一种迭代式色阶重建方法技术

一种迭代式色阶重建方法，它属于图像处理技术领域。本发明专利技术解决了传统色阶重建方法无法保证重建图像的细节、纹理特征，以及无法保证重建图像与原始图像的视觉一致性的问题。本发明专利技术首先将所有像素划分为两组，再分别计算第一组像素和第二组像素的局部对比度，并通过全局色阶重建方法计算各个像素亮度的初值，最后基于设计的迭代算法不断重复估计第一组像素和第二组像素的亮度，直至满足迭代停止条件时，所获得的图像即为色阶重建后的LDR图像。通过本发明专利技术方法有效地重建出可以在常规显示器直接显示的LDR图像，且可以保证重建LDR图像的细节、纹理特征以及保证与原始图像的视觉一致性。本发明专利技术方法可以应用于对图像进行处理。本发明专利技术方法可以应用于对图像进行处理。本发明专利技术方法可以应用于对图像进行处理。

【技术实现步骤摘要】
一种迭代式色阶重建方法


[0001]本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种迭代式色阶重建方法。

技术介绍

[0002]灰度图像成像过程往往存在多种导致图像质量下降的退化因素，例如图像传感器的动态范围限制了拍摄图像的动态范围，有限的采样率提高了模数转化过程的量化误差，快门、光圈的设定限定了图像整体的明暗对比效果等。针对这一问题，国外一些学者提出了利用多曝光图像进行图像融合，重建出能够记录拍摄场景的原始亮度数据的高动态范围(high dynamic range,HDR)图像。
[0003]多曝光图像融合方法已经非常成熟，而如何对HDR图像进行处理，合理的压缩图像的动态范围，重建出与原始场景视觉相一致的低动态范围(low dynamic range,LDR)图像用于直接显示这一问题仍是HDR图像处理领邻域的难题。虽然传统的色阶重建方法能够提高重建图像的整体视觉效果，但是如何保证重建图像的细节、纹理特征，如何保证重建LDR图像与原始HDR图像的视觉一致性，这两个问题仍然有待进一步深入研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为解决传统色阶重建方法无法保证重建图像的细节、纹理特征，以及无法保证重建图像与原始图像的视觉一致性的问题，而提出的一种迭代式色阶重建方法，以将高动态范围图像转化为动态范围兼容于常规显示器的低动态范围图像。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
[0006]一种迭代式色阶重建方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0007]步骤一、将原始HDR图像的全部像素划分为两类；
[0008]所述步骤一的具体过程为：
[0009]将原始HDR图像中的所有边界像素组成的集合记为E，将横坐标x和纵坐标y中有且只有一个为奇数的像素组成的集合记为O，则第一类像素组成的集合U1为：
[0010]U1＝E∪O
[0011]将原始HDR图像中的全体像素组成的集合记为D，则第二类像素组成的集合U2为：
[0012]U2＝D
‑
U1[0013]步骤二、基于步骤一中的像素划分结果，分别计算出原始HDR图像中每个像素的局部对比度；
[0014]步骤三、对原始HDR图像进行全局色阶重建，得到全局色阶重建后各个像素的亮度；
[0015]步骤四、基于步骤二中获得的局部对比度以及步骤三中得到的全局色阶重建后各个像素的亮度对LDR图像中各像素的亮度进行估计。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术首先将所有像素划分为两组，再分别计算第一组像素和第二组像素的局部
对比度，并通过全局色阶重建方法计算各个像素亮度的初值，最后基于设计的迭代算法不断重复估计第一组像素和第二组像素的亮度，直至满足迭代停止条件时，所获得的图像即为色阶重建后的LDR图像。通过本专利技术方法可以有效地重建出可以在常规显示器直接显示的LDR图像，且可以保证重建LDR图像的细节、纹理特征以及保证与原始图像的视觉一致性，重建图像质量得到有效的提高。
附图说明
[0018]图1是本专利技术方法的流程图；
[0019]图2是第一类像素的示意图；
[0020]图3是第二类像素的示意图；
[0021]图4是HDR图像desk直接显示结果图；
[0022]图5是HDR图像desk色阶重建结果图；
[0023]图6是HDR图像mountain直接显示结果图；
[0024]图7是HDR图像mountain色阶重建结果图；
[0025]图8是HDR图像kitchen直接显示结果图；
[0026]图9是HDR图像kitchen色阶重建结果图。
具体实施方式
[0027]具体实施方式一、结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种迭代式色阶重建方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0028]步骤一、将原始HDR图像的全部像素划分为两类；
[0029]如图2和图3所示，所述步骤一的具体过程为：
[0030]将原始HDR图像中的所有边界像素组成的集合记为E，将平面位置坐标的横坐标x和纵坐标y中有且只有一个为奇数的像素组成的集合记为O，则第一类像素组成的集合U1为：
[0031]U1＝E∪O
[0032]将原始HDR图像中的全体像素组成的集合记为D，则第二类像素组成的集合U2为：
[0033]U2＝D
‑
U1[0034]步骤二、基于步骤一中的像素划分结果，分别计算出原始HDR图像中每个像素的局部对比度；
[0035]步骤三、对原始HDR图像进行全局色阶重建，得到全局色阶重建后各个像素的亮度；
[0036]步骤四、基于步骤二中获得的局部对比度以及步骤三中得到的全局色阶重建后各个像素的亮度对LDR图像中各像素的亮度进行估计。
[0037]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤二的具体过程为：
[0038]当(x,y)为非边界像素时：
[0039][0040]其中，c(x,y)表示原始HDR图像中平面坐标为(x,y)的像素的局部对比度，δ是大于0的常数，L
w
(x,y)表示原始HDR图像中平面坐标为(x,y)的像素的亮度，L
w
(x
‑
1,y)表示原始HDR图像中平面坐标为(x
‑
1,y)的像素的亮度，L
w
(x+1,y)表示原始HDR图像中平面坐标为(x+1,y)的像素的亮度，L
w
(x,y
‑
1)表示原始HDR图像中平面坐标为(x,y
‑
1)的像素的亮度，L
w
(x,y+1)表示原始HDR图像中平面坐标为(x,y+1)的像素的亮度；
[0041]当(x,y)为边界像素且(x,y)属于原始HDR图像的四个顶点像素时：
[0042][0043]当(x,y)为边界像素且(x,y)不属于原始HDR图像的四个顶点像素时：
[0044][0045]其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0046]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述δ＝0.001。
[0047]其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
[0048]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述步骤三的具体过程为：
[0049][0050]其中，L
d
(x,y)表示经过全局色阶重建后平面坐标为(x,y)的像素的亮度，N表示原始HDR图像中包含的像素总量，ln表示自然对数运算，变量β是用于压缩HDR图像的动态范围。
[0051]其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
[0052]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，所述变量β的计算方式为：
[0053][0054]其中，max(L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种迭代式色阶重建方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、将原始HDR图像的全部像素划分为两类；所述步骤一的具体过程为：将原始HDR图像中的所有边界像素组成的集合记为E，将横坐标x和纵坐标y中有且只有一个为奇数的像素组成的集合记为O，则第一类像素组成的集合U1为：U1＝E∪O将原始HDR图像中的全体像素组成的集合记为D，则第二类像素组成的集合U2为：U2＝D
‑
U1步骤二、基于步骤一中的像素划分结果，分别计算出原始HDR图像中每个像素的局部对比度；步骤三、对原始HDR图像进行全局色阶重建，得到全局色阶重建后各个像素的亮度；步骤四、基于步骤二中获得的局部对比度以及步骤三中得到的全局色阶重建后各个像素的亮度对LDR图像中各像素的亮度进行估计。2.根据权利要求1所述的一种迭代式色阶重建方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：当(x,y)为非边界像素时：其中，c(x,y)表示原始HDR图像中平面坐标为(x,y)的像素的局部对比度，δ是大于0的常数，L
w
(x,y)表示原始HDR图像中平面坐标为(x,y)的像素的亮度，L
w
(x
‑
1,y)表示原始HDR图像中平面坐标为(x
‑
1,y)的像素的亮度，L
w
(x+1,y)表示原始HDR图像中平面坐标为(x+1,y)的像素的亮度，L
w
(x,y
‑
1)表示原始HDR图像中平面坐标为(x,y
‑
1)的像素的亮度，L
w
(x,y+1)表示原始HDR图像中平面坐标为(x,y+1)的像素的亮度；当(x,y)为边界像素且(x,y)属于原始HDR图像的四个顶点像素时：当(x,y)为边界像素且(x,y)不属于原始HDR图像的四个顶点像素时：
3.根据权利要求2所述的一种迭代式色阶重建方法，其特征在于，所述δ＝0.001。4.根据权利要求3所述的一种迭代式色阶重建方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：其中，L
d
(x,y)表示经过全局色阶重建后平面坐标为(x,y)的像素的亮度，N表示原始HDR图像中包含的像素总量，ln表示自然对数运算，变量β是用于压缩HDR图像的动态范围。5.根据权利要求4所述的一种迭代式色阶重建方法，其特征在于，所述变量β的计算方式为：其中，max(L
d
)表示全局色阶重建后图像中像素的最大亮度，min(L
d
)表示全局色阶重建后图像中像素的最小亮度，R表示显示器的最大亮度与最小亮度的比值。6.根据权利要求5所述的一种迭代式色阶重建方法，其特征在于，所述步骤四的具体过程为：步骤四一、将步骤三得到的全局色阶重建后像素的亮度作为迭代的初值，即令第一次迭代的初值步骤四二、计算集合U2中像素(x2,y2)的亮度：其中，表示第1次迭代得到的平面坐标为(x2,y2)的像素点的亮度值，c(x2,y2)表示平面坐标为(x2,y2)的像素点的局部对比度，表...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵蓝飞，李士俊，王博，李国庆，王启烨，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：