实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法技术

本发明专利技术涉及实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，利用多通道垂直光学分光方法使自然光通过数字照相机的主镜头后以形成主通道透射光，利用立体分光将主通道透射光分为多路光，设置最佳曝光时间，针对相同场景得到具有不同曝光时间的多帧原始图像且并行处理各帧原始图像；预先设定相机响应曲线，建立每帧原始图像亮度与对应曝光时间间的查找表，最终获得相机响应曲线；采用颜色校正处理方法校正处理每帧原始图像；利用已标定好的相机响应曲线设置图像融合方法融合各帧原始图像，采用混合滤波对各帧原始图像降噪处理，利用色调映射并采用16比特表征各帧原始图像中每一个像素点，从而准确显示融合后的高动态范围图像。

Digital camera imaging method for realizing high-definition display of high dynamic range image

The present invention relates to a digital camera imaging method to achieve high dynamic range image display, using multi-channel vertical optical method of natural light through the main lens digital camera after the formation of the main channel of transmission light, using stereo light will be the main channel of transmission light is divided into multiple light, setting the best exposure time for the same scene with different exposure time frames of the original image and the original image parallel processing of each frame; the preset camera response curve, the establishment of each frame of original image brightness and corresponding exposure time between the lookup table, finally get the phase response curve of the machine; color correction correction method for processing each frame of the original image; the original image fusion frame response curve set the image fusion method using the calibrated camera, using the hybrid filter to the frames of the original image denoising by hue The 16 bits are mapped to represent each pixel of each original image of the frame, so that the fused high dynamic range image can be displayed accurately.

【技术实现步骤摘要】
实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法
本专利技术涉及高清高精度显微成像检测
，尤其涉及一种实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法。
技术介绍
数字影像已经成为人们生活和社会经济活动不可或缺的重要部分。随着人们对数字影像品质要求的不断提高，数字成像技术也在不断进步，数字成像质量显现出高分辨率、高速、低噪声和高动态范围的发展趋势。虽然现有的数字照相技术在信号获取和显示方式等方面已经非常先进，但是目前国内和国际市场上的产品存仍然存在着因视频信号采集动态范围不足而导致图像不清的重大技术缺馅。对于许许多多日常遇到的重要情景如太阳光照射下的室内场景，其反射光的强度动态范围，即最强和最弱反射光的强度的比例，大约在10000:1到100000:1之间。现有的数字照相机以及图像视频标准采用8个比特(0～255)来表征每个像素的灰度值，这显然只能代表真实世界色彩范围很小的一部分，这也是现有技术和产品不能把这种高动态场景完全照清楚的根本原因。高动态范围数字图像技术是目前国际上最前沿的数字图像和视频技术，其集成了相机标定技术、高动态范围图像融合技术、色调映射技术、图像处理加速技术、颜色校正技术于一体的世界前沿技术，它将给数字照相、数字电视、医学图像、交通及治安监控、航天及军事侦察等领域中的高动态场景摄像带来革命性的技术进步。作为高动态范围数字图像领域中的关键，高动态相机可以实时且逼真地还原出场景的真实色彩和人眼所能分辨的丰富细节，对于今后高清相机的发展起到基础性的作用。为了利用高动态相机拍清高动态范围场景中的细节，实现对图像内容进行客观分析、科学评定和精确测量，需要扩长图像的动态范围，以获得能够反映真实观测场景的丰富而真实的信息。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法。该数字照相机成像方法能够扩长所拍摄图像的动态范围，反映出该图像所对应观测场景的丰富的真实信息。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，包括如下步骤1至步骤5：步骤1，利用多通道垂直光学分光方法使自然光通过数字照相机的主镜头进入成像光学系统，以形成主通道透射光；采用立体分光镜将主通道透射光分为多路光，通过利用分光镜中反射膜的不同反射/透射比，改变各路光所对应通道中的光总量；设置最佳曝光时间，针对相同场景采用不同曝光时间进行处理，以得到针对相同场景具有不同曝光时间的多帧原始图像，采用并行处理加速方法分别处理各帧原始图像；步骤2，采用相机响应曲线标定方法预先设定相机响应曲线，建立每帧原始图像亮度与对应曝光时间之间的查找表，并通过拟合曝光时间和相机曝光值之间的二维曲线最终获得相机响应曲线；采用颜色校正处理方法针对所述每帧原始图像做颜色校正处理；步骤3，针对各通道采用自适应方法设定对应每帧原始图像融合时的权重系数，避免噪点被融合进后续所输出的图像；其中，各通道对应的权值系数独立于所述相机响应曲线；步骤4，利用已经标定好的相机响应曲线设置图像融合方法，以针对相同场景的多帧不同曝光时间的原始图像进行融合，实现扩展动态范围；步骤5，采用混合滤波方法对各帧原始图像做降噪处理，通过利用色调映射方法并采用16比特表征各帧原始图像中的每一个像素点，从而准确显示所融合后的高动态范围图像。进一步地，在步骤1中，所述多通道垂直光学分光方法包括：根据数字图像传感器的镜头接口采用C接口作为多通道光学系统的传输接口，并且根据数字图像传感器的镜头接口的尺寸设计分光路径的尺寸；光线通过数字照相机的主镜头之后形成主通道透射光，设置分光镜对主通道透射光进行分光，以使分光镜上反射膜的反射/透射比将主通道透射光分成多路不同光总量的光线，从而达到对于相同场景拍摄多帧具有不同曝光时间的原始图像。进一步地，在步骤2中，所述颜色校正处理方法采用三点法校正方法；所述三点法校正方法包括如下步骤2-1至步骤2-3：步骤2-1，针对获取的彩色的原始图像，保持彩色的原始图像的绿色通道不变化；步骤2-2，通过分别选取所述彩色的原始图像中具有不同亮度的三个像素点，以重新拟合图像中的红色通道和蓝色通道；步骤2-3，建立三通道查找表，从而以所述重新拟合后的红色通道和蓝色通道对应地替换原始图像的红色通道和蓝色通道。进一步地，所述重新拟合图像中红色通道和蓝色通道包括如下过程：针对获取的彩色的原始图像，分别选择具有不同亮度的三个像素点；其中，具有不同亮度的三个像素点分别标记为P1[R1，G1，B1]、P2[R2，G2，B2]和P3[R3，G3，B3]；针对获取的彩色的原始图像，利用所述三个像素点的RGB三通道，分别建立新的三通道查找表，以替代原始图像的RGB三通道值：其中，RGB三通道包括红色通道、绿色通道和蓝色通道；建立R-G查找表替代原始图像的红色通道，使用[0，0]、[R3，G3]、[R2，G2]、[R1，G1]以及[255，255]这五个点做3阶拟合并拟合出256个点，通过该256个点建立查找表，用新的R-G值代替原始图像的红色通道值；建立B-G查找表替代原始图像的蓝色通道，使用[0，0]、[B3，G3]、[B2，G2]、[B1，G1]以及[255，255]这五个点做3阶拟合并拟合出256个点，通过该256个点建立查找表，用新的B-G值代替原始图像的蓝色通道值；绿色通道使用等差数列{[0，0],[1，1],[2，2]……[255，255]}，不改变原始图像的绿色通道颜色值。进一步地，在步骤4中，针对相同场景中的多帧不同曝光时间的原始图像融合过程包括：首先，在各帧原始图像的像素值和曝光时间已知的情况下，利用相机响应曲线获得每一帧原始图像中每一个像素点所对应的场景光谱强度；其次，构建自适应曝光系数的权重方程，将三帧具有不同光谱强度的原始图像进行融合，并采用16比特的浮点数据还原真实世界的光谱，以重新生成一张反映真实世界光谱的图像。进一步地，在步骤5中，所述的色调映射方法包括：将16比特的数据集映射到8比特的数据集中；所述色调映射方法采用局部映射方法或全局映射方法，并同时采用亮度调节方式或饱和度调节方式或对比度调节方式或细节调节方式的图像质量调节方式，以调节输出图像的质量。进一步地，在步骤5中，采用混合滤波方法对各图像做降噪处理的过程包括步骤5-1至步骤5-3：步骤5-1，采用局部窗口检测方法，对目标点周围3×3的区域内除目标点外的周围8个邻域点进行加权处理；步骤5-2，如果局部窗口中心点的亮度值与周围领域8个邻域点的亮度均值之差大于预设阈值，则确定该局部窗口中心点为噪点；其中，th0＝0.019；px(i)表示第i个点的亮度值，px(4)表示局部窗口中心点的亮度值，th0为预设阈值；步骤5-3，预设两个滤波阈值并设定滤波原则，获取局部窗口中心点的滤波值，并采用自动校正方法在当前局部窗口中确定两个滤波阈值后，根据滤波原则进行滤波判定处理：如果局部窗口中心点的滤波值处于两个滤波阈值之间，则对该局部窗口中心点进行滤波；否则，该局部窗口中心点不需要进行滤波；局部窗口中心点的滤波值计算如下：所述滤波原则设置如下：th1∈(0.0003,0.0031)，th2∈(0.0003,0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，包括如下步骤1至步骤5：步骤1，利用多通道垂直光学分光方法使自然光通过数字照相机的主镜头进入成像光学系统，以形成主通道透射光；采用立体分光镜将主通道透射光分为在不同通道中传播的多路光，通过利用分光镜中反射膜的不同反射/透射比，改变各路光所对应通道中的光总量；设置最佳曝光时间，针对相同场景采用不同曝光时间进行处理，以得到针对相同场景具有不同曝光时间的多帧原始图像，采用并行处理加速方法分别处理各帧原始图像；步骤2，采用相机响应曲线标定方法预先设定相机响应曲线，建立每帧原始图像亮度与对应曝光时间之间的查找表，并通过拟合曝光时间和相机曝光值之间的二维曲线最终获得相机响应曲线；采用颜色校正处理方法针对所述每帧原始图像做颜色校正处理；步骤3，针对各通道采用自适应方法设定对应每帧原始图像融合时的权重系数，避免噪点被融合进后续所输出的图像；其中，各通道对应的权值系数独立于所述相机响应曲线；步骤4，利用已经标定好的相机响应曲线设置图像融合方法，以针对相同场景的多帧不同曝光时间的原始图像进行融合，实现扩展动态范围；步骤5，采用混合滤波方法对各帧原始图像做降噪处理，通过利用色调映射方法并采用16比特浮点数据表征各帧原始图像中的每一个像素点，从而准确显示所融合后的高动态范围图像。...

【技术特征摘要】
1.实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，包括如下步骤1至步骤5：步骤1，利用多通道垂直光学分光方法使自然光通过数字照相机的主镜头进入成像光学系统，以形成主通道透射光；采用立体分光镜将主通道透射光分为在不同通道中传播的多路光，通过利用分光镜中反射膜的不同反射/透射比，改变各路光所对应通道中的光总量；设置最佳曝光时间，针对相同场景采用不同曝光时间进行处理，以得到针对相同场景具有不同曝光时间的多帧原始图像，采用并行处理加速方法分别处理各帧原始图像；步骤2，采用相机响应曲线标定方法预先设定相机响应曲线，建立每帧原始图像亮度与对应曝光时间之间的查找表，并通过拟合曝光时间和相机曝光值之间的二维曲线最终获得相机响应曲线；采用颜色校正处理方法针对所述每帧原始图像做颜色校正处理；步骤3，针对各通道采用自适应方法设定对应每帧原始图像融合时的权重系数，避免噪点被融合进后续所输出的图像；其中，各通道对应的权值系数独立于所述相机响应曲线；步骤4，利用已经标定好的相机响应曲线设置图像融合方法，以针对相同场景的多帧不同曝光时间的原始图像进行融合，实现扩展动态范围；步骤5，采用混合滤波方法对各帧原始图像做降噪处理，通过利用色调映射方法并采用16比特浮点数据表征各帧原始图像中的每一个像素点，从而准确显示所融合后的高动态范围图像。2.根据权利要求1所述的实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，在步骤1中，所述多通道垂直光学分光方法包括：根据数字图像传感器的镜头接口采用C接口作为多通道光学系统的传输接口，并且根据数字图像传感器的镜头接口的尺寸设计分光路径的尺寸；光线通过数字照相机的主镜头之后形成主通道透射光，设置分光镜对主通道透射光进行分光，以使分光镜上反射膜的反射/透射比将主通道透射光分成多路不同光总量的光线，从而达到对于相同场景拍摄多帧具有不同曝光时间的原始图像。3.根据权利要求1所述的实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，在步骤2中，所述颜色校正处理方法采用三点法校正方法；所述三点法校正方法包括如下步骤2-1至步骤2-3：步骤2-1，针对获取的彩色的原始图像，保持彩色的原始图像的绿色通道不变化；步骤2-2，通过分别选取所述彩色的原始图像中具有不同亮度的三个像素点，以重新拟合图像中的红色通道和蓝色通道；步骤2-3，建立三通道查找表，从而以所述重新拟合后的红色通道和蓝色通道对应地替换原始图像的红色通道和蓝色通道。4.根据权利要求3所述的实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，重新拟合图像中红色通道和蓝色通道包括如下过程：针对获取的彩色的原始图像，分别选择具有不同亮度的三个像素点；其中，具有不同亮度的三个像素点分别标记为P1[R1，G1，B1]、P2[R2，G2，B2]和P3[R3，G3，B3]；针对获取的彩色的原始图像，利用所述三个像素点的RGB三通道，分别建立新的三通道查找表，以替代原始图像的RGB三通道值：其中，RGB三通道包括红色通道、绿色通道和蓝色通道；建立R-G查找表替代原始图像的红色通道，使用[0，0]、[R3，G3]、[R2，G2]、[R1，G1]以及[255，255]这五个点做3阶拟合并拟合出256个点，通过该256个点建立查找表，用新的R-G值代替原始图像的红色通道值；建立B-G查找表替代原始图像的蓝色通道，使用[0，0]、[B3，G3]、[B2，G2]、[B1，G1]以及[255，255]这五个点做3阶拟合并拟合出256个点，通过该256个点建立查找表，用新的B-G值代替原始图像的蓝色通道值；绿色通道使用等差数列{[0，0],[1，1],[2，2]……[255，255]}，不改变原始图像的绿色通道颜色值。5.根据权利要求1所述的实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，在步骤4中，针对相同场景中的多帧不同曝光时间的原始图像融合过程包括：首先，在各帧原始图像的像素值和曝光时间已知的情况下，利用相机响应曲线获得每一帧原始图像中每一个像素点所对应的场景光谱强度；其次，构建自适应曝光系数的权重方程，将三帧具有不同光谱强度的原始图像进行融合，并采用16比特的浮点数据还原真实世界的光谱，以重新生成一张反映真实世界光谱的图像。6.根据权利要求1所述的实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，在步骤5中，所述的色调映射方法包括：将16比特的数据集映射到8比特的数据集中；所述色调映射方法采用局部映射方法或全局映射方法，并同时采用亮度调节方式或饱和度调节方式或对比度调节方式或细节调节方式的图像质量调节方式，以调节输出图像的质量。7.根据权利要求1所述的实现高动态范围图像高清显示的数字照相机成像方法，其特征在于，在步骤5中，采用混合滤波方法对各图像做降噪处理的过程包括步骤5-1至步骤5-3：步骤5-1，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑驰，邱国平，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33