一种具有图像真实感再现的局部色调映射方法技术

本发明专利技术公开了一种具有图像真实感再现的局部色调映射方法，步骤包括：1)输入采集的原始HDR图像；2)将输入图像分为R、G、B三种颜色通道；3)对R、G、B三种颜色通道分别进行引导滤波，分别得到每种颜色通道的每一个像素点i的自适应亮度值，令引导图像等于输入图像；4)确定得到参数k；5)将参数k和自适应亮度值代入人眼感光细胞的亮度自适应局部模型当中，分别求出色调映射后的每个颜色通道的像素点值；6)构造一个新的图像文件，实现具有图像真实感再现的局部色调映射，即成。本发明专利技术的局部色调映射方法，解决了现有技术中存在光晕伪影、梯度反转、计算复杂度高的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图像处理
，尤其涉及数字图像处理特定应用中的高动态范围图像可视化技术或虚拟现实技术，具体涉及。
技术介绍
高动态范围(HDR)图像是一种可以表示真实世界场景中高动态范围亮度信息的图像，近年来在数字摄影、基于图像的光照、基于图像的建模、虚拟现实等领域得到了越来越广泛的应用。目前，HDR图像的获取技术取得了很大的进展，不仅可以使用专用的HDR相机直接对现实场景进行HDR信息的获取，而且对于一组多曝光的低动态图像应用软件的方法进行高动态合成的技术也逐渐的成熟。但是，数字图像显示设备和传播媒介承载动态范围的能力无法适应于图像获取设备技术的迅速发展，主流的显示设备的动态范围仅仅为2个数量级，简单的通过线性变换来映射HDR图像到较低的显示设备上，往往会导致高亮区域和暗区域的细节信息严重丢失，较暗区域的细节变得不易从黑色中识别，而高亮区域的细节变得不易从白色中分辨。因此HDR图像研究的一项重要的课题就是设计出一种压缩HDR图像的动态范围，使之适应显示于低动态范围的普通显示设备的方法，称为色调映射。人类视觉系统能够适应的光强范围很宽，从夜视阈值到强闪光约有14个量级，人类视觉具有如此高的动态范围，是当前通用显示设备所无法比拟的，这自然促使人们展开有关人类视觉系统的工作机制的研究。人类视网膜中存在视锥细胞和视杆细胞两种感光细胞。其中，视杆细胞对光强特别敏感，能在亮度为10_6-10cd/m2的暗光条件下为人眼提供暗视觉感知，即能产生无色视觉；视锥细胞则不如视杆细胞敏感，它在亮度为10_2-108cd/m2的亮光条件下才能为眼睛提供彩色视觉感知。在亮度背景不变的情况下，感光细胞的响应曲线在对数域呈现“S”型的非线性特点。视锥细胞和视杆细胞具有相似形状的亮度感知响应曲线，所以在本专利技术以下文本中将不再区分视锥细胞和视杆细胞。人眼在同一时刻能够适应的亮度范围是有限的，当人员从亮处进入暗室时，开始几乎看不见任何物体，经过一段时间后视觉才逐渐恢复正常，这种现象称为“暗适应”。反之，从暗室进入亮处，起初会感到耀眼的光亮，几分钟后视觉恢复正常，称为“亮适应”。人眼对外界亮度的适应的时间也就是感光细胞的响应曲线变换的时间。因此，只要有足够的适应时间，人眼可以通过“亮适应”和“暗适应”机制将自然场景亮度压缩至13CdAi2的范围内。为了模拟出人眼这种对亮度的自适应转变的效果，使色调映射后的图像具有更强的真实感，逐渐出现了许多基于人类视觉系统(HVS)模型的色调映射方法，这些方法主要分为全局色调映射方法和局部色调映射方法。全局色调映射方法使用一条色调映射曲线对输入图像进行整体映射，局部色调映射方法则是计算输入图像的每一个像素点的色调映射曲线，然后对每一个像素点进行分别映射。由于HVS的生理特性至今为止都没有得到彻底的研究，现有的视觉模型都只是在一个或某几个方面的近似，通常很难找到一条能够很好地适应图像中每个像素的映射曲线，所以全局色调映射方法必然导致结果映射后的图像在细节、颜色和亮度上有一定程度的损失。而现有的局部色调映射方法则具有光晕伪影、梯度反转、计算复杂度高等缺点。色调映射方法中人工设置参数越少，则方法的稳定性越高，应用范围也越广。引导滤波是一种新型滤波器，该滤波器从局部线性模型导出，通过计算引导图像的内容来确定输出，引导图像可以是图像本身或其它图像，该引导滤波可以像双边滤波一样作为边缘保持平滑因子，但是其在边缘附近的效果更好。
技术实现思路
本专利技术提供了，解决了现有技术中存在光晕伪影、梯度反转、计算复杂度高的问题。本专利技术采用的技术方案是，，按照以下步骤实施:步骤1:输入采集的原始HDR图像； 步骤2:将输入图像分为R、G、B三种颜色通道；步骤3:对R、G、B三种颜色通道分别进行引导滤波，分别得到每种颜色通道的每一个像素点i的自适应亮度值LaK⑴、Lae(i)、LaB(i)，其中为了应用引导滤波的边缘保持属性，令引导图像等于输入图像:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有图像真实感再现的局部色调映射方法，其特点在于，按照以下步骤具体实施：步骤1：输入采集的原始HDR图像；步骤2：将输入图像分为R、G、B三种颜色通道；步骤3：对R、G、B三种颜色通道分别进行引导滤波，分别得到每种颜色通道的每一个像素点i的自适应亮度值LaR(i)、LaG(i)、LaB(i)，其中为了应用引导滤波的边缘保持属性，令引导图像等于输入图像：LaR(i)=ΣjWij(LwR)LwR(j),---(1)]]>LaG(i)=ΣjWij(LwG)LwG(j),---(2)]]>LaB(i)=ΣjWij(LwB)LwB(j),---(3)]]>其中，Wij(LwR)=1|ω|2Σk:(i,j)∈ωk(1+(LwR(i)-μk)(LwR(j)-μk)σk2+ϵ),---(4)]]>Wij(LwG)=1|ω|2Σk:(i,j)∈ωk(1+(LwG(i)-μk)(LwG(j)-μk)σk2+ϵ),---(5)]]>Wij(LwB)=1|ω|2Σk:(i,j)∈ωk(1+(LwB(i)-μk)(LwB(j)-μk)σk2+ϵ),---(6)]]>其中j是i点的相关领域点，ωk是以k点为中心的窗函数，|ω|是ωk中的像素点的个数，μk和σk2分别是引导图像在ωk中的均值和方差，ε是一个正则化参数；步骤4：采用公式(7)和(8)确定得到参数k：k＝a·exp(log10(L'a))， (7)La′=13·NΣi=1N(LaR(i)+LaG(i)+LaB(i)),---(8)]]>其中，N是输入图像的像素点的个数，LaR(i)、LaG(i)、LaB(i)分别是R、G、B三种颜色通道在第i个像素点的自适应亮度值，a是一个常数；步骤5：将参数k和自适应亮度值LaR(i)、LaG(i)、LaB(i)代入人眼感光细胞的亮度自适应局部模型当中，分别求出色调映射后的每个颜色通道的像素点值：LdR(i)=LwR(i)LwR(i)+k·LaR(i)m,---(9)]]>LdG(i)=LwG(i)LwG(i)+k·LaG(i)m,---(10)]]>LdB(i)=LwB(i)LwB(i)+k·LaB(i)m,---(11)]]>其中m是一个常数，LwR(i)、LwG(i)、LwB(i)分别是输入图像的R、G、B三种颜色通道在第i个像素点的值；LdR(i)、LdG(i)、LdB(i)分别是R、G、B三种颜色通道在第i个像素点色调映射后的值；步骤6：利用LdR(i)、LdG(i)、LdB(i)构造一个新的图像文件，实现具有图像真实感再现的局部色调映射，即成。...

【技术特征摘要】
1.一种具有图像真实感再现的局部色调映射方法，其特点在于，按照以下步骤具体实施: 步骤1:输入采集的原始HDR图像； 步骤2:将输入图像分为R、G、B三种颜色通道； 步骤3:对R、G、B三种颜色通道分别进行引导滤波，分别得到每种颜色通道的...

【专利技术属性】
技术研发人员：余宁梅，梁磊，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61