CN113276570B - 图像处理设备、图像处理方法和存储介质 - Google Patents

图像处理设备、图像处理方法和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及图像处理设备、图像处理方法和存储介质。该图像处理设备包括：第一获取单元，其被配置为获取表示高动态范围(HDR)图像的HDR数据；第二获取单元，其被配置为获取用于基于由第一获取单元获取的HDR数据来执行打印的打印信息；设置单元，其被配置为设置由所述第一获取单元获取的所述HDR数据的作为目标的亮度信息；和转换单元，其被配置为将已由所述第一获取单元获取并且已由所述设置单元设置有作为所述目标的亮度信息的所述HDR数据的亮度的动态范围转换为要基于由所述第二获取单元获取的所述打印信息执行打印所利用的动态范围。

Description

图像处理设备、图像处理方法和存储介质
技术领域
本发明涉及能够处理高动态范围数据的图像处理设备、图像处理方法、存储有程序的非暂时性计算机可读存储介质。
背景技术
国际公开号2018/092711公开了将高动态范围(HDR)静态图像的HDR数据的亮度动态范围转换为具有较窄动态范围的静态图像数据，该较窄动态范围由打印薄片的反射亮度确定。HDR数据用作运动图像、静态图像等的图像捕获数据。近来，在显示HDR数据的显示器中能够显示的最大亮度已经提高，并且可以以高图像质量同时显示从图像的高亮侧到阴影侧的HDR数据。
例如，在ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门)建议书BT.2100-2(07/2018)“用于制作和国际节目交换的高动态范围电视的图像参数值”中，混合对数伽马(HLG)和感知量化(PQ)被定义为HDR数据的两个图像传递函数。在传递函数中，定义了传递函数和位数，使得在图像传递中不会从视觉上检测到色调不连续。
成像方法是由图像捕获侧的OETF(光-电传递函数)、显示侧的EOTF(电-光传递函数)和表示从场景光到显示光的转换的整体特性的OOTF(光-光传递函数)定义的。
HLG方法是一种通过将黑到白的范围作为相对色调进行处理来定义上述图像捕获侧的OETF的方法。显示侧的EOTF是由表示从场景光到显示光的转换的整体特性的OOTF和OETF的反函数形成的。在HLG方法中，确定OOTF的特性的系统伽马仅被应用于亮度分量。另外，通过考虑具有不同最大可显示亮度值的显示器之间的图像质量的变化方式，根据各显示器的亮度确定系统伽玛。同样，PQ方法是一种通过以最大为10000cd/m2的绝对值表示显示侧亮度来定义上述显示侧的EOTF的方法。图像捕获侧的OETF是由OOTF和EOTF的反函数形成的。
另一方面，打印输出的动态范围倾向于比HDR数据的动态范围窄。近年来，在具有宽显示亮度范围的HDR显示器出现之前，SDR(标准动态范围)显示器一直是主流。照惯例，当要在显示器上显示SDR数据时所使用的最大亮度值通常被认为固定为100cd/m2。相反，当要在显示器上显示HDR数据时所使用的最大亮度值可以根据由HDR数据定义的亮度值或HDR显示器的最大亮度值而改变。
发明内容
本发明提供了图像处理设备、图像处理方法和存储有程序的非暂时性计算机可读存储介质，该图像处理设备防止当要基于表示高动态范围(HDR)图像的HDR数据执行打印输出时图像质量的下降。
本发明在其第一方面提供了一种图像处理设备，该图像处理设备包括：第一获取单元，所述第一获取单元被配置为获取表示高动态范围(HDR)图像的HDR数据；第二获取单元，所述第二获取单元被配置为获取用于基于由所述第一获取单元获取的HDR数据来执行打印的打印信息；设置单元，所述设置单元被配置为设置由所述第一获取单元获取的所述HDR数据的作为目标的亮度信息；和转换单元，所述转换单元被配置为将已由第一获取单元获取并且已由所述设置单元以亮度信息为目标进行了设置的HDR数据的亮度的动态范围转换为要基于由所述第二获取单元获取的所述打印信息执行打印所利用的动态范围。
本发明在其第二方面提供了一种要在图像处理设备中执行的图像处理方法，该方法包括：获取表示高动态范围(HDR)图像的HDR数据；获取用于基于所获取的HDR数据来执行打印的打印信息；设置所获取的所述HDR数据的作为目标的亮度信息；以及将已设置有作为所述目标的亮度信息的所获取的所述HDR数据的亮度的动态范围转换为要基于所获取的所述打印信息执行打印所利用的动态范围。
本发明在其第三方面提供了存储有程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述程序使计算机运行以：获取表示高动态范围(HDR)图像的HDR数据；获取用于基于所获取的HDR数据来执行打印的打印信息；设置所获取的所述HDR数据的作为目标的亮度信息；以及将已设置有作为所述目标的亮度信息的所获取的所述HDR数据的亮度的动态范围转换为要基于所获取的所述打印信息执行打印所利用的动态范围。
根据本发明，当要基于表示高动态范围(HDR)图像的HDR数据执行打印输出时，可以防止图像质量下降。
根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出了打印系统的总体布置的框图；
图2是示出了图像处理单元的布置的框图；
图3是示出了图像处理过程的流程图；
图4A和图4B是各自示出了转换曲线的图；
图5A、图5B和图5C是各自示出了用户界面画面的视图；
图6是示出了图像处理过程的流程图；
图7是示出了转换曲线的图；
图8是示出了使用动态范围转换处理进行处理的流程图；
图9是示出了动态范围转换处理的过程的流程图；并且
图10A、图10B和图10C是各自示出了转换曲线的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述实施例。注意，以下实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但是不将本发明限制为需要所有此类特征，并且多个此类特征可以适当地进行组合。此外，在附图中，相同的附图标记被给予相同或相似的配置，并且省略其冗余描述。
在上述HDR数据属于HLG方法的情况下，HDR数据将是其色调基于相对亮度值而定义的数据。因此，当要在HDR显示器上显示该HDR数据时，将在能够由HDR显示器再现的宽亮度动态范围内显示HDR数据，并且可以获取具有高图像质量和高对比度的输出。另一方面，能够通过打印输出再现的亮度动态范围较窄。当要在打印设备中打印其色调由相对亮度值定义的HDR数据时，HDR数据所保持的亮度动态范围相对于打印设备的亮度动态范围进行线性转换。结果，打印图像将具有低对比度并且变得不同于用户实际想要由打印获取的图像。
根据本发明的一种观点，当要基于表示高动态范围(HDR)图像的HDR数据执行打印输出时，可以防止图像质量下降。
[第一实施例]
[系统布置]
图1是示出了根据该实施例的已应用了图像处理设备的打印系统的总体布置的框图。该打印系统包括个人计算机设备(信息处理设备)101(以下也称为“PC”)、显示设备102和输出设备103。
显示设备102经由显示I/F连接到PC 101。显示设备102是HDR(高动态范围)显示器，并且通过HDMI接口连接到PC 101。PC 101与显示设备102之间的连接不限于HDMI接口，并且可以属于另一种连接方法，只要其符合可以传输HDR(高动态范围)数据的标准即可。同样，在PC 101与显示设备102之间传输的显示信息(将在后文描述)可以通过使用不同于HDMI接口的USB(通用串行总线)传输路径经由显示I/F 113来传输。然而，显示信息传输方法不限于USB电缆，只要信息可以在显示设备102与PC 101或输出设备103之间双向通信即可。
另外，输出设备103经由诸如网络、USB电缆或本地总线等接口连接到PC 101。在该实施例中，将描述使用喷墨打印机(图像处理设备)的布置作为输出设备103的示例。PC 101执行诸如向输出设备103发出打印控制指令、传输必要的信息和数据等操作。存储装置105存储和管理OS、系统程序、各种应用软件、该实施例所需的参数数据等。存储装置105由例如硬盘或闪存ROM形成。CPU 104使用工作存储器107来读出存储在存储装置105中的软件或程序并且执行处理。用作用户界面的操作单元106(以下也称为“UI”)从用户接受与处理的执行有关的输入并且向用户执行显示。操作单元106包括诸如键盘、鼠标等输入装置。同样，数据输入/输出装置108向诸如SD卡等外部存储介质输入数据/从诸如SD卡等外部存储介质输出数据，并且可以向例如存储有图像捕获设备的数据的外部存储介质输入数据/从该外部存储介质输出数据。另外，通过将图像捕获设备(未示出)直接连接到数据输入/输出装置108或数据传输单元109，可以在没有外部存储介质干预的情况下执行向图像捕获设备的数据输入/从图像捕获设备的数据输出。
输出设备103包括数据传输单元109、打印机控制单元112、图像处理单元110、打印单元111，并且从PC 101接收打印数据。在该实施例中，打印数据包括作为输入图像数据的HDR数据、目标信息、作为存储介质的独特数据的图像处理参数和打印机控制数据、以及诸如打印质量、打印介质等由用户在操作单元106上选择的打印信息。在这种情况下，打印介质例如是诸如打印薄片等的纸介质。
数据传输单元109获取来自从PC 101接收的打印数据的HDR数据、目标信息和图像处理参数，将这些所获取的信息和数据片段传送到图像处理单元110以获取打印机控制数据，并且将所获取的打印机控制数据传送到打印机控制单元112。在该实施例中，存储在PC101的存储装置105中的HDR数据用作由输出设备103接收的输入图像数据。另外，尽管在该实施例中图像处理单元110形成在显示设备102中，但是其也可以形成在PC 101中。
同样，图像处理参数和打印机控制数据被存储在PC 101的存储装置105或输出设备103的存储装置(硬盘、ROM等)(未示出)中。可以布置为使得将要基于包括在打印数据中的打印信息来选择这些信息片段，并且将这些信息片段传送到图像处理单元110和打印机控制单元112。打印机控制单元112根据打印机控制数据来控制打印单元111的操作。打印单元111根据喷墨打印方法执行打印。尽管在该实施例中将喷墨打印方法例示为在由打印单元111执行的打印中所采用的方法，但是可以采用诸如电子摄影术方法等的另一打印方法。显示设备102包括控制图像显示的显示控制器114，并且显示控制器114生成例如显示数据。
图2是示出了根据该实施例的图像处理单元110的布置的框图。首先，在根据该实施例的图像处理单元110中，HDR数据和打印信息被输入到动态范围转换单元201。目标信息设置单元202设置目标信息并且将所设置的目标信息输入到动态范围转换单元201。如后文将描述的，动态范围转换单元201使用各输入信息片段将HDR数据转换为具有动态范围的图像数据，该具有动态范围的图像数据可以被输入到输出图像生成单元203。要输入到输出图像生成单元203的图像数据的动态范围作为亮度范围比输入的HDR数据的高动态范围窄。要输入到输出图像生成单元203的动态范围例如是具有SDR数据的最大亮度100cd/m2的动态范围。同样，也可以使用由反射亮度设置其最大值的动态范围，该反射亮度由用户所设置的薄片信息指定。在该实施例中，假设动态范围转换单元201将HDR数据的动态范围转换为SDR数据的动态范围。
接下来，输出图像生成单元203针对从动态范围转换单元201输出的图像数据(RGB数据)，生成将用于由打印单元111的打印头进行打印的数据。
图3是示出了根据该实施例的图像处理的流程图。在步骤S301中，动态范围转换单元201获取HDR数据的RGB数据。如上所述，混合对数伽马(HLG)和感知量化(PQ)被定义为例如ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门)建议书BT.2100中的HDR数据的两个图像传递函数。根据上述HLG方法来存储根据该实施例的HDR数据，该HLG方法基于相对亮度值定义色调。在此阶段，基于相对亮度值、针对R、G和B元素中的各元素定义色调。尽管在该实施例中采用了HLG方法，但是也可以采用另一种方法，只要色调是相对定义的即可。在该实施例中，在由作为HDR显示器的显示设备102执行的显示操作中也使用在步骤S301中获取的HDR数据。
在步骤S302中，动态范围转换单元201获取由目标信息设置单元202设置的目标信息。目标信息是可以如下的信息，即该信息将输入的HDR数据转换为其色调由绝对值定义的数据。在该实施例中，目标信息包括亮度动态范围信息和系统伽马信息。亮度动态范围信息包括最大亮度值和最小亮度值分别为1000cd/m2和0cd/m2的信息。系统伽马信息包括符合BT.2100的信息。这些信息片段被输入到动态范围转换单元201。除非信息发生变化，否则各目标信息片段由图像处理单元110保持。通过在打印时应用所保持的值，即使在要打印打印产品的多个副本时，也可以确保打印产品的再现性。
在步骤S303中，动态范围转换单元201获取打印信息。打印信息是用于指定动态范围转换之后的动态范围的信息。在该实施例中，例如，获取打印模式信息作为打印信息，并且将基于该打印模式信息来指定输出图像生成单元203的输入是否为具有sRGB值的SDR数据。结果，将最大亮度值100cd/m2指定为SDR数据的转换后亮度动态范围。可以是通过获取指示薄片类型的信息来获取打印信息，并且该信息足以作为可以指定由薄片类型指定的反射亮度的信息。可以使用另一信息片段，只要其是可以在打印时从中获取到亮度动态范围信息的信息即可。同样，取决于观察环境，可以用各种照度的照明来照射打印刷品。如果要用照明对打印产品进行照射，则特别是由于纸的白色明亮度的增加，所以薄片的亮度动态范围将扩大。因此，可以获取在用照明对薄片进行照射时该薄片的反射亮度，作为打印时的亮度动态范围信息。
在步骤S304中，动态范围转换单元201基于在步骤S302中获取的目标信息和在步骤S303中获取的打印信息来生成通过转换来自HDR数据的亮度动态范围而获取的图像数据。即是说，在该实施例中，执行动态范围转换处理以将已从目标信息获取的并且具有最大亮度值为1000cd/m2的亮度动态范围转换为已从打印信息获取的并且具有最大亮度值为100cd/m2的亮度动态范围。如上所述，动态范围转换之后的亮度动态范围变为由打印信息所指定的绝对亮度值表达的亮度动态范围。
根据该实施例的HDR数据是通过上述HLG方法的传递函数OETF转换的数据。另外，还通过目标信息将HDR数据设置为符合BT.2100。因此，动态范围转换单元201对HDR数据执行亮度转换，使得将通过使用HLG方法的传递函数EOTF(OETF的反函数)和传递函数OOTF将HDR数据的亮度信号水平x转换为亮度信号水平y，这由以下等式确定：
y＝OOTF[OETF-1[max0，(1-β)E′+β)]]
Figure BDA0002923170400000081
Figure BDA0002923170400000082
OOTF[E]＝αYs γ-1E
γ＝1.2+0.42Log10(Lw/1000)   ...(1)
其中Lw是显示器的最大亮度值，并且LB是显示器的黑色的亮度值。在该实施例中，假设LB为0。E’是HLG方法信号，并且x是归一化到0到1范围内的信号。α是用户增益的变量，YS是归一化亮度值，并且E是归一化到0到1范围内的线性光信号。
接下来，动态范围转换单元201将由OOTF处理获取的数据设置为其最大亮度值为1000cd/m2的数据，并且执行动态范围转换处理以将该数据转换为其亮度动态范围的最大亮度值为100cd/m2的数据，这对应于从打印信息获取的值。在该实施例中，动态范围转换单元201通过以下方式将由OOTF处理获取的RGB数据转换为具有亮度值Y和色差CbCr的数据：
Y＝0.29900×R+0.58700×G+0.114400×B   ...(2)
Cb＝-0.16874×R-0.33126×G+0.50000×B   ...(3)
Cr＝0.50000×R-0.41869×G-0.081×B   ...(4)动态范围转换单元201执行亮度动态范围转换，以基于图4A中示出的图(横坐标指示输入亮度值，并且纵坐标指示输出亮度值)中的实线所指示的转换曲线将具有转换后亮度值Y的数据转换为亮度值Y'。图4A中示出的短虚线指示输入和输出为线性的状态。在该实施例中，如图4A中示出的实线所指示，从暗部分到特定亮度部分执行线性转换，并且在高亮部分中通过对数特性执行转换。如图4A所示，优选的是执行动态范围压缩处理，以在再现HDR数据的高亮区域的同时维持图像的对比度。另外，图4B示出了相对于打印设备的亮度动态范围而线性地转换HDR数据的亮度动态范围的情况。在图4B中，由于要输入的HDR数据的亮度动态范围未被定义并且相对地进行了线性转换，因此要输出的SDR数据的对比度变低。另一方面，由于已基于目标信息定义了HDR数据的亮度动态范围，因此与图4B相比，图4A中示出的由亮度动态范围转换输出的SDR数据的对比度变高。动态范围转换单元201将转换后亮度值Y'和色差分量进行组合，以通过以下方式执行向RGB数据的转换：
R＝Y+1.40200×Cr   ...(5)
G＝Y-0.34414×Cb-0.71414×Cr   ...(6)
B＝Y+1.77200×Cb   ...(7)
尽管上面已经描述了亮度动态范围压缩，但是也可以针对色域执行色域压缩处理，该色域压缩处理将HDR数据的宽色域空间(例如，ITU-R BT.2020)转换为SDR数据的色域(例如，ITU-R BT.709)。
接下来，在步骤S305中，输出图像生成单元203生成要输出到打印单元111的输出图像数据。例如，输出图像生成单元203执行颜色转换处理，以将在步骤S304中输出的SDR数据(RGB数据)转换为装置相关RGB数据。输出图像生成单元203执行油墨颜色解析处理以将装置相关RGB数据转换为油墨颜色数据，并且执行色调校正处理以执行色调校正，使得油墨颜色数据将与打印设备的色调特性线性地相关联。此外，输出图像生成单元203执行用于将油墨颜色数据转换为油墨点开/关信息的半色调处理、以及用于生成要在打印头的每次打印扫描中进行打印的二进制数据的掩膜数据转换处理等。
接下来，在步骤S306中，输出图像生成单元203将所生成的输出图像数据传送到打印单元111，并且随后在打印介质上输出图像。
根据该实施例，通过在要打印HLG方法的HDR数据时设置目标信息，将其色调由相对值定义的数据转换为其色调由绝对值定义的数据。此外，通过其色调对由绝对值定义的数据执行动态范围转换来生成数据，其中，该绝对值取决于在打印时使用并且由打印信息确定的亮度动态范围。结果，可以获取具有高图像质量和高对比度的打印输出。
尽管该实施例示出了将由图像处理单元110保持的固定值设置为目标信息的示例，但是可以通过在预定定时处从显示设备102获取信息来保持目标信息。在这种情况下，要获取的信息将是显示器的亮度动态范围信息和系统伽玛信息，并且符合BT.2100的信息将从显示器获取并且由图像处理单元110保持。另外，由于上述伽马值γ可以由用户在显示器上设置，因此可以布置为使得将从显示器获取伽马值。在这种情况下，要获取的信息足以作为可以将输入的HDR数据转换为其色调由绝对值定义的数据的信息。
尽管该实施例描述了目标信息由图像处理单元110保持的布置，但是可以布置为使得将要从HDR数据获取目标信息。更具体地，输出设备103或打印应用将在打印完成时生成通过在HDR数据的元数据部分(例如，Exif等)上覆盖写入目标信息而获取的HDR数据。该覆盖写入的HDR数据将在步骤S301中获取，并且通过读取该HDR数据的元数据部分而获取的结果将作为步骤S302中的目标信息而被获取。此类布置即使在多次执行打印时也将允许获取具有高图像质量和高对比度的打印输出。另外，因为目标信息即使在多次执行打印时也不会改变，所以可以获取可再现的打印输出。
另外，可以布置为使得将经由如图5A至图5C所示的用户界面从用户接受目标信息。如图5A至图5C所示，当用户按下“获取显示信息”时，如上所述，从显示设备102获取目标信息。HDR数据被显示在显示器中。动态范围转换单元201在要在输出设备103上执行打印的用户已按下打印应用上或输出设备103的面板上的打印按钮的时间点，从显示设备102或经由PC 101获取记录显示设备102在此时的显示状态的显示信息。同样，在显示信息在适当的时间与显示同步存储在PC 101中的情况下，动态范围转换单元201可以从PC 101获取显示信息。同样，可以布置为使得将在打印应用或输出设备103已被激活的时间点获取显示信息，或者在显示设置在显示设备102这一侧已经改变的时间重新获取显示信息。即是说，只要可以获取用户在打印时观看的显示器(显示设备102)的显示状态就足够了。另外，尽管在该实施例中单个显示器连接到PC 101，但是在一些情况下多个显示器可以同时连接到单个PC并且进行使用。在通过多个显示器执行扩展显示(跨多个显示器执行显示)的情况下，将辨识正在显示HDR数据的打印预览的显示器，并且将获取该显示器的显示信息。另外，在多个显示器中执行重复显示(在多个显示器中执行相同的显示)的情况下，用户可以选择要从中获取显示信息的显示器，或者可以预先设置将优选地从中获取显示信息的显示器。此外，可以通过布置来获取目标信息，使得用户将从下拉菜单中选择目标信息或输入目标信息，分别如图5B和图5C所示。结果，目标信息可以由用户任意选择。注意，图5A至图5C中示出的画面可以被布置为使得其将形成在例如输出设备103或PC 101上。
[第二实施例]
在下文中将在第二实施例中描述与第一实施例不同的点。在该实施例中，将基于多个显示设备102的信息来设置目标信息。
该实施例将描述以下示例，其中，多个显示设备102的显示信息用于在图3的步骤S302的过程中设置目标信息。在该实施例中，连接到对应显示器的三个显示设备102(诸如，PC、智能电话、平板电脑等)通过LAN电缆、通信网络等连接到网络。在该实施例中，在步骤S302中，动态范围转换单元201将获取最大亮度值和最小亮度值，该最大亮度值和最小亮度值是三个显示设备102各自的亮度动态范围信息的亮度信息。动态范围转换单元201可以通过接受如图5C所示的UI上的用户输入来获取多个显示设备102的显示信息片段。同样，动态范围转换单元201可以从连接到对应显示器的PC、智能电话和平板电脑各自的管理软件获取显示设备102的显示信息，并且可以经由网络自动获取该信息。在这种情况下，显示信息获取定时可以是例如要在输出设备103上执行打印的用户已按下打印应用上或输出设备103的面板上的打印按钮的时间点，并且从显示设备102或经由PC 101获取记录该时间点处的显示状态的显示信息。另外，可以布置为使得将要经由网络在适当的时间获取显示信息，并且在按下打印按钮的时间点使用多个显示设备102的显示信息片段。同样，尽管在该实施例中多个显示设备102连接到诸如PC、智能电话、平板电脑等不同的设备，但是也可以如上所述地布置为使得多个显示设备102连接到一个PC 101。此外，可以布置为使得连接到多个显示设备102的多个PC 101存在于网络上。
例如，在该实施例中，最大亮度值为2000cd/m2、最大亮度值为1500cd/m2和最大亮度值为1000cd/m2分别是针对显示器A、显示器B和显示器B获取的显示信息片段。此外，所有三个显示器的最小亮度值都为0cd/m2。在该实施例中，例如，将在三个显示设备中具有最窄亮度动态范围的显示器C的最大亮度值1000cd/m2和最小亮度值0cd/m2设置为目标信息。
根据该实施例，将在多个显示设备102中具有最窄亮度动态范围的显示设备的亮度动态范围信息设置为目标信息。结果，除了获取具有高对比度的高图像质量打印输出之外，还可以获取针对可以在所述显示器中的任一个中显示的数据的打印输出。
可替代地，可以将在多个显示设备102中具有最宽亮度动态范围的显示设备102的亮度动态范围信息设置为目标信息。结果，可以获取对应于显示具有最高对比度的图像的显示设备的打印输出。
可替代地，可以将多个显示设备102的亮度动态范围的平均值设置为目标信息。例如，可以将最大亮度值1500cd/m2和最小亮度值0cd/m2设置为亮度动态范围信息。结果，可以获取平衡的打印输出。此外，可以使用除平均值之外的统计值。
在该实施例中，根据多个显示设备102的亮度动态范围的宽度来设置目标信息。然而，在多个显示设备102的最大亮度值的变化大于最小亮度值的情况下，可以仅基于最大亮度值来确定亮度动态范围的宽度。
[第三实施例]
在下文中将在第三实施例中描述与第一实施例和第二实施例不同的点。该实施例将描述用于在根据第一实施例的处理与当输入PQ方法的HDR数据时执行的处理之间进行变化的布置。
在该实施例中，根据PQ方法记录了在图6的步骤S301中获取的HDR数据(RGB数据)，其中，所述PQ方法以上述的绝对亮度值来定义色调。在该实施例中，假设在HDR数据中已记录了高达10000cd/m2的信息。
由于在PQ方法中色调是由绝对亮度值定义的，因此亮度动态范围由HDR数据本身确定。因此，如果在步骤S301的过程之后在步骤S601的过程中确定为已经获取了如在PQ方法中由绝对亮度值定义其色调的HDR数据，则跳过步骤S302的过程。
对步骤S303的过程的描述类似于对图3的步骤S303的过程的描述。
在步骤S304中，动态范围转换单元201基于在步骤S303中获取的打印信息生成亮度动态范围已从HDR数据的亮度动态范围转换而来的数据。在获取PQ方法的HDR数据的情况下，动态范围转换单元201将具有最大亮度值为10000cd/m2的HDR数据的亮度动态范围的信息转换为具有最大亮度值为100cd/m2并且已从步骤S303中所获取的打印信息获取的亮度动态范围。使HDR数据进行亮度转换，使得通过使用PQ方法的传递函数EOTF将HDR数据的亮度信号水平x转换为亮度信号水平y，这由以下定义：
y＝EOTF[E′]＝10000Y
Figure BDA0002923170400000141
在该实施例中，LB为0。E'是PQ方法信号，并且x是归一化到0到1范围内的信号。
接下来，动态范围转换单元201将通过EOTF处理转换的数据设置为最大亮度值为10000cd/m2的数据，并且执行动态范围转换处理以将该数据转换为具有最大亮度值为100cd/m2的亮度动态范围的数据。在该实施例中，通过按照图7中示出的转换曲线对具有转换后亮度值Y的数据执行转换来获取转换后的SDR数据。
步骤S305和S306的过程类似于根据第一实施例的图3的步骤S305和S306的过程。
根据该实施例，可以根据是要使用HLG方法的HDR数据还是PQ方法的HDR数据来切换处理，并且可以获取对应于HDR数据的传递函数的合适的打印输出。
尽管在该实施例中已经通过使用YCbCr执行了亮度动态范围转换，但是也可以通过使用ICtCp来执行亮度动态范围转换。ICtCp是一种具有高动态范围以面向宽色域信号的色空间。I表示亮度分量，并且CtCp表示色差分量。亮度分量I是考虑人类在宽亮度范围内的视觉特性的信息。结果，使用ICtCp色空间允许通过考虑人类的视觉特性来执行亮度动态范围转换。
同样，在该实施例中，可以根据图8和图9的流程图中示出的处理来执行动态范围转换处理，而不是基于图4A和图4B中示出的特性执行亮度动态范围转换。
在图8的步骤S801中，动态范围转换单元201通过等式(2)、(3)和(4)将从OOTF处理获取的RGB数据分离为亮度分量和色差分量。
在步骤S802中，动态范围转换单元201执行处理以分离被转换为亮度分量的数据的低频分量和高频分量。这是因为基于视网膜皮层(Retinex)理论，在低频分量和高频分量之间处理发生变化。视网膜皮层理论是一种模拟人脑如何感知光和颜色的理论。根据该理论，进入眼睛的光的强度可以由物体的反射率和照亮该物体的照明光的乘积来表示，并且人所感受到的明亮度和颜色更多地取决于与周围环境的相对变化量而不是绝对光量。在此，绝对光量是照亮物体的照明光，并且相对变化量是物体的反射率。
在步骤S802中，动态范围转换单元201提取图像数据的低频分量作为照亮物体的照明光分量。应用低通滤波器来创建低频分量。作为处理方法，可以应用空间滤波器，或者可以通过FFT将目标频率分量暂时转换为空间频率并且在进行了滤波处理之后通过IFFT将其转换回频率分量。可以在考虑到人类视觉特性的情况下，基于要在其上观察打印产品的薄片的薄片尺寸或观察距离来确定要作为目标的频率。为了获取高频分量，可以应用与低通滤波器相反的高通滤波器，或者可以从原始图像中减去所获取的低频分量。
在步骤S803中，动态范围转换单元201基于输入亮度动态范围信息和输出亮度动态范围信息对低频分量执行动态范围转换处理。稍后将参考图9详细描述步骤S803的处理。
在步骤S804中，动态范围转换单元201对高频分量执行对比度校正处理。对比度校正处理是将所获取的图像乘以系数k的处理。在要使打印产品忠实地接近输入数据的情况下，k＝约1。在要进一步考虑诸如打印产品上的渗墨等劣化的情况下，将等于或大于1的值设置为系数k。
在步骤S805中，动态范围转换单元201将已对低频分量执行了动态范围转换的图像数据和已对高频分量执行了对比度校正的图像数据进行组合。结果，图像数据被压缩到预定动态范围内，并且获取具有经校正的对比度的亮度图像。
在步骤S806中，动态范围转换单元201将亮度分量和色差分量进行组合，以通过等式(5)、(6)和(7)执行向RGB数据的转换。在步骤S806的处理之后，图8的处理结束。
将通过使用图9的流程图来描述步骤S803的动态范围转换处理。
在步骤S901中，动态范围转换单元201计算压缩范围。在该实施例中，执行动态范围转换处理以将已从目标信息获取的并且最大亮度值为1000cd/m2的亮度动态范围转换为已从打印信息获取的并且最大亮度值为100cd/m2的亮度动态范围。另外，动态范围转换单元201从HDR数据的元数据获取曝光亮度值Ya。这是用户设置图像捕获操作期间的曝光的点。在该实施例中，假设曝光亮度值Ya为18cd/m2。
在步骤S902中，动态范围转换单元201将HDR数据的图像划分为区域。可以通过将图像划分为预定矩形尺寸区域或通过基于亮度图像信息创建相似亮度像素的组来执行图像的区域划分。在后一种情况下，能够恢复已经过区域划分的特定亮度范围的对比度，并且可以获取具有更好对比度的图像。另外，不仅能够使用亮度数据，而且能够使用RGB数据。结果，可以通过RGB数据执行图像辨识，并且可以采用根据每种类型的辨识区域来恢复对比度的方法。
在步骤S903中，动态范围转换单元201为在步骤S902中划分的各区域创建转换曲线。图10A、图10B和图10C是各自示出了转换曲线的示例的图。图10A是表示给定区域的转换曲线的图。横坐标指示输入亮度值，纵坐标指示输出亮度值，并且粗线指示转换曲线。条形图示出了该区域的亮度分布，并且各个条形对应于预定亮度范围的程度(对应于右侧的纵坐标)。在图10A、图10B和图10C中，Di表示转换前亮度动态范围，并且Do表示转换后亮度动态范围。在斜率为1即45°的情况下，输入亮度值和输出亮度值将一致，并且在该部分将不会发生图像变化。即是说，将维持动态范围的转换前对比度。随着斜率减小(角度小于45°)，与转换前对比度相比，转换后对比度下降。需要维持对比度以获取合适的转换后图像，并且优选的是将斜率设置为1。由于在这种情况下低频分量正被处理，因此需要尽可能多地执行转换以将斜率设置为1，以维持低频分量的对比度。图10B表示另一区域的转换曲线，但是亮度分布偏向高亮度侧。以与图10A类似的方式，根据分布的程度，将接近1的斜率分配给高亮度组。图10C表示亮度均匀分布的区域的转换曲线。在这种情况下，即使存在高程度的亮度组，也无法将斜率指定为1。这是因为将斜率1分配给特定亮度组将导致另一亮度组的斜率被设置为更接近0，这是由于转换后亮度动态范围Do较窄造成的。在这种情况下，将在各亮度组之间平均分配斜率，并且将按照各程度分配斜率，使得在各亮度组中没有亮度组的斜率被设置为非常接近0。另外，表示图像的不同区域的图10A至图10C具有公共部分。该共同部分是例如在步骤S901中获取的曝光亮度值Ya，并且创建各转换曲线，使得转换后的亮度值将恒定为预定值Ya'。结果，可以在再现高亮度侧的色调的同时维持用户在图像捕获时设置的曝光亮度。
在步骤S904中，动态范围转换单元201确定是否已经为每个划分区域创建了转换曲线。如果确定为尚未为每个划分区域创建转换曲线，则从步骤S903开始重复处理。否则，过程前进到步骤S905。
在步骤S905中，动态范围转换单元201使用各创建的转换曲线对各像素执行动态范围压缩处理。此时，在考虑周围区域的信息的情况下执行处理，以便不会创建使色调在区域之间变得不连续的地方。更具体地，可以分配与该区域相同程度的窗口，使得可以基于该窗口中包括的面积来执行加权，并且可以基于该比率来执行动态范围压缩处理。同样，由于简单的面积比可能导致在边界上生成诸如光晕等图像缺陷，因此可以基于目标区域的平均亮度值来改变权重。即是说，通过根据各个周围区域的平均亮度值的变化的增加而减小与目标像素相比的权重，可以抑制图像缺陷。
在步骤S906中，动态范围转换单元201确定是否已对所有像素执行了步骤S905的处理。如果确定为尚未对所有像素执行处理，则从步骤S905开始重复处理。否则，图9的处理结束。
以此方式，通过基于视网膜皮层理论将图像数据分离为高频分量和低频分量，并且通过使用针对图像的各区域的转换曲线对低频分量执行亮度动态范围转换，可以生成考虑到人类视觉特征的高对比度图像。
实施例示出了要打印符合BT.2100标准的HDR数据的示例。然而，本发明不限于BT.2100标准。可以执行符合另一标准的处理，或者可以仅执行OETF和EOTF的传递。例如，尽管已经将HLG方法和PQ方法例示为传递函数，但是可以使用另一种方法，只要使用了通过用相对亮度值或绝对亮度值定义色调来处理HDR数据的传递函数即可。在这种情况下，由等式(1)和(8)表示的传递函数和系统伽玛将具有符合相应标准的形式。可替代地，在不符合标准的情况下，仅可以应用传递函数(OETF和EOTF)。
尽管将图4A和图4B、图7和图8例示为根据实施例的亮度动态范围转换处理方法，但是本发明不限于这些方法。可以使用任一种方法，只要其是执行亮度动态范围的转换的方法即可。另外，动态范围转换处理的输入/输出亮度动态范围不限于在各实施例中例示的亮度动态范围(1000cd/m2等)。此外，根据实施例的显示设备102可以是任何形式的设备，并且不限于显示器，只要其是可以显示信息的设备即可，诸如附接到智能电话或设备的面板或触摸面板。
本发明不限于上述实施例，并且可以在本发明的精神和范围内进行各种改变和修改。因此，为了向公众通告本发明的范围，给出以下权利要求。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种图像处理设备，包括：
第一获取单元，其被配置为获取表示高动态范围图像即HDR图像的HDR数据，其中所述HDR数据是其色调基于相对亮度值而定义的数据；
第二获取单元，其被配置为获取用于基于由所述第一获取单元获取的所述HDR数据来执行打印的打印信息；
设置单元，其被配置为设置由所述第一获取单元获取的所述HDR数据的作为目标的亮度信息，其中所述作为目标的亮度信息是能够将所述HDR数据转换为其色调由绝对亮度值而定义的数据的信息；以及
转换单元，其被配置为将已由所述第一获取单元获取并且已由所述设置单元设置有所述作为目标的亮度信息的所述HDR数据的亮度的动态范围转换为要基于由所述第二获取单元获取的所述打印信息执行打印所利用的动态范围，其中由所述转换单元转换得到的动态范围是由所述打印信息所指定的绝对亮度值表达的亮度动态范围。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述打印信息是用于指定要通过所述转换单元进行转换所获取的动态范围的信息。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述打印信息包括指示要打印的薄片的类型的信息。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，要由所述第一获取单元获取的所述HDR数据是图像捕获侧的亮度转换后数据。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，由所述第一获取单元获取的所述HDR数据是输出侧的亮度转换前数据。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述转换单元执行所述输出侧的亮度转换，并且对已经执行了所述亮度转换的HDR数据执行动态范围转换。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括：
第三获取单元，其被配置为获取显示设备的显示信息，
其中，所述设置单元基于由所述第三获取单元获取的所述显示信息来设置作为所述目标的亮度信息。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，在所述第三获取单元要获取多个显示设备的显示信息的情况下，所述设置单元基于对应于所述多个显示设备的显示信息来设置作为所述目标的亮度信息。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括：
存储单元，其被配置为保持作为所述目标的亮度信息。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述转换单元通过使用用于转换动态范围的转换信息来执行动态范围转换。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述转换单元将由所述第一获取单元获取的所述HDR数据的亮度的动态范围转换为执行打印所利用的动态范围，使得在预定亮度范围内，输入亮度和输出亮度一致。
12.根据权利要求1所述的设备，还包括：
划分单元，其被配置为将由所述HDR数据表示的图像划分为区域，
其中，所述转换单元通过使用转换信息来执行动态范围转换，所述转换信息用于转换动态范围并且是针对由所述划分单元划分的各区域设置的。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述划分单元对由所述HDR数据表示的图像的低频分量执行区域划分。
14.根据权利要求13所述的设备，还包括：
被配置为对由所述HDR数据表示的图像的高频分量执行对比度校正的单元。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，还包括：
打印单元，其被配置为基于已经由所述转换单元进行了动态范围转换的数据来执行打印。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述HDR数据是通过混合对数伽马方法即HLG方法定义的数据。
17.一种要在图像处理设备中执行的图像处理方法，所述方法包括：
获取表示高动态范围图像即HDR图像的HDR数据，其中所述HDR数据是其色调基于相对亮度值而定义的数据；
获取用于基于所获取的所述HDR数据来执行打印的打印信息；
设置所获取的所述HDR数据的作为目标的亮度信息，其中所述作为目标的亮度信息是能够将所述HDR数据转换为其色调由绝对亮度值而定义的数据的信息；以及
将已设置有所述作为目标的亮度信息的所获取的所述HDR数据的亮度的动态范围转换为要基于所获取的所述打印信息执行打印所利用的动态范围，其中所转换得到的动态范围是由所述打印信息所指定的绝对亮度值表达的亮度动态范围。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述HDR数据是通过混合对数伽马方法即HLG方法定义的数据。
19.一种存储有程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述程序使计算机运行以：
获取表示高动态范围图像即HDR图像的HDR数据，其中所述HDR数据是其色调基于相对亮度值而定义的数据；
获取用于基于所获取的所述HDR数据来执行打印的打印信息；
设置所获取的所述HDR数据的作为目标的亮度信息，其中所述作为目标的亮度信息是能够将所述HDR数据转换为其色调由绝对亮度值而定义的数据的信息；以及
将已设置有所述作为目标的亮度信息的所获取的所述HDR数据的亮度的动态范围转换为要基于所获取的所述打印信息执行打印所利用的动态范围，其中所转换得到的动态范围是由所述打印信息所指定的绝对亮度值表达的亮度动态范围。
20.根据权利要求19所述的介质，其中，所述HDR数据是通过混合对数伽马方法即HLG方法定义的数据。
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