1、高動(dòng)態(tài)范圍圖像相關(guān)

圖像的動(dòng)態(tài)范圍是指一幅圖像中量化的最大亮度與最小噪聲的比值。高動(dòng)態(tài)范圍HDR（high dynamic range）圖像,能夠完整表示真實(shí)場(chǎng)景中跨度很大的動(dòng)態(tài)范圍。采用普通CMOS／CCD圖像傳感器不能完整呈現(xiàn)亮度層次差異較大的真實(shí)場(chǎng)景。場(chǎng)景中較亮的區(qū)域，由于過(guò)曝光會(huì)出現(xiàn)一片白亮，而場(chǎng)景中較暗的區(qū)域，由于欠曝光會(huì)出現(xiàn)一片黑暗。

另外，由于成本等原因，顯示設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍也較小，如一般的陰極射線管(Cathode RayTube，CRT)、液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)、LED、等離子顯示器等，顯示動(dòng)態(tài)范圍最大為28(O到255)，大多在102個(gè)數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍，無(wú)法做到完全映射。這意味著，即使捕獲了亮度差異較大的高動(dòng)態(tài)范圍圖像，也很難在普通顯示設(shè)備上完整顯示出來(lái)。

多幀圖像融合

較為經(jīng)濟(jì)的解決思路是采用多幀圖像融合，圖像可以是固定增益采用不同曝光下采集，也可以是同等曝光不同增益下采集。一般情況多采用兩幀圖像合成，長(zhǎng)曝光-短曝光合成或者高增益-低增益合成。

1、**高低增益融合：**指在同樣曝光時(shí)間條件下，同時(shí)輸出一路高增益數(shù)據(jù)和一路低增益數(shù)據(jù)，根據(jù)某種關(guān)系將兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

2、**長(zhǎng)短曝光融合：**指在同等增益的條件下，同時(shí)輸出一路長(zhǎng)曝光數(shù)據(jù)和一路短曝光數(shù)據(jù)，根據(jù)某種關(guān)系將兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

長(zhǎng)曝光與高增益數(shù)據(jù)，保證場(chǎng)景中較暗處細(xì)節(jié)信息能夠完整捕獲（高增益類似）。短曝光與低增益數(shù)據(jù)保證場(chǎng)景中較亮處不至于過(guò)曝（低增益類似）。

通過(guò)高低增益融合或者長(zhǎng)短曝光融合方式融合,這種HDR圖像既能夠有好的暗部信息，又保證了亮部不過(guò)曝，保留了亮度信息。

相比之下筆者覺(jué)得長(zhǎng)短曝光融合方式效果更佳，因?yàn)樵诠庹詹蛔愕沫h(huán)境下，高增益數(shù)據(jù)噪聲會(huì)較大，合成的圖像噪點(diǎn)多。

2、圖像融合形成HDR圖像

根據(jù)Debevec等人提出的相機(jī)響應(yīng)曲線(Camera Response Curve，CRV)，采集圖像數(shù)據(jù)計(jì)算長(zhǎng)曝光與像素值的關(guān)系，短曝光與像素值的關(guān)系，再利用權(quán)重函數(shù)，將長(zhǎng)曝光、短曝光對(duì)應(yīng)的低動(dòng)態(tài)范圍圖像數(shù)據(jù)合成，得到高動(dòng)態(tài)范圍圖像。

需要sensor支持同時(shí)輸出長(zhǎng)曝光、短曝光圖像，通過(guò)長(zhǎng)短曝光融合方式來(lái)形成高動(dòng)態(tài)圖像。長(zhǎng)短曝光比率是可以配置的（如果sensor支持的話），不同的配比帶來(lái)不同的效果。

注意事項(xiàng)：

第一，利用sensor輸出的圖像進(jìn)行合成，長(zhǎng)短曝光比率需要摸索，不是越大越好，合適的比率融合效果更自然。

第二，像素點(diǎn)亮度值與曝光時(shí)間成線性關(guān)系。對(duì)于同一像素點(diǎn)，長(zhǎng)曝光相比于短曝光像素響應(yīng)值更高，信噪比更高?？梢?jiàn)光sensor線性度一般都很好，而紅外探測(cè)器線性度很差，一般需要做均勻性校正之后再進(jìn)行融合。

第三，一般的合成算法較為復(fù)雜，有的利用最小二乘法求解多個(gè)方程，有的進(jìn)行分塊融合，有的需要多次迭代處理。

像素過(guò)曝光和正常曝光的概念：

（1）過(guò)曝光：亮度值>90％最大滿阱值

（2）正常曝光：亮度值<=90％最大滿阱值

（3）亮度閾值：90％最大滿阱值

參考文獻(xiàn)：《Recovering high dynamic range radiance maps from photographs》

參考文獻(xiàn)：<多曝光融合算法研究及HDR圖像合成與色調(diào)映射算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)>

參考文獻(xiàn)：專利201810097959 .X

參考文獻(xiàn)：《基于相機(jī)響應(yīng)曲線的高動(dòng)態(tài)范圍圖像融合》

3.圖像融合方法

可見(jiàn)光sensor的像素線性響應(yīng)度是很好的，線性區(qū)間幾乎可以從暗場(chǎng)到滿阱值，這為融合參數(shù)計(jì)算帶來(lái)便利。

1）采集長(zhǎng)短曝光下的數(shù)據(jù)

固定增益，短曝光間隔相同曝光值采集N組數(shù)據(jù)，長(zhǎng)曝光數(shù)據(jù)與短曝光保持相同的比率

2）分析長(zhǎng)短曝光下響應(yīng)的曲線參數(shù)

3）計(jì)算長(zhǎng)短曝光數(shù)據(jù)之間的響應(yīng)關(guān)系

$$L_{exp}=k?S_{exp}+b$$

4）按照融合的算法，進(jìn)行圖像融合。

亮度閾值90%最大滿阱值，閾值之下用長(zhǎng)曝光數(shù)據(jù)，閾值之上用短曝光擬合的數(shù)據(jù)

$$\begin{gathered} ifY>thr,HDR=L_{exp} \\ elseY<=thr,HDR=S_{exp}?k+b \end{gathered}$$

得到的HDR數(shù)據(jù)需要移位來(lái)壓縮動(dòng)態(tài)范圍，得到動(dòng)態(tài)范圍較好的圖像

短曝光圖像：

長(zhǎng)曝光圖像：

融合的HDR圖像：

4、測(cè)試程序路徑

測(cè)試程序供參考： https://github.com/AomanHao/AomanHao_example_of_algorithms/tree/main/2-HDR文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-480964.html

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