[发明专利]摄影实景宽容度技术和成像换算方法

说明书

本发明是一种用于数码摄影中，增加成像系统宽容度的技术。

自从照像技术的发明开始，经历一百多年的发展，到今天的数码摄影，一直都没能解决摄影成像技术的宽容度问题。现有的白压缩和黑扩展技术，只是在现有成像技术的基础上，以损失一定的图像质量为前提，在信号处理过程中压缩亮部区域，放大暗部区域，并不能真正解决摄影的宽容度问题，而是对图像的宽容度进行补偿的措施。

本发明正是基于为了彻底解决摄影技术中的实景宽容度技术问题，而进行了研究，从而得到了解决这个问题的方法。

现在普遍使用的成像感光元件是CCD，我便以它为例进行说明。CCD在受到光的照射后便产生电荷，如附图中：G1-G11代表不同的光照点，随着光照时间的增加，电荷数量也增加，但是当电荷增加到一定数量时，CCD达到饱和状态，如附图中的G1-G3到达电平16时，电荷开始泄漏，电压基本不再增加。这一特性，使得曝光时间取附图中t2、t3或t4时，在照顾暗部曝光G8-G11的同时，亮部信息也损失了。

如何得到曝光暗部区域信息的同时，也不损失亮部信息呢？本发明采用的方法是：设定一个电压值，这个值可以是正常白曝光的电压值，或接近CCD饱和电压值的一个电压值，将这个值作为基准电压。在摄影前首先选定曝光需要的光圈数值，和可以使用的最长的曝光时间作为摄影的曝光时间。在摄影开始后，按照预先设定的时间间隔，测取所有的CCD感光器所代表每一个像素的点。当某点CCD的电压值达到这个基准电压时，记录下这个CCD达到这个基准电压的时间，即这个像素达到这个基准电压的时间。在时间允许的情况下，可以等到所有的像素点均达到这个电压值时结束曝光。这样我们得到的是以时间来反映各点曝光值的数据。即：在设定电压一定的情况下，将各个像素达到这个电压值的时间作为曝光数据，进而通过将所有的点的时间，按照基准电压值换算得到各点相应的颜色数值，因为各个时间可以计算出相对的电压值，而不同的电压值范围按颜色分配设定，必定对应一个颜色值，那么每个时间也可以推算出它对应的颜色值。我们得到所有像素的颜色值，也就得到了一幅图像。它与以往在固定曝光时间结束后，读取各个曝光点的电压值来生成图像的原理和方法，是显然不同的。但是在多数情况下，不允许等到所有点都达到这个基准电压值，这时我们可以取允许曝光的最长时间，作为曝光时间。这样，在整个曝光的多次扫描过程中，有若干个像素，在相同或不同的时间，到达基准电压值。记录它们到达基准电压值时各自的时间，和曝光结束时，未到达基准电压值的所有像素的电压值，构成一幅图像的原始信息。将这些原始信息统一为电压或时间单位后，转为相应的颜色数值。这时这幅图像的所有信息，我称之为数字底片。之所以叫数字底片，是因为它：是用于数码摄影中的，是由数码构成的，记录了图像实景原始光色的全部信息，有时需要进行再加工才能得到我们想要的图像。

另外我们还可以：在摄影开始后，设定两个以上带不同系数的电压值，其中一个基准电压值的系数为“0”，其它电压值的系数，代表了那个点的电压值与这个基准电压的比例关系。扫描时纪录达到这些基准电压的时间和系数。经过多次扫描，在曝光结束时，再记录下未达到过这些基准电压的像素的电压值。然后转换为统一单位后，配以相应的颜色数值，构成数字底片。这样做的优点是：可以增加扫描的间隔，减少扫描次数，从而减少了处理器的工作量，处理器也可以提前处理转化数据，对缩短拍摄间隔大有益处。

本发明中，扫描测试的次数越多，所得到的颜色数量就可以越多，图像也就越接近自然；反之则得到的颜色数就越少，图像的失真度就会越高。因此，调整预设扫描周期的长短、次数，可以得到不同画面质量的图片。

本发明不局限于CCD感光器件，同样适用于其它摄像管、感光器件和未来的感光器件，只要是在成像过程中采用设定基准值，记录各像素点到达基准值时间，作为成像数据换算的依据的，均属于本发明的范围。

接下来是要加工数字底片。由于我们的这种曝光方式，在保持主要信息区清晰度的同时，亮部区域和暗部区域增加了大量的信息，图像的颜色数量远远超过了现在我们使用的颜色数，在大多数情况下，我们要对图像进行压缩处理，使颜色数接近现在使用的颜色数，或与现在使用的颜色数相同。直线性压缩方法，可以是对于我们的图像只要求包括亮部和暗部区域，不需要特别细致的细节，或者所拍得的图像明暗对比小，已经非常接近我们想要的效果，这样的图像只需要进行数据量的固定压缩比的直线性压缩。其它还有经常使用的各种曲线压缩、亮部指数线压缩等，在此不再描述。