專利名稱：用于增加數(shù)字圖像中的動(dòng)態(tài)范圍的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字成像。本發(fā)明具體涉及用于增加數(shù)字圖像的動(dòng)態(tài) 范圍的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
人眼對(duì)非常寬的范圍的強(qiáng)度的光是敏感的。圖像必須具有高動(dòng)態(tài) 范圍以準(zhǔn)確地再現(xiàn)真實(shí)場景。諸如高性能CCD陣列的高性能圖像傳 感器能夠獲取具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像。存在能夠顯示高動(dòng)態(tài)范圍圖像 的顯示器，諸如可從Dolby Canada Corporation獲得的顯示器。然而， 許多計(jì)算機(jī)顯示器、電視等具有有限的動(dòng)態(tài)范圍，并且不能顯示這樣 的高動(dòng)態(tài)范圍圖像。
因?yàn)楂@取或產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的方式， 一些圖像數(shù)據(jù)具有低動(dòng)態(tài)范 圍。在其它情況下，可減小圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍，以匹配將再現(xiàn)圖像 數(shù)據(jù)的圖像的顯示器的特性?？上蜉^高的動(dòng)態(tài)范圍圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用色階 映射算子(tone mapping operator),以減小圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍。 這樣做是為了例如提供與一類顯示器的動(dòng)態(tài)范圍或具體圖像數(shù)據(jù)格 式相匹配的圖像數(shù)據(jù)。
存在動(dòng)態(tài)范圍低于可由可用的高動(dòng)態(tài)范圍顯示器顯示和/或由人 眼感知的動(dòng)態(tài)范圍的大量現(xiàn)有圖像數(shù)據(jù)。存在對(duì)于可增加低動(dòng)態(tài)范圍圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的方法和設(shè)備 的需要。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)合系統(tǒng)、工具和方法描述和闡明下述實(shí)施例及其方面，所述系 統(tǒng)、工具和方法是為了示例和闡明而不是限定范圍。在各個(gè)實(shí)施例中， 減少或消除了上述問題中的一個(gè)或更多，而其它實(shí)施例涉及其它改 進(jìn)。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種用于增加表示圖像的原始圖像數(shù)
據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的方法。該方法可按任何順序包括應(yīng)用擴(kuò)展函數(shù)以從 原始圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生其動(dòng)態(tài)范圍大于原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展 的數(shù)據(jù)；以及獲得擴(kuò)展映射，其包括表示與圖像中的像素相關(guān)聯(lián)的區(qū) 域的亮度程度的數(shù)據(jù)。該方法根據(jù)所述擴(kuò)展映射組合原始圖像數(shù)據(jù)和 擴(kuò)展的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)。
該發(fā)明的另 一個(gè)方面提供了用于擴(kuò)展原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍 的設(shè)備。該設(shè)備包括動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展器，連接以接收原始圖像數(shù)據(jù)和 輸出動(dòng)態(tài)范圍大于該原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展數(shù)據(jù)；亮度分布 分析器，被配置為產(chǎn)生表示與所述原始圖像數(shù)據(jù)的圖像中的像素相關(guān) 聯(lián)的區(qū)域的亮度的擴(kuò)展映射；以及圖像組合器，被配置為根據(jù)所述擴(kuò) 展映射將所述原始圖像數(shù)據(jù)與來自動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)組合， 以產(chǎn)生增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種用于增強(qiáng)原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài) 范圍的方法，該方法包括根據(jù)由下式給出的反色階映射算子或其數(shù)學(xué) 等價(jià)式處理原始圖像數(shù)據(jù)的像素的亮度值
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中OU Uhite和Z:是參數(shù)并且Ld是對(duì)應(yīng)于原始圖像數(shù)據(jù)中的像 素的亮度值。
除了上述示例性方面和實(shí)施例，通過參考附圖和研究下述詳細(xì)說 明，其它方面和實(shí)施例將在下面被描述和/或變得顯而易見。


附圖示出了本發(fā)明的非限制性實(shí)施例。
圖l是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖2是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的框圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備的框具體實(shí)施例方式
遍及下述說明部分，陳述具體詳細(xì)內(nèi)容是為了向本領(lǐng)域技術(shù)人員 提供更全面的理解。然而，熟知的元件沒有被示出或詳細(xì)描述，以避 免不必要地使本發(fā)明晦澀難懂。因此，說明部分和附圖被視為是示例 性的，而不是限制性的。
該發(fā)明提供了用于增加圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的方法和設(shè)備。例 如，可應(yīng)用該方法和i殳備增加現(xiàn)有圖^f象(legacy images)(其可以是 例如靜止的或視頻圖像)的動(dòng)態(tài)范圍，以在高動(dòng)態(tài)范圍顯示器上顯示。
圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法20。方法20作用于在塊 24中獲得的原始圖像數(shù)據(jù)23,以擴(kuò)展圖像數(shù)據(jù)23的動(dòng)態(tài)范圍。在塊 26中，方法20擴(kuò)展原始圖像數(shù)據(jù)23以獲得擴(kuò)展的圖像數(shù)據(jù)25。該 擴(kuò)展將像素發(fā)光度值從第 一 范圍映射到第二范圍。第二范圍提供比第 一范圍更多的可能值。例如，第一范圍可允許在O到255的范圍內(nèi)的 值，而第二擴(kuò)展的范圍可允許在0到1023范圍內(nèi)的值，或?qū)τ谝恍?指定的精確度在O.OO到l.OO范圍內(nèi)的值。在一些實(shí)施例中，擴(kuò)展的 圖像數(shù)據(jù)25的像素的發(fā)光度值是原始圖像數(shù)據(jù)23中的對(duì)應(yīng)像素的發(fā) 光度值的函數(shù)。
擴(kuò)展可包括下述方法的任意一項(xiàng)線性縮放、非線性縮放或應(yīng)用 更復(fù)雜的擴(kuò)展函數(shù)，諸如反色階映射函數(shù)。在塊26應(yīng)用反色階映射 函數(shù)的情況下，在塊26中應(yīng)用的反色階映射函數(shù)不一定是在創(chuàng)建原 始圖像數(shù)據(jù)23時(shí)使用的任何具體色階映射函數(shù)的反函數(shù)。實(shí)際上， 在一些情況下，可不應(yīng)用色階映射函數(shù)而獲得原始圖像數(shù)據(jù)23,或通過應(yīng)用與塊26中應(yīng)用的色階映射函數(shù)的反函數(shù)不同的色階映射函數(shù) 來獲得原始圖像數(shù)據(jù)23。
一個(gè)示例性色階映射函數(shù)是"Photographic tone reproduction for digital images'，， Reinhard et al" ACM Trans. Graph., 21， 3， 267-276 (2002)中描述的攝影色調(diào)再現(xiàn)(Photographic Tone Reproduction )。例如，"Beyond tone mapping: Enhanced depiction of tone mapped HDR images", Smith et al" Computer Graphics Forum 25， 3 (2006); 和"Evaluation of tone mapping operators using a high dynamic range display", Ledda et al" ACM Trans. Graph., 24， 3， 640-648 (2005)中描述了其它色階映射函數(shù)。
攝影色調(diào)減少色階映射算子基于等于或近似于場景的基調(diào)(key ) 的幾何平均值縮放像素亮度值，然后壓縮得到的值?？s放由下式給出
、"、v)-^"4(.、v) (1)
丄w
其中，Lm是縮放值，a是用戶參數(shù)，Lw是原始圖像數(shù)據(jù)23中像 素的亮度。如果原始圖像數(shù)據(jù)23是RGB格式，則Lw可由下式給出 = 0.213i w + 0.715Ow + 0.0725w (2)
其中Rw， Gw和Bw分別為RGB色空間中的像素的紅、綠和藍(lán)像
素值。z;為由下式限定的幾何平均值。
Zw =exp ^:》og((5+"(:w
乂W yj>
(3)
其中5是小的非負(fù)值，而N是圖像中的像素?cái)?shù)量。 可由采用第一范圍內(nèi)的輸入值并產(chǎn)生第二更窄的范圍內(nèi)的輸出 值的函數(shù)提供壓縮。例如，可由下式提供壓縮
其中Ld是(x， y)處的像素的壓縮值。在更靈活的實(shí)施例中， 可由下式提供壓縮
9zmo，>.) i+
其中Lwhite是對(duì)應(yīng)于將被映射為壓縮數(shù)據(jù)中的白色的未壓縮數(shù)據(jù)
的最小亮度值的參數(shù)。
等式(5)可通過對(duì)該二次等式求解被轉(zhuǎn)化
在等式(5)中，Lm可被替換為來自等式(1)的值以產(chǎn)生:
使用二次公式通過等式(7)對(duì)Lw求解，以獲得最大正值的解。 可以為圖像中的每一個(gè)像素執(zhí)行該過程以獲得擴(kuò)展圖像數(shù)據(jù)25。
為了對(duì)反色階映射應(yīng)用等式(7)的解，必須對(duì)參數(shù)a、 Lwhite、 La和幾何平均值Z:賦值。除非已知應(yīng)用了什么色階映射算子(如果有
的話)來獲得正在處理的低動(dòng)態(tài)范圍，否則這些參數(shù)是未知的。在根 據(jù)一些實(shí)施例的方法中，用戶可為這些參數(shù)設(shè)定值。在一些實(shí)施例中， 可自動(dòng)地設(shè)定或預(yù)定這些參數(shù)。在一些實(shí)施例中，自動(dòng)地將一些或所 有參數(shù)設(shè)定為初始值，并且用戶可從這些初始值改變參數(shù)值，如果需 要的話。
對(duì)z:賦值的 一種方法是使用被處理的低動(dòng)態(tài)范圍圖像的幾何平
均亮度。已發(fā)現(xiàn)相同場景的高和低動(dòng)態(tài)范圍圖像的幾何平均亮度典型 地非常相似(除非顯著地過度爆光低動(dòng)態(tài)范圍圖像或使其曝光不足)。 某些色階映射算子易于改變幾何平均亮度。在這樣的色階映射算子已
經(jīng)被用于產(chǎn)生原始圖像數(shù)據(jù)23的情況下，需要為z:使用被處理的低
動(dòng)態(tài)范圍圖像的幾何平均亮度的函數(shù)。可基于用于產(chǎn)生原始圖像數(shù)據(jù) 23的色階映射算子的知識(shí)選擇該函數(shù)，或經(jīng)驗(yàn)地確定該函數(shù)。
一種對(duì)參數(shù)Ld(x， y)賦值的方式是實(shí)現(xiàn)為，Ld是被處理的低 動(dòng)態(tài)范圍圖像的亮度。
+ Z^(W)(1 - 、(x,'v))- 4(x'、v)= 0
+ - L,(x.,氛M- = 0 (7)。參數(shù)a的含義是有些難以確定。 因此，發(fā)明人優(yōu)選地將參數(shù)L目x，定義為
厶/ = Avfete丄w (8)
Uax，是反色階映射圖像中預(yù)期的最大亮度值。Lwhite影響原始低 亮度值和中間亮度值的擴(kuò)展。如果Lwhite非常高，則那些值被映射為 非常低的亮度值。如果Lwhite非常低，則反色階映射圖像的亮度值將 與由因數(shù)L^x，縮放的原始低動(dòng)態(tài)范圍圖像的亮度值相似。在典型的 應(yīng)用中，設(shè)定Lwhite和L^x，使其具有相等的值或相同量級(jí)的值易于產(chǎn) 生合理的結(jié)果。
塊26中應(yīng)用的擴(kuò)展函數(shù)可產(chǎn)生不是完全可接受的擴(kuò)展圖像。如 果擴(kuò)展函數(shù)產(chǎn)生高的輸出亮度值，則得到的圖像會(huì)在外觀上"濃淡不
均(blocky)，，。
方法20通過根據(jù)塊28中產(chǎn)生的擴(kuò)展映射29將擴(kuò)展圖像25與原 始圖像23組合獲得輸出圖像33。擴(kuò)展映射29識(shí)別原始圖像23的較 高亮度和較低亮度區(qū)。使用擴(kuò)展映射29,方法20使輸出圖像33更多 地基于較高亮度區(qū)中的擴(kuò)展圖像25，使輸出圖像33更多地基于較低 亮度區(qū)中的原始圖像23。塊28可使用用于評(píng)價(jià)像素所屬的區(qū)的亮度 水平的任何合適的方法。例如，塊28可計(jì)算每一個(gè)像素所屬的區(qū)中 的像素的平均亮度或加權(quán)的平均亮度。擴(kuò)展映射29包括與每個(gè)像素 相關(guān)聯(lián)的權(quán)重。這些權(quán)重指示原始圖像23和擴(kuò)展圖像25對(duì)增強(qiáng)的圖 像33中該像素的值起作用的相對(duì)程度。
在示例性實(shí)施例中，塊28在塊28A中應(yīng)用中位數(shù)切割算法。例 如,在"A median cut algorithm for light probe sampling", Debevec， P.， ACM Siggraph 2005 posters (2005)中描述了該中位數(shù)切割算法。該中 位數(shù)切割算法識(shí)別聚集在圖像中的高亮度區(qū)附近的一組點(diǎn)光源。在一 些實(shí)施例中，在像素附近的這種光源的數(shù)量和強(qiáng)度用于創(chuàng)建擴(kuò)展映射 29。
中位數(shù)切割算法將圖像分割為2°個(gè)光能相似的區(qū)域?？赏ㄟ^沿最長的維度再劃分圖像來識(shí)別這些區(qū)，使得亮度在所得到的區(qū)域之間 均等地分配。對(duì)得到的區(qū)域重復(fù)該處理。光源被放置在2n個(gè)區(qū)域的每 一個(gè)的質(zhì)心處，這2n個(gè)區(qū)域是通過對(duì)將圖像劃分為多個(gè)區(qū)域的處理迭
代n次獲得的。每個(gè)光源的顏色被設(shè)定為該區(qū)域上的平均值(例如，
所述顏色可被設(shè)定為等于該區(qū)域內(nèi)的像素值的和)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，n至少為9 (對(duì)應(yīng)于512個(gè)光源)。 在一些實(shí)施例中，n為10或更多。
在一些應(yīng)用中，點(diǎn)光源可存儲(chǔ)在包括2D樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，以輔 助可在創(chuàng)建擴(kuò)展映射29時(shí)執(zhí)行的最近相鄰光源的搜索。
原始圖像2 3被用于識(shí)別較高和較低亮度區(qū)不是強(qiáng)制性的。較高 和較低亮度區(qū)的分布在原始圖像數(shù)據(jù)23和擴(kuò)展圖像數(shù)據(jù)25中將是相 似的?？蓪?duì)擴(kuò)展圖像數(shù)據(jù)25執(zhí)行中位值切割算法。
一種從通過在塊28A中執(zhí)行的中位數(shù)切割算法識(shí)別的光源獲得 一組權(quán)重的方法是為每個(gè)像素(x， y)確定像素周圍的區(qū)內(nèi)的光源的 密度。該區(qū)可方便地包括例如具有某個(gè)半徑r的圓形區(qū)。也可使用其 它區(qū)形狀。"Pattern Classification 2nd Edition", Duda et al" Wiley Interscience (2001 )中描述了密度估計(jì)。
可使用基本公式進(jìn)行密度估算 厶 p
其中，A是密度；X是圖像的位置(x， y) ; Yp是點(diǎn)p處的光 源的亮度值；以及P是對(duì)應(yīng)于由中位數(shù)切割算法識(shí)別的光源的區(qū)(在 該例子中是半徑為r并以X為中心的圓)內(nèi)的一組點(diǎn)。
可以多種方式改進(jìn)密度估算，包括
對(duì)中位數(shù)切割算法迭代，以獲得較大量的光源(即，使n較大)； 對(duì)密度估計(jì)的結(jié)果應(yīng)用平滑濾波；
在向像素分配非零密度A之前，要求至少閾值數(shù)量的光源(例 如，在存在1024個(gè)或更多光源的情況下，n=10，閾值可以是4或更 大，在一些情況下為4-6個(gè)光源)在該像素的影響區(qū)域內(nèi)(例如，在
12像素的半徑r的范圍內(nèi))。
平滑濾波可包括高斯平滑濾波。例如，原形實(shí)施例應(yīng)用由核心的 權(quán)重限定的高斯濾波，所述核心的權(quán)重由下式給出
其中，『/是核心；y和(3是參數(shù)。例如在"Convenient Anti-Aliasing
Filters that Minimize Bumpy Sampling"，Pavidc， Morgan Kaufmann, (1990)中描述了該濾波。y和p的示例值為y=0.918和p=1.953。該濾 波被歸一化，并且當(dāng)如上所述計(jì)算密度估計(jì)時(shí)通過由『/縮放亮度而被
應(yīng)用。可見，該濾波對(duì)離像素較近的光源分配的權(quán)重比對(duì)離該像素較 遠(yuǎn)的光源分配的權(quán)重要重。
在塊30中，使用擴(kuò)展映射29來組合原始數(shù)據(jù)23和擴(kuò)展的數(shù)據(jù) 25,以產(chǎn)生增強(qiáng)的數(shù)據(jù)33。在示例性例子中，擴(kuò)展映射29為每一個(gè) 像素提供了范圍[O， l]內(nèi)的值。該值可用作在原始數(shù)據(jù)23和擴(kuò)展的數(shù) 據(jù)25之間進(jìn)行線性內(nèi)插的權(quán)重。例如
其中，"^是位置(x， y)的像素的增強(qiáng)的數(shù)據(jù)33中的像素亮 度值；Lw是擴(kuò)展的數(shù)據(jù)25中的像素的亮度值；Ld是原始數(shù)據(jù)23中 的像素的亮度值；A是來自擴(kuò)展映射29的范圍[O，l內(nèi)的像素的權(quán)重。
塊30可選擇地以其它方式組合原始數(shù)據(jù)23和擴(kuò)展數(shù)據(jù)25。例 如，可非線性地進(jìn)行內(nèi)插。
例如，可應(yīng)用此處描述的方法來增強(qiáng)數(shù)字靜止圖像或視頻圖像的 動(dòng)態(tài)范圍。如塊34中所示，可以保存增強(qiáng)的數(shù)據(jù)33，或如塊36所示 在顯示器上顯示增強(qiáng)的數(shù)據(jù)33。
參照等式(6)和(7)在上面描述的反色階映射算子具有方法 20以外的應(yīng)用。例如，可直接應(yīng)用反色階映射算子以增加視頻中的幀 的動(dòng)態(tài)范圍。在這樣的實(shí)施例中，視頻每幀的圖像都可由反色階映射算子處理，以獲得擴(kuò)展的幀。該擴(kuò)展的幀可被存儲(chǔ)和/或重放，以提供 動(dòng)態(tài)范圍高于原始視頻的動(dòng)態(tài)范圍的視頻。
典型的圖像包含成百上千個(gè)像素，更典型地，數(shù)百萬個(gè)像素。此 處描述的方法使用自動(dòng)設(shè)備執(zhí)行，諸如專用硬件和/或編程的計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)。
圖2示意地示出了用于從原始圖像數(shù)據(jù)23產(chǎn)生具有擴(kuò)展的動(dòng)態(tài) 范圍的圖像的設(shè)備40。設(shè)備40包括處理原始數(shù)據(jù)23以產(chǎn)生擴(kuò)展的數(shù) 據(jù)25的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展器44。在一些實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展器44包 括軟件模塊，其取原始圖像數(shù)據(jù)23并向原始圖像數(shù)據(jù)23的每一個(gè)亮 度值應(yīng)用動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展函數(shù)以產(chǎn)生擴(kuò)展的數(shù)據(jù)25。
設(shè)備40包括處理原始圖像數(shù)據(jù)23 (或可選地，擴(kuò)展的數(shù)據(jù)25) 以產(chǎn)生擴(kuò)展映射29的亮度分布分析器46。亮度分布分析器46確定原 始圖像數(shù)據(jù)23中的像素屬于由原始圖像數(shù)據(jù)23表示的圖像的高亮度 和低亮度區(qū)的程度。
組合器48將原始圖像數(shù)據(jù)23和擴(kuò)展的數(shù)據(jù)25組合以產(chǎn)生增強(qiáng) 的數(shù)據(jù)33。增強(qiáng)的數(shù)據(jù)33的每個(gè)像素基于原始圖像數(shù)據(jù)23和擴(kuò)展的 數(shù)據(jù)25的對(duì)應(yīng)像素的值的相對(duì)程度取決于擴(kuò)展映射29中的對(duì)應(yīng)像素 的值。
動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展器44、亮度分布分析器46和組合器48各自可包 括硬件模塊、硬件和軟件的組合或可配置的硬件，諸如一個(gè)或多個(gè)適 當(dāng)配置的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。在一些實(shí)施例中，設(shè)備40設(shè) 置在能夠顯示靜止和/或視頻圖像的高動(dòng)態(tài)范圍電子顯示系統(tǒng)中。在這 樣的實(shí)施例中，可激活設(shè)備40以增強(qiáng)其動(dòng)態(tài)范圍低于顯示系統(tǒng)能夠 再現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍的遺留圖像和/或視頻圖像。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備50。設(shè)備50具有 允許用戶控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器54中的參數(shù)31的值的用戶接口 52。參數(shù) 31控制動(dòng)態(tài)范圍增加系統(tǒng)56的操作，其處理原始圖像數(shù)據(jù)23以獲得 此處所述的增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)33。在由高動(dòng)態(tài)范圍顯示驅(qū)動(dòng)器58控制 的顯示器60上顯示增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)33。在示例性的實(shí)施例中，用戶可在顯示在顯示器60上的圖像上看到特定的一組參數(shù)31的效果，并 且然后通過用戶接口 52改變一個(gè)或多個(gè)參數(shù)31的值，以達(dá)到想要的 圖像外觀。然后，用戶可保存增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)33，以便稍后在顯示器 60或其它高動(dòng)態(tài)范圍顯示器上顯示。
本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)包括計(jì)算機(jī)處理器，其執(zhí)行使處理器執(zhí)行本發(fā) 明的方法的軟件指令。例如，圖像處理或圖像顯示系統(tǒng)中的一個(gè)或多 個(gè)處理器可通過執(zhí)行可由處理器訪問的程序存儲(chǔ)器中的軟件指令來 實(shí)現(xiàn)圖l的方法。也可以將本發(fā)明設(shè)置為程序產(chǎn)品的形式。程序產(chǎn)品 可包括攜帶有一組計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)的任何介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀信號(hào) 包括當(dāng)由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時(shí)，使數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行本發(fā)明的方法的指 令。根據(jù)本發(fā)明的程序產(chǎn)品可以是各種形式。程序產(chǎn)品可包括例如物 理介質(zhì)例如，諸如包括軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)的磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)；包括 CDROM、 DVD的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)；包括ROM、閃速RAM等的 電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。程序產(chǎn)品上的計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)可選擇地被壓縮和 加密。
在上面提到元件(例如，軟件模塊、處理器、組件、裝置、電路 等)時(shí)，除非另有指示，對(duì)元件的引用(包括對(duì)"裝置，，的引用)應(yīng)理 解為包括作為該元件的等價(jià)物的執(zhí)行所描述的元件的功能的任何元 件(即，功能上等價(jià))，包括結(jié)構(gòu)上與執(zhí)行本發(fā)明的所示出的示例性 實(shí)施例的功能的公開的結(jié)構(gòu)不結(jié)構(gòu)等價(jià)的元件。
盡管已在上面描述了多個(gè)方面和實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí) 到其某些修改、替代、增加和子組合。例如
本發(fā)明的應(yīng)用不限于表示圖像數(shù)據(jù)的任何具體格式或任何具體 的色空間。盡管處理亮度值，但原始圖像數(shù)據(jù)23或增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù) 33不一定是LUV或明確表示亮度值的其它格式。本發(fā)明可以以包含 可推導(dǎo)出亮度值的信息的其它圖像格式實(shí)施。例如，在圖像數(shù)據(jù)被表 示為RGB格式的情況下，可通過應(yīng)用等式(2)、或從圖像的各個(gè)顏 色的值產(chǎn)生與亮度相關(guān)的值的其它合適的關(guān)系來導(dǎo)出亮度值。
因此，下面所附權(quán)利要求和下文中引進(jìn)的權(quán)利要求應(yīng)理解為包括 在它們的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的修改、替代、增加和子組合。
權(quán)利要求
1.一種用于增加表示圖像的原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的方法，該方法以任意順序包括應(yīng)用擴(kuò)展函數(shù)以從原始圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生其動(dòng)態(tài)范圍大于原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展的數(shù)據(jù)；以及獲得擴(kuò)展映射，其包括表示與圖像中的像素相關(guān)聯(lián)的區(qū)域的亮度程度的數(shù)據(jù)；以及根據(jù)所述擴(kuò)展映射組合原始圖像數(shù)據(jù)和擴(kuò)展的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲得擴(kuò)展映射包括對(duì)表 示所述圖像的數(shù)據(jù)執(zhí)行中位值切割算法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，表示所述圖像的數(shù)據(jù)包 括所述原始圖像數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，表示所迷圖像的數(shù)據(jù)包 括所述擴(kuò)展的數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，獲得所 述擴(kuò)展映射包括在與所述像素相關(guān)聯(lián)的區(qū)域中估計(jì)通過中位值切割 算法識(shí)別的光源的密度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，與所述像素相關(guān)聯(lián)的區(qū) 域包括以所述像素為中心的圓形區(qū)域。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述圓形區(qū)域的半徑在10到20個(gè)l象素范圍內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，估計(jì)所述 密度包括根據(jù)平滑函數(shù)對(duì)光源加權(quán)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述平滑函數(shù)包括計(jì)算 一個(gè)負(fù)值的指數(shù)，其是所述光源距所述像素的距離的函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，估計(jì)像素 的密度包括根據(jù)光源距該像素的距離對(duì)光源加權(quán)，離所述像素較近的 光源比離所述像素較遠(yuǎn)的光源被賦予更重的權(quán)重。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的方法，包括執(zhí)行中位值 切割算法，以獲得至少2n個(gè)光源，其中n至少為9。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括如果在與所述像素相 關(guān)聯(lián)的區(qū)域中不存在至少閾值數(shù)量的光源，則將擴(kuò)展映射中的像素值 設(shè)定為預(yù)定值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述閾值至少為4。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所示閾值在從4到6的 范圍內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，應(yīng)用所 述擴(kuò)展函數(shù)包括應(yīng)用反色階映射算子。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，應(yīng)用所 述擴(kuò)展函數(shù)包括線性縮放所述原始圖像數(shù)據(jù)的像素亮度值。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，應(yīng)用所 述擴(kuò)展函數(shù)包括非線性縮放所述原始圖像數(shù)據(jù)的像素亮度值。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，應(yīng)用所 述擴(kuò)展函數(shù)包括在以下二次等式或其數(shù)學(xué)等價(jià)式中求解Lw:其中(x、 Lwhite、和i:是參數(shù)，并且La是對(duì)應(yīng)于原始圖像數(shù)據(jù)中的像素的亮度值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求is所述的方法，包括將z:設(shè)定為等于原始圖像數(shù)據(jù)的幾何平均亮度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，包括將Z;和LwhKe設(shè)定 為相同量級(jí)大小的值。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，組合所 述原始圖像數(shù)據(jù)和擴(kuò)展的數(shù)據(jù)包括計(jì)算原始圖像數(shù)據(jù)和擴(kuò)展的數(shù)據(jù) 的像素亮度值的加權(quán)平均，其中權(quán)重值是根據(jù)擴(kuò)展映射確定的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，組合所 述原始圖像數(shù)據(jù)和擴(kuò)展的數(shù)據(jù)包括內(nèi)插原始圖像數(shù)據(jù)和擴(kuò)展的數(shù)據(jù) 的像素亮度值，其中權(quán)重值是根據(jù)擴(kuò)展映射確定的。
23. —種用于擴(kuò)展原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的設(shè)備，該設(shè)備包括 動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展器，連接以接收原始圖像數(shù)據(jù)和輸出動(dòng)態(tài)范圍大于該原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展數(shù)據(jù)；亮度分布分析器，被配置為產(chǎn)生表示與所述原始圖像數(shù)據(jù)的圖像 中的像素相關(guān)聯(lián)的區(qū)域的亮度的擴(kuò)展映射；圖像組合器，被配置為根據(jù)所述擴(kuò)展映射將所述原始圖像數(shù)據(jù)與 來自動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)組合，以產(chǎn)生增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，所述亮度分布分析器 被配置為執(zhí)行中位值切割算法。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，所述亮度分布分析器 被配置為通過應(yīng)用所述中位值切割算法產(chǎn)生至少512個(gè)光源。
26. —種用于增強(qiáng)原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的方法，該方法包括 根據(jù)由下式或其數(shù)學(xué)等價(jià)式給出的反色階映射算子處理所述原始圖 像數(shù)據(jù)的像素的亮度值^^^ZiGv,.)— f (1— L,(x，力)Lw(w)— 0其中a、 Uhite和Z:是參數(shù)并且Ld是對(duì)應(yīng)于所述原始圖像數(shù)據(jù)中 的像素的亮度值。
全文摘要
一種用于增加表示圖像的原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的方法包括應(yīng)用擴(kuò)展函數(shù)，以從原始圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)范圍大于原始圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展數(shù)據(jù)；獲得擴(kuò)展映射，包括表示與圖像中的像素相關(guān)聯(lián)的區(qū)域的亮度程度的數(shù)據(jù)。然后，該方法根據(jù)擴(kuò)展映射組合原始圖像數(shù)據(jù)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)。一種用于增加圖像數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍的設(shè)備包括產(chǎn)生擴(kuò)展數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展器；產(chǎn)生擴(kuò)展映射的亮度分析器；以及根據(jù)擴(kuò)展映射提供的可變權(quán)重將原始與擴(kuò)展數(shù)據(jù)組合的組合器。
文檔編號(hào)H04N1/56GK101595719SQ200780044149
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者A·查默斯, F·班特勒, K·德巴蒂斯塔, P·萊達(dá) 申請(qǐng)人:杜比實(shí)驗(yàn)室特許公司