显示设备环境自适应色调映射算法

弓殷强， 余 新， 邱国平

(深圳大学 电子与信息工程学院，广东 深圳518052)

1 引 言

对于显示设备而言，如何在明亮环境下保证显示质量一直是最重要的研究课题之一。环境的亮度、白平衡会对显示画面的对比度、饱和度和白平衡的感知产生不利影响。另一方面，随着消费者对于显示质量的要求越来越高，高动态范围[1-4](High Dynamic Range, HDR)技术也得到了巨大的发展。ST 2094标准[5]定义了动态元数据的HDR视频格式，将像素的数值与绝对亮度联系起来。然而，由于显示设备的最大亮度通常不足以显示高质量的HDR图像，这就要求显示设备根据自身的亮度以及图像的最大亮度给出对应的色调映射算符[6-33](Tone Mapping Operator, TMO)。

显示设备的质量立足于观看者的主观体验，而人类视觉系统的研究[26-30]发现，在不同的光照环境下，人眼会对相同亮度的目标产生不同的主观体验，因此在不同环境下自适应地对图像进行处理是必要的。色貌模型(Color Appearance Model)是预测包含色适应状态的不同观察条件下颜色感知的数学模型。CAM16色貌模型[30]在CIECAM02的基础上进行了小幅度的修正和简化，并且获得了不输给后者的表现。利用CAM16以及其逆运算即可非常准确地补偿由于亮度压缩带来的效应。

基于色貌模型或对比度模型构造色调映射算符有望获得精确符合人类视觉系统感受的表现。Reinhard等人[11]提出了基于光感受器模型的色调映射算法。除了对图像的亮度进行运算之外，Sikudova等人[16]对图像的颜色修正进行研究。Choi等人[17]提出结合共生直方图和视觉显著性检测的色调映射算子，可以在压缩动态范围的同时降低颜色和亮度偏移。……