所揭示技術(shù)大體上涉及圖像捕獲方法，且更明確地說涉及用于提供具有穩(wěn)定和平衡亮度值的圖像幀的前景和背景的曝光計量方法。各方面還涉及經(jīng)配置用于所述方法的設(shè)備。

背景技術(shù)：

一些數(shù)字成像設(shè)備(例如數(shù)字攝像機)裝備有自動曝光計量過程以增強所拍攝影像的視覺效果。曝光計量過程經(jīng)設(shè)計以持續(xù)地確定和調(diào)整待由數(shù)字成像設(shè)備的圖像傳感器使用的曝光條件。通過包含時間、增益和孔徑(f數(shù))以及其它參數(shù)的參數(shù)來確定曝光條件。使用可在圖像前景(例如，圖像對象)與圖像背景(例如，圖像減圖像對象)之間具有不平衡相對亮度值的習知曝光計量過程來產(chǎn)生許多數(shù)字圖像。也就是說，前景或背景中的一者可相比于實際人類視覺體驗而看起來不切實際地明亮或“反白”，而前景或背景中的另一者可相比于實際人類視覺體驗而看起來不切實際地暗。舉例來說，當在沙灘處襯著升陽或落日的背景拍攝一個人的面部的數(shù)字圖像時，背景可能反白，而前景(即，人的面部特征)看起來過度暗。另一方面，在相對情形中，例如當襯著晚會的背景使用閃光拍攝一個人的面部的數(shù)字圖像時，前景(即，面部特征)可能反白，而背景看起來過度暗。

圖像幀的前景與背景之間的此不平衡有時可能歸因于控制數(shù)字成像設(shè)備的曝光條件的曝光計量過程。一般來說，曝光條件是經(jīng)確定參數(shù)，包含孔徑、快門速度和ISO速度以及其它參數(shù)?？讖娇刂乒饪山?jīng)由進入數(shù)字成像設(shè)備的圖像傳感器的區(qū)域?？扉T速度控制圖像傳感器的曝光的持續(xù)時間。ISO速度控制圖像傳感器對給定量的光的靈敏度。雖然孔徑、快門速度與ISO速度的不同組合可用以達成類似曝光，但不同的權(quán)衡可隨不同組合存在。這是因為孔徑可影響景深，快門速度可影響運動模糊且ISO速度可影響圖像噪音。一些數(shù)字成像設(shè)備裝備有自動選擇孔徑、快門速度和ISO速度中的一些或全部的規(guī)范化計量過程。

一些數(shù)字成像設(shè)備裝備有一或多個曝光計量選項，許多選項通過將相對加權(quán)指派到不同光區(qū)來工作。舉例來說，在部分或點測光中，將相對更高加權(quán)指派到圖像的一部分(例如，面部)，以襯著大體上更亮或更暗的背景使所述部分(例如，面部)成像，而不將所述部分呈現(xiàn)為過度暗或過度亮。然而，雖然此些計量過程可通過計量出前景的至少一部分來允許具有所要亮度等級的穩(wěn)定前景(例如，面部)，但計量過程仍可能不通過允許具有所要亮度等級的穩(wěn)定前景的曝光條件來防止背景變得過度亮或過度暗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個方面中，一種方法包含接收包括多個像素的圖像幀和從所述圖像幀減去前景像素以獲得背景像素。所述方法另外包含基于所述背景像素的至少一個子集而確定下一圖像幀的曝光條件。所述方法進一步包含調(diào)整所述前景像素，使得所述下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差在預定范圍內(nèi)。

在另一方面中，一種數(shù)字成像設(shè)備包含經(jīng)配置以接收包括多個像素的圖像幀的圖像傳感模塊。所述設(shè)備另外包含經(jīng)配置以從所述圖像幀減去前景像素以獲得背景像素的背景確定模塊。所述設(shè)備另外包含經(jīng)配置以基于所述背景像素的至少一個子集而確定下一圖像幀的曝光條件的曝光條件確定模塊。所述設(shè)備進一步包含經(jīng)配置以選擇性地調(diào)整所述前景像素的前景像素調(diào)整模塊，使得所述下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差在預定范圍內(nèi)。

在另一方面中，一種計算機可讀媒體包括在被執(zhí)行時引起處理器執(zhí)行包含以下步驟的指令：接收包括多個像素的圖像幀；從所述圖像幀減去前景像素以獲得背景像素；基于所述背景像素的至少一個子集而確定下一圖像幀的曝光條件；以及調(diào)整所述前景像素，使得所述下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差在預定范圍內(nèi)。

在又一方面中，一種數(shù)字成像設(shè)備包含用于接收包括多個像素的圖像幀的裝置。所述設(shè)備另外包含用于從所述圖像幀減去前景像素以獲得背景像素的裝置。所述設(shè)備另外包含用于基于所述背景像素的至少一個子集而確定下一圖像幀的曝光條件的裝置。所述設(shè)備進一步包含用于調(diào)整所述前景像素使得所述下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差在預定范圍內(nèi)的裝置。

附圖說明

圖1A是由成像設(shè)備捕獲的具有相對均勻地反射光的對象的示意性圖像幀。

圖1B是由成像設(shè)備捕獲的具有相對不均勻地反射光的對象的示意性圖像幀。

圖1C是說明圖1A和2B的圖像幀的明度分布的示意性明度直方圖。

圖2A是說明根據(jù)一些實施例的捕獲圖像幀的方法的流程圖。

圖2B是說明根據(jù)一些實施例的確定曝光條件的方法的流程圖。

圖2C是說明根據(jù)一些實施例的選擇性地調(diào)整前景像素的方法的流程圖。

圖3A到3B是說明根據(jù)一些實施例的確定曝光條件的方法的示意性明度直方圖。

圖4A到4B是說明根據(jù)一些其它實施例的確定曝光條件的方法的示意性明度直方圖。

圖5A是說明根據(jù)一些實施例的選擇性地調(diào)整前景像素的方法的示意性明度直方圖。

圖5B是展示根據(jù)圖5A中所說明的實施例的對應于選擇性地調(diào)整前景像素的方法的伽瑪調(diào)整曲線的圖形。

圖5C是說明根據(jù)一些其它實施例的選擇性地調(diào)整前景像素的方法的示意性明度直方圖。

圖5D是展示根據(jù)圖5C中所說明的實施例的對應于選擇性地調(diào)整前景像素的方法的伽瑪調(diào)整曲線的線圖。

圖6是根據(jù)一些實施例的使用曝光計量過程所捕獲的示意性圖像幀。

圖7是說明根據(jù)一些實施例的配備有曝光計量過程的數(shù)字成像設(shè)備的框圖。

具體實施方式

本發(fā)明的實施例涉及用于在圖像幀中提供對象的平衡和穩(wěn)定前景和背景照明的系統(tǒng)和方法。在一些實施例中，曝光計量過程用來基于圖像幀的更穩(wěn)定的部分而確定曝光條件。舉例來說，一個部分可是圖像幀的一或多個背景部分。發(fā)現(xiàn)此些自動曝光過程提供更不易受亮度的突然改變影響的更穩(wěn)定自動曝光條件。這是由于圖像幀的一些所選部分(例如圖像幀的背景)相比于前景的部分相對更不頻繁地改變。此外，所揭示曝光計量系統(tǒng)和過程可通過選擇性地調(diào)整圖像的前景部分來實現(xiàn)前景與背景之間的平衡相對亮度。

圖1A說明在通過習知曝光計量過程所確定的第一曝光條件下由成像設(shè)備捕獲的第一圖像幀10。第一圖像幀10說明多個對象，包含放置在典型照明環(huán)境下，例如在桌子12和椅子14接收且反射來自例如熒光吊頂燈的入射光的辦公室中的桌子12和椅子14。如所展示，桌子12和椅子14的照明在圖像幀內(nèi)粗略地同等且平衡。

圖1B說明在通過習知曝光計量過程所確定的第二曝光條件下由圖像設(shè)備捕獲的第二圖像幀20。除了桌子22和椅子24以外，第二圖像幀20還說明前景中的在幀中新捕獲的手26。因為手26更接近圖像捕獲裝置，所以手26可相比于桌子22和椅子24反射大體上更高量的光，并且因此在圖像幀20中看起來亮得多。為了容納相對亮的手26以及相對暗的桌子22和椅子24，習知曝光計量過程可將圖1B的第二曝光條件調(diào)整為不同于圖1A中所展示的第一曝光條件。由于調(diào)整，手26可呈現(xiàn)得過度亮，而桌子22和椅子24呈現(xiàn)得過度暗?？申P(guān)于圖1C的直方圖進一步理解此效應。

圖1C說明對應于分別由成像設(shè)備使用第一和第二曝光條件捕獲的圖1A和1B的第一圖像幀10和第二圖像幀20中的對象的像素的示意性明度直方圖40。x軸表示由成像設(shè)備捕獲的像素的明度值，且y軸表示具有相對應明度值的像素的數(shù)目。在圖1C中和在整個本說明書中，可用明度值的范圍，其可取決于特定成像設(shè)備，可在x軸上表示為在對應于像素內(nèi)的最低明度值的最小明度(MIN LUMA)值與對應于像素內(nèi)的最高明度值的最大明度(MAX LUMA)值之間的范圍。舉例來說，對于由成像設(shè)備捕獲的具有8位的位深度的圖像幀，最小明度值可對應于0且最大明度值可對應于255。當然，取決于特定成像設(shè)備的灰度的可用性，最大明度可更高或更低，例如，16、65536、16777216等，對應于4位、16位、24位的位深度。

應了解，具有超出最大明度的明度值的曝光過度像素可能不進一步與具有最大明度的明度值的像素區(qū)分，且因此相對應像素的明度值可能從圖像幀丟失且無法恢復。舉例來說，此些像素可顯示為純白色。類似地，具有低于最小明度的明度值的曝光不足像素可能不進一步與具有最小明度的明度值的像素區(qū)分，且因此舉例來說，相對應像素的明度值可能丟失，且因此像素可顯示為純黑色。

圖1C說明對應于在第一曝光條件下所獲得的圖1A中的第一圖像幀10的桌子12和椅子14的像素42a的第一分布。圖1C另外說明對應于將在用以獲得第一圖像幀10的第一曝光條件下所獲得的手(圖1A中未顯示)的像素44a的第二分布。圖1C另外說明對應于在用以獲得第二圖像幀20的第二曝光條件下所獲得的桌子22和椅子24的像素42b的第三分布，和對應于在用以獲得第二圖像幀20(圖1B)的第二曝光條件下所獲得的手26的像素44b的第四分布。在習知計量過程下，可將第一分布42a和第三分布42b分類為背景，且可將第二分布44a和第四分布44b可分為前景。在圖1C和整個本說明書中所說明的實例中，僅出于說明性目的，可將直方圖描繪為具有特定形狀。然而，應理解，直方圖可基于像素的明度值而具有任何形狀。

如所說明，對應于將對于手所獲得的像素的第二分布44a內(nèi)的像素的明度值大體上高于對應于已對于圖1A中的桌子12和椅子14所獲得的像素的第一分布42a內(nèi)的像素的明度值。也就是說，如果用以獲得第一圖像幀10的第一曝光條件用以獲得包含手的圖像幀，那么像素44a的第二分布內(nèi)的像素的相當大部分將具有超出最大明度的明度值。如上文所描述，當此發(fā)生時，其明度值超出最大明度的像素可變得“剪切”，其中高于最大明度閾值的明度值設(shè)定為最大明度值。因此，為了最小化此些丟失，習知計量過程可將曝光條件從第一曝光條件調(diào)整到第二曝光條件。舉例來說，所述過程可增大捕獲裝置的快門速度。其結(jié)果是，第二分布44a的像素經(jīng)移位以具有第四分布44b內(nèi)的更低明度值，如由箭頭48指示，使得對應于手的更多像素的恰當明度值可包含在可用明度范圍內(nèi)。然而，由于曝光條件的此調(diào)整，第一分布42a的像素的明度值也經(jīng)移位以具有第三分布42b內(nèi)的明度值，如由箭頭46指示，此可引起桌子22和椅子24的非所需暗化，如圖1B中所說明。在一些情形下，第三分布42b內(nèi)的像素的具有低于最小明度的明度值的一部分可能剪切，使得那些像素的更低明度值設(shè)定為最小明度值。

圖2A是說明根據(jù)一些實施例的使用曝光計量過程來捕獲圖像幀的方法50的流程圖。方法50以在狀態(tài)60處接收包括多個像素的圖像幀開始。多個像素可包括背景像素區(qū)和前景像素區(qū)。在在狀態(tài)60處接收多個像素之后，方法50前進以將像素的子集分類為前景像素。方法50包含在將像素的子集分類為前景像素之后，在狀態(tài)70處從圖像幀減去前景像素以獲得背景像素。方法50包含在在狀態(tài)70處減去以獲得背景像素之后，在狀態(tài)80處使用背景像素的至少一個子集來確定下一圖像幀的曝光條件。背景像素的至少一個子集，相比于圖像幀所述其它像素，相對更不頻繁地改變，使得曝光條件更穩(wěn)定且更不經(jīng)受將圖像幀的前景或背景呈現(xiàn)為過度暗或過度亮的過度調(diào)整。方法50另外包含在狀態(tài)100處調(diào)整前景像素，使得下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差在預定范圍內(nèi)，使得除了由于確定在狀態(tài)80處所用的曝光條件而具有更穩(wěn)定的曝光條件以外，下一圖像幀還具有經(jīng)調(diào)整以相對于背景具有更平衡的亮度的前景。

圖2B是說明根據(jù)一些實施例的確定曝光條件的方法80的流程圖。具體地說，方法80可對應于圖2A的狀態(tài)80，且更詳細地說明使用背景像素的至少一個子集來確定下一圖像幀的曝光條件的過程。確定曝光條件的方法80包括在在狀態(tài)70(圖2A)處從所接收圖像減去前景像素以獲得背景像素之后，在狀態(tài)82處計算背景明度值和前景明度值。計算背景和前景明度值可包括計算例如前景像素或背景像素的明度值的平均值、中值、眾數(shù)、最小值或最大值，以及其它適合的明度值。應了解，雖然此些計算的精確性可能在使用大體上所有前景像素和大體上所有背景像素時更高，但在一些情況下可能需要在一些實施方案中使用前景像素和背景像素的二次采樣，以增大計算的速度。在在狀態(tài)82處計算背景明度值和前景明度值之后，方法80前進以在狀態(tài)84處確定背景明度值與前景明度值之間的差。在一些實施例中，在在決策狀態(tài)88處確定差在預定范圍內(nèi)之后，方法前進到狀態(tài)92以基于背景像素的至少子集而確定下一圖像幀的曝光條件。舉例來說，當背景明度值與前景明度值之間的差相對小使得可大體上僅基于背景像素而確定下一圖像的曝光條件而不過度曝光或曝光不足前景時，情況可為如此。在一些其它實施例中，在在決策狀態(tài)88處確定背景明度值與前景明度值之間的差在預定范圍外之后，方法前進到狀態(tài)96以基于背景像素的至少子集且另外基于前景像素的子集而確定下一圖像幀的曝光條件。舉例來說，當背景明度值與前景明度值之間的差相對大使得基于背景像素與前景像素的組合而確定下一圖像的曝光條件，使得可最小化前景的曝光過度或曝光不足時，情況可為如此。

圖2C是說明根據(jù)一些實施例的選擇性地調(diào)整前景像素的方法100的流程圖。方法100可對應于圖2A的狀態(tài)100，且更詳細地說明調(diào)整前景像素使得下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差在預定范圍內(nèi)。調(diào)整前景像素的方法100包含在決策狀態(tài)104處確定在狀態(tài)84(圖2B)處所確定的背景明度值與前景明度值之間的差是否大于預定值。如果在決策狀態(tài)104處確定所計算差在預定范圍內(nèi)，那么在狀態(tài)108處不調(diào)整圖像幀的伽瑪曲線的前景區(qū)。另一方面，如果在決策狀態(tài)104處確定所計算差大于預定范圍，那么在狀態(tài)112處方法前進以比較前景明度值的量值與背景明度值的量值。如果在決策狀態(tài)116處確定前景明度值大于背景明度值(即，前景更亮)，那么在狀態(tài)120處方法前進以向下調(diào)整伽瑪曲線的前景區(qū)的至少一部分，使得下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差減小到在預定范圍內(nèi)。另一方面，如果在決策狀態(tài)116處確定前景明度值小于背景明度值，那么在狀態(tài)124處所述方法前進以向上調(diào)整伽瑪曲線的前景區(qū)的至少一部分，使得下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差增大到在預定范圍內(nèi)。

捕獲圖像幀的方法50的實施例，其使用根據(jù)圖2A到2C如中所說明的一些實施例的曝光計量過程，在下文關(guān)于圖3A、3B、4A、4B和5A到5D更詳細地加以描述。在下文中，僅出于說明性目的，可將含有例如直方圖或伽瑪曲線的數(shù)據(jù)的曲線描繪為具有示意性形狀。然而，應理解，曲線可取決于圖像的性質(zhì)而具有任何形狀。

圖3A和3B說明根據(jù)一些實施例的與使用圖像幀的背景確定曝光條件相關(guān)聯(lián)的示意性明度直方圖。具體地說，實施例說明接收圖像幀、獲得背景像素和根據(jù)類似于上文關(guān)于圖2A和2B所描述的方法的方法而確定曝光條件，其中前景的明度值與背景的明度值之間的差是相對小的。在圖3A和3B中，x軸表示由成像設(shè)備捕獲的具有在最小明度與最大明度之間的范圍的像素的明度值，且y軸表示具有相對應明度值的像素的數(shù)目。

圖3A說明包括背景像素區(qū)204和前景像素區(qū)208的圖像幀的明度直方圖200?？墒褂帽尘皽p去模型將明度直方圖200的像素分類為背景像素和前景像素。根據(jù)一些實施例的背景減去模型包含通過使用數(shù)學過程檢測前景像素來將像素分類為背景像素或前景像素、和從圖像幀減去前景像素以獲得背景像素。在一些實施例中，前景檢測可基于對對象的運動的檢測。在這些實施例中，可比較兩個連續(xù)圖像幀以基于數(shù)學模型而確定一些對象的位置改變，且對已在圖像幀內(nèi)移動了大于預定距離的對象進行分類為前景像素。數(shù)學模型可使用例如直方圖的中值或平均值?？墒褂靡恍┢渌Ｐ停绺咚构烙?、或高斯估計的混合物、或核密度估計。但可使用一些其它模型，例如濾光技術(shù)。數(shù)學模型可使用某些特征用于模型化背景和用于檢測前景，包含例如光譜特征(例如，顏色特征)、空間特征(例如，邊緣特征、紋理特征或立體特征)和時間特征(例如，運動特征)。

在前景檢測基于運動的檢測的實施例中，從圖像幀減去前景像素包括：識別圖像幀的前景對象、預測前景對象的移動路徑、和減去對應于掠過移動路徑的前景對象的像素。舉例來說，預測移動路徑可包含基于一或多個先前圖像幀的外推而確定包含方向和速度(speed)的速率(velocity)。

圖3B說明根據(jù)一些實施例的在將像素分類為前景像素228和從圖像幀200減去前景像素228以獲得背景像素224之后的圖像幀的明度直方圖220。

一旦如圖3B中所說明而獲得背景像素224和前景像素228，那么確定背景明度值和前景明度值。背景明度值和前景明度值可包括相應背景像素228和前景像素224的明度值的平均值、中值、眾數(shù)、最小值、最大值或峰值，以及其它適合的明度值。在圖3A和3B中，出于說明性目的，相應前景和背景明度值分別對應于相應前景像素228和背景像素224的峰值明度值230和226。

在確定背景明度值226和前景明度值230之后，可確定背景明度值226與前景明度值230之間的差232?？山又容^差232與預定范圍。僅借助于實例，預定范圍可對應于例如可用明度值的范圍的某一百分比(即，最大明度到最小明度)。應了解，可選擇可用明度值的范圍的百分比以防止前景或背景的飽和，且所選擇百分比可取決于例如正使用的傳感器的靈敏度等因素。舉例來說，對于相對高靈敏度傳感器(12位或更高)，預定范圍可對應于可用明度范圍的約60％、可用明度范圍的約70％、或可用明度范圍的約80％。舉例來說，對于相對低靈敏度傳感器(8位或10位)，預定范圍可對應于可用明度范圍的約40％、可用明度范圍的約50％、或可用明度范圍的約60％，但本發(fā)明涵蓋其它百分比。

在圖3B的所說明實施例中，差232可小于預定范圍。在這些實施例中，基于背景像素226的至少一個子集而確定下一圖像幀的曝光條件。在一些實施例中，基于背景像素226的至少所述子集(其不包含任何前景像素)而確定下一圖像幀的曝光條件。

可基于多種技術(shù)而選擇背景像素的至少所述子集。在一些實施例中，可基于圖像幀內(nèi)的位置而選擇背景像素的子集。舉例來說，可基于接近中心而定位的像素的一部分或接近周邊而定位的像素的一部分而選擇背景像素。在一些其它實施例中可基于背景內(nèi)的特定對象(例如，圖1A和1B中的桌子或椅子)而選擇子集。在一些其它實施例中，可基于相對明度值而選擇子集。在此上下文中，相對明度值可包含基于背景像素的明度值的更高或更低百分比。在一些其它實施例中，所選子集可是隨機所選的前景像素的某一百分比。在又一些其它實施例中，基于由背景像素226占用的背景圖象面積的百分比而確定下一圖像幀的曝光條件。舉例來說，背景像素的所選子集可包含從由背景像素226占用的背景圖象面積的例如90％、95％、98％、99％或更多中選出的像素的子集。應了解，可基于計算的所要速度和精確性而選擇背景圖象面積和/或背景圖象面積內(nèi)的像素的百分比。

圖4A和4B說明根據(jù)一些實施例的與使用圖像幀的背景來確定曝光條件相關(guān)聯(lián)的示意性明度直方圖。具體地說，實施例說明接收圖像幀、獲得背景像素和根據(jù)類似于上文關(guān)于圖2A和2B所描述的方法的方法而確定曝光條件，其中前景的明度值與背景的明度值之間的差是相對大的。

圖4A說明根據(jù)另一實施例的在將像素分類為前景像素248和背景像素244之后的圖像幀的明度直方圖240。使用類似于上文關(guān)于圖3A和3B所描述的方法的方法來對背景像素244和前景像素248進行分類。此外，使用類似于上文關(guān)于圖3B所描述的方法的方法來確定背景明度值246、前景明度值250、和背景明度值246與前景明度值250之間的初始差252。類似于圖3B，出于說明性目的，相應前景和背景明度值分別對應于相應前景像素248和背景像素244的峰值明度值250和256。

相比于圖3B的實施例，在圖4A的所說明實施例中，初始差252可大于上文關(guān)于圖3B所描述的預定范圍，其中預定范圍可對應于例如可用明度值的范圍內(nèi)的某一百分比(即，最大明度到最小明度)。在這些實施例中，基于如關(guān)于圖3B所描述的背景像素244的子集而確定下一圖像幀的曝光條件。背景像素的子集可包含使用與關(guān)于圖3B所描述的方法類似的方法來選擇像素。此外，基于前景像素250的子集而確定下一圖像幀的曝光條件。

類似于背景像素的子集，也可基于類似技術(shù)(例如，在一些實施例中，基于圖像幀內(nèi)的位置)而選擇前景像素的子集。因此，接近中心而定位的像素的一部分或接近圖像的周邊而定位的像素的一部分。在一些其它實施例中，可基于前景內(nèi)的特定對象而選擇前景像素的子集。作為一個實例，子集可為如圖1B中所示的手。在一些其它實施例中，可基于前景像素的相對明度值而選擇前景像素的子集。因此，可基于前景像素的明度而選擇值具有更高或更低百分比的前景像素。在一些其它實施例中前景像素的子集可為隨機所選的前景像素的某一百分比。

在圖4B中的明度直方圖260中說明確定下一圖像幀的曝光條件中的包含一些前景像素的結(jié)果。在明度直方圖260中，背景明度值266與前景明度值270之間的所得差274小于圖4A的初始差252。舉例來說，當將來自前景像素248的具有更高明度值的像素的子集添加到圖4A的背景像素244中使得經(jīng)調(diào)整背景像素264相比于圖4A的背景像素244的明度值246具有更高明度值266時，可獲得更小所得差274。

在圖3A和3B和圖4A和4B中，描述圖像幀的前景比圖像幀的背景亮的實施例。然而，應理解，類似原理可應用于圖像幀的前景比圖像幀的背景暗的實施例。在此些實施例中，基于相比于前景像素具有更高明度值的背景像素的至少一個子集而確定下一圖像幀的曝光條件。

圖5A到5D是說明根據(jù)一些實施例的選擇性地調(diào)整前景像素的方法的示意性明度直方圖和伽瑪曲線，類似于上文關(guān)于圖2A和2C所描述的方法。

圖5A說明根據(jù)一些實施例的使用應用于其中前景比背景亮的圖像幀的曝光計量過程的由成像設(shè)備捕獲的圖像幀的示意性明度直方圖300。在圖5A中，x軸表示由成像設(shè)備捕獲的具有在最小明度與最大明度之間的范圍的像素的明度值，且y軸表示具有相對應明度值的像素的數(shù)目。

參考圖5A，明度直方圖300說明根據(jù)一些實施例的包含第一背景像素304a和第一前景像素308a的第一圖像幀、和包含第二背景像素304b和第二前景像素308b的第二圖像幀。可通過應用上文關(guān)于圖3A和3B所描述的背景減去過程來從未分化圖像幀獲得前景像素和背景像素。第一圖像幀可表示在第一曝光條件下從圖像傳感器接收的初始圖像幀，且第二圖像幀可表示在響應于前景對象的改變而將第一曝光條件修改為第二曝光條件之后從圖像傳感器接收的后續(xù)圖像幀。如上文關(guān)于圖3A和3B所描述，一旦已獲得第一前景和背景像素308a和304a，那么以如上文所描述的類似方式確定第一前景像素308a的第一前景明度值310a與第一背景像素304a的第一背景明度值306a之間的第一差312a。

隨后，如上文關(guān)于圖2C所描述，在確定第一前景明度值310a大于第一背景明度值306a之后，即刻向下調(diào)整上部明度區(qū)316內(nèi)的第一前景像素308a的明度值。所得第二前景像素308b具有減小的第二前景明度值310b，使得獲得第二背景像素304b的第二前景明度值310b與第二背景明度值306b之間的所得第二差312b，第二差312b的值小于第一差312a。其結(jié)果是，減小了曝光過度前景的風險。

可基于多種技術(shù)(例如，在一些實施例中，基于圖像幀內(nèi)的位置(例如，接近中心而定位的像素的一部分或像素的接近周邊而定位的像素的一部分))而選擇在其內(nèi)調(diào)整前景像素的上部明度區(qū)316。在一些其它實施例中，可基于前景內(nèi)的特定對象(例如，圖1B中的手)而選擇上部明度區(qū)316。在一些其它實施例中，可基于相對明度值(例如，前景像素的基于其明度值的上部百分比)而選擇上部明度區(qū)316。在一些其它實施例中，上部明度區(qū)316可選擇隨機所選的前景像素的某一百分比。

如上文關(guān)于圖3A和3B所描述，背景明度值306a/306b和前景明度值310a/310b可包括相應背景像素304a/304b和前景像素308a/308b的明度值的平均值、中值、眾數(shù)、最小值、最大值或峰值，以及其它適合的明度值。在圖5A中出于說明性目的，相應前景和背景明度值對應于峰值明度值。

圖5B是展示根據(jù)一些實施例的對應于選擇性地調(diào)整前景像素的方法的默認伽瑪調(diào)整曲線324和經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線328的圖形320。在圖形320中，x軸表示對應于第一圖像幀的輸入明度值，且y軸表示對應于第二圖像幀的輸出明度值。默認伽瑪曲線324可能不是直線。替代地，默認伽瑪曲線324可具有可經(jīng)優(yōu)化以調(diào)整總體圖像幀的總體彎曲，使得針對增強的對比度調(diào)整圖像幀的中間調(diào)區(qū)。默認伽瑪曲線324可能不選擇性地調(diào)整特定前景區(qū)。

經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線328說明可使用類似于用以調(diào)整圖5A中的前景像素的曝光計量過程的曝光計量過程來進行的對前景像素的調(diào)整。經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線328包含對應于像素的上部明度區(qū)332a的上部伽瑪曲線區(qū)328a(所述區(qū)在更小虛線矩形與更大虛線矩形之間)。經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線328另外包含對應于像素的下部明度區(qū)332b下部伽瑪曲線區(qū)328b(所述區(qū)在更小虛線矩形內(nèi)部)。如所說明，按下部伽瑪曲線區(qū)328a向下大體上調(diào)整上部明度區(qū)332a內(nèi)的像素，而下部明度區(qū)332b內(nèi)的像素大體上不受上部伽瑪曲線區(qū)328b影響。由于根據(jù)經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線328所進行的調(diào)整，第一前景像素308a(圖5A)經(jīng)選擇性地移位以變成具有減小的明度值的第二前景像素308b(圖5A)。

圖5C說明根據(jù)一些實施例的使用應用于其中前景比背景暗的圖像幀的計量過程的由成像設(shè)備捕獲的圖像幀的示意性明度直方圖340。在圖5C中，軸和軸標記類似于上文關(guān)于圖5A所描述的軸和軸標記。

參考圖5C，明度直方圖340說明根據(jù)一些實施例的包含第一背景像素344a和第一前景像素348a的第一圖像幀、和包含第二背景像素344b和第二前景像素348b的第二圖像幀。類似于上文關(guān)于圖5A所描述的明度直方圖300，第一圖像幀可表示在第一曝光條件下從成像設(shè)備接收的初始圖像幀，且第二圖像幀可表示在響應于前景對象的改變而將曝光條件修改為第二曝光條件之后從成像設(shè)備接收的后續(xù)圖像幀。類似于圖5A，可通過應用上文關(guān)于圖3A和3B所描述的背景減去過程來從未分化圖像幀獲得前景像素和背景像素。

也類似于圖5A，一旦已獲得第一前景像素348a和第一背景像素344a，那么確定第一前景像素348a的第一前景明度值350a與第一背景像素344a的第一背景明度值346a之間第一差352a。然而，不同于圖5A，第一差352a是負值，這是因為第一前景像素348a相比于第一背景像素344a具有更低明度值(即，前景更暗)。隨后，如上文關(guān)于圖2C所描述，在確定第一前景像素348a的第一明度值350a低于第一背景像素344a的第一明度值346a之后，選擇性地向上調(diào)整下部明度區(qū)356內(nèi)的第一前景像素348a的明度值。所得第二前景像素348b具有增大的第二前景明度值350b，使得獲得第二背景像素344b的第二前景明度值350b與第二背景明度值346b之間的所得第二差352b，第二差的值小于第一差352a。其結(jié)果是，減小了曝光不足前景的風險。

圖5D是展示根據(jù)一些實施例的對應于選擇性地調(diào)整前景像素的方法的默認伽瑪調(diào)整曲線364和經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線368的圖形360。在圖形360中，x軸表示對應于第一圖像幀的輸入明度值，且y軸表示對應于第二圖像幀的輸出明度值。類似于圖5B，應了解，默認伽瑪曲線364可能不是直線。

經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線368說明可使用類似于用以調(diào)整圖5D中的前景像素的曝光計量過程的曝光計量過程來進行的對前景像素的調(diào)整。經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線368包含對應于像素的下部明度區(qū)372a下部伽瑪曲線區(qū)368a(所述區(qū)在更小虛線矩形內(nèi))。經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線368另外包含對應于像素的上部明度區(qū)372b的上部伽瑪曲線區(qū)368b(所述區(qū)在更小虛線矩形與更大虛線矩形之間)。如所說明，按下部伽瑪曲線區(qū)368a向上大體上調(diào)整下部明度區(qū)372a內(nèi)的像素，而上部明度區(qū)372b內(nèi)的像素大體上不受上部伽瑪曲線區(qū)328b影響。由于根據(jù)經(jīng)調(diào)整伽瑪曲線368所進行的調(diào)整，第一前景像素348a(圖5C)經(jīng)選擇性地移位以變成具有增大的明度值的第二前景像素348b(圖5C)。

圖6是根據(jù)一些實施例的使用曝光計量過程所捕獲的示意性圖像幀。曝光計量過程基于圖像幀的背景像素的至少一部分而計算曝光條件，根據(jù)如上文所描述的各種實施例。類似于上文所描述的圖1B，圖6說明說明多個對象的圖像幀390。幀中所示的例示性對象包含在典型辦公室照明環(huán)境下的桌子392、椅子394和手396。類似于圖1B，圖6表示在將第二曝光條件應用于類似于圖1B的第一圖像幀之后的第二圖像幀，其中通過根據(jù)本文中所揭示的實施例應用曝光計量過程來確定第二曝光條件。然而，不同于圖1B，第二曝光條件尚未將手396呈現(xiàn)為過度亮，亦尚未將椅子392和桌子394呈現(xiàn)為過度暗。替代地，通過使用背景像素的至少一個子集來確定曝光條件(背景像素相比于圖像幀內(nèi)的其它像素相對更不頻繁地改變)已穩(wěn)定曝光條件且背景像素(對應于椅子392和桌子394)的明度分布以相比于圖1B相對極少地改變，如上文關(guān)于圖2A、2B和圖5C到5D所描述。此外，前景像素(對應于手396)并不呈現(xiàn)過度明亮的，這是因為已調(diào)整明度值，如上文關(guān)于圖2A、2C和圖5A到5B所描述。因此，圖像幀390具有含有相對于彼此平衡的亮度值的前景(手396)與背景(桌子392和椅子396)。

圖7說明根據(jù)一些實施例的說明編程有曝光計量過程的數(shù)字成像設(shè)備400的功能框圖。成像設(shè)備400包含圖像傳感模塊430、曝光計量模塊410和圖像顯示模塊470。曝光計量模塊410又包含像素分類模塊414、背景確定模塊418、曝光條件確定模塊422和前景像素調(diào)整模塊426。曝光計量模塊410內(nèi)的模塊中的每一者通信連接到存儲器模塊440、微處理器模塊450和存儲模塊460。存儲器模塊440、微處理器模塊450和存儲模塊460彼此通過例如總線通信連接到曝光計量模塊410。

圖像傳感模塊430經(jīng)配置以從對象吸收光子反射，且在顯示或存儲之前將光子轉(zhuǎn)換為電信號用于處理。圖像傳感模塊430包括包含多個像素的圖像傳感器。所述圖像傳感器的每個像素包括經(jīng)配置以吸收光的入射光子的多個感光區(qū)(例如，光電二極管)。在一些實施例中，入射光子可由微透鏡導向每一像素上方以增強光子收集的量子效率。所吸收光子轉(zhuǎn)換為電子，其數(shù)目可取決于入射光子的能量。電子又轉(zhuǎn)換為電壓信號。

在一些實施例中，圖像傳感模塊430包含電荷耦合裝置(CCD)圖像傳感器。CCD圖像傳感器包括彩色濾光片陣列和像素陣列。CCD圖像傳感器的每一像素包括包含紅色、綠色及藍色濾光器的圖案的彩色濾光器。穿過不同彩色濾光器的經(jīng)濾光光子由像素陣列內(nèi)的光電二極管吸收。光電二極管將所吸收的光子轉(zhuǎn)換為電荷，且通過在被稱作電荷耦合的過程中將不同電壓施加到像素而使電荷移動到單個位置。因為通過施加不同電壓而移動像素中的電荷，所以CCD圖像傳感器由外部電壓發(fā)電機支持。

在一些實施例中，圖像傳感模塊430包含互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。如同CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器包含光敏二極管陣列，每一像素內(nèi)一個二極管。然而，不同于CCD，CMOS成像器中的每一像素具有其自身的個別集成放大器。另外，可直接在x-y坐標系中讀取CMOS成像器中的每一像素，而不用通過電荷的移動。因此，CMOS圖像傳感器像素直接檢測光子，并且將其轉(zhuǎn)換為被輸出的電壓。

在一些實施方案中，圖像傳感模塊430包含用于將產(chǎn)生于入射光子的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的額外電路。此外，圖像傳感模塊430可進一步包含圖像傳感器控制器，圖像傳感器控制器經(jīng)配置以響應于各種命令和從背景導向計量單元410所接收的曝光參數(shù)而控制所述圖像傳感器。

根據(jù)一些實施例，曝光計量單元410經(jīng)配置以接收產(chǎn)生于由圖像傳感模塊430吸收且轉(zhuǎn)換為電信號的光子的數(shù)字信息。電信號對應于包含背景像素區(qū)和前景像素區(qū)的多個像素。背景導向單元410的像素分類模塊414經(jīng)配置以在接收對應于多個像素的電信號之后將像素的子集分類為前景像素。背景確定模塊418經(jīng)配置以從圖像幀減去前景像素以獲得背景像素。曝光條件確定模塊422經(jīng)配置以使用背景像素的至少一個子集來確定下一圖像幀的曝光條件。前景像素調(diào)整模塊426經(jīng)配置以選擇性地調(diào)整前景像素，使得下一圖像幀的背景明度值與前景明度值之間的差在預定范圍內(nèi)。因此，曝光計量單元410經(jīng)配置以基于圖像的背景而為連續(xù)幀提供更穩(wěn)定的曝光條件，且經(jīng)進一步配置以提供相對于相對應背景在亮度上具有更平衡的前景的圖像幀。

圖像顯示模塊470可經(jīng)配置以在數(shù)字成像設(shè)備400的成像模式下“實時”顯示圖像幀。舉例來說，可在每一幀由圖像傳感模塊430產(chǎn)生前后顯示圖像幀，圖像傳感模塊430中的一些可由背景導向計量模塊經(jīng)由例如前景像素調(diào)整模塊426修改，如上文所描述。顯示模塊470可經(jīng)進一步配置以在不在數(shù)字成像設(shè)備400的成像模式中時“脫機”顯示圖像幀，在此情況下可從存儲器模塊440或存儲模塊460檢索所存儲影像。

圖像顯示模塊470包含顯示裝置和顯示控制器。在一個實施例中，顯示裝置可包含有源矩陣有機發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器，其包括在電激活時產(chǎn)生光的有機發(fā)光二極管(OLED)像素的有源矩陣。OLED像素可集成到薄膜晶體管(TFT)陣列上，薄膜晶體管陣列充當一系列開關(guān)以控制流向每一個別像素的電流。顯示裝置的其它實施例是可能的，包含LED、LCD、OLED、AMOLED、或可被配置成用于數(shù)字圖像設(shè)備400的顯示裝置的任何其它類似類型的顯示器。

數(shù)字成像設(shè)備400進一步包含經(jīng)配置以在數(shù)字成像設(shè)備400通電時存儲信息的存儲器模塊440。存儲器模塊440可經(jīng)配置以保持信息，例如在背景導向計量模塊410的操作的各階段處與圖像幀相關(guān)聯(lián)的經(jīng)完全地或部分地處理的像素信息。存儲器模塊440可包含存儲器裝置，例如靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)和動態(tài)隨機存取存儲器(RAM)。存儲器裝置可經(jīng)配置為不同層級的高速緩沖存儲器，高速緩沖存儲器通過存儲器總線以通信方式耦合到微處理器模塊450，存儲器總線提供數(shù)據(jù)路徑以供數(shù)據(jù)在存儲器裝置與微處理器模塊450之間來回流動。

數(shù)字成像設(shè)備400進一步包含經(jīng)配置以存儲例如照片和視頻文件的媒體以及軟件代碼的存儲模塊470。在一些實施例中，存儲模塊470經(jīng)配置以永久性地存儲媒體，甚至在將數(shù)字成像設(shè)備400斷電時也如此。在一些實施方案中，存儲模塊270包含存儲媒體，例如硬盤、非易失性存儲器(例如快閃存儲器、只讀存儲器(ROM)以及其它存儲器)。

本文中所揭示的實施方案提供用于使用裝置自身的顯示器為前向圖像傳感器提供照明源的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，這些實施例可能用硬件、軟件、固件或其任何組合來實施。

在描述中，給出具體細節(jié)以提供對實例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐實例。舉例來說，可在框圖中展示電組件/裝置，以免用不必要的細節(jié)使實例模糊不清。在其它實例中，可詳細展示此些組件、其它結(jié)構(gòu)和技術(shù)以進一步解釋實例。

還應注意，可將實例描述成過程，所述過程被描繪成流程圖、流圖、有限狀態(tài)圖、結(jié)構(gòu)圖或框圖。雖然流程圖可將操作描述成循序過程，但許多操作可并行或同時執(zhí)行，并且過程可重復。另外，可以重新布置操作的順序。過程在其操作完成時終止。過程可以對應于方法、函數(shù)、程序、子例程、子程序等。當過程對應于軟件函數(shù)時，過程的終止對應于功能返回到調(diào)用函數(shù)或主函數(shù)。

提供對所揭示實施方案的前述描述來使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解對這些實施方案的各種修改，且本文中所定義的一般原理可應用于其它實施方案，而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明不既定限于本文中所展示的實施方案，而是應被賦予與本文中所揭示的原理和新穎特征相一致的最廣范圍。