[发明专利]计算相机响应曲线及合成大动态范围图像的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其是指一种计算相机响应曲线及合成大动 态范围图像的方法及其装置。

背景技术

在图像处理领域中，一般用亮度动态范围来表示图像采集设备对拍摄场景 中景物光照反射的适应能力，即图像采集设备所能识别的亮度等级的变化范围。 因此，亮度动态范围一般被定义为亮度等级的最大值与最小值之比。在现实生 活中，一般现实场景中的亮度动态范围一般为10⁵∶1。通常，人眼在对环境进 行观察时，可以察觉到亮度为10^-3cd/m²的星光，也能感受到亮度为10⁵cd/m²的阳光，且人眼在很暗或很亮的情况下都能察觉到现实场景中的各种细节。由 此可知，通过眼睛瞳孔的自动调节，人眼能分辨的亮度动态范围大致为10⁸∶1， 即使在同一个场景内，人眼不需调节也能分辨10⁴∶1的亮度动态范围。而对于 图像采集设备来说，目前的图像采集设备(例如：数码相机、摄像机)所能获 取的亮度动态范围仅为10²～10³∶1，远远低于现实场景中的亮度动态范围以及 人眼所能感知的亮度动态范围，因此目前的图像采集设备无法记录现实场景中 的超过其亮度动态范围的图像细节，从而影响图像采集设备的成像质量。所以， 有必要找到一种能有效增大图像采集设备摄取的亮度动态范围的方法，提高图 像采集设备的成像质量。为了弥补目前图像采集设备所能获取的亮度动态范围 不足的缺陷，现有技术一般都是利用同一场景不同曝光的图像来重建这一场景 的动态范围，并生成相应的近似于人类视觉所能感受到的清晰的图像，由于该 图像同时记录了足够多的真实场景中的亮度或色彩信息(例如高光区和阴影区 的细节)，具有非常高的动态范围，因此该图像被称之为大动态范围图像。

现有常用的图像采集设备中的感光器件一般为电荷藕合器件(CCD，Charge Coupled Device)和互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)，这些感光器件所能采集的亮度动态范围都很有限。因此，为了 尽可能多地获取现实场景中的全部细节，使得生成的图像具有比较高的亮度动 态范围，目前常用的方法是：用现有的图像采集设备在同一静止场景下、在多 个不同的曝光时刻，分别采集曝光程度不同的图像，并将这些曝光程度不同的 图像组成一个图像序列(简称为曝光程度不同的图像序列)，再通过一定的算法 依靠上述的曝光程度不同的图像序列或其他的预先获取的曝光程度不同的图像 序列得到相机的响应曲线，最后利用相机响应曲线和已有的不同曝光时间的图 像序列合成一张大动态范围图像。图1为在不同曝光时刻获取的图像序列示意 图。如图1所示，图1给出了在同一静止场景下，在三个不同的曝光时刻所获 取的分辨率均为1024×768的图像序列。

根据三基色原理，任意一种色光均可用红(R)、绿(G)和蓝(B)三基色 以不同比例和强度进行混合来表示，因此彩色图像中每个象素的色彩信息可用 R、G和B三个分量来表示，且每个分量的强度值(或亮度值)的大小范围为 0～255。例如：若象素点的R分量亮度值为255，G分量亮度值为0，B分量亮 度值为0，则该象素点为纯红色；若象素点的R、G、B三个分量亮度值相等(除 了0和255)，则该象素点为灰色；若象素点的R、G、B三个分量亮度值均为 255，则该象素点为白色；若象素点的R、G、B三个分量亮度值均为0，则该 象素点为黑色。因此，一般将图像中象素点的R、G、B三个分量分别称为R、 G、B通道。而对于灰度图像，则一般用灰度值(也可称之为亮度值)来表示 将图像中象素点的图像信息。

在上述的方法中，如果只需合成亮度大动态范围图像，则仅需要获得一条 关于亮度的相机响应曲线。图2为合成亮度大动态范围图像的流程示意图。如 图2所示，根据曝光程度不同的(即在不同的曝光时刻获取的)亮度图像序列 合成亮度大动态范围图像的具体步骤如下所述：

步骤201，输入曝光程度不同的亮度图像序列。

步骤202，根据上述的图像序列，计算相机亮度响应曲线。；

步骤203，获取曝光程度不同的亮度图像序列。

步骤204，根据上述的响应曲线以及图像序列，合成亮度大动态范围图像。