[发明专利]亮度可控与细节保持的色调映射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于高动态范围图像在低动态范围显示设备上显示的方法，更具体地，涉及一种新的基于直方图修正的亮度可控与细节保持的色调映射方法。

背景技术

高动态范围图像作为一种能够表示真实场景中高动态范围亮度信息的图像。近年来在数字摄影、电影特效、基于图像的虚拟现实、卫星遥感技术等领域均得到了广泛的应用。然而，现在大多数的显示设备只支持低动态范围的显示。高动态范围图像无法W在传统的显示设备上重现，也难以对其进行存储、传输、处理等操作，故必须采用色调映射方法对其动态范围进行压缩，以便在普通的显示设备上显示。

色调映射方法可以分为全局色调映射方法和局部色调映射方法。局部色调映射方法实际上是在调整图像中某点的灰度值时，同时考虑该点的空间信息，故能增强局部较小的对比度，压缩相对较大的对比度。其处理后的图像细节方面的显示较全局方法要好，但缺点是实时性差而且容易出现不同程度的失真。而全局色调映射方法实际上是在对图像进行动态范围色调变换时，每个像素都使用同一条变换曲线，变换曲线可以预先指定或者根据图像的内容获取。其处理后的图像虽然细节方面的显示不如局部方法，但仍能保持较好的视觉效果，而且实时性好且不容易出现失真，故适合应用于实时性产品上。

全局色调映射算法能够较好地解决局部算法中出现的问题。随着全局算法的提出，场景与显示设备动态范围不匹配的问题得到了很好的解决。全局算法的原理是在图像进行色调变换时，对每一个像素均使用相同的变换曲线，变换曲线既可以预先指定也可以根据图像的内容获取。Ward Larson等人提出了一种基于直方图调整的色调映射算法，但这种方法只有在处理动态范围较小的图像时才有较好的效果。Drago等人以对数方程为基础，提出了一种自适应对数色调映射算法。此算法的核心是根据每个像素点的亮度值自适应地调整对数的基数，使其在2到10之间变化，从而能有更好的处理效果。此算法的复杂度较低，而且能够处理动态范围较广的图像，但算法在处理不同亮度区域的细节信息时仍有一定程度的损失。Jiang Duan与Guoping Qiu提出了一种结合线性映射与直方图均衡化的全局色调映射算法。该算法通过对直方图信息的观察，把较多的可显示的值分配到直方图统计中密集区域的像素，相对地把较少的值分配到直方图统计中稀疏的区域，令稀疏的直方图被压缩而密集的直方图被扩展，从而取得比其它算法更好的映射结果。该算法的时间复杂度低，处理速度快，实现起来更加容易，但该算法的效果依赖于参数 ，当其取0时，算法退化为线性映射，而当其取1时，算法又退化为直方图均衡，对图像高亮度部分的细节仍有一定程度的损失。总的来说，如今实时性较好的色调映射算法，处理后的图像往往会出现在高亮度区域细节丢失及过饱和现象，而且处理后的图像纹理细节也不够突出。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种具有亮度可控与细节保持，即能够有效抑制高亮度部分出现的过饱和现象以及增强低亮度部分的对比度，而且能突出图像中纹理细节的色调映射方法。

一种亮度可控与细节保持的色调映射方法，其具体操作步骤如下：

第1步：输入一幅高动态范围图像； 

第2步：根据输入图像的RGB色彩通道值获取该图像的亮度值并转换为对数域                                                ；

第3步：分别计算图像的平均亮度与标准差，具体为：

S1：找出第2步得到的对数域公式中的最小值以及最大值，将在的动态范围均匀划分为N份，使得落在某一区间内的连续的对数亮度值离散为中对应的亮度级，即：

               (1)

其中，表示向下取整操作。统计每一个划分区间的直方图，得：

         (2)

其中，，表示图像的对数亮度级被划分成了N等份的亮度等级。N一般取1000或者更高。

    S2：分别计算图像的平均亮度与标准差，公式如下：

                        (3)

                       (4)

其中，Total_pixel为图像的像素总和，N表示量化后的亮度级数。

    第4步：通过第3步得到的平均亮度与标准差从而得到分割点和，即可将直方图分割为三个区间段。因此需要定义两个阈值，以将直方图划分为三段，公式如下：