专利名称：对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字图像处理领域，具体地涉及对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的方法及系统。
背景技术：
在电子设备中使用红、绿和蓝三原色的数字量采集或显示彩色图像已经有数十年了。尽管其三原色是以使显示图像尽可能忠实于真实景物为目标选择的，但是由于材料、技术和成本等制约，到目前为止观看三原色显示的彩色图像与观看真实景物相比仍有很大差距，其中包括颜色不够饱满，光线感不够鲜明等。以ICC (International ColorConsortium国际色彩联盟)规范为代表的颜色管理系统，典型使用gamma(灰度系数)指数调整红、绿和蓝三原色数字量以达到增强图像的目的。用户发现，应用8&_&指数后虽然可以使图像颜色看起来显得饱满，但是光线感却显得更差，颜色色调也会出现偏差。任何人使用CIE(International Commission on Lumination国际照明委员会)推荐的色度学方法，都可以定量计算使用ga_a指数前后颜色视觉感知分量的变动数量，证明结果与以上实际看到的变化一致。经过20多年的发展，CIE推荐的CAM (Color Appearance Model颜色外观模型) 现已成为国际推荐标准，在颜色复制领域发挥着重要作用。但是，无论是CIECAM97S还是 CIECAM02模型，主要研究和预测的都是外界条件的变化，如基准白色值及亮度值变化等对颜色观察效果的定量影响，模型并未包括人眼视觉感知的空间及时间特性，也没有包括图像的空域及时域特性。目前的CAM应用于数字图像处理是把每一个像素看做相互独立的颜色，因此以其指导的数字图像的复现和复制还不能满足视觉感知真实性高质量的需要。近期相关业界提出构建iCAM (image Color Appearance Model图像色貌模型)，要求模型能够处理视觉感知和彩色图像的空间及时间特性。目前iCAM模型还处于研究的初级阶段，CIE 也还未对其进行详细讨论和完整推荐。人眼可见光颜色视觉感知空间特性的量化描述至今未能全部完成，主要原因在于视觉感知颜色量化所需基础数据的不完整性。CIE于1931年推荐CIE1931RGB系统，其所描述的标准色度观察者光谱三刺激值，有史以来首次量化了人类的颜色视觉感知，并因此奠定了现代色度学的基础。但是，这一系统某些固有特性未能在其后的色度学理论研究和技术应用中得以完善。CIE1931RGB系统中光谱三刺激值代表使用红、绿和蓝三原色对等能光谱中各种单色光的匹配数量，由其匹配函数计算的光谱轨迹坐标见图I。图中马蹄形曲线表示光谱轨迹，曲线及下部直线所包括的面积中的颜色曾在很长时间中被误以为包括人类所能看到的全部颜色。三角形内面积表示红、绿和蓝三原色全正值匹配的颜色范围。含有三原色负值的颜色应在三角形以外及曲线以内的面积中。颜色负值的本质为使用红、绿和蓝三原色匹配光谱颜色所存在的差值。负值颜色的物理意义为该非负颜色的相反色，即与该非负颜色相加得到无彩色颜色的颜色即为其相反色。匹配函数存在负值的事实说明，若准确匹配光谱色，需在红、绿和蓝三原色基础上增加以上相反色。
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因为以双单色及以上多光谱色同时显示的颜色是人类可见颜色的常态，由上推测，CIE1931RGB匹配函数并未包括由红和蓝原色正值组合以及含有绿原色负值的可见光颜色，这部分色相区间的颜色包括蓝紫色、紫色和紫红色，约占人类视觉感知颜色数量的近三分之一，其中应有少部分颜色色品坐标在以上图I的直线以下。如果以可见光颜色视觉感知特性为目标进行颜色高保真仿真复现和复制的研究和应用，这部分匹配函数不应缺少。 作为现代色度学基石的配色函数，在CIELAB视觉感知均匀空间中，还无法表现可见光颜色视觉感知空间分布的完整边界，致使人类视觉感知的可见光空间特性的量化描述至今未能全部完成。
发明内容
本发明的目的是为彩色数字图像提供进行高保真视觉感知变换的方法。根据本发明的技术方案，通过提供计算可见光颜色的视觉感知空间以及相关分量当量的方法，实现对彩色数字图像视觉感知分量比对可见光颜色视觉感知空间特性进行优化扩展及映射计算，完成图像的高保真视觉感知变换。本发明的再一目的是提供对彩色数字图像进行高保真视觉感知变换的系统。本发明的方法以及系统属于“史诗颜色一 ”，(FirstEposColor )，简称“诗色一 TM”，(FECrTM)，主要是为显著增强图像高保真感知而调整其每一像素颜色的视觉感知饱和度值，调整量取决于该颜色对应的可见光颜色视觉感知空间色相位面当量颜色边界上亮度序列的饱和度值及颜色自身饱和度值。结果，图像每一像素颜色在增加了视觉感知饱和度的同时维持视觉感知色相和亮度不变，且增加的饱和度幅度，更有利于高保真增强图像视觉感知效果。典型彩色数字图像是可见光颜色空间中的真实景物在成像平面的二维投影，因此，图像复现和复制的理想效果应是尽可能接近对真实景物的感知，谓之高保真复现和复制。所以，根据本发明的算法(FECr)包括对可见光颜色空间的视觉感知进行量化表述。根据本发明的方法，对图像固有颜色的视觉感知饱和度相对以上表述的可见光空间特性计算扩展及映射，以图像得到总体相对最多的可见光空间特性为目标计算每一像素增加的饱和度值。典型电子设备和彩色图像颜色视觉感知空间远小于可见光颜色视觉感知空间，因此，如果直接以可见光颜色空间边界为目标调整图像颜色饱和度，在一些色相位面中，将会造成象素颜色饱和度的增量差异悬殊，致使图像劣化。所以，根据本发明的FECr算法在完整描述可见光颜色视觉感知空间的基础上，兼顾设备及图像颜色视觉感知空间饱和度非线性扩展的实际能力，计算出优化的可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色当量边界，并以心理物理学方法获取应用效果的统计数据进行校正。因此，根据本发明的方法是获得彩色数字图像高保真复现和复制的有效方法。本发明的方法和系统可用于摄影、摄像、电影、电视、视频游戏等自然景物成像或由计算机生成的由红、绿和蓝三原色合成颜色的任何图像以及相关成像设备。根据本发明的方法，对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换包括以下步骤(I)获得彩色数字图像像素颜色R、G和B数值在CIELAB空间的L、C和h数值，其中，h为色相角，L为亮度、C为饱和度；
(2)像素颜色归并进入色相位面和亮度序列，以色相角h值归并进入相应基准色相位面，以亮度L值归并进入相应亮度序列；(3)完成像素颜色饱和度C的扩展，(3-1)确定像素颜色饱和度映射拐点CgL CgL — CmaxuXXsi其中，Cniaxu为设备颜色视觉感知空间中像素颜色归并入色相位面的亮度序列最大饱和度值，Xsi为设置的比例系数，典型数值范围O. 65-0. 95 ； (3-2)计算该亮度序列的饱和度扩展比例B、BIl — CmaxLd/CmaxL1其中，Cmaxu为可见光颜色视觉感知空间中像素颜色相同色相位面颜色当量边界上相同亮度序列的饱和度值；(3-3)饱和度扩展比例B、特性化调控计算，包括(3-3-1)设置饱和度扩展比例调控系数BIkx，数值范围O. 00-1,BIly = BIlXBIkx其中，BIkx允许设置多个分别用于指定条件，BIly为调控后饱和度扩展比例，(3-3-2)设置色相位面区间成对边界Hdx和HGx，数值范围0° -359°，Hdx和Hgx允许设置多对分别用于指定条件，颜色h 彡 Hdx 和 h 彡 Hgx，BIly = BIlXBIk2其余颜色，BIly= BIlXBIki边界内侧色相位面过渡区设置数值范围0-20，(3-3-3)设置饱和度比例阈值Cex，数值范围O. 00-1, Cgx允许设置多个分别用于指定条件，Cgx 值以下颜色，BIly = BIlXBIk2Cgx 值以上颜色，BIly = BIlXBIkiCgx值高端一侧过渡区设置数值范围O. 00-0. 2，(3-4)计算像素颜色饱和度Q扩展后Cm Cln = ClXBIly,如Cm大于Q则计算其映射Cln = CgL+ (Cln-Csl) / (CmaxLd_CgL) X (CmaxL1_CgL)；(4)将图像像素颜色亮度L、色相角h和经步骤(3)扩展后得到的饱和度Cm数值计算为规范R、G和B值。根据本发明的方法，步骤(I)为获得彩色数字图像像素颜色R、G和B数值在 CIELAB空间的L、C和h数值，其中，h为色相角，L为亮度、C为饱和度，可以通过本领域现有的已知方法实现，优选地，根据本发明的具体实施方案，首先执行调用设备视觉感知颜色空间色相位面颜色边界计算模块的步骤，获得必要的3X3矩阵系数。根据本发明的对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的系统包括(I)显示彩色数字图像的设备的颜色视觉感知空间色相位面颜色边界计算模块， 包括(1-1)设备颜色空间的红、绿和蓝三原色值变换为CIELAB空间L、C和h值计算单兀，(1-2)设备颜色视觉感知空间色相位面颜色边界提取单元，以色相h值四舍五入归并设备颜色进入相应基准色相位面，以L值四舍五入归并进入相应亮度序列，提取色相位面各亮度序列的颜色最大饱和度值Cmaxu，作为该色相位面的颜色边界计算基础数值，(1-3)色相位面颜色边界Cmaxu平滑单元，选择色相位面中最大饱和度值Cmaxhl具有的亮度Lemaxhl到最低亮度L = O的亮度序列区间所对应的颜色边界Cmaxu,以标准线性插值算法计算平滑边界，弥补Cmaxu非平滑递减或填补缺失。计算得到的颜色边界以及由亮度Lanaxhl到L = 100的亮度序列区间对应的颜色边界，表示该色相位面的应用颜色边界Cmaxu ；(2)可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色当量边界Cmaxu计算模块；(3)彩色数字图像像素颜色模式正向转换以及归并色相位面和亮度序列模块，包括(3-1)将彩色数字图像像素颜色RGB值转换为CIELAB空间的L、C和h值的计算单元，其中，h为色相角，L为亮度、C为饱和度，(3-2)像素颜色色相位面和亮度序列归并单元，将图像颜色空间划分为360个基准色相位面，以色相h值四舍五入归并进入相应基准色相位面，将色相位面中亮度L范围划分为101个基准序列，以亮度L值四舍五入归并进入相应亮度序列；(4)图像像素颜色饱和度值扩展模块，包括(4-1)像素颜色饱和度扩展比例B、计算单元BIl — CmaxLd/CmaxL1其中，Cmaxu为像素所在亮度序列在可见光色相位面颜色当量边界上的饱和度值， Cfflaxu为像素所在亮度序列在设备色相位面颜色边界上的饱和度值，(4-2)饱和度扩展比例B、特性化调控计算单元，包括(4-2-1)设置饱和度扩展比例调控系数BIkx，数值范围O. 00-1,BIly = BIlXBIkx其中，BIkx允许设置多个，分别用于指定条件，BIly为调控后饱和度扩展比例，(4-2-2)设置色相位面区间成对边界Hdx和HGx，数值范围0° -359°，Hdx和Hgx允许设置多对分别用于指定条件颜色h 彡 Hdx 和 h 彡 Hgx, BIly = BIlXBIk2其余颜色，BIly= BIlXBIki边界内侧色相位面过渡区设置数值范围0-20，(4-2-3)设置饱和度比例阈值Cex，数值范围O. 00-1, Cgx允许设置多个分别用于指定条件Cgx 值以下颜色，BIly = BIlXBIk2Cgx 值以上颜色，BIly = BIlXBIkiCgx值高端一侧过渡区设置数值范围O. 00-0. 2，(4-3)饱和度映射拐点CgL计算单元
CgL — CmaxuXXsi设置比例系数Xsi数值范围O. 65-0. 95，(4-4)像素颜色饱和度Q扩展到Cm计算单元Cln = ClXBIly,判断，如果Cm大于Q则计算映射Cln = CgL+ (Cln-Csl) / (CmaxLd_CgL) X (CmaxL1_CgL)；(5)图像像素颜色模式逆向变换及规范化模块所述计算包括将图像像素颜色的L、h和经模块(4)扩展得到的饱和度Cm数值计算为规范R、G和B值。根据本发明的优选实施方案，所述系统还包括可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色最大饱和度计算模块。作为本发明的优选技术方案，设备视觉感知颜色空间色相位面颜色边界数据库先经由本发明的系统中的设备视觉感知颜色空间色相位面颜色边界计算模块运算完成，计算包括(1-1)设备颜色空间的红、绿和蓝三原色值变换为CIELAB空间L、C和h值的计算， 由设备颜色空间的红、绿和蓝三原色值变换为CIELAB空间L、C和h值计算单元执行使用设备标称的白场和红、绿和蓝三原色相应参数，应用CIE推荐的标准算法，将设备的红、绿和蓝三原色合成的全部颜色，转换为CIEXYZ三刺激值及CIELAB空间L、C和h 值，其中包括应用标称sRGB空间RGB三原色色品参数和D65白场参数计算得到RGB三原色最大饱和度的亮度值Yr,max = 0.2126 Yg,max = O. 7152 Yb,max = O. 0722应用以上计算得到3X3矩阵系数
O. 4124O.3576O.1805
O. 2126O.7152O.0722O. 0193O.1192O.9505非标设备需计算白场和红、绿和蓝三原色最大饱和度时的CIEXYZ三刺激值使用标准分光光度仪，按照常规规范测量设备白场三刺激值V、Yw’和V，计算白场归一化系数K1:K1 = 100/Y/计算设备白场的CIEXYZ三刺激值Xw = X: XK1 Yw = Yw，XK1 Zw = I XK1使用标准分光光度仪，按照常规规范分别测量设备红、绿和蓝三原色最大饱和度条件下的三刺激值，X/、Y/和z/，xg’、Yg’和Zg’，Xb’、Yb’和Zb’。分别计算三原色的CIEXYZ
三刺激值Xr, max = Xr’ XK1, Yrjlliax = Yr’ XK1, Zr,max = Zr’ XK1Xg, max = Xg，XK1, Ygjmax = Yg，XK1, Zg,max = Zg，XK1Xbjmax = Xb’ XK1, Ybjmax = Yb’ XK1, Zbjmax = Zb’ XK1用以上计算得到的三原色CIEXYZ三刺激值，替代以上所述标准方法中的3X3矩阵系数，以计算得到的白场CIEXYZ三刺激值替代以上所述设备标称白场CIEXYZ三刺激值， 计算CIELAB空间L、C和h数值。(1-2)设备视觉感知颜色空间色相位面颜色边界计算，由设备颜色视觉感知空间色相位面颜色边界提取单元执行以0-359整数表示基准色相位面，以色相h值四舍五入归并设备颜色进入相应基准色相位面，并以0-100整数表示基准亮度序列，以L值四舍五入归并进入相应亮度序列， 提取色相位面各亮度序列中颜色最大饱和度值Cmaxu,作为该色相位面的颜色边界计算基础；(1-3)色相位面颜色边界平滑计算，由色相位面颜色边界Cmaxu平滑单元执行提取色相位面中最大饱和度值Cmaxhl具有的亮度Lemaxhl到最低亮度L = O的亮度序列区间所对应的颜色边界，以标准线性插值算法计算平滑边界，弥补原亮度序列的最大饱和度Cmaxu非平滑递减或填补缺失。计算得到的颜色边界Cmaxu以及由亮度Lanaxhl到L = 100的亮度序列区间对应的颜色边界Cmaxu，表示该色相位面的应用颜色边界。将以上计算结果存储为数据库，数据以首序色相位面次序亮度序列排序，共36360 行。根据本发明的具体实施方案，随步骤(I)后执行步骤(2):调用可见光的视觉感知颜色空间色相位面颜色当量边界数据库。作为本发明的另一优选技术方案，可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色当量边界数据库先经由本发明的系统中的可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色最大饱和度计算模块以及可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色当量边界计算模块运算完成，计算包括(2-1)可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色最大饱和度计算，由可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色最大饱和度计算模块执行(2-1-1)色相位面38° -317°计算，由色相位面38° -317°计算单元执行以CIE 1931XYZ标准色度观察者光谱三刺激值中波长380nm至780nm间隔5nm的 X、y和z数值，以及计算设备颜色空间应用的白场CIEXYZ三刺激值，以CIE推荐的方法计算L、C和h数值，并以h值四舍五入归并色相位面，取用38°到317°色相间隔内色相位面的L和C数值，线性插值计算其中的空白色相位面的L和C值，以L和C值作为可见光颜色视觉感知空间相应色相位面的最大饱和度Cmaxh2及其亮度Lemadl2。(2-1-2)色相位面O ° -37°及318 ° -359 °计算，由色相位面O ° -37°及 318° -359°计算单元执行以CIERGB颜色空间红、绿和蓝三原色标准参数以及计算设备颜色空间应用的白场CIEXYZ三刺激值，计算全部红、绿和蓝三原色合成颜色的L、C和h参数，其中包括以标称CIERGB空间RGB三原色色品参数以及D65白场参数应用上述步骤(I)中相同方法计算得到3X3矩阵系数Xr, max = O. 4108 Yr,- = O. 1481 Zr,— = O
Xg, max = O. 3210 Ygjmax = O. 8401 Zgjmax = O. 0105Xb,max = O. 2185 Ybjmax = O. 0118 Zbjmax = I. 0783在归并的色相位面中，选用0°到37°和318°到359°色相位面，并提取其中最
12大饱和度
Cmaxh2 及其亮度 Lcmach2数值。(2-2)可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色当量边界计算，由可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色当量边界Cniaxw计算模块执行(2-2-1)可见光颜色视觉感知空间与设备颜色视觉感知空间色相位面最大饱和度比值及优化计算，由可见光颜色视觉感知空间与设备颜色视觉感知空间色相位面最大饱和度比值及优化计算单元执行分别选择0°到359°色相位面，计算可见光颜色空间Cmaxh2与设备颜色空间Cmaxhl 的比例值Bmaxh:Bmaxh — Cmaxh2/Cmaxhl设置比例系数Fxi和当量系数Fx2，其中，Fxi数值范围2.50-6.00，Fx2数值范围
I.50-2. 50，计算Bmaxh的规范化当量比例Bmaxd Bfflaxh值大于Fxi的色相位面的规范化计算Bfflaxd = (Bfflaxh-Fxi)/(比例区间最大比例值-Fxi) X0. 1+FX2Bmaxh值小于等于Fxi大于(F5a-I)的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bmaxh-(Fxl-l))/(比例区间最大比例值-(Fxi-I)) X0. 05+(Fx2-O. 05)Bmaxh值小于等于(Fxi-I)大于(Fxi-L 5)的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bmaxh-(Fxi-L 5))/(比例区间最大比例值-(FX1_1· 5)) X0. 05+(Fx2-O. I)Bmaxh值小于等于(Fxi-L 5)大于(FX1_2)的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bmaxh-(Fxl-2))/(比例区间最大比例值 _(FX1_2)) X0. 1+(Fx2-O. 2)Bmaxh值小于等于(FX1_2)大于(FX1_2. 5)的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bmaxh-(Fxl-2. 5))/(比例区间最大比例值 _(FX1_2. 5)) XO. 05+(Fx2-O. 25)Bmaxh值等于(FX1_2. 5)及以下的色相位面的规范化计算Bmaxd = Bmaxh/ 比例区间最大比例值 X O. 05+ (Fx2-O. 3)(2-2-2)可见光颜色空间色相位面最大饱和度当量及颜色边界计算，由可见光颜色空间色相位面最大饱和度当量Cmaxhd及颜色当量边界Cmaxu计算单元执行色相位面最大饱和度当量Cniaxhd计算Cmaxhd — Cmaxhl X Bmaxd色相位面颜色当量边界计算在横坐标为饱和度C、纵坐标为亮度L的笛卡尔坐标平面，以Cmaxh2和L0naxh2值，标点Dmaxh2，在Dmaxh2到L = 100点连线上标示Cmaxhd,其纵坐标值四舍五入的亮度序列值记为
-LiCmaxhd
其坐标点记为
Dmaxhd 在坐标平面标示相同色相位面的设备颜色边界，再标示Dmaxhd到L = O点连线，计算其亮度区间中相应亮度序列的最大饱和度值平滑递减的前提下包容设备颜色边界所需的饱和度值Cmaxhd,此部分值及Dmaxhd到L = 100点连线上饱和度值Cmaxhd,构成可见光色相位面颜色的当量边界。将以上计算结果存储为数据库，数据以首序色相位面次序亮度序列排序，共36360行。根据本发明的具体实施方式
，步骤(3)为彩色数字图像的红、绿和蓝三原色值转换为CIELAB空间L、C和h值并归并入相应色相位面及亮度序列。调用本发明的系统中的彩色数字图像像素颜色模式正向转换以及归并色相位面和亮度序列模块计算
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(3-1)将彩色数字图像像素颜色RGB值转换为CIELAB空间的L、C和h值的计算， 由彩色数字图像像素颜色RGB值转换为CIELAB空间的L、C和h值的计算单元执行使用显示图像的设备标称或图像本身嵌入的白场和红、绿和蓝三原色相应参数， 应用CIE推荐的标准算法，将图像像素的红、绿和蓝三原色合成的颜色，转换为CIEXYZ三刺激值及CIELAB空间L、C和h值，其中包括应用标称sRGB空间RGB三原色色品以及D65白场参数，计算得到RGB三原色最大饱和度的亮度值Yr,max = 0.2126 Yg,max = O. 7152 Yb,max = O. 0722应用以上值计算得到3X3矩阵系数
权利要求
1.彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)获得彩色数字图像像素颜色R、G和B数值在CIELAB空间的L、C和h数值，其中， h为色相角，L为亮度、C为饱和度；(2)像素颜色归并进入色相位面和亮度序列，以色相角h值归并进入相应基准色相位面，以亮度L值归并进入相应亮度序列；(3)完成像素颜色饱和度C的扩展，(3-1)确定像素颜色饱和度映射拐点CgL — CmaxL1 X Xsl其中，Cmaxu为像素颜色在设备颜色视觉感知空间归并入色相位面的亮度序列最大饱和度值，Xsi为设置的比例系数，典型数值范围O. 65-0. 95 ；(3-2)计算该亮度序列的饱和度扩展比例B込BIl — CmaxL(i/CmaxL1其中，Cmaxw为像素颜色在可见光颜色视觉感知空间相同色相位面颜色当量边界上相同亮度序列的饱和度值；(3-3)设置饱和度扩展比例调控系数BIKx Bily — BilXBikx其中，Bikx允许设置多个，分别用于指定条件，典型数值范围O. 00-1，Bily为调控后饱和度扩展比例数值；(3-4)计算像素颜色饱和度Q扩展后Cm Cln = ClXBIly如Cm大于Q则计算其映射Cln — CgL+ (CLN_CgL) / (CmaxLd_CgL) X (CmaxL1_CgL)；(4)将图像像素颜色亮度L、色相角h和经步骤(3)扩展后得到的饱和度Cm数值计算为规范R、G和B值。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，彩色数字图像像素颜色R、G和B数值变换为在CIELAB空间的L、C和h参数，通过以下方法获得2. I使用设备或图像标称的白场和R、G和B三原色规定参数，应用CIE推荐的标准方法，将图像像素RGB三原色值计算为CIEXYZ三刺激值及CIELAB空间L、C和h值，包括以sRGB空间RGB三原色色品以及D65白场CIEXYZ三刺激值计算RGB三原色最大饱和度时亮度Yr,眶=O. 2126 Yg,max = O. 7152 Yb,眶=O. 0722应用以上计算颜色RGB数值转换为CIEXYZ三刺激值所需的3 X 3矩阵系数O. 4124O.3576O.1805O. 2126O.7152O.0722O. 0193O.1192O.95052. 2非标设备上显示图像需计算设备白场和R、G和B三原色最大饱和度时的CIEXYZ三刺激值·2.2. I使用标准分光光度仪，按照常规规范测量设备白场三刺激值XW’、YW’和Zw’，计算白场归一化系数K1:K1 = 100/Y/计算设备白场的CIEXYZ三刺激值Xw = xw，XK1 Yw = Y: XK1 Zw = I XK1,·2.2. 2使用标准分光光度仪，按照常规规范分别测量设备RGB三原色最大饱和度条件下的三刺激值X/、Y/和V，Xg’、Yg’和Zg’，Xb’、Yb’和Zb’分别计算三原色的CIEXYZ三刺激值max =V XK1 Yr，max =Yr，XK1 Zr，max ==Z/ XK1Lg, maxV XK1 Yg，max =Yg，XK1 Zg7ll1ax ==V XK1Lb, maxV XK1 Yb，max =Yb ’ XK1 Zb max ==Zb，XK1,·2.3用以上计算得到的三原色最大饱和度时CIEXYZ三刺激值，替代步骤2. I所述标准方法中的3X3矩阵系数，用计算得到的白场CIEXYZ三刺激值替代步骤2. I所述设备标称白场CIEXYZ三刺激值，计算CIELAB空间L、C和h数值。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述像素颜色的色相位面和亮度序列归并，通过以下方法获得以0-359共360个整数分别表示基准色相位面，以颜色色相h值四舍五入归并进入相应基准色相位面；以0-100共101个整数分别表示色相位面中亮度L基准序列，以色相位面中颜色亮度L值四舍五入归并进入相应亮度序列。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，设备颜色视觉感知空间色相位面亮度序列的最大饱和度值，通过以下方法获得·4. I对使用红、绿和蓝三原色显示彩色数字图像的设备，使用设备标称的白场和红、绿和蓝三原色规定参数，应用CIE推荐的标准方法，将设备红、绿和蓝三原色合成的全部颜色，转换为CIEXYZ三刺激值及CIELAB空间L、C和h值，包括以sRGB空间RGB三原色色品以及D65白场CIEXYZ三刺激值计算RGB三原色最大饱和度时亮度Yr,眶=O. 2126 Yg,max = O. 7152 Yb,眶=O. 0722应用以上计算颜色RGB数值转换为CIEXYZ三刺激值所需的3 X 3矩阵系数"O. 4124 O. 3576 O. 1805"·O. 2126 O. 7152 O. 0722·O.0193 O. 1192 O. 9505·4. 2非标设备需计算设备白场和红、绿和蓝三原色的CIEXYZ三刺激值·4.2. I使用标准分光光度仪，按照常规规范测量设备白场三刺激值XW’、YW’和Zw’，计算白场归一化系数K1:K1 = 100/Y/计算设备白场的CIEXYZ三刺激值Xw = xw，XK1 Yw = Y: XK1 Zw = I XK1,·4.2. 2使用标准分光光度仪，按照常规规范分别测量设备红、绿和蓝三原色最大饱和度条件下的三刺激值，X/、V和Z/，Xg，、Yg’和Zg’，Xb’、Yb’和Zb’再分别计算三原色的CIEXYZ三刺激值^r, max = ^K1 Ynmax = Y/ XK1 Zr_ max = Z/ XK1Xg, max = Xg，XK1 Ygjlllax = Yg，XK1 Zgj max = Zg，XK1^b.max = \，XK1 Ybjlllax = Yb’ XK1 Zbj max = Zb’ XK1,·4. 3用以上计算得到的原色CIEXYZ三刺激值，替代步骤4. I所述标准方法中的3 X 3矩阵系数，以计算得到的白场CIEXYZ三刺激值替代步骤4. I所述设备标称白场CIEXYZ三刺激值，计算CIELAB空间L、C和h数值；·4. 4将计算得到的全部设备空间颜色，以色相h值四舍五入归并进入相应基准色相位面，再以亮度L值四舍五入归并进入相应亮度序列；·4.5以色相位面全部亮度序列的最大饱和度Cniaxu数值表示颜色边界，并对从色相位面中最大饱和度值Cmaxhl具有的亮度Lemaxhl到最低亮度L = O的亮度序列区间所对应的颜色边界，以标准线性插值方法纠正其中Cmaxu的非平滑递减或填补缺失。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述可见光色相位面颜色当量边界Cmaxu, 通过以下方法获得·5.I获得可见光颜色视觉感知空间0°到359°各色相位面的最大饱和度Cmaxh2及其亮·5.2对0°到359°各色相位面，计算可见光颜色空间Cmaxh2与设备颜色空间Cmaxhl的比例值Bmaxh:D—— PInmaxhmaxh2/ maxhl设置比例系数Fxi和当量系数Fx2，其中，Fxi典型数值范围2. 50-6. 00，Fx2典型数值范围I.50-2. 50，计算Bmaxh规范化当量比例Bmaxd Bmaxh值大于Fxi的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bfflaxh-Fxi)/(比例区间最大比例值-Fxi) X0. 1+FX2 Bmaxh值小于等于Fxi大于(Fxi-I)的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bmaxh-(Fxl-l))/(比例区间最大比例值-(Fxi-I)) X0. 05+(Fx2-O. 05)Bmaxh值小于等于(Fxi-I)大于(Fxi-L 5)的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bmaxh-(FX1-1. 5))/(比例区间最大比例值-(Fxi-L 5)) X0. 05+(Fx2-O. I)Bmaxh值小于等于(Fxi-L 5)大于(Fxl-2)的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bmaxh-(Fxl-2))/(比例区间最大比例值 _(Fxl-2)) X0. 1+(Fx2-O. 2)Bmaxh值小于等于(FX1_2)大于(Fxl-2.5)的色相位面的规范化计算Bmaxd = (Bmaxh-(Fxl-2. 5))/(比例区间最大比例值 _(Fxl-2. 5)) X0. 05+(Fx2-O. 25)Bmaxh值等于(FX1_2. 5)及以下的色相位面的规范化计算Bmaxd = Bmaxh/ 比例区间最大比例值 X0. 05+(Fx2-O. 3)；·5. 3计算可见光颜色空间色相位面的最大饱和度当量Cmaxhd O—— P/ Dmaxhdmaxhl ^maxd·5. 4在横坐标为饱和度C，纵坐标为亮度L的笛卡尔坐标平面，以Cmaxh2和L0liaxh2值标示最大饱和度坐标点Dmaxh2,从点Dmaxh2连接纵坐标L = 100点，在连线上标示Cmaxhd,其纵坐标值四舍五入的亮度序列值记为Lanaxhd，其坐标点记为Dmaxhd ；·5. 5在坐标平面标示相同色相位面的设备颜色边界，再标示Dmaxhd到L = O点连线，使其确保在亮度区间中相应亮度序列的最大饱和度值平滑递减的前提下包容设备颜色边界，由调整后的Dmaxhd到L = O点连线以及Dmaxhd到L = 100点连线，构成可见光色相位面颜色的当量边界Cniaxw。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤5. I中所称可见光颜色视觉感知空间0°到359°各色相位面的最大饱和度Cmaxh2及其亮度Lcmadl2，通过以下方法获得·6. I以CIE1931XYZ标准色度观察者光谱三刺激值中波长380nm至780nm间隔5nm的 X、y和z数值，以及计算设备颜色空间应用的白场CIEXYZ三刺激值，以CIE推荐的方法计算L、C和h数值，并以h值四舍五入归并色相位面，取用其中38°到317°色相区间内色相位面的L和C数值，另线性插值计算其中的空白色相位面的L和C值，以L和C值作为可见光颜色视觉感知空间相应色相位面的最大饱和度Cmaxh2及其亮度Lemadl2 ；·6.2以CIERGB颜色空间红、绿和蓝三原色标准参数以及计算设备颜色空间应用的白场 CIEXYZ三刺激值，计算生成全部红、绿和蓝三原色合成颜色的CIELAB空间L、C和h数值， 包括以CIERGB空间RGB三原色色品参数以及D65白场参数，以权利要求4中相同方法计算得到3X3矩阵系数Xr, max = O. 4108 Yrjmax = O. 1481 Zrjmax = O Xg, max = O. 3210 Ygjmax = O. 8401 Zgjmax = O. 0105 Xb.max = 0. 2185 Ybjmax = 0. 0118 Zbjmax = I. 0783在归并的色相位面中，选用0°到37°和318°到359°色相位面，并提取其中最大饱和度Cmaxh2 及其亮度 Lcmach2数值。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括设置多个饱和度扩展比例调控系数BIkx的步骤，系数的数值范围O. 00-1，允许以(BIkiXBIJ和(BIk2XBI^作为不同指定条件下的像素实际应用饱和度扩展比例。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括设置多对色相位面区间边界Hdx和Hex的步骤，边界色相位面数值范围0° -359°，对设置色相位面区间内的颜色使用与区间外不同的饱和度扩展比例；色相位面区间边界内侧设置过渡色相间隔，间隔数值范围0-20，调控色相区间边界内颜色饱和度扩展比例平滑过渡到边界外。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括设置多个饱和度阈值 Cgx的步骤,饱和度阈值数值范围O. 00-1，阈值作为同一亮度序列颜色使用不同饱和度扩展比例的饱和度比例值分界；在阈值高端一侧设置过渡区，过渡区的饱和度比例值范围O.00-0. 2 ;在饱和度阈值应用于指定色相区间时，在色相边界过渡区计算实现饱和度比例阈值平滑过渡。
10.对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的系统，其特征在于，所述系统包括(I)显示彩色数字图像的设备颜色视觉感知空间色相位面颜色边界计算模块，包括 (1-1)设备颜色空间的红、绿和蓝三原色值变换为CIELAB空间L、C和h值计算单元， (1-2)设备颜色视觉感知空间色相位面颜色边界提取单元，以色相h值四舍五入归并设备颜色进入相应基准色相位面，以L值四舍五入归并进入相应亮度序列，提取色相位面各亮度序列的颜色最大饱和度值Cmaxu,作为该色相位面的颜色边界计算基础数值，(1-3)色相位面颜色边界Cmaxu平滑单元，选择色相位面中最大饱和度值Cmaxhl具有的亮度Laiiaxhl到最低亮度L = O的亮度序列区间所对应的颜色边界Cmaxu,以标准线性插值算法计算平滑边界，弥补Cmaxu非平滑递减或填补缺失，计算得到的颜色边界以及由亮度Lanaxhl到 L = 100的亮度序列区间对应的颜色边界，表示该色相位面的应用颜色边界Cmaxu ；(2)可见光颜色视觉感知空间色相位面颜色当量边界Cma!id计算模块；(3)彩色数字图像像素颜色模式正向转换及归并色相位面和亮度序列模块，包括 (3-1)将彩色数字图像像素颜色RGB值转换为CIELAB空间的L、C和h值的计算单元，其中，h为色相角，L为亮度、C为饱和度，(3-2)像素颜色色相位面和亮度序列归并单元，将图像颜色空间划分为360个基准色相位面，以色相h值四舍五入归并进入相应基准色相位面，将色相位面中亮度L范围划分为 101个基准序列，以亮度L值四舍五入归并进入相应亮度序列；(4)图像像素颜色饱和度值扩展模块，包括(4-1)像素颜色饱和度扩展比例Bk计算单元BIl — CmaxL(i/CmaxL1其中，Cmaxu为像素所在亮度序列在可见光色相位面颜色当量边界上的饱和度值，Cfflaxu 为像素所在亮度序列在设备色相位面颜色边界上的饱和度值，(4-2)饱和度扩展比例Bk特性化调控计算单元，包括(4-2-1)设置饱和度扩展比例调控系数BIkx，数值范围O. 00-1，BIly — BIlXBIkx其中，BIkx允许设置多个分别用于指定条件，BIly为调控后饱和度扩展比例，(4-2-2)设置色相位面区间成对边界Hdx和Hex，数值范围0° -359°，Hdx和Hex允许设置多对分别用于指定条件颜色 h 彡 Hdx 和 h 彡 Hgx, BIly = BIlXBIk2其余颜色，BIly = BIlXBIki边界内侧色相位面过渡区设置数值范围0-20，(4-2-3)设置饱和度比例阈值Cex，数值范围O. OO-LCgx允许设置多个分别用于指定条件Cgx 值以下颜色，BIly = BIlXBIk2 Cgx 值以上颜色，BIly = BIlXBIki Cgx值高端一侧过渡区设置数值范围O. 00-0. 2，(4-3)饱和度映射拐点计算单元CgL — CmaxL1 X Xsl设置比例系数Xsi数值范围O. 65-0. 95，(4-4)像素颜色饱和度Q扩展到Cm计算单元CLn = ClXBIly,如果Cm大于Q则计算映射Cln — CgL+ (CLN_CgL) / (CmaxLd_CgL) X (CmaxL1_CgL)；(5)图像像素颜色模式逆向变换及规范化模块，所述计算包括将图像像素颜色的L、h 和经模块(4)扩展得到的饱和度Cm数值计算为规范R、G和B值。
全文摘要
本发明涉及数字图像处理领域，具体地涉及对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的方法及系统。所述方法包括步骤(1)获得彩色数字图像像素颜色R、G和B数值在CIELAB空间的L、C和h；(2)像素颜色归并进入色相位面和亮度序列；(3)完成像素颜色饱和度C的扩展；(4)将图像像素颜色参数和经步骤(3)扩展后得到的饱和度CLN数值计算为R、G和B值。根据本发明的FECr算法在红、绿和蓝三原色构成的图像颜色空间边界没有改变的条件下，计算图像中视觉较敏感的颜色使之增加相对较多的可见光颜色视觉感知特性，计算视觉感知相对较不敏感的颜色增加较少或维持不变，这种非线性调整方法可以使观看图像得到相对显著接近在可见光颜色空间观看实际景物的效果。
文档编号H04N9/64GK102611897SQ20121005352
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月4日 优先权日2012年3月4日
发明者侯克杰 申请人:北京佳泰信业技术有限公司