一種基于lαβ空間場景遷移的多曝光圖像融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理方法，特別涉及對于高動(dòng)態(tài)范圍場景，一種基于la0 空間場景迀移的多曝光圖像的融合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，多媒體技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)滲透到社會(huì)生產(chǎn) 和生活的方方面面，人們對高質(zhì)量圖像和視頻信息的需求也越來越高。然而在圖像獲取過 程中，受到圖像采集設(shè)備、采集環(huán)境、噪聲等因素的影響，在接收終端呈現(xiàn)的圖像往往是低 質(zhì)量的圖像。因此，如何通過低質(zhì)圖像重建高質(zhì)量的圖像，一直以來都是圖像處理領(lǐng)域所致 力解決的問題。
[0003] 亮度動(dòng)態(tài)范圍是衡量圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，圖像的亮度動(dòng)態(tài)范圍指最亮區(qū)域和最 暗區(qū)域的亮度對比度。動(dòng)態(tài)范圍限制了自然場景中極亮區(qū)和極暗區(qū)細(xì)節(jié)在一幅圖像中同時(shí) 展現(xiàn)的能力。自然場景中展現(xiàn)的亮度對比度非常寬廣，而普通圖像采集和顯示設(shè)備所能處 理的對比度卻非常有限。這就造成了標(biāo)準(zhǔn)圖像采集和現(xiàn)實(shí)設(shè)備對高對比度場景的表現(xiàn)會(huì)出 現(xiàn)過曝光和欠曝光的問題，難以對高對比度場景進(jìn)行高質(zhì)量成像，不能有效表現(xiàn)高對比度 場景。
[0004] 高動(dòng)態(tài)范圍圖像可由同一場景具有不同曝光參數(shù)的圖像合成獲取。為了提高圖像 的動(dòng)態(tài)范圍，重建高動(dòng)態(tài)范圍圖像，學(xué)者們提出了一些卓有成效的多曝光圖像融合方法，但 是傳統(tǒng)的圖像融合方法，在融合后雖然提高了圖像的亮度對比度，能較好的表現(xiàn)圖像的細(xì) 節(jié)紋理信息，但是顏色信息在融合過程中很少被關(guān)注，使圖像的視覺效果下降。本發(fā)明提出 了一種新的基于la0空間場景迀移的多曝光圖像融合方法，既提高圖像的對比度，較好 的表現(xiàn)圖像的紋理信息，又可以使圖像的顏色信息達(dá)到預(yù)期效果，使圖像在顏色和紋理上 都得到增強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，將同一場景多幅具有不同曝光參數(shù)的圖像融合為具一幅有高 亮度動(dòng)態(tài)范圍的圖像，同時(shí)提高圖像的紋理和顏色信息質(zhì)量。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用基于la0空間場景迀移的多曝光圖像融合方 法。其特征在于，不但考慮場景的紋理細(xì)節(jié)信息，同時(shí)考慮了場景的顏色信息，使場景的紋 理和顏色信息都得到較好的保持。
[0007] 算法主要分為三個(gè)部分：顏色空間轉(zhuǎn)換，圖像預(yù)處理和場景迀移。
[0008] 首先，輸入同一場景的N幅具有不同曝光參數(shù)的圖像，并對其進(jìn)行顏色空間轉(zhuǎn)換， 其中N> = 3。由于RGB空間的三個(gè)通道相關(guān)性很大，調(diào)整其中的一個(gè)通道，其他通道的值也 會(huì)隨之改變，而la0顏色空間的各個(gè)通道幾乎沒有相關(guān)性，所以可以對不同的顏色通道 進(jìn)行分別操作。因此，選擇三個(gè)通道相關(guān)性較小的la0空間作為多曝光圖像融合空間。
[0009] 其次，圖像預(yù)處理。在顏色和紋理迀移前，需要對輸入圖像進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理部 分具體包括亮度基本層估計(jì)、背景亮度級(jí)別分割以及為每個(gè)亮度級(jí)別選擇一幅具有最佳曝 光參數(shù)的輸入圖像。首先進(jìn)行背景亮度估計(jì)，即基本層估計(jì)，得到場景的整體亮度分布；然 后，對基本層進(jìn)行亮度級(jí)別分割，將其分為N個(gè)不同的亮度級(jí)別，當(dāng)N= 3時(shí)，可分為暗區(qū)、 中等殼區(qū)和尚殼區(qū)；最后，為每個(gè)殼度級(jí)別從輸入圖像中選擇一幅具有最佳曝光參數(shù)的輸 入圖像作為場景迀移的最佳曝光示例圖像。
[0010] 最后是場景迀移，場景迀移又包括紋理迀移和顏色迀移。預(yù)處理之后，將預(yù)處理得 到的最佳曝光示例圖像的紋理信息迀移到基本層中。紋理迀移在1通道的梯度域進(jìn)行，采 用基于泊松編輯的思想。將最佳示例樣本圖像的紋理在梯度域迀移到基本層中；紋理迀移 之后是顏色迀移，將最佳曝光示例圖像中的顏色色調(diào)迀移到紋理迀移的結(jié)果圖像中，從而 獲得紋理和顏色信息都得到較好保持的高動(dòng)態(tài)范圍圖像。
[0011] 一種基于la0空間紋理和顏色迀移的多曝光圖像融合方法，其特征在于，具體 步驟如下：
[0012] 2.1顏色空間轉(zhuǎn)換：
[0013] 首先輸入N幅同一場景具有不同曝光參數(shù)的圖像，其中N> = 3 ;并對其進(jìn)行顏色 空間轉(zhuǎn)換，從RGB空間轉(zhuǎn)換到1a0空間；對圖像進(jìn)行處理后，再將結(jié)果圖像從1a0空間 轉(zhuǎn)換到RGB空間；
[0014] 2. 2圖像預(yù)處理：
[0015] 在場景迀移之前，需要對輸入圖像進(jìn)行預(yù)處理；首先在1通道進(jìn)行背景亮度估計(jì)， 即基本層估計(jì)，得到場景的整體亮度分布，基本層為1通道所有圖像的平均值；然后，對基 本層進(jìn)行亮度級(jí)別分割，將其分為N個(gè)不同的亮度級(jí)別，N= 3時(shí)，分為暗區(qū)、中等亮區(qū)和高 亮區(qū)，亮度級(jí)別的分割采用基于直方圖的K均值聚類的方法；由于在RGB空間轉(zhuǎn)換到1a0 空間的過程中，經(jīng)過了取對數(shù)運(yùn)算，因此數(shù)據(jù)范圍很小而且會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，通過計(jì)算，la0的 1通道取值范圍在-1. 6~4. 4之間，將1通道值按照比例，歸一化到0~255之間之后再進(jìn) 行聚類；最后，為每個(gè)亮度級(jí)別從輸入圖像中選擇一幅具有最佳曝光參數(shù)的輸入圖像作為 紋理和顏色迀移的最佳曝光示例圖像；
[0016] 2. 3場景迀移：
[0017] 預(yù)處理之后，將預(yù)處理得到的最佳曝光示例圖像的紋理信息迀移到基本層中；紋 理迀移采用基于泊松編輯的思想，在梯度域?qū)⒆罴咽纠龢颖緢D像的紋理迀移到基本層中， 通過解泊松方程得到紋理迀移后的1通道值并將其按比例歸一化到1通道的理論范圍中；
[0018] 紋理迀移之后是顏色迀移，為了同時(shí)保持場景的紋理和顏色信息，通過顏色迀移 的方法，如式（1-1)，將最佳曝光示例圖像中的顏色色調(diào)迀移到紋理迀移的結(jié)果圖像中；
[0022] 其中k為分區(qū)號(hào)，k= 1，2~N;當(dāng)輸入圖像數(shù)N= 3時(shí)，k= 1，2, 3時(shí)分別代表暗 區(qū)、中亮區(qū)和高亮區(qū)：
1代表k區(qū)目標(biāo)圖像所有像素的1顏色軸， a顏色軸，0顏色軸的的方差和均值；
代表k區(qū)最佳示例圖像 的所有像素的1顏色軸，a顏色軸，0顏色軸的方差和均值；1 result(k)(土，J) ^〇result(k)(i，j)， 0_ltao(i，j)分別代表結(jié)果圖像位置為（i，j)的像素點(diǎn)的1顏色軸，a顏色軸，0顏色軸 的值山〇〇 (i，j)，ata〇 (i，j)，1〇〇 (i，j)分別代表k區(qū)目標(biāo)圖像位置為（i，j)的像素點(diǎn)的 1顏色軸，a顏色軸，0顏色軸的值；fyk)是k區(qū)位置為（i,j)的像素點(diǎn)的顏色調(diào)整權(quán)重 函數(shù)；
[0025] @是k區(qū)目標(biāo)圖像的各個(gè)像素矢量，該矢量各通道投影分別記為ltao、at〇〇、
為目標(biāo)圖像的各通道像素均值，分別為
場景迀移之后，將 結(jié)果圖像從la0空間轉(zhuǎn)換到RGB空間。
[0026] 本發(fā)明原理：
[0027] 1)顏色空間轉(zhuǎn)換
[0028] 在紋理和顏色迀移中，需要對輸入圖像的各個(gè)通道分別進(jìn)行調(diào)整，而RGB空間的 各個(gè)通道相關(guān)性很大，很難單獨(dú)調(diào)整其中的一個(gè)通道而不影響其他通道的值，因此選擇各 個(gè)通道相關(guān)性很小的la0空間。因此將選取的同一場景的N幅具有不同曝光參數(shù)的圖像 由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到la0空間。1代表消色通道、a代表黃一藍(lán)通道、0代表紅一綠 通道。紋理迀移的過程在1通道進(jìn)行。
[0029] 2)圖像預(yù)處理
[0030] 在對圖像進(jìn)行紋理和顏色迀移之前，需要先對輸入圖像進(jìn)行預(yù)處理。首先為了獲 取圖像的整體亮度信息，即場景的整體明暗程度進(jìn)行估計(jì)，將不同曝光參數(shù)的圖像的亮度 通道1進(jìn)行平均并作為基本層，如當(dāng)輸入圖像為三幅曝光差為1的圖像時(shí)，基本層lb