WO2015192368A1 - Hdri的生成方法及装置 - Google Patents

Hdri的生成方法及装置 Download PDF

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WO2015192368A1
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illuminance
base layer
illuminance map
hdri
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蒋才高
曹子晟
王铭钰
梁泰文
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深圳市大疆创新科技有限公司
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    • G06T2207/20Special algorithmic details
    • G06T2207/20172Image enhancement details
    • G06T2207/20208High dynamic range [HDR] image processing

Definitions

  • the present invention relates to the field of image processing, and in particular, to a method and apparatus for generating an HDRI.
  • High Dynamic Range Image has a wider dynamic range, and the existing common display device can exhibit a dynamic range much smaller than the dynamic range of the HDRI, so in order to make the HDRI
  • the display device shows that it is necessary to dynamically compress the HDRI when generating the HDRI.
  • the embodiment of the present invention provides a method and an apparatus for generating an HDRI, and aims to solve the problem of loss of detail in the HDRI caused by the existing HDRI generation method.
  • a first aspect of the present invention provides a method for generating an HDRI, including:
  • the image on the color channel is fused to HDRI.
  • the acquiring the first illuminance map comprises: generating a camera response function calibration equation from the images II, 12 IN, the images II, 12 IN having different exposure conditions, Wherein N is the number of images, and the N is an integer greater than or equal to 2;
  • the generating a camera response function calibration equation set by the image II, 12 IN includes:
  • the preset target function includes:
  • the method before the merging the image on the color channel into an HDRI, the method further includes:
  • the merging the images on the color channel into an HDRI includes:
  • the gamma-corrected image on the color channel is fused into an HDRI.
  • the generating the second illuminance map by the first illuminance map comprises:
  • the base layer after the dynamic range is compressed is merged with the detail layer into a second illuminance map.
  • the extracting the basic layer and the detail layer of the first illuminance map includes:
  • Extracting a base layer and a detail layer of the first illuminance map by using a lifting wavelet transform algorithm; and merging the compressed base layer and the detail layer into the second illuminance map comprises: Using the lifting wavelet inverse transform algorithm, the base layer whose dynamic range is compressed and the detail layer are merged into a second illuminance map.
  • a second aspect of the present invention provides an apparatus for generating an HDRI, including:
  • An obtaining module configured to acquire a first illuminance map
  • a generating module configured to generate, by the first illuminance map, a second illuminance map, where the second illuminance map is formed by merging a base layer and a detail layer after the dynamic range is compressed, where the base layer and the detail layer are Extracted in the first illuminance map;
  • mapping module configured to map the second illuminance map to a preset color channel
  • fusion module configured to fuse the image on the color channel into an HDRI
  • the acquiring module specifically includes: an equation generating unit, configured to generate, by using the image II, 12 IN, a camera response function calibration equation group, where the image II, 12 IN has Different exposure conditions, wherein the N is the number of images, and the N is an integer greater than or equal to 2;
  • a solving unit configured to solve the camera response function calibration equation group by using a QR decomposition algorithm according to the sample pixels selected from the images II, 12 IN, to obtain a camera response function and an illuminance logarithm;
  • an obtaining unit configured to obtain the first illuminance according to the camera response function and the illuminance logarithm.
  • the equation generating unit is configured to generate a camera response function calibration equation group by using images II and 12 IN, including:
  • the equation generating unit is specifically configured to acquire the image II, 12 IN, and use the image II, 12 IN as a known parameter, and solve a preset objective function by using a least square method to obtain a calibration equation system of the camera response function. .
  • the equation generating unit is specifically configured to: acquire the image II, 12 IN, and use the image II, 12 IN as a known parameter, using a minimum of two Multiplication solves the preset objective function, and obtains the camera response function calibration equations including:
  • the equation generating unit is specifically configured to acquire the image II, 12 IN, and use the image II, 12 IN as a known parameter, and solve a preset objective function by using a least square method to obtain a calibration equation system of the camera response function.
  • the preset objective function is:
  • the method further includes:
  • a correction module configured to perform Gamma correction on the images on the respective color channels before the image of the color channel is merged into the HDRI.
  • the merging module is configured to fuse the image on the color channel into an HDRI, including:
  • the fusion module is specifically configured to fuse the Gamma-corrected image on the color channel to an HDRI.
  • the generating module specifically includes: an extracting unit, configured to extract a base layer and a detail layer of the first illuminance map;
  • a compression unit configured to compress a dynamic range of the base layer to a preset range
  • a merging unit configured to fuse the base layer after the dynamic range is compressed into the second illuminance map.
  • the extracting unit configured to extract a base layer and a detail layer of the first illuminance map, includes:
  • the extracting unit is specifically configured to extract a base layer and a detail layer of the first illuminance map by using a lifting wavelet transform algorithm.
  • the merging unit configured to merge the compressed base layer and the detail layer into a second illuminance map, includes:
  • the merging unit is specifically configured to merge the compressed base layer and the detail layer into a second illuminance map by using a lifting wavelet inverse transform algorithm.
  • the second illuminance map is generated by the first illuminance map, and the second illuminance map is formed by combining the basic layer and the detail layer after the dynamic range is compressed, and And extracting the layer and the detail layer from the first illuminance map, mapping the second illuminance map onto a preset color channel, and merging the image on the color channel into an HDRI, visible, generating In the HDRI process, only the dynamic range of the base layer in the illuminance map is compressed, and the detail layer is not compressed. Therefore, the details in the original illuminance map can be retained to the greatest extent, thereby avoiding the problem caused by the HDRI generation process. The problem of missing details.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for generating a second illuminance map from a first illuminance map in a method for generating an HDRI according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flowchart of still another method for generating a second illuminance map from a first illuminance diagram in a method for generating an HDRI according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for generating an HDRI according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a response function of a camera obtained by the method for generating an HDRI according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of an apparatus for generating an HDRI according to an embodiment of the present invention. detailed description
  • the method and device for generating the HDRI provided by the embodiment of the present invention have the inventive concept that only the pressure is
  • the dynamic range of the base layer of the illuminance image is not compressed for the dynamic range of its detail layer in order to achieve the purpose of saving details in the image.
  • the embodiment of the invention discloses a method for generating an HDRI, which comprises the following steps:
  • the second illuminance map is formed by merging a base layer and a detail layer after the dynamic range is compressed, and the base layer and the detail layer are extracted from the first illuminance map;
  • FIG. 1 The specific execution process of B in this embodiment may be referred to FIG. 1 or FIG. 2.
  • the method shown in Figure 1 includes the following steps:
  • the illuminance map is used to represent the brightness value of each pixel in the image.
  • the basic layer of the illuminance map refers to the low-frequency information of the illuminance map, that is, the main energy component of the illuminance map, and the detail layer refers to the high-frequency information of the illuminance map. Therefore, the detail layer includes the details in the illuminance map.
  • Dynamic range refers to the ratio of the maximum value to the minimum value of a physical quantity to be measured. For different objects, the dynamic range has different meanings. For digital images, the dynamic range D refers to the maximum and minimum brightness values in a digital image. ratio:
  • the unit of brightness here is expressed in candelas per square meter (cd/m 2 ).
  • the dynamic range of the image limits the ability of the most lubricated areas and the smallest areas of the natural scene to be displayed simultaneously in an image.
  • the brightness has a very wide dynamic range (more than 9 orders of magnitude 10-4 ⁇ 10-5 cd/m2), the human visual system can Perceives scene brightness of approximately 5 orders of magnitude dynamic range.
  • the brightness range that existing display devices can emit is about two orders of magnitude. Obviously, there is a contradiction between the display device and the natural scene in the real world that the brightness range does not match.
  • the specific implementation manner of compressing the dynamic range of the base layer to the preset range can be referred to the existing manner, for example, multiplying the dynamic range of the base layer by a value smaller than 1, and compressing to a preset range,
  • the specific value of the data may be set according to the preset range.
  • the preset range is the dynamic range that the display device can display from the perspective of the image display, but the embodiment does not limit this.
  • S103 merging the base layer after the dynamic range is compressed into the second illuminance map.
  • the dynamic range of the contrast map when the dynamic range of the contrast map is compressed, only the base layer of the degree map compresses the dynamic range, and for the detail layer, the dynamic range is not compressed, so that the detail information can be guaranteed to the greatest extent. Complete, thus avoiding the loss of detail.
  • S201 Extracting a base layer and a detail layer of the first illuminance map by using a lifting wavelet transform algorithm; in this embodiment, according to the characteristics of the lifting wavelet operator, the number of detail layers may be 3, that is, the detail layer includes 3 different directions. The layer of detail.
  • S203 Integrate the compressed base layer and the detail layer into a second illuminance map by using a lifting wavelet inverse transform algorithm.
  • the base layer and the detail layer are extracted from the illuminance map using the lifting wavelet transform algorithm, and the base layer of the dynamic range is compressed and the detail layer is used to enhance the inverse wavelet transform.
  • the algorithm because of the simple and quick feature of improving the wavelet transform and its inverse transform, the method described in this embodiment has the characteristics of being simple and quick, in addition to being able to avoid the loss of details of the image, and therefore, is easy to implement by hardware, and has Higher computing efficiency.
  • a specific process of the method for generating the HDRI includes the following steps: S301: generating a camera response function calibration equation group by using images II, 12 IN, the images II, 12 IN having different exposure conditions, wherein the N is the number of images, and
  • N is an integer greater than or equal to 2;
  • S301 includes the following steps:
  • the setting principle of the objective function is:
  • the final objective function is:
  • the QR decomposition algorithm solves the camera response function calibration equation to obtain a camera response function and an illuminance logarithm
  • the QR decomposition algorithm is a method of first decomposing the coefficient matrix into the product of an orthogonal matrix and an upper triangular matrix, and then solving the solution. Compared with the existing singular value decomposition method, the QR decomposition algorithm It's easier, so it's easier to implement in hardware.
  • S304 Extract a base layer of the first illuminance map and three detail layers in different directions by using a lifting wavelet transform algorithm
  • the Gamma correction can correct the brightness deviation of the image when it is displayed on the display, the contrast of the HDRI obtained by the Gamma correction recombination can be significantly improved.
  • the method for generating the HDRI described in this embodiment has a higher speed, is easier to implement in hardware, and can avoid the loss of image details from the image II, 12 IN to the HDRI. Therefore, since the detail portion can be completely saved, the occurrence of halation in the HDRI can be greatly reduced; and the HDRI generated by the method described in this embodiment has a better contrast.
  • the embodiment of the present invention can obtain a clearer HDRI compared with the existing method.
  • the left column is a method using the embodiment of the present invention.
  • the obtained HDRI is the HDRI obtained by the existing method. From the display effect, the details of the left column are clearer, and the contrast is more suitable for human eyes.
  • the embodiment of the present invention further provides an HDRI generating device, as shown in FIG. 6, including:
  • the obtaining module 601 is configured to obtain a first illuminance map
  • a generating module 602 configured to generate, by the first illuminance map, a second illuminance map, where the second illuminance map is formed by merging a base layer and a detail layer, where the dynamic range is compressed, the basic layer and the detail layer Extracting from the first illuminance map;
  • the mapping module 603 is configured to map the second illuminance map to a preset color channel
  • the merging module 604 is configured to fuse the image on the color channel into an HDRI.
  • the method further includes:
  • the correction module 605 is configured to perform Gamma correction on the images on the respective color channels before the image of the color channel is merged into the HDRI.
  • the fusion module is specifically configured to fuse the Gamma-corrected image on the color channel into an HDRI.
  • the extracting unit may be specifically configured to: extract a base layer and a detail layer of the first illuminance map by using a lifting wavelet transform algorithm; and the merging unit is specifically configured to use an inverse wavelet transform algorithm.
  • the base layer after the dynamic range is compressed is merged with the detail layer into a second illuminance map.
  • the obtaining module 601 may specifically include:
  • the equation generating unit 6011 is configured to generate a camera response function calibration equation group by the images II, 12 IN, wherein the images II, 12 IN have different exposure conditions, wherein the N is an integer greater than or equal to 2;
  • the solving unit 6012 is configured to solve the camera response function calibration equation group by using a QR decomposition algorithm according to the image pixel points selected from the images II, 12 IN to obtain a camera response function and an illuminance logarithm;
  • the obtaining unit 6013 is configured to obtain the first illuminance map according to the camera response function and the illuminance logarithm.
  • the equation generating unit generates a camera response function from the image II, 12 IN, and the specific implementation manner of the calibration equation group may be:
  • the equation generating unit is specifically configured to acquire the image II, 12 IN, and use the image II, 12 IN as a known parameter, and solve a preset objective function by using a least square method to obtain a calibration equation system of the camera response function. .
  • the preset objective function is:
  • the generating module 602 may specifically include:
  • An extracting unit 6021 configured to extract a base layer and a detail layer of the first illuminance map
  • the compressing unit 6022 is configured to compress the dynamic range of the base layer to a preset range.
  • the merging unit 6023 is configured to fuse the compressed base layer and the detail layer into a second illuminance map.
  • the dynamic range of the contrast map when the dynamic range of the contrast map is compressed, only the base layer of the degree map compresses the dynamic range, and the detail layer does not perform dynamic range compression, so that the detail information can be ensured to the greatest extent. Complete, thus avoiding the loss of detail.
  • the extracting module may use a lifting wavelet transform algorithm to extract a base layer and a detail layer of the first illuminance map; the merging module may use a lifting wavelet inverse transform algorithm to compress the dynamic range.
  • the base layer is merged with the detail layer into a second illuminance map.
  • the functions described in the method of the present embodiment can be stored in a readable storage medium of a computing device if implemented in the form of a software functional unit and sold or used as a standalone product. Based on such understanding, a portion of the embodiments of the present invention that contributes to the prior art or a portion of the technical solution may be embodied in the form of a software product stored in a storage medium, including a plurality of instructions for causing a
  • the computing device (which may be a personal computer, server, mobile computing device, or network device, etc.) performs all or part of the steps of the methods described in various embodiments of the present invention.
  • the foregoing storage medium includes: a USB flash drive, a removable hard disk, a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), a magnetic disk or an optical disk, and the like. The medium of the code.

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Abstract

本发明实施例提供的方法及装置,在获取第一照度图后,由第一照度图生成第二照度图,第二照度图由动态范围被压缩后的基本层与细节层融合而成,基本层和所述细节层从所述第一照度图中提取,再将所述第二照度图映射到预设的色彩通道上,并将所述色彩通道上的图像融合为HDRI,可见,在生成HDRI的过程中,只压缩照度图中的基本层的动态范围,而细节层则不进行压缩,因此,能够最大程度地保留原有照度图中的细节信息,从而避免在HDRI生成过程中造成的细节丢失的问题。

Description

HDRI的生成方法及装置 技术领域
本发明涉及图像处理领域, 尤其涉及 HDRI的生成方法及装置。 背景技术 高动态范围图像 ( High Dynamic Range Image, HDRI )具有更为宽广 的动态范围, 而现有的普通显示设备能够展现的动态范围远远小于 HDRI 的动态范围, 所以, 为了使得 HDRI能够在普通的显示设备上显示, 在生 成 HDRI时 , 有必要对 HDRI进行动态范围的压缩。
而现有的 HDRI生成方法, 会造成 HDRI中细节的丟失。 发明内容
有鉴于此, 本发明实施例提供了 HDRI的生成方法及装置, 目的在于 解决现有的 HDRI生成方法造成的 HDRI中细节丟失的问题。
为了实现上述目的, 本发明实施例提供了以下技术方案:
本发明的第一方面提供了一种 HDRI的生成方法, 包括:
获取第一照度图;
由所述第一照度图生成第二照度图, 所述第二照度图由动态范围被压 缩后的基本层与细节层融合而成, 所述基本层和所述细节层从所述第一照 度图中提取;
将所述第二照度图映射到预设的色彩通道上;
将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI。
在本发明的第一方面的第一种实现方式中,所述获取第一照度图包括: 由图像 II、 12 IN生成相机响应函数标定方程, 所述图像 II、 12 IN具有不同的曝光条件, 其中, 所述 N为图像的个数, 且所述 N 为大于或等于 2的整数;
依据从所述图像 II、 12 IN中选取的釆样像素点, 使用 QR分解 算法求解所述相机响应函数标定方程, 得到相机响应函数和照度对数; 依据所述相机响应函数和照度对数, 得到所述第一照度图。
在本发明第一方面的第二种实现方式中, 所述由图像 II、 12 IN 生成相机响应函数标定方程组包括:
获取所述图像 II、 12 IN; 将所述图像 II、 12 IN作为已知参数, 利用最小二乘法求解预设 的目标函数 , 得到相机响应函数标定方程组。
在本发明的第一方面的第三种实现方式中,所述预设的目标函数包括:
M N zmax-i
ο ω(¾)[§"(¾)]2
Figure imgf000004_0001
其中, M为已知参数中每幅图像的像素点的个数,
Figure imgf000004_0002
= InEi + InAtj , Ei为场景照度, Atj为当前图像 Zij的曝光时间, Zij为当前图像的像素值, λ为 控制参数, o^Zij)为当前图像 Zu的权值函数, 2„^为当前图像的像素值的 最小值, zmax为当前图像的像素值的最大值。
在本发明的第一方面的第四种实现方式中, 在所述将所述色彩通道上 的图像融合为 HDRI之前 , 还包括:
将各个色彩通道上的图像分别进行 Gamma校正;
所述将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI包括:
将所述色彩通道上经过 Gamma校正后的图像融合为 HDRI。
在本发明的第一方面的第五种实现方式中, 所述由所述第一照度图生 成第二照度图包括:
提取第一照度图的基本层和细节层;
将所述基本层的动态范围压缩到预设范围;
将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图。
在本发明的第一方面的第六种实现方式中, 所述提取第一照度图的基 本层和细节层包括:
使用提升小波变换算法, 提取第一照度图的基本层和细节层; 所述将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图包 括: 使用提升小波反变换算法, 将动态范围被压缩后的基本层与所述细节 层融合为第二照度图。
本发明的第二方面提供了一种 HDRI的生成装置, 包括:
获取模块, 用于获取第一照度图;
生成模块, 用于由所述第一照度图生成第二照度图, 所述第二照度图 由动态范围被压缩后的基本层与细节层融合而成, 所述基本层和所述细节 层从所述第一照度图中提取;
映射模块, 用于将所述第二照度图映射到预设的色彩通道上; 融合模块, 用于将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI。
在本发明的第二方面的第一种实现方式中, 所述获取模块具体包括: 方程生成单元, 用于由图像 II、 12 IN生成相机响应函数标定方 程组, 所述图像 II、 12 IN具有不同的曝光条件, 其中, 所述 N为图 像的个数, 且所述 N为大于或等于 2的整数;
求解单元,用于依据从所述图像 II、 12 IN中选取的釆样像素点, 使用 QR分解算法求解所述相机响应函数标定方程组, 得到相机响应函数 和照度对数;
获取单元, 用于依据所述相机响应函数和照度对数, 得到所述第一照 度图。
在本发明的第二方面的第二种实现方式中, 所述方程生成单元, 用于 由图像 II、 12 IN生成相机响应函数标定方程组, 包括:
所述方程生成单元具体用于, 获取所述图像 II、 12 IN, 并将所 述图像 II、 12 IN作为已知参数, 利用最小二乘法求解预设的目标函 数, 得到相机响应函数标定方程组。
在本发明的第二方面的第三种实现方式中, 所述方程生成单元具体用 于, 获取所述图像 II、 12 IN, 并将所述图像 II、 12 IN作为已 知参数, 利用最小二乘法求解预设的目标函数, 得到相机响应函数标定方 程组包括: 所述方程生成单元具体用于, 获取所述图像 II、 12 IN, 并将所 述图像 II、 12 IN作为已知参数, 利用最小二乘法求解预设的目标函 数, 得到相机响应函数标定方程组, 所述预设的目标函数为:
M N zmax-i
0
Figure imgf000006_0001
ω(¾)[§"(¾)]2 其中, M为已知参数中每幅图像的像素点的个数,
Figure imgf000006_0002
= lnEj + InAtj , Ei为场景照度, Atj为当前图像 Zij的曝光时间, Zij为当前图像的像素值, λ为 控制参数, a (Zi,j)为当前图像 Zu的权值函数, 2„^为当前图像的像素值的 最小值, Zmax为当前图像的像素值的最大值。
在本发明的第二方面的第四种实现方式中, 还包括:
校正模块, 用于在所述将所述色彩通道的图像融合为 HDRI之前, 将 各个色彩通道上的图像分别进行 Gamma校正。
在本发明的第二方面的第五种实现方式中, 所述融合模块用于将所述 色彩通道上的图像融合为 HDRI包括:
所述融合模块具体用于, 将所述色彩通道上经过 Gamma校正后的图 像融合为 HDRI。
在本发明的第二方面的第六种实现方式中, 所述生成模块具体包括: 提取单元, 用于提取第一照度图的基本层和细节层;
压缩单元, 用于将所述基本层的动态范围压缩到预设范围;
融合单元, 用于将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第 二照度图。
在本发明的第二方面的第七种实现方式中, 所述提取单元, 用于提取 第一照度图的基本层和细节层包括:
所述提取单元具体用于, 使用提升小波变换算法, 提取第一照度图的 基本层和细节层。
在本发明的第二方面的第八种实现方式中, 所述融合单元, 用于将动 态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图包括: 所述融合单元具体用于, 使用提升小波反变换算法, 将动态范围被压 缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图。
本发明实施例提供的方法及装置, 在获取第一照度图后, 由第一照度 图生成第二照度图, 第二照度图由动态范围被压缩后的基本层与细节层融 合而成, 基本层和所述细节层从所述第一照度图中提取, 再将所述第二照 度图映射到预设的色彩通道上, 并将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI, 可见, 在生成 HDRI的过程中, 只压缩照度图中的基本层的动态范围, 而 细节层则不进行压缩, 因此, 能够最大程度地保留原有照度图中的细节信 息, 从而避免在 HDRI生成过程中造成的细节丟失的问题。 附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案, 下面将对 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍, 显而易见地, 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例, 对于本领域普通技术人员 来讲, 在不付出创造性劳动的前提下, 还可以根据这些附图获得其他的附 图。
图 1为本发明实施例公开的一种 HDRI的生成方法中由第一照度图生 成第二照度图的方法的流程图;
图 2为本发明实施例公开的一种 HDRI的生成方法中又一种由第一照 度图生成第二照度图的方法的流程图;
图 3为本发明实施例公开的一种 HDRI的生成方法的流程图; 图 4为本发明实施例公开的一种 HDRI的生成方法中求解出的相机的 响应函数的曲线示意图; 比图;
图 6为本发明实施例公开的一种 HDRI的生成装置的结构示意图。 具体实施方式
本发明实施例提供的 HDRI的生成方法及装置, 其发明构思为, 只压 缩照度图像的基本层的动态范围,而对于其细节层的动态范围不进行压缩, 以便达到保存图像中的细节的目的。
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它实施例, 都属于本发明保护的 范围。
本发明实施例公开了一种 HDRI的生成方法, 包括以下步骤:
A: 获取第一照度图;
B: 由所述第一照度图生成第二照度图;
其中, 所述第二照度图由动态范围被压缩后的基本层与细节层融合而 成, 所述基本层和所述细节层从所述第一照度图中提取;
C: 将所述第二照度图映射到预设的色彩通道上;
D: 将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI。
其中, 本实施例中 B的具体执行过程可以参照图 1或图 2所示。
图 1中所示方法包括以下步骤:
S101 : 提取第一照度图的基本层和细节层;
通常, 照度图用于表征图像中每个像素点的亮度值, 照度图的基本层 是指照度图的低频信息, 也就是照度图的主要能量成分, 细节层是指照度 图的高频信息, 因此, 细节层包括了照度图中的细节信息。
S102: 将所述基本层的动态范围压缩到预设范围;
动态范围是指一个待测物理量的最大值与最小值之比, 对于不同的对 象, 动态范围有着不同的含义, 就数字图像而言, 动态范围 D是指一个数 字图像中最大和最小亮度值的比值:
Figure imgf000008_0001
这里亮度的单位用坎德拉 /平方米(cd/m2) 表示。
图像的动态范围限制了自然场景中亮度最大的区域和亮度最小的区域 的细节在一幅图像中同时展现的能力。 在真实的自然场景中, 亮度具有非 常宽广的动态范围 (超过 9个数量级 10-4~10-5 cd/m2 ) , 人眼视觉系统能 感知约 5个数量级的动态范围的场景亮度。 而现有的显示设备所能发射的 亮度范围约为 2个数量级。 显而易见地, 显示设备与真实世界中的自然景 物之间存在着亮度范围上不匹配的矛盾。
本实施例中, 将基本层的动态范围压缩到预设范围的具体实现方式可 以参见现有的方式, 例如, 将基本层的动态范围乘以一个小于 1的数值, 压缩到预设范围, 此数据的具体值可以依据预设范围进行设定, 从图像显 示的角度而言, 预设范围为显示设备能够显示的动态范围, 但本实施例对 此不做限定。
S103:将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图。 图 1中所示的方法, 在对照度图进行动态范围的压缩时, 只对照度图 的基本层压缩动态范围, 而对于细节层不进行动态范围的压缩, 所以, 能 够最大程度地保证细节信息的完整, 从而避免细节的丟失。
进一步地, 图 2中所示的方法包括:
S201 : 使用提升小波变换算法, 提取第一照度图的基本层和细节层; 在本实施例中, 依据提升小波算子的特点, 细节层的数量可以为 3 , 即细节层包括 3个不同方向的细节层。
S202: 将所述基本层的动态范围压缩到预设范围;
S203: 使用提升小波反变换算法, 将动态范围被压缩后的基本层与所 述细节层融合为第二照度图。
在图 2所示的方法中, 从照度图中提取基本层和细节层使用的是提升 小波变换算法, 而将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合使用的 是提升小波反变换算法, 因为提升小波变换和其反变换简便快捷的特点, 所以, 本实施例所述的方法, 除了能够避免图像的细节丟失之外, 还具有 简单快捷的特点, 因此, 易于硬件实现, 且具有更高的运算效率。
需要说明的是, 使用提升小波算法只是本实施例的优选方式, 但并不 局限于此。 下面针对上述 HDRI的生成方法进行详细说明,如图 3所示,一种 HDRI 的生成方法的具体过程包括以下步骤: S301 : 由图像 II、 12 IN生成相机响应函数标定方程组, 所述图 像 II、 12 IN具有不同的曝光条件, 其中, 所述 N为图像的个数, 且
N为大于或等于 2的整数;
S301的具体实现方式包括以下步骤:
1)获取所述图像 II、 12 IN;
2 )将所述图像 II、 12 IN作为已知参数, 利用最小二乘法求解 预设的目标函数, 得到相机响应函数标定方程组。 其中, 目标函数为:
M N Zmax—i
Figure imgf000010_0001
i=i )=1 Z=Zmin+l
其中, Μ为已知参数中每幅图像的像素点的个数,
Figure imgf000010_0002
= lnEi + lnAtj , Ej 为场景照度, Atj为当前图像 Zij的曝光时间, Zij为当前图像的像素值, λ为 控制参数, ω(ΖΜ)为当前图像 Zu的权值函数, 2„^为当前图像的像素值的 最小值, Zmax为当前图像的像素值的最大值。 目标函数的设定原理为:
1 ) 定义相机的响应曲线与场景照度 Ei、 曝光时间 Atj和数字图像像素 值 Zij之间的关系:
Zi,) = f(Ei X Atj)
2)假设相机的响应曲线是平滑且单调的, 所以函数 f 是可逆的, 对上 式求逆取对数, 令 g = lnf— g(zM) ^ lnEi + lnAtj
3)令 Z的极值为, Zmil^oZmax; , 建立如下目标函数:
Figure imgf000011_0001
由于一幅图像中的所有像素点中总是存在过曝光和欠曝光的像素点 , 往往在目标函数中加入最简单的权值函数:
Figure imgf000011_0002
最终的目标函数为:
Figure imgf000011_0003
S302: 依据从所述图像 II、 12 IN 中选取的釆样像素点, 使用
QR分解算法求解所述相机响应函数标定方程, 得到相机响应函数和照度 对数;
QR分解算法为一种首先将系数矩阵分解为一个正交矩阵和一个上三 角矩阵的乘积, 然后再回代求解的方法, 相比于现有的奇异值分解求解的 方法相比, QR分解算法更为简便, 因此, 更加易于硬件实现。
相机的响应函数的曲线表示如图 4所示。
S303: 依据所述相机响应函数和照度对数, 得到所述第一照度图; 此步骤的具体实现过程与现有技术相似, 这里不再赘述。
S304: 使用提升小波变换算法, 提取第一照度图的基本层和 3个不同 方向的细节层;
S305: 将所述基本层的动态范围压缩到预设范围;
S306: 使用提升小波反变换算法, 将动态范围被压缩后的基本层与所 述细节层融合为第二照度图;
S307: 将所述第二照度图映射到 R、 G、 B色彩通道上;
S308: 将各个色彩通道上的图像分别进行 Gamma校正; S309: 将所述 R、 G、 B色彩通道上经过 Gamma校正后的图像融合为 HDRL
因为 Gamma校正可以校正图像在显示器上显示时的亮度偏差,所以, 经过 Gamma校正再融合得到的 HDRI的对比度能够被显著提升。
从上述步骤可以看出, 本实施例所述的 HDRI的生成方法, 具有更为 的速度、 更易于硬件实现、 能够避免从图像 II、 12 IN到 HDRI的过 程中, 图像细节部分的丟失, 进一步地, 由于细节部分能够完整保存, 所 以, 能够较大程度地减少 HDRI中光晕的出现; 并且, 本实施例所述方法 生成的 HDRI具有更好的对比度。
申请人在研究的过程中发现, 本发明实施例所述的方法, 与现有方法 相比, 能够得到更清晰的 HDRI, 如图 5所示, 左边一列为使用本发明实 施例所述的方法得到的 HDRI, 右边一列为使用现有的方法得到的 HDRI, 从显示效果上看, 左边一列的细节更为清晰, 对比度更适于人眼观看。 与上述方法实施例相对应地, 本发明实施例还提供了一种 HDRI的生 成装置, 如图 6所示, 包括:
获取模块 601 , 用于获取第一照度图;
生成模块 602, 用于由所述第一照度图生成第二照度图, 所述第二照 度图由动态范围被压缩后的基本层与细节层融合而成, 所述基本层和所述 细节层从所述第一照度图中提取;
映射模块 603 , 用于将所述第二照度图映射到预设的色彩通道上; 融合模块 604, 用于将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI。
本实施例中, 可选地, 还包括:
校正模块 605 ,用于在所述将所述色彩通道的图像融合为 HDRI之前, 将各个色彩通道上的图像分别进行 Gamma校正。
在具有校正模块的情况下, 所述融合模块具体用于, 将所述色彩通道 上经过 Gamma校正后的图像融合为 HDRI。
所述提取单元可以具体用于, 使用提升小波变换算法, 提取第一照度 图的基本层和细节层;所述融合单元具体用于,使用提升小波反变换算法, 将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图。
本实施例中, 具体地, 获取模块 601可以具体包括:
方程生成单元 6011 , 用于由图像 II、 12 IN生成相机响应函数标 定方程组, 所述图像 II、 12 IN具有不同的曝光条件, 其中, 所述 N 为大于或等于 2的整数;
求解单元 6012, 用于依据从所述图像 II、 12 IN中选取的釆样像 素点, 使用 QR分解算法求解所述相机响应函数标定方程组, 得到相机响 应函数和照度对数;
获取单元 6013, 用于依据所述相机响应函数和照度对数, 得到所述第 一照度图。
具体地, 所述方程生成单元由图像 II、 12 IN生成相机响应函数 标定方程组的具体实现方式可以为:
所述方程生成单元具体用于, 获取所述图像 II、 12 IN, 并将所 述图像 II、 12 IN作为已知参数, 利用最小二乘法求解预设的目标函 数, 得到相机响应函数标定方程组。
进一步地, 所述预设的目标函数为:
M N Zmax—i
0 ω(¾)[§"(¾)]2
Figure imgf000013_0001
其中, M为已知参数中每幅图像的像素点的个数,
Figure imgf000013_0002
= InEi + InAtj , Ei为场景照度, Atj为当前图像 Zij的曝光时间, Zij为当前图像的像素值, λ为 控制参数, a (Zi,j)为当前图像 Zu的权值函数, 2„^为当前图像的像素值的 最小值, Zmax为当前图像的像素值的最大值。
本实施例中, 具体地, 生成模块 602可以具体包括:
提取单元 6021 , 用于提取第一照度图的基本层和细节层;
压缩单元 6022, 用于将所述基本层的动态范围压缩到预设范围; 融合单元 6023, 用于将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合 为第二照度图。 本实施例所述的装置, 在对照度图进行动态范围的压缩时, 只对照度 图的基本层压缩动态范围, 而对于细节层不进行动态范围的压缩, 所以, 能够最大程度地保证细节信息的完整, 从而避免细节的丟失。
具体地, 本实施例中, 所述提取模块可以使用提升小波变换算法, 提 取第一照度图的基本层和细节层; 所述融合模块可以使用提升小波反变换 算法, 将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图。 因 为提升小波变换和其反变换简便快捷的特点,所以,本实施例所述的装置, 除了能够避免图像的细节丟失之外, 还具有简单快捷的特点, 因此, 易于 硬件实现, 且具有更高的运算效率。
本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立 的产品销售或使用时, 可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。 基于 这样的理解, 本发明实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的 部分可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品存储在一个存储介质中, 包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机, 服务器, 移动 计算设备或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分 步骤。 而前述的存储介质包括: U盘、 移动硬盘、 只读存储器 (ROM, Read-Only Memory )、随机存取存 4诸器 ( RAM, Random Access Memory )、 磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本说明书中各个实施例釆用递进的方式描述, 每个实施例重点说明的 都是与其它实施例的不同之处, 各个实施例之间相同或相似部分互相参见 即可。
对所公开的实施例的上述说明, 使本领域专业技术人员能够实现或使 用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显 而易见的, 本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的 情况下, 在其它实施例中实现。 因此, 本发明将不会被限制于本文所示的 这些实施例, 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的 范围。
+

Claims

权利要求
1、 一种 HDRI的生成方法, 其特征在于, 包括:
获取第一照度图;
由所述第一照度图生成第二照度图, 所述第二照度图由动态范围被压 缩后的基本层与细节层融合而成, 所述基本层和所述细节层从所述第一照 度图中提取;
将所述第二照度图映射到预设的色彩通道上;
将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI。
2、根据权利要求 1所述的方法, 其特征在于, 所述获取第一照度图包 括:
由图像 II、 12 IN生成相机响应函数标定方程组, 所述图像 II、
12 IN具有不同的曝光条件, 其中, 所述 N为图像的个数, 且所述 N 为大于或等于 2的整数;
依据从所述图像 II、 12 IN中选取的釆样像素点, 使用 QR分解 算法求解所述相机响应函数标定方程组, 得到相机响应函数和照度对数; 依据所述相机响应函数和照度对数, 得到所述第一照度图。
3、根据权利要求 2所述的方法,其特征在于,所述由图像 II、 12 IN 生成相机响应函数标定方程组包括:
获取所述图像 II、 12 IN; 将所述图像 II、 12 IN作为已知参数, 利用最小二乘法求解预设 的目标函数 , 得到相机响应函数标定方程组。
4、根据权利要求 3所述的方法, 其特征在于, 所述预设的目标函数包 括:
zmax-i
ο ω(¾)[§"(¾)]2
Figure imgf000015_0001
其中, M为已知参数中每幅图像的像素点的个数,
Figure imgf000016_0001
= lnEi + lnAtj , Ej 为场景照度, Δ 为当前图像 Zij的曝光时间, Zij为当前图像的像素值, λ为 控制参数, a (Zi,j)为当前图像 Zu的权值函数, 2„^为当前图像的像素值的 最小值, Zmax为当前图像的像素值的最大值。
5、根据权利要求 1至 4任一项所述的方法, 其特征在于, 在所述将所 述色彩通道上的图像融合为 HDRI之前, 还包括:
将各个色彩通道上的图像分别进行 Gamma校正;
所述将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI包括:
将所述色彩通道上经过 Gamma校正后的图像融合为 HDRI。
6、根据权利要求 1至 5任一项所述的方法, 其特征在于, 所述由所述 第一照度图生成第二照度图包括:
提取第一照度图的基本层和细节层;
将所述基本层的动态范围压缩到预设范围;
将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图。
7、根据权利要求 6所述的方法, 其特征在于, 所述提取第一照度图的 基本层和细节层包括:
使用提升小波变换算法, 提取第一照度图的基本层和细节层; 所述将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图包 括:
使用提升小波反变换算法, 将动态范围被压缩后的基本层与所述细节 层融合为第二照度图。
8、 一种 HDRI的生成装置, 其特征在于, 包括:
获取模块, 用于获取第一照度图;
生成模块, 用于由所述第一照度图生成第二照度图, 所述第二照度图 由动态范围被压缩后的基本层与细节层融合而成, 所述基本层和所述细节 层从所述第一照度图中提取;
映射模块, 用于将所述第二照度图映射到预设的色彩通道上; 融合模块, 用于将所述色彩通道上的图像融合为 HDRI。
9、根据权利要求 8所述的装置,其特征在于,所述获取模块具体包括: 方程生成单元, 用于由图像 II、 12 IN生成相机响应函数标定方 程组, 所述图像 II、 12 IN具有不同的曝光条件, 其中, 所述 N为图 像的个数, 且所述 N为大于或等于 2的整数;
求解单元,用于依据从所述图像 II、 12 IN中选取的釆样像素点, 使用 QR分解算法求解所述相机响应函数标定方程组, 得到相机响应函数 和照度对数;
获取单元, 用于依据所述相机响应函数和照度对数, 得到所述第一照 度图。
10、 根据权利要求 9所述的装置, 其特征在于, 所述方程生成单元, 用于由图像 II、 12 IN生成相机响应函数标定方程组, 包括:
所述方程生成单元具体用于, 获取所述图像 II、 12 IN, 并将所 述图像 II、 12 IN作为已知参数, 利用最小二乘法求解预设的目标函 数, 得到相机响应函数标定方程组。
11、 根据权利要求 10所述的装置, 其特征在于, 所述方程生成单元具 体用于, 获取所述图像 II、 12 IN, 并将所述图像 II、 12 IN作 为已知参数, 利用最小二乘法求解预设的目标函数, 得到相机响应函数标 定方程组包括: 所述方程生成单元具体用于, 获取所述图像 II、 12 IN, 并将所 述图像 II、 12 IN作为已知参数, 利用最小二乘法求解预设的目标函 数, 得到相机响应函数标定方程组, 所述预设的目标函数为:
M N zmax-i
0
Figure imgf000017_0001
ω(¾)[§"(¾)]2 其中, Μ为已知参数中每幅图像的像素点的个数,
Figure imgf000018_0001
= lnEj + InAtj , Ei为场景照度, Atj为当前图像 Zij的曝光时间, Zij为当前图像的像素值, λ为 控制参数, a (Zi,j)为当前图像 Zu的权值函数, 2„^为当前图像的像素值的 最小值, Zmax为当前图像的像素值的最大值。
12、 根据权利要求 8至 10任一项所述的装置, 其特征在于, 还包括: 校正模块, 用于在所述将所述色彩通道的图像融合为 HDRI之前, 将 各个色彩通道上的图像分别进行 Gamma校正。
13、根据权利要求 12所述的装置, 其特征在于, 所述融合模块用于将 所述色彩通道上的图像融合为 HDRI包括:
所述融合模块具体用于, 将所述色彩通道上经过 Gamma校正后的图 像融合为 HDRI。
14、根据权利要求 8至 13任一项所述的装置, 其特征在于, 所述生成 模块具体包括:
提取单元, 用于提取第一照度图的基本层和细节层;
压缩单元, 用于将所述基本层的动态范围压缩到预设范围;
融合单元, 用于将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第 二照度图。
15、 根据权利要求 14所述的装置, 其特征在于, 所述提取单元, 用于 提取第一照度图的基本层和细节层包括:
所述提取单元具体用于, 使用提升小波变换算法, 提取第一照度图的 基本层和细节层。
16、 根据权利要求 15所述的装置, 其特征在于, 所述融合单元, 用于 将动态范围被压缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图包括:
所述融合单元具体用于, 使用提升小波反变换算法, 将动态范围被压 缩后的基本层与所述细节层融合为第二照度图。
+
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