CN107680143A - 一种针对简单透镜psf噪声板标定的色调校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法。首先生成色调校正参考图像，用简单透镜拍摄在电脑上全屏显示的噪声板图像、棋盘格图像和色调校正参考图像，然后采用角点检测方法得到精准匹配的简单透镜模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对，通过色调校正参考图像计算映射系数，最后利用映射系数对清晰噪声板图像进行色调校正。与现有方法相比，将色调系数由线性变化模拟成更接近真实情况的曲线变化，提高色调校正精度，以及后续简单透镜标定的精度，在简单透镜计算成像领域具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及图像复原领域，具体指一种针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法。
背景技术
近年来，简单透镜计算成像逐渐成为图像复原领域一个新的研究方向。简单透镜计算成像旨在利用前端尽可能简单的光学镜头结构结合后期图像计算方法，得到与单反相机等高端相机近似的成像质量。简单透镜计算成像能极大地降低镜头的光学设计成本，在图像复原和光学设计领域都具有重要的研究价值。
简单透镜计算成像的关键在于计算出简单透镜的模糊核，即点扩散函数PSF(Point Spread Function)，然后根据PSF再进行后续图像复原处理。目前估计简单透镜PSF比较常用的方法是利用噪声板图像进行标定，因为噪声板图像相对于直接拍摄的图像，其频域信息更加丰富，估计出的PSF也更加准确。论文《Camera Intrinsic Blur KernelEstimation:AReliable Framework》中提出一种基于噪声板图像标定镜头PSF的方法，这种方法也被用于简单透镜计算成像的PSF标定。
附图1展示了利用噪声板图像进行简单透镜PSF标定的主要思想，即在电脑屏幕上分别全屏展示噪声板图像和棋盘格图像，棋盘格图像是用来做角点检测，以将清晰噪声板图像映射到拍摄的模糊噪声板对应区域，从而得到精准匹配的简单透镜模糊图像与清晰图像对，以进行PSF标定。受拍摄时受外界环境影响，拍摄的模糊图像与映射之后得到的清晰图像色调差别太大，如图2所示，是没有经过任何色调校正的模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对示意图，色调差别太大会影响PSF估计的精度。为使清晰噪声板图像的色调与拍摄的模糊噪声板图像色调尽可能一致，现有方法在拍摄噪声板图像和棋盘格图像时同时拍摄一副纯黑和纯白图像(如图1(c)和图1(d)所示)，并利用拍摄的纯黑和纯白图像来校正映射后清晰噪声板的色调，具体映射公式如下所示：
C1(i,j)＝B(i,j)+C0(i,j)·(W(i,j)-B(i,j)) (1)
其中，B表示拍摄的纯黑图像，W表示拍摄的纯白图像，C0表示直接映射得到的清晰噪声板图像，C1表示色调校正之后的清晰噪声板图像，(i,j)表示像素坐标。
但是现有方法的主要缺点在于：公式(1)中的色调校正是线性表示，色调映射的真实情况是非线性的，不同区间像素值对应的映射系数并不相同，所以公式(1)并不能很好地校正PSF标定过程中噪声板的色调，从而也会影响简单透镜PSF的标定精度。因此，提出针对简单透镜PSF噪声板标定更准确的色调校正方法，是简单透镜计算成像急需解决的问题。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法，将现有方法中的线性色调校正方法近似拟合成真实色调映射的曲线，以提高简单透镜PSF噪声板标定方法的估计精度。
一种针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：生成色调校正参考图像；
所述步骤一中生成色调校正参考图像的具体方法是：将一张空白图像从左至右分成15个大小相同的区域，每个区域的灰度值Pk(k＝1...15)从0到255均匀变化，共15个等级，作为色调校正参考图像。
步骤二：用简单透镜拍摄在电脑上全屏显示的噪声板图像、棋盘格图像和色调校正参考图像，得到拍摄的模糊噪声板图像，拍摄棋盘格图像和拍摄色调校正参考图像；
步骤三：利用角点检测方法映射得到精准匹配的简单透镜模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对；
所述步骤三中映射的具体方法是利用棋盘格图像与拍摄棋盘格图像，采用角点检测方法得到拍摄图像与全屏显示的图像之间的坐标对应关系，然后根据坐标对应关系将噪声板图像映射到拍摄模糊噪声板图像对应的区域，经过适当裁剪，得到精准匹配的简单透镜模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对。
步骤四：计算映射系数；
所述步骤四中计算映射系数的具体方法是利用拍摄的色调校正参考图像，得到15不同灰度值等级对应的映射系数
Mk(i,j)＝Pk'(i,j)-P1'(i,j)k＝1...15 (1)
其中，Mk表示第k个灰度值等级区域对应的映射系数，Pk'表示拍摄色调校正参考图像中第k个灰度值等级区域的像素值，P1'表示拍摄色调校正参考图像中第k个灰度值等级区域的像素值，即纯黑图像，(i,j)表示像素坐标。
步骤五：利用映射系数对清晰噪声板图像进行色调校正；
所述步骤五中利用映射系数进行色调校正的具体方法是首先根据当前像素的灰度值判断该像素对应的映射系数，然后按照公式(2)进行色调校正：
C1(i,j)＝P1'(1,1)+C0(i,j)·M (2)
其中，(i,j)表示清晰噪声板当前像素坐标，M表示与当前像素灰度值对应的映射系数，P1'(1,1)表示拍摄色调校正参考图像中的纯黑区域像素值，C0表示映射之后清晰噪声板图像，C1表示色调校正后的清晰噪声板图像。
本发明有益效果：现有简单透镜PSF噪声板标定中色调校正是线性校正，本发明提出的方法用15个均匀变化的灰度值等级近似地将映射系数拟合成接近真实情况的曲线，从而提高噪声板图像的色调校正精度，有利于提高后续简单透镜的PSF估计精度以及图像复原质量，在简单透镜计算成像领域具有重要的价值。
附图说明
图1是现有简单透镜PSF噪声板标定方法示意图；
其中(a)是拍摄的棋盘格图像，(b)是拍摄的噪声板图像，(c)是拍摄的纯黑图像，(d)是拍摄的纯白图像。
图2是没有进行色调校正的清晰噪声板图像与模糊噪声板图像对；
其中(a)是映射之后的清晰噪声板图像，(b)是拍摄的模糊噪声板图像。
图3是本发明方法的流程图；
图4是色调校正参考图像；
图5是拍摄的模糊噪声板图像，拍摄棋盘格图像和拍摄色调校正参考图像；
其中，(a)是拍摄的模糊噪声板图像，(b)是拍摄的棋盘格图像，(c)是拍摄的色调校正参考图像。
图6是精准匹配的简单透镜模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对；
其中，(a)是拍摄的模糊噪声板图像，(b)是拍摄的棋盘格图像。
图7是色调校正之后的清晰噪声板图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，本实施例提供的一种针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法，包括如下步骤：
步骤一：生成色调校正参考图像，具体方法是：将一张空白图像从左至右分成15个大小相同的区域，每个区域的灰度值Pk(k＝1...15)从0到255均匀变化，共15个等级，作为色调校正参考图像，如图4所示。
步骤二：用简单透镜拍摄在电脑上全屏显示的噪声板图像、棋盘格图像和色调校正参考图像，得到拍摄的模糊噪声板图像，拍摄棋盘格图像和拍摄色调校正参考图像，如图5所示。
步骤三：利用角点检测方法映射得到精准匹配的简单透镜模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对，具体方法是利用棋盘格图像与拍摄棋盘格图像，采用角点检测方法得到拍摄图像与全屏显示的图像之间的坐标对应关系，然后根据坐标对应关系将噪声板图像映射到拍摄模糊噪声板图像对应的区域，经过适当裁剪，得到精准匹配的简单透镜模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对，分别如图6(a)和图(b)所示。
步骤四：计算映射系数，具体方法是利用拍摄的色调校正参考图像，得到15个不同灰度值等级对应的映射系数，如下式所示：
Mk(i,j)＝Pk'(i,j)-P1'(i,j)k＝1...15 (2)
其中，Mk表示第k个灰度值等级区域对应的映射系数，Pk'表示拍摄色调校正参考图像中第k个灰度值等级区域的像素值，P1'表示拍摄色调校正参考图像中第k个灰度值等级区域的像素值，即纯黑图像，(i,j)表示像素坐标。
步骤五：利用映射系数对清晰噪声板图像进行色调校正，具体方法是首先根据当前像素的灰度值判断该像素对应的映射系数，然后按照公式(2)进行色调校正：
C1(i,j)＝P1'(1,1)+C0(i,j)·M (3)
其中，(i,j)表示清晰噪声板当前像素坐标，M表示与当前像素灰度值对应的映射系数，P1'(1,1)表示拍摄色调校正参考图像中的纯黑区域像素值，C0表示映射之后清晰噪声板图像，C1表示色调校正后的清晰噪声板图像。色调校正之后的清晰噪声板图像如图7所示，经过本发明的方法进行色调校正之后，清晰噪声板图像的色调与模糊噪声板图像的色调更接近，有利于减少色调差别对后期PSF估计精度的影响。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：生成色调校正参考图像；
步骤二：用简单透镜拍摄在电脑上全屏显示的噪声板图像、棋盘格图像和色调校正参考图像，得到拍摄的模糊噪声板图像，拍摄棋盘格图像和拍摄色调校正参考图像；
步骤三：利用角点检测方法映射得到精准匹配的简单透镜模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对；
步骤四：利用色调校正参考图像计算映射系数；
步骤五：利用映射系数对清晰噪声板图像进行色调校正。
2.根据权利要求1所述的针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法，其特征在于：所述步骤一中生成色调校正参考图像的具体方法是：将一张空白图像从左至右分成15个大小相同的区域，每个区域的灰度值Pk(k＝1...15)从0到255均匀变化，共15个等级，作为色调校正参考图像。
3.根据权利要求1所述的针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法，其特征在于：所述步骤三中映射的具体方法是利用棋盘格图像与拍摄棋盘格图像，采用角点检测方法得到拍摄图像与全屏显示的图像之间的坐标对应关系，然后根据坐标对应关系将噪声板图像映射到拍摄模糊噪声板图像对应的区域，经过适当裁剪，得到精准匹配的简单透镜模糊噪声板图像与清晰噪声板图像对。
4.根据权利要求1所述的针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法，其特征在于：所述步骤四中计算映射系数的具体方法是利用拍摄的色调校正参考图像，得到15不同灰度值等级对应的映射系数
Mk(i,j)＝P′k(i,j)-P1'(i,j) k＝1...15 (1)
其中，Mk表示第k个灰度值等级区域对应的映射系数，P′k表示拍摄色调校正参考图像中第k个灰度值等级区域的像素值，P1'表示拍摄色调校正参考图像中第k个灰度值等级区域的像素值，即纯黑图像，(i,j)表示像素坐标。
5.根据权利要求1所述的针对简单透镜PSF噪声板标定的色调校正方法，其特征在于：所述步骤五中利用映射系数进行色调校正的具体方法是首先根据当前像素的灰度值判断该像素对应的映射系数，然后按照公式(2)进行色调校正：
C1(i,j)＝P1'(1,1)+C0(i,j)·M (2)
其中，(i,j)表示清晰噪声板当前像素坐标，M表示与当前像素灰度值对应的映射系数，P1'(1,1)表示拍摄色调校正参考图像中的纯黑区域像素值，C0表示映射之后清晰噪声板图像，C1表示色调校正后的清晰噪声板图像。
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