CN110769210B - 一种生成hdr图像的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种生成HDR图像的方法及装置，获取LDR图像的亮度；根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度；根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数；根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度；对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度；将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像。本申请的技术方案能够利用LDR图像的平均亮度、亮度和调整参数对LDR图像亮度等级和动态范围进行扩展，还对扩展后的图像亮度进行了滤波处理，进而增强了图像的细节信息，并且有效地抑制了噪声。

Description

一种生成HDR图像的方法及装置
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种生成HDR图像的方法及装置。
背景技术
随着科技的飞速发展，HDR(High Dynamic Range，高动态范围)显示技术越来越成熟，目前市场上很多的显示屏都能显示HDR图像。HDR图像是一种高动态范围的图像，动态范围是指环境中光照亮度级的最大值与最小值之比。真实世界中的动态范围的覆盖范围能跨越10-6到109个数量级，人眼能捕捉到的动态范围是105个数量级左右，HDR图像视频或者HDR设备的动态范围能达到105个数量级，而LDR(Low Dynamic Range，低动态范围)图像视频通常只能达到102个数量级。
如果在普通显示器上进行HDR图像的显示，首先就会对HDR图像的动态范围进行压缩，一般就会采用色调映射算子对图形进行压缩。但是HDR显示技术越来越成熟，如何在HDR显示设备上显示LDR图像也成为了一项研究热点。与HDR图像视频在LDR设备上显示图像视频相反，在HDR设备上显示LDR图像视频时，需要将LDR图像的动态范围进行扩展，即增加位深和扩展亮度等级，所以在扩展LDR图像的动态范围时就需要用到反色调映射算子。
但是，已有的将LDR图像生成HDR图像的反色调映射方法中，生成的HDR图像的细节部分较弱并且伴有图像噪声，因此如何使生成的HDR图像细节增强成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种生成HDR图像的方法及装置，以解决已有的将LDR图像生成HDR图像的反色调映射方法中，生成的HDR图像的细节部分较弱的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种生成HDR图像的方法，包括：
获取LDR图像的亮度；
根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度；
根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数；
根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度；
对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度；
将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，根据如下公式获取LDR图像的亮度：
Ls(x，y)＝(0.27*R(x，y)+0.67G(x，y)+0.06B(x，y))/255，
其中，Ls(x，y)表示LDR图像的亮度，x代表LDR图像中水平位置，y代表LDR图像中垂直位置；R(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量R的值；G(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量G的值；B(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量B的值。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，根据如下公式获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度：
Figure BDA0002263572830000021
其中，LsAvg表示LDR图像的平均亮度；H表示LDR图像的高度；W表示LDR图像的宽度；δ表示常数；
Figure BDA0002263572830000022
其中，LFilter(x，y)表示原始LDR图像的加权滤波亮度，公式中引入的是一个5*1的加权平均滤波模板。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，根据如下公式获取调整参数：
Figure BDA0002263572830000023
Figure BDA0002263572830000024
其中，K1和K2为调整参数。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，根据如下公式获取LDR图像的扩展亮度：
Figure BDA0002263572830000025
其中，Ldst(x，y)表示LDR图像的扩展亮度，其中K1和K2的取值越大，反色调映射之后的亮度的动态范围扩展的就越大。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，根据如下公式获取LDR图像的滤波亮度：
Figure BDA0002263572830000026
其中，Lhdr(x，y)表示LDR图像的滤波亮度，w(s，t)为加N*M形式的加权滤波模板。
第二方面，本申请实施例提供了一种生成HDR图像的装置，包括：
第一亮度获取模块，用于获取LDR图像的亮度；
第二亮度获取模块，用于根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度；
参数获取模块，用于根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数；
第三亮度获取模块，用于根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度；
第四亮度获取模块，用于对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度；
图像生成模块，用于将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像。
结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述第一亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的亮度：
Ls(x，y)＝(0.27*R(x，y)+0.67G(x，y)+0.06B(x，y))/255，
其中，Ls(x，y)表示LDR图像的亮度，x代表LDR图像中水平位置，y代表LDR图像中垂直位置；R(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量R的值；G(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量G的值；B(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量B的值。
结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述第二亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度：
Figure BDA0002263572830000031
其中，LsAvg表示LDR图像的平均亮度；H表示LDR图像的高度；W表示LDR图像的宽度；δ表示常数；
Figure BDA0002263572830000032
其中，LFilter(x，y)表示原始LDR图像的加权滤波亮度，公式中引入的是一个5*1的加权平均滤波。
结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述参数获取模块根据如下公式获取调整参数：
Figure BDA0002263572830000041
Figure BDA0002263572830000042
其中，K1和K2为调整参数。
结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述第三亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的扩展亮度：
Figure BDA0002263572830000043
其中，Ldst(x，y)表示LDR图像的扩展亮度，其中K1和K2的取值越大，反色调映射之后的亮度的动态范围扩展的就越大。
结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述第四亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的滤波亮度：
Figure BDA0002263572830000044
其中，Lhdr(x，y)表示LDR图像的滤波亮度，w(s，t)为加N*M形式的加权滤波模板。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种生成HDR图像的方法及装置，生成HDR图像的方法包括获取LDR图像的亮度；根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度；根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数；根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度；对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度；将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像。本申请的技术方案能够利用LDR图像的平均亮度、亮度和调整参数对LDR图像亮度等级和动态范围进行扩展，还对扩展后的图像亮度进行了滤波处理，进而增强了图像的细节信息，并且有效地抑制了噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施案例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种生成HDR图像的方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种生成HDR图像的装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本申请实施例提供的一种生成HDR图像的方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供的生成HDR图像的方法的步骤如下：
S101，获取LDR图像的亮度。首先需要获取LDR图像中三个颜色分量的值，三个颜色分量分别是红色分量R、绿色分量G和蓝色分量B，然后将三个分量的值代入计算公式中计算出LDR图像的亮度。
具体的，根据如下公式获取LDR图像的亮度：
Ls(x，y)＝(0.27*R(x，y)+0.67G(x，y)+0.06B(x，y))/255，
其中，Ls(x，y)表示LDR图像的亮度，x代表LDR图像中水平位置，y代表LDR图像中垂直位置；R(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量R的值；G(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量G的值；B(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量B的值。其中，本申请实施例中只是优选地利用上述0.27、0.67和0.06等系数进行LDR图像的亮度计算，其他能够根据上述公式计算出LDR图像的亮度的参数也在本申请的保护范围内。
S102，根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度。
目前的色调映射是将HDR图像数据映射成LDR图像数据，并尽可能的保持HDR图像中原有的丰富的细节信息等，保留原有的视觉效果。反色调映射是色调映射的反变换，用于扩展图像的动态范围，这对于LDR图像到HDR图像的转换非常关键，所以本申请中生成HDR图像的方法就是基于反色调映射进行的。获取LDR图像的平均亮度即为获取反色调映射算子的几何平均亮度。
具体的，本申请实施例中优选地根据如下公式获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度：
Figure BDA0002263572830000051
其中，LsAvg表示LDR图像的平均亮度；H表示LDR图像的高度；W表示LDR图像的宽度；δ表示常数，本申请中的δ可以表示一个很小的常数，比如0.0001，在公式中加入它的目的是防止求对数值的计算结果趋于负无穷。
Figure BDA0002263572830000061
其中，LFilter(x，y)表示原始LDR图像的加权滤波亮度，公式中优选地引入的是一个5*1的加权平均滤波模板，当然其他规格的模板也是可以实现的，具体的规格可以根据计算时的实际需求选择。
S103，根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数。本申请实施例中的调整参数即为反色调映射过程中的参数。
具体的，本申请实施例中优选地根据如下公式获取调整参数：
Figure BDA0002263572830000062
Figure BDA0002263572830000063
其中，K1和K2为调整参数。
S104，根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度。反色调映射过程就是扩展图像的过程，扩展亮度即为LDR图像进行反色调映射后的图像亮度。
具体的，本申请实施例中优选地根据如下公式获取LDR图像的扩展亮度：
Figure BDA0002263572830000064
其中，Ldst(x，y)表示LDR图像的扩展亮度，其中K1和K2的取值越大，反色调映射之后的亮度的动态范围扩展的就越大。
原始的LDR图像在暗区和高光部分会存在细节丢失和噪声加大的情况，因此本申请实施例中还要对扩展后的亮度进行重构高光细节部分和抑制噪声等。具体步骤如下：
S105，对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度。
具体的，本申请实施例中优选地根据如下公式获取LDR图像的滤波亮度：
Figure BDA0002263572830000065
其中，Lhdr(x，y)表示LDR图像的滤波亮度，w(s，t)为加N*M形式的加权滤波模板。
本申请实施例中的w(s，t)在实际应用时可以根据需要将s和t取不同的值来适应不同的滤波器模板。例如w(s，t)的取值如下：
Figure BDA0002263572830000066
此时，
Figure BDA0002263572830000071
本申请中的N和M可以分别取大于等于0的整数，其中N和M可以相等也可以不相等。
S106，将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像。
可见，本申请实施例提供的生成HDR图像的方法，在高动态范围设备上显示低动态范围图像时，能较好地还原HDR图像中的细节部分，同时对噪声有较好的抑制作用。另外，本申请实施例的方法也不需要对图像进行多次的颜色空间转换，方法简单，效率高。
另外，本申请上述实施例中的计算公式都是优选的一些计算方式，并不代表每一次计算只有一种公式可以使用，本申请实施例中只是示例性地举出一些公式，其他未列举出来的能够获得本申请中图像的亮度、平均亮度、加权滤波亮度、调整参数和滤波亮度的计算方式也属于本申请方案中可以实现的方式。
图2为本申请实施例提供的一种生成HDR图像的装置的结构框图。如图2所示，本申请实施例提供的生成HDR图像的装置包括：第一亮度获取模块21，用于获取LDR图像的亮度；第二亮度获取模块22，用于根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度；参数获取模块23，用于根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数；第三亮度获取模块24，用于根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度；第四亮度获取模块25，用于对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度；图像生成模块26，用于将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像。
其中，所述第一亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的亮度：
Ls(x，y)＝(0.27*R(x，y)+0.67G(x，y)+0.06B(x，y))/255，
其中，Ls(x，y)表示LDR图像的亮度，x代表LDR图像中水平位置，y代表LDR图像中垂直位置；R(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量R的值；G(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量G的值；B(x，y)表示LDR图像中(x，y)位置处像素点的颜色分量B的值。
所述第二亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度：
Figure BDA0002263572830000072
其中，LSAvg表示LDR图像的平均亮度；H表示LDR图像的高度；W表示LDR图像的宽度；δ表示常数；
Figure BDA0002263572830000081
其中，LFilter(x，y)表示原始LDR图像的加权滤波亮度，公式中引入的是一个5*1的加权平均滤波。
所述参数获取模块根据如下公式获取调整参数：
Figure BDA0002263572830000082
Figure BDA0002263572830000083
其中，K1和K2为调整参数。
所述第三亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的扩展亮度：
Figure BDA0002263572830000084
其中，Ldst(x，y)表示LDR图像的扩展亮度，其中K1和K2的取值越大，反色调映射之后的亮度的动态范围扩展的就越大。
所述第四亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的滤波亮度：
Figure BDA0002263572830000085
其中，Lhdr(x，y)表示LDR图像的滤波亮度，w(s，t)为加N*M形式的加权滤波模板。
另外，本申请实施例中的方法还可以在计算设备上实现，该计算设备包括一个或多个处理器，该一个或者多个处理器可以是微处理器、控制器或者用于处理计算机可执行指令来控制设备的操作，以便能实现低动态范围图像反色调映射方法的任何其它合适的处理器。操作***的平台软件或者其他合适的平台软件可在计算设备处提供以使得应用程序软件能够在设备上执行。该计算设备还包含一个显示设备，能够实现HDR图像的显示。该计算设备还应包含接收低动态范围图像的输入装置。
值得说明的是，本申请实施例的方法具体应用的场景可以包括两种，一是直接由LDR图像经过本申请的方法获得高质量HDR图像，二是先将低质量的HDR图像色调映射到LDR图像，在将该LDR图像经过本申请的方法获得高质量的HDR图像。可见，本申请实施例中的方法能有适应多种应用场景，并且都能通过LDR图像获得HDR图像，不仅增强图像的细节还能抑制噪声影响。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种生成HDR图像的方法及装置，获取LDR图像的亮度；根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度；根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数；根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度；对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度；将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像。本申请的技术方案能够利用LDR图像的平均亮度、亮度和调整参数对LDR图像亮度等级和动态范围进行扩展，还对扩展后的图像亮度进行了滤波处理，进而增强了图像的细节信息，并且有效地抑制了噪声。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种生成HDR图像的方法，其特征在于，包括：
获取LDR图像的亮度；
根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度；
根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数；根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度；
根据如下公式获取LDR图像的扩展亮度：
Figure FDA0003503339280000011
其中，Ldst(x，y)为LDR图像的扩展亮度，K1和K2为调整参数，Ls(x，y)为LDR图像的亮度，LSAvg表示LDR图像的平均亮度；
对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度；
将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像；
根据如下公式获取LDR图像的滤波亮度：
Figure FDA0003503339280000012
其中，Lhdr(x，y)表示LDR图像的滤波亮度，w(s，t)为加N*M形式的加权滤波模板，Ldst(x，y)表示LDR图像的扩展亮度，N和M分别取大于等于0的整数，s和t分别取不同的值来适应不同的滤波器模板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据如下公式获取调整参数：
Figure FDA0003503339280000013
Figure FDA0003503339280000014
其中，K1和K2为调整参数，Ls(x，y)表示LDR图像的亮度，LSAvg表示LDR图像的平均亮度，LFilter(x，y)表示LDR图像的加权滤波亮度。
3.一种生成HDR图像的装置，其特征在于，包括：
第一亮度获取模块，用于获取LDR图像的亮度；
第二亮度获取模块，用于根据LDR图像的亮度获取LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度；
参数获取模块，用于根据LDR图像的平均亮度和LDR图像的加权滤波亮度获取调整参数；
第三亮度获取模块，用于根据LDR图像的平均亮度、LDR图像的亮度和调整参数，获取LDR图像的扩展亮度；
所述第三亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的扩展亮度：
Figure FDA0003503339280000021
其中，Ldst(x，y)为LDR图像的扩展亮度，K1和K2为调整参数，Ls(x，y)为LDR图像的亮度，LSAvg表示LDR图像的平均亮度；
第四亮度获取模块，用于对LDR图像的扩展亮度进行线性滤波，获取LDR图像的滤波亮度；
图像生成模块，用于将LDR图像的滤波亮度与LDR图像的色度进行合并，生成HDR图像；
所述第四亮度获取模块根据如下公式获取LDR图像的滤波亮度：
Figure FDA0003503339280000022
其中，Lhdr(x，y)表示LDR图像的滤波亮度，w(s，t)为加N*M形式的加权滤波模板，Ldst(x，y)表示LDR图像的扩展亮度，N和M分别取大于等于0的整数，s和t分别取不同的值来适应不同的滤波器模板。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述参数获取模块根据如下公式获取调整参数：
Figure FDA0003503339280000023
Figure FDA0003503339280000024
其中，K1和K2为调整参数，Ls(x，y)表示LDR图像的亮度，LSAvg表示LDR图像的平均亮度，LFilter(x，y)表示LDR图像的加权滤波亮度。
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