[发明专利]一种获取高动态范围图像的装置和方法

说明书

本发明公开了一种获取高动态范围图像的装置，包括：相机、第一分光镜、第二分光镜、高度曝光HE传感器、中度曝光ME传感器和低度曝光LE传感器；其中，相机镜头竖直放置，三个传感器全部位于相机镜头的同一侧，并且，HE传感器与相机镜头平行，ME传感器与相机镜头垂直，LE传感器与ME传感器平行；其中，第一分光镜和第二分光镜位于相机镜头和三个传感器所包围的区域中，第一分光镜与相机镜头成45°角放置，第二分光镜垂直于相机镜头。本发明还提供一种获取高动态范围图像的方法。利用本发明能够获得HDR图像。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种获取高动态范围图像的装置和方法。

背景技术

高动态范围图像(High Dynamic Range Image，HDR图像)是一种可以表示真实世界场景中高动态范围亮度信息的最有发展前途的高新技术。高动态范围成像技术就是要正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影这样大的范围亮度。其涉及到图形图像学，数学，物理学，机械学和计算机等众多学科领域。与传统图像相比，HDR图像中的像素值正比于场景中对应点的时间亮度值，能更好的保留场景中的亮区及暗区的细节信息。HDR图像获取的关键点是获取同一场景中一系列曝光程度不同的照片以及配套的合并算法。

目前，获取HDR图像的主要方法是通过普通的数码成像设备来得到HDR图像，前提条件是需要获得同一个场景的多幅不同曝光量的图像，这里图像的两个重点是必须是相同场景、具有不同曝光量。但在实际应用中，利用普通数码相机手动获取不同曝光量的图像时容易产生如下两个问题：

1.如果在定点拍摄过程中相机存在微小的移动，会使合成得到的HDR图像变得模糊。即使使用三脚架进行固定，也可能因为地面不平或按快门时用力不等造成轻微的移动或旋转。

2.在拍摄图像组时，如果场景中的物体发生了移动，则会使最终合成的高动态图像中出现伪影。这种情况在室外拍摄时经常发生，例如移动的人物，云朵和被风吹动的树木等。

虽然去伪影方法在速度上和性能上较原来方法都有明显进步，但在使用中对于高速运动的目标物(例如高速行驶的列车)仍然无法满足实时性要求。当前的各种去伪影算法对于实用来说都在耗时过多的缺陷，因此在高速运动环境下进行景物拍摄，现有的先后拍摄多张不同曝光图像无法满足无伪影的要求。

如果只拍一张图像，且使这张图像包含所有信息，再用这张图像合成HDR就不会存在伪影的影响。但在实际应用中，这种HDR图像的获取需要专门的硬件系统，且都造价昂贵，难以普及。经过多年的尝试，该方法至今没有重大突破，利用多张不同曝光图像序列合成一种HDR图像仍然是最常用最有效的方法。

但是，目前将不同曝光图像序列合成HDR图像的算法一直是只依靠单个像素的信息进行合并，而不考虑它邻近的像素信息。这种方法针对曝光程度差别在3档以上的图像序列合成时，得到的HDR图像质量很差。

此外，对影响HDR图像质量的因素方面，现有研究大都侧重于HDR图像中的去伪影技术，对于如何获取无须去伪影的HDR图像尚无相关研究，特别是在高速场景中如何获取HDR图像的问题尚待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种获取高动态范围图像的装置和方法，利用该装置及配套的合并算法，可针对一系列曝光程度不同的图像序列进行处理，获得HDR图像。

本发明提供一种获取高动态范围图像的装置，包括：相机、第一分光镜、第二分光镜、高度曝光HE传感器、中度曝光ME传感器和低度曝光LE传感器；其中，相机镜头竖直放置，三个传感器全部位于相机镜头的同一侧，并且，HE传感器与相机镜头平行，ME传感器与相机镜头垂直，LE传感器与ME传感器平行；其中，第一分光镜和第二分光镜位于相机镜头和三个传感器所包围的区域中，第一分光镜与相机镜头成45°角放置，第二分光镜垂直于相机镜头。

优选地，第一分光镜和第二分光镜都采用半反射的镜面。