本發(fā)明涉及圖像處理，特別涉及可依據(jù)長曝光圖像及短曝光圖像而調(diào)整當(dāng)前曝光模式的一種曝光控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

市面上較常見的相機(jī)或攝像機(jī)，其內(nèi)部感光元件所能捕捉的動態(tài)范圍大約為1000：1(意即最亮像素與最暗像素的亮度比)。專業(yè)的相機(jī)或攝像機(jī)的感光元件，其動態(tài)范圍也往往不會超過10⁴：1。然而，常見的室內(nèi)場景的動態(tài)范圍大多超過2000：1，室外場景更高達(dá)10⁶：1以上。換句話說，上述相機(jī)或攝像機(jī)的感光元件僅能捕捉到場景的部分信息。

一般而言，傳統(tǒng)曝光控制系統(tǒng)均是將整張畫面的亮度平均值調(diào)整至使用者所設(shè)定的亮度，但這對于具有高動態(tài)范圍的動態(tài)圖像的圖像效果并不佳。因此，需要一種曝光控制系統(tǒng)及其方法以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種曝光控制系統(tǒng)，包括：一圖像提取單元，用以一第一曝光值及一第二曝光值對一場景提取一長曝光圖像及一短曝光圖像；以及一處理器，用以分別計算該長曝光圖像及該短曝光圖像的直方圖，并依據(jù)長曝光圖像及短曝光圖像的直方圖、第一曝光值、及第二曝光值計算一曝光比，其中當(dāng)曝光比小于一第一閾值時，處理器將曝光控制系統(tǒng)之一當(dāng)前曝光模式切換至一低動態(tài)范圍模式，并設(shè)定第一曝光值等于第二曝光值，其中當(dāng)曝光比大于一第二閾值時，處理器將曝光控制系統(tǒng)的當(dāng)前曝光模式切換至一高動態(tài)范圍模式，并將長曝光圖像及短曝光圖像合成為一高動態(tài)范圍圖像，且第二閾值大于第一閾值，其中當(dāng)曝光比介于第一閾值及第二閾值之間時，處理器不切換當(dāng)前曝光模式。

本發(fā)明還提供一種曝光控制方法，用于一曝光控制系統(tǒng)，其中該曝光控制系統(tǒng)包括一圖像提取單元，該方法包括：利用該圖像提取單元以一第一曝 光值及一第二曝光值對一場景提取一長曝光圖像及一短曝光圖像；計算該長曝光圖像及該短曝光圖像的直方圖，并依據(jù)該長曝光圖像及該短曝光圖像的直方圖、該第一曝光值、及該第二曝光值計算一曝光比；當(dāng)該曝光比小于一第一閾值時，將該曝光控制系統(tǒng)的一當(dāng)前曝光模式切換至一低動態(tài)范圍模式，并設(shè)定該第一曝光值等于該第二曝光值；當(dāng)該曝光比大于一第二閾值時，將該曝光控制系統(tǒng)的該當(dāng)前曝光模式切換至一高動態(tài)范圍模式，并將該長曝光圖像及該短曝光圖像合成為一高動態(tài)范圍圖像，其中該第二閾值大于該第一閾值；以及當(dāng)該曝光比介于該第一閾值及該第二閾值之間時，不切換該當(dāng)前曝光模式。

附圖說明

圖1是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例中的曝光控制系統(tǒng)100的方塊圖。

圖2A及圖2B是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例中分別用于長曝光圖像及短曝光圖像的直方圖。

圖3A及圖3B是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例中分別用于長曝光圖像及短曝光圖像的直方圖亮度區(qū)間的示意圖。

圖4是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例中的曝光控制方法的流程圖。

【符號說明】

100～曝光控制系統(tǒng)；

110～圖像提取單元；

120～處理器；

130～存儲器單元；

140～存儲單元；

210－240～曲線；

S410－S450～步驟。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。

圖1是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例中的曝光控制系統(tǒng)100的方塊圖。如圖1所示，曝光控制系統(tǒng)100包括一圖像提取單元110、一處理器120、一存儲 器單元130、以及一存儲單元140。圖像提取單元110用以提取一場景的圖像。存儲單元140存儲用于圖像處理的高動態(tài)范圍成像(high dynamic range imaging)等等。舉例來說，存儲器單元130為一易失性存儲器，例如是一動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)。存儲單元140為一非易失性存儲器，例如是硬盤、快閃存儲器等等。處理器120將存儲于存儲單元140中的高動態(tài)范圍成像模塊的程序代碼載入至存儲器單元130，并對圖像提取單元110所提取的圖像執(zhí)行相應(yīng)的圖像處理。

圖像提取單元110具有多重曝光(multi exposure)的功能，意即在圖像提取單元110中的圖像傳感器(image sensor)所提取的圖像可用不同的曝光值進(jìn)行曝光以產(chǎn)生兩張不同曝光值的圖像，曝光時間的增加或是感光度的增加，都會使曝光值上升。

圖2A及圖2B是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例中分別用于長曝光圖像及短曝光圖像的直方圖。在一個特定位置的場景中，其動態(tài)范圍在一段時間內(nèi)的變化不大。因此，本發(fā)明先利用初始拍攝的圖像中的前百分之x的暗點(diǎn)以及前百分之y的亮點(diǎn)的亮度來估算此場景的動態(tài)范圍，然而上述x及y的比例可隨著應(yīng)用及傳感器的不同而進(jìn)行調(diào)整。因為傳感器所能捕捉到的動態(tài)范圍是有限的，為了讓傳感器捕捉到上面兩點(diǎn)的亮度信息，曝光控制系統(tǒng)100讓前百分之x的暗點(diǎn)能被長曝光圖像捕捉到。同樣地，也會讓前百分之y的亮點(diǎn)能被短曝光圖像捕捉到。更進(jìn)一步而言，曝光控制系統(tǒng)100在產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像時，會考慮到動態(tài)圖像的連續(xù)性及收斂速度，并設(shè)計讓前百分之x的暗點(diǎn)以及前百分之y的亮點(diǎn)落在指定范圍內(nèi)。當(dāng)曝光值收斂后，曝光控制系統(tǒng)100則可依據(jù)曝光比以估計場景的動態(tài)范圍。

在本實施例中，初始的長曝光時間T_L，INIT以及初始的短曝光時間T_S，INIT并沒有特別要求，只要T_L，INIT曝光時間大于等于T_S，INIT即可。舉例來說，于一具體實施例中，初始的長曝光時間T_L，INIT可以是100ms，初始的短曝光時間T_S，INIT可以是51ms。在本發(fā)明的高動態(tài)范圍成像模塊的設(shè)定中，長曝光圖像中的亮度低于一第一預(yù)定亮度值(例如10)的像素數(shù)量需小于全部像素數(shù)量的一第一比例(例如2％，即前述的x＝2)。處理器120先依據(jù)第一圖像的直方圖計算在該直方圖中的像素亮度小于該第一預(yù)定亮度值的像素數(shù)量。

如圖2A所示，若初始長曝光圖像中針對相對較低亮度像素的直方圖如曲線210所表示，且在初始長曝光圖像中亮度低于一第一預(yù)定亮度值(例如10) 的像素數(shù)量大于第一比例(例如2％)。詳細(xì)而言，曲線210中，亮度低于10的像素數(shù)量共占4％，其大于第一比例(如2％)，因此無法符合預(yù)設(shè)的長曝光圖像中亮度低于第一預(yù)定亮度值的像素數(shù)量小于第一比例的條件(亮度低于10的像素數(shù)量只要占2％)。

故，處理器120會判斷在初始長曝光圖像中低亮度的像素過多，需將曲線210往右移動或擴(kuò)展，使得在調(diào)整后的直方圖曲線220中亮度低于第一預(yù)定亮度值(例如10)的像素數(shù)量小于第一比例(例如2％)。舉例來說，處理器120可增加長曝光圖像的曝光值(例如可調(diào)整曝光時間或感光度)，使得低亮度的像素數(shù)量相對地減少，藉以符合預(yù)設(shè)的長曝光圖像中亮度低于第一預(yù)定亮度值的像素數(shù)量小于第一比例的條件。

換句話說，假設(shè)圖像提取單元110的傳感器具有一線性相機(jī)光電轉(zhuǎn)換函數(shù)(linear camera opto-electronic conversion function)時，當(dāng)曝光值增加，圖像提取單元110所提取到的像素亮度也會隨著線性增加。為了便于說明，上述曝光值僅考慮曝光時間，并假定在曲線210中亮度10以下的像素數(shù)量小于第一比例(2％)，且在曲線220中亮度20以下的像素數(shù)量小于第一比例(2％)。此時，處理器120則計算目標(biāo)長曝光時間T_L＝T_L，INIT*(20/10)＝200ms。

在本發(fā)明的高動態(tài)范圍成像模塊的設(shè)定中，短曝光圖像中的亮度高于一第二預(yù)定亮度值(例如1020)的像素數(shù)量需小于全部像素數(shù)量的一第二比例(例如2％，即前述的y＝2)。處理器120先依據(jù)第一圖像的直方圖計算在該直方圖中的像素亮度小于該第二預(yù)定亮度值的像素數(shù)量。

如圖2B所示，若初始圖像中針對相對較低亮度像素的直方圖由曲線230所表示，且在初始圖像中亮度高于第二預(yù)定亮度值(例如1020)的像素數(shù)量(例如為4％)大于第二比例(2％)。此時，處理器120判斷在初始短曝光圖像中高亮度的像素數(shù)量過多，需將曲線230往左移動或擴(kuò)展，使得在調(diào)整后的直方圖曲線240中亮度高于第二預(yù)定亮度值(例如1020)的像素數(shù)量小于第二比例(例如2％)。舉例來說，處理器120可降低短曝光圖像的曝光值(例如可調(diào)整曝光時間或感光度)，使得高亮度的像素數(shù)量相對地減少，藉以符合預(yù)設(shè)的短曝光圖像中亮度高于第二預(yù)定亮度值的像素數(shù)量小于第二比例的條件。

同樣地，假設(shè)圖像提取單元110的傳感器具有線性相機(jī)光電轉(zhuǎn)換函數(shù)時，當(dāng)曝光值降低，圖像提取單元110所提取到的像素亮度也會隨著線性降低。為了便于說明，上述曝光值僅考慮曝光時間，并假定在曲線230中亮度1020 以上的像素數(shù)量小于第一比例(2％)，且在曲線240中亮度1000以上的像素數(shù)量小于第一比例(2％)。此時，處理器120則計算目標(biāo)長曝光時間T_S＝T_S，INIT*(1000/1020)＝50ms。

當(dāng)分別調(diào)整完長曝光圖像的曝光時間T_L及短曝光圖像的曝光時間T_S后，處理器120則依據(jù)目標(biāo)長曝光時間T_L及目標(biāo)短曝光間T_S計算曝光比R＝T_L/T_S，并可藉由調(diào)整后的長曝光圖像以及短曝光圖像以產(chǎn)生一高動態(tài)范圍圖像。

在實際應(yīng)用中，并非所有的實際場景皆須使用上述的高動態(tài)范圍圖像。舉例來說，如果實際場景的動態(tài)范圍不大(低動態(tài)范圍場景)，此時可采用現(xiàn)今相機(jī)內(nèi)建的自動曝光系統(tǒng)拍攝單一圖像即可?，F(xiàn)今相機(jī)內(nèi)建的自動曝光系統(tǒng)通常先計算此單一圖像于拍攝后的平均亮度值或中位數(shù)等將落于特定范圍，例如亮度128，而后根據(jù)相關(guān)的參數(shù)(光圈、快門與感光度)拍攝此單一圖像。

處理器可根據(jù)上述調(diào)整后的曝光時間T_L及T_S所產(chǎn)生的曝光比R判斷目前場景高動態(tài)范圍抑或低動態(tài)范圍，進(jìn)而分別采取高動態(tài)范圍模式(即通過上述流程以產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像，或是采取低動態(tài)范圍模式(即直接采用相機(jī)內(nèi)建的自動曝光系統(tǒng)的參數(shù)而直接拍攝單一圖像)。

詳細(xì)而言，若曝光比R小于或等于一第一閾值時(例如2)，表示目標(biāo)長曝光時間T_L比目標(biāo)短曝光時間Ts接近，甚至目標(biāo)長曝光時間T_L比目標(biāo)短曝光時間Ts小(若曝光比R小于1)，代表所拍攝的長曝光圖像及短曝光圖像的動態(tài)范圍有限，是以圖像提取單元110使用低動態(tài)范圍模式即可涵蓋此時該場景中的動態(tài)范圍。因此若曝光比R小于第一閾值，處理器120判斷目前場景為低動態(tài)范圍場景，此時進(jìn)入低動態(tài)范圍模式，進(jìn)而采用相機(jī)內(nèi)建的自動曝光系統(tǒng)拍攝單一圖像即可。

相對的，若曝光比R大于一第二閾值時(例如3)，第二閾值大于或等于第一閾值，代表長曝光圖像與短曝光圖像的曝光時間差距較大，表示所拍攝的長曝光圖像及短曝光圖像所涵蓋的動態(tài)范圍較大，是以圖像提取單元110需使用高動態(tài)范圍模式才足以涵蓋此時目前場景中的動態(tài)范圍。因此，若曝光比R大于第二閾值時，處理器120判斷目前場景為高動態(tài)范圍場景，此時進(jìn)入高動態(tài)范圍模式，進(jìn)而通過上述流程以分別拍攝的長曝光圖像以及短曝光圖像產(chǎn)生一高動態(tài)范圍圖像。

在實際應(yīng)用中，由于圖像提取單元110持續(xù)拍攝視頻圖像，雖然同一場景所拍攝的視頻圖像的動態(tài)范圍通常是固定的，然而視頻圖像的前后幀可能會因為場景切換(scene change)，而造成所提取的前后張圖像的直方圖變化很大，此時，若貿(mào)然在低動態(tài)范圍模式及高動態(tài)范圍模式之間進(jìn)行切換，則很可能會造成圖像的閃動(flicker)或瑕疵(artifact)。

為解決上述問題，處理器120閾值閾值可設(shè)定第二閾值大于第一閾值，例如將第一閾值設(shè)定為2，且將第二閾值設(shè)定3，如此定義出介于第二閾值及第一閾值的一區(qū)間。當(dāng)曝光比R小于或等于第一閾值時，處理器120將當(dāng)前曝光模式切換為低動態(tài)范圍模式。當(dāng)曝光比R大于或等于第二閾值時，處理器120則將當(dāng)前曝光模式切換為高動態(tài)模式。當(dāng)曝光比R介于第一閾值及第二閾值的區(qū)間時，處理器120則不切換當(dāng)前曝光模式，即依循上一張圖像產(chǎn)生的模式，如此即可避免在低動態(tài)范圍模式及高動態(tài)范圍模式快速切換的次數(shù)。需注意的是，上述第一閾值及第二閾值可視實際情況進(jìn)行調(diào)整。此外，當(dāng)前曝光模式也不會因為畫面像素處于某一邊界條件附近或是有噪聲產(chǎn)生而一直造成在低動態(tài)范圍模式及高動態(tài)范圍模式之間切換而造成圖像的閃動。

需特別說明的是，以視頻圖像所拍攝的時間順序觀之，處理器120系統(tǒng)計第N張圖像的直方圖，并且計算第N張圖像的長曝光圖像及短曝光圖像的目標(biāo)曝光時間。在圖像提取單元110提取第N+1張圖像時，即是利用所計算出的第N張圖像的目標(biāo)曝光時間做為第N+1張圖像的長曝光圖像及短曝光圖像的當(dāng)前曝光時間。同樣地，第N+1張圖像的長曝光圖像及短曝光圖像的當(dāng)前曝光時間，則分別用來計算第N+2張圖像的長曝光圖像及短曝光圖像的目標(biāo)曝光時間。

圖3A及圖3B是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例中分別用于長曝光圖像及短曝光圖像的直方圖亮度區(qū)間的示意圖。在另一實施例中，處理器120在計算長曝光圖像及短曝光圖像的目標(biāo)曝光時間時，處理器120分別統(tǒng)計在直方圖中的不同亮度區(qū)間(interval)內(nèi)的像素數(shù)量。如圖3A所示，當(dāng)處理器120在計算長曝光圖像的目標(biāo)曝光時間時，處理器120分別統(tǒng)計亮度區(qū)間0～10、0～20、0～40、0～80、0～160的累積像素數(shù)量，依此類推。例如在區(qū)間0～20內(nèi)的像素數(shù)量(例如4％)大于第一比例(例如2％)，處理器120同樣可將圖3A的亮度區(qū)間往右擴(kuò)展，例如亮度區(qū)間0～20的像素會分別擴(kuò)展至亮度區(qū)間0～40。因此，在亮度20以下的累積像素數(shù)量可控制在小于第一比例。簡單來說， 在此實施例中，若初始長曝光時間T_L，INIT例如是100ms，則目標(biāo)長曝光時間T_L＝T_{L，INIT}*2＝200ms。

如圖3B所示，當(dāng)處理器120在計算短曝光圖像的目標(biāo)曝光時間時，處理器120分別統(tǒng)計亮度區(qū)間1000～1023、950～1023、910～1023的像素數(shù)量，依此類推。例如在區(qū)間1000～1023內(nèi)的像素數(shù)量(例如4％)大于第二比例(例如2％)，處理器120同樣可將圖3B的亮度區(qū)間往左擴(kuò)展，例如亮度區(qū)間1000～1023的像素會分別擴(kuò)展至亮度區(qū)間950～1023。因此，在亮度1000以上的像素數(shù)量可控制在小于第二比例。同樣地，處理器120更依據(jù)相應(yīng)的調(diào)整比例計算目標(biāo)短曝光時間。需注意的是，為了便于說明，上述實施例中的亮度區(qū)間以等比數(shù)列進(jìn)行計算，本發(fā)明的亮度區(qū)間可以隨著實際情況進(jìn)行調(diào)整，并不限于上述數(shù)值，亦非限于等比數(shù)列，只要能通過曝光決定策略的統(tǒng)計穩(wěn)定性以達(dá)成防閃爍的目的即可。

圖4是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例中的曝光控制方法的流程圖。在步驟S410，圖像提取單元110以一第一曝光值及一第二曝光值對一場景提取一長曝光圖像及一短曝光圖像。需注意的是處理器120在每張畫面處理完后更新第一曝光值及第二曝光值，且圖像提取單元110則利用更新后的第一曝光值及第二曝光值拍攝下一張長曝光圖像及短曝光圖像。

在步驟S420，處理器120計算長曝光圖像及短曝光圖像的直方圖，并依據(jù)長曝光圖像及短曝光圖像的直方圖、該第一曝光值、及該第二曝光值計算一曝光比。曝光比的計算方式可參考圖2A～圖2B及圖3A～圖3B的實施例。

在步驟S430，當(dāng)該曝光比小于一第一閾值時，處理器120將曝光控制系統(tǒng)100的一當(dāng)前曝光模式切換至一低動態(tài)范圍模式。需注意的是，在曝光比小于第一閾值時，表示目標(biāo)長曝光時間與目標(biāo)短曝光時間接近，意即同一時間所拍攝的長曝光圖像及短曝光圖像的動態(tài)范圍有限，此時圖像提取單元110使用低動態(tài)范圍模式即可涵蓋此時該場景中的動態(tài)范圍。

在步驟S440，當(dāng)該曝光比大于一第二閾值時，處理器120將曝光控制系統(tǒng)100的當(dāng)前曝光模式切換至一高動態(tài)范圍模式，并將長曝光圖像及短曝光圖像合成為一高動態(tài)范圍圖像，其中該第二閾值大于該第一閾值。需注意的是，若所計算出的曝光比R較大時，即長曝光圖像與短曝光圖像的曝光時間差距較大，表示同一時間所拍攝的長曝光圖像及短曝光圖像的動態(tài)范圍較大。此時，圖像提取單元110需使用高動態(tài)范圍模式才能涵蓋此時該場景中的動 態(tài)范圍。

在步驟S450，當(dāng)該曝光比介于該第一閾值及該第二閾值之間時，處理器120不切換曝光控制系統(tǒng)100的當(dāng)前曝光模式。需注意的是，曝光控制系統(tǒng)100的當(dāng)前曝光模式不會因為畫面像素處于某一邊界條件附近或是有噪聲產(chǎn)生而一直造成在低動態(tài)范圍模式及高動態(tài)范圍模式之間切換而造成圖像的閃動。

本發(fā)明的方法，或特定形態(tài)或其部分，可以以程序代碼的形態(tài)包含于物理介質(zhì)，如軟盤、光盤、硬盤、或是任何其他機(jī)器可讀取(如計算機(jī)可讀)存儲介質(zhì)，其中，當(dāng)程序代碼被機(jī)器，如計算機(jī)載入且執(zhí)行時，此機(jī)器變成用以參與本發(fā)明的裝置或系統(tǒng)。本發(fā)明的方法、系統(tǒng)與裝置也可以以程序代碼形態(tài)通過一些傳送介質(zhì)，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸形態(tài)進(jìn)行傳送，其中，當(dāng)程序代碼被機(jī)器，如計算機(jī)接收、載入且執(zhí)行時，此機(jī)器變成用以參與本發(fā)明的裝置或系統(tǒng)。當(dāng)在一般用途處理器實作時，程序代碼結(jié)合處理器提供一操作類似于應(yīng)用特定邏輯電路的獨(dú)特裝置。

本發(fā)明雖以優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書界定范圍為準(zhǔn)。