[發明專利]一種基于模擬退火最優化算法的圖像色彩校正方法

有效

• 申請號: 201410523195.8
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104217409B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 李勃;于海峰;陳惠娟;吳煒;江登表;王赟;郭家新;王斌
• 申請（專利權）人: 南京匯川工業視覺技術開發有限公司;深圳市匯川技術股份有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/40
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于圖像處理與計算機視覺技術領域，更具體地說，涉及利用模擬退火搜索算法，將理論與傳統色彩校正模型、CIEDE2000色差計算方程相結合得到的一種最佳匹配人眼視覺感受的圖像色彩校正方法。

背景技術

顏色是計算機視覺領域重要的參數之一。隨著計算機科學的發展，在印刷、瓷磚、影像、圖像檢索等應用領域對顏色質量的要求越來越高。然而，以目前的科學技術水平，圖像傳感器的光譜敏感特性不能最佳的模擬人眼視覺系統對顏色的感知能力，且受光源的光譜分布等因素的影響，致使所采集的圖像與物體的真實顏色存在一定的偏差。因此，需要設計一個計算模型來提高物體真實顏色再現的準確性。

色彩校正的方法一般可分為兩種：基于光譜響應的方法以及基于目標色的方法。基于光譜響應的色彩校正方法需要使用特殊儀器測量圖像傳感器的光譜響應，找出待校正圖像傳感器的光譜響應和CIE顏色匹配函數之間的關系。基于目標色的色彩校正方法，主體思想是使用包含一定數量顏色樣本的色彩標準值和測量值，建立校正模型來匹配兩者之間的映射關系，是一種簡單實用的方法。典型的算法有：三維查表法、多項式方法、帶約束項最小二乘法、模式搜索方法等。

在一般情況下，查表方法比其他方法更精確，但是需要大量顏色的標準三刺激值，而且建表速度較慢，樣本數量較少時校正精度比較低。多項式法是通過多項式建立兩者之間的關系，利用最小二乘法求得校正系數，但是多項式法只適用于非常小的色域空間進行色彩校正，而且存在校正精度比較低、放大噪聲等缺點。采用最小二乘法求解校正系數，不能保證白色的準確再現，而白色能否準確再現是色彩校正的一項重要指標。為此，需要對最小二乘法添加一個約束項，即白色在校正前后零誤差，雖然保證了白色的準確再現，但是卻使得其他顏色校正后的誤差進一步放大。對于多項式法、帶約束項最小二乘法在構建校正模型時，采用2-范數求解校正系數，經過試驗證明，采用1-范數獲得的校正結果比采用2-范數略好。由于1-范數是不可微的，對于直接求全局最優解的問題，可利用模式搜索方法對校正模型求解，能夠明顯抑制噪聲放大、最小化最大誤差，但模式搜索算法也存在可能陷入局部最優解、選擇的初始解對計算結果影響較大、校正前后圖像亮度等級有差異甚至會出現過曝等缺點。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在于解決傳統色彩校正算法抗噪聲性能差、校正前后亮度等級不一致、校正精度低等問題，提供了一種基于模擬退火最優化算法的圖像色彩校正方法；本發明提供的技術方案，可避免某些顏色的色彩測量值與人眼的視覺感受不一致，使校正后的圖像更符合人眼的視覺感受；且具有校正精度高、抑噪性能強等優點，可自適應調整圖像校正前后的亮度等級，使之保持一致。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明的一種基于模擬退火最優化算法的圖像色彩校正方法，其步驟為：

1)在普通光源照射條件下測得顏色樣本的RGB三刺激值，獲取在標準照明體條件下顏色樣本在CIE?XYZ顏色空間中的標準值；

2)設定自變量校正矩陣M初始值，建立色彩校正模型，并根據步驟1)測得的樣本顏色RGB三刺激值計算樣本顏色的RGB理論值；

3)設定亮度調整系數λ初始值，對步驟1)獲得的樣本顏色標準值進行亮度調整，獲得經亮度調整后的樣本顏色標準值；

4)將步驟2)獲得的樣本顏色RGB理論值轉換為CIEXYZ顏色空間表述的XYZ值，并計算轉換后樣本顏色XYZ值與步驟3)所得樣本顏色標準值之間的色差平均值；

5)將步驟4)所得色差平均值作為搜索目標函數，使用模擬退火算法求取目標函數取得全局最優解時對應的校正矩陣M；

6)由步驟5)所得校正矩陣M計算樣本顏色的理論值，并判斷該計算所得理論值與樣本顏色測量值之間是否滿足亮度約束條件，若不滿足，則按照固定步長調節亮度調整系數λ，重新計算校正矩陣M，直到滿足約束條件為止。

更進一步地，步驟6)所述亮度約束條件為：

|Y_t-Y_m|＜ε

其中，Y_m為樣本顏色測量值在CIEXYZ空間的明度表示，Y_t為樣本顏色計算所得理論值在CIEXYZ空間的明度表示，ε表示校正前后可允許亮度變化的最大值。

更進一步地，步驟5)所述目標函數為：