CN109767413A - 一种抗运动伪影的hdr方法、装置及便携式终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗运动伪影的HDR方法、装置及便携式终端。所述方法包括：获取三幅图像，分别为正常曝光图像，欠曝光图像和过曝光图像；以正常曝光图像为参考，对欠曝光图像和过曝光图像消除运动像素，分别得到第三图像和第四图像；将正常曝光图像，第三图像和第四图像降采样；将降采样的三幅图像分别转换成灰度图，对灰度图做多分辨率融合；计算第一权值图；将降采样得到的三幅图像分别转换成灰度图，对灰度图做多分辨率融合；计算第二权值图；将第二权值图升采样到与原图尺寸一致；对正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像做加权融合。本发明技术方案解决了目前的高动态范围图像含有运动伪影的问题，提高了去除伪影后的高动态范围图像的视觉效果。
Description
技术领域
本发明属于图像处理领域，尤其涉及一种抗运动伪影的HDR方法、装置及便携式终端。
背景技术
现代数码相机单次曝光不能覆盖自然场景的整个动态范围，传统的高动态范围图像在过曝光和欠曝光区域不能包含所有的细节，高动态范围图像通过融合一系列不同曝光度的低动态范围图像来扩大单一图像所能覆盖的动态范围和增强图像细节。高动态范围技术及其良好的视觉体验被逐渐应用于影视特效等领域，具有非常重要的理论研究价值和广泛的商业基础。
现有的融合技术确保能得到不含伪影的融合图像的，一般情况下是要求不同曝光度的待融合图像背景完全静止。然而，现实场景中获得的图像大多含有移动物体等动态元素，动态元素会造成融合后得到的高动态范围图像中含有伪影。现有的去除伪影技术通常是在融合结果中直接把所有待融合图像中含有的移动物去除掉，这在一定程度上使得到的高动态范围图像丧失了原始图像的真实度。
为解决上述问题，可利用连续拍摄的多幅不同曝光时间的图像消除伪影并组合生成一个到处都具有适当曝光的高动态范围(HDR)图像，提高去除伪影后的高动态范围图像的视觉效果。
发明内容
本发明提出一种抗运动伪影的HDR方法、装置及便携式终端，旨在解决目前的高动态范围图像含有运动伪影的问题，进而提高去除伪影后的高动态范围图像的视觉效果。
第一方面，本发明提供了一种抗运动伪影的HDR方法，所述方法包括：
获取三幅图像，分别为正常曝光图像，欠曝光图像和过曝光图像；
以正常曝光图像为参考，对欠曝光图像和过曝光图像消除运动像素，分别得到第三图像和第四图像；
将正常曝光图像，第三图像和第四图像降采样；
计算第一权值图；
将降采样得到的三幅图像分别转换成灰度图，对灰度图做多分辨率融合；
计算第二权值图；
将第二权值图升采样到与原图尺寸一致；
对正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像做加权融合。
第二方面，本发明提供了一种抗运动伪影的HDR的装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取三幅图像，分别为正常曝光图像，欠曝光图像和过曝光图像；
消除运动像素模块，用于以正常曝光图像为参考，对欠曝光图像和过曝光图像消除运动像素，分别得到第三图像和第四图像；
降采样模块，用于将正常曝光图像，第三图像和第四图像降采样；
第一计算模块，用于计算第一权值图；
多分辨率融合模块，用于将降采样的三幅图像分别转换成灰度图，对灰度图做多分辨率融合；
第二计算模块，用于计算第二权值图；
升采样模块，用于将第二权值图升采样到与原图尺寸一致；
加权融合模块，用于对正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像做加权融合。
第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的抗运动伪影的HDR的方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种便携式终端，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的抗运动伪影的HDR的方法的步骤。
在本发明中，由于消除了运动像素并采用了降采样和多分辨率融合的方法计算权值图，不仅提高了计算速度，还能使融合的图像在亮处更多考虑使用欠曝光图像的值，在暗处更多考虑使用过曝光的值，使暗处与亮处都有较丰富的信息，最终生成抗运动伪影的HDR图像，从而提高了去除伪影后的高动态范围图像的视觉效果。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的抗运动伪影的HDR方法流程图。
图2是本发明实施例一提供的抗运动伪影的HDR方法中多分辨率融合的流程图。
图3是本发明实施例二提供的抗运动伪影的HDR装置示意图。
图4是本发明实施例三提供的便携式终端的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
请参阅图1，本发明实施例一提供的抗运动伪影的HDR方法包括以下步骤：
S101：获取三幅图像，分别为正常曝光图像，欠曝光图像和过曝光图像；
获取拍摄设备在HDR模式下连续拍摄的三幅图像，分别为正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像；
拍摄设备可以为手机、相机或全景相机等，图像也可以为一般图像或全景图像。
S102：以正常曝光图像为参考，对欠曝光图像和过曝光图像消除运动像素，分别得到第三图像和第四图像；
运动像素是指在两幅比较图像中相对应位置亮度差异明显的像素，消除运动像素具体为：
将正常曝光图像亮度利用直方图映射调整到与欠曝光图像亮度一致，得到第一图像；然后将欠曝光图像与第一图像比较，修正欠曝光图像中亮度差异大的像素，得到消除运动像素的第三图像；
将正常曝光图像亮度利用直方图映射调整到与过曝光图像亮度一致，得到第二图像；然后将过曝光图像与第二图像比较，修正过曝光图像中亮度差异大的像素，得到消除运动像素的第四图像；
消除运动像素的计算公式为：
V3＝V1(1-W)+V2W (1)
公式(1)中：W＝min(1,3.0/|V1-V2|)，V1为待消除图像中某个位置的像素亮度，如果其亮度值大于240，则保持不变；V2为正常曝光图像映射成的与待消除图像亮度一致的图像中相对应位置的像素亮度，V3为消除运动像素后的图像中相应位置的像素亮度。
S103:将正常曝光图像，第三图像和第四图像降采样；
降采样，即是采样点数减少，对于一幅N*M的图像来说，如果降采样系数为k，则即是在原图中每行每列每隔k个点取一个点组成一幅图像。
S104:计算第一权值图；
计算w值公式为：
w＝we+ws (2)
公式(2)中，ws＝max(r,g,b)-min(r,g,b)，x为输入的亮度，s取值为[0,255]，σ为方差，σ值取51，we为衡量曝光的良好程度，像素的亮度值越接近127.5，该值越大，越接近0或255，该值越小；
对步骤S103得到的降采样后的三张图像分别求出的w值归一化，使三个值的总和为1，即可计算出对应的第一权值图w1，w2和w3。
S105：将降采样的三幅图像分别转换成灰度图，对三张灰度图做多分辨率融合；
请参阅图2，多分辨率融合主要包括以下步骤：
S1051：分别计算三张灰度图的多分辨率加权图像；
令I1、I2和I3分别表示正常曝光图像、第三图像和第四图像经过降采样并转换成的灰度图，计算公式为：
公式(3)中，j∈(0,1,2)，i∈(0,1,2)，Fj,i为第j张图像的第i层融合，计算公式为：
Fj,i＝wj,i×(Ij,i+1-Ij,i) (4)
公式(4)中，wj,i为对wj做窗口为wndi的均值滤波；Ij,i为对Ij做窗口为wndi的均值滤波；Ij,i+1为对Ij做窗口为wndi+1的均值滤波；wndi为第i个滤波窗口，
S1052：计算三张多分辨率加权图像的融合图，
多分辨率融合图F的计算公式为：
F＝F1+F2+F3
此时F的取值范围并不在[0,255]内，须将其映射到[0,255]区间内；
S1053：将多分辨率融合图的取值范围映射到[0,255]区间内；
亮度y的映射公式为：
公式(5)中，t1和t2的值分别为将F的亮度值按升序排序后的0.01％比例处的亮度值和99.99％比例处的亮度值，即所有像素中，有0.01％的像素亮度低于t1，0.01％的像素亮度高于t2，并且约束条件为：t1＝min(t1,0)，t2＝max(t2,255)；
S1054：若亮度值t1＜0或t2＞255，提升图像对比度；
图像对比度F'计算公式为：
F'＝s(F-FL)+FL (6)
公式(6)中，FL为对F做保边低通滤波器得到的低通滤波结果，s为对比度提升系数，F'∈[0,255]。
S106：计算第二权值图；
第二权值图计算公式为：
wi′＝kwi (7)
公式(7)中：If为所述的多分辨率融合图，ε＝0.01，I'f＝w1I1+w2I2+w3I3，i∈(1,2,3)，；
由公式(7)计算出的w′1、w′2和w′3分别为正常曝光图像，第三图像和第四图像的第二权值图。
S107：将计算的第二权值图升采样到与原图尺寸一致；
升采样，也即插值，对于图像来说即是二维插值，如果升采样系数为k，即在原图n与n+1两点之间插入k-1个点，使其构成k分，二维插值即在每行插完之后对于每列也进行插值，本方法中将重新计算的权值图上采样到与原图尺寸一致。
S108：对正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像做加权融合；
加权融合图像I的计算公式为：
I＝w1″I1+w2″I4+w3″I5 (8)
公式(8)中，I1、I4和I5分别表示原始的正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像，w1″、w2″和w3″分别为w1′、w2′和w3′升采样的权值图，I为加权融合的HDR图像。
在本发明中，由于消除了运动像素并采用了降采样和多分辨率融合的方法计算权值图，不仅提高了计算速度，还能使正常曝光图像，亮度越接近中间值权值越大，对于欠曝光图像，亮度越高权值越大，对于过曝光图像，亮度越低权值越大。亮处更多考虑使用欠曝光图像的值，在暗处更多考虑使用过曝光的值，使暗处与亮处都有较丰富的信息，最终生成抗运动伪影的HDR图像，从而提高了去除伪影后的高动态范围图像的视觉效果。
实施例二：
请参阅图3，本发明实施例二提供的抗运动伪影的HDR装置包括：
获取模块11，用于获取三幅图像，分别为正常曝光图像，欠曝光图像和过曝光图像；
消除运动像素模块12，用于以正常曝光图像为参考，对欠曝光图像和过曝光图像消除运动像素，分别得到第三图像和第四图像；
降采样模块13，用于将正常曝光图像，第三图像和第四图像降采样；
第一计算模块14，用于计算第一权值图；
多分辨率融合模块15，用于将降采样的三幅图像分别转换成灰度图，对灰度图做多分辨率融合；
第二计算模块16，用于计算第二权值图；
升采样模块17，用于将第二权值图升采样到与原图尺寸一致；
加权融合模块18，用于对正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像做加权融合。
本发明实施例二提供的一种抗运动伪影的HDR方法的装置及本发明实施例一提供的一种抗运动伪影的HDR方法属于同一构思，其具体实现过程详见说明书全文，此处不再赘述。
实施例三：
本发明实施例三提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例一提供的抗运动伪影的HDR方法的步骤。
实施例四：
图4示出了本发明实施例四提供的便携式终端的具体结构框图，一种便携式终端100包括：一个或多个处理器101、存储器102、以及一个或多个计算机程序，其中所述处理器101和所述存储器102通过总线连接，所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器102中，并且被配置成由所述一个或多个处理器101执行，所述处理器101执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一提供的一种抗运动伪影的HDR方法的步骤。
在本发明实施例中，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取三幅图像，分别为正常曝光图像，欠曝光图像和过曝光图像；
以正常曝光图像为参考，对欠曝光图像和过曝光图像消除运动像素，分别得到第三图像和第四图像；
将正常曝光图像，第三图像和第四图像降采样；
计算第一权值图；
将降采样得到的三幅图像分别转换成灰度图，对灰度图做多分辨率融合；
计算第二权值图；
将第二权值图升采样到与原图尺寸一致；
对正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像做加权融合。
2.如权利要求1所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于：所述的正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像是在相机HDR模式下连续拍摄的三幅图像。
3.如权利要求1所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于：所述的运动像素是指在两幅比较图像中相对应位置亮度差异明显的像素；消除运动像素具体包括：
将正常曝光图像亮度映射调整到与欠曝光图像亮度一致，得到第一图像；然后将欠曝光图像与第一图像比较，修正欠曝光图像中亮度差异大的像素，得到消除运动像素的第三图像；
将正常曝光图像亮度映射调整到与过曝光图像亮度一致，得到第二图像；然后将过曝光图像与第二图像比较，修正过曝光图像中亮度差异大的像素，得到消除运动像素的第四图像。
4.如权利要求3所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于：所述消除运动像素的计算公式为：
V3＝V1(1-W)+V2W (1)
公式(1)中：V3为消除运动像素后的图像中的像素亮度；W＝min(1,3.0/|V1-V2|)，V1为待消除图像中某个位置的像素亮度，如果其亮度值大于240，则保持不变；V2为正常曝光图像映射成的与待消除图像亮度一致的图像中相对应位置的像素亮度。
5.如权利要求1所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于：所述的计算第一权值图具体为：
w＝we+ws (2)
公式(2)中，ws＝max(r,g,b)-min(r,g,b)，x为输入的亮度，σ为方差，s取值为[0,255]，we衡量曝光的良好程度，像素的亮度值越接近127.5，该值越大；越接近0或255，该值越小；
对三张图像分别求出的w值归一化，使三个值的总和为1，即可计算出对应的第一权值图w1，w2和w3。
6.如权利要求5所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于，所述的σ值为51。
7.如权利要求1所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于：所述的对灰度图做多分辨率融合具体包括：
分别计算三张灰度图的多分辨率加权图像；
令I1、I2和I3分别表示正常曝光图像、第三图像和第四图像经过降采样并转换成的灰度图，多分辨率加权图像计算公式为：
公式(3)中，j∈(0,1,2)，i∈(0,1,2)，Fj,i为第j张图像的第i层融合，计算公式为：
Fj,i＝wj,i×(Ij,i+1-Ij,i) (4)
公式(4)中，wj,i为对wj做窗口为wndi的均值滤波；Ij,i为对Ij做窗口为wndi的均值滤波；Ij,i+1为对Ij做窗口为wndi+1的均值滤波；wndi为第i个滤波窗口，
计算三张多分辨率加权图像的融合图；
多分辨率融合图F的计算公式为：
F＝F1+F2+F3
将多分辨率融合图的取值范围映射到[0,255]区间内；
亮度y的映射公式为：
公式(5)中，t1和t2的值分别为将F的亮度值按升序排序后的0.01％比例处的亮度值和99.99％比例处的亮度值，即所有像素中，有0.01％的像素亮度低于t1，0.01％的像素亮度高于t2，并且约束条件为：t1＝min(t1,0)，t2＝max(t2,255)。
8.如权利要求7所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于：还包括对对比度进行提升，具体为：
若亮度值t1＜0或t2＞255，提升图像对比度；
计算公式为：
F'＝s(F-FL)+FL (6)
公式(6)中，FL为对F做保边低通滤波器得到的低通滤波结果，s为对比度提升系数，F'∈[0,255]。
9.如权利要求1所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于：所述计算第二权值图计算公式为：
w′i＝kwi (7)
公式(7)中：If为所述的多分辨率融合图，ε＝0.01，I'f＝w1I1+w2I2+w3I3，i∈(1,2,3)；
由公式(7)计算出的w′1、w′2和w′3分别为正常曝光图像，第三图像和第四图像的第二权值图。
10.如权利要求1所述的一种抗运动伪影的HDR方法，其特征在于：所述加权融合采用公式为：
I＝w1″I1+w2″I4+w3″I5 (8)
公式(8)中，I1、I4和I5分别表示原始的正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像，w1″、w2″和w3″分别为w1′、w2′和w3′升采样的权值图，I为加权融合的HDR图像。
11.一种抗运动伪影的HDR装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取三幅图像，分别为正常曝光图像，欠曝光图像和过曝光图像；
消除运动像素模块，用于以正常曝光图像为参考，对欠曝光图像和过曝光图像消除运动像素，分别得到第三图像和第四图像；
降采样模块，用于将正常曝光图像，第三图像和第四图像降采样；
第一计算模块，用于计算第一权值图；
多分辨率融合模块，用于将降采样的三幅图像分别转换成灰度图，对灰度图做多分辨率融合；
第二计算模块，用于计算第二权值图；
升采样模块，用于将第二权值图升采样到与原图尺寸一致；
加权融合模块，用于对正常曝光图像、欠曝光图像和过曝光图像做加权融合。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至10任一项所述的抗运动伪影的HDR方法的步骤。
13.一种便携式终端，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至10任一项所述的抗运动伪影的HDR方法的步骤。
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