低複雜度高效高動態數字圖像的合成方法
2023-12-01 17:39:11
低複雜度高效高動態數字圖像的合成方法
【專利摘要】本發明公開一種低複雜度高效高動態數字圖像的合成方法，所述方法包括有：1、分別獲取高低曝光的圖像；2、分別得到對應YCbCr分量；3、計算出亮暗圖像三分量各自的梯度值；4、對比兩圖像同一分量的梯度差值；5、得到亮暗亮圖各自的權值係數；6、權值與原圖相乘合成高動態圖像。本發明有益效果在於，運用於硬體上的高動態實現，可以在保證高動態效果的前提下同時提高處理速度。
【專利說明】低複雜度高效高動態數字圖像的合成方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及數字圖像處理領域，具體涉及一種高動態範圍圖像合成方面的方法。 本發明計算複雜度低，合成高動態圖像所需的源圖像數量少，便於硬體實時處理。 技術背景
[0002] 自然界中實際物體的亮度差可以達到ΚΓ8的量度級，而人眼可以看到的亮度差 達到1〇~5,所以，目前普遍使用的圖像獲取設備以及顯示設備無法很好的顯示出物體真實 的亮度範圍。由此導致的是在有些偏亮的地方獲取圖片時會丟失亮區細節，如圖1所示。相 反，有些偏暗的地方會丟失暗區的細節，如圖2所示。隨著人們對數字圖像研究的深入，逐 漸發現這種圖像顯示的局限性，為了能夠比較好的解決這個問題，人們就相對應推出了高 動態的概念。
[0003] 高動態範圍圖像，相對於一般的圖像，能有更高的動態範圍，及能夠表現出比一般 圖像更多的細節。通俗的說，亮區可以表現的非常亮，暗區可以表現的非常暗，並且無論亮 區還是暗區，細節都保存的很好。
[0004] 合成高動態主要的方法分為兩大類：基於光學成像器件的方法和基於軟體後處理 的方法。這兩種方法從不同的角度來獲取高動態圖片，並且都能獲得比較好的效果。
[0005] 基於光學成像器件的方法，一個主流的方法是在前端的對感光元器件進行改進， 設計不同的電荷f禹合元件（CO) :charged couple device)來獲得高動態圖像，如圖3所示， 其中S像素用於獲取暗區細節，R像素用於獲取亮區細節。另一個則是對採光鏡片進行改 進，將一束光通過稜鏡分成多束光，然後分別送到不同的感光器件獲取多應的亮度信息，最 後合成1?動態圖像。
[0006] 基於軟體後處理的方法，主要有1997年Debevec提出的通過假設曝光時間已知 的情況下合成相機響應曲線，然後利用相機響應曲線合成高動態圖像的方法；Mitsunaga 等人通過多項式函數來假設相機響應曲線，最後根據觀測數據估計出多項式的係數和曝光 t匕，這樣就可以不用確切知道每幅圖的具體曝光時間，可以比較靈活的實現。
[0007] 以上的方法實現效果雖好，但是基於光學成像器件的方法成本過高；基於軟體的 方法運算複雜度高，在相機中無法完成實時處理。針對以上問題，本發明提出新的高動態實 現方法，並且可以快速有效實現高動態圖像的融合。
【發明內容】
[0008] 鑑於現有技術的不足，本發明旨在於提供一種低複雜度高效高動態數字圖像的合 成方法，本發明的方法只需運用兩張曝光時間不同的圖像在梯度域上進行判決，通過適當 的權值分配就可以合成高動態圖像。加快了高動態圖像在硬體上的實現速度。
[0009] 為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
[0010] 一種低複雜度高效高動態數字圖像的合成方法，具有攝影設備，通過所述攝影設 備分別獲取曝光時長不同的兩幅圖像，所述方法包括以下步驟：
[0011] S1將曝光時間長的圖像與曝光時間短的圖像分別標記為Η圖像與L圖像；
[0012] S2分別獲取所述Η圖像與L圖像的YCbCr三通道分量，並對各個分量進行梯度計 算後得到所述Η圖像與L圖像中每個像素位置的三通道分量梯度值；
[0013] S3依次將S2步驟獲得的所述Η圖像與L圖像中每同一分量的同一個像素位置的 梯度進行比較並進行權值修改，得出所述Η圖像與L圖像相對應的權值矩陣；
[0014] S4將所述Η圖像與L圖像各自的YCbCr三通道分量每個相同像素位置的像素分別 乘以其相對應的權值；
[0015] S5將S4獲得的乘積進行求和處理，最終得到三通道分量合成新的圖像。
[0016] 需要說明的是，所述的曝光時間長的圖像Η的特點是亮區細節由於過亮已經丟 失，但是對於比較暗的區域細節保存良好；曝光時間短的圖像L的特點是暗區由於光線過 暗，導致細節丟失，但是對應亮區，細節信息仍然存在。
[0017] 需要說明的是，所述S2步驟中獲得的梯度值分別為GYH (m，n)、GCbH (m，η)、 GCrH(m, n)和 GYL(m, η)、GCbL(m, n)與 GCrL(m, η)，其中，m 表示圖像 H 或圖像 L 的第 m 行， η表示圖像Η或圖像L的第η列。
[0018] 需要說明的是，所述梯度值通過5*5域的方式獲得：
[0019] 在如下所示的5*5域，對應計算像素 Ζ13處的梯度值：
【權利要求】
1. 低複雜度高效高動態數字圖像的合成方法，具有攝影設備，通過所述攝影設備分別 獲取曝光時長不同的兩幅圖像，其特徵在於，所述方法包括以下步驟： S1將曝光時間長的圖像與曝光時間短的圖像分別標記為Η圖像與L圖像； S2分別獲取所述Η圖像與L圖像的YCbCr三通道分量，並對各個分量進行梯度計算後 得到所述Η圖像與L圖像中每個像素位置的三通道分量梯度值； S3依次將S2步驟獲得的所述Η圖像與L圖像中每同一分量的同一個像素位置的梯度 進行比較並進行權值修改，得出所述Η圖像與L圖像相對應的權值矩陣； S4將所述Η圖像與L圖像各自的YCbCr三通道分量每個相同像素位置的像素分別乘以 其相對應的權值； S5將S4獲得的乘積進行求和處理，最終得到三通道分量合成新的圖像。
2. 根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述S2步驟中獲得的梯度值分別為 GYH (m, n)、GCbH (m, n)、GCrH (m, η)和 GYL (m, n)、GCbL (m, η)與 GCrL (m, η)，其中，m 表不圖像 Η或圖像L的第m行，η表示圖像Η或圖像L的第η列。
3. 根據權利要求1或2所述的合成方法，其特徵在於，所述梯度值通過5*5域的方式獲 得：
而對於圖像四周邊緣的頂兩行、底兩行以及左兩列、右兩列的梯度計算，可賦予〇為初 始值； 直接取X，y兩方向梯度值的平均值作為梯度代表值，公式如下： GYHavg = avg(GYHx+GYHy) GCbHavg = avg (GCbHx+GCbHy) GCrHavg = avg (GCrHx+GCrHy) GYLavg = avg(GYLx+GYLy) GCbLavg = avg (GCbLx+GCbLy) GCrLavg = avg (GCrLx+GCrLy)
4. 根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述S3步驟中的比較為GYH(m，n)與 GYL(m, n)、GCbH(m, η)與 GCbL(m, n)、GCrH(m, η)與 GCrL(m, η)在相同 m，n 情況下進行比較， 其中，m表示圖像Η或圖像L的第m行，η表示圖像Η或圖像L的第η列；進行權值修改時， 當兩個圖像梯度差在最大梯度差的1/3以內時，取相同的權值，即為0. 5 ;反之，當梯度差大 於最大梯度差的1/3時，對梯度值大的賦予大於0. 5的權值，梯度值小的賦予小於0. 5的權 值；最後得到兩幅圖對應的權值矩陣YA (m, n)、CbA (m, n)、CrA (m, η)與YB (m, n)、CbB (m, η)、 CrB (m, η) 〇
5.根據權利要求1或4所述的合成方法，其特徵在於，所述S3步驟中的比較梯度值使 用以下方法： S1 分別使用 gHz(m，η)表示 GYHaVg(m，n)、GCbHavg(m，n)、GCrHavg(m，η)中的某一個分量對 應（m, η)位置的梯度參量；g^On，η)表示 GYLavg(m，n)、GCbLavg(m，n)、GCrLavg(m，η)中的某 一個分量對應（m，η)位置的梯度參量； S2然後將k(m，n)、gHz(m，η)求差值，並且根據差值大小對應賦予時間長或短的曝光 圖像不同的權值：
A = 1-B 其中，A為曝光時間長的圖像權值，B為曝光時間短的圖像權值，a、b為梯度差閾值且 b>a〇
【文檔編號】H04N5/235GK104301636SQ201410598547
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】宋銳, 江雄華, 賈媛, 李雲松, 王養利 申請人:西安電子科技大學