[发明专利]兼顾亮度分布和细节呈现的曝光融合方法

说明书

本发明涉及计算机图像高动态范围成像技术领域，提供兼顾亮度分布和细节呈现的曝光融合方法，将低动态范围多曝光图像序列分解在Lab颜色空间，得到亮度序列和颜色序列；根据亮度序列计算亮度全局权重函数；将亮度序列在行数列数平面上分割为多个超像素计算单元，获得亮度细节权重函数，将颜色序列在行数列数平面上分割为多个超像素计算单元，获得颜色细节权重函数；利用亮度全局权重函数和亮度细节权重函数对亮度序列进行加权求和得到融合亮度分量；利用颜色细节权重函数对颜色序列进行加权求和得到融合颜色分量；本发明实现从多张低动态范围图像直接合成单张低动态范围的高动态范围快速成像，并满足在亮度分布和细节呈现的需求。

技术领域

本发明涉及计算机图像高动态范围成像技术领域，特别涉及一种兼顾亮度分布和细节呈现的曝光融合方法。

背景技术

在数字成像系统中，成像器件将接收到的光信号转化为电信号，再经过数字量化形成数字图像。然而由于自然场景的辐照度范围远大于成像器件的动态范围，因此发展了高动态范围成像技术，使得高动态范围的自然场景能够被有效纪录。

高动态范围成像技术可通过两个技术途径实现：成像器件以及数字图像。前者基于数字电路技术，拓宽成像器件的光电响应范围，以更高位的数字信号输出目标辐照度，然而该方法需要更高的工艺和成本，并且必须配置昂贵的高位数显示器才能推广应用。然后数字图像技术却没有这么高的要求，因而基于数字图像技术的高动态范围成像得到了广泛的应用，诸如在手机摄像、工业监测、安防监控和生物成像等领域。

基于数字图像技术的高动态范围成像的主流技术方案包括：

(1)色调映射，基于目标场景的多曝光图像序列，估计成像器件的响应曲线，得到目标场景辐照度的估计值，再利用映射函数将高动态范围(HDR)辐照度映射到低动态范围(LDR)像素值，使之可直接在常规显示器上显示和使用。但是色调映射需要较多的LDR图像才能较准确地估计目标场景的HDR辐照度，同时需要设计合理的色调映射函数，以符合人眼视觉为目标将HDR压缩到LDR；现有色调映射技术在多曝光图像数量过少时，会造成相机响应曲线的估计误差甚至失败，而过多的曝光图像数量又会引入较大的时间代价，较难实时应用在诸如手机、汽车及工业检测等领域。

(2)曝光融合，将目标场景的多张LDR图像直接融合为一张LDR图像，无需色调映射中的HDR辐照度估计这一步骤，相比色调映射具有更好的实时性和灵活性。曝光融合的关键是权重函数的设计，它的作用是合理选择多曝光图像序列中的有用信息，并整合在一张LDR图像中以呈现目标HDR场景。

现有曝光融合技术采用多分辨率框架实现不同权重的图像融合，而诸如哈尔小波框架会造成图像中的方块效应，复杂小波框架及拉普拉斯金字塔又造成过多的时间和内存的消耗，在曝光融合效果上，常存在过曝和欠曝区域的细节丢失，场景中亮度反转等缺陷。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供兼顾亮度分布和细节呈现的曝光融合方法。基于多曝光和图像融合技术，有效解决LDR成像器件和显示设备无法捕获和呈现HDR目标的问题，实现从多张LDR图像直接合成单张LDR的HDR快速成像。

本发明的一种兼顾亮度分布和细节呈现的曝光融合方法，包括：

将低动态范围LDR多曝光图像序列分解在Lab颜色空间，得到亮度序列和颜色序列；

根据所述亮度序列计算亮度全局权重函数；

根据多曝光图像序列的总行数、总列数和总张数建立虚拟坐标系，基于所述虚拟坐标系对所述亮度序列进行超像素分割，建立多曝光图像的超像素分割结构，基于所述的超像素分割结构，将亮度序列在行数列数平面上分割为多个超像素计算单元，获得亮度细节权重函数，将颜色序列在行数列数平面上分割为多个超像素计算单元，获得颜色细节权重函数；