專利名稱：非常大的航拍圖像拼接的色調(diào)映射的制作方法
非常大的航拍圖像拼接的色調(diào)映射
背景技術(shù)：
對于較大地面區(qū)域的制圖和成像帶來許多挑戰(zhàn)。由地面區(qū)域的彩色圖像帶來的一個(gè)技術(shù)問題與原始圖像的顏色再現(xiàn)有關(guān)。舉例來說，大氣具有不合期望的與距離相關(guān)的影響，其可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)字圖像看起來呈藍(lán)色和/或存在薄霧?；蛘邔τ诹硪粋€(gè)實(shí)例，太陽具有與角度相關(guān)的影響，其可能導(dǎo)致較大地面區(qū)域的數(shù)字圖像的一些部分看起來比其他部分更加明亮，盡管所述場景本身的亮度相對均勻。為了應(yīng)對圍繞以數(shù)字形式精確地捕獲所述圖像所出現(xiàn)的上述和其他問題已經(jīng)開發(fā)出許多技術(shù)。具體來說，已經(jīng)開發(fā)出用以應(yīng)對精確地捕獲場景內(nèi)容所帶來的挑戰(zhàn)的技術(shù)，盡管在所述圖像上存在較大的并且常常是非線性的變化。因此，利用具有高動(dòng)態(tài)范圍的大格式攝影機(jī)可以精確地捕獲較大地面區(qū)域的圖像的內(nèi)容，所述攝影機(jī)比如是Microsoft UltraCam航拍攝影機(jī)。但是所捕獲圖像的動(dòng)態(tài)范圍通常高于諸如將在其上觀看或再現(xiàn)圖像的計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或打印機(jī)之類的視覺顯示器件的動(dòng)態(tài)范圍。舉例來說，前述攝影機(jī)可能以16比特動(dòng)態(tài)范圍的格式捕獲圖像，而計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或打印機(jī)可能只具有8比特動(dòng)態(tài)范圍。同樣地，通常更加實(shí)際的做法是利用其動(dòng)態(tài)范圍與借以觀看圖像數(shù)據(jù)的視覺顯示器件相同的格式來存儲(chǔ)及獲取所述圖像數(shù)據(jù)，而不是利用由攝影機(jī)產(chǎn)生的圖像的更大動(dòng)態(tài)范圍。這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)范圍減小的圖像將使用較少存儲(chǔ)空間，并且將不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換以便以可見形式再現(xiàn)所述數(shù)據(jù)。此外，如果圖像被存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程位置處并且需要通過因特網(wǎng)來訪問，則通過減小圖像的動(dòng)態(tài)范圍還將減少把云存儲(chǔ)的圖像下載到本地計(jì)算機(jī)以供顯示所需的帶寬和時(shí)間。另一方面，在把原始的16比特圖像轉(zhuǎn)換成8比特圖像時(shí)，必須盡最大可能保留其內(nèi)容。否則對于想要在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上觀看、打印所述圖像或者以其他方式使其在視覺顯示器件上可見的人來說，所述圖像的內(nèi)容將被丟失。

發(fā)明內(nèi)容
這里所討論的主題內(nèi)容的一個(gè)方面提供一種通過色調(diào)映射(tone mapping)技術(shù)將具有特定動(dòng)態(tài)范圍的像素的原始數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成具有較低動(dòng)態(tài)范圍的像素的相應(yīng)圖像的方式，所述色調(diào)映射技術(shù)減少了原始圖像中的內(nèi)容損失并且使得相應(yīng)圖像中的偽像最小化。在這里所要求保護(hù)的主題內(nèi)容的一個(gè)方面中，一種用于將較大地面區(qū)域的高動(dòng)態(tài)范圍圖像色調(diào)映射成較低動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法使用一種全局知曉(global aware)并且局部自適應(yīng)(locally adaptive)的途徑，其中從對應(yīng)于圖像貼片(tile)的局部矩陣的已知色調(diào)映射參數(shù)導(dǎo)出局部色調(diào)平衡參數(shù)，并且隨后將其用來導(dǎo)出局部S型(sigmoid)傳遞函數(shù)。全局S型傳遞函數(shù)是根據(jù)適用于整個(gè)圖像的色調(diào)映射參數(shù)的數(shù)值導(dǎo)出的。利用經(jīng)過局部色調(diào)映射的數(shù)值和經(jīng)過全局色調(diào)映射的數(shù)值對各個(gè)像素進(jìn)行色調(diào)映射，其中利用適用于每一個(gè)數(shù)值的加權(quán)因數(shù)將其組合。在這里所要求保護(hù)的主題內(nèi)容的另一方面中，一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括色調(diào)映射程序模塊，其具有通過用于執(zhí)行如前所述的色調(diào)映射方法的可執(zhí)行指令具體實(shí)現(xiàn)的算法；用于存儲(chǔ)經(jīng)過色調(diào)映射的圖像的各個(gè)像素的存儲(chǔ)模塊；以及用于顯示經(jīng)過色調(diào)映射的圖像的顯示組件。提供本概要是為了以簡化形式介紹將在下面的詳細(xì)描述部分中進(jìn)一步描述的所選概念。本概要不意圖標(biāo)識(shí)出所要求保護(hù)的主題內(nèi)容的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不意圖被用來幫助決定所要求保護(hù)的主題內(nèi)容的范圍。


通過下面結(jié)合附圖對各個(gè)實(shí)施例所做的詳細(xì)描述將會(huì)更好地理解這里所討論的主題內(nèi)容的目的，其中相同的附圖標(biāo)記始終指代相同的特征。下面是對用在所附的詳細(xì)描述部分中的附圖的簡要標(biāo)識(shí)。圖1示意性地描繪了由高動(dòng)態(tài)范圍的大格式(large format)數(shù)字?jǐn)z影機(jī)在地表上方的海拔高度H處拍攝的地面區(qū)域A。圖2示意性地描繪了處在適于產(chǎn)生較大地面區(qū)段R的圖像的飛行路徑上的攜帶圖1中所描繪的攝影機(jī)的飛機(jī)。圖3是示出了為了對由行經(jīng)圖2中所示的飛行路徑的安裝在飛機(jī)上的攝影機(jī)所采集的原始攝影圖像進(jìn)行處理所執(zhí)行的典型步驟的流程圖。圖4是通過根據(jù)圖3對原始攝影圖像進(jìn)行處理所得到的圖像貼片的拼接(mosaic)的示意圖。圖5在一個(gè)3x3矩陣的中心處示出了圖4中的其中一個(gè)貼片，以便說明在后面的章節(jié)中討論的色調(diào)映射方法的一個(gè)實(shí)施例。圖6是說明這里所討論的色調(diào)映射方法的該實(shí)施例的流程圖，通過所述方法將通過圖3中所示的圖像處理方法所產(chǎn)生的16比特像素圖像轉(zhuǎn)換成8比特像素圖像。圖7是對應(yīng)于例如圖5中所示的高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)像素圖像的一部分的代表性直方圖的一個(gè)實(shí)例。圖8是用于將高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)像素色調(diào)映射到對應(yīng)的較低動(dòng)態(tài)范圍(LDR)像素的S型傳遞函數(shù)的一個(gè)實(shí)例。圖9是用于執(zhí)行根據(jù)這里所討論的原理的色調(diào)映射方法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解的是，附圖在許多方面是示意性的，但是在與下面的詳細(xì)描述相結(jié)合時(shí)仍然足以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員制作及使用所要求保護(hù)的主題內(nèi)容。
具體實(shí)施例方式首先參照圖1，由大格式數(shù)字航拍攝影機(jī)10在地球E表面上方的海拔高度H處按照已知方式生成一個(gè)較大地面區(qū)域的數(shù)字圖像。攝影機(jī)10包括鏡頭12，所述鏡頭12具有適當(dāng)?shù)慕咕?，以產(chǎn)生長L千米寬W千米的區(qū)域A的數(shù)字圖像。在一種典型的應(yīng)用中，海拔高度H是大約6千米，L是大約8. 5千米，W是大約1. 5千米。這樣的攝影機(jī)的一個(gè)實(shí)例是由Microsoft Corporation 完全所有的一家子公司 Vexcel Imaging GmbH (GrazjAustria)i^f制造的UltraCamX。關(guān)于UltraCamX攝影機(jī)以及如何將其利用來產(chǎn)生較大地面區(qū)域的拼接圖像的詳細(xì)描述可以在 Gruber, Michael 等人的"UltraCamx, the Large Format AerialDigital Camera System by Vexcel Imaging/Microsoft(UltraCamx-Vexcel Imaging/
Microsoft 的大格式航拍數(shù)字?jǐn)z影機(jī)系統(tǒng))” (Int，1 Archives of the Photogrammetry,Remote SensinR and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVII,Part Bi，北京 2008，第665-670頁)中找到。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，可以使用任何已知方式來捕獲地球表面的某一區(qū)段的圖像以用于根據(jù)這里的描述的映射目的，在Gruber的文章中所描述的UltraCamX僅僅是作為用于說明性目的的一個(gè)實(shí)例給出的。攝影機(jī)10和鏡頭12通常被安裝在圖2中所示的飛機(jī)20中，該飛機(jī)遵循飛行路徑P以便利用攝影機(jī)10捕獲具有16比特動(dòng)態(tài)范圍的原始圖像。也就是說，圖像中的每一個(gè)像素具有由16個(gè)比特的數(shù)據(jù)所代表的數(shù)值，并且這樣的圖像通常被視為具有高動(dòng)態(tài)范圍。但是應(yīng)當(dāng)理解的是，縮寫“HDR”在這里僅被用來表示大于所述較低動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)范圍，其中將根據(jù)下面進(jìn)一步討論的方法把圖像色調(diào)映射到所述較低動(dòng)態(tài)范圍中。也就是說，這里所描述的色調(diào)映射方法是結(jié)合將16比特像素轉(zhuǎn)換成8比特像素來討論的，后者有時(shí)也用縮寫“LDR”(低動(dòng)態(tài)范圍)來指代。無論如何，這些縮寫只意圖表示相對數(shù)值，即HDR像素具有高于LDR像素的動(dòng)態(tài)范圍，而不指代具有任何特定比特?cái)?shù)的動(dòng)態(tài)范圍。在任何情況下，由攝影機(jī)10產(chǎn)生的每一個(gè)原始圖像都是關(guān)于一個(gè)區(qū)域A，飛行路徑P是覆蓋地球表面的較大區(qū)段R的之字形模式。區(qū)段R的規(guī)格通?？赡苁荴=IOO千米并且Y=IOO千米，但是也可以對其他尺寸的區(qū)段進(jìn)行成像。從圖2應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，飛行路徑和圖像捕獲的定時(shí)導(dǎo)致每一個(gè)區(qū)域A在L和W方向上都與相鄰區(qū)域重疊。如此捕獲的各個(gè)圖像被處理并組裝呈代表區(qū)段R的圖像。圖3示出了用于將攝影機(jī)10所捕獲的原始圖像處理成精確地代表區(qū)段R的圖像的方法的一個(gè)實(shí)例。前面已經(jīng)結(jié)合圖1和2描述了步驟S300，即圖像捕獲。在步驟S300中提到的圖像是通過遵循飛行路徑P而產(chǎn)生的具有16比特動(dòng)態(tài)范圍的區(qū)段R的重疊圖像。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的是，這些圖像可能是區(qū)段R的多于一個(gè)原始圖像集合的結(jié)果。舉例來說，一個(gè)圖像集合可能處在可見光范圍內(nèi)，而另一個(gè)集合可能處在紅外區(qū)段內(nèi)。所述圖像還可能是在不同日間時(shí)進(jìn)行的幾次飛行的結(jié)果。在步驟S302中，利用航拍三角定位處理根據(jù)已知的原理執(zhí)行集束調(diào)節(jié)，所述航拍三角定位處理最小化由于圖像代表從不同視點(diǎn)拍攝的多個(gè)三維點(diǎn)而導(dǎo)致的再投影誤差。接下來，步驟S304是輻射測定處理，其去除航拍圖像中的大氣散射(Rayleigh和Mie散射)。這一步驟校正大氣的與距離相關(guān)的影響，并且防止圖像錯(cuò)誤地呈藍(lán)色和/或出現(xiàn)薄霧?？梢愿鶕?jù)在前面討論的美國專利申請?zhí)?2/973，689中描述的技術(shù)來執(zhí)行該步驟。步驟S306也是輻射測定處理，其通過校正太陽的與角度相關(guān)的影響來去除由于微影而導(dǎo)致的熱點(diǎn)，其中所述微影導(dǎo)致圖像的不均勻照明。這可能會(huì)導(dǎo)致由攝影機(jī)10捕獲的圖像的某些部分看起來比其他部分更加明亮，盡管場景本身的亮度是相對均勻的。一種用于執(zhí)行該圖像校正的技術(shù)可以是基于在 Chandelier, L.等人的“A Radiometric Aerial Triangulationfor the Equalization of Digital Aerial Images(用于數(shù)字航拍圖像的均衡化的輻射測定航拍三角定位)” (ProRrammetrie EnRineerinR & Remote SensinR,H 193-200 頁，2009年)中所討論的原理。在步驟S308中，對經(jīng)過大氣校正并且去除了熱點(diǎn)的圖像進(jìn)行正射糾正。這是一種已知的幾何處理，其校正航拍圖像從而使得比例尺是均勻的(像地圖一樣)而沒有失真。隨后是步驟S310，其中利用已知的分段處理組合經(jīng)過正射糾正的圖像，通過所述分段處理，多個(gè)經(jīng)過正射糾正的圖像被組合成各個(gè)圖像貼片的無縫拼接。這可以通過利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的最大流一最小切割(max-flow-min-cut)理論的算法來執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，在步驟S310之后得到的圖像數(shù)據(jù)仍然具有16比特動(dòng)態(tài)范圍。正如前面所討論的那樣，該動(dòng)態(tài)范圍通常不適用于諸如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或打印機(jī)之類的視覺顯示器件，所述視覺顯示器件通常具有8比特動(dòng)態(tài)范圍。此外還有利的是按照8比特動(dòng)態(tài)范圍格式存儲(chǔ)區(qū)段R的最終圖像，以便使用較少存儲(chǔ)空間并且便于把圖像從一個(gè)位置傳輸?shù)搅硪粋€(gè)位置(比如通過因特網(wǎng))。存在許多已知的色調(diào)映射技術(shù)以用于把16比特動(dòng)態(tài)范圍圖像轉(zhuǎn)換到8比特動(dòng)態(tài)范圍圖像。此外還知道或者對于由攝影機(jī)10捕獲的原始圖像(即緊接在步驟S300之后并且在任何其他圖像處理之前)執(zhí)行這樣的色調(diào)映射，或者在步驟S310之后當(dāng)已經(jīng)構(gòu)造了代表區(qū)段R的圖像的正射拼接時(shí)執(zhí)行色調(diào)映射。這里所描述的有利的色調(diào)映射方法在步驟S310之后執(zhí)行色調(diào)映射，并且總體上在圖3中由步驟S312代表。圖4代表在經(jīng)過圖3的步驟S310的處理之后的IOOOOkm2區(qū)段R的圖像的一部分。其具有16比特動(dòng)態(tài)范圍，并且由于在步驟S302到S310中所實(shí)施的處理，其非常精確地捕獲了由攝影機(jī)10拍攝的區(qū)段R的內(nèi)容。在這里所討論的16比特到8比特色調(diào)映射技術(shù)中，所述圖像由貼片402的二維柵格400代表。每一個(gè)貼片代表在前面的步驟S310中構(gòu)造的區(qū)段R的正射拼接的一個(gè)給定矩形區(qū)域的正射圖像。在本實(shí)施例中，所有貼片402具有相同的規(guī)格，其在這里被選擇成6250像素乘6250像素?？梢允褂闷渌?guī)格并且各個(gè)貼片不一定非得具有相同的規(guī)格，但是如果所有貼片都具有類似的規(guī)格，則這里所描述的色調(diào)映射方法得到簡化。對于拼接?xùn)鸥?00中的每一個(gè)貼片402應(yīng)用根據(jù)這里所描述的實(shí)施例的色調(diào)映射方法。為了說明該方法，將對于在圖4中由交叉影線示出的一個(gè)典型貼片404進(jìn)行詳細(xì)解釋。所述方法還考慮與中心貼片404臨近的貼片406。這些臨近貼片在本實(shí)施例中構(gòu)成一個(gè)3x3矩陣，其有時(shí)在這里被稱作包括貼片404的局部鄰域(local neighbour)N0雖然前面在逐個(gè)貼片的基礎(chǔ)上應(yīng)用了色調(diào)映射，但是根據(jù)下面將要描述的方法的色調(diào)映射是獨(dú)有的全局知曉并且局部自適應(yīng)的。下面將進(jìn)一步討論所述方法的各種優(yōu)點(diǎn)。圖5是圖4中的典型的3x3貼片鄰域N的詳細(xì)視圖。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，用在這里所描述的色調(diào)映射方法中的貼片鄰域的規(guī)格不限于3x3矩陣，如果確定將會(huì)獲得更好的色調(diào)映射結(jié)果的話，所述鄰域可以是其他規(guī)格。根據(jù)場景內(nèi)容來選擇鄰域的尺寸。在給出特定貼片尺寸的情況下，NxN個(gè)貼片的鄰域應(yīng)當(dāng)代表這樣一個(gè)圖像區(qū)域，該圖像區(qū)域的內(nèi)容的變化大到足以使其直方圖收斂到高斯形狀。每一個(gè)貼片(包括所討論的貼片404)具有傳統(tǒng)上被用在色調(diào)映射應(yīng)用中的特定屬性。這里所描述的技術(shù)使用已知的色調(diào)映射參數(shù)陰影百分比和高光百分比，其有時(shí)也被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱作“最大一最小草圖(max-min stretch)”。這些參數(shù)被“局部地”以及“全局地”確定，“局部”意味著通過使用對應(yīng)于比如處在鄰域N內(nèi)的那些貼片的臨近貼片的參數(shù)，“全局”則意味著把對應(yīng)于區(qū)段R內(nèi)的所有貼片的參數(shù)的平均值納入考慮。圖6是說明將在下面更加詳細(xì)地描述的色調(diào)映射方法的流程圖，其在圖3中被稱作步驟S312。在圖6的流程圖中，第一步驟S600導(dǎo)出對應(yīng)于區(qū)段R中的每一個(gè)鄰域N的色調(diào)平衡參數(shù)的數(shù)值。(參見圖2和4。)這是利用從對應(yīng)于給定貼片的鄰域N的直方圖中導(dǎo)出的陰影百分比數(shù)值和高光百分比數(shù)值而實(shí)現(xiàn)的。有可能通過使用對應(yīng)于包括在任何特定鄰域內(nèi)的各個(gè)單獨(dú)貼片的數(shù)值導(dǎo)出對應(yīng)于該鄰域的直方圖，所述數(shù)值在本實(shí)施例中已經(jīng)可用，這是因?yàn)閳D4中的貼片優(yōu)選地是被用來如在前面結(jié)合圖3所描述的那樣組合圖像的相同貼片。也就是說，這些參數(shù)的數(shù)值是已知的，這是因?yàn)橐呀?jīng)結(jié)合前面關(guān)于圖3討論的圖像處理導(dǎo)出了這些參數(shù)的數(shù)值。但是在這里所描述并要求保護(hù)的主題內(nèi)容的范圍內(nèi)，可以利用關(guān)于來自前面結(jié)合圖3所描述的處理的圖像的信息按照任何已知方式導(dǎo)出對應(yīng)于每一個(gè)鄰域的直方圖。隨后從陰影百分比和高光百分比數(shù)值導(dǎo)出色調(diào)平衡參數(shù)，其中陰影百分比和高光百分比數(shù)值是利用對應(yīng)于每一個(gè)鄰域N內(nèi)的所有貼片的直方圖按照已知方式確定的。圖7是對應(yīng)于HDR像素的一個(gè)典型鄰域N的直方圖的說明性實(shí)例，其表明特定圖像分量(紅色、綠色、藍(lán)色或紅外)對于整個(gè)領(lǐng)域的頻率分布。本實(shí)施例從圖像的紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅外(IR)分量為每一個(gè)鄰域?qū)С鱿旅娴乃膫€(gè)色調(diào)平衡參數(shù)貼片數(shù)值
RGBTileShadowValue = min(ShadowValueR, ShadowValueG, ShadowValueB)FCIRTi1eShadowVaIue = min(ShadowValueR, ShadowValueG, ShadowValueIR)RGBTileHighlightValue = max(HighlightValueR, HighlightValueG, HighlightValu
eB)
FCIRTiIeHighlightValue = max(HighlightValueR, HighlightValueG, HighlightValueIR)
表示法“min (A，B, C) ”表示所述色調(diào)平衡參數(shù)被取作對于給定貼片的鄰域內(nèi)的所有圖像像素所包括的百分比數(shù)值當(dāng)中的最小值，其中所述給定貼片例如是鄰域N內(nèi)的貼片404。舉例來說，RGBTileShadowValue (RGB貼片陰影數(shù)值)代表對應(yīng)于給定貼片的鄰域內(nèi)的所有像素的ShadowValueR (其指代對應(yīng)于紅色圖像分量的陰影百分比數(shù)值)、ShadowValueG或SiadowValueB當(dāng)中的最低值。換句話說，如果對于以給定貼片為中心的鄰域來說，ShadowValueR既小于ShadowValueG的數(shù)值又小于ShadowValueB的數(shù)值，則RGBTileShadowValue=ShadowValueR。類似地，表示法"max (Α, B, C) ”表示所述色調(diào)平衡參數(shù)被取作對于以給定貼片(在本例中是貼片404)為中心的鄰域內(nèi)的所有圖像像素所包括的百分比數(shù)值當(dāng)中的最大值。在步驟S602中，將每一個(gè)鄰域的色調(diào)映射參數(shù)指定給每一個(gè)鄰域的中心貼片。在步驟S604中，利用前面的色調(diào)平衡參數(shù)對于每一個(gè)貼片導(dǎo)出鄰域S型傳遞函數(shù)。首先，根據(jù)在步驟S602中導(dǎo)出的色調(diào)平衡參數(shù)對于每一個(gè)貼片的每一個(gè)圖像分量確定其動(dòng)態(tài)范圍。在本實(shí)施例中，對應(yīng)于貼片的R、G和B分量當(dāng)中的每一個(gè)的16比特動(dòng)態(tài)范圍被設(shè)定到RGBTileHighlightValue-RGBTileSiadowValue，并且對應(yīng)于貼片的IR分量的16比特動(dòng)態(tài)范圍被設(shè)定到FCIRTiIeHighlightValue-FCIRTiIeShadowValue。為了在下面的討論中易于表示，將把對應(yīng)于貼片的R、G和B分量的16比特?cái)?shù)值用作一個(gè)實(shí)例，但是相同的原理同時(shí)適用貼片的R、G、B分量和頂分量。該數(shù)值被用作對應(yīng)于指定給一個(gè)貼片的S型傳遞函數(shù)的貼片動(dòng)態(tài)范圍，正如在下一段中所討論的那樣。局部色調(diào)映射涉及對于每一個(gè)圖像分量利用鄰域S型傳遞函數(shù)把對應(yīng)于每一個(gè)圖像分量的16比特?cái)?shù)值映射到從O到255 (28=256)的8比特?cái)?shù)值。在圖8中以曲線圖的形式描繪出典型的S型傳遞函數(shù)。由沿著圖8中的橫軸繪制的HDR (在這里是16比特)像素代表的每一個(gè)圖像分量(R，G，B, IR)具有沿著縱軸繪制的相應(yīng)的LDR (在這里是8比特)圖像分量。在步驟S604中導(dǎo)出貼片傳遞函數(shù)以用于把貼片404中的每一個(gè)16比特像素分量數(shù)值映射到8比特像素分量數(shù)值。被映射到8比特?cái)?shù)值的給定的16比特像素分量數(shù)值首先從像素?cái)?shù)值中減去對應(yīng)于包含該像素的貼片的偏移量RGBTileShadowValue。對于貼片404，使用在步驟S602中指定給貼片404的對應(yīng)于鄰域N的該參數(shù)的數(shù)值。接下來，將所述像素分量數(shù)值乘以一個(gè)縮放因數(shù)=1/對應(yīng)于包含該像素的貼片的(如前面所討論的那樣)所導(dǎo)出的16比特動(dòng)態(tài)范圍，從而獲得一個(gè)處在0到1之間的浮點(diǎn)數(shù)值，并且對該浮點(diǎn)數(shù)值應(yīng)用具有特定于被用來拍攝區(qū)段R的攝影機(jī)10的伽瑪值(Y )的伽瑪校正函數(shù)。已知的伽瑪校正函數(shù)是具有y=x1/Y的形式的冪律函數(shù)，其中χ是輸入浮點(diǎn)數(shù)值，y是輸出。對應(yīng)于伽瑪?shù)牡湫蛿?shù)值是2. 2。最后，把經(jīng)過伽瑪校正的浮點(diǎn)數(shù)值乘以255，以便確定用于將對應(yīng)于像素的每一個(gè)圖像分量的16比特?cái)?shù)值映射到8比特?cái)?shù)值的S型傳遞函數(shù)。低于RGBTileShadowValue的任何所得到的數(shù)值都將被映射到0，高于RGBTileHighlightValue的任何所得到的數(shù)值都將被映射到255。在實(shí)踐中，所得到的S型傳遞函數(shù)被具體實(shí)現(xiàn)在一個(gè)查找表中，計(jì)算機(jī)處理器可以在逐個(gè)貼片的基礎(chǔ)上參照該查找表。在步驟S606中，通過首先對區(qū)段R內(nèi)的每一個(gè)貼片402中的每一個(gè)像素進(jìn)行色調(diào)混合來執(zhí)行對于每一個(gè)貼片的局部色調(diào)映射。同樣地，將圖5中示出的貼片404作為代表，其首先被視為分成四個(gè)象限4(Ma、404b、4(Mc和404d。如前所述，把對應(yīng)于以貼片404為中心的鄰域N的局部色調(diào)平衡參數(shù)RGBTileShadowValue, FCIRTileShadowValue、RGBTileHighlightValue和FCIRTiIeHighlightValue指定給該貼片。這些參數(shù)被用來如前所述地導(dǎo)出鄰域色調(diào)平衡S型傳遞函數(shù)(fn)。在獲得所述S型傳遞函數(shù)之后，將其指定給貼片404。該S型傳遞函數(shù)的影響區(qū)域包括貼片404本身以及圍繞貼片404的其他八個(gè)貼片(例如圖5中的貼片406")中的所有像素。所述其他八個(gè)貼片當(dāng)中的每一個(gè)的鄰域S型傳遞函數(shù)是利用其自身的所指定的鄰域色調(diào)平衡參數(shù)的每一個(gè)所導(dǎo)出的，所述鄰域色調(diào)平衡參數(shù)又是如前面結(jié)合貼片404所討論的那樣導(dǎo)出的。為了易于描述對應(yīng)于貼片404的右上象限(404a)的各個(gè)像素的局部色調(diào)混合算法，圖5中的貼片406^406^40 的S型傳遞函數(shù)在這里分別被標(biāo)記為f12、f22和f21。對于該象限，貼片404的中心像素位置被選作正交X-Y軸坐標(biāo)系的原點(diǎn)，正如圖5中所示出的那樣。為了易于參考，參考Px,γ在這里被用來表示對應(yīng)于象限40 中的任何像素的對應(yīng)的混合后數(shù)值，其是在利用步驟S604中導(dǎo)出的對應(yīng)于貼片404,406^40 和40 的適用傳遞函數(shù)對坐標(biāo)X，Y處的像素的每一個(gè)像素分量(R，G，B, IR)進(jìn)行局部色調(diào)映射之后而得到的。為了應(yīng)用每一個(gè)傳遞函數(shù)，首先從源圖像中讀取位置(X，Y)處的從步驟S310得到的正射圖像中的實(shí)際HDR (在這里是16比特)源像素?cái)?shù)值(Sx,γ)，隨后利用所述四個(gè)傳遞函數(shù)將該像素?cái)?shù)值變換(四次)到四個(gè)LDR (在這里是8比特)數(shù)值。下面描述的局部色調(diào)混合算法中的表示法fn (SX;Y)、f12 (SX;Y)、f21 (SX;Y)和f22 (SX;Y)表示從應(yīng)用于源像素(HDR)數(shù)值Sx,γ上的所述四個(gè)傳遞函數(shù)獲得的對應(yīng)的LDR數(shù)值?？紤]到該表示法，通過下面的色調(diào)混合雙線性內(nèi)插算法來計(jì)算對應(yīng)于第一象限40 中的目的像素Px,γ的對應(yīng)的局部混合后數(shù)值
Rl = (Χ2 - X)/(X2 - XI) X fn (SX;Y) + (Χ - XI)/(Χ2 - XI) X f21(Sx’Y) (1)
R2 = (Χ2 - Χ)/(Χ2 - XI) X f12(Sx’Y) + (Χ - XI)/(Χ2 - XI) X f22 (SX;Y) (2)
Pjcy = (Υ2 - Υ)/(Υ2 - Yl) X Rl + (Y - Υ1)/(Υ2 - Yl) X R2⑶
其中Χ，Y是所考慮的像素的坐標(biāo)；Χ1，Υ2是貼片406i的中心的坐標(biāo)；X2，Yl是貼片40 的中心的坐標(biāo)；并且X2，Y2是貼片40 的中心的坐標(biāo)。對應(yīng)于每一個(gè)貼片的對應(yīng)傳遞函數(shù)fn、f12、f21和f22也在圖5中示出。這樣就利用所述雙線性內(nèi)插算法提供了對應(yīng)于坐標(biāo)為X，Y的點(diǎn)處的像素的所有混合后的經(jīng)過色調(diào)映射的像素?cái)?shù)值(對應(yīng)于所有圖像分量R、G、B、頂)，其中所述四個(gè)經(jīng)過色調(diào)映射的像素?cái)?shù)值是利用對應(yīng)于每一個(gè)像素分量的對應(yīng)的S型傳遞函數(shù)獲得的。對于每一個(gè)其他象限404b、4(Mc和404d中的每一個(gè)像素執(zhí)行相同的局部混合后的色調(diào)映射。更具體來說，對于象限404b，利用被指定給貼片404、40~、4064和40 的傳遞函數(shù)應(yīng)用前面的色調(diào)混合雙線性內(nèi)插算法；對于象限4(Mc，利用被指定給貼片404、40化、4066和4067的傳遞函數(shù)應(yīng)用所述色調(diào)混合算法；對于象限404d，利用被指定給貼片404、4067、4068和406i的傳遞函數(shù)應(yīng)用所述色調(diào)混合算法。在區(qū)段R的邊緣處，利用可用的相鄰貼片執(zhí)行色調(diào)混合。舉例來說，如果貼片404處在區(qū)段R的上方周界處，則在前面的等式(2)中被指定給傳遞函數(shù)f12和f22的數(shù)值將被設(shè)定到零。相應(yīng)地，等式(3)將變?yōu)橄率?br> Pxy = (Y2 - Y) / (Y2 - Yl) X Rl
同樣地，如果貼片404處在區(qū)段R的下方周界處，則將只利用相鄰貼片4063來實(shí)施對應(yīng)于象限404b的色調(diào)混合。至此所描述的實(shí)施例設(shè)想了一種并行處理途徑，其中在局部色調(diào)映射步驟S606之前對于所有鄰域?qū)С鏊猩{(diào)平衡參數(shù)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，可以在逐個(gè)鄰域的基礎(chǔ)上以或多或少地串行類型處理實(shí)施局部色調(diào)映射，或者以對于區(qū)段R的一些鄰域的并行處理與對于已被處理的鄰域的串行處理的組合實(shí)施局部色調(diào)映射。下一步驟S608涉及確定對應(yīng)于區(qū)段R內(nèi)的所有貼片的陰影百分比和高光百分比的平均值，這是利用如前面那樣對于所有鄰域的每一個(gè)中心貼片導(dǎo)出的這些參數(shù)的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)的?？梢酝ㄟ^在逐個(gè)貼片的基礎(chǔ)上對于區(qū)段R的圖像中的每一個(gè)貼片如此導(dǎo)出的數(shù)值相加并且除以貼片的總數(shù)來確定這些圖像參數(shù)的平均值。在步驟S610中，如前面所討論的那樣導(dǎo)出對應(yīng)于每一個(gè)圖像分量(R，G，B，IR)的全局S型傳遞函數(shù)，但這是利用平均全局?jǐn)?shù)值實(shí)現(xiàn)的。在步驟S612中，利用所述全局傳遞函數(shù)從整個(gè)圖像中的每一個(gè)16比特圖像像素映射一個(gè)8比特像素。更具體來說，本實(shí)施例根據(jù)對應(yīng)于16比特HDR圖像的紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅外(IR)分量當(dāng)中的每一個(gè)的陰影百分比數(shù)值和高光百分比數(shù)值的全局平均從色調(diào)平衡參數(shù)導(dǎo)出全局傳遞函數(shù)
RGBGlobShadowValue = min(ShadowValueR, ShadowValueG, ShadowValueB)FCIRGlobShadowValue = min(ShadowValueR, ShadowValueG, ShadowValueIR)RGBGlobHighlightValue = max(HighlightValueR, HighlightValueG, HighlightValu
eB)
FCIRGlobHighlightValue = max(HighlightValueR, HighlightValueG, HighlightValueIR)
正如前面結(jié)合鄰域傳遞函數(shù)所討論的那樣從這些全局色調(diào)平衡參數(shù)導(dǎo)出對應(yīng)于每一個(gè)圖像分量的全局傳遞函數(shù)，其中用如上定義的全局?jǐn)?shù)值替換前面的討論中的鄰域數(shù)值。在本實(shí)施例中，對應(yīng)于貼片的R、G和B分量當(dāng)中的每一個(gè)的全局16比特動(dòng)態(tài)范圍被設(shè)定到RGBGlobHighlightValue-RGBGlobShadowValue，并且對應(yīng)于貼片的IR分量的全局16比特動(dòng)態(tài)范圍被設(shè)定到FCIRGlobHighlightValue-FCIRGlobShadowValue。與前面一樣，對應(yīng)于貼片的R、B和G分量的16比特?cái)?shù)值將被用作下面的討論中的一個(gè)實(shí)例，但是相同的原理既適用于全局R、G、B分量又適用于全局頂分量。全局色調(diào)映射涉及對于每一個(gè)圖像分量利用全局S型傳遞函數(shù)把對應(yīng)于每一個(gè)像素的圖像分量的16比特?cái)?shù)值映射到從O到255 (28=256)的8比特?cái)?shù)值。被映射到8比特?cái)?shù)值的給定的16比特像素分量數(shù)值首先從像素?cái)?shù)值中減去對應(yīng)于包含該像素的貼片的偏移量RGBGlobSmdowValue。接下來，將所述像素分量數(shù)值乘以一個(gè)縮放因數(shù)=1/對應(yīng)于包含該像素的貼片的所導(dǎo)出的16比特全局動(dòng)態(tài)范圍，從而獲得一個(gè)處在O到1之間的浮點(diǎn)數(shù)值，并且對該浮點(diǎn)數(shù)值應(yīng)用與前面相同的伽瑪校正函數(shù)。最后，把經(jīng)過伽瑪校正的全局浮點(diǎn)數(shù)值乘以255，以便確定用于將對應(yīng)于像素的每一個(gè)圖像分量的16比特?cái)?shù)值映射到8比特?cái)?shù)值的全局S型傳遞函數(shù)。低于RGBGloMhadowValue的任何所得到的數(shù)值都將被映射到0，高于RGBGlobHighlightValue的任何所得到的數(shù)值都將被映射到255。在實(shí)踐中，所得到的全局S型傳遞函數(shù)被具體實(shí)現(xiàn)在一個(gè)查找表中，計(jì)算機(jī)處理器可以參照該查找表。步驟S614對于在步驟S606中獲得的經(jīng)過局部色調(diào)映射的像素應(yīng)用一個(gè)全局知曉因數(shù)(glottal awareness factor)。如前所述，每一個(gè)像素包括從步驟S606得到的局部8比特圖像分量或通道(R，G，B，IR)以及從步驟S612得到的相應(yīng)的8比特全局圖像分量。步驟S614利用一個(gè)總和為1的加權(quán)因數(shù)將每一個(gè)局部圖像分量與其相應(yīng)的全局圖像分量相組合。將給定像素的紅色分量或通道作為一個(gè)實(shí)例，經(jīng)過色調(diào)映射的8比特像素的最終數(shù)值[打皿1由下面的算法給出
R_final = R_local X local weight + R_global X (1 - local weight)(4)
其中，R_local是從步驟S606得到的該像素的8比特紅色分量；R_gl0bal是從步驟S612得到的該像素的8比特紅色分量；并且“l(fā)ocal weight (局部權(quán)重)”是被應(yīng)用來使得色調(diào)映射結(jié)果被更多地局部加權(quán)的加權(quán)因數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)于局部權(quán)重的數(shù)值有利地是0.20。參數(shù)(1-local weight)是與“l(fā)ocal adaptive factor (局部自適應(yīng)因數(shù))”局部權(quán)重具有總和為1的關(guān)系的“global awareness factor (全局知曉因數(shù))”，其中所述總和為1的關(guān)系即((1-local weight)+local weight=l)。按照相同的方式確定其他圖像分量(R，G，B, IR)的最終數(shù)值。也就是說，每一個(gè)像素的每一個(gè)分量都具有一個(gè)局部8比特分量和一個(gè)全局8比特分量。根據(jù)等式(4)確定對應(yīng)于經(jīng)過色調(diào)映射的8比特像素的最終數(shù)值。前面描述的全局知曉、局部自適應(yīng)色調(diào)映射處理提高了經(jīng)過色調(diào)映射的圖像的圖像質(zhì)量，尤其是那些特別均質(zhì)從而表現(xiàn)出較窄直方圖的圖像部分，比如水域。當(dāng)這樣的區(qū)域的直方圖過窄時(shí)(也就是說其標(biāo)準(zhǔn)偏差遠(yuǎn)小于更為多樣的圖像部分的典型直方圖)，這樣的均質(zhì)圖像部分的圖像參數(shù)陰影百分比和高光百分比也將具有較窄的數(shù)值范圍，并且將有可能不會(huì)反映出這些圖像部分的真實(shí)輝度范圍。如果只有窄范圍圖像參數(shù)被用于色調(diào)映射，則所得到的圖像與其他更加多樣的圖像貼片相比可能過亮或過暗。本發(fā)明的色調(diào)映射方法通過同時(shí)考慮局部和全局統(tǒng)計(jì)特性而避免了這些缺陷，從而增強(qiáng)了來自全局參數(shù)的均勻性和來自局部參數(shù)的對比度。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，前面的色調(diào)映射方法特別被適配成由例如在圖9中示意性地示出的傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)900來執(zhí)行，其中包括帶有處理器組件902的設(shè)備，所述處理器組件具有用于控制系統(tǒng)組件的操作的操作系統(tǒng)模塊904，所述系統(tǒng)組件比如是色調(diào)映射程序模塊906和存儲(chǔ)模塊908。所述操作系統(tǒng)模塊通常被存儲(chǔ)在諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器(未示出)之類的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)或器件中，并且被具體實(shí)現(xiàn)在由處理器組件102執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令中。計(jì)算機(jī)編程領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠編寫可執(zhí)行指令以包括在色調(diào)映射程序模塊906中，其可以實(shí)施前面所描述的算法。通過應(yīng)用這樣的算法而得到的經(jīng)過色調(diào)映射的像素通常將被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊908中以供最終傳送到諸如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或打印機(jī)之類的顯示組件，從而以人類可讀的形式再現(xiàn)經(jīng)過色調(diào)映射的圖像。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，可以利用類似于圖9中所描繪的處理器模塊生成根據(jù)前面所描述的方法的經(jīng)過色調(diào)映射的圖像并且將其云存儲(chǔ)在一個(gè)或更多遠(yuǎn)程站點(diǎn)處，以便通過諸如客戶端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的Web瀏覽器之類的傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行訪問。如前所述，LDR形式的圖像存儲(chǔ)將便于通過無線或有線連接把圖像從一個(gè)位置傳輸?shù)搅硪粋€(gè)位置，這是因?yàn)閳D像所代表的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)目少于以其原始HDR形式存儲(chǔ)及發(fā)送圖像的情況。除非上下文明確另有所指(比如使用術(shù)語“圖像分量”)，否則在本說明書中使用的術(shù)語“組件”、“模塊”、“系統(tǒng)”、“設(shè)備”、“接口”等等一般意圖指代與計(jì)算機(jī)有關(guān)的實(shí)體，其或者是硬件、軟件與硬件的組合、軟件或者執(zhí)行中的軟件。舉例來說，這樣的組件可以是(但不限于)運(yùn)行在處理器上的進(jìn)程、處理器、對象、可執(zhí)行程序、執(zhí)行線程、程序和/或計(jì)算機(jī)。作為說明，運(yùn)行在控制器上的應(yīng)用和所述控制器都可以是一個(gè)組件。一個(gè)或更多組件可以駐留在一個(gè)進(jìn)程和/或執(zhí)行線程內(nèi)，并且一個(gè)組件可以本地化在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上和/或分布在兩臺(tái)或更多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間。還應(yīng)當(dāng)理解的是，這里(特別是在圖9中)所使用的“模塊”不一定并且通常不是物理地分開的組件。結(jié)合圖9提到的模塊應(yīng)當(dāng)被寬泛地理解成具有可執(zhí)行指令的形式的信息、存儲(chǔ)位置等等，其可以并且通常分布在其所駐留的存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)的許多位置當(dāng)中。此外，所要求保護(hù)的主題內(nèi)容可以被實(shí)施為一種方法、設(shè)備或制造品，其中利用標(biāo)準(zhǔn)編程和/或工程技術(shù)來產(chǎn)生軟件、固件、硬件或者其任意組合來控制計(jì)算機(jī)實(shí)施所公開的主題內(nèi)容。這里所使用的術(shù)語“制造品”意圖涵蓋可從任何計(jì)算機(jī)可讀器件、載體或介質(zhì)訪問的計(jì)算機(jī)程序。舉例來說，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括(但不限于)磁存儲(chǔ)器件(例如硬盤、軟盤、磁條等等)、光盤(例如緊致盤(⑶)、數(shù)字通用盤(DVD)等等)、智能卡以及閃存器件(例如閃存卡、閃存棒、鍵驅(qū)動(dòng)器等等)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不背離所要求保護(hù)的主題內(nèi)容的范圍或精神的情況下，可以對上述配置做出許多修改。此外，術(shù)語“計(jì)算機(jī)”不意圖以任何方式進(jìn)行限制。舉例來說，所要求保護(hù)的主題內(nèi)容可以被具體實(shí)現(xiàn)在任何適當(dāng)?shù)脑O(shè)備中，其中包括臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、智能電話、電視等等。根據(jù)本說明書將認(rèn)識(shí)到，總體來說，所公開的主題內(nèi)容涉及一種用于把由具有預(yù)定動(dòng)態(tài)范圍的HDR像素所代表的第一圖像轉(zhuǎn)換成具有相應(yīng)的LDR像素的第二圖像的方法，其中所述第一圖像包括多個(gè)貼片，每個(gè)貼片分別包括由多個(gè)所述HDR像素構(gòu)成的二維陣列，并且所述LDR像素具有較低的動(dòng)態(tài)范圍。所述方法利用局部傳遞函數(shù)對第一圖像的每一個(gè)HDR像素執(zhí)行局部色調(diào)映射，以用于把HDR像素轉(zhuǎn)換成具有經(jīng)過局部色調(diào)映射的數(shù)值的LDR像素。此外，利用全局傳遞函數(shù)對每一個(gè)HDR像素執(zhí)行全局色調(diào)映射，以用于把HDR像素轉(zhuǎn)換成具有經(jīng)過全局色調(diào)映射的數(shù)值的LDR像素，其中全局傳遞函數(shù)是從所有HDR像素的圖像參數(shù)的平均值導(dǎo)出的。通過對經(jīng)過局部和全局色調(diào)映射的像素?cái)?shù)值進(jìn)行加權(quán)并且組合加權(quán)后的經(jīng)過局部和全局色調(diào)映射的LDR像素?cái)?shù)值來導(dǎo)出對應(yīng)于每一個(gè)LDR像素的最終數(shù)值，其中對每一個(gè)經(jīng)過局部色調(diào)映射的LDR像素?cái)?shù)值應(yīng)用第一加權(quán)因數(shù)，對每一個(gè)經(jīng)過全局色調(diào)映射的LDR像素?cái)?shù)值應(yīng)用第二加權(quán)因數(shù)。最終的LDR像素?cái)?shù)值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件中以用于輸出第二圖像。除非具體聲明，否則這里所描述的方法不限于特定順序或序列。此外，其中一些所描述的方法步驟可以同時(shí)發(fā)生或被同時(shí)執(zhí)行。此外，這里所使用的“實(shí)例”一詞僅僅是為了描述一種實(shí)現(xiàn)方式。這樣的實(shí)現(xiàn)方式不應(yīng)被理解為實(shí)施這里所討論的主題內(nèi)容的任何具體特征的僅有的方式。此外，這里被描述為由計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行的功能不應(yīng)被限制到由這樣的程序的任何具體實(shí)施例來實(shí)施。雖然在這里以特定于結(jié)構(gòu)特征和/或方法步驟的語言描述了主題內(nèi)容，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，所附權(quán)利要求書的主題內(nèi)容不限于前面所描述的具體特征或步驟。相反，這樣的特征和步驟是作為由所附權(quán)利要求書所涵蓋的相應(yīng)主題內(nèi)容的樣本形式而公開的。
權(quán)利要求
1.一種用于把由具有預(yù)定動(dòng)態(tài)范圍的HDR像素所代表的第一圖像轉(zhuǎn)換成具有相應(yīng)的LDR像素的第二圖像的方法，其中所述第一圖像包括多個(gè)貼片(402)，每個(gè)貼片分別包括由多個(gè)所述HDR像素構(gòu)成的二維陣列，并且所述LDR像素具有較低的動(dòng)態(tài)范圍，所述方法包括利用局部傳遞函數(shù)對所述第一圖像的每一個(gè)HDR像素執(zhí)行(S606)局部色調(diào)映射，以用于把所述HDR像素轉(zhuǎn)換成具有經(jīng)過局部色調(diào)映射的數(shù)值的所述LDR像素，所述局部傳遞函數(shù)是從與包含所述HDR像素的所述貼片鄰近的多個(gè)貼片中的所述像素的至少一個(gè)圖像參數(shù)導(dǎo)出的；利用全局傳遞函數(shù)對每一個(gè)HDR像素執(zhí)行(S612)全局色調(diào)映射，以用于把所述HDR像素轉(zhuǎn)換成具有經(jīng)過全局色調(diào)映射的數(shù)值的所述LDR像素，所述全局傳遞函數(shù)是從所有所述HDR像素的所述至少一個(gè)圖像參數(shù)的平均值導(dǎo)出的；以及通過對所述經(jīng)過局部和全局色調(diào)映射的像素?cái)?shù)值進(jìn)行加權(quán)并且組合所述加權(quán)后的經(jīng)過局部和全局色調(diào)映射的LDR像素?cái)?shù)值來導(dǎo)出對應(yīng)于每一個(gè)LDR像素的最終數(shù)值，其中對每一個(gè)所述經(jīng)過局部色調(diào)映射的LDR像素?cái)?shù)值應(yīng)用第一加權(quán)因數(shù)，對每一個(gè)所述經(jīng)過全局色調(diào)映射的LDR像素?cái)?shù)值應(yīng)用第二加權(quán)因數(shù)；以及把所述最終的LDR像素?cái)?shù)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件中以用于輸出所述第二圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)圖像參數(shù)包括陰影百分比數(shù)值和高光百分比數(shù)值，并且所述傳遞函數(shù)包括具體實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)處理器的查找表中的S型色調(diào)映射函數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一圖像和第二圖像是包括具有紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅外(IR)分量的像素的彩色圖像，每一個(gè)所述分量在所述第一 HDR圖像中由16個(gè)數(shù)據(jù)比特代表，并且在所述第二 LDR圖像中由8個(gè)數(shù)據(jù)比特代表。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，與所述貼片鄰近的所述多個(gè)貼片(406)定義所述貼片的一個(gè)鄰域，并且每一個(gè)所述鄰域具有對應(yīng)于包括所述鄰域的所述HDR圖像的每一個(gè)分量的陰影百分比數(shù)值(ShadowValue)和高光百分比數(shù)值(HighlightValue)，所述方法還包括對于所述圖像中的所有所述鄰域確定下面的色調(diào)平衡參數(shù)的鄰域數(shù)值RGBTileShadowValue = min(ShadowValueR, ShadowValueG, ShadowValueB)FCIRTi1eShadowVaIue = min(ShadowValueR, ShadowValueG, ShadowValueIR)RGBTileHighlightValue = max(HighlightValueR, HighlightValueG, HighlightValueB)FCIRTiIeHighlightValue = max(HighlightValueR, HighlightValueG, HighlightValueIR),其中，表示法“min(A，B, C) ”表明色調(diào)平衡參數(shù)被取作對于所述對應(yīng)貼片中的所有所述像素所包括的百分比數(shù)值當(dāng)中的最小值，并且表示法“max (A，B, C) ”表明色調(diào)平衡參數(shù)被取作對于所述對應(yīng)貼片中的所有所述像素所包括的百分比數(shù)值當(dāng)中的最大值；為每一個(gè)所述鄰域內(nèi)的一個(gè)預(yù)定貼片(404)指定所述色調(diào)平衡參數(shù)的所述鄰域數(shù)值；以及從所述鄰域色調(diào)平衡參數(shù)導(dǎo)出多個(gè)傳遞函數(shù)，以用于把所述預(yù)定貼片中的每一個(gè)HDR像素的每一個(gè)所述分量色調(diào)映射到LDR像素。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述貼片(402)是正方形，所述鄰域包括由至少九個(gè)貼片(406)構(gòu)成的正方形矩陣，并且所述預(yù)定貼片(404)是每一個(gè)所述矩陣的中心貼片。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中對于所述第一圖像中的位于所述中心貼片(404)的四個(gè)相等象限的其中之一內(nèi)的點(diǎn)X，Y處并且對于每一個(gè)圖像分量具有HDR數(shù)值、γ的一個(gè)像素，如果對應(yīng)于所述中心貼片的圖像分量的鄰域傳遞函數(shù)是fn，并且對應(yīng)于與所述象限相鄰的圍繞所述中心貼片(404)順時(shí)針方向看去的所述三個(gè)貼片當(dāng)中的每一個(gè)的圖像分量的鄰域傳遞函數(shù)分別是f12、f22和f21，則通過下面的算法確定對應(yīng)于X，Y處的所述HDR像素的所述分量的經(jīng)過局部色調(diào)映射的數(shù)值Rl =(X2 -X)/(X2 -XDX fn +.(Χ -Xl)/'(Χ2 -XDXf21R2 =(X2 -X)/(X2 -XDX f12 +.(χ -Xl)/'(Χ2 -XDXf λ22ρ = rX, Y(Y2 -Y)/(Y2 -YDX Rl ■—(Y -YD,/(Υ2 -YDχR2其中，X，Y是所討論的所述像素的坐標(biāo)并且所述中心貼片(404)的中心是正交的X-Y軸的原點(diǎn)，XI，Y2、X2, Y2和X2，Yl是圍繞所述中心貼片順時(shí)針方向看去的所述三個(gè)相鄰貼片的中心的對應(yīng)坐標(biāo)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，用于將X，Y處的所述HDR像素局部色調(diào)映射到LDR圖像像素的每一個(gè)所述傳遞函數(shù)是如下導(dǎo)出的從所述HDR像素的R、G、B分量當(dāng)中的每一個(gè)減去所述RGBTileSiadowValue，并且從所述像素的IR分量減去FCIRTiIeShadowValue ；通過將每一個(gè)對應(yīng)的像素分量數(shù)值乘以縮放因數(shù)=1/對于所述中心貼片所導(dǎo)出的16比特動(dòng)態(tài)范圍而獲得處于0到1之間的一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)值，其中所述像素的R、G和B分量當(dāng)中的每一個(gè)具有動(dòng)態(tài)范圍=RGBTileHighlightValue-RGBTileShadowValue，所述像素的頂分量具有動(dòng)態(tài)范圍=FCIRTiIeHighlightValue-FCIRTiIeShadowValue ；作為y=x1/Y的形式的冪律函數(shù)應(yīng)用伽瑪值(Y )，其中χ是所述浮點(diǎn)數(shù)值；以及將所述經(jīng)過伽瑪校正的浮點(diǎn)數(shù)值(y)乘以255，其中低于RGBTileShadowValue或FCIRTileShadowValue的任何所得到的數(shù)值都將被映射到0，并且高于RGBTileHighlightValue或FCIRTileHighlightValue的任何所得到的數(shù)值都將被映射到255。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，用于將所述第一圖像中的所述HDR像素全局色調(diào)映射到LDR像素的所述全局傳遞函數(shù)是如下導(dǎo)出的對于所述區(qū)段R內(nèi)的所有所述鄰域確定平均全局陰影百分比數(shù)值(ShadowValue)和平均全局高光百分比數(shù)值(HighlightValue)；基于所述平均全局陰影和高光百分比數(shù)值導(dǎo)出全局色調(diào)平衡參數(shù)RGBGlobaiadowValue=min (ShadowValueR, ShadowValueG, ShadowValueB)、FCIRGlobShadowValue=min (ShadowValueR, ShadowValueG, ShadowValueIR)以及 RGBGlobHighlightValue=max(HighlightValueR, HighlightValueG, HighlightValueB)，其中表示法“min (A, B, C) ”表明色調(diào)平衡參數(shù)被取作對于所述對應(yīng)貼片中的所有所述像素所包括的百分比數(shù)值當(dāng)中的最小值，并且表示法"max(A, B, C) ”表明色調(diào)平衡參數(shù)被取作對于所述對應(yīng)貼片中的所有所述像素所包括的百分比數(shù)值當(dāng)中的最大值；從所述像素的R、G、B分量當(dāng)中的每一個(gè)減去所述RGBGlobSiadowValue，并且從所述像素的 IR 分量減去 FCIRTileSiadowValue ；通過將每一個(gè)對應(yīng)的像素分量數(shù)值乘以縮放因數(shù)=1/對于所述像素所導(dǎo)出的16比特動(dòng)態(tài)范圍而獲得處于0到1之間的一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)值，其中所述像素的R、G和B分量當(dāng)中的每一個(gè)具有動(dòng)態(tài)范圍=RGBGlobHighlightValue-RGBGlobaiadowValue，所述像素的IR分量具有動(dòng)態(tài)范圍=FCIRGlobHighlightValue-FCIRGlobShadowValue ；作為y=x1/Y的形式的冪律函數(shù)應(yīng)用伽瑪值(Y )，其中χ是所述浮點(diǎn)數(shù)值；以及將所述經(jīng)過伽瑪校正的浮點(diǎn)數(shù)值(y)乘以255，其中低于RGBGlobSiadowValue或FCIRGlobShadowValue的任何所得到的數(shù)值都將被映射到0，并且高于RGBGlobHighlightValue或FCIRGlobHighlighValue的任何所得到的數(shù)值都將被映射到255。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一加權(quán)因數(shù)是局部權(quán)重因數(shù)，所述第二加權(quán)因數(shù)是(1-局部權(quán)重因數(shù))，并且對于每一個(gè)圖像分量確定所述最終LDR像素?cái)?shù)值。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一加權(quán)因數(shù)是局部權(quán)重因數(shù)，所述第二加權(quán)因數(shù)是(1-局部權(quán)重因數(shù))，并且對于每一個(gè)圖像分量確定所述最終LDR像素?cái)?shù)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將較大地面區(qū)域的高動(dòng)態(tài)范圍圖像色調(diào)映射到較低動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其使用一種全局知曉、局部自適應(yīng)的方案，其中從對應(yīng)于圖像貼片的局部3x3矩陣的已知色調(diào)映射參數(shù)導(dǎo)出局部色調(diào)平衡參數(shù)數(shù)值，并且隨后將其用來導(dǎo)出對應(yīng)于所述矩陣的中間貼片內(nèi)的像素的局部S型傳遞函數(shù)。全局S型傳遞函數(shù)是根據(jù)適用于整個(gè)圖像的色調(diào)映射參數(shù)的數(shù)值導(dǎo)出的。較低動(dòng)態(tài)范圍圖像像素將具有經(jīng)過局部色調(diào)映射的數(shù)值和經(jīng)過全局色調(diào)映射的數(shù)值，通過為二者分別給出一個(gè)加權(quán)數(shù)值而將其組合，從而提供最終的低動(dòng)態(tài)范圍像素?cái)?shù)值。
文檔編號(hào)G06T5/50GK102567976SQ20111045762
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者D.西蒙斯, I.奧默, L.羅森謝恩, R.勒納, W.施克勒, 劉宇翔 申請人:微軟公司