VisualApplets
基礎與範例

像素值 在具有像素座標 和 的影像 i 中，可以表示為輻照度值的函數 以及 Exposure Time :

當我們定義 則得出：

其中我們稱 為響應曲線。 它將 Exposure Time 的像素值 與場景輻照度 . 關聯起來， 假設每個像素皆為常數。 在已知 和 , 的情況下，可以使用奇異值分解 方法計算 [Deb97]。 現在可以使用下列運算式建立 HDR 影像 [Deb97]：

其中 是 產生的 HDR 影像中像素 x,y 處的對數輻照度值（底數為 ）。對於彩色影像， 是紅、綠 與藍色值 (rs, gs, bs), 和 )。 亦即， 方程式 34 必須分別針對紅、綠與藍色值進行計算。 是曝光次數。 在 方程式 34 是一個加權函數：

用於拍攝具有極寬亮度範圍（包含極暗與極亮物體）之場景的 HDR/LDR 演算法已在 VisualApplets 中實作，適用於 灰階（「HDR_CRC_Gray.vad」）、Bayer（「HDR_CRC_Bayer.vad」）與彩色（「HDR_CRC_Color.vad」）相機影像。 系統會將影像傳輸至 PC，讓場景中的每個物體皆能妥善顯示。 圖 347 顯示了設計「HDR_CRC_Bayer.vad」的基本結構。所有範例皆遵循相同的原則。 對於 Bayer 格式的 Raw 影像，每個影像像素的紅、綠、藍值會在 HierarchicalBox Bayer 中透過 Bayer5x5Linear 運算子進行計算。此 Box 僅包含於範例「HDR_CRC_Bayer.vad」中。 在 Box ImageSequence 中，會緩衝處理三個影像的序列。為了進行 HDR-LDR 處理，這三個影像應具有三種不同的 Exposure Time。 選擇 Exposure Time 時，應確保曝光序列中的每個影像至少有一個像素既未欠曝也未過曝。 您可以在 HierarchicalBox Trigger 中使用運算子 SignalWidth width1 至 width3 來設定這些時間（請參見圖 348）。 請注意，時間刻度是以 8 ns 為單位的系統時脈週期。Generate-Period 運算子的設定值必須大於運算子 SignalWidth width1 至 width3 中最長的時間。此外，請參閱相機手冊中有關運算子 Generate-Period 之最小週期長度的說明。 這三個影像會根據上述 Debevec 與 Malik [Deb97] 的 HDR 演算法進行結合。此演算法實作於 HierarchicalBox HDR（圖 347）中。灰階、Bayer 與彩色影像的實作方式皆相同。 LDR 演算法實作於 LDR 中。彩色/Bayer 影像與灰階影像的實作方式有所不同（請參閱章節 與 ）。所得 RGB 影像的顏色會在 HierarchicalBox OutputToPC 中進行合併。此 Box 不存在於範例「HDR_CRC_Gray.vad」中。 SourceSelector 運算子提供選項，可選擇 DMA 傳輸已處理的 HDR-LDR 影像或 （經過 Bayer Demosaicing 的）相機影像。

在圖 349 中，您可以看到 HierarchicalBox 的內容 HDR。對於緩衝影像序列的三個影像，分子和分母的相加項 與分母 的成員 方程式 34 是針對第一到第三個影像（HierarchicalBox Image1 設定為 Image3）分別針對紅色、綠色與藍色進行計算。

在圖 350 您可以看到以影像 1 的紅色為例進行的此項計算（在 HierarchicalBox 中 Red 在 box 中 Image1）。所有影像的所有顏色均以相同方式處理。相機響應曲線（CRC） 的對數值會透過 HierarchicalBox 中的 Lookup Table 指定給（紅/綠/藍）像素值 over127 如果像素值大於 127 或位於 Box underequal127 如果像素值小於或等於 127。這些 Lookup Table 的內容 gO127 和 g_ueq_127 可用 於紅色、綠色與藍色的色彩計算，這些計算可使用位於 \examples\Processing\Advanced\HighDynamicRange\ 下的 Matlab 程式模組「HDR_CRC.m」、「sample.m」與「gsolve.m」來執行，它們 基於 Debevec 與 Malik [Deb97] 的程式碼，並部分參考自 M. Eitz [Eit07] 的範例。 請閱讀「HDR_CRC.m」中的簡短手冊，以取得有關如何使用該程式碼的進一步指示。 使用 CONST 運算子 LNdt1 （以及對應的 LNdt2 和 LNdt3 適用於影像 2 與 3） 可設定 Exposure Time 的對數值（以 e 為底）。請注意，此值必須乘以 由於有 16 個小數位元。對應的時間基礎可以透過參數選擇 LNTimeBase。值 , 或 將時間刻度設定為秒、毫秒或微秒。在查找表中 weight 的內容，如圖 350 的加權函數 方程式 35 已實作。使用 Matlab 程式模組 "HDR_CRC.m"、"sample.m" 和 "Weight.m" 可以建立加權表 "Weights.txt"。請同時閱讀 "HDR_CRC.m"（或灰階影像的 "HDR_CRC_Gray.m"）中的簡易手冊以取得進一步說明。HierarchicalBox 的最終輸出 Red （以及對應的 綠色 和 Blue）在方塊中 Image1 （以及對應的 Image2 和 Image3）然後是 和 .

回到圖 349 作為方塊的內容 HDR。HDR 色彩元件對數值的計算 , 和 根據 方程式 34 是在方塊中執行 Red, 綠色 和 Blue。此處實作了分子所有元件的加總 以及分母 值與最終除法運算（例如請參閱圖 351 中的紅色）。

方塊 Lw 的內容，如圖 349 包含 HDR 色彩值的計算 , 和 透過對數值進行計算。 指數函數是透過查詢表格來實作的。接著，相對「世界」亮度 "Lw" 會根據 以下公式從 HDR 色彩分量中計算得出 方程式 38。 其平均值根據 方程式 39 是在方塊 Lw_d 在模組 LDR （請參閱基本設計結構圖 347）。 LDR 的完整內容如圖 352.

模組 Ls 包含根據以下公式計算縮放亮度 方程式 37 作為相對「世界」亮度与其平均值的除法，並乘以「亮度參數」 a。透過變更此參數值，您可以改變最終處理影像的亮度。您可以在 VA 設計的註解方塊中找到此參數的適當值，或者如果您深入了解，可以在 [Rei02]。 LDR_Luminance 計算 LDR 亮度根據 方程式 36。此值最終會與 HierarchicalBox 的輸出相乘 HDRColor , 和 針對紅色、綠色和藍色色彩分量分別進行處理。結果隨即成為處理後輸出影像的 LDR 紅色、綠色和藍色色彩分量 [Fat02]。 HierarchicalBox 的內容 LDR 針對灰階影像的內容如圖 353.

在 HierarchicalBox Exp_Ln 是根據 其對數值計算得出 作為 HDR 處理的結果 (方程式 34)。 在 box 中 SQRT 根據該節中的演算法擷取平方根 。結果除以自身 加上 。此值 以及隨之而來的輸出影像亮度可以使用 operator 進行設定 ShiftLeft_Brightness.