一种细节增强与亮度自适应的高动态范围图像的色调映射方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109410126A(43)申请公布日2019.03.01(21)申请号201710764423.4G06T5/40(2006.01)(22)申请日2017.08.30G06T7/136(2017.01)(71)申请人中山大学地址510275广东省广州市海珠区新港西路135号申请人广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院中山大学花都产业科技研究院(72)发明人谭洪舟刘付康朱雄泳陈荣军谢舜道吴炆芳(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人林丽明(51)Int.Cl.G06T5/00(2006.01)权利要求书7页说明书13页附图3页(54)发明名称一种细节增强与亮度自适应的高动态范围图像的色调映射方法(57)摘要本发明公开了一种细节增强与亮度自适应的高动态范围图像色调映射方法。本发明对输入HDR图像亮度灰度图进行全局细节增强，计算HDR图像亮度灰度图细节增强后的对数，利用对数转换初步压缩原始场景中的亮度；再对其进行亮度直方图统计，并且计算其平均值与标准差，对直方图进行分段裁剪与补偿；再由亮度与标准差估算模型计算映射后中间低动态范围图像的平均亮度与标准差，从而求解HDR图像到中间LDR图像的亮度直方图全局映射曲线，其中由最大熵亮度估算方法自适应选出最优输出中间LDR图像亮度；接着，对中间LDR图像亮度过暗或过亮区域进行局部细节增强映射得到输出LDR图像亮度；最后将HDR图像色彩映射到输出LDR图像色彩，合并色彩空间获得输出LDR图像。本发明能将HDR图像映射到LDR图像，输出的LDR图像亮度自适应，细CN109410126A节增强，主观效果和谐。CN109410126A权利要求书1/7页1.一种细节增强与亮度自适应的高动态范围图像的色调映射方法，其特征在于包括有如下步骤：1)对输入HDR图像亮度灰度图进行全局细节增强，计算HDR图像亮度灰度图细节增强后的对数，利用对数转换初步压缩原始场景中的亮度；2)对全局细节增强的HDR图像亮度对数进行直方图统计，计算其平均值与标准差，对直方图进行分段裁剪与补偿；3)由亮度与标准差估算模型计算映射到中间LDR图像的平均亮度与标准差，从而求解HDR图像到中间LDR图像的亮度直方图全局映射曲线，其中由最大熵亮度估算方法自适应选出最优输出中间LDR图像亮度；4)对中间LDR图像亮度灰度图过暗或过亮区域进行局部细节增强映射得到输出LDR图像亮度；5)将HDR图像色彩通道映射到对应输出LDR图像色彩通道，合并色彩空间获得输出LDR图像。2.根据权利要求1所述的细节增强与亮度自适应的高动态范围图像的色调映射方法，其特征在于，所述步骤1)包括：11)定义输入HDR图像红绿蓝三个色彩通道的数据分别为R，G，B，定义HDR图像亮度Lw：Lw＝0.299R+0.587G+0.114B(1)12)定义输入HDR图像大尺度纹理层为b：其中，I为单位矩阵；α是平衡因子，选取25～35之间；Qx,Qy是前向差分算子，是后向差分算子；Ax和Ay是分别包含平滑权重ax(Lw)和ay(Lw)的对角矩阵，平滑权重ax(Lw)和ay(Lw)分别定义如下：其中，ε1是很小的数，取0.0002；β是决定ln(Lw)梯度灵敏度的参数，选取5～5.5之间；13)计算输入HDR图像亮度的对数Le：Le＝ln(Lw)(5)14)定义HDR图像亮度细节层对数d：d＝Le-ln(b)(6)15)定义HDR图像全局增强亮度的对数L'e：L'e＝λ1ln(b)+λ2d(7)其中，λ1是修正因子，取0.94～0.98之间，λ2是增强因子，定义为：2CN109410126A权利要求书2/7页其中，μHDR为输入HDR图像平均亮度；C为输入HDR图像对比度，μHDR和C分别定义如下：其中，M和N是输入HDR图像的长和宽；Lw(i,j)表示位置为(i,j)像素点的亮度值，δ(τ,υ)＝|τ-υ|即是相邻像素间的亮度τ和亮度υ的差值绝对值，Pδ(i,j)即相邻像素间的亮度灰度差为δ的像素分布概率；像素相邻取四近邻。3.根据权利要求1所述的细节增强与亮度自适应的高动态范围图像的色调映射方法，其特征在于，所述步骤2)包括：21)定义L'e的最大值Lmax以及最小值Lmin，直方图组数为D，取为1000，将L'e的值线性映射到[0,D-1]，定义离散后的亮度LI，由公式描述为：其中，表示向下取整；22)对离散后的亮度图像LI进行直方图统计，定义直方图为h(p):h(p)＝<{LI(i,j)|LI(i,j)＝p}>(12)其中，p＝0,…,D-1，<U>表示集合U的元素个数；23)定义由步骤a)得到的直方图h(p),p＝0,…,D-1的平均值μ，24)定义由步骤a)得