基于色貌的感知對(duì)比度評(píng)價(jià)方法及建模研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高，各種類型的顯示設(shè)備在日常生活和工作中得到了廣泛應(yīng)用，而其顏色特性的評(píng)價(jià)已成為各種顯示技術(shù)在激烈競(jìng)爭(zhēng)中取勝的關(guān)鍵。其中，對(duì)比度更是顯示設(shè)備性能評(píng)價(jià)的指標(biāo)性參數(shù)。但是，傳統(tǒng)的對(duì)比度評(píng)價(jià)方法大多側(cè)重于亮度的物理測(cè)量，往往不能反映人眼視覺(jué)系統(tǒng)(HVS)的真實(shí)感知，也不適應(yīng)于變化的觀察條件。因此，本研究利用心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)方法獲取簡(jiǎn)單圖樣的視覺(jué)亮度閾值以及亮度感知對(duì)比度評(píng)估數(shù)據(jù)，基于色貌模型建立了相應(yīng)的亮度感知對(duì)

2、比度模型。進(jìn)而，通過(guò)對(duì)亮暗及彩色條紋對(duì)比靈敏度函數(shù)(CSF)的視覺(jué)測(cè)量，分析了空間頻率及顏色特性對(duì)感知對(duì)比度的影響。最后，基于色貌模型和CSF，提出了復(fù)雜圖像的感知對(duì)比度模型，并利用圖像顏色外貌感知實(shí)驗(yàn)的視覺(jué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。
　　 在視覺(jué)實(shí)驗(yàn)之前，首先對(duì)顯示器的顏色特性進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)量與分析。對(duì)于不完全滿足色品恒定性和通道相加性假設(shè)的大尺寸液晶顯示器(LCD)，采用局域三維查找法實(shí)現(xiàn)其顏色特征化，并提出了一種自適應(yīng)實(shí)時(shí)搜索

3、算法以提高其變換效率，特征化精度優(yōu)于0.5△E*ab。對(duì)于陰極射線管(CRT)顯示器，采用色品坐標(biāo)變化的分段線性插值(PLVC)方法并結(jié)合抖動(dòng)技術(shù)進(jìn)行顏色特征化，特征化精度高達(dá)0.31△E*ab。對(duì)于近似滿足兩個(gè)假設(shè)條件的專業(yè)級(jí)Eizo LCD，采用了色品坐標(biāo)不變的分段線性插值(PLCC)方法，特征化精度達(dá)到0.98△E*ab。
　　 通過(guò)恒常刺激視覺(jué)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法并采用數(shù)據(jù)處理的概率分析法，分別獲得9種不同觀察條件下對(duì)均勻中性色

4、背景下不同亮度水平的19個(gè)目標(biāo)刺激的視覺(jué)亮度閾值，并采用四種不同的顏色屬性量進(jìn)行表征，即以cd/m2為單位的亮度L、CIELAB的明度L*、CIECAM02的明度J和視明度Q。由變異系數(shù)CV對(duì)其相應(yīng)的閾值對(duì)比度表征方程的預(yù)測(cè)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，基于色貌屬性量的表征方程在不同觀察條件下與視覺(jué)數(shù)據(jù)有更好的一致性，為建立感知對(duì)比度模型提供了實(shí)驗(yàn)和理論支持。
　　 基于幅值估計(jì)的心理物理學(xué)方法，分別實(shí)施了參考色樣與測(cè)試色樣觀察條件相

5、同（實(shí)驗(yàn)一）和參考色樣觀察條件固定（實(shí)驗(yàn)二）的感知對(duì)比度視覺(jué)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)視覺(jué)數(shù)據(jù)的擬合建立了亮度的感知對(duì)比度模型。建模的途徑分為兩類，一類是基于感知屬性量特別是色貌屬性量的對(duì)比度表征，另一類是基于恰可察覺(jué)亮度階數(shù)的對(duì)比度表征。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化殘差平方和(STRESS)及F-test對(duì)不同模型預(yù)測(cè)性能的檢驗(yàn)和比較可知，基于CIECAM02視明度Q的對(duì)比度模型CQ相比其他模型更加符合人眼視覺(jué)系統(tǒng)的非線性感知特性，并且對(duì)不同觀察條件的適應(yīng)性較好

6、，因此可以推薦為實(shí)際應(yīng)用中所采用的感知對(duì)比度模型，以取代傳統(tǒng)的亮度對(duì)比率公式。為了方便地應(yīng)用CQ模型于LCD對(duì)比度性能的評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)了圓斑測(cè)試圖樣，并提出了結(jié)合LCD色度預(yù)測(cè)模型的感知對(duì)比度評(píng)價(jià)流程，最后經(jīng)視覺(jué)數(shù)據(jù)的實(shí)際測(cè)試，驗(yàn)證了其預(yù)測(cè)過(guò)程的可行性和預(yù)測(cè)性能的有效性。
　　 利用交叉階梯法在CRT顯示器上分別測(cè)得灰色中心及有彩顏色中心在0.5～11.7 cpd空間頻率范圍內(nèi)的亮度/明度及彩色對(duì)比度閾值，并擬合得到不同顏色中心的C

7、SF以及不同空間頻率下的彩色對(duì)比度閾值色度橢圓，分析了空間頻率及顏色特性對(duì)對(duì)比度感知的影響。其間，提出了基于色差定義的統(tǒng)一量度的明度CSF和彩度CSF，并基于Barten模型建立了不同明度水平的明度CSF數(shù)學(xué)模型。
　　 采用類別判斷的心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)包含空間頻率信息和顏色信息的復(fù)雜圖像的顏色外貌屬性進(jìn)行了視覺(jué)評(píng)估，包括圖像質(zhì)量、對(duì)比度、色彩度、銳度、自然性以及全局對(duì)比度和局部對(duì)比度。在對(duì)圖像感知對(duì)比度及其影響因素進(jìn)行分析的