圖像光影效果處理裝置的製作方法

2023-10-09 15:44:29 2

專利名稱：圖像光影效果處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理技術，尤其涉及對圖像的光影效果的處理技術。
背景技術：
攝影是年輕人十分喜好的活動，在攝影中，照片或者圖片的光影效果是體現圖像意境的重要一環，尤其是在攝影的過程中，光影效果往往直接決定的照片給人的感覺。但攝影也是十分昂貴的活動。傳統的做法中，為了達到理想的光影效果，需要在拍攝場地上進行複雜的光影布置，並進行大量的拍攝嘗試。為了得到不同的光影效果，必須每一次拍攝完成之後人工對照射光源進行調整。這是一項十分耗費精力和財力的工作，一方面由於調整照射光源十分複雜，另一方面受到客觀條件的限制，有一些光影效果是難以通過調整而得到的。很顯然，在供大學生使用的自助式設備中無法提供這種專業的攝影拍攝環境，因為成本太過高昂。一些圖像處理軟體提供了由軟體圖像處理而實現的光影效果的調整。在這些圖像處理軟體中，通過對單個或者局部的像素的亮度、色彩的調整來模擬出光影效果。 這些圖像處理軟體確實能夠提供顯著的光影效果，並且使用方便，但是這些圖像處理軟體的一個重大的缺陷是像素的調節完全基於操作者的人工操作，於是，最終得到的光影效果是否真實很大程度上取決於操作者的經驗。由於沒有足夠的數據作為保證，這種處理方式的失真程度比較高。

發明內容
本發明旨在提出一種圖像光影效果處理裝置，該裝置通過一系列真實的光照效果得到光影變化曲線，之後以該光影變化曲線為基礎提供豐富的光影效果變化，操作簡便並且真實度高。該圖像光影效果處理裝置包括一組照明光源、照明控制器、成像裝置、電量採集器、數據收集器、數據分析器和圖像處理裝置。該一組照明光源中的每一個對準一取景區域。照明控制器連接到該一組照明光源，控制其中的每一個照明光源獨立地開關，照明控制器連接到一照明模式存儲器，存儲一組照明模式參數，每一照明模式參數對應一組照明光源的一種開關組合方式。成像裝置對準取景區域，獲取取景區域的圖像，成像裝置包括一傳感器陣列，傳感器陣列由光敏傳感器組成，每一光敏傳感器連接一個電荷收集器，成像裝置獲取的圖像被投射到傳感器陣列上，光敏傳感器根據投射到其上的光的強度產生電荷，由電荷為該光敏傳感器所連接的電荷收集器充電。電量採集器連接到成像裝置，採集傳感器陣列連接的每一個電荷收集器的電量。數據收集器連接到照明控制器和電量採集器，收集傳感器陣列連接的每一個電荷收集器在每一種照明模式下的電量。數據分析器連接到數據收集器，根據每一個電荷收集器在每一種照明模式下的電量，得到每一個電荷收集器的電量隨照明模式連續變化的函數。圖像處理裝置連接到數據分析器，根據每一個電荷收集器的電量隨照明模式連續變化的函數對成像裝置獲取的圖像進行光影效果的處理。
該電荷收集器可以是電容。照明模式存儲器、數據收集器、數據分析器和圖像處理裝置可以集成在一臺計算機上實現。成像裝置可基於數位照相機實現。採用本發明的技術方案，首先通過一系列真實的光照效果，利用光敏元件將其轉換成電信號，通過對電信號的收集得到光照效果和電信號的對應關係，在一定數量的真實光照效果和電信號的對應關係的基礎上，推算出光照效果和電信號的連續變化曲線，以該變化曲線為基礎，就能夠以很高的仿真程度得到模擬的光影效果。


圖1揭示了根據本發明的一實施例的圖像光影效果處理裝置的結構圖；圖2揭示了根據本發明的一實施例的成像裝置、傳感器陣列以及電荷收集器的結構圖。
具體實施例方式參考圖1所示，揭示了根據本發明的一實施例的圖像光影效果處理裝置的結構圖。該圖像光影效果處理裝置包括一組照明光源10、照明控制器12、成像裝置14、電量採集器16、數據收集器18、數據分析器20和圖像處理裝置22。該一組照明光源10可以包括數個照明器10 (a)、10 (b)、10 (c)、10 (d)...，這些照明器10(a)、10(b)、10(c)、10(d)...中的每一個都對準一取景區域。這些照明器10(a)、 10 (b)、10 (c)、10 (d)…被布置在取景區域的各個方位，這些照明器10 (a)、10 (b)、10 (c)、 10(d)...能被獨立地開關以實現單個照明器、其中幾個照明器或者所有照明器的光照效果或者光照效果的組合。照明控制器12連接到該一組照明光源10中的每一個照明器10(a)、10(b)、10(c)、 10(d)...以控制其中的每一個照明光源獨立地開關。照明控制器12連接到一照明模式存儲器13。照明模式存儲器13存儲有一組照明模式參數，每一照明模式參數對應一組照明光源的一種開關組合方式。當照明控制器12從照明模式存儲器13中調取一種照明模式參數時，即得到了照明光源10中的照明器的一種開關組合方式。比如，照明模式參數Al對應如下的組合方式照明器10 (a)開啟，照明器10 (b)、10 (c)、10 (d)全部關閉。照明模式參數 A2對應如下的組合方式照明器10(a)、10(b)開啟，照明器10 (c)、10(d)關閉。照明控制器12根據照明模式參數來控制一組照明光源10中照明器的開關。照明模式存儲器13可以由計算機的存儲裝置實現。成像裝置14對準取景區域，獲取取景區域的圖像，成像裝置14可以是基於數位照相機或者數碼攝像機的。在數位照相機或者數碼攝像機的基礎上，成像裝置14還包括一傳感器陣列15，傳感器陣列15由許多光敏傳感器15 (a)、15(b)...組成，這些光敏傳感器 15 (a) ,15(b)排列成矩形陣列，該矩形陣列的大小與數位照相機或者數碼攝像機的像素陣列相等。成像裝置獲取的圖像被投射到傳感器陣列上，即像素陣列中的一個像素或者臨近的幾個像素對應傳感器陣列上的一個光敏傳感器。參考圖2所示，每一光敏傳感器15(a) 連接一個電荷收集器17，成像裝置14獲取的圖像被投射到傳感器陣列15上，光敏傳感器15(a)根據投射到其上的光的強度產生電荷，這些電荷被電荷收集器17收集。在一個實施例中，電荷收集器17由電容實現，於是，光敏傳感器15(a)產生的電荷為會該光敏傳感器 15(a)所連接的電荷收集器17，即電容充電。電量採集器16連接到成像裝置14，更加確切地說是連接到每一個電荷收集器17。 電量採集器16採集傳感器陣列15連接的每一個電荷收集器17的電量。由於電量是一個可以測量的數據，因此通過上述的傳感器陣列15、電荷收集器17以及電量採集器16的結合，就將不可測量的「光的亮度」轉換成了可以準確測量的「電量」，為之後的精確模擬提供了數據基礎。數據收集器18連接到照明控制器12、照明模式存儲器13和電量採集器16，收集傳感器陣列15連接的每一個電荷收集器17在每一種照明模式下的電量。數據收集器18 以下述的方式獲取數據1)從照明模式存儲器13獲取一個照明模式參數，該照明模式參數是照明控制器12正在使用的照明模式參數，在該照明模式參數下，對應了一種照明器的 10 (a)、10 (b)、10 (C)、10 (d)...的開關組合方式，這種開關組合方式被認為是一種真實狀態下的光影效果的體現。2)從電荷收集器17獲取電量信息，此處需要分別獲取每一個光敏傳感器15(a)所連接的電荷收集器17的電量。由於傳感器陣列15與成像裝置14的像素陣列存在對應關係，因此像素陣列上的圖像同樣分布在傳感器陣列上。每一個光敏傳感器受到的光照強度是不同的，而光照強度與產生的電量相關，於是，不同的光照強度產生不同的電量。數據收集器18分別採集每一個光敏傳感器15(a)所連接的電荷收集器17的電量，就得到了整個傳感器陣列上的電量分布狀況，該電量分布狀況對應於圖像的光照強度分布。如此，就把整個圖像上的光照強度進行了「量化」，成為可以準確測量的數據。數據分析器20連接到數據收集器18，根據每一個電荷收集器17在每一種照明模式下的電量，得到每一個電荷收集器17的電量隨照明模式連續變化的函數。數據分析器20 的作用是將離散分布的數據組合成連續的曲線。數據收集器18會採集到傳感器陣列15中的每一個光敏傳感器15(a)所連接的電荷收集器17在每一種照明模式參數下的電量。於是，數據收集器18會得到了下述的數據1)每一個光敏傳感器15(a)在不同的照明模式參數下的電量分布，因為照明模式參數對應的是一組照明器的開關狀況，因此照明模式參數是使用一個二進位的數組來表示，而電量值是一個數值。所以，針對每一個光敏傳感器 15(a)，數據收集器18得到了在一個多維空間中的離散分布的許多點，這些點反映了單個光敏傳感器15(a)在不同照明模式參數下的電量。數據分析器20的第一個作用就是通過目前的數學分析方法，可以將這些離散的點形成連續變化的函數，具體的數學方法不在本發明討論的範圍內，對於本領域的技術人員來說，具體採用哪一種數學分析方法是可以根據需要來選擇的。數據收集器18還得到了以下的數據2)在同一種照明模式參數下，不同的光敏傳感器15(a)之間電量分布的狀況，同樣，由於照明模式參數是使用一個二進位的數組而電量值是一個數值，針對同一個照明模式參數，也能夠得到在多維空間中的離散分布的許多點，這些點體現了在一種照明模式參數下在傳感器陣列上的電量分布狀況和變化的趨勢，也可以理解為光影效果的過渡和變化趨勢。數據分析器20的第二個作用就是將這些離散的點也形成連續變化的函數。最終，數據分析器20得到了兩組連續變化的函數，分別反映了每一個光敏傳感器15(a)在不同光照情況下的電量變化趨勢以及在同一光照效果下，在整個傳感器陣列行的電量分布狀況和過渡趨勢。利用這兩組連續變化的函數，就實現了對於光影效果的可靠預測，因為這些函數是來源於真實的數據。數據分析器20可以由計算機實現，利用計算機的處理器、存儲裝置和一些軟體來實現。圖像處理裝置22連接到數據分析器20，根據每一個電荷收集器的電量隨照明模式連續變化的函數對成像裝置獲取的圖像進行光影效果的處理。圖像處理裝置22自身還保存著另外的一組數據，就是電量和像素陣列亮度之間的關係。如上面所介紹的，像素陣列與傳感器陣列之間存在對應關係，傳感器陣列中的每一個光敏傳感器對應像素陣列中的一個或者幾個像素。由於最終的圖像是通過像素陣列來表現的(在現在的數位照相機或者數碼攝像機中，由數位照相機或者數碼攝像機所產生像素陣列和最終由計算機或者其他設備展示的像素陣列是相同的)。因此，還需要建立電量與像素陣列之間的關聯。該關聯可以通過下述的方式建立設定像素陣列的最高亮度，獲取傳感器陣列中對應的光敏傳感器的電量收集器的電量；逐步降低像素陣列的亮度，不斷採集電量知道像素陣列的最低亮度。得到像素陣列與電量的對應關係。由於電量是與每一個光敏傳感器對應，而一個光敏傳感器可能對應一個或者多個像素，因此，電量和像素陣列亮度之間的關係記錄如下將像素陣列參照傳感器陣列的傳感器分布進行分割，以一個像素或者幾個像素為單位，建立像素的亮度與電量之間的對應關係，該關係通常是呈線性變化的。利用上述的像素的亮度與電量之間的對應關係、以及由數據分析器20獲得的兩組連續變化的函數，圖像處理裝置22就能以如下的方式進行光影效果的處理1)首先，選擇一個希望的光影效果，該光影效果可以被表示為一個二進位的數組(類似照明模式參數的形式)，即說明，以該二進位數組中記載的方式來控制一組照明器，就能夠達到上述的光影效果(或者接近上述的光影效果)。2)將該二進位數組放入到由數據分析器20獲得的兩組連續變化的函數中，分別根據每一光敏傳感器的電量變化趨勢和整個傳感器陣列上的電量過渡趨勢，得到在該二進位數組(照明模式參數)下，傳感器陣列上的每一個傳感器對應的電量值。幻由像素的亮度與電量之間的對應關係，根據上述的電量值得到像素陣列的亮度，調整像素陣列的亮度即達到了調整圖像光影效果的目的。由於數據分析器20已經提供了連續變化的函數，因此，本發明的方案可以模擬極端情況下的光影效果，這些光影效果利用傳統的手段是幾乎不可能實現的。圖像處理裝置22也可以由計算機實現，利用計算機的處理器、存儲裝置和一些軟體來實現。在一個實施例中，例如參考圖1所示，照明模式存儲器13、數據分析器20和圖像處理裝置22可以集成在同一個計算機上實現。例如，在圖1所示的實施例中，照明模式存儲器13、數據分析器20和圖像處理裝置22就是由計算機30集成實現。採用本發明的技術方案，首先通過一系列真實的光照效果，利用光敏元件將其轉換成電信號，通過對電信號的收集得到光照效果和電信號的對應關係，在一定數量的真實光照效果和電信號的對應關係的基礎上，推算出光照效果和電信號的連續變化曲線，以該變化曲線為基礎，就能夠以很高的仿真程度得到模擬的光影效果。
權利要求
1.一種圖像光影效果處理裝置，其特徵在於，包括 一組照明光源，該一組照明光源中的每一個對準一取景區域；照明控制器，連接到所述的一組照明光源，控制其中的每一個照明光源獨立地開關，所述照明控制器連接到一照明模式存儲器，存儲一組照明模式參數，每一照明模式參數對應所述一組照明光源的一種開關組合方式；成像裝置，對準所述取景區域，獲取取景區域的圖像，所述成像裝置包括一傳感器陣列，所述傳感器陣列由光敏傳感器組成，每一光敏傳感器連接一個電荷收集器，成像裝置獲取的圖像被投射到所述傳感器陣列上，光敏傳感器根據投射到其上的光的強度產生電荷， 由電荷為該光敏傳感器所連接的電荷收集器充電；電量採集器，連接到所述成像裝置，採集所述傳感器陣列連接的每一個電荷收集器的電量；數據收集器，連接到所述照明控制器和所述電量採集器，收集所述傳感器陣列連接的每一個電荷收集器在每一種照明模式下的電量；數據分析器，連接到所述數據收集器，根據每一個電荷收集器在每一種照明模式下的電量，得到每一個電荷收集器的電量隨照明模式連續變化的函數；圖像處理裝置，連接到所述數據分析器，根據每一個電荷收集器的電量隨照明模式連續變化的函數對成像裝置獲取的圖像進行光影效果的處理。
2.如權利要求1所述的圖像光影效果處理裝置，其特徵在於， 所述電荷收集器是電容。
3.如權利要求1所述的圖像光影效果處理裝置，其特徵在於，照明模式存儲器、數據收集器、數據分析器和圖像處理裝置集成在一臺計算機上實現。
4.如權利要求1所述的圖像光影效果處理裝置，其特徵在於， 所述成像裝置是基於數位照相機的。
全文摘要
本發明揭示了圖像光影效果處理裝置，包括一組照明光源、照明控制器、成像裝置、電量採集器、數據收集器、數據分析器和圖像處理裝置。照明光源中的每一個對準取景區域。照明控制器根據照明模式存儲器存儲一組照明模式參數控制每一個照明光源獨立地開關。成像裝置獲取取景區域的圖像，成像裝置包括由光敏傳感器組成的傳感器陣列，每一光敏傳感器連接一個電荷收集器，光敏傳感器根據投射到其上的光的強度產生電荷為電荷收集器充電。電量採集器採集電荷收集器的電量。數據收集器收集電荷收集器在不同照明模式下的電量。數據分析器產生電荷收集器的電量隨照明模式連續變化的函數。圖像處理裝置根據電量隨照明模式連續變化的函數進行光影效果的處理。
文檔編號G06T5/00GK102567953SQ201010597149
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者朱志強 申請人:上海杉達學院