CN102420944A - 一种高动态范围图像合成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高动态范围合成成像方法及其装置，旨在提供一种将两张动态范围较低的图像合成得到一张动态范围较高的图像的方法。本发明以不同曝光时间拍摄同一场景得到两张不同曝光图像，将两张不同曝光的图像根据拍摄设备的响应曲线分别换算到曝光量空间，根据两张图像的亮度将利用曝光量和曝光时间算出的场景亮度进行加权合成，并将合成后的场景亮度通过响应曲线进行模拟曝光得到高动态范围的图像。本发明使用了两张不同曝光的图像进行合成，减小了图像对齐的难度；而且处理过程中的运算量和所需存储空间随之减小，使其能运用于小型手持设备；同时得到的高动态范围图像在亮部和暗部都有着丰富的细节，其色彩和细节都与原场景保持一致。
Description
技术领域
本发明涉及数字图像处理领域，尤其是图像处理中一种高动态范围图像合成技术。
背景技术
在图像获取过程中，由于待拍摄场景的动态范围大于拍摄设备的动态范围，并且单次拍摄时仅能使用一个全局且固定的曝光方式，因此导致只能对待拍摄场景中的部分景物正确曝光，其他景物要么过度曝光，要么曝光不足。在过度曝光的部分，由于亮度接近饱和，待拍摄场景的细节全部成为高亮的白色而无法分辨；在曝光不足的部分，由于拍摄设备的灵敏度较低，待拍摄场景微小的亮度变化难以在图像上得到体现，场景细节由此丢失，由此得到的图像给后处理带来了极大的不便。后处理时，为了获得更好的视觉效果，通常希望降低图像中过度曝光部分的亮度，或者提高曝光不足部分的亮度。但是这两部分的细节都已经在拍摄过程中损失，后处理的结果只能是引入大量的噪声，无法提取出有用的细节。
为了在单张图像中尽可能多的包含场景中各个部分的细节，通常使用多张不同曝光的图像来进行合成。其中在Journal of Electronic Imaging 12(2), 219-228(April 2003) “Estimation-theoretic approach to dynamic range enhancement using multiple exposures”一文中提出的是一种比较典型方法，该方法首先对同一场景进行多次不同时长的曝光，得到多张不同曝光的图像，借此尽可能多的获得场景中各个亮度不同的部分的细节。然后以曝光时间为权重，即曝光时间越长的图像权重越大，将不同曝光的图像加权求和后归一化；以上过程经多次迭代后得到最终的高动态范围图像。在最终合成的高动态范围图像中，细节不仅存在于正常曝光的部分，过曝和曝光不足的部分同样包含有丰富的细节；只要经过适当的后处理，整个场景的细节可以在一张图像中得到呈现。
上述方法要求不同曝光图像所拍摄的场景必须严格相同，达到像素级别的对齐，否则由于像素的偏移将导致最终合成图像上出现重影。图像数量越多，其完全对齐的难度越大。然而以上方法需要的图像数量较多，在上述文献中，场景“Studio”曝光了8次，场景“Cushing”曝光了11次。此外，随着图像传感器分辨率的增加，单帧图像达到上千万像素已经十分常见，更何况以上方法同时需要多张图像，由此带来了大量的运算和待处理数据。无论是处理设备的运算速度，还是缓存待处理数据所需的存储空间，都限制了上述方法运用在小型手持设备上，如数码相机、手机等。
发明内容
为了克服现有技术中所需不同曝光图像数量多，从而导致运算量大，所需存储空间大等不适用于小型手持设备的不足，本发明提供了一种高动态范围图像合成方法及其装置，本发明使用了两帧不同曝光的图像进行高动态范围合成，减小了图像对齐的难度；同时由于图像数量的减少，处理过程中的运算量和所需存储空间大大减小，使其能运用于小型手持设备。
为克服上述不足，本发明提供了一种高动态范围图像合成方法，该方法包括如下步骤：
步骤一，设置拍摄设备的长曝光时间，拍摄场景的长曝光图像；
步骤二，设置拍摄设备的短曝光时间，拍摄场景的短曝光图像；
步骤三，根据拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系，将获得的长曝光图像和短曝光图像分别转换成曝光量；
步骤四，根据曝光量、场景亮度和曝光时间三者之间的关系，分别计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2；
步骤五，分别提取长曝光图像和短曝光图像的亮度；
步骤六，根据曝光图像的亮度，分别计算对长曝光图像和短曝光图像的场景亮度所要施加的不同权重；对长曝光图像和短曝光图像的场景亮度施加的权重原则是：对长曝光图像中的高亮度像素施加小权重，而低亮度像素施加大权重；对短曝光图像中的高亮度像素施加大权重，而低亮度像素施加小权重；
步骤七，根据场景亮度及其权重，合成新的场景亮度，其合成公式如下：
其中
表示合成的场景亮度；长曝光图像场景亮度为IR1，对应施加的权重为W1；短曝光图像场景亮度为IR2，对应施加的权重为W2；
步骤八，利用拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系，对合成的场景亮度进行模拟曝光，获得高动态范围图像，其具体计算如下：首先将合成的场景亮度与模拟曝光时间相乘得到新的曝光量，然后根据该曝光量在响应曲线上找到其对应的像素值，即为高动态范围图像的像素值；所述的模拟曝光时间为任何合理值。
较佳地，所述的长曝光时间和短曝光时间的具体数值根据场景的不同而有所不同，长曝光时间的大小以能够让场景中较暗的部分正确曝光，体现出足够多的细节为准；短曝光时间的大小以能够让场景中较亮的部分正确曝光，体现出足够的细节为准。
较佳地，所述的长曝光图像和短曝光图像必须达到像素级的对齐；此像素级的对齐通过使用辅助设备，或者打开拍摄设备的防抖功能，或者在拍摄完成后使用简单的算法将两张图像进行校准达到。
较佳地，所述的反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线是非线性的，可以通过计算或者实验获得，也可以由拍摄设备厂家提供。
较佳地，所述的场景亮度、合成的场景亮度以及新的曝光量的R、G和B三个颜色分量需要分别进行计算；对同一个像素的R、G和B三个颜色分量施加的权重相同；R、G和B三个颜色分量使用同一条反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线。
为克服上述不足，本发明还提供了一种高动态范围图像合成装置，该装置包括：图像拍摄单元，场景亮度计算单元，图像亮度计算单元，权重计算单元，场景亮度合成单元和模拟曝光单元；该装置首先采用图像拍摄单元获取长曝光图像和短曝光图像，然后通过场景亮度计算单元计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2，而图像亮度计算单元提取两张不同曝光图像的亮度信息，权重计算单元根据亮度信息，计算两张不同曝光图像的场景亮度的权重W1和W2，然后场景亮度合成单元根据场景亮度及其权重，合成新的场景亮度，最终模拟曝光单元利用反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线，将合成的场景亮度进行模拟曝光，得到高动态范围图像。
较佳地，所述的图像拍摄单元使用的长曝光时间和短曝光时间的具体数值根据场景的不同而有所不同；长曝光时间的大小以能够让场景中较暗的部分正确曝光，体现出足够多的细节为准；短曝光时间的大小以能够让场景中较亮的部分正确曝光，体现出足够的细节为准。
较佳地，所述的图像拍摄单元得到的两张不同曝光的图像必须达到像素级别的对齐，此像素级的对齐通过使用辅助设备，或者打开拍摄设备的防抖功能，或者在拍摄完成后使用简单的算法将两张图像进行校准达到。
较佳地，所述的场景亮度计算单元首先根据拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系，将获得的长曝光图像和短曝光图像分别转换成曝光量；然后，根据曝光量、场景亮度和曝光时间三者之间的关系，分别计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2。所述的反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线通常是非线性的，可以通过计算或者实验获得，也可以由拍摄设备厂家提供。
较佳地，所述的权重计算单元对每一个像素施加权重的计算原则是：对长曝光图像中的高亮度像素施加小权重，而低亮度像素施加大权重；对短曝光图像中的高亮度像素施加大权重，而低亮度像素施加小权重。
较佳地，所述的场景亮度合成单元采用下述合成公式进行场景亮度合成：
其中表示合成的场景亮度；长曝光图像场景亮度为IR1，对应施加的权重为W1；短曝光图像场景亮度为IR2，对应施加的权重为W2。
较佳地，所述的模拟曝光单元采用的模拟曝光时间为任何合理值。
较佳地，所述的每个单元中涉及的场景亮度、合成的场景亮度以及新的曝光量的R、G和B三个颜色分量需要分别进行计算；对同一个像素的R、G和B三个颜色分量施加的权重相同；R、G和B三个颜色分量使用同一条反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线。
与现有技术相比较，本发明通过以不同曝光时间拍摄同一场景得到两张不同曝光图像，利用拍摄设备的响应曲线，将两张不同曝光的图像分别换算到曝光量空间，利用曝光量和曝光时间算出场景亮度，根据两张图像的亮度将算出的场景亮度进行加权合成，将合成后的场景亮度通过响应曲线进行模拟曝光得到新的高动态范围图像。本发明使用了两帧不同曝光的图像进行高动态范围合成，减小了图像对齐的难度；同时由于图像数量的减少，处理过程中的运算量和所需存储空间大大减小，使其能运用于小型手持设备；同时可以通过两张动态范围较低的图像，得到一张动态范围较高的新图像，其在亮部和暗部都有着丰富的细节，并且色彩和细节都跟原场景严格保持一致。
附图说明
图1是本发明提供的一种高动态范围图像合成方法的一个实施方式流程图。
图2是拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系示意图。
图3是像素亮度值和根据长曝光图像计算出的场景亮度权重之间的关系示意图。
图4是像素亮度值和根据短曝光图像计算出的场景亮度权重之间的关系示意图。
图5是本发明提供的一种高动态范围图像合成装置的一个实施方式结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式进行说明。
请参阅图1所示，是本发明提供的一种高动态范围图像合成方法的一个实施方式流程图，具体包括如下步骤：
步骤S101，将拍摄设备的曝光时间设置为T1，拍摄场景的长曝光图像。
本步骤中的曝光时间T1没有具体的数值，根据场景的不同，T1的数值也有所不同。T1的大小以能够让场景中较暗的部分正确曝光，体现出足够多的细节为准。此时场景中较亮的部分在拍摄的图像中由于过度曝光而饱和，看上去发白发亮，细节丢失。
步骤S102，将拍摄设备的曝光时间设置为T2，拍摄场景的短曝光图像。
本步骤中的曝光时间T2同样没有具体数值，而是由场景决定。T2的大小以能够让场景中较亮的部分正确曝光，体现出足够的细节为准。此时场景中较暗的部分在拍摄的图像中由于曝光不足会显得暗淡发黑，细节无法保留。
步骤S101和步骤S102所拍摄的图像必须达到像素级的严格对齐，否则会导致最终合成的高动态范围图像上出现重影。为此在拍摄的过程中可以使用辅助设备，例如三脚架；或者打开拍摄设备的防抖功能等。如果没有上述设备，也可以在拍摄完成后使用简单的算法将两张图像进行校准，校准方法可参考“Three-Dimensional Computer Vision, 1993”，此处不再赘述。
步骤S103，根据拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系，将获得的长曝光图像和短曝光图像分别转换成曝光量。
在此，反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线通常是非线性的，可以通过计算或者实验获得，也可以由拍摄设备厂家提供。如图2所示是拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系示意图，图2中的横坐标为曝光量，以自然对数表示，纵坐标为像素值。在已知像素值和响应曲线的情况下，可以获得像素值所对应的曝光量。理论上每个像素包括R、G和B三个颜色分量，三个分量拥有各自的响应曲线，拍摄过程中不同颜色会按照各自的响应曲线对曝光量进行响应。但实际上三个分量的响应曲线可能非常相似，因此在后面的步骤中，三个分量也可以使用同一条响应曲线。
步骤S104，根据曝光量、场景亮度和曝光时间三者之间的关系，分别计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2。
曝光量、场景亮度以及曝光时间的关系如下式表示：
其中
表示曝光量，表示场景亮度，
表示曝光时间。此时
已知，而
为T1或者T2，因此可以很容易的得到场景亮度
。
在本步骤中，场景亮度的R、G和B三个颜色分量需要分别进行计算。
步骤S105，分别提取长曝光图像和短曝光图像的亮度。
亮度的提取方式很多，且该技术已经相当成熟，此处不再赘述。不同的亮度提取方式对本发明不构成限制。
步骤S106，根据曝光图像的亮度，分别计算长曝光图像和短曝光图像的场景亮度的权重W1和W2。
根据步骤S101中T1的设置，在长曝光的图像中，场景中较亮的部分由于曝光过度导致饱和，亮度较高，包含细节较少；而场景中较暗的部分由于正常曝光，亮度较低，却包含了丰富的细节。因此，长曝光图像中亮度较低的像素应该被施加大的权重，借此在合成过程中保留其细节信息。在本实施例中，W1没有固定的形式，只要能够实现对高亮度的像素给出小权重，对低亮度的像素给出大权重即可，图3所示的函数曲线是一个例子，其中横坐标为像素亮度值，纵坐标为权重。
根据步骤S102中T2的设置，在短曝光的图像中，场景中较暗的部分由于曝光不足导致暗淡无光，包含细节较少；而场景中较亮的部分由于正常曝光，亮度较高，包含了丰富的细节。因此，短曝光图像中亮度较高的像素应该被施加大的权重，从而在合成过程中实现对细节的保留。同样的，W2也没有固定的形式，只要能够实现对高亮度的像素给出大权重，对低亮度的像素给出小权重即可，图4所示的函数曲线是一个例子，其中横坐标为像素亮度值，纵坐标为权重。
本步骤中同一个像素的R、G和B三个颜色分量施加的权重相同。
步骤S107，根据场景亮度及其权重，合成新的场景亮度。
本步骤把施加了权重W1的长曝光图像场景亮度IR1和施加了权重W2的短曝光图像场景亮度IR2进行合成。其合成公式如下：
其中
表示合成的场景亮度。
本步骤中新场景亮度的R、G和B三个颜色分量需要分别进行合成计算。
步骤S108，利用拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系，对合成的场景亮度进行重曝光，获得高动态范围图像。
利用反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系的响应曲线，模拟拍摄曝光过程，实际上是根据曝光量查找其对应的像素值的过程。而曝光量等于场景亮度和曝光时间的乘积。现在场景亮度
已知，为完成模拟拍摄曝光过程还必须知道曝光时间。假设这里使用的模拟曝光时间为T，则新的曝光量为：
其中
表示新的曝光量。根据该曝光量可以在响应曲线上找到其对应的像素值，这个像素值就是最终的高动态范围图像的像素输出，本步骤需要对每个像素的R、G和B三个颜色分量分别进行计算。
实际上本步骤中的T可以为任何值，可以是T1，也可以是T2，还可以是除T1和T2以外的其他值。无论T值取多少，在最终模拟曝光后输出的图像中，其亮部和暗部都有着丰富的细节。其区别在于，T值越大，场景中暗部的细节越明显，此时亮部虽然呈高亮状态，可是其细节信息并没有因此丢失；T值越小，场景中亮部的细节越明显，此时暗部虽然暗淡发黑，但是依然包含有丰富的细节信息。例如将此处的T值设为T1，这样最终模拟曝光后的高动态范围图像从整体亮度上看和步骤S101所拍摄的长曝光图像非常接近。如果对二者进行完全相同的后处理，降低过曝部分的亮度，在步骤S101所拍摄的长曝光图像的过曝部分不会看到任何细节，其已经由于饱和而丢失。但在模拟曝光得到的高动态范围图像中的过曝部分却拥有丰富的细节信息，这些信息来自于步骤S102所拍摄的短曝光图像。
请参阅图5所示，是本发明提供的一种高动态范围图像合成装置的一个实施方式的结构示意图，该装置包括：图像拍摄单元501，场景亮度计算单元502，图像亮度计算单元503，权重计算单元504，场景亮度合成单元505和模拟曝光单元506。
图像拍摄单元501用于获取长曝光图像和短曝光图像，该单元使用两个不同的曝光时间对同一场景进行拍摄，得到两张不同曝光的图像。
本单元的长曝光时间T1和短曝光时间T2的具体数值根据场景的不同而有所不同。T1的大小以能够让场景中较暗的部分正确曝光，体现出足够多的细节为准；此时场景中较亮的部分在拍摄的图像中由于过度曝光而饱和，看上去发白发亮，细节丢失。而同样没有具体数值，而是由场景决定。T2的大小以能够让场景中较亮的部分正确曝光，体现出足够的细节为准；此时场景中较暗的部分在拍摄的图像中由于曝光不足会显得暗淡发黑，细节无法保留。
本单元得到的两张不同曝光的图像，所拍摄的场景完全一样，只是曝光时间不同，并且必须达到像素级别的对齐。为此在拍摄的过程中可以使用辅助设备，例如三脚架；或者打开拍摄设备的防抖功能等。如果没有上述设备，也可以在拍摄完成后使用简单的算法将两张图像进行校准，校准方法可参考“Three-Dimensional Computer Vision, 1993”，此处不再赘述。
场景亮度计算单元502用于计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2。
本单元首先根据拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系，将获得的长曝光图像和短曝光图像分别转换成曝光量；然后，根据曝光量、场景亮度和曝光时间三者之间的关系，分别计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2。
反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线通常是非线性的，可以通过计算或者实验获得，也可以由拍摄设备厂家提供。在已知像素值和响应曲线的情况下，可以获得像素值所对应的曝光量。理论上每个像素包括R、G和B三个颜色分量，三个分量拥有各自的响应曲线，拍摄过程中不同颜色会按照各自的响应曲线对曝光量进行响应。但实际上三个分量的响应曲线可能非常相似，因此在后面的步骤中，三个分量也可以使用同一条响应曲线。
曝光量等于场景亮度和曝光时间的乘积。利用响应曲线将图像的像素值换算成曝光量后，根据拍摄图像所使用的曝光时间，可以很容易计算得到场景的亮度。场景亮度的R、G和B三个颜色分量需要分别进行计算。
图像亮度计算单元503用于提取两张不同曝光图像的亮度信息。
权重计算单元504用于计算两张不同曝光图像的场景亮度的权重W1和W2。
本单元权重的计算原则是：对长曝光图像中的高亮度像素施加小权重，而低亮度像素施加大权重；对短曝光图像中的高亮度像素施加大权重，而低亮度像素施加小权重。
场景亮度合成单元505根据场景亮度及其权重，合成新的场景亮度。
模拟曝光单元506用于，利用反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线，将合成的新场景亮度进行曝光，得到高动态范围图像。
此处曝光所使用的曝光时间可以是任意合理值。如果想尽量突出场景中亮部的细节，可以选择较小的曝光时间；如果想突出暗部的细节，则可以选择较大的曝光时间。但无论曝光时间如何设置，最终得到的都是一张高动态范围图像，在其亮部和暗部都包含有丰富的细节。
与现有技术相比较，本发明通过以不同曝光时间拍摄同一场景得到两张不同曝光图像，利用拍摄设备的响应曲线，将两张不同曝光的图像分别换算到曝光量空间，利用曝光量和曝光时间算出场景亮度，根据两张图像的亮度将算出的场景亮度进行加权合成，将合成后的场景亮度通过响应曲线进行模拟曝光得到新的高动态范围图像。本发明使用了两帧不同曝光的图像进行高动态范围合成，减小了图像对齐的难度；同时由于图像数量的减少，处理过程中的运算量和所需存储空间大大减小，使其能运用于小型手持设备；同时可以通过两张动态范围较低的图像，得到一张动态范围较高的新图像，其在亮部和暗部都有着丰富的细节，并且色彩和细节都跟原场景严格保持一致。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (21)
1.一种高动态范围图像合成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一，设置拍摄设备的长曝光时间，拍摄场景的长曝光图像；
步骤二，设置拍摄设备的短曝光时间，拍摄场景的短曝光图像；
步骤三，根据拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系，将获得的长曝光图像和短曝光图像分别转换成曝光量；
步骤四，根据曝光量、场景亮度和曝光时间三者之间的关系，分别计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2；
步骤五，分别提取长曝光图像和短曝光图像的亮度；
步骤六，根据曝光图像的亮度，分别计算对长曝光图像和短曝光图像的场景亮度所要施加的不同权重；
步骤七，根据场景亮度及其权重，合成新的场景亮度；
步骤八，利用拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系，对合成的场景亮度进行重曝光，获得高动态范围图像。
2.如权利要求1所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的长曝光时间和短曝光时间的具体数值根据场景的不同而有所不同，长曝光时间的大小以能够让场景中较暗的部分正确曝光，体现出足够多的细节为准；短曝光时间的大小以能够让场景中较亮的部分正确曝光，体现出足够的细节为准。
3.如权利要求1所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的长曝光图像和短曝光图像必须达到像素级的对齐。
4.如权利要求3所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的像素级的对齐通过使用辅助设备，或者打开拍摄设备的防抖功能，或者在拍摄完成后使用简单的算法将两张图像进行校准达到。
5.如权利要求1所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线是非线性的，通过计算或者实验获得，或者由拍摄设备厂家提供。
6.如权利要求1所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的曝光量、场景亮度以及曝光时间之间的关系如下式表示：
其中
表示曝光量，
表示场景亮度，
表示曝光时间。
7.如权利要求1所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的对长曝光图像和短曝光图像的场景亮度施加权重的原则是：对长曝光图像中的高亮度像素施加小权重，而低亮度像素施加大权重；对短曝光图像中的高亮度像素施加大权重，而低亮度像素施加小权重。
8.如权利要求1所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的场景亮度的合成公式如下：
其中表示合成的场景亮度；长曝光图像场景亮度为IR1，对应施加的权重为W1；短曝光图像场景亮度为IR2，对应施加的权重为W2。
9.如权利要求1所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的高动态范围图像通过利用反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线，模拟拍摄曝光过程得到；其具体计算如下：首先将合成的场景亮度与模拟曝光时间相乘得到新的曝光量，然后根据该曝光量在响应曲线上找到其对应的像素值，即为高动态范围图像的像素值。
10.如权利要求9所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的模拟曝光时间为任何合理值。
11.如权利要求1所述的高动态范围图像合成方法，其特征在于，所述的场景亮度、合成的场景亮度以及新的曝光量的R、G和B三个颜色分量需要分别进行计算；对同一个像素的R、G和B三个颜色分量施加的权重相同；R、G和B三个颜色分量使用同一条反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线。
12.一种高动态范围图像合成装置，其特征在于，该装置包括：图像拍摄单元，场景亮度计算单元，图像亮度计算单元，权重计算单元，场景亮度合成单元和模拟曝光单元；该装置首先采用图像拍摄单元获取长曝光图像和短曝光图像，然后通过场景亮度计算单元计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2，而图像亮度计算单元提取两张不同曝光图像的亮度信息，权重计算单元根据亮度信息，计算两张不同曝光图像的场景亮度的权重W1和W2，然后场景亮度合成单元根据场景亮度及其权重，合成新的场景亮度，最终模拟曝光单元利用反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线，将合成的场景亮度进行模拟曝光，得到高动态范围图像。
13.如权利要求12所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于，所述的图像拍摄单元使用的长曝光时间和短曝光时间的具体数值根据场景的不同而有所不同；长曝光时间的大小以能够让场景中较暗的部分正确曝光，体现出足够多的细节为准；短曝光时间的大小以能够让场景中较亮的部分正确曝光，体现出足够的细节为准。
14.如权利要求12所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于，所述的图像拍摄单元得到的两张不同曝光的图像必须达到像素级别的对齐。
15.如权利要求14所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于， 所述的像素级的对齐通过使用辅助设备，或者打开拍摄设备的防抖功能，或者在拍摄完成后使用简单的算法将两张图像进行校准达到。
16.如权利要求12所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于，所述的场景亮度计算单元首先根据拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间的对应关系，将获得的长曝光图像和短曝光图像分别转换成曝光量；然后，根据曝光量、场景亮度和曝光时间三者之间的关系，分别计算长曝光图像和短曝光图像对应的场景亮度IR1和IR2。
17.如权利要求16所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于，所述的反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线是非线性的，通过计算或者实验获得，或者由拍摄设备厂家提供。
18.如权利要求12所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于，所述的权重计算单元对每一个像素施加权重的计算原则是：对长曝光图像中的高亮度像素施加小权重，而低亮度像素施加大权重；对短曝光图像中的高亮度像素施加大权重，而低亮度像素施加小权重。
19.如权利要求12所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于，所述的场景亮度合成单元采用下述合成公式进行场景亮度合成：
其中
表示合成的场景亮度；长曝光图像场景亮度为IR1，对应施加的权重为W1；短曝光图像场景亮度为IR2，对应施加的权重为W2。
20.如权利要求12所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于，所述的模拟曝光单元采用的模拟曝光时间为任何合理值。
21.如权利要求12所述的高动态范围图像合成装置，其特征在于，所述的每个单元中涉及的场景亮度、合成的场景亮度以及新的曝光量的R、G和B三个颜色分量需要分别进行计算；对同一个像素的R、G和B三个颜色分量施加的权重相同；R、G和B三个颜色分量使用同一条反映拍摄设备所输出的像素值和场景的曝光量之间对应关系的响应曲线。
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