Analisi e Sviluppo di Algoritmi per la Produzione di Immagini High Dynamic Range (HDR)

The aim of this thesis is to study some techniques that are used to produce high dynamic range images and to write an algorithm to solve the problems that actually exist in their creation. High dynamic range (HDR) images cover the widest luminosity spectrum for every color channel. These have a more pleasant aspect than LDR (low dynamic range) images, and they also can show a greater number of details. The most common procedure to make HDR images is to fuse a number of pictures of the same scene, taken with different exposure times. In this way both the bright zones and the dark details are well visible. However, this technique causes some problems if the camera is not perfectly still or if there are some moving elements in the scene. In this way the image results blurry and presents a ghosting effect, that means that the moving subject appears as transparent. To solve this problem we have studied different kind of algorithms that ge- nerate an HDR image starting from a single LDR image. These techniques divide the image histogram into two sub-histograms associated respectively to the dark and the bright regions of the scene. In this way is possible to ge- nerate two new images that are respectively sub-exposed and over-exposed. Then they are fused with the original picture to have an HDR image. Finally we have tested which algorithm is the best one evaluating the re- sulting image quality with HDR-VDP-2, a technique that simulates human visual system and gives an objective judgement of image quality.

La tesi si propone di studiare i diversi metodi con cui vengono generate le immagini High Dynamic Range (HDR) e di produrre un algoritmo che ri- solva i problemi attualmente esistenti nel procedimento che porta alla loro produzione. Le immagini HDR sono delle immagini che coprono la più ampia gamma possibile di valori di luminosità per canale di colore. Queste risultano più gradevoli alla vista rispetto alle normali immagini LDR (Low Dynamic Ran- ge) e aumentano il numero di particolari osservabili. Il metodo più comune per generare un'immagine di questo genere consiste nel fondere alcuni scatti della stessa scena, catturati con diversi tempi di esposizione, attraverso un algoritmo, in modo tale che risultino ben visibili sia le zone in ombra che quelle molto luminose. Questo procedimento causa però alcuni problemi nel caso in cui la macchina fotografica non sia perfet- tamente ferma o quando si ha un soggetto in movimento. Infatti il risultato appare sfocato e presenta un effetto ghosting, ovvero il soggetto in movimen- to è in trasparenza. Per risolvere questo problema si studiano quindi diversi tipi di algoritmi che si propongono di generare un'immagine HDR a partire da una sola immagi- ne LDR. Questo è possibile attraverso la divisione dell'istogramma dell'im- magine in due o più sotto-istogrammi in modo da produrre artificialmente un'immagine sottoesposta e una sovraesposta. In seguito queste verranno fuse con l'immagine in input per ottenere una scena HDR. Si decide in seguito quale dei metodi in esame sia il migliore attraverso la va- lutazione della qualità dell'immagine prodotta con l'algoritmo HDR-VDP-2, che simula in sistema visivo umano e restituisce una valutazione oggettiva dell'immagine.