高動態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高動態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)，其包括光源和高動態(tài)范圍圖像生成模塊，該光源可設置在拍攝對象周圍以向其提供光照強度不同的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；該高動態(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)，通過已標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函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對象上對應點的圖像輻照度，從而生成高動態(tài)范圍圖像。本發(fā)明還提供相應的方法。所述系統(tǒng)及方法可實時生成HDR圖像。
【專利說明】高動態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，尤其涉及高動態(tài)范圍圖像的生成。
【背景技術(shù)】
[0002]高動態(tài)范圍(HDR, High Dynamic Range)圖像在計算機圖形學中有著重要應用。
[0003]動態(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個亮度級，但實際自然場景中動態(tài)范圍高達100000000: 1，這在傳統(tǒng)圖像中無法表示。但與傳統(tǒng)圖像不同，HDR圖像用浮點數(shù)表示像素值，可以完全表示出自然場景中的動態(tài)范圍，而且其像素值是實際場景亮度的線性映射，給處理帶來很大的方便和好處。
[0004]HDR圖像的獲取方法有三類，第一類是模擬光線和基于物理光照模型的合成圖像，第二類是用多張不同曝光度的普通圖像來計算實際場景亮度，得到HDR圖像，第三類是使用各種新的硬件設備直接拍攝HDR圖像。第二類方法因只需普通相機拍攝不同曝光度的圖像就可生成HDR圖像而具有廣泛應用。但是，由于其需要拍攝不同曝光度的圖像，因此很難實時獲得HDR圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種高動態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)及方法，可在實時獲得HDR圖像。根據(jù)本發(fā)明所述的高動態(tài)范圍 圖像生成系統(tǒng)可包括光源和高動態(tài)范圍圖像生成模塊。其中，該光源可設置在拍攝對象周圍以向其提供光照強度不同的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；該高動態(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)，通過已標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函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對象上對應點的圖像輻照度，從而生成高動態(tài)范圍圖像。
[0006]本發(fā)明還提供一種高動態(tài)范圍圖像生成方法，所述方法包括:在在拍攝對象周圍設置向其提供光照強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函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對象上對應點的圖像輻照度，從而生成高動態(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相機捕獲的拍攝對象的一副圖像生成高動態(tài)范圍圖像，從而實現(xiàn)了實時生成高動態(tài)范圍圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例的高動態(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3的相對設置的示意性圖示。
[0010]圖3為相機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色分量灰度圖。
[0011]圖7-9是根據(jù)本發(fā)明的一個示例的高動態(tài)范圍圖像生成方法的流程示意。
【具體實施方式】
[0012]現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的示意性示例，相同的附圖標號表示相同的元件或步驟。下文描述的各實施例有助于本領域技術(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)明的一個示例的高動態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)。如圖所示，該系統(tǒng)包括光源I和高動態(tài)范圍圖像生成模塊2 (為簡潔起見，下文將“高動態(tài)范圍”成為“HDR”)。HDR圖像生成模塊2可實現(xiàn)在圖像捕獲部件，例如相機內(nèi)，也可實現(xiàn)在能與圖像拍攝部件連接的電子處理裝置，例如為計算機中。在下文的說明中，以相機作為圖像捕獲部件，且相機和圖像捕獲部件可互換使用，實際應用中，圖像捕獲部件可以是具有拍攝功能任何設備，如具有拍攝功能的手機，諸如iPhone、安卓系統(tǒng)智能手機、塞班系統(tǒng)智能手機、以及widow手機等，電子設備等,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色作為示例進行說明，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]在本實施 方式中，光源I設置在拍攝對象周圍以提供照射拍攝對象且強度不同的紅色光、綠色光和藍色光。在此“強度不同”指的是紅色光、綠色光和藍色光的光照強度至少包括兩個不同等級的光照強度，例如，紅色光為最強光、綠色光和藍色光具有比紅色光弱的相同光強，或者紅色光光強最大、綠色光光強次之、藍色光光強最弱等。可以理解，根據(jù)不同條件、環(huán)境或需要，在其他實施方式中，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從相機在光源I的照射下所捕獲的拍攝對象的一副圖像中，獲取紅色分量灰度圖、綠色分量灰度圖和藍色分量灰度圖。要說明的是，拍攝對象及其背景所構(gòu)成的拍攝環(huán)境也可成為拍攝場景，本文提到拍攝場景時必然包括該拍攝對像。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)以及藍色分量灰度圖的圖像數(shù)據(jù)與已經(jīng)標定的各分量的響應函數(shù)相結(jié)合，計算出各分量灰度圖中每一個像素在拍攝對象上對應點的圖像輻照度，由此確定該一副圖像中各像素在拍攝對象上對應點的圖像輻照度。在獲得了像素在拍攝對象上對應點的輻照度后，處理單元22生成HDR圖像。
[0016]圖2是光源I與相機3的相對設置環(huán)境的一個示意性圖示。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均被配置成可獨立調(diào)整光照強度。示例性地，第一 LED光源10、第二 LED光源12及第三LED光源14中的每一個都可由LED陣列構(gòu)成。在其他實施方式中，光源I可以是白熾燈、鹵素燈或熒光燈等。
[0017]參照圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的示例，HDR圖像生成模塊2還包括響應函數(shù)標定模塊24。如所知道的那樣，響應函數(shù)是從場景亮度到圖像亮度的映射，在此場景亮度由場景照度或者光源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的光照強度表征。在相機3第一次于圖2所示的拍攝場景中進行拍攝時，響應函數(shù)標定單元24標定相機3在光源I照射下的紅色分量響應函數(shù)、綠色分量響應函數(shù)和藍色分量響應函數(shù)。下文以對紅色分量響應函數(shù)的標定說明響應函數(shù)標定單元24的標定過程:
[0018]調(diào)整光源I中第一 LED光源10的光照強度，從強到弱或從弱到強，在該過程中，相機3拍攝一系列圖像。響應函數(shù)標定單元24對這一系列圖像進行處理，最小化代價函數(shù)
(1)，從而得到紅色分量的響應函數(shù)g:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種高動態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 光源，設置在拍攝對象周圍以向其提供光照強度不同的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；以及 高動態(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)，通過已標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函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對象上對應點的圖像輻照度，從而生成高動態(tài)范圍圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的高動態(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)射藍色光的第三LED光源，且第一、第二和第三LED光源的光照強度均可調(diào)。
4.如權(quán)利要求1、2、3中任意一項所述的高動態(tài)范圍圖像生成系統(tǒng)，其特征在于，所述高動態(tài)范圍圖像生成模塊還包括響應函數(shù)標定單元，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，標定所述圖像捕獲部件的各響應函數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的高動態(tài)圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述響應函數(shù)標定單元通過如下操作標定所述圖像捕獲部件的各響應函數(shù): 調(diào)整光源中顏色與待標定響應函數(shù)所涉及分量的顏色對應的光的光照強度，從而采集一系列圖像；基于所獲得的一系列圖像，通過將函數(shù)
6.一種高動態(tài)范圍圖像生成方法，其特征在于，所述方法包括: 在在拍攝對象周圍設置向其提供光照強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函數(shù)，獲得所述各分量灰度圖中各像素在拍攝對象上對應點的圖像輻照度，從而生成高動態(tài)范圍圖像。
7.如權(quán)利要求5所述的高動態(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)射藍色光的第三LED光源，且第一、第二和第三LED光源的光照強度均可調(diào)。
9.如權(quán)利要求6、7、8中任意一項所述的高動態(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，標定所述圖像捕獲部件的各響應函數(shù)。
10.如權(quán)利要求6所述的高動態(tài)范圍圖像生成方法，其特征在于，標定所述圖像捕獲部件的各響應函數(shù)包括: 調(diào)整光源中顏色與待標定響應函數(shù)所涉及分量的顏色對應的光的光照強度，從而采集一系列圖像；基于所獲得的一系列圖像，通過將函數(shù)
【文檔編號】H04N5/235GK103905738SQ201210585981
【公開日】2014年7月2日 申請日期: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 申請人:博世汽車部件(蘇州)有限公司