使用 Exposure Fusion 的影像合成

簡短描述

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

預設平台: mE5-MA-VCL

簡短說明

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, 且全圖範圍內均無過曝或欠曝的 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,它並不會擴展所獲取影像的亮度動態範圍。曝光融合僅是從 一組影像中擷取最佳部分,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。 生成的影像品質略遜於 HDRI 演算法。以下將介紹 實作於 「ExposureFusion.vad」中的曝光融合演算法。

Theory of Exposure Fusion

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。


這裡 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 並用以衡量該像素的曝光程度。 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現。 在式()中, 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 中的實作

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 基本配置下,來自 RGB 攝影機的一組影像序列會根據 方程式44中所述的 演算法,合併為一張結果影像,該演算法載於 HierachicalBox ExposureFusion中的方程式 44 所列之 演算法進行處理。 為進行模擬,請將最多 16 張、最大尺寸為 1024x1024 像素的影像載入至模擬來源 TestImages中。 影像的曝光時間順序並不重要!中。 影像的順序與其曝光時間無關! 透過「右鍵點擊」方塊 ExposureFusion 方塊上,可設定影像序列長度及輸入影像的尺寸。影像數量上限 為 16 張,影像最大尺寸為 1024x1024 像素。輸出影像將透過 DMA 傳送至電腦。在圖359中 HierarchicalBox ExposureFusion 的內容。

HierarchicalBox ExposureFusion 的內容

圖 359. HierarchicalBox 的ExposureFusion內容


盒內 ImageSequence 該序列中的影像會合併成一張大圖。位於位置 從圖片中可見,這些元素被定位為相鄰元素。在方框中 影像合成 根據式(1)的曝光融合演算法。 44 已實作。 您可參閱圖中其內容。 360.

HierarchicalBox 的 ImageComposition 內容

圖 360. HierarchicalBox 的ImageComposition內容


原包裝內 Weight 加權函數 (參見等式……) 45) 根據像素值的變化,針對每個色彩成分皆已實作此功能。您可以查看方框中的內容 Weight 如圖 361.

HierarchicalBox 權重內容

圖 361. HierarchicalBox的權重內容


來自各區塊的各色成分權重函數 Red, 綠色 進行明確的生命週期管理即呼叫 Blue 根據式(...),可將其求和。 45. 如圖所示。 362 您可以看到加權函數 指紅色。

HierarchicalBox 的內容 方框內的紅色 權重

圖 362. HierarchicalBox 的內容:方框內的紅色 內容,權重


當像素值低於 127 時,該函數呈線性關係。當像素值介於 128 至 255 之間時, 設定為 127。 查表運算子 LUT_權重 讓使用者能輕鬆地根據自身需求調整加權函數。此外,透過變更以下參數, ClipHigh 進行明確的生命週期管理即呼叫 CastBitWidth 運算子(甚至刪除它們)能讓使用者擁有這種可能性。回到方框的內容 影像合成. 根據下式,44 像素值 因為紅色、綠色和藍色的色彩成分會 乘以權重函數 並以一個恆量 Const 方框中的數值為 3 Red, 綠色 進行明確的生命週期管理即呼叫 Blue。您可以查看方塊的內容 Red 如圖 363.

HierarchicalBox 中的內容,位於紅色方框內的 ImageComposition

圖 363. 位於ImageComposition方框內的 HierarchicalBoxRed的內容


這裡 對所有圖像進行求和。 然後 除以 根據方程式 45. 最後,將各色成分合併在一起(參見圖 360),並將輸出影像傳送至電腦。 如圖所示。 364 您可以在圖中看到 5 張範例輸入影像及其對應的結果影像。 365. 生成的影像中沒有曝光不足或曝光過度的像素,且 細節得以保留。

具有不同曝光時間的輸入影像範例

圖 364. 具有不同曝光時間的輸入影像範例


5 張範例輸入影像經曝光融合後的結果影像

圖 365. 5 張範例輸入影像經曝光融合後的結果影像