單幅圖像相機響應曲線標定方法
2023-08-09 21:46:36 1
專利名稱：單幅圖像相機響應曲線標定方法
技術領域：
本發明屬於計算機虛擬實境和計算機圖形圖像學技術領域，具體地說是利用相機拍攝 的單幅圖像對相機響應曲線進行標定，用於恢復相機拍攝像素值與物體表面真實反射值之 間映射關係。
背景技術：
近年來隨著數位相機成像技術的發展，其在計算機視覺和計算機圖形學領域中的應用 非常廣泛。但是，數字圖像精度有限，可表達的亮度範圍為0-255，因此物體表面真實反 射光強度映射為數字圖像像素值，需要經過一種函數映射，這種映射函數被稱為相機響應 曲線。而在計算機視覺和計算機圖形學領域實際應用時需要恢復真實的反射強度，因此必 須要先求解相機響應曲線，然後根據圖像像素值恢復真實反射光強度。
文獻1—T. Weyrich， M. Wojciech, P. Ha'nspeter et al., "Analysis of human faces using a measurement:-based skin reflectance model, '， ACM Trans. Gr鄰h., vol. 25, no. 3， pp. 1013-1024, 2006.]在光源及拍攝場景不變條件下，拍攝不同曝光時間的圖 像，保證拍攝圖像中每一個像素處在不同曝光時間的像素值分布在[O， 255]之間，通過多 幅圖像恢復相機的響應曲線。該方法曲線計算比較魯棒，但是拍攝圖像過程比較複雜。
發明內容
本發明要解決的技術問題克服現有技術的不足，提供一種快速簡單的相機響應曲線 標定方法。
本發明採用的技術方案單幅圖像相機響應曲線標定算法其特徵在於步驟如下
(1) 在白光條件下，調整相機光圈及曝光時間，拍攝一幅24色標準色板圖像，保證 各個區域都不過曝；
(2) 自動識別拍攝圖像中各個色塊區域，並求解該區域的像素平均值，建立相機響 應曲線方程，利用最小二乘數值方法求解；
所述步驟l，其特徵在於將24色標準色板正對相機，調整光照條件，使標準色板 上光照強度分布均勻，並儘可能將色板佔據整幅圖像，拍攝一幅圖像。
所述步驟2，其特徵在於利用圖像特徵提取算法，自動提取拍攝圖像不同色塊區域， 根據圖像上色塊區域計算出平均像素值，通過相機響應曲線建立採集圖像值與標準色板真 實顏色值的對應關係，24個色塊可以構造一個線性方程集合，利用最小二乘方法求解相機響應曲線。
本發明與現有技術相比的優點在於
(1) 拍攝方法簡單，只需要拍攝一幅圖像。
(2) 求解過程利用線性最小二乘數值方法，計算速度快，求解穩定。
圖la、圖lb、圖lc為文獻l方法與本方法得到的曲線在R、 G、 B三個通道的對比。
具體實施例方式
本發明的具體步驟如下
(1) 將拍攝圖像轉換為灰度圖像，對圖像執行圖像金字塔算法向下採樣之後再向上
採樣消除圖像中的噪點；
(2) 使用Canny算子對圖像做邊緣檢測，提取圖像中的邊，並做膨脹處理，合併相
鄰邊；
(3) 對灰度圖像做二值化處理，在二值化圖像上尋找輪廓，並提取四邊形；
(4) 對於提取的四邊形進行聚類處理，得到24個色塊區域，根據圖像上色塊區域計 算出平均像素值，通過相機響應曲線建立採集圖像值與標準色板真實顏色值的對應關係， 24個色塊可以構造一個線性方程集合，利用最小二乘方法求解相機響應曲線。對於每個 通道，根據蘭伯特漫反射定理可知-
仏),4)CA ("1…24) (1)
其中y;為相機曲線方程，^為圖像上第k個色塊的平均像素值，q為已知的實際顏 色值，w與i分別為表面法向與入射光方向的單位向量，/,為光源強度。本方法將相機曲
線厶假設為一個/7次多項式，實際中假設使用的是白色的方向光源，因此對於每個色塊
的每個通道，(AM)A是一個常量，於是將方程改寫為
/ 《("1…24) (2)
公式(2)待求解參數為/7次多項式的係數，假設為—。,ai,...^J，公式(2)可以轉化為
formula see original document page 4
矩陣形式-formula see original document page 4
通過線性最小二值算法求解公式(3)中的係數向量。本方法計算的相機響應曲線恢復 出的反射光強度與真實反射光強度成正比，可直接應用於計算視覺和計算衝凡圖形學領域。
權利要求
1、單幅圖像相機響應曲線標定方法，其特徵在於步驟如下(1)在白光條件下，調整相機光圈及曝光時間，拍攝一幅24色標準色板圖像，保證各個區域都不過曝；(2)自動識別拍攝圖像中各個色塊區域，並求解該區域的像素平均值，建立相機響應曲線方程，利用最小二乘數值方法求解相機響應曲線。
2、 根據權利要求l所述單幅圖像相機響應曲線標定方法，其特徵在於在所述步驟 1中，將24色標準色板正對相機，調整光照條件，使標準色板上光照強度分布均勻，並 儘可能將色板佔據整幅圖像，拍攝一幅圖像。
3、 根據權利要求l所述單幅圖像相機響應曲線標定方法，其特徵在於在所述步驟 2中，利用圖像特徵提取算法，自動提取拍攝圖像不同色塊區域，根據圖像上色塊區域計 算出平均像素值；將相機響應曲線假設為一個/7次多項式，"次多項式係數為未知變量， 根據漫反射光照方程將計算得到的平均像素值與與標準色板真實顏色值建立多個以此" 次多項式係數為未知參數的方程，24個色塊可以構造一個線性方程集合，利用最小二乘 方法求解n次多項式係數，從而得到相機響應曲線。
全文摘要
基於單幅圖像的相機響應曲線標定方法，步驟如下(1)在不過曝的情況下對24色標準色板拍攝一幅圖像；(2)求24個色塊圖像的均值，與真實顏色值對比，構建相機響應曲線方程，並最小二乘數值方法求解。本方法拍攝簡單、計算速度快。
文檔編號G06T7/00GK101661620SQ20091009336
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月18日 優先權日2009年9月18日
發明者勇 胡, 趙沁平, 玲 鄒, 越 齊 申請人:北京航空航天大學