專利名稱：：一種低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理中的再現(xiàn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及高動態(tài)范圍圖像在低動態(tài)范圍顯示設(shè)備(如顯示器和紙張)上的顯示再現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)在普遍使用的、每個通道8位的圖像，稱之為低動態(tài)范圍圖像。此類圖像不能記錄場景中真實的亮度，只是記錄視覺編碼過的、有限的階調(diào)關(guān)系(通常每個通道只有256個階調(diào))，其最終所記錄場景的效果必須根據(jù)具體的顯示設(shè)備而決定。如果一顯示器的最大顯示亮度為100cd/m2，動態(tài)范圍為1001，那么只能正確顯示場景中l(wèi)cd/m2到100cd/m2亮度之間的光影效果，無法呈現(xiàn)原場景完整的光影效果。因此，它也稱為設(shè)備相關(guān)的圖像。高動態(tài)范圍圖像(HighDynamicRangeimage,HDRi)則為一種場景相關(guān)的圖像，其動態(tài)范圍一般超過10001，且各像素記錄的是場景真實亮度?？梢杂涗浰幸曈X可以觀察到的場景(10_6cd/m2-108cd/m2亮度范圍的場景)。鑒于高動態(tài)范圍圖像的這些優(yōu)點，近年來，高清影片、游戲特效、航空航天、衛(wèi)星氣象、醫(yī)療、印刷以及交通金融等行業(yè)都期望高動態(tài)范圍圖像能代替現(xiàn)有的低動態(tài)范圍圖像，被廣泛應(yīng)用。但，這些應(yīng)用都會遇到一個共同的問題，即在現(xiàn)有的低動態(tài)范圍顯示設(shè)備上正確顯示再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的問題?，F(xiàn)在一般商用的顯示設(shè)備的動態(tài)范圍都比較低。例如，CRT顯示器的最大顯示亮度大約80cd/m2，實際的動態(tài)范圍通常都不高于1001；紙張所能呈現(xiàn)的動態(tài)范圍更低，亞光紙張動態(tài)范圍大約501，而非亞光的紙張的動態(tài)范圍只有301上下。如果說設(shè)備相關(guān)的低動態(tài)范圍圖像顯示在這些顯示設(shè)備上時，呈現(xiàn)原圖像所記錄場景的改變并不足以引起視覺感知的話，當(dāng)高動態(tài)范圍圖像顯示在這些顯示媒介上時，動態(tài)范圍的大范圍壓縮，呈現(xiàn)場景的亮度相對較大的改變，則會使得表現(xiàn)真實場景的紋理細(xì)節(jié)和顏色都發(fā)生視覺容忍范圍外的變化，高動態(tài)范圍圖像所記錄的高動態(tài)范圍場景的真實光影效果也不復(fù)存在。為了為解決這些問題，業(yè)界提出了一種稱之為階調(diào)映射的方法。按照映射方式又分為全局階調(diào)映射和局部階調(diào)映射。全局階調(diào)映射方法在變換圖像動態(tài)范圍時，每個像素映射利用同一個映射曲線關(guān)系，局部階調(diào)映射方法則會針對各像素具體所在圖像區(qū)域情況進(jìn)行不同的變換。全局階調(diào)映射方法從根本上認(rèn)為，人眼在觀察任何亮度范圍的圖像時，人眼只在一個適應(yīng)性亮度下產(chǎn)生一個響應(yīng)曲線。事實上，人眼并不能適應(yīng)一次動態(tài)范圍超過10001的場景，對于高動態(tài)范圍圖像，其場景的動態(tài)范圍遠(yuǎn)大于此，因此，使用全局階調(diào)映射則會導(dǎo)致圖像紋理細(xì)節(jié)的損失。很多局部階調(diào)映射方法則認(rèn)為視覺上各像素的相互影響為低通濾波性質(zhì)的，結(jié)果產(chǎn)生了光暈問題。人眼視覺在觀察真實場景時，既有全局調(diào)整也存在局部調(diào)整。例如，人眼中各個光感應(yīng)細(xì)胞中的感光色素的光響應(yīng)能力會隨著亮度的變化而變化，從而表現(xiàn)為光感應(yīng)細(xì)胞具有消除或減弱光源變化的影響，即色度適應(yīng)，這為人眼的全局性調(diào)整。又如，在人眼視覺系統(tǒng)中存在著一系列中心-周邊感知結(jié)構(gòu)的細(xì)胞(如活動細(xì)胞、外側(cè)膝狀、雙對立細(xì)胞等)，它們使得空間上中心響應(yīng)信息與周邊響應(yīng)信息相互阻礙。這些則為視覺的局部調(diào)整關(guān)系。此外，階調(diào)映射方法多為在亮度通道的映射處理，很少顧及顏色是否受到影響<
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有高動態(tài)范圍圖像顯示再現(xiàn)存在的上述不足，提供一種模擬顏色視覺處理信息過程的高動態(tài)范圍圖像顯示再現(xiàn)方法。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于包含如下步驟，步驟1，先讀取高動態(tài)范圍圖像中每個像素的實際亮度值RGB，并轉(zhuǎn)換為三刺激值XYZ，得到圖像XYZ空間；步驟2，設(shè)置步驟1所得三刺激值XYZ中的Y為高動態(tài)范圍圖像各像素的亮度L，利用以下公式計算光感應(yīng)細(xì)胞的響應(yīng)各像素時的適應(yīng)性亮度Lw(X，y)，當(dāng)?shù)蛣討B(tài)范圍顯示設(shè)備為紙張時，對于紙張上觀察的圖像Lw(x,y)=Fg(k,l)*L(x，y)當(dāng)?shù)蛣討B(tài)范圍顯示設(shè)備為顯示器時，對于顯示器上觀察的圖像Lw(χ,y)=Fg(k,l)*L(x，y)+Lrefl其中，L(x，y)為高動態(tài)范圍圖像各像素(X，y)的亮度值，F(xiàn)g(k,1)為濾波器窗口為(k，l)的高斯低通濾波器，用于近似模擬人眼在變化亮度中獲得的等量適應(yīng)亮度，LMfl為光源在顯示器的屏幕上反射的亮度；步驟3，利用M矩陣將圖像XYZ空間中各像素(x，y)的值X(x，y)，Y(x，y)，Z(x，y)轉(zhuǎn)到視錐細(xì)胞的響應(yīng)值空間中各像素(x,y)的值R(x,y)，G(x，y),B(χ,y)^0.79820.338920.1371λ20.59181.55120.04060.00080.02390.9753y步驟4，利用色度適應(yīng)性模型調(diào)整各像素(X，y)由于光源光譜分布變化導(dǎo)致顏色的變化，色度適應(yīng)性模型如下Ra(χ,y)=R(x,y)·(D(Lw(χ,y))Ga(χ,y)=G(x,y)·(D(Lw(x,y))Ba(x，y)=B(χ,y)·(D(Lw(χ,y))G(x,y)=MM=KZ(x,y)y(Rwr/Rw)+l-D(Lw(x,y)))(Gwr/Gw)+l-D(Lw(x,y)))(Bwr/Bw)+l-D(Lw(x,y)))其中，Ra(x，y)，Ga(χ,y)，Ba(χ,y)為高動態(tài)范圍圖像各像素針對光源光譜分布變化作色度適應(yīng)性調(diào)整后的視錐細(xì)胞響應(yīng)值，Rw,Gw,Bw*高動態(tài)范圍圖像原來的光源視錐響細(xì)胞應(yīng)值，Rwr,Gwr,Bwr為低動態(tài)范圍顯示設(shè)備的光源視錐細(xì)胞響應(yīng)值，D(Lw(X，y)為觀察高動態(tài)范圍圖像各像素時在各像素適應(yīng)性亮度Lw(X，y)下視錐細(xì)胞的適應(yīng)程度；步驟5，模擬光感應(yīng)細(xì)胞響應(yīng)機(jī)制，計算各像素適應(yīng)性亮度下的相對響應(yīng)值rK(x，y)，rG(χ,y)禾口rB(x,y)(Ra{x,y))n(x'y)rR^y)^BR^y)·其中，Be(x,y)，Bg(x,y)，Bb(x,y)表示視錐細(xì)胞在各像素適應(yīng)性亮度Lw(x,y)下的漂白指數(shù)，σ(Lw(χ,y)為各像素適應(yīng)性亮度Lw(x，y)的適應(yīng)性因子，η(x，y)為指數(shù)，根據(jù)各像素適應(yīng)性亮度Lw(X，y)設(shè)定；步驟6，利用主成分分析把光感應(yīng)細(xì)胞響空間的值rK(X，y)，r(;(X，y)*rB(x，y)轉(zhuǎn)換到正交對立空間的值Ib—w(x，y)，Ir_g(x,y)，Iy—b(xy)，再模擬中心-周邊感知結(jié)構(gòu)細(xì)胞的邊緣相阻機(jī)制進(jìn)一步處理其中，g(AI)為邊緣相阻機(jī)制的對比度影響函數(shù)，Δ]表不Ib,,(χ，y)-ibff(i，j)，f(·)為邊緣相阻機(jī)制的空間影響函數(shù)，Ω為以像素(X，y)為中心的鄰域范圍；步驟7，利用主成分分析把圖像正交對立空間的值Rbw(x，y)，Rrg(x,y)，Ryb(x，y)轉(zhuǎn)回光感應(yīng)細(xì)胞響空間，再利用步驟3所述M矩陣的逆矩陣轉(zhuǎn)回XYZ空間，最后利用sRGB轉(zhuǎn)換矩陣的逆矩陣轉(zhuǎn)換到低動態(tài)范圍顯示設(shè)備顯示空間RGB的值。而且，所述的步驟2中，光源在顯示器屏幕上反射的亮度Lrefl計算如下Lrefl=-Eamhπ其中，Eamb為顯示器所在環(huán)境中光源的光照度，單位為勒克斯，k表示顯示器屏幕的反射系數(shù)。而且，所述的步驟4中，觀察高動態(tài)范圍圖像各像素時在各亮度適應(yīng)性亮度Lw(x，y)下視錐細(xì)胞的適應(yīng)程度D(Lw(x，y)計算如下D(Lw(x,y))=F(0.O81og10(1/5LW(x,y))+0.76)F為環(huán)境因子，Lw(x，y)>10cd/m2時，F(xiàn)=1.0；而Lw(x，y)(10cd/m2時，F(xiàn)=0·8。而且，所述的步驟5中，視錐細(xì)胞在各像素適應(yīng)性亮度Lw(x,y)下的漂白指數(shù)Bk(χ,y),BG(x,y),BB(x,y)計算如下Be(X，y)=IO7/(107+LW(χ,y)(Rwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))Bg(χ,y)=IO7/(107+LW(χ,y)(Gwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))。Bb(χ,y)=IO7/(107+LW(χ,y)(Bwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))而且，所述的步驟5中，各像素適應(yīng)性亮度Lw(X，y)的適應(yīng)性因子σ(Lw(x，y)計算如下σ(Lw(χ,y))=c·Lw(x，y)/F1(χ,y)其中c為常數(shù)20(χ,y)計算如下F1(x,y)=0·2T4(x，y)Lw(x，y)+0.1(1_T4(x，y))(Lw(x，y))1氣T(x,y)=l/(Lw(x,y)+l)而且，所述的步驟5中，指數(shù)η(x，y)計算如下Lwjiax和Lwmin分別為高動態(tài)范圍圖像在視覺中最大適應(yīng)性亮度和最小適應(yīng)性亮度值，a，b和d為實驗經(jīng)驗值，分別取0.75，1.2和0.075。而且，所述的步驟6中，邊緣相阻機(jī)制的對比度影響函數(shù)g(AI)計算如下其中，οi為邊緣相阻機(jī)制中對比度截止值，^取0.7。而且，所述的步驟6中，邊緣相阻機(jī)制的空間影響函數(shù)f(·)計算如下其中，G(m,η,r0l)和G(m，η,r。2)為半徑大小不同的高斯函數(shù)，r0l和r。2分別為以像素(X，y)為中心的內(nèi)徑和外徑，r0l依據(jù)經(jīng)驗取所處理圖像大小的2%，r。2取的1.6倍。本發(fā)明提供了一種模擬顏色視覺處理信息過程的高動態(tài)范圍圖像顯示再現(xiàn)方法，使得低動態(tài)范圍的顯示設(shè)備如同人眼視覺系統(tǒng)一樣具有調(diào)節(jié)能力，最終能正確再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像中的場景，最小化可見細(xì)節(jié)損失，并避免光暈等問題的產(chǎn)生，并在再現(xiàn)紋理細(xì)節(jié)的同時最小化顏色的變化。本發(fā)明采用上述方法，可以正確的將高動態(tài)范圍的圖像顯示再在現(xiàn)有的低動態(tài)范圍的顯示設(shè)備或紙張上，且方法容易實現(xiàn)，滿足一定的實效性的要求，也可以滿足高清影片、游戲特效、航空航天、衛(wèi)星氣象、醫(yī)療、印刷以及交通金融等行業(yè)對高動態(tài)范圍圖像應(yīng)用的需求。圖1是本發(fā)明實施例的流程圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說明。參見圖1，實施例主要包含以下步驟首先確定顯示設(shè)備和顯示環(huán)境，如在室內(nèi)CRT顯示器上顯示，那么室內(nèi)的光照度Eamb為2001ux，CRT最大顯示亮度為80cd/m2，屏幕反射系數(shù)k為4%，計算環(huán)境中光源在顯示器屏幕上反射亮度Lrefl。為便于具體實施參考起見，提供實施例的進(jìn)一步方案，光源在顯示器屏幕上反射的亮度LMfl計算如下其中，Eamb為顯示器所在環(huán)境中光源的光照度，單位為勒克斯，k表示顯示器屏幕的反射系數(shù)。步驟1，先讀取高動態(tài)范圍圖像中每個像素的實際亮度值RGB，并轉(zhuǎn)換為三刺激值XYZ，得到圖像XYZ空間。實施例根據(jù)讀入的高動態(tài)范圍圖像的各個通道RGB(單位為cd/m2)，轉(zhuǎn)換成XYZ值(單位cd/m2)，設(shè)置Y(x，y)維亮度L(x，y)維。讀取高動態(tài)范圍圖像中每個像素的實際亮度值RGB，并利用sRGB轉(zhuǎn)換矩陣轉(zhuǎn)換為三刺激值XYZ，得到圖像XYZ空間。sRGB轉(zhuǎn)換矩陣為現(xiàn)有技術(shù)，不予贅述。步驟2，計算各像素在CRT顯示器觀察條件下的適應(yīng)性亮度Lw(X，y)。實施例實現(xiàn)方式為，設(shè)置步驟1所得三刺激值XYZ中的Y為高動態(tài)范圍圖像各像素的亮度L，利用以下公式計算光感應(yīng)細(xì)胞的響應(yīng)各像素時的適應(yīng)性亮度Lw(X，y)，當(dāng)?shù)蛣討B(tài)范圍顯示設(shè)備為紙張時，對于紙張上觀察的圖像Lw(x,y)=Fg(k,l)*L(x,y)當(dāng)?shù)蛣討B(tài)范圍顯示設(shè)備為顯示器時，對于顯示器上觀察的圖像Lw(X，y)=Fg(k，l)*L(x，y)+Lrefl其中，L(χ,y)為高動態(tài)范圍圖像各像素(x，y)的亮度值，F(xiàn)g(k,1)為濾波器窗口為(k，l)的高斯低通濾波器，用于近似模擬人眼在變化亮度中獲得的等量適應(yīng)亮度，LMfl為光源在顯示器的屏幕上反射的亮度。步驟4，利用色度適應(yīng)性模型調(diào)整各像素(X，y)由于光源光譜分布變化導(dǎo)致顏色的變化，色度適應(yīng)性模型如下Ra(x,y)=R(x,y)·(D(Lw(x,y))·(Rwr/Rw)+I-D(Lw(x,y)))Ga(χ,y)=G(x,y)·(D(Lw(x,y))·(Gwr/Gw)+I-D(Lw(x,y)))Ba(x,y)=B(x,y)·(D(Lw(x,y))·(Bwr/Bw)+I-D(Lw(x,y)))其中，Ra(x，y)，Ga(χ,y)，Ba(χ,y)為高動態(tài)范圍圖像各像素針對光源光譜分布變化作色度適應(yīng)性調(diào)整后的視錐細(xì)胞響應(yīng)值，Rw,Gw,Bw*高動態(tài)范圍圖像原來的光源視錐響細(xì)胞應(yīng)值，Rwr,Gwr,Bwr為低動態(tài)范圍顯示設(shè)備的光源視錐細(xì)胞響應(yīng)值，D(Lw(X，y)為觀察高動態(tài)范圍圖像各像素時在各像素適應(yīng)性亮度Lw(X，y)下視錐細(xì)胞的適應(yīng)程度。也就是說，利用M矩陣高動態(tài)范圍圖像的X(X，y)，Y(x,y)，Z(x,y)值轉(zhuǎn)換為視錐細(xì)胞相應(yīng)空間的響應(yīng)值R(x，y)，G(x,y),B(χ,y)；再利用各象素適應(yīng)性亮度Lw(x,y)，計算視錐細(xì)胞在適各應(yīng)性亮度下的適應(yīng)程度D(Lw(x,y))，接著，利用色度適應(yīng)性模型針對不同適應(yīng)性亮度進(jìn)行色度適應(yīng)性調(diào)整。為便于具體實施參考起見，提供實施例的進(jìn)一步方案，觀察高動態(tài)范圍圖像各像素時在各亮度適應(yīng)性亮度Lw(X，y)下視錐細(xì)胞的適應(yīng)程度D(Lw(X，y)計算如下D(Lw(x,y))=F(0.O81og10(1/5LW(x,y))+0.76)F為環(huán)境因子，Lw(x，y)>10cd/m2時，F(xiàn)=1.0；而Lw(x，y)(10cd/m2時，F(xiàn)=0·8。步驟5，模擬光感應(yīng)細(xì)胞響應(yīng)機(jī)制，計算各像素適應(yīng)性亮度下的相對響應(yīng)值rK(x，y)，rG(χ,y)禾口rB(x,y)其中，Be(χ,y)，Bg(χ,y)，Bb(χ,y)表示視錐細(xì)胞在各像素適應(yīng)性亮度Lw(x,y)下的漂白指數(shù)，σ(Lw(χ,y)為各像素適應(yīng)性亮度Lw(x，y)的適應(yīng)性因子，η(x，y)為指數(shù)，根據(jù)各像素適應(yīng)性亮度Lw(x，y)設(shè)定。為便于具體實施參考起見，提供實施例的進(jìn)一步方案(1)視錐細(xì)胞在各像素適應(yīng)性亮度Lw(x，y)下的漂白指數(shù)Bk(x，y)，Be(x，y)，Bb(x，y)計算如下Be(X，y)=IO7/(107+LW(χ,y)(Rwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))Bg(χ,y)=IO7/(107+LW(χ,y)(Gwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))。Bb(χ,y)=IO7/(107+LW(χ,y)(Bwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))(2)各像素適應(yīng)性亮度Lw(X，y)的適應(yīng)性因子σ(Lw(χ,y)計算如下σ(Lw(χ,y))=c·Lw(x，y)/F1(χ,y)其中c為常數(shù)20(χ,y)計算如下F1(x,y)=0·2T4(x，y)Lw(x，y)+0.1(1_T4(x，y))(Lw(x，y))1氣T(x,y)=l/(Lw(x,y)+l)(3)指數(shù)n(x，y)計算如下Lwmax和Lwmin分別為高動態(tài)范圍圖像在視覺中最大適應(yīng)性亮度和最小適應(yīng)性亮度值，a，b和d為實驗經(jīng)驗值，實施例中分別取0.75，1.2和0.075。步驟6，利用主成分分析把光感應(yīng)細(xì)胞響空間的值rK(X，y)，r(;(X，y)*rB(x，y)轉(zhuǎn)換到正交對立空間的值Ib—w(x，y)，Ir_g(x,y)，Iy—b(xy)，再模擬中心-周邊感知結(jié)構(gòu)細(xì)胞的邊緣相阻機(jī)制進(jìn)一步處理R"(x’y)=O，y)+ΣΣ(O，y)-Λ—,,,(J,;))/(('-χ,J-y)(hy)-h_w(“j))[οοι]Rrs^)=7,g(x'力+ΣΣs(irg(O，g0’j))f((i-x,j-y)ihgO，y)~hg(“j))RybO,y)=IybO,>0+ΣΣs(iyb(O，y)-iyb0·，y))/('-x,j-y)(iyb(χ,y)-iyb(Uj))KjeQ其中，g(AI)為邊緣相阻機(jī)制的對比度影響函數(shù)，ΔI表示兩個I之間的差，如Ibw(x，y)_Ib—w(i，j)，f(·)為邊緣相阻機(jī)制的空間影響函數(shù)，Ω為以像素(x，y)為中心的鄰域范圍。實施例就是先利用PCA(主成分分析)把光感應(yīng)細(xì)胞響空間的值rK(x，y)，rG(x,y)，rB(x,y)轉(zhuǎn)換到正交對立空間的值Ibw(x，y)，Irg(x,y)，Iyb(xy)；再模擬中心_周邊感知結(jié)構(gòu)細(xì)胞的邊緣相阻機(jī)制，對Ib—w(x，y)，Ir_g(x,y)，Iy—b(xy)進(jìn)一步處理得Rb—w(x，y)，Rr_g(x，y)，Ryb(χ,y)。為便于具體實施參考起見，提供實施例的進(jìn)一步方案(1)邊緣相阻機(jī)制的對比度影響函數(shù)g(AI)計算如下其中，O1為邊緣相阻機(jī)制中對比度截止值，h取0.7。(2)所述的步驟6中，邊緣相阻機(jī)制的空間影響函數(shù)f(·)計算如下其中，G(m,η,r0l)和G(m，η,r。2)為半徑大小不同的高斯函數(shù)，r0l和r。2分別為以像素(X，y)為中心的內(nèi)徑和外徑，r0l依據(jù)經(jīng)驗取所處理圖像大小的2%，r。2取的1.6倍。步驟7，利用主成分分析(即PCA)把圖像正交對立空間的值Rbw(x，y)，Rrg(x，y)，Ry—b(x，y)轉(zhuǎn)回光感應(yīng)細(xì)胞響應(yīng)空間值，再利用M矩陣的逆矩陣轉(zhuǎn)到XYZ空間的值，接著，利用sRGB轉(zhuǎn)換矩陣的逆矩陣把值轉(zhuǎn)到低動態(tài)范圍顯示器顯示空間中。這樣就能在低動態(tài)范圍顯示器上輸出低動態(tài)范圍圖像。該步驟的具體轉(zhuǎn)換實現(xiàn)采用現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不予贅述。權(quán)利要求一種低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于包含如下步驟，步驟1，先讀取高動態(tài)范圍圖像中每個像素的實際亮度值RGB，并轉(zhuǎn)換為三刺激值XYZ，得到圖像XYZ空間；步驟2，設(shè)置步驟1所得三刺激值XYZ中的Y為高動態(tài)范圍圖像各像素的亮度L，利用以下公式計算光感應(yīng)細(xì)胞的響應(yīng)各像素時的適應(yīng)性亮度Lw(x，y)，當(dāng)?shù)蛣討B(tài)范圍顯示設(shè)備為紙張時，對于紙張上觀察的圖像Lw(x，y)＝FG(k，l)*L(x，y)當(dāng)?shù)蛣討B(tài)范圍顯示設(shè)備為顯示器時，對于顯示器上觀察的圖像Lw(x，y)＝FG(k，l)*L(x，y)+Lrefl其中，L(x，y)為高動態(tài)范圍圖像各像素(x，y)的亮度值，F(xiàn)G(k，l)為濾波器窗口為(k，l)的高斯低通濾波器，用于近似模擬人眼在變化亮度中獲得的等量適應(yīng)亮度，Lrefl為光源在顯示器的屏幕上反射的亮度；步驟3，利用M矩陣將圖像XYZ空間中各像素(x，y)的值X(x，y)，Y(x，y)，Z(x，y)轉(zhuǎn)到視錐細(xì)胞的響應(yīng)值空間中各像素(x，y)的值R(x，y)，G(x，y)，B(x，y)<mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>R</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>G</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>B</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mi>M</mi><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>X</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>Y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>Z</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow><mrow><mi>M</mi><mo>=</mo><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mn>0.7982</mn></mtd><mtd><mn>0.3389</mn></mtd><mtd><mn>20.1371</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>20.5918</mn></mtd><mtd><mn>1.5512</mn></mtd><mtd><mn>0.0406</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0.0008</mn></mtd><mtd><mn>0.0239</mn></mtd><mtd><mn>0.9753</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>步驟4，利用色度適應(yīng)性模型調(diào)整各像素(x，y)由于光源光譜分布變化導(dǎo)致顏色的變化，色度適應(yīng)性模型如下Ra(x，y)＝R(x，y)·(D(Lw(x，y))·(Rwr/Rw)+1D(Lw(x，y)))Ga(x，y)＝G(x，y)·(D(Lw(x，y))·(Gwr/Gw)+1D(Lw(x，y)))Ba(x，y)＝B(x，y)·(D(Lw(x，y))·(Bwr/Bw)+1D(Lw(x，y)))其中，Ra(x，y)，Ga(x，y)，Ba(x，y)為高動態(tài)范圍圖像各像素針對光源光譜分布變化作色度適應(yīng)性調(diào)整后的視錐細(xì)胞響應(yīng)值，Rw，Gw，Bw為高動態(tài)范圍圖像原來的光源視錐響細(xì)胞應(yīng)值，Rwr，Gwr，Bwr為低動態(tài)范圍顯示設(shè)備的光源視錐細(xì)胞響應(yīng)值，D(Lw(x，y)為觀察高動態(tài)范圍圖像各像素時在各像素適應(yīng)性亮度Lw(x，y)下視錐細(xì)胞的適應(yīng)程度；步驟5，模擬光感應(yīng)細(xì)胞響應(yīng)機(jī)制，計算各像素適應(yīng)性亮度下的相對響應(yīng)值rR(x，y)，rG(x，y)和rB(x，y)<mrow><msub><mi>r</mi><mi>R</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>B</mi><mi>R</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>R</mi><mi>a</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>R</mi><mi>a</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mi>σ</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>L</mi><mi>w</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mi>G</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>B</mi><mi>G</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>G</mi><mi>a</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>G</mi><mi>a</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mi>σ</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>L</mi><mi>w</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mi>B</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>B</mi><mi>B</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>R</mi><mi>a</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>B</mi><mi>a</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mi>σ</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>L</mi><mi>w</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow>其中，BR(x，y)，BG(x，y)，BB(x，y)表示視錐細(xì)胞在各像素適應(yīng)性亮度Lw(x，y)下的漂白指數(shù)，σ(Lw(x，y)為各像素適應(yīng)性亮度Lw(x，y)的適應(yīng)性因子，n(x，y)為指數(shù)，根據(jù)各像素適應(yīng)性亮度Lw(x，y)設(shè)定；步驟6，利用主成分分析把光感應(yīng)細(xì)胞響空間的值rR(x，y)，rG(x，y)和rB(x，y)轉(zhuǎn)換到正交對立空間的值Ib_w(x，y)Ir_g(x，y)，Iy_b(xy)，再模擬中心周邊感知結(jié)構(gòu)細(xì)胞的邊緣相阻機(jī)制進(jìn)一步處理<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>b</mi><mo>_</mo><mi>w</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>b</mi><mo>_</mo><mi>w</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>Σ</mi><munder><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>∈</mo><mi>Ω</mi></mrow></munder><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>b</mi><mo>_</mo><mi>w</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>b</mi><mo>_</mo><mi>w</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>-</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>-</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>b</mi><mo>_</mo><mi>w</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>b</mi><mo>_</mo><mi>w</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>r</mi><mo>_</mo><mi>g</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>r</mi><mo>_</mo><mi>g</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>Σ</mi><munder><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>∈</mo><mi>Ω</mi></mrow></munder><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>r</mi><mo>_</mo><mi>g</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>r</mi><mo>_</mo><mi>g</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>-</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>-</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>r</mi><mo>_</mo><mi>g</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>r</mi><mo>_</mo><mi>g</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>y</mi><mo>_</mo><mi>b</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>y</mi><mo>_</mo><mi>b</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>Σ</mi><munder><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>∈</mo><mi>Ω</mi></mrow></munder><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>y</mi><mo>_</mo><mi>b</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>y</mi><mo>_</mo><mi>b</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>-</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>y</mi><mo>_</mo><mi>b</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>y</mi><mo>_</mo><mi>b</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow>其中，g(ΔI)為邊緣相阻機(jī)制的對比度影響函數(shù)，ΔI表示Ib_w(x，y)Ib_w(i，j)，f(·)為邊緣相阻機(jī)制的空間影響函數(shù)，Ω為以像素(x，y)為中心的鄰域范圍；步驟7，利用主成分分析把圖像正交對立空間的值Rb_w(x，y)，Rr_g(x，y)，Ry_b(x，y)轉(zhuǎn)回光感應(yīng)細(xì)胞響空間，再利用步驟3所述M矩陣的逆矩陣轉(zhuǎn)回XYZ空間，最后利用sRGB轉(zhuǎn)換矩陣的逆矩陣轉(zhuǎn)換到低動態(tài)范圍顯示設(shè)備顯示空間RGB的值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于所述的步驟2中，光源在顯示器屏幕上反射的亮度Lrefl計算如下其中，Eamb為顯示器所在環(huán)境中光源的光照度，單位為勒克斯，k表示顯示器屏幕的反射系數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于所述的步驟4中，觀察高動態(tài)范圍圖像各像素時在各亮度適應(yīng)性亮度Lw(x，y)下視錐細(xì)胞的適應(yīng)程度D(Lw(X，y)計算如下D(Lw(x,y))=F(0.O81og10(l/5LW(χ,y))+0.76)F為環(huán)境因子，Lw(χ，y)>10cd/m2時，F(xiàn)=1·O；而Lw(x,y)(10cd/m2時，F(xiàn)=0.8。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于所述的步驟5中，視錐細(xì)胞在各像素適應(yīng)性亮度Lw(X，y)下的漂白指數(shù)BK(x，y),BG(x,y)，BB(x，y)計算如下Bk(x，y)=107/(107+Lw(x,y)(Rwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))Bg(χ,y)=107/(107+Lw(x,y)(Gwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))。Bb(x，y)=107/(107+Lw(x,y)(Bwr/(Rwr+Gwr+Bwr)))5.根據(jù)權(quán)利要求1所述低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于所述的步驟5中，各像素適應(yīng)性亮度Lw(X，y)的適應(yīng)性因子σ(Lw(X，y)計算如下σ(Lw(χ,y))=c·Lw(χ,y)/F1(χ,y)其中c為常數(shù)20(χ,y)計算如下6.根據(jù)權(quán)利要求1所述低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于所述的步驟5中，指數(shù)η(X，y)計算如下Lwjiax和Lwmin分別為高動態(tài)范圍圖像在視覺中最大適應(yīng)性亮度和最小適應(yīng)性亮度值，a，b和d為實驗經(jīng)驗值，分別取0.75，1.2和0.075。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于所述的步驟6中，邊緣相阻機(jī)制的對比度影響函數(shù)g(AI)計算如下其中，O1為邊緣相阻機(jī)制中對比度截止值，h取0.7。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于所述的步驟6中，邊緣相阻機(jī)制的空間影響函數(shù)f(·)計算如下其中，G(m,η,r0l)和G(m，η,ro2)為半徑大小不同的高斯函數(shù)，r0l和ro2分別為以像素(X，y)為中心的內(nèi)徑和外徑，r0l依據(jù)經(jīng)驗取所處理圖像大小的2%，r。2取的1.6倍。全文摘要本發(fā)明涉及一種低動態(tài)范圍顯示設(shè)備再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像的方法，通過模擬人眼顏色視覺處理信息的過程壓縮圖像的動態(tài)范圍，在低動態(tài)范圍顯示設(shè)備上比較正確的再現(xiàn)高動態(tài)范圍圖像中場景的紋理細(xì)節(jié)和顏色，步驟是先從高動態(tài)范圍圖像中讀取每像素RGB通道的真實亮度值；將RGB轉(zhuǎn)換成XYZ值；然后計算各像素適應(yīng)性亮度；接著在各適應(yīng)性亮度下進(jìn)行光源的色度適應(yīng)性調(diào)整；再模擬光感應(yīng)細(xì)胞響應(yīng)機(jī)制，計算各適應(yīng)性亮度下的相對響應(yīng)值；最后，利用PCA轉(zhuǎn)換到正交對立空間，再模擬中心-周邊感知結(jié)構(gòu)細(xì)胞的邊緣相阻機(jī)制進(jìn)一步處理。本發(fā)明可以高效的壓縮動態(tài)范圍較高的圖像，以適應(yīng)現(xiàn)有的低動態(tài)范圍的顯示設(shè)備或紙張。文檔編號G09G5/02GK101908330SQ201010239590公開日2010年12月8日申請日期2010年7月26日優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日發(fā)明者萬曉霞,謝德紅申請人:武漢大學(xué)