【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理，具體涉及一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法。
技術(shù)介紹
1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字圖像在不同媒介設(shè)備之間的傳輸和再現(xiàn)得到了更加廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)數(shù)字圖像獲取和顯示設(shè)備采用rgb顏色空間，而這種顏色空間屬于設(shè)備相關(guān)的顏色空間。由于設(shè)備之間的顏色特性存在差異，圖像在傳輸和再現(xiàn)時(shí)容易出現(xiàn)顏色失真的問(wèn)題。例如，同一圖像在不同設(shè)備上的顯示效果可能不同；在印刷過(guò)程中，顯示樣張與最終打印的顏色效果也可能不一致。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的顏色再現(xiàn)，設(shè)備間的傳輸和再現(xiàn)過(guò)程需要進(jìn)行顏色管理。
2、數(shù)碼相機(jī)的顏色特征化是指將數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖像中的顏色信息從相機(jī)的設(shè)備相關(guān)顏色空間(如rgb)轉(zhuǎn)換為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的、設(shè)備無(wú)關(guān)的顏色空間(如ciexyz或cielab)的過(guò)程。數(shù)碼相機(jī)的rgb顏色空間通常受到相機(jī)傳感器特性、鏡頭光學(xué)性能和圖像處理算法的影響，這些因素會(huì)導(dǎo)致相同場(chǎng)景下拍攝的圖像在不同相機(jī)上呈現(xiàn)出不同的顏色表現(xiàn)。通過(guò)顏色特征化，數(shù)碼相機(jī)能夠根據(jù)一組標(biāo)準(zhǔn)化的參考顏色，精確地將拍攝到的顏色信息映射到設(shè)備無(wú)關(guān)的顏色空間，從而減少設(shè)備之間顏色差異的影響。這樣做的目的是確保圖像的顏色在不同設(shè)備之間傳遞時(shí)，能夠保持一致性和準(zhǔn)確性。無(wú)論是在計(jì)算機(jī)顯示器、手機(jī)屏幕、打印機(jī)，還是投影設(shè)備上查看或輸出圖像，經(jīng)過(guò)顏色特征化處理后的圖像能夠盡可能地接近真實(shí)的顏色呈現(xiàn)。
3、然而，現(xiàn)有的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化方法大多依賴于在實(shí)際環(huán)境中拍攝色卡，即通過(guò)在真實(shí)場(chǎng)景下拍攝色卡來(lái)建立顏色特征化轉(zhuǎn)換矩陣。這種方法在復(fù)雜光源
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了解決
技術(shù)介紹
中所述問(wèn)題，提出一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法。
2、針對(duì)上述現(xiàn)有研究問(wèn)題，本專利技術(shù)提出了解決問(wèn)題的方法，首先，使用數(shù)碼相機(jī)在已知光源環(huán)境下對(duì)色卡進(jìn)行拍攝，并對(duì)數(shù)碼相機(jī)的光譜靈敏度進(jìn)行估計(jì)，使用光譜靈敏度對(duì)訓(xùn)練樣本的響應(yīng)值進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)得到的響應(yīng)值進(jìn)行歸一化并使用多項(xiàng)式進(jìn)行擴(kuò)展，然后使用偽逆算法構(gòu)建訓(xùn)練樣本的預(yù)測(cè)響應(yīng)值和三刺激之間的顏色特征化轉(zhuǎn)換矩陣。最后使用構(gòu)建的顏色特征化矩陣計(jì)算測(cè)試樣本的三刺激值，得到測(cè)試樣本的最終三刺激值。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，具體包括以下步驟：
3、步驟1，使用數(shù)碼相機(jī)拍攝訓(xùn)練樣本，獲取訓(xùn)練樣本原始格式響應(yīng)值，并對(duì)其進(jìn)行分通道歸一化處理，得到訓(xùn)練樣本原始格式響應(yīng)值的歸一化之后的響應(yīng)值x'；
4、步驟2，使用分光光度計(jì)和照度計(jì)分別測(cè)量訓(xùn)練樣本集光譜數(shù)據(jù)r'和環(huán)境光源光譜功率分布l'；
5、步驟3，對(duì)數(shù)碼相機(jī)光譜靈敏度進(jìn)行估計(jì)，獲得相機(jī)光譜靈敏度s；
6、步驟4，使用訓(xùn)練樣本集光譜數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)應(yīng)三刺激值w；
7、步驟5，使用估算的相機(jī)光譜靈敏度預(yù)測(cè)訓(xùn)練樣本集的相機(jī)響應(yīng)值并進(jìn)行多項(xiàng)式擴(kuò)展，得到擴(kuò)展響應(yīng)值dtrain,exp；
8、步驟6，使用訓(xùn)練樣本集多項(xiàng)式擴(kuò)展后的預(yù)測(cè)響應(yīng)值dtrain,exp和三刺激值w構(gòu)建顏色特征化轉(zhuǎn)換矩陣y；
9、步驟7，使用相機(jī)拍攝測(cè)試樣本，獲取測(cè)試樣本響應(yīng)值并進(jìn)行多項(xiàng)式擴(kuò)展dtest,exp；
10、步驟8，使用顏色特征化轉(zhuǎn)換矩陣完成測(cè)試樣本的顏色特征化轉(zhuǎn)換，得到測(cè)試樣本的最終三刺激值w。
11、進(jìn)一步的，步驟1中得到訓(xùn)練樣本原始格式響應(yīng)值的歸一化之后的響應(yīng)值x'的計(jì)算公式如下；
12、
13、式中，xj代表所有訓(xùn)練樣本的j通道響應(yīng)值，min(xj)表示所有訓(xùn)練樣本的j通道響應(yīng)值中最小的響應(yīng)值，max(xj)表示所有訓(xùn)練樣本的j通道響應(yīng)值中最大的響應(yīng)值，xtruth代表所有訓(xùn)練樣本三通道歸一化之后的響應(yīng)值。
14、進(jìn)一步的，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：
15、步驟31，收集公開(kāi)光譜靈敏度數(shù)據(jù)庫(kù)s，包含多臺(tái)相機(jī)三個(gè)通道的光譜響應(yīng)，并分通道進(jìn)行歸一化處理；
16、步驟32，使用主成分分析分通道計(jì)算光譜靈敏度數(shù)據(jù)庫(kù)s各通道特征向量qj，其中j表示第j個(gè)通道；
17、步驟33，結(jié)合訓(xùn)練樣本集光譜數(shù)據(jù)r'、歸一化之后的響應(yīng)值x'和環(huán)境光源光譜功率分布l'，以及主成分分析得到的各通道特征向量qj，使用偽逆算法計(jì)算初始光譜靈敏度sinitial；
18、步驟34，定義以最優(yōu)化成像顏色質(zhì)量為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)和保證光譜靈敏度固有性質(zhì)的非負(fù)約束條件；
19、步驟35，將初始光譜靈敏度sinitial帶入內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行迭代優(yōu)化；
20、步驟36，內(nèi)點(diǎn)法迭代至收斂完成光譜靈敏度估計(jì)。
21、進(jìn)一步的，步驟31中，收集公開(kāi)光譜靈敏度數(shù)據(jù)庫(kù)s(其中包含多臺(tái)相機(jī)三個(gè)通道的光譜響應(yīng))，然后將s分通道做歸一化處理，其方法如式(2)所示：
22、
23、式中，sij代表光譜靈敏度數(shù)據(jù)庫(kù)中第i個(gè)相機(jī)的j通道光譜響應(yīng)值，min(sij)表示第i個(gè)相機(jī)的j通道中最小的光譜響應(yīng)值，max(sij)表示第i個(gè)相機(jī)的j通道中最大的光譜響應(yīng)值，si代表第i個(gè)相機(jī)歸一化之后的光譜靈敏度。
24、進(jìn)一步的，步驟32中，使用主成分分析(pca)分通道提取光譜靈敏度數(shù)據(jù)庫(kù)主成分，其方法如式(3)所示：
25、sj＝qjdj,j∈{r,g,b}.(3)
26、式中，sj為公開(kāi)光譜靈敏度數(shù)據(jù)庫(kù)所有相機(jī)的j通道光譜響應(yīng)，qj為pca所得到的j通道特征向量，dj為對(duì)應(yīng)j通道權(quán)重系數(shù)。
27、進(jìn)一步的，步驟33中，使用偽逆算法計(jì)算初始光譜靈敏度sinitial，其方法如式(4)所示：
28、sinitial＝q[(mq)t(mq)]-1(mq)tx'(4)
29、式中，m為訓(xùn)練樣本的光譜反射率r'與光源的相對(duì)光譜功率分布l'的乘積，q為pca所得到的特征向量，上標(biāo)‘t’為轉(zhuǎn)置符號(hào)，上標(biāo)‘-1’表示求逆運(yùn)算，x'為訓(xùn)練樣本歸一化之后的原始格式響應(yīng)值，sinitial為pca方法初始估計(jì)所得的初始光譜靈敏度。
30、進(jìn)一步的，步驟34中，定義內(nèi)點(diǎn)法目標(biāo)函數(shù)和約束條件：目標(biāo)函數(shù)中主要包含兩部分，其中μ-factor代表相機(jī)的成像顏色質(zhì)量，de色差代表當(dāng)前光譜靈敏度合成響應(yīng)值與實(shí)際拍攝響應(yīng)值之間的色差，這兩部分都能夠有效的保證光譜靈敏度合成響應(yīng)值的顏色質(zhì)量，光譜靈敏度具有非負(fù)的固有性質(zhì)，因此添加非負(fù)約束。對(duì)應(yīng)方法如式(5)和式(6)所示：
31、
32、f(s)＝μa(s)+de??(6)
33、式中，代表找到一個(gè)變量s的取值，使得目標(biāo)函數(shù)f(s)達(dá)到最小值，s為待優(yōu)化光譜靈敏度，s≥0代表優(yōu)化過(guò)程中的約束為非負(fù)約束，f(s)為優(yōu)化的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟3的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟31中對(duì)公開(kāi)光譜靈敏度數(shù)據(jù)庫(kù)分通道做歸一化處理，其方法如式(2)所示：
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟33中使用偽逆算法計(jì)算初始光譜靈敏度Sinitial，其方法如式(4)所示：
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟34中目標(biāo)函數(shù)中包含兩部分：相機(jī)的成像顏色質(zhì)量和當(dāng)前光譜靈敏度合成響應(yīng)值與實(shí)際拍攝響應(yīng)值之間的色差，這兩部分都能夠有效的保證光譜靈敏度合成響應(yīng)值的顏色質(zhì)量，光譜靈敏度具有非負(fù)的固有性質(zhì)，因此添加非負(fù)約束；具體如式(5)和式(6)所示：
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟4中使用訓(xùn)練樣本集的光譜數(shù)據(jù)計(jì)算CIEXYZ三刺激值W，計(jì)算方式如式(13)(14)所示：
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟5中使用數(shù)碼相機(jī)光譜靈敏度預(yù)測(cè)訓(xùn)練樣本集的相機(jī)響應(yīng)值，計(jì)算方式如式(15)所示：
9.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟5和步驟7中利用三階多項(xiàng)式對(duì)訓(xùn)練樣本的預(yù)測(cè)響應(yīng)值和測(cè)試樣本的響應(yīng)值進(jìn)行擴(kuò)展，得到擴(kuò)展響應(yīng)值Dtrain,exp，其擴(kuò)展形式如式(16)所示：
10.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟8中使用顏色特征化轉(zhuǎn)換矩陣完成測(cè)試樣本的顏色特征化轉(zhuǎn)換，得到測(cè)試樣本的最終三刺激值；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟3的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟31中對(duì)公開(kāi)光譜靈敏度數(shù)據(jù)庫(kù)分通道做歸一化處理，其方法如式(2)所示：
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟33中使用偽逆算法計(jì)算初始光譜靈敏度sinitial，其方法如式(4)所示：
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相機(jī)顏色特征化建模方法，其特征在于：步驟34中目標(biāo)函數(shù)中包含兩部分：相機(jī)的成像顏色質(zhì)量和當(dāng)前光譜靈敏度合成響應(yīng)值與實(shí)際拍攝響應(yīng)值之間的色差，這兩部分都能夠有效的保證光譜靈敏度合成響應(yīng)值的顏色質(zhì)量，光譜靈敏度具有非負(fù)的固有性質(zhì)，因此添加非負(fù)約束；具體如式(5)和式(6)所示：
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于優(yōu)化光譜靈敏度的數(shù)碼相...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梁金星，李壹帆，胡鑫，高瑞欣，吳光皓，胡新榮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢紡織大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。