高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)，其包括光源和高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成模塊，該光源可設(shè)置在拍攝對(duì)象周?chē)韵蚱涮峁┕庹諒?qiáng)度不同的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；該高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成模塊可包括分量獲取單元和處理單元，其中，所述分量獲取單元從圖像捕獲部件在所述光源照射下所捕獲的拍攝對(duì)象的一幅圖像中，獲取第一顏色分量灰度圖、第二顏色分量灰度圖和第三顏色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)；所述處理單元由所述分量獲取單元獲得的各分量灰度圖數(shù)據(jù)，通過(guò)已標(biāo)定的所述圖像捕獲部件的第一顏色分量、第二顏色分量及第三顏色分量響應(yīng)函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對(duì)象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的圖像輻照度，從而生成高動(dòng)態(tài)范圍圖像。本發(fā)明還提供相應(yīng)的方法。所述系統(tǒng)及方法可實(shí)時(shí)生成HDR圖像。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，尤其涉及高動(dòng)態(tài)范圍圖像的生成。
【背景技術(shù)】
[0002]高動(dòng)態(tài)范圍(HDR, High Dynamic Range)圖像在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中有著重要應(yīng)用。
[0003]動(dòng)態(tài)范圍指的是圖像中最大像素值與最小像素值的比，傳統(tǒng)圖像用整數(shù)代表像素值，只能表示256個(gè)亮度級(jí)，但實(shí)際自然場(chǎng)景中動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)100000000: 1，這在傳統(tǒng)圖像中無(wú)法表示。但與傳統(tǒng)圖像不同，HDR圖像用浮點(diǎn)數(shù)表示像素值，可以完全表示出自然場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)范圍，而且其像素值是實(shí)際場(chǎng)景亮度的線性映射，給處理帶來(lái)很大的方便和好處。
[0004]HDR圖像的獲取方法有三類(lèi)，第一類(lèi)是模擬光線和基于物理光照模型的合成圖像，第二類(lèi)是用多張不同曝光度的普通圖像來(lái)計(jì)算實(shí)際場(chǎng)景亮度，得到HDR圖像，第三類(lèi)是使用各種新的硬件設(shè)備直接拍攝HDR圖像。第二類(lèi)方法因只需普通相機(jī)拍攝不同曝光度的圖像就可生成HDR圖像而具有廣泛應(yīng)用。但是，由于其需要拍攝不同曝光度的圖像，因此很難實(shí)時(shí)獲得HDR圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)及方法，可在實(shí)時(shí)獲得HDR圖像。根據(jù)本發(fā)明所述的高動(dòng)態(tài)范圍 圖像生成系統(tǒng)可包括光源和高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成模塊。其中，該光源可設(shè)置在拍攝對(duì)象周?chē)韵蚱涮峁┕庹諒?qiáng)度不同的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；該高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成模塊可包括分量獲取單元和處理單元。所述分量獲取單元從圖像捕獲部件在所述光源照射下所捕獲的拍攝對(duì)象的一幅圖像中，獲取第一顏色分量灰度圖、第二色分量灰度圖和第三顏色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)；所述處理單元由所述分量獲取單元獲得的各分量灰度圖數(shù)據(jù)，通過(guò)已標(biāo)定的所述圖像捕獲部件的第一顏色分量、第二顏色分量及第三顏色分量響應(yīng)函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對(duì)象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的圖像輻照度，從而生成高動(dòng)態(tài)范圍圖像。
[0006]本發(fā)明還提供一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成方法，所述方法包括:在在拍攝對(duì)象周?chē)O(shè)置向其提供光照強(qiáng)度不同的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光的光源；從圖像捕獲部件在所述光源照射下所捕獲的拍攝對(duì)象的一副圖像中，獲取第一顏色分量灰度圖、第二顏色分量灰度圖和第三顏色色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)；以及根據(jù)所獲取的各分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)，依據(jù)已標(biāo)定的所述圖像捕獲部件的第一顏色分量、第二顏色分量及第三顏色色分量響應(yīng)函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對(duì)象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的圖像輻照度，從而生成高動(dòng)態(tài)范圍圖像。
[0007]采用本發(fā)明所述的系統(tǒng)或執(zhí)行本發(fā)明所述的方法可通過(guò)相機(jī)捕獲的拍攝對(duì)象的一副圖像生成高動(dòng)態(tài)范圍圖像，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)生成高動(dòng)態(tài)范圍圖像。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是光源I與相機(jī)3的相對(duì)設(shè)置的示意性圖示。
[0010]圖3為相機(jī)3所拍攝的一副圖像，圖4、5和6分別是該圖像的紅色分量灰度圖、綠色分量灰度圖和藍(lán)色分量灰度圖。
[0011]圖7-9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成方法的流程示意。
【具體實(shí)施方式】
[0012]現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的示意性示例，相同的附圖標(biāo)號(hào)表示相同的元件或步驟。下文描述的各實(shí)施例有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員透徹理解本發(fā)明，但意在示例而非限制。
[0013]圖1示意了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)。如圖所示，該系統(tǒng)包括光源I和高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成模塊2 (為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，下文將“高動(dòng)態(tài)范圍”成為“HDR”)。HDR圖像生成模塊2可實(shí)現(xiàn)在圖像捕獲部件，例如相機(jī)內(nèi)，也可實(shí)現(xiàn)在能與圖像拍攝部件連接的電子處理裝置，例如為計(jì)算機(jī)中。在下文的說(shuō)明中，以相機(jī)作為圖像捕獲部件，且相機(jī)和圖像捕獲部件可互換使用，實(shí)際應(yīng)用中，圖像捕獲部件可以是具有拍攝功能任何設(shè)備，如具有拍攝功能的手機(jī)，諸如iPhone、安卓系統(tǒng)智能手機(jī)、塞班系統(tǒng)智能手機(jī)、以及widow手機(jī)等，電子設(shè)備等,還可以是其它具有拍攝功能的平板電腦,如ipad等。此外,在下文所有示例中，以第一顏色為紅色、第二顏色為綠色以及第三顏色為藍(lán)色作為示例進(jìn)行說(shuō)明，但并不以此為限，第一顏色、第二顏色及第三顏色也可為其他顏色。
[0014]在本實(shí)施 方式中，光源I設(shè)置在拍攝對(duì)象周?chē)蕴峁┱丈渑臄z對(duì)象且強(qiáng)度不同的紅色光、綠色光和藍(lán)色光。在此“強(qiáng)度不同”指的是紅色光、綠色光和藍(lán)色光的光照強(qiáng)度至少包括兩個(gè)不同等級(jí)的光照強(qiáng)度，例如，紅色光為最強(qiáng)光、綠色光和藍(lán)色光具有比紅色光弱的相同光強(qiáng)，或者紅色光光強(qiáng)最大、綠色光光強(qiáng)次之、藍(lán)色光光強(qiáng)最弱等。可以理解，根據(jù)不同條件、環(huán)境或需要，在其他實(shí)施方式中，可以選擇其他顏色作為光源I例如黃色光、橙色光和/或紫色光等。
[0015]HDR圖像生成模塊2包括分量獲取單元20和處理單元22。分量獲取單元20從相機(jī)在光源I的照射下所捕獲的拍攝對(duì)象的一副圖像中，獲取紅色分量灰度圖、綠色分量灰度圖和藍(lán)色分量灰度圖。要說(shuō)明的是，拍攝對(duì)象及其背景所構(gòu)成的拍攝環(huán)境也可成為拍攝場(chǎng)景，本文提到拍攝場(chǎng)景時(shí)必然包括該拍攝對(duì)像。處理單元22將所獲的紅色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)、綠色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)以及藍(lán)色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)與已經(jīng)標(biāo)定的各分量的響應(yīng)函數(shù)相結(jié)合，計(jì)算出各分量灰度圖中每一個(gè)像素在拍攝對(duì)象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的圖像輻照度，由此確定該一副圖像中各像素在拍攝對(duì)象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的圖像輻照度。在獲得了像素在拍攝對(duì)象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的輻照度后，處理單元22生成HDR圖像。
[0016]圖2是光源I與相機(jī)3的相對(duì)設(shè)置環(huán)境的一個(gè)示意性圖示。根據(jù)本發(fā)明的示例，光源I包括發(fā)射紅色光的第一 LED光源10、發(fā)射綠色光的第二 LED光源12以及發(fā)射藍(lán)色光的第三LED光源14，且第一、第二和第三LED光源10、12和14均被配置成可獨(dú)立調(diào)整光照強(qiáng)度。示例性地，第一 LED光源10、第二 LED光源12及第三LED光源14中的每一個(gè)都可由LED陣列構(gòu)成。在其他實(shí)施方式中，光源I可以是白熾燈、鹵素?zé)艋驘晒鉄舻取?br> [0017]參照?qǐng)D1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的示例，HDR圖像生成模塊2還包括響應(yīng)函數(shù)標(biāo)定模塊24。如所知道的那樣，響應(yīng)函數(shù)是從場(chǎng)景亮度到圖像亮度的映射，在此場(chǎng)景亮度由場(chǎng)景照度或者光源I的光源亮度表示，圖像亮度由圖像照度表示。此外，光源亮度可由光源I的光照強(qiáng)度表征。在相機(jī)3第一次于圖2所示的拍攝場(chǎng)景中進(jìn)行拍攝時(shí)，響應(yīng)函數(shù)標(biāo)定單元24標(biāo)定相機(jī)3在光源I照射下的紅色分量響應(yīng)函數(shù)、綠色分量響應(yīng)函數(shù)和藍(lán)色分量響應(yīng)函數(shù)。下文以對(duì)紅色分量響應(yīng)函數(shù)的標(biāo)定說(shuō)明響應(yīng)函數(shù)標(biāo)定單元24的標(biāo)定過(guò)程:
[0018]調(diào)整光源I中第一 LED光源10的光照強(qiáng)度，從強(qiáng)到弱或從弱到強(qiáng)，在該過(guò)程中，相機(jī)3拍攝一系列圖像。響應(yīng)函數(shù)標(biāo)定單元24對(duì)這一系列圖像進(jìn)行處理，最小化代價(jià)函數(shù)
(1)，從而得到紅色分量的響應(yīng)函數(shù)g:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 光源，設(shè)置在拍攝對(duì)象周?chē)韵蚱涮峁┕庹諒?qiáng)度不同的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；以及 高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成模塊，包括: 分量獲取單元，其從圖像捕獲部件在所述光源照射下捕獲的拍攝對(duì)象的一幅圖像中，獲取第一顏色分量灰度圖、第二顏色分量灰度圖和第三顏色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)； 處理單元，其由所述分量獲取單元獲得的各分量灰度圖數(shù)據(jù)，通過(guò)已標(biāo)定的所述圖像捕獲部件的第一顏色分量、第二顏色分量及第三顏色分量響應(yīng)函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對(duì)象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的圖像輻照度，從而生成高動(dòng)態(tài)范圍圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是LED光源。
3.如權(quán)利要求2所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，所述光源包括發(fā)射紅色光的第一 LED光源、發(fā)射綠色光的第二 LED光源以及發(fā)射藍(lán)色光的第三LED光源，且第一、第二和第三LED光源的光照強(qiáng)度均可調(diào)。
4.如權(quán)利要求1、2、3中任意一項(xiàng)所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)，其特征在于，所述高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成模塊還包括響應(yīng)函數(shù)標(biāo)定單元，其至少在所述圖像捕獲部件首次在所述光源照射下拍攝時(shí)，標(biāo)定所述圖像捕獲部件的各響應(yīng)函數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的高動(dòng)態(tài)圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述響應(yīng)函數(shù)標(biāo)定單元通過(guò)如下操作標(biāo)定所述圖像捕獲部件的各響應(yīng)函數(shù): 調(diào)整光源中顏色與待標(biāo)定響應(yīng)函數(shù)所涉及分量的顏色對(duì)應(yīng)的光的光照強(qiáng)度，從而采集一系列圖像；基于所獲得的一系列圖像，通過(guò)將函數(shù)
6.一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成方法，其特征在于，所述方法包括: 在在拍攝對(duì)象周?chē)O(shè)置向其提供光照強(qiáng)度不同的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光的光源； 從圖像捕獲部件在所述光源照射下所捕獲的拍攝對(duì)象的一副圖像中，獲取第一顏色分量灰度圖、第二顏色分量灰度圖和第三顏色色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)；以及 根據(jù)所獲取的各分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)，依據(jù)已標(biāo)定的所述圖像捕獲部件的第一顏色分量、第二顏色分量及第三顏色色分量響應(yīng)函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對(duì)象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的圖像輻照度，從而生成高動(dòng)態(tài)范圍圖像。
7.如權(quán)利要求5所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成方法，其特征在于，所述光源是LED光源。
8.如權(quán)利要求7所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成方法，其特征在于，其特征在于，所述光源包括發(fā)射紅色光的第一 LED光源、發(fā)射綠色光的第二 LED光源以及發(fā)射藍(lán)色光的第三LED光源，且第一、第二和第三LED光源的光照強(qiáng)度均可調(diào)。
9.如權(quán)利要求6、7、8中任意一項(xiàng)所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成方法，其特征在于，所述方法還包括: 至少在所述圖像捕獲部件首次在所述光源照射下拍攝時(shí)，標(biāo)定所述圖像捕獲部件的各響應(yīng)函數(shù)。
10.如權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像生成方法，其特征在于，標(biāo)定所述圖像捕獲部件的各響應(yīng)函數(shù)包括: 調(diào)整光源中顏色與待標(biāo)定響應(yīng)函數(shù)所涉及分量的顏色對(duì)應(yīng)的光的光照強(qiáng)度，從而采集一系列圖像；基于所獲得的一系列圖像，通過(guò)將函數(shù)
【文檔編號(hào)】H04N5/235GK103905738SQ201210585981
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】丁洪萍, 王力, 張鵬 申請(qǐng)人:博世汽車(chē)部件(蘇州)有限公司