HDRplus ——简述(一)

发布时间:2024年01月18日

HDR plus——简述(一)

论文网站:http://www.hdrplusdata.org/

摘要

手机摄像头动态范围受限的原因

描述
光圈光圈小,限制收集光子的数目,暗光下图像具有噪声
像素像素小,限制每个像素可以存储的电子的数目,限制动态范围

本文对动态范围的优化:提出pipeline系统,能够捕捉、对齐、合并一个burst的画面,减少噪声,增加动态范围。

系统有几个使得系统更鲁棒、更有效的关键特性:

关键特性描述
不使用包围曝光连续低曝光,对齐更加鲁棒,且避免blow out。merge后的图片具有清晰的阴影和高bit depth,可以应用标准的HDR tone mapping方法
处理bayer raw而不是RGB或YUV每个像素更多的bits,规避ISP不需要的tone mapping和空间去噪
混合2D/3Dwiener滤波基于FFT对齐算法,混合2D/3Dwiener滤波

1 介绍

拍摄场景会影响照片质量

拍摄场景问题解决办法
室内或夜间场景光线不足应用数字或模拟增益,放大噪声
延长曝光时间,由于相机抖动或主体运动导致运动模糊
白天拍摄高动态照片为了避免高光blowing out,会选择减少曝光时间,阴影区域的光线不足阴影区域可以使用local tone mapping 来增亮,但同时放大了噪声

光线不足,影响高动态效果,获得更多曝光的方法如下

方法限制
大光圈镜头手机受到厚度限制,很难把光圈做大。同时手机受到功率限制,使得通过增加相机数量来创建合成光圈具有挑战性
光学图像防抖光学防抖可以延长曝光时间,同时最大限度减少相机的抖动模糊,但不能控制被摄物体运动引起的运动模糊
包围曝光包围曝光进行图像融合,融合后的图像的不同部分代表不同时间的场景,很难实现单一的自一致构图。由于难以对齐在不同时间捕获的图像,不正确融合引起的最常见的伪影是重影,牺牲了细节,使得精确地去马赛克变得困难
闪光灯闪光灯是最不受欢迎的选择,增加了光线,但会改变场景,有人解决了这个问题,但不够鲁棒

在这里插入图片描述
HDR+描述了一个相机系统,设计这样的相机系统考虑了以下原则

设计原则描述
即时短时间内生成一张图片,显示在相机上
自动该方法需要无参数且全自动。摄影师不需要知道捕捉策略、图像处理策略,也能得到更好的照片
自然我们拍摄的照片需要忠实于现场的面貌。因此,在高动态范围下, 我们需要限制局部色调映射的数量,避免出现卡通或超现实主义的图像。在光线非常弱的场景,我们不能使图像太亮以至于改变明显的照度或暴露过多的噪声
保守它需要能作为默认的拍照模式使用。这意味着所产生的照片必须不包含人工制品,并且必须始终至少与传统照片一样好。而且,在极端情形下,它必须逐渐退化为普通照片。

根据以上设计原则,产生以下设计决策:

描述问题与解决
用相同的低曝光连拍由于不同程度的噪声和运动模糊,小的曝光变化可能会影响对齐,大的变化可能会导致局部对齐不可能。我们选择低曝光来避免blowing out,来捕捉更多的动态范围。选择更短的曝光时间,减轻相机抖动模糊更短的曝光会加重噪点,可以通过align、merge抵消
替代帧合并到参考帧一个图像为参考帧,其他替代帧对齐合并到这个帧。合并多帧,生成中间图像,具有更高的位宽、更少的噪声、更高的动态范围。为了降低计算复杂度,只从每个替代帧中合并一个patch

2 capture和processing概述

在这里插入图片描述

图三总结了capture 和 processing 系统:

  1. 实时pipeline 生成连续低分辨率取景器流,由SoC的ISP计算,节能;
  2. 非实时pipeline 生成单个高分辨率图像,SoC的AP运行的软件计算。

所见非所得:ISP的图像看起来与AP软件计算出来的图像不同。

使用RAW图的优点

优点描述
增加动态范围原始图像中的像素通常是10位,而移动isp产生的YUV(或RGB)像素通常是8位。实际的优势是小于2位,因为raw是线性的,YUV已经有了伽马曲线,但它是不可忽略的。
线性度在减去黑电平偏移后,原始图像与场景亮度成正比,而isp输出的图像包括非线性色调映射。线性度可以让我们准确地模拟传感器噪声,这使得对准和合并更可靠,也使自动曝光更容易。
可移植性合并由ISP生成的图像需要建模和反转其处理,这是专有的和场景相关的[Kim等人。2012]。通过从原始图像开始,我们可以省略这些步骤,这使得将我们的系统移植到新相机更容易。

我们的对齐和合并算法在RAW图上操作的,去马赛克步骤只需要在单个合并图像上执行一次,而不是在连续的每一帧上执行一次

文章来源:https://blog.csdn.net/awawwaw/article/details/135533770
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