像拍摄装置及其影像合成方法

摘要

本发明公开一种影像拍摄装置及其影像合成方法，其中影像拍摄装置包含一影像拍摄模组、一曝光模组以及一处理模组，影像拍摄模组对一场景拍摄一场景影像，曝光模组对该场景做测光，以产生多个色阶分布图，处理模组根据该些色阶分布图运算出该场景影像于不同曝光条件的多个离散值，且该处理模组根据至少二最高的离散值对该场景影像进行影像处理，以产生至少二不同亮度条件的暂时影像，并将该至少二不同亮度条件的暂时影像进行影像合成，以产生一高动态范围影像。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种影像拍摄装置及其影像合成方法，特 别是有关于一种可对拍摄场景进行多种的曝光亮度分析，以进 一步合成高动态范围影像之影像拍摄装置及其影像合成方法。

背景技术

高动态范围(High Dynamic Range，HDR)档是一种特殊图 形档格式，它的每一个图元除了普通的R GB资讯，还有该点的 实际亮度资讯。普通的图形档每个图元只有0至255的灰度范 围，这实际上是不够的。想像一下太阳的发光强度和一个纯黑 的物体之间的灰度范围或者说亮度范围的差别，远远超过了 256个级别。因此，一张普通的白天风景图片，看上去白云和 太阳可能都呈现是同样的灰度/亮度，都是纯白色，但实际上白 云和太阳之间实际的亮度不可能一样，它们之间的亮度差别是 巨大的。因此，普通的图形档格式是很不精确的，远远没有记 录到现实世界的实际状况。

高动态范围是指一个场景的最亮和最暗部分之间的相对比 值。一张高动态范围影像，它记录了远远超出256个级别的实 际场景的亮度值，超出的部分在屏幕上是显示不出来的。可以 这样想像：在Photoshop里打开一张从室内往窗外拍的图片， 窗外的部分处在强烈的阳光下，曝光过度，呈现的是一片白色， 没有多少细节。你将毫无办法，调暗只会变成灰色而已，并不 会呈现更多的细节。但如果同一场景是由高动态范围影像所记 录的话，减低曝光度，原来纯白的部分将会呈现更多的细节。

目前合成高动态范围影像，大多都是针对同一场景，以固 定的曝光值来拍摄数张影像，每张影像的曝光值约略差1至2 曝光值(Expose Value，EV)之曝光补偿，或是更少，来尝试 结合多张不同曝光影像来包含该场景的影像动态。然而，现有 的方法，由于每张影像的动态有限，所以得拍摄多张影像来合 成，然而一般相机的处理能力有限，无法在短时间内处理3张 以上的影像时，我们就得从中选出几张影像进行合成。例如， 针对2至3张影像进行处理，且以固定的曝光补偿来拍摄2至 3张影像，来合成高动态范围影像。然而此种方式有时因场景 的关系，无法有效地选出恰当的曝光补偿值来拍摄或处理影像， 因而常常无法产生预期的高动态范围影像。因此，以需求来说， 设计一理想的影像拍摄装置及其影像合成方法，来合成高动态 范围影像，已成市场应用上的一刻不容缓的议题。

发明内容

因为上述现有技术存在的问题，本发明的目的就是在提供 一种影像拍摄装置及其影像合成方法，以解决已知的技术将不 同曝光补偿的影像一并进行合成，所造成的高动态范围影像处 理时间及影像品质不如预期的问题。

根据本发明的目的，提出一种影像拍摄装置，其包含一影 像拍摄模组、一曝光模组以及一处理模组，影像拍摄模组对一 场景拍摄一场景影像，曝光模组系对该场景做测光，以产生多 个色阶分布图，处理模组根据该些色阶分布图运算出该场景影 像于不同曝光条件的多个离散值，且该处理模组根据至少二个 最高的离散值对该场景影像进行影像处理，以产生至少二个不 同亮度条件的暂时影像，并将该至少二个不同亮度条件的暂时 影像进行影像合成，以产生一储存影像。

其中，该曝光模组以多种曝光补偿对该场景进行测光，以 产生不同曝光条件的该些色阶分布图。

其中，该曝光模组就一区间亮度范围，产生不同曝光条件 的该些色阶分布图。

其中，各该离散值代表该场景影像在不同曝光补偿条件的 亮暗变化程度。

其中，该处理模组合成至少二个不同亮度条件的暂时影像 中相同影像物件中的每一像素，以产生该储存影像。

根据本发明的目的，再提出一种影像合成方法，适用于一 影像拍摄装置，该影像合成方法包含下列步骤：由一影像拍摄 模组对一场景拍摄一场景影像；通过一曝光模组对该场景做测 光，以产生多个色阶分布图；利用一处理模组根据该些色阶分 布图运算出该场景影像在不同曝光条件的多个离散值；以该处 理模组根据至少二个最高的离散值对该场景影像进行影像处 理，以产生至少二个不同亮度条件的暂时影像；以及由该处理 模组将该至少二个不同亮度条件的暂时影像进行影像合成，以 产生一储存影像。

其中，此方法更包含通过该曝光模组以多种曝光补偿对该 场景进行测光，以产生不同曝光条件的该些色阶分布图。

其中，此方法更包含使用该曝光模组就一区间亮度范围产 生不同曝光条件的该些色阶分布图。

其中，此方法更包含由该处理模组合成该至少二个不同亮 度条件的暂时影像中相同影像物件中的每一像素，以产生该储 存影像。

其中，各该离散值代表该场景影像在不同曝光补偿条件的 亮暗变化程度。

根据本发明的目的，又提出一种影像合成方法，适用于一 影像拍摄装置，该影像合成方法包含下列步骤：由一影像拍摄 模组对一场景拍摄一场景影像；通过一曝光模组以多种曝光补 偿对该场景进行测光，以产生不同曝光条件的多个色阶分布图； 利用一处理模组根据该些色阶分布图运算出该场景影像于不同 曝光条件的多个离散值；以该处理模组根据至少二个最高的离 散值对该场景影像进行影像处理，以产生至少二个不同亮度条 件的暂时影像；以及由该处理模组将该至少二个不同亮度条件 的暂时影像进行影像合成，以产生一高动态范围影像。

其中，各该离散值代表该场景影像在不同曝光补偿条件的 亮暗变化程度。

其中，该储存影像为一高动态范围影像。

承上所述，依照本发明的影像拍摄装置及其影像合成方法， 其可具有一或多个下述优点：

(1)此影像拍摄装置及其影像合成方法可在拍摄过程中， 利用对拍摄场景测光时，进行亮度动态分析，然后按照影像拍 摄装置所能处理的影像张数，动态地且有效率地产生不同曝光 值的暂时影像，以合成一高动态范围影像。如此将能缩短高动 态范围影像合成的时间。

(2)此影像拍摄装置及其影像合成方法可在拍摄过程中，利用 对拍摄场景测光时，进行亮度动态分析，然后按照影像拍摄装 置所能处理的影像张数，动态地且有效率地产生不同曝光值的 暂时影像，以合成一高动态范围影像。如此将能提升高动态范 围影像合成的品质。

附图说明

图1为本发明的影像拍摄装置一实施例的框图。

图2为本发明的影像拍摄装置一实施例的示意图。

图3为本发明的影像拍摄装置一实施例影像的各该色阶分布图 的示意图。

图4为本发明的影像拍摄装置一实施例的高动态范围影像的合 成示意图。

图5为本发明的具有影像拍摄功能的电子装置一实施例的示意 图。

图6为本发明的影像合成方法的流程图

图中

1：影像拍摄装置

10：影像拍摄模组

11：曝光模组

12：储存模组

13：显示模组

14：处理模组

101：场景影像

111：色阶分布图

141：第一暂时影像

142：第二暂时影像

121：高动态范围影像

5：电子装置

50：本体

51：输入装置

S61～S65：步骤

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明的影像拍摄装置及其 影像合成方法的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同 元件以相同的符号标示来说明。

本发明的影像拍摄装置可以是数字相机(Digital Camera)、照相手机(Camera Phone)智慧型手机(Smartphone) 或数字摄影机(Digital Video Camera)等各种具有摄像功能 的可携式电子装置，为便于更了解本发明的技术特征，底下是 以照相手机为实施例，但并不以此为限。

请参阅图1，其为本发明的影像拍摄装置一实施例的框图。 如图所示，本发明的影像拍摄装置1包含了一影像拍摄模组10、 一曝光模组11、一储存模组12、一显示模组13以及一处理模 组14。影像拍摄模组10用来拍摄影像及产生影像资料。影像 拍摄模组10可包含镜头、感光元件如互补式金氧半导体元件 (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)或电荷 耦合元件(Charge-Coupled-Device，CCD)、模拟/数字电路、 影像处理器等。曝光模组11具有自动曝光(Auto Exposure) 调节的机制，可包含光圈大小、快门、ISO感光度等，且其以 多种曝光补偿对欲进行拍摄的场景进行测光，来产生不同曝光 条件的该些色阶分布图111。储存模组12可作影像的储存，其 可为嵌入式记忆体、外接式记忆卡或其组合。显示模组13用以 显示影像，其可为液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD) 或触控式液晶屏幕。

处理模组14电性连接影像拍摄模组10、曝光模组11、储 存模组12以及显示模组13，其可为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或微处理器(Micro-Processing Unit)。 处理模组14可根据曝光模组11产生的该些色阶分布图111运 算出该场景影像101在不同曝光条件的多个离散值；且处理模 组14可根据至少二个最高的离散值对该场景影像101进行影像 处理，以产生至少二个不同亮度条件的暂时影像。例如，如图 1中所示，处理模组14可将场景影像101进行影像处理，产生 第一暂时影像141及第二暂时影像142。而后，处理模组14可 将该至少二个不同亮度条件的暂时影像(如第一暂时影像141 及第二暂时影像142)进行影像合成，以产生一张高动态范围 影像121，储存于储存模组12。并处理模组14可控制显示模组 13显示该高动态范围影像121。

请一并参阅图2，其为本发明的影像拍摄装置一实施例的 示意图。如图所示，使用者在使用影像拍摄装置1拍摄影像的 过程中，可于影像拍摄模组10对拍摄场景拍摄一场景影像101 的同时，利用曝光模组11自动曝光(Auto Exposure，AE)调 节的机制对该拍摄场景做测光，以统计出该拍摄场景于不同曝 光条件下的色阶分布图111。在本实施例中，曝光模组11在进 行自动曝光调节机制的测光时，可分别用+2EV、+1EV、0EV、 -1EV和-2EV等5种曝光补偿进行测光。使得影像拍摄模组 10在拍摄该场景影像101的同时，曝光模组11可得到各种不 同曝光条件的各该色阶分布图111(如图3所示)。接着，处理 模组14可利用各该色阶分布图111运算出该张场景影像101 在特定曝光补偿条件下的熵值(Entropy)。其中，熵值越高， 代表该场景影像101在特定曝光补偿条件下所涵盖的有效动态 范围越大，亦即亮暗范围的变化越大。

请一并参阅表1，其为不同的曝光补偿分别对应的熵值。 如表所示，可得知+2EV、+1EV、0EV、-1EV和-2EV等5种曝光 补偿条件下的熵值分别为3.31、4.01、3.75、3.83和2.96。 根据前面叙述可进一步推知该场景影像101在特定曝光补偿条 件下所涵盖的有效动态范围，由大至小的顺序依序为+1EV、-1 EV、0EV、+2EV和-2EV。如此，处理模组14可根据影像拍 摄装置1初始设定的高动态范围影像的处理时间或合成张数 (该初始设定可依厂商或使用者动态地调整成不同的初始值)， 对场景影像101进行影像处理。例如，初始设定的高动态范围 影像的合成张数为两张暂时影像(在本实施例中，初始设定的 两张合成张数，然而本发明在实际实施时，并不限于此合成张 数的限定)，处理模组14则可将影像拍摄模组10所拍摄到的场 景影像101进行影像处理，依据5种曝光补偿的熵值大小，产 生+1EV的第一暂时影像141及-1EV的第二暂时影像142。而后， 如图4所示，处理模组14可将+1EV的第一暂时影像141及-1EV 的第二暂时影像142进行影像合成，以产生一张高动态范围影 像121，储存于储存模组12。最后，显示模组13可显示此高动 态范围影像121。

表1不同的曝光补偿分别对应的熵值

  曝光补偿   熵值   +2   3.31   +1   4.01   0   3.75   -1   3.83   -2   2.96

由上述可知，在初始条件为两张暂时影像的高动态合成张 数时，处理模组14以最大熵值组合的曝光补偿来进行影像处 理，来产生出+1EV的第一暂时影像141及-1EV的第二暂时影像 142；其代表该场景影像101在此曝光补偿条件下所涵盖的最大 有效动态范围。而后，处理模组14合成不同亮度条件的第一暂 时影像141及第二暂时影像142中相同影像物件中的每一像素， 以得到最大动态范围的高动态范围影像。也就是说，在有限的 拍摄条件下，使用者可由选出最佳的曝光参数，使得合成的高 动态范围影像，其动态与细节都是最佳的。

值得一提的是，影像拍摄装置1亦可对场景影像101中有 兴趣的区间亮度范围作进一步地处理。类似前面所叙述，如使 用者对亮度值介于64-192间的资讯有兴趣，使用者可经由一操 作介面(图未示)控制处理模组14对此范围内的色阶分布图 111进行统计，以找出最佳的曝光组合。而后，处理模组14再 将场景影像101处理成至少二个不同亮度条件的暂时影像141 及142，以进行高动态影像合成。最后，产生一张亮度值介于 64-192间的区间亮度范围的高动态范围影像121。

此外，在本发明所属领域中具有通常知识者应当明了，自 动曝光调节机制进行测光时，其不一定要以1为单位来进行曝 光补偿的测光，亦可以0.3或其他数字单位为间隔进行自动曝 光调节机制的曝光补偿的测光。且影像在特定曝光补偿条件下 的熵值可由其他的离散值或统计值来代表。前面叙述的形式仅 为举例而非限制，在此先行叙明。

请参阅图5，其为本发明的具有影像拍摄功能的电子装置 一实施例的示意图。如图所示，本发明的电子装置5包含一本 体50、输入装置51及影像拍摄装置1，影像拍摄装置1设置于 本体50之上且与输入装置51电性连接。影像拍摄装置1则包 含了影像拍摄模组、曝光模组、储存模组、显示模组及处理模 组，此处的影像拍摄装置1的详细叙述已在前面详述过，在此 便不再赘述。然而值得一提的是，本发明所提出的电子装置5 可为各式移动式手持装置，例如数字相机、具有照相功能的多 媒体播放装置、具有照相功能的行动电话、智慧型手机(Smart phone)、导航装置(Navigator)、具照相功能的平板电脑或个 人数字助理(PDA)等。

在本实施例中，本发明的电子装置5即以智慧型手机为例， 其可内嵌本发明所提出的影像拍摄装置1作为照相用，因而使 用者可由智慧型手机的输入装置51如触控屏幕或实体按键等， 在需要拍摄高动态范围影像的情况下，电子装置5随即开始进 行上述的自动曝光的测光、熵值运算及高动态范围影像合成的 动作，其大大的缩短了高动态范围影像合成的时间以及提升影 像合成的品质。本实施例所揭露的智慧型手机仅为举例而非限 制，在本发明所属技术领域具有通常知识者应可轻易置换其他 的装置搭配本发明的影像拍摄装置，在此先行叙明。

尽管前述在说明本发明的影像拍摄装置的过程中，亦已同 时说明本发明的影像拍摄装置的影像合成方法的概念，但为求 清楚起见，以下仍另绘示流程图详细说明。

请参阅图6，其为本发明的影像合成方法的流程图。如图 所示，本发明的影像合成方法，其适用于一影像拍摄装置，该 影像拍摄装置包含一影像拍摄模组、一曝光模组、一储存模组、 一显示模组以及一处理模组。影像拍摄装置的影像合成方法包 含下列步骤：

(S61)由一影像拍摄模组对一场景拍摄一场景影像；

(S62)通过一曝光模组以多种曝光补偿对该场景进行测 光，以产生不同曝光条件的多个色阶分布图；

(S63)利用一处理模组根据该些色阶分布图运算出该场景 影像在不同曝光条件的多个离散值；

(S64)以该处理模组根据至少二个最高的离散值对该场景 影像进行影像处理，以产生至少二个不同亮度条件的暂时影像； 以及

(S65)由该处理模组将该至少二个不同亮度条件的暂时影 像进行影像合成，以产生一高动态范围影像。

本发明的影像拍摄装置的影像合成方法的详细说明以及实 施方式已于前面叙述本发明的影像拍摄装置以及电子装置时描 述过，在此为了简略说明便不再叙述。

综上所述，本发明所提出的影像拍摄装置及其影像合成方 法可在拍摄过程中，利用对拍摄场景测光时，进行亮度动态分 析，然后按照影像拍摄装置所能处理的影像张数，动态地且有 效率地产生不同曝光值的暂时影像，以合成一高动态范围影像。 如此将能缩短高动态范围影像合成的时间且提升高动态范围影 像合成的品质。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者，任何未脱离本发明 的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于申 请专利范围中。