一 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获 高动态范围图像显示
二 三
四
计算传感的高动态成像
-35-
四 计算传感的高动态成像
更为有效的场方式景采集
更为真实的场景内容再现
无眩光效果的高动态范围清晰成像
• 镜头组散射 • 镜头筒反射 • 光圈反射
-36-
• 光圈反射 • 光圈衍射 • 传感器反射
提纲
一 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获 高动态范围图像显示
二 三
四
计算传感的高动态成像
-22-
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示
-23-
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示
现实场景
典型值： 类似于：
照机
显示终端
-24-
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示
现实场景
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 局部映射
图像成像模型
成像信息
反射率
光照
不同材质的反射特性变化幅度相对较小(100:1) 不同场景区域的光照强度差别很大
-29-
分离R / L 分量 仅对光照分量进行映射操作
保持场景局部对比度
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 局部映射
更为真实的场景内容再现
眩光去除方法
• 在相机与场景间放置结构性
遮挡掩膜
-38-
(1) 场景 (2) 遮挡掩膜 (3) 拍摄相机
四 计算传感的高动态成像
更为有效的场方式景采集
更为真实的场景内容再现
HDR capture, 560:1
-39-
Process result, 22,400:1
-42-
四 计算传感的高动态成像
更为有效的场方式景采集
更为真实的场景内容再现
眩光场景成像模型
I Ideal GSFLens I Recorded
针对眩光区域希望恢复直接光照效果
眩光特性分析
Glare Spread unction
-37-
具有全局平滑特性
四 计算传感的高动态成像
更为有效的场方式景采集
高动态范围场景捕获 – 软件方法
已知： 未知：
N个像素点，P 幅图像 N个像素点， Zmax-Zmin+1个g值
平滑项
-15-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
传统采集方式 已知曝光程度
-12-
响应曲线估计
构建高动 态范围图像
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
二 高动态范围图像捕获
采集
成像
场景特征的刻画与提取 结合人眼视觉感受的场景再现
捕获更为丰富的场景信息 + 数据合理利用
-40-
课程作业
利用单反相机进行拍摄实验 实验探索静态场景的曝光时间，光圈和动态范围 之间的关系 自行选景拍摄 提交实验结果及分析报告 详细信息见网络学堂
-41-
Thanks！
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
若
单调并可逆
-14-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
二 高动态范围图像捕获
传统成像系统
输出参考标准
• 传统图像采集/表示过程使用的色彩过程由特定的显 像设备所决定
传统显示技术 传统图像存储格式
显示能力有限， 高动态的数据采 集没有意义！
由真实场景特性所决定的图像采集/记录方式
-7-
一 高动态场景成像需求
充分体现场景亮度变化，接近人眼观察效果
弱光照区域呈现场景细节 强光照区域避免过曝
计算摄像学专题第八讲(下)
——高动态场景成像问题研究
戴琼海 李冠楠 清华大学 自动化系 2011-03-18
-1-
提纲
一 二 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获 高动态范围图像显示
三
四
计算传感的高动态成像
-2-
一 高动态场景成像需求
-3-
一 高动态场景成像需求
场景光照强度
真实世界场景的动态范围往
-20-
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 硬件方法
多CCD元件用于同一像素点成像
空间分辨率
-21-
动态范围
High Dynamic Range Imaging: Spatially Varying Pixel Exposures, Shree K. Nayar, Tomoo Mitsunaga, CVPR 2000
场景参考标准
• 传感器采集
• 压缩存储
• 显示设备绘制
高动态
-10-
非线性
真实感
提纲
一 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获
2.1
2.2
二
软件处理方法 硬件捕获方法
三 四
-11-
高动态范围图像显示 计算传感的高动态成像
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
不同曝光程度 多幅图像采集
2.1
2.2
二
软件处理方法 硬件捕获方法
三 四
-18-
高动态范围图像显示 计算传感的高动态成像
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 硬件方法
不同空间位置同时进行不同曝光程度的场景采集
-19-
High Dynamic Range Imaging: Spatially Varying Pixel Exposures, Shree K. Nayar, Tomoo Mitsunaga, CVPR 2000
典型值： 类似于：
照相机
显示终端
-25-
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 全局映射
映射函数与像素位置无关：
仅对亮度信息进行映射 保持色彩关系不变
-26-
色调映射：对高动态图像的量化过程
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 全局映射
色调映射(Tone Mapping)函数设计：
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
将各像素的多曝光成像信息链接为光滑、单调曲线
-16-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 局部映射
反射率分量提取： 双边滤波器
(Bilateral Filter)
映射过程
映射过程中不 改变场景的局 部对比度
-32-
Fast Bilateral Filtering for the Display of High-Dynamic-Range Images, Fredo Durand, Julie Dorsey, SIGGRAPH 2002
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
-17-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
提纲
一 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
采集图像 相机曲线 真实场景
位置(x,y)的辐照度 相机响应函数 场景点(x,y)在图像中的像素值 -13-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
忠实地再现原始场景的视觉感受
充分利用可用的显示级别
场景真实感
直方图均衡化
: 用于函数设计的像素数
-27-
: 可用显示级别数目
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 全局映射
-28-
TM结果 真实感映射 直方图均衡化 Learning to display high dynamic range images, Guoping Qiu, Jiang Duan, Graham D. Finlayson, Pattern Recognition 2007
高动态范围场景显示 – 局部映射
-34-
局部映射 全局映射1 全局映射2 Gradient Domain High Dynamic Range Compression, Raanan Fattal, Dani Lischinski, Michael Werman, SIGGRAPH 2002
提纲
-8-
一 高动态场景成像需求
高动态范围场景成像
场景参考标准
成像过程对现实场景可被观察到的真实 亮度进行记录 记录全阶色彩变化及原始场景的动态范 围，而不局限于传统显示设备的子空间范围