TWI475882B - Motion detection method using the adjusted digital camera of the shooting conditions - Google Patents

Description

利用移動偵測調整數位相機之拍攝條件的方法

一種數位影像的拍攝條件調整方法，特別有關於一種利用移動偵測(motion detection)進行拍攝條件的調整方法。

隨著數位相機的快速發展，許多人會利用攝影來記錄值得紀念的一刻。但無論在傳統使用底片的相機或數位相機上，往往會因為使用者對相機的把持不穩定，導致拍攝時產生模糊的影像。因為只要是手持相機，多多少少都會存在著手震的問題。差別是每個人手持的穩定度有所不同而已，導致按下快門的瞬間會不自主的位移。所以為了避免因為手震而使得拍攝的影像產生模糊，數位相機的製造廠商會透過硬體或軟體的方式來校正已模糊的數位影像。

對於不同的數位相機廠商，均加入不同的防手震機制。一般常用的防手震的方式不外乎：調高感光度(ISO)、加快快門速度、或調大光圈值等方式。上述的各種方式均是減低拍攝時的快門時間，藉以降低手震對於數位影像的影響。但是上述各種方式均有其缺陷。就調整方式與硬體成本而言，調整感光度相較於其他方式是較為便宜的一種做法。調高感光度會產生較大的雜訊，使得數位影像的成像品質降低。而調整快門時間與光圈值會降低感光元件的受光量，進而影響數位影像的成像亮度。

除此之外，影響數位影像的清晰與模糊的原因還有被攝物的移動。當被攝物在晃動的過程中，若是以較低速度的快門時間進行拍攝，所得到的數位影像還是會出現模糊的影像。因此有人提出同時對數位相機的震動與被攝物的晃動分別進行偵測。再根據兩者的移動向量對數位影像的拍攝條件進行補償，藉以將影響拍攝的因素降至最小。

在習知技術中係擷取連續的多張影像，並根據影像中的每一像素在連續影像中的位移，進行相機震動或被攝物晃動的分析。請參考「第1圖」所示，其係為習知技術對數位影像的像素計算示意圖。「第1圖」的左上方與右上方係為連續的兩張數位影像111、112。雖然對每一個像素進行分析，可以有效的找出相機與被攝物的移動變化(假設被攝物為「第1圖」中的人臉)。換句話說，移動變化就是「第1圖」之下方的箭頭。但對數位影像中的每一像素進行計算，這對一般效能有限的數位相機實在有其先天運算的限制。

鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種利用移動偵測調整數位相機之拍攝條件的調整方法，其係應用於數位相機在進行拍攝數位影像時，根據數位相機或被攝物的晃動，用以決定數位相機的拍攝參數。

為達上述目的，本發明所揭露之利用移動偵測調整數位相機之拍攝條件的調整方法包括以下步驟：擷取連續的兩禎預攝影像，分別定義為第一預攝影像與第二預攝影像；將第一預攝影像與第二預攝影像區分為複數個選取區塊，每一選取區塊係對應於第一預攝影像與第二預攝影像中相同區域；計算每一選取區塊在第一預攝影像對第二預攝影像的差異，取得選取區塊的運動向量；根據選取區塊的運動向量的移動量，選取出達到第一門檻值的運動向量，並將其定義為第一主要運動向量；根據第一主要運動向量的移動方向，選取出達到第二門檻值的第一主要運動向量，並將其定義為第二主要運動向量；在第一預攝影像與第二預攝影像中之相同位置設定前景區域，將其餘區域設定為背景區域，並將位於前景區域的選取區塊定義為前景區塊，將位於背景區域的選取區域定義為背景區塊；對所有背景區塊中的第二主要運動向量進行統計程序，從中選出背景主要運動向量；利用背景主要運動向量與前景區塊中的第二主要運動向量，計算已修正前景運動向量；根據已修正前景運動向量查找條件查找表，獲取相應的拍攝參數。

本發明係提供一種利用動態偵測的方式，對數位相機的震動或被攝物的晃動進行辨識。當偵測到數位相機發生震動時，將數位影像中的物件移動向量(意即被攝物的晃動)減掉相機移動向量(意即數位相機的震動)，即可得到被攝物的晃動程度。最後，數位相機根據上述結果對其拍攝條件進行調整。藉以避免因為直接調高拍攝條件導致數位影像的品質下滑。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖示作最佳實施例詳細說明如下。

本發明係運用於具有影像處理的電子裝置，例如個人電腦、數位攝影機、數位相機等電子裝置。但需注意的是，本發明非僅限於上述例子，在此僅先敘明。此外，在本發明中係以擷取多張連續影像，並對每張影像中的運動向量進行分析。再從運動向量中決定出相機的晃動程度與被攝物的運動。根據兩者的晃動與運動大小，決定相應的拍攝條件。為了能清楚說明本發明的運作，以下係以兩張連續的預攝影像作為說明，但並非侷限於此。請參考「第2圖」所示，其係為本發明之運作流程示意圖。以下係為本發明之運作步驟：步驟a：擷取連續的兩禎預攝影像，分別定義為第一預攝影像與第二預攝影像；步驟b：將第一預攝影像與第二預攝影像區分為複數個選取區塊，每一選取區塊係對應於第一預攝影像與第二預攝影像中相同區域；步驟c：計算每一選取區塊在第一預攝影像對第二預攝影像的差異，取得每一個選取區塊的運動向量；步驟d：根據選取區塊的運動向量的移動量，選取出達到第一門檻值的運動向量，並將所選出的運動向量定義為第一主要運動向量；步驟e：根據第一主要運動向量的移動方向，選取出達到第二門檻值的第一主要運動向量，並將所選出的第一主要運動向量定義為第二主要運動向量；步驟f：在第一預攝影像與第二預攝影像中之相同位置設定前景區域，將其餘區域設定為背景區域，並將位於前景區域的選取區塊定義為前景區塊，將位於背景區域的選取區域定義為背景區塊；步驟g：對所有背景區塊中的第二主要運動向量進行統計程序，從中選出背景主要運動向量；步驟h：利用背景主要運動向量與前景區塊中的第二主要運動向量，計算已修正前景運動向量；以及步驟i：根據已修正前景運動向量查找條件查找表，獲取相應的拍攝參數。

請配合參考「第3A圖」所示，其係為第一預攝影像與第二預攝影像之示意圖。在「第3A圖」之左方係為第一預攝影像311；「第3A圖」之右方係為第二預攝影像313。接下來，在第一預攝影像311與第二預攝影像313的相同位置上設定前景區域331與背景區域333。換句話說，前景區域331分別選取第一預攝影像311與第二預攝影像313中相同位置。請配合「第3B圖」所示，其係為前景區域與背景區域之示意圖。為清楚說明前景區域331與背景區域333之差異，故在「第3B圖」中的前景區域331以一人臉表示(黑色短虛線框)，背景區域333係以黑色長虛線框表示。

前景區域331的大小可以利用人臉偵測進行設定。數位相機執行載入人臉偵測程序。數位相機在進行取景或拍攝的過程中，數位相機會對所或取得影像中判斷是否有人臉的存在。若是獲取的影像中具有人臉時，則會將數位影像的人臉進行圈選並將此一區域定義為前景區域331，如「第3B圖」所示。亦或者指定任一特定區域為前景。

選取區塊351的像素陣列大小可以依據數位影像或是數位相機的運算能力所決定。舉例來說，在較小的數位影像或處理速度較慢的相機中，則可以將選取區塊351設定為3*3的像素陣列；在較大的數位影像或處理速度較為快速的相機中，則可以將選取區塊351設定為5*5或7*7以上的像素陣列大小。

接著，計算每一選取區塊351在第一預攝影像311對第二預攝影像313的運動向量。計算運動向量的方式可以利用絕對誤差和(Sum Absolution Difference，簡稱SAD)演算法或是均方差值和(Sum of Squared Difference)找出運動向量。請配合參考「第3C圖」所示，其係為計算絕對誤差和之示意圖。在「第3C圖」中之左圖係為第一預攝影像311；「第3C圖」之右圖係為第二預攝影像313。並在取得所有的選取區塊351之運動向量後，根據運動向量的移動量大小，從所有的運動向量中選取出達到第一門檻值的運動向量，並將所選出的運動向量之集合定義為第一主要運動向量。再由第一主要運動向量中，根據第一主要運動向量的移動方向，選取出達到第二門檻值的第一主要運動向量，並將其定義為第二主要運動向量。

為清楚區隔不同區域中的選取區塊351，因此將位於前景區域的選取區塊351定義為前景區塊353，將位於背景區域的選取區塊351定義為背景區塊355。在「第3B圖」中的前景區域331中更劃分出複數個前景區塊353；在背景區域333中劃分出複數個背景區塊355。請配合「第3D圖」與「第3E圖」所示，其係分別為前景區塊與背景區塊之示意圖。

請配合「第3F圖」所示，其係為在背景區域中的第二主要運動向量之示意圖。對所有背景區塊355中的第二主要運動向量371進行統計程序，從中選出一個背景主要運動向量(未繪示)。其中，統計程序可以透過線性迴歸對第二主要運動向量371進行分類統計，用以找出背景晃動的主要運動之大小與方向。「第3F圖」中的黑色箭頭係代表第二主要運動向量371。

再將背景主要運動向量分別與前景區塊353中的第二主要運動向量371進行相減，計算已修正前景運動向量。請參考「第3G圖」所示，其係為已修正前景運動向量之示意圖。在「第3G圖」中的具有網點的箭頭係代表的是在前景區塊353中的背景主要運動向量373、白色箭頭係為背景主要運動向量373。在「第3G圖」中將前景區塊353中的第二主要運動向量371與背景主要運動向量373進行相減，分別產生已修正前景運動向量375(「第3G圖」中黑色箭頭)。最後，根據已修正前景運動向量375查找條件查找表，用以調整拍攝數位影像時的拍攝條件。拍攝條件係為感光度、光圈值或曝光值。舉例來說當被攝物運動程度小於相機的晃動程度時，則可以優先切換成大光圈，避免因直接拉高ISO值造成雜訊的產生。若已修正前景運動向量375與被攝物的當前拍攝感光度為調整為例。假設當前感光度為100，且已修正前景運動向量375係與感光度成倍數正比。當已修正前景運動向量375係為3時，則可以將感光度調整為現有的3倍，意即為300。若是已修正前景運動向量375係為9倍時，則可以將感光度調整為現有的9倍。

本發明係提供一種利用動態偵測的方式，對數位相機的震動或被攝物的晃動進行辨識。當偵測到數位相機發生震動時，將數位影像中的物件移動向量(意即被攝物的晃動)減掉相機移動向量(意即數位相機的震動)，即可得到被攝物的晃動程度。最後，數位相機根據上述結果對其拍攝條件進行調整。避免因為直接調高拍攝條件導致數位影像的品質下滑。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

111、112．．．數位影像

311．．．第一預攝影像

313．．．第二預攝影像

331．．．前景區域

333．．．背景區域

351．．．選取區塊

353．．．前景區塊

355．．．背景區塊

371．．．第二主要運動向量

373．．．背景主要運動向量

375．．．已修正前景運動向量

第1圖為習知技術對數位影像的像素計算示意圖。

第2圖為本發明之運作流程示意圖。

第3A圖為本發明之第一預攝影像與第二預攝影像之示意圖。

第3B圖為本發明之前景區域與背景區域之示意圖。

第3C圖為本發明之計算絕對誤差和之示意圖。

第3D圖為本發明之前景區塊之示意圖。

第3E圖為本發明之背景區塊之示意圖。

第3F圖為本發明之在背景區域中的第二主要運動向量之示意圖。

第3G圖為本發明之已修正前景運動向量之示意圖。

Claims (5)

1. 一種利用移動偵測調整數位相機之拍攝條件的方法，其係應用於一數位相機在進行拍攝一數位影像時，根據該數位相機或被攝物的晃動，用以決定該數位相機的一拍攝參數，該調整方法包括以下步驟：擷取連續的兩禎預攝影像，分別定義為一第一預攝影像與一第二預攝影像；將該第一預攝影像與該第二預攝影像區分為複數個選取區塊，每一該選取區塊係對應於該第一預攝影像與該第二預攝影像中相同區域；計算每一該選取區塊在該第一預攝影像對該第二預攝影像的差異，取得該選取區塊的一運動向量；根據該些選取區塊的該運動向量的移動量，選取出達到一第一門檻值的該些運動向量，並將所選出的該些運動向量定義為一第一主要運動向量；根據該些第一主要運動向量的移動方向，選取出達到一第二門檻值的該些第一主要運動向量，並將所選出的該些第一主要運動向量定義為一第二主要運動向量；在該第一預攝影像與該第二預攝影像中之相同位置設定一前景區域，將其餘區域設定為一背景區域，並將位於該前景區域的該些選取區塊定義為一前景區塊，將位於該背景區域的該些選取區域定義為一背景區塊；對所有該背景區塊中的該第二主要運動向量進行一統計程序，從中選出一背景主要運動向量；利用該背景主要運動向量與該些前景區塊中的該第二主要運動向量，計算一已修正前景運動向量；以及根據該已修正前景運動向量查找一條件查找表，獲取相應的該拍攝參數。
2. 如請求項1所述之利用移動偵測調整數位相機之拍攝條件的方法，其中該拍攝參數係包括有：光圈值、感光度與快門值。
3. 如請求項1所述之利用移動偵測調整數位相機之拍攝條件的方法，其中設定該前景區域更包括以下步驟：進行一人臉偵測程序；以及對該數位影像中具有人臉的區域進行圈選，用以產生該前景區域。
4. 如請求項1所述之利用移動偵測調整數位相機之拍攝條件的方法，其中該運動向量係利用絕對誤差和演算法或是均方差值和所產生。
5. 如請求項1所述之利用移動偵測調整數位相機之拍攝條件的方法，其中該統計程序係為一線性迴歸處理。