用于图像的动态范围变换的装置和方法制造方法及图纸

一种图像处理装置包括用于接收图像信号的接收器（201），该图像信号至少包括编码图像和目标显示器基准。目标显示器基准指示编码图像针对其而被编码的目标显示器的动态范围。动态范围处理器（203）通过响应于目标显示器基准向编码图像施加动态范围变换而生成输出图像。输出（205）然后例如向适当的显示器输出包括输出图像的输出图像信号。此外，所述动态范围变换可以响应于从显示器接收的显示器动态范围指示而执行。本发明专利技术可以用来从例如低动态范围（LDR）图像生成改进的高动态范围（HDR）图像，或者反之亦然。

【技术实现步骤摘要】
用于图像的动态范围变换的装置和方法
本专利技术涉及用于图像的动态范围变换，更特别地但是非排他性地，涉及根据低动态范围图像生成高动态图像或者根据高动态范围图像生成低动态范围图像的图像处理。
技术介绍
随着数字信号表示和通信日益取代模拟表示和通信，各种不同的源信号的数字编码在过去的几十年变得越来越重要。如何在将数据率保持为可接受的水平的同时改进可以从编码的图像和视频序列获得的质量的持续的研究和开发正在进行着。感知的图像质量的一个重要因素是在显示图像时可以复现的动态范围。常规上，复现的图像的动态范围倾向于相对于正常的视觉大大降低。事实上，真实世界中遇到的照度（luminance）水平跨越从无月亮的夜晚变化到直视太阳的高达14个数量级的动态范围。在晴天或者在夜晚，瞬时照度动态范围和相应的人类视觉系统响应可以落在10.000:1与100.000:1之间（明亮的反射对暗阴影区块（region））。传统上，显示器的动态范围局限于大约2-3个数量级，并且传感器也具有有限的范围，例如<10.000:1，这取决于噪声可接受性。因此，传统上有可能存储和传输8比特伽玛编码格式的图像，而不在传统再现设备上引入明显感知的伪像。然而，在记录更精确且更生动的图像的努力中，开发了新颖的能够记录超过6个数量级的动态范围的高动态范围（HDR）图像传感器。而且，大多数特效、计算机图形学增强和其他的后期制作工作已经在更高的比特深度且以更高的动态范围例行地进行。此外，最新技术的显示系统的对比度和峰值照度继续增大。近来，已经提出了新的原型显示器，其具有高达3000Cd/m2的峰值照度和5-6个数量级的对比率（显示器是原始的，观看环境也将影响最终再现的对比率，该对比率对于白天观看电视而言可能甚至下降至低于50:1）。期望的是，未来的显示器将能够提供甚至更高的动态范围以及特别是更高的峰值照度和对比率。当在这样的显示器上显示传统上编码的8比特信号时，令人讨厌的量化和剪切伪像可能出现。而且，传统的视频格式提供不充分的净空和准确性以传达新的HDR图像中包含的丰富信息。结果，存在对于新方法的增长的需求，这些方法允许消费者完全地受益于最新技术的（和未来的）传感器和显示系统的能力。优选地，这样的附加信息的表示是向后兼容的，使得旧式装备仍然可以接收普通的视频流，而新的HDR启用设备可以充分利用新格式传达的附加信息。因此，希望的是，编码的视频数据不仅表示HDR图像，而且允许编码可以在常规装备上显示的相应传统低动态范围（LDR）图像。为了成功地引入HDR系统并且完全利用HDR的美好前景，重要的是，所采取的方法提供向后兼容性并且允许优化或者至少适应HDR显示器。然而，这内在地涉及对于HDR的优化与对于传统LDR的优化之间的冲突。例如，典型地，诸如视频剪辑之类的图像内容将在工作室中进行处理（颜色分级与色调映射）以便最佳地显现于特定显示器上。传统上，对于LDR显示器进行了这样的优化。例如，在标准LDR显示器的生产期间，颜色分级专家将平衡许多图片质量方面以便为故事情节创建希望的“外观”。这可以涉及平衡区块和局部对比度，有时甚至有意地剪切像素。例如，在具有相对低的峰值视亮度的显示器上，爆炸或者明亮的亮点经常被严重剪切以便向观看者传达高视亮度的印象（在具有差的黑色水平的显示器上对于暗阴影细节发生相同的事情）。该操作典型地将通过假设标称LDR显示器而执行，并且传统上，显示器偏离这样的标称LDR显示器相对较少，因为事实上几乎所有消费显示器都是LDR显示器。然而，如果电影适于HDR目标显示器，那么结果将非常不同。事实上，颜色专家会执行优化，其将导致非常不同的代码映射。例如，不仅亮点和阴影细节可能在HDR显示器上更好地被保留，而且它们也可以被优化成在中间灰度色调上具有不同的分布。因此，最佳的HDR图像不是通过按照与白点照度（最大可实现视亮度）上的差相应的值简单地缩放LDR图像来实现的。理想情况下，将对于显示器的每个可能的动态范围执行单独的颜色分级和色调映射。例如，一个视频序列将用于500Cd/m2的最大白点照度，一个用于1000Cd/m2，一个用于1500Cd/m2，等等，直到最大可能视亮度。给定显示器于是可以简单地选择与其视亮度相应的视频序列。然而，这样的方法是不切实际的，因为它需要生成大量视频序列，从而增加生成这些不同的视频序列所需的资源。此外，所需的存储和分发能力将大大提高。再者，该方法将可能的最大显示器视亮度水平限制为离散的水平，从而对于最大显示器视亮度水平介于为其提供视频序列的水平之间的显示器提供次优的性能。此外，这样的方法不会允许被开发成具有比要利用的最高视亮度水平视频序列更高的最大视亮度水平的未来显示器。相应地，期望的是在内容提供侧创建仅仅有限数量的视频序列，并且期望的是在分发链中稍后的点处向这样的视频序列应用自动动态范围转换以便生成适合于要在其上再现视频序列的特定显示器的视频序列。然而，在这样的方法中，得到的图像质量高度取决于自动动态范围转换。因此，一种改进的支持用于图像的不同动态范围并且优选地用于支持不同动态范围图像的方法将是有利的。
技术实现思路
相应地，本专利技术寻求优选地单独地或者以任意组合地缓解、减轻或者消除上面提到的缺点中的一个或多个。依照本专利技术的一个方面，提供了一种图像处理装置，包括：接收器，其用于接收图像信号，该图像信号至少包括第一编码图像和第一目标显示器基准，该第一目标显示器基准指示第一编码图像针对其而被编码的第一目标显示器的动态范围；动态范围处理器，其被布置成通过响应于第一目标显示器基准向第一编码图像施加动态范围变换而生成输出图像；以及输出，其用于输出包括输出图像的输出图像信号。本专利技术可以允许系统支持不同的动态范围图像和/或显示器。特别地，该方法可以允许可以适于图像再现的特定特性的改进的动态范围变换。在许多情景中，可以实现从LDR到HDR图像或者从HDR到LDR的改进的动态范围变换。在一些实施例中，该动态范围变换相对于第一编码图像增大了输出视频信号的动态范围。在一些实施例中，该动态范围变换相对于第一编码图像减小了输出视频信号的动态范围。动态范围与再现照度范围相应，即与用于再现的图像的从最小光输出到最大光输出的范围相应。因此，动态范围不仅仅是最大值与最小值之比或者量化度量（例如比特数量），而是与用于图像再现的实际照度范围相应。因此，动态范围可以是例如以也称为尼特（nit）的坎德拉每平方米（cd/m2）测量的照度值范围。动态范围因此是从与最低照度值（经常假设为绝对黑色，即没有光输出）相应的光输出（视亮度）到与最高照度值相应的光输出（视亮度）的照度范围。动态范围特别地可以由也称为白点、白点照度、白色照度或者最大照度的最高光输出值表征。对于LDR图像和LDR显示器而言，白点典型地为500尼特或者更小。特别地，可以将输出图像信号馈送至具有特定动态范围的显示器，并且因此动态范围变换可以将编码图像从目标显示器基准指示的动态范围转换为要在其上再现图像的显示器的动态范围。图像可以是诸如例如帧之类的运动图像序列的图像，或者视频序列的图像。作为另一个实例，图像可以是永久的背景，或者例如诸如图形等等之类的覆盖图像。第一编码图像特别地可以是LDR图像并且输出图像可以是H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于存储图像信号的存储介质，包括：第一部分，其用于存储第一编码图像，第一编码图像包括应该用至少1000尼特的照度再现的像素，第二部分，其用于存储在图像信号中联合编码的编码图像的第一目标显示器基准，第一目标显示器基准指示第一编码图像针对其而被编码的第一目标显示器的动态范围，以及目标显示器基准包括目标显示器的白点照度，该白点照度具有至少1000尼特的值。

【技术特征摘要】
2011.09.27 EP 11182922.2;2012.03.21 EP 12160557.0;1.一种用于存储图像信号的存储介质，包括：第一部分，其用于存储第一编码图像，第一编码图像包括应该用至少1000尼特的照度再现的像素，第二部分，其用于存储在图像信号中联合编码的编码图像的第一目标显示器基准，第一目标显示器基准指示第一编码图像针对...

【专利技术属性】
技术研发人员：CLCM克尼贝勒，RJ范德维勒尤坦，W德哈安，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL