[發明專利]兼顧亮度分布和細節呈現的曝光融合方法

有效

• 申請號: 201710140076.8
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106920221B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 陳闊;熊仕勇
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/50
• 代理公司: 重慶樂泰知識產權代理事務所(普通合伙) 50221
• 代理人: 劉佳

本發明涉及計算機圖像高動態范圍成像技術領域，提供兼顧亮度分布和細節呈現的曝光融合方法，將低動態范圍多曝光圖像序列分解在Lab顏色空間，得到亮度序列和顏色序列；根據亮度序列計算亮度全局權重函數；將亮度序列在行數列數平面上分割為多個超像素計算單元，獲得亮度細節權重函數，將顏色序列在行數列數平面上分割為多個超像素計算單元，獲得顏色細節權重函數；利用亮度全局權重函數和亮度細節權重函數對亮度序列進行加權求和得到融合亮度分量；利用顏色細節權重函數對顏色序列進行加權求和得到融合顏色分量；本發明實現從多張低動態范圍圖像直接合成單張低動態范圍的高動態范圍快速成像，并滿足在亮度分布和細節呈現的需求。

技術領域

本發明涉及計算機圖像高動態范圍成像技術領域，特別涉及一種兼顧亮度分布和細節呈現的曝光融合方法。

背景技術

在數字成像系統中，成像器件將接收到的光信號轉化為電信號，再經過數字量化形成數字圖像。然而由于自然場景的輻照度范圍遠大于成像器件的動態范圍，因此發展了高動態范圍成像技術，使得高動態范圍的自然場景能夠被有效紀錄。

高動態范圍成像技術可通過兩個技術途徑實現：成像器件以及數字圖像。前者基于數字電路技術，拓寬成像器件的光電響應范圍，以更高位的數字信號輸出目標輻照度，然而該方法需要更高的工藝和成本，并且必須配置昂貴的高位數顯示器才能推廣應用。然后數字圖像技術卻沒有這么高的要求，因而基于數字圖像技術的高動態范圍成像得到了廣泛的應用，諸如在手機攝像、工業監測、安防監控和生物成像等領域。

基于數字圖像技術的高動態范圍成像的主流技術方案包括：

(1)色調映射，基于目標場景的多曝光圖像序列，估計成像器件的響應曲線，得到目標場景輻照度的估計值，再利用映射函數將高動態范圍(HDR)輻照度映射到低動態范圍(LDR)像素值，使之可直接在常規顯示器上顯示和使用。但是色調映射需要較多的LDR圖像才能較準確地估計目標場景的HDR輻照度，同時需要設計合理的色調映射函數，以符合人眼視覺為目標將HDR壓縮到LDR；現有色調映射技術在多曝光圖像數量過少時，會造成相機響應曲線的估計誤差甚至失敗，而過多的曝光圖像數量又會引入較大的時間代價，較難實時應用在諸如手機、汽車及工業檢測等領域。

(2)曝光融合，將目標場景的多張LDR圖像直接融合為一張LDR圖像，無需色調映射中的HDR輻照度估計這一步驟，相比色調映射具有更好的實時性和靈活性。曝光融合的關鍵是權重函數的設計，它的作用是合理選擇多曝光圖像序列中的有用信息，并整合在一張LDR圖像中以呈現目標HDR場景。

現有曝光融合技術采用多分辨率框架實現不同權重的圖像融合，而諸如哈爾小波框架會造成圖像中的方塊效應，復雜小波框架及拉普拉斯金字塔又造成過多的時間和內存的消耗，在曝光融合效果上，常存在過曝和欠曝區域的細節丟失，場景中亮度反轉等缺陷。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明提供兼顧亮度分布和細節呈現的曝光融合方法。基于多曝光和圖像融合技術，有效解決LDR成像器件和顯示設備無法捕獲和呈現HDR目標的問題，實現從多張LDR圖像直接合成單張LDR的HDR快速成像。

本發明的一種兼顧亮度分布和細節呈現的曝光融合方法，包括：

將低動態范圍LDR多曝光圖像序列分解在Lab顏色空間，得到亮度序列和顏色序列；

根據所述亮度序列計算亮度全局權重函數；

根據多曝光圖像序列的總行數、總列數和總張數建立虛擬坐標系，基于所述虛擬坐標系對所述亮度序列進行超像素分割，建立多曝光圖像的超像素分割結構，基于所述的超像素分割結構，將亮度序列在行數列數平面上分割為多個超像素計算單元，獲得亮度細節權重函數，將顏色序列在行數列數平面上分割為多個超像素計算單元，獲得顏色細節權重函數；