基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法，用于解决现有最小包围曝光获取方法合成的高动态范围图像成像质量差的技术问题。技术方案是采用Debevec&Malik相机响应函数获取方法，依次获取不同曝光下的辐照度范围，建立目标场景最优曝光与相机可捕获曝光中相应曝光对应关系，遍历相机标准曝光序列，求出相机标准曝光序列中对应于目标场景地最小包围曝光图像集合，由目标场景的最优曝光时间按照曝光步数差，计算基于目标场景最优曝光的最小包围曝光图像集合；得到的曝光集合中包括含有目标场景有用信息最多的最优曝光，既保证了成像质量又有效减少了曝光集合中冗余信息和捕获图像集合的总耗时。

【技术实现步骤摘要】
基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法
本专利技术涉及一种最小包围曝光获取方法，特别涉及一种基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法。
技术介绍
自然世界往往具有非常宽广的动态范围，而目前市场上的成像设备通过单次曝光捕获图像的动态范围有限，不能很好地记录还原现实场景中的细节信息。因此为了更真实地还原现实场景的细节信息，多曝光技术作为一种常用的解决方法应运而生。多曝光技术通常以固定的步长遍历相机的所有曝光设置来获得一组具有不同曝光量的图像，该方法存在获取的图像集合冗余信息多，捕获图像集合总耗时长，占用存储空间大等不足。文献“高动态范围成像最小包围曝光方法，西安邮电大学学报，2015(5)，p43-47”公开了一种最小包围曝光的获取方法。该方法采用测光表或相机内置测光器获取目标场景的最大辐照度和最小辐照度，将成像系统在不同曝光设置下的辐射度范围建立映射表，从成像系统最长曝光时间设置开始迭代，以目标场景最小辐照度和最大辐照度为边界，从而获得涵盖目标场景动态范围的最小包围曝光集合。文献所述方法在通过场景最小辐照度和最大辐照度为边界进行遍历筛选最小包围曝光集合的过程中，可能会错失包含目标场景有用信息最多的最优曝光图像，从而导致合成的高动态范围图像成像质量差，受噪声影响大的不足。
技术实现思路
为了克服现有最小包围曝光获取方法合成的高动态范围图像成像质量差的不足，本专利技术提供一种基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法。该方法采用Debevec&Malik相机响应函数获取方法，依次获取不同曝光下的辐照度范围，建立目标场景最优曝光与相机可捕获曝光中相应曝光对应关系，遍历相机标准曝光序列，求出相机标准曝光序列中对应于目标场景地最小包围曝光图像集合，由目标场景的最优曝光时间按照曝光步数差，计算基于目标场景最优曝光的最小包围曝光图像集合；得到的曝光集合中包括含有目标场景有用信息最多的最优曝光，既保证成像质量又可以有效减少曝光集合中冗余信息和捕获图像集合的总耗时。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、选定一典型的足以涵盖相机可捕获动态范围的静态场景，遍历相机的所有快门档位拍摄一组包围曝光图像，并将该组包围曝光图像作为相机在此参数设置下的参照基准，称为相机标准曝光序列。对相机标准曝光序列拟合得到相机响应函数，拟合公式为：g(Zij)＝Inf-1(Zij)＝InEi+InΔtj(1)式中，Inf-1记为g，即相机响应函数，E为辐照度，Δt为曝光时间，Zij是像素值，Zij∈[0,255]，下标i代表像素点在图像中的空间位置，下标j代表曝光序列中的第j幅图像。步骤二、由相机图像传感器捕获的曝光能量与成像记录像素值间的映射关系即得到相机在每个曝光时间下拍摄的图像中每个像素值对应的辐照度值：E＝exp(g(Z)-lnΔt)(2)步骤三、针对目标场景根据步骤二中的方法得到最优曝光图像的辐照度范围。步骤四、计算相机标准曝光序列中每张图像的辐照度范围边界值的均值和目标场景最优曝光图像的辐照度范围边界值的均值：式中，表示图像序列中第j张图像捕获辐照度边界值的均值，Ej(0)表示第j幅图像中像素值0对应的辐照度值，Ej(255)表示第j幅图像中像素值255对应的辐照度值，并将目标场景最优曝光图像映射到相机标准曝光序列中对应的图像。步骤五、对最优曝光图像进行欠曝光与过曝光的判断；计算目标场景的最小辐照度和最大辐照度所对应的图像的曝光时间；接着以相机标准曝光序列为基准计算目标场景最小辐照度和最大辐照度；并在相机标准曝光序列中找出对应于目标场景的最小曝光图像集合，最后映射到基于目标场景的最优曝光的最小包围曝光图像集合。本专利技术的有益效果是：该方法采用Debevec&Malik相机响应函数获取方法，依次获取不同曝光下的辐照度范围，建立目标场景最优曝光与相机可捕获曝光中相应曝光对应关系，遍历相机标准曝光序列，求出相机标准曝光序列中对应于目标场景地最小包围曝光图像集合，由目标场景的最优曝光时间按照曝光步数差，计算基于目标场景最优曝光的最小包围曝光图像集合；得到的曝光集合中包括含有目标场景有用信息最多的最优曝光，既保证成像质量又可以有效减少曝光集合中冗余信息和捕获图像集合的总耗时。本专利技术提出的基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法相比于
技术介绍
固定步长多曝光方法，在典型的高动态范围场景下，可将传统固定步长多曝光方法往往需要获取12张以上的图像集合减少为两到三张的图像集合。从而大大减少了图像集合的冗余信息，缩短了总的图像捕获时间，同时也减少了存储需求，降低了后期处理的计算复杂性；而与最小包围曝光方法相比较，本方法由于包含场景最优曝光，从而既保证了成像质量，又获取了一个最小包围曝光集合。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法的流程图。图2是本专利技术方法基于目标场景的最小包围曝光集合求解算法示例图。图3是本专利技术基于最优曝光的最小包围曝光集合的高动态范围图像合成算法流程图。图4是本专利技术方法实验验证中
技术介绍
多曝光方法获取的图像集合。图5是本专利技术方法实验验证中最小包围曝光的图像集合。图6是本专利技术方法实验验证中基于最优曝光的最小包围曝光的图像集合。具体实施方式以下实施例参照图1-6。第一实施案例：基于最优曝光的最小包围曝光集合的获取。参照图1。步骤一：计算相机响应函数。选定一典型的足以涵盖相机可捕获动态范围的静态场景，设置相机为全手动模式，将相机的光圈值和感光度设置为实验所需的固定值，除曝光时间以外的其它参数固定不变，遍历相机的所有快门档位拍摄一组包围曝光图像，得到相机标准曝光序列。对相机标准曝光序列，采用Debevec&Malik(Recoveringhighdynamicrangeradiancemapsfromphotographs[C]//ConferenceonComputerGraphicsandInteractiveTechniques.ACMPress/Addison-WesleyPublishingCo.1997:369-378)算法来拟合得到相机响应函Debevec&Malik方法通过获取不同曝光量的图像来确定该相机图像传感器的响应函数。曝光能量X＝E*Δt，E为辐照度，Δt为曝光时间。设Zij是像素值，Zij∈[0,255]，下标i代表像素点在图像中的空间位置，下标j代表曝光序列中的第j幅图像，则第j幅图像第i个像素点的像素值Zij与曝光能量X的对应关系为：Zij＝f(Ei·Δtj)(1)其反函数的表达式为：f-1(Zij)＝Ei·Δtj(2)同时对上式两边取对数，则有Inf-1(Zij)＝InEi+InΔtj(3)将Inf-1记为g，即相机响应函数，则上式可以改写为g(Zij)＝InEi+InΔtj(4)设有P张图像，每张图像取N个采样点。则需求解的未知数为N个采样点对应的InE和256个g(Z)。待求解的目标函数ε可表示为其中加入平滑项以连接不相连的曲线(Zmin＝0，Zmax＝255)，保证求解出的相机响应函数的平滑性。参数λ控制平滑项的权重。λ越大，生成的响应函数越平滑。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、选定一典型的足以涵盖相机可捕获动态范围的静态场景，遍历相机的所有快门档位拍摄一组包围曝光图像，并将该组包围曝光图像作为相机在此参数设置下的参照基准，称为相机标准曝光序列；对相机标准曝光序列拟合得到相机响应函数，拟合公式为：g(Zij)＝Inf

【技术特征摘要】
1.一种基于最优曝光的最小包围曝光集合获取方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、选定一典型的足以涵盖相机可捕获动态范围的静态场景，遍历相机的所有快门档位拍摄一组包围曝光图像，并将该组包围曝光图像作为相机在此参数设置下的参照基准，称为相机标准曝光序列；对相机标准曝光序列拟合得到相机响应函数，拟合公式为：g(Zij)＝Inf-1(Zij)＝InEi+InΔtj(1)式中，Inf-1记为g，即相机响应函数，E为辐照度，Δt为曝光时间，Zij是像素值，Zij∈[0,255]，下标i代表像素点在图像中的空间位置，下标j代表曝光序列中的第j幅图像；步骤二、由相机图像传感器捕获的曝光能量与成像记录像素值间的映射关系即得到相机在每个曝光时间下拍摄的图像中每个像素值对应的辐照度值：E＝exp(g(Z)-lnΔt)(2)步骤三、针对目标场景根据步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：白本督，赵金波，肖照，李映，范九伦，
申请(专利权)人：西安邮电大学，西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61