一种色调映射方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种色调映射方法及装置，该方法可以由后端设备执行，在该方法中后端设备可以从前端设备接收元数据和HDR图像，根据该元数据中包含的映射曲线的特征参数生成映射曲线，并基于该映射曲线对HDR图像进行色调映射。其中，映射曲线的特征参数是前端设备根据HDR图像的亮度分布情况确定的。如此，通过结合HDR图像的亮度分布情况确定映射曲线参数，使得映射曲线的设计更灵活，可以有效提高HDR图像的显示效果。显示效果。显示效果。

【技术实现步骤摘要】
一种色调映射方法及装置


[0001]本申请涉及显示
，尤其涉及一种色调映射方法及装置。

技术介绍

[0002]高动态范围(high dynamic range，HDR)视频技术拓展了可显示的图像的亮度范围，因而能够记录较大的亮度范围信息，展现图像中更多的亮部和暗部细节。
[0003]然而，HDR视频或图像的亮度通常与标准动态范围(standard dynamic range，SDR)显示设备或大量其他现有的HDR显示设备的能够显示的亮度范围不匹配；例如，在同一帧HDR图像中，最暗部分的像素亮度为0.4cd/m2，最亮部分的像素亮度为6000cd/m2，而电视只能显示亮度大于等于0.5cd/m2且小于等于5000cd/m2的像素，则该帧图像中亮度为0.4cd/m2
‑
0.5cd/m2的像素在电视中显示的将是一片黑暗，以及该帧图像中亮度为5000cd/m2
‑
6000cd/m2的像素在电视中显示的将是一片白光。
[0004]因此，HDR视频或图像在现有的显示设备上显示时，需要根据显示设备的显示能力对HDR视频或图像的亮度进行处理得到SDR视频或图像，使其匹配显示设备可显示的亮度范围。对于将HDR视频或图像压缩到SDR视频或图像这个过程，我们称为色调映射(tone mapping，TM)。
[0005]业界提出基于N次样条函数确定的映射曲线对HDR图像进行色调映射，但映射曲线的生成依赖基础曲线(例如，贝塞尔曲线)，导致整条映射曲线的生成不够灵活，对特亮区域或者特暗区域的像素的色调映射效果较差，进而导致HDR图像的显示效果不佳。

技术实现思路

[0006]本申请提供一种色调映射方法及装置，用以对HDR图像进行色调映射，提升HDR图像的显示效果。
[0007]第一方面，本申请实施例提供一种色调映射方法，在该方法中，首先接收至少一帧图像和元数据；其中，元数据包括映射曲线的参数，例如，映射曲线的数目M、以及每一条映射曲线的起始节点和截止节点在第一坐标系中的坐标值；然后，可以根据元数据，生成M条映射曲线，并基于M条映射曲线，对至少一帧图像进行色调映射。
[0008]应理解，每一条映射曲线为N次样条曲线，第一坐标系的横向坐标表示色调映射前的图像亮度，第一坐标系的纵向坐标表示色调映射后的图像亮度；M为大于等于1的整数，N为大于等于3的整数。
[0009]在本申请实施例中，接收到元数据之后，可以根据元数据中的映射曲线的数目M、以及每条映射曲线的起始节点和截止节点在第一坐标系中的坐标值，生成M条N次样条曲线，并基于该M条N次样条曲线，对至少一帧图像进行色调映射。在本申请实施例中映射曲线的设计更灵活，可以有效提升HDR图像的色调映射效果，进而有效提升HDR图像的显示效果。
[0010]在一种可能的实施方式中，元数据还可以包括每一条映射曲线的起始节点的预设一阶导数和截止节点的预设一阶导数。
[0011]在该实施方式中，元数据包括每一条映射曲线的起始节点的预设一阶导数和截止节点的预设一阶导数，使得生成每一条映射曲线的方式更灵活。
[0012]在一种可能的实施方式中，至少一帧图像中的每帧图像对应至少一个亮度范围，每一个亮度范围对应至少一条映射曲线，每一条映射曲线对应的函数表达式可以为N阶多项式，N阶多项式中包括N+1个单项式，每个单项式对应一个系数。
[0013]在该实施方式中，至少一帧图像中的每帧图像包括一个或多个亮度范围，针对每个亮度范围，可以针对性地对其设计对应的地映射曲线，所以可以有效提升至少一帧图像的色调映射效果，进而有效提升至少一帧图像的显示效果。
[0014]示例性的，至少一条映射曲线中的第i条映射曲线可以是三次样条函数曲线，其对应的第一函数表达式为：
[0015]y＝di*(x
‑
x2)3+ci*(x
‑
x2)2+bi*(x
‑
x2)+ai；
[0016]其中，x为自变量，用于表征色调映射前的图像亮度，y为因变量，用于表征色调映射后的图像亮度；ai为第i条映射曲线中常数项的第一系数、bi为第i条映射曲线中一次单项式的第二系数、ci为第i条映射曲线中二次单项式的第三系数、di为第i条映射曲线中三次单项式的第四系数；x2为第i条映射曲线的起始节点的横向坐标；ai、bi、ci、di均不为0。
[0017]示例性的，上述第i条映射曲线也可以是四次样条函数曲线，其对应的第一函数表达式为：
[0018]y＝ei*(x
‑
x2)4+di*(x
‑
x2)3+ci*(x
‑
x2)2+bi*(x
‑
x2)+ai；
[0019]其中，x为自变量，用于表征色调映射前的图像亮度，y为因变量，用于表征色调映射后的图像亮度；ai为第i条映射曲线中常数项的系数、bi为第i条映射曲线中一次单项式的系数、ci为第i条映射曲线中二次单项式的系数、di为第i条映射曲线中三次单项式的系数、ei为第i条映射曲线中四次单项式的系数；x2为第i条映射曲线的起始节点的横向坐标；ai、bi、ci、di均不为0。
[0020]应理解，上述仅仅是以三次样条函数曲线、四次样条函数曲线作为示例而非限定，本申请实施例对样条函数曲线的具体类型不作限定，例如上述第i条映射曲线还可以是五次样条函数曲线、六次样条函数曲线等。
[0021]在一种可能的实施方式中，至少一个亮度范围中的第一亮度范围对应第一映射曲线，第一映射曲线包括第一起始节点、第一截止节点。相应的，根据元数据，生成M条映射曲线，可以包括：将第一起始节点的坐标值代入第一函数表达式，得到第一映射曲线的第一系数a1；将第一截止节点的坐标值代入第一函数表达式，得到第一方程式；使第一映射曲线在第一起始节点的一阶导数与第一起始节点的预设一阶导数相等，得到第二方程式；使第一映射曲线在第一截止节点的一阶导数与第一截止节点的预设一阶导数相等，得到第三方程式；联立第一方程式、第二方程式以及第三方程式，得到第一方程组；解析第一方程组，得到第一映射曲线的第二系数b1、第三系数c1、第四系数d1；基于第一映射曲线的第一系数a1、第二系数b1、第三系数c1、第四系数d1，生成第一映射曲线。
[0022]在该实施方式中，针对同一亮度范围采用一条N次样条曲线来构成映射曲线，所需的映射曲线参数较少，可以提升元数据传输的效率。
[0023]在一种可能的实施方式中，至少一个亮度范围中的第二亮度范围对应第二映射曲线和第三映射曲线，第二映射曲线对应第二亮度范围中的第一子亮度范围，第三映射曲线
对应第二亮度范围中的第二子亮度范围，第一子亮度范围中的最大值等于第二子亮度范围中的最小值；第二映射曲线包括第二起始节点、第二截止节点；第三映射曲线包括第三起始节点、第三截止节点；第二截止节点与第三起始节点的坐标值相同。相应的，根据元数据，生成M条映射曲线，可以包括：将第二起始节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种色调映射方法，其特征在于，所述方法包括：接收至少一帧图像和元数据，所述元数据包括映射曲线的数目M，每一条映射曲线的起始节点和截止节点在第一坐标系中的坐标值；其中，所述映射曲线为N次样条曲线，所述第一坐标系的横向坐标表示色调映射前的图像亮度，所述第一坐标系的纵向坐标表示色调映射后的图像亮度；所述M为大于等于1的整数，所述N为大于等于3的整数；根据所述元数据，生成M条映射曲线；基于所述M条映射曲线，对所述至少一帧图像进行色调映射。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述元数据还包括所述每一条映射曲线的起始节点的预设一阶导数和截止节点的预设一阶导数。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一帧图像中的每帧图像对应至少一个亮度范围，每一个亮度范围对应至少一条映射曲线，所述每一条映射曲线对应的函数表达式为N阶多项式，所述N阶多项式中包括N+1个单项式，每个单项式对应一个系数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一条映射曲线中的第i条映射曲线对应的第一函数表达式为：y＝di*(x
‑
x2)3+ci*(x
‑
x2)2+bi*(x
‑
x2)+ai；其中，所述x为自变量，用于表征色调映射前的图像亮度，所述y为因变量，用于表征色调映射后的图像亮度；所述ai为所述第i条映射曲线中常数项的第一系数、bi为所述第i条映射曲线中一次单项式的第二系数、ci为所述第i条映射曲线中二次单项式的第三系数、di为所述第i条映射曲线中三次单项式的第四系数；所述x2为所述第i条映射曲线的起始节点的横向坐标；所述ai、bi、ci、di均不为0。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个亮度范围中的第一亮度范围对应第一映射曲线，所述第一映射曲线包括第一起始节点、第一截止节点；所述根据所述元数据，生成M条映射曲线，包括：将所述第一起始节点的坐标值代入所述第一函数表达式，得到所述第一映射曲线的第一系数a1；将所述第一截止节点的坐标值代入所述第一函数表达式，得到第一方程式；使所述第一映射曲线在所述第一起始节点的一阶导数与所述第一起始节点的预设一阶导数相等，得到第二方程式；使所述第一映射曲线在所述第一截止节点的一阶导数与所述第一截止节点的预设一阶导数相等，得到第三方程式；联立所述第一方程式、所述第二方程式以及所述第三方程式，得到第一方程组；解析所述第一方程组，得到所述第一映射曲线的第二系数b1、第三系数c1、第四系数d1；基于所述第一映射曲线的第一系数a1、第二系数b1、第三系数c1、第四系数d1，生成所述第一映射曲线。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个亮度范围中的第二亮度范围对应第二映射曲线和第三映射曲线，所述第二映射曲线对应所述第二亮度范围中的第一子亮度范围，所述第三映射曲线对应所述第二亮度范围中的第二子亮度范围，所述第一子亮度
范围中的最大值等于所述第二子亮度范围中的最小值；所述第二映射曲线包括第二起始节点、第二截止节点；所述第三映射曲线包括第三起始节点、第三截止节点；所述第二截止节点与所述第三起始节点的坐标值相同；所述根据所述元数据，生成M条映射曲线，包括：将所述第二起始节点的坐标值代入所述第一函数表达式，得到所述第二映射曲线的第一系数a2；将所述第三起始节点的坐标值代入所述第一函数表达式，得到所述第三映射曲线的第一系数a3；使所述第二映射曲线在所述第二起始节点的一阶导数与所述第二起始节点的预设一阶导数相等，建立第四方程式；解析所述第四方程式，得到所述第二映射曲线的第二系数b2；根据所述第二截止节点的坐标值、所述第三截止节点的坐标值、所述第三截止节点的预设一阶导数构建第二方程组；解析所述第二方程组，得到所述第二映射曲线的第三系数c2、第四系数d2以及所述第三映射曲线的第二系数b3、第三系数c3、第四系数d3；基于所述第二映射曲线的第一系数a2、第二系数b2、第三系数c2、第四系数d2，生成所述第二映射曲线；以及基于所述第三映射曲线的第一系数a3、第二系数b3、第三系数c3、第四系数d3，生成所述第三映射曲线。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二截止节点的坐标值、所述第三截止节点的坐标值、所述第三截止节点的预设一阶导数构建第二方程组包括：将所述第二截止节点的坐标值、所述第三截止节点的坐标值代入所述第一函数表达式，分别得到第五方程式、第六方程式，使得所述第三截止节点在所述第三映射曲线的一阶导数与所述第三截止节点的预设一阶导数相等，得到第七方程式；使得所述第二映射曲线在所述第二截止节点的一阶导数与所述第三映射曲线在所述第三起始节点的一阶导数相等，得到第八方程式，使得所述第二映射曲线在所述第二截止节点的二阶导数与所述第三映射曲线在所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王弋川，余全合，徐巍炜，陈虎，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：