Спосіб формування зображення об’єкта зйомки з використанням брекетингу експозиції

1. Спосіб формування зображення об'єкта зйомки з використанням брекетингу експозиції, що полягає в одержанні серії цифрових зображень одного й того ж об'єкта, виконаних при однакових зовнішніх умовах і при різних рівнях експозиції з подальшою побудовою результуючого цифрового зображення, який відрізняється тим, що спочатку для кожного піксела кожного цифрового зображення розраховують або вимірюють значення параметра, що визначає ефективність фотозйомки, використовуючи інформацію від сукупності пікселів U 1 3 рмованих оптичним й оптико-електронним каналами. Для мінімізації втрат інформації при реєстрації цифрових зображень застосовується технологія HDR (High Dynamic Range), що передбачає формування зображень з великим динамічним діапазоном. Найчастіше, такі зображення формують із декількох зображень із малим динамічним діапазоном LDR (Low Dynamic Range), отриманих у результаті зйомки того самого сюжету при різних рівнях середньої експозиції (так званого брекетингу експозиції). Разом з тим, не дивлячись на явні переваги, застосування зображень з великим динамічним діапазоном викликає проблеми для їхнього використання з метою дешифрування при відображенні на приладах з обмеженим динамічним діапазоном вихідного сигналу (монітори, фотопринтери й т.д). У зв'язку із цим, сформовані HDR зображення вимагають додаткового стискування до необхідного рівня. Відомі різні способи, що дозволяють одержати зображення, зручне для подальшої візуальної обробки. Відомий спосіб одержання зображення (патент США 6.822.762), обраний як прототип корисної моделі. Спосіб зводиться до обробки зображення з великим діапазоном вихідного сигналу. У свою чергу, зображення з великим діапазоном вихідного сигналу може бути попередньо отримано відомими способами з декількох зображень того самого об'єкта, сформованих у результаті брекетингу експозиції. Зображення будують наступним чином. Попередньо створюють маску у вигляді розмитого зображення яскравого каналу. Для розмиття використовують лінійний фільтр низьких частот. Далі, значення кожного компонента зображення попіксельно перетвориться з урахуванням значення маски. Запропонований спосіб дозволяє підсилити темні місця зображення й послабити світлі, знижуючи макроконтраст зображення, підвищуючи контраст дрібних деталей. Використання способу дозволяє істотно поліпшити зображення, привівши його до зручного для візуального сприйняття вигляду. Крім того, звуження динамічного діапазону вихідного зображення відбувається за рахунок низькочастотних складових вхідного сигналу, що не несуть, як правило, інформацію, корисну дешифровальнику. Основним недоліком способу є наявність ефекту оконтурювання контрастних деталей, відомим під терміном «halo». Крім того, власне кажучи, спосіб не гарантує одержання найбільш інформативних зображень, найцікавіших дешифровальнику. Параметр, що визначає ефективність зйомки, далеко не завжди визначається тільки рівнем експозиції. Найчастіше, ефективність зйомки оцінюють по інформаційній ємності знімка або його роздільній здатності. На характеристичній кривій приймача оптичного зображення (наприклад, матриці ПЗЗ), існує досить вузький інтервал експозицій, для якого роздільна здатність зображення має максимальне значення. У зоні малих і більших експозицій роздільна здатність падає за рахунок зниження контрасту зображення через нелінійність характеристичної кривої. В області більших експозицій має місце насичення, малих домінуюче значення на роздільну здатність роб 50559 4 лять шуми. Однак й інші ланки фотоапарата впливають на якість одержуваного зображення. Наприклад, фрагмент об'єкта, зображення якого перебуває в зоні оптимальних експозицій на характеристичній кривій фотоприймача на одному знімку, може мати більш низьку роздільну здатність, чим той же фрагмент об'єкта на іншому знімку, зображення якого, що перебуває в іншій зоні експозицій. Це може визначатися, наприклад, різними витримками при зйомці. У першому випадку, нескомпенсований зсув зображення може зробити більш істотний вплив на роздільну здатність, чим неоптимальна експозиція. Таким чином, з погляду дешифрування, найбільший інтерес представляє не зображення, що фізично точно відображає об'єкт, а зображення, що несе максимальну інформацію про деталі даного об'єкта. В основу корисної моделі покладене завдання підвищення якості зображення об'єкта зйомки, призначеного для візуалізації на приладах з обмеженим динамічним діапазоном, за рахунок складання його з найбільш інформативних елементів зображень об'єкта, отриманих при однакових зовнішніх умовах і різних експозиціях. Це дозволяє одержати зображення з малим динамічним діапазоном, зручне для подальшого дешифрування. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що в способі формування зображення об'єкта з використанням брекетингу експозиції, що полягає у формуванні серії цифрових зображень того самого об'єкта, отриманих при різних рівнях експозиції з подальшою побудовою результуючого цифрового зображення, відповідно до корисної моделі, спочатку для кожного пікселя кожного цифрового зображення розраховують або вимірюють значення параметра, що визначає ефективність фотозйомки, використовуючи інформацію від сукупності пікселів ділянки зображення, що містить необхідний піксель і віддалені від нього на заданій відстані, після чого попіксельно будують результуючого зображення, при цьому в кожен піксель результуюче зображення заносять інформацію із відповідного йому пікселя цифрового зображення, для якого раніше отримане значення параметра, що визначає ефективність фотозйомки, має максимальне значення. Рішення поставленого завдання дозволить підвищити ефективність зйомки в цілому, забезпечивши візуалізацію зображення на приладах з обмеженим динамічним діапазоном вихідного сигналу. Спосіб реалізують у такий спосіб. Спочатку одержують декілька цифрових знімків того самого об'єкта при різних рівнях експозиції. Кількість знімків визначається співвідношенням діапазону яскравостей об'єкта зйомки й динамічного діапазону реєстратора цифрового зображення. Наприклад, якщо діапазон яскравостей об'єкта фотографуванL ня становить lg max 2,0 , а діапазон освітленосL min тей, сприйманих реєстратором зображення E lg max 1,0 , то необхідно одержати не менше Emin двох знімків. Після цього задаються розміром і 5 формою «вікна», у межах якого для кожного пікселя кожного зображення буде розраховуватися або вимірятися параметр, що визначає ефективність фотозйомки. Під терміном «вікно» у цьому випадку варто розуміти сукупність пікселів, складових оточення пікселя, що цікавить. У дану сукупність входить сам піксель, що цікавить, і пікселі, що відстоять від нього на заданій відстані. У найпростішому випадку, «вікно» визначається центром, у якому перебуває піксель, що цікавить, і сусідні з ним пікселі. У більше складному випадку, залежно від розв'язуваних завдань, «вікно» може створюватися сукупністю пікселів, обмежених багатокутником довільних розмірів. Після цього, для кожного пікселя кожного зображення, розраховують або вимірюють параметр, що визначає ефективність фотозйомки. При цьому для розрахунку або виміру параметра, що визначає ефективність фотозйомки, використовують інформацію від сукупності пікселів ділянки зображення в межах раніше обраного «вікна», що відповідає даному пікселю. Як параметр, що визначає ефективність фотозйомки, може бути обрана роздільна здатність, усереднена роздільна здатність, інформаційна ємність або інші параметри. Для художньої фотографії як параметр, що визначає ефективність фотозйомки, можуть бути обрані статистичні дані суб'єктивних оцінок якості зображення, наприклад, умовна шкала «погане - гарне зображення». Після цього, формують результуюче зображення, для чого в кожен піксель результуючого зображення заносять інформацію із відповідного йому пікселя цифрового зображення, для якого раніше отримане значення параметра, що визначає ефективність фотозйомки, має максимальне значення. Відомо, що такий параметр, як роздільна здатність, у більшості випадків фотографування, за інших рівних умов, визначається контрастом між елементами зображення, що перебувають на межі 50559 6 розділення. У зв'язку із цим, усереднений контраст між елементами зображень, які відповідають сусіднім пікселям у межах «вікна» так само може бути використаний як параметр, що визначає ефективність фотозйомки. Помилки, що виникають при розрахунку контрасту, обумовлені наявністю шумів, можуть бути мінімізовані, якщо розрахунок буде проводитися по нерізких цифрових зображеннях, що відповідає вихідним. Пропонований спосіб пояснюється малюнком, представленим на Фіг. На малюнку показані графіки умовних одномірних зображень U1(x), U2(x),...,Um(x), отриманих при однакових зовнішніх умовах і різних рівнях експозиції. Де: U - параметр, що визначає інтенсивність зображення в пікселі (наприклад, залежно від форми подання зображення, це може бути оптична щільність паперу або прозорого носія, яскравість екрана монітора, потенціал в осередку ПЗЗ, або деяке цифрове значення масиву); х - координата (одномірна) пікселя. Зображенням U1(x), U2(x),...,Um(x) відповідають розподілу параметра, що визначає ефективність зйомки R1(х), R2(x),...,Rm(x). Де R - параметр, що визначає ефективність зйомки, вимірюваний або розрахований за інформацією від сукупності пікселів у межах заданого «вікна». Для формування результуючого зображення Up(x) для кожної координати х вибирається параметр U того зображення, для якого значення R буде мати максимальне значення. Наприклад, якщо для деякого пікселя зображення з деякою координатою ξ виконується умова Rn(ξ)>R1(ξ), Rn(ξ)>R2(x),…,Rn(ξ)>Rm(x), то пікселю з координатою ξ в результуючому зображенні привласнюють значення Un(ξ), тобто, Up(ξ)=Un(ξ). Пропонований спосіб дозволяє одержати цифрові фотографічні зображення високої якості із серії зображень, сформованих у результаті брекетингу експозиції, без створення проміжного HDRзображення. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 50559 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601