[发明专利]一种基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高动态范围图像(HDRI-high dynamic range image)的色调映射技术，特别涉及一种基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射方法，属于数字图像处理领域。

背景技术

动态范围是指图像中像素最大亮度与最小亮度的比值。传统的RGB图像格式使用8位二进制整数表示每个颜色分量，其动态范围为100∶1，而真实场景的动态范围远远超出这一范围。传统图像格式无法真实地表达动态范围很高的场景。高动态范围(High Dynamic Range，HDR)图像是针对这一问题所设计的新型图像格式，通常使用浮点数来表示每个颜色分量，这样能够表达更高的动态范围。

色调映射是指将一幅高动态范围图像转换为低动态范围图像的方法。它提供了一种将现实场景的亮度值映射到显示设备能显示的范围的方法，除了压缩亮度范围之外，它还必须充分保留原始图像的感观质量，比如保留对比度、图像细节等对于表现原始场景非常重要的信息。色调映射算法是高动态范围图像研究领域中最为关键的部分。其主要原因在于目前占主导地位的有限动态范围媒介，譬如CRT和LCD显示器或者投影仪等，只能显示有限动态范围的图像，使人们不能观察高动态范围图像的全部信息。

现有的色调映射技术可分为两大类：全局方法和局部方法。全局方法是将一个映射函数应用于图像中的所有像素，而忽略像素的在图像中的位置，例如直方图调整法、自适应指数映射法等。全局方法的优点在于整体架构简洁和运算效率高，缺点是会导致图像结果在细节、颜色和对比度损失。局部方法中某个像素的映射与其在图像中的位置相关，或者说是与其自身亮度及周围像素的亮度相关，例如双边滤波器法、三边滤波器法等。局部方法的特点是能够较好地保留图像细节，但速度慢。其中三边滤波器是一种效果非常好的方法。

P.Choudhury等人在文献《The trilateral filter for high contrast images and meshes》(P.Choudhury and J.Tumblin，Proceedings ofEurographics Symposium on Rendering，pp.1-11，2003.)中介绍了三边滤波器色调映射方法，其具体步骤为：

第1步：输入一幅高动态范围图像。

第2步：根据该图像的红色通道R、绿色通道G、蓝色通道B的通道值，获得该图像中每个像素p的对数域亮度L(p)。

第3步：根据前向差分法计算图像中每个像素p的对数域亮度L(p)的水平方向梯度图像L_x(p)和垂直方向梯度图像L_y(p)。

第4步：根据公式1和公式2计算经平滑后的水平方向梯度图像L′_x(p)。