一種基于噴墨數(shù)字印刷的高動(dòng)態(tài)范圍圖像紙媒再現(xiàn)方法與流程

本發(fā)明屬于數(shù)字印刷圖像處理復(fù)制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于噴墨數(shù)字印刷的高動(dòng)態(tài)范圍圖像紙媒再現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

高動(dòng)態(tài)范圍圖像是一種與場(chǎng)景相關(guān)的圖像，動(dòng)態(tài)范圍一般超過(guò)1000:1，可以記錄視覺(jué)感知到的大部分場(chǎng)景。高動(dòng)態(tài)范圍圖像在高清影片、游戲特效、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遙感衛(wèi)星及印刷復(fù)制等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是目前高動(dòng)態(tài)范圍圖像本身無(wú)法直接再現(xiàn)于低動(dòng)態(tài)范圍媒介尤其是紙媒上。

現(xiàn)有紙媒再現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍圖像遠(yuǎn)小于人眼可感知的動(dòng)態(tài)范圍，也小于lcd等顯示媒體再現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍圖像的范圍，容易造成再現(xiàn)質(zhì)量不高，細(xì)節(jié)丟失嚴(yán)重等問(wèn)題。紙媒所能再現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍大約為50:1，當(dāng)高動(dòng)態(tài)范圍圖像直接再現(xiàn)于紙媒時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍大大壓縮，呈現(xiàn)場(chǎng)景的亮度信息會(huì)發(fā)生較大改變，使得表現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景的顏色、紋理細(xì)節(jié)信息都發(fā)生較大變化。通過(guò)提高紙媒光學(xué)屬性也無(wú)法直接增加再現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)信息。

圖像處理可以通過(guò)濾波處理將高動(dòng)態(tài)范圍圖像強(qiáng)度信息分解為亮度層和細(xì)節(jié)層，主要采用濾波器對(duì)圖像進(jìn)行空域或頻域處理，常用濾波器主要有高斯濾波、均值濾波和雙邊濾波等。但采用單次濾波處理后，總是出現(xiàn)光暈、翻轉(zhuǎn)等各種噪聲。

階調(diào)映射技術(shù)可以將高動(dòng)態(tài)范圍圖像階調(diào)范圍映射到紙媒階調(diào)范圍之內(nèi)，即將圖像亮度范圍映射到紙媒亮度范圍，使更多細(xì)節(jié)能夠再現(xiàn)于紙媒上，特別是高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域可以顯示更多細(xì)節(jié)。盡管階調(diào)映射采用全局映射和局部映射的方法，解決了部分問(wèn)題，但是仍然存在動(dòng)態(tài)范圍過(guò)度壓縮引起的細(xì)節(jié)丟失過(guò)多、出現(xiàn)光暈等現(xiàn)象。

為了滿(mǎn)足高動(dòng)態(tài)范圍圖像在紙媒上再現(xiàn)，必須開(kāi)發(fā)適用于此需求的高動(dòng)態(tài)范圍圖像處理方法和減少階調(diào)映射過(guò)程中細(xì)節(jié)過(guò)度丟失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是用來(lái)解決現(xiàn)有高動(dòng)態(tài)范圍圖像通過(guò)噴墨印刷方式再現(xiàn)于紙媒上的不足，提供一種基于噴墨數(shù)字印刷的高動(dòng)態(tài)范圍圖像紙媒再現(xiàn)方法，能夠在紙媒上層次分明的顯示高動(dòng)態(tài)范圍圖像。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供了一種基于噴墨數(shù)字印刷的高動(dòng)態(tài)范圍圖像紙媒再現(xiàn)方法，其特征在于，包含如下步驟，

（1）測(cè)量紙媒介屬性，包括光學(xué)屬性和物理屬性，獲得紙媒介自身顯示動(dòng)態(tài)范圍；

（2）利用噴墨印刷機(jī)輸出獲得紙媒呈色特性；

（3）讀取高動(dòng)態(tài)范圍圖像iin，利用灰度計(jì)算公式計(jì)算得到灰度圖像i0；

（4）對(duì)灰度圖像i0進(jìn)行分層，采用多次濾波，第一次使用雙邊濾波獲得亮度層l1和細(xì)節(jié)層d1：

，其中，，，

其中，bf表示雙邊濾波操作，iin是輸入的源圖像，是像素i和像素j空間幾何距離的高斯函數(shù)表示，是像素i和像素j色度差值的高斯函數(shù)表示。為像素i和j的空間位置關(guān)系表征，為像素i和j的色差尺度表征。

對(duì)l1，根據(jù)紙媒介階調(diào)特性，選擇映射函數(shù)f1進(jìn)行映射，獲得l1’；對(duì)d1，根據(jù)紙媒介顯色特性進(jìn)行增強(qiáng)，采用增強(qiáng)系數(shù)α，獲得d2’；

（5）第二次濾波處理，對(duì)l1’進(jìn)行均值濾波處理，獲得低通圖像層l2和高通圖像層d2：

其中，。

對(duì)l2，根據(jù)紙張媒介階調(diào)特性，選擇映射函數(shù)f2進(jìn)行映射，獲得l2’；對(duì)d2，根據(jù)紙媒介顯色特性進(jìn)行增強(qiáng)，采用增強(qiáng)系數(shù)β，獲得d2’；

（6）第三次濾波處理，對(duì)l2’進(jìn)行高斯濾波處理，獲得低通圖像層l3和高通圖像層d3：

其中，

對(duì)l3，根據(jù)紙張媒介階調(diào)特性，選擇映射函數(shù)f3進(jìn)行映射，獲得l3’；對(duì)d3，根據(jù)紙媒介特性進(jìn)行增強(qiáng)，選擇增強(qiáng)系數(shù)γ，獲得d3’；

（7）將處理后的各層圖像根據(jù)噴墨印刷紙媒屬性，逆向加和，得到最終印刷輸出圖像。

進(jìn)一步的，所述光學(xué)屬性為白度、不透明度；所述物理屬性為定量，平滑度，挺度和孔隙率。

進(jìn)一步的，所述紙媒呈色特性包括最大密度值、色域特性。

進(jìn)一步的，所述增強(qiáng)系數(shù)α參考值為1.01；所述增強(qiáng)系數(shù)β參考值為0.9；所述增強(qiáng)系數(shù)γ參考值為0.9。

本發(fā)明的有益效果為：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以在不改變紙張屬性的前提下，在紙媒上再現(xiàn)圖像更多層次細(xì)節(jié)，降噪使邊緣區(qū)域不受模糊影響，有效的消除光暈現(xiàn)象，提升視覺(jué)感知效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體流程框架圖。

圖2為實(shí)施例1的紙媒介特性流程圖。

圖3為實(shí)施例1紙媒介顯色色域圖。

圖4為實(shí)施例1本發(fā)明實(shí)施案例的紙媒印刷最大密度圖。

圖5為未處理及處理后的輸出圖像；

其中，a為一次濾波處理后輸出圖像；b為二次濾波處理后輸出圖像；c為三次濾波處理后輸出圖像；d為未處理直接輸出的源圖像。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明技術(shù)方案。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明的整體流程包括以下步驟：

步驟1，測(cè)量紙媒介屬性，選取6種紙樣，分別編號(hào)為1#，2#，3#，4#，5#和6#，光學(xué)屬性為白度、不透明度；物理屬性為定量，平滑度，挺度和孔隙率該步驟具體實(shí)現(xiàn)方法采用現(xiàn)有方法，此處不再贅述。

步驟2，根據(jù)圖2所示流程，利用噴墨數(shù)字印刷機(jī)7色墨水，制作紙張?zhí)匦晕募Ｍㄟ^(guò)數(shù)字打樣軟件和打印機(jī)完成紙張線(xiàn)性化，生成紙張?zhí)匦曰募?，紙張?zhí)匦曰募涗浟水?dāng)前打印機(jī)、墨水和紙張三者之間的匹配關(guān)系，以及由這三者結(jié)合后的各種色彩信息的還原能力，如圖3和圖4。

步驟3，讀取高動(dòng)態(tài)范圍圖像iin，利用灰度計(jì)算公式，本實(shí)施例采用計(jì)算得到高動(dòng)態(tài)范圍的灰度圖像i0；

步驟4，對(duì)灰度圖像i0進(jìn)行分層，采用濾波器為雙邊濾波，其中，本實(shí)施例中模板大小取n=5，色度差值取δe=3，獲得亮度層l1和細(xì)節(jié)層d1：

其中，，，

其中，bf表示雙邊濾波操作，iin是輸入的源圖像，是像素i和像素j空間幾何距離的高斯函數(shù)表示，是像素i和像素j色度差值的高斯函數(shù)表示。為像素i和j的空間位置關(guān)系表征參數(shù)，本實(shí)施例設(shè)置為2.24，為像素i和j的色差尺度表征參數(shù)，本實(shí)施例中設(shè)置為3。

對(duì)l1，根據(jù)步驟1和2獲得的紙媒介特性，選擇映射函數(shù)f1進(jìn)行映射，獲得l1’，取f1為反曲函數(shù)；對(duì)d1，根據(jù)紙媒介顯色特性進(jìn)行增強(qiáng)，采用增強(qiáng)系數(shù)α，獲得d2’，取α=1.01；

步驟5，第二次濾波處理，對(duì)l1’進(jìn)行均值濾波處理，獲得低通圖像層l2和高通圖像層d2：

其中，

對(duì)l2，根據(jù)紙張媒介階調(diào)特性，選擇映射函數(shù)f2進(jìn)行映射，獲得l2’，取f2亮度線(xiàn)性壓縮函數(shù)；對(duì)d2，根據(jù)紙媒介顯色特性進(jìn)行增強(qiáng)，采用增強(qiáng)系數(shù)β，獲得d2’，取β=0.9；

步驟6，第三次濾波處理，對(duì)l2’進(jìn)行高斯濾波處理，獲得低通圖像層l3和高通圖像層d3：

，

其中，

對(duì)l3，根據(jù)紙張媒介階調(diào)特性，選擇映射函數(shù)f3進(jìn)行映射，獲得l3’，取f3為線(xiàn)性壓縮函數(shù)；對(duì)d3，根據(jù)紙媒介特性進(jìn)行增強(qiáng)，選擇增強(qiáng)系數(shù)γ，獲得d3’，取γ=0.9；

步驟7，將處理后的各層圖像根據(jù)噴墨印刷紙媒屬性，逆向加和，得到最終印刷輸出圖像。

對(duì)比例1

步驟1，測(cè)量紙媒介屬性，選取6種紙樣，分別編號(hào)為1#，2#，3#，4#，5#和6#，光學(xué)屬性為白度、不透明度；物理屬性為定量，平滑度，挺度和孔隙率該步驟具體實(shí)現(xiàn)方法采用現(xiàn)有方法，此處不再贅述。

步驟2，根據(jù)圖2所示流程，利用噴墨數(shù)字印刷機(jī)7色墨水，制作紙張?zhí)匦晕募?。通過(guò)數(shù)字打樣軟件和打印機(jī)完成紙張線(xiàn)性化，生成紙張?zhí)匦曰募?，紙張?zhí)匦曰募涗浟水?dāng)前打印機(jī)、墨水和紙張三者之間的匹配關(guān)系，以及由這三者結(jié)合后的各種色彩信息的還原能力，如圖3和圖4。

步驟3，讀取高動(dòng)態(tài)范圍圖像iin，利用灰度計(jì)算公式，本實(shí)施例采用計(jì)算得到高動(dòng)態(tài)范圍的灰度圖像i0；

步驟4，對(duì)灰度圖像i0進(jìn)行分層，采用濾波器為雙邊濾波，其中，本實(shí)施例中模板大小取n=5，色度差值取δe=3，獲得亮度層l1和細(xì)節(jié)層d1：

其中，，，；

其中，bf表示雙邊濾波操作，iin是輸入的源圖像，是像素i和像素j空間幾何距離的高斯函數(shù)表示，是像素i和像素j色度差值的高斯函數(shù)表示。為像素i和j的空間位置關(guān)系表征參數(shù)，本實(shí)施例設(shè)置為2.24，為像素i和j的色差尺度表征參數(shù)，本實(shí)施例中設(shè)置為3。

對(duì)l1，根據(jù)步驟1和2獲得的紙媒介特性，選擇映射函數(shù)f1進(jìn)行映射，獲得l1’，取f1為反曲函數(shù)；對(duì)d1，根據(jù)紙媒介顯色特性進(jìn)行增強(qiáng)，采用增強(qiáng)系數(shù)α，獲得d2’，取α=1.01。