[發明專利]一種高動態范圍的調整方法和裝置

無效

• 申請號: 200910238584.5
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN101707666A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 盧曉鵬
• 申請（專利權）人: 北京中星微電子有限公司
• 主分類號: H04N5/20
• 分類號: H04N5/20
• 代理公司: 北京鑫媛睿博知識產權代理有限公司 11297
• 代理人: 龔家驊

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別是涉及一種高動態范圍的調整方法和裝置。

背景技術

真實場景所展現的亮度值具有非常寬廣的動態范圍，從夜空中的星光到耀眼的太陽，場景發出的亮度幅度涵蓋了超過九個數量級(10cd/m)的動態范圍，其中，一幅圖像亮度級別的最大值和最小值之間的比例被稱為動態范圍(Dynamic?Range)。

通過眼睛瞳孔的自動調節，從夜空中的星光到耀眼的太陽，人眼能分辨物體的動態范圍可以達到100000000∶1，即使在同一個適應圖形內，不需要調節，人眼視覺系統也能夠同時感知約五個數量級范圍(即人眼能分辨10000∶1的亮度范圍)的場景亮度，即人眼可以通過動態的調整機制來感知真實的世界。

隨著成像技術和計算機圖形圖像技術的發展，高動態范圍(High?DynamicRange，HDR)的圖像已經可以通過光譜記錄儀器，或者，多幅同一場景具有不同曝光時間的圖像序列合成而獲得，從而使得高動態范圍技術在計算機圖形學、虛擬現實等領域開始有著越來越多的應用。

具體的，高動態范圍圖像可以同時記錄處于場景中非常亮區域中的可視細節信息，以及處于場景中非常暗區域中的可視細節信息，而該可視細節信息在普通低對比度圖像中很容易丟失，從而使得高動態范圍圖像能夠更加清楚的記錄場景中的可視細節信息。

可以看出，在高動態范圍圖像中，場景中亮的地方可以非常亮；場景中暗的地方可以非常暗；場景中亮暗部的細節都很明顯。

然而，現有的標準顯示設備(例如，陰極射線管CRT顯示器等)僅能顯示約兩個數量級動態范圍的亮度，而高動態范圍圖像的亮度動態范圍遠遠超過目前的標準顯示設備所能顯示的水平，為了適應目前的標準顯示設備輸出視覺感知與真實場景相對一致的圖像，需要在標準顯示設備上顯示上述的高動態范圍圖像之前，對高動態范圍圖像進行對比度壓縮，即需要將高動態范圍圖像轉換為低動態范圍圖像，從而使得標準顯示設備能夠清楚的顯示真實場景所對應的圖像亮度。

現有技術中，HDR圖像的可視化方法(即將高動態范圍圖像轉換為低動態范圍圖像)主要分為兩種，分別為全局映射的HDR圖像的可視化方法，和局部映射的HDR圖像的可視化方法。

具體的，在全局映射的HDR圖像的可視化方法中，通過像素間點到點的對應函數(曲線)對HDR圖像中的每個像素進行映射；即根據對應函數將高動態范圍圖像中的每個像素與低動態范圍圖像中的每個像素進行點到點的映射。

可以看出，高動態范圍圖像中的每個像素與低動態范圍圖像中的每個像素之間的映射是一對一的，高動態范圍圖像中取值相同的像素將映射為相同的低動態范圍圖像的像素。該全局映射的HDR圖像的可視化方法具有計算速度快，能夠保持良好的整體明暗效果的優點。

此外，在使用局部映射的HDR圖像的可視化方法中，不需要對HDR圖像中的每個像素進行點到點的映射，局部映射算法比全局映射算法更加靈活，而且由于局部映射過程中不是一對一的對HDR圖像中的每個像素進行映射，從而使得像素的映射結果取決于該像素空間相鄰的像素。

可以看出，局部映射的結果更加傾向于增強局部較小的對比度，并壓縮相對較大的對比度，從而能夠保持所有的可視細節信息。而在使用局部映射的HDR圖像的可視化方法的過程中，由于局部映射沒有保持原場景圖像中的像素亮度大小順序，局部映射的算法結果中均出現了不同程度的噪聲，例如，在較強邊緣附近將出現暈輪現象。而且，局部映射所使用的算法的運算復雜度也比全局映射要高。

發明內容

本發明提供一種高動態范圍的調整方法和裝置，以保證圖像的對比度和顏色符合人的視覺效果。

為了達到上述目的，本發明提出了一種高動態范圍的調整方法，包括以下步驟：

根據高動態范圍圖像的亮度獲取低動態范圍圖像的亮度范圍，所述低動態范圍圖像的亮度范圍為顯示設備能夠顯示的亮度范圍；

對所述低動態范圍圖像的亮度范圍的獲取結果進行線性映射和直方圖均衡，并獲得低動態范圍圖像。

其中，根據高動態范圍圖像的亮度獲取低動態范圍圖像的亮度范圍包括：

根據公式