基于局部边缘保持滤波的HDR图像色调映射算法

作     者：包江城 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：牛海军;雷杰

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：色调映射 高动态范围图像 K均值聚类算法 gamma校正 图像压缩 

摘      要：近年来,高动态范围技术成为计算机图形学研究中的热门领域。高动态范围图像能够展现真实场景中丰富多彩的细节信息,尤其场景中无法被人眼观察到的极亮和极暗的区域,带给人们真实自然的视觉效果,这是普通低动态范围图像无法做到的。因此高动态范围图像被广泛的应用于专业摄影、图像渲染、电影特效、遥感卫星等诸多领域。由于高动态范围图像动态范围较大,无法在低动态范围显示设备上正常显示,因此提出了色调映射算法对高动态范围图像的动态范围进行压缩。色调映射的主要目的是压缩图像的动态范围到显示设备的动态范围内,并且图像还要保留丰富的细节信息以及较高的整体对比度。经研究发现,目前的色调映射算法只保证图像质量的某一方面,可能存在细节丢失、颜色失真、对比度不佳、光晕等现象。本文色调映射算法针对上述存在的现象,从图像亮度分量以及颜色分量两个方面进行改进。算法首先采用高斯滤波函数对图像进行去噪并且平滑图像。对亮度分量的处理,然后采用基于摄影法的全局色调映射算法对图像进行亮度压缩,降低图像的动态范围。其次采用基于局部边缘保持滤波算法,迭代的对图像进行分解,得到多个细节层和基本层,对细节层采用S型函数映射,增强图像的细节信息,对基本层采用线性函数映射,进一步降低图像的动态范围,并合成处理后的基本层和细节层得到压缩后的亮度图像。最后对颜色通道的处理,采用K均值聚类的方法将亮度图像划分为多个区域,并根据各个区域的平均亮度值得到gamma校正系数,然后进行自适应gamma校正,最终得到彩色图象。通过与其它几种典型的色调映射算法对比分析,本文的色调映射算法能够得到质量较高的低动态范围图像,且图像保留了丰富的细节信息以及较高的局部对比度,图像整体清晰自然,并且避免了光晕现象的产生。