Color Banding的个人记录

简单记录个人的调研结果和想法, 可能不准确

概念

Color Banding (wiki)中文常称为色彩分层, 色彩断代, 色带等, 是图像处理中常见的一种artifact. 表现为颜色亮度本应均匀过渡的区域, 出现人眼可识别的边界.

导致Banding的原因

Banding出现的根本原因是色深不足, 在经过如色调调整, 图像/视频编码等处理步骤后, 更容易出现. 目前看到的会引发banding的处理包括:

1. Inverse tone mapping
   inverse/reverse tone mapping的是把一般为8位sRGB的LDR图像, 转换为HDR图像, 以在HDR设备上显示. 显然, 这种低位宽到高位宽的映射很容易造成banding.
2. Tone mapping
   Tone mapping一般是指在相机ISP中, 将高比特位的图像(10/14/16 bit)的数据变换为8bit的图像, 或者也可以叫HDR到LDR的变换. Tone mapping是非线性的, 有时会对某亮度区间做大幅度拉伸(如提亮暗部), 这些区域有可能会出现banding.
3. 图像增强
   图像增强一般存在对亮度, 色调, 对比度的调整, 会造成banding.
4. 去噪
   噪声本身有抑制banding的效果. 噪声去除的过干净会容易使人观察到banding.

实际中对一张图像的处理会包含上述多个步骤. 例如, 相机ISP可能会对raw做多次去噪, 全局/局部tone mapping. 此时banding可能就会比较严重.

处理方法

看到的方法大致分为两类, 一类是对图像加噪, 一类是直接构造训练对, 用网络学. 还没详细研究具体算法, 此处仅列了少数几篇, 搜索时关键字可以是debanding, decontouring, contouring removal, color dequantization等. 另外在HDR, inverse tone mapping, 图像修复等方向也会有相关内容.

Dithering

简单来说就是找到banding区域, 对其加入一些噪声.

• [arXiv 2009] Adaptive Debanding Filter
• [arXiv 2102] CAMBI: Contrast-aware Multiscale Banding Index
• 图像处理之 Dithering
  

DNN大法

不是Low Level任务里的主流方向, 有影响力的论文比较少

• [TCSVT 2022] Fast Blind Decontouring Network
• [arXiv 2110] Deep Image Debanding
• [TIP 2019] Deep Reconstruction of Least Significant Bits for Bit-Depth Expansion