对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的方法及系统

对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的方法及系统 201210053524.8

本发明涉及数字图像处理领域，具体地涉及对彩色数字图像进行视觉感知高保真变换的方法及系统。所述方法包括步骤：(1)获得彩色数字图像像素颜色R、G和B数值在CIELAB空间的L、C和h；(2)像素颜色归并进入色相位面和亮度序列；(3)完成像素颜色饱和度C的扩展；(4)将图像像素颜色参数和经步骤(3)扩展后得到的饱和度CLN数值计算为R、G和B值。根据本发明的FECr算法在红、绿和蓝三原色构成的图像颜色空间边界没有改变的条件下，计算图像中视觉较敏感的颜色使之增加相对较多的可见光颜色视觉感知特性，计算视觉感知相对较不敏感的颜色增加较少或维持不变，这种非线性调整方法可以使观看图像得到相对显著接近在可见光颜色空间观看实际景物的效果。

背景技术

在电子设备中使用红、绿和蓝三原色的数字量采集或显示彩色图像已经有数十年了。尽管其三原色是以使显示图像尽可能忠实于真实景物为目标选择的，但是由于材料、技术和成本等制约，到目前为止观看三原色显示的彩色图像与观看真实景物相比仍有很大差距，其中包括颜色不够饱满，光线感不够鲜明等。

以ICC(International ColorConsortium国际色彩联盟)规范为代表的颜色管理系统，典型使用gamma(灰度系数)指数调整红、绿和蓝三原色数字量以达到增强图像的目的。用户发现，应用gamma指数后虽然可以使图像颜色看起来显得饱满，但光线感却显得更差，颜色色调也会出现偏差。经过20多年的发展，CIE推荐的CAM(颜色外观模型)现已成为国际推荐标准，在颜色复制领域发挥着重要作用。但是，无论是CIECAM97s还是CIECAM02模型，主要研究和预测的都是外界条件的变化，如基准白色值及亮度值变化等对颜色观察效果的定量影响，模型并未包括人眼视觉感知的空间及时间特性，也没有包括图像的空域及时域特性。

目前的CAM应用于数字图像处理是把每一个像素看做相互独立的颜色，因此以其指导的数字图像的复现和复制还不能满足视觉感知真实性高质量的需要，这一系统某些固有特性未能在其后的色度学理论研究和技术应用中得以完善。如果以可见光颜色视觉感知特性为目标进行颜色高保真仿真复现和复制的研究和应用，这部分匹配函数不应缺少。作为现代色度学基石的配色函数，在CIELAB视觉感知均匀空间中，还无法表现可见光颜色视觉感知空间分布的完整边界，致使人类视觉感知的可见光空间特性的量化描述至今未能全部完成。

发明内容

本发明的目的是为彩色数字图像提供进行高保真视觉感知变换的方法。根据本发明的技术方案，通过提供计算可见光颜色的视觉感知空间以及相关分量当量的方法，实现对彩色数字图像视觉感知分量比对可见光颜色视觉感知空间特性进行优化扩展及映射计算，完成图像的高保真视觉感知变换。本发明的再一目的是提供对彩色数字图像进行高保真视觉感知变换的系统。本发明的方法以及系统属于“史诗颜色一TM”，(FirstEposColorTM)，简称“诗色一TM”，(FECrTM)，主要是为显著增强图像高保真感知而调整其每一像素颜色的视觉感知饱和度值。

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。