[发明专利]一种基于直方图均衡化的色调映射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于高动态范围图像在低动态范围显示设备上显示的方法，更具体地，涉及一种根据输入图像的平均亮度，对直方图进行分段，差异化设置两段的映射参数，从而得到比经典的直方图均衡化算法映射效果更好的基于直方图均衡化的色调映射方法。

背景技术

高动态范围图像作为一种能够表示真实场景中高动态范围亮度信息的图像。近年来在数字摄影、电影特效、基于图像的虚拟现实、卫星遥感技术等领域均得到了广泛的应用。然而，现在大多数的显示设备只支持低动态范围的显示。高动态范围图像无法较好地在传统的显示设备上重现，也难以对其进行存储、传输、处理等操作，故必须采用色调映射方法对其动态范围进行压缩，以便在普通的显示设备上显示。

对于高动态范围图像的色调映射方法至少要满足两点要求。第一，映射算方法必须要保证能够把最暗区域到最亮区域的所有细节尽可能多地显示出来。第二，映射后的图像能够较好地保留真实场景的视觉对比，确保能生成出符合真实场景视觉感受的图像。一个效果理想的色调映射方法必然需要很好的把握这两方面的平衡。为了保留原始图像的视觉对比，最好的方法就是从高动态范围到低动态范围的线性映射。但是，由于目前的显示设备的动态范围远远小于真实场景的动态范围，图像的可视程度将会因动态范围的压缩而受到限制。对于另一种极端的方法是采用某种算法使得映射到低动态范围的图像有着最大的对比度，例如，直方图均衡化算法。一个好的色调映射方法能够在线性映射与好的对比度中找到良好的平衡点。

基于直方图均衡化的全局色调映射方法的好处在于计算复杂度低、原理简单易懂并且通过重新分布图像中的灰度级从而达到更好地映射到低动态范围显示设备上的目的。但其不足之处在于固定的变换曲线不能自适应图像的不同区域，导致图像在暗部和亮部方面的细节有所丢失。

发明内容

针对以上的不足，本发明提出一种基于直方图均衡化的色调映射方法，该法结合图像的平均亮度信息，对直方图分段后再进行基于直方图均衡化的色调映射方法的处理，此举能够较好地保留场景高亮度部分的细节。

本发明的技术方案为：

一种基于直方图均衡化的色调映射方法，具体步骤如下：

第1步：输入一幅高动态范围图像；

第2步：根据输入图像的RGB色彩通道值获取该图像的亮度值并转换为对数域LI；

第3步：直方图统计，找出第2步得到的对数域公式LI中的最小值L_min以及最大值L_max，将在[L_min，L_max]的动态范围均匀划分为N份，使得落在某一区间内的连续的对数亮度值离散为[0，N-1]中对应的亮度级，即；

            （1）

其中，表示向下取整操作，统计每一个划分区间的直方图得：

              （2）

其中，，表示图像的对数亮度级被划分成了N等份的亮度等级。N一般取1000或者更高；

第4步：通过第3步得到直方图统计结果计算输入图像的平均亮度μ，以μ作为分割直方图的分割点，将直方图分割为两个区间段h₁(i)和h₂(i)，平均亮度的计算公式如下：

                 （3）

其中，Total_pixel为图像的像素总和，N表示量化后的亮度级数。

第5步：差异化设置两段直方图的映射参数，对于前半段的直方图，映射参数α₁在0.5与1间找到最优值；对于后半段的直方图，映射参数α₂在0.3与0.5间找到最优值，映射参数α为0表示线性映射，α为1表示直方图均衡化映射，通过调整α值可以控制线性映射和直方图均衡化映射的耦合程度，从而在视觉效果以及对比度的提高上找到平衡点；

第6步：利用第5步获取的映射参数，对两段直方图进行均衡化映射；

具体步骤如下：

步骤(1)：将以μ作为分割点的前半部分的直方图h₁(i)分配x_m个区间，x_m的公式如下：

                 (4)