高动态范围图像合成研究(1)

1、编辑ppt1 高动态范围图像合成研究 编辑ppt2 目录 1 1、论文的背景、论文的背景 2、课题的需求分析、课题的需求分析 3 3、论文的结构框架、论文的结构框架 4 4、论文的要点、论文的要点 5 5、实现的过程、实现的过程 6 6、总结与致谢、总结与致谢 编辑ppt3 1、论文的背景 真实世界场景的亮度范围非常广，高、低光照区真实世界场景的亮度范围非常广，高、低光照区 域都是同时存在的。比如阳光下的树荫，灯火通域都是同时存在的。比如阳光下的树荫，灯火通 明的城市。我们的视觉系统能够捕捉到这些美丽明的城市。我们的视觉系统能够捕捉到这些美丽 的画面，但是电子成像器件由于技术的限制，并的画面，

2、但是电子成像器件由于技术的限制，并 不能同时将高亮和黑暗场景同时表现出来，因此不能同时将高亮和黑暗场景同时表现出来，因此 在亮度落差极大的场景中，电子成像器件无法还在亮度落差极大的场景中，电子成像器件无法还 原真实场景，而只能反应一部分有限亮度范围，原真实场景，而只能反应一部分有限亮度范围， 因此电子器件成像过程就丢失了很多的场景信息，因此电子器件成像过程就丢失了很多的场景信息， 暗的区域看不清，亮的区域又一片白。暗的区域看不清，亮的区域又一片白。 编辑ppt4 2、课题的需求分析 HDR图像的获取方法主要有两种：一是软件合图像的获取方法主要有两种：一是软件合 成成;二是硬件设备来直接拍摄。方

3、法二需要特殊二是硬件设备来直接拍摄。方法二需要特殊 的设备的设备,而软件合成只需普通相机拍摄几张不同而软件合成只需普通相机拍摄几张不同 曝光度的图像就可以得曝光度的图像就可以得HDR图像图像,要想在有限能要想在有限能 力的成像硬件条件下获得高动态范围图像，我们力的成像硬件条件下获得高动态范围图像，我们 只能采用软件合成的方法。在这类技术中只能采用软件合成的方法。在这类技术中,一个一个 重要的关键步骤是要正确恢复相机响应函数。重要的关键步骤是要正确恢复相机响应函数。 编辑ppt5 3、论文的结构框架 绪论 色调映射 HDR图像合成 合成的实现 HDR图像合成 色调映射 HDR图像合成HDR图像合

4、成 色调映射 HDR图像合成 编辑ppt6 4、论文的要点 本论文研究的课题主要有两个要点： （1）成像系统的响应曲线的恢复； （2）色调映射技术； 编辑ppt7 （1）成像系统的响应曲线的恢复 高动态场景成像时细节信息丢失严重。为了提高场景图高动态场景成像时细节信息丢失严重。为了提高场景图 像的信息含量，可以改变曝光量将亮度的两个极端区域像的信息含量，可以改变曝光量将亮度的两个极端区域 转移到别的区域，再将这几张不同曝光量的图像合成还转移到别的区域，再将这几张不同曝光量的图像合成还 原真实场景。方法有两种，原真实场景。方法有两种，一是改变图像的曝光时间一是改变图像的曝光时间， 二是改变相机的

5、光圈大小。二是改变相机的光圈大小。特定场景下，光照强度是恒特定场景下，光照强度是恒 定的，故曝光量和曝光时间成正比，而且曝光时间是可定的，故曝光量和曝光时间成正比，而且曝光时间是可 测物理量，所以通过改变相机的曝光时间就可以拍摄出测物理量，所以通过改变相机的曝光时间就可以拍摄出 定场景不同曝光量的图像。定场景不同曝光量的图像。 vi j E Et 编辑ppt8 （1）成像系统的响应曲线的恢复 )(Ef )( 1 Z f f 成像系统响应函数成像系统响应函数 反成像反成像 输入场景照度输入场景照度E 输出输出Z 其中 即为所求成像系统响应曲线，是该要点的关键所在，而合成HDR图像则 需要求 1

6、f 编辑ppt9 （1）成像系统的响应曲线的恢复 成像模型，曝光时间参数已知：成像模型，曝光时间参数已知： 1( ) ijvi j fZE t () ijvij Zf E t 则有则有 两边取对数，并令两边取对数，并令 ，则有：，则有： 和和 是待求的，然后利用最小二乘法进行光线相应是待求的，然后利用最小二乘法进行光线相应 曲线的拟合，进而实现由图像像素值到真是场景亮度曲线的拟合，进而实现由图像像素值到真是场景亮度 值的转换。值的转换。 编辑ppt10 （2）色调映射 色调映射有很多种不同的方法，但每个方法都是一个从色调映射有很多种不同的方法，但每个方法都是一个从 高动态范围到低动态范围的映射

7、过程，这些方法统称为高动态范围到低动态范围的映射过程，这些方法统称为 Tone Mapping Operator (TMO)。可见，。可见，TMO的好坏与图的好坏与图 像的最终显示质量具有直接的关系像的最终显示质量具有直接的关系 。色调映射算法有三色调映射算法有三 类：类： （1） 全局映射；全局映射； （2） 局部映射；局部映射； （3） 混合映射混合映射。 HDR图像显示设备 色调映射 编辑ppt11 （2）色调映射 采用采用ReinhardReinhard全局映射算法，首先计算输入图象的平全局映射算法，首先计算输入图象的平 均亮度作为均亮度作为keykey值，然后用实际亮度除以值，然后用

8、实际亮度除以keykey值作，再值作，再 乘以可控因子乘以可控因子a a，作为第一次压缩，然后用类似的方，作为第一次压缩，然后用类似的方 法进行法进行1 1次压缩。次压缩。 第一次压缩第一次压缩 第二次压缩第二次压缩 就是设备的最后显示结果，也就是高就是设备的最后显示结果，也就是高 动态范围映射到低动态的结果动态范围映射到低动态的结果 ( , ) d Lx y 编辑ppt12 实现的过程 编辑ppt13 HDR 相机响应曲线高动态范围图像普通设备显示结果 色调映射色调映射 合成合成 实现的过程 编辑ppt14 合成结果展示合成结果展示 编辑ppt15 总结与致谢 合成算法和色调映射是本文研究的

9、重点，采用合成算法和色调映射是本文研究的重点，采用 Debevec & Malik算法拟合成像系统的响应曲线，然后进算法拟合成像系统的响应曲线，然后进 行行Reinhard色调映射。在合成之前，其实也需要进行图色调映射。在合成之前，其实也需要进行图 像配准，但是本文在这里并未对图像配准做深入研究。像配准，但是本文在这里并未对图像配准做深入研究。 我们假定图像都是理想的（即图像已经过配准），实验我们假定图像都是理想的（即图像已经过配准），实验 结果表明，通过软件合成的方法不仅可以恢复过曝或者结果表明，通过软件合成的方法不仅可以恢复过曝或者 欠曝引起的信息丢失，还可得到更能讨好眼球的视觉效欠曝引起的信息丢失，还可得到更能讨好眼球的视觉效 果。果。 当然，各种算法都存在它自身的不足，我也没有进当然，各种算法都存在它自身的不足，我也没有进 行图像配准工作，图像融合存在噪声影响，运动的物体行图像配准工作，图像融合存在噪声影响，运动的物体