[發明專利]擴展的高動態范圍HDR到HDR色調映射的方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 201710157608.9
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN107203974B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: M.塞菲;E.萊因哈德;G.普瓦里耶
• 申請（專利權）人: 交互數字麥迪遜專利控股公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 于小寧

本原理的各方面針對用于對高動態范圍圖像進行色調映射的方法和裝置。該裝置包括用于執行以下步驟的處理器，并且該方法包括以下步驟：獲得高動態范圍圖像的亮度分量；確定HDR到較低HDR色調映射器曲線；通過將HDR到較低HDR色調映射器曲線應用于高動態范圍圖像的亮度分量來確定色調壓縮圖像；其中HDR到較低HDR色調映射器曲線包括用于暗色和中間色調等級的第一部分，以及用于高亮的第二部分。

技術領域

本公開涉及圖像和視頻處理。具體地，本公開涉及擴展的高動態范圍(“HDR”)到HDR色調映射。

背景技術

自然界中的光覆蓋從星光到明亮的陽光的巨大范圍的亮度等級。然而，數字和模擬二者的傳統成像技術提供降低的體驗，因為它們無法比擬我們眼睛可見的寬范圍的亮度和對比度。作為回應，正在開發HDR技術以允許對擴展的范圍的顏色、亮度和對比度進行顯示。

HDR技術專注于捕獲、處理和顯示比SDR技術更寬的動態范圍的內容。今天，HDR顯示器的HDR性能可能不同，特別是根據它們的最大峰值白色亮度：一些HDR顯示器可以提供500尼特，同時其他HDR顯示器可以達到1000尼特或者甚至1500尼特。

雖然目前正在開發用于捕獲HDR內容的HDR顯示器和照相機，但是對于傳統顯示器，HDR內容需要經歷HDR到LDR色調映射，以能夠再現內容。類似地，例如對于500尼特的HDR顯示器，例如對于1000尼特的HDR顯示器準備的HDR內容需要經歷HDR到“較低HDR”色調映射，以能夠再現內容。因此，存在對HDR到“較低HDR”色調映射的需要。

色調再現，也稱為色調映射，旨在將圖像的原始范圍的亮度值映射到可以由顯示器再現的較低范圍的亮度值。經常，但不總是，對從輸入HDR彩色圖像導出的亮度通道執行色調映射。色調映射的輸出可以與從輸入的原始HDR圖像保留的顏色信息重新組合，使得以低于輸入HDR圖像的HDR動態范圍產生新的輸出彩色圖像。

色調映射算法可以分為兩大類。第一類可以定義為全局色調映射。這包括將(多個)壓縮色調映射函數(例如，S形(sigmoidal)函數或對數函數)獨立地應用于圖像或圖像序列的每個像素的亮度值。第二類可以定義為局部色調映射(也稱為空間變化色調映射)。局部色調映射針對每個像素考慮該像素的亮度值以及來自其相鄰像素的信息。

在使用適于HDR到LDR轉換的色調映射算子之后，當輸入圖像的亮度值的范圍減小時，其通常減小非常大的量。例如，現有的色調映射HDR到LDR算子對全亮度通道信息(例如，最大4000尼特的內容)進行壓縮以適合于傳統LDR顯示器的非常低的范圍(例如，100尼特的內容)。相反，可能需要HDR到較低HDR色調映射算子以顯著更小的因子來減小范圍(例如，對于不同HDR顯示器之間的范圍壓縮，從最大4000尼特到1000尼特)。現有的HDR到較低HDR色調映射算子不能完全再現HDR感覺，因為它們對整個亮度范圍進行壓縮并線性地重新縮放以適合于目標顯示器亮度范圍，代替地產生LDR內容的感覺。另一個問題是現有的HDR到較低HDR色調映射算子還可能減小高亮像素中的對比度，當高亮區是圖片的普遍部分時，其影響可能尤其明顯。

發明內容

因此，存在對解決在與目標顯示器的支持范圍相對應的較低HDR內容中，HDR內容的動態范圍減小的問題的解決方案的需要。

本原理的一方面針對用于進行以下步驟的方法、裝置、系統和計算機可讀存儲介質：獲得高動態范圍圖像的亮度分量；確定hdr到較低hdr色調映射器曲線；通過將hdr到hdr色調映射器曲線應用于高動態范圍圖像的亮度分量來確定色調壓縮圖像；其中hdr到較低hdr色調映射器曲線包括用于暗色和中間色調等級的第一部分以及用于高亮的第二部分，并且其中第一部分具有斜率s，所述斜率s基于與圖像的明亮區域相對應的圖像的直方圖的截面的均勻性度量而確定。

將具有峰值輸入亮度I^max的高動態范圍輸入圖像色調映射成具有較低峰值輸出亮度的較低高動態范圍輸出圖像的方法特別地包括：