计算摄像学专题第8讲(下).ppt

计算摄像学专题第八讲 下 戴琼海李冠楠清华大学自动化系2011 03 18 高动态场景成像问题研究 提纲 高动态场景成像需求 一高动态场景成像需求 场景辐照度决定场景动态范围 真实世界场景的动态范围往往高达100 000 1甚至更高 场景光照强度 一高动态场景成像需求 人眼视觉系统 一高动态场景成像需求 传统成像系统 一高动态场景成像需求 受限于元件感光能力 场景捕获动态范围有限 2 3orders 5orders DigitalCamera HumanEye 传统成像系统 传统显示技术 传统图像存储格式 输出参考标准 传统图像采集 表示过程使用的色彩过程由特定的显像设备所决定 由真实场景特性所决定的图像采集 记录方式 显示能力有限 高动态的数据采集没有意义 一高动态场景成像需求 强光照区域避免过曝 弱光照区域呈现场景细节 充分体现场景亮度变化 接近人眼观察效果 一高动态场景成像需求 高动态范围场景成像 成像过程对现实场景可被观察到的真实亮度进行记录 记录全阶色彩变化及原始场景的动态范围 而不局限于传统显示设备的子空间范围 8bit 32 64bit 线性映射 真实记录场景亮度变化 一高动态场景成像需求 场景参考标准 高动态范围场景成像系统 一高动态场景成像需求 场景捕获 数据处理 场景重现 传感器采集 压缩存储 显示设备绘制 高动态 非线性 真实感 场景参考标准 提纲 高动态场景成像需求 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 软件方法 响应曲线估计 构建高动态范围图像 不同曝光程度多幅图像采集 RecoveringHighDynamicRangeRadianceMapsfromPhotographs PaulE Debevec JitendraMalik SIGGRAPH1997 传统采集方式已知曝光程度 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 软件方法 RecoveringHighDynamicRangeRadianceMapsfromPhotographs PaulE Debevec JitendraMalik SIGGRAPH1997 相机响应函数 位置 x y 的辐照度 场景点 x y 在图像中的像素值 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 软件方法 RecoveringHighDynamicRangeRadianceMapsfromPhotographs PaulE Debevec JitendraMalik SIGGRAPH1997 若单调并可逆 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 软件方法 RecoveringHighDynamicRangeRadianceMapsfromPhotographs PaulE Debevec JitendraMalik SIGGRAPH1997 N个像素点 P幅图像 N个像素点 Zmax Zmin 1个g值 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 软件方法 RecoveringHighDynamicRangeRadianceMapsfromPhotographs PaulE Debevec JitendraMalik SIGGRAPH1997 将各像素的多曝光成像信息链接为光滑 单调曲线 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 软件方法 RecoveringHighDynamicRangeRadianceMapsfromPhotographs PaulE Debevec JitendraMalik SIGGRAPH1997 提纲 高动态场景成像需求 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 硬件方法 不同空间位置同时进行不同曝光程度的场景采集 HighDynamicRangeImaging SpatiallyVaryingPixelExposures ShreeK Nayar TomooMitsunaga CVPR2000 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 硬件方法 不同空间位置同时进行不同曝光程度的场景采集 HighDynamicRangeImaging SpatiallyVaryingPixelExposures ShreeK Nayar TomooMitsunaga CVPR2000 最大曝光程度 最小曝光程度 真实记录低辐射度场景区域 真实记录高辐射度场景区域 二高动态范围图像捕获 高动态范围场景捕获 硬件方法 HighDynamicRangeImaging SpatiallyVaryingPixelExposures ShreeK Nayar TomooMitsunaga CVPR2000 多CCD元件用于同一像素点成像 动态范围 空间分辨率 提纲 高动态场景成像需求 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 现实场景 照相机 显示终端 典型值 类似于 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 现实场景 照相机 显示终端 典型值 类似于 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 全局映射 仅对亮度信息进行映射保持色彩关系不变 色调映射 对高动态图像的量化过程 映射函数与像素位置无关 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 全局映射 忠实地再现原始场景的视觉感受充分利用可用的显示级别 色调映射 ToneMapping 函数设计 用于函数设计的像素数 可用显示级别数目 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 全局映射 Learningtodisplayhighdynamicrangeimages GuopingQiu JiangDuan GrahamD Finlayson PatternRecognition2007 TM结果 真实感映射 直方图均衡化 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 局部映射 图像成像模型 不同材质的反射特性变化幅度相对较小 100 1 不同场景区域的光照强度差别很大 分离R L分量仅对光照分量进行映射操作 保持场景局部对比度 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 局部映射 图像成像模型 保持场景局部对比度 使用与像素空间位置相关的局部映射函数 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 局部映射 双边滤波器 BilateralFilter FastBilateralFilteringfortheDisplayofHigh Dynamic RangeImages FredoDurand JulieDorsey SIGGRAPH2002 病态问题 空域 色彩域 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 局部映射 双边滤波器 BilateralFilter FastBilateralFilteringfortheDisplayofHigh Dynamic RangeImages FredoDurand JulieDorsey SIGGRAPH2002 反射率分量提取 映射过程 映射过程中不改变场景的局部对比度 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 局部映射 FastBilateralFilteringfortheDisplayofHigh Dynamic RangeImages FredoDurand JulieDorsey SIGGRAPH2002 三高动态范围场景重现 高动态范围场景显示 局部映射 GradientDomainHighDynamicRangeCompression RaananFattal DaniLischinski MichaelWerman SIGGRAPH2002 全局映射1 局部映射 全局映射2 提纲 高动态场景成像需求 四计算传感的高动态成像 更为有效的场方式景采集更为真实的场景内容再现 无眩光效果的高动态范围清晰成像 镜头组散射镜头筒反射光圈反射 光圈反射光圈衍射传感器反射 四计算传感的高动态成像 更为有效的场方式景采集更为真实的场景内容再现 眩光场景成像模型 眩光特性分析 GlareSpreadunction具有全局平滑特性 针对眩光区域希望恢复直接光照效果 四计算传感的高动态成像 更为有效的场方式景采集更为真实的场景内容再现 场景遮挡掩膜拍摄相机 在相机与场景间放置结构性遮挡掩膜 眩光去除方法 四计算传感的高动态成像 更为有效的场方式景采集更为真实的场景内容再现 HDRcapture 560 1 Processresult 22 400 1 VeilingGlareinHighDynamicRangeImaging Eino VilleTalvala Andrew