[发明专利]一种改善色觉缺陷者感知图像颜色对比度的方法与装置

说明书

提出一种简单的图像重着色方法，增强红绿色觉缺陷者对图像的颜色感知和视觉细节。在L*a*b*颜色空间中，通过计算原始图片像素的两通道分量值和初始角度确定矫正后的角度及颜色，最小化原始图像和修正后图像像素间的饱和度值，输出最优值即对比度增强图像。本发明还提供了提高色觉异常者视觉下图像颜色对比度的装置，本发明基于图像色调节图像易混淆颜色对比度，使得正常观察者和色觉缺陷观察者在看同一幅图像时感知到的颜色对比度相同，达到提高色觉缺陷者图像颜色区分的目的。

技术领域

本发明属于数字图像处理技术领域，特别涉及一种改善色觉缺陷者感知图像颜色对比度的方法与装置。

背景技术

人类具有色觉感知的能力，可以感知从物体表面反射的光的频率。然而，色觉缺陷(CVD)则会带来诸多不便。在临床上暂时没有特效的办法对色觉缺陷进行治疗和改善。因此只能从色盲矫正角度出发，减轻色觉缺陷者的不便利。

Rasche提出的方法是将混淆颜色对之间的差异作为主要目标，使用仿射变换来保留所有颜色对之间的感知颜色差异。但是该方法不能捕获多方向的颜色变化，也无法确保所映射的颜色都在可用的色域内。随后又提出了一种在保留视觉细节的同时降低色域维数的技术，和颜色量化方法，解决了色域问题，也可以说是通过一个受约束的多变量优化过程将具有增加信息的重着色图像内容传递给色彩不足的观众。Jefferson先提出了一种利用两个直方图的差异来选择关键颜色的新方法，使用预处理共轭梯度的方法优化组合的目标函数保持亮度、对比度、色域范围内的颜色及其自然性。随后又提出一种新的算法，该算法将缺陷锥的色度变化映射转移到另外两个功能锥上。Huang JB提出一种改进的重新着色算法，该算法采用高斯混合模型(GMM)表示颜色信息，每个高斯分布的中心类似于前面方法的关键颜色，通过计算KL散度测量两个关键颜色之间的对比度，根据每个高斯分布的后验概率和对应的映射对颜色进行插值，以保证局部颜色在重新着色后的图像中平滑。

Lee等人利用模糊参数对经典的基于线性变换的仿真方法进行了改进用以模拟不同程度的色觉缺陷，以提高色觉干扰个体的视觉质量。Lau提出了一种基于聚类的方法优化单个图像的转换，通过调整目标色域中的颜色分布来增强补偿图像中的对比度。王恩等人]提出了基于图像几何变换映射的色盲矫正方法，根据图像中颜色面两侧的颜色比例对颜色空间各个平面进行相应的几何变换并划分不同的颜色映射区域，通过颜色变换生成易分辨颜色的图像，但是对图像整体颜色进行了改变，干扰了色觉障碍者对原始颜色的认知。Milic提出了一种基于混淆线的颜色矫正方法，其思想是首先利用色度信息对输入图像的颜色进行分组并计算每一组的中心颜色，如果有两种或多种颜色分布在同一条混淆线上，就需要考虑图像内容和颜色分布然后将中心颜色向混淆线垂直方向的相反方向重新进行映射，最后，利用重新映射后的中心颜色计算组内的其他颜色。Milic的方法对对中心颜色的重新映射范围进行了设定，避免了中心颜色产生新的混淆色，但不能避免中心颜色以外的其他颜色之间产生新的混淆色。Tennenholtz提出了基于相似性的自然对比度增强技术，使用相似度图解释图像丢失的细节，根据原始图像和仿真图像中每个像素与邻域像素值的方差的差值测量图像每个区域的相似度差异，从而确定混淆区域，只对部分区域进行改变，增强颜色对比度。何志良等人结合K-means和系统聚类算法对原图像进行分割，并把在LAB颜色空间内下各个区域中颜色的欧氏距离作为衡量颜色相似度的标准，进而确定出红绿色盲颜色混淆的区域，将将该区域替换成亮度一致且颜色区分度大的颜色，从而实现色盲图像校正的目的。因为需要对图像进行分割，所以对于尺寸较大的图像算法的速度不太理想。

除了可以修改图像的色调，Tanaka还提出了一种有效的亮度修改方法，实际是一个通过输入图像中的颜色差异来定义关于亮度分量的优化问题。后来Suetake等人通过考虑C-O效应的明度修正，仅在物体轮廓周围进行亮度修正，以实现二色体的Craik-O′Brien效应，但是对于一些难以分辨的部分亮度修改量不够，仍有改进的余地。

发明内容