[發(fā)明專利]一種硬件在線可重配置的雙幀曝光寬動(dòng)態(tài)視頻合成方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111133254.7
• 申請(qǐng)日: 2021-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113873171A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張弘;張鵬;楊一帆;李旭亮;閆超奇;袁丁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N5/235
• 分類號(hào): H04N5/235;H04N5/232
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗;鄧治平

1.一種硬件在線可重配置的雙幀曝光寬動(dòng)態(tài)視頻合成方法，所述寬動(dòng)態(tài)是指在高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下完全顯示此場(chǎng)景的全部細(xì)節(jié)，其特征在于，包括以下步驟：

(1)對(duì)高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下獲取的原始視頻通過(guò)硬件系統(tǒng)計(jì)算得到的視頻中每一幀圖像的平均灰度反饋控制相機(jī)的快門次數(shù)與快門時(shí)間，獲得連續(xù)兩幀不同曝光時(shí)間的圖像將快門時(shí)間長(zhǎng)的圖像稱為過(guò)曝光圖像，快門時(shí)間短的稱之為欠曝光圖像；所述高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景指場(chǎng)景中的明暗對(duì)比明顯，無(wú)法通過(guò)一次曝光完全顯示場(chǎng)景中的全部細(xì)節(jié)；

(2)針對(duì)步驟(1)獲得的過(guò)曝光和欠曝光圖像，進(jìn)行RGB顏色空間和YCrCb顏色空間的轉(zhuǎn)換，將R，G，B分量轉(zhuǎn)化為亮度分量圖像和色度分量圖像；

(3)利用空間域線性變換方法對(duì)亮度分量圖像和色度分量圖像進(jìn)行分段線性變換，得到分段線性變換后的兩幀過(guò)曝光和欠曝光圖像的亮度分量圖像與顏色分量圖像；所述分段線性變換是把FPGA芯片是的多個(gè)配置文件連續(xù)地存放在系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，在程序執(zhí)行時(shí)把對(duì)應(yīng)特定應(yīng)用的配置數(shù)據(jù)裝載到FPGA中并完成初始化，從而完成硬件在線可重配置的分段線性變換；

(4)將分段線性變換后的兩幀過(guò)曝光和欠曝光圖像的亮度分量圖像與顏色分量圖像進(jìn)行融合，獲得的融合后亮度分量圖像和顏色分量圖像；

(5)針對(duì)步驟(4)獲得的合成亮度分量圖像，進(jìn)行Gamma校正，獲得校正后的亮度分量圖像；

(6)將步驟(5)中校正后的亮度分量圖像和步驟(4)中的顏色分量圖像進(jìn)行RGB顏色空間轉(zhuǎn)換并輸出圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在線可重配置的雙幀曝光寬動(dòng)態(tài)視頻合成方法，其特征在于：所述步驟(1)中，過(guò)曝光圖像的曝光時(shí)間是整張圖像的灰度達(dá)到180時(shí)的快門時(shí)間，欠曝光圖像的曝光時(shí)間是整張圖像的灰度達(dá)到50時(shí)的快門時(shí)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在線可重配置的雙幀曝光寬動(dòng)態(tài)視頻合成方法，其特征在于：所述步驟(3)中，所述在程序執(zhí)行時(shí)把對(duì)應(yīng)特定應(yīng)用的配置數(shù)據(jù)如下：

(1)對(duì)于亮度圖像的非線性映射按照以下的方式進(jìn)行映射，將[01664128255]映射為[0205070120]；

(2)對(duì)于色度圖像的非線性映射按照以下的方式進(jìn)行映射，將[01664128255]映射為[083264127]。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在線可重配置的雙幀曝光寬動(dòng)態(tài)視頻合成方法，其特征在于：所述步驟(4)中，圖像融合的過(guò)程為：

通過(guò)如下式加權(quán)融合方法，得到寬動(dòng)態(tài)圖像。

I_en＝a·I_underexpose+(1-a)·I_overexpose

其中I_en表示融合之后的圖像，I_underexpose為欠曝光圖像，I_overexpose為過(guò)曝光圖像，a參數(shù)，取值范圍0～1，用來(lái)控制融合圖像的欠曝光圖像與過(guò)曝光圖像的比例。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在線可重配置的雙幀曝光寬動(dòng)態(tài)視頻合成方法，其特征在于：所述步驟(5)中，Gamma校正的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

Y_out＝(Y_in/Y_max)^0.5×Y_max

其中，Y_out為Gamma校正后的亮度，Y_in為Gamma校正前的亮度，0.5為Gamma指數(shù)，Y_max為Gamma校正的最大亮度值，取值為255。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在線可重配置的雙幀曝光寬動(dòng)態(tài)視頻合成方法，其特征在于：所述步驟(6)中，將校正后的亮度圖像和色度圖像進(jìn)行YCrCb至RGB的空間轉(zhuǎn)換，YCrCb至RGB的空間轉(zhuǎn)換函數(shù)如下所示：

R＝1.164×Y+1.596×Cr

G＝1.164×Y-0.392×Cb-0.813×Cr

B＝1.164×Y+2.017×Cb

其中R，G，B分別為RGB空間像素值，Y，Cb，Cr分別為YCbCr空間像素值。