數(shù)字圖像顏色復(fù)現(xiàn)理論與方法研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高，各種各樣的彩色數(shù)字圖像設(shè)備在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦械玫搅藦V泛應(yīng)用，但由于不同類型數(shù)字圖像設(shè)備的呈色機(jī)理及色域不同等原因，彩色圖像在數(shù)字圖像設(shè)備之間傳輸時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)顏色失真現(xiàn)象，這影響了如紡織、印刷、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、電子商務(wù)及遠(yuǎn)程醫(yī)療等行業(yè)的發(fā)展，而顏色管理系統(tǒng)被公認(rèn)為是解決這一問(wèn)題的有效方案。本文主要針對(duì)顏色管理系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全面深入的研究。對(duì)基于色度的顏色管理系統(tǒng)，選擇數(shù)碼相機(jī)、液晶顯示器和

2、彩色打印機(jī)分別作為彩色圖像獲取設(shè)備、軟拷貝顯示和硬拷貝輸出設(shè)備的典型代表，并提出相應(yīng)的模型算法實(shí)現(xiàn)其設(shè)備的色度特征化及色域映射；對(duì)基于光譜的顏色管理系統(tǒng)，提出新的模型以重構(gòu)物體的光譜反射比。最后，給出了基于本文研究成果的應(yīng)用實(shí)例。
　　 對(duì)于數(shù)碼相機(jī)的色度特征化，討論了數(shù)碼相機(jī)參數(shù)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)裝置及色度特征化過(guò)程中照明均勻性和重復(fù)性校正方法，并提出了一種基于多項(xiàng)式的自適應(yīng)模型實(shí)現(xiàn)其色度特征化，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了非線性變換、局部訓(xùn)練樣本

3、數(shù)、多項(xiàng)式項(xiàng)數(shù)及樣本介質(zhì)等因素對(duì)色度特征化精度的影響。對(duì)于液晶顯示器的色度特征化，討論了兩個(gè)重要假設(shè)條件即色品恒定性和通道相加性，通過(guò)經(jīng)典的增益-偏置-伽瑪(GOG)模型分析了依據(jù)這兩個(gè)特性的特征化原理，并基于GOG模型對(duì)近似滿足這兩個(gè)假設(shè)條件的專業(yè)液晶顯示器進(jìn)行了色度特征化以評(píng)價(jià)其預(yù)測(cè)精度。然后，本研究提出了一種分段分空間(PP)模型用于實(shí)現(xiàn)不滿足這兩個(gè)假設(shè)條件的普通商用液晶顯示器的色度特征化，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和其它模型進(jìn)行比較，結(jié)果表明當(dāng)

4、訓(xùn)練樣本數(shù)不多時(shí)PP模型的顏色預(yù)測(cè)精度最高。對(duì)于打印機(jī)的色度特征化，考慮到其為減混色設(shè)備且驅(qū)動(dòng)值與色度值有較強(qiáng)非線性關(guān)系的特點(diǎn)，本研究采用基于立方體插值和立方體迭代細(xì)分的三維查找表模型分別實(shí)現(xiàn)其正向和反向色度特征化，并對(duì)基于立方體迭代細(xì)分的三維查找表模型提出了一種改進(jìn)方案以提高其變換效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，正向模型和經(jīng)改進(jìn)的反向模型均取得了較高的打印機(jī)色度特征化精度。
　　 鑒于色域映射在現(xiàn)代顏色管理系統(tǒng)中的重要性，本文在對(duì)色域邊界

5、描述方法及色域映射算法進(jìn)行概括總結(jié)的基礎(chǔ)上，分別提出了基于空間分布特性的自適應(yīng)色域映射算法(ASCGMA)以及基于Gauss函數(shù)壓縮的色域映射算法(GGMA)。對(duì)于ASCGMA，色域外待映射顏色的壓縮幅度不僅與其在顏色空間的位置有關(guān)，還與其周圍像素點(diǎn)的顏色信息有關(guān)。對(duì)于GGMA，將顏色空間劃分為多個(gè)子空間，對(duì)于彩色圖像中沒(méi)有顏色超出目標(biāo)設(shè)備色域邊界的子空間，其顏色不做任何壓縮，否則通過(guò)改進(jìn)的高斯函數(shù)實(shí)現(xiàn)該子空間內(nèi)顏色的壓縮。然后，參照C

6、IE規(guī)范分別與CIE推薦的HPMINDE和SGCK色域映射算法進(jìn)行比較測(cè)試，基于成對(duì)比較法的視覺(jué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，整體上ASCGMA和GGMA兩種色域映射算法的表現(xiàn)均優(yōu)于HPMINDE和SGCK算法。
　　 物體光譜反射比重構(gòu)技術(shù)是光譜顏色管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵性基礎(chǔ)技術(shù)。主成分分析法被廣泛用于重構(gòu)物體的光譜反射比，但若只通過(guò)數(shù)字圖像設(shè)備三色通道對(duì)應(yīng)的三個(gè)主成分來(lái)預(yù)測(cè)物體的光譜反射比，精度較低。因此，本研究將光譜空間劃分為11個(gè)子空間，并

7、在每個(gè)子空間中計(jì)算其主成分，同時(shí)將每個(gè)子空間中主成分的個(gè)數(shù)從3個(gè)擴(kuò)展到9個(gè)，然后根據(jù)物體顏色的CIEXYZ三刺激值及其所在子空間的9個(gè)主成分預(yù)測(cè)其光譜反射比，結(jié)果表明該方法獲得了優(yōu)于其它相關(guān)算法的光譜重構(gòu)精度。
　　 為了進(jìn)一步檢驗(yàn)本文研究成果的有效性，分別實(shí)現(xiàn)了彩色圖像從液晶顯示器到打印機(jī)的復(fù)現(xiàn)實(shí)例以及基于彩色打印機(jī)驅(qū)動(dòng)值的物體光譜反射比重構(gòu)實(shí)例。對(duì)于彩色圖像復(fù)現(xiàn)實(shí)例，采用基于本文研究成果的現(xiàn)代顏色管理系統(tǒng)將4幅標(biāo)準(zhǔn)彩色圖像從

8、液晶顯示器復(fù)現(xiàn)到打印機(jī)，并設(shè)計(jì)心理物理實(shí)驗(yàn)與在打印機(jī)默認(rèn)設(shè)置下的硬拷貝打印圖像進(jìn)行視覺(jué)比較。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)本文研究成果處理流程的所有打印圖像均更接近于源圖像。對(duì)于光譜重構(gòu)實(shí)例，基于本文提出的算法對(duì)測(cè)試色卡進(jìn)行光譜反射比重構(gòu)，并與其實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證了本研究算法重構(gòu)物體光譜反射比的預(yù)測(cè)精度及現(xiàn)實(shí)可行性。
　　 最后，對(duì)本論文的主要內(nèi)容以及所取得的主要研究成果予以概括總結(jié)，并對(duì)今后進(jìn)一步的研究工作進(jìn)行了展望。