[发明专利]将数字图像从低动态范围图像转换为高动态范围图像的方法与系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及图像处理，具体涉及将数字图像从低动态范围图像(Low Dynamic Range，LDR)转换为高动态范围图像(High Dynamic Range，HDR)的方法与系统。

背景技术

数字照相领域中的一种新兴技术是高动态范围成像(High Dynamic Range Imaging，HDRI)。HDRI会捕捉大部分真实世界的亮度(luminance)，使得可以在使用适当的显示器时重现尽可能接近真实的图像。因此，高动态范围成像提供具有相称于真实世界亮度级的值的场景表示。真实世界产生十二阶的光强度变化幅度范围，其远大于目前数字成像中常用的三阶幅度。一数字图像中每一个像素目前能够代表的值范围通常为每个色彩通道有256个值(最大为65536个值)，这不适用于表示众多场景。利用HDR图像，能够利用表示场景的光强度范围及匹配于人类视觉极限(而非匹配于任何显示设备)的值范围来捕捉场景。适合目前显示技术的显示器的图像被称为低动态范围(LDR)图像。高动态范围图像的视觉质量远胜于通常的低动态范围图像的视觉质量。HDR图像在这类图像的捕捉、存储、处理以及显示方面不同于LDR图像，并且很快地在照相术中迅速获得广泛认可。

随着HDRI的使用在数字照相领域中传播，存在不断增长的对能够显示静态图像与视频两者的HDRI显示器的需求。这代表相对于传统显示器的显示质量的明显转变。然而，因为现有媒体并非高动态范围(HDR)的，所以，HDRI显示器的效用限于使用HDRI传感器新获取的HDR图像。用以将现有低动态范围(LDR)图像转换成等效HDR图像的现有方案一般被称为“逆色调映射(reverse tone mapping)”。逆色调映射通常需要两个阶段。第一阶段将一输入LDR图像的亮度逆映射至一扩充的HDR亮度(亦称为HDR光亮度)。由于图像量化的关系，此阶段会造成细节损失并且在高亮度区域中引入噪声。第二阶段会通过平滑化该区域并同时允许可能进一步增加该动态范围来矫正此缺陷。

一种实施第一阶段的已知方案是以Rempel A.G.，Trentacoste M.，Seetzen H.，Young H.D.，Heidrich W.，Whitehead L.，以及Ward G.在ACM SIGGRAPH 2007Papers(2007年8月5至9日在加利福尼亚州圣地亚哥举办)发表的标题为“Ldr2Hdr：旧视频与照片的实时处理逆色调映射(Ldr2Hdr：on-the-fly reverse tone mapping of legacy video and photographs)”的论文中采用的方式。此方式依赖于适合实时视频处理的快速逆方法。根据此方式，实施逆伽玛映射并且接着将动态范围扩展至5000。进一步，实施平滑过滤以降低量化的效果。

实施第一阶段逆色调映射的另一种方案描述在Banterle F.，Ledda P.，Debattista K.，以及Chalmers A.于澳大利亚及东南亚地区第四届计算机图形与交互技术国际会议记录(2006年11月29日至12月2日在马来西亚吉隆坡举办)，GRAPHITE ‘06，ACM，New York，NY，349-356中所发表的标题为“逆色调映射(Inverse tone mapping)”的论文中。此方案使用先前在Reinhard E.，Stark M.，Shirley P.，以及Ferwerda J.在ACMTrans.Graph.21，3(2002年7月)，267-276之中发表的标题为“数字图像的照相色调重现(Photographic tone reproduction for digital images)”的论文中描述的基于全局色调映射运算符的逆映射函数。接着，通过求解二次方程式获得逆值(inverse value)，从而产生显著较大的动态范围并在特定像素处选择性收缩该范围。然而，该些现有方案为该第一阶段提供的逆色调映射函数都不够精确。由于该“一般(generic)”逆映射函数的原因，所取得的光亮度不会精确匹配真实世界的光亮度。其粗略近似于真实世界的光亮度值。