一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法。本发明专利技术步骤如下：步骤(1)为不同相机构建精准的色域范围，计算相机空间的黑体轨迹；步骤(2)依托黑体轨迹构建光源颜色分布的色域范围；步骤(3)利用已有颜色恒常性方法估计图像的光源颜色；步骤(4)对光源估计结果进行判断，若处于色域范围内则不作处理，若不在色域范围内则通过色域映射法将该光源估计结果映射到色域边界内；步骤(5)将校正后的色度点变换到RGB空间，色域映射得到的点是估计光源校正后的色度点。本发明专利技术将已有颜色恒常性方法光源估计不在色域内的结果映射在色域边界内，从而降低光源估计误差，以达到对各种不同颜色恒常性方法鲁棒性的提升。

A Color Constancy Method Based on Limitation of Light Source Color Distribution

【技术实现步骤摘要】
一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法
本专利技术涉及一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法。属于计算机视觉、图像处理和颜色增强等

技术介绍
颜色能够直观地表达物体表面特征，在图像处理和计算机视觉的实际应用中发挥着重要作用。然而颜色的形成经常会受照明光源条件变化影响导致图像这一颜色特征的表达极其不稳定。人眼具有颜色恒常的视觉特性，即使场景照明光源发生变化时仍能够对物体的颜色感知保持相对不变。数字成像系统由于不具备人眼这种颜色恒常视觉特性，成像时容易受到照明光源条件变化导致图像颜色不稳定。颜色恒常性算法是使数字成像系统在光照条件发生改变时，仍能够获得和人类视觉系统感知颜色一致的颜色图像，这对于颜色特征提取、目标识别、人物跟踪和场景监视等相关计算机视觉算法鲁棒性和准确性的提高有重要帮助和意义。颜色恒常性方法一般分为两个步骤：第一步首先在已知图像的颜色信息基础上估计出图像的光源颜色，第二步根据估计的光源颜色与标准光源颜色生成的对角矩阵变换关系将该图像颜色转换到标准光源下的颜色。由于对角矩阵变换过程相对比较简单，所以颜色恒常性的研究主要集中于光源颜色估计，光源颜色的估计按计算过程通常被分为基于统计的方法和基于学习的方法。基于统计的颜色恒常性方法利用图像本身底层的颜色特征估计得到图像成像时的光照颜色。例如maxRGB方法、GreyWorld方法、SoG方法、GreyEdge方法等。基于学习的颜色恒常性方法主要通过大量已知的图像与对应照明光源颜色的先验知识建立某种预测模型，然后基于新拍摄图像颜色信息分布实现照明光源颜色信息的预测。目前有色域映射法，基于贝叶斯理论、基于图像颜色相关性以及基于卷积神经网络的颜色恒常性方法等等。然而大多数颜色恒常性方法均是在满足假设条件下取得较好的光源估计精确度。到目前为止，没有一个算法在所有的数据集上均表现出良好的预测精确度。在估计图像的光源颜色时，若图像特征不满足限定的假设条件或先验知识不充足时，光源估计的光源颜色精确性就会受到影响，导致光源估计结果产生较大的误差。实质上日常生活中常见光源颜色基本上围绕着黑体轨迹分布，虽然存在光源颜色离黑体轨迹较远的点，但这些离散的光源在实际中并不常见。Aurelien等人收集的IES318光源数据集和实验室收集的HDULS543光源数据集，提供了各种不同光源的光谱分布信息。IES318和HDULS543光源数据集均来自于日常生活常见的光源，将其分别应用到CIE1931标准色度系统或相机sonyDXC930上可获得光源颜色分布情况，分别如图2和图3所示。同时可观察到光源颜色分布基本上围绕着黑体轨迹分布。
技术实现思路
本专利技术主要提出一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法，是对各种已有颜色恒常性方法的后处理方法。对于待估计光源颜色的图像，计算或测得该图像拍摄时的相机灵敏度曲线，依托黑体辐射在该相机灵敏度曲线响应下的黑体轨迹，构建光源颜色分布的色域范围。然后对该待估计光源颜色的图像使用已有颜色恒常性方法得到不同的光源颜色结果。最后通过将其估计结果不在色域内的光源颜色限制到色域边界内，从而降低光源估计时出现较大误差情况，以达到对各种不同颜色恒常性方法鲁棒性的提升。本专利技术所解决其技术问题采用的技术方案是一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法，处理过程是在rg空间，具体步骤如下：步骤(1)为不同相机构建精准的色域范围，计算相机空间的黑体轨迹；步骤(2)依托黑体轨迹构建光源颜色分布的色域范围；步骤(3)利用已有颜色恒常性方法估计图像的光源颜色；步骤(4)对光源估计结果进行判断，若处于色域范围内则不作处理，若不在色域范围内则通过色域映射法将该光源估计结果映射到色域边界内；步骤(5)将校正后的色度点变换到RGB空间，色域映射得到的点是估计光源校正后的色度点。步骤(1)中对于待估计光源颜色的图像，首先预测采集该图像的相机灵敏度曲线，并将黑体的光谱辐射应用到该相机灵敏度曲线上得到黑体轨迹。步骤(2)中依托黑体轨迹构建光源颜色分布的色域范围。在黑体轨迹上找到三个点。分别位于黑体轨迹的高色温处对应的色度点m1，低色温处对应的色度点m2，以及在低色温和高色温中间处找到对应的色度点m0。并在m0处上下找到两个点mH和mL来扩展色域的范围。利用m1，mH，m2三个点计算二次多项式来拟合色域的上边界，并用m1，mL，m2计算二次多项式来拟合色域的下边界。步骤(3)中利用各种已有颜色恒常性方法估计图像的光源颜色，估计的光源颜色和真实光源颜色变换到rg空间。步骤(4)中对于步骤(3)的方法估计的光源颜色结果，判断是否存在于构建的色域范围内，若处于色域范围内则不作处理，若不在色域范围内则通过色域映射法将该光源估计结果映射到色域边界来降低误差，从而提高已有颜色恒常性方法光源估计的准确性。两种色域映射方法：记待映射点为P(r,g)，即颜色恒常性方法估计的光源颜色结果，假设P不在构建的色域内。(1)最小距离法(ICDL-D)最小距离法的思想是将待映射点P映射到距色域边界距离最短的位置作为光源颜色分布限制法的结果。(2)基于中心点法(ICDL-C)基于中心点法认为场景拍摄时的照明光源大多数是在日光下。标准照明体D与实际日光的相对光谱功率分布相近，由于D65是平均日光的色度点，所以把黑体轨迹色温取6500K对应的色度点作为中心点。然后将不在构建色域范围内的待映射点P与该中心点连接，并把连线与色域边界的交点作为光源颜色分布限制法的结果。步骤(5)中色域映射得到的点是估计光源校正后的色度点，将其变换到RGB空间，即为校正后的光源颜色。rg转RGB的方法如下：假设B为1，b＝1-r-g，则即可得到估计光源的RGB颜色值。本专利技术提供的技术方案的有益效果为：在完成对采集图像相机构建对应光源颜色的色域后，对使用该相机采集的图像使用颜色恒常性方法预测其光源颜色。首先判断预测的光源估计结果是否存在于构建的色域范围内，若位于色域范围内则不作色域映射操作。若不在色域范围内，说明该颜色恒常性方法对图像的光源估计误差较大。光源颜色分布限制方法则通过将该光源估计结果映射到构建的色域边界内降低误差，从而提高光源估计的准确性。附图说明图1为本专利技术实施例结果图；图2为光源数据集在CIE1931标准观察者下的色度点分布；图3为光源数据集在sonyDXC930标准观察者下的色度点分布。具体实施方式本专利技术的技术方案可采用计算机软件技术自动进行流程。为了更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术的实施例是降低SFU数据集图像不同光源估计结果的误差，SFU数据集是由西蒙弗雷泽大学计算机视觉实验室在11种常见光源下拍摄的321幅室内图像构成。参照图1，本专利技术实施例的流程包括如下步骤：步骤(1)为不同相机构建精准的色域范围，计算相机空间的黑体轨迹；步骤(2)依托黑体轨迹构建光源颜色分布的色域范围；步骤(3)利用已有颜色恒常性方法估计图像的光源颜色；步骤(4)对光源估计结果进行判断，若处于色域范围内则不作处理，若不在色域范围内则通过色域映射法将该光源估计结果映射到色域边界内；步骤(5)将校正后的色度点变换到RGB空间，色域映射得到的点是估计光源校正后的色度点。步骤(1)中得到采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)为不同相机构建精准的色域范围，计算相机空间的黑体轨迹；步骤(2)依托黑体轨迹构建光源颜色分布的色域范围；步骤(3)利用已有颜色恒常性方法估计图像的光源颜色；步骤(4)对光源估计结果进行判断，若处于色域范围内则不作处理，若不在色域范围内则通过色域映射法将该光源估计结果映射到色域边界内；步骤(5)将校正后的色度点变换到RGB空间，色域映射得到的点是估计光源校正后的色度点。

【技术特征摘要】
1.一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)为不同相机构建精准的色域范围，计算相机空间的黑体轨迹；步骤(2)依托黑体轨迹构建光源颜色分布的色域范围；步骤(3)利用已有颜色恒常性方法估计图像的光源颜色；步骤(4)对光源估计结果进行判断，若处于色域范围内则不作处理，若不在色域范围内则通过色域映射法将该光源估计结果映射到色域边界内；步骤(5)将校正后的色度点变换到RGB空间，色域映射得到的点是估计光源校正后的色度点。2.根据权利要求1所述的一种基于光源颜色分布限制的颜色恒常性方法，其特征在于：步骤(1)中对于待估计光源颜色的图像，首先预测采集该图像的相机灵敏度曲线，并将黑体的光谱辐射应用到该相机灵敏度曲线上得到黑体轨迹；步骤(2)中依托黑体轨迹构建光源颜色分布的色域范围；在黑体轨迹上找到三个点；分别位于黑体轨迹的高色温处对应的色度点m1，低色温处对应的色度点m2，以及在低色温和高色温中间处找到对应的色度点m0；并在m0处上下找到两个点mH和mL来扩展色域的范围；利用m1，mH...

【专利技术属性】
技术研发人员：张显斗，刘硕，李倩，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33