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數字圖像設備顏色特征化及其再現理論與技術研究

來源：泰然健康網時間：2024年12月20日 20:40

數字圖像設備顏色特征化及其再現理論與技術研究

【摘要】：彩色顯示器、彩色掃描儀和彩色打印機等數字圖像設備在生產、生活和科學研究中的應用日益廣泛。由于不同圖像設備的顏色獲取、顯示和輸出原理以及顏色表現能力不同，所以顏色信息的直接傳遞難以實現跨媒介保真再現，嚴重制約了彩色數字圖像設備在現代和傳統(tǒng)顏色工業(yè)、計算機輔助設計、生物醫(yī)學等各方面的應用。顏色管理系統(tǒng)通過精確定義彩色圖像設備的顏色特征、顏色管理意圖、照明與觀察條件等影響顏色外貌的參數，通過不同圖像設備顏色空間的映射，實現顏色的真實再現。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)綜合作用的結果。因此，顏色管理系統(tǒng)非常復雜，其中的諸多問題仍然是國際上顏色科學和計算機圖形圖像技術的研究熱點。本論文著重研究顏色管理系統(tǒng)中的數字圖像設備顏色特性表征這一關鍵技術問題，針對不同的數字圖像設備，比較并優(yōu)化了顏色特征化的技術方法及其數學模型。同時，研究了數字圖像設備的色域描述方法，分析了彩色圖像設備的色域特性。最后，基于設備的精確顏色特征化，以ANSI IT8.7／2標準色卡為例，實現了從掃描儀輸入、經CRT軟拷貝顯示到打印機硬拷貝輸出的顏色傳輸和再現的完整應用過程。彩色掃描儀是一種重要的數字圖像輸入設備。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式回歸模型，通過優(yōu)化多項式項數、輸入預處理并選擇合適的輸出顏色空間，實現了高精度的掃描儀色度特征化。但是，掃描儀的多項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)和神經網絡技術實現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精度。對于廣泛應用的陰極射線管(CRT)顯示器，比較了幾種不同模型的顏色特征化精度。采用對顏色測試數據進行去除黑點的預處理，有效地提高了模型的精度。當每個通道采用17個標定顏色時，假定色品恒定的線性插值(PLCC)模型的顏色表征精度最高；如果每個通道采用5個標定顏色，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階調復現特性(TRC)的測試和分析，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階調特性的S-Curve模型比較表明，在達到同等精度的前提下，S-Shape模型的參數設置更合理，應用更方便。噴墨打印機的顏色特征化相對于掃描儀和顯示器則更為復雜，通常采用三維查表插值法來實現其顏色空間的變換。三維立方體插值能方便地應用于打印機設備相關顏色空間到CIE色度空間的變換，但其逆向變換通常難以實現。因此，本文提出了一種基于立方體細分的三維查表插值匹配算法，并通過實驗證明該方法可以實現高精度的打印機顏色空間逆向變換。數字圖像設備準確的色域描述是實現不同設備之間色域映射的前提。相對于目前廣泛應用的離散描述方法，色域的解析描述能降低數據存儲空間，并提高色域映射的計算效率。本文基于三維空間中曲面擬合的思想并結合色域特征，提出了色域的雙變量高階多項式(TVHOP)解析描述方法及其數學模型。通過對彩色CRT顯示器的色域描述實驗研究表明，TVHOP模型基于少量的色域表面顏色的測試即可以獲得較高的色域描述精度。在詳細研究了數字圖像設備顏色特征化技術的基礎上，以ANSI IT8.7／2標準色卡為測試彩色圖像，通過掃描儀輸入到顯示器軟拷貝再現和打印機硬拷貝輸出，實現了完整的顏色信息傳輸過程，并對各設備的顏色特征化模型以及顏色再現能力進行了綜合的測試、分析和評價。然后，將本論文的實驗結果與國內外相關研究進行比較，驗證了本研究中數字圖像設備的顏色特征化模型與顏色再現的高精度和有效性。最后，對本論文研究工作的主要結論和創(chuàng)新點進行了闡述和總結，并對今后進一步的研究工作進行了展望。

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2006