專(zhuān)利名稱(chēng)：相機(jī)伽馬校正曲線提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，特別是涉及一種可減少暗電平影響的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法。
背景技術(shù)：
在圖像信號(hào)處理器流水線中使用伽馬校正最初的原因是為了校正顯示設(shè)備的顯示亮度和輸入值之間的非線性。通常PC系統(tǒng)的顯示器使用的伽馬值為2. 2，，即歸一化后的輸入值X和輸出亮度y存在
y = x22的非線性關(guān)系。因此為了在顯示器上獲取跟被拍攝場(chǎng)景中一樣的明暗關(guān)系，需要
在輸入顯示器的數(shù)值上預(yù)先做一個(gè)逆向的非線性操作，即做一次伽馬值為0. 45的變換 (0. 45x2. 2≈1)。因?yàn)橛?jì)算中需要用到指數(shù)操作，不利于硬件實(shí)現(xiàn)，因此常用的方法是采用 LUT查找表內(nèi)插近似實(shí)現(xiàn)伽馬校正的效果。當(dāng)然，實(shí)際上為了讓處理得到的圖片具有更為類(lèi)似膠片風(fēng)格的畫(huà)質(zhì)，使用的校正曲線的形狀與簡(jiǎn)單的伽馬值為0.45的曲線有較大的區(qū)別。膠片自身的響應(yīng)曲線往往更為復(fù)雜，即在曲線的兩頭上存在所謂的toe和shoulder，類(lèi)似一個(gè)橫向拉長(zhǎng)的S字母，如圖1 所示。在相機(jī)的圖像信號(hào)處理過(guò)程中，對(duì)伽馬校正曲線的一些微調(diào)往往能極大地改變圖像的外觀和風(fēng)格，使圖像中暗區(qū)域、中性區(qū)域和高亮區(qū)的細(xì)節(jié)得到不同程度的表達(dá)，因此存在著提取某個(gè)使用者喜歡的相機(jī)未知的伽馬校正響應(yīng)曲線的要求。同時(shí)，在一些相機(jī)評(píng)價(jià)測(cè)試軟件中也存在著類(lèi)似的功能，如Imatest中的DR測(cè)試模塊即可以用來(lái)測(cè)試相機(jī)的伽馬校正響應(yīng)曲線。它通過(guò)使用相機(jī)拍攝一個(gè)具有多個(gè)連續(xù)變化已知反射率的標(biāo)靶(如Kodak Q13/Q14)來(lái)測(cè)試得到相機(jī)的伽馬校正響應(yīng)曲線。但是 Imatest在測(cè)試中并沒(méi)有考慮相機(jī)暗電平對(duì)測(cè)試帶來(lái)的影響，響應(yīng)曲線的暗區(qū)特別容易受到暗電平的影響，因此測(cè)試得到的曲線誤差較大。由于常用的Q13/Q14為反射式標(biāo)靶，動(dòng)態(tài)范圍只有6. 7個(gè)stop左右，遠(yuǎn)小于相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍10 Stop左右，因此為了測(cè)量響應(yīng)曲線，通常采用的做法是以一定的間隔改變曝光時(shí)間(如以2倍即+IEV的間隔)多次曝光得到多張標(biāo)靶的圖像。如圖2所示，al、a2、a3對(duì)應(yīng)的橫軸位置為預(yù)期中標(biāo)靶中某個(gè)已知反射率小塊在某一次或某幾次曝光中的曝光量。但是由于傳感器暗電平的存在，實(shí)際的曝光量需要加上未知暗電平的影響，且暗電平的大小等比與曝光時(shí)間增長(zhǎng)。bl、b2、b3為曝光時(shí)間1拍攝中由于暗電平的影響實(shí)際曝光量；cl、c2、c3為曝光時(shí)間2拍攝中由于暗電平的影響實(shí)際曝光量 (顯然曝光時(shí)間1>曝光時(shí)間2)?？梢詮膱D中看到雖然b和c對(duì)應(yīng)的不同反射率小塊在不同的曝光下應(yīng)該具有相同的曝光量，但是實(shí)際上它們的輸出像素值具有不同的偏移量。所以如果將幾次曝光得到的曲線畫(huà)在一個(gè)坐標(biāo)系里面將得到圖3所示的結(jié)果，可以看到曲線并非是理論上連續(xù)光滑的一條曲線而是有很大的偏差，這將嚴(yán)重測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果根據(jù)Imatest軟件文檔中建議的使用動(dòng)態(tài)范圍在41個(gè)step (如MoufferT4110)的透射式標(biāo)靶做單次曝光測(cè)量，則可以避免圖3中的曲線不連續(xù)的問(wèn)題，但是根據(jù)上面的分析，使用單次拍攝也很難避免暗電平帶來(lái)的影響，并且使用透射式標(biāo)靶需要燈箱配合在全黑的環(huán)境內(nèi)測(cè)試，有時(shí)這些條件并沒(méi)有辦法完全滿足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中因暗電平對(duì)伽馬校正曲線精度的影響。為實(shí)現(xiàn)上述目的，實(shí)施本發(fā)明的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法包括如下步驟 步驟一在控制照明條件下拍攝不同曝光時(shí)間下的標(biāo)靶圖像；
步驟二 提取標(biāo)靶圖像中各已知反射率小塊的平均輸出像素值； 步驟三根據(jù)曝光時(shí)間和反射率的組合得到曝光量并與像素值組合在曝光量與像素值的坐標(biāo)系內(nèi)做出多條響應(yīng)曲線；
步驟四判斷所有響應(yīng)曲線是否已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域，如否則轉(zhuǎn)至步驟一； 步驟五如所有響應(yīng)曲線已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域，則根據(jù)曝光比例關(guān)系調(diào)整各條曲線需要補(bǔ)償?shù)陌惦娖街挡⑴袛嗨鼈兪欠裰睾?，如否則轉(zhuǎn)至步驟一； 步驟六如各條曲線重合，則擬合得到最后的響應(yīng)曲線和暗電平值。依據(jù)上述主要特征，步驟一中采用Q13/Q14標(biāo)靶，并且曝光時(shí)間長(zhǎng)度為2的倍數(shù)。依據(jù)上述主要特征，步驟四中判斷所有響應(yīng)曲線是否已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域是指確認(rèn)多條曲線的像素值范圍覆蓋0-255。依據(jù)上述主要特征，步驟四中曝光的張數(shù)和曝光量改變的比例需滿足在曲線的暗部，像素值保持在10以?xún)?nèi)，而在曲線的亮部，只有2-3點(diǎn)的像素值為255。依據(jù)上述主要特征，步驟六中還包括將重合后曲線的暗的一點(diǎn)外延到原點(diǎn)，并刪除多余的亮處飽和點(diǎn)。依據(jù)上述主要特征，步驟五中暗電平與曝光時(shí)間為線性關(guān)系。依據(jù)上述主要特征，步驟六還包括使用所有數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合得到最終伽馬曲線的解析表達(dá)式，通過(guò)該表達(dá)式做出任意精度的LUT查找表供硬件使用。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明通過(guò)在控制照明條件下拍攝不同曝光時(shí)間下的標(biāo)靶圖像，之后提取標(biāo)靶圖像中各已知反射率小塊的平均輸出像素值，并根據(jù)曝光時(shí)間和反射率的組合得到曝光量并與像素值組合在曝光量與像素值的坐標(biāo)系內(nèi)做出多條響應(yīng)曲線，最后根據(jù)曝光比例關(guān)系調(diào)整各條曲線需要補(bǔ)償?shù)陌惦娖街狄粤罡鳁l曲線重合，而得到最后的響應(yīng)曲線和暗電平值，如此減少甚至消除了暗電平的影響，降低了伽馬校正曲線擬合的難度并提高了精度，同時(shí)增強(qiáng)了測(cè)試方式的魯棒性并可以測(cè)試得到相機(jī)的殘余暗電平水平。


圖1為膠片風(fēng)格的曝光量/像素值響應(yīng)曲線。圖2為多次不同長(zhǎng)度曝光測(cè)試法的測(cè)試結(jié)果比較圖。圖3為多次曝光曲線的比較圖。圖4為實(shí)施本發(fā)明的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法的流程圖。圖5為找到一個(gè)合適的暗電平值并校正后的校正曲線族。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
進(jìn)行說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖4所示，實(shí)施本發(fā)明的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法的流程圖，該方法包括如下步驟
步驟400 以需要在控制照明條件下拍攝不同曝光時(shí)間下的標(biāo)靶圖像。其中控制照明條件是為了保證照射在標(biāo)靶表面上的光是均勻的，這樣反射率的關(guān)系才能正確的體現(xiàn)為曝光量的對(duì)比。同時(shí)將相機(jī)的光圈數(shù)提高，并將標(biāo)靶圖像位于視場(chǎng)中心以避免其過(guò)度占據(jù)視場(chǎng)以減少鏡頭暗角的影響。在具體實(shí)施時(shí)，采用動(dòng)態(tài)范圍較小的Q13/Q14標(biāo)靶，同時(shí)因?yàn)槌Ｓ玫臉?biāo)靶如Q14都是以l/3stop的關(guān)系增減反射率，因此曝光時(shí)間長(zhǎng)度比例可設(shè)定為2的倍數(shù)關(guān)系。步驟401 提取標(biāo)靶圖像中各已知反射率小塊的平均輸出像素值。步驟402 根據(jù)曝光時(shí)間和反射率的組合得到曝光量并與像素值組合在曝光量與像素值的坐標(biāo)系內(nèi)做出多條響應(yīng)曲線；
步驟403 判斷所有響應(yīng)曲線是否已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域，如否則轉(zhuǎn)至步驟400， 其中判斷所有響應(yīng)曲線是否已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域是指確認(rèn)多條曲線的像素值范圍已經(jīng)基本覆蓋0-255，同時(shí)曝光的張數(shù)和曝光量改變的比例需要滿足兩個(gè)原則第一，在曲線的暗部，不能讓像素值過(guò)大而偏離原點(diǎn)過(guò)遠(yuǎn)，宜保持在10以?xún)?nèi)。第二，在曲線的亮部，不能出現(xiàn)過(guò)大的飽和現(xiàn)象，即使得只有2-3點(diǎn)的像素值為255則確認(rèn)已經(jīng)飽和。步驟404 如所有響應(yīng)曲線已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域，則根據(jù)曝光比例關(guān)系調(diào)整各條曲線需要補(bǔ)償?shù)陌惦娖街挡⑴袛嗨鼈兪欠裰睾?，如否則轉(zhuǎn)至步驟400;由于暗電平的本質(zhì)是傳感器像素內(nèi)部的暗電流積分，因此同樣對(duì)曝光時(shí)間存在線性關(guān)系。如果在曝光時(shí)間1中得到的曲線的橫坐標(biāo)需要補(bǔ)償χ的暗電平，則曝光時(shí)間2需要補(bǔ)償h (假設(shè)以2 倍曝光時(shí)間步長(zhǎng)拍攝)。在實(shí)際使用中可以直接調(diào)試χ的大小，以便讓各條曲線重合，即如圖5所示。步驟405 如各條曲線重合，則擬合得到最后的響應(yīng)曲線和暗電平值，即將暗的一點(diǎn)外延到原點(diǎn)，并刪除多余的亮處飽和點(diǎn)，之后使用所有數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合得到最終伽馬曲線的解析表達(dá)式，通過(guò)該表達(dá)式做出任意精度的LUT查找表供硬件使用。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于
第一、可以通過(guò)動(dòng)態(tài)范圍較小的Q13/Q14標(biāo)靶準(zhǔn)確測(cè)試得到相機(jī)的伽馬校正曲線，相比以前的方法減少甚至消除了暗電平的影響，降低了伽馬校正曲線擬合的難度并提高了精度。第二、這種通過(guò)調(diào)整暗電平值觀察曲線族重合的程度方式本身即可以判斷拍攝的圖像是否正確，增強(qiáng)了測(cè)試方式的魯棒性。第三、除了伽馬校正曲線本身，同時(shí)可以測(cè)試得到相機(jī)的殘余暗電平水平。第四、相比較拍攝高動(dòng)態(tài)范圍的透射式標(biāo)靶的方法，由于第二點(diǎn)的原因，本發(fā)明測(cè)試方法的魯棒性得到了提高，同時(shí)利用本發(fā)明的方法還可以得到暗電平的信息，并且具有較高的精度?？梢岳斫獾氖?，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟一在控制照明條件下拍攝不同曝光時(shí)間下的標(biāo)靶圖像；步驟二 提取標(biāo)靶圖像中各已知反射率小塊的平均輸出像素值；步驟三根據(jù)曝光時(shí)間和反射率的組合得到曝光量并與像素值組合在曝光量與像素值的坐標(biāo)系內(nèi)做出多條響應(yīng)曲線；步驟四判斷所有響應(yīng)曲線是否已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域，如否則轉(zhuǎn)至步驟一；步驟五如所有響應(yīng)曲線已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域，則根據(jù)曝光比例關(guān)系調(diào)整各條曲線需要補(bǔ)償?shù)陌惦娖街挡⑴袛嗨鼈兪欠裰睾希绶駝t轉(zhuǎn)至步驟一；步驟六如各條曲線重合，則擬合得到最后的響應(yīng)曲線和暗電平值。
2.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，其特征在于步驟一中采用Q13/ Q14標(biāo)靶，并且曝光時(shí)間長(zhǎng)度為2的倍數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，其特征在于步驟四中判斷所有響應(yīng)曲線是否已經(jīng)覆蓋相機(jī)全部響應(yīng)區(qū)域是指確認(rèn)多條曲線的像素值范圍覆蓋0-255。
4.如權(quán)利要求3所述的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，其特征在于步驟四中曝光的張數(shù)和曝光量改變的比例需滿足在曲線的暗部，像素值保持在10以?xún)?nèi)，而在曲線的亮部，只有2-3點(diǎn)的像素值為255。
5.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，其特征在于步驟六中還包括將重合后曲線的暗的一點(diǎn)外延到原點(diǎn)，并刪除多余的亮處飽和點(diǎn)的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，其特征在于，步驟五中暗電平與曝光時(shí)間為線性關(guān)系。
7.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，其特征在于步驟六還包括使用所有數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合得到最終伽馬曲線的解析表達(dá)式的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種相機(jī)伽馬校正曲線提取方法，通過(guò)在控制照明條件下拍攝不同曝光時(shí)間下的標(biāo)靶圖像，之后提取標(biāo)靶圖像中各已知反射率小塊的平均輸出像素值，并根據(jù)曝光時(shí)間和反射率的組合得到曝光量并與像素值組合在曝光量與像素值的坐標(biāo)系內(nèi)做出多條響應(yīng)曲線，最后根據(jù)曝光比例關(guān)系調(diào)整各條曲線需要補(bǔ)償?shù)陌惦娖街狄粤罡鳁l曲線重合，而得到最后的響應(yīng)曲線和暗電平值，如此減少甚至消除了暗電平的影響，降低了伽馬校正曲線擬合的難度并提高了精度，同時(shí)增強(qiáng)了測(cè)試方式的魯棒性并可以測(cè)試得到相機(jī)的殘余暗電平水平。
文檔編號(hào)H04N5/243GK102209202SQ201110145749
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者陳遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:展訊通信(上海)有限公司