一种获取高动态范围图像的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种获取高动态范围图像的装置，包括：相机、第一分光镜、第二分光镜、高度曝光HE传感器、中度曝光ME传感器和低度曝光LE传感器；其中，相机镜头竖直放置，三个传感器全部位于相机镜头的同一侧，并且，HE传感器与相机镜头平行，ME传感器与相机镜头垂直，LE传感器与ME传感器平行；其中，第一分光镜和第二分光镜位于相机镜头和三个传感器所包围的区域中，第一分光镜与相机镜头成45°角放置，第二分光镜垂直于相机镜头。本发明专利技术还提供一种获取高动态范围图像的方法。利用本发明专利技术能够获得HDR图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种获取高动态范围图像的装置和方法。
技术介绍
高动态范围图像(HighDynamicRangeImage，HDR图像)是一种可以表示真实世界场景中高动态范围亮度信息的最有发展前途的高新技术。高动态范围成像技术就是要正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影这样大的范围亮度。其涉及到图形图像学，数学，物理学，机械学和计算机等众多学科领域。与传统图像相比，HDR图像中的像素值正比于场景中对应点的时间亮度值，能更好的保留场景中的亮区及暗区的细节信息。HDR图像获取的关键点是获取同一场景中一系列曝光程度不同的照片以及配套的合并算法。目前，获取HDR图像的主要方法是通过普通的数码成像设备来得到HDR图像，前提条件是需要获得同一个场景的多幅不同曝光量的图像，这里图像的两个重点是必须是相同场景、具有不同曝光量。但在实际应用中，利用普通数码相机手动获取不同曝光量的图像时容易产生如下两个问题：1.如果在定点拍摄过程中相机存在微小的移动，会使合成得到的HDR图像变得模糊。即使使用三脚架进行固定，也可能因为地面不平或按快门时用力不等造成轻微的移动或旋转。2.在拍摄图像组时，如果场景中的物体发生了移动，则会使最终合成的高动态图像中出现伪影。这种情况在室外拍摄时经常发生，例如移动的人物，云朵和被风吹动的树木等。虽然去伪影方法在速度上和性能上较原来方法都有明显进步，但在使用中对于高速运动的目标物(例如高速行驶的列车)仍然无法满足实时性要求。当前的各种去伪影算法对于实用来说都在耗时过多的缺陷，因此在高速运动环境下进行景物拍摄，现有的先后拍摄多张不同曝光图像无法满足无伪影的要求。如果只拍一张图像，且使这张图像包含所有信息，再用这张图像合成HDR就不会存在伪影的影响。但在实际应用中，这种HDR图像的获取需要专门的硬件系统，且都造价昂贵，难以普及。经过多年的尝试，该方法至今没有重大突破，利用多张不同曝光图像序列合成一种HDR图像仍然是最常用最有效的方法。但是，目前将不同曝光图像序列合成HDR图像的算法一直是只依靠单个像素的信息进行合并，而不考虑它邻近的像素信息。这种方法针对曝光程度差别在3档以上的图像序列合成时，得到的HDR图像质量很差。此外，对影响HDR图像质量的因素方面，现有研究大都侧重于HDR图像中的去伪影技术，对于如何获取无须去伪影的HDR图像尚无相关研究，特别是在高速场景中如何获取HDR图像的问题尚待解决。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种获取高动态范围图像的装置和方法，利用该装置及配套的合并算法，可针对一系列曝光程度不同的图像序列进行处理，获得HDR图像。本专利技术提供一种获取高动态范围图像的装置，包括：相机、第一分光镜、第二分光镜、高度曝光HE传感器、中度曝光ME传感器和低度曝光LE传感器；其中，相机镜头竖直放置，三个传感器全部位于相机镜头的同一侧，并且，HE传感器与相机镜头平行，ME传感器与相机镜头垂直，LE传感器与ME传感器平行；其中，第一分光镜和第二分光镜位于相机镜头和三个传感器所包围的区域中，第一分光镜与相机镜头成45°角放置，第二分光镜垂直于相机镜头。优选地，第一分光镜和第二分光镜都采用半反射的镜面。优选地，第一分光镜和第二分光镜都采用无涂层的薄膜分光镜。优选地，在HE传感器、ME传感器和LE传感器上得到的图片完全相同，且图片的起始像素点在每个传感器上也相同。优选地，HE传感器的曝光量是ME传感器曝光量的12.2倍，ME传感器的曝光量是LE传感器曝光量的17倍。本专利技术可以获得同一时刻，同一场景下曝光程度不同的一系列图片，这样使得得到的图片，只是曝光程度不同，而场景完全相同，避免了伪影的影响。另外，本专利技术提出的合并算法，利用邻近像素点的信息，针对曝光程度差别在三档以上的图片仍然有较好的合成效果。附图说明图1是本专利技术实施例的获取HDR图像的装置俯视图。图2是本专利技术实施例的获取HDR图像的方法的流程图。图3是本专利技术实施例的相机响应曲线对照表。图4是本专利技术实施例的合并算法的流程图。图5和图6是列车的HDR图像。具体实施方式以下结合附图以及具体实施例，对本专利技术的技术方案进行详细描述。在本领域，获取同一场景的曝光程度不同的图像序列是合成HDR图像的首要关键技术，而得到曝光程度不同的图像序列之后的合成算法是获得HDR图像的又一关键技术。图1为本专利技术实施例的获取HDR图像的装置的俯视图，利用该装置可获取同一场景曝光程度不同的图像序列，该装置包括：相机、两个分光镜、三个传感器，根据获得光照的多少分别命名为高度曝光(HighExposure)HE传感器、中度曝光(MediumExposure)ME传感器、低度曝光(LowExposure)LE传感器。图1实施例中，相机位于左侧，三个传感器位于相机镜头的右侧区域，其中，ME传感器与相机镜头垂直，ME传感器与LE传感器平行，HE传感器与相机镜头平行，其中，两个分光镜位于相机镜头和三个传感器所包围的区域，并且，分光镜1与镜头成45°角放置，分光镜2垂直于镜头，即与镜头成90°角放置。在本专利技术的实施例中，分光镜1和分光镜2都采用半反射的镜面，通过改变分光镜的角度，可代替滤光片、光圈大小和曝光时间长短等参数变化，这样可以使传感器得到大量的光照。图1实施例采用的是半反射镜面中的一种，既无涂层的薄膜分光镜。在本专利技术的实施例中，三个传感器均选用市售的矽映电子科技型号为SI-1920HDCMOS的传感器。传感器的像素为1920*1080，且尺寸为5微米。传感器动态范围可以达到10档。相机机身拥有哈苏镜头卡口，允许使用高性能、可互换的商业镜头。在安装HE传感器、ME传感器和LE传感器时，应确保三个传感器与分光镜完全对齐，这里的“对齐”是指使得场景图片在三个传感器上得到的图片完全相同，且图片的起始像素点在每个传感器上必须相同，既三个传感器在分辨率和场景信息方面与单传感器的效果完全一样，这样可以使传感器上得到图像完全是同一场景，从而免除了去伪影的过程，使后续的图像处理过程得到简化。在本专利技术的实施例中，将分光镜安装在镜头与传感器之间，避免了多个镜头的使用。分光镜的实际透光率(Transmittance)和反射率(Reflectance)是以角度为变量的函数。其中将分光镜1放置成45°角，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取高动态范围图像的装置，其特征在于，包括：相机、第一分光镜、第二分光镜、高度曝光HE传感器、中度曝光ME传感器和低度曝光LE传感器；其中，相机镜头竖直放置，三个传感器全部位于相机镜头的同一侧，并且，HE传感器与相机镜头平行，ME传感器与相机镜头垂直，LE传感器与ME传感器平行；其中，第一分光镜和第二分光镜位于相机镜头和三个传感器所包围的区域中，第一分光镜与相机镜头成45°角放置，第二分光镜垂直于相机镜头。

【技术特征摘要】
1.一种获取高动态范围图像的装置，其特征在于，包括：相机、第一分光镜、第二分光镜、高度曝光HE传感器、中度曝光ME传感器和低度曝光LE传感器；其中，
相机镜头竖直放置，三个传感器全部位于相机镜头的同一侧，并且，HE传感器与相机镜头平行，ME传感器与相机镜头垂直，LE传感器与ME传感器平行；其中，
第一分光镜和第二分光镜位于相机镜头和三个传感器所包围的区域中，第一分光镜与相机镜头成45°角放置，第二分光镜垂直于相机镜头。
2.如权利要求1所述的获取高动态范围图像的装置，其特征在于，其中，第一分光镜和第二分光镜都采用半反射的镜面。
3.如权利要求1所述的获取高动态范围图像的装置，其特征在于，其中，第一分光镜和第二分光镜都采用无涂层的薄膜分光镜。
4.如权利要求1所述的获取高动态范围图像的装置，其特征在于，其中，在HE传感器、ME传感器和LE传感器上得到的图片完全相同，且图片的起始像素点在每个传感器上也相同。
5.如权利要求1所述的获取高动态范围图像的装置，其特征在于，其中，HE传感器的曝光量是ME传感器曝光量的12.2倍，ME传感器的曝光量是LE传感器曝光量的17倍。
6.一种获取高动态范围图像的方法，其特征在于，包括：
使用如权利要求1-5中任一项所述的装置采集图像；
对图像数据进行插值处理；
对插值处理后的图像数据进行HDR算法合并；
输出HDR图像；其中，所述HDR算法合并包括：
获取相机的响应曲线值Zij＝f(Ei,Δtj)，其中，j代表序列图像号，Zij表示序列图像中某幅图像的某个点的灰度值，Ei表示照度，Δtj表示曝光时间；
假设响应曲线f平滑且单调，将响应曲线函数设为f(x)，x是像素值，得到公式(1)：
gME→HE(x)＝f-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元臣，王军，梁建兵，谷红伟，王子乾，李晓伟，曹保卿，王鹤，张海军，严巍，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华销售集团有限公司，北京神华恒运能源科技有限公司，陕西维德科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11