专利名称：光谱颜色管理系统光谱连接空间定义方法
技术领域：
本发明涉及用于视觉观赏的多光谱图像压缩，以及在光谱颜色管理系统中色域边界描述、映射算法设计以及输出过程中多光谱图像及设备的光谱连接空间定义方法。
背景技术：
随着数字信息技术的全面、系统、纵深化发展，实际生产生活应用中对源物体颜色信息的采集以及彩色图像跨媒体复现时的颜色精度要求越来越高。例如在文化艺术品数字典藏及复制应用领域，随着时间的推移文化艺术品难免出现风化霉变褪色现象，迫切需要高保真地永久数字储藏或复制艺术瑰宝的完整原始颜色信息。在医疗应用领域，通过彩色图像数据(患者皮肤颜色图像，CT及彩超等影像图像)交换以及视频(远程察言观色)等远程医疗方式可以有效缓解医生或患者的舟车劳顿，加快诊疗进程，尽早解除病人痛苦，但这需建立在精确的颜色信息采集及彩色图像跨媒体复现技术之上。目前电子商务逐渐成为人们购物的主流方式，而客户在显示器屏幕上看到的商品颜色与实物颜色的差异是导致客户与商家之间纠纷的主要原因之一。如果能够高精度的获取商品的原始颜色信息并保证商品彩色图像在不同媒介上显示的颜色与实物颜色一致，则可以有效缓解客户与商家之间的纠纷。而传统的基于三原色的物体颜色信息采集显示技术以及色度颜色管理系统只能在特定的照明观察环境下实现复现图像与实物颜色信息的色度匹配，无法有效满足在复杂照明观察条件下实现彩色图像跨媒体颜色精确复现的实际应用需求，这限制了诸如文化艺术品的数字典藏及复制、远程医疗以及电子商务等对彩色图像跨媒体复现精度有较高要求应用领域的快速健康发展。光谱颜色管理系统能够有效获取并复现原始物体的光谱颜色信息，可以在任何照明观察环境下实现彩色图像的跨媒体准确复现，能够从根本上解决色度颜色管理系统中存在的同色异谱问题，有效满足各种高精度颜色信息采集及复现需求，被认为是最准确的物体颜色信息获取及彩色图像跨媒体复现系统。完整的光谱颜色管理系统框架如
图1所示，首先通过多光谱系统及光谱重构算法获取源对象对应的多光谱图像，然后在光谱连接空间(ICS:Interim ConnectionSpace)中对多光谱图像进行压缩存储,并对目标输出设备的光谱色域进行描述，在此基础上将多光谱图像映射入目标设备色域内，然后再利用光谱分色算法将映射多光谱图像转换到目标设备驱动值空间并输出，最终实现在不同照明观察环境下颜色均能精确匹配的多光谱图像跨媒体复现。为了保证光谱颜色管理系统中各个环节的一致性及连贯性，多光谱图像的压缩存储、色域描述、映射算法设计及分色输出等都需要在ICS中进行。因此ICS在光谱颜色管理系统中起着中枢核心作用，其性能优良程度直接影响到多光谱图像的压缩效率及精度、色域描述及可视化、色域映射算法设计、分色查找表建立以及与ICC颜色管理系统的兼容性等。但由于ICS的定义受到诸多条件的限制，目前提出的ICS数目有限且存在很大不足。Bakke依据主成份分析法(PCA principal Component Analysis)在物体光谱分析以及光谱重构算法中的优异表现，提出将光谱经PCA变换后的主成份系数空间作为ICS。Rosen则认为该空间不适合作为ICS，并用实验说明了该空间对应的坐标值分布在光谱均值左右较小的动态范围之内，且经由该空间预测的大部分光谱值处于O I的物理光谱范围之外。另外PCA中不同主成份对光谱表征精度的贡献率不同，导致对应的系数空间为非均匀颜色空间，这将直接影响到设备的光谱色域可视化描述以及色域映射算法设计。Fairman提出物体的光谱颜色信息可以用其在两个光源下对应的色度值(Lab1Lab2)表示，该空间是ICC颜色管理系统中PCS的简单扩充，具有ICS的特征，但由于光谱在两个光源下对应的色度值具有较强的相关性(很少出现物体在一个光源下色度值较高，但在另一个光源下色度值较低的情况)，导致其光谱表征精度总体较低且依赖于所选取的光源及顺序。张显斗采用PCA抽取了 CIE标准照明体及主流光源光谱辐射强度分布的主成份，并利用数学变换方法构造了三个虚拟光源，然后采用其中的两个或三个光源分别构造了 6维和9维ICS，该ICS具有较高的光谱表征精度，且与ICC颜色管理系统PCS有良好的兼容性，并可以有效降低所选光源对光谱表征精度的影响，但依旧无法从根本上解决光谱在不同光源下对应色度值具有较强相关性的问题。Derhak和Tsutsumi等则对上述两类空间进行了优化改进，巧妙地运用色度与光谱相结合的LabPQR空间表示光谱颜色信息，该空间前三维Lab表示光谱在某个特定光源下对应的CIELab坐标值，后三维PQR则表示同色异谱黑(源光谱与Lab重构光谱的差值)。LabPQR具有较高的光谱表征精度，其前三维Lab坐标具有明确的颜色含义且能与目前得到广泛应用的ICC颜色管理系统PCS相兼容，但是其后三维PQR坐标仍由PCA对应的主成份系数所确定 ，同样具有基于PCA压缩空间的ICS存在的问题。为了避免PCA及LabPQR空间中主成份系数坐标出现负值且缺乏明确物理意义的缺点，Nakaya利用不同频率及峰值位置的正余弦函数定义了 6个特征向量，然后类似于LabPQR的空间转换方法定义了 LabRGB空间。LabRGB具有LabPQR空间的优点，而且不需要任何训练样本就可以建立光谱与空间坐标的对应关系，但是其前三维Lab与后三维RGB具有较强的相关性且RGB维空间不均匀，这将影响到设备光谱色域的描述及映射算法的设计，因此该空间主要用来作为多光谱图像的压缩及编码。表I总结了目前提出的几种主要ICS的性能比较，可见还没有一个ICS能够完全达到多光谱图像跨媒体复现的应用要求。表I目前提出的ICS性能比较
权利要求
1.光谱颜色管理系统光谱连接空间定义方法，其特征在于:首先分别基于CIE1931XYZ和CIE1964XYZ标准色度观察者光谱三刺激值定义了 k31 ( λ )、s' 31 ( λ )、I31 ( λ )、m31 ( λ )、s31U)、k64U)、s' 64(λ)、164(入)、!!164(入)、864(入)10个基向量，在此基础上定义了XYZK31、XYZLS31、XYZLMS31、XYZK64、XYZLS64、XYZLMS64 六个 I CS，其中基向量的定义方法具体步骤如下 步骤一:计算CIE1931XYZ标准色度观察者三个光谱刺激值在不同波段的累加和， vM(l) = x3i(l) + y,^ + Im(A),(I) 其中Ih(A)、J31W和(A)分别表示CIE1931XYZ标准色度观察者光谱三刺激值，V31(A)表示人眼视觉总体光谱感知灵敏度； 步骤二:计算人眼视觉总体光谱感知灵敏度的互补光谱刺激值k31 ( λ )，k310 ) =V31 (λ ) max-v31 ( λ )，(2)其中ν31 (λ )max表示ν31(λ )中的最大值,定义的互补光谱刺激值k31U)； 步骤三:以588nm为分割点，将k31 ( λ )分为长短两段； 步骤四:在565到650nm波段范围内，采用数学模型对短段光谱刺激值进行平滑扩展； 步骤五:在540到610nm波段范围内，采用数学模型对长段光谱刺激值进行平滑扩展； 步骤六:以455nm为分割点，进一步将s' 31 ( λ )分为s ( λ )和m( λ )两段， 通过步骤一到步骤六，实现基于CIE1931XYZ标准色度观察者光谱三刺激值的k31 ( λ )、s ' 31 ( λ )、I31 ( λ )、m31 ( λ )和S31 ( λ ) 5个基向量的定义；采用同样方法，定义基于CIE1964XYZ标准色度观察者光谱三刺激值的k64U)、s' 64 ( λ )、I64 ( λ )、m64 ( λ )和s64( λ ) 5 个基向量；最终定义了 k31 ( λ )、s' 31 ( λ )、I31 ( λ )、m31 ( λ )、s31 ( λ )、k64( λ )、s' 64( λ )、I64( λ )、m64( λ )、S64( λ ) 10 个基向量； 表全文摘要
本发明公开了光谱颜色管理系统光谱连接空间定义方法。首先分别依据CIE1931XYZ和CIE1964XYZ标准色度观察者光谱三刺激值定义了、、、、、、、、和十个基向量用于弥补CIE1931XYZ和CIE1964XYZ标准色度观察者三刺激值对源目标光谱颜色信息描述的不足。然后在CIE1931XYZ、CIE1964XYZ标准色度观察者光谱三刺激值以及提出的基向量基础上，定义了XYZK31、XYZLS31、XYZLMS31、XYZK64、XYZLS64、XYZLMS64六个ICS。本发明具有维数少、维间独立性强、颜色转换精度高、空间均匀、各维动态范围固定且与ICC颜色管理系统PCS兼容性。
文档编号G06T1/00GK103164836SQ20131002086
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者张显斗 申请人:杭州电子科技大学