[發明專利]一種基于人類視覺模型和WLS濾波器的高動態范圍圖像色調映射方法

在審

• 申請號: 201810734434.2
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108898564A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 程虹;徐智勇;魏宇星;張建林
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于人類視覺模型和WLS濾波器的高動態范圍圖像色調映射方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、原始高動態范圍圖像轉化為亮度通道并取對數和歸一化：

將高動態范圍圖像轉化為HSI顏色空間，得到I亮度通道：

其中，R,G,B分別為輸入高動態范圍圖像的紅、綠、藍三個通道的值；

取對數：

I＝ln(I·10⁶+1) (2)

歸一化：

I＝I/max(I) (3)

步驟二、用WLS濾波器進行濾波，得到相應的基本層和細節層；

步驟三、對基本層采用ATT算法進行動態范圍壓縮，細節層采用S曲線進行處理，得到映射后的亮度值；

步驟四、剔除異常像素以去除噪聲，歸一化并且進行顏色校正得到輸出的圖像，顏色校正的具體實現過程為：

其中C＝R,G,B代表三個顏色通道，I_in和I_out分別代表色調映射前和映射后的亮度通道的值，S為色飽和度，s的取值范圍為[0.5,1]。

2.根據權利要求1所述的一種基于人類視覺模型和WLS濾波器的高動態范圍圖像色調映射方法，其特征在于，用WLS濾波器對亮度通道進行濾波，得到相應的基本層和細節層，然后對基本層采用ATT算法進行動態范圍壓縮，細節層采用S曲線進行處理，得到映射后的亮度值，具體實現過程為：

(1)用WLS濾波器對亮度通道進行濾波，得到相應的基本層和細節層：

所屬WLS濾波器需要完成兩個矛盾的目標：給定一幅輸入圖像I，經濾波后的輸出圖像B要盡可能的接近I，同時I中除了顯著性梯度的地方要盡可能的平滑，即使(5)中能量函數最?。?/p>

其中，I是輸入圖像，B是輸出圖像，p代表像素的空間位置，第一項用于最小化輸出圖像B與輸入圖像I間的差距，第二項通過減少輸出圖像B的大梯度點達到平滑圖像的目的，λ是平滑系數，用于兩項間的平衡，增加λ可以增強圖像的平滑程度，即對圖像進行更大尺度的平滑，以便提取出較粗尺度的細節，a_x,p(I)和a_y,p(I)是平滑權重，用于控制不同空間類型下的平滑要求，其大小依賴于輸入圖像I，如式(6)所示：

指數參數α確定對圖像I中梯度的敏感度，ε是極小數，以避免分母為0；

根據以上的條件，并假設輸出圖像B和輸入圖像I具有線性依賴關系，求出式(5)的函數取最小時自變量B的取值，即可得到輸出的圖像；

得到相應的基本層：

B_base＝B (7)

相應的細節層：

B_detail＝I-B (8)

(2)由JND(Just Noticeable Differences)計算直方的中心：

以B_base的最小值作為第一個直方的中心，新的直方的中心與前一個直方的中心的距離為n個JND步長，直到B_base的最大值。這個過程可用式(9)表示：

b_i+1＝b_i+n·δb_i (9)

其中，b_i是當前直方的中心，b_i+1是下一個直方的中心，一個JND步長由δb_i用基于人類視覺模型(HVS)的TVI曲線得出，曲線方程如下：

其中，δL_a是人眼感知背景亮度L_a的一個JND閾值；

(3)計算出相應的直方圖f(b)；

(4)忽略每個直方中不可區分的像素進行精細的計數，得到新的精細直方圖r(b)；

(5)由直方圖f(b)和精細直方圖r(b)計算出組合直方圖c(b)，如式(11)所示：

c(b)＝wf(b)+(1-w)r(b) (11)

其中，w和(1-w)是權重，w的取值范圍為[0,1]；

(6)創建一個具有兩列N+1行LUT，由線性插值和查找表(LUT)得到由基本層B_base動態范圍壓縮后的值B′_base；

(7)對細節層采用S曲線進行處理，曲線方程如下：

B′_detail＝2·arctan(B_detail·20)/π (12)

(8)將處理后的基本層和細節層相加得到映射后的亮度值；

I_out＝B′_base+B′_detail (13)。