[发明专利]一种基于视网膜视觉机制的彩色图像颜色恒常方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及彩色图像颜色恒常技术，尤其是一种基于视网膜视觉机制的彩色图像颜色恒常方法。

背景技术

摄像机等传感器采集到的物体颜色由入射光、物体表面材料的反射性质以及传感器自身的传输性质决定。比如当黄色光照到白色墙壁上，传感器采集到的是从墙上反射的黄色光，其结果与人类感知到墙可能仍是白色的不同。这是因为人眼对物体颜色的感知，在外界光照一定范围的变化下，可以保持相对不变，这种人眼对物体表面颜色的知觉趋于稳定的心理倾向被称为颜色恒常性(Color Constancy)。更进一步说，物体同一表面在不同光照条件下会产生不同的反射光谱，尽管人类视觉的颜色机制确实能分辨出这种由于光照变化导致的物体表面反射光谱的变化，但是人类对该物体表面颜色的认知在一定范围内却保持恒定，也就是认为物体表面的颜色未发生变化。

在摄像或数码相机中，颜色恒常又称为“白平衡”，目的是使在非标准光照条件下拍摄到的图像经白平衡后达到在标准光照下拍摄的效果。但是，广泛的颜色恒常不仅仅包括白平衡，还泛指一切可以克服光源变化的方法和机制，并不一定要把颜色转变为标准光源下的效果，以便应用在机器视觉中。有实验表明，对于同一物体表面，色调变化不超过18％，饱和度变化不超过30％，人眼会把变化前后的颜色认为是同一颜色，即实现了颜色恒常。

目前实现颜色恒常的方法有两类，一是从色偏图像中依据某种假设估计出光源，然后对色偏图像进行颜色矫正得到无色偏图像，这也是目前机器视觉中颜色恒常的主流方法。如灰度世界算法假设无色偏图像所有像素红、绿、蓝三色的能量总和是相等的，该算法虽然计算简单，但当灰度世界的假设不符合待处理的场景时就会失败，而这种情况是比较常见的。如夕阳照射下一片绿色的草地这些单一色彩占主要成份的场景就不符合灰度世界的假设。再如白板算法假设色偏光源可以根据色偏图像红、绿、蓝三通道各自的最大值所确定，但当存在镜面反射时，用该方法所估计的色偏光源显示不准确。另一类是对不受光源影响的彩色图像特征(如颜色不变性等)进行处理，不用估计偏色图像的光源。

视觉系统中，一个神经元的感受野，指的是光照能增强或压抑该细胞产生信号的一块有限的视网膜表面区域。感受野是视觉感知的基本单元。“给光”型(on型)神经节细胞由只照射中心的光电(周围黑暗)引起动作电位的发放(如图1所示)；“撤光”型(off型)神经节细胞则由中心暗，周围亮的光照引起动作电位的发放(如图2所示)。每一个视觉神经元只对视野中某特定区域内的刺激产生反应，这个区域称为该神经元的感受野。

由于对颜色的感知是由L，M，S三种类型的视锥细胞开始的，可以大致认为分别对应于接受红、绿、蓝三基色。在此模型中，感受野是由一个小的兴奋区(中心区)和一个大范围的外周抑制区两部分构成，外周抑制区又是由多个抑制亚区构成(如图3所示)，大范围的外周抑制区是由远离中心区的双极细胞通过无长突细胞与神经节细胞间接连接的，这些双极细胞的感受野分别形成神经节细胞感受野外周抑制区的许多抑制亚区。由于用到拮抗原理，黄色光分量可从红绿两种光分量的均值得到。中心区C对红、绿、蓝、黄四色光兴奋反应大小T_Rc，、T_Gc、T_Bc、T_Yc可用式(1)表示：

TRc=Σ(x0,y0)∈CIR(x0,x0)AR1G1]]>