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电气工程与系统科学 > 图像与视频处理

arXiv:2506.22426 (eess)
[提交于 2025年6月27日 ]

标题: 使用传统图像传感器快门功能和光学随机化的单次HDR

标题: Single-shot HDR using conventional image sensor shutter functions and optical randomization

Authors:Xiang Dai, Kyrollos Yanny, Kristina Monakhova, Nicholas Antipa
摘要: 高动态范围(HDR)成像是克服图像传感器动态范围限制的重要技术。 经典方法依赖于多次曝光,这会减慢捕获时间,导致在拍摄动态场景时出现运动伪影。 单次快照HDR成像通过将HDR数据编码到一次曝光中,然后进行计算恢复来缓解此问题。 许多已建立的方法使用强烈的图像先验来恢复曝光不当的图像细节。 这些方法在扩展的高光区域上表现不佳。 我们利用现成传感器的全局复位释放(GRR)快门模式。 GRR快门模式对靠近传感器底部的行应用更长的曝光时间。 我们使用光学器件将随机排列(打乱)的图像投射到传感器上,从而在场景中产生空间随机的曝光。 曝光多样性使我们能够通过求解一个具有简单总变分图像先验的优化问题来恢复HDR数据。 在仿真中,我们证明当许多传感器像素饱和(10%或更多)时,我们的方法优于其他单次快照方法,并且在适度饱和(1%)时具有竞争力。 最后,我们展示了一个物理实验室原型,该原型使用现成的随机光纤束进行光学打乱。 光纤束耦合到低成本的商用传感器,在GRR快门模式下运行。 我们的原型使用一个8位传感器,其动态范围为48dB,实现了高达73dB的动态范围。
摘要: High-dynamic-range (HDR) imaging is an essential technique for overcoming the dynamic range limits of image sensors. The classic method relies on multiple exposures, which slows capture time, resulting in motion artifacts when imaging dynamic scenes. Single-shot HDR imaging alleviates this issue by encoding HDR data into a single exposure, then computationally recovering it. Many established methods use strong image priors to recover improperly exposed image detail. These approaches struggle with extended highlight regions. We utilize the global reset release (GRR) shutter mode of an off-the-shelf sensor. GRR shutter mode applies a longer exposure time to rows closer to the bottom of the sensor. We use optics that relay a randomly permuted (shuffled) image onto the sensor, effectively creating spatially randomized exposures across the scene. The exposure diversity allows us to recover HDR data by solving an optimization problem with a simple total variation image prior. In simulation, we demonstrate that our method outperforms other single-shot methods when many sensor pixels are saturated (10% or more), and is competitive at a modest saturation (1%). Finally, we demonstrate a physical lab prototype that uses an off-the-shelf random fiber bundle for the optical shuffling. The fiber bundle is coupled to a low-cost commercial sensor operating in GRR shutter mode. Our prototype achieves a dynamic range of up to 73dB using an 8-bit sensor with 48dB dynamic range.
主题: 图像与视频处理 (eess.IV) ; 计算机视觉与模式识别 (cs.CV); 图形学 (cs.GR); 信号处理 (eess.SP); 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2506.22426 [eess.IV]
  (或者 arXiv:2506.22426v1 [eess.IV] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.22426
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Xiang Dai [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 6 月 27 日 17:48:21 UTC (14,370 KB)
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