一种改善镜头渐晕的方法技术

本发明专利技术公开一种改善镜头渐晕的方法，其中，包括：图像输入步骤，采集两组以上不同光强下均匀照明的背景图像作为输入；线性拟合步骤，逐点拟合线性方程以求出每个像素的基底和放大系数；等高同心环划定步骤，根据像素到光学中心的距离把所有像素划分到不同的等高同心环，对同心环内每个像素的基底和放大系数做平均以确定该同心环的基底和放大系数；存储步骤，将所有同心环的基底和放大系数存入相机的固有存储空间；中心距计算步骤，针对每个像素计算其与光学中心之间的距离，再把点归入等高同心环；以及查询步骤，以上述距离的简单变换为指数进行简单查表，得到基底和放大系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学图像成像技术处理领域，特别涉及一种简化的改善镜头渐晕的方法。
技术介绍
在光学系统中，当远离光轴的物点经过透镜系统成像时，由于光阑的存在，使能够到达像面上的光束逐渐变得窄小起来，结果使离开光轴的像点逐渐变暗，这个过程叫做渐晕效应。为了使像平面内视场边界清晰，可以把渐晕光阑放在物平面、物的中间实像位置或像平面上。这种效应会在图像的四角产生阴影，影响图像的视觉效果。目前主要使用函数逼近法来对这种缺陷进行校正，克服采集设备自身的缺点。这种方法利用渐晕的形成特点，引入三段直线段逼近亮度衰减曲线，实现了对渐晕效应进行消减的功能。然而，除去上述光阑的因素，还存在其它重要因素造成渐晕。比如，CMOS或CCD图像传感器的单个像素有效感光区的机构一般类似于“井”，正入射光线会直射井底，而斜入射光线则不可避免的被井壁反射而降低，从而导致接近光学中心位置的“井”量子效率最高，而越接近边缘的越低，表现在图像上即是渐晕。随着半导体工艺尺寸的日益缩减，上述效应约来越明显。为应对这一问题，在部分CMOS图像传感器(面向手机和其它移动设备)的每个像素前均自带微透镜以优化量子效率，考虑到光线穿过透镜组后在图像传感器的每个像素上入射角度不一致，这些微透镜在设计及加工制造时并非正好位于像素上方，而是随像素几何位置稍有位移以最大化感光区的入射光通量，一般而言，微透镜中心相对于像素中心的位移分布带有旋转对称特性，其中心为传感器像素阵列的几何中心。虽然微透镜可以提高像素的量子效率，从而改善渐晕，但并不能完全消除穿过镜头到达像素的入射光线因入射角不同而带来的渐晕效应。多重因素共同造成的渐晕并不能很好地用数学公式来描述，已知手段是通过事先拍摄均匀光照的多幅参考图像以逐像素提取放大系数和基底，然后将放大系数和基底(有时为节省数据存储量而在XY平面进行下采样)存入固定存储区域，拍摄真实图像时，实时读出放大系数和基底(如果以前做过下采样则此时应该先插值)对像素值进行补偿。如以下公式(1)所示，I’(x,y)＝coeff(x,y)*I(x,y)+base(x,y) (公式1)其中I’(x，y)是二维平面中坐标为(x，y)的像素最后补偿得到的值。I(x，y)是实际拍摄到的值，coeff(x，y)是用参考图像事先拟合出来的放大系数，base(x，y)是拟合出来的基底。但是，该方法需要存储放大系数和基底的二维数据，需要存储的数据量偏大，比如一图像总像素数为w*h，放大系数和基底都用4字节浮点数表示，则需要w*h*8个字节存储这些值。如果想省一点空间，则必须对放大系数和基底在二维平面进行下采样后存储，然后拍摄后对存储值进行插值，要想得到好的插值效果，其计算复杂度也颇高。然而，不管是光阑造成的渐晕还是像素感光区不同的量子效率差异造成的渐晕，都具有强烈的旋转对称的特征，另外，绝大多数渐晕在径向的变化并不剧烈，换言之，其在频域内分布均属于相对低频的成分。本专利技术正是利这些特性，提出了一种简化的消除镜头渐晕的方法。其基本思想是，由于旋转对称性的存在，以及考虑到渐晕在径向只是缓慢变化等特性，把像素到光学中心的距离划分到不同的等高同心环(等高同心环的多少取决于计算资源的多少)。每个同心环共享同一个基底和同一个放大系数，此举可以大幅减少数据存储量。当拍摄图片时，可以依据像素到光学中心的几何距离简单变换后作为索引读取基底和放大系数的查找表，然后根据渐晕补偿公式(公式1)完成补偿。相比前述先下采样保存之后再实时插值的方法，其计算复杂度亦大幅度降低。
技术实现思路
本专利技术所涉及的改善镜头渐晕的方法的特征在于，包括：图像输入步骤，采集两组以上不同光强下均匀照明的背景图像作为输入；线性拟合步骤，逐点拟合 线性方程以求出每个像素的基底和放大系数；等高同心环划定步骤，根据像素到光学中心的距离把所有像素划分到不同的等高同心环，对同心环内每个像素的基底和放大系数做平均以确定该同心环的基底和放大系数；存储步骤，将所有同心环的基底和放大系数存入相机的固有存储空间；中心距计算步骤，针对每个像素计算其与光学中心之间的距离，再把点归入等高同心环；以及查询步骤，以上述距离的简单变换为指数进行查表，得到基底和放大系数。本专利技术改善镜头渐晕的方法，优选为，所述等高同心环划定步骤中，等高同心环的数目取决于计算资源的量。本专利技术改善镜头渐晕的方法，优选为，每个同心环共享同一个基底和同一个放大系数。附图说明图1是本专利技术所涉及的改善镜头渐晕的方法的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1的流程图所示，本专利技术的改善镜头渐晕的方法的特征在于，包括：图像输入步骤S1，采集两组以上不同光强下均匀照明的背景图像作为输入；线性拟合步骤S2，逐点拟合线性方程以求出每个像素的基底和放大系数；等高同心环划定步骤S3，根据像素到光学中心的距离把所有像素划分到不同的等高同心环，对同心环内每个像素的基底和放大系数做平均以确定该同心环的基底和放大系数；存储步骤S4，将所有同心环的基底和放大系数存入相机的固有存储空间；中心距 计算步骤S5，针对每个像素计算其与光学中心之间的距离，再把点归入等高同心环；以及查询步骤S6，以上述距离的简单变换为指数进行查表，得到基底和放大系数。所述等高同心环划定步骤S3中，等高同心环的数目取决于计算资源的量。每个同心环共享同一个基底和同一个放大系数。具体来说，在图像输入步骤S1中，采集两至多组不同光强下均匀照明的背景图片作为输入。其中至少包含一幅为全黑(比如用镜头盖罩住镜头)，为了提高准确度，其它幅图片的光强分布最好在全黑和饱和(即部分近光心像素接近最大值，如每像素8比特量化情况下最大值是2的8次方减1即255)间均匀分布。在线性拟合步骤S2中，逐点拟合线性方程以求出每个像素的基底和放大系数。其具体过程如下：假设任意像素采样和量化后的值符合以下公式：I’(x,y,n)＝coeff(x,y)*I(x,y,n)+base(x,y)其中x,y为该像素的以光心为原点(即约定光心坐标为(0，0))的整数位置(x,y均为整数)，n为背景图片的顺序标号(n为自然数，取值1到N，为讨论方便此处约定全黑的图片序号为1即第1幅)，I’(x,y,n)为第n幅背景图片第x,y位置像素上像素采样,量化和经过渐晕补偿后的目标值(为有上限的正整数，若量化为8比特，则取值0到255间的自然数)；I(x,y,n)则为实测值，该值对每幅背景图片上的每个像素都是一个观测到的已知量；coeff(x,y)为待拟合的放大系数(正实数)，base(x,y)为待拟合的基底，这里有个假设是coeff(x,y)和base(x,y)与背景图片无关(在忽略次级量的前提下，该假设在实践中被证实成立)。渐晕补偿的目的在于，对每一个像素估计一个唯一的coeff(x,y)和唯一的base(x,y),使得在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善镜头渐晕的方法，其特征在于，包括：图像输入步骤，采集两组以上不同光强下均匀照明的背景图像作为输入；线性拟合步骤，逐点拟合线性方程以求出每个像素的基底和放大系数；等高同心环划定步骤，根据像素到光学中心的距离把所有像素划分到不同的等高同心环，对同心环内每个像素的基底和放大系数做平均以确定该同心环的基底和放大系数；存储步骤，将所有同心环的基底和放大系数存入相机的固有存储空间；中心距计算步骤，针对每个像素计算其与光学中心之间的距离，再把点归入等高同心环；以及查询步骤，以上述距离的简单变换为指数进行简单查表，得到基底和放大系数。

【技术特征摘要】
1.一种改善镜头渐晕的方法，其特征在于，包括：图像输入步骤，采集两组以上不同光强下均匀照明的背景图像作为输入；线性拟合步骤，逐点拟合线性方程以求出每个像素的基底和放大系数；等高同心环划定步骤，根据像素到光学中心的距离把所有像素划分到不同的等高同心环，对同心环内每个像素的基底和放大系数做平均以确定该同心环的基底和放大系数；存储步骤，将所有同心环的基底和放大系数存入相机的固有存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾惠柱，陈瑞，文湘鄂，解晓东，杨长水，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11