高动态范围图像色调映射算法研究

刘婷娜，苗笛声，白永强，朱仲杰*

（1.浙江万里学院，浙江 宁波 315100；2.郑州大学，河南 郑州 450000）

0 引 言

在数字图像处理中，亮度绝对值之间的比值即为动态辐射[1]。通常情况下，108：1为现实环境下的标准亮度动态程度，在固定场景中人类视觉系统的亮度动态范围约为1 000：1[2-5]。光源的动态范围在标准环境下的状态如图1所示。

图1 亮度范围比较

目前在低动态范围（Low Dynamic Range，LDR）中，8 bit/color/pixel是图像中表示亮度常用的方式，但较不稳定，将使得曝光不合理，致使场景信息无法有效留存。显然，这些LDR图像不能满足实际的应用要求。与LDR图像不同，HDR（High Dynamic Range，HDR）图像在宽范围的亮度表示方面主要是运用浮点点数来体现[6-8]，有更多细节能够在亮度区间中得到表现。因此，HDR图像在遥测遥感、安全监控、数字电视以及电子消费等领域得到了广泛的应用[9-12]。在专业的显示器辅助下，HDR图像给使用者的视觉感知几乎同现实环境趋于一致，并且在颜色及亮度方面更具优势。但是由于成本和技术问题，这些HDR显示设备很难普及[13]。因此，在实际的应用过程中，在现阶段的显示设备中将HDR图像可视化至关重要。为了应对这一挑战，人们开发了将HDR图像转换为LDR图像的技术，称为色调映射（Tone-Mapping，TM）技术[14-15]。近几年，一些研究学者[16-18]综述了色调映射算法的发展，现代化的色调映射算法发展迅猛，并且性能更为优质。基于心理物理学的各种色调映射算法实验也表明，不同的色调映射算法在感知的不同方面具有优势，但没有一种方法能够在所有方面都达到最优感知。……