对彩色数字图像进行视觉立体感知增强的方法及系统

本发明涉及数字图像处理领域，具体涉及对彩色数字图像进行视觉立体感知增强的方法及系统。本发明的技术方案提取图像中的单目深度信息，并以真实景物的观察效果为目标仿真计算单目深度信息增强。结果，图像像素颜色的视觉感知亮度值仿真变换为新值，视觉感知饱和度和色相不变，图像的视觉感知空间感和景物的立体感显著增强。

背景技术

视觉是人类了解世界的一种重要功能。视觉包括“视”和“觉”，称之视感觉和视知觉。视感觉主要是从分子的观点来理解人们对光(可见辐射)反应的基本性质(如亮度、颜色)，它主要涉及物理、化学等。视知觉主要论述人们从客观世界接受视觉刺激后如何反应及反应所采用的方式。视知觉是一个复杂过程，在很多情况下，只依靠光投射到视网膜上形成的视网膜图像和人们已知的眼或神经系统的机制还难以把全部知觉过程解释清楚。人们利用视觉所感知的客观事物具有多种特性，对它们形成的光刺激，人类的视觉系统会产生不同形式的反应，所以视知觉又被分成亮度知觉、颜色知觉、空间知觉等。

视觉感知特性研究发现，人们在观察图像时会同时将图像感知为一个平面的一部分和一个三维空间的一部分。这一基本的心理现象称为图像双重感知真实性(double perceptual reality of images)，是一种空间知觉特性。另外由于成像环境光线的变化产生的视知觉，如，光亮与阴影分布，即明亮度物体显得近，灰暗的物体显得远；颜色分布，即蓝色物体显得远，红、黄色物体显得近；大气透视，即近处物体显得清楚，远处物体不清楚等。如能对这些线索进行量化和仿真计算，对二维图像增强景物之间深度(空间)感知和物体自身立体感知应该是很有帮助的，遗憾的是，此前对这些感知仅有定性的表述，还未与相关物理量建立对应关系，还不能直接指导彩色数字图像增强立体感的计算。

这项创新的彩色图像增强技术从常规RGB三原色颜色模式，升级为CIELCh视觉感知颜色模式，将图像RGB三色数据，转换成符合人视觉感知特性的色相、亮度和饱和度，依据视觉感知特性对图像进行仿真增强。创建的高保真增强系统，计算速度更快，功能更丰富，显示效果更符合人眼对真实景物的视觉感知，细节更清晰，颜色更真实，形象更生动，场景更广阔。

日后，彩色成像和显示设备在RGB三原色基础上，增加C(青)M(紫)Y(黄)等新原色，以获得更大颜色空间和更丰富颜色阶调，生成和显示更完美的高保真图像。其中，基于CIELCh颜色模式的图像高保真增强技术，是新型多原色图像设备应用的重要基础，也是与设备配套的多原色软件系统运行的核心技术。

与图像常规RGB技术相比，高保真增强技术在CIELCh视觉感知颜色空间中，以亮度L、饱和度C和色相h分量建立视觉感知特性仿真模型计算图像颜色增强，消除了常规技术固有局限，算法高效快捷，增强效果更好。

高保真增强算法的核心是以色度学理论为基础，构建人类视觉特性模型，用颜色视觉感知分量，计算自然可见光颜色空间，规范图像高保真增强当量边界。该专利技术优势如下：

1. 算法运行高效快捷：高保真增强技术分别用色相、亮度和饱和度计算，相比常规RGB三色增强，计算数据量减少三分之二，计算资源占用率大幅降低，计算速度大幅提升，图像增强效果显著提高。

2. 首创可见光颜色完整范围描述：可见光颜色空间边界是图像高保真增强计算的基准。以CIE1931标准色度观察者光谱轨迹为边界，令图像颜色空间适用的增强算法边界得到优化。

3. 首创彩色亮度成分提取：分别提取人眼视杆和视锥细胞感知作用模量，令图像颜色视觉真实感增强。

4. 图像高频和低频成分提取：自创图像频率模板算法(不同于傅里叶算法)，调整算法中的高频/低频等频率系数，使图像立体感、清晰度及景深等视觉感知显著改善。

5. 多模型组合优化应用：高保真增强算法模块包括噪声抑制、饱和度增强、立体感增强、清晰度增强、光线效果增强等，在图像增强应用中可分别取舍。各功能单元算法节点清晰，方便功能重组。

该项目曾获国家创新资金支持。自行研发FPGA扩展板，对静态图像和1920×1080帧序列图像可实现高保真图像连续变换，高保真增强效果明显，并由北京电子产品质量监督检测中心经过检测确认。检测报告编号：中20130004T。签发日期：2013年5月20日。

该图像视觉感知高保真增强技术可用于图像服务行业，为彩色图像数据实施高保真增强：

当前任何成像设备都无法生成符合人眼视觉感知的高保真图像。对于高端广告/喷绘/写真服务商，通过对原始图像数据进行定制化增强，为客户提供技术领先的图像高保真定制服务，成像真实细腻、增强效果可按需设置。

该图像视觉感知高保真增强技术可用于显示设备，使显示图像的颜色真实度极大提升：

图像高保真增强技术算法可植入ASIC/SoC型芯片、载入FPGA芯片，或以Verilog HDL IP嵌入图像设备功能芯片，让智能手机/电视/高清投影仪/显示器/高清大屏等电子成像设备在零部件基本不变的条件下，获得图像高保真增强效果，使画质更加清晰细腻，色彩更加丰富生动。

该图像视觉感知高保真增强技术可用于影视作品，使影视作品观看效果更加真实生动：

在计算机上运行图像高保真增强技术C++程序，用GPU实现算法并行加速，完成影视作品数字图像高保真增强，增强效果可按需调控 (或作为达芬奇等调色系统功能模块，提高校色效率)。该技术相比美国DarbeeVision公司，更符合人眼视觉感知特性，增强效果更好、立体感更强、景物更真实。