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數(shù)字圖像設(shè)備顏色特征化及其再現(xiàn)理論與技術(shù)研究

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月20日 20:40

數(shù)字圖像設(shè)備顏色特征化及其再現(xiàn)理論與技術(shù)研究

【摘要】：彩色顯示器、彩色掃描儀和彩色打印機(jī)等數(shù)字圖像設(shè)備在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的應(yīng)用日益廣泛。由于不同圖像設(shè)備的顏色獲取、顯示和輸出原理以及顏色表現(xiàn)能力不同，所以顏色信息的直接傳遞難以實(shí)現(xiàn)跨媒介保真再現(xiàn)，嚴(yán)重制約了彩色數(shù)字圖像設(shè)備在現(xiàn)代和傳統(tǒng)顏色工業(yè)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、生物醫(yī)學(xué)等各方面的應(yīng)用。顏色管理系統(tǒng)通過精確定義彩色圖像設(shè)備的顏色特征、顏色管理意圖、照明與觀察條件等影響顏色外貌的參數(shù)，通過不同圖像設(shè)備顏色空間的映射，實(shí)現(xiàn)顏色的真實(shí)再現(xiàn)。另一方面，顏色是刺激物、視覺系統(tǒng)以及照明與觀察條件(如照明光源、觀察環(huán)境、觀察幾何條件等)綜合作用的結(jié)果。因此，顏色管理系統(tǒng)非常復(fù)雜，其中的諸多問題仍然是國際上顏色科學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本論文著重研究顏色管理系統(tǒng)中的數(shù)字圖像設(shè)備顏色特性表征這一關(guān)鍵技術(shù)問題，針對(duì)不同的數(shù)字圖像設(shè)備，比較并優(yōu)化了顏色特征化的技術(shù)方法及其數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，研究了數(shù)字圖像設(shè)備的色域描述方法，分析了彩色圖像設(shè)備的色域特性。最后，基于設(shè)備的精確顏色特征化，以ANSI IT8.7／2標(biāo)準(zhǔn)色卡為例，實(shí)現(xiàn)了從掃描儀輸入、經(jīng)CRT軟拷貝顯示到打印機(jī)硬拷貝輸出的顏色傳輸和再現(xiàn)的完整應(yīng)用過程。彩色掃描儀是一種重要的數(shù)字圖像輸入設(shè)備。掃描儀的顏色特性表征方法主要有兩種，即色度特征化和光譜特征化。掃描儀的色度特征化著重研究了多項(xiàng)式回歸模型，通過優(yōu)化多項(xiàng)式項(xiàng)數(shù)、輸入預(yù)處理并選擇合適的輸出顏色空間，實(shí)現(xiàn)了高精度的掃描儀色度特征化。但是，掃描儀的多項(xiàng)式回歸色度特征化模型存在同色異譜問題，因此本文提出了基于主元分析法(PCA)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)掃描儀顏色光譜特征化的算法模型，解決了同色異譜的問題，并且獲得了比國際上同類研究更高的圖像光譜重構(gòu)精度。對(duì)于廣泛應(yīng)用的陰極射線管(CRT)顯示器，比較了幾種不同模型的顏色特征化精度。采用對(duì)顏色測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行去除黑點(diǎn)的預(yù)處理，有效地提高了模型的精度。當(dāng)每個(gè)通道采用17個(gè)標(biāo)定顏色時(shí)，假定色品恒定的線性插值(PLCC)模型的顏色表征精度最高；如果每個(gè)通道采用5個(gè)標(biāo)定顏色，則增益-偏置-伽瑪(GOG)模型的顏色表征性能最優(yōu)。由于液晶顯示器(LCD)的顏色顯示原理與CRT顯示器不同，因而基于LCD階調(diào)復(fù)現(xiàn)特性(TRC)的測(cè)試和分析，本文提出了適合LCD顏色特征化的S-Shape模型，并通過與已有描述LCD階調(diào)特性的S-Curve模型比較表明，在達(dá)到同等精度的前提下，S-Shape模型的參數(shù)設(shè)置更合理，應(yīng)用更方便。噴墨打印機(jī)的顏色特征化相對(duì)于掃描儀和顯示器則更為復(fù)雜，通常采用三維查表插值法來實(shí)現(xiàn)其顏色空間的變換。三維立方體插值能方便地應(yīng)用于打印機(jī)設(shè)備相關(guān)顏色空間到CIE色度空間的變換，但其逆向變換通常難以實(shí)現(xiàn)。因此，本文提出了一種基于立方體細(xì)分的三維查表插值匹配算法，并通過實(shí)驗(yàn)證明該方法可以實(shí)現(xiàn)高精度的打印機(jī)顏色空間逆向變換。數(shù)字圖像設(shè)備準(zhǔn)確的色域描述是實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間色域映射的前提。相對(duì)于目前廣泛應(yīng)用的離散描述方法，色域的解析描述能降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，并提高色域映射的計(jì)算效率。本文基于三維空間中曲面擬合的思想并結(jié)合色域特征，提出了色域的雙變量高階多項(xiàng)式(TVHOP)解析描述方法及其數(shù)學(xué)模型。通過對(duì)彩色CRT顯示器的色域描述實(shí)驗(yàn)研究表明，TVHOP模型基于少量的色域表面顏色的測(cè)試即可以獲得較高的色域描述精度。在詳細(xì)研究了數(shù)字圖像設(shè)備顏色特征化技術(shù)的基礎(chǔ)上，以ANSI IT8.7／2標(biāo)準(zhǔn)色卡為測(cè)試彩色圖像，通過掃描儀輸入到顯示器軟拷貝再現(xiàn)和打印機(jī)硬拷貝輸出，實(shí)現(xiàn)了完整的顏色信息傳輸過程，并對(duì)各設(shè)備的顏色特征化模型以及顏色再現(xiàn)能力進(jìn)行了綜合的測(cè)試、分析和評(píng)價(jià)。然后，將本論文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行比較，驗(yàn)證了本研究中數(shù)字圖像設(shè)備的顏色特征化模型與顏色再現(xiàn)的高精度和有效性。最后，對(duì)本論文研究工作的主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了闡述和總結(jié)，并對(duì)今后進(jìn)一步的研究工作進(jìn)行了展望。

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006