HDR显示技术研究及算法实现

发布时间：2019-07-13 19:16

【摘要】：HDR(High Dynamic Range)图像具有高动态范围和高对比度,目前一般视频片源的动态范围都不高,且传统的显示器只能显示对比度动态范围1000:1。人眼所能感受的亮度范围约为10-3～106nit,所能感受的瞬时对比度范围可达10000:1。HDR技术能够实现0.01nit～1OOOnit的动态显示范围,使图像暗处更暗,亮处更亮,细节更强。HDR显示关键技术包括数字动态范围增强技术、局部调暗技术和峰值驱动技术。由于市场上大部分图像是SDR(Standard Dynamic Range),故本文设计了基于直方图均衡的算法,提升SDR图像的对比度,让SDR图像有接近HDR的表现效果。1.本文研究了多项提高对比度的技术,其中重点研究了直方图均衡技术。对直方图均衡提升对比度但容易过度增强的原因进行分析,为了保证画质,直方图均衡技术需要进行限制。2.为了提高数字图像的对比度并避免画质变差,本论文针对数字动态增强技术提出了一种使用两个调制因子的直方图均衡算法。直方图均衡化能够提高图像对比度,全局直方图均衡(GHE,Global histogram equalization)结构简单,但容易使图像过度增强而丢失细节,局部直方图均衡(LHE,Local histogram equalization)虽然可以凸显细节但是需要逐一对每个点计算映射函数,为此文章提出了一种结合全局与局部直方图均衡的算法。算法在全局仅使用一个由传统全局直方图均衡化得来的映射函数,之后将图像分成多个分区,并定义分区局部限制参数和点判决因子,分别体现局部信息量和局部平坦度,结合这两个局部调制因子对每个点的映射进行调制。算法使用双线性插值,对分区局部限制参数进行平滑。为了评估算法的效果,本文使用了绝对平均亮度差和离散熵。评估结果是本算法有较好的保持平均亮度的能力且能提高数据的离散熵,可以提高对比度而避免图像劣化。3.为了将算法实现在实时系统中,论文对算法进行了硬件化设计并移植到了FPGA(Field programmable gate array)中实现。实现结果表明,相比全局直方图均衡,其增强效果更好,适应性更强,相比局部直方图均衡,使用资源更少。通过算法设计和FPGA实现,本文成功将低动态范围图像快速实时地转换为了高动态范围图像,使一般视频片源也能有接近HDR片源的表现效果。
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图片说明： 北京交通大学硕士专业学位论文逦引言逡逑个规格并向着这个规格进行改善，比如ＤｅＨａａｎＧ提出的直接黑白拉伸的方法逡逑Ｗ］。间接法则是充分利用未使用的动态范围，并不特地定义一个对比度。大部分逡逑采用间接法。而间接法也好几种方法，比如将图像分为高频低频之后进行诸如滤逡逑波的操作，还有直方图修正技术，基于变换的技术等。目前直方图修改技术受到逡逑最多关注。逡逑图像直方图是一种图像处理中的一种常用的统计手段，它表示了图像各个灰逡逑度所占有的像素数量或比例。它反映了灰度的集中或分散情况，能很直观的表现逡逑一幅图的动态范围大小。如果直方图中出现了大部分像素都集中在有限几个灰度逡逑的峰附近，表明图像的动态范围小，对比度低，在数学上表现为直方图的标准差逡逑小，反之，若各灰度的占有率比较平均，则表明动态范围大，对比度高，直方图逡逑标准差大。但这并不代表平均的频数分布就是好的，由于每副图像的情况不一逡逑样，，需要在拓宽其动态范围的同时对其原本的特征进行有选择的放大或抑制。逡逑
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图片说明：a)为原图，b)为处理后图
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41

【参考文献】

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本文编号：2514218