高动态范围图像显示算法研究

摘要

当今信息技术的发展可谓是日新月异，高动态范围图像也就受到了极大的关注。因该图像所表达的信息层次丰富，与普通图像相比更贴近现实世界的光影效果，在各个领域都有广泛的应用。现实景物亮度的变动范围和肉眼所能觉察的变化范围，都超过了目前主流显示器所能达到的水平。为了解决人的视觉感知范围和常规显示元件变化范围不相一致的矛盾，在高动态图像处理方面，可从两方面入手解决:
　　1）在硬件上使显示设备或摄像头的物理性能提高到高动态图像的实际应用范围;
　　2）在软件方面通过色调映射的办法使图像动态范围压缩到能在常规显示器上显示。因硬件方面成本过高，难以满足数字图像发展的需要，所以动态范围的压缩从算法改良方面实现具有极大的现实意义。
　　本文首先介绍并分析了现有各种常见的高动态范围变换算法，并对它们做了综合比较。尤其对基于Retinex思想的色调映射算法进行了深入细致的讨论。
　　然后，对基于Retinex的色调映射算法做了改进，首先将RGB图像转换为YCbCr图像对其进行全局自适应;接着，对亮度分量应用基于Retinex思想的理论作局部处理。然后，把变换后的亮度通道与色度通道加以重组，以RGB颜色空间作为中介转换到HSI空间。从而对图像的饱和度进行处理，最后还原为RGB颜色空间图像输出，即得所需的结果图像。
　　最后，本文分析了改进后算法的复杂度，以及引入HDR-VDP概率图来评估算法的效率。大量实验表明，改进后的算法较同类算法，其效果更好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外技术研究现状

1．3 高动态图像的概念及应用

1．3．1 高动态图像概述

1．3．2 高动态图像的应用

1．4 本论文的主要内容

2 高动态范围图像的显示算法

2．1 图像及动态范围变换的建模

2．1．1 动态范围变换技术的数理模型

2．1．2 高动态图像的数学表示

2．1．3 高动态图像动态变换的数学表示

2．1．4 高动态图像的数据特征

2．2 全局色调映射变换

2．2．1 统计直方图映射变换

2．2．2 自适应对数映射算法

2．3 局部色调映射算法理论

2．3．1 基于Retinex算法局部影射变换

2．3．2 基于小波变换的色调映射变换理论

2．3．3 基于梯度变换的局部变换理论

2．3．4 混合算法

2．4 本章小结

3 基于Retinex理论的色调映射算法的改进

3．1 颜色空间

3．1．1 RGB空间

3．1．2 YCrCb空间

3．1．3 HSI颜色空间

3．2 高动态图像的编码

3．2．1 Radiance RGBE Encoding格式

3．2．2 ILM OpenEXR的半浮点类型编码

3．2．3 Float Tiff格式

3．3 基于Retinex的色调映射算法

3．3．1 基于路径通道的Retinex算法

3．3．2 迭代路径算法

3．3．3 中心／环绕版本

3．4 对流行算法的改进

3．4．1 改进的算法思想

3．4．2 本论文算法流程图

3．4．3 引入Canny边缘检测的局部变换理论

3．5 本文算法详述

3．5．1 局部变换

3．5．2 边缘检测

3．5．3 颜色处理

3．6 本章小结

4 实验结果分析

4．1 算法编程

4．2 本算法复杂度分析

4．3 本算法的评估

4．4 实验结果分析

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果