Embed Size (px)
Citation preview
Obrazy HDR
2
Składanie HDRa z sekwencji zdjęć LDR (1)
Seria&zdjęć&sceny&wykonanych&z&różnymi&ustawieniami&ekspozycji&
Obrazy HDR
3
Składanie HDRa z sekwencji zdjęć LDR (2)
! Unikanie'ustawień'kamery'zmieniających'sposób'rejestracji'sceny'w'kolejnych'ujęciach:'! zmiana'ekspozycji'poprzez'ustawianie'różnych'czasów'ekspozycji,'! wyłączone'automatyczne'obliczanie'punktu'bieli,''! stała'przesłona,'! stała'czułość'matrycy.'
! Minimalizacja'zniekształcenia'wywoływane'przez'kamerę:'! środkowa'wartość'przesłony,''! dobrej'jakości'obiektyw,'! osłona'na'obiektyw'redukująca'flary.'
! Statyw'redukujący'przesunięcia'pomiędzy'ujęciami.'
Obrazy HDR
4
Irradiancja <-> Radiancja Liniowa zależność irradiancji obrazu od radiancji sceny.
kąt ochylenia od osi symetrii obiektywu irradiancja
obrazu
radiancja sceny średnica obiektywu
ogniskowa obiektywu
Radiancja - fizyczna wartość energii emitowanej ze sceny Irradiancja - energia światła integrowana przez sensor CCD/CMOS
h d
matryca
scena
przesłona
X = L π4(dh)2 cos4φ
Obrazy HDR
5
Janość piksela (ang. Brightness) Jaskrawość - irradiancja rejestrowana w czasie
brightness
wartości ekspozycji
zależy od czasu naświetlania i średnicy obiektywu
Y = f (X ⋅ t)
Y = f (L ⋅ cos4φ
h2⋅πd 2
4t)
~wartość piksela
funkcja odpowiedzi
Obrazy HDR
6
Ekspozycja
Wartość ekspozycji dla czasu naświetlania t [s]
evi = log2N 2
ti
Y = L ⋅ cos4φ
h2⋅πd 2
4t = L ⋅ cos
4φ4
πd 2
h2t = L ⋅ cos
4φ4
πtN 2
N =hd[ f / #]
przesłona [f-number]
Obrazy HDR
7
Obliczanie irradiancji za pomocą aparatu fotograficznego
Czas 1 [s] Czas 5 [s]
€
irradiancja =wartosc _ pikselaczas_ekspozycji
⋅ const
const - stała umożliwiająca uzyskanie bezwzględnej wartości radiancji (luminancji). Definiowana w standardzie APEX.
X = g(Y )t
⋅const
EV = log2(N 2
t) ⋅const
g() - odwrotność funkcji odpowiedzi
Obrazy HDR
8
Obraz HDR poprzez złożenie ekspozycji LDR
W jaki sposób sumować wartości pikseli, aby odtworzyć radiancję sceny?
x j =g(yi, j ) ⋅evi ⋅wi, j
i∑
wi, ji∑
funkcja odwrotna do charakterystyki aparatu ekspozycja i-tej klatki
waga eliminująca szum
irradiancja j-tego piksela
wartość j-tego piksela z i-tej klatki
Obrazy HDR
9
Funkcja wagowa Przypisywanie wag (<0,1>) określających “wiarygodność” pikseli w obrazach LDR. Małe wartości wag oznaczają piksele zaszumione lub przesaturowane.
Obrazy HDR
10
Funkcja wagowa: krzywa Gaussa
Obrazy HDR
11
Funkcja odpowiedzi Zależność wartości pikseli od irradiancji sceny.
wartość piksela
wartość irradiancji (skala logarytmiczna)
Obrazy HDR
12
Pomiar funkcji odpowiedzi
GretagMacbeth ColorChecker
Pomiar jasności pól na wzorcu color checker’a. Wykonanie zdjęcia i odczytanie wartości piseli dla tych pól.
Obrazy HDR
13
Wyznaczanie funkcji odpowiedzi
Czas 1 [s] Czas 5 [s]
Zmiana czasu ekspozycji powinna powodować proporcjonalną zmianę wartości pikseli
• Wymagane co najmniej dwa zdjęcia tej samej sceny wykonane przy różnych ekspozycjach. • Badana zmiana koloru pikseli dla całego zakresu nasycenia (osobno dla składowych R,G i B).
Obrazy HDR
14
Wyznaczanie funkcji odpowiedzi Zmiana wartości pikseli powinna powodować proporcjonalną zmianę wartości irradiancji
Minimalizacja funkcji ze względu na dwie zmienne
O(y,x) = wi, ji, j∑ (yi, j − ti ⋅ x j )
2
Obrazy HDR
15
Metoda iteracyjna Minimalizacja funkcji dwóch zmiennych.
1. Liniowa charakterystyka odpowiedzi
2. Normalizacja taka, aby
3. Obliczenie wartości dla danego
€
x j
gk=1/ card(Ek ) ⋅ ti ⋅ x j
(i, j )∈Ek
∑
Ek = {(i, j) : yi, j = k}k ∈< 0,255>
4. Obliczenie nowych wartości gk
(wartość w połowie przedziału wynosiła 1)
Ek
Card(Ek ) - liczba elementów zbioru Ek
- zbiór pikseli obrazów wejściowych (LDR), których wartość wynosi k
5. Sprawdzenie kryterium zbieżności (gkn − gk
n−1)2k∑Card(Ek )
< ε(rozwiązania może nie być!) k=k+1
x j =g(yi, j ) ⋅ ti ⋅wi, j
i∑
wi, ji∑
g128 =1.0
gk =< 0..255>
Obrazy HDR
16
Funkcji odpowiedzi - funkcja wielomianowa
Funkcja wielomianowa
Obrazy HDR
17
Problemy: przesunięcia Usuwanie przesunięć między obrazami
Obrazy HDR
18
Problemy: aberracje Usuwanie flar wywołanych przez soczewki
Obraz wyraźniejszy
Obrazy HDR
19
Problemy: duchy Usuwanie “duchów”
Obrazy HDR
20
! M. Robertson, S. Borman, and R. Stevenson. Dynamic range improvement through multi- ple exposures. In Proceedings of the 1999 International Conference on Image Processing (ICIP-99), pages 159-163, Los Alamitos, CA, October 24-28 1999.
! M. Robertson, S. Borman, and R. Stevenson. Estimation-theoretic approach to dynamic range enhancement using multiple exposures. Journal of Electronic Imaging, 12:219-228, April 2003.
! T. Mitsunaga and S. K. Nayar. Radiometric self calibration. In proc. of Computer Vision and Pattern Recognition, Fort Collins, CO, USA, pages 374-380, 1999
Literatura
