高动态范围图像显示与压缩方法研究

论文摘要

在高动态范围图像中,原始图像辐射度数据的动态范围远大于显示设备的响应动态范围。高动态范围图像在全局照明、真实感绘制、遥感图像、数字相机等领域具有较好的应用前景。本文对高动态范围图像的显示与压缩方法进行研究,提出了一个基于亮度局部适应性的高动态范围图像的显示方法和基于JPEG2000高动态范围图像压缩方法。高动态范围图像的显示方法是将真实场景的高动态范围图像(HDRI, High Dynamic Range Image)的动态范围压缩生成可供显示设备显示低动态范围图像(LDRI, Low Dynamic Range Image)。在高动态范围环境中,人眼依靠局部适应性也能够观察到细节变化。本文提出了一个基于区域信息的局部适应亮度计算方法来模拟局部适应性。使用区域生长法对图像进行分割,然后采用基于区域的双边滤波技术来计算每一像素的局部适应亮度,再联合色调映射算子获得可显示的低动态范围图像。为便于高动态范围图像的存储和网络传输,本文提出了一个高动态范围静态图像的压缩方法。该方法对JPEG2000压缩标准进行定制和扩展。首先,应用于高动态范围图像显示的色阶映射技术,通过可变基底的对数映射函数对图像像素的32位浮点格式的辐射度值进行变换,进行量化处理至为JPEG2000标准的实现所接受数据格式,然后对其进行5级离散小波变换,最后再对系数进行编码。实验结果显示,本文显示方法输出的低动态范围图像避免了光晕,同时较好地保持了细节。对色阶重建算子进行修改所获得对图像像素的32位浮点格式的辐射度值进行变换的方法也可对图像的暗区部分获得了较好的可视性和细节。另外本文基于JPEG2000的高动态范围图像压缩方法对图像的压缩比达到18时,仍能保持较好的主观质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高动态范围图像简介
• 1.1.1 高动态范围图像的获取
• 1.1.2 高动态范围图像像素的编码格式
• 1.2 色调映射简介
• 1.3 高动态范围图像研究现状与应用
• 1.3.1 高动态范围图像的显示与压缩研究现状
• 1.3.2 高动态范围图像的应用
• 1.4 本文研究课题
• 1.4.1 论文范围与课题意义
• 1.4.2 本文主要工作
• 1.4.3 内容组织
• 第二章 高动态范围图像显示方法研究
• 2.1 高动态范围图像的色调映射的目的
• 2.2 局部适应亮度计算方法
• 2.2.1 图像分割概述
• 2.2.2 基于迭代的区域生长的图像分割方法
• 2.2.3 基于区域的双边滤波
• 2.3 色调映射
• 2.3.1 T-R 映射算子原理
• 2.3.2 T-R 映射算子算法描述
• 2.4 实验结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 图像压缩及JPEG2000 原理研究
• 3.1 问题引入
• 3.2 图像压缩编码方法概述
• 3.2.1 图像压缩编码过程
• 3.2.2 图像编码算法分类
• 3.3 JPEG 系列标准简介
• 3.3.1 JPEG 标准简介
• 3.3.2 JPEG2000 标准简介
• 3.4 JPEG2000 主要技术基础
• 3.4.1 预处理
• 3.4.2 小波变换
• 3.4.3 小波变换系数编码方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于JPEG2000 的高动态范围图像压缩方法
• 4.1 问题引入
• 4.2 辐射度图像像素数据格式变换
• 4.2.1 对数映射原理
• 4.2.2 辐射度像素的数据格式变换
• 4.3 预处理
• 4.4 小波变换
• 4.5 JPEG2000 的小波系数的量化
• 4.6 JPEG2000 的熵编码
• 4.7 JPEG2000 的码流组织
• 4.8 实验结果及分析
• 4.8.1 实验步骤与结果
• 4.8.2 数据格式变换误差分析
• 4.9 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文