[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

本發明公開了一種基于人類視覺模型(HVS)和WLS(Weighted Least Squares)濾波器的高動態范圍圖像色調映射方法，首先將高動態范圍圖像轉化為亮度通道并取對數和歸一化；然后用WLS濾波器進行濾波，得到相應的基本層和細節層；其次對基本層采用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；最后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。與傳統的其他色調映射方法相比，該方法能夠保留豐富的細節信息，較高的局部對比度以及整體明暗對比度，無梯度反轉和光暈現象，更適合人眼觀察或機器進行分析處理。

技術領域

本發明屬于數字圖像處理領域，具體涉及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，該方法涉及高動態范圍圖像色調映射中如何將高動態范圍圖像映射為普通顯示器可以顯示的低動態范圍圖像。本發明能夠保留豐富的細節信息，較高的局部對比度以及整體明暗對比度，無梯度反轉和光暈現象，更適合人眼觀察或機器進行分析處理。

背景技術

高動態范圍圖像(HDR)是一類設計用于儲存真實世界的亮度值的圖像，它通常使用浮點數來表示每個顏色分量值從而可以表示更高的動態范圍。由于高動態范圍圖像存儲的信息對應于真實世界中的光輻射度，因此也被稱為是“針對場景”的。與此相對的，傳統圖像格式被稱為低動態范圍圖像(LDR)，同時也被稱為是“針對輸出”或“針對設備”的。

傳統輸出裝置的動態范圍還遠遠不足以輸出HDR圖像。因此如何把高動態范圍圖像映射為能在普通輸出裝置上輸出的低動態范圍圖像，并且使LDR圖像與實際場景在視覺感觀上盡量相同，并盡量保留實際場景的細節信息，便成為了高動態范圍圖像處理領域的研究熱點，色調映射就是實現HDR圖像動態范圍壓縮的方法。

色調映射在應用中主要存在三個顯著問題：

1)：動態范圍，即如何做到高動態范圍圖像信息壓縮至低動態范圍，并且不丟失場景信息。

2)：圖像增強，即如何提高對比度，盡可能的保留原始圖像中對比度較大的部分，而增強對比度較小的部分。

3)：顏色保持，在色調映射過程中，如何保持顏色不失真。

目前科研工作者在高動態范圍圖像色調映射做了大量的研究，常見的色調映射方法主要有：基于梯度域的色調映射方法、基于Reinhard模型的色調映射方法、基于WLS濾波器的色調映射方法、基于LEP濾波器的色調映射方法、ATT色調映射方法等等。但是此類方法在壓縮動態范圍的時候有一些缺陷，如細節信息不夠、圖像的整體明暗度和局部對比度不合適、易產生梯度反轉和光暈現象、計算量大等缺點。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：將高動態范圍圖像映射為普通顯示器可以顯示的低動態范圍圖像，同時要盡可能的保持圖像的細節，映射后的圖像達到較好的整體明暗度和對比度，無失真現象。針對現有技術的不足，提供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。該方法能夠有效的壓縮圖像的動態范圍，保留豐富的細節信息，較高的局部對比度以及整體明暗對比度，無梯度反轉和光暈現象。

為實現這樣的目的，本發明提供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，包含以下步驟：

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)