一种高容错性的彩色数码相机颜色校正方法技术

本发明专利技术公开了一种对于彩色数码相机中自动白平衡模块光源色品估计结果具有高容错性的颜色校正方法。本发明专利技术通过计算相机光谱灵敏度函数与CIE1931色匹配函数之间的光谱变换关系，将相机原始RGB响应信号转换至设备无关的CIE1931 XYZ空间中，并利用CAT02色适应变换模型计算其在参考光源下色适应后的对应色响应值，从而实现不依赖于事先标定参数的颜色校正流程。

A High Fault Tolerance Color Correction Method for Color Digital Camera

The invention discloses a color correction method with high fault tolerance for the color estimation result of the light source of the automatic white balance module in a color digital camera. By calculating the spectral transformation relationship between the spectral sensitivity function of the camera and the color matching function of CIE 1931, the original RGB response signal of the camera is converted into the device-independent CIE 1931 XYZ space, and the corresponding color response value of the camera after color adaptation under the reference light source is calculated by using the CAT02 color adaptation transformation model, thereby realizing the color correction process independent of the prior calibration parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种高容错性的彩色数码相机颜色校正方法
本专利技术涉及利用光谱灵敏度函数变换矩阵及CAT02色适应变换模型实现彩色数码相机颜色校正的方法，该方法能够使彩色数码相机实现不依赖于光源相关标定参数的颜色校正流程。
技术介绍
颜色校正模块(colorcorrectionmodule)是彩色数码相机图像信号处理流程中的重要环节之一，其通过将设备相关的颜色信号转换至标准光源下设备无关的参考响应值，从而实现符合人眼视觉感知的数字图像颜色复现。目前彩色数码相机中的颜色校正模块通常使用预先标定的若干组颜色校正矩阵参数作为校正依据。在标定阶段，对于几种典型光源，计算标准色卡各色块在该光源下的原始RGB响应值与在参考光源(例如CIED65)下的CIE1931XYZ值之间的转换关系，并将相应的参数存储于图像信号处理器内置的存储空间中。在使用阶段，颜色校正模块将根据自动白平衡模块中的光源色估计结果，从预先标定的若干组参数中选取一组作为当前图像的校正参数。由于从图像内容中进行光源色估计是一个非适定(ill-posed)问题，其估计准确性很容易受到被摄场景内容的影响，因此使用该方法时，一旦所估计的光源色与真实值之间存在较大差异，则颜色校正模块极有可能选取一组错误的标定参数，从而造成颜色校正后的图像出现严重的颜色劣化。同时，对于现有的基于若干组校正矩阵参数的颜色校正方法，如何确定合适的标定光源数量也是一大难题。若标定光源过少，则无法保证颜色校正结果的连贯性，此时一旦光源色品估计结果出现波动，则颜色校正后的图像外貌也将呈现出明显的跳变；若标定光源过多，则选取错误的标定参数的概率也相应增大，同时也更容易受到同色异谱问题的干扰。
技术实现思路
为了使彩色数码相机的颜色校正模块对于光源色估计结果具有更高的容错性，本专利技术通过计算相机光谱灵敏度函数与CIE1931色匹配函数之间的光谱变换关系，将相机原始RGB响应信号转换至设备无关的CIE1931XYZ空间中，并利用CAT02色适应变换模型计算其在参考光源下色适应后的对应色(correspondingcolor)响应值，从而实现不依赖于预先标定参数的颜色校正流程，提高了彩色数码相机颜色复现的鲁棒性。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种高容错性的彩色数码相机颜色校正方法，步骤如下：S1：以p参数为目标函数，计算相机光谱灵敏度函数至CIE1931XYZ色匹配函数的最佳光谱变换矩阵，且需满足理想反射表面在若干典型光源下的色差约束；S2：对于待进行颜色校正的原始图像，将S1中得到的光谱变换矩阵直接作用于各个像素的原始RGB响应值，将其转换至CIE1931XYZ颜色空间中；同时，将S1中得到的光谱变换矩阵直接作用于自动白平衡模块估计出的光源色响应值，将其转换至CIE1931XYZ颜色空间中；S3：使用CIECAM02色貌模型中的CAT02色适应变换模型计算物体色经色适应后在标准光源下的对应色；S4：将各个像素经色适应后的CIE1931XYZ三刺激值转换至相机最终输出或进行文件存储的目标颜色空间中，完成颜色校正流程。作为优选，所述的S1具体为：S101：对于光谱灵敏度函数为S(k)(λ),k∈{r,g,b}的待标定相机，采用伪逆法计算其与CIE1931XYZ色匹配函数间的光谱变换矩阵初始值M0：M0＝XT·(ST)+＝XT·S·(ST·S)-1,式中X为CIE1931色匹配函数的矩阵形式，每一列对应中一个通道，分别表示CIE1931色匹配函数中对应于长波、中波、短波的三个通道；S为相机光谱灵敏度函数S(k)(λ)的矩阵形式，每一列对应r、g、b中一个通道；上标+表示计算伪逆(Moore–Penroseinverse)矩阵；CIE1931XYZ色匹配函数的采样点及波长范围应与相机光谱灵敏度函数完全对应；S102：使用p参数定义关于波长λ的一对灵敏度函数s1(λ)与s2(λ)之间的近似程度，s2(λ)作为参考：S103：以M0为初始值，优化最佳的光谱变换矩阵M，使其最小化各通道p参数之和：式中(·)(k)表示提取矩阵的第k列向量，||·||1表示计算向量中各元素的绝对值之和；若有必要，也可使用高阶非线性映射的方式实现相机光谱灵敏度函数至CIE1931XYZ色匹配函数间的光谱变换；在计算最佳光谱变换矩阵M的过程中，还应使在若干典型光源下的理想反射表面经变换后的CIE1931XYZ三刺激值与参考值之间的色差小于等于阈值，以保证对于中性色物体的颜色复现准确性，即应对优化过程加入约束：式中表示由理想反射表面在若干典型光源下的光谱辐射照度函数构成的集合，R为一个光谱辐射照度函数，且是集合中的一个元素；fcd(·,·)表示计算两组CIE1931XYZ三刺激值之间的色差，Tcd为预先指定的色差阈值。作为优选，所述的S2具体为：S201：对于待进行颜色校正图像中的每一像素，将S1中计算得到的最佳光谱变换矩阵M直接作用于其原始RGB响应值，得到其经变换后的CIE1931XYZ三刺激值：式中p＝[R,G,B]T为待变换像素原始RGB响应值向量，为经变换后的CIE1931XYZ三刺激值向量。S202：将S1中计算得到的最佳光谱变换矩阵M直接作用于自动白平衡模块估计出的光源色原始RGB响应值，得到其经变换后的CIE1931XYZ三刺激值：式中pw＝[Rw,Gw,Bw]T为自动白平衡模块估计出的光源色响应值向量，为经变换后的光源色CIE1931XYZ三刺激值向量。作为优选，所述的S3具体为：对变换后图像的每个像素使用CIECAM02色貌模型中的CAT02色适应变换模型计算色适应后标准光源下的对应色：式中色适应变换模型fCAT02的四组输入参数依次是目标像素经M变换后的CIE1931XYZ三刺激值该图像中光源色经M变换后的CIE1931XYZ三刺激值参考光源下白点的CIE1931XYZ三刺激值qw,ref以及色适应程度因子D。作为优选，所述的S4具体为：对于图像中每个像素经CAT02色适应变换后的三刺激值，计算其在相机最终输出或进行文件存储的目标颜色空间中的响应值式中MXYZ2RGB为从CIE1931XYZ颜色空间至目标颜色空间的变换矩阵。本专利技术的有益效果是：通过计算相机光谱灵敏度函数与CIE1931色匹配函数之间的光谱变换关系，将相机原始RGB响应信号转换至设备无关的CIE1931XYZ空间中，并利用CAT02色适应变换模型计算其在参考光源下色适应后的对应色响应值，从而实现不依赖于事先标定参数的颜色校正流程。附图说明图1是本专利技术中计算待标定相机的光谱灵敏度函数变换矩阵的流程图。图2是对某一型号彩色数码相机进行光谱变换前后其光谱灵敏度函数示意图。图3是本专利技术中利用CAT02色适应变换模型进行颜色校正的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。目前大多数彩色数码相机的颜色校正模块预先存储若干组标定光源对应的校正参数，并根据自动白平衡模块中的光源色估计结果从中选取最为合适的一组参数对图像进行颜色校正。该方法使得颜色校正的准确性高度依赖于光源色估计结果，一旦光源色估计出现误差，则有可能选取一组错误的颜色校正参数对图像进行校正。本专利技术提出一种将相机光谱灵敏度函数变换至CIE1931XYZ色匹配函数，再利用CI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高容错性的彩色数码相机颜色校正方法，其特征在于，步骤如下：S1：以p参数为目标函数，计算相机光谱灵敏度函数至CIE1931 XYZ色匹配函数的最佳光谱变换矩阵，且需满足理想反射表面在若干典型光源下的色差约束；S2：对于待进行颜色校正的原始图像，将S1中得到的光谱变换矩阵直接作用于各个像素的原始RGB响应值，将其转换至CIE1931 XYZ颜色空间中；同时，将S1中得到的光谱变换矩阵直接作用于自动白平衡模块估计出的光源色响应值，将其转换至CIE1931 XYZ颜色空间中；S3：使用CIECAM02色貌模型中的CAT02色适应变换模型计算物体色经色适应后在标准光源下的对应色；S4：将各个像素经色适应后的CIE1931 XYZ三刺激值转换至相机最终输出或进行文件存储的目标颜色空间中，完成颜色校正流程。

【技术特征摘要】
1.一种高容错性的彩色数码相机颜色校正方法，其特征在于，步骤如下：S1：以p参数为目标函数，计算相机光谱灵敏度函数至CIE1931XYZ色匹配函数的最佳光谱变换矩阵，且需满足理想反射表面在若干典型光源下的色差约束；S2：对于待进行颜色校正的原始图像，将S1中得到的光谱变换矩阵直接作用于各个像素的原始RGB响应值，将其转换至CIE1931XYZ颜色空间中；同时，将S1中得到的光谱变换矩阵直接作用于自动白平衡模块估计出的光源色响应值，将其转换至CIE1931XYZ颜色空间中；S3：使用CIECAM02色貌模型中的CAT02色适应变换模型计算物体色经色适应后在标准光源下的对应色；S4：将各个像素经色适应后的CIE1931XYZ三刺激值转换至相机最终输出或进行文件存储的目标颜色空间中，完成颜色校正流程。2.如权利要求1所述的高容错性的彩色数码相机颜色校正方法，其特征在于，所述的S1具体为：S101：对于光谱灵敏度函数为S(k)(λ),k∈{r,g,b}的待标定相机，采用伪逆法计算其与CIE1931XYZ色匹配函数间的光谱变换矩阵初始值M0：M0＝XT·(ST)+＝XT·S·(ST·S)-1,式中X为CIE1931色匹配函数的矩阵形式，每一列对应中一个通道，S为相机光谱灵敏度函数S(k)(λ)的矩阵形式，每一列对应r、g、b中一个通道；CIE1931XYZ色匹配函数的采样点及波长范围应与相机光谱灵敏度函数完全对应；S102：使用p参数定义关于波长λ的一对灵敏度函数s1(λ)与s2(λ)之间的近似程度，s2(λ)作为参考：S103：以M0为初始值，优化最佳的光谱变换矩阵M，使其最小化各通道p参数之和：式中(·)(k)表示提取矩阵的第k列向量，||·||1表示计算向量中各元素的绝对值之和；若有必要，也可使用高阶非线性映射的方式实现相机光谱灵敏度函数至CIE1931XYZ色匹配函数间的光谱变换；在计算最佳光谱变换矩阵M的过程中，还应使在若干典型光源下的理想反射表面经变...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海松，邱珏沁，叶正男，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33