相機陣列高動態(tài)范圍成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字成像領(lǐng)域，特別是涉及一種相機陣列高動態(tài)范圍成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字成像設(shè)備的成像分辨率和動態(tài)范圍是衡量成像設(shè)備成像質(zhì)量的兩項主要指標，數(shù)字成像設(shè)備的成像分辨率在近幾十年得到了飛速發(fā)展，但動態(tài)范圍的提升一直很小。以至于在逆光或光線變化較大的場景應(yīng)用中，成像細節(jié)難以捕獲。
[0003]當前的數(shù)字成像設(shè)備單次曝光成像的動態(tài)范圍遠低于人類視覺的可視動態(tài)范圍(包括專業(yè)級單反相機，專業(yè)監(jiān)控設(shè)備，個人手持終端等)。由于其單次曝光可獲得圖像的動態(tài)范圍有限，被稱為低動態(tài)范圍成像設(shè)備。采用單臺相機多次曝光的手段進行高動態(tài)范圍成像的合成是目前被廣泛采用的手段，但仍存在以下問題:單臺相機多次曝光耗時長，總曝光時間是多次曝光成像時間之和，所以僅適用于靜態(tài)場景拍攝；對于動態(tài)場景拍攝，由于有運動目標的位移，不同曝光的低動態(tài)圖像合成后會導(dǎo)致鬼影等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有相機陣列成像方法動態(tài)范圍低的不足，本發(fā)明提供一種相機陣列高動態(tài)范圍成像方法。該方法利用已有的普通相機組成相機陣列，采用測光表或相機內(nèi)置測光器獲得目標場景的最亮和最暗亮度，計算得到一組優(yōu)化的曝光包圍級數(shù)，確定陣列中參與曝光的相機組合并控制參與相機組合對目標場景同時拍攝，獲得一組包含目標場景不同曝光設(shè)置的低動態(tài)范圍圖像。然后對該組低動態(tài)范圍圖像依據(jù)相機布局與目標場景的幾何關(guān)系進行幾何校正，獲得校正后涵蓋目標場景動態(tài)范圍的一組低動態(tài)范圍圖像。從而將傳統(tǒng)多曝光技術(shù)獲取高動態(tài)范圍圖像的總曝光時間等于多次曝光之和減小為曝光包圍組合中的一次最長曝光時間?？梢越鉀Q現(xiàn)有靜態(tài)場景高動態(tài)范圍成像多次曝光技術(shù)耗時長，動態(tài)場景高動態(tài)范圍成像的鬼影問題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種相機陣列高動態(tài)范圍成像方法，其特點是采用以下步驟:
[0006]步驟一、將N臺具有相同成像特征的相機用支架固定組成平行式相機陣列，每個相機可在空間上以多種布局方式偏離另一相機。具體相機陣列布局采用規(guī)則網(wǎng)格形、圓形或非規(guī)則分散布局形式。為減少成像誤差，固定時，應(yīng)保證相機彼此之間最小等間距，并保證N臺相機的鏡頭主軸線平行。固定后，定義相機陣列中心位置相機為基準相機。
[0007]步驟二、將N臺相機用數(shù)據(jù)線依次連接至控制計算機。控制計算機控制相機陣列進行拍攝，并接收、控制相機陣列中每臺相機傳輸?shù)倪\行參數(shù)、數(shù)據(jù)并進行相關(guān)計算處理。利用測光表或陣列中相機測光設(shè)備獲得目標場景的最亮、最暗區(qū)域亮度；
[0008]步驟三、依據(jù)相機陣列中相機單次曝光的動態(tài)范圍計算相機陣列中的單個相機響應(yīng)函數(shù)，確定優(yōu)化曝光包圍的次數(shù)，確定相機陣列中參與曝光的相機組合。優(yōu)化曝光包圍具體步驟如下:
[0009](I)計算相機陣列中單個相機響應(yīng)函數(shù)。
[0010](2)以測光所得的目標場景最暗區(qū)域亮度值為起始，由相機的曝光級數(shù)確定單次曝光的響應(yīng)函數(shù)區(qū)間，以單次曝光的響應(yīng)函數(shù)區(qū)間為界向最亮區(qū)域亮度值迭代，直到覆蓋最亮區(qū)域亮度值結(jié)束。
[0011](3)迭代的次數(shù)即為優(yōu)化的曝光次數(shù)，優(yōu)化的曝光包圍次數(shù)優(yōu)于相機自動曝光包圍步數(shù)，并能確保目標場景落入相機陣列感光動態(tài)范圍。
[0012](4)以優(yōu)化的曝光次數(shù)為準，選擇相機陣列中距離基準相機最近的相機作為目標場景參與曝光的相機組合。
[0013]步驟四、以優(yōu)化的曝光包圍的中間值設(shè)置中心基準相機的曝光時間、光圈值和焦距，并依次設(shè)置參與曝光的相機組合的其它相機的曝光參數(shù)，然后控制同時開始拍攝，獲得一組具有相同光圈和焦距，不同曝光時間的涵蓋目標場景動態(tài)范圍的低動態(tài)范圍圖像。
[0014]步驟五、對獲得的一組圖像采用以下公式進行幾何校正。
[0015]d = b*f/z ；
[0016]其中，b表示非基準相機相對于基準相機的距離，z表示物體與相機陣列的鏡頭所在平面的垂直距離，即物體的深度，f表示鏡頭的焦距，d表示非基準相機獲取圖像相對于基準相機獲取參考圖像的偏移量。
[0017]通過以上公式獲得非基準相機獲取圖像相對于基準相機獲取參考圖像的偏移量d，將非基準相機所獲取圖像的每一個像素分別補償對應(yīng)的偏移量，獲得校正后的圖像。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:該方法利用已有的普通相機組成相機陣列，采用測光表或相機內(nèi)置測光器獲得目標場景的最亮和最暗亮度，計算得到一組優(yōu)化的曝光包圍級數(shù)，確定陣列中參與曝光的相機組合并控制參與相機組合對目標場景同時拍攝，獲得一組包含目標場景不同曝光設(shè)置的低動態(tài)范圍圖像。然后對該組低動態(tài)范圍圖像依據(jù)相機布局與目標場景的幾何關(guān)系進行幾何校正，獲得校正后涵蓋目標場景動態(tài)范圍的一組低動態(tài)范圍圖像。從而將傳統(tǒng)多曝光技術(shù)獲取高動態(tài)范圍圖像的總曝光時間等于多次曝光之和減小為曝光包圍組合中的一次最長曝光時間。解決了現(xiàn)有靜態(tài)場景高動態(tài)范圍成像多次曝光技術(shù)耗時長，動態(tài)場景高動態(tài)范圍成像的鬼影問題。
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明方法中相機陣列組成示意圖。
[0021]圖2是圖1中相機陣列圖像幾何校正示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明相機陣列高動態(tài)范圍成像方法的流程圖。
[0023]圖中，1- 一號相機，2- 二號相機，3-三號相機，4-四號相機，5-五號相機，6_六號相機，7-七號相機，8-八號相機，9-九號相機。
【具體實施方式】
[0024]參照圖1-3。以9臺相機構(gòu)成3*3相機陣列為例詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明相機陣列高動態(tài)范圍成像方法具體包括以下步驟:
[0025]1、將9臺相機以三行三列的方式以支架固定組成平行式相機陣列。固定時，水平方向的相機處于同一水平線上，垂直方向的相機處于同一垂線上，相機彼此之間在水平和垂直方向應(yīng)保證最小等間距，并保證N臺相機的鏡頭主軸線平行。對9臺相機依次編號，分別為一號相機1、二號相機2、三號相機3、四號相機4、五號相機5、六號相機6、七號相機7、八號相機8、九號相機9。定義相機陣列中心位置相機為基準相機，即五號相機5，則非基準相機相對于基準相機鏡頭主軸的距離可直接測量獲得。具體相機陣列布局采用規(guī)則網(wǎng)格形、圓形或非規(guī)則分散布局形式。
[0026]【具體實施方式】相機陣列中相機的數(shù)目可基于實際應(yīng)用的需求以及選用相機的感光度確定?？赡苤萍s相機數(shù)目的一個因素是弱光環(huán)境下、強光環(huán)境下的相機感光度問題。為了改進強光環(huán)境下相機陣列的動態(tài)范圍，陣列中部分相機采用不同亮度的濾鏡是有利的。具有濾鏡的相機和陣列中的其它相機在不同曝光條件下可同時運行，對濾鏡相機拍攝的圖像可被處理以生成高光環(huán)境的圖像。
[0027]2、將9臺相機用數(shù)據(jù)線依次連接至控制計算機?？刂朴嬎銠C是用于控制相機陣列進行拍攝，能夠接收、控制相機陣列中每臺相機傳輸?shù)倪\行參數(shù)、數(shù)據(jù)并進行相關(guān)計算處理的運算平臺?？刂朴嬎銠C對相機的控制可使用陣列中所用相機