本发明涉及相机的成像与图像处理领域。
背景技术：
对于图像格式而言，现在的图像存储格式是针对单幅图像动态范围固定的情况设计的，以压缩为主要目标的格式有jpg格式，无压缩的图像格式有bmp格式，还有针对矢量图的emf格式，但并没有针对多相机宽动态图像的文件格式。
技术实现要素：
本发明的目的是在多个拍摄相机相对位置固定的条件下构建一种支持保存图像在空域上宽动态的文件格式，可以保证多相机拍摄的结果做离线保存，方便后续的拼接、超分辨率、多焦距拍摄等应用处理。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种针对多镜头拍摄的宽动态图保存方法，包括以下步骤：
1)读取每个相机的基本参数；
2)读取每个相机拍摄图像在空间上的变化关系；
3)读取每个相机拍摄的图像与各自的动态调整因子；
4)在给定仿真视角的情况下，构建输出视场与拍摄基准面的空间几何关系，挑选仿真视场内的图像，根据该视场中心区域的实际曝光情况来选择其他图像在该曝光情况下最佳的动态调整因子，结合各自的空间变换关系，产生多幅有空间位置重合的仿真图，利用重合位置的加权过度，消除视觉明显的重合边界，得到最终的仿真图。
所述步骤1)中，相机基本参数包括：相机标号、相机拍摄条件与相机基本属性。
所述步骤2)中，空间上的变化关系是相机空间位置信息以及各自拍摄图像在同平面的投影变换关系，投影变换模型是鱼眼、柱面、平面透视或者仿射；输出视场相对于基准面的变换关系模型为几何变换矩阵。
所述步骤3)中，每个相机拍摄图像之间存在动态范围的调整因子αi与βi，每幅图像调整动态范围的模型简化为i′i＝αiii+βi，基于重合区域不一致性最小的目标估计动态范围调整因子，具体方法是：
c)对ii而言，按照相机空间位置关系，找出与其有重合的图像组{ii,k}，k∈[1,c],k≠i；
d)对所有图像进行做rgb空间到lab空间的转换，利用ri,k与rk,i的l通道来做线性调整因子估计，假设：
ⅰ、ri,k＝αk,irk,i+βk,ie，通过求解矩阵方程，可以求出αk,i与βk,i，基于该调整因子对图像ii做整体调整，得到i′i,k，通过图像组重复调整可以得到调整后的具有不同动态范围的图像组{i′}；
ⅱ、ri,j(x,y)＝αj,i(x,y)rj,i(x,y)+βj,i(x,y)，这里ri,j与rj,i的宽度与高度分别为m、n，ri,j(x,y)表示在(x,y)处的亮度值，x∈[1,m]，y∈[1,n]，通过降低分辨率求解超像素级的调整因子，找到调整因子的中值或者统计均值做最终的αk,i与βk,i，基于该调整因子对图像ii做整体调整，得到i′i,k，通过图像组重复调整得到调整后的具有不同动态范围的图像组{i′i,k}。
本发明的一种针对多镜头拍摄的宽动态图保存方法，可以完整保存多相机拍摄条件下的宽动态图像信息，是一种新的针对多相机拍摄的图像格式；该文件格式可以支持任意视角下的图像仿真模拟与重构。
具体实施方式
本发明的针对多镜头拍摄的宽动态图保存方法是针对多镜头拍摄的宽动态图进行保存的格式和方法，针对多镜头拍摄的宽动态图生成方法如下：
方法包含不同相机的标定过程、相机间动态范围调整估计以及仿真模拟三个步骤，具体内容如下：
1)多相机拍照重合区域的标定阶段：在相机之间的空间相对位置关系固定的情况下，相机之间拍摄的重合区域是可以通过标定得出的，这里假定共有c个相机，每个相机的拍摄图像为ii，i∈[1,c]，相邻相机之间的重合区域为ri,j，j∈[1,c],j≠i，标定过程中可以使用固定的标定图卡，比如棋盘格，但考虑棋盘格需要人工标定，所以建议采用任意固定的场景，可以做自动标定，场景尽量有丰富的、有规律的图像标志信息，具体的标定方法是：
a)利用空间位置相邻的相机做实景拍摄，提取拍摄图像的rts不变特征，特征可以是sift、harris、surf或者hog；
b)基于提取特征来做特征匹配，得到匹配的特征点位置描述，特征匹配的方法，可以参考《bayh,tuytelaarst,vangooll.surf:speededuprobustfeatures[c]//europeanconferenceoncomputervision.springer,berlin,heidelberg,2006:404-417.》。
c)基于匹配的位置描述来估算ij在ii坐标系下的变换图像i′j，然后计算ri,j，这里ri,j＝i′j∩ii，然后记录ri,j的几何分布信息，可以是最小外接矩形(粗精度)，也可以是凸包链码(高精度)。估算位置的方法可以参考研究生论文《基于稀疏表示的序列图像配准算法研究》，大连海事大学；凸包、链码参考《数字图像处理》冈萨雷斯。
2)相机间的动态范围调整：这里认为每个相机拍摄图像之间存在动态范围的调整因子αi与βi，每幅图像调整动态范围的模型可以简化为i′i＝αiii+βi，以8位量化图像为例，原动态范围是[0,255]，调整后的动态范围是[βi,255αi]，由于每个相机在拍摄过程中都有自动曝光的调整，因此会造成不同视角下重合区域的高度不一致性，可以基于重合区域不一致性最小的目标估计动态范围调整因子，具体方法是：
a)对ii而言，按照相机空间位置关系，找出与其有重合的图像组{ii,k}，k∈[1,c],k≠i；
b)对所有图像进行做rgb空间到lab空间的转换，利用ri,k与rk,i的l通道来做线性调整因子估计，假设：
ⅰ、ri,k＝αk,irk,i+βk,ie，通过求解矩阵方程，可以求出αk,i与βk,i，基于该调整因子对图像ii做整体调整，得到i′i,k，通过图像组重复调整可以得到调整后的具有不同动态范围的图像组{i′}；
ⅱ、ri,j(x,y)＝αj,i(x,y)rj,i(x,y)+βj,i(x,y)，这里ri,j与rj,i的宽度与高度分别为m、n，ri,j(x,y)表示在(x,y)处的亮度值，x∈[1,m]，y∈[1,n]，αj,i与βj,i是像素级的，则将像素级转换为超像素级或者单参数，那么求解矩阵方程时会有求解超定方程引入的较大误差，因此，针对该类问题，可以通过降低分辨率求解超像素级的调整因子，找到调整因子的中值或者统计均值做最终的αk,i与βk,i，基于该调整因子对图像ii做整体调整，得到i′i,k，通过图像组重复调整可以得到调整后的具有不同动态范围的图像组{i′i,k}；
c)对所有图像进行a)～b)的调整处理，形成一系列的动态调整后的图像集{i′}；
3)基于实际视轴条件下的图像仿真：
a)在多相机动态范围图集调整完成后，要仿真不同视角下的图像结果，需要根据相机的空间位置与视角计算在图像中的视场位置，假定多相机条件下拍摄的整体视场为f，仿真视角的视场为f′，在仿真视角下的图像为if′，仿真图需要的高动态范围图集为{i′t}；
b)当{i′t}中空间位置没有重合的图像区域而言，可以直接采用原图信息：
c)当{i′t}中空间位置有重合的图像区域而言，为了重现实际曝光状态(假定每幅图在拍摄时都有曝光时间参数)，计算与非重合区域的曝光差异最小的做仿真灰度，同时，可以进行边界处的亮度信息过度，具体方式是：
ⅰ、提取重合区域在图像中的边界位置，边界区域即重合区域外围的坐标，这些坐标按照顺时针首尾相接则可以完整圈出重合区域，从数学描述上，在该坐标8邻域内，同时存在非重合区域与重合区域的像素；
ⅱ、基于几何位置分布来做像素权重计算，权重是按照几何距离线性插值方法给出的，比如以重合区域的中心处权重定为1，边界处的权重定为0.5，其他位置的权重按照与中心、边界的几何距离线性插值，取值范围是0.5～1，给出重合区域的每个像素权重ω(x,y)；
ⅲ、计算过度区的灰度if′(x,y)＝if′s(x,y)[1-ω(x,y)]+if′p(x,y)ω(x,y)，if′s(x,y)为原曝光条件下的图像灰度，if′p(x,y)为宽动态条件下的挑选出最佳重合区图像灰度。
针对上述多镜头拍摄的宽动态图生成方法所输出的图像，构建一种支持保存图像在空域上宽动态的文件格式，可以保证多相机拍摄的结果做离线保存，方便后续的拼接、超分辨率、多焦距拍摄等应用处理，方法如下：
保存的文件格式除了包含基本的文件系统信息以外，还包括的内容是：
1)几何空间位置信息：这里的空间位置是指相机空间位置信息以及各自拍摄图像在同平面的投影变换关系，投影变换模型可以是鱼眼、柱面、平面透视或者仿射，基本的相机信息包括相机标号，相机拍摄条件(包括曝光参数、分辨率、焦距等)，相对于基准面的变换关系，关系模型可以用几何变换矩阵代替，典型的矩阵有8参数、16参数以及12参数等。
2)包含宽动态调整因子的图像数据信息：这里包括每个相机拍摄的图像数据，由于经过宽动态调整，每幅图可能有一组或者多组动态范围调整因子αi与βi，假定共有c个相机，每个相机的拍摄图像为ii，i∈[1,c]，每幅图像调整动态范围的模型可以简化为线性调整模型，比如i′i＝αiii+βi，当调整因子是多组的情况下，每幅图可以调整为多个动态结果，结合其他相机拍摄的动态调整因子与调整图像，可以形成空域宽动态的图像集。
利用该文件格式仿真、重构多视角宽动态图像的流程是：
1.读取每个相机的基本参数，包括：相机标号、相机拍摄条件与相机基本属性；
2.读取每个相机拍摄图像在空间上的变化关系；
3.读取每个相机拍摄的图像与各自的动态调整因子；
4.在给定仿真视角的情况下，构建输出视场与拍摄基准面的空间几何关系，然后挑选仿真视场内的图像，然后根据该视场中心区域的实际曝光情况来选择其他图像在该曝光情况下最佳的动态调整因子，结合各自的空间变换关系，产生多幅有空间位置重合的仿真图，然后利用重合位置的加权过度，消除视觉明显的重合边界，得到最终的仿真图。
本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。