一种基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法技术

本发明专利技术公开一种基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法，包括：采集同一场景下不同曝光度的Q幅图像，将所述Q幅图像按照曝光度由小到大排列，依次获取相邻图像的初次校正的曝光度比R

A photometric calibration method based on polynomial camera response function and vignetting compensation

【技术实现步骤摘要】
一种基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法
本专利技术涉及图像处理
，更具体的是，本专利技术涉及基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法。
技术介绍
光度标定将随着视觉技术的发展显现出更大的优势，在图像建模和绘制、图像拼接、图像处理中会有巨大的实用价值。普通成像系统会因为光照变化的原因很难反应出真实场景与图像之间的亮度关系，又因为光学镜头的影响产生渐晕效应更使其关系变得复杂。S.Mann和R.W.Picard于1995年提出了基于交叉直方图的相机响应函数标定算法，为相机响应函数做出标准规定。DebevecandMalik于1997年提出的基于最小二乘的相机响应函数标定算法，作为领域内的经典算法，在标定算法上具有不俗的地位，并作为了许多标定算法的基础而占据一席之地。M.D.Grossberg和S.K.Nayar于2002年提出基于直方图取样的相机响应函数标定算法，该算法通过对直方图的百分位进行配合来获得相机响应方程，同时他们又在2004年通过对相机响应函数的共同特征以及必须满足的约束条件进行分析，才为响应函数创造了理论的空间。章卫祥等人于2006年在Mitsunaga和Nayar提出的多项式模型的基础上，增加了响应函数的初始限制条件，也就是图像亮度为0的情况下，实际场景亮度也应为0。然而其迭代条件对算法收敛效果并不好。
技术实现思路
本专利技术设计开发了一种基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法，通过误差函数获取相机响应函数的校正系数，并更新曝光度比进行算法迭代，获取最优相机响应函数，并结合渐晕效应补偿进行光度标定，使得光度标定更完整和稳定，成像更加真实自然。本专利技术提供的技术方案为：一种基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法，包括：采集同一场景下不同曝光度的Q幅图像，将所述Q幅图像按照曝光度由小到大排列，依次获取相邻图像的初次校正的曝光度比Rq1，得到初次校正的曝光度比矩阵并获取图像的初次校正的亮度误差ε1：式中，Gq是第q幅图像的灰度值，cn1是第n项的初次校正系数，N是阶次；根据图像的初次校正的亮度误差对初次校正系数的导数获取初次校正系数C1＝[c01,c11,...,cn1,...,cN1]；根据初次校正系数获取第二次校正的曝光度比矩阵并获取图像的第二次校正的亮度误差ε2：其中，式中，Rq2为相邻图像的第二次校正的曝光度比；根据图像的第二次校正的亮度误差对第二次校正系数的导数获取第二次校正系数C2＝[c02,c22,...,cn2,...,cN2]；依次循环，直至εk+1≥εk，输出第k次校正系数Ck＝[c0k,c2k,...,cnk,...,cNk]；得到相机图像响应函数：式中，I是实际场景亮度，f(G)是相机图像响应函数，G是图像灰度值；获取相机图像的光度标定函数：G'＝f(G)·S(G)；式中，G'为相机图像的光度标定函数，S(G)为图像的渐晕效应补偿系数。优选的是，相机图像的标定通过对图像上的每一个像素点进行标定来实现：式中，(xp,yp)为图像中第p个像素点的位置，Gp为第p个像素点的灰度值，为第p个像素点的响应函数，为第p个像素点的渐晕效应补偿系数。优选的是，所述图像的初次校正的亮度误差ε1为：式中，P是第Q幅图像的像素点个数，Gp,q为第q幅图像第p个像素点的灰度值。优选的是，所述相邻图像的第二次校正的曝光度比Rq2为：优选的是，所述相邻图像的初次校正的曝光度比Rq1为：式中，tq为第Q幅图像的曝光时间。优选的是，将所述Q幅图像按照曝光度由小到大排列之前，将所述Q幅图像转换为灰度图像。优选的是，还包括：在获取图像的初次校正的亮度误差之前，对图像上的像素点的灰度值进行规格化，使得Imax＝f(G＝1)；其中，Imax为实际场景的最大亮度。优选的是，所述初次校正系数C1＝[c01,c11,...,cn1,...,cN1]的获得通过：优选的是，所述第p个像素点的渐晕效应补偿系数为：式中，z为相机焦距。优选的是，c01＝c02＝...＝cok＝0。本专利技术所述的有益效果：本专利技术设计开发了基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法，通过误差函数获取相机响应函数的校正系数，并更新曝光度比进行算法迭代，获取最优相机响应函数，并结合渐晕效应补偿进行光度标定，使得光度标定更完整和稳定，成像更加真实自然。附图说明图1是本专利技术所述相机响应函数的标定流程图。图2是本专利技术所述渐晕效应补偿系数的标定流程图。图3是本专利技术所述光度标定函数的标定流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。由于实际场景的辐照值范围大到一个亿，而图像亮度值范围仅有256个亮度级，所以实际场景与图像之间的亮度关系是非常复杂的，大部分是非线性关系，而为了得到更接近与真实场景的图像，就需要对相机响应函数进行标定。光度标定实验需要用到可处理的图片数据，即可以使用相机获取多幅图片，并使用程序将图片数据读取并储存于计算机中，以供后续程序处理图片数据；图片数据一般为二维矩阵形式，每一数据单元代表图像每一像素点光亮度，光度标定校正即对像素点亮度校正。本专利技术提供一种基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法，包括：建立相机响应函数：式中，I是实际场景亮度，f(G)是相机图像响应函数，G是图像灰度值，cn是多项式系数，N是多项式阶次。采集同一场景下不同曝光度的Q幅图像，并转化为灰度图像，将Q幅图像按照曝光度由小到大排列，依次获取相邻图像的初次校正的曝光度比Rq1，得到初次校正的曝光度比矩阵在不改变相机参数的情况下改变曝光时间得到多张图像(参数相同的情况下，曝光度比通过曝光时间比获得)，并且排序图像使曝光时间tq＜tq+1，求曝光比使得0＜Rq1＜1，Q是图像的数量，P为每张图像像素点数量(Q幅图像中每幅图像的像素点数量和对应位置相同)。并获取图像的初次校正的亮度误差ε1：式中，Gq是第q幅图像的灰度值，cn1是第n项的初次校正系数，N是阶次；进一步根据每个像素点的灰度值获取图像的初次校正的亮度误差ε1：式中，P是图像的像素点个数，Gp,q为第q幅图像第p个像素点的灰度值。根据图像的初次校正的亮度误差对初次校正系数的导数获取初次校正系数C1＝[c01,c11,...,cn1,...,cN1]；即通过下式获得。根据初次校正系数获取第二次校正的曝光度比矩阵即：式中，Rq2为相邻图像的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法，其特征在于，包括：/n采集同一场景下不同曝光度的Q幅图像，将所述Q幅图像按照曝光度由小到大排列，依次获取相邻图像的初次校正的曝光度比R

【技术特征摘要】
1.一种基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法，其特征在于，包括：
采集同一场景下不同曝光度的Q幅图像，将所述Q幅图像按照曝光度由小到大排列，依次获取相邻图像的初次校正的曝光度比Rq1，得到初次校正的曝光度比矩阵并获取图像的初次校正的亮度误差ε1：



式中，Gq是第q幅图像的灰度值，cn1是第n项的初次校正系数，N是阶次；
根据图像的初次校正的亮度误差对初次校正系数的导数获取初次校正系数C1＝[c01,c11,...,cn1,...,cN1]；
根据初次校正系数获取第二次校正的曝光度比矩阵RR2＝[R12,R22,...,Rq2,...R(Q-1)2]，并获取图像的第二次校正的亮度误差ε2：



其中，
式中，Rq2为相邻图像的第二次校正的曝光度比；
根据图像的第二次校正的亮度误差对第二次校正系数的导数获取第二次校正系数C2＝[c02,c22,…,cn2,…,cN2]；
依次循环，直至εk+1≥εk，输出第k次校正系数Ck＝[c0k,c2k,...,cnk,...,cNk]；
得到相机图像响应函数：



式中，I是实际场景亮度，f(G)是相机图像响应函数，G是图像灰度值；
获取相机图像的光度标定函数：
G'＝f(G)·S(G)；
式中，G'为相机图像的光度标定函数，S(G)为图像的渐晕效应补偿系数。


2.如权利要求1所述的基于多项式相机响应函数与渐晕效应补偿的光度标定方法，其特征在于，相机图像的标定通过对图像上的每一个像素点进行标定来实现：






式中，(xp,yp)为图像中第p个像素点的位置，Gp为第p个像素点的灰度值，为第p个像素点的响应函数，为第p个像素点的渐晕效应补偿系数。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：周海波，张好鑫，程纪晟，刘振忠，孙国庆，王桂莲，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12