CN111294522A - Hdr图像成像方法、装置以及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

一种HDR图像成像方法、装置以及计算机存储介质，所述方法包括：图像传感器进行图像采集，得到第一图像；所述图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像；对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的所述第三图像。采用上述方案，在满足了拍摄的图像可以提供更多的动态范围和图像细节的同时，实现用户实时预览HDR效果以及录制HDR视频的功能。

Description

HDR图像成像方法、装置以及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种HDR图像成像方法、装置以及计算机存储介质。

背景技术

如今，人们对于图像拍摄设备的成像质量要求越来越高。

相比普通的图像，高动态范围(High-Dynamic Range，HDR)图像可以提供更多的动态范围和图像细节，以满足人们对于图像成像质量的要求。

现有技术中的HDR图像成像方案为软件多帧合成，这种方案实时性较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是HDR图像成像过程中的实时性较差。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种HDR图像成像方法，包括：通过图像传感器进行图像采集，得到第一图像；所述图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像；对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的所述第三图像。

可选的，通过自动曝光系统控制所述第一图像的曝光程度。

可选的，采用非线性的全局色调映射，将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配。

可选的，所述非线性的全局色调映射采用以下映射曲线计算公式：

output＝(log₂ ^{(input+factor)}－log₂ ^{(MIN(input)+factor)})/(log₂ ^{(MAX(input)+factor)}－log₂ ^{(MIN (input)+factor)})，

其中，input为输入的像素块的像素值，output为输出的像素块的像素值，MAX(input)为输入的像素块中的最大像素值，MIN(input)为输入的像素块中的最小像素值，factor为映射强度控制因子。

可选的，将所述第三图像转化为真彩色图像。

可选的，采用Demosaic算法将所述第三图像转化为真彩色图像。

本发明还提供一种HDR图像成像装置，包括：采集模块，用于通过图像传感器进行图像采集，得到第一图像；所述图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；合并模块，用于将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；映射模块，用于将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像；处理模块，用于对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的所述第三图像。

可选的，所述采集模块，还用于通过自动曝光系统控制所述第一图像的曝光程度。

可选的，所述映射模块，还用于采用非线性的全局色调映射，将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配。

可选的，所述映射模块，还用于采用以下映射曲线计算公式进行所述非线性的全局色调映射：

output＝(log₂ ^{(input+factor)}－log₂ ^{(MIN(input)+factor)})/(log₂ ^{(MAX(input)+factor)}－log₂ ^{(MIN (input)+factor)})，

其中，input为输入的像素块的像素值，output为输出的像素块的像素值，MAX(input)为输入的像素块中的最大像素值，MIN(input)为输入的像素块中的最小像素值，factor为映射强度控制因子。

可选的，所述处理模块，还用于将所述第三图像转化为真彩色图像。

可选的，所述处理模块，还用于采用Demosaic算法将所述第三图像转化为真彩色图像。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，所述计算机指令运行时执行上述任一种的HDR图像成像方法的步骤。

本发明还提供一种HDR图像成像装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时所述处理器执行上述任一种的HDR图像成像方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

通过图像传感器进行图像采集，采集得到第一图像；图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像。上述方案，通过在硬件上的改进，采用四像素点合一的图像传感器进行HDR图像成像，在满足了拍摄的图像可以提供更多的动态范围和图像细节的同时，实现用户实时预览HDR效果以及录制HDR视频的功能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的HDR图像成像方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的HDR图像成像装置的结构示意图。

具体实施方式

相比普通的图像，高动态范围(High-Dynamic Range，HDR)图像可以提供更多的动态范围和图像细节，以满足人们对于图像成像质量的要求。

现有技术中，HDR图像成像方案为软件多帧合成，这种方案实时性较差。

本发明实施例中，通过图像传感器进行图像采集，采集得到第一图像；所述图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像；对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的所述第三图像。上述方案，通过在硬件上的改进，采用四像素点合一的图像传感器进行HDR图像成像，在满足了拍摄的图像可以提供更多的动态范围和图像细节的同时，实现用户在图像成像过程中可以实时预览图像效果。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参阅图1，其为本发明实施例提供的HDR图像成像方法的流程示意图，以下通过具体步骤进行详细说明。

步骤S101，通过图像传感器进行图像采集，得到第一图像。

在具体实施中，所述图像传感器包括呈拜耳(Bayer)阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点。

在具体实施中，拜耳阵列是实现CMOS等传感器拍摄彩色图像的主要方案之一，它由一个4×4阵列，由8个绿色、4个蓝色和4个红色像素组成。

现有技术中，在进行图像采集时，将各个颜色的像素点按照拜耳阵列排列。而在本发明实施例中，在硬件层面，将同色的4个像素点按照2×2阵列排布组成像素块，将各个颜色的像素块按照拜耳阵列排布，以此进行图像采集。相比现有技术的方案，本发明实施例于硬件层面进行的改进，可以令图像传感器在图像采集的过程中，采集更多的周围环境信息，并表现于图像中，提升图像传感器采集的图像的视觉效果。

在现有技术中，HDR图像需要通过软件算法将多帧图像合成完毕后才能进行成像效果预览。而本发明实施例中，由于图像传感器于硬件层面的改进，因此可以跳过软件算法合成图像的步骤，进而在图像采集过程中，实时显示成像效果，进而实现在图像采集过程中，进行图像效果预览。

在具体实施中，图像传感器于硬件层面上的改进，实现了在视频拍摄过程中，可以应用HDR成像，提升视频的视觉效果。

本发明实施例中，通过自动曝光系统控制所述第一图像的曝光程度。

在具体实施中，通过自动曝光系统(AE)可以控制图像传感器采集图像的曝光程度，保证采集到的图像数据不会大面积饱和，以提升成像效果。

步骤S102，将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像。

在具体实施中，可以将第一图像中各个像素块内呈2×2阵列排布的同色的像素点合并，以提升图像中各个区域所提供的动态范围以及图像细节，将更多的周围环境信息表现于图像内，进而提升图像显示效果，实现HDR图像成像。

在具体实施中，将像素块内的同色的像素点合并，也可以提升图像的位深度。

步骤S103，将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像。

在具体实施中，图像传感器将同色的4个像素点按照2×2阵列排布组成像素块，将各个颜色的像素块按照拜耳阵列排布，在将像素块内的同色的像素点合并后，所述第二图像的位深度提升。所述第二图像的位深度可以为12bits，而图像处理器支持的位深度通常为10bits。因此，在将第二图像进行图像处理之前，可以将第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配。

本发明实施例中，可以采用非线性的全局色调映射，将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配。

在具体实施中，在采用非线性映射映射第二图像的位深度时，可以根据第二图像不同区域的亮度以及图像细节情况进行相应的处理，实现在保持亮部细节的前提下提升暗部亮度，避免处理后得到的第三图像的图像效果出现失真现象。

本发明实施例中，非线性的全局色调映射采用以下映射曲线计算公式：

output＝(log₂ ^{(input+factor)}－log₂ ^{(MIN(input)+factor)})/(log₂ ^{(MAX(input)+factor)}－log₂ ^{(MIN (input)+factor)})(1)

其中，input为输入的像素块的像素值，output为输出的像素块的像素值，MAX(input)为输入的像素块中的最大像素值，MIN(input)为输入的像素块中的最小像素值，factor为映射强度控制因子。

在具体实施中，在映射强度控制因子较小时，映射强度较高，在input较小的区间内映射曲线的斜率较大，对图像暗部的亮度提升能力较强，随着input增大，曲线的斜率逐渐减小，图像亮部的亮度提升程度逐渐减弱以保持亮部的细节。随着映射强度控制因子的增大，映射曲线对图像暗部的亮度提升效果逐渐减弱，直到接近线性映射。

步骤S104，对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的第三图像。

在具体实施中，在展示所述第三图像之前，需要对第三图像进行图像信号处理。图像信号处理(Image Signal Processing)，用于对图像传感器输出的图像信号进行处理，以符合展示的要求。

本发明实施例中，图像信号处理包括将将所述第三图像转化为真彩色图像。

在具体实施中，在图像传感器采集图像过程中，由于每个像素点对应三个颜色通道中的一个，因此每个像素点仅能采集到一种颜色，为了恢复完整的图像数据，实现每个像素点的基色由三个颜色通道的基色分量组成，对第三图像进行处理，转化为真彩色图像。

本发明实施例中，采用Demosaic算法将所述第三图像转化为真彩色图像。

由此可见，通过图像传感器进行图像采集，采集得到第一图像；图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像；对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的所述第三图像。上述方案，通过在硬件上的改进，采用四像素点合一的图像传感器进行HDR图像成像，在满足了采集的图像可以提供更多的动态范围和图像细节的同时，实现用户在图像成像过程中可以实时预览图像效果的功能。

参阅图2，其为本发明实施例提供的HDR图像成像装置20的结构示意图，其中具体包括：

采集模块201，用于通过图像传感器进行图像采集，得到第一图像；所述图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；

合并模块202，用于将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；

映射模块203，用于将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像；

处理模块204，用于对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的所述第三图像。

本发明实施例中，所述采集模块201，还可以用于通过自动曝光系统控制所述第一图像的曝光程度。

本发明实施例中，所述映射模块203，还可以用于采用非线性的全局色调映射，将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配。

本发明实施例中，所述映射模块203，还用于采用以下映射曲线计算公式进行所述非线性的全局色调映射：

output＝(log₂ ^{(input+factor)}－log₂ ^{(MIN(input)+factor)})/(log₂ ^{(MAX(input)+factor)}－log₂ ^{(MIN (input)+factor)})；

其中，input为输入的像素块的像素值，output为输出的像素块的像素值，MAX(input)为输入的像素块中的最大像素值，MIN(input)为输入的像素块中的最小像素值，factor为映射强度控制因子。

本发明实施例中，所述处理模块204，还可以用于将所述第三图像转化为真彩色图像。

本发明实施例中，所述处理模块204，还可以用于采用Demosaic算法将所述第三图像转化为真彩色图像。

本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，所述计算机指令运行时执行本发明实施例中提供的HDR图像成像方法的步骤。

本发明实施例中还提供一种HDR图像成像装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时所述处理器执行本发明实施例中提供的HDR图像成像方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指示相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种HDR图像成像方法，其特征在于，包括：

通过图像传感器进行图像采集，得到第一图像；所述图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；

将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；

将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像；

对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的所述第三图像。

2.根据权利要求1所述的HDR图像成像方法，其特征在于，所述通过图像传感器进行图像采集，包括：

通过自动曝光系统控制所述第一图像的曝光程度。

3.根据权利要求1所述的HDR图像成像方法，其特征在于，所述将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，包括：

采用非线性的全局色调映射，将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配。

4.根据权利要求3所述的HDR图像成像方法，其特征在于，所述非线性的全局色调映射采用以下映射曲线计算公式：

output＝(log₂ ^{(input+factor)}－log₂ ^{(MIN(input)+factor)})/(log₂ ^{(MAX(input)+factor)}－log₂ ^{(MIN(input)+factor)})，

其中，input为输入的像素块的像素值，output为输出的像素块的像素值，MAX(input)为输入的像素块中的最大像素值，MIN(input)为输入的像素块中的最小像素值，factor为映射强度控制因子。

5.根据权利要求1所述的HDR图像成像方法，其特征在于，所述对所述第三图像进行图像信号处理，包括：

将所述第三图像转化为真彩色图像。

6.根据权利要求5所述的HDR图像成像方法，其特征在于，所述将所述第三图像转化为真彩色图像，包括：

采用Demosaic算法将所述第三图像转化为真彩色图像。

7.一种HDR图像成像装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于通过图像传感器进行图像采集，得到第一图像；所述图像传感器包括呈拜耳阵列排布的多个像素块，所述像素块包括4个呈2×2阵列排布的同色的像素点；

合并模块，用于将所述第一图像中像素块内的同色的像素点合并，得到第二图像；

映射模块，用于将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配，得到第三图像；

处理模块，用于对所述第三图像进行图像信号处理，并展示处理后的所述第三图像。

8.根据权利要求7所述的HDR图像成像装置，其特征在于，所述采集模块，还用于通过自动曝光系统控制所述第一图像的曝光程度。

9.根据权利要求7所述的HDR图像成像装置，其特征在于，所述映射模块，还用于采用非线性的全局色调映射，将所述第二图像的位深度映射至与图像处理器支持的位深度相匹配。

10.根据权利要求9所述的HDR图像成像装置，其特征在于，所述映射模块，还用于采用以下映射曲线计算公式进行所述非线性的全局色调映射：

output＝(log₂ ^{(input+factor)}－log₂ ^{(MIN(input)+factor)})/(log₂ ^{(MAX(input)+factor)}－log₂ ^{(MIN(input)+factor)})，

其中，input为输入的像素块的像素值，output为输出的像素块的像素值，MAX(input)为输入的像素块中的最大像素值，MIN(input)为输入的像素块中的最小像素值，factor为映射强度控制因子。

11.根据权利要求7所述的HDR图像成像装置，其特征在于，所述处理模块，还用于将所述第三图像转化为真彩色图像。

12.根据权利要求11所述的HDR图像成像装置，其特征在于，所述处理模块，还用于采用Demosaic算法将所述第三图像转化为真彩色图像。

13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1～6任一项所述的HDR图像成像方法的步骤。

14.一种HDR图像成像装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时所述处理器执行权利要求1～6任一项所述的HDR图像成像方法的步骤。

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