本發明提出一種實時高動態成像方法及成像系統，解決現有動態范圍擴展方法無法滿足對實時性要求較高、延時較小的應用場合，以及存在計算結果有較大誤差、高動態圖像模糊的問題。該方法包括：步驟一、圖像探測器輸出高、低增益圖像數據；步驟二、對高、低增益圖像數據進行格雷碼?二進制碼轉換；步驟三、獲得高、低增益圖像的權值；步驟四、進行高動態范圍圖像的融合；步驟五、高動態范圍圖像映射；步驟六、將映射后高動態范圍圖像數據存儲于緩存單元；步驟七、讀取緩存單元數據并將映射后高動態范圍圖像數據打包、編碼；步驟八、將打包編碼后的圖像數據送至輸出單元輸出。

技術領域

本發明屬于實時圖像處理領域，具體涉及一種實時高動態成像方法及成像系統，特別是涉及一種基于單次曝光高、低增益圖像融合的高動態圖像成像系統及成像方法。

背景技術

真實場景的動態范圍是指場景中最亮處與最暗處的照度比值，常用對數表示，單位為dB。自然界的照度范圍覆蓋非常廣，最大動態范圍高達160dB，而人眼可感知的動態范圍可達100dB。

圖像的動態范圍是表征成像系統成像質量的一個重要參數，目前大多數數字成像系統仍為8比特量化顯示，其輸出的圖像只能記錄有限范圍的灰階和顏色等級，動態范圍只有兩個數量級，遠小于常見自然場景的動態范圍以及人眼可感知的動態范圍，成像系統的動態范圍的不足嚴重影響了其應用范圍。鑒于此，需要對數字成像系統的動態范圍進行擴展，從而獲得高動態范圍的圖像。擴展數字成像系統的動態范圍，即高動態范圍(HDR)成像技術，一般通過采用硬件和/或軟件的方法，使數字成像系統的輸出圖像涵蓋盡可能大的拍攝場景照度范圍，并準確地再現真實場景的細節信息。

現有動態范圍擴展方法主要包括硬件擴展方法和軟件擴展方法。其中硬件擴展方法主要采用高動態范圍的圖像探測器(CCD/CMOS SENSOR)進行成像系統的設計，受限于工藝水平和設計復雜度，基于硬件的動態范圍擴展方法短期內無法獲得較大的突破。軟件擴展方法主要包括基于成像系統響應函數的輻照度重建和多次曝光圖像融合的方法，這兩種方法都需要采集多幅不同曝光度的低動態范圍圖像，因而無法滿足對實時性要求較高、延時較小的應用場合，且在拍攝過程中相機抖動或拍攝物體微小移動都會造成計算結果的較大誤差或造成融合后的高動態圖像模糊，這些不足限制了基于軟件方法的動態范圍擴展方法在航空、航天以及工業中的應用。

發明內容

本發明的目的在于解決現有動態范圍擴展方法無法滿足對實時性要求較高、延時較小的應用場合，以及存在計算結果有較大誤差、高動態圖像模糊的問題，提出一種實時高動態成像方法及成像系統，該方法和系統在現有具備高、低增益雙通道同時輸出的圖像探測器的基礎上，結合其輸出的高、低增益兩個輸出通道的圖像數據，將高、低增益圖像按照計算的權重比例進行加權融合，得到高動態范圍圖像。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種實時高動態成像方法，包括以下步驟：

步驟一、圖像探測器單次曝光進行圖像采集，并輸出高、低增益圖像數據，所述圖像探測器為具備高、低增益雙通道同時輸出的圖像探測器；

步驟二、對圖像探測器輸出的高、低增益圖像數據進行格雷碼-二進制碼轉換，得到高、低增益二進制碼圖像數據；

步驟三、對高、低增益二進制碼圖像數據進行分析計算，獲得高、低增益圖像的權值；

3.1)實時計算高、低增益二進制碼圖像的亮度均值；

其中，u_LG為低增益圖像的亮度均值；u_HG為高增益圖像的亮度均值，Data_LG_B表示低增益二進制碼圖像；Data_HG_B表示高增益二進制碼圖像；(x,y)表示像素點在圖像中的位置坐標；