三次元图像识别技术在图像去噪中的应用

三次元图像识别技术在图像去噪中的应用

要实现颜色间隔的显示和再现，关键是解决不同媒体的颜色特性的不一致问题。在相同的照明和辉度条件下，不同媒体之间的颜色特性的差异主要来源于两个不同媒体的大小差异。解决这个问题的核心是设计合理的颜色分配技术。利用数学算法解决跨媒体色域映射的方式称为色域映射演算,目前大多数映射演算为“设备主导型色域映射演算”,此种方式没有考虑源图像的颜色分布,容易导致压缩后的图像产生阶调损失、彩度低下的劣化结果。因此,应当依照每种输入图像的阶调分布,开发考虑图像内容的“图像主导型色域映射算法”,优化不同媒体间的色域映射效果。另外,依照色空间的次元性,色域映射演算可分为一次元映射方式、二次元映射方式和三次元对映方式。目前的色域映射技术大多采用一次元或二次元映射方式,但此种方式容易造成计算效率低下及阶调不连续的弊端。因此色域映射演算有必要设计在三次元色空间中实行的方法,即“三次元色域压缩技术”,使颜色的跨媒体再现更加符合人的视觉。因此,本文结合“图像主导型色域映射算法”和“三次元色域压缩技术”的优势,设计了“三次元图像主导型色域映射技术”方式(在三次元色空间中,针对不同阶调的图像,对其颜色的色相、明度、饱和度进行综合调整,平衡优化,使之产生更加符合人眼视觉的色域映射),并以4种典型的色域映射方式实现CRT荧幕(大色域)到LCD荧幕(小色域)的色域压缩,让大色域荧幕模拟小色域荧幕的色彩再现,从而探寻不同媒体间的最佳色域映射方式,为设计更加合理的跨媒体色域映射方式提供一些新思路。1crt的色彩再现本实验希望在不同色域再现能力的显示器(CRT和LCD)之间,经由调整出适当的6个主色相角再进行色域映射,借此达到色域不同的两类显示器之间能有最接近的色彩再现,即让CRT荧幕较好的模拟LCD荧幕的色彩再现,探求不同显示媒体间的最佳色域映射方式。色域映射实验的基本流程为:先将两显示器进行色彩校正,然后经由调整出的6个主色相角,设计4种典型的色域映射方式进行两荧幕间的色域映射,最后选取3幅代表性图像进行验证,经心理物理实验评估各种映射方式的优劣,从而找出最佳的色域映射方式。1.1两色域色彩的染色本实验设计的4种典型的色域映射方式为:1)大色域色相角为依据法。以大色域荧幕的色相角为依据,将大色域荧幕的色相角和明度保持不变,输出彩度取两显示器原来彩度的最小值。2)小色域色相角为依据法。以小色域荧幕的色相角为依据,将大色域荧幕的色相角和明度调整为小色域荧幕的色相角和明度值,输出彩度取两显示器原来彩度的最小值。3)中间色相为依据法。以大小色域荧幕两色相角的平均值为依据,将大色域荧幕的色相角和明度调整为平均色相角和明度值,输出彩度取大色域色相角对应的彩度。4)最小彩度差为依据法。从大小色域荧幕的两色相角间求出两荧幕的最小彩度差为依据,以每隔1度色相角为间隔找出哪个角度时两显示器间有最小的彩度差,从而求得大色域荧幕新的色相角及其对应的彩度值。1.2测定图像色域映射测试图像的选取与心理物理实验的具体方法为:1)测试图像的选择。选取3张典型代表性的测试图像,以期得到较好的验证效果。其中图像1的阶调分布偏暗,能表现浓重的颜色分布;图像2的阶调分布偏亮,能表现较多的颜色分布;图像3的阶调分布大致均等,能表现人物及自然图像颜色的一般分布。2)实验方法。测试图像经色域映射后再现于两荧幕,然后利用“人眼目视观测法”评比4种方式之CRT荧幕模拟LCD荧幕的色彩再现效果。评比时以LCD荧幕的图像为原稿,CRT荧幕的图像为复制稿,观测者以目视方式观察CRT荧幕中的两张图像,选出较接近LCD荧幕中的原稿图像。最后以“配对比较法”对数据进行分析和处理,从而找出最佳的色域映射方式。实验选取19~21岁的大学生,男女各半,共12人,记录“配对比较法”的实验结果,并按以下步骤进行数据处理:(1)记录4种映射方式的实验评比结果;(2)将累计统计数值转变为频率矩阵值;(3)将频率矩阵值转变为Z值;(4)对Z值进行加总,并列出排名。2实验计划2.1crt的色域映射实验本实验设计4种典型的色域映射方式进行两荧幕间的色域映射,让大色域荧幕模拟小色域荧幕的颜色再现,其实验流程如下:具体的实验步骤为:1)首先使用色彩校正仪器(Eye-One)对两显示器进行亮度、色温和Gamma值的调节(色温=6500K,亮度=110cd/m2,Gamma=2.2),使CRT和LCD保持相同的初始状态。2)利用PowerPoint软件绘制红、绿、蓝、黄、品、青6个主色相的满版色块,然后显示在两荧幕中,并利用Eye-One软件在暗室中进行基本色度的测量,测量项目包括CIEXYZ、CIELAB、CIELAB。3)对两荧幕的6个主色相进行彩度切割。本实验中将满版色块按照彩度值大小从最小到最大分为16等份。4)经由6个主色相的色相角,利用4种典型的色域映射方式进行两荧幕间的色域映射。5)进行4种方式的色域映射后,得到CRT荧幕的色域映射值。为验证实际图像是否符合实验的合理性,进行测试图像的色域映射与心理物理实验评估。6)测试图像分别经4种色域映射方式映射后,进行心理物理实验的分析和评估,从而找出哪种色域映射方式能更好的使CRT荧幕模拟LCD荧幕的色彩再现。2.2色彩校正仪器1)硬件:电脑、CRT(G520)和LCD(L1752S)显示器、色彩校正仪器Eye-One、分光光度计Spectroeye。2)软件:数据计算工具Matlab7.0、图像处理软件Photoshop、演示文稿工具Powerpoint。3结果与讨论3.13振幅测试图像的色度映射结果3幅测试图像经以上4种色域映射方式映射后的效果见图1。3.2色域映射方式的优化测试图像4种色域映射方式的心理物理实验评估数据见表1-3。从中可以看出方式4的Z-score数值最大,排名最靠前,色域映射效果最好;而方式2的Z-score数值最小,排名最靠后,色域映射效果最差。下面简要说明以上4个步骤的含义及其转换规则(“配对比较法”规则):(A)为累计统计量,共12名观测者,a(1,2)=11、a(2,1)=1,代表样本1与样本2的两种测试样本中,12人中有11人认为样本1接近效果更好,1人认为样本2接近效果更好。(B)为累计统计量转为频率矩阵的数值,其计算公式为:(C)为将频率矩阵转化为Z值,其计算公式为:(D)为Z值的加总结果及排名,每个Z-score值为该种方式与其它3种方式的Z值加总结果,如Z-score(Method1)=1.4+(-0.2)+(-1.0)=0.2。最后为Z-score的排名,其值越大,则排名越高,同时也表明此种映射方式处理的图像与目标图像最为接近。由表1-3可知,3种测试图像经以上4种典型的色域映射方式映射后,经心理物理实验评估均是方式4的Z-score值最大,排名最靠前,色域映射效果最好;方式2的Z-score值最小,排名最靠后,色域映射效果最差。因此“以最小彩度差为依据法”是最佳的色域映射方式,能使CRT荧幕更好的模拟LCD荧幕的色彩再现。另外本实验也得到一个细微结论,即采用“以最小彩度差为依据法”的色域映射方式时,亮调图像的映射效果(Z-score为2.2)较暗调图像和一般阶调图像(Z-score均为2.4)要差一些;且亮调图像采用“以中间色相角为依据法”的映射效果与采用“以最小彩度差为依据法”差别不大。4以小色域染色角为依据的色域映射效果较差实验表明,