CN101707666A - 一种高动态范围的调整方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高动态范围的调整方法，包括：根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围，所述低动态范围图像的亮度范围为显示设备能够显示的亮度范围；对所述低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像。本发明中，单帧图像全局映射的高动态范围调整技术更加合理、使得图像质量有所提高、能够合理的同时显示亮暗环境的细节、而且算法简单实用、并避免了局部映射和多帧图像融合造成的亮度不连续；通过提供用户控制图像对比度和细节丰富程度的因子，便于调节到人眼更接受的效果。

Description

一种高动态范围的调整方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种高动态范围的调整方法和装置。

背景技术

真实场景所展现的亮度值具有非常宽广的动态范围，从夜空中的星光到耀眼的太阳，场景发出的亮度幅度涵盖了超过九个数量级(10cd/m)的动态范围，其中，一幅图像亮度级别的最大值和最小值之间的比例被称为动态范围(Dynamic Range)。

通过眼睛瞳孔的自动调节，从夜空中的星光到耀眼的太阳，人眼能分辨物体的动态范围可以达到100000000∶1，即使在同一个适应图形内，不需要调节，人眼视觉系统也能够同时感知约五个数量级范围(即人眼能分辨10000∶1的亮度范围)的场景亮度，即人眼可以通过动态的调整机制来感知真实的世界。

随着成像技术和计算机图形图像技术的发展，高动态范围(High DynamicRange，HDR)的图像已经可以通过光谱记录仪器，或者，多幅同一场景具有不同曝光时间的图像序列合成而获得，从而使得高动态范围技术在计算机图形学、虚拟现实等领域开始有着越来越多的应用。

具体的，高动态范围图像可以同时记录处于场景中非常亮区域中的可视细节信息，以及处于场景中非常暗区域中的可视细节信息，而该可视细节信息在普通低对比度图像中很容易丢失，从而使得高动态范围图像能够更加清楚的记录场景中的可视细节信息。

可以看出，在高动态范围图像中，场景中亮的地方可以非常亮；场景中暗的地方可以非常暗；场景中亮暗部的细节都很明显。

然而，现有的标准显示设备(例如，阴极射线管CRT显示器等)仅能显示约两个数量级动态范围的亮度，而高动态范围图像的亮度动态范围远远超过目前的标准显示设备所能显示的水平，为了适应目前的标准显示设备输出视觉感知与真实场景相对一致的图像，需要在标准显示设备上显示上述的高动态范围图像之前，对高动态范围图像进行对比度压缩，即需要将高动态范围图像转换为低动态范围图像，从而使得标准显示设备能够清楚的显示真实场景所对应的图像亮度。

现有技术中，HDR图像的可视化方法(即将高动态范围图像转换为低动态范围图像)主要分为两种，分别为全局映射的HDR图像的可视化方法，和局部映射的HDR图像的可视化方法。

具体的，在全局映射的HDR图像的可视化方法中，通过像素间点到点的对应函数(曲线)对HDR图像中的每个像素进行映射；即根据对应函数将高动态范围图像中的每个像素与低动态范围图像中的每个像素进行点到点的映射。

可以看出，高动态范围图像中的每个像素与低动态范围图像中的每个像素之间的映射是一对一的，高动态范围图像中取值相同的像素将映射为相同的低动态范围图像的像素。该全局映射的HDR图像的可视化方法具有计算速度快，能够保持良好的整体明暗效果的优点。

此外，在使用局部映射的HDR图像的可视化方法中，不需要对HDR图像中的每个像素进行点到点的映射，局部映射算法比全局映射算法更加灵活，而且由于局部映射过程中不是一对一的对HDR图像中的每个像素进行映射，从而使得像素的映射结果取决于该像素空间相邻的像素。

可以看出，局部映射的结果更加倾向于增强局部较小的对比度，并压缩相对较大的对比度，从而能够保持所有的可视细节信息。而在使用局部映射的HDR图像的可视化方法的过程中，由于局部映射没有保持原场景图像中的像素亮度大小顺序，局部映射的算法结果中均出现了不同程度的噪声，例如，在较强边缘附近将出现晕轮现象。而且，局部映射所使用的算法的运算复杂度也比全局映射要高。

发明内容

本发明提供一种高动态范围的调整方法和装置，以保证图像的对比度和颜色符合人的视觉效果。

为了达到上述目的，本发明提出了一种高动态范围的调整方法，包括以下步骤：

根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围，所述低动态范围图像的亮度范围为显示设备能够显示的亮度范围；

对所述低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像。

其中，根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围包括：

根据公式

$D\left(I\right)=(D_{\max }-D_{\min })*\frac{\log (I+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}{\log (I_{\max }+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}+D_{\min }$

获取低动态范围图像的亮度范围；

其中，所述D(I)是低动态范围图像的亮度；

所述D_max，D_min分别是显示设备能够显示的亮度范围的最大值和最小值；

所述I是高动态范围图像的亮度；

所述I_max，I_min分别是高动态范围图像的亮度的最大值和最小值；

所述τ是亮度控制因子。

其中，对所述低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像具体包括：

将所述D(I)线性映射分割成相同长度的两段，得到中点l_n/2；并将所述D(I)直方图均衡分割，得到重点e_n/2；

根据公式

le_n/2＝l_n/2+β(e_n/2-l_n/2)

获得低动态范围图像；

其中，所述le_n/2为低动态范围图像；

所述β是控制图像对比度和细节丰富程度的因子。

其中，当所述高动态范围图像为彩色图像时，所述方法还包括：

根据公式

L＝0.299R+0.587G+0.114B.

获取高动态范围图像的亮度；

其中，所述L为高动态范围图像的亮度；

所述R为高动态范围图像中红色亮度的灰阶值；

所述G为高动态范围图像中绿色亮度的灰阶值；

所述B为高动态范围图像中蓝色亮度的灰阶值。

其中，所述获得低动态范围图像之后，还包括：

根据公式

$R_{\mathrm{out}}={\left(\frac{R_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$G_{\mathrm{out}}={\left(\frac{G_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$B_{\mathrm{out}}={\left(\frac{B_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

对图像的亮度进行RGB彩色图像的三通道颜色校正；

其中，R_out表示红色亮度所对应的输出值，R_in表示红色亮度所对应的输入值；G_out表示绿色亮度所对应的输出值，G_in表示绿色亮度所对应的输入值；B_out表示蓝色亮度所对应的输出值，B_in表示蓝色亮度所对应的输入值；L_out表示图像亮度所对应的输出值，L_in表示图像亮度所对应的输入值；γ为因子。

本发明还提出了一种高动态范围的调整装置，所述装置包括：

获取模块，用于根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围，所述低动态范围图像的亮度范围为显示设备能够显示的亮度范围；

处理模块，用于对所述获取模块获取的低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像。

其中，所述获取模块具体用于，

根据公式

$D\left(I\right)=(D_{\max }-D_{\min })*\frac{\log (I+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}{\log (I_{\max }+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}+D_{\min }$

获取低动态范围图像的亮度范围；

其中，所述D(I)是低动态范围图像的亮度；

所述D_max，D_min分别是显示设备能够显示的亮度范围的最大值和最小值；

所述I是高动态范围图像的亮度；

所述I_max，I_min分别是高动态范围图像的亮度的最大值和最小值；

所述τ是亮度控制因子。

其中，所述处理模块具体用于，

将所述D(I)线性映射分割成相同长度的两段，得到中点l_n/2；并将所述D(I)直方图均衡分割，得到重点e_n/2；

根据公式

le_n/2＝l_n/2+β(e_n/2-l_n/2)

获得低动态范围图像；

其中，所述le_n/2为低动态范围图像；

所述β是控制图像对比度和细节丰富程度的因子。

其中，当所述高动态范围图像为彩色图像时，

所述获取模块还用于，

根据公式

L＝0.299R+0.587G+0.114B.

获取高动态范围图像的亮度；

其中，所述L为高动态范围图像的亮度；

所述R为高动态范围图像中红色亮度的灰阶值；

所述G为高动态范围图像中绿色亮度的灰阶值；

所述B为高动态范围图像中蓝色亮度的灰阶值。

其中，所述处理模块还用于，

根据公式

$R_{\mathrm{out}}={\left(\frac{R_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$G_{\mathrm{out}}={\left(\frac{G_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$B_{\mathrm{out}}={\left(\frac{B_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

对图像的亮度进行RGB彩色图像的三通道颜色校正；

其中，R_out表示红色亮度所对应的输出值，R_in表示红色亮度所对应的输入值；G_out表示绿色亮度所对应的输出值，G_in表示绿色亮度所对应的输入值；B_out表示蓝色亮度所对应的输出值，B_in表示蓝色亮度所对应的输入值；L_out表示图像亮度所对应的输出值，L_in表示图像亮度所对应的输入值；γ为因子。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提出的单帧图像全局映射的高动态范围调整技术更加合理、使得图像质量有所提高、能够合理的同时显示亮暗环境的细节、而且算法简单实用、并避免了局部映射和多帧图像融合造成的亮度不连续；通过提供用户控制图像对比度和细节丰富程度的因子，便于调节到人眼更接受的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对本发明或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图.

图1为本发明提出的一种高动态范围的调整方法流程图；

图2为本发明一种具体应用场景下提出的高动态范围的调整方法流程图；

图3(A)和图3(B)分别为调整前的高动态范围图像和调整后的低动态范围图像；

图4为本发明提出的一种高动态范围的调整装置结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分，而不是全部的。基于本发明，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他发明，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心思想是通过使用单帧图像全局映射的高动态范围调整技术，并通过自适应的全局亮度调整、直方图调整以及颜色校正，将高动态范围图像映射成为一幅低动态范围图像，最大限度的保证了图像中非常亮和非常暗区域处的可视细节，而且本发明中通过参数控制可以使图像的对比度和颜色符合人的视觉效果，继而使得图像质量大大提高。

如图1所示，为本发明提出的一种高动态范围的调整方法，所述方法包括以下步骤：

步骤101，根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围，所述低动态范围图像的亮度范围为显示设备能够显示的亮度范围。

步骤102，对所述低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像。

在本发明中，根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围具体包括：

根据公式

$D\left(I\right)=(D_{\max }-D_{\min })*\frac{\log (I+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}{\log (I_{\max }+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}+D_{\min }$

获取低动态范围图像的亮度范围；

其中，所述D(I)是低动态范围图像的亮度；

所述D_max，D_min分别是显示设备能够显示的亮度范围的最大值和最小值；

所述I是高动态范围图像的亮度；

所述I_max，I_min分别是高动态范围图像的亮度的最大值和最小值；

所述τ是亮度控制因子。

对所述低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像具体包括：

将所述D(I)线性映射分割成相同长度的两段，得到中点l_n/2；并将所述D(I)直方图均衡分割，得到重点e_n/2；

根据公式

le_n/2＝l_n/2+β(e_n/2-l_n/2)

获得低动态范围图像；

其中，所述le_n/2为低动态范围图像；

所述β是控制图像对比度和细节丰富程度的因子。

当所述高动态范围图像为彩色图像时，本发明提供的方法中，还包括：

根据公式

L＝0.299R+0.587G+0.114B.

获取高动态范围图像的亮度；

其中，所述L为高动态范围图像的亮度；

所述R为高动态范围图像中红色亮度的灰阶值；

所述G为高动态范围图像中绿色亮度的灰阶值；

所述B为高动态范围图像中蓝色亮度的灰阶值。

进一步的，所述获得低动态范围图像之后，还包括：

根据公式

$R_{\mathrm{out}}={\left(\frac{R_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$G_{\mathrm{out}}={\left(\frac{G_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$B_{\mathrm{out}}={\left(\frac{B_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

对图像的亮度进行RGB彩色图像的三通道颜色校正；

其中，R_out表示红色亮度所对应的输出值，R_in表示红色亮度所对应的输入值；G_out表示绿色亮度所对应的输出值，G_in表示绿色亮度所对应的输入值；B_out表示蓝色亮度所对应的输出值，B_in表示蓝色亮度所对应的输入值；L_out表示图像亮度所对应的输出值，L_in表示图像亮度所对应的输入值；γ为因子。

可以看出，通过使用本发明提供的方法，具有以下优点：

本发明提出的单帧图像全局映射的高动态范围调整技术更加合理、使得图像质量有所提高、能够合理的同时显示亮暗环境的细节、而且算法简单实用、并避免了局部映射和多帧图像融合造成的亮度不连续；通过提供用户控制图像对比度和细节丰富程度的因子，便于调节到人眼更接受的效果。

为了更加清楚的说明本发明所提供的高动态范围的调整方法，以下结合一种具体的应用场景对本发明进行详细赘述。

如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤201，获取高动态范围图像的亮度.其中，当需要将高动态范围图像转换为低动态范围图像，并最终通过使用显示设备(例如，CRT显示器等标准显示设备)显示出来时，需要先获取到该高动态范围图像的亮度，该获取过程为现有的获取方式，本发明中不再赘述.

步骤202，对高动态范围图像的亮度进行自适应的亮度调整，即需要将高动态范围图像的亮度压缩到低动态范围图像的亮度范围。其中，该低动态范围图像的亮度范围是显示设备能够显示的亮度范围，即通过使用上述的CRT显示器等标准显示设备能够显示该低动态范围图像的亮度范围内的亮度。

具体的，本步骤中，将高动态范围图像的亮度压缩到低动态范围图像的亮度范围的方式包括但不限于使用公式1进行压缩，继而获得低动态范围图像的亮度范围。

$D\left(I\right)=(D_{\max }-D_{\min })*\frac{\log (I+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}{\log (I_{\max }+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}+D_{\min }$ (公式1)

在公式1中，D(I)是低动态范围图像的亮度；D_max，D_min分别是显示设备能够显示的亮度范围的最大值和最小值；I是高动态范围图像的亮度；I_max，I_min分别是高动态范围图像的亮度的最大值和最小值；τ是亮度控制因子，可以根据实际的需要任意选择；可以看出，当τ→∞，D(I)＝I。

在公式(1)中，通过控制τ的取值，能够将高动态范围图像的最亮的场景和最暗的场景分别映射到显示设备的最大值和最小值。τ的取值越小，真实高动态范围图像的低端在映射后的图像中的比例越大。

步骤203，对获取到的低动态范围图像的亮度范围进行线性映射和直方图均衡。

具体的，在对获取到的低动态范围图像的亮度范围进行调整时，当只采用线性映射的方式将高动态范围图像线性映射为低动态范围图像时，会导致细节缺失和对比度的下降；而当只采用直方图均衡技术将高动态范围图像直方图均衡为低动态范围图像时，可能会导致映射后的图像的视觉效果不是很好。

所以，在本发明中，通过将线性映射和直方图均衡综合起来考虑，在线性映射和直方图均衡之间寻求一个合理的折中，可以获得视觉效果更好，细节丰富，对比度适中的低动态范围图像。

进一步的，线性映射为根据对应函数将高动态范围图像中的每个像素与低动态范围图像中的每个像素进行点到点的映射。直方图均衡是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布。可以看出，直方图均衡通过对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，继而将给定图像的直方图分布改变成均匀分布直方图分布。

直方图均衡技术是图像处理领域中利用图像直方图对对比度进行调整的技术，通过使用直方图均衡技术，可以增加图像的局部对比度，当图像有用数据的对比度相当接近时，亮度可以更好地在直方图上进行分布，继而可以用于增强局部的对比度而不影响整体的对比度。

本步骤中，对获取到的低动态范围图像的亮度范围进行线性映射和直方图均衡具体包括：

(1)将D(I)分割成为相同长度的两段(类似于线性映射)，并得到中间点l_n/2。其中，该分割过程为对应线性映射的处理过程。

(2)将D(I)直方图均衡化分割成两段，并得到另一个重点e_n/2。其中，该分割过程为对应直方图均衡技术的处理过程。

(3)根据l_n/2和e_n/2，以及自适应均衡算法获得低动态范围图像。

本发明中，通过对获取到的低动态范围图像的亮度范围进行线性映射和直方图均衡，并使用自适应均衡算法，继而可以获取低动态范围图像，并最终可以通过使用显示设备将该低动态范围图像显示给用户。

具体的，该自适应均衡算法如公式(2)所示：

le_n/2＝l_n/2+β(e_n/2-l_n/2)           公式(2)

可以看出，通过使用该自适应均衡算法，可以将D(I)分割成两段的点为le_n/2。其中，β是供用户控制图像对比度和细节丰富程度的因子，可以根据实际的需要进行选择。

本发明中，通过使用自适应均衡算法，并综合使用线性映射技术得到的中间点l_n/2和直方图均衡技术得到的中点e_n/2，即可获得自适应均衡算法得到的le_n/2，从而得到最优的低动态范围图像。

进一步的，在本步骤中使用自适应均衡算法的过程中，还需要对上述过程(1)中分割后的两段D(I)继续执行过程(1)中的线性映射，并继续分割成为相同长度的两段，得到中间点l_n/2。以及，需要对上述过程(2)中分割后的两段D(I)继续执行过程(2)中的直方图均衡，并继续直方图均衡化分割成为相同长度的两段，得到重点e_n/2。并继续执行过程(3)中获得低动态范围图像的过程。

以此类推，经过n次迭代，整个动态范围将被分割为N＝2ⁿ个分段，在同一个分段内的像素点在低动态范围图像中将被赋予相同的显示亮度值，即可以获得低动态范围图像的整体效果，并最终通过显示设备显示给用户。

需要说明的是，在本发明中，通过使用上述的步骤201-步骤203，即可以实现将高动态范围图像调整为低动态范围图像，并最终通过显示设备显示给用户。

但是，对于高动态范围图像为彩色图像的情况来说，本发明提供的方法中，还可以包括如下步骤：

步骤204，进行RGB彩色图像的三通道上的颜色校正。

在高动态范围图像为彩色图像的情况下，上述步骤201中获取高动态范围图像的亮度的过程具体为：根据公式(3)获取高动态范围图像的亮度的。

L＝0.299R+0.587G+0.114B.(公式3)

具体的，在上述的步骤202和步骤203中，是以高动态范围图像的亮度只发生在图像的亮度通道上为例进行说明的，而对于彩色图像来说，对应的亮度计算公式如公式(3)所示。在公式(3)中，R为高动态范围图像中红色亮度的灰阶值；G为高动态范围图像中绿色亮度的灰阶值；B为高动态范围图像中蓝色亮度的灰阶值；L为高动态范围图像的亮度。

在高动态范围图像为彩色图像的情况下，经过上述步骤202和步骤203中的调整过程，图像的亮度已经得到映射，本步骤中，需要对RGB彩色图像的三通道上的颜色进行校正。

具体的，对颜色进行校正的方式分别如公式(4)、公式(5)和公式(6)所示。

$R_{\mathrm{out}}={\left(\frac{R_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$ (公式4)

$G_{\mathrm{out}}={\left(\frac{G_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$ (公式5)

$B_{\mathrm{out}}={\left(\frac{B_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$ (公式6)

在上述的公式(4)、公式(5)和公式(6)中，R_out表示红色亮度所对应的输出值，R_in表示红色亮度所对应的输入值；G_out表示绿色亮度所对应的输出值，G_in表示绿色亮度所对应的输入值；B_out表示蓝色亮度所对应的输出值，B_in表示蓝色亮度所对应的输入值；L_out表示图像亮度所对应的输出值，L_in表示图像亮度所对应的输入值；γ为因子，可以根据实际的需要进行调整，本发明中不再赘述。

其中，本发明中的步骤还可以根据实际的需要进行调整。

如图3(A)和图3(B)所示，分别为调整前的高动态范围图像和调整后的低动态范围图像；可以看出，通过使用本发明提供的方法，具有以下优点：

通过使用单帧图像全局映射的高动态范围调整技术，并通过自适应的全局亮度调整、直方图调整以及颜色校正，将高动态范围图像映射成为一幅低动态范围图像，最大限度的保证了图像中非常亮和非常暗区域处的可视细节，而且本发明中通过参数控制可以使图像的对比度和颜色符合人的视觉效果，继而使得图像质量大大提高。

综上所述，本发明提出的单帧图像全局映射的高动态范围调整技术更加合理、使得图像质量有所提高、能够合理的同时显示亮暗环境的细节、而且算法简单实用、并避免了局部映射和多帧图像融合造成的亮度不连续；通过提供用户控制图像对比度和细节丰富程度的因子，便于调节到人眼更接受的效果。

如图4所示，为本发明所提出一种高动态范围的调整装置，所述装置包括：

获取模块41，用于根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围，所述低动态范围图像的亮度范围为显示设备能够显示的亮度范围。

具体的，所述获取模块41具体用于，

根据公式

$D\left(I\right)=(D_{\max }-D_{\min })*\frac{\log (I+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}{\log (I_{\max }+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}+D_{\min }$

获取低动态范围图像的亮度范围；

其中，所述D(I)是低动态范围图像的亮度；

所述D_max，D_min分别是显示设备能够显示的亮度范围的最大值和最小值；

所述I是高动态范围图像的亮度；

所述I_max，I_min分别是高动态范围图像的亮度的最大值和最小值；

所述τ是亮度控制因子。

处理模块42，用于对所述获取模块41获取的低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像。

具体的，所述处理模块42具体用于，

将所述D(I)线性映射分割成相同长度的两段，得到中点l_n/2；并将所述D(I)直方图均衡分割，得到重点e_n/2；

根据公式

le_n/2＝l_n/2+β(e_n/2-l_n/2)

获得低动态范围图像；

其中，所述le_n/2为低动态范围图像；

所述β是控制图像对比度和细节丰富程度的因子。

本发明中，当所述高动态范围图像为彩色图像时，所述获取模块51还用于，

根据公式

L＝0.299R+0.587G+0.114B.

获取高动态范围图像的亮度；

其中，所述L为高动态范围图像的亮度；

所述R为高动态范围图像中红色亮度的灰阶值；

所述G为高动态范围图像中绿色亮度的灰阶值；

所述B为高动态范围图像中蓝色亮度的灰阶值。

对应的，所述处理模块42还用于，

根据公式

$R_{\mathrm{out}}={\left(\frac{R_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$G_{\mathrm{out}}={\left(\frac{G_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$B_{\mathrm{out}}={\left(\frac{B_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

对图像的亮度进行RGB彩色图像的三通道颜色校正；

其中，R_out表示红色亮度所对应的输出值，R_in表示红色亮度所对应的输入值；G_out表示绿色亮度所对应的输出值，G_in表示绿色亮度所对应的输入值；B_out表示蓝色亮度所对应的输出值，B_in表示蓝色亮度所对应的输入值；L_out表示图像亮度所对应的输出值，L_in表示图像亮度所对应的输入值；γ为因子。

其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

可见，通过使用本发明提供的装置，具有以下优点：

通过使用单帧图像全局映射的高动态范围调整技术，并通过自适应的全局亮度调整、直方图调整以及颜色校正，将高动态范围图像映射成为一幅低动态范围图像，最大限度的保证了图像中非常亮和非常暗区域处的可视细节，而且本发明中通过参数控制可以使图像的对比度和颜色符合人的视觉效果，继而使得图像质量大大提高。

综上所述，本发明提出的单帧图像全局映射的高动态范围调整技术更加合理、使得图像质量有所提高、能够合理的同时显示亮暗环境的细节、而且算法简单实用、并避免了局部映射和多帧图像融合造成的亮度不连续；通过提供用户控制图像对比度和细节丰富程度的因子，便于调节到人眼更接受的效果。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以可借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高动态范围的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围，所述低动态范围图像的亮度范围为显示设备能够显示的亮度范围；

对所述低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围包括：

根据公式

$D\left(I\right)=(D_{\max }-D_{\min })*\frac{\log (I+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}{\log (I_{\max }+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}+D_{\min }$

获取低动态范围图像的亮度范围；

其中，所述D(I)是低动态范围图像的亮度；

所述D_max，D_min分别是显示设备能够显示的亮度范围的最大值和最小值；

所述I是高动态范围图像的亮度；

所述I_max，I_min分别是高动态范围图像的亮度的最大值和最小值；

所述τ是亮度控制因子。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像具体包括：

将所述D(I)线性映射分割成相同长度的两段，得到中点l_n/2；并将所述D(I)直方图均衡分割，得到重点e_n/2；

根据公式

le_n/2＝l_n/2+β(e_n/2-l_n/2)

获得低动态范围图像；

其中，所述le_n/2为低动态范围图像；

所述β是控制图像对比度和细节丰富程度的因子。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，当所述高动态范围图像为彩色图像时，所述方法还包括：

根据公式

L＝0.299R+0.587G+0.114B.

获取高动态范围图像的亮度；

其中，所述L为高动态范围图像的亮度；

所述R为高动态范围图像中红色亮度的灰阶值；

所述G为高动态范围图像中绿色亮度的灰阶值；

所述B为高动态范围图像中蓝色亮度的灰阶值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获得低动态范围图像之后，还包括：

根据公式

$R_{\mathrm{out}}={\left(\frac{R_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$G_{\mathrm{out}}={\left(\frac{G_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$B_{\mathrm{out}}={\left(\frac{B_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

对图像的亮度进行RGB彩色图像的三通道颜色校正；

其中，R_out表示红色亮度所对应的输出值，R_in表示红色亮度所对应的输入值；G_out表示绿色亮度所对应的输出值，G_in表示绿色亮度所对应的输入值；B_out表示蓝色亮度所对应的输出值，B_in表示蓝色亮度所对应的输入值；L_out表示图像亮度所对应的输出值，L_in表示图像亮度所对应的输入值；γ为因子。

6.一种高动态范围的调整装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于根据高动态范围图像的亮度获取低动态范围图像的亮度范围，所述低动态范围图像的亮度范围为显示设备能够显示的亮度范围；

处理模块，用于对所述获取模块获取的低动态范围图像的亮度范围的获取结果进行线性映射和直方图均衡，并获得低动态范围图像。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述获取模块具体用于，

根据公式

$D\left(I\right)=(D_{\max }-D_{\min })*\frac{\log (I+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}{\log (I_{\max }+\mathrm{\τ})-\log (I_{\min }+\mathrm{\τ})}+D_{\min }$

获取低动态范围图像的亮度范围；

其中，所述D(I)是低动态范围图像的亮度；

所述D_max，D_min分别是显示设备能够显示的亮度范围的最大值和最小值；

所述I是高动态范围图像的亮度；

所述I_max，I_min分别是高动态范围图像的亮度的最大值和最小值；

所述τ是亮度控制因子。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述处理模块具体用于，

将所述D(I)线性映射分割成相同长度的两段，得到中点l_n/2；并将所述D(I)直方图均衡分割，得到重点e_n/2；

根据公式

le_n/2＝l_n/2+β(e_n/2-l_n/2)

获得低动态范围图像；

其中，所述le_n/2为低动态范围图像；

所述β是控制图像对比度和细节丰富程度的因子。

9.如权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，当所述高动态范围图像为彩色图像时，

所述获取模块还用于，

根据公式

L＝0.299R+0.587G+0.114B.

获取高动态范围图像的亮度；

其中，所述L为高动态范围图像的亮度；

所述R为高动态范围图像中红色亮度的灰阶值；

所述G为高动态范围图像中绿色亮度的灰阶值；

所述B为高动态范围图像中蓝色亮度的灰阶值。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述处理模块还用于，

根据公式

$R_{\mathrm{out}}={\left(\frac{R_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$G_{\mathrm{out}}={\left(\frac{G_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

$B_{\mathrm{out}}={\left(\frac{B_{\mathrm{in}}}{L_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}{L}_{\mathrm{out}},$

对图像的亮度进行RGB彩色图像的三通道颜色校正；

其中，R_out表示红色亮度所对应的输出值，R_in表示红色亮度所对应的输入值；G_out表示绿色亮度所对应的输出值，G_in表示绿色亮度所对应的输入值；B_out表示蓝色亮度所对应的输出值，B_in表示蓝色亮度所对应的输入值；L_out表示图像亮度所对应的输出值，L_in表示图像亮度所对应的输入值；γ为因子。

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