[发明专利]多曝光高动态范围图像捕捉

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.119(e)要求享有2011年4月20日递交的发明名称为“Multiple Exposure High Dynamic Range ImageCapture”的美国申请序列No.13/091，068的优先权。通过引用的方式结合上面引用的全部申请的全部内容。

技术领域

本申请涉及显示在物理场景中出现的灰度的全部范围的图像的获取和处理，该图像通常被称为“高动态范围”或者“HDR”图像。更具体地说，本申请涉及用于在诸如消费类数字照相机的数字图像捕捉设备中进行HDR图像的图像捕捉和处理的系统和方法。

背景技术

由数字照相机捕捉的图像最通常的是低动态范围(LDR)图像，其中每一个图像像素包括有限数量的每颜色数字比特。每像素数字比特的数量被称为数字像素比特宽度值。该数量通常是8比特。这样的8-比特像素能够被用于形成对于每一个像素位置处的每一个颜色具有256个不同灰度级的图像。在场景的LDR图像中，场景的阴影面积被描绘为完全黑色(黑饱和)，场景的明亮的阳光照射的面积被描绘为完全白色(白饱和)，并且其间的场景面积被表示为灰度范围。高动态范围(HDR)图像是具有大于8比特的数字像素比特宽度值的图像；每像素16比特是可能的值。在这样的图像中，在物理场景中出现的灰度的全部范围能够被显示。这些灰度提供LDR图像中丢失的存在于场景的阴影区域、高亮区域和中间色调区域中的图像细节。因而，在HDR图像中，场景细节存在于由于其邻近高建筑物并且位于树木下而位于阴影中的图像暗面积中，直接由明亮的阳光照明的亮面积中，以及在这两个极值之间被点亮的中间照明面积中。

通过获取以不同曝光水平捕捉的场景的多个LDR图像能够捕捉HDR图像。这些多个LDR图像被称为归类到一起的曝光图像系列。低曝光水平将正确地捕捉在由明亮的阳光充分照明的场景面积中的灰度，并且高曝光水平将正确地捕捉在由建筑物和树木完全遮挡太阳和天空的场景面积中的灰度。然而，在低曝光水平下，阴影中的场景面积将完全为黑色、处于黑饱和中、并且不显示细节，而且中间色调面积将丢失细节。进而，在高曝光水平下，场景的高亮部分将完全为白色、处于白饱和中、并且不显示细节，并且中间色调面积将再次丢失细节。因而，经常也获取正确捕捉中间水平灰度的第三、中间曝光水平图像。通过混合这三个LDR图像，能够生成描绘场景的全部灰度级范围的HDR图像。

根据被归类到一起的曝光图像系列推导HDR图像目前要求采用昂贵计算引擎的复杂实现。这是由于需要执行三个分离的处理操作以将被归类到一起的曝光图像系列正确地混合为单个HDR图像，以及第四个分离的处理操作以将现在由具有比8比特每颜色更大的数字像素比特宽度值的像素构成的所产生的图像转换为能够在通常可用于8比特每像素每颜色显示器上显示的图像。这四个处理操作是：

用于精确地将多个图像彼此对准的“图像注册”；

用于以正确的加权将多个图像混合到一起的“图像混合”；

用于去除由于场景对象随着获取多个图像的时间的移动而将在混合的HDR图像中出现的这些对象的位置偏移复制或者“重影”去除的“重影去除”；以及

用于制备用于在局限于显示8比特每像素每颜色图像像素的传统显示器上呈现的最终HDR图像的“色调映射”。

执行这四个处理操作要求在短时间段内大量浮点操作的性能，这能够通过浏览作者为Erik Reinhard、Sumanta Pattanaik、Greg Ward和Paul Debevec，由Morgan Kaufmann出版商出版并且是Elsevier，Inc.的版权2005的“High Dynamic Range Imaging Acquisition，Display，and Image-based Lighting”一书看出。对于图像混合和重影去除处理操作尤其如此。因而，需要使用强大而昂贵的计算引擎(中央处理单元或者CPU)。其昂贵性可能对于专业数字照相机使用尚能容忍，但是对于结合有限处理功率CPU的不太昂贵的“傻瓜”数字照相机，这代表不切实际的方案。

通过将由不太昂贵的数字照相机捕获的被归类到一起的曝光图像系列上传到诸如个人计算机(PC)的通用计算机，能够根据由该照相机捕捉的图像系列创建HDR图像。诸如Adobe Photoshop的图像处理应用能够用于在桌面上执行要求的复杂HDR图像组合处理。该方案不是很有效或者不方便并且不满足在其捕捉之后立即在照相机的内置显示器上重构HDR图像的要求。