人眼视觉特性的高动态范围彩色图像自适应
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1 引言目前适配于超高清的节目内容数量较少,有很大一部分超高清节目需通过转换技术,才能满足超高清电视节目的制作及播出需求。
为了达到更舒适的人眼视觉效果,各种转换算法应运而生。
图像域的转换包括:HDTV向UHDTV、709色域向2020色域、SDR向HDR节目的转换。
色域和各种映射曲线的改变最终都是为了使得图像更加鲜艳更加符合人眼视觉特性。
本文介绍了ITU标准化的超高清色域、动态范围转换方法。
准ITU-R BT.709中规定的色域(又称Rec.709或sRGB)仅覆盖了Rec.2020的35.9%。
因此超高清电视显示出更丰富的色彩,如高密度橘色和深绿色等。
色域面积的提升使得整个图像的色彩层次呈现出指数型增加,各个色块之间的过渡也变得更为自然。
2.3 色域转换基本思路色域映射技术可以被分为两类:一类是将大色域映射到小色域,称之成同一种颜色;而空间色域映射考虑了其相邻像素的信息,用这种算法同一种源颜色可能会根据其临近像素的不同被映射成不同的目标颜色。
3 HDR3.1 定义动态范围是一个场景的最大亮度和最小亮度的比值,亮度单位一般用坎德拉每平方米(cd/m2),通常叫做摘要:超高清电视技术日趋成熟,但超高清节目内容却依旧内容不足。
目前仍有很大一部分4K超高清视频内容,尤其是HDR内容,是通过各种转换技术生成的。
本文对ITU标准化组织发布的超高清电视在色域、动态范围方面的转换算法进行了跟踪研究。
关键词:动态范围 标准化转换 ITU 色域* 本文受国家广播电视总局广播电视科学研究院2019年度广播电视科学研究院基本科研业务费课题(项目编号:JBKY2019007)资助39. . 40尼特(nit)。
自然界的动态范围很广,一般可以从10-6nit 到109nit,亮度范围可以到1015:1。
人眼在无瞳孔调节的情况下,可以感知到的典型动态范围是105:1。
由于受到传输设备等条件的限制,现有的电视系统一般是标准动态范围SDR 系统,最高亮度只能达到100nit,动态范围一般是103:1。
一种基于视觉系统的宽动态处理方法刘晓华;付秀华;田野;黄盛锋;舒伟平【摘要】传统相机动态范围与真实场景动态范围之间的巨大差距导致成像时很多细节信息无法被准确记录.传统的宽动态方法虽然有较明显的图像增强效果,但算法复杂度高、耗时长、无法满足实时性需求.针对现有宽动态方法的不足,提出一种基于视觉系统的宽动态处理方法.该方法只使用当前场景的一帧图像信息,根据人眼视觉系统特点制定一个两层宽动态处理机制,并且使用像素邻域信息计算参数环境变量,使得处理后的图像能够对暗区域还原信息,对亮区域抑制强光减少光晕影响,对中间区域拉伸,获得更大的动态范围.实验结果表明,可以有效地扩展图像的动态范围,且算法复杂度低,能够做到实时处理.【期刊名称】《长春理工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(041)004【总页数】4页(P100-103)【关键词】宽动态;视觉系统;领域信息;环境变量;实时处理【作者】刘晓华;付秀华;田野;黄盛锋;舒伟平【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春 130022;长春理工大学光电工程学院,长春 130022;广东光阵光电科技有限公司,广东东莞 523660;广东光阵光电科技有限公司,广东东莞 523660;广东光阵光电科技有限公司,广东东莞 523660【正文语种】中文【中图分类】TP391随着摄像机技术和视频监控技术的不断发展,人们发现在某些自然场景下拍摄一幅高质量的图像依然不是一件容易的事情。
这是因为自然光线的动态范围很大,并且场景中会同时存在高亮度与低亮度的景物。
当使用摄像机对同时包括高、低亮度的区域进行取景时,输出图像在高亮区域由于曝光过度成为一片白色,而在阴暗区域因曝光不足成为一片黑色,从而导致该场景的细节信息无法被准确记录。
造成这种现象的原因在于普通摄像机的成像缺陷,也就是通常所讲的动态范围不足。
因此宽动态技术应运而生,专门用来扩大相机的动态范围,让摄像机在非常强烈的对比下依然能够看到影像的各种细节信息。
人眼时间响应范围人眼时间响应范围是指人类眼睛对光的刺激所能产生的感知范围。
人眼对光的感知是由视觉系统完成的,它包括视觉信息的采集、传输和处理过程。
人眼的时间响应范围是指人眼对不同光信号的反应速度和灵敏度的限制。
人眼对光的感知是有限的。
根据实验结果,人眼的时间响应范围大约在16至20毫秒之间。
这意味着当两个连续的光信号的间隔小于16毫秒时,人眼很难分辨出它们之间的差别。
这也是为什么电影和电视中的连续画面可以形成流畅的动态效果的原因。
人眼对光的感知在不同光强下表现出不同的特性。
在低光强条件下,人眼的时间响应范围会增大,即人眼对光信号的变化更为敏感。
而在高光强条件下,人眼的时间响应范围会减小,即人眼对光信号的变化较为迟钝。
这是因为在低光强条件下,视觉系统需要更多的时间来采集和处理光信号,以提高对光的感知能力。
人眼对不同颜色的光信号也表现出不同的时间响应范围。
根据研究,人眼对绿色光信号的时间响应范围最宽,约为30毫秒左右,而对红色和蓝色光信号的时间响应范围则较窄,约为20毫秒左右。
这也意味着人眼对绿色光信号的变化更为敏感,对红色和蓝色光信号的变化相对较迟钝。
除了时间响应范围外,人眼对光的感知还受到其他因素的影响。
例如,人眼对光信号的灵敏度在白天和夜晚会有所不同。
在白天,人眼对光的感知能力较强,对光的变化更为敏感。
而在夜晚,人眼对光的感知能力较弱,对光的变化相对迟钝。
这是因为白天光线充足,人眼需要更高的灵敏度来适应光照条件,而夜晚光线较暗,人眼的灵敏度相应降低。
总结起来,人眼的时间响应范围是指人眼对光的感知能力的限制。
人眼的时间响应范围大约在16至20毫秒之间,受到光强和光颜色等因素的影响。
了解人眼的时间响应范围对于设计和优化视觉系统具有重要意义,可以提高图像和视频的质量,使其更符合人眼的感知能力。
快速Retinex彩色图像增强许欣;陈强;孙怀江;夏德深【摘要】提出了一种快速Retinex彩色图像增强方法,模拟了人类视觉系统全局和局部自适应性.首先对图像的亮度范围做全局调整;然后在光照估计步骤中对亮度进行Mean Shift滤波,用于其后光照影响的消除;最后对增强结果进行颜色恢复并进行了后处理.实验结果表明,方法能够有效压缩图像的动态范围,克服光照不均的影响,有效去除了光晕现象,且方法的颜色保持性较同类方法更好.使用了Mean Shift加速算法.方法运行速度快于此前提出的方法.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2010(046)005【总页数】4页(P4-6,72)【关键词】图像增强;Retinex;Mean Shift;光晕现象;颜色保持【作者】许欣;陈强;孙怀江;夏德深【作者单位】南京理工大学,计算机科学与技术学院,南京,210094;南京理工大学,计算机科学与技术学院,南京,210094;南京理工大学,计算机科学与技术学院,南京,210094;南京理工大学,计算机科学与技术学院,南京,210094【正文语种】中文【中图分类】TP391.411 引言图像增强是指针对特定的需要采用特定方法突出图像中的某些信息,同时削弱或去除无关信息的图像处理方法。
其主要目的是为某种特定应用去改善图像质量,得到对具体应用来说更实用的图像,或将原图转换成一种更适合人或机器进行分析处理的形式,方法的设计和实际应用的目的密切相关。
图像增强在图像处理和分析领域有着广泛的应用,如改善光照不均条件下所拍摄照片的视觉效果,增强医学图像的对比度以利于后续分析诊断,提取图像中人眼不易见的细节信息等。
常见的图像增强方法可分为频域方法和空域方法两类。
频域方法一般需先借助傅里叶变换等将图像转换至频率域,再做滤波等处理;而空域方法则直接作用于图像中的像素点,其又可分为全局处理的方法和区域自适应处理的方法。
传统的全局增强方法如直方图均衡化、梯度拉伸、伽玛校正等,实质上只是用一个灰度值的映射对直方图进行全局调整,改变图像灰度的分布形式,使原图中人眼不易见的隐藏信息得以显现出来。
4 ATSC3.0视频表达地面数字电视最重要的业务内容是视频,以前的地面标准仅支持到HDTV业务,ATSC3.0则增加对超高清视频的支持,支持4kUHD,提供更高质量的图像。
高质量视频可通过提高图像像素的空间特性,增加刷新率的时间特性,扩展色度空间以及像素的比特深度等方面实现。
ATSC3.0的UHD业务视频特性遵从ITU-R BT.2020,图像刷新率到120Hz,像素比特深度到10比特,4kUHD像素空间为3840x2160。
此外颜色空间的扩充和支持HDR显示成为最主要的图像质量提高措施。
4.1 BT.2020色空间ITU-R BT.2020将色度系统的红(R)、绿(G)和蓝(B)三基色色度坐标选到了可见光谱色轨迹上,从而色域覆盖率可更宽,整个三角形的面积比BT.709增加了70%,也就意味着UHD能够显示更多的色彩,见图16。
同时,色域在绿、黄、青色区有显著扩大,由于绿、黄、青色区是高亮度区,这对提高光效率也极为有利,不过谱色光目前只有激光才能提供。
受电视机发光光源的色纯度技术的制约,目前的技术无论是 OLED 还是 LCD 都很难以实现真实的 BT.2020色域的覆盖范围。
目前唯一能达标的是新一代采用 RGB 激光光源的数字放映机。
图16 BT.2020和BT.709色域空间比较4.2 高动态范围(HDR)视频人眼从真实景物世界所能感觉到的亮度范围可达到100,000:1,瞬时对比度范围可达到10000:1(即同一瞳孔开度下可辨别的亮度范围)。
而现今的电视显示器对比度范围大致能做到2000:1,远达不到人眼的感知范围。
所以,人们从电视上所看到的仅仅是一个屏幕表现,而非窗外景色的真实再现。
图17表示真实世界中,人眼瞬时可感知的亮度范围,从暗处的2尼特到明亮处的10000尼特(cd/cm2),其亮度分辨率能力远高于目前的任何显示设备。
图17 真实世界的亮度值CRT曾长期占据显示屏统治地位,因此多项光电转换标准以CRT特性为基础制定,至今仍在广播和显示业界发挥作用。
CCD图像传感器的特性一般包括光谱特性、分辨率、暗电流、灵敏度和动态范围等。
1、光谱特性CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围,其感光光谱可延伸至红外区域,利用此特性,可以在夜间无可见光照明的情况下,用辅助红外光源照明,也能使CCD图像传感器清晰地成像。
光波的波长范围从几纳米到1 mm,即10-9 ~10-3m,而人眼的感光范围只在0.38~0.78 μm的范围。
CCD器件的光谱响应范围宽于人眼的视觉范围,一般在0.2~1.1µm的波长范围内。
特种材料的红外CCD 的波长响应可扩展到几微米,即CCD 的光谱响应范围从远紫外,近紫外,可见光到近红外区,甚至到中红外区。
2、分辨率分辨率是CCD的最重要的特性,一般用器件的MTF(Modulation Transfer Function)即调制转移函数来表示。
需要说明的是,CCD芯片的分辨率与后面提到的CCD摄像机的分辨率的定义是不同的。
3、暗电流暗电流产生的主要原因在于CCD器件本身的缺陷,而且这种器件本身还使得暗电流的产生也不均匀;暗电流限制了器件的灵敏度和动态范围;暗电流的大小与温度的关系极为密切,温度每降低100C,暗电流约减少一半。
4、灵敏度和动态范围CCD的灵敏度一般用最低照度表示,所谓灵敏度高就是要求在很低的照度下也能输出较为清晰(轮廓)的图像。
动态范围是势阱中可存储的最大电荷量和噪声决定的最小电荷量之比。
CCD势阱中可容纳的最大信号电荷量取决于CCD电极面积及器件结构,时钟驱动方式及驱动脉冲电压的幅度等因素。
5、弥散现象(Blooming)由于CCD势阱对光信号电荷的收容能力有一定的限度,所以,当高照度光局部地照射CCD单元时,电荷量将从势阱溢出,并流入邻近势阱,光产生的图像就会失真,这就是弥散现象。
6、噪声CCD的噪声源主要有以下几种:电荷注入器件产生的噪声;电荷转移时,电荷量波动产生的噪声;电荷读出时的噪声。
cmos彩色原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述CMOS(互补金属氧化物半导体)彩色原理是指基于CMOS技术的彩色图像传感器的工作原理。
CMOS彩色原理是一种将光信号转换为电信号的技术,广泛应用于数码相机、摄像机和智能手机等电子设备中。
CMOS彩色原理的实现是基于三原色(红、绿、蓝)原理。
在传感器中,每个像素点都包含一个光敏元件,用于感知不同颜色的光信号。
这些光敏元件根据入射的光强度对光信号进行采样,并将其转换为电荷。
CMOS彩色原理的核心在于彩色滤光阵列(CFA),它通过在每个像素点上添加红、绿、蓝三种不同颜色的滤光片来实现对光信号的分离。
当光通过CFA时,只有与滤光片相匹配的颜色光线能够透过,而其他颜色的光线则被滤掉。
通过这样的方式,每个像素点只能感知到一种颜色的光信号。
CMOS彩色原理结合了图像传感器和数字信号处理器(DSP)的技术,通过采样、转换和处理电荷信号,最终生成彩色图像。
数字信号处理器能够对采集到的光信号进行解码和处理,使图像细节更加清晰、色彩更加鲜艳。
CMOS彩色原理的优点在于其成本低、功耗小、集成度高、响应速度快等特点。
相比于传统的CCD(电荷耦合器件)技术,CMOS彩色原理不仅具备同等甚至更高的图像质量,而且在成像速度和功耗方面更具竞争力。
因此,了解和理解CMOS彩色原理对于我们更好地理解数码相机和其他电子设备中的图像传感器技术至关重要。
本文将从CMOS彩色原理的基本概念开始,详细介绍其工作原理,并对其在未来的发展进行展望。
1.2 文章结构文章结构是确定文中内容组织和表达的重要指导,它能帮助读者更好地理解和消化文章的主要论点和观点。
本文主要分为引言、正文和结论三个部分,具体如下:引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面。
首先,我们会对CMOS彩色原理进行概述,介绍其基本概念和背景。
接着,我们会明确本文的文章结构,确保整篇长文的逻辑清晰、层次分明。
最后,我们会说明本文的目的,明确我们撰写这篇长文的动机和目标。