本发明涉及到光学成像、数字图像处理领域，尤其涉及一种基于标准灯箱和灰卡替代积分球等特殊均匀光源装置的数码相机成像均匀性校正的方法。
背景技术：
目前，数码相机得到了广泛的应用，不仅被用于拍摄图像记录风景，也在科学研究领域用作成像式的测色设备。但是数码相机成像并不完美，其中一个典型的成像现象就是成像的非均匀性。由于镜头的渐晕光阑、轴外像点的余弦暗角(轴外像点的光照度随视场角余弦的四次方而降低)、成像元件(如CCD或者CMOS)本身的非均匀性等多种因素的共同作用，相机对于一个亮度均匀的物体所成像最终呈现出非均匀的特性。这种成像非均匀现象也常常被称为阴影(shading)。
ISO 17957对数码相机成像的阴影测量条件作了推荐：需要一个均匀的场目标，可以代表三种常见照明环境的光源，即平均室外日光、室内白炽照明和室内荧光灯照明。为了产生符合要求的测试条件，需要专门搭建用于测试阴影的照明环境。业界通常使用积分球均匀光源系统以提供均匀的光照条件。一方面，这样的测试条件和方法极大的限制了数码相机均匀性测试和校正的测试场合，为实际测量和校正带来不便，尤其是对于使用广角镜头的数码相机，要提供一个足够大面积的均匀光照更是困难。另一方面，要实现ISO规定的三种典型光源，目前积分球往往采用白炽灯和滤光片组合的方式来产生不同类型的光源，这样的光源只能保证色温的准确，却会因同色异谱而造成潜在的测量不准确的风险。
技术实现要素：
为了克服现有数码相机成像均匀性的测试校正方法中需要使用特殊均匀光源装置的不便，本发明提供一种使用标准灯箱和标准灰卡，对数码相机的成像均匀性进行测试和校正的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于标准灯箱和灰卡的数码相机均匀性校正方法，该方法包括以下步骤：
(1)布置灯箱，放置灰卡：将灯箱放置于暗室中，将灰卡放置于灯箱中，灰卡与灯箱底面成固定角度。
(2)打开灯箱的一种光源，对光源进行预热。
(3)相机位置及参数设置：待灯箱光源预热完毕，将数码相机放置于灰卡可正常对焦的距离处，数码相机光轴垂直于灰卡平面，设置并固定数码相机拍摄参数，使得数码相机对灰卡曝光正确；所述数码相机拍摄参数包括ISO感光度、光圈、快门和焦距。
(4)相机拍摄：将数码相机在垂直于光轴平面上平移并拍摄，使得N次拍摄得到的灰卡尽可能的散布出现在图像的各个位置；提取第i张图片中灰卡光照均匀区域的RGB值的平均值RGBi，以及该区域的中心位置qi,i＝1,2,...,N。
(5)预测并校正相机的均匀性：根据步骤(4)获得的位置变量qi和图像响应值RGBi，通过插值或者拟合得到从位置变量qi映射到图像响应值RGBi的预测函数f(·)，对于图像P中的任意一点p，得到该点均匀性校正系数k(p)：
(6)更换灯箱的光源种类，重复步骤(2)～(5)，直至所有种类光源测试完毕，得到该数码相机针对每种光源的均匀性校正系数。
本发明的有益效果是：本发明使用标准灯箱和标准灰卡，采用多次平移相机拍摄同一标准色卡的方式，通过插值拟合的数学方法，得到图像的均匀性校正系数。本方法以光源的时间稳定性换取光源的空间均匀性，克服传统数码相机均匀性测试和校正必须在使用诸如积分球均匀光源系统的局限，大大增加了测试和校正数码相机成像均匀性的适用范围。
附图说明
图1是数码相机成像均匀性测试和校正的流程图；
图2是测试实验装置图；
图3是实例中拍摄的标准灰卡图片；
图4是积分球方法和本发明方法的测试结果比较图，(a)为采用A光源，(b)为采用D65光源。
具体实施方式
下面以尼康数码单反相机D3x配尼康AF-S尼克尔24-120mm f/4G ED VR镜头、GretagMacbeth Spectralight III标准灯箱和X-rite ColorChecker Passport中的灰卡为例，阐述测试和校正这台数码相机的成像均匀性的具体步骤。需说明的是，本发明不限于尼康数码单反相机，只要能获取到图像数字格式输出的数码相机均适用于本发明，也不限于GretagMacbeth标准灯箱或者X-rite色卡，只要能提供稳定光源和包含光谱中性色块的色卡均适用于本发明。
如图1所示，本发明提供的一种基于标准灯箱和灰卡的数码相机均匀性校正方法，包括以下步骤：
(1)布置灯箱，放置灰卡：如图2所示，将Spectralight III标准灯箱放置于暗室中，将X-rite ColorChecker Passport色卡翻至白平衡目标页(即中性灰页)，放置于灯箱中，灰卡与灯箱底面成45角度以便相机捕获图像。
(2)选择光源：从Spectralight III标准灯箱中选择D65光源，打开预热。
(3)相机位置及参数设置：待步骤(2)的灯箱光源预热完毕，将D3x数码相机放置于灰卡可正常对焦的距离2.0m处，相机光轴尽量垂直于灰卡平面，设置并固定相机拍摄参数，ISO感光度200、光圈数为4、快门1/80s、焦距50mm，使得数码相机对灰卡曝光正确(Ev＝0)。
(4)相机拍摄：将相机在垂直于光轴平面上从左至右从上至下平移(轴向的位移造成的理论误差仅为fΔr/[r(f+r)]×100％，其中r为物距，f为相机焦距，Δr为轴向位移差,Δr单位为mm。本实施例中轴向的位移造成的理论误差仅为Δr/82000×100％)，使得40次拍摄得到的灰卡尽可能的散布出现在图像的各个位置。提取第i张图片中灰卡光照均匀区域的RGB值的平均值，记为RGBi，以及该区域的中心位置，记为qi，i＝1,2,...,40。
(5)预测并校正相机的均匀性：根据步骤(4)获得的位置变量qi和图像响应值RGBi，i＝1,2,...,40，通过二维立方插值法得到从位置变量qi映射到图像响应值RGBi的预测函数f(·)，对于图像P中的任意一点p，得到该点均匀性校正系数k(p)：
式中，max(·)为求最大值函数。
(6)Spectralight III标准灯箱更换至A光源，重复(2)～(5)步骤，得到该数码相机针对多种光源的均匀性校正系数。
实验结果以绿色通道(G通道)为例，如图4所示，本发明方法的实验结果和积分球均匀光源系统下得到的校正系数非常接近。