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

Xiang Dai

doi:10.1145/3748718

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

2025-09-10

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AI

DOI：10.1145/3748718

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高动态范围（HDR）成像是一种克服图像传感器动态范围限制的关键技术。经典方法依赖多张曝光，这会延长捕获时间，在拍摄动态场景时导致运动伪影。单次曝光HDR成像通过在单次曝光中编码HDR数据，再通过计算恢复的方式缓解了这一问题。许多现有方法使用强图像先验来恢复曝光不足的细节；但这些方法在处理高光区域时会遇到困难。在本工作中，我们提出了一种新型单次曝光HDR捕获方法，该方法利用了商用传感器中常见的全局重置释放（GRR）快门模式。GRR快门模式对传感器底部附近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）的图像传递到传感器上，从而在场景中实现空间随机化曝光。这种获得的曝光多样性使我们能够通过求解一个具有简单全变分图像先验的优化问题来恢复HDR数据。在模拟实验中，我们证明当传感器像素饱和度较高（10%或以上）时，我们的方法优于其他单次曝光方法；在中等饱和度（1%）时也具有竞争力。最后，我们展示了一个物理实验室原型，该原型使用商用随机光纤束进行光学打乱。光纤束与一个运行在GRR快门模式的低成本商用传感器耦合。我们的原型使用动态范围为48dB的8位传感器实现了高达73dB的动态范围。

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