[发明专利]一种针对可调光圈光学系统的图像紫边校正方法

说明书

本发明公开了一种针对可调光圈光学系统的图像紫边校正方法。采用两种不同光圈的相机对存在紫边现象的高反差场景进行拍摄获得大光圈图像为和小光圈图像的两幅图像；对两幅图像配准；检测大光圈图像的过曝区域，对大光圈图像整幅图像进行灰度分级，提取边缘并扩张得到紫边候补区域；将配准后的两幅图像变换至YCbCr颜色空间，对比紫边候补区域的色调数据提取得到紫边区域；以小光圈图像的紫边区域的Cb、Cr通道分别替换到大光圈图像中，保留Y通道亮度数据。本发明实现了紫边图像的检测与校正，改进了以往图像紫边区域缺失色调信息难以复原的问题，算法鲁棒性强，不易在非紫边区域引入错误信息，能够准确地复原。

技术领域

本发明属于数字图像处理领域的一种图像校正处理方法，涉及了一种针对可调光圈光学系统的图像紫边校正方法。

背景技术

图像去紫边方法是指针对图像中高反差区域的物体边缘出现明显的颜色失真的图像降质情况进行减弱和消除的方法，这种现象通常被称为图像紫边。紫边的形成有多个影响因素，根据其原理可总结为如下三点主要成因：(1)位置色差和倍率色差(2)感光器件高光溢出(3)图像去马赛克。感光器件高光溢出主要决定于感光元件的参数，倍率色差与成像系统的视场相关，这两者是难以从算法层面进行解决的。图像去马赛克过程通常在ISP流程中完成并且对紫边影响较弱。而位置色差与孔径相关，因此在光圈较大时对于全视场均会产生影响，在图像存在离焦模糊的情况下对紫边影响尤为严重。这解释了为什么曝光量相同的情况下小光圈图像相比大光圈图像具有更加准确的色调信息。

由于形成紫边的原因复杂，因此难以从硬件层面消除紫边的影响。传统的通过光学设计优化镜头改善色差以及升级感光器件等方法的硬件成本较高。因此目前通常基于软件方案去除紫边，以往一般的解决方案是基于紫边区域的图像特征先识别紫边再进行校正，往往利用到紫边区域的曝光特性和色调特性。校正的方法通常参考紫边区域周边的正常颜色区域对紫边进行修复，在没有参考颜色的情况时倾向于将紫色修复至偏灰，从而降低紫边对人眼不友好的特性。近年来又陆续发展出其他的基于标定或基于多曝光图像融合等紫边校正方法。但是目前的紫边方法普遍存在如下几点问题:(1)通常只针对特定颜色的色边，如紫边。忽视了图像中可能同时存在绿边和紫边的情况。(2)复原效果偏灰。由于紫边区域的真实色调信息难以获得，传统方法倾向于将紫色复原至灰色。(3)容易误识别，由于传统紫边识别方法脱离物理模型，容易产生误识别，造成错误的颜色修复。

发明内容

为了克服现有技术的不足和解决背景技术中存在的问题，本发明采用了一种针对可调光圈光学系统的图像紫边校正方法。

本发明通过连续拍摄两张光圈不同的图像照片，对两张图像进行配准。然后基于小光圈图像的色调识别大光圈图像中的色调异常区域，结合图像的曝光情况识别紫边区域。然后将两幅图像转换到YCbCr颜色空间，保留明度通道信息，利用Cb、Cr通道对大光圈图像中的紫边区域进行修复。

本发明采用的具体技术方案如下：

(1)采用两种不同光圈的相机对存在紫边现象的高反差场景进行拍摄获得大光圈图像为Iba和小光圈图像Isa的两幅图像；

所述的高反差场景为逆光拍摄场景或者前景和背景反差较大的场景，如天空背景下的树叶和白底黑字的纸张。具体实施为出现紫边现象的图像拍摄场景，两幅图像的拍摄时间接近。紫边现象是指在反差较大区域物体边缘表现出错误的颜色信息，因通常为紫色得名，有时可表现为绿色。图像反差大表现为图像局部对比度高，紫边现象通常出现在图像局部对比度大于0.85的区域。

具体实施中，两种不同光圈的相机可通过同一相机调整光圈进行拍摄。

(2)提取两幅图像的特征点并计算单应性矩阵，利用单应性矩阵对拍摄得到的两幅图像进行配准；

(3)对于配准后的两幅图像，检测大光圈图像的过曝区域，对大光圈图像整幅图像进行灰度分级，提取边缘并扩张得到紫边候补区域；