本發明涉及數字圖像處理與攝像機自動控制，具體為運動相機多場景自適應曝光及圖像校正方法。
背景技術：
1、在當前運動相機的實際應用場景中，設備常處于劇烈運動與光照環境突變的耦合狀態下，例如高速騎行穿越林間或進出隧道等復雜工況；
2、為實現圖像亮度的調整，現有曝光及校正方案普遍采用基于圖像信號統計學的處理范式，即依賴亮度直方圖統計、全局色調映射及傳統的pid反饋控制邏輯；雖然此類方案在靜態或平緩場景下具備一定調節能力，但由于其缺乏對物理運動信息的有效融合，且算法響應存在滯后性，導致在面對瞬態光照變化時難以兼顧靈敏度與穩定性，容易引發起始幀過曝、亮度震蕩、曝光死鎖或由于生硬截斷產生的光暈效應；此外，傳統的逐像素光流計算還會給嵌入式系統帶來巨大的算力負荷與時空對齊誤差，造成成像延遲或動態偽影；因此，如何構建一種能夠融合視覺信息與慣性物理信息，在降低算力消耗的同時實現對復雜運動場景下圖像亮度的平滑過渡、高光預判抑制及暗部自然提亮，成為亟需解決的技術問題。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本發明提供運動相機多場景自適應曝光及圖像校正方法，具體而言，本發明的技術方案包括：
2、s1.獲取待處理的視頻流圖像幀序列及與視頻流圖像幀序列時間對齊的運動傳感器數據，構建多維時空輸入數據流；
3、s2.對視頻流圖像幀序列進行光流特征提取得到稀疏光流場，并將視頻流圖像幀序列中像素陣列的灰度分布映射為虛擬流體密度場，同時將運動傳感器數據映射為虛擬流體密度場中的外部擾動勢能參數；
4、s3.基于稀疏光流場與外部擾動勢能參數的耦合關系，解算異構光流黏滯張量場，輸出能夠表征當前運動狀態下圖像亮度變化阻尼特性的流體黏滯系數；
5、s4.將虛擬流體密度場輸入預設的流體擴散演化方程，利用流體黏滯系數作為控制變量對流體擴散演化方程進行迭代求解，計算出下一時刻圖像的目標能量分布狀態；
6、s5.依據目標能量分布狀態生成非線性色調映射曲線及圖像增益矩陣，并利用非線性色調映射曲線及圖像增益矩陣對視頻流圖像幀序列進行像素級灰度變換與校正，輸出視覺增強后的修正圖像數據。
7、可選的，s2包括以下步驟：
8、s21.提取視頻流圖像幀序列中當前幀的亮度通道數據及對應的統計直方圖；
9、s22.將當前幀劃分為預設維度的網格單元，計算每個網格單元的運動矢量，構建稀疏光流場；
10、s23.建立亮度-壓力映射規則，該規則定義高亮度像素區域對應高壓流體區，低亮度像素區域對應低壓流體區，依據亮度-壓力映射規則初始化虛擬流體密度場的壓力分布狀態。
11、可選的，s3包括以下步驟：
12、s31.從運動傳感器數據中分離出六軸加速度分量，并計算稀疏光流場的全局位移模量；
13、s32.構建黏滯系數動態映射函數，該函數以六軸加速度分量和全局位移模量作為輸入自變量；
14、s33.依據黏滯系數動態映射函數計算流體黏滯系數，其中，在運動傳感器數據表征設備處于平穩狀態時，生成高數值的流體黏滯系數，以抑制虛擬流體密度場的快速擴散，保持圖像亮度平滑；
15、s34.在運動傳感器數據表征設備處于劇烈運動或稀疏光流場發生突變時，生成趨近于零的流體黏滯系數，使虛擬流體密度場進入超流體狀態，以響應瞬態光照變化。
16、可選的，s4包括以下步驟：
17、s41.構建包含平流項、擴散項及源項的偏微分方程作為流體擴散演化方程；
18、s42.將稀疏光流場映射為平流項中的流速向量，將流體黏滯系數映射為擴散項中的擴散率參數；
19、s43.以最小化虛擬流體密度場在時間維度上的能量震蕩并最大化對外部擾動勢能參數的響應速度為約束條件，求解流體擴散演化方程中的源項；
20、s44.將求解得到的源項轉換為圖像能量增益控制量，疊加至當前時刻的虛擬流體密度場，得到經流體動力學平滑處理后的目標能量分布狀態。
21、可選的，述s5包括以下步驟：
22、s51.將目標能量分布狀態逆向映射為目標亮度直方圖；
23、s52.計算目標亮度直方圖與視頻流圖像幀序列原始直方圖之間的差異映射關系，擬合生成非線性色調映射曲線；
24、s53.解析非線性色調映射曲線，分離出用于調整圖像信號處理流程的數字增益矩陣；
25、s54.應用數字增益矩陣對視頻流圖像幀序列中的每個像素點進行加權計算，執行動態范圍壓縮或拉伸操作，生成修正圖像數據。
26、可選的，s4中求解流體擴散演化方程的過程還包括邊界壓力傳導機制：
27、監測稀疏光流場的邊緣區域，當檢測到高壓流體特征向量向畫面中心區域匯聚時，通過流體擴散演化方程的壓力傳導項提前降低全局的目標能量分布狀態，在修正圖像數據中形成預判型高光抑制效果。
28、可選的，方法還包括基于圖像質量反饋的模式切換步驟：
29、s61.實時計算視頻流圖像幀序列的噪點信噪比指標；
30、s62.比較噪點信噪比指標與預設的光流計算有效性閾值；
31、s63.若噪點信噪比指標低于光流計算有效性閾值，則判定進入極低照度失效模式，停止s3中的流體黏滯系數計算，并切換至基于全局均值統計的圖像處理邏輯生成修正圖像數據。
32、可選的，s1中構建多維時空輸入數據流包括：
33、捕捉運動傳感器產生的數據中斷信號與視頻流圖像幀序列的幀同步信號，基于兩者的時間戳差異進行插值對齊處理，確保映射到虛擬流體密度場中的外部擾動勢能參數與像素陣列的灰度分布在時間維度上嚴格同步。
34、與現有技術相比，本發明具備以下有益效果：
35、1.本發明將傳統的圖像統計學范式升維至流體動力學物理模型空間，通過解算異構光流黏滯張量場，實現了對圖像亮度變化阻尼特性的動態控制；在設備平穩時表現為高黏滯特性，有效抑制光斑跳動與頻閃；在劇烈運動或光流突變時轉化為超流體狀態，實現對瞬態光照的極速響應，有效解決了靈敏度與穩定性不可兼得的矛盾，避免了亮度震蕩與曝光死鎖；
36、2.本發明引入了邊界壓力傳導機制，利用流體壓力傳導速度快于流體本身流速的物理特性，在監測到高亮光源即將進入畫面邊緣時，提前通過壓力傳導項降低全局目標能量分布；這種預判型高光抑制效果實現了光還在畫外，曝光已先行，極大提升了視頻觀感舒適度，有效避免了傳統算法因響應滯后導致的隧道出口等場景下的起始幀過曝現象；
37、3.本發明通過網格化稀疏光流計算大幅降低了算力消耗，使其能夠適配運動相機的嵌入式芯片；同時，基于流體擴散演化方程生成的圖像增益矩陣包含了空間幾何信息，在進行非線性色調映射校正時，能夠保留更多的局部對比度細節，實現類似分區曝光的效果，有效避免了傳統全局映射中常見的光暈效應，實現了自然的高光壓制與暗部提亮；
38、4.本發明建立了基于噪點信噪比的模式切換機制與多維時空數據嚴格同步機制；在極低照度環境下自動回退至基礎曝光模式，防止因噪點干擾導致光流計算失效；同時通過硬件時間戳插值對齊，消除了視覺信息與物理慣性數據的時空相位差，防止了因模型與實際圖像分離產生的動態偽影，確保了算法在極端環境下的魯棒性與工程可用性。