一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，屬于圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的步驟為：1)測得顏色樣本的RGB三刺激值，獲取在標(biāo)準(zhǔn)照明體下顏色樣本標(biāo)準(zhǔn)值；2)建立色彩校正模型，計(jì)算樣本顏色理論值；3)對樣本顏色標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行亮度調(diào)整；4)計(jì)算轉(zhuǎn)換后樣本顏色XYZ值與樣本顏色標(biāo)準(zhǔn)值之間的色差平均值，并作為目標(biāo)函數(shù)；5)求目標(biāo)函數(shù)取得全局最優(yōu)解時(shí)對應(yīng)的校正矩陣M;6)判斷計(jì)算所得理論值與樣本顏色測量值之間是否滿足亮度約束條件，若不滿足，則按固定步長調(diào)節(jié)亮度調(diào)整系數(shù)\，重新計(jì)算M，直到滿足約束條件為止。本發(fā)明具有校正精度高、抑噪性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可自適應(yīng)調(diào)整圖像校正前后的亮度等級。
【專利說明】一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及利用模擬退火搜 索算法，將理論與傳統(tǒng)色彩校正模型、CIEDE2000色差計(jì)算方程相結(jié)合得到的一種最佳匹配 人眼視覺感受的圖像色彩校正方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 顏色是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域重要的參數(shù)之一。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，在印刷、瓷磚、 影像、圖像檢索等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︻伾|(zhì)量的要求越來越高。然而，以目前的科學(xué)技術(shù)水平，圖 像傳感器的光譜敏感特性不能最佳的模擬人眼視覺系統(tǒng)對顏色的感知能力，且受光源的光 譜分布等因素的影響，致使所采集的圖像與物體的真實(shí)顏色存在一定的偏差。因此，需要設(shè) 計(jì)一個計(jì)算模型來提高物體真實(shí)顏色再現(xiàn)的準(zhǔn)確性。
[0003] 色彩校正的方法一般可分為兩種：基于光譜響應(yīng)的方法以及基于目標(biāo)色的方法。 基于光譜響應(yīng)的色彩校正方法需要使用特殊儀器測量圖像傳感器的光譜響應(yīng)，找出待校正 圖像傳感器的光譜響應(yīng)和CIE顏色匹配函數(shù)之間的關(guān)系。基于目標(biāo)色的色彩校正方法，主 體思想是使用包含一定數(shù)量顏色樣本的色彩標(biāo)準(zhǔn)值和測量值，建立校正模型來匹配兩者之 間的映射關(guān)系，是一種簡單實(shí)用的方法。典型的算法有：三維查表法、多項(xiàng)式方法、帶約束項(xiàng) 最小二乘法、模式搜索方法等。
[0004] 在一般情況下，查表方法比其他方法更精確，但是需要大量顏色的標(biāo)準(zhǔn)三刺激值， 而且建表速度較慢，樣本數(shù)量較少時(shí)校正精度比較低。多項(xiàng)式法是通過多項(xiàng)式建立兩者之 間的關(guān)系，利用最小二乘法求得校正系數(shù)，但是多項(xiàng)式法只適用于非常小的色域空間進(jìn)行 色彩校正，而且存在校正精度比較低、放大噪聲等缺點(diǎn)。采用最小二乘法求解校正系數(shù)，不 能保證白色的準(zhǔn)確再現(xiàn)，而白色能否準(zhǔn)確再現(xiàn)是色彩校正的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為此，需要對 最小二乘法添加一個約束項(xiàng)，即白色在校正前后零誤差，雖然保證了白色的準(zhǔn)確再現(xiàn)，但是 卻使得其他顏色校正后的誤差進(jìn)一步放大。對于多項(xiàng)式法、帶約束項(xiàng)最小二乘法在構(gòu)建校 正模型時(shí)，采用2-范數(shù)求解校正系數(shù)，經(jīng)過試驗(yàn)證明，采用1-范數(shù)獲得的校正結(jié)果比采用 2-范數(shù)略好。由于1-范數(shù)是不可微的，對于直接求全局最優(yōu)解的問題，可利用模式搜索方 法對校正模型求解，能夠明顯抑制噪聲放大、最小化最大誤差，但模式搜索算法也存在可能 陷入局部最優(yōu)解、選擇的初始解對計(jì)算結(jié)果影響較大、校正前后圖像亮度等級有差異甚至 會出現(xiàn)過曝等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)色彩校正算法抗噪聲性能差、校正前后亮度等級不一 致、校正精度低等問題，提供了一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法；本發(fā)明 提供的技術(shù)方案，可避免某些顏色的色彩測量值與人眼的視覺感受不一致，使校正后的圖 像更符合人眼的視覺感受；且具有校正精度高、抑噪性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可自適應(yīng)調(diào)整圖像校正 前后的亮度等級，使之保持一致。
[0007] 2.技術(shù)方案
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0009] 本發(fā)明的一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，其步驟為：
[0010] 1)在普通光源照射條件下測得顏色樣本的RGB三刺激值，獲取在標(biāo)準(zhǔn)照明體條件 下顏色樣本在CIE XYZ顏色空間中的標(biāo)準(zhǔn)值；
[0011] 2)設(shè)定自變量校正矩陣Μ初始值，建立色彩校正模型，并根據(jù)步驟1)測得的樣本 顏色RGB三刺激值計(jì)算樣本顏色的RGB理論值；
[0012] 3)設(shè)定亮度調(diào)整系數(shù)λ初始值，對步驟1)獲得的樣本顏色標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行亮度調(diào)整， 獲得經(jīng)亮度調(diào)整后的樣本顏色標(biāo)準(zhǔn)值；
[0013] 4)將步驟2)獲得的樣本顏色RGB理論值轉(zhuǎn)換為CIEXYZ顏色空間表述的ΧΥΖ值， 并計(jì)算轉(zhuǎn)換后樣本顏色XYZ值與步驟3)所得樣本顏色標(biāo)準(zhǔn)值之間的色差平均值；
[0014] 5)將步驟4)所得色差平均值作為搜索目標(biāo)函數(shù)，使用模擬退火算法求取目標(biāo)函 數(shù)取得全局最優(yōu)解時(shí)對應(yīng)的校正矩陣Μ ;
[0015] 6)由步驟5)所得校正矩陣Μ計(jì)算樣本顏色的理論值,并判斷該計(jì)算所得理論值與 樣本顏色測量值之間是否滿足亮度約束條件，若不滿足，則按照固定步長調(diào)節(jié)亮度調(diào)整系 數(shù)λ，重新計(jì)算校正矩陣Μ，直到滿足約束條件為止。
[0016] 更進(jìn)一步地，步驟6)所述亮度約束條件為：
[0017] |Yt-Yj < ε
[0018] 其中，Ym為樣本顏色測量值在CIEXYZ空間的明度表示，Yt為樣本顏色計(jì)算所得理 論值在CIEXYZ空間的明度表示，ε表示校正前后可允許亮度變化的最大值。
[0019] 更進(jìn)一步地，步驟5)所述目標(biāo)函數(shù)為：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，其步驟為： 1) 在普通光源照射條件下測得顏色樣本的RGB三刺激值，獲取在標(biāo)準(zhǔn)照明體條件下顏 色樣本在CIE XYZ顏色空間中的標(biāo)準(zhǔn)值； 2) 設(shè)定自變量校正矩陣Μ初始值，建立色彩校正模型，并根據(jù)步驟1)測得的樣本顏色 RGB三刺激值計(jì)算樣本顏色的RGB理論值； 3) 設(shè)定亮度調(diào)整系數(shù)λ初始值，對步驟1)獲得的樣本顏色標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行亮度調(diào)整，獲得 經(jīng)亮度調(diào)整后的樣本顏色標(biāo)準(zhǔn)值； 4) 將步驟2)獲得的樣本顏色RGB理論值轉(zhuǎn)換為CIEXYZ顏色空間表述的ΧΥΖ值，并計(jì) 算轉(zhuǎn)換后樣本顏色XYZ值與步驟3)所得樣本顏色標(biāo)準(zhǔn)值之間的色差平均值； 5) 將步驟4)所得色差平均值作為搜索目標(biāo)函數(shù)，使用模擬退火算法求取目標(biāo)函數(shù)取 得全局最優(yōu)解時(shí)對應(yīng)的校正矩陣Μ ; 6) 由步驟5)所得校正矩陣Μ計(jì)算樣本顏色的理論值，并判斷該計(jì)算所得理論值與樣本 顏色測量值之間是否滿足亮度約束條件，若不滿足，則按照固定步長調(diào)節(jié)亮度調(diào)整系數(shù)入， 重新計(jì)算校正矩陣Μ，直到滿足約束條件為止。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，其特征 在于：步驟6)所述亮度約束條件為： |Yt-Yj < ε 其中，Υπ為樣本顏色測量值在CIEXYZ空間的明度表示，Yt為樣本顏色計(jì)算所得理論值 在CIEXYZ空間的明度表示，ε表示校正前后可允許亮度變化的最大值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，其特征 在于：步驟5)所述目標(biāo)函數(shù)為： 療= nafe ^ -f V J: 式中，ΛΕ為色差，q為顏色樣本包含的顏色數(shù)量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，其特征 在于：步驟4)采用CIEDE2000色差公式計(jì)算色差ΔΕ。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，其 特征在于：所述的顏色樣本包含的顏色數(shù)量q為24?140。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，其特征 在于：步驟3)中設(shè)定亮度調(diào)整系數(shù)λ初始值為1，后續(xù)步驟6)中亮度調(diào)整系數(shù)λ的調(diào)節(jié) 步長為0. 01?〇· 05。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于模擬退火最優(yōu)化算法的圖像色彩校正方法，其特征 在于：步驟2)中設(shè)定校正矩陣Μ初始為單位矩陣，建立的色彩校正模型為： Υ，= X，Μ 其中，Y' = [B，G，R]為一個qX3的樣本顏色理論值矩陣，X' = [B'，G'，R']為一個 qX3的樣本顏色測量值矩陣。
【文檔編號】G06T7/40GK104217409SQ201410523195
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】李勃, 于海峰, 陳惠娟, 吳煒, 江登表, 王贊, 郭家新, 王斌 申請人:南京匯川工業(yè)視覺技術(shù)開發(fā)有限公司, 深圳市匯川技術(shù)股份有限公司