高动态图像色调映射在低动态范围显示和背光调节应用上的研究

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1、高动态图像色调映射在低动态范围显示和背光调节应用上的研究作者姓名王晓珂学校导师姓名、职称郑喆坤教授领域电子与通信工程企业导师姓名、职称罗二平教授申请学位类别工程硕士提交学位论文日期2014年12月学校代码10701学号1202121479分类TN82号TP37密级公开西安电子科技大学硕士学位论文高动态图像色调映射在低动态范围显示和背光调节应用上的研究作者姓名：王晓珂领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：郑喆坤教授企业导师姓名、职称：罗二平教授提交日期：2014年12月AStudyonToneMappingforHighDynamicRangeImagesandItsAp

2、plicationtoLowDynamicRangeDisplaysandBacklightScalingAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationEngineeringByWangxiaokeSupervisor:CheolkonJungLuoerpingDecember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师

3、指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分

4、内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要色调映射是重构自然图像的关键步骤。色调影射可以把原始图像场景的亮度信息映射成显示器的输出显示值。当拍摄场景的动态范围大于或者小于显示器的动态范围时，色调映射可以压缩或扩展图像亮度信息比。对于拍摄现实场景，高动态范围图像是一种比较吸引人的方法，因为高动态图像可以完整的保存场景中每个像素的亮度信息值。图像动态范围就是场景中最亮像素和最暗像素的亮度信息值之比。现实世界中，亮度信息范围非常大

5、，从灯光场景到太阳光场景，动态范围大约有10个等级，在单一场景中，从暗影区到亮光区，大约有4个等级动态范围。但是，在最好的情况下，我们可以在打印机和屏幕显示器上显示的亮度范围，才有两个数量级的绝对动态范围跨度。这个矛盾就导致了色调重建问题：在尽可能保存图像中暗区和亮区对比度和细节的情况下，怎么能把场景亮度信息映射成可以显示的亮度信息。拍摄的高动态图像在标准显示器上显示时，它的动态范围必须进行压缩，如果直接显示会有大量图像对比度的损失，以至于大量图像细节不可见。本论文对色调映射算法做了深入研究，主要从以下几个方面展开工作：1.讨论了色调映射算法的主要思想，描述了几种较佳的全局色调映射算法和局

6、部色调映射算法，并分析了各自的优缺点。2.提出了基于自适应的伽马矫正的保存细节的色调映射算法进行低动态范围显示。全局色调映射算法就是利用一个固定曲线去压缩每个像素的亮度值，常见的全局方法包括对数变换，伽马矫正，直方图均衡化，和线性色调映射。对数变换算法比较接近人眼视觉系统，可以较好的保持图像外观，但是这个全局算法在牺牲图像局部信息的基础上，保证图像整体质量的。基于自适应伽马矫正的保证细节的色调映射算法，首先利用对数变换函数对原始动态范围进行压缩，然后利用自适应的伽马校正来提高图像的局部对比度，以此来改善图像细节可视度，其中，自适应伽马校正的系数是由图像的局部对比度决定的。试验结果表明，此方

7、法可以保证图像整体效果的情况下，大大加强了图像细节信息。3.提出了基于自适应“躲避和烧值”的高动态范围图像的混合色调映方法。一般来说，全局色调映射方法保证图像的整体性质，而且速度快，实现起来容易，但是全局算法很容易丢失图像细节信息。局部色调映射方法在保证图像局部对比度（细节）方面比较好，但是这些方法计算起来麻烦，有时还会破坏图像的整体质量效果。基于全局和局部色调映射算法的优点和缺点，文中提出了基于“躲避I西安电子科技大学