使用曝光融合進行影像合成

簡要說明

檔案: \examples\Processing\HDR_ImageComposition\ExposureFusion\ExposureFusion.vad

預設平台: mE5-MA-VCL

短說明

將最多 16 張具有不同曝光時間的影像合成至一張影像中,使整張影像呈現細部與對比, 且不出現過曝或欠曝的 像素。 此範例是高動態範圍成像(HDR)的一種簡易替代方案。

曝光融合是將曝光時間不同的影像合併為一張影像的技術。在生成的影像中,既可避免曝光不足與曝光過度的 像素,又能 完整保留細節。 曝光融合的目標與高動態範圍成像(參見 及 )相似,但與 該方法不同的是,它並未擴展所拍攝影像的亮度動態範圍。曝光融合僅是從 一組影像序列中擷取最佳部分,並將其合併為 一張結果影像。 對使用者而言,曝光融合較易操作,因為使用者無需知曉 所獲取影像的曝光時間。 所得影像的品質略遜於 HDRI 演算法。以下將介紹 實作於 「ExposureFusion.vad」中的曝光融合演算法。

曝光融合理論

根據 [Mer07] 將長度為 N 的影像序列中的影像 透過加權混合,合成一張結果影像 :

方程式 44。


此處 是各色成分 紅、綠和藍的權重 位於位置 的像素 在該序列的第 k 張圖像中,其中

方程式 45。


是一個加權函數,其取值取決於 位於該位置的像素值 並用以衡量此像素的曝光程度。 在「ExposureFusion.vad」中 在像素值為 127 之前,這是一個線性函數。對於像素值介於 128 至 255 之間的情況, 設定為 127。 根據需求,使用者可輕鬆變更此加權函數,詳情請參閱第 例如,根據 [Mer07]. Quality 諸如對比度或飽和度等參數(參見 [Mer07]) 未在此參考設計中實作。 在式 ( 45 分母中對紅、綠、藍三種色彩成分的求和,可避免一個像素 在生成的影像中,原始 影像的色彩資訊會遺失。

在 VisualApplets 中實作

圖358顯示了「ExposureFusion.vad」的基本設計結構。

「ExposureFusion.vad」的基本設計架構

圖 358. 「ExposureFusion.vad」的基本設計結構


在 Camera link base 組態中,RGB 相機序列的影像會根據 HierarchicalBox ExposureFusion 中方程式 44 的演算法組合成一個結果影像。 出於模擬目的,請將最多 16 張、最大尺寸為 1024x1024 像素的影像載入到模擬來源 TestImages。 影像相對於其 Exposure Time 的順序並不重要! 透過在方塊 ExposureFusion 上按一下滑鼠右鍵,您可以設定輸入影像的影像序列長度與影像尺寸。影像的最大數量 為 16 張,最大影像尺寸為 1024x1024 像素。輸出影像透過 DMA 傳送至 PC。圖 359 顯示了 HierarchicalBox ExposureFusion 的內容。

HierarchicalBox ExposureFusion 的內容

圖 359. HierarchicalBox ExposureFusion 的內容


盒內 ImageSequence 序列中的影像會組合成一張大影像。位於位置 的影像像素會作為相鄰像素排列。在方塊 ImageComposition 中,實作了根據方程式 44 的曝光融合演算法。 您可以在圖 360.

中看到其內容

圖 360. HierarchicalBox ImageComposition 的內容


在方塊 重量 中,針對每個色彩分量實作了 權重函數 45(請參見方程式)。您可以看到方塊的內容 重量 的內容,如圖 361.

HierarchicalBox Weight 的內容

圖 361. HierarchicalBox Weight 的內容


來自方塊的各色彩分量權重函數 Red, 綠色 和 Blue 會根據方程式 45進行加總。 在圖 362 中,您可以看到紅色 的權重函數

Weight 方塊中的 HierarchicalBox Red 內容

圖 362. 位於 Weight 框內的 HierarchicalBox Red 內容


像素值最高至 127 時,該函數為線性。從像素值 128 到 255, 設為 127。 Lookup Table 運算子 LUT_Weights 允許使用者輕鬆調整權重函數以符合其需求。此外,變更 ClipHigh 和 CastBitWidth 運算子的參數(甚至刪除它們)也能讓使用者實現此目的。回到框 ImageComposition的內容。在此處,根據方程式44 紅色、綠色和藍色等色彩分量的像素值 會乘以權重函數 以及常數 Const (值為 3,位於框 Red, 綠色 和 Blue。您可以查看方塊 Red 的內容,如圖 363.

ImageComposition 框內的 HierarchicalBox Red 內容

圖 363. 位於 ImageComposition 框內的 HierarchicalBox Red 內容


此處 會針對所有影像進行加總。 然後會 除以 根據公式 45。最後,將色彩分量合併(見圖 360) 並將輸出影像傳送至 PC。在圖 364 中,您可以看到 5 張輸入影像範例以及圖 365中的結果影像。結果影像沒有曝光不足與過度曝光的像素, 且細節得以保留。

具備不同 Exposure Time 的輸入影像範例

圖 364. 具備不同 Exposure Time 的輸入影像範例


5 張輸入影像範例在進行曝光融合後的結果影像

圖 365. 5 張輸入影像範例在進行曝光融合後的結果影像