高动态范围图像融合中保留无鬼影运动物体处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字图像处理领域，具体讲，涉及高动态范围多曝光图像融合中的鬼 影处理方法。
【背景技术】
[0002] 传统的低动态范围（Low Dynamic Range，LDR)图像在过曝光和欠曝光区域都会丢 失一些重要的信息。高动态范围(High Dynamic Range，HDR)图像通过融合一系列不同曝光 度的低动态范围图像来扩大单一图像所能覆盖的动态范围和增强图像细节。现有的融合技 术为了得到高动态范围图像通常是把不同曝光度的低动态范围图像进行融合得到。然而， 现实场景中获得的图像大多含有移动物体等动态元素，这会造成融合后得到的高动态范围 图像中含有鬼影。现有的去鬼影技术通常是直接把所有待融合图像中含有的移动物体去 掉，这在一定程度上使得得到的高动态范围图像丧失了原始图像的真实度。
[0003] 运动目标的错位和叠加现象是造成鬼影的主要因素，现有的去鬼影的高动态范围 图像融合方法大致分为三类:一是用单一曝光度的单幅图像来改正产生鬼影的地方，二是 用多重曝光度的多幅图像来改正产生鬼影的地方，三是直接修改导致鬼影产生的源图像在 融合过程中的权重。
[0004] 对于第一类方法，Fabrizio等[1]用中值阈值位图法来检测像素的变化，然后在融 合的过程中进行图像配准并将变化较大的像素排除在外。Wei Zhang等[2]在梯度域利用梯 度方向对曝光度不敏感特性来检测移动物体，在融合的过程中对移动物体赋予较小的权重 来去除鬼影的影响。Jacob[3]提出一种基于局部像素熵值变化来检测移动物体的方法。用 熵值作为测度因子是因为熵值不会受到像素值强度变化的影响。然而，基于熵值的方法容 易在动态范围大的地方出现较大的误差。
[0005] 第二类方法采用了用不同曝光度的图像来修正出现鬼影区域的方法。Gallo[4]提 出一种测量场景中像素正确曝光度的方法。对于场景的每一区域像素值，计算同一曝光度 下基于另一场景区域的偏差。最终，用不同曝光度的区域来合成一幅无鬼影的高动态范围 图像。E.Reinhard[5]基于像素局部方差分割出由运动目标造成的"鬼影"区域，然后通过直 方图找到最佳曝光的参考图像去替代"鬼影"区域，最终得到合成后的高动态图像。这种算 法的优点在于想法直观，运算简单;缺点是基于方差检测运动目标的过程中容易将其它静 止目标的边界检测出来，出现误检。Grosch提出依据残差图像(the error map)[6]检测出 运动目标。首先选取一幅曝光良好的图像作为参考，估计出相机的响应函数，依据相机响应 曲线计算其他输入图像的估计图像，然后计算残差图像(the error map)，残差图像中像素 值大的点就认定为运动目标。但这种算法受相机响应函数和图像噪声的影响较大。
[0006] 第三类方法中，Khan[7]提出一种不需要移动物体检测和运动估计的方法。本方法 通过迭代方法直接反复的修改权重使得可见的鬼影部分的权重足够小以得到无鬼影的高 动态范围图像。算法通过一个无参数的静态场景模型来计算像素每一像素值属于同一集群 的概率。这主要是基于静态背景像素比动态移动物体像素出现时间长的假设。这种方法可 以得到效果非常好的结果，但计算量大且耗时。Kang[8]提出一种基于光流法检测移动物体 的方法。算法主要依据光流法来配准相邻帧以达到融合后无鬼影的效果。然而，这种方法结 果的好坏主要依据运动估计是否准确，很难得到正确的结果。
[0007] 可以看出，现有的多曝光图像融合去鬼影算法往往需要复杂的计算来求得相机的 响应曲线，或者需要设置参考图像，而且都是在融合过程中直接把所有待融合图像中含有 的移动物体去掉，计算复杂且丧失了原始图像的真实度。因此，本发明提出一种简便的多曝 光图像融合去鬼影方法，利用背景建模的帧差法来检测移动物体，修改移动物体在融合过 程中所对应的权重来去除鬼影的影响，且能得到保留原始移动物体的无鬼影高动态范围图 像。
[0008] 参考文献
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[0014] [6]Grosch T.Fast and robust high dynamic range image generation with camera and object movement[C]//Vision,Modeling and Visualization.2006:277-284〇
[0015] [7]Khan E A,Akyiiz A 0,Reinhard E.Ghost removal in high dynamic range images[C]//Image Processing,2006IEEE International Conference on. IEEE,2006: 2005-2008〇
[0016] [8]Kang S B,Uyttendaele M,Winder S,et al.High dynamic range video[J] ?ACM Transactions on Graphics(TOG),2003,22(3):319-325。
【发明内容】
[0017] 为克服现有技术的不足，实现去除图像融合过程中产生的鬼影且保留曝光度良好 的移动物体。为此，本发明采取的技术方案是，高动态范围图像融合中保留无鬼影运动物体 方法，包括如下步骤:先将图像转化为灰度图，然后对一系列灰度图像进行直方图均衡化， 使图像灰度归一化到〇-255范围内且分布均匀;然后将移动物体看成是奇异点，利用中值 滤波得到去除移动物体的背景图的建模结果;分别用含有移动物体的图像与背景图作差相 减，得