[發(fā)明專利]一種具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410216195.3
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN104036459A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余寧梅;梁磊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及數(shù)字圖像處理特定應(yīng)用中的高動態(tài)范圍圖像可視化技術(shù)或虛擬現(xiàn)實技術(shù)，具體涉及一種具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法。

背景技術(shù)

高動態(tài)范圍(HDR)圖像是一種可以表示真實世界場景中高動態(tài)范圍亮度信息的圖像，近年來在數(shù)字攝影、基于圖像的光照、基于圖像的建模、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，HDR圖像的獲取技術(shù)取得了很大的進展，不僅可以使用專用的HDR相機直接對現(xiàn)實場景進行HDR信息的獲取，而且對于一組多曝光的低動態(tài)圖像應(yīng)用軟件的方法進行高動態(tài)合成的技術(shù)也逐漸的成熟。但是，數(shù)字圖像顯示設(shè)備和傳播媒介承載動態(tài)范圍的能力無法適應(yīng)于圖像獲取設(shè)備技術(shù)的迅速發(fā)展，主流的顯示設(shè)備的動態(tài)范圍僅僅為2個數(shù)量級，簡單的通過線性變換來映射HDR圖像到較低的顯示設(shè)備上，往往會導(dǎo)致高亮區(qū)域和暗區(qū)域的細節(jié)信息嚴重丟失，較暗區(qū)域的細節(jié)變得不易從黑色中識別，而高亮區(qū)域的細節(jié)變得不易從白色中分辨。因此HDR圖像研究的一項重要的課題就是設(shè)計出一種壓縮HDR圖像的動態(tài)范圍，使之適應(yīng)顯示于低動態(tài)范圍的普通顯示設(shè)備的方法，稱為色調(diào)映射。

人類視覺系統(tǒng)能夠適應(yīng)的光強范圍很寬，從夜視閾值到強閃光約有14個量級，人類視覺具有如此高的動態(tài)范圍，是當前通用顯示設(shè)備所無法比擬的，這自然促使人們展開有關(guān)人類視覺系統(tǒng)的工作機制的研究。

人類視網(wǎng)膜中存在視錐細胞和視桿細胞兩種感光細胞。其中，視桿細胞對光強特別敏感，能在亮度為10^-6-10cd/m²的暗光條件下為人眼提供暗視覺感知，即能產(chǎn)生無色視覺；視錐細胞則不如視桿細胞敏感，它在亮度為10^-2-10⁸cd/m²的亮光條件下才能為眼睛提供彩色視覺感知。在亮度背景不變的情況下，感光細胞的響應(yīng)曲線在對數(shù)域呈現(xiàn)“S”型的非線性特點。視錐細胞和視桿細胞具有相似形狀的亮度感知響應(yīng)曲線，所以在本發(fā)明以下文本中將不再區(qū)分視錐細胞和視桿細胞。

人眼在同一時刻能夠適應(yīng)的亮度范圍是有限的，當人員從亮處進入暗室時，開始幾乎看不見任何物體，經(jīng)過一段時間后視覺才逐漸恢復(fù)正常，這種現(xiàn)象稱為“暗適應(yīng)”。反之，從暗室進入亮處，起初會感到耀眼的光亮，幾分鐘后視覺恢復(fù)正常，稱為“亮適應(yīng)”。人眼對外界亮度的適應(yīng)的時間也就是感光細胞的響應(yīng)曲線變換的時間。因此，只要有足夠的適應(yīng)時間，人眼可以通過“亮適應(yīng)”和“暗適應(yīng)”機制將自然場景亮度壓縮至10³cd/m²的范圍內(nèi)。

為了模擬出人眼這種對亮度的自適應(yīng)轉(zhuǎn)變的效果，使色調(diào)映射后的圖像具有更強的真實感，逐漸出現(xiàn)了許多基于人類視覺系統(tǒng)(HVS)模型的色調(diào)映射方法，這些方法主要分為全局色調(diào)映射方法和局部色調(diào)映射方法。全局色調(diào)映射方法使用一條色調(diào)映射曲線對輸入圖像進行整體映射，局部色調(diào)映射方法則是計算輸入圖像的每一個像素點的色調(diào)映射曲線，然后對每一個像素點進行分別映射。

由于HVS的生理特性至今為止都沒有得到徹底的研究，現(xiàn)有的視覺模型都只是在一個或某幾個方面的近似，通常很難找到一條能夠很好地適應(yīng)圖像中每個像素的映射曲線，所以全局色調(diào)映射方法必然導(dǎo)致結(jié)果映射后的圖像在細節(jié)、顏色和亮度上有一定程度的損失。而現(xiàn)有的局部色調(diào)映射方法則具有光暈偽影、梯度反轉(zhuǎn)、計算復(fù)雜度高等缺點。

色調(diào)映射方法中人工設(shè)置參數(shù)越少，則方法的穩(wěn)定性越高，應(yīng)用范圍也越廣。引導(dǎo)濾波是一種新型濾波器，該濾波器從局部線性模型導(dǎo)出，通過計算引導(dǎo)圖像的內(nèi)容來確定輸出，引導(dǎo)圖像可以是圖像本身或其它圖像，該引導(dǎo)濾波可以像雙邊濾波一樣作為邊緣保持平滑因子，但是其在邊緣附近的效果更好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在光暈偽影、梯度反轉(zhuǎn)、計算復(fù)雜度高的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法，按照以下步驟實施：

步驟1：輸入采集的原始HDR圖像；

步驟2：將輸入圖像分為R、G、B三種顏色通道；

步驟3：對R、G、B三種顏色通道分別進行引導(dǎo)濾波，分別得到每種顏色通道的每一個像素點i的自適應(yīng)亮度值L_aR(i)、L_aG(i)、L_aB(i)，其中為了應(yīng)用引導(dǎo)濾波的邊緣保持屬性，令引導(dǎo)圖像等于輸入圖像：