[发明专利]一种新的高动态范围图像生成方法

说明书

本发明提出一种基于反色调映射和饱和度调节的高动态范围图像生成方法。该方法基于人眼视觉特性，首先将原始低动态范围图像由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间，分离出低动态范围图像的亮度分量和饱和度分量；其次，对亮度分量进行反色调映射扩展，分离出高光区域，并对高光区域进行伽马校正，融合低光区域得到新的亮度分量；然后，对饱和度分量进行一个线性拉升，同时计算原始图像亮度分量和饱和对分量的相关系数，根据新的亮度分量和相关系数对拉升过的饱和度分量做调整，得到新的饱和度分量；最后融合新的亮度分量、新的饱和度分量及色调分量得到HSV空间的高动态范围图像，再将图像转化至RGB颜色空间得到最终的高动态范围图像。

技术领域

本发明涉及图像处理技术，具体来讲，涉及一种基于反色调映射和饱和度调节的高动态范围图像生成方法。

背景技术

在数字图像领域中，动态范围是指图像场景中最大亮度值与最小亮度值之比。图像的动态范围越大，意味着拍摄图像时所探测的光照强度范围越广，图像呈现的细节信息也就越丰富。但由于目前成像设备的限制，往往只能捕获有限的动态范围，导致所获得的图像存在很大的细节缺失，与人眼感知的现实场景无法相比。而高动态范围图像(highdynamic range, HDR)相比于普通的图像可以提供更大动态范围和更丰富的细节信息，与人眼观察到的场景更加相符。

随着科技的不断发展，人们对图像质量的要求越来越高，HDR显示技术正在飞速发展。能够显示动态范围为10⁵数量级的显示屏已经进入市场，但由于价格昂贵,还未得到广泛使用。在未来HDR显示设备将会得到普及，终将迎来绚烂多彩的HDR图像时代。但目前，大多数图像资源都是低动态范围(low dynamic range, LDR)的，无法适应时代的发展。那么如何将现有的图像资源转换成HDR图像资源，开始受到广泛的关注。目前大多数研究都是利用计算机图像处理技术对LDR图像做处理生成HDR图像，主要有多曝光图像融合和单曝光图像生成两种。多曝光融合的方法需要同一场景中的多幅不同曝光程度的图像，对场景的静态性要求较高，也因为其需要多幅图像，而无法处理一些已有的资源。单曝光图像生成的方式该主要采用反色调映射算子，构建扩展函数来完成图像动态范围的扩展，其研究的难点在于单幅图像存在细节的缺失以及图像动态范围扩展后存在颜色失真的问题。对单幅的LDR图像进行直接的转化，不仅能实现静态HDR图像的拍摄，还能进行HDR视频的录制。与此同时，采用这种方法还可以将现有的大量LDR图像或视频资源生成HDR资源，能够很好的解决HDR图像或视频资源匮乏的问题。

从单幅图像生成HDR图像就是要对它的动态范围进行扩展。Banterle等提出一种对Reinhard色调映射函数取反的方式得到一个反色调映射算子，先将图像映射到一个中等的动态范围。在通过中值切割法来分离图像过曝光区域，再进行过曝光区域的扩展，最后融合得到最终的HDR图像。Akyuz等通过试验得出一些图像只需要通过一个简单的线性扩展就能得到很好的处理效果，并提出一种基于伽马变换的扩展方式。Masia等对Akyuz方法做出改进，提出一种自适应伽马值的全局扩展方式。Kovaleshi等提出一种基于交叉双边滤波的反色调映射方法,较好的恢复图像的细节信息。Huo等提出一种基于视网膜反应的反色调映射算法。首先，将亮度通道和颜色通道进行分离。然后对亮度通道进行迭代双边滤波和加权平均，在根据局部视网膜响应计算局部亮度，得到HDR图像的亮度通道，最后融合颜色通道产生最终的HDR图像。

发明内容

本发明的目的在于解决低动态范围图像生成高动态范围图像的问题，提供一种新的单幅低动态范围图像直接生成高动态范围图像的方法，通过所述方法可获得高动态范围图像。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于反色调映射和饱和度调节的HDR图像生成方法，其中主要包括四个部分，第一部分是对LDR图像进行预处理；第二部分是对预处理后亮度分量进行相应反色调映射处理；第三部分是对预处理后饱和度分量进行调节；第四部分是融合新的亮度分量、新的饱和度分量及色调分量获得HDR图像。

第一部分包括一个步骤：