한국통신학회논문지 (The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences)

한국통신학회 (The Korean Institute of Commucations and Information Sciences)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

히스토그램 변형을 이용한 HDR 영상 렌더링을 위한 인지기반 톤 맵핑 기법

Perception-Based Tone Mapping Technique for Rendering HDR Image Using Histogram Modification

  • 김원균 (한양대학교 전자컴퓨터통신공학과 영상통신 및 신호처리 연구실) ;
  • 하창우 (한양대학교 전자컴퓨터통신공학과 영상통신 및 신호처리 연구실) ;
  • 정제창 (한양대학교 전자컴퓨터통신공학과 영상통신 및 신호처리 연구실)
  • 투고 : 2013.04.05
  • 심사 : 2013.10.25
  • 발행 : 2013.11.30
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

본 논문에서는 HDR (high dynamic range) 영상 렌더링을 위한 히스토그램 변형 기법을 이용한 인지기반 톤 맵핑(tone mapping) 기법을 제안한다. HDR 톤 맵핑 알고리듬은 넓은 동적 영역을 갖는 영상을 LDR (low dynamic range) 영상 장치에 표현하기 위해 사용된다. 인간의 시각특성을 이용한 톤 맵핑 알고리듬은 상당히 효과적이지만 고정된 형태의 맵핑 함수를 사용하기 때문에 모든 영상에서 동일한 성능을 얻지 못한다. 제안하는 방법은 인지기반 톤 맵핑 함수와 히스토그램 변형기법을 적용하여 HDR 영상의 동적 영역을 압축한다. 인지기반 톤 맵핑 함수를 이용해서 원 영상의 히스토그램을 제한하고 보상과정을 통해서 적응적인 톤 맵핑 함수를 얻을 수 있다. 이는 화소값에 따라 서로 다른 제약조건들을 사용함으로써 contrast를 향상시킬 뿐만 아니라 원 영상의 디테일도 보존한다. 또한, 히스토그램 변형기법을 사용함으로써 과도한 히스토그램 평활화로 인한 왜곡을 개선할 수 있고, 더욱이 제어파라미터를 이용하여 영상의 contrast를 조정할 수 있다. 시뮬레이션 및 실험을 통해 주관적 및 객관적 성능을 비교하고 기존 방법에 비해 제안한 방법이 우수함을 입증한다.

In this paper, we present a perception-based tone mapping technique using histogram modification for displaying high dynamic range image. HDR (high dynamic range) tone mapping algorithms are used to display HDR image on LDR (low dynamic rnage) devices. Although perception-based tone mapping methods provides better performance, it dose not always produce good results for a wide variety of images. The proposed method reduces dynamic range by using the perception-based tone mapping function and histogram modification. A derivative of perception-based tone mapping function is used as constraint function of histogram and additional compensation process is performed. This method not only improves contrast by adopting different constraints on each pixel value, but also preserves more visual details. In order to prevent over enhancement, histogram modification technique is applied. Furthermore, it can control the rate of image contrast using control parameters. Subjective and objective evaluations show that proposed algorithm is better than existing algorithms.

키워드

참고문헌

  1. H. J. Kwon, S. H. Lee, S. M. Chae, and K. I. Sohng, "Multi scale tone mapping model using visual brightness functions for HDR image compression," J. KICS, vol. 37, no. 12, pp. 1054-1064, Dec. 2012. https://doi.org/10.7840/kics.2012.37A.12.1054
  2. E. Reinhard, M. Stark, P. Shirley, and J. Ferwerda, "Photographic tone reproduction for digital images," ACM Trans. Graphics, vol. 21, no. 3, pp. 267-276, July 2002.
  3. E. Reinhard, "Parameter estimation for photographic tone reproduction," J. Graphics Tools, vol. 7, no, 1, pp. 45-51, Nov. 2003.
  4. F. Durand and J. Dorsey, "Fast bilateral filtering for the display of high dynamic range images," ACM Trans. Graphics, vol, 21, no. 3, pp. 257-266, July 2002.
  5. Z. Farbman, R. Fattal, D. Lischinski, and R. Szeliski, "Edge-preserving decompositions for multi-scale tone and detail manipulation," ACM Trans. Graphics, vol. 27, no. 3, pp. 1-10, Aug. 2008.
  6. G. W. Larson, H. Rushmeier, and C. Piatko, "A visibility matching tone reproduction operator for high dynamic range scenes," IEEE Trans. Vis. Comput. Graphics, vol. 3, no. 4, pp. 291-306, Oct. 1997. https://doi.org/10.1109/2945.646233
  7. J. Duan, M. Bressan, C. Dance, and G. Qiu, "Tone-mapping high dynamaic range images by novel histogram adjustment," Pattern Recognition, vol. 43, no. 5, pp. 1847-1862, May 2010. https://doi.org/10.1016/j.patcog.2009.12.006
  8. T. Arici, S. Dikbas, and Y. Altunbasak, "A histogram modification framework and its application for image contrast enhancement," IEEE Trans. Image Process., vol. 18, no. 9, pp. 1921-1935, Sep. 2009. https://doi.org/10.1109/TIP.2009.2021548
  9. T. Celik and T. Tjahjadi, "Automatic image equalization and contrast enhancement using Gaussian mixture modeling," IEEE Trans. Image Process., vol. 21, no. 1, pp. 145-156, Jan. 2012. https://doi.org/10.1109/TIP.2011.2162419
  10. D. Menotti, L. Najman, J. Facon, and A. de A. Araújo, "Multi-histogram equalization methods for contrast enhancement and brightness preserving," IEEE Trans. Consum. Electron., vol. 53, no. 3, pp. 1186-1194, Aug. 2007. https://doi.org/10.1109/TCE.2007.4341603