一種具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法，步驟包括：1)輸入采集的原始HDR圖像；2)將輸入圖像分為R、G、B三種顏色通道；3)對R、G、B三種顏色通道分別進行引導濾波，分別得到每種顏色通道的每一個像素點i的自適應亮度值，令引導圖像等于輸入圖像；4)確定得到參數(shù)k；5)將參數(shù)k和自適應亮度值代入人眼感光細胞的亮度自適應局部模型當中，分別求出色調(diào)映射后的每個顏色通道的像素點值；6)構(gòu)造一個新的圖像文件，實現(xiàn)具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射，即成。本發(fā)明的局部色調(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)、計算復雜度高的問題。
【專利說明】 一種具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]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。
[0003]人類視覺系統(tǒng)能夠適應的光強范圍很寬，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。
[0004]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。
[0005]人眼在同一時刻能夠適應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正常，這種現(xiàn)象稱為“暗適應”。反之，從暗室進入亮處，起初會感到耀眼的光亮，幾分鐘后視覺恢復正常，稱為“亮適應”。人眼對外界亮度的適應的時間也就是感光細胞的響應曲線變換的時間。因此，只要有足夠的適應時間，人眼可以通過“亮適應”和“暗適應”機制將自然場景亮度壓縮至13CdAi2的范圍內(nèi)。
[0006]為了模擬出人眼這種對亮度的自適應轉(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。[0007]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)、計算復雜度高等缺點。
[0008]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，應用范圍也越廣。引導濾波是一種新型濾波器，該濾波器從局部線性模型導出，通過計算引導圖像的內(nèi)容來確定輸出，引導圖像可以是圖像本身或其它圖像，該引導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】

[0009]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)、計算復雜度高的問題。
[0010]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:
[0011]步驟1:輸入采集的原始HDR圖像； [0012]步驟2:將輸入圖像分為R、G、B三種顏色通道；
[0013]步驟3:對R、G、B三種顏色通道分別進行引導濾波，分別得到每種顏色通道的每一個像素點i的自適應亮度值LaK⑴、Lae(i)、LaB(i)，其中為了應用引導濾波的邊緣保持屬性，令引導圖像等于輸入圖像:
【權(quán)利要求】
1.一種具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法，其特點在于，按照以下步驟具體實施: 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濾波，分別得到每種顏色通道的每一個像素點i的自適應亮度值LaK(i)、Lae⑴、Lafiw，其中為了應用引導濾波的邊緣保持屬性，令引導圖像等于輸入圖像:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有圖像真實感再現(xiàn)的局部色調(diào)映射方法，其特點在于:所述的a取值1.37 ； m是取值為0.6。
【文檔編號】G06T5/00GK104036459SQ201410216195
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】余寧梅, 梁磊 申請人:西安理工大學