高动态范围图像生成方法、装置、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种高动态范围图像生成方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

高动态范围图像是一种具有高度真实感光照和层次感的图像。为了获取高动态范围图像，传统的方法是利用HDR技术，即通过同一个场景进行不同时间的曝光，最后进行多张合成，从而增强照片动态的范围，例如，通过采用支持HDR功能的控制器和影像传感器，由控制器设置影像传感器每一帧图像的曝光时间以达成长短曝光的交替图像效果，然后影像传感器输出一亮一暗的原始影像资料，最后，控制器将一亮一暗的原始影像资料合成为一张高动态范围图像。然而，这种使用HDR技术改善画面动态范围，需要影像传感器定义HDR功能，增加了成本，且由于对每一帧图像设置不同的曝光时间，使得视频帧率降低、分辨率降低，且影响低光源场景时亮度，同时对于动态图像还会存在重影问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提出一种能够降低成本的同时提升高动态范围图像质量的高动态范围图像生成方法、装置、计算机设备及存储介质。

一种高动态范围图像生成方法，所述方法包括：

利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，所述第一曝光时间小于所述图像传感器的预设标准曝光时间；

根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，获取所述子区域对应的亮度，并确定所述子区域对应的目标亮度；

基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。

一种高动态范围图像生成装置，所述装置包括：

获取模块，用于利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，所述第一曝光时间小于所述图像传感器的预设标准曝光时间；

划分模块，用于根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，获取所述子区域对应的亮度，并确定所述子区域对应的目标亮度；

生成模块，用于基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：

利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，所述第一曝光时间小于所述图像传感器的预设标准曝光时间；

根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，获取所述子区域对应的亮度，并确定所述子区域对应的目标亮度；

基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。

一种计算机可读介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：

利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，所述第一曝光时间小于所述图像传感器的预设标准曝光时间；

根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，获取所述子区域对应的亮度，并确定所述子区域对应的目标亮度；

基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。

上述高动态范围图像生成方法、装置、计算机设备及存储介质，通过利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，所述第一曝光时间小于所述图像传感器的预设标准曝光时间；根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，获取所述子区域对应的亮度，并确定所述子区域对应的目标亮度；基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。本发明无需依赖硬件，通过减少原始图像的曝光时间，避免曝光过度导致的图像细节丢失，通过对原始图像进行分区后再分别进行不同的亮度增益处理，保证低光源场景的亮度效果和分辨率，由于是针对一帧图像进行处理，避免了重影效果，提高了图像的动态效果，大大提升了高动态范围图像的质量和生成效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中高动态范围图像生成方法的流程图；

图2为一个实施例中行车记录仪拍摄的视频中的一帧画面的示意图；

图3为一个实施例中高动态范围图像生成方法的流程图；

图4为一个实施例中目标增益计算方法的流程图；

图5为一个实施例中高动态范围图像生成装置的结构框图；

图6为一个实施例中计算机设备的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，在一个实施例中，提供了一种高动态范围图像生成方法，该高动态范围图像生成方法既可以应用于终端，也可以应用于服务器，本实施例以应用于服务器举例说明。该高动态范围图像生成方法具体包括以下步骤：

步骤102，利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，第一曝光时间小于图像传感器的预设标准曝光时间。

其中，第一曝光时间是指预先设置的图像传感器的曝光时间，该第一曝光时间小于预设标准曝光时间，即第一曝光时间的图像传感器获取的原始图像的亮度低于预设标准曝光时间的图像传感器获取的图像的亮度，该图像即是通常情况下获取到的图像。原始图像可以是一幅图像或者视频序列中的任意一帧图像，且原始图像的亮度低于通常情况下获取到的图像的亮度。可以理解地，曝光时间越长，原始图像的亮度越高，越容易产生曝光过度导致原始图像失去细节，因此，本实施例中，通过降低原始图像的亮度，以获取更多的细节，以便后续基于该原始图像获取更丰富的细节。

步骤104，根据原始图像的应用场景，将原始图像划分为多个子区域，获取子区域对应的亮度，并确定子区域对应的目标亮度。

其中，应用场景是指原始图像在被使用时所处的情景，如应用领域和使用环境等，本实施例中的应用场景可以是行车记录仪拍摄的视频、安防摄像头拍摄的视频或者车后方摄像头拍摄的视频等应用领域。例如，对于行车记录仪的应用领域，如图2所示，为行车记录仪拍摄的视频中的一帧画面的示意图，该画面上方是天空，为不太重要的信息，画面下方为车头，是可以忽略的信息，画面中间是行车信息，是重要信息，因此，可以在这个应用场景下，将原始图像划分为上、中、下三个子区域，也可以继续将中间画面的子区域继续划分。该划分方式可以是均匀划分，也可以是非均匀划分，此处不做限制。作为本实施例的优选，可以采用均匀划分的方式进行划分，以减少图像的划分和合成时间，提高后续高动态范围图像的生成效率。值得说明的是，本实施例中的应用场景并不限于上述三种应用领域，还包括其他与图像或者视频相关的应用场景。

目标亮度是指用户需要调整到理想的亮度。具体地，可以根据应用场景中包含的使用环境，例如，对于晴天中午和阴天傍晚不同的使用环境，为了满足用户的视觉感官体验，不同使用环境的原始图像的目标亮度不同。具体地，可以预先配置应用场景与目标亮度的映射表，基于应用场景从映射表中获取原始图像的目标亮度。可以理解地，本实施例中，通过根据应用场景，对一帧原始图像划分为多个子区域，高效地提取了的原始图像的重要信息，减少了无效信息的干扰，使得后续基于子区域的图像处理更加具有针对性，进而大大了高动态范围图像的生成效率，同时基于应用场景获取各个子区域的目标亮度，充分考虑了人眼的视觉感官体验，进一步提高了对原始图像的处理效率，

步骤106，基于目标亮度和子区域对应的亮度，对子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。

其中，增益变换是指对数据进行放大的一种数据处理方式，本实施例中，是对子区域的亮度进行放大调整。具体地，根据各个子区域的亮度与对应的目标亮度之间的数值大小关系，确定各个子区域的增益参数值，对各个子区域按照相应的增益参数值进行亮度放大后，使得各个子区域的亮度增强，进而生成高动态范围图像，可以理解地，由于原始图像的亮度相较于通常的图像偏暗一些，因此，本实施例中，通过对各个子区域的亮度进行增益变换，提高了图像的动态范围和图像效果，由于是对一帧图像分区进行增益变化，相较于传统的利用不同曝光时间的图像的合成，提高了图像的帧率，并且避免了多帧不同时间的动态图像合成导致的拖影重影现象，同时，高动态范围图像的动态范围越大，在环境亮度高低光差越大的场景，画面细节的表现越好，使得该高动态范围图像在高低光差的影像画面质量达到较佳且画面细节清晰突出，大大提升了高动态范围图像的质量和生成效率。

需要说明的是，还可以在获得高动态范围图像后，对高动态图像进行预处理，如，调色、降噪或者平滑等图像处理，进一步提升高动态范围图像的质量。

上述高动态范围图像生成方法，通过利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像；根据原始图像的应用场景，将原始图像划分为多个子区域，获取子区域对应的亮度，并确定子区域对应的目标亮度；基于目标亮度和子区域对应的亮度，对子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像，通过对各个子区域的亮度进行增益变换，提高了图像的动态范围和图像效果，由于是对一帧图像分区进行增益变化，提高了图像的帧率，并且避免了多帧不同时间的动态图像合成导致的拖影重影现象，使得该高动态范围图像在高低光差的影像画面质量达到较佳且画面细节清晰突出，大大提升了高动态范围图像的质量和生成效率。

在一个实施例中，根据原始图像的应用场景，将原始图像划分为多个子区域，包括：根据原始图像的应用场景，分析原始图像的重要区域；按照重要区域的分布，对原始图像进行划分，生成多个子区域。

在这个实施例中，重要区域是指具有更多有价值信息的区块，继续以图2所示的行车记录仪拍摄的视频中的一帧画面的示意图为例，该示意图的中间区域为重要区域，根据该重要区域的分布情况，对原始图像划分，例如，可以将原始图像划分成上、中、下三个区块，然后对中部区块进行更加精细的划分，以便后续获取到重要区域包含的更多的细节，提升图像质量。

值得说明的是，还可以直接根据CMOS图像传感器卷帘(Rolling Shutter)曝光方式，将原始图像按行划分为多个子区域，即每个子区域包含一行像素点，提高原始图像划分效率。

如图3所示，在一个实施例中，基于目标亮度和子区域对应的亮度，对子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像，包括：

步骤106A，基于目标亮度和子区域对应的亮度，确定各个子区域对应的目标增益；

步骤106B，按照目标增益对子区域的亮度进行调整，生成高动态范围图像。

其中，目标增益是指子区域亮度的增益参数值，具体地，根据目标亮度与子区域亮度之间的数值关系，如比例值或者进行变换后的(如取对数)数值关系，确定各个子区域的目标增益，然后，将子区域的亮度放大到该目标增益对应的倍数，或者对目标增益进行修正后，再将子区域的亮度放大到修正后的目标增益对应的倍数，实现对子区域亮度的精准补偿，提升高动态范围图像的效果的同时更加符合人眼视觉感官。

如图4所示，在一个实施例中，基于目标亮度和子区域对应的亮度，确定各个子区域对应的目标增益，包括：

步骤106A1，根据子区域对应的亮度和目标亮度，计算各个子区域的初始增益；

步骤106A2，按照子区域的位置对应的顺序，将初始增益进行拟合处理，生成目标增益曲线；

步骤106A3，从目标增益曲线中提取目标增益。

其中，初始增益是指将子区域对应的亮度和目标亮度按照预设的计算方式计算得到的增益数值，例如取目标亮度与子区域对应的亮度之间的比例值。然后按照子区域的位置顺序，例如，先行后列的位置关系，即将各个子区域通过数字进行标识和排序，将标识的数字作为横坐标，对应的初始增益作为纵坐标，在二维标准坐标系中进行描点，根据各个子区域对应的坐标点进行拟合处理，以使生成目标增益曲线更加平滑，可以理解地，目标增益曲线越平滑，则对应的目标增益的变化呈现渐变式变化，进而使得高动态图像的亮度呈现渐变式变化，实现了平衡用户的视觉观感，进一步提升了用户的观感体验。

在一个实施例中，在按照子区域的位置对应的顺序，将初始增益进行拟合处理，生成目标增益曲线之后，还包括：在目标增益曲线不是直线的情况下，对初始增益进行修正；基于修正后的初始增益进行拟合处理，以使目标增益曲线为直线。

在这个实施例中，当目标增益曲线不是直线的情况下，会导致增益变化比较复杂，增加了算力，因此，对初始增益进行修正；基于修正后的初始增益进行拟合处理，以使目标增益曲线为直线，可以理解地，当将目标增益曲线拟合为直线时，步进保证了增益的渐变式变化，而且大大提高了目标增加计算的效率，进一步提升了高动态范围图像的生成效率。

在一个实施例中，按照目标增益对子区域的亮度进行调整，生成高动态范围图像，包括：基于目标增益，确定各个子区域的目标曝光时间；按照对应的目标曝光时间调整子区域的亮度，生成高动态范围图像。

具体地，曝光时间不同，则图像的亮度不同，因此，可以根据曝光时间与亮度的映射关系，确定目标增益下的子区域亮度，确定目标曝光时间，然后控制图像传感器的曝光时间为目标曝光时间，使得获取到的图像即为高动态范围图像。

在一个实施例中，按照目标增益对子区域的亮度进行调整，生成高动态范围图像，包括：对各个子区域的亮度按照目标增益进行增益计算，得到高动态范围图像。

具体地，分别对各个子区域的亮度按照目标增益对应的数值进行放大，从而使得原始图像的动态范围增大，得到高动态范围图像。

如图5所示，在一个实施例中，提出了一种高动态范围图像生成装置，所述装置包括：

获取模块502，用于利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，所述第一曝光时间小于所述图像传感器的预设标准曝光时间；

划分模块504，用于根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，获取所述子区域对应的亮度，并确定所述子区域对应的目标亮度；

生成模块506，用于基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。

在一个实施例中，划分模块包括：

分析单元，用于根据所述原始图像的应用场景，分析所述原始图像的重要区域；

划分单元，用于按照所述重要区域的分布，对所述原始图像进行划分，生成多个所述子区域。

在一个实施例中，生成模块包括：

第一确定单元，用于基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，确定各个所述子区域对应的目标增益；

第一调整单元，用于按照所述目标增益对所述子区域的亮度进行调整，生成所述高动态范围图像。

在一个实施例中，确定单元包括：

计算子单元，用于根据所述子区域对应的亮度和所述目标亮度，计算各个所述子区域的初始增益；

拟合子单元，用于按照所述子区域的位置对应的顺序，将所述初始增益进行拟合处理，生成目标增益曲线；

提取子单元，用于从所述目标增益曲线中提取所述目标增益。

在一个实施例中，该高动态范围图像生成装置还包括：

修正模块，用于在所述目标增益曲线不是直线的情况下，对所述初始增益进行修正；

拟合模块，用于基于所述修正后的初始增益进行拟合处理，以使所述目标增益曲线为直线。

在一个实施例中，生成模块包括：

第二确定单元，用于基于所述目标增益，确定各个所述子区域的目标曝光时间；

第二调整单元，用于按照对应的目标曝光时间调整所述子区域的亮度，生成所述高动态范围图像。

在一个实施例中，生成模块包括：增益单元，用于对各个所述子区域的亮度按照所述目标增益进行增益计算，得到所述高动态范围图像

图6示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是服务器，所述服务器包括但不限于高性能计算机和高性能计算机集群。如图6所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现高动态范围图像生成方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行高动态范围图像生成方法。本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，本申请提供的高动态范围图像生成方法可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图6所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成高动态范围图像生成装置的各个程序模板。比如，获取模块502，划分模块504，生成模块506。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下步骤：利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，所述第一曝光时间小于所述图像传感器的预设标准曝光时间；根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，获取所述子区域对应的亮度，并确定所述子区域对应的目标亮度；基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。

在一个实施例中，根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，包括：根据所述原始图像的应用场景，分析所述原始图像的重要区域；按照所述重要区域的分布，对所述原始图像进行划分，生成多个所述子区域。

在一个实施例中，基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像，包括：基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，确定各个所述子区域对应的目标增益；按照所述目标增益对所述子区域的亮度进行调整，生成所述高动态范围图像。

在一个实施例中，基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，确定各个所述子区域对应的目标增益，包括：根据所述子区域对应的亮度和所述目标亮度，计算各个所述子区域的初始增益；按照所述子区域的位置对应的顺序，将所述初始增益进行拟合处理，生成目标增益曲线；从所述目标增益曲线中提取所述目标增益。

在一个实施例中，在按照所述子区域的位置对应的顺序，将所述初始增益进行拟合处理，生成目标增益曲线之后，还包括：在所述目标增益曲线不是直线的情况下，对所述初始增益进行修正；基于所述修正后的初始增益进行拟合处理，以使所述目标增益曲线为直线。

在一个实施例中，按照所述目标增益对所述子区域的亮度进行调整，生成所述高动态范围图像，包括：基于所述目标增益，确定各个所述子区域的目标曝光时间；按照对应的目标曝光时间调整所述子区域的亮度，生成所述高动态范围图像。

在一个实施例中，按照所述目标增益对所述子区域的亮度进行调整，生成所述高动态范围图像，包括：对各个所述子区域的亮度按照所述目标增益进行增益计算，得到所述高动态范围图像。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：利用第一曝光时间的图像传感器获取原始图像，所述第一曝光时间小于所述图像传感器的预设标准曝光时间；根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，获取所述子区域对应的亮度，并确定所述子区域对应的目标亮度；基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像。

在一个实施例中，根据所述原始图像的应用场景，将所述原始图像划分为多个子区域，包括：根据所述原始图像的应用场景，分析所述原始图像的重要区域；按照所述重要区域的分布，对所述原始图像进行划分，生成多个所述子区域。

在一个实施例中，基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，对所述子区域的亮度进行增益变换，生成高动态范围图像，包括：基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，确定各个所述子区域对应的目标增益；按照所述目标增益对所述子区域的亮度进行调整，生成所述高动态范围图像。

在一个实施例中，基于所述目标亮度和所述子区域对应的亮度，确定各个所述子区域对应的目标增益，包括：根据所述子区域对应的亮度和所述目标亮度，计算各个所述子区域的初始增益；按照所述子区域的位置对应的顺序，将所述初始增益进行拟合处理，生成目标增益曲线；从所述目标增益曲线中提取所述目标增益。

在一个实施例中，在按照所述子区域的位置对应的顺序，将所述初始增益进行拟合处理，生成目标增益曲线之后，还包括：在所述目标增益曲线不是直线的情况下，对所述初始增益进行修正；基于所述修正后的初始增益进行拟合处理，以使所述目标增益曲线为直线。

在一个实施例中，按照所述目标增益对所述子区域的亮度进行调整，生成所述高动态范围图像，包括：基于所述目标增益，确定各个所述子区域的目标曝光时间；按照对应的目标曝光时间调整所述子区域的亮度，生成所述高动态范围图像。

在一个实施例中，按照所述目标增益对所述子区域的亮度进行调整，生成所述高动态范围图像，包括：对各个所述子区域的亮度按照所述目标增益进行增益计算，得到所述高动态范围图像。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。