[发明专利]扩展的高动态范围HDR到HDR色调映射的方法、装置和系统

说明书

本原理的各方面针对用于对高动态范围图像进行色调映射的方法和装置。该装置包括用于执行以下步骤的处理器，并且该方法包括以下步骤：获得高动态范围图像的亮度分量；确定HDR到较低HDR色调映射器曲线；通过将HDR到较低HDR色调映射器曲线应用于高动态范围图像的亮度分量来确定色调压缩图像；其中HDR到较低HDR色调映射器曲线包括用于暗色和中间色调等级的第一部分，以及用于高亮的第二部分。

技术领域

本公开涉及图像和视频处理。具体地，本公开涉及扩展的高动态范围(“HDR”)到HDR色调映射。

背景技术

自然界中的光覆盖从星光到明亮的阳光的巨大范围的亮度等级。然而，数字和模拟二者的传统成像技术提供降低的体验，因为它们无法比拟我们眼睛可见的宽范围的亮度和对比度。作为回应，正在开发HDR技术以允许对扩展的范围的颜色、亮度和对比度进行显示。

HDR技术专注于捕获、处理和显示比SDR技术更宽的动态范围的内容。今天，HDR显示器的HDR性能可能不同，特别是根据它们的最大峰值白色亮度：一些HDR显示器可以提供500尼特，同时其他HDR显示器可以达到1000尼特或者甚至1500尼特。

虽然目前正在开发用于捕获HDR内容的HDR显示器和照相机，但是对于传统显示器，HDR内容需要经历HDR到LDR色调映射，以能够再现内容。类似地，例如对于500尼特的HDR显示器，例如对于1000尼特的HDR显示器准备的HDR内容需要经历HDR到“较低HDR”色调映射，以能够再现内容。因此，存在对HDR到“较低HDR”色调映射的需要。

色调再现，也称为色调映射，旨在将图像的原始范围的亮度值映射到可以由显示器再现的较低范围的亮度值。经常，但不总是，对从输入HDR彩色图像导出的亮度通道执行色调映射。色调映射的输出可以与从输入的原始HDR图像保留的颜色信息重新组合，使得以低于输入HDR图像的HDR动态范围产生新的输出彩色图像。

色调映射算法可以分为两大类。第一类可以定义为全局色调映射。这包括将(多个)压缩色调映射函数(例如，S形(sigmoidal)函数或对数函数)独立地应用于图像或图像序列的每个像素的亮度值。第二类可以定义为局部色调映射(也称为空间变化色调映射)。局部色调映射针对每个像素考虑该像素的亮度值以及来自其相邻像素的信息。

在使用适于HDR到LDR转换的色调映射算子之后，当输入图像的亮度值的范围减小时，其通常减小非常大的量。例如，现有的色调映射HDR到LDR算子对全亮度通道信息(例如，最大4000尼特的内容)进行压缩以适合于传统LDR显示器的非常低的范围(例如，100尼特的内容)。相反，可能需要HDR到较低HDR色调映射算子以显著更小的因子来减小范围(例如，对于不同HDR显示器之间的范围压缩，从最大4000尼特到1000尼特)。现有的HDR到较低HDR色调映射算子不能完全再现HDR感觉，因为它们对整个亮度范围进行压缩并线性地重新缩放以适合于目标显示器亮度范围，代替地产生LDR内容的感觉。另一个问题是现有的HDR到较低HDR色调映射算子还可能减小高亮像素中的对比度，当高亮区是图片的普遍部分时，其影响可能尤其明显。

发明内容

因此，存在对解决在与目标显示器的支持范围相对应的较低HDR内容中，HDR内容的动态范围减小的问题的解决方案的需要。

本原理的一方面针对用于进行以下步骤的方法、装置、系统和计算机可读存储介质：获得高动态范围图像的亮度分量；确定hdr到较低hdr色调映射器曲线；通过将hdr到hdr色调映射器曲线应用于高动态范围图像的亮度分量来确定色调压缩图像；其中hdr到较低hdr色调映射器曲线包括用于暗色和中间色调等级的第一部分以及用于高亮的第二部分，并且其中第一部分具有斜率s，所述斜率s基于与图像的明亮区域相对应的图像的直方图的截面的均匀性度量而确定。

将具有峰值输入亮度I^max的高动态范围输入图像色调映射成具有较低峰值输出亮度的较低高动态范围输出图像的方法特别地包括：