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基于色貌模型的高保真颜色再现色域映射理论与方法研究

作　者: 李效周
导　师: 陈广学
学　校: 华南理工大学
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 色貌模型色域色域映射高保真颜色再现图像颜色特征色域拓展图像质量评价
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着数字图像输入、显示和输出技术的发展，数字彩色图像设备在人们日常生活和工业生产中得到了越来越多的应用。但由于数字图像设备的呈色机理、表色空间和色域的不同等诸多因素的影响，导致彩色图像颜色信息在数字图像设备之间传输时经常出现失真而无法实现高保真再现。这影响了如彩色印刷、显示技术、影像分析、计算机辅助设计、远程医疗、电子商务等行业的发展，而现代色彩管理系统中的色域映射技术是解决这一问题的有效方案。目前色彩管理系统规定CIE1931XYZ或CIE1976L*a*b*色彩空间作为映射的标准连接空间，可以保持目标图像与源图像颜色色刺激的一致性。但是，要实现图像颜色的高保真再现，色彩管理的目标应当是保持复制品和原稿在人眼视感觉上的一致，即色貌一致。色貌不仅仅取决于颜色刺激本身，还与观察条件等有关。由于CIE1931XYZ不是色模型，无法预测人眼对颜色的视感觉属性，而CIE1976L*a*b*虽然能够预测一定的视感觉属性，如心理明度、心理色度和色相等，但其空间均匀性不理想、且观察条件固定、色貌预测能力较弱等原因，均无法满足颜色高保真再现和跨媒体颜色再现的要求。因此，为了满足高保真颜色信息再现的要求，提高颜色再现质量，研究基于色貌模型的色域映射理论和方法是十分有必要的。本文围绕颜色高保真再现中的关键技术——色域映射技术，对色貌及色貌模型、色域映射理论和方法以及高保真颜色再现的实现等做了深入研究。论文的研究工作和创新点主要包括：(1)分析了高保真颜色传输和再现过程中存在的色貌现象和色貌模型，阐述了色貌模型建立过程中的色度适应变换等，详细研究了CIECAM02色貌模型的计算过程、iCAM图像色貌模型的计算流程。对选用iCAM图像色貌模型作为标准连接空间的优势做了综合分析。(2)深入研究了目前基于设备-设备的色域映射理论和方法，分析了色域映射研究的内容，包括色域边界的计算、色域映射方向的选择、常用的色域映射方法等。着重研究了色域映射方法中的色域裁切算法和压缩算法，分析了几种典型色域映射方法的特点，着重阐述了CIE推荐的HPMinΔE算法和SGCK算法。(3)根据色貌模型和色域映射基本原理和方法，提出并研究了图像颜色特征属性，将其分为色域特征属性、色度特征属性和色貌特征属性。通过研究发现，对于不同类型的原稿图像，其颜色特征具有明显的不同且对于色域映射意图的适应性也具有较大差异。(4)深入研究了基于图像-设备的空间域色域映射算法，设计了基于图像-设备的空间域色域映射算法框架，并在该框架内提出了基于双边滤波的空间自适应色域映射算法(BFSAGM)和基于色貌和空间相关的色域映射算法(CASRCGM)。通过设计输出色块并计算其色差，与CIE推荐的HPMinΔE和SGCK算法进行了比较，结果表明本论文提出的两种算法在映射精度和色貌保持方面优于CIE推荐的HPMinΔE和SGCK算法，但在计算复杂度和时间上比其要复杂的多。(5)针对高保真颜色再现的需要，研究了多种扩大目标色域的方法，并将这些方法分为硬件方法和软件方法，提出了影响目标色域拓展的因素，设计了基于空间域色域映射算法模型，并对其进行了实验分析。实验结果表明可以根据高保真颜色再现的具体要求采用软件方法和采用硬件方法相结合的方式拓展目标色域，以提高颜色信息高保真再现的效率。最后，对本文的主要内容以及所取得的主要研究成果进行概括性总结，并对今后的进一步研究工作进行了展望。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-15
第一章绪论  15-27
  1.1 研究背景、目的和意义  15-20
    1.1.1 论文的课题来源  15
    1.1.2 研究背景  15-19
    1.1.3 研究目的和意义  19-20
  1.2 国内外研究概述  20-25
    1.2.1 色貌模型  20-23
    1.2.2 色域映射  23-25
  1.3 本论文的研究内容与组织结构  25-27
第二章色貌与色貌模型  27-62
  2.1 色貌现象  27-35
    2.1.1 观察条件  28
    2.1.2 几种常见的色貌现象  28-35
  2.2 色貌属性  35-36
  2.3 色适应及色适应变换  36-41
    2.3.1 色适应  36
    2.3.2 色适应变换  36-37
    2.3.3 几个著名的色适应变换模型  37-41
  2.4 色貌模型  41-48
    2.4.1 早期的色貌模型  43-45
    2.4.2 CIECAM97s色貌模型  45-48
  2.5 CIECAM02 色貌模型  48-54
    2.5.1 观察条件参数的计算  49-50
    2.5.2 色适应变换  50-52
    2.5.3 非线性响应压缩  52
    2.5.4 感知属性变量的计算  52-54
  2.6 iCAM色貌模型  54-59
    2.6.1 iCAM色貌产生的背景  54
    2.6.2 环境参数计算和图像预处理  54-55
    2.6.3 色适应变换  55-57
    2.6.4 IPT变换  57-59
    2.6.5 感知属性关联组计算  59
  2.7 CIE1976L*a*b*色彩空间  59-61
  2.8 本章小结  61-62
第三章色域映射的理论、方法及机制  62-84
  3.1 色域映射的背景  62-64
    3.1.1 色域和色域映射  63-64
    3.1.2 色域映射及其原则  64
  3.2 色域映射研究内容  64-71
    3.2.1 色域边界的描述与计算  65-68
    3.2.2 色域映射路径与方向  68-69
    3.2.3 色域之间的关系  69-71
  3.3 色域映射  71-83
    3.3.1 逐点色域映射算法  71-78
    3.3.2 HPMinΔE算法和SGCK算法  78-81
    3.3.3 空间域色域映射算法  81-83
  3.4 本章小结  83-84
第四章数字原稿图像的颜色特征  84-101
  4.1 颜色特征属性的分类  85-86
  4.2 图像颜色的色域特征  86-95
    4.2.1 色域可视化  86-88
    4.2.2 色域体积  88-89
    4.2.3 色域面积  89-90
    4.2.4 三维色域在a*b*平面上的投影  90-91
    4.2.5 颜色空间分布熵  91-94
    4.2.6 图像局部空间域特性  94-95
  4.3 色度学属性特征  95-98
    4.3.1 亮度和色度计算  95
    4.3.2 对比度特征计算  95-98
  4.4 色貌属性特征  98-99
  4.5 本章小结  99-101
第五章基于色貌属性的空间域色域映射理论与方法  101-132
  5.1 空间域色域映射算法  101-115
    5.1.1 图像分解  101-107
    5.1.2 空间域色域映射算法数学框架  107-115
  5.2 基于色貌和空间相关的色域映射算法  115-123
    5.2.1 基于双边滤波的空间自适应色域映射算法  115-119
    5.2.2 基于色貌和空间相关的色域映射算法  119-123
  5.3 映射效果评价  123-131
    5.3.1 客观评价方法  124-127
    5.3.2 心理物理视觉实验方法  127-129
    5.3.3 配对比较法实验数据及分析  129-131
  5.4 本章小结  131-132
第六章高保真数字喷墨彩色印刷的色域拓展  132-142
  6.1 高保真颜色再现  132-134
  6.2 色域拓展  134
  6.3 实验验证与分析  134-140
    6.3.1 软件方式的色域拓展  135-137
    6.3.2 纸张对目标色域拓展的影响分析  137-138
    6.3.3 原色油墨对于目标色域拓展的影响  138-139
    6.3.4 新的加网方式对色域拓展的影响  139-140
    6.3.5 其他方式对目标色域拓展的影响  140
  6.4 本章小结  140-142
总结与展望  142-144
  论文的主要研究内容和创新点  142-143
  有待进一步研究和探讨的问题  143-144
参考文献  144-161
攻读博士学位期间取得的研究成果  161-164
致谢  164-165

基于色貌模型的高保真颜色再现色域映射理论与方法研究

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