基于阶调映射的高动态范围图像纸媒再现研究

赵 洋 导师： 李效周

高动态范围(high dynamic range，HDR)图像由于亮度范围大，细节层次丰富，比普通图像能更好地记录和展现真实场景的明暗细节，已广泛应用于医疗图像、航空遥感、虚拟现实、跨媒体出版等领域中。但是其动态范围较现有显示媒介有较大差异，在获取、显示及输出上，无法直接再现于低动态范围媒介，特别是纸媒介，这给HDR图像的常规应用特别是印刷再现带来了巨大挑战。

本研究从色适应角度提出用于数字印刷的HDR图像再现思路，首先测试了不同纸媒的基本光学属性，即白度、不透明度、色度等参数。结合印刷品网目阶调，通过回归法对纸媒的光学属性与印刷阶调、色彩再现之间的关系进行了数理统计分析，获得纸媒光学属性与印刷品网点密度和色度之间的关系(Paper Medium Properties to Printed Dot Density and Colorimetric Coordinates，PMP-PDDC)；根据测试结果建立了纸媒动态范围与HDR图像的动态范围的对应关系，并依据此关系建立了多级阶调映射模型(Multi-Level Tone Mapping Model， MTMM)，提出了一种亮度可控和细节补偿修正的多级阶调映射技术。结合HDR图像与纸媒介的动态范围特性，确定基础层压缩系数和细节层补偿系数的阈值，对HDR图像进行映射处理，保持不同阶调分区内原有场景等关键特征的视觉感知；最后，根据PMP-PDDC和MTMM，采用CANON IPF8300 数字喷墨印刷机实现HDR图像的数字印刷再现，采用标准HDR图像进行输出测试，主要运用主客观评价的方法进行印刷再现质量评价。

实验表明，采用纸媒属性白度为107.60%，不透明度为97.58%的时候，纸张再现图像具有更好的阶调范围、细致的层次表现、更大的色域和更逼真的色彩效果。根据MTMM采用3级阶调映射和3个不同的细节参数处理HDR图像，能够获得更精确的映射结果，保持更多的图像细节。

本文依据纸媒介属性所提出的方法具有较好的印刷再现感知结果，保持了更多的细节信息，建立多级阶调映射算法模型。实验结果也表明了亮度可控和细节补偿修正的多级阶调映射技术的有效性，并实现了数字印刷纸媒最佳的再现效果。论文结果对HDR图像的跨媒体再现具有重要的理论指导意义，有助于解决数字印刷媒介难以再现 HDR图像细节信息的难题，为 HDR 图像的跨媒体传播奠定了理论和技术基础。