數(shù)字圖像顏色復現(xiàn)理論與方法研究.pdf

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

2、彩色打印機分別作為彩色圖像獲取設備、軟拷貝顯示和硬拷貝輸出設備的典型代表，并提出相應的模型算法實現(xiàn)其設備的色度特征化及色域映射；對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用實例。
　　 對于數(shù)碼相機的色度特征化，討論了數(shù)碼相機參數(shù)設置、實驗裝置及色度特征化過程中照明均勻性和重復性校正方法，并提出了一種基于多項式的自適應模型實現(xiàn)其色度特征化，通過實驗分析了非線性變換、局部訓練樣本

3、數(shù)、多項式項數(shù)及樣本介質(zhì)等因素對色度特征化精度的影響。對于液晶顯示器的色度特征化，討論了兩個重要假設條件即色品恒定性和通道相加性，通過經(jīng)典的增益-偏置-伽瑪(GOG)模型分析了依據(jù)這兩個特性的特征化原理，并基于GOG模型對近似滿足這兩個假設條件的專業(yè)液晶顯示器進行了色度特征化以評價其預測精度。然后，本研究提出了一種分段分空間(PP)模型用于實現(xiàn)不滿足這兩個假設條件的普通商用液晶顯示器的色度特征化，并設計實驗和其它模型進行比較，結(jié)果表明當

4、訓練樣本數(shù)不多時PP模型的顏色預測精度最高。對于打印機的色度特征化，考慮到其為減混色設備且驅(qū)動值與色度值有較強非線性關系的特點，本研究采用基于立方體插值和立方體迭代細分的三維查找表模型分別實現(xiàn)其正向和反向色度特征化，并對基于立方體迭代細分的三維查找表模型提出了一種改進方案以提高其變換效率。實驗結(jié)果表明，正向模型和經(jīng)改進的反向模型均取得了較高的打印機色度特征化精度。
　　 鑒于色域映射在現(xiàn)代顏色管理系統(tǒng)中的重要性，本文在對色域邊界

5、描述方法及色域映射算法進行概括總結(jié)的基礎上，分別提出了基于空間分布特性的自適應色域映射算法(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，還與其周圍像素點的顏色信息有關。對于GGMA，將顏色空間劃分為多個子空間，對于彩色圖像中沒有顏色超出目標設備色域邊界的子空間，其顏色不做任何壓縮，否則通過改進的高斯函數(shù)實現(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色域映射算法進行比較測試，基于成對比較法的視覺實驗結(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)中的關鍵性基礎技術(shù)。主成分分析法被廣泛用于重構(gòu)物體的光譜反射比，但若只通過數(shù)字圖像設備三色通道對應的三個主成分來預測物體的光譜反射比，精度較低。因此，本研究將光譜空間劃分為11個子空間，并

7、在每個子空間中計算其主成分，同時將每個子空間中主成分的個數(shù)從3個擴展到9個，然后根據(jù)物體顏色的CIEXYZ三刺激值及其所在子空間的9個主成分預測其光譜反射比，結(jié)果表明該方法獲得了優(yōu)于其它相關算法的光譜重構(gòu)精度。
　　 為了進一步檢驗本文研究成果的有效性，分別實現(xiàn)了彩色圖像從液晶顯示器到打印機的復現(xiàn)實例以及基于彩色打印機驅(qū)動值的物體光譜反射比重構(gòu)實例。對于彩色圖像復現(xiàn)實例，采用基于本文研究成果的現(xiàn)代顏色管理系統(tǒng)將4幅標準彩色圖像從

8、液晶顯示器復現(xiàn)到打印機，并設計心理物理實驗與在打印機默認設置下的硬拷貝打印圖像進行視覺比較。結(jié)果表明，經(jīng)過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。對于光譜重構(gòu)實例，基于本文提出的算法對測試色卡進行光譜反射比重構(gòu)，并與其實測光譜數(shù)據(jù)進行比較，評價結(jié)果驗證了本研究算法重構(gòu)物體光譜反射比的預測精度及現(xiàn)實可行性。
　　 最后，對本論文的主要內(nèi)容以及所取得的主要研究成果予以概括總結(jié)，并對今后進一步的研究工作進行了展望。