本發(fā)明屬于印刷圖像處理復制技術領域，具體涉及高動態(tài)范圍圖像處理及利用靜電數(shù)字印刷在紙媒上的顯示再現(xiàn)方法。

背景技術：

高動態(tài)范圍圖像是一種與場景相關的圖像，動態(tài)范圍一般超過1000:1，可以記錄視覺感知到的大部分場景。高動態(tài)范圍圖像在高清影片、游戲特效、遠程醫(yī)療、遙感衛(wèi)星及印刷復制等領域得到越來越廣泛的應用。但是目前高動態(tài)范圍圖像本身無法直接再現(xiàn)于低動態(tài)范圍媒介尤其是紙媒上。

現(xiàn)有紙媒再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像遠小于人眼可感知的動態(tài)范圍，也小于lcd等顯示媒體再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的范圍，容易造成再現(xiàn)質量不高，細節(jié)丟失嚴重等問題。紙媒所能再現(xiàn)動態(tài)范圍大約為50:1，當高動態(tài)范圍圖像直接再現(xiàn)于紙媒時，動態(tài)范圍大大壓縮，呈現(xiàn)場景的亮度信息會發(fā)生較大改變，使得表現(xiàn)真實場景的顏色、紋理細節(jié)信息都發(fā)生較大變化。通過提高紙媒光學屬性也無法直接增加再現(xiàn)圖像細節(jié)信息。

圖像處理可以通過濾波處理將高動態(tài)范圍圖像強度信息分解為亮度層和細節(jié)層，主要采用濾波器對圖像進行空域或頻域處理，常用濾波器主要有高斯濾波、均值濾波和雙邊濾波等。但采用單次濾波處理后，總是出現(xiàn)光暈、翻轉等各種噪聲。

階調映射技術可以將高動態(tài)范圍圖像階調范圍映射到紙媒階調范圍之內(nèi)，即將圖像亮度范圍映射到紙媒亮度范圍，使更多細節(jié)能夠再現(xiàn)于紙媒上，特別是高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域可以顯示更多細節(jié)。盡管階調映射采用全局映射和局部映射的方法，解決了部分問題，但是仍然存在動態(tài)范圍過度壓縮引起的細節(jié)丟失過多、出現(xiàn)光暈等現(xiàn)象。

為了滿足高動態(tài)范圍圖像在紙媒上再現(xiàn)，必須開發(fā)適用于此需求的高動態(tài)范圍圖像處理方法和減少階調映射過程中細節(jié)過度丟失。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是用來解決現(xiàn)有高動態(tài)范圍圖像通過靜電數(shù)字印刷方式再現(xiàn)于紙媒上的不足，提供一種基于靜電數(shù)字印刷的高動態(tài)范圍圖像紙媒再現(xiàn)方法，能夠在紙媒上層次分明的顯示高動態(tài)范圍圖像。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案為：

本發(fā)明提供了一種基于靜電數(shù)字印刷的高動態(tài)范圍圖像紙媒再現(xiàn)方法，包括以下步驟：

（1）測量紙媒介屬性，包括光學屬性和物理屬性，獲得紙媒介自身顯示動態(tài)范圍；

（2）利用靜電印刷機輸出獲得紙媒呈色特性；

（3）讀取高動態(tài)范圍圖像iin，利用灰度計算公式計算得到灰度圖像i0；

（4）對灰度圖像i0進行分層，采用多次濾波，第一次使用雙邊濾波獲得亮度層l1和細節(jié)層d1：

，其中，，，

其中，bf表示雙邊濾波操作，iin是輸入的源圖像，是像素i和像素j空間幾何距離的高斯函數(shù)表示，是像素i和像素j色度差值的高斯函數(shù)表示；為像素i和j的空間位置關系表征，為像素i和j的色差尺度表征；

對l1，根據(jù)紙媒介階調特性，選擇映射函數(shù)f1進行映射，獲得l1’；對d1，根據(jù)紙媒介顯色特性進行增強，采用增強系數(shù)α，獲得d2’；

（5）第二次濾波處理，對l1’進行均值濾波處理，獲得低通圖像層l2和高通圖像層d2：

其中，

對l2，根據(jù)紙張媒介階調特性，選擇映射函數(shù)f2進行映射，獲得l2’；對d2，根據(jù)紙媒介顯色特性進行增強，采用增強系數(shù)β，獲得d2’；

（6）第三次濾波處理，對l2’進行高斯濾波處理，獲得低通圖像層l3和高通圖像層d3：

，

其中，

對l3，根據(jù)紙張媒介階調特性，選擇映射函數(shù)f3進行映射，獲得l3’；對d3，根據(jù)紙媒介特性進行增強，選擇增強系數(shù)γ，獲得d3’；

（7）將處理后的各層圖像根據(jù)靜電印刷紙媒屬性，逆向加和，得到最終印刷輸出圖像。

進一步的，所述光學屬性為白度、不透明度；所述物理屬性為定量、平滑度、挺度和孔隙率。

進一步的，所述紙媒呈色特性包括最大密度值、色域特性。

進一步的，所述增強系數(shù)α的參考值為1.01；所述增強系數(shù)β的參考值為0.9；所述增強系數(shù)γ的參考值為0.9。

本發(fā)明的有益效果為：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以在不改變紙張屬性的前提下，在紙媒上再現(xiàn)圖像更多層次細節(jié)，降噪使邊緣區(qū)域不受模糊影響，有效的消除光暈現(xiàn)象，提升視覺感知效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體流程框架圖；

圖2為本發(fā)明實施案例的紙媒介特性流程圖；

圖3為本發(fā)明實施案例紙媒介顯色色域圖。

圖4為未處理及處理后的輸出圖像；

其中，a為一次濾波處理后輸出圖像；b為二次濾波處理后輸出圖像；c為三次濾波處理后輸出圖像；d為未處理直接輸出的源圖像。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明技術方案。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明的整體流程包括以下步驟：

步驟1，測量5種紙媒介屬性，分別設為1#、2#、3#、4#和5#，該步驟具體實現(xiàn)方法采用現(xiàn)有方法，此處不再贅述。

步驟2，根據(jù)圖2所示流程，制作紙張?zhí)匦晕募?。利用靜電數(shù)字印刷4組墨粉，通過數(shù)字打樣軟件和打印機完成紙張線性化，生成紙張?zhí)匦曰募?，紙張?zhí)匦曰募涗浟水斍按蛴C、墨粉和紙張三者之間的匹配關系，以及由這三者結合后的各種色彩信息的還原能力，如圖3。

步驟3，讀取高動態(tài)范圍圖像iin，利用灰度計算公式，本實施例采用計算得到高動態(tài)范圍的灰度圖像i0；

步驟4，對灰度圖像i0進行分層，采用濾波器為雙邊濾波，其中，本實施例中模板大小取n=5，色度差值取δe=3，獲得亮度層l1和細節(jié)層d1：

其中，，，

其中，bf表示雙邊濾波操作，iin是輸入的源圖像，是像素i和像素j空間幾何距離的高斯函數(shù)表示，是像素i和像素j色度差值的高斯函數(shù)表示。為像素i和j的空間位置關系表征，本實施例設置為2.24，為像素i和j的色差尺度表征，本實施例中設置為3。

對l1，根據(jù)步驟1和2獲得的紙媒介特性，選擇映射函數(shù)f1進行映射，獲得l1’，取f1為反曲函數(shù)；對d1，根據(jù)紙媒介顯色特性進行增強，采用增強系數(shù)α，獲得d2’，取α=1.01；

步驟5，第二次濾波處理，對l1’進行均值濾波處理，獲得低通圖像層l2和高通圖像層d2：

其中，

對l2，根據(jù)紙張媒介階調特性，選擇映射函數(shù)f2進行映射，獲得l2’，取f2亮度線性壓縮函數(shù)；對d2，根據(jù)紙媒介顯色特性進行增強，采用增強系數(shù)β，獲得d2’，取β=0.9；

步驟6，第三次濾波處理，對l2’進行高斯濾波處理，獲得低通圖像層l3和高通圖像層d3：

，

其中，

對l3，根據(jù)紙張媒介階調特性，選擇映射函數(shù)f3進行映射，獲得l3’，取f3為線性壓縮函數(shù)；對d3，根據(jù)紙媒介特性進行增強，選擇增強系數(shù)γ，獲得d3’，取γ=0.9；

步驟7，將處理后的各層圖像根據(jù)靜電印刷紙媒屬性，逆向加和，得到最終印刷輸出圖像。

對比例1

步驟1，測量5種紙媒介屬性，分別設為1#、2#、3#、4#和5#，該步驟具體實現(xiàn)方法采用現(xiàn)有方法，此處不再贅述。

步驟2，根據(jù)圖2所示流程，制作紙張?zhí)匦晕募?。利用靜電數(shù)字印刷4組墨粉，通過數(shù)字打樣軟件和打印機完成紙張線性化，生成紙張?zhí)匦曰募垙執(zhí)匦曰募涗浟水斍按蛴C、墨粉和紙張三者之間的匹配關系，以及由這三者結合后的各種色彩信息的還原能力，如圖3。

步驟3，讀取高動態(tài)范圍圖像iin，利用灰度計算公式，本實施例采用計算得到高動態(tài)范圍的灰度圖像i0；

步驟4，對灰度圖像i0進行分層，采用濾波器為雙邊濾波，其中，本實施例中模板大小取n=5，色度差值取δe=3，獲得亮度層l1和細節(jié)層d1：

其中，，，

其中，bf表示雙邊濾波操作，iin是輸入的源圖像，是像素i和像素j空間幾何距離的高斯函數(shù)表示，是像素i和像素j色度差值的高斯函數(shù)表示。為像素i和j的空間位置關系表征，本實施例設置為2.24，為像素i和j的色差尺度表征，本實施例中設置為3。

對l1，根據(jù)步驟1和2獲得的紙媒介特性，選擇映射函數(shù)f1進行映射，獲得l1’，取f1為反曲函數(shù)；對d1，根據(jù)紙媒介顯色特性進行增強，采用增強系數(shù)α，獲得d2’，取α=1.01；

步驟5，第二次濾波處理，對l1’進行高斯濾波處理，獲得低通圖像層l2和高通圖像層d2：

，

其中，

對l2，根據(jù)紙張媒介階調特性，選擇映射函數(shù)f2進行映射，獲得l2’，取f2為線性壓縮函數(shù)；對d2，根據(jù)紙媒介特性進行增強，選擇增強系數(shù)γ，獲得d2’，取γ=0.9；

步驟6，將處理后的各層圖像根據(jù)靜電印刷紙媒屬性，逆向加和，得到最終印刷輸出圖像。

對比例2

步驟1，測量5種紙媒介屬性，分別設為1#、2#、3#、4#和5#，該步驟具體實現(xiàn)方法采用現(xiàn)有方法，此處不再贅述。

步驟2，根據(jù)圖2所示流程，制作紙張?zhí)匦晕募?。利用靜電數(shù)字印刷4組墨粉，通過數(shù)字打樣軟件和打印機完成紙張線性化，生成紙張?zhí)匦曰募?，紙張?zhí)匦曰募涗浟水斍按蛴C、墨粉和紙張三者之間的匹配關系，以及由這三者結合后的各種色彩信息的還原能力，如圖3。

步驟3，讀取高動態(tài)范圍圖像iin，利用灰度計算公式，本實施例采用計算得到高動態(tài)范圍的灰度圖像i0；

步驟4，對灰度圖像i0進行分層，采用濾波器為雙邊濾波，其中，本實施例中模板大小取n=5，色度差值取δe=3，獲得亮度層l1和細節(jié)層d1：

其中，，，

其中，bf表示雙邊濾波操作，iin是輸入的源圖像，是像素i和像素j空間幾何距離的高斯函數(shù)表示，是像素i和像素j色度差值的高斯函數(shù)表示。為像素i和j的空間位置關系表征，本實施例設置為2.24，為像素i和j的色差尺度表征，本實施例中設置為3。

對l1，根據(jù)步驟1和2獲得的紙媒介特性，選擇映射函數(shù)f1進行映射，獲得l1’，取f1為反曲函數(shù)；對d1，根據(jù)紙媒介顯色特性進行增強，采用增強系數(shù)α，獲得d2’，取α=1.01；

步驟5，第二次濾波處理，對l1’進行均值濾波處理，獲得低通圖像層l2和高通圖像層d2：

其中，

對l2，根據(jù)紙張媒介階調特性，選擇映射函數(shù)f2進行映射，獲得l2’，取f2亮度線性壓縮函數(shù)；對d2，根據(jù)紙媒介顯色特性進行增強，采用增強系數(shù)β，獲得d2’，取β=0.9；

步驟6，將處理后的各層圖像根據(jù)靜電印刷紙媒屬性，逆向加和，得到最終印刷輸出圖像。

經(jīng)對比，對比例1和對比例2較本發(fā)明提供的技術方案，仍存在高動態(tài)圖像靜電印刷輸出時細節(jié)信息的過度壓縮，部分區(qū)域階調翻轉和階調差距過大的問題，且無法有效消除光暈及雜色的干擾，印刷視覺效果較差，具體效果見圖4。