人类感知认知的高动态范围影像再现理论和技术研究

How to make the machine vision and cognizes the world through the local scene information as humans and has the ability to adapt to the external environment automatically, it is a major challenge in the field of artificial intelligence and bionics, and is also a hot research topic of universal significance in the branch of computer vision and pattern recognition. The project carries on theoretical and experimental researches for digital imaging systems, high dynamic range image reproduction. It is aim to study information processing mechanisms based on human perception and cognition; explore on the relevant combination of human perceptive and cognitive characteristics and the theory and technology of the high dynamic range image reproduction; deepen and improve the theory and algorithm design, and build mathematical models for high dynamic range image reproduction; discuss color constancy cognitive theories and methods with complete scene information to establish the simulation model; research more towards and multi-spatial frequency high dynamic range images reproduction theory based on human perception and cognition; study evaluation methods of high dynamic range image reproduction; establish the reconfigurable high dynamic range images reproduction real-time processing system based on human perception and cognition to provide a feasible technical means for real-time system design. The project will provide vivid and reasonable information resources for the military, remote sensing, medical, and other civilian areas and lay the theoretical and technical foundation for the practical application of the high dynamic range imaging system.

如何使机器视觉能够向人类那样通过场景信息感知和认知世界，并且具有自动适应外部环境的能力，是人工智能和仿生学领域面临的一大挑战，也是计算机视觉与模式识别分支领域具有普遍意义的热门研究课题。 项目针对数字成像系统的高动态范围影像再现进行理论与实验研究。研究基于人类感知认知的信息处理机制，开拓人类感知认知特性与高动态范围影像再现理论和技术的切合点，深化与完善理论和算法设计，建立高动态范围影像再现的数学模型；研究场景信息完备的颜色恒常认知理论和方法，建立仿真试验模型；研究多朝向和多空间频率人类感知认知的高动态范围影像再现理论；研究高动态范围影像再现的评价方法；建立可重构的人类感知认知的高动态范围影像再现实时处理系统，为实时系统设计提供可行的技术手段。 该项目完成必将为军事、遥感、医学、民用等领域提供生动合理的信息资源，为高动态范围成像系统的实际应用奠定理论和技术基础。

真实影像再现技术的目标是真实地再现人类对外界场景的感知，项目开展的主要工作如下： .1、针对真实影像再现技术的主要内容与研究进展，阐述了真实影像再现技术研究的意义与涉及的内容，包括明度恒定性、色彩恒定性和动态范围压缩等。全面概述真实影像再现算法的研究现状和新进展，尤其是相关的软硬件发展及实用化进程。.2、引入视觉特性相关理论与模型展开算法研究，提出了三种新算法，包括基于Sigmoid函数的亮度局部适应真实影像再现方法、初级ON/OFF视觉通路的真实影像再现算法以及朝向性受域模型的真实影像再现算法。.针对视觉适应具有S形、非线性、局部性等特点，对同一个场景中的不同光照条件，视觉系统能产生不同的亮度适应响应，即不同视敏感度及阈值特性，提出并实现了基于Sigmoid函数的亮度局部适应真实影像再现方法。算法速度快，并经实验验证，非常适合有较高动态范围压缩要求的场合。.3、结合视觉通道受域结构的特点，获得算法创新的思路，提出了两种基于受域模型的真实影像再现算法：基于初级ON/OFF视觉通路的真实影像再现算法以及朝向性受域模型的真实影像再现算法。前者兼顾ON/OFF类型受域在视觉对比与侧向抑制中的作用，能弥补传统方法对OFF型通道的忽视，同时将皮层反馈作用简化为增益控制函数，能有效地复原图像色彩，并且利用二维高斯卷积的可分离性实现算法加速，算法效果好，速度快；后者根据视皮层简单细胞具有特定的朝向选择，能充分考察不同朝向的图像信息，对图像细节增强能力更为明显，同时具有很好的色彩再现效果。.4、建立了用于真实影像再现评价的彩色图像数据库，并从明度、对比度、色彩偏移等方面考察了图像受光源影响的程度，研究并提出了相关的客观评价方法。