高动态范围图像（High Dynamic Range，HDR）的概念自1990s被提出以来，受到了相关领域的广泛关注。HDR图像具有丰富的细节、较高的明暗对比度、鲜明的色彩等特点，它的动态范围十分大，图像的画面效果接近真实场景，可以带给人们绚丽的视觉享受，这些特性使得HDR图像在高清影片、游戏特效、航空、医疗、摄影等众多领域具有极大的应用前景。而 HDR图像的动态范围和普通显示设备的动态范围相差非常大。当在普通显示器上直接显示HDR图像时，原场景中的亮区和暗区部分色彩、细节、无法被显示出来，导致不能很好的表现原场景。所以如何在普通显示设备上完美地展现 HDR图像的问题变得很重要。色调映射就是解决该问题的一类方法，它的目标是：将 HDR图像的动态范围以一定的规则映射到普通显示设备的许可范围内，同时保持图像的层次感、纹理细节、色彩饱和度等信息，尽可能再现原场景的面貌。　　本文首先针对幂次变换在 HDR图像色调映射的应用进行研究，提出基于亮度通道上幂次变换的色调映射方法。理论分析和实验结果表明：相对于基于 RGB三个通道上幂次变换的色调映射方法，基于亮度通道上幂次变换的方法可以取得较好的效果。由于全变分模型具有边缘保持的特点，我们提出利用全变分最小化方法对HDR图像进行分层的算法,通过将该算法和基于双边滤波的算法以及基于 WLS的算法进行比较，我们发现虽然该算法和其他两种算法的显示效果相差不大，但该算法的处理时间明显低于其他两种。而且本文在对亮度图像分层的基础上还进一步提出了通用的色调映射模型。