專利名稱：產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及關(guān)于一種數(shù)字圖像的處理方法及其裝置，特別是一種產(chǎn)生高動態(tài)范圍 圖像的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
人類的視覺系統(tǒng)在感應(yīng)光線時，是經(jīng)由周遭的光線分布來調(diào)整感光程度，所以人 類在過量或過暗的環(huán)境時，經(jīng)過一段時間的適應(yīng)，即可看到周遭事物?，F(xiàn)今的攝影器材， 如攝影機、照相 機、單眼相機、網(wǎng)路攝影機...等基礎(chǔ)原理其實大同小異。以針孔成像的原 理，將截取的圖像，經(jīng)由鏡頭投影到感應(yīng)元件上。但由于感光元件如底片(film)、電荷耦合 元件感測器(Charge Coupled Device sensor, CCD sensor)、互補金屬氧化半導(dǎo)體感測器 (Complementary Metal-Oxide Semiconductor sensor, CMOS sensor)的感光范圍與人目艮 不同，且無法隨著圖像做動態(tài)調(diào)整。所以造成拍攝出來的圖像常常會有某一部分亮度過亮 或過暗。請參考“圖1”所示，其為動態(tài)范圍不足的圖像的示意圖。圖像10為一般數(shù)字相機 所拍攝而得的動態(tài)范圍不足的圖像，其中左下角圖像區(qū)塊12為亮度過暗的區(qū)域，右上角圖 像區(qū)塊14為亮度過亮的區(qū)域。此種狀況使得左下角圖像區(qū)塊12中的樹木與房屋的細(xì)節(jié)都 因太暗而無法看清楚。習(xí)知為了克服這種問題可采用高動態(tài)范圍圖像(High Dynamic Range Images, HDR)。高動態(tài)范圍圖像的做法是以不同曝光設(shè)定，拍攝出相同區(qū)域圖像的不同感光程度，再 經(jīng)由圖像合成技術(shù)，合成出符合人類視覺感受的圖像。請參考“圖2”所示，其為多張圖像合 成高動態(tài)范圍圖像的示意圖。高動態(tài)范圍圖像20由多張不同感光程度的圖像21、23、25、 27、29透過圖像合成方式，而合成一張高動態(tài)范圍圖像20。這種做法效果很好，但缺點也非 常明顯。首先所拍攝的圖像位置不能有誤差，若有誤差即會造成合成上的困難。圖像在拍 攝時，所需的儲存空間也從單張變?yōu)槎鄰垼偌由咸幚砗铣蓵r所需耗費的時間成本。所以這 是一種耗費時間、儲存空間、又易于出錯的做法。另外，習(xí)知技術(shù)在進行圖像處理模擬高動態(tài)范圍圖像時，常會產(chǎn)生圖像光暈現(xiàn)象。 請參考“圖3”所示，其為圖像光暈現(xiàn)象的示意圖。在模擬高動態(tài)范圍圖像30時，主要就是 將圖像中的過暗的區(qū)域的亮度提高，同時又要維持圖像的紋理，所以會將過暗的區(qū)域中較 亮的部分拉得更亮，則圖像紋理就不會因為過暗的區(qū)域被拉亮而減弱。而這種方法則會導(dǎo) 致圖像過暗與過亮的交界處32的亮度也提高，因而造成光暈現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的問題，本發(fā)明提供一種產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法，僅依據(jù)一張原始 圖像，透過灰階處理與圖像補償產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像。本發(fā)明所揭露的產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法的一較佳實施例，依據(jù)單一張的數(shù)字 圖像產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像，方法包括取得原始圖像；執(zhí)行灰階處理程序，是將原始圖像轉(zhuǎn) 為原始灰階圖，其中原始灰階圖中的每一個像素皆賦予灰階值；執(zhí)行轉(zhuǎn)換程序，依據(jù)原始灰階圖中的每一個像素的灰階值的梯度值與補償值，并利用梯度值與補償值產(chǎn)生高動態(tài)灰階 圖；以及依據(jù)高動態(tài)灰階圖對原始圖像進行補償，用以產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像。其中，上述原始灰階圖中的每一個像素的灰階值利用下式所計算得=Yi = 0. 299X i(E)+0. 587Xi(G)+0. 114Xi(B)。其中，i為原始圖像的第i個像素Ji為原始灰階圖的第i個 灰階值、i(E)為原始圖像的第i個像素的紅色像素值、i(G)為原始圖像的第i個像素的綠色 像素值、i(B)為原始圖像的第i個像素的藍(lán)色像素值、且i為正整數(shù)。此外，上述執(zhí)行轉(zhuǎn)換程序的步驟更包括尋找補償值中的最大補償值與最小補 償值；以及依據(jù)梯度值、補償值、最大補償值與最小補償值對原始灰階圖補償以得高動 態(tài)灰階圖。其中梯度值、補償值、最大補償值與最小補償值是利用下列各式所計算得
其中，N為原始灰階圖的像素的總數(shù)、
i為原始灰階圖的第i個像素、H(Ei)為原始灰階圖的第i個像素的梯度值、dEiX2為原始灰 階圖的第i個像素水平方向的變化量、ClEiy2為原始灰階圖的第i個像素垂直方向的變化量、 K(i)為原始灰階圖的第i個像素的補償值、Y' i為高動態(tài)灰階圖的第i個像素的灰階值、 Yi為原始灰階圖的第i個像素的灰階值、Kmax為最大補償值、Kmin為最小補償值、i與N為正 整數(shù)且α、β與Y為正數(shù)。另外，上述產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像利用下式計算獲得
。其中，Α' 為高動態(tài)范圍圖像的紅色灰度值、A' ω為
高動態(tài)范圍圖像的綠色灰度值、A' (Β)為高動態(tài)范圍圖像的藍(lán)色灰度值、Aao為原始圖像的 紅色灰度值、Ate)為原始圖像的綠色灰度值、Α(β)為原始圖像的藍(lán)色灰度值、Y'為高動態(tài)灰 階圖、Y為原始灰階圖、且λ為正數(shù)。本發(fā)明還包括一種依據(jù)上述方法產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的數(shù)字?jǐn)z像裝置，利用數(shù)字 攝像裝置攝取一張原始圖像，再透過上述的方法進行灰階處理與圖像補償而產(chǎn)生高動態(tài)范 圍圖像。根據(jù)本發(fā)明所提供的產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法及數(shù)字?jǐn)z像裝置，可透過對一張 原始圖像灰階處理與圖像補償，產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像。進而可改善需拍攝多張圖像的時間 與儲存空間，降低多張圖像合成單張圖像的處理時間，并可避免光暈現(xiàn)象的發(fā)生。有關(guān)本發(fā)明的特征與實作，茲配合圖示作最佳實施例詳細(xì)說明如下。


圖1為動態(tài)范圍不足的圖像的示意圖。圖2為多張圖像合成高動態(tài)范圍圖像的示意圖。
圖3為圖像光暈現(xiàn)象的示意圖。
圖4為產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法的一較佳實施例流程圖。圖5為產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法的一較佳實施例的執(zhí)行轉(zhuǎn)換程序流程圖。圖6為產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的數(shù)字?jǐn)z像裝置的一較佳實施例架構(gòu)示意圖。主要元件符號說明10 圖像12 左下角圖像區(qū)塊14 右上角圖像區(qū)塊20 高動態(tài)范圍圖像21 圖像23 圖像25 圖像27 圖像29 圖像30 高動態(tài)范圍圖像32 交界處40 數(shù)字?jǐn)z像裝置42 圖像感測器44 儲存單元45 原始圖像46 處理單元48 輸出單元
具體實施例方式請參考“圖4”所示，為產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法的一較佳實施例流程圖。本發(fā) 明所揭露的產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法，可應(yīng)用于數(shù)字?jǐn)z影裝置，數(shù)字?jǐn)z影裝置依據(jù)單一 張的數(shù)字圖像再經(jīng)由下述的方法步驟即能產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像。本發(fā)明的方法包括以下步 驟S100、取得一張原始圖像；S110、執(zhí)行灰階處理程序，將原始圖像轉(zhuǎn)為原始灰階圖，其中原始灰階圖中的每一 個像素皆賦予一個灰階值；S120、執(zhí)行轉(zhuǎn)換程序，依據(jù)原始灰階圖中的每一個像素的灰階值的梯度值與補償 值，并利用梯度值與補償值產(chǎn)生高動態(tài)灰階圖；以及S130、依據(jù)高動態(tài)灰階圖對原始圖像進行補償，用以產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像。其中，步驟SlOO中所述的原始圖像可由數(shù)字?jǐn)z影裝置的儲存單元中取得，或是由 其他儲存單元中載入至數(shù)字?jǐn)z影裝置。此外，步驟SllO中所述的原始灰階圖中的每一個像素的灰階值可利用下式所計 算得=Yi = 0. 299Xi(E)+0. 587Xi(G)+0. 114Xi(B)。其中，i為原始圖像的第i個像素、Yi為 原始灰階圖的第i個灰階值、i(E)為原始圖像的第i個像素的紅色像素值、i(G)為原始圖像的第i個像素的綠色像素值、I(B)為原始圖像的第i個像素的藍(lán)色像素值、且i為正整數(shù)。另外，請參考“圖5”所示，為產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法的一較佳實施例的執(zhí)行轉(zhuǎn) 換程序流程圖。對于步驟S120中所述的執(zhí)行轉(zhuǎn)換程序更可包括以下步驟S122、尋找補償值中的最大補償值Kmax與最小補償值Kmin ；以及S124、依據(jù)梯度值(gradient)、補償值、最大補償值Kmax與最小補償值Kmin對原始 灰階圖補償以得高動態(tài)灰階圖。其中，梯度值、補償值、最大補 償值與最小補償值可利用下列各式所計算得
其中，N為原始灰階圖的像素的總數(shù)、 i為原始灰階圖的第i個像素、H(Ei)為原始灰階圖的第i個像素的梯度值、dEiX2為原始灰 階圖的第i個像素水平方向的變化量、ClEiy2為原始灰階圖的第i個像素垂直方向的變化量、 K(i)為原始灰階圖的第i個像素的補償值、Y' i為高動態(tài)灰階圖的第i個像素的灰階值、 Yi為原始灰階圖的第i個像素的灰階值、Kmax為最大補償值、Kmin為最小補償值、i與N為正 整數(shù)且α、β與Y為正數(shù)。于此，步驟S130中所述的產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像可利用下式所計算得
。其中，Α' 為高動態(tài)范圍圖像的紅色灰度值、A' ω為
高動態(tài)范圍圖像的綠色灰度值、A' (Β)為高動態(tài)范圍圖像的藍(lán)色灰度值、Aao為原始圖像的 紅色灰度值、Ate)為原始圖像的綠色灰度值、Α(β)為原始圖像的藍(lán)色灰度值、Y'為高動態(tài)灰 階圖、Y為原始灰階圖、且λ為正數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法，應(yīng)用于具有圖像擷取功能的數(shù)字?jǐn)z 像裝置。本方法可透過軟體或固件程式內(nèi)建于數(shù)字?jǐn)z像裝置的儲存裝置中，再由數(shù)字?jǐn)z 像裝置的處理器執(zhí)行內(nèi)建的軟體或固件程式搭配圖像擷取功能來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)生 高動態(tài)范圍圖像的方法。于此，數(shù)字?jǐn)z像裝置可為具圖像擷取功能的數(shù)字相機(Digital Camera)、具圖像擷取功能的電腦(Computer)、具圖像擷取功能的移動電話(MobiIe Phone)、或具圖像擷取功能的個人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant, PDA)等，但不 僅局限于上述的數(shù)字?jǐn)z像裝置。因此，從本發(fā)明的另一觀點，本發(fā)明提出一種依據(jù)上述方法產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像 的數(shù)字?jǐn)z像裝置，藉以依據(jù)一張原始圖像，透過灰階處理與圖像補償產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像。請參考“圖6”所示，為產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的數(shù)字?jǐn)z像裝置的一較佳實施例架構(gòu) 示意圖。數(shù)字?jǐn)z像裝置40包括圖像感測器42、儲存單元44、處理單元46與輸出單元48。其中，圖像感測器42將拍攝得的數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成原始圖像45。儲存單元44連結(jié) 圖像感測器42，儲存單元44用以儲存原始圖像45。處理單元46連結(jié)儲存單元44，處理單 元46用以執(zhí)行上述產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法，并產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像。輸出單元48連 結(jié)處理單元46，輸出單元48可將產(chǎn)生的高動態(tài)范圍圖像顯示于數(shù)字?jǐn)z像裝置40的螢?zāi)簧稀?br> 其中，圖像感測器42可為互補金屬氧化半導(dǎo)體感測器(Complementary Metal-Oxide Semiconductor sensor, CMOS sensor)或電荷華禹合元件感IlJ 器(Charge Coupled Device sensor, CCD sensor)。另外，儲存單元44可為隨機存取存儲器(Random Access Memory，RAM)、動態(tài)隨機存取存儲器(Dynamic Random Access Memory, DRAM)或同步動態(tài)隨機存取存儲器 (Synchronous Dynamic Random Access Memory, SDRAM)其中的任一。雖然本發(fā)明以前述的較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí) 相像技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的專 利保護范圍須視本說明書所附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法，應(yīng)用于一數(shù)字?jǐn)z像裝置，該數(shù)字?jǐn)z像裝置依據(jù)單一張的數(shù)字圖像產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像，該方法包括取得一原始圖像；執(zhí)行一灰階處理程序，是將該原始圖像轉(zhuǎn)為一原始灰階圖，其中該原始灰階圖中的每一個像素皆賦予一灰階值；執(zhí)行一轉(zhuǎn)換程序，依據(jù)該原始灰階圖中的每一個像素的該灰階值的一梯度值與一補償值，并利用該梯度值與該補償值產(chǎn)生一高動態(tài)灰階圖；以及依據(jù)該高動態(tài)灰階圖對該原始圖像進行補償，用以產(chǎn)生一高動態(tài)范圍圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法，其中該原始灰階圖中的每一個像 素的該灰階值利用下式所計算得Yj = 0. 299Xi(E)+0. 587Xi(G)+0. 114Xi(B)其中，i為該原始圖像的第i個像素、Y,為該原始灰階圖的第i個灰階值、i(K)為原始 圖像的第i個像素的紅色像素值、i(G)為原始圖像的第i個像素的綠色像素值、i(B)為該原 始圖像的第i個像素的藍(lán)色像素值、且i為正整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法，其中在執(zhí)行該轉(zhuǎn)換程序的步驟更 包括尋找補償值中的一最大補償值與一最小補償值；以及依據(jù)梯度值、補償值、該最大補償值與該最小補償值對該原始灰階圖補償以得該高動 態(tài)灰階圖；其中梯度值、補償值、該最大補償值與該最小補償值利用下列各式所計算得 其中，N為該原始灰階圖的該些像素的總數(shù)、i為該原始灰階圖的第i個像素、H(Ei)為 該原始灰階圖的第i個像素的梯度值、dEiX2為該原始灰階圖的第i個像素水平方向的變化 量、dEiy2為該原始灰階圖的第i個像素垂直方向的變化量、K(i)為該原始灰階圖的第i個 像素的補償值、V ,為該高動態(tài)灰階圖的第i個像素的灰階值、Y,為該原始灰階圖的第i 個像素的灰階值、K_為該最大補償值，Kmin為該最小補償值、i與N為正整數(shù)且a、0與Y 為正數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法，其中產(chǎn)生該高動態(tài)范圍圖像是利 用下式所計算得 其中，A' oo為該高動態(tài)范圍圖像的紅色灰度值、A' (e)為該高動態(tài)范圍圖像的綠色灰度值、A' (B)為該高動態(tài)范圍圖像的藍(lán)色灰度值、A(k)為該原始圖像的紅色灰度值、Ate)為該 原始圖像的綠色灰度值、A(b)為該原始圖像的藍(lán)色灰度值、Y'為該高動態(tài)灰階圖、Y為該原 始灰階圖、且入為正數(shù)。
5.一種依據(jù)權(quán)利要求1所述的方法產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的數(shù)字?jǐn)z像裝置，是依據(jù)單一 張的數(shù)字圖像產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像，該數(shù)字?jǐn)z像裝置包括一圖像感測器，該圖像感測器將拍攝的數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成一原始圖像；一儲存單元，連結(jié)該圖像感測器，該儲存單元儲存該原始圖像；以及一處理單元，連結(jié)該儲存單元，該處理單元用以執(zhí)行權(quán)利要求1所述的方法，并產(chǎn)生一 高動態(tài)范圍圖像。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)字?jǐn)z像裝置，其中該圖像感測器為一互補金屬氧化半導(dǎo)體感 測器(CMOS sensor)或一電荷耦合元件感測器(CCD sensor)。
7.如權(quán)利要求5所述的數(shù)字?jǐn)z像裝置，其中該儲存單元為一隨機存取存儲器(RAM)、動 態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)或同步動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)其中的任一。
全文摘要
一種產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像的方法及其裝置，利用一數(shù)字?jǐn)z像裝置依據(jù)單一張的數(shù)字圖像產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像，其方法包括取得原始圖像(original image)；執(zhí)行灰階處理程序，是將原始圖像轉(zhuǎn)為原始灰階圖，其中原始灰階圖中的每一個像素皆賦予灰階值；執(zhí)行轉(zhuǎn)換程序，依據(jù)原始灰階圖中的每一個像素的灰階值的梯度值與補償值，并利用梯度值與補償值產(chǎn)生高動態(tài)灰階圖；以及依據(jù)高動態(tài)灰階圖對原始圖像進行補償，用以產(chǎn)生高動態(tài)范圍圖像(High Dynamic Range Images，HDR)。
文檔編號H04N5/243GK101873435SQ200910135410
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者林照鈞 申請人:微星科技股份有限公司