3、Tone Mapping色调映射(Advanced High Dynamic Range Imaging)
如今，大多数可用的显示设备无法本地显示HDR内容。 入门级显示器的对比度仅为200：1。 尽管高端液晶电视具有更高的对比度，但平均对比度约为10,000：1，但通常每个色彩通道的离散度为8位，很少为10位。 这意味着色调限制为255。在过去的二十年中，研究人员花费了大量时间和精力来压缩HDR图像和视频的范围，以便可以在LDR显示器上更“自然”地看到数据。
图3.1 色调映射和真实场景之间的关系。 观察者1和观察者2在两个不同的环境中看同一场景。 观察者1在捕获，存储和映射色调之后，正在监视器上查看场景。 另一方面，观察员2正在观看现实世界中的场景。 最终目标是色调映射的场景应与真实场景的感知匹配，因此观察者1和2将感知相同的场景。
色调映射是调整HDR内容的动态范围以适合给定显示器上可用的较低动态范围的操作。 范围的减小试图保持原始内容的某些特性，例如局部和全局对比度，细节等。此外，通常希望色调映射图像的感知应该与真实场景的感知相匹配。 见图3.1。 色调映射是使用运算符f或色调映射运算符（TMO）执行的，通常将其定义为：
其中I是图像，w，h和c分别是I的宽度，高度和通道数。其中对于普通的LDR监视器，Do = [0,255] 。
此外，通常TMO仅映射亮度，而未处理颜色。
这将公式（3.1）简化为
其中s∈（0,1]是降低饱和度的饱和度因子，通常在色调映射过程中增加；应用f之后，通常会应用伽马校正，并且每个颜色通道都被限制在[0,255]范围内。
请注意，原始色域在此过程中被大大修改，并且色调映射的颜色外观可能导致与原始图像中的色域有很大差异。 关于该问题的研究将在第4章中进行介绍。基于TMO或它们使用的图像处理技术，可以将TMO大致分为不同的组。 请参阅表3.1。
表3.1。 本章介绍了TMO的分类。 TMO根据其图像处理技术进行划分。 T表示此运算符可能适用于色调映射HDR视频。 有关信息的说明，请参见表3.2。
分类的主要类别是：
- Global operators：将该映射应用于具有相同运算符f的所有像素。
- Local operators.：一个像素的映射依赖于它的邻居，这些邻居作为f的输入。
- Segmentation operators.：图像在较宽的区域进行分割，并对每个区域应用不同的映射。
- Frequency/gradient operators.：图像的低频率和高频率是分开的。当一个算子应用于较低的频率时，较高的频率通常被保持，因为它们保留了细节。
可以根据TMO的设计理念或其用途进行进一步的分类:：
- Perceptual operators.：这些运算符可以是全局，局部，分段或频率/梯度。 主要焦点是函数f对HVS的某些方面建模，例如时间适应[302]，夜间视力丧失[130]，衰老[182]等。
- Empirical operators:这些运算符可以是全局，局部，分段或频率/梯度。 在这种情况下，f不是试图模仿HVS，而是尝试生成受其他领域（例如摄影）启发的美观图像。
最后，某些方法适合于HDR视频内容和动画，而其他方法通常只用于图像。第5章讨论了HDR视频操作符。
在下一节中，将介绍MATLAB框架并描述一些基本的常用函数。随后，对主要tmo进行了综述。这篇综述是根据表3.1中分类描述的图像处理技术组织的;这个表还显示了本章介绍的操作符及其在分类中的位置。全局算子在3.3节的3.2节中讨论局部算子，3.4节的3.4节中讨论频率算子，3.5节的3.5节中讨论分割算子。