[发明专利]对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的方法及系统

说明书

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gamma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gamma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1。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。

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1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。