本发明是有关于一种曝光控制方法及曝光补偿装置，且特别是有 关于一种用以决定影像的曝光补偿值的自动曝光控制方法及自动曝光 补偿装置。

彩色影像处理装置系统的组成单元，主要包含有影像撷取单元， 影像还原及处理单元，影像显示单元以及影像压縮单元等，其中影像
撷取单元由影像感知器(image sensor)所构成，此为一个以感光二极管 (photo-diodes)所组成的二维数组式组件，此感光组件将所感测的光强 度转换为电子讯号，以供其后的影像还原及处理单元做适当的影像处 理。由于拍照的场景其光源的方向及强度会有所不同，进而造成主体 画面有过亮或过暗的情形产生。而曝光控制即是控制补光的强度大小 及时间长短，在不同场景状况下，修正拍照画面因主体与背景亮度的 差异所造成的主体过亮或过暗的情形。
因此，各业者发展出许多测光方法来改善拍照画面的主体过亮或 过暗的情形，然而一般的测光方法却无法有效地改善此问题。先前技 术如松下电子工业股份有限公司(Matsushita Electric Industrial Co.)提出 的美国专利第5703644号，名称为"自动曝光控制装置(Automatic Exposure Control Apparatus)"的专利。它的做法是将画面切割成许多 小单元区块，并计算出各区块的平均亮度，将计算出的各区块平均亮 度以大小依序排列，并统计出区块数对平均亮度的统计图值，以此将 各个小单元区块分类为主体与背景区域，藉由计算选取的小单元区块 的平均亮度来进行背光与强面光场景的曝光校正。但是此做法容易因 为主体的位置上下左右移动或是旋转而导致场景判断失败。例如图1 所示的美国专利第5703644号，场景判断失败情况的说明图。此专利 是将场景102区分为二个区域，其中一个是在场景中央区域的主体区104，另一个是在场景外围区域的背景区106。当所拍照的人物(即主体) 由位置108左移至位置110,而此时的主体区104由背景所取代，且背 景为较明亮的区域(例如是天空)，那么此专利技术会误认为天空是一个 过于明亮的主体，而将照片做不必要的负补偿(即减光)，如此一来就会 导致上述的场景判断失败的情况。
为了改善拍照画面的主体过亮或过暗的情形的缺点，索尼股份有 限公司(Sony Corporation)也提出了美国专利第6690424号，名称为"相 机内的作为控制影像整理平面曝光的曝光控制装置(Appamtus for Controlling the Exposure of an Image Pickup Plane in a Camera)"的专 利。其为一种用于背光场景的曝光控制方法，它的做法是利用整个画 面的平均亮度值来订出两个亮度参考值，用以将画面分成主体与背景 区域，再求出整个画面与主体区域的平均亮度差。透过此差值决定曝 光补偿的增益(gain)值。此方法可以改善因主体位置上下左右移动或旋 转时场景判断的准确度，但在主体处于强面光的情形下将会判断失效， 造成主体区域过度曝光。例如图2所示的美国专利第66卯424号，场 景判断失败情况的说明图。其中横轴表示为平均亮度(Y),纵轴表示为 总像素值(Pixd counts),两个向下的箭头202、 204表示为亮度参考值， AY表示为两个亮度参考值的亮度差。当图中出现如206所示的曲线 时，此专利技术会将它判定为拍照场景出现了背光(Back-lighting)的情 形，而对它做正补偿。但是当场景出现强面光的情形时，也会出现类 似206的曲线，然而此专利技术却依然将之判断为场景出现了背光的 情形而将之作正补偿，使得原本为强面光的场景反而变得更亮了，如 此一来就会导致上述的场景判断失败的情况。
另外，如奥林帕斯光学股份有限公司(Olympus Optical Co.)所提出 的美国专利第6853806号，名称为"使用曝光控制程序的相机(Camera wMi an Exposure Control Function)"。其为一种用于背光场景的曝光控 制方法，它的做法是利用测定距离的感知器(sensor)及计算整个画面的 平均亮度，来决定主体在画面中的位置，进而利用"背光评鉴单元" 来决定曝光的时间及强度。此专利在相机的结构上需搭配测定距离的 感知器，故制作上较为复杂而成本亦随之提高，所以对于大部分的相 机制造与开发厂商以及消费者而言，其较不具有经济性的价值。发明内容
本发明的目的就是提供一种自动曝光控制方法，用以决定影像的 曝光补偿值。此方法是利用较优势的场景分析演算，来使得在拍照场
景中，若是出现如背光(back-lighting)、强面光(strcng front-lighting)与暗 场景(dark)的情况之下，能够对拍照场景做适当的曝光补偿。而在拍照 场景出现正常面光(normal)以及亮场景(high-light)的情况之下，也能对 其原有的曝光量加以保留。
本发明的另一目的就是提供一种自动曝光补偿装置，用以配合本 发明所提出的自动曝光控制方法来将所撷取的特殊场景影像做合理的 曝光补偿。
基于上述目的，本发明提出一种自动曝光控制方法，包括设定一 亮态区临界值以及一暗态区临界值并建立一坐标域，其中该坐标域中 具有对应不同曝光补偿值的多个次范围，该坐标域反应了影像与该些 次范围之间的关系。然后计算影像中亮度大于亮态区临界值的像素数 量与影像总像素数量的比值，以获得亮态区比例值；以及计算影像中 亮度小于暗态区临界值的像素数量与影像总像素数量的比值，以获得 暗态区比例值。接着依据亮态区比例值与暗态区比例值而决定该影像 于坐标域中的位置。然后，当该影像于坐标域中的位置落于那些次范 围的其中之一，则依据影像所在的次范围对应的曝光补偿值补偿该影 像的曝光量。
基于上述目的，本发明提出一种自动曝光控制方法，用以决定一 影像的曝光补偿值，该自动曝光控制方法包括：设定一亮态区临界值 以及一暗态区临界值并建立一查兑表，该査兑表为多个次范围与其所 对应的曝光补偿值之间的查兑关系；计算该影像中亮度大于该亮态区 临界值的像素数量与该影像总像素数量的比值，以获得一亮态区比例 值；计算该影像中亮度小于该暗态区临界值的像素数量与该影像总像 素数量的比值，以获得一暗态区比例值；依据该亮态区比例值与该暗 态区比例值，于该查兑表中查兑该影像对应的曝光补偿值；以及依据 曝光补偿值补偿该影像的曝光量。
基于上述目的，本发明提出一种自动曝光补偿装置，包括亮度统 计单元、索引计算单元与査兑表。其中亮度统计单元，用以统计影像
9中亮度大于预设的亮态区临界值的亮态区像素数量，并且统计小于预 设的暗态区临界值的暗态区像素数量。索引计算单元的输入耦接至亮 度统计单元的输出，用以依据亮态区像素数量与暗态区像素数量而产 生至少一索引。而査兑表的输入耦接索引计算单元的输出，用以依照 索引而得到曝光补偿值，并输出曝光补偿值。
由以上所知，本发明是采用场景分析演算来使得每种场景情况的 曝光量都能够被适当地定义。由于在拍照场景中所会出现的亮场景、 正常面光、背光、强背光、强面光及暗场景的情况，都已经被包含在 所建立的坐标域的多个次范围里，并且每个拍照的影像皆藉由其亮态 区的比例值与暗态区的比例值来决定该落在坐标域中的哪个位置，然 后再依据影像所在的次范围所对应的曝光补偿值去适当地补偿该影像 的曝光量。因此，采用本发明所述的方法较不容易出现场景判断失败 的情况，而使得每种场景情况都能够被适当地做曝光补偿。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优 选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1示出为美国专利第5703644号，场景判断失败情况的说明图。 图2示出为美国专利第6690424号，场景判断失败情况的说明图。 图3示出为依照本发明一实施例的自动曝光控制方法流程图。 图4示出为依照本发明一实施例的建立坐标域步骤的流程图。 图5a、图5b、图5c、图5d、图5e、图5f绘示为依照本发明一实
施例的在不同场景情况下的亮度统计图。
图6绘示为依照本发明一实施例的坐标域图。
图7绘示为依照本发明一实施例的角度-距离（9-Y， angle-
distance)坐标域平面图。
图8绘示为依照本发明一实施例的角度-距离坐标域平面图。
图9绘示为依照本发明一实施例的曝光差值表。
图10绘示为依照本发明一实施例的曝光补偿值界定流程图。
图11绘示为依照本发明一实施例的曝光补偿值的加权平均算法说明图。
图12绘示为采用依照本发明一实施例的自动曝光补偿装置的数字影像撷取装置方块图。
图13绘示为依照本发明另一实施例的流程图。
图14绘示为依照本发明的另一实施例的建立査兌表的流程图。 图15绘示为依照本发明另一实施例的坐标域平面图。

为了减少场景判断失败的情况，以使得每种场景情况都能够被适 当地做曝光补偿，本发明提供了与已知技术不同的自动曝光控制的方 法，其技术内容将参照附图所揭示的实施例加以说明-
请参照图3所示的依照本发明一实施例的自动曝光控制方法流程 图。图3共分为五个执行步骤，依次为302、 306、 308、 310、 312。其 中，步骤302为设定一亮态区临界值以及一暗态区临界值并建立坐标 域，其详细的步骤又可以用图4所示的依照本发明一实施例的建立坐 标域步骤的流程图来说明。
图4共分为6个执行步骤，依次为402、 404、 406、 408、 410、 412。 其中，步骤402为提供多个样本影像。接下来为步骤404，其步骤内容 为指定每一场景类别所对应的曝光值。之所以要指定对应的曝光值的 原因，在此请参照图5a至图5f所示的依照本发明一实施例的在不同场 景情况下的亮度统计图来说明。其中，图5a至图5f中的横轴表示灰阶 值，纵轴表示为像素数量。并且，于图5a至图5f中皆有二个向下的箭 头502与504,分别表示为亮态区临界值与暗态区临界值，以便定义亮 态区518及暗态区520。而拍照场景一般可大致分为：正常面光、暗场 景、背光、强面光、强背光及亮场景，其分别对应至亮度统计图5a至 5f上的曲线506、 508、 510、 512、 514、 516。在图5a至5f中可以明 显地看出拍照影像在不同场景状况下撷取的影像像素值，其所对应的 亮度统计图(histogram)在亮态区及暗态区会有不同的特征。而曲线506 代表的是一个最理想的场景情况，因此当出现如曲线508、 510、 512、 514、 516所代表的场景情况时，就可以依照所指定对应的曝光值来做 修正，以达到如同一理想场景情况的效果。
接下来为步骤406，其内容为计算出各样本影像的亮态区比例值。 亮态区比例值的求取方式是计算影像中亮度大于亮态区临界值的像素 数量(即亮态区518的像素数量)与影像总像素数量的比值。接下来为步骤408，其内容为计算出各样本影像的暗态区比例復。暗态区比例值的 求取方式是计算影像中亮度小于暗态区临界值的像素数量(即暗态区 520的像素数量)与影像总像素数量的比值。再接下来为步骤410，其内 容为决定该些样本于坐标域中的位置。在此请参照图6所示的依照本 发明一实施例的坐标域图标，其横轴表示为影像的亮态区比例值，纵 轴表示为影像的暗态区比例值。在此坐标域的坐标平面上，统计大量 不同场景的影像资料，亦即每一张影像皆可以以其计算出的亮态区比 例值及暗态区比例值在坐标平面上形成一对应的坐标点。并且，由于 亮态区比例值与暗态区比例值的最大值皆为1，故所有由影像所对应的 坐标点皆落在图6中所示的斜线602的下半部，并且此斜线602的数 学表示式为X+Y4。
接下来，为了拉开每个场景彼此之间的区别，可以将此坐标域再 经过坐标转换系统来将此系统上所有影像形成的坐标点转换至如图7 所示的依照本发明一实施例的角度-距离（e - Y ， angle - distance)坐标域 平面图上。其中，于图7中所示的e表示为图6中坐标点至原点所形 成的直线与横轴的夹角，而图7中Y表示为图6中坐标点所对应的亮 态区比例值(横轴的坐标值)与暗态区比例值(纵轴的坐标值)的总和，在 此角度-距离坐标域平面上形成不同场景状况的影像坐标点以成簇的形 式分布。
接下来为步骤412，其内容为定义各个次范围。由于在图7所示的 坐标域平面上形成不同场景状况的影像坐标点以成簇的形式分布，故 可将此角度-距离坐标域平面分割为若干区块，并区分出各分割区块为 亮场景、正常面光、背光、强背光、强面光及暗场景的各次范围。而 各次范围的排列关系如图7所示，图上所示的区块702、704、706、708、 710分别对应的场景为亮场景、背光与强背光、强面光、暗场景、正常 面光。于本实施例中，由于背光与强背光同属于区块704，所以其曝光 补偿的值相同，并且这些场景的曝光补偿值分别为+0、 +1、 -1、 +2、 +0。
除了上述次范围的形式之外，为了使曝光的补偿能够更精确，使 用本发明技艺者更可自由地依所需要的精确度来定义各次范围，例如 将整个角度-距离坐标域平面分割成更多的区块。如图8所示的依照本 发明一实施例的分割为25个区块的角度-距离坐标域平面图即为其中一例，并且其依照图9所示'的依照本发明一卖'施例的曝光差值表来做
曝光补偿。图8中的每一区块皆对应至图9中的其中一个曝光差值， 例如802对应至902、 804对应至904、 806对应至906。于本实施例中， 在正常面光区及亮场景区，因为同属于正常光源状态，故曝光值不调 整；背光区及强背光区，因为主体过暗而需要补光，故曝光差值为正 值，且强背光区有较大的正曝光差值；强面光因为主体过亮而需要减 光，故曝光差值为负值；在暗场景区，由于整体亮度过低，需要补光 以提升整体拍照影像的亮度，故曝光差值为正值。由以上可看出，利 用建立相对应的曝光差值表，就可以对各种不同的场景状况做准确的 曝光校正控制。
在定义完次范围之后，请再参照图3，当影像资料输入后，即进行 至步骤306，其内容为计算出影像的亮态区比例值，即计算该影像中亮 度大于亮态区临界值的像素数量与影像总像素数量的比值。然后进行 至步骤308，其内容为计算出影像的暗态区比例值，即计算该影像中亮 度小于暗态区临界值的像素数量与影像总像素数量的比值。接下来为 步骤310，其内容为依据亮态区比例值与暗态区比例值来决定影像于坐 标域中的位置。
接下来为步骤312，其内容为依据影像所在的次范围对应的曝光补 偿值补偿影像的曝光量，此步骤又可细分为4个子步骤，请参照图IO 所示的依照本发明一实施例的曝光补偿值界定流程图，其第一个子步 骤1002的内容为定义每一个次范围的边界区。之所以要定义边界区的 原因以及其定义的方法，将依下述内容加以说明：
当影像所对应的坐标点落于前述所定义的某一次范围内时，就依 照该次范围所对应的曝光差值来做曝光补偿。但是，若影像所对应的 坐标点落于某一次范围内，但此次范围所代表的场景类别却不是该影 像的场景类别时，则以坐标点所在次范围对应的曝光补偿值与相邻次 范围对应的曝光补偿值二者加权平均，以作为该影像的曝光补偿值。 此方法可以由图11所示的依照本发明一实施例的曝光补偿值的加权平 均算法说明图来做说明。其中，次范围1102所对应的场景为亮场景； 次范围1104所对应的场景为背光与强背光场景；边界区1106表示为 背光与强背光场景的样本影像于次范围1102中分布的最大范围；边界 区1108表示为亮场景的样本影像于次范围1104中分布的最大范围。此次范围的边界区的定义万法r是以相邻次范围所对应场景类别的样
本影像于目前次范围中分布的最大范围来定义目前次范围的边界区， 而其它拥有相同情形的次范围也依如上方式定义彼此之间的边界区。
坐标点lllO表示为落于次范围1104 (背光与强背光场景）里的亮场景 影像的坐标点。Cl表示为次范围1102所对应的曝光补偿值；C2表示 为次范围1104所对应的曝光补偿值;而曲线1112则表示为C2比例线， 其在次范围1104内的值为i，并且在越过次范围1102与1104的边界 线1116时开始线性递减至零，直至达到次范围1104所对应的场景类 别的样本影像于次范围1102中分布的最大范围为止；而曲线1U4也 表示为Cl比例线，其在次范围1102内的值为1,并且在越过次范围 U02与1104的边界线ill6时开始线性递减至零,直至达到次范围1102 所对应的场景类别的样本影像于次范围1104中分布的最大范围为止； ul表示为坐标点1110对应至曲线1114的比例值；u2表示为坐标点对 应至曲线1112的比例值。
当发生亮场景影像的坐标点1110落于次范围U04(背光与强背光 场景）里时，就可依如下所示的(l)式来计算其经过加权平均的曝光补 偿值-
Clxzd + C2xw2 (J) "1 + "2 ' …
(i)式所示的计算方法并不限定于只适合落于次范围1102与1104 之间的边界区的坐标点使用，当坐标点落于其它边界区时，也同样可 依照上述的加权平均方式来计算其曝光补偿值。
当影像的边界区被定义出来时(即图10的步骤1002被完成时)就可 接下去进行下一个步骤1004。请参照图10，步骤1004的内容为判断 影像于坐标域的位置是否落于边界区外。若判断为是，则进行到步骤 1006，其内容为依据影像所在的次范围对应的曝光补偿值做曝光补偿； 若判断为否，则进行到步骤1008，其内容为依据影像所在的次范围对 应的曝光补偿值与相邻次范围对应的曝光补偿值二者加权平均作曝光 补偿。
以上所述的自动曝光控制方法，其中图3的步骤306与308彼此 之间并无显明优先级，故可相互对调。图4中的步骤406与408彼此 之间并无显明优先级，故也可相互对调。而图i0中的判断步骤1004 并不限定于只判断影像于坐标域的位置是否落于边界区外，其也可以
14是判断影像于坐标域的位置是否落于边界区内;—并且步骤1006与1008 将依其判断结果而执行。
图12绘示为依照本发明一实施例的数字影像撷取装置的部分方块 图。图12中数字影像撷取装置包含数字信号处理器1202、自动曝光补 偿装置1204、光量测单元1206以及加法器1216。其中自动曝光补偿 装置1204包含亮度统计单元1210、索引计算单元1212与查兑表1214。 并且，于图12中的Input为影像资料输入，而e与y为索引，即角度-距离(angle - distance)坐标域平面的横坐标与纵坐标的值。
在图12中，数字信号处理器1202接收影像资料输入Input以便进 行影像处理，并将处理过的影像资料输出至光量测单元1206与亮度统 计单元1210。亮度统计单元1210统计影像资料中亮度大于亮态区临界 值的亮态区像素数量，并且统计小于暗态区临界值的暗态区像素数量。 上述亮态区临界值与暗态区临界值需事先设定。索引计算单元1212耦 接至亮度统计单元1210，用以依据亮态区像素数量与暗态区像素数量 而产生至少一索引。
在另一实施例中，亮度统计单元12i0更计算亮态区像素数量与影 像的总像素数量二者的比值，并还计算该影像的暗态区像素数量与总 像素数量二者的比值，以分别获得该影像的亮态区比例值与暗态区比 例值。索引计算单元1212更依据亮度统计单元1210所输出的亮态区 比例值与暗态区比例值而产生至少一索引。
于此实施例中，索引计算单元1212依照亮态区比例值与暗态区比 例值来产生索引6与Y ，并输出索引至査兑表1214。查兑表1214则依 照这些索引来对应地输出曝光补偿值。接着加法器1216将光量测单元 1206的输出与查兑表1214所输出的曝光补偿值相加，以输出曝光控制 值Outputl。然后，数字影像撷取装置(例如数字相机)便可依据曝光控 制值Outputl来决定如何改变曝光的补偿(例如利用此曝光控制值去控 制数字相机的快门与光圈)。其中，上述查兑表1214的内容必须要先行 建立，其建立的方式将稍后参照图14而详述之。
依照本发明的精神，自动曝光控制方法更可依照如图13所示的另 一实施例施作之。图13共分为6个步骤。而步骤1302，内容为设定一 亮态区临界值以及一暗态区临界值并建立査兌表，其步骤又可再细分 为7个子步骤。请参照图14所示的依照本发明的另一实施例的建立査对表的流程图。其中，步,'140'2、 14&4ri406: 1'408、 1410、 1412的 步骤内容与图4中的步骤402、 404、 406、 408、 410、 412的步骤内容 一样，故在此不再赘述。而在步骤1412，内容为定义次范围之后，此 实施例还有一执行步骤1414，其内容为依据该些次范围与所对应的曝 光补偿值的查兑关系而完成査兑表。在完成此一步骤之后，接下来的 步骤为1306、 1308。请参照回图13，其中，步骤1306、 1308的步骤 内容与图3的步骤306、 308的步骤内容相同，故在此也不再赘述。在 计算出亮态及暗态区比例值之后，接下来为步骤1310，其内容为依据 亮态区比例值与暗态区比例值于查兑表中査兑该影像对应的曝光补偿 值。然后再执行最后步骤1312，其内容为依据曝光补偿值补偿影像的 曝光量。
图15所示为依照本发明另一实施例的坐标域平面图。图15中， 在以影像的亮态区比例值(横轴)和暗态区比例值(纵轴)所形成的坐标平 面上，统计大量的不同场景影像资料，将此坐标域平面分割为若干区 块，并区分出各分割区块为亮场景、正常面光、背光及强背光、强面 光及暗场景，如图中所示。其曝光自动校正的方法是先依第一次曝光 所选取的曝光值，来决定其是否为暗场景，若为暗场景，则以暗场景 的补光方式处理；若非暗场景，则以亮态区比例值与暗态区比例值的 总和(横轴的值+纵轴的值)及亮态区比例值与暗态区比例值的差值(横 轴的值-纵轴的值)来决定所属区块，并由相对应区块所建立的曝光差值 表，经查表得到曝光差值。如此一来就可以不需要经由坐标转换(由横 轴-纵轴坐标域平面转换至角度-距离坐标域平面)亦可达到自动曝光校 正的目的，可简化运算以节省相关硬件的需求。
综上所述，使用本发明的自动曝光控制方法来使得在拍照场景中， 若是出现如背光(back-lighting)、强面光(strong front-lighting)与暗场景 (dark)的情况之下，能够对拍照场景做适当的曝光补偿。而在拍照场景 出现正常面光(normal)以及亮场景(high-light)的情况之下，也能对其原 有的曝光量加以保留。因此，所拍照出来的画面，不仅可以更清晰， 同时也可以更为贴近视觉上所感受到的影像画面。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明， 任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些 许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。