[發明專利]一種基于直方圖均衡化的色調映射方法

有效

• 申請號: 201310179268.1
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103353982A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 譚洪舟;朱雄泳;徐燕麗;陳榮軍
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種應用于高動態范圍圖像在低動態范圍顯示設備上顯示的方法，更具體地，涉及一種根據輸入圖像的平均亮度，對直方圖進行分段，差異化設置兩段的映射參數，從而得到比經典的直方圖均衡化算法映射效果更好的基于直方圖均衡化的色調映射方法。

背景技術

高動態范圍圖像作為一種能夠表示真實場景中高動態范圍亮度信息的圖像。近年來在數字攝影、電影特效、基于圖像的虛擬現實、衛星遙感技術等領域均得到了廣泛的應用。然而，現在大多數的顯示設備只支持低動態范圍的顯示。高動態范圍圖像無法較好地在傳統的顯示設備上重現，也難以對其進行存儲、傳輸、處理等操作，故必須采用色調映射方法對其動態范圍進行壓縮，以便在普通的顯示設備上顯示。

對于高動態范圍圖像的色調映射方法至少要滿足兩點要求。第一，映射算方法必須要保證能夠把最暗區域到最亮區域的所有細節盡可能多地顯示出來。第二，映射后的圖像能夠較好地保留真實場景的視覺對比，確保能生成出符合真實場景視覺感受的圖像。一個效果理想的色調映射方法必然需要很好的把握這兩方面的平衡。為了保留原始圖像的視覺對比，最好的方法就是從高動態范圍到低動態范圍的線性映射。但是，由于目前的顯示設備的動態范圍遠遠小于真實場景的動態范圍，圖像的可視程度將會因動態范圍的壓縮而受到限制。對于另一種極端的方法是采用某種算法使得映射到低動態范圍的圖像有著最大的對比度，例如，直方圖均衡化算法。一個好的色調映射方法能夠在線性映射與好的對比度中找到良好的平衡點。

基于直方圖均衡化的全局色調映射方法的好處在于計算復雜度低、原理簡單易懂并且通過重新分布圖像中的灰度級從而達到更好地映射到低動態范圍顯示設備上的目的。但其不足之處在于固定的變換曲線不能自適應圖像的不同區域，導致圖像在暗部和亮部方面的細節有所丟失。

發明內容

針對以上的不足，本發明提出一種基于直方圖均衡化的色調映射方法，該法結合圖像的平均亮度信息，對直方圖分段后再進行基于直方圖均衡化的色調映射方法的處理，此舉能夠較好地保留場景高亮度部分的細節。

本發明的技術方案為：

一種基于直方圖均衡化的色調映射方法，具體步驟如下：

第1步：輸入一幅高動態范圍圖像；

第2步：根據輸入圖像的RGB色彩通道值獲取該圖像的亮度值并轉換為對數域LI；

第3步：直方圖統計，找出第2步得到的對數域公式LI中的最小值L_min以及最大值L_max，將在[L_min，L_max]的動態范圍均勻劃分為N份，使得落在某一區間內的連續的對數亮度值離散為[0，N-1]中對應的亮度級，即；

????????????（1）

其中，表示向下取整操作，統計每一個劃分區間的直方圖得：

??????????????（2）

其中，，表示圖像的對數亮度級被劃分成了N等份的亮度等級。N一般取1000或者更高；

第4步：通過第3步得到直方圖統計結果計算輸入圖像的平均亮度μ，以μ作為分割直方圖的分割點，將直方圖分割為兩個區間段h₁(i)和h₂(i)，平均亮度的計算公式如下：

?????????????????（3）

其中，Total_pixel為圖像的像素總和，N表示量化后的亮度級數。

第5步：差異化設置兩段直方圖的映射參數，對于前半段的直方圖，映射參數α₁在0.5與1間找到最優值；對于后半段的直方圖，映射參數α₂在0.3與0.5間找到最優值，映射參數α為0表示線性映射，α為1表示直方圖均衡化映射，通過調整α值可以控制線性映射和直方圖均衡化映射的耦合程度，從而在視覺效果以及對比度的提高上找到平衡點；

第6步：利用第5步獲取的映射參數，對兩段直方圖進行均衡化映射；

具體步驟如下：

步驟(1)：將以μ作為分割點的前半部分的直方圖h₁(i)分配x_m個區間，x_m的公式如下：

?????????????????(4)