色調映射

色調映射是在有限動態範圍媒介上近似顯示高動態範圍圖像的一項計算機圖形學技術 。 打印結果 、 CRT 或者 LCD 顯示器以及投影儀等都只有有限的動態範圍 。 本質上來講 ， 色調映射是要解決的問題是進行大幅度的對比度衰減將場景亮度變換到可以顯示的範圍 ， 同時要保持圖像細節與顏色等對於表現原始場景非常重要的訊息 。 根據應用的不同 ， 色調映射的目標可以有不同的表述 。 在有些場合 ， 生成 “ 好看 ” 的圖像是主要目的 ， 而在其它一些場合可能會強調生成儘可能多的細節或者最大的圖像對比度 。 在實際的渲染應用中可能是要在真實場景與顯示圖像中達到匹配 ， 儘管顯示設備可能並不能夠顯示整個的亮度範圍 。 在最近幾年中已經開發了各種各樣的色調映射算法 ， 其中一個簡單的色調映射濾波器例子是 ， 這個函數將場景在 域內的 radiance 值 映射到顯示輸出範圍 。 另外一組更加複雜的算法是基於對比度或者梯度域的方法 ， 這些算法的側重點在於對比度的保持而不是亮度的映射 ， 這種方法的思路起源於人眼對於對比度或者不同亮度區域的亮度比例最爲敏感 。 這種色調映射由於較好地保存了對比度細節 ， 所以通常會產生非常銳利的圖像 ， 但是這樣做的代價是使得整體的圖像對比度變得平緩 。 這種色調映射方法的例子包括 ： 梯度域高動態範圍壓縮以及高動態範圍圖像感知框架 （ 有一種色調映射就是這種框架的一個應用 ） 。 一個有趣的高動態範圍圖像色調映射實現方法是從anchoring theory of lightness perception 得到的靈感 。 這個理論全面地解釋了人類視覺系統中如 lightness constancy 以及 its spectacular failures 這些對於感知圖像非常重要部分的特點 。 這個色調映射方法 （ 色調重建中的亮度感知 ） 的核心概念是將高動態範圍圖像分解成照明一致的區域或結構以及計算局部亮度值 。 根據各個區域亮度的比例進行合併 ， 從而計算圖像的純亮度值 。 其中尤其重要的是亮度定位 （ anchoring ） — — 將照明的亮度對應於已知的亮度值 ， 也就是說哪個亮度值在場景中感知爲白色 。 這種色調映射實現方法不影響局部對比度 ， 並且由於對亮度進行線性處理所以也保留了高動態圖像的自然顏色 。