CN112449169A - 色调映射的方法和装置 - Google Patents

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CN112449169A CN202110115348.5A CN202110115348A CN112449169A CN 112449169 A CN112449169 A CN 112449169A CN 202110115348 A CN202110115348 A CN 202110115348A CN 112449169 A CN112449169 A CN 112449169A
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Abstract

本公开关于一种色调映射的方法和装置，所述方法包括：获取高动态范围视频的线性RGB数据；根据第一色调映射函数将所述高动态范围视频的线性RGB数据映射为非线性标准动态范围的RGB数据；根据标准动态范围的显示器的亮度特性对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据；其中，第一色调映射函数是基于ACES的编码标准来进行映射的，并且第一色调映射函数是通过基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整而得到的。

Description

色调映射的方法和装置
技术领域
本公开涉及视频技术领域，更具体地说，涉及一种色调映射的方法和装置。
背景技术
动态范围指人类视觉系统能够感知的可见光范围，也可以指显示器所能显示的可见光的动态范围。高动态范围（HDR）指比人类视觉系统所能接受可见光范围（EDR）高出14～15个数量级的动态范围。实际上人类视觉系统能够接受的可见光动态范围为高动态范围的一个子集。可将人类视觉动态范围称为狭义上的高动态范围。
消费级的显示器支持的动态范围一般为200～300
Figure 247578DEST_PATH_IMAGE001
或者
Figure 716736DEST_PATH_IMAGE002
，HDTV显示器支持的动态范围为300～1000
Figure 528834DEST_PATH_IMAGE002
。这些显示器的动态范围代表了一个低动态范围（LDR）或者标准动态范围（SDR）。随着EDR技术的发展，EDR拍摄设备（比如单反相机）和显示设备（比如杜比参考显示器）越来越多，随之而来的EDR视频（也即HDR视频）也不断增长。EDR视频通常的动态范围达1000
Figure 702327DEST_PATH_IMAGE002
～5000
Figure 650691DEST_PATH_IMAGE002
。为了后向兼容SDR显示设备，并获得较好的观感体验，需要高动态范围显示到低动态范围显示的管理技术。然而，在相关技术中，无法很好地处理EDR 视频亮度转移到SDR视频亮度的过程，容易出现亮度过曝，模糊等现象，导致HDR视频显示在SDR显示设备上的效果较差。
发明内容
本公开提供一种色调映射的方法和装置，以至少解决上述相关技术中的问题，也可不解决任何上述问题。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种色调映射的方法，包括：获取高动态范围视频的线性RGB数据；根据第一色调映射函数将所述高动态范围视频的线性RGB数据映射为非线性标准动态范围的RGB数据；根据标准动态范围的显示器的亮度特性对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据；其中，第一色调映射函数是基于ACES的编码标准来进行映射的，并且第一色调映射函数是通过基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整而得到的。
可选地，所述基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整，可包括：通过判断映射后的视频图像的曝光程度，对所述ACES的编码标准的色调映射函数中的参数c进行调整，并在所述ACES的编码标准的色调映射函数中添加尺度因子scale，以降低映射后的视频图像亮度过曝程度。
可选地，第一色调映射函数可被表示为：
Figure 553401DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 649533DEST_PATH_IMAGE004
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，
Figure 298820DEST_PATH_IMAGE005
表示线性RGB数据的归一化数据，
Figure 101691DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 178231DEST_PATH_IMAGE007
为色调映射函数参数，
Figure 761659DEST_PATH_IMAGE008
为所述尺度因子，其中，第一色调映射函数将所述ACES的编码标准的色调映射函数的参数c调低，并将
Figure 949058DEST_PATH_IMAGE009
设置为大于1。
可选地，第一色调映射函数可将所述ACES的编码标准的色调映射函数中的参数
Figure 872015DEST_PATH_IMAGE010
2.43调整为
Figure 181773DEST_PATH_IMAGE011
1.23，并将
Figure 190181DEST_PATH_IMAGE012
设置为
Figure 181270DEST_PATH_IMAGE013
1.3。
可选地，所述根据标准动态范围的显示器的亮度特性对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，可包括：基于所述显示器的亮度参数、所述高动态范围视频的最大亮度参数和所述非线性标准动态范围的RGB数据，获得第一调节因子；基于所述显示器的亮度参数和所述非线性标准动态范围的RGB数据，获得第二调节因子；基于第一调节因子和第二调节因子对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。
可选地，第一调节因子可用于根据所述显示器的亮度参数和所述高动态范围视频的最大亮度参数来在整体亮度方面对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节；第二调节因子可用于根据所述显示器的亮度参数来在亮度分布方面对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。
可选地，所述获得第一调节因子，可包括：根据下面的公式计算第一调节因子：
Figure 21050DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 436464DEST_PATH_IMAGE015
，其中，
Figure 666588DEST_PATH_IMAGE016
表示第一调节因子，
Figure 523685DEST_PATH_IMAGE017
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，m表示第一预定参数，
Figure 155655DEST_PATH_IMAGE018
表示所述显示器的亮度参数，
Figure 744899DEST_PATH_IMAGE019
表示所述高动态范围视频的最大亮度参数。
可选地，m可为2.4。
可选地，所述获得第二调节因子，可包括：根据下面的公式计算第二调节因子：
Figure 790216DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 123108DEST_PATH_IMAGE021
，其中，
Figure 609584DEST_PATH_IMAGE022
表示第二调节因子，
Figure 697626DEST_PATH_IMAGE023
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，n表示第二预定参数，
Figure 902342DEST_PATH_IMAGE018
表示所述显示器的亮度参数。
可选地，n可为2.0。
可选地，所述基于第一调节因子和第二调节因子对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节，可包括：将第一调节因子、第二调节因子和所述非线性标准动态范围的RGB数据三者相乘，从而获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种色调映射的装置，包括：获取单元，被配置为：获取高动态范围视频的线性RGB数据；映射单元，被配置为：根据第一色调映射函数将所述高动态范围视频的线性RGB数据映射为非线性标准动态范围的RGB数据；调整单元，被配置为：根据标准动态范围的显示器的亮度特性对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据；其中，第一色调映射函数是基于ACES的编码标准来进行映射的，并且第一色调映射函数是通过基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整而得到的。
可选地，所述基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整，可包括：通过判断映射后的视频图像的曝光程度，对所述ACES的编码标准的色调映射函数中的参数c进行调整，并在所述ACES的编码标准的色调映射函数中添加尺度因子scale，以降低映射后的视频图像亮度过曝程度。
可选地，第一色调映射函数可被表示为：
Figure 38926DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 442225DEST_PATH_IMAGE025
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，
Figure 635922DEST_PATH_IMAGE026
表示线性RGB数据的归一化数据，
Figure 327934DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 64946DEST_PATH_IMAGE007
为色调映射函数参数，
Figure 526014DEST_PATH_IMAGE008
为所述尺度因子，其中，第一色调映射函数将所述ACES的编码标准的色调映射函数的参数c调低，并将
Figure 893542DEST_PATH_IMAGE028
设置为大于1。
可选地，第一色调映射函数可将所述ACES的编码标准的色调映射函数中的参数
Figure 807271DEST_PATH_IMAGE010
2.43调整为
Figure 347974DEST_PATH_IMAGE010
1.23，并将
Figure 929128DEST_PATH_IMAGE008
设置为
Figure 264294DEST_PATH_IMAGE029
1.3。
可选地，调整单元可被配置为：基于所述显示器的亮度参数、所述高动态范围视频的最大亮度参数和所述非线性标准动态范围的RGB数据，获得第一调节因子；基于所述显示器的亮度参数和所述非线性标准动态范围的RGB数据，获得第二调节因子；基于第一调节因子和第二调节因子对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。
可选地，第一调节因子可用于根据所述显示器的亮度参数和所述高动态范围视频的最大亮度参数来在整体亮度方面对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节；第二调节因子可用于根据所述显示器的亮度参数来在亮度分布方面对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。
可选地，映射单元可被配置为：根据下面的公式计算第一调节因子：
Figure 930899DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 947397DEST_PATH_IMAGE031
，其中，
Figure 445374DEST_PATH_IMAGE016
表示第一调节因子，
Figure 886195DEST_PATH_IMAGE017
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，m表示第一预定参数，
Figure 40096DEST_PATH_IMAGE018
表示所述显示器的亮度参数，
Figure 860284DEST_PATH_IMAGE019
表示所述高动态范围视频的最大亮度参数。
可选地，m可为2.4。
可选地，映射单元可被配置为：根据下面的公式计算第二调节因子：
Figure 212768DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 93000DEST_PATH_IMAGE033
，其中，
Figure 530934DEST_PATH_IMAGE034
表示第二调节因子，
Figure 889234DEST_PATH_IMAGE023
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，n表示第二预定参数，
Figure 299487DEST_PATH_IMAGE018
表示所述显示器的亮度参数。
可选地，n可为2.0。
可选地，映射单元可被配置为：将第一调节因子、第二调节因子和所述非线性标准动态范围的RGB数据三者相乘，从而获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；至少一个存储计算机可执行指令的存储器，其中，所述计算机可执行指令在被所述至少一个处理器运行时，促使所述至少一个处理器执行根据本公开的色调映射的方法。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种存储指令的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述指令被至少一个处理器运行时，促使所述至少一个处理器执行根据本公开的色调映射的方法。
根据本公开实施例的第五方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令可由计算机设备的处理器执行以完成根据本公开的色调映射的方法。
本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
根据本公开的色调映射的方法和装置，可使用对ACES标准的色调映射函数进行改进后的色调映射函数进行色调映射，并基于将被显示的显示器的亮度特性对色调映射的结果进行调节，使得HDR 视频亮度转移到SDR视频亮度的过程中，避免亮度过曝，有效缓解过亮，改善图像明暗区域的亮度分布，使图像更具有层次感。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
图1是示出HDR视频显示到SDR显示器上的处理流程示意图。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的色调映射的方法的流程图。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的色调映射的方法的效果示意图。
图4是示出根据本公开的示例性实施例的色调映射的装置的框图。
图5是根据本公开的示例性实施例的电子设备500的框图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在此需要说明的是，在本公开中出现的“若干项之中的至少一项”均表示包含“该若干项中的任意一项”、“该若干项中的任意多项的组合”、“该若干项的全体”这三类并列的情况。例如“包括A和B之中的至少一个”即包括如下三种并列的情况：（1）包括A；（2）包括B；（3）包括A和B。又例如“执行步骤一和步骤二之中的至少一个”，即表示如下三种并列的情况：（1）执行步骤一；（2）执行步骤二；（3）执行步骤一和步骤二。
实际上一幅图像中的每一个像素通常有一个或者多个颜色分量组成。比如，一个亮度分量
Figure 85040DEST_PATH_IMAGE035
和两个色度分量
Figure 10271DEST_PATH_IMAGE036
，称之为YCbCr色彩空间；或者三个颜色分量R，G，B称之为RGB色彩空间。不同的色彩空间之间可以通过其所在的色域（比如BT2020色域，BT709色域）所规定的转换矩阵进行相互转换。像素中的每一个颜色分量值通常由
Figure 172262DEST_PATH_IMAGE037
比特精度来表示。在线性亮度编码中，如果一幅图像的比特精度
Figure 434092DEST_PATH_IMAGE038
，则认为该图像为一幅标准动态范围（SDR）图像（比如JPEG图像）；如果图像的比特精度
Figure 718443DEST_PATH_IMAGE039
，则认为该图像是一幅高动态范围（HDR）图像。一幅高动态范围图像也可能由16 bit的浮点型数据文件存储，比如OpenEXR文件。
当HDR图像（比特精度
Figure 68652DEST_PATH_IMAGE039
）想要在SDR显示器（比特精度
Figure 768755DEST_PATH_IMAGE040
）上时，由于SDR显示器的比特精度不够，因此，需要对HDR图像的颜色数据进行变换才能在SDR显示器上显示出来。然而，由于HDR图像与SDR图像的数据分布不同，所以如果直接对图像进行线性的归一化再显示，图像将很可能会一片灰白。因此，需要在变换的过程中执行色调映射（tonemapping）来调整图像的灰度，使得处理后的图像人眼看起来更加舒适，能更好的表达原图里的信息与特征。
目前，可使用ACES（Academy Color Encoding System，学院色彩编码系统）曲线执行色调映射处理。由于ACES色彩空间的广阔性，ACES非常适用于拥有较高工业标准的数字电影、高端广告的制作流程。但ACES曲线不能很好的处理HDR 视频亮度转移到SDR视频亮度的过程，出现亮度过曝，模糊等现象。为了解决这样的问题，本公开提出了一种新颖的色调映射方法和装置，具体地说，调节原ACES曲线的曲线特性，产生改进的ACES曲线，使用改进后的ACES曲线进行色调映射，并基于将被显示的显示器的亮度特性对色调映射的结果进行调节，使得HDR 视频亮度转移到SDR视频亮度的过程中，避免亮度过曝，有效缓解过亮，改善图像明暗区域的亮度分布，使图像更具有层次感。下面，将参照图1至图5来详细描述根据本公开的示例性实施例的色调映射的方法和装置。
图1是示出HDR视频显示到SDR显示器上的处理流程示意图。
参照图1，首先，可输入HDR视频。例如，HDR视频可以是，但不限于，HDR10视频。例如，HDR视频可包括，但不限于，H.265格式编码或者是AVI格式编码的HDR视频。
随后，可对输入的HDR视频进行解码。可采用视频解码器对输入的视频进行解码处理得到YUV数据，例如，可采用与视频编码格式对应的H.265解码器或者是AVI解码器。此时，解码处理得到的YUV数据是HDR形式的非线性YUV数据。
随后，可将非线性YUV数据转换成非线性RGB数据。例如，可采用BT2020色域标准对非线性YUV数据进行色彩空间的转换，即，采用BT2020 YUV到 RGB转换矩阵将非线性的BT2020 YUV数据转换为非线性的BT2020 RGB数据，归一化为（0～1）。
随后，可将非线性 RGB 数据转换为线性RGB数据。例如，可采用与SMPT2084所规定的OETF变换曲线所对应的逆OETF（即，EOFT）曲线来将非线性 RGB 数据转换为线性RGB数据。
人眼的视觉特性对于的自然界的可见光的响应是非线性的。人眼对于高亮区域的响应比较低，对于低亮度区域或者普通亮度区域响应比较高。通常会用类似log函数的响应曲线来表示人眼相对于自然光的响应特性。为了使得在显示器上显示的图像符合人眼的视觉响应特性，在制作HDR视频的时候通常会采用光电转换(OETF)函数将自然界的线性光进行处理，得到非线性光，以保留人眼所敏感的低亮度区域的细节，即视觉量化(PQ)。在显示设备上，会对非线形光进行电光转换(EOTF)处理，得到显示线形光并对此进行gamma调整以便进行显示。例如，SMPT2084所规定的OETF变换曲线，如下面的公式（1）所示。
Figure 888021DEST_PATH_IMAGE041
（1）
其中，
Figure 343273DEST_PATH_IMAGE042
表示线性RGB数据，
Figure 180779DEST_PATH_IMAGE043
表示非线性RGB数据，
Figure 684573DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 720662DEST_PATH_IMAGE045
可表示OETF变换曲线的参数，其中，
Figure 284498DEST_PATH_IMAGE046
=0.8359375
Figure 609300DEST_PATH_IMAGE047
=18.8515625
Figure 713523DEST_PATH_IMAGE048
=18.6875
Figure 827888DEST_PATH_IMAGE049
=0.1593017578125
Figure 562626DEST_PATH_IMAGE050
=78.84375。
因此，逆OETF曲线可被表示为下面的公式（2）所示：
Figure 171462DEST_PATH_IMAGE051
（2）
其中，
Figure 282638DEST_PATH_IMAGE042
表示非线性RGB数据，
Figure 231002DEST_PATH_IMAGE052
表示线性RGB数据。
Figure 136641DEST_PATH_IMAGE053
Figure 170456DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure 554164DEST_PATH_IMAGE055
与公式（1）相同。因此，可使用上述公式（2）来将非线性 RGB 数据转换为线性RGB数据。
随后，可对线性RGB数据进行色调映射处理，以获得非线性SDR RGB数据。例如，可使用ACES色调映射曲线对线性RGB数据进行变换。例如，ACES色调映射曲线可如下面的公式（3）所示：
Figure 622614DEST_PATH_IMAGE056
（3）
其中，
Figure 696225DEST_PATH_IMAGE057
表示输入的线性RGB数据，
Figure 155019DEST_PATH_IMAGE058
表示变换后得到的非线性SDR RGB数据，
Figure 342418DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 265375DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure 512817DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 521224DEST_PATH_IMAGE062
和
Figure 574630DEST_PATH_IMAGE007
为ACES曲线参数，
Figure 352094DEST_PATH_IMAGE063
2.51,
Figure 767507DEST_PATH_IMAGE064
0.03,
Figure 59948DEST_PATH_IMAGE010
2.43,
Figure 854729DEST_PATH_IMAGE065
0.59，
Figure 486698DEST_PATH_IMAGE066
0.14。然而，该ACES色调映射曲线不能很好地处理HDR视频亮度转移到SDR视频亮度的过程，出现过曝，模糊等现象。
因此，可根据本公开的色调映射的方法来执行对线性RGB数据的色调映射处理，从而解决上述问题。
随后，可对非线性SDR RGB数据执行色域变换处理，以获得SDR显示所对应的色域RGB数据，并执行渲染以在SDR显示器上显示图像。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的色调映射的方法的流程图。
参照图2，在步骤201，可获取高动态范围视频的线性RGB数据。这里，根据本公开的色调映射的方法适用于将高动态范围视频（HDR视频或EDR视频）显示在标准动态范围（SDR）的显示器上的场景，因此，高动态范围视频的线性RGB数据可以是如图1所示出的高动态范围视频在经过解码、色域转换和逆OETF转换得到的线性RGB数据。
在步骤202，可根据第一色调映射函数将高动态范围视频的线性RGB数据映射为非线性标准动态范围的RGB数据。这里，第一色调映射函数是基于ACES的编码标准来进行映射的，并且第一色调映射函数是通过基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数（即，ACES色调映射曲线，如上述公式（3）所示）进行调整而得到的。
为了改进ACES色调映射曲线在将HDR视频亮度转移到SDR视频亮度的过程中会出现亮度过曝、模糊等问题，根据本公开的色调映射方案，可基于调整后的色调映射函数对线性RGB数据进行映射，并基于显示器的亮度特性对映射结果进行调节，从而达到防止亮度过曝，有效缓解亮度过亮，改善图像明暗区域的亮度分布，使得视频图像更清晰更具有层次感的效果。下面将具体描述根据本公开的第一色调映射函数。
根据本公开的示例性实施例，可通过判断映射后的视频图像的曝光程度，对ACES的编码标准的色调映射函数中的参数c进行调整，并在ACES的编码标准的色调映射函数中添加尺度因子scale，以降低映射后的视频图像亮度过曝程度。这里，对ACES的编码标准的色调映射函数中的参数c进行调整是为了调整在色调映射过程中高亮区域的比特数分配，从而更自然地显示高亮区域的亮度。此外，添加尺度因子是为了避免亮度过曝。
例如，第一色调映射函数可被表示为：
Figure 138260DEST_PATH_IMAGE067
（4）
其中，
Figure 121259DEST_PATH_IMAGE068
表示非线性标准动态范围的RGB数据，
Figure 454151DEST_PATH_IMAGE069
表示线性RGB数据的归一化数据，其范围可为[0，1]，
Figure 940628DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 28669DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure 233386DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 104390DEST_PATH_IMAGE062
和
Figure 773268DEST_PATH_IMAGE007
为色调映射函数参数，
Figure 966965DEST_PATH_IMAGE070
为尺度因子。
在上述公式（4）中，第一色调映射函数可将ACES的编码标准的色调映射函数的参数c调低，以增加高亮区域的比特数分配，从而避免在色调映射过程中高亮区域比特数分配过少。例如，可将ACES的编码标准的色调映射函数中的参数
Figure 393398DEST_PATH_IMAGE011
2.43调整为
Figure 395989DEST_PATH_IMAGE010
1.23。其余参数可不变，即，
Figure 857058DEST_PATH_IMAGE071
2.51,
Figure 959006DEST_PATH_IMAGE072
0.03,
Figure 138314DEST_PATH_IMAGE073
0.59，
Figure 679017DEST_PATH_IMAGE066
0.14。
此外，在上述公式（4）中，第一色调映射函数可将
Figure 994592DEST_PATH_IMAGE074
设置为大于1，以避免亮度过曝。例如，可将
Figure 595338DEST_PATH_IMAGE074
设置为
Figure 996363DEST_PATH_IMAGE074
=1.3。
在步骤203，可根据标准动态范围的显示器的亮度特性对非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。例如，可对映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据进行整体亮度和亮度分布两个方面的调节。
根据本公开的示例性实施例，可基于显示器的亮度参数、高动态范围视频的最大亮度参数和映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据，获得第一调节因子；基于显示器的亮度参数和映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据，获得第二调节因子；基于第一调节因子和第二调节因子对映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。这里，第一调节因子的作用在于根据显示器的亮度参数和高动态范围视频的最大亮度参数在整体亮度方面对映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据进行调节，从而有效缓解变换结果的亮度过亮问题。第二调节因子的作用在于根据显示器的亮度参数在亮度分布方面对映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据进行调节，从而改善映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据的高亮区域和低亮区域的亮度分布不均匀的问题，使得图像的明暗区域亮度分布更均匀，图像更具有层次感。
根据本公开的示例性实施例，可根据下面的公式（5）来计算第一调节因子：
Figure 278440DEST_PATH_IMAGE075
（5）
其中，
Figure 711171DEST_PATH_IMAGE076
，
Figure 217238DEST_PATH_IMAGE077
表示第一调节因子，
Figure 371139DEST_PATH_IMAGE078
表示映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据，m表示第一预定参数，
Figure 191328DEST_PATH_IMAGE079
表示显示器的亮度参数，
Figure 481495DEST_PATH_IMAGE080
表示高动态范围视频的最大亮度参数。这里，
Figure 158464DEST_PATH_IMAGE079
可从显示器的相关参数中获得，
Figure 534081DEST_PATH_IMAGE081
可从高动态范围视频的相关参数中获得。
在上述公式（5）中，
Figure 157961DEST_PATH_IMAGE082
可随着显示器的特性进行变化，即，显示器的屏幕亮度越高，
Figure 302634DEST_PATH_IMAGE082
的值越大。例如，
Figure 416084DEST_PATH_IMAGE082
的值的范围可为[1.5，2.4]，因此，第一预定参数m可被设置为2.4。
根据本公开的示例性实施例，可根据下面的公式（6）来计算第二调节因子：
Figure 278997DEST_PATH_IMAGE083
（6）
其中，
Figure 438059DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure 765135DEST_PATH_IMAGE085
表示第二调节因子，
Figure 987169DEST_PATH_IMAGE078
表示映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据，n表示第二预定参数，
Figure 71800DEST_PATH_IMAGE079
表示显示器的亮度参数。
在上述公式（6）中，
Figure 99798DEST_PATH_IMAGE086
可随着显示器的特性进行变化，例如，
Figure 219064DEST_PATH_IMAGE086
的值的范围可为[0，2]，因此，第二预定参数n可被设置为2.0。
随后，可将第一调节因子、第二调节因子和所述映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据三者相乘，从而获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。这里，最终获得的非线性标准动态范围的RGB数据可如图1所示在经过色域变换处理、渲染后显示在标准动态范围（SDR）的显示器上。
例如，可通过下面的公式（7）来获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。
Figure 674316DEST_PATH_IMAGE087
（7）
其中，
Figure 511822DEST_PATH_IMAGE088
表示最终的非线性标准动态范围的RGB数据，其范围可为[0，1]，
Figure 15616DEST_PATH_IMAGE089
可表示映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据，
Figure 51705DEST_PATH_IMAGE090
表示可第一调节因子，
Figure 615542DEST_PATH_IMAGE091
可表示第二调节因子。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的色调映射的方法的效果示意图。
参照图3，图3中的（a）示出将HDR10视频数据直接显示在SDR显示器上的效果，图3中的（b）示出将HDR10视频数据根据本公开的色调映射方法显示在SDR显示器上的效果。可以看出，根据本公开的色调映射方法，可达到防止亮度过曝，缓解过亮，图像明暗层次更加分明的效果。
图4是示出根据本公开的示例性实施例的色调映射的装置的框图。
参照图4，根据本公开的示例性实施例的色调映射的装置400可包括获取单元401、映射单元402和调整单元403。
获取单元401可获取高动态范围视频的线性RGB数据。这里，根据本公开的色调映射的方法适用于将高动态范围视频（HDR视频或EDR视频）显示在标准动态范围（SDR）的显示器上的场景，因此，高动态范围视频的线性RGB数据可以是如图1所示出的高动态范围视频在经过解码、色域转换和逆OETF转换得到的线性RGB数据。
映射单元402可根据第一色调映射函数将高动态范围视频的线性RGB数据映射为非线性标准动态范围的RGB数据。这里，第一色调映射函数是基于ACES的编码标准来进行映射的，并且第一色调映射函数是通过基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数（即，ACES色调映射曲线，如上述公式（3）所示）进行调整而得到的。
为了改进ACES色调映射曲线在将HDR视频亮度转移到SDR视频亮度的过程中会出现亮度过曝、模糊等问题，根据本公开的色调映射方案，可基于调整后的色调映射函数对线性RGB数据进行映射，并基于显示器的亮度特性对映射结果进行调节，从而达到防止亮度过曝，有效缓解亮度过亮，改善图像明暗区域的亮度分布，使得图像更清晰更具有层次感的效果。下面将具体描述根据本公开的第一色调映射函数。
根据本公开的示例性实施例，可通过判断映射后的视频图像的曝光程度，对ACES的编码标准的色调映射函数中的参数c进行调整，并在ACES的编码标准的色调映射函数中添加尺度因子scale，以降低映射后的视频图像亮度过曝程度。这里，对ACES的编码标准的色调映射函数中的参数c进行调整是为了调整在色调映射过程中高亮区域的比特数分配，从而更自然地显示高亮区域的亮度。此外，添加尺度因子是为了避免亮度过曝。例如，第一色调映射函数可被表示为上面的公式（4）。
在上述公式（4）中，第一色调映射函数可将ACES的编码标准的色调映射函数的参数c调低，以增加高亮区域的比特数分配，从而避免在色调映射过程中高亮区域比特数分配过少。例如，可将ACES的编码标准的色调映射函数中的参数
Figure 737081DEST_PATH_IMAGE092
2.43调整为
Figure 44566DEST_PATH_IMAGE092
1.23。其余参数可不变，即，
Figure 200741DEST_PATH_IMAGE093
2.51,
Figure 932549DEST_PATH_IMAGE094
0.03,
Figure 541385DEST_PATH_IMAGE095
0.59，
Figure 386981DEST_PATH_IMAGE096
0.14。此外，在上述公式（4）中，第一色调映射函数可将
Figure 397662DEST_PATH_IMAGE070
设置为大于1，以避免亮度过曝。例如，可将
Figure 303301DEST_PATH_IMAGE097
设置为
Figure 399433DEST_PATH_IMAGE097
= 1.3。
调整单元403可根据标准动态范围的显示器的亮度特性对非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。例如，调整单元403可对映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据进行整体亮度和亮度分布两个方面的调节。
根据本公开的示例性实施例，调整单元403可基于显示器的亮度参数、高动态范围视频的最大亮度参数和映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据，获得第一调节因子；基于显示器的亮度参数和映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据，获得第二调节因子；基于第一调节因子和第二调节因子对映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。这里，第一调节因子的作用在于根据显示器的亮度参数和高动态范围视频的最大亮度参数在整体亮度方面对映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据进行调节，从而有效缓解变换结果的亮度过亮问题。第二调节因子的作用在于根据显示器的亮度参数在亮度分布方面对映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据进行调节，从而改善映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据的高亮区域和低亮区域的亮度分布不均匀的问题，使得图像的明暗区域亮度分布更均匀，图像更具有层次感。
根据本公开的示例性实施例，调整单元403可根据上面的公式（5）来计算第一调节因子。在上述公式（5）中，
Figure 48721DEST_PATH_IMAGE098
可随着显示器的特性进行变化，即，显示器的屏幕亮度越高，
Figure 179488DEST_PATH_IMAGE098
的值越大。例如，
Figure 256028DEST_PATH_IMAGE098
的值的范围可为[1.5，2.4]，因此，第一预定参数m可被设置为2.4。
根据本公开的示例性实施例，调整单元403可根据上面的公式（6）来计算第二调节因子。在上述公式（6）中，
Figure 573877DEST_PATH_IMAGE099
可随着显示器的特性进行变化，例如，
Figure 26855DEST_PATH_IMAGE099
的值的范围可为[0，2]，因此，第二预定参数n可被设置为2.0。
随后，调整单元403可将第一调节因子、第二调节因子和映射得到的非线性标准动态范围的RGB数据三者相乘，从而获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。这里，最终获得的非线性标准动态范围的RGB数据可如图1所示在经过色域变换处理、渲染后显示在标准动态范围（SDR）的显示器上。例如，调整单元403可通过上面的公式（7）来获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。
图5是根据本公开的示例性实施例的电子设备500的框图。
参照图5，电子设备500包括至少一个存储器501和至少一个处理器502，所述至少一个存储器501中存储有计算机可执行指令集合，当计算机可执行指令集合被至少一个处理器502执行时，执行根据本公开的示例性实施例的确定用于帧间预测的运动矢量的方法。
作为示例，电子设备500可以是PC计算机、平板装置、个人数字助理、智能手机、或其他能够执行上述指令集合的装置。这里，电子设备500并非必须是单个的电子设备，还可以是任何能够单独或联合执行上述指令（或指令集）的装置或电路的集合体。电子设备500还可以是集成控制系统或系统管理器的一部分，或者可被配置为与本地或远程（例如，经由无线传输）以接口互联的便携式电子设备。
在电子设备500中，处理器502可包括中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、可编程逻辑装置、专用处理器系统、微控制器或微处理器。作为示例而非限制，处理器还可包括模拟处理器、数字处理器、微处理器、多核处理器、处理器阵列、网络处理器等。
处理器502可运行存储在存储器501中的指令或代码，其中，存储器501还可以存储数据。指令和数据还可经由网络接口装置而通过网络被发送和接收，其中，网络接口装置可采用任何已知的传输协议。
存储器501可与处理器502集成为一体，例如，将RAM或闪存布置在集成电路微处理器等之内。此外，存储器501可包括独立的装置，诸如，外部盘驱动、存储阵列或任何数据库系统可使用的其他存储装置。存储器501和处理器502可在操作上进行耦合，或者可例如通过I/O端口、网络连接等互相通信，使得处理器502能够读取存储在存储器中的文件。
此外，电子设备500还可包括视频显示器（诸如，液晶显示器）和用户交互接口（诸如，键盘、鼠标、触摸输入装置等）。电子设备500的所有组件可经由总线和/或网络而彼此连接。
根据本公开的示例性实施例，还可提供一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当指令被至少一个处理器运行时，促使至少一个处理器执行根据本公开的色调映射的方法。这里的计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器（ROM）、随机存取可编程只读存储器（PROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、随机存取存储器（RAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器（HDD）、固态硬盘（SSD）、卡式存储器（诸如，多媒体卡、安全数字（SD）卡或极速数字（XD）卡）、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。上述计算机可读存储介质中的计算机程序可在诸如客户端、主机、代理装置、服务器等计算机设备中部署的环境中运行，此外，在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
根据本公开的示例性实施例，还可提供一种计算机程序产品，包括计算机指令，该计算机指令可由计算机设备的处理器执行以完成根据本公开的示例性实施例的色调映射的方法。
根据本公开的色调映射的方法和装置，可使用对ACES标准的色调映射函数进行改进后的色调映射函数进行色调映射，并基于将被显示的显示器的亮度特性对色调映射的结果进行调节，使得HDR 视频亮度转移到SDR视频亮度的过程中，避免亮度过曝，有效缓解过亮，改善图像明暗区域的亮度分布，使图像更具有层次感。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (25)

1.一种色调映射的方法，其特征在于，包括：
获取高动态范围视频的线性RGB数据；
根据第一色调映射函数将所述高动态范围视频的线性RGB数据映射为非线性标准动态范围的RGB数据；
根据标准动态范围的显示器的亮度特性对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据；
其中，第一色调映射函数是基于ACES的编码标准来进行映射的，并且第一色调映射函数是通过基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整而得到的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整，包括：
通过判断映射后的视频图像的曝光程度，对所述ACES的编码标准的色调映射函数中的参数c进行调整，并在所述ACES的编码标准的色调映射函数中添加尺度因子scale，以降低映射后的视频图像亮度过曝程度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第一色调映射函数被表示为：
Figure 137249DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 992073DEST_PATH_IMAGE002
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，
Figure 771810DEST_PATH_IMAGE003
表示线性RGB数据的归一化数据，
Figure 104702DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 919074DEST_PATH_IMAGE005
为色调映射函数参数，
Figure 679220DEST_PATH_IMAGE006
为所述尺度因子，
其中，第一色调映射函数将所述ACES的编码标准的色调映射函数的参数c调低，并将
Figure 946253DEST_PATH_IMAGE007
设置为大于1。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第一色调映射函数将所述ACES的编码标准的色调映射函数中的参数
Figure 82837DEST_PATH_IMAGE008
2.43调整为
Figure 751715DEST_PATH_IMAGE008
1.23，并将
Figure 682762DEST_PATH_IMAGE007
设置为
Figure 437092DEST_PATH_IMAGE009
1.3。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据标准动态范围的显示器的亮度特性对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，包括：
基于所述显示器的亮度参数、所述高动态范围视频的最大亮度参数和所述非线性标准动态范围的RGB数据，获得第一调节因子；
基于所述显示器的亮度参数和所述非线性标准动态范围的RGB数据，获得第二调节因子；
基于第一调节因子和第二调节因子对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第一调节因子用于根据所述显示器的亮度参数和所述高动态范围视频的最大亮度参数来在整体亮度方面对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节；
第二调节因子用于根据所述显示器的亮度参数来在亮度分布方面对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获得第一调节因子，包括：
根据下面的公式计算第一调节因子：
Figure 108857DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 632242DEST_PATH_IMAGE011
，
其中，
Figure 937453DEST_PATH_IMAGE012
表示第一调节因子，
Figure 179078DEST_PATH_IMAGE013
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，m表示第一预定参数，
Figure 391885DEST_PATH_IMAGE014
表示所述显示器的亮度参数，
Figure 973039DEST_PATH_IMAGE015
表示所述高动态范围视频的最大亮度参数。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，m为2.4。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获得第二调节因子，包括：
根据下面的公式计算第二调节因子：
Figure 308205DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 974810DEST_PATH_IMAGE017
，
其中，
Figure 53624DEST_PATH_IMAGE018
表示第二调节因子，
Figure 489285DEST_PATH_IMAGE019
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，n表示第二预定参数，
Figure 198615DEST_PATH_IMAGE020
表示所述显示器的亮度参数。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，n为2.0。
11.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于第一调节因子和第二调节因子对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节，包括：
将第一调节因子、第二调节因子和所述非线性标准动态范围的RGB数据三者相乘，从而获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。
12.一种色调映射的装置，其特征在于，包括：
获取单元，被配置为：获取高动态范围视频的线性RGB数据；
映射单元，被配置为：根据第一色调映射函数将所述高动态范围视频的线性RGB数据映射为非线性标准动态范围的RGB数据；
调整单元，被配置为：根据标准动态范围的显示器的亮度特性对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调整，获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据；
其中，第一色调映射函数是基于ACES的编码标准来进行映射的，并且第一色调映射函数是通过基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整而得到的。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述基于视频图像曝光程度对ACES的编码标准的色调映射函数进行调整，包括：
通过判断映射后的视频图像的曝光程度，对所述ACES的编码标准的色调映射函数中的参数c进行调整，并在所述ACES的编码标准的色调映射函数中添加尺度因子scale，以降低映射后的视频图像亮度过曝程度。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，第一色调映射函数被表示为：
Figure 149253DEST_PATH_IMAGE021
其中，
Figure 989950DEST_PATH_IMAGE022
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，
Figure 342434DEST_PATH_IMAGE023
表示线性RGB数据的归一化数据，
Figure 222665DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 660600DEST_PATH_IMAGE024
为色调映射函数参数，
Figure 18900DEST_PATH_IMAGE007
为所述尺度因子，
其中，第一色调映射函数将所述ACES的编码标准的色调映射函数的参数c调低，并将
Figure 491469DEST_PATH_IMAGE007
设置为大于1。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，第一色调映射函数将所述ACES的编码标准的色调映射函数中的参数
Figure 542602DEST_PATH_IMAGE008
2.43调整为
Figure 467833DEST_PATH_IMAGE008
1.23，并将
Figure 629824DEST_PATH_IMAGE007
设置为
Figure 691321DEST_PATH_IMAGE009
1.3。
16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，调整单元被配置为：
基于所述显示器的亮度参数、所述高动态范围视频的最大亮度参数和所述非线性标准动态范围的RGB数据，获得第一调节因子；
基于所述显示器的亮度参数和所述非线性标准动态范围的RGB数据，获得第二调节因子；
基于第一调节因子和第二调节因子对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，第一调节因子用于根据所述显示器的亮度参数和所述高动态范围视频的最大亮度参数来在整体亮度方面对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节；
第二调节因子用于根据所述显示器的亮度参数来在亮度分布方面对所述非线性标准动态范围的RGB数据进行调节。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，映射单元被配置为：
根据下面的公式计算第一调节因子：
Figure 913355DEST_PATH_IMAGE025
其中，
Figure 325881DEST_PATH_IMAGE026
，
其中，
Figure 291563DEST_PATH_IMAGE027
表示第一调节因子，
Figure 473146DEST_PATH_IMAGE028
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，m表示第一预定参数，
Figure 600502DEST_PATH_IMAGE029
表示所述显示器的亮度参数，
Figure 500325DEST_PATH_IMAGE030
表示所述高动态范围视频的最大亮度参数。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，m为2.4。
20.如权利要求16所述的装置，其特征在于，映射单元被配置为：
根据下面的公式计算第二调节因子：
Figure 1189DEST_PATH_IMAGE031
其中，
Figure 302857DEST_PATH_IMAGE032
，
其中，
Figure 601114DEST_PATH_IMAGE033
表示第二调节因子，
Figure 988233DEST_PATH_IMAGE034
表示所述非线性标准动态范围的RGB数据，n表示第二预定参数，
Figure 295718DEST_PATH_IMAGE035
表示所述显示器的亮度参数。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，n为2.0。
22.如权利要求16所述的装置，其特征在于，映射单元被配置为：
将第一调节因子、第二调节因子和所述非线性标准动态范围的RGB数据三者相乘，从而获得最终的非线性标准动态范围的RGB数据。
23.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储计算机可执行指令的存储器，
其中，所述计算机可执行指令在被所述至少一个处理器运行时，促使所述至少一个处理器执行如权利要求1到11中的任一权利要求所述的色调映射的方法。
24.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机可读存储介质中的指令被至少一个处理器运行时，促使所述至少一个处理器执行如权利要求1到11中的任一权利要求所述的色调映射的方法。
25.一种计算机程序产品，包括计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1到11中的任一权利要求所述的色调映射的方法。
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