[发明专利]提升图像的动态范围的方法及装置、一种高速摄像机

说明书

技术领域

本发明涉及摄像机的技术领域，尤其涉及一种提升图像的动态范围的方法及装置、以及采用这种提升图像的动态范围的装置的高速摄像机。

背景技术

随着科学技术及制造业的发展，高速摄像机越来越广泛地应用于特殊测试、赛事、航空航天、军事等各个领域。在进行图像采集过程中，由于摄像机感光器件的感光强度范围有限，若被摄图像同时包含明亮区域和较暗区域，传统的背景光补偿技术只能使镜头的光圈对被摄物阴暗的部分进行调整，而被摄区明亮部分由于光圈增大导致曝光过度，图像发白，失去细节，从而导致拍摄效果不理想；反之，如果对被摄物明亮区域进行调整，则较暗区域就会被摄成全黑。因此，背景光照的强弱对被摄对象的干扰成为迫切需要解决的问题。

虽然现有动态范围比较宽的摄像头，由于技术难度及工艺要求的提高，造价较高。更甚，高速摄像机还没有宽动态范围的特性。所以，在相当多的应用领域，采用高速摄像机拍摄的效果不够理想，特别是在明暗反差较大的条件下进行的拍摄。此外，对于高速摄像机，由于其曝光时间短、数据输出速度快(时间短)，所以从原理上无法采用多次曝光合成技术。再者，受传感器制造技术的限制，一次曝光的高速传感器无法获取高于100dB跨度的信号、以及无法做到在高采样频率下实现20位的模数转换，因此，高速摄像机所采用的高速传感器系列中没有宽动态范围的产品，所以高速摄像机制造商也只能在现有传感器的基础上，通过lin-log(求对数后线性相加)等数据变换算法，对传感器输出的数据进行加工以得到宽动态范围数据。由于这些运算并未根据图像特点对数据进行处理，而是采用一种固定的运算规则处理数据，所以在得到宽动态范围数据的同时会带来相当多的副作用，例如噪声的增加以及色彩的灰暗等。

发明内容

本发明提供一种提升视觉动态范围的方法及装置，以及采用这种提升视觉动态范围方法/装置的高速摄像机。

根据本发明实施例的一个方面，本发明提供一种提升图像的动态范围的方法，包括：特征获取步骤，根据输入的图像进行计算，分别得到所述输入的图像的各像素在预设邻域的一阶矩和二阶矩，根据所述一阶矩得到与所述输入的图像对应的低分辨率图像；增益计算步骤，根据所述一阶矩、二阶矩以及预设参数，计算所述输入的图像的各像素在预设邻域的自适应增益，所述自适应增益是所述二阶矩的递减函数；边缘增强步骤，根据所述输入的图像、所述低分辨率图像以及所述自适应增益获得增益图像，将所述增益图像叠加于所述输入的图像。

根据本发明实施例的另一个方面，本发明提供一种提升图像的动态范围的装置，包括：特征获取模块，用于根据输入的图像进行计算，分别得到所述输入的图像的各像素在预设邻域的一阶矩和二阶矩，根据所述一阶矩得到与所述输入的图像对应的低分辨率图像；增益计算模块，用于根据所述一阶矩、二阶矩以及预设参数，计算所述输入的图像的各像素在预设邻域的自适应增益，所述自适应增益是所述二阶矩的递减函数；边缘增强模块，用于根据所述输入的图像、所述低分辨率图像以及所述自适应增益获得增益图像，将所述增益图像叠加于所述输入的图像。

根据本发明实施例的又一个方面，本发明提供一种高速摄像机，包括图像传感器、信号归类模块和如上所述的提升图像的动态范围的装置，所述信号归类模块用于接收所述图像传感器输出的信号，按所述输出的信号的彩色属性进行归类后输出到所述装置。

本发明的有益效果是：通过利用图像像素点在其预设邻域的二阶矩判断该预设邻域内的边缘特性，并利用图像像素点在其预设邻域的一阶矩来抑制图像明亮部分的增益，据此得到自适应增益，同时通过得到的增益图像，将其与输入的图像叠加，从而增强了图像的边缘细节，并借助于增强轮廓达到实现实时图像动态范围拓展的效果。

附图说明

图1为一种实施例的提升图像的动态范围的装置的结构示意图；

图2为一种实施例的对输入的图像的处理示意图；

图3为一种实施例的提升图像的动态范围的装置的方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

人的视觉对图像的明亮部分很容易分辨清楚，而对于图像的阴暗部分则不容易分辨，通过改善图像阴暗部分的显示效果则可提升视觉动态范围，并且，如果在增强图像阴暗部分的细节的同时也增强图像明亮部分，则人眼对视觉动态范围的提升感将不强。图像阴暗部分的显示效果可通过边缘增强的方式来改善。对于常用的边缘增强算法，为不失一般性，可采用如下表达式：