本發(fā)明涉及高清高精度顯微成像檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像高清顯示的數(shù)字照相機成像方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字影像已經(jīng)成為人們生活和社會經(jīng)濟活動不可或缺的重要部分。隨著人們對數(shù)字影像品質(zhì)要求的不斷提高，數(shù)字成像技術(shù)也在不斷進步，數(shù)字成像質(zhì)量顯現(xiàn)出高分辨率、高速、低噪聲和高動態(tài)范圍的發(fā)展趨勢。
雖然現(xiàn)有的數(shù)字照相技術(shù)在信號獲取和顯示方式等方面已經(jīng)非常先進，但是目前國內(nèi)和國際市場上的產(chǎn)品存仍然存在著因視頻信號采集動態(tài)范圍不足而導(dǎo)致圖像不清的重大技術(shù)缺餡。對于許許多多日常遇到的重要情景如太陽光照射下的室內(nèi)場景，其反射光的強度動態(tài)范圍，即最強和最弱反射光的強度的比例，大約在10000:1到100000:1之間?，F(xiàn)有的數(shù)字照相機以及圖像視頻標(biāo)準(zhǔn)采用8個比特(0～255)來表征每個像素的灰度值，這顯然只能代表真實世界色彩范圍很小的一部分，這也是現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品不能把這種高動態(tài)場景完全照清楚的根本原因。
高動態(tài)范圍數(shù)字圖像技術(shù)是目前國際上最前沿的數(shù)字圖像和視頻技術(shù)，其集成了相機標(biāo)定技術(shù)、高動態(tài)范圍圖像融合技術(shù)、色調(diào)映射技術(shù)、圖像處理加速技術(shù)、顏色校正技術(shù)于一體的世界前沿技術(shù)，它將給數(shù)字照相、數(shù)字電視、醫(yī)學(xué)圖像、交通及治安監(jiān)控、航天及軍事偵察等領(lǐng)域中的高動態(tài)場景攝像帶來革命性的技術(shù)進步。
作為高動態(tài)范圍數(shù)字圖像領(lǐng)域中的關(guān)鍵，高動態(tài)相機可以實時且逼真地還原出場景的真實色彩和人眼所能分辨的豐富細節(jié)，對于今后高清相機的發(fā)展起到基礎(chǔ)性的作用。為了利用高動態(tài)相機拍清高動態(tài)范圍場景中的細節(jié)，實現(xiàn)對圖像內(nèi)容進行客觀分析、科學(xué)評定和精確測量，需要擴長圖像的動態(tài)范圍，以獲得能夠反映真實觀測場景的豐富而真實的信息。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種實現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像高清顯示的數(shù)字照相機成像方法。該數(shù)字照相機成像方法能夠擴長所拍攝圖像的動態(tài)范圍，反映出該圖像所對應(yīng)觀測場景的豐富的真實信息。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：實現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像高清顯示的數(shù)字照相機成像方法，其特征在于，包括如下步驟1至步驟5：
步驟1，利用多通道垂直光學(xué)分光方法使自然光通過數(shù)字照相機的主鏡頭進入成像光學(xué)系統(tǒng)，以形成主通道透射光；
采用立體分光鏡將主通道透射光分為多路光，通過利用分光鏡中反射膜的不同反射/透射比，改變各路光所對應(yīng)通道中的光總量；
設(shè)置最佳曝光時間，針對相同場景采用不同曝光時間進行處理，以得到針對相同場景具有不同曝光時間的多幀原始圖像，采用并行處理加速方法分別處理各幀原始圖像；
步驟2，采用相機響應(yīng)曲線標(biāo)定方法預(yù)先設(shè)定相機響應(yīng)曲線，建立每幀原始圖像亮度與對應(yīng)曝光時間之間的查找表，并通過擬合曝光時間和相機曝光值之間的二維曲線最終獲得相機響應(yīng)曲線；采用顏色校正處理方法針對所述每幀原始圖像做顏色校正處理；
步驟3，針對各通道采用自適應(yīng)方法設(shè)定對應(yīng)每幀原始圖像融合時的權(quán)重系數(shù)，避免噪點被融合進后續(xù)所輸出的圖像；其中，各通道對應(yīng)的權(quán)值系數(shù)獨立于所述相機響應(yīng)曲線；
步驟4，利用已經(jīng)標(biāo)定好的相機響應(yīng)曲線設(shè)置圖像融合方法，以針對相同場景的多幀不同曝光時間的原始圖像進行融合，實現(xiàn)擴展動態(tài)范圍；
步驟5，采用混合濾波方法對各幀原始圖像做降噪處理，通過利用色調(diào)映射方法并采用16比特表征各幀原始圖像中的每一個像素點，從而準(zhǔn)確顯示所融合后的高動態(tài)范圍圖像。
進一步地，在步驟1中，所述多通道垂直光學(xué)分光方法包括：根據(jù)數(shù)字圖像傳感器的鏡頭接口采用c接口作為多通道光學(xué)系統(tǒng)的傳輸接口，并且根據(jù)數(shù)字圖像傳感器的鏡頭接口的尺寸設(shè)計分光路徑的尺寸；光線通過數(shù)字照相機的主鏡頭之后形成主通道透射光，設(shè)置分光鏡對主通道透射光進行分光，以使分光鏡上反射膜的反射/透射比將主通道透射光分成多路不同光總量的光線，從而達到對于相同場景拍攝多幀具有不同曝光時間的原始圖像。
進一步地，在步驟2中，所述顏色校正處理方法采用三點法校正方法；所述三點法校正方法包括如下步驟2-1至步驟2-3：
步驟2-1，針對獲取的彩色的原始圖像，保持彩色的原始圖像的綠色通道不變化；
步驟2-2，通過分別選取所述彩色的原始圖像中具有不同亮度的三個像素點，以重新擬合圖像中的紅色通道和藍色通道；
步驟2-3，建立三通道查找表，從而以所述重新擬合后的紅色通道和藍色通道對應(yīng)地替換原始圖像的紅色通道和藍色通道。
進一步地，所述重新擬合圖像中紅色通道和藍色通道包括如下過程：
針對獲取的彩色的原始圖像，分別選擇具有不同亮度的三個像素點；其中，具有不同亮度的三個像素點分別標(biāo)記為p1[r1，g1，b1]、p2[r2，g2，b2]和p3[r3，g3，b3]；
針對獲取的彩色的原始圖像，利用所述三個像素點的rgb三通道，分別建立新的三通道查找表，以替代原始圖像的rgb三通道值：其中，rgb三通道包括紅色通道、綠色通道和藍色通道；
建立r-g查找表替代原始圖像的紅色通道，使用[0，0]、[r3，g3]、[r2，g2]、[r1，g1]以及[255，255]這五個點做3階擬合并擬合出256個點，通過該256個點建立查找表，用新的r-g值代替原始圖像的紅色通道值；
建立b-g查找表替代原始圖像的藍色通道，使用[0，0]、[b3，g3]、[b2，g2]、[b1，g1]以及[255，255]這五個點做3階擬合并擬合出256個點，通過該256個點建立查找表，用新的b-g值代替原始圖像的藍色通道值；
綠色通道使用等差數(shù)列{[0，0],[1，1],[2，2]……[255，255]}，不改變原始圖像的綠色通道顏色值。
進一步地，在步驟4中，針對相同場景中的多幀不同曝光時間的原始圖像融合過程包括：首先，在各幀原始圖像的像素值和曝光時間已知的情況下，利用相機響應(yīng)曲線獲得每一幀原始圖像中每一個像素點所對應(yīng)的場景光譜強度；其次，構(gòu)建自適應(yīng)曝光系數(shù)的權(quán)重方程，將三幀具有不同光譜強度的原始圖像進行融合，并采用16比特的浮點數(shù)據(jù)還原真實世界的光譜，以重新生成一張反映真實世界光譜的圖像。
進一步地，在步驟5中，所述的色調(diào)映射方法包括：將16比特的數(shù)據(jù)集映射到8比特的數(shù)據(jù)集中；所述色調(diào)映射方法采用局部映射方法或全局映射方法，并同時采用亮度調(diào)節(jié)方式或飽和度調(diào)節(jié)方式或?qū)Ρ榷日{(diào)節(jié)方式或細節(jié)調(diào)節(jié)方式的圖像質(zhì)量調(diào)節(jié)方式，以調(diào)節(jié)輸出圖像的質(zhì)量。
進一步地，在步驟5中，采用混合濾波方法對各圖像做降噪處理的過程包括步驟5-1至步驟5-3：
步驟5-1，采用局部窗口檢測方法，對目標(biāo)點周圍3×3的區(qū)域內(nèi)除目標(biāo)點外的周圍8個鄰域點進行加權(quán)處理；
步驟5-2，如果局部窗口中心點的亮度值與周圍領(lǐng)域8個鄰域點的亮度均值之差大于預(yù)設(shè)閾值，則確定該局部窗口中心點為噪點；其中，
步驟5-3，預(yù)設(shè)兩個濾波閾值并設(shè)定濾波原則，獲取局部窗口中心點的濾波值，并采用自動校正方法在當(dāng)前局部窗口中確定兩個濾波閾值后，根據(jù)濾波原則進行濾波判定處理：
如果局部窗口中心點的濾波值處于兩個濾波閾值之間，則對該局部窗口中心點進行濾波；否則，該局部窗口中心點不需要進行濾波；局部窗口中心點的濾波值計算如下：
所述濾波原則設(shè)置如下：
th1∈(0.0003,0.0031)，th2∈(0.0003,0.0031)；
其中，nacf為局部窗口中心點的濾波值，k表示局部窗口的移動距離值，px(t)表示第t個點的亮度值，px(t+k)表示第t個點隨局部窗口移動距離k后所對應(yīng)位置的亮度值；th1表示預(yù)設(shè)的第一個濾波閾值，th2表示預(yù)設(shè)的第二個濾波閾值，medianfilter表示濾波處理。
進一步地，所述步驟1中，設(shè)置最佳曝光時間的過程包括：
首先，對于一幀給定曝光值的原始圖像，假設(shè)存在一個分割閾值將該幀原始圖像分割為前景區(qū)和背景區(qū)兩個區(qū)域；其中，所述分隔閾值標(biāo)記為r，r＝0,1,···,255；
其次，針對前景區(qū)中的灰度階，計算其灰度階在該前景區(qū)中的分布概率和前景熵值；針對背景區(qū)中的灰度階，計算其灰度階在該背景區(qū)中的分布概率和熵值；
再次，針對前景區(qū)和背景區(qū)中得到的所述分布概率和熵值，分別對應(yīng)作熵值差值運算，以得整幀所述原始圖像的背景熵值；其中，整幀所述原始圖像的熵值標(biāo)記為ht：
ht＝hft+hbt，t＝0,1,···,255；
其中，hft為前景區(qū)對應(yīng)的前景熵，hbt為背景區(qū)對應(yīng)的背景熵；pi表示在前景區(qū)中灰度階為i時所對應(yīng)的概率，pj表示在背景區(qū)中灰度階為j時所對應(yīng)的概率，ni表示前景區(qū)中的像素個數(shù)，nj表示背景區(qū)中的像素個數(shù)，w表示該幀原始圖像的寬度，h表示該幀原始圖像的高度；
最后，計算所得整幀原始圖像的最大熵值，并以最大熵值所對應(yīng)的灰度階值作為最佳曝光時間；其中，最佳曝光時間標(biāo)記為topt，
進一步地，在步驟2中，所述預(yù)先設(shè)定相機響應(yīng)曲線的過程包括：
首先，設(shè)定任一幀原始圖像的平均亮度與快門速度之間存在線性對應(yīng)關(guān)系；其中，線性對應(yīng)關(guān)系表示為：i＝h(δt)；i為所設(shè)定一幀原始圖像的平均亮度值，δt為相機的快門速度；
其次，構(gòu)建擬合模型，對所述原始圖像的平均亮度進行多項式擬合處理；其中，構(gòu)建的擬合模型如下所示：
其中，a、b、c和d為擬合模型中的參數(shù)常量；h-1(·)表示逆反運算；
再次，根據(jù)相機光圈值和快門速度之間的關(guān)系，得到原始圖像的像素值；其中，所述原始圖像的像素值標(biāo)記為ev：
其中，av表示相機光圈值，δt表示相機的快門速度，log2(·)表示底數(shù)為2的對數(shù)函數(shù)。
進一步地，在步驟3中，所述各幀原始圖像在融合時的權(quán)重系數(shù)計算公式為：
zmax＝max(zx)，zx＝f(evxδt)；
其中，wx為第x幀原始圖像在融合時的權(quán)重系數(shù)，x表示所述需要融合的原始圖像的總幀數(shù)；zmax為所述x幀原始圖像中像素最高亮度值，zx代表第x幀原始圖像中像素亮度值，f(·)為相機響應(yīng)函數(shù)，evx表示第x幀原始圖像的圖像像素值，δt表示相機的快門速度；a、b、c和d為所述擬合模型中的參數(shù)常量，由數(shù)字照相機預(yù)先設(shè)置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
首先，本發(fā)明針對進入數(shù)字照相機的自然光采用多通道垂直光學(xué)分光方法，將通過數(shù)字照相機主鏡頭的主通道透射光分為多路光，并且通過計算設(shè)置最佳曝光時間，以獲得針對相同場景的具有不同曝光時間的多幀原始圖像，從而為后續(xù)高動態(tài)范圍圖像的融合提供足夠的細節(jié)和色彩信息；
通過采用熵值最大化方法獲取最佳曝光時間，不僅使得獲取的多幀圖像在圖像細節(jié)方面實現(xiàn)了互補，同時使得高動態(tài)范圍成像實現(xiàn)了自適應(yīng)曝光調(diào)節(jié)；當(dāng)待觀測場景的反射屬性發(fā)生變化時，通過自適應(yīng)曝光調(diào)節(jié)，選取不同的曝光時間，在實現(xiàn)高動態(tài)范圍擴展的同時，保留了真實觀測場景的大量細節(jié)，從而做到真正地還原真實世界；
其次，本發(fā)明針對相機響應(yīng)曲線的設(shè)定過程有效地解決了傳統(tǒng)方法計算量龐大、計算時間消耗嚴(yán)重的問題，該方法在恢復(fù)出相機響應(yīng)曲線方面用時少、計算簡便，有利于高動態(tài)成像技術(shù)的實際應(yīng)用；基于本發(fā)明中方法所得到的相機響應(yīng)曲線，使得后續(xù)融合的高動態(tài)場景圖像在色彩和細節(jié)方面更加豐富，圖像質(zhì)量更接近真實世界；
再次，針對各每幀原始圖像做顏色校正處理時，本發(fā)明采用三點擬合顏色校正方法，可以消除相機固有的顏色偏差，恢復(fù)出自然世界中的真實色彩，而且實時輸出，不影響相機采圖頻率；通過本發(fā)明方法所建立的三通道查找表，將原有圖像中的rgb三通道值改變?yōu)樾碌臄M合后的圖像顏色值，將有效地消除原有圖像的色差，恢復(fù)出真實世界中的顏色；
針對各通道采用自適應(yīng)方法設(shè)定對應(yīng)融合時的權(quán)重系數(shù)，將圖像過曝的像素點弱化，同時增強曝光不足的像素點，使得實現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的融合更為自然，有利于消除重影、減少光暈效應(yīng)；
最后，利用16比特的浮點數(shù)據(jù)來表征每個像素點，突破傳統(tǒng)的8比特圖像標(biāo)準(zhǔn)，使得相機可以真實地還原高動態(tài)范圍場景而不出現(xiàn)細節(jié)的缺失和色彩的偏差。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例中實現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像高清顯示的數(shù)字照相機成像方法流程示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
如圖1所示，本實施例中實現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像高清顯示的數(shù)字照相機成像方法，包括如下步驟1至步驟5：
步驟1，利用多通道垂直光學(xué)分光方法使自然光通過數(shù)字照相機的主鏡頭進入成像光學(xué)系統(tǒng)，以形成主通道透射光；
采用立體分光鏡將主通道透射光分為在不同通道中傳播的多路光，通過利用分光鏡中反射膜的不同反射/透射比，改變各路光所對應(yīng)通道中的光總量；每一個通道對應(yīng)著一路光，每一路光具有對應(yīng)自己的光總量；
設(shè)置最佳曝光時間，針對相同場景采用不同曝光時間進行處理，以得到針對相同場景具有不同曝光時間的多幀原始圖像，采用并行處理加速方法分別處理各幀原始圖像；針對相同場景，各幀原始圖像之間具有不同的曝光時間；例如，將一株鮮花作為所要采集的場景，也就是此處所述的相同場景，通過在設(shè)置最佳曝光時間后，針對作為相同場景的這株鮮花，分別設(shè)置不同的曝光時間t1、t2、t3和t4，并以這四個不同的曝光時間分別獲取針對這株鮮花的圖像，從而可以得到四幀具有不同曝光時間的原始圖像；
其中，在本實施例中，多通道垂直光學(xué)分光方法包括如下步驟a1和步驟a2：
步驟a1，根據(jù)數(shù)字圖像傳感器的鏡頭接口采用c接口作為多通道光學(xué)系統(tǒng)的傳輸接口，并且根據(jù)數(shù)字圖像傳感器的鏡頭接口的尺寸設(shè)計分光路徑的尺寸；
步驟a2，光線通過數(shù)字照相機的主鏡頭之后形成主通道透射光，設(shè)置分光鏡對主通道透射光進行分光，以使分光鏡上反射膜的不同反射/透射比將主通道透射光分成多路不同光總量的光線，從而達到對于相同場景拍攝多幀具有不同曝光時間的原始圖像。經(jīng)分光后的每一路光線在各自對應(yīng)的通道中傳播。
為了實現(xiàn)方便，本實施例中采用雙通道光學(xué)設(shè)計，利用一個分光鏡，將通過數(shù)字照相機主鏡頭的自然光分為兩路光量相同的光流：一組中繼鏡頭分別放置在兩路通道內(nèi)，用以調(diào)節(jié)焦距和圖像尺度；通過調(diào)節(jié)圖像傳感器的曝光時間以獲得具有不同曝光時間的原始圖像，為后續(xù)高動態(tài)范圍圖像的融合提供足夠的細節(jié)和色彩信息。其中，雙通道曝光時間的選取基于曝光補償原則，一路通道選取正常自動曝光時間以獲得最多圖像細節(jié)和最清晰的圖像質(zhì)量；另一路通道作為補償通道，通常選取比自動曝光時間短的曝光時間，以獲得圖像中過曝區(qū)域的圖像細節(jié)。具體地，本實施例中采用立方體式分光鏡，該分光鏡中的分光膜較薄，僅僅為微米級。
具體地，本實施例中設(shè)置最佳曝光時間的過程包括如下步驟b1至步驟b4：
步驟b1，對于一幀給定曝光值的原始圖像，假設(shè)存在一個分割閾值將該幀原始圖像分割為前景區(qū)和背景區(qū)兩個區(qū)域；其中，分隔閾值標(biāo)記為r，r＝0,1,···,255；
步驟b2，針對前景區(qū)中的灰度階，計算其灰度階在該前景區(qū)中的分布概率和前景熵值；針對背景區(qū)中的灰度階，計算其灰度階在該背景區(qū)中的分布概率和熵值；其中，hft為前景區(qū)對應(yīng)的前景熵，hbt為背景區(qū)對應(yīng)的背景熵；pi表示在前景區(qū)中灰度階為i時所對應(yīng)的概率，pj表示在背景區(qū)中灰度階為j時所對應(yīng)的概率；i＝0,1,···,t；j＝t+1,t+2,···,255；t＝0,1,···,255；
步驟b3，針對前景區(qū)和背景區(qū)中得到的分布概率和熵值，分別對應(yīng)作熵值差值運算，以得到整幀原始圖像的背景熵值；其中，整幀原始圖像的熵值標(biāo)記為ht：
ht＝hft+hbt，t＝0,1,···,255；
其中，hft為前景區(qū)對應(yīng)的前景熵，hbt為背景區(qū)對應(yīng)的背景熵；pi表示在前景區(qū)中灰度階為i時所對應(yīng)的概率，pj表示在背景區(qū)中灰度階為j時所對應(yīng)的概率，ni表示前景區(qū)中的像素個數(shù)，nj表示背景區(qū)中的像素個數(shù)，w表示該幀原始圖像的寬度，h表示該幀原始圖像的高度；
步驟b4，計算所得整幀原始圖像的最大熵值，并以最大熵值所對應(yīng)的灰度階值作為最佳曝光時間；其中，最佳曝光時間標(biāo)記為topt，
在本發(fā)明中，通過利用熵值最大化方法來選取最佳曝光時間，不僅使得獲取的各幀原始圖像在圖像細節(jié)方面實現(xiàn)了互補，同時使得高動態(tài)范圍成像能夠根據(jù)所觀測場景對應(yīng)各幀原始圖像的熵值進行自適應(yīng)曝光調(diào)節(jié)。當(dāng)觀測場景的反射屬性發(fā)生變化時，通過自適應(yīng)曝光調(diào)節(jié)，選取不同的曝光時間，在實現(xiàn)高動態(tài)范圍擴展的同時，保留了真實觀測場景的大量細節(jié)，從而做到真正地還原真實世界。
在選取利用最佳曝光時間采集的各幀原始圖像之后，需要利用該圖像中的信息融合一幅新的高動態(tài)范圍圖像，以恢復(fù)出觀測場景的真實色彩和細節(jié)。
步驟2，采用相機響應(yīng)曲線標(biāo)定方法預(yù)先設(shè)定相機響應(yīng)曲線，建立每幀原始圖像亮度與對應(yīng)曝光時間之間的查找表，并通過擬合曝光時間和相機曝光值之間的二維曲線最終獲得相機響應(yīng)曲線；采用顏色校正處理方法針對所述每幀原始圖像做顏色校正處理；其中，具體地，預(yù)先設(shè)定相機響應(yīng)曲線的過程包括步驟c1至步驟c3：
步驟c1，設(shè)定任一幀原始圖像的平均亮度與快門速度之間存在線性對應(yīng)關(guān)系；其中，線性對應(yīng)關(guān)系表示為：i＝h(δt)；i為所設(shè)定一幀原始圖像的平均亮度值，δt為相機的快門速度；
步驟c2，構(gòu)建擬合模型，對原始圖像的平均亮度進行多項式擬合處理；其中，構(gòu)建的擬合模型如下所示：
其中，a、b、c和d為擬合模型中的參數(shù)常量，由數(shù)字照相機預(yù)先設(shè)置；h-1(·)表示逆反運算；
步驟c3，根據(jù)相機光圈值和快門速度之間的關(guān)系，得到原始圖像的像素值；其中，原始圖像的像素值標(biāo)記為ev：
原始圖像的像素值可以表示為相機光圈值av與原始圖像中的像素值ev之間的函數(shù)關(guān)系形式。此處所采用的相機響應(yīng)曲線的設(shè)定過程有效地解決了傳統(tǒng)方法計算量龐大、計算時間消耗嚴(yán)重的問題，該方法在恢復(fù)出相機響應(yīng)曲線方面用時少、計算簡便，有利于高動態(tài)成像技術(shù)的實際應(yīng)用?；谠摲椒ǖ玫降南鄼C響應(yīng)曲線，經(jīng)融合后的高動態(tài)場景圖像在色彩和細節(jié)方面更加豐富，圖像質(zhì)量更接近真實世界。
具體地，本實施例中的顏色校正處理方法采用三點法校正方法；三點法校正方法包括如下步驟d1至步驟d3：
步驟d1，針對獲取的彩色的原始圖像，保持彩色的原始圖像的綠色通道不變化；
步驟d2，通過分別選取彩色的原始圖像中具有不同亮度的三個像素點，以重新擬合圖像中的紅色通道和藍色通道；
步驟d3，建立三通道查找表，從而以重新擬合后的紅色通道和藍色通道對應(yīng)地替換原始圖像的紅色通道和藍色通道。三通道是指紅色通道、藍牙通道和綠色通道。其中，重新擬合圖像中紅色通道和藍色通道包括步驟e1和步驟e2：
步驟e1，針對獲取的彩色的原始圖像，分別選擇具有不同亮度的三個像素點；其中，具有不同亮度的三個像素點分別標(biāo)記為p1[r1，g1，b1]、p2[r2，g2，b2]和p3[r3，g3，b3]；
步驟e2，針對獲取的彩色的原始圖像，利用三個像素點的rgb三通道，分別建立新的三通道查找表，以替代原始圖像的rgb三通道值：其中，rgb三通道包括紅色通道、綠色通道和藍色通道；
建立r-g查找表替代原始圖像的紅色通道，使用[0，0]、[r3，g3]、[r2，g2]、[r1，g1]以及[255，255]這五個點做3階擬合并擬合出256個點，通過該256個點建立查找表，用新的r-g值代替原始圖像的紅色通道值；此處所指的原始圖像即為獲取的彩色的原始圖像；
建立b-g查找表替代原始圖像的藍色通道，使用[0，0]、[b3，g3]、[b2，g2]、[b1，g1]以及[255，255]這五個點做3階擬合并擬合出256個點，通過該256個點建立查找表，用新的b-g值代替原始圖像的藍色通道值；3階擬合方法屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不過多贅述；
綠色通道使用等差數(shù)列{[0，0],[1，1],[2，2]……[255，255]}，不改變原始圖像的綠色通道顏色值。
本發(fā)明采用三點擬合顏色校正方法，可以消除相機固有的顏色偏差，恢復(fù)出自然世界中的真實色彩，而且實時輸出，不影響相機采圖頻率。本發(fā)明所采用的三點擬合顏色校正方法是具有運算簡便，可多次計算，可控制圖像整體亮度和色彩飽和度，是消除相機固定色差有效的手段。
通過本發(fā)明方法所建立的三通道查找表，將原有圖像中的rgb三通道值改變?yōu)樾碌臄M合后的圖像顏色值，擬合后的新圖像中的rgb三通道值具有了新的數(shù)值，從而將有效地消除原有圖像的色差，恢復(fù)出真實世界中的顏色。
步驟3，針對各通道采用自適應(yīng)方法設(shè)定對應(yīng)每幀原始圖像融合時的權(quán)重系數(shù)，避免噪點被融合進后續(xù)所輸出的圖像；其中，各通道對應(yīng)的權(quán)值系數(shù)獨立于相機響應(yīng)曲線；
其中，針對各通道采用自適應(yīng)方法設(shè)定對應(yīng)融合時的權(quán)重系數(shù)過程為：在高斯函數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合相機曝光敏感階數(shù)，設(shè)計與相機響應(yīng)曲線獨立的通道之間的權(quán)重系數(shù)，將圖像過曝的像素點弱化，同時增強曝光不足的像素點，使得實現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的融合更為自然，有利于消除重影、減少光暈效應(yīng)。
具體地，針對需要融合的多幀原始圖像中，設(shè)定原始圖像的總幀數(shù)為x，第x幀原始圖像在融合時的權(quán)重系數(shù)標(biāo)記為wx：
其中，zmax為所述x幀原始圖像中像素最高亮度值，zx代表第x幀原始圖像中像素亮度值，f(·)為相機響應(yīng)函數(shù)，evx表示第x幀原始圖像的圖像像素值，δt表示相機的快門速度；x表示所述需要融合的原始圖像的總幀數(shù)；a、b、c和d為所述擬合模型中的參數(shù)常量，由數(shù)字照相機預(yù)先設(shè)置；
步驟4，利用已經(jīng)標(biāo)定好的相機響應(yīng)曲線設(shè)置圖像融合方法，以針對相同場景的多幀不同曝光時間的原始圖像進行融合，實現(xiàn)擴展動態(tài)范圍；具體地，本實施例中針對相同場景中的多幀不同曝光時間的圖像融合過程包括步驟4-1至步驟4-2：
步驟4-1，在各幀原始圖像的像素值和曝光時間已知的情況下，利用相機響應(yīng)曲線獲得每一幀原始圖像中每一個像素點所對應(yīng)的場景光譜強度；
步驟4-2，構(gòu)建自適應(yīng)曝光系數(shù)的權(quán)重方程，將三幀具有不同光譜強度的原始圖像進行融合，并采用16比特的浮點數(shù)據(jù)還原真實世界的光譜，以重新生成一張反映真實世界光譜的圖像；
步驟5，采用混合濾波方法對各幀原始圖像做降噪處理，通過利用色調(diào)映射方法并采用16比特浮點數(shù)據(jù)表征各幀原始圖像中的每一個像素點，從而準(zhǔn)確顯示所融合后的高動態(tài)范圍圖像。具體地，采用混合濾波方法對各圖像做降噪處理的過程包括步驟5-1至步驟5-3：
步驟5-1，采用局部窗口檢測方法，對目標(biāo)點周圍3×3的區(qū)域內(nèi)除目標(biāo)點外的周圍8個鄰域點進行加權(quán)處理；
步驟5-2，如果局部窗口中心點的亮度值與周圍領(lǐng)域8個鄰域點的亮度均值之差大于預(yù)設(shè)閾值，則確定該局部窗口中心點為噪點；其中，
步驟5-3，預(yù)設(shè)兩個濾波閾值并設(shè)定濾波原則，獲取局部窗口中心點的濾波值，并采用自動校正方法在當(dāng)前局部窗口中確定兩個濾波閾值后，根據(jù)濾波原則進行濾波判定處理：
如果局部窗口中心點的濾波值處于兩個濾波閾值之間，則對該局部窗口中心點進行濾波；否則，該局部窗口中心點不需要進行濾波；局部窗口中心點的濾波值計算如下：
所述濾波原則設(shè)置如下：
th1∈(0.0003,0.0031)，th2∈(0.0003,0.0031)；
其中，nacf為局部窗口中心點的濾波值，k表示局部窗口的移動距離值，px(t)表示第t個點的亮度值，px(t+k)表示第t個點隨局部窗口移動距離k后所對應(yīng)位置的亮度值；th1表示預(yù)設(shè)的第一個濾波閾值，th2表示預(yù)設(shè)的第二個濾波閾值，medianfilter表示濾波處理。
具體地，本實施例中的色調(diào)映射方法包括：將16比特的浮點數(shù)據(jù)集映射到8比特的數(shù)據(jù)集中；該色調(diào)映射方法采用局部映射方法或全局映射方法，并同時采用亮度調(diào)節(jié)方式或飽和度調(diào)節(jié)方式或?qū)Ρ榷日{(diào)節(jié)方式或細節(jié)調(diào)節(jié)方式的圖像質(zhì)量調(diào)節(jié)方式，以調(diào)節(jié)輸出圖像的質(zhì)量。
盡管以上詳細地描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是應(yīng)該清楚地理解，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。