逆色調映射算法的研究及其在影視領域中的應用

黃嘉寶 顧曉娟

(1.北京電影學院中國電影高新技術研究院,北京 100088)

(2.北京電影學院影視技術系,北京 100088)

1 前言

近幾年來,高動態范圍 (High Dynamic Range,HDR)技術在影視領域中逐漸興起:在電視領域,越來越多的消費級HDR 顯示器投入市場,國內外的電視臺和網絡媒體都紛紛積極推動HDR節目在業務上的發展;在電影領域,具有超高光通量的激光光源放映機以及大尺寸LED 銀幕的出現,使得人們可以在電影院中觀看HDR 電影。

然而,HDR 技術在行業內迅速發展的同時,也存在著一些限制。在制作端,拍攝、制作、存儲HDR 內容需要更高的成本、更高的技術要求和一定的設備支持;在用戶端,家用電視機、電腦、手機等顯示設備從SDR 過渡到HDR 還需要很長一段時間;在影院端,由于成本和技術的制約,放映設備從SDR 升級為HDR 也非一蹴而就。因此,目前大部分電視節目、電影、網絡視頻等內容都還是以SDR 的標準進行拍攝、制作和播出的,而這些SDR的發行母版并達不到HDR 電視頻道、院線及網絡平臺的播出標準。面對HDR 影像需求量的不斷增長,解決目前HDR 內容匱乏的方法之一就是使用逆色調映射算法(Inverse Tone Mapping Operator,iTMO)將現有的SDR 影片轉換成HDR 版本。

逆色調映射,指的是將影像從低動態范圍拓展為高動態范圍,使其在HDR 顯示設備上以適合的對比度顯示。目前,國內外已經有許多學者做過了將SDR 內容轉換為HDR 的研究,現有的算法可以分為兩大類,一類是模型驅動 (Model-Driven)的算法,另一類是數據驅動 (Data-Driven)的算法。

本文首先對不同時期、不同分類的逆色調映射算法的發展歷史進行了詳細的梳理,探討其在當今影視領域中的應用并舉出了實例,最后提出了幾條逆色調映射算法在內容創作上的設計原則,對該技術的前景做出了簡要的分析。……