一种提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法
【专利摘要】一种提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法，属于颜色科学与【技术领域】。以放置在D65灯箱里的Macbeth?colorchecker色卡24个色块为测试样本，相机拍得其RGB值，并用PR715测量其CIEXYZ值，采用矩阵A及其对应方程计算出此XYZ值对应的显示器的R′G′B′，通过建立相机RGB与显示器R′G′B′三通道的关系，求出相机拍得的任意图像的RGB在显示器上再现的R′G′B′图像。未使用该方法前和使用该方法后，客观评价的平均色差从17.1降低到12.5CIELAB色差单位；采用主观视觉评价，30块测试样本和6副标准图像采用该方法比显示器直接再现效果改进率85.6%。
【专利说明】—种提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法，属于颜色科学与【技术领域】。
【背景技术】:
[0002]随着计算机和光电技术的快速发展，数字图像设备已经广泛的应用于工业、科研和生活等各种环境中。数字图像设备主要包括数字成像设备(如:数码相机、彩色扫描仪等)和颜色再现设备(如:显示器和彩色打印机等)。由于各种图像设备的颜色呈现机理不同，如显示器的RGB与照相机的RGB、打印机的RGB各不相同，因此，如何在各种设备之间实现准确的颜色传递和颜色再现已经成为该领域的研究热点，一般采用色彩管理系统实现颜色再现。
[0003]常用的数字彩色设备有照相机、扫描仪、显示器、打印机，也包括投影仪。色彩管理系统(Color Management System, CMS)是将一种输入设备色空间转换成另一种输出设备色空间的管理软件，目的是为了实现颜色在不同设备间传递的一致性，也就是常说的“所见即所得为此，1993年成立的国际色彩联盟(International Color Consortium,ICC)，致力于开发颜色及管理标准[5]。ICC在国际照明协会(CIE)标准色度CIE XYZ的基础上，创建了一个表征设备特性的颜色特性文件的格式标准(ICC Profile)，用于以服务于跨平台环境的色彩管理问题。1996年由微软(Microsoft)和惠普(HP)公司于提出sRGB(Standard interchange RGB color space)颜色空间[6]。并于 1998 年成为国际电工委员会(International Electrotechnical Commission, IEC)标准 IEC611966-2-1[7],是广泛应用于计算机、网络等多媒体设备颜色信息交换的标准颜色空间。基于ICC规范的颜色管理系统与基于SRGB标准颜色空间的颜色管理系统各有优缺点，互相补充。前者要求给出设备的特征文件，能够灵活应用于不同的颜色设备，但是颜色空间映射运算复杂；后者要求颜色设备和媒体介质按照参照条件设计M，灵活性差，但是这种模式不需要复杂的运算，能够离开计算机实现颜色设备间的直接通信。
[0004]两种不同媒体颜色再现，这是一个非常复杂的技术问题，是当前国际上色度学研究的热点。二十世纪八十年代建立起来的固定观察条件下简单刺激上的传统色度学已不能满足应用需求，从二十世纪九十年代开始近15年的时间，色度学掀起新一轮研究高潮，其中色貌模型(Color Appearance Models, CAM)研究最为活跃,提出了多种模型。2002年提出色貌模型CIECAM02[9]，2004年CIE正式出版了 CIECAM02[1°]，拉开了实际应用新型色貌模型CIECAM02的序幕。ICC已将CIECAM02色貌模型考虑到了颜色再现框架[11]，目前还处于研究之中，没有得到实际应用。
[0005]参考文献:
[0006][1]L.W.MacDonald, Developments in colour management systems, Displays, 16
(4):203-211, 1996.[0007][2]P.A.Rhodes, S.A.R.Scrivener and M.R.Luoj ColourTalk-a system forcolour communication, Displays, 13(2):89-96，1992.[0008][3] P.A.Rhodes and M.R.Luoj A system for WYSIWYG colour communication, Displays, 16(4): 213-221，1996.[0009][4]Lindsay W.MacDonald, Developments in colour management systems, Displays, 16(4)，203-211，1996
[0010][5]International Color Consortium, http://www.color, org/index, xalter
[0011][6] S.Susstrunk, R.Buckley, etal.Standard RGB Color Spaces.Presented atthe Seventh Color Imaging Conference:Color Science，Systems, and Applications，127-134，1999.[0012][7]IEC.Colour measurement and management in multimedia systems andequipment Part2.1:Default RGB colour space—sRGB，61966—2—1，InternationalElectrotechnical Commission, 1997.[0013][8] Stokes Mj Anderson Mj Chandrasekar S，et al.A standard defaultcolor space for the internet-srgb[J].Microsoft and Hewlett-Packard JointReport, 1996.[0014][9]N.Moroneyj M.D.Fairchild, C.Li, M.R.Luoj R.W.G.Hunt and T.Newman, TheCIECAM02Color Appearance ModeljProc.1S&T/SIDlOth IS&T/SID Color ImagingConference, 2002.[0015][10]TC8-01:CIE Publication159:2004, A Colour Appearance Model forColour Management Systems:CIECAM02, 2004
[0016][11]Ingeborg Tastlj Miheer Bhachechj Nathan Moroney and Jack Holm, ICCColor Management and CIECAM02, Hewlett-Packard Laboratories, Palo Alto,CA/USA, 2005.
【发明内容】
:
[0017]本发明的目的在于为解决照相机拍摄的实际景物和照片在显示器上显示的效果的不一致性的问题，而提供一种提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法。
[0018]本发明的技术方案为:
[0019]以放置在D65灯箱里的Macbeth colorchecker色卡24个色块为测试样本,相机拍得其RGB值，并用分光光度计测量其CIEXYZ值，采用矩阵A及其对应方程计算出此XYZ值对应的显示器的V Gi Bi，通过建立相机RGB与显示器V Gi Bi三通道的关系，求出相机拍得的任意图像的RGB在显示器上再现的R' G' B'图像。具体技术如下:
[0020]—、环境和仪器设备:
[0021](I)暗室环境
[0022]暗室环境的墙壁及地面反光率参照尼桑暗室标准:墙面反光率为60%地面反光率为 20%ο
[0023](2)实验设备及设置
[0024]数码相机:曝光模式采用能手动模式，白平衡设置为手动，用灯箱的灰色箱壁作白平衡。[0025]分光光度计:采用Photo Research公司的PR-715分光光度计。用于测量灯箱里样本的CIE XYZ值。
[0026]显示器:采用CRT显示器。频率:75Hz，分辨率使用显示器推荐分辨率，色温:D65。实验在显示器预热2小时后进行。显示器设置:首先设置显示器的白点:显示器色温设置为6500K或是sRGB模式。其次设置显示器的TRC (Tone Reproduction Curve)特性:对于CRT显示器，采用国际上普遍采用的灰度渐变的17台阶灰度条带(图1)，将“对比度”调节到最大，调节“亮度”使条带具有阶调变化层次，尤其注意低亮度条带；对于LCD显示器，采用灰度和单通道色彩条带:首先将“对比度”调节到最小，调节“亮度”按钮使17台阶灰度条带(图1)具有阶调变化层次，然后调节“对比度”按钮使单通道彩色条带具有阶调变化层次。
[0027]标准灯箱:采用X-Rite公司标准灯箱。D65光源，照明光源的几何条件:
0° /45。。
[0028]色卡:X-Rite公司 Macbeth ColorChecker 色卡。
[0029]本发明使用的仪器设备均为市场购买。
[0030]二、本发明方法的具体步骤:
[0031]第一步,用分光光度计测量D65光源下标准白板及样本ColorChecker24个色样的XYZ 值。
[0032]第二步，由公式(1)(2)计算出ColorChecker24个色样在显示器上显示的RGB值。
'3.0629 -1.3932 -0.4758"
[0033]A= -0.9693 1.8760 0.0416
0.0679 -0.2289 1.0694
[0034](I)
"i?1 「x_
[0035]G =Ax Y (2)
5」 [Ζ
[0036]第三步，用程序(图2所示)提取相机获得的样本ColorCheCker24块色卡的R' G' B'值。
[0037]第四步，对R和R'，6和6' ^和…，进行非线性拟合，写出拟合函数，形式如公式(3):
[圆]Rcrt = aR + bR x R^mcra
[0039]GCRT — aG + b(:; X ^Camera (3)
[0040]Bcrt =aB+bBx BncImcm
[0041]公式(3)中aK、bK、nK由显示器的R'与相机R两组数据采用最小二乘法拟合得到；aG> be、ne、由显示器的G'与相机G两组数据采用最小二乘法拟合得到；aB、bB、nB由显示器的B'与相机B两组数据采用最小二乘法拟合得到。
[0042]第五步，相机拍得的图像RGB经过公式(3)计算得校正后到显示器上显示的图像R' G' B' ο
[0043]本发明的有益效果在于:本发明的方法是一种色彩管理系统新的技术方案。具有方法简便、成本低的优点。经过该方法处理后在显示器上显示的图像能与实际景物的颜色较为接近。
【专利附图】
【附图说明】:
[0044]图1为设置显示器使用灰度条带图。
[0045]图2为程序流程图。
[0046]图3为数码相机到CRT显示器色彩再现方法示意图。
[0047]图4实例I检验图像校正前后效果比较示例图。
【具体实施方式】:
[0048]实施例所用设备为市售设备。实现的具体步骤同
【发明内容】
部分的描述。
[0049]实施设备SONY CPD-G52021' ' CRT 显示器和 Canon PowerShot G2 数码相机。用30块测试样本(测试样本色卡:在CIELAB色空间，L取50，a、b分别取-40、-15、O、15、40，共25种组合，按照D65光源，2°观察者数据将其转换到RGB空间，加上五块灰阶色块(RGB值分别是(50, 50，50) (100，100，100) (150，150，150) (200，200，200) (255，255，255))总计 30块色块。用打印机打印出来作为测试色卡。)，D65灯箱里的测试样本与相机拍摄测试样本在显示器直接显示，两者之间的平均色差是17.1个CIELAB色差单位；采用该方法处理后再在显示器上显示，两者之间的平均色差是12.5个CIELAB色差单位。同时采用视觉评价，30块测试样本和6副标准图像采用该方法比显示器直接再现效果改进率85.6%。
【权利要求】
1.一种提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法，其特征是:以放置在D65灯箱里的Macbeth colorchecker色卡24个色块为测试样本,相机拍得其RGB值,并用分光光度计测量其CIEXYZ值，采用矩阵A及其对应方程计算出此XYZ值对应的显示器的V Gi Bi，通过建立相机RGB与显示器R' G' B'三通道的关系，求出相机拍得的任意图像的RGB在显示器上再现的V G' B'图像。
2.根据权利要求1所述的提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法，其特征是:分光光度计测量D65光源下Macbeth colorchecker色卡24色的CIEXYZ值，用公式(1)(2)计算出此XYZ值对应的显示器的V Gi Bi。
3.根据权利要求1所述的提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法，其特征是:采用矩阵A计算出的XYZ值对应的显示器的R' Gi B'与相机RGB之间是非线性关系，形式如公式(3)
4.根据权利要求1所述的提高从数码相机到显示器颜色再现效果的方法，其特征是:经校正后显示器上显示的图像V G' B'是由相机拍得的图像RGB经过公式(3)计算得到。
【文档编号】G09G5/02GK103474046SQ201310403107
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月8日 优先权日:2013年9月8日
【发明者】黄小乔, 石俊生, 陈载清 申请人:云南师范大学