一种用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法技术

本发明专利技术提出了一种用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其步骤为：球坐标系中的色域分区；设计色域边界采样点；利用基于相邻分区加权平均的空缺分区插值方法对空缺分区进行插值计算球坐标半径，计算所有分区的色域边界描述点；计算线色域边界：计算等色相角平面与水平方向上左右相邻的GBD点连线的交点得到线色域边界节点，将该等色相角平面内的所有线色域边界节点连接起来形成线色域边界。本发明专利技术解决了相邻分区颜色点连线与等色相面的重合而导致的色域边界描述问题，同时设计了相应的色域裁剪算子和色域压缩算子；空区插值后的分区最大化色域边界描述器具有较高的色域映射偏好性和准确性，且具有较高的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法
本专利技术涉及设备和图像色域边界描述的
，尤其涉及一种用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法。
技术介绍
色域是指颜色的表现范围。色域通常用标准色度系统颜色空间中的一个三维有界体积来描述。色域可分为设备色域和图像色域。设备色域是指设备在某一介质上所能表现的最大颜色范围。例如，打印机色域是指打印机在特定的纸张上所能打印出的颜色范围；需要注意的是，不同类型设备的色域再现能力是不同的，即使是同种类型设备，由于工作状态(参数设置)不同、所用介质不同等，其色域再现能力也是不同的。掌握设备的色域大小有重要实际意义，因为设备无法记录或再现设备色域以外的颜色。色域边界描述的方法是指：使用某种特殊的数学方法将设备颜色采样点或图像像素点的色度值在标准色度系统颜色空间中拟合成三维空间曲面，形成最终的色域边界描述。与设备色域不同，图像色域是指一幅具体的彩色图像所包含的颜色范围。如果设备色域边界的采样点数量足够多，且分布足够均匀，那么经计算得出的设备色域边界将会比较规则。由于图像色域边界是直接由图像中所有像素的颜色值计算得出，而图像的颜色分布往往集中在特定区域，其分布特征具有特定性，因此与设备色域相比，图像色域边界往往不是很规则。在颜色空间转换的过程中，精确地描述图像色域边界和设备色域边界是保证色域映射准确性的前提条件。因此，在颜色复制过程中对色域边界的分析和计算是一个很重要的问题，许多科研人员一直致力于此问题的研究。归纳起来，色域边界描述方法共经历了以下几个发展阶段：最初的色域模型是最简单的点集模型，即设备的色域直接通过颜色空间的离散样本点来提取。这种方法通过离散点集表现色域，是对色域范围的一种抽样表示。但在许多实际应用中，需要的是色域边界或色域体的描述，如色彩匹配处理的是色域体到色域体的映射，所以简单地用点集来描述色域不能满足应用需要。之后，又出现了隐含在颜色特征化模型(例如库伦蒙克公式或纽介堡模型)中的色域边界描述方法，这类方法的典型代表是MarcMahy于1996年提出的利用Neugebauer方程求解彩色打印机色域的方法，该方法通过打印机Neugebauer呈色模型的形式化求逆而产生一组在色彩空间内的明度等高线，然后通过对等高线的拼接获得打印机色域的特定表面。这种使用颜色特征化模型模拟打印机色域的方法与设备呈色原理有关，受设备类型和介质特性等因素限制，精度不高，且仅适用于特定呈色设备，缺少对图像色域计算的支持。与上述的模型分析法相比，随后出现的基于样本测量值的经验模型法无疑更为准确。目前共两种最具代表性的经验模型法。1997年，RajaBalasubramanian和EdulDalai首先提出了一种基于凸壳“充放气”的色域边界描述算法。该方法首先对颜色样本数据进行非线性变换，使得变换后的数据更接近于凸集，然后进行凸壳计算，获得色域边界，最后对色域边界执行非线性反变换，得到最终的色域边界描述。Cholewo等人利用ɑ-shapes来确定色域边界，该方法实际上是凸壳算法的一种泛化，其参数ɑ的确定需要借助经验或多次试验获得。凸壳算法需要将颜色数据点进行包扎，算法较为复杂，计算量较大，而且在描述色域边界前需要对色域形状预先作出假设。对于设备色域计算来说，作出此假设可能非常有用，但对于图像色域来说，由于凸壳性通常并非图像色域的一般属性，因此凸壳算法不能很好地描述非凸色域边界，可能会对部分图像的色域边界描述精度产生较大影响。针对凸壳算法存在的问题，JanMorovic和M.RonnierLuo又提出了基于分区最大值的色域边界描述方法(SGBD：SegmentMaximagamutboundarydescriptor)。这种方法也需要收集色域边界附近的颜色样本，依据样本的测量值进行色域边界计算。SGBD方法首先将CIELAB颜色空间在球坐标系中进行区域均匀等分，并将各分区内具有最大球坐标半径的颜色样本点作为该分区的色域边界点；然后，在每个待映射颜色的等色相角平面内，将水平方向上各相邻分区的色域边界点依次连接，并将所有连线与等色相角平面的交点连接起来，就可以获得该等色相角平面内的线色域边界，供色域映射使用。SMGBD方法可以通过增加分区数量来提高色域描述精度，与颜色特征化模型并无根本联系，也无需对色域形状预先作出假设，因此该方法对于设备和图像色域均有较好的描述效果。更重要的是，SMGBD方法还给出了线色域边界(LineGamutBoundary，LGB)的计算方法，能够轻松计算色域边界与颜色映射线的交点，因此可以方便地应用于图像色域映射。凭借上述优点，SMGBD方法是目前应用最广泛的色域边界描述方法，但该方法在提出时仍存在一些问题：①由于不同图像的颜色分布特征不同，因此在计算图像色域边界时，可能会出现许多分区缺失边界点的情况。这就需要对缺失边界点的分区进行插值，否则会严重影响图像色域边界的描述精度；②在空区插值后，针对相邻分区边界点连线与等色相面的重合所导致的线色域边界计算和色域映射问题，也需要设计出合理的解决方案。
技术实现思路
针对现有色域边界描述方法对缺失边界点的分区插值影响图像色域边界描述的精度，计算量大的技术问题，本专利技术提出一种用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，提高了色域边界描述的准确性。另外，在此色域边界描述器的基础上，设计了HpMinDE色域裁剪算子和CUSP色域压缩算子，并通过色域映射实验，验证了空区插值方法的准确性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其步骤如下：步骤一：球坐标系中的色域分区：通过CIELAB颜色空间的直角坐标系求出颜色点的极坐标，根据颜色点的色相角和颜色点在恒定色相角平面内与亮度轴之间的夹角将颜色空间分为若干个分区；步骤二：选取色域边界采样点：建立设备颜色空间的设备坐标系，将设备坐标系中的一个颜色通道值设置为0或100％，同时对其他两个颜色通道进行均匀采样；步骤三：构建色域边界描述点矩阵：利用测色仪器对设备采样值进行测量，设备颜色特征化模型将彩色图像的像素值转换为CIELAB色度值，通过颜色点极坐标与CIELAB球体颜色空间直角坐标系的关系计算出球坐标半径；对于没有任何采样点的空缺分区，利用基于相邻分区加权平均的空缺分区插值方法进行插值计算球坐标半径；找出每个分区内具有最大球坐标半径的采样点，将采样点的色度值和球坐标值存储作为该分区的色域边界描述点，所有分区的色域边界描述点组成一个GBD矩阵；步骤四：线色域边界的计算：由映射颜色的色相角得映射颜色所在的等色相角平面；判断等色相角平面在水平方向上每一行的左右相邻的GBD点，并在每一行上依次连接左右相邻两个GBD点，求取连线与等色相角平面的交点得到线色域边界节点，将线色域边界节点连接起来形成了线色域边界；步骤五：根据计算得到的线色域边界，设计色域裁剪算子和色域压缩算子进行色域映射所述步骤一和步骤三中颜色点的极坐标与CIELAB球体颜色空间的直角坐标系的关系为：r＝[(L*-LE*)2+(a*-aE*)2+(b*-bE*)2]1/2(1)α＝tan-1((b*-bE*)/(a*-aE*))(2)θ＝tan-1[(L*-LE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：球坐标系中的色域分区：通过CIELAB颜色空间的直角坐标系求出颜色点的极坐标，根据颜色点的色相角和颜色点在恒定色相角平面内与亮度轴之间的夹角将颜色空间分为若干个分区；步骤二：选取色域边界采样点：建立设备颜色空间的设备坐标系，将设备坐标系中的一个颜色通道值设置为0或100％，同时对其他两个颜色通道进行均匀采样；步骤三：构建色域边界描述点矩阵：利用测色仪器对设备采样值进行测量，设备颜色特征化模型将彩色图像的像素值转换为CIELAB色度值，通过颜色点极坐标与CIELAB球体颜色空间直角坐标系的关系计算出球坐标半径；对于没有任何采样点的空缺分区，利用基于相邻分区加权平均的空缺分区插值方法进行插值计算球坐标半径；找出每个分区内具有最大球坐标半径的采样点，将采样点的色度值和球坐标值存储作为该分区的色域边界描述点，所有分区的色域边界描述点组成一个GBD矩阵；步骤四：线色域边界的计算：由映射颜色的色相角得映射颜色所在的等色相角平面；判断等色相角平面在水平方向上每一行的左右相邻的GBD点，并在每一行上依次连接左右相邻两个GBD点，求取连线与等色相角平面的交点得到线色域边界节点，将线色域边界节点连接起来形成了线色域边界；步骤五：根据计算得到的线色域边界，设计色域裁剪算子和色域压缩算子进行色域映射。...

【技术特征摘要】
1.一种用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：球坐标系中的色域分区：通过CIELAB颜色空间的直角坐标系求出颜色点的极坐标，根据颜色点的色相角和颜色点在恒定色相角平面内与亮度轴之间的夹角将颜色空间分为若干个分区；步骤二：选取色域边界采样点：建立设备颜色空间的设备坐标系，将设备坐标系中的一个颜色通道值设置为0或100％，同时对其他两个颜色通道进行均匀采样；步骤三：构建色域边界描述点矩阵：利用测色仪器对设备采样值进行测量，设备颜色特征化模型将彩色图像的像素值转换为CIELAB色度值，通过颜色点极坐标与CIELAB球体颜色空间直角坐标系的关系计算出球坐标半径；对于没有任何采样点的空缺分区，利用基于相邻分区加权平均的空缺分区插值方法进行插值计算球坐标半径；找出每个分区内具有最大球坐标半径的采样点，将采样点的色度值和球坐标值存储作为该分区的色域边界描述点，所有分区的色域边界描述点组成一个GBD矩阵；步骤四：线色域边界的计算：由映射颜色的色相角得映射颜色所在的等色相角平面；判断等色相角平面在水平方向上每一行的左右相邻的GBD点，并在每一行上依次连接左右相邻两个GBD点，求取连线与等色相角平面的交点得到线色域边界节点，将线色域边界节点连接起来形成了线色域边界；步骤五：根据计算得到的线色域边界，设计色域裁剪算子和色域压缩算子进行色域映射。2.根据权利要求1所述的用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其特征在于，所述步骤一和步骤三中颜色点的极坐标与CIELAB球体颜色空间的直角坐标系的关系为：r＝[(L*-LE*)2+(a*-aE*)2+(b*-bE*)2]1/2(1)α＝tan-1((b*-bE*)/(a*-aE*))(2)θ＝tan-1[(L*-LE*)/((b*-bE*)2+(a*-aE*)2)1/2](3)其中，L*、LE*、a*、aE*、b*、bE*分别表示颜色点和色域中心点E的CIELAB坐标值，r是颜色点距离色域中心点E的距离，α为颜色点的色相角，其取值范围是[0,360]，θ为颜色点在恒定色相角α平面内与亮度轴之间的夹角，其取值范围为[0,180]。3.根据权利要求1或2所述的用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其特征在于，需要描述的色域范围的色域中心点E的具体位置的确定方法为：①通过对所有色域边界采样点的亮度轴坐标值取平均值来获取色域中心点E的亮度轴坐标；②使用CIELAB坐标值为[50,0,0]的亮度轴中心点作为整个色域的中心点；所述颜色空间分为n×n个分区，分区数量n的值为8、12或16。4.根据权利要求1所述的用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其特征在于，所述基于相邻分区加权平均的空缺分区插值方法为：空缺分区边界点的位置选择其中心点位置，从中心点位置分别向上、向下、向顺时针和向逆时针方向的搜索路径查找相邻分区的边界点，对各方向的邻域由近及远逐一搜索，若当前分区为空，则按箭头所指路径搜索下一分区，得到的插值临域为该方向距离中心分区最近的非空分区，相邻分区边界点对该分区边界点进行邻域加权平均法的插值计算；搜索完成后，将各邻域分区对应的球坐标半径值进行加权平均，各相邻分区所对应的权重值与该分区与中心空区的距离成反比；由插值点的球坐标半径值计算出插值点的亮度值，并判断该亮度值是否超出亮度轴的范围[0,100]，若超出范围，则将其亮度值简单地剪切到[0,100]的范围内。5.根据权利要求1所述的用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其特征在于，所述步骤四中待映射颜色的线色域边界的计算方法为：由映射颜色的色相角得映射颜色所在的等色相角平面；然后判断等色相角平面在水平方向上每一行的左右相邻的GBD点，并在每一行上依次连接左右相邻两个GBD点，这些连线与等色相角平面Φ的交点就是线色域边界节点，将这些线色域边界节点连接起来形成该等色相角平面内的线色域边界。6.根据权利要求5所述的用于分区最大化色域边界描述器的空区插值方法，其特征在于，求解线色域边界节点就是求解左右两相邻GBD点的连线方程与等色相角平面方程所构成的线性方程组：假定等色相角平面在某行左右两个相邻分区的边界点为J(j1,j2,j3)和K(k1,k2,k3)，那么连接两点直线的方程可表示为：p1＝j1+t*u1；p2＝j2+t*u2；p3＝j3+t*u3；其中，点P(p1,p2,p3)为直线上任意一点，矢量u(u1＝k1-j1,u2＝k2-j2,u3＝k3-j3)固定不变，t为可变参数；由于色相角已知，假设该等色相角平面过亮度轴上已知两点M(m1,m2,m3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明，邓倩，李瑞娟，洪亮，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南,41