一种基于静电数字印刷的高动态范围图像纸媒再现方法与流程
本发明属于印刷图像处理复制技术领域，具体涉及高动态范围图像处理及利用静电数字印刷在纸媒上的显示再现方法。
背景技术：
高动态范围图像是一种与场景相关的图像，动态范围一般超过1000:1，可以记录视觉感知到的大部分场景。高动态范围图像在高清影片、游戏特效、远程医疗、遥感卫星及印刷复制等领域得到越来越广泛的应用。但是目前高动态范围图像本身无法直接再现于低动态范围媒介尤其是纸媒上。
现有纸媒再现高动态范围图像远小于人眼可感知的动态范围，也小于lcd等显示媒体再现高动态范围图像的范围，容易造成再现质量不高，细节丢失严重等问题。纸媒所能再现动态范围大约为50:1，当高动态范围图像直接再现于纸媒时，动态范围大大压缩，呈现场景的亮度信息会发生较大改变，使得表现真实场景的颜色、纹理细节信息都发生较大变化。通过提高纸媒光学属性也无法直接增加再现图像细节信息。
图像处理可以通过滤波处理将高动态范围图像强度信息分解为亮度层和细节层，主要采用滤波器对图像进行空域或频域处理，常用滤波器主要有高斯滤波、均值滤波和双边滤波等。但采用单次滤波处理后，总是出现光晕、翻转等各种噪声。
阶调映射技术可以将高动态范围图像阶调范围映射到纸媒阶调范围之内，即将图像亮度范围映射到纸媒亮度范围，使更多细节能够再现于纸媒上，特别是高亮度区域和低亮度区域可以显示更多细节。尽管阶调映射采用全局映射和局部映射的方法，解决了部分问题，但是仍然存在动态范围过度压缩引起的细节丢失过多、出现光晕等现象。
为了满足高动态范围图像在纸媒上再现，必须开发适用于此需求的高动态范围图像处理方法和减少阶调映射过程中细节过度丢失。
技术实现要素：
本发明的目的是用来解决现有高动态范围图像通过静电数字印刷方式再现于纸媒上的不足，提供一种基于静电数字印刷的高动态范围图像纸媒再现方法，能够在纸媒上层次分明的显示高动态范围图像。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：
本发明提供了一种基于静电数字印刷的高动态范围图像纸媒再现方法，包括以下步骤：
（1）测量纸媒介属性，包括光学属性和物理属性，获得纸媒介自身显示动态范围；
（2）利用静电印刷机输出获得纸媒呈色特性；
（3）读取高动态范围图像iin，利用灰度计算公式计算得到灰度图像i0；
（4）对灰度图像i0进行分层，采用多次滤波，第一次使用双边滤波获得亮度层l1和细节层d1：
其中，bf表示双边滤波操作，iin是输入的源图像，
对l1，根据纸媒介阶调特性，选择映射函数f1进行映射，获得l1’；对d1，根据纸媒介显色特性进行增强，采用增强系数α，获得d2’；
（5）第二次滤波处理，对l1’进行均值滤波处理，获得低通图像层l2和高通图像层d2：
其中，
对l2，根据纸张媒介阶调特性，选择映射函数f2进行映射，获得l2’；对d2，根据纸媒介显色特性进行增强，采用增强系数β，获得d2’；
（6）第三次滤波处理，对l2’进行高斯滤波处理，获得低通图像层l3和高通图像层d3：
其中，
对l3，根据纸张媒介阶调特性，选择映射函数f3进行映射，获得l3’；对d3，根据纸媒介特性进行增强，选择增强系数γ，获得d3’；
（7）将处理后的各层图像根据静电印刷纸媒属性，逆向加和，得到最终印刷输出图像。
进一步的，所述光学属性为白度、不透明度；所述物理属性为定量、平滑度、挺度和孔隙率。
进一步的，所述纸媒呈色特性包括最大密度值、色域特性。
进一步的，所述增强系数α的参考值为1.01；所述增强系数β的参考值为0.9；所述增强系数γ的参考值为0.9。
本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明可以在不改变纸张属性的前提下，在纸媒上再现图像更多层次细节，降噪使边缘区域不受模糊影响，有效的消除光晕现象，提升视觉感知效果。
附图说明
图1为本发明的整体流程框架图；
图2为本发明实施案例的纸媒介特性流程图；
图3为本发明实施案例纸媒介显色色域图。
图4为未处理及处理后的输出图像；
其中，a为一次滤波处理后输出图像；b为二次滤波处理后输出图像；c为三次滤波处理后输出图像；d为未处理直接输出的源图像。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式，进一步阐述本发明技术方案。
实施例1
如图1所示，本发明的整体流程包括以下步骤：
步骤1，测量5种纸媒介属性，分别设为1#、2#、3#、4#和5#，该步骤具体实现方法采用现有方法，此处不再赘述。
步骤2，根据图2所示流程，制作纸张特性文件。利用静电数字印刷4组墨粉，通过数字打样软件和打印机完成纸张线性化，生成纸张特性化文件，纸张特性化文件记录了当前打印机、墨粉和纸张三者之间的匹配关系，以及由这三者结合后的各种色彩信息的还原能力，如图3。
步骤3，读取高动态范围图像iin，利用灰度计算公式，本实施例采用
步骤4，对灰度图像i0进行分层，采用滤波器为双边滤波，其中，本实施例中模板大小取n=5，色度差值取δe=3，获得亮度层l1和细节层d1：
其中，
其中，bf表示双边滤波操作，iin是输入的源图像，
对l1，根据步骤1和2获得的纸媒介特性，选择映射函数f1进行映射，获得l1’，取f1为反曲函数；对d1，根据纸媒介显色特性进行增强，采用增强系数α，获得d2’，取α=1.01；
步骤5，第二次滤波处理，对l1’进行均值滤波处理，获得低通图像层l2和高通图像层d2：
其中，
对l2，根据纸张媒介阶调特性，选择映射函数f2进行映射，获得l2’，取f2亮度线性压缩函数；对d2，根据纸媒介显色特性进行增强，采用增强系数β，获得d2’，取β=0.9；
步骤6，第三次滤波处理，对l2’进行高斯滤波处理，获得低通图像层l3和高通图像层d3：
其中，
对l3，根据纸张媒介阶调特性，选择映射函数f3进行映射，获得l3’，取f3为线性压缩函数；对d3，根据纸媒介特性进行增强，选择增强系数γ，获得d3’，取γ=0.9；
步骤7，将处理后的各层图像根据静电印刷纸媒属性，逆向加和，得到最终印刷输出图像。
对比例1
步骤1，测量5种纸媒介属性，分别设为1#、2#、3#、4#和5#，该步骤具体实现方法采用现有方法，此处不再赘述。
步骤2，根据图2所示流程，制作纸张特性文件。利用静电数字印刷4组墨粉，通过数字打样软件和打印机完成纸张线性化，生成纸张特性化文件，纸张特性化文件记录了当前打印机、墨粉和纸张三者之间的匹配关系，以及由这三者结合后的各种色彩信息的还原能力，如图3。
步骤3，读取高动态范围图像iin，利用灰度计算公式，本实施例采用
步骤4，对灰度图像i0进行分层，采用滤波器为双边滤波，其中，本实施例中模板大小取n=5，色度差值取δe=3，获得亮度层l1和细节层d1：
其中，
其中，bf表示双边滤波操作，iin是输入的源图像，
对l1，根据步骤1和2获得的纸媒介特性，选择映射函数f1进行映射，获得l1’，取f1为反曲函数；对d1，根据纸媒介显色特性进行增强，采用增强系数α，获得d2’，取α=1.01；
步骤5，第二次滤波处理，对l1’进行高斯滤波处理，获得低通图像层l2和高通图像层d2：
其中，
对l2，根据纸张媒介阶调特性，选择映射函数f2进行映射，获得l2’，取f2为线性压缩函数；对d2，根据纸媒介特性进行增强，选择增强系数γ，获得d2’，取γ=0.9；
步骤6，将处理后的各层图像根据静电印刷纸媒属性，逆向加和，得到最终印刷输出图像。
对比例2
步骤1，测量5种纸媒介属性，分别设为1#、2#、3#、4#和5#，该步骤具体实现方法采用现有方法，此处不再赘述。
步骤2，根据图2所示流程，制作纸张特性文件。利用静电数字印刷4组墨粉，通过数字打样软件和打印机完成纸张线性化，生成纸张特性化文件，纸张特性化文件记录了当前打印机、墨粉和纸张三者之间的匹配关系，以及由这三者结合后的各种色彩信息的还原能力，如图3。
步骤3，读取高动态范围图像iin，利用灰度计算公式，本实施例采用
步骤4，对灰度图像i0进行分层，采用滤波器为双边滤波，其中，本实施例中模板大小取n=5，色度差值取δe=3，获得亮度层l1和细节层d1：
其中，
其中，bf表示双边滤波操作，iin是输入的源图像，
对l1，根据步骤1和2获得的纸媒介特性，选择映射函数f1进行映射，获得l1’，取f1为反曲函数；对d1，根据纸媒介显色特性进行增强，采用增强系数α，获得d2’，取α=1.01；
步骤5，第二次滤波处理，对l1’进行均值滤波处理，获得低通图像层l2和高通图像层d2：
其中，
对l2，根据纸张媒介阶调特性，选择映射函数f2进行映射，获得l2’，取f2亮度线性压缩函数；对d2，根据纸媒介显色特性进行增强，采用增强系数β，获得d2’，取β=0.9；
步骤6，将处理后的各层图像根据静电印刷纸媒属性，逆向加和，得到最终印刷输出图像。
经对比，对比例1和对比例2较本发明提供的技术方案，仍存在高动态图像静电印刷输出时细节信息的过度压缩，部分区域阶调翻转和阶调差距过大的问题，且无法有效消除光晕及杂色的干扰，印刷视觉效果较差，具体效果见图4。
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