将8位图像增强至16位

Question

我的目标是将8位图像提升到16位。换句话说，我想增加8位图像的动态范围。为了做到这一点，我可以按顺序拍摄多个8位图像，并保持场景和相机不变。为了简化问题，我们假设它们是灰度图像。

直观地说，我认为我可以通过以下方法实现目标：

1. 将两个8位图像相乘 ``` resimage = double(img1) .* double(img2) ``` 2. 对指定数量的8位图像进行平均处理 ``` resImage = mean(images,3) ``` 其中 `images(:,:,i)` 包含第 `i` 个8位图像。

之后，我可以将结果图像转换成16位图像。

resImage = uint16(resImage)

在测试这些方法之前，我想知道是否有其他方法可以做到这一点 - 除了购买16位相机，或者关于这个主题的文献可能更好。

更新：如下面的评论所显示，我得到了关于简单平均法的缺点以及关于图像堆栈用于增强的信息。因此，这可能是一个很好的研究课题。感谢大家的精彩评论。

- Tae-Sung Shin

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你这样做是为了增加图像的分辨率吗？我可能错了，但是将两个8位图像相乘并不会增加图像中的细节。浮点值可能是16位的，但图像的质量不会提高。 - kkuilla

如果你看过我的第一篇帖子，即使你能克服那些问题，你仍然基本上是在进行一个移动平均，因此你会失去信息而不是获得。正如Jigg所说的，对多个图像进行平均可以减少白噪声/高斯噪声，是一种低通滤波器。边缘信息和更细节的细节将会消失，这样就限制了强度/颜色值的动态范围。顺便说一句，这是一个很酷的问题，但很遗憾我们不能给你想要的答案。 - rayryeng

OP希望增加图片的动态范围，但有些回答中将其与空间分辨率即像素计数混淆了。问题是是否可以通过整合来自个别8位图像的数据，将一组8位图像（可能为同一物体而没有移动）合并成一个具有更高动态范围的16位图像。我理解这是可行的，在天文成像中是常见实践，称为“图像堆栈”，多张图像叠加平均。请查看http://keithwiley.com/astroPhotography/imageStacking.shtml以获取解释。 - jcollomosse

我猜我当时有点困惑。我没有意识到原帖作者想要增加动态范围。在这种情况下，使用 HDR 也可以通过对场景进行多次曝光来实现。我以为原帖作者想要用相同的参数（曝光、照明等）拍摄同一环境的图像。在那种情况下，我不应该做出假设......我肯定自己很丢脸！ - rayryeng

@jcollomosse：同意。我会点赞的。我还建议楼主稍微修改一下问题，因为它有误导性。我没有意识到目标是增加动态范围。 - rayryeng

Answer 1

这个问题似乎涉及通过将多个8位曝光的信息集成到一个16位图像中来增加图像的动态范围。这与在天文成像和其他领域捕获和组合“图像堆栈”的做法有关。这里提供了这种做法的解释，以及它如何既能减少图像噪点，又能增强动态范围的内容：

http://keithwiley.com/astroPhotography/imageStacking.shtml

这个想法是，对同一场景的连续捕捉受到图像噪声的影响，而这种噪声会导致所捕捉的像素值出现随机变化。在最简单的情况下，可以通过求和和除以操作（即对堆栈进行均值平均）来利用这些变化，以提高其动态范围，但实际可行性非常取决于相机的噪声特性。

- jcollomosse

Answer 2

您想将许多图像相加，假设没有抖动且相机稳定。累加大量图像，然后除以某个数量。

请注意，要从8位源获取合理的16位图像，您需要拍摄数百张图像才能获得任何合理的结果。请注意，抖动会扭曲边缘信息，并且相机存在一定的噪声水平，这可能意味着您基本上是在“磨金属”。在实际情况下，您可能会从图像求和中获得2或3个数据位，但不会获得8个以上的数据位。要获得3个数据位，至少需要64个图像（6个数据位）进行求和。然后除以8（3个数据位），因为较低的数据位是无用的。

经验法则是，要获得一个新的数据位，您需要图像的平方（位数），因此3个数据位（8）表示需要64个图像，4个数据位需要256个图像，依此类推。

这里有一个关于采样的链接：

http://electronicdesign.com/analog/understand-tradeoffs-increasing-resolution-averaging

“实际上，可以证明改进程度与平均样本数的平方根成比例关系。”

“请注意，信噪比是对数刻度，因此将其等同于比特是合理的。”

- Jiminion

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太好了。你能给我一个可以参考的答案吗？ - Tae-Sung Shin

这并不是惯例，而是信噪比问题。我会尝试找到参考资料。 - Jiminion