CN113850743B - 一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法，采用全局色调映射函数f(lum+∂)对视频图像逐帧处理，全局色调映射函数中的自适应参数∂随每帧图像变化，其确认方法为：首先获取图像的亮度平均值；然后根据亮度平均值确定偏移参数a=ln[(lum_mean+1)/(0.5+1)]；再根据偏移参数a确定比例参数b，最终得到自适应参数∂=a*b。采用全局色调映射函数f(lum+∂)对视频图像逐帧处理后，再转化为三通道RGB数据后即获得低动态范围图像。本发明加入根据当前帧亮度自适应变化的数∂来快速调整现有色调映射方法，解决了现有方法因图像亮度瞬间变化导致的细节丢失问题。

Description

一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法

技术领域

本发明涉及一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法。

背景技术

色调映射算法是为了将HDR图像的显示亮度压缩到LDR设备的显示范围内，同时在转换的过程中要保持图像的细节和颜色等重要信息。色调映射算法需要具备两个基本的功能：1、图像亮度压缩；2、保持图像细节与颜色，避免丢失重要信息。

LDR显示设备的亮度范围远远小于HDR图像以及自然界中的亮度范围，对于HDR图像来说，亮度值就代表绝对的亮度值。由于HDR显示设备的亮度范围足够大，因此，HDR图像每一个像素点记录的亮度值，就是显示在HDR显示设备上的亮度值。而LDR图像则有所不同，因为LDR显示设备的亮度范围很小，并且显示范围只有0-255，因此能够显示的颜色与亮度的范围都很有限。为了让有限的亮度空间都能被合理利用，LDR图像的亮度实际上并不对应于显示场景中的亮度，而是一种相对亮度。一些优质的全局色调映射算法，如ACES色调映射算法以及Filmic色调映射算法，在处理图像之前需要根据实际图像的亮度调整算法中部分可调节的参数，然后再对图像进行映射处理，此方法处理单帧图像时效果甚好。但是视频中图像是逐帧变化的，在同一环境下短时间内图像亮度差距一般不大，倘若出现特殊情况如：物体遮住阳光图像整体变暗；雨过天晴阳光露出，图像整体变亮，则会导致已经调整好参数的针对之前环境的全局色调映射算法在处理当前图像时损失掉部分细节，影响图像的质量。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法，在视频色调映射处理过程中，实现参数根据当前帧亮度改变，以快速调整算法，解决图像亮度瞬间变化导致的细节丢失问题。

技术方案：一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法，采用全局色调映射函数f(lum+∂)对视频图像逐帧处理，所述全局色调映射函数f(lum+∂)中包括了自适应参数∂，所述自适应参数∂随每帧图像的确认方法包括：

步骤1：获取图像的亮度平均值lum_mean；

步骤2：确定偏移参数a，a=ln[(lum_mean+1)/(0.5+1)]；

步骤3：确定比例参数b，当偏移参数a>0时，b=lum_ldr，其中lum_ldr=f(lum_wdr)表示将图片的宽动态范围亮度数据lum_wdr代入现有全局色调映射函数f(lum)计算出的低动态范围亮度数据；当偏移参数a<0时，b=1-lum_ldr；

步骤4：根据所述偏移参数a和比例参数b，得到自适应参数∂=a*b；

采用全局色调映射函数f(lum+∂)对视频图像逐帧处理后，再转化为三通道RGB数据即获得低动态范围图像。

进一步，所述步骤1包括如下具体步骤：

步骤1.1：将宽动态RGB三通道像素值转化为单通道亮度值lum，图片的宽动态范围亮度数据lum_wdr=lum/256，亮度值数据个数记为W；

步骤1.2：过滤掉亮度数据中最亮的百分之l ₁与最暗的百分之l ₂的数据，剩余亮度数据个数记为W₁=(1-0.01*l ₁-0.01*l ₂)*W，剩余亮度数据中最大值记为lum_max；

步骤1.3：对过滤后的亮度数据进行归一化并求均值：

其中，lum_wdr(i)表示剩余亮度数据中各数据的亮度值。

有益效果：本发明的一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法，基于现有的全局色调映射算法，在视频色调映射处理过程中，加入根据当前帧亮度自适应变化的数∂来快速调整算法，解决了现有全局色调映射算法因图像亮度瞬间变化导致的细节丢失问题。

附图说明

图1为本方法的流程图；

图2为色调映射曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法，采用全局色调映射函数f(lum+∂)对视频图像逐帧处理，解决采用现有全局色调映射算法时因图像亮度瞬间变化导致的细节丢失问题，该全局色调映射函数f(lum+∂)中包括了自适应参数∂，自适应参数∂随每帧图像进行动态调整。

自适应参数∂的动态确认方法包括如下步骤：

步骤1：获取图像的亮度平均值lum_mean，具体包括如下子步骤：

步骤1.1：将宽动态RGB三通道像素值转化为单通道亮度值lum，度数据取值范围由宽动态图像数据的位数决定，一般为0~(2¹⁰-1)或0~(2¹²-1)，为方便计算，记宽动态范围亮度数据lum_wdr=lum/256，亮度值数据个数记为W。

步骤1.2：为避免图像原有瑕疵对色调映射造成影响，过滤掉亮度数据中最亮的百分之l ₁与最暗的百分之l ₂的数据，l ₁和l ₁通常取1~5，剩余亮度数据个数记为W₁=(1-0.01*l ₁-0.01*l ₂)*W，剩余亮度数据中最大值记为lum_max。

步骤1.3：对过滤后的亮度数据进行归一化并求均值：

其中，lum_wdr(i)表示剩余亮度数据中各数据的亮度值。图像的亮度平均值lum_mean的范围为0~1，用于后续判定图像亮度分布。

步骤2：确定偏移参数a。

将图片的宽动态范围亮度数据lum_wdr代入现有现有全局色调映射函数f(lum)可计算出低动态范围亮度数据lum_ldr，即lum_ldr=f(lum_wdr)，其色调映射曲线如图2所示，横轴为图像宽动态亮度值，纵轴为映射后的低动态亮度值。由步骤1所得的归一化后的亮度均值lum_mean可知，图像有以下三种情况：表现一：lum_mean>0.5时，整个图像表现为亮度相对较大的点更多；表现二：lum_mean<0.5时，整个图像表现为亮度相对较小的点更多；表现三：lum_mean=0.5时，整个图像表现为亮度明暗均匀。

偏移参数a=ln[(lum_mean+1)/(0.5+1)]，当图像情况处于表现一时，a>0，色调映射曲线如图2中虚线所示；当图像情况处于表现二时，a<0，色调映射曲线如图2中点画线所示；当图像情况处于表现三时，a=0，此时原算法不变，即直接采用现有的全局色调映射函数f(lum)得出低动态范围图像，色调映射曲线如图2中实线所示。偏移参数a中所用参数1的目的在于防止a的值过大，影响色调映射效果。

步骤3：确定比例参数b。

当偏移参数a>0时，图像整体偏亮，图像中亮度高的部分为重要信息，此时通过比例参数b调整减小曲线在高亮度区域的偏移量，即减少高亮度细节信息的损失，b=lum_ldr。

当偏移参数a<0时，图像整体偏暗，图像中亮度低的部分为重要信息，此时通过比例参数b调整减小曲线在低亮度区域的偏移量，即减少低亮度细节信息的损失，b=1-lum_ldr。

步骤4：根据偏移参数a和比例参数b，得到自适应参数∂=a*b；

参数∂作用于现有全局色调映射函数中，即输出低动态范围亮度lum_ldr-∂=f(lum_wdr+∂)，具体表现为色调映射曲线横轴水平偏移∂，最后转化为三通道RGB数据后即获得低动态范围图像。

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为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于自适应参数的视频全局色调映射方法，其特征在于，采用全局色调映射函数f(lum_wdr+∂)对视频图像逐帧处理，所述全局色调映射函数f(lum_wdr+∂)中包括了自适应参数∂，所述自适应参数∂随每帧图像的确认方法包括：

步骤1：获取图像的亮度平均值lum_mean；

步骤2：确定偏移参数a，a=ln[(lum_mean+1)/(0.5+1)]；

步骤3：确定比例参数b，当偏移参数a>0时，b=lum_ldr，其中lum_ldr=f(lum_wdr)表示将图片的宽动态范围亮度数据lum_wdr代入现有全局色调映射函数f(lum_wdr)计算出的低动态范围亮度数据；当偏移参数a<0时，b=1-lum_ldr；

步骤4：根据所述偏移参数a和比例参数b，得到自适应参数∂=a*b；

采用全局色调映射函数f(lum_wdr+∂)对视频图像逐帧处理后，再转化为三通道RGB数据即获得低动态范围图像。

2.根据权利要求1所述的基于自适应参数的视频全局色调映射方法，其特征在于，所述步骤1包括如下具体步骤：

步骤1.1：将宽动态RGB三通道像素值转化为单通道亮度值lum，图片的宽动态范围亮度数据lum_wdr=lum/256，亮度值数据个数记为W；

步骤1.2：过滤掉亮度数据中最亮的百分之l ₁与最暗的百分之l ₂的数据，剩余亮度数据个数记为W₁=(1-0.01*l ₁-0.01*l ₂)*W，剩余亮度数据中最大值记为lum_max；

步骤1.3：对过滤后的亮度数据进行归一化并求均值：

其中，lum_wdr(i)表示剩余亮度数据中各数据的亮度值。

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