高动态范围图像压缩方法研究及其读取器的实现

摘要

高动态范围图像（HighDynamicRangeImage，HDRI）层次丰富，具有比传统图片更逼真的光影效果，在诸多领域具有广阔的应用前景。虽然具有较高动态范围的显示设备相继被研发，但显示设备可显示的亮度范围依然有限，为了解决HDRI与显示设备动态范围不相匹配的矛盾，通过色调映射算法(ToneMappingalgorithm)来压缩高动态范围图像亮度范围以适应于低动态范围显示设备的方法被提出。
　　首先，研究了高动态范围的基本理论以及当下主流的高动态范围图像色调映射算法;其次，重点研究典型的高动态范围图像文件--RadianceRGBE格式，研究如何通过文件指针读取其有用信息后进行颜色空间转换，然后得到RadianceRGBE格式文件中的亮度值等关键信息;最后，编程实现自适应对数映射(AdaptiveLogarithmicMapping)色调映射算法对高动态范围图像中的亮度信息进行压缩，以适应低动态范围的显示设备;对算法公式进行了优化，以提高运算效率;将压缩后的有效信息通过图像空间变换重新构造bmp格式的图像在普通显示设备上显示出来，公开了主要函数的核心代码。
　　实验结果表明，压缩后的高动态范围图像能够重现黑暗区域与高亮度区域的图像细节，显示效果优于未进行压缩的高动态范围图像，同时，通过构造直方图对压缩前后的亮度范围进行比较，压缩后的动态范围更为集中，所有像素的亮度值被压缩在可显示的范围之内，同时保留了一定的图像对比度。

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 HDR图像的应用

1．4 本文主要工作

1．5 本文的结构

第2章 课题相关理论及技术基础

2．1 引言

2．2 人类视觉系统

2．3 高动态范围图像

2．3．1 色调映射算法综述

2．3．2 色调映射算法的分类

2．3．3 空域不变算法

2．3．4 空域相关算法

2．3．5 混合算法

2．4 算法比较

2．5 小结

第3章 自适应对数色调映射算法

3．1 引言

3．2 自适应对数色调映射算法思想

3．3 自适应对数色调映射算法过程

3．4 伽马校验

3．5 小结

第4章 HDR图像读取器的设计与实现

4．1 高动态范围图像的获取

4．2 典型的高动态范围图像处理软件介绍

4．3 彩色图像空间

4．3．1 RGB颜色空间

4．3．2 YCbCr颜色空间

4．3．3 HIS颜色空间

4．3．4 HVS颜色空间

4．4 高动态范围图像的格式

4．4．1 Radiance RGBE Encoding格式

4．4．2 ILM Open EXR格式

4．4．3 Tiff格式

4．4．4 PFM格式

4．4．5 JPEG-HDR格式

4．4．6 几种高动态范围图像格式的比较

4．5 HDR图像读取器的设计过程

4．5．1 HDR图像读取器总体设计思路

4．5．2 详细设计过程

4．6 实验

4．6．1 实验环境

4．6．2 实验结果与结论

4．7 小结

结论

参考文献

致谢