多斜率 - 概念

我们日常使用的单色相机可提供8比特/像素的动态灰度级。灰度级为0意味着“黑色”，而255则代表“白色”。

一个像素点上的灰度值指示的是在该点上接收到的光子的数量（或者说亮度）。 用户定义的曝光时间决定了感光芯片接收光子的时长。

所有CCD芯片和CMOS芯片都在曝光时保持光子数量与灰度值之间的线性关系。这一特点在很多应用中都很有用。

如果一幅图像中灰度值的差别大于8比特的灰度值动态区间，我们就会遇到右侧最上面那幅图像中所示的问题。如果为了图中暗的部分调整曝光时间，会导致图中亮的部分过度曝光，反之亦然。

多斜率感光芯片能够探测到那些容易过度曝光的像素，它们可以将这些像素的灰度值重设为用户定义的值，进而对这些像素重新曝光。第二次曝光的时长必须由用户定义。理想情况下，曝光应在最亮的那个像素被过度曝光之后停止。这样，我们就能得到右侧第三幅图所示的图像了。

多斜率 - 实现

我们可以通过下面这张图来了解多斜率的原理，图中一条线由8个像素点组成，分别编号为0至7，它们接收一道稳定的光子流，其强度范围是12.5％至100％。

我们假定200µs的曝光之后，像素的灰度值在50至400之间。但因为我们的动态范围只有8比特，第5，6，7号像素将无法得到其正确的灰度值，它们将拥有饱和灰度值255。

所以，多斜率处理程序首先定义一个缩小了的曝光时间（基本曝光时间）。在这个例子中，我们将其设定为150µs。现在，只有像素6和7达到了饱和值。

下一步，定义一个灰度值，在此值之上的所有像素将进行二次曝光（二次曝光阈值）。高于此阈值的灰度值被设为该值，本例中我们定义该阈值为180。

第三步，对被重设的像素进行二次曝光，我们必须保持最亮像素的灰度值小于等于饱和值（本例中35µs）。

我们当然也可以进一步缩短二次曝光的时间，而且可以进行两次或两次以上的重设步骤。但对于大多数应用，一次重设就足够了（如本例中所示）。在本例中我们可以称其为'双斜率'。

注意：用户需要根据具体的照明情况设定二次曝光阈值和曝光时间。 它们必须是静态值。多斜率程序不适于变化的曝光时间，活动的场景或触发情况。

像素:
光子数量（亮度）:
曝光200µs后的灰度值:
8比特动态范围条件下的灰度值:
曝光150µs后的灰度值:
将所有大于180的灰度值重设为180:
二次曝光35µs后的灰度值: