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[数据结构与算法]一种简单的图像LDR->HDR算法

算法比较简单,尽量简单说。

文章:Fully-automatic inverse tone mapping algorithm based on dynamic mid-level tone mapping

(发的其实是比较水的期刊,可以看作一个启发吧)

目录

Part 1 原理

Part 2 参数自动化

个人的实验结果

其它的一些思考


Part 1 原理

首先,用到的ITM函数为:

L是LDR图像的亮度,Lw是输出的HDR图像亮度,取决于显示器和图像本身(不是每个图像中的最亮值都要映射到显示器的最亮值。abcd都是参数,这个函数画出来像下面这样

参数 a 和 d 允许分别控制曲线的所谓脚趾(对比度)和肩部(扩展速度)的形状。

参数 mi 和 mo 充当曲线的锚点,并分别表示为输入 ILDR 定义的中间灰度值和输出 IHDR 中的预期中间灰度值。中间灰度值是感觉上大约介于黑白和亮度等级之间的色调。这些参数可用于控制 IHDR 的整体亮度。为此,参数 mi 设置为为 ILDR 预定义的中间灰度(例如 0.214 用于 RGB 线性 LDR 图像),mo 调整为 IHDR 中所需的中间灰度值。在实践中,这个操作可以看作是中级映射。 mo 值越低,IHDR 越暗,值越高越亮。

考虑以下约束:f (mi) = mo 和 f (1) = Lw,max。参数?b 和 c 可以计算如下:

上面的约束意味着mi 应该不等于 0(完全黑框)和 1(完全白框)

另外,上面的式子仅仅用于亮度通道。至于颜色,提出了一个“通过保留红色、绿色和蓝色通道之间的比率来重建彩色图像”的方法:

其中 CLDR 和 CHDR 分别表示 LDR 图像和 HDR 图像的颜色通道值(红色、绿色、蓝色)。参数 s 是色彩饱和度参数,可以补偿亮度扩展操作期间的饱和度损失。通过固定饱和度 (s)、对比度 (a) 和扩展速度 (d),可以使用等式 (1)-(4) 轻松执行 ILDR 的扩展操作。另外,参数mo可以在不影响其中间色调的情况下更改生成的 HDR 图像的峰值亮度。

Part 2 参数自动化

首先计算了图像的上述统计数据。?

其中

这里其实a和d设置为1.25和4.0,s为1.25,Lwmax=0.67。主要研究m0如何设置。

实际上使用的是基于机器学习的方法,用了一个多线性回归。即,从上面的这些统计数据中学习其和m0的关系。

最终得到的模型为:

?通过以上的这些方程就可以进行LDR->HDR视频的重建了。

这是给出的一些实验结果,可以看出,这个色调映射没有过分提高图像的亮度,但是也拉伸了局部的地必读。图像亮部的亮度也上去了。后面我会补充一些自己的实验结果。

个人的实验结果

==============================更新:实验结果==============================

上面是原图,下面是RTM图像。

这里贴的图是直接用opencv的imshow看的,它的原理应该是将整个图像normalization到0~1中间再来看,这和实际的hdr图像观感差很多(实际没有这么暗)。这里也没有办法通过截图的方法展示效果,因为截图软件会将没有办法显示的动态范围给压缩,但是可以看出来思路整体是对的。

(吐槽一下文中给的默认参数Lw=0.67实际上不会提高图像的动态范围,我将这个值提高到3.5左右,才能得到效果比较好的HDR效果。

想要看HDR图像,你得需要一台HDR显示器,将图像保存为.exr格式,然后使用支持查看HDR图像的软件打开。

后面还会给出两张手机拍摄的HDR图像的对比,但是受限于手机相机的宽容度,实际观感也会有差,很难体会到HDR图像的高光冲击力。

?

当然,因为RTM过程并没有给原来的图像添加信息,所以如果说原来的图像完全就死白或者死黑,那怎么做RTM也是没有用的。

上图是在HDR设备上打开的效果,左边是HDR图像,右边是SDR图像。受限于手机的宽容度,实际上也没有办法拍出来左边图像的高光冲击力。但是可以看出来的是,左边的图像的云层层次感更加分明,细节也更多。

========================================================================

其它的一些思考

在这个global的方法中,其实也有一些drawback

比方说,它并不判断那里是光源,比方上面第三张图中的海浪的浪花,它虽然很白,但是并不应该具有很高的亮度。但是在RTM图像中,并没有考虑到这个,它赋予了这个浪花很高的luminance,稍微有一些突兀。

另外,由于不知名的原因:可能是对数域的计算,造成了一些锐度和细节的丢失。

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加:2022-03-03 16:39:43  更:2022-03-03 16:44:44 
 
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