专利名称：单幅图像相机响应曲线标定方法
技术领域：
本发明属于计算机虚拟现实和计算机图形图像学技术领域，具体地说是利用相机拍摄 的单幅图像对相机响应曲线进行标定，用于恢复相机拍摄像素值与物体表面真实反射值之 间映射关系。
背景技术：
近年来随着数码相机成像技术的发展，其在计算机视觉和计算机图形学领域中的应用 非常广泛。但是，数字图像精度有限，可表达的亮度范围为0-255，因此物体表面真实反 射光强度映射为数字图像像素值，需要经过一种函数映射，这种映射函数被称为相机响应 曲线。而在计算机视觉和计算机图形学领域实际应用时需要恢复真实的反射强度，因此必 须要先求解相机响应曲线，然后根据图像像素值恢复真实反射光强度。
文献1—T. Weyrich， M. Wojciech, P. Ha'nspeter et al., "Analysis of human faces using a measurement:-based skin reflectance model, '， ACM Trans. Gr邻h., vol. 25, no. 3， pp. 1013-1024, 2006.]在光源及拍摄场景不变条件下，拍摄不同曝光时间的图 像，保证拍摄图像中每一个像素处在不同曝光时间的像素值分布在[O， 255]之间，通过多 幅图像恢复相机的响应曲线。该方法曲线计算比较鲁棒，但是拍摄图像过程比较复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服现有技术的不足，提供一种快速简单的相机响应曲线 标定方法。
本发明采用的技术方案单幅图像相机响应曲线标定算法其特征在于步骤如下
(1) 在白光条件下，调整相机光圈及曝光时间，拍摄一幅24色标准色板图像，保证 各个区域都不过曝；
(2) 自动识别拍摄图像中各个色块区域，并求解该区域的像素平均值，建立相机响 应曲线方程，利用最小二乘数值方法求解；
所述步骤l，其特征在于将24色标准色板正对相机，调整光照条件，使标准色板 上光照强度分布均匀，并尽可能将色板占据整幅图像，拍摄一幅图像。
所述步骤2，其特征在于利用图像特征提取算法，自动提取拍摄图像不同色块区域， 根据图像上色块区域计算出平均像素值，通过相机响应曲线建立采集图像值与标准色板真 实颜色值的对应关系，24个色块可以构造一个线性方程集合，利用最小二乘方法求解相机响应曲线。
本发明与现有技术相比的优点在于
(1) 拍摄方法简单，只需要拍摄一幅图像。
(2) 求解过程利用线性最小二乘数值方法，计算速度快，求解稳定。
图la、图lb、图lc为文献l方法与本方法得到的曲线在R、 G、 B三个通道的对比。
具体实施例方式
本发明的具体步骤如下
(1) 将拍摄图像转换为灰度图像，对图像执行图像金字塔算法向下采样之后再向上
采样消除图像中的噪点；
(2) 使用Canny算子对图像做边缘检测，提取图像中的边，并做膨胀处理，合并相
邻边；
(3) 对灰度图像做二值化处理，在二值化图像上寻找轮廓，并提取四边形；
(4) 对于提取的四边形进行聚类处理，得到24个色块区域，根据图像上色块区域计 算出平均像素值，通过相机响应曲线建立采集图像值与标准色板真实颜色值的对应关系， 24个色块可以构造一个线性方程集合，利用最小二乘方法求解相机响应曲线。对于每个 通道，根据兰伯特漫反射定理可知-
仏),4)CA ("1…24) (1)
其中y;为相机曲线方程，^为图像上第k个色块的平均像素值，q为已知的实际颜 色值，w与i分别为表面法向与入射光方向的单位向量，/,为光源强度。本方法将相机曲
线厶假设为一个/7次多项式，实际中假设使用的是白色的方向光源，因此对于每个色块
的每个通道，(AM)A是一个常量，于是将方程改写为
/ 《("1…24) (2)
公式(2)待求解参数为/7次多项式的系数，假设为—。,ai,...^J，公式(2)可以转化为
<formula>formula see original document page 4</formula>
矩阵形式-<formula>formula see original document page 4</formula>
通过线性最小二值算法求解公式(3)中的系数向量。本方法计算的相机响应曲线恢复 出的反射光强度与真实反射光强度成正比，可直接应用于计算视觉和计算冲凡图形学领域。
权利要求
1、单幅图像相机响应曲线标定方法，其特征在于步骤如下(1)在白光条件下，调整相机光圈及曝光时间，拍摄一幅24色标准色板图像，保证各个区域都不过曝；(2)自动识别拍摄图像中各个色块区域，并求解该区域的像素平均值，建立相机响应曲线方程，利用最小二乘数值方法求解相机响应曲线。
2、 根据权利要求l所述单幅图像相机响应曲线标定方法，其特征在于在所述步骤 1中，将24色标准色板正对相机，调整光照条件，使标准色板上光照强度分布均匀，并 尽可能将色板占据整幅图像，拍摄一幅图像。
3、 根据权利要求l所述单幅图像相机响应曲线标定方法，其特征在于在所述步骤 2中，利用图像特征提取算法，自动提取拍摄图像不同色块区域，根据图像上色块区域计 算出平均像素值；将相机响应曲线假设为一个/7次多项式，"次多项式系数为未知变量， 根据漫反射光照方程将计算得到的平均像素值与与标准色板真实颜色值建立多个以此" 次多项式系数为未知参数的方程，24个色块可以构造一个线性方程集合，利用最小二乘 方法求解n次多项式系数，从而得到相机响应曲线。
全文摘要
基于单幅图像的相机响应曲线标定方法，步骤如下(1)在不过曝的情况下对24色标准色板拍摄一幅图像；(2)求24个色块图像的均值，与真实颜色值对比，构建相机响应曲线方程，并最小二乘数值方法求解。本方法拍摄简单、计算速度快。
文档编号G06T7/00GK101661620SQ20091009336
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者勇 胡, 赵沁平, 玲 邹, 越 齐 申请人:北京航空航天大学