一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法，它属于图像处理技术领域。本发明专利技术解决了采用现有的色阶映射技术所获得的低动态范围图像的质量差的问题。本发明专利技术方法首先对原始HDR图像进行亮度直方图均衡化，再基于亮度直方图均衡化结果对原始HDR图像进行非线性亮度变换，并对非线性亮度变换的结果进行处理以增强LDR图像的局部细节特性。利用本发明专利技术方法所获得的LDR图像的细节更加饱满，整体亮度能够逼真地反映出HDR图像的整体明暗度，不会造成局部细节丢失，而且重建图像不易受到光晕以及整体亮度分布不均匀的影响，有效提升了LDR图像的质量。本发明专利技术方法可以应用于图像处理技术领域。域。域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法
[0001]本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法。
技术介绍
[0002]同一场景下最大亮度与最小亮度的比值被称为动态范围。在真实生活中环境光亮度的差异较大，例如自然环境中阳光的亮度可达到108cd/m2，星光的亮度可以低至10
‑6cd/m2。因此，自然环境的动态范围非常大。相比之下绝大多数数字显示设备可显示的动态范围仅为103:1，这种有限的动态范围会引起显示图像的清晰度下降以及整体观感较差等问题，进而导致常规数字显示设备无法还原真实场景中丰富的视觉信息。由于普通显示设备上无法实现高动态范围(high dynamic range,HDR)图像的显示，因此需要使用色阶映射技术来压缩HDR图像的动态范围，使HDR图像转变为低动态范围(low dynamic range,LDR)图像。在将HDR图像转换为LDR图像的同时，还需要保留图像的亮度、对比度、细节等视觉信息。
[0003]目前色阶映射算法主要分为全局映射和局部映射两大类。第一类全局色阶映射使用单一的色阶映射曲线对每个像素进行映射，此类方法通常较为简单并可以保持较好的图像整体明暗度效果。由于这类方法未考虑像素之间的位置关系，因此会造成局部细节的大量丢失。第二类局部色阶映射方法根据像素之间的位置关系对HDR图像中的不同像素分别进行色阶映射。这类方法的细节保持能力优于全局映射方法，但是重建图像易受到光晕以及整体亮度分布不均匀的影响。
[0004]综上所述，采用现有的色阶映射技术所获得的低动态范围图像的质量较差。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是为解决采用现有的色阶映射技术所获得的低动态范围图像的质量差的问题，而提出的一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法，以将自然环境下拍摄到的高动态范围图像映射为高质量的低动态范围图像。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
[0007]一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0008]步骤一、对原始HDR图像进行亮度直方图均衡化，得到亮度直方图均衡化结果；
[0009]步骤二、基于步骤一的亮度直方图均衡化结果对原始HDR图像进行非线性亮度变换，得到非线性亮度变换后的图像；
[0010]步骤三、对非线性亮度变换后的图像进行处理，生成LDR图像。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012]本专利技术方法首先对原始HDR图像进行亮度直方图均衡化，再基于亮度直方图均衡化结果对原始HDR图像进行非线性亮度变换，并对非线性亮度变换的结果进行处理以增强LDR图像的局部细节特性。利用本专利技术方法所获得的LDR图像的细节更加饱满，整体亮度能够逼真地反映出HDR图像的整体明暗度，不会造成局部细节丢失，而且重建图像不易受到光
晕以及整体亮度分布不均匀的影响，有效提升了LDR图像的质量。
附图说明
[0013]图1是本专利技术方法的流程图；
[0014]图2是HDR图像wild直接显示结果图；
[0015]图3是HDR图像wild对应的非线性亮度变换函数；
[0016]图4是HDR图像wild的色阶映射结果图；
[0017]图5是HDR图像woman直接显示结果图；
[0018]图6是HDR图像woman对应的非线性亮度变换函数；
[0019]图7是HDR图像woman的色阶映射结果图；
[0020]图8是HDR图像building直接显示结果图；
[0021]图9是HDR图像building对应的非线性亮度变换函数；
[0022]图10是HDR图像building的色阶映射结果图。
具体实施方式
[0023]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基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0024]步骤一、对原始HDR图像进行亮度直方图均衡化，得到亮度直方图均衡化结果；
[0025]步骤二、基于步骤一的亮度直方图均衡化结果对原始HDR图像进行非线性亮度变换，得到非线性亮度变换后的图像；
[0026]步骤三、对非线性亮度变换后的图像进行处理，生成LDR图像。
[0027]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤一的具体过程为：
[0028]定义函数u的表达式为：
[0029][0030]其中，z为函数u的自变量；
[0031]亮度直方图均衡化的表达式为：
[0032][0033]其中，L
w
(x,y)表示原始HDR图像中位于平面坐标(x,y)处像素的亮度，S(x,y)表示亮度直方图均衡化结果中位于平面坐标(x,y)处像素的亮度，L
w
(i,j)表示原始HDR图像中位于平面坐标(i,j)处像素的亮度，i＝1,2,
…
,W，j＝1,2,
…
,H，W表示图像的宽度，H表示图像的高度。
[0034]其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0035]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，所述步骤二的具体过程为：
[0036][0037]其中，L
d
(x,y)表示非线性亮度变换后的图像中位于平面坐标(x,y)处像素的亮度，ω1和ω2是变换系数。
[0038]其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
[0039]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，所述变换系数ω1和ω2的计算方法为：
[0040]构造代价函数F：
[0041][0042]分别对ω1和ω2求偏导数得：
[0043][0044]定义如下的中间变量G(x,y)和E(x,y)：
[0045][0046]则根据式(5)得到式(7)的关于ω1和ω2的二元一次方程组：
[0047][0048]令令
[0049]则将A、B、C、D1和D2带入式(7)，得到式(8)的方程组：
[0050][0051]对式(8)进行求解得到ω1和ω2：
[0052][0053]计算出ω1和ω2后，再将ω1和ω2带入式(3)就能够得到非线性亮度变换函数。
[0054]其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
[0055]通过亮度直方图均衡化和非线性亮度变换可以将HDR图像的动态范围进行压缩从而兼容于绝大多数数字显示设备的动态范围。通过如式(3)所示的非线性变换可以增强重建出的LDR图像的对比度，LDR图像的整体亮度分布比较均匀。
[0056]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，所述步骤三的具体过程为：
[0057][0058]其中，L
w
(x
′
,y
′
)表示原始HDR本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、对原始HDR图像进行亮度直方图均衡化，得到亮度直方图均衡化结果；步骤二、基于步骤一的亮度直方图均衡化结果对原始HDR图像进行非线性亮度变换，得到非线性亮度变换后的图像；步骤三、对非线性亮度变换后的图像进行处理，生成LDR图像。2.根据权利要求1所述的一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：定义函数u的表达式为：其中，z为函数u的自变量；亮度直方图均衡化的表达式为：其中，L
w
(x,y)表示原始HDR图像中位于平面坐标(x,y)处像素的亮度，S(x,y)表示亮度直方图均衡化结果中位于平面坐标(x,y)处像素的亮度，L
w
(i,j)表示原始HDR图像中位于平面坐标(i,j)处像素的亮度，i＝1,2,
…
,W，j＝1,2,
…
,H，W表示图像的宽度，H表示图像的高度。3.根据权利要求2所述的一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：其中，L
d
(x,y)表示非线性亮度变换后的图像中位于平面坐标(x,y)处像素的亮度，ω1和ω2是变换系数。4.根据权利要求3所述的一种基于亮度直方图均衡化的色阶映射方法，其特征在于，所述变换系数ω1和ω2的计算方法为：构造代价函数F：分别对ω1和ω2求偏导数得：定义如下的中间变量G(x,...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵蓝飞，李国庆，王博，李士俊，刘发强，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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