扩展的高动态范围HDR到HDR色调映射的方法、装置和系统制造方法及图纸

本原理的各方面针对用于对高动态范围图像进行色调映射的方法和装置。该装置包括用于执行以下步骤的处理器，并且该方法包括以下步骤：获得高动态范围图像的亮度分量；确定HDR到较低HDR色调映射器曲线；通过将HDR到较低HDR色调映射器曲线应用于高动态范围图像的亮度分量来确定色调压缩图像；其中HDR到较低HDR色调映射器曲线包括用于暗色和中间色调等级的第一部分，以及用于高亮的第二部分。

Method, apparatus and system for extending high dynamic range HDR to HDR tone mapping

Various aspects of the present principle are directed at a method and apparatus for tone mapping of highly dynamic range images. The device includes the following steps of the processor, and the method comprises the following steps: obtaining the luminance component of high dynamic range image; determining HDR to low HDR tone mapping curve; through the luminance component HDR to low HDR tone mapping curve is applied to the high dynamic range image to determine the tone of image compression; HDR HDR is to lower the tone mapping curve includes a first section for dark and intermediate tone level, as well as for the highlighted part second.

【技术实现步骤摘要】
扩展的高动态范围HDR到HDR色调映射的方法、装置和系统
本公开涉及图像和视频处理。具体地，本公开涉及扩展的高动态范围(“HDR”)到HDR色调映射。
技术介绍
自然界中的光覆盖从星光到明亮的阳光的巨大范围的亮度等级。然而，数字和模拟二者的传统成像技术提供降低的体验，因为它们无法比拟我们眼睛可见的宽范围的亮度和对比度。作为回应，正在开发HDR技术以允许对扩展的范围的颜色、亮度和对比度进行显示。HDR技术专注于捕获、处理和显示比SDR技术更宽的动态范围的内容。今天，HDR显示器的HDR性能可能不同，特别是根据它们的最大峰值白色亮度：一些HDR显示器可以提供500尼特，同时其他HDR显示器可以达到1000尼特或者甚至1500尼特。虽然目前正在开发用于捕获HDR内容的HDR显示器和照相机，但是对于传统显示器，HDR内容需要经历HDR到LDR色调映射，以能够再现内容。类似地，例如对于500尼特的HDR显示器，例如对于1000尼特的HDR显示器准备的HDR内容需要经历HDR到“较低HDR”色调映射，以能够再现内容。因此，存在对HDR到“较低HDR”色调映射的需要。色调再现，也称为色调映射，旨在将图像的原始范围的亮度值映射到可以由显示器再现的较低范围的亮度值。经常，但不总是，对从输入HDR彩色图像导出的亮度通道执行色调映射。色调映射的输出可以与从输入的原始HDR图像保留的颜色信息重新组合，使得以低于输入HDR图像的HDR动态范围产生新的输出彩色图像。色调映射算法可以分为两大类。第一类可以定义为全局色调映射。这包括将(多个)压缩色调映射函数(例如，S形(sigmoidal)函数或对数函数)独立地应用于图像或图像序列的每个像素的亮度值。第二类可以定义为局部色调映射(也称为空间变化色调映射)。局部色调映射针对每个像素考虑该像素的亮度值以及来自其相邻像素的信息。在使用适于HDR到LDR转换的色调映射算子之后，当输入图像的亮度值的范围减小时，其通常减小非常大的量。例如，现有的色调映射HDR到LDR算子对全亮度通道信息(例如，最大4000尼特的内容)进行压缩以适合于传统LDR显示器的非常低的范围(例如，100尼特的内容)。相反，可能需要HDR到较低HDR色调映射算子以显著更小的因子来减小范围(例如，对于不同HDR显示器之间的范围压缩，从最大4000尼特到1000尼特)。现有的HDR到较低HDR色调映射算子不能完全再现HDR感觉，因为它们对整个亮度范围进行压缩并线性地重新缩放以适合于目标显示器亮度范围，代替地产生LDR内容的感觉。另一个问题是现有的HDR到较低HDR色调映射算子还可能减小高亮像素中的对比度，当高亮区是图片的普遍部分时，其影响可能尤其明显。
技术实现思路
因此，存在对解决在与目标显示器的支持范围相对应的较低HDR内容中，HDR内容的动态范围减小的问题的解决方案的需要。本原理的一方面针对用于进行以下步骤的方法、装置、系统和计算机可读存储介质：获得高动态范围图像的亮度分量；确定hdr到较低hdr色调映射器曲线；通过将hdr到hdr色调映射器曲线应用于高动态范围图像的亮度分量来确定色调压缩图像；其中hdr到较低hdr色调映射器曲线包括用于暗色和中间色调等级的第一部分以及用于高亮的第二部分，并且其中第一部分具有斜率s，所述斜率s基于与图像的明亮区域相对应的图像的直方图的截面的均匀性度量而确定。将具有峰值输入亮度Imax的高动态范围输入图像色调映射成具有较低峰值输出亮度的较低高动态范围输出图像的方法特别地包括：获得输入图像的亮度分量；确定hdr到较低hdr色调映射器曲线；通过将hdr到hdr色调映射器曲线应用于输入图像的亮度分量来确定所述输出图像；其中hdr到较低hdr色调映射器曲线包括用于暗色和中间色调等级的第一线性部分以及用于高亮的第二非线性部分，以及其中第一线性部分具有斜率s，所述斜率s是输入图像的所获得的亮度值的亮度直方图的明亮区域中的所获得的亮度值的分布的均匀性度量的单调非递增函数，使得所述斜率s将小于或等于1，但高于或等于峰值输出亮度和峰值输入亮度Imax的比率sl。优选地，将亮度直方图的明亮区域定义为在位于输入图像的亮度范围中的下限ζl与上限ζu之间描绘，其中下限ζl与峰值输出亮度和峰值输入亮度Imax的比率sl成比例。优选地，被定义为将色调映射器曲线的第一线性部分和第二非线性部分分离的中间到高阈值τ小于峰值输出亮度该中间到高阈值τ优选地足够大以覆盖帧或图像的多于(100-n)％的像素，其中n高于或等于2。优选地，将明亮区域中的所获得的亮度值的分布的均匀性度量确定为在所述亮度直方图的明亮区域的直条(bin)上的所述输入图像的像素数量的平均值μ与标准偏差υ之间的比率。在特定实施例中，如下确定斜率s其中并且其中参数定义将斜率s表示为参数t的函数的曲线的转变点。可以用信号发送表示hdr到hdr色调映射器曲线的信息。可以使用至少一个语法元素来执行该用信号发送，该语法元素包括在以下中的至少一个中：图片参数集(PPS)、序列参数集(SPS)、补充增强信息(SEI)消息、视频可用性信息(VUI)、消费电子协会(CEA)消息和报头。可以基于第一部分与第二部分之间的阈值使用泄漏积分来应用来自先前视频帧的信息。附图说明当结合下面描述的附图时，根据下面的详细描述，本专利技术的特征和优点可以是明显的：图1是描绘根据本原理对图片进行编码的示例性方法的图。图2是描绘根据本原理对图片和参数进行编码的示例性方法的图。图3是描绘根据本原理对图片或视频进行解码的示例性方法的图。图4是描绘根据本原理的示例性装置的图。图5是描绘根据本原理的示例性图表的图。图6是描绘根据本原理的示例性图表的图。图7图示了要根据图3的图被色调映射的输入图像的亮度值的直方图，其中在描绘直方图的明亮区域的下限ζl与上限ζu之间，该直方图的加权值用于计算色调映射曲线的线性部分的斜率s。具体实施方式本原理针对用于HDR到较低HDR色调映射的方法、装置和系统。一示例针对解决关于目标显示器的较低支持范围，HDR内容的动态范围减小的问题。一示例针对为HDR到较低HDR色调映射算子确定用于中间色调和暗色像素的中间和暗色压缩因子，即亮度压缩曲线的线性部分的斜率。一示例针对用于确定色调映射器的线性部分的最佳斜率的方法和装置，其中该确定可以基于内容。可以在色调映射之后维持与HDR输入的相似性，同时平衡高亮区中的对比度，以便尽管在较低高动态范围显示器上，也最佳地再现观看HDR内容的感觉。然后还可以再现指导者的意图，例如，可以在4000尼特的参考HDR显示器上对内容进行分级，以在1000或1500尼特的消费者较低HDR显示器上最佳地再现。本原理的一方面解决当转换到具有较低高动态范围的目标显示器时HDR内容的动态范围的质量降低的问题。本原理的一方面涉及再现HDR感觉，尽管进行适合于目标显示器范围的色调压缩。本原理的一方面涉及用于在仅针对非常高范围的信息对HDR内容进行压缩的同时维持与HDR源类似的HDR内容的方法、装置和系统。这允许尽管在较低动态范围显示器上，也具有观看HDR内容的感觉。它还使得能够维持指导者的意图。例如，在4000尼特的参考显示器上分级的内容将以良好的质量再现，以用于在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将具有峰值输入亮度I

【技术特征摘要】
2016.03.16 EP 16305291.31.一种将具有峰值输入亮度Imax的高动态范围输入图像色调映射成具有较低峰值输出亮度的较低高动态范围输出图像的方法，所述方法包括：获得输入图像的亮度分量；确定hdr到较低hdr色调映射器曲线；通过将hdr到hdr色调映射器曲线应用于输入图像的亮度分量来确定所述输出图像；其中hdr到较低hdr色调映射器曲线包括用于暗色和中间色调等级的第一线性部分以及用于高亮的第二非线性部分，以及其中第一线性部分具有斜率s，所述斜率s是输入图像的所获得的亮度值的亮度直方图的明亮区域中的所获得的亮度值的分布的均匀性度量的单调非递增函数，使得所述斜率s将小于或等于1，但高于或等于峰值输出亮度和峰值输入亮度Imax的比率sl。2.根据权利要求1所述的方法，其中将亮度直方图的明亮区域定义为在位于输入图像的亮度范围中的下限ζl与上限ζu之间描绘，其中下限ζl与峰值输出亮度和峰值输入亮度Imax的比率sl成比例。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中被定义为将色调映射器曲线的第一线性部分和第二非线性部分分离的中间到高阈值τ小于峰值输出亮度4.根据权利要求3所述的方法，其中中间到高阈值τ足够大以覆盖帧或图像的多于(100-n)％的像素，其中n高于或等于2。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中将明亮区域中的所获得的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M塞菲，E莱因哈德，G普瓦里耶，
申请(专利权)人：汤姆逊许可公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR