專利名稱：對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，具體涉及對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
二十世紀(jì)中期以來(lái)，對(duì)人類(lèi)視覺(jué)特性的研究取得了重要進(jìn)展。視覺(jué)是人類(lèi)了解世界的ー種重要功能。視覺(jué)包括“視”和“覺(jué)”，稱之視感覺(jué)和視知覺(jué)。視感覺(jué)主要是從分子的觀點(diǎn)來(lái)理解人們對(duì)光(可見(jiàn)輻射)反應(yīng)的基本性質(zhì)(如亮度、顔色)，它主要涉及物理、化學(xué)等。視知覺(jué)主要論述人們從客觀世界接受視覺(jué)刺激后如何反應(yīng)及反應(yīng)所采用的方式。它研究如何通過(guò)視覺(jué)形成人們關(guān)于外在世界空間的表象，所以兼有心理因素。視知覺(jué)是ー個(gè)復(fù)雜過(guò)程，在很多情況下，只依靠光投射到視網(wǎng)膜上形成的視網(wǎng)膜圖像和人們已知的眼或神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)制還難以把全部知覺(jué)過(guò)程解釋清楚。人們利用視覺(jué)所感知的客觀事物具有多種 特性，對(duì)它們形成的光刺激，人類(lèi)的視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不同形式的反應(yīng)，所以視知覺(jué)又被分成亮度知覺(jué)、顏色知覺(jué)、空間知覺(jué)等。研究已經(jīng)確定了 ー些特性與刺激的物理量相關(guān)，如亮度依賴于光的強(qiáng)度，顔色依賴于光的波長(zhǎng)；但也有些特性，如空間特性，還未完整得到與物理量的確定對(duì)應(yīng)關(guān)系。視覺(jué)感知特性研究發(fā)現(xiàn)，人們?cè)谟^察圖像時(shí)會(huì)同時(shí)將圖像感知為ー個(gè)平面的一部分和一個(gè)三維空間的一部分。這ー基本的心理現(xiàn)象稱為圖像雙重感知真實(shí)性(doubleperceptual reality of images),是ー種空間知覺(jué)特性?？臻g知覺(jué)的問(wèn)題本質(zhì)是深度感知的問(wèn)題。人類(lèi)沒(méi)有專門(mén)用來(lái)感知距離的器官，對(duì)空間的感知常常不僅靠視力，還需要借助一些稱為深度線索的外部條件和自身機(jī)體的內(nèi)部條件來(lái)幫助判斷物體的空間位置。這些線索包括非視覺(jué)性深度線索、雙目深度線索和單目深度線索等。人對(duì)空間場(chǎng)景的深度感知主要依靠非視覺(jué)性深度線索和雙目視覺(jué)實(shí)現(xiàn)。雙眼視差是產(chǎn)生立體知覺(jué)和深度知覺(jué)的主要原因之一。但目前對(duì)于已經(jīng)由單鏡頭光學(xué)系統(tǒng)成像的ニ維圖像，發(fā)現(xiàn)其中真實(shí)的雙目視覺(jué)深度線索，并以單目深度線索的方式增強(qiáng)顯示在圖像中的努力尚在進(jìn)行中。人對(duì)空間場(chǎng)景的深度感知也可在一定程度依靠單目視覺(jué)實(shí)現(xiàn)。在單目視覺(jué)中刺激物本身的ー些物理?xiàng)l件，在適當(dāng)應(yīng)用條件下也可以成為知覺(jué)深度和立體感的線索。這些線索中的部分是由成像光學(xué)系統(tǒng)特性產(chǎn)生的，如，景物大小和距離，線性透視等。另外由于成像環(huán)境光線的變化產(chǎn)生的視知覺(jué)，如，光亮與陰影分布，即明亮度物體顯得近，灰暗的物體顯得遠(yuǎn)；顏色分布，即藍(lán)色物體顯得遠(yuǎn)，紅、黃色物體顯得近；大氣透視，即近處物體顯得清楚，遠(yuǎn)處物體不清楚等。如能對(duì)這些線索進(jìn)行量化和仿真計(jì)算，對(duì)ニ維圖像增強(qiáng)景物之間深度(空間)感知和物體自身立體感知應(yīng)該是很有幫助的，遺憾的是，此前對(duì)這些感知僅有定性的表述，還未與相關(guān)物理量建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，還不能直接指導(dǎo)彩色數(shù)字圖像增強(qiáng)立體感的計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)，増加圖像的視覺(jué)感知清晰度可以在一定程度增強(qiáng)圖像視覺(jué)感知立體感。一些計(jì)算機(jī)程序具有這種功能，典型如Adobe Photoshop CS4。在濾鏡(Filter)的智能銳化(Smart Sharpen)選項(xiàng),可以計(jì)算圖像的姆ー像素與相鄰像素的顏色差，并將差值的一部分用來(lái)改 變自身的顏色值，達(dá)到增加圖像清晰度的目的。在此選項(xiàng)中，可以設(shè)置相鄰像素的范圍(Radius)，顔色差值的利用比例(Amount)，銳化前對(duì)像素進(jìn)行預(yù)處理的方式(Remove),還可以對(duì)高光(Highlight)和暗調(diào)(Shadow)的漸隱量(Fade Amount)、色調(diào)寬度(Tonal Width)和范圍(Radius)進(jìn)行選擇設(shè)置。業(yè)界普遍認(rèn)為，該程序的銳化功能能夠顯著增強(qiáng)圖像的清晰度。但是，對(duì)于增強(qiáng)圖像視覺(jué)深度感知的目標(biāo)而言，目前軟件的版本還缺乏相應(yīng)的功能。例如，程序目前以圖像像素的RGB三原色數(shù)值計(jì)算像素間顏色差值，這種增強(qiáng)像素顏色的方法，會(huì)在提高顏色的視覺(jué)感知亮度的同時(shí)，相應(yīng)降低視覺(jué)感知飽和度和偏移視覺(jué)感知色相，銳化強(qiáng)度越高這種方法造成的視覺(jué)感知色調(diào)偏差就越明顯。因此，僅就增加圖像清晰度的目的而言，目前的方法也是應(yīng)該并且能夠改進(jìn)的。另外，相鄰像素的選擇方式，未能與銳化圖像中的環(huán)境光線特性相關(guān)，因此，圖像清晰度的改變不能與深度感知密切相關(guān)，這是非?？上У摹＿€有，對(duì)圖像銳化前的柔化處理選項(xiàng)還過(guò)于簡(jiǎn)單，不能根據(jù)需要而選擇圖像中不同內(nèi)容進(jìn)行柔化模糊處理，由此，圖像的柔化效果在一定條件下限制了清晰度提升的程度，并且不能與圖像的深度感知相關(guān)，同樣非?？上А?br>
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題本發(fā)明的發(fā)明人提出并完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的方法。本發(fā)明的再一目的是提供對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的系統(tǒng)。典型彩色數(shù)字圖像是可見(jiàn)光顏色空間中的真實(shí)景物在成像平面的ニ維投影。由于成像設(shè)備的實(shí)際顏色空間相比可見(jiàn)光顏色空間小很多，因此成像的ニ維圖像的視覺(jué)感知真實(shí)性與對(duì)真實(shí)景物的感知相比也相差了很多，其中就包括空間深度感知和景物立體感知。因此，本發(fā)明的技術(shù)方案提取圖像中的單目深度信息，并以真實(shí)景物的觀察效果為目標(biāo)計(jì)算單目深度信息增強(qiáng)。結(jié)果，圖像像素顔色的視覺(jué)感知亮度值變換為新值，圖像視覺(jué)感知的空間感和景物的立體感顯著增強(qiáng)。本發(fā)明的方法屬于“史詩(shī)顏色ニ ” (SecondEposColor )，簡(jiǎn)稱“詩(shī)色ニTM”(SECrTM)，主要是為增強(qiáng)圖像視覺(jué)感知空間深度感和景物立體感而調(diào)整每ー像素的視覺(jué)感知亮度數(shù)值。調(diào)整量取決于多種條件，其中包括，像素自身的顏色視覺(jué)感知亮度值，真實(shí)景物成像環(huán)境中入射光線在成像平面的投影，在光線入射方向上的相關(guān)相鄰像素顔色視覺(jué)感知亮度值，具有彩色灰度能力的像素顔色的視覺(jué)感知色相的視覺(jué)感知彩色灰亮度當(dāng)量值以及視覺(jué)感知飽和度的視覺(jué)感知彩色灰亮度當(dāng)量值等。根據(jù)本發(fā)明的方法，圖像的每ー像素顔色在調(diào)整了視覺(jué)感知亮度值的同時(shí)，保持了視覺(jué)感知飽和度和視覺(jué)感知色相值不變，圖像像素之間的顏色視覺(jué)感知亮度差與自身亮度成比例顯著增強(qiáng)，即視覺(jué)感知亮度差對(duì)比度顯著增強(qiáng)，因此，圖像的視覺(jué)感知空間感和景物立體感顯著增強(qiáng)。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可用于攝影、攝像、電影、電視、視頻游戲等自然景物成像或由計(jì)算機(jī)生成的圖像，即任何由紅、綠和藍(lán)三原色合成顔色的圖像及設(shè)備。對(duì)于典型由紅、綠和藍(lán)三原色合成顔色的數(shù)字圖像，根據(jù)本發(fā)明的方法，經(jīng)調(diào)整每一像素顔色的視覺(jué)感知亮度值后，由檢查原始圖像對(duì)比調(diào)整后圖像的亮度值，可以看出相鄰像素的顏色視覺(jué)感知亮度差對(duì)比度變化幅度平均約為50%，變化幅度可以由設(shè)置的幅度系數(shù)調(diào)控，同時(shí)也受到設(shè)置的亮度變化絕對(duì)值允許范圍的控制。據(jù)研究報(bào)告，眼睛對(duì)亮度敏感范圍很大，為10_6-107cd/m2 (坎[德拉]每平方米)。但在實(shí)際生活中的任何時(shí)刻，人眼所感受:到的最大和最小売度之比很少超過(guò)100。這個(gè)最小和最大売度范圍在光売的房間中為l-100cd/m2，在室外為10-1000cd/m2，在晚上為O. 01-lcd/m2。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)可見(jiàn)光顏色空間和彩色圖像顏色空間的視覺(jué)感知顏色亮度均進(jìn)行歸一化計(jì)算，使用各自空間最大亮度為基數(shù)，同樣線性變換各自的亮度參數(shù)到0-100范圍。在此條件下，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，對(duì)以上ニ空間使用相同的顔色視覺(jué)感知模式表述亮度，以圖像顏色亮度的動(dòng)態(tài)范圍記錄可見(jiàn)光顏色亮度動(dòng)態(tài)范圍中顔色亮度變化。假定顏色空間是圓形，已知彩色數(shù)字圖像典型sRGB顔色空間在CIExyY空間的xy色品平面的投影面積大約相當(dāng)于光譜軌跡投影面積的35%，設(shè)R1為圖像顔色空間色品范圍直徑，R2為光譜軌跡色品范圍直徑，表示兩投影面積比例(V2)2X 31 = O. 35 X (R2/2)2X π，得至 Ij R1 = O. 59R2，在圓形顏色空間情況下，兩空間色品的動(dòng)態(tài)范圍比例與亮度動(dòng)態(tài)范圍比例相同，因此可假定sRGB顔色空間的圖像顏 色視覺(jué)感知亮度動(dòng)態(tài)范圍大體相當(dāng)于可見(jiàn)光顔色的59%。SECr算法計(jì)算典型圖像相鄰像素的顔色視覺(jué)感知亮度差變化幅度平均50%的情況下，已經(jīng)顯著接近可見(jiàn)光顏色空間視覺(jué)感知亮度差對(duì)比度特性，因此對(duì)圖像的視覺(jué)空間感知和景物立體感知可以顯著接近對(duì)真實(shí)環(huán)境的空間感知和真實(shí)景物的立體感知。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，選擇應(yīng)用的圖像單目深度信息之一是像素間顏色視覺(jué)感知亮度的差值。因?yàn)槿藗儚奈矬w表面感知的亮度基本是由它與周?chē)h(huán)境(特別是背景)的關(guān)系所決定的。如果兩個(gè)物體與它們各自背景有相似的亮度差，那么它們看起來(lái)就有相似的亮度。這ー選擇也有利于應(yīng)用顔色空間亮度動(dòng)態(tài)范圍的歸一化計(jì)算結(jié)果。如上所述，圖像雙重感知真實(shí)性對(duì)于彩色數(shù)字圖像深度感知增強(qiáng)計(jì)算的指導(dǎo)意義在于，如將圖像感知為具備三維真實(shí)性，必須仔細(xì)重構(gòu)圖像，需要盡可能模仿自然視域的有用特性。本發(fā)明將以上描述的成像環(huán)境光線變化產(chǎn)生的視知覺(jué)，以彩色數(shù)字圖像的視覺(jué)感知亮度為主，視覺(jué)感知色相和飽和度為輔，建立多種模型，作為圖像單目深度信息來(lái)調(diào)控像素顏色視覺(jué)感知亮度值，例如模型1，入射光線對(duì)景物的立體感知的影響模型。真實(shí)景物成像環(huán)境的照射光線，是形成景物立體感和景物間空間位置感知的重要因素之一。入射光線和從景物表面反射光線夾角的變化可以表示照射位置的表面形狀。觀察者感知的景物表面亮度與觀察視角和反射光線夾角相關(guān)，夾角越小感覺(jué)越亮。物體表面的亮度變化形成對(duì)物體的立體感知，而入射光線是形成物體表面亮度變化的主要條件。模型I以入射光線在圖像平面的投影為基準(zhǔn)，以圖像像素在入射方向相鄰和兩側(cè)邊沿近鄰為條件選擇相關(guān)像素，最多選擇三個(gè)相關(guān)像素表示入射光線的平行特性。計(jì)算圖像每ー像素分別與此三個(gè)相關(guān)像素的顔色視覺(jué)感知亮度差，每ー差值再由SECr算法設(shè)置的各自的系數(shù)加權(quán)以體現(xiàn)其相關(guān)度，即體現(xiàn)表面亮度與表面形狀的相關(guān)度。SECr算法還設(shè)置對(duì)亮度差值之和的實(shí)際利用系數(shù)，以適應(yīng)不同特性的圖像增強(qiáng)立體感知的需要。應(yīng)用模型1，圖像中入射光線強(qiáng)度看起來(lái)顯著增強(qiáng)，景物的空間感和立體感也隨之顯著增強(qiáng)。模型2，像素顔色視覺(jué)感知亮度值對(duì)空間感知的影響模型。如上描述的成像環(huán)境照明光線產(chǎn)生的視知覺(jué)，分別涉及景物的亮度和清晰度，模型2將此二者關(guān)聯(lián)，即將圖像像素的亮度值與模型I計(jì)算的像素間亮度差值之和相關(guān)。在照明光線與觀察同向入射條件下，SECr算法結(jié)果是，像素顔色亮度值越高，則應(yīng)用以上亮度差值之和的比例越高，使像素顔色亮度值改變?cè)蕉啵?dāng)比相關(guān)像素亮則計(jì)算增加亮度，比相關(guān)像素暗則計(jì)算降低亮度。模型2將像素間亮度差對(duì)比度的改變相關(guān)于單目深度線索之一的像素亮度，圖像中亮度值相對(duì)較高的景物清晰度提升較多，因此就顯得越近，反之就顯得越遠(yuǎn)，圖像中景物的視覺(jué)空間感知顯著增強(qiáng)。在逆光條件下的相關(guān)性正好相反，結(jié)果是亮度越高清晰度越低因此就顯得越遠(yuǎn)。在照明光線近似垂直入射的條件下，具有在SECr算法中設(shè)置的亮度值的圖像像素應(yīng)用了亮度差值之和的最高比例量，因此景物的清晰度最高而顯得最近，由此分別到最亮和最暗的亮度區(qū)間中像素對(duì)亮度差值之和的應(yīng)用比例依次遞減，因此圖像中最亮和最暗的景物看起來(lái)都顯得相對(duì)較遠(yuǎn)。模型3，像素顏色視覺(jué)感知亮度中的彩色灰度量影響模型。如上所述，SECr算法中以CIELAB空間的L、C和h分別表示顏色視覺(jué)感知亮度、飽和度和色相角。以前研究一般認(rèn)為在明視覺(jué)下視桿細(xì)胞不起作用。最近的研究報(bào)告，視桿細(xì)胞在500cd/m2左右仍有活 動(dòng)，相信隨著科技的發(fā)展，顔色視覺(jué)模型將會(huì)進(jìn)ー步完善。本發(fā)明的技術(shù)方案，彩色圖像顏色的視覺(jué)感知亮度L值，由兩部分感知亮度組成，即中性灰亮度和彩色灰亮度。中性灰亮度范圍大約相當(dāng)于由人眼視桿細(xì)胞(rod)響應(yīng)生成的暗視覺(jué)全部和由紅綠藍(lán)三色視錐細(xì)胞(cone)響應(yīng)生成的明視覺(jué)的中、低區(qū)間部分。彩色灰亮度范圍是紅綠藍(lán)三色視錐細(xì)胞響應(yīng)生成的明視覺(jué)的高端部分，即比較靠近光譜光視效率曲線的部分，對(duì)于彩色數(shù)字圖像而言，其為L(zhǎng)—以上亮度部分。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案計(jì)算出各色相位面上彩色灰亮度范圍是不同的，所以在模型3中，利用色相位面彩色灰亮度范圍歸ー化計(jì)算結(jié)果，作為視覺(jué)感知色相的視覺(jué)感知彩色灰亮度當(dāng)量值。以像素顔色彩色灰亮度值與彩色灰亮度范圍的比值乘以上述彩色灰亮度當(dāng)量值的方程式，作為模型3的子模型1，表示圖像顏色視覺(jué)感知亮度中由感知色相主導(dǎo)的彩色灰亮度貢獻(xiàn)份額，實(shí)現(xiàn)上述的成像環(huán)境光線變化產(chǎn)生的視知覺(jué)中的顏色分布特性，即藍(lán)色物體顯得遠(yuǎn)，紅、黃色物體顯得近的定性描述轉(zhuǎn)換為量化描述。用CIE(International Commission on Lumination 國(guó)際照明委員會(huì))推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法將孟賽爾新標(biāo)系統(tǒng)顏色樣本的CIE xyY參數(shù)轉(zhuǎn)換為CIELAB空間色相h、亮度L和飽和度C數(shù)值，可見(jiàn)同一亮度序列中樣本顏色飽和度值越高顔色看起來(lái)顯得越亮，雖然它們的視覺(jué)感知亮度L值是相同的。因此，對(duì)于彩色數(shù)字圖像，本發(fā)明的技術(shù)方案計(jì)算彩色灰亮度范圍中的像素顏色視覺(jué)感知飽和度值與其所在亮度序列最大飽和度之比，作為視覺(jué)感知飽和度的視覺(jué)感知彩色灰亮度當(dāng)量值。以此當(dāng)量值乘以其視覺(jué)感知彩色灰亮度值與彩色灰亮度范圍之比的方程式，作為模型3的子模型2，表示圖像顏色視覺(jué)感知亮度中由感知飽和度主導(dǎo)的彩色灰亮度的貢獻(xiàn)份額，實(shí)現(xiàn)上述的成像環(huán)境光線變化產(chǎn)生的視知覺(jué)中的光亮與陰影分布特性，即一般明亮的物體顯得近，灰暗的物體顯得遠(yuǎn)的定性描述轉(zhuǎn)換為量化描述。模型3的子模型I和子模型2計(jì)算像素顔色的彩色灰亮度差的調(diào)整量，與模型2計(jì)算的像素顔色的中性灰亮度差調(diào)整量共同構(gòu)成圖像顏色視覺(jué)空間感知和景物立體感知對(duì)真實(shí)景物的仿真。通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案，圖像視覺(jué)感知清晰度和立體感同時(shí)顯著增強(qiáng)。但是，實(shí)際部分圖像內(nèi)容不需要顯著清晰，例如對(duì)于以人像為主要內(nèi)容的圖像，毛孔、汗毛等顯著清晰可能產(chǎn)生相反效果，因此本發(fā)明的技術(shù)方案還包括對(duì)圖像特定內(nèi)容進(jìn)行選擇性柔化的算法模塊。柔化計(jì)算使用以目標(biāo)像素為中心的5 X 5像素模板，類(lèi)高斯分布加權(quán)的卷積平均算法，調(diào)整目標(biāo)像素視覺(jué)感知亮度參數(shù)。調(diào)整量與多種條件和設(shè)置相關(guān)，包括=SECr算法中設(shè)定的像素之間視覺(jué)感知亮度差的閾值；目標(biāo)像素的近鄰像素，即模板中目標(biāo)像素的鄰圈像素(共8個(gè))亮度低于閾值的像素卷積閾值；模板中目標(biāo)像素的外圈像素(共16個(gè))亮度低于閾值的像素卷積閾值；SECr算法中設(shè)定的特定內(nèi)容的像素顔色視覺(jué)感知色相區(qū)間；設(shè)定的像素顔色視覺(jué)感知飽和度閾值；設(shè)定的對(duì)以上計(jì)算的的像素顔色視覺(jué)感知亮度調(diào)整量的實(shí)際使用比例值等。模板采用的類(lèi)高斯分布加權(quán)系數(shù)，是在典型高斯分布的基礎(chǔ)上根據(jù)SECr算法設(shè)計(jì)使用的閾值設(shè)置而調(diào)整設(shè)置的。僅使用顔色的視覺(jué)感知亮度值進(jìn)行柔化卷積計(jì)算，是本發(fā)明的主要技術(shù)特性，也是相比其它柔化算法具有顯著優(yōu)勢(shì)的原因之一。根據(jù)本發(fā)明的對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的方法包括以下步驟(I)計(jì)算顯示彩色數(shù)字圖像的設(shè)備的視覺(jué)感知空間的360個(gè)色相位面的顏色邊界，提取邊界上飽和度Cmaxu和最大飽和度Cmaxhl及其亮度Lanaxhl ； (2)正向變換彩色數(shù)字圖像像素顏色R、G和B數(shù)值為CIELAB空間的L、C和h數(shù)值，其中，h為色相角，L為亮度、C為飽和度；(3)確定真實(shí)景物成像條件下的入射光線在彩色數(shù)字圖像中的投影位置，設(shè)置目的像素的入射光線強(qiáng)度當(dāng)量Al，數(shù)值范圍O. 0-1，典型O. 4-0. 6，入射光線兩邊對(duì)稱位置的并行光線強(qiáng)度當(dāng)量Al_l和Al_2，分別表示該位置像素亮度與目的像素亮度的相關(guān)性Al_l = (I-Al) X [ (90- α ) /90]Al_2 = 1-A1-A1_1其中，α為入射光線在圖像上的投影與垂線的夾角；(4)計(jì)算目的像素與相關(guān)像素間的亮度差值Λ Li, j，在目的像素的入射光線及其兩邊對(duì)稱方向選擇的像素為相關(guān)像素，計(jì)算它們與目的像素間的亮度差A(yù)Ly,典型包括左上方入射光線條件下計(jì)算Δ Lij J — (LAi,廠し別-し j-i) X Al+(LAi, j-LBi, η) X Al_l+(LAi, j-LBh, j) XA1_2正上方入射光線條件下計(jì)算Δ Lij J — (LAi, j_LBi,ト丄)X Al+(LAi,廠し別-し j) X Al_l+(LAi, j-LBi+1,』)XA1_2右上方入射光線條件下計(jì)算Δ Lij J — (LAi, j_LBi+1,ト丄)X Al+(LAi, j-LBi,ト丄)X Al_l+(LAi, j-LBi+1,』)XA1_2其中，Ay表示圖像中目的像素，即調(diào)控亮度的像素，LAi, j表示該像素亮度；中心像素Ay四周共8個(gè)像素，自左上角順時(shí)針排列分別為Βη,』-ι，Bi, j-i Bi+i, j-ι Bi+1,j，Bi+1,j+1，Bij J+1, B^lj J+1, B^lj j,Lu, 至Lu, j表示相應(yīng)像素亮度，入射光線條件設(shè)定8種，即入射光源自左上、正上、右上、正右、右下、正下、左下和正左；(5)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知亮度表現(xiàn)的景物空間感知當(dāng)量DLi，j(5-1)與觀察同向光照條件下，DLijJ = (LAijJ/100)(5-2)與觀察逆向光照條件下，
DLijJ = (I-LAi,/100)(5-3)與觀察近似垂直光照條件下，設(shè)置Lzh為目標(biāo)亮度，即獲得最高視覺(jué)感知清晰度的亮度值，數(shù)值范圍50-95，典型75-85，如果LAi,j ^ Lzh, DLi,j = (100-LAijj)/(IOO-Lzh)如果LAi,』く Lzh, DLi,j — LAi,j/LZH。(6)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知亮度調(diào)控后亮度LTi, jLTi,j — LAi,』+Δ Li,』X DLi,』X Kl其中，！^為設(shè)置的調(diào)控比例系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3. 0，典型1.0-2. O。(7)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知亮度的彩色灰亮度當(dāng)量，(7-1)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知色相的彩色灰亮度當(dāng)量Daix和調(diào)控后亮度LT2i,p對(duì)顯示彩色數(shù)字圖像設(shè)備0° -359°各色相位面的Lcmaxhl以其中最大值為基數(shù)進(jìn)行歸ー化計(jì)算，得到相應(yīng)色相位面的彩色灰亮度當(dāng)量DMx，像素顏色視覺(jué)感知亮度大于Lemaxhl則計(jì)算調(diào)控亮度L12ij j — LTi, j+((LAi, j-LCmaxL1) / (100-LCmaxL1) XDca1x) XKt2其中，KT2為設(shè)置的調(diào)控系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3. 0，典型I. 0-2. O ；(7-2)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知飽和度的彩色灰亮度當(dāng)量Dbaqx和調(diào)控后亮度LT3i, j像素顏色視覺(jué)感知亮度大于L0liaxhl則計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知飽和度Cam的彩色灰亮度當(dāng)量Dbmx :Dba0x — (CAi, j/CmaxL1)計(jì)算調(diào)整后亮度L13ij j — LT2i,』+((LAi, j-LCmaxL1) / (100-LCmaxL1) X Dba0x) XKt3其中，KT3為設(shè)置的調(diào)控系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3. 0，典型I. 0-2. O。
(8)將像素顏色的色相h、飽和度C和計(jì)算調(diào)控后的LT3i,或LTi,j數(shù)值逆向變換為sRGB空間R、G和B數(shù)值和規(guī)范化。根據(jù)本發(fā)明的方法還包括選擇圖像中需柔化內(nèi)容的顔色視覺(jué)感知色相區(qū)間和設(shè)置相關(guān)調(diào)控系數(shù)的步驟11設(shè)置彩色數(shù)字圖像柔化內(nèi)容所在視覺(jué)感知色相區(qū)間的高端邊界Hex和低端邊界Hdx,及區(qū)間兩邊外沿的過(guò)渡區(qū)寬度Kra和Kmx，Hgx和Hdx數(shù)值范圍0-359°，Khgx和Kmx數(shù)值范圍0-20，典型10，色相區(qū)間的高端過(guò)渡區(qū)的外沿色相值Hwex = Hgx+Khgx,低端Htox = Hdx-Kiiix,只對(duì)指定色相區(qū)間內(nèi)的顔色保留規(guī)范柔化計(jì)算結(jié)果，對(duì)過(guò)渡區(qū)內(nèi)顔色因計(jì)算柔化得到的視覺(jué)感知亮度調(diào)整量，從色相區(qū)間邊界到外邊沿計(jì)算調(diào)整量平滑變化到O ;1. 2設(shè)置顏色視覺(jué)感知飽和度比例高限閾值Cawx和高端過(guò)渡區(qū)寬度系數(shù)BIm，Cgaox數(shù)值范圍 O. 40-0. 80，典型 O. 60-0. 70，BIcxi 數(shù)值范圍 O. 00-1，典型 O. 10，只對(duì)以上指定色相區(qū)間內(nèi)并且飽和度比例值在閾值Cawx以下的顔色保留規(guī)范柔化計(jì)算結(jié)果，對(duì)飽和度比例在Cawx到CeAra+BIm的顏色因計(jì)算柔化得到的視覺(jué)感知亮度調(diào)整量，從C·到Cau^BIm計(jì)算調(diào)整量平滑變化到O ;I. 3設(shè)置柔化卷積模板及相關(guān)像素權(quán)重，以柔化像素為中心的5X5像素作為柔化卷積模板，Li, j表示中心像素，即柔化像素，以下標(biāo)u表示模板上像素位置，i表示列，j表示行，像素權(quán)重分別設(shè)置為L(zhǎng)i^2 為 2，Li-^2 為 1，LiJ2 為 2，Li+ljJ_2 為 1，Li+2,」._2 為 2，LiH1 為 1，Li-^1 為 4，Lijj^1 為 4，為 4，Li+2j 為 1，Li^ 為 2，‘し』為 4，Lijj 為 8，Li+ljJ 為 4，Li+2jJ 為 2，Li^1 為 1，Lh,j+1 為 4，Lij J+1 為 4，Li+ljJ+1 為 4，Li+2j J+1 為 1，Li^2 為 2，Lh,j+2 為 1，Li,押為 2，Li+ljJ+2 為 1，Li+2j J+2 為 2 ；I. 4設(shè)置模板上相關(guān)像素間顏色視覺(jué)感知亮度差閾值LYU，Lyu數(shù)值范圍0-100，典型2-6，模板中心像素與另外像素的亮度差小于Lyu則記該像素為有效像素；I. 5設(shè)置模板上有效像素卷積閾值Sn和Sw設(shè)置與中心像素相鄰像素的有效像素的卷積閾值Sn，數(shù)值范圍0-32，典型24-28，梯度4，設(shè)置與中心像素相隔像素的有效像素的卷積閾值Sw，數(shù)值范圍0-24，典型10-14，梯度I或2，當(dāng)相鄰像素的有效像素卷積值大于Sn并且相隔像素的有效像素卷積值大于Sw，則計(jì)算模板有效像素卷積平均值作為中心像素的亮度值；I. 6設(shè)置像素視覺(jué)感知亮度調(diào)整量實(shí)際應(yīng)用的比例系數(shù)BJX1，Bjxi 數(shù)值范圍 O. 00-1，典型 O. 10-0. 30，Lyongj, i — Ljpi, j j+(LAi, j-LJpi, j) XBjxl其中，Lyongjj1為中心像素實(shí)際應(yīng)用的亮度值。根據(jù)本發(fā)明的彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的系統(tǒng)包括(I)顯示彩色數(shù)字圖像的設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顔色邊界計(jì)算模塊，包括(1-1)設(shè)備顏色空間的紅、綠和藍(lán)三原色值變換為CIELAB空間L、C和h值計(jì)算單元;(1-2)設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顔色邊界提取単元；(1-3)色相位面顔色邊界Cmaxu平滑単元。(2)彩色數(shù)字圖像像素顔色RGB模式正向轉(zhuǎn)換及歸并色相位面和亮度序列模塊，包括(2-1)將彩色數(shù)字圖像像素顏色RGB三原色值轉(zhuǎn)換為CIELAB空間的亮度L、飽和度C和色相角h值的計(jì)算單元。(2-2)像素顔色色相位面和亮度序列歸并單元，將圖像顔色空間劃分為360個(gè)基準(zhǔn)色相位面，以色相h值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)基準(zhǔn)色相位面，將色相位面中亮度L范圍劃分為101個(gè)基準(zhǔn)序列，以亮度L值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)亮度序列。(3)彩色數(shù)字圖像選擇性柔化計(jì)算模塊，包括(3-1)柔化內(nèi)容初選單元，讀取系統(tǒng)中設(shè)置的柔化顏色的色相區(qū)間邊界Hex和Hdx以及區(qū)間兩邊外沿的過(guò)渡區(qū)寬度Klffix和Kmx，讀取設(shè)置的柔化顏色的飽和度比例高限閾值Cgaox和高端過(guò)渡區(qū)寬度系數(shù)BIm，將符合條件的像素顏色導(dǎo)入柔化計(jì)算精選單元；
(3-2)柔化內(nèi)容精選和計(jì)算單元，讀取系統(tǒng)中設(shè)置的卷積模板相關(guān)像素間亮度差閾值LYU，讀取有效像素卷積閾值Sn和Sw，應(yīng)用系統(tǒng)中設(shè)置的柔化模板和像素加權(quán)，對(duì)符合條件的像素計(jì)算柔化亮度并導(dǎo)入柔化應(yīng)用計(jì)算單元；
(3-3)柔化亮度應(yīng)用計(jì)算單元，讀取系統(tǒng)中設(shè)置的亮度調(diào)整量實(shí)際應(yīng)用比例系數(shù)Bixi，將計(jì)算調(diào)整后的亮度值Lyww, i代替像素原有亮度值LAi, jo(4)彩色數(shù)字圖像像素顔色亮度增強(qiáng)計(jì)算模塊，包括(4-1)設(shè)置實(shí)際景物成像環(huán)境中入射光線在圖像上投影及與目的像素亮度相關(guān)像素作用當(dāng)量計(jì)算單元，設(shè)置目的像素的入射光線強(qiáng)度當(dāng)量Al，數(shù)值O. 4-0. 6，入射光線兩邊對(duì)稱位置的并行光線強(qiáng)度當(dāng)量Al_l和Al_2，Al_l = (I-Al) X [ (90- α ) /90]Al_2 = 1-A1-A1_1其中，α為入射光線在圖像上的投影與垂線的夾角； (4-2)目的像素與相關(guān)像素間的亮度差值A(chǔ)Liij計(jì)算單元，入射光線條件設(shè)定8種，即入射光源自左上、正上、右上、正右、右下、正下、左下和正左，目的像素與相關(guān)像素間的亮度差值A(chǔ)Liij典型包括左上方入射光線條件下計(jì)算Δ Lij j — (LAi,廠し別-し j-i) X Al+(LAi, j-LBi, j—!) X Al_l+(LAi, j-LBh, j) XA1_2正上方入射光線條件下計(jì)算Δ Lij j — (LAi, j_LBi,ト丄)X Al+(LAi,廠し別-し j) X Al_l+(LAi, j-LBi+1,』)XA1_2右上方入射光線條件下計(jì)算Δ Lij j — (LAi, j_LBi+1,パ)X Al+(LAi, j-LBi, j—) X Al_l+(LAi, j-LBi+1,』)XA1_2其中，Ai, j表示圖像中目的像素，即調(diào)控亮度的像素，LAi, j表示該像素亮度；中心像素Ay四周共8個(gè)像素，自左上角順時(shí)針排列分別為Βη,』-ι，Bi, j-i Bi+i, j-ι Bi+1,j，Bi+1,j+1，Bij J+1, B^lj J+1, B^lj j,Lm1至表示相應(yīng)像素亮度，入射光線條件設(shè)定8種，即入射光源自左上、正上、右上、正右、右下、正下、左下和正左；(4-3)像素顏色視覺(jué)感知亮度表現(xiàn)的景物空間感知當(dāng)量Du,j計(jì)算單元，在與觀察同向光照條件下DLijJ = (LAijJ/100)在與觀察逆向光照條件下DLijJ = (l-LAijJ/100)在與觀察近似垂直光照條件下設(shè)置Lzh為目標(biāo)亮度，即獲得最高視覺(jué)感知清晰度的亮度值，數(shù)值75-85，如果LAi, j 彡 Lzh, DLijJ = (100-LAijJ)/(IOO-Lzh)如果LAi,』く Lzh, DLi,j — LAi,j/LZH ；(4-4)像素顏色視覺(jué)感知亮度調(diào)控后亮度LTi,j計(jì)算單元，— LAi, j+ Δ Li,』X DLi,』X Kl以上，Kl為設(shè)置的調(diào)控比例系數(shù)，數(shù)值I. 0-2. O ；(4-5)像素顏色視覺(jué)感知色相的彩色灰亮度當(dāng)量Dca1x和調(diào)控后亮度LT2i, j計(jì)算單元，
讀取圖像設(shè)備0° -359°各色相位面的Lcmaxhl，以其中最大值為基數(shù)進(jìn)行歸一化，計(jì)算結(jié)果為相應(yīng)相位面的彩色灰亮度當(dāng)量DMx，比較像素顔色視覺(jué)感知亮度LAy大于Lanaxhl時(shí)計(jì)算調(diào)控亮度L12ij j — LTi, j+((LAi, j-LCmaxL1) / (100-LCmaxL1) XDca1x) XKt2以上KT2為設(shè)置的調(diào)控系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3. 0，典型1.0-2. O ;(4-6)像素顏色視覺(jué)感知飽和度的彩色灰亮度當(dāng)量Dbmx和調(diào)控后亮度LT3i, j計(jì)算單元，比較像素顏色視覺(jué)感知亮度LAi, j大于Lcniaxhl時(shí)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知飽和度CAi,j的彩色灰亮度當(dāng)量D_x Dba0x — (CAij j/CmaxL1) 計(jì)算調(diào)整后亮度L13ij j — LT2i, j+((LAi, j-LCmaxL1) / (100-LCmaxL1) X Dba0x) XKt3以上KT3為設(shè)置的調(diào)控系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3. 0，典型1.0-2. O。(5)將像素顏色的色相h、飽和度C和計(jì)算調(diào)控后的LT3i, j或LTi,j數(shù)值逆向變換為sRGB空間R、G和B三原色數(shù)值的計(jì)算模塊。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顔色邊界數(shù)據(jù)庫(kù)先經(jīng)由本發(fā)明系統(tǒng)中的設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顔色邊界計(jì)算模塊完成，計(jì)算包括(1-1)設(shè)備顏色空間的紅、綠和藍(lán)三原色值變換為CIELAB空間L、C和h值的計(jì)算，由本發(fā)明系統(tǒng)中的設(shè)備顏色空間的紅、綠和藍(lán)三原色值變換為CIELAB空間L、C和h值計(jì)算單元執(zhí)行(1-2)設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顔色邊界計(jì)算，由設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顔色邊界提取單元執(zhí)行以0-359整數(shù)表示基準(zhǔn)色相位面，以設(shè)備顔色色相h值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)基準(zhǔn)色相位面，并以0-100整數(shù)表示基準(zhǔn)亮度序列，以L值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)亮度序列，提取色相位面各亮度序列顔色最大飽和度值Cmaxu,作為該色相位面的顔色邊界計(jì)算數(shù)據(jù)；(1-3)色相位面顔色邊界平滑計(jì)算，由色相位面顔色邊界Cmaxu平滑單元執(zhí)行提取色相位面中最大飽和度值Cmaxhl具有的亮度Lemaxhl到最低亮度L = O的亮度序列區(qū)間所對(duì)應(yīng)的顏色邊界，以標(biāo)準(zhǔn)線性插值算法計(jì)算平滑邊界，彌補(bǔ)原亮度序列的最大飽和度Cmaxu非平滑遞減或填補(bǔ)缺失。計(jì)算得到的顔色邊界Cmaxu以及由亮度Lanaxhl到L =100的亮度序列區(qū)間對(duì)應(yīng)的顔色邊界Cmaxu，表示該色相位面的應(yīng)用顏色邊界。


圖I顯示了非標(biāo)設(shè)備顔色視覺(jué)感知空間示例色相位面全部歸并顏色坐標(biāo)，中部灰線表示歸并亮度序列算法，下部灰線表示以線性插值糾正相應(yīng)亮度序列最大飽和度Cmaxu的非平滑遞減及彌補(bǔ)缺失計(jì)算結(jié)果，橫坐標(biāo)飽和度C，縱坐標(biāo)亮度し圖2-1顯示了根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例的對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的方法的流程圖，說(shuō)明了設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顏色邊界計(jì)算流程。圖2-2顯示了根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例的對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的方法的流程圖，說(shuō)明了彩色數(shù)字圖像視覺(jué)感知亮度調(diào)控計(jì)算流程。
圖3為計(jì)算柔化卷積模板和像素權(quán)重。圖4中的a、b分別顯示了入射光線角度及相關(guān)像素亮度的相關(guān)性。圖5，a標(biāo)示像素位置，b標(biāo)示左上方入射光線時(shí)的相關(guān)像素，c標(biāo)示右上方入射光線時(shí)的相關(guān)像素。圖6-1原稿圖像，圖6-2經(jīng)本發(fā)明的方法處理后圖像。圖7-1原稿圖像，圖7-2經(jīng)本發(fā)明的方法處理后圖像。圖8-1使用SECr算法計(jì)算機(jī)程序的典型系統(tǒng)流程。圖8-2使用SECr算法IP的電視機(jī)典型系統(tǒng)流程。
圖8-3使用SECr算法ASIC的電視機(jī)典型系統(tǒng)流程。圖8-4使用SECr算法ASIC的電子設(shè)備典型系統(tǒng)流程。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I實(shí)施本發(fā)明的彩色數(shù)字圖像視覺(jué)立體感知增強(qiáng)流程。(I)計(jì)算顯示彩色數(shù)字圖像的設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顔色邊界數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)由本發(fā)明的系統(tǒng)中設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顔色邊界計(jì)算模塊運(yùn)算完成，計(jì)算包括(1-1)將設(shè)備顏色空間的紅、綠和藍(lán)三原色值變換為CIELAB空間L、C和h值的計(jì)算，由設(shè)備顏色空間紅、綠和藍(lán)三原色值變換為CIELAB空間L、C和h值計(jì)算單元執(zhí)行具有圖像顯示功能的電子設(shè)備典型為sRGB顏色空間和D65白場(chǎng)，sRGB空間RGB三原色色品查閱xr,max = O. 64 yr,max = O. 33, Xgjlliax = O. 30 yg,max = O. 60,xb,max = O. 15 yb,max = 0. 06D65白場(chǎng)CIEXYZ三刺激值查閱Xw = O. 950456 Yw = I Zw = I. 089058由以上參數(shù)計(jì)算顏色RGB數(shù)值變換CIEXYZ三刺激值所需3 X 3矩陣系數(shù)利用設(shè)備白場(chǎng)三原色的RGB值和CIEXYZ三刺激值正向變換公式
0.9^)05Xr, max Xg, max Xb, max 丄 1.0000 = Yr, max Yg, max Yb, max I1.0891 Zr, max ムg,m X Zb, max I將3X3矩陣系數(shù)表示為三原色色品值與亮度值的乘積形式
vy.9j)0」IXr, max/yr, max^^Vr, max (Xg, max/yg, max) Vg, max IXb, max/yb, max)Yb, max I1.0000 =Yr, maxYg, maxYb, maxI 1.089 I (Zr, max/yr, max)\ r, max (Zg, max/yg, max^ V^g, max (Zb, max/yb, max)Yb, max \由以上方程計(jì)算得到RGB三原色最大飽和度時(shí)的亮度值Yr，max = O. 2126 Yg，max = O. 7152 Yb，max = O. 0722應(yīng)用以上結(jié)果計(jì)算得到矩陣3 X 3系數(shù)
權(quán)利要求
1.對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)計(jì)算顯示彩色數(shù)字圖像的設(shè)備的視覺(jué)感知空間的360個(gè)色相位面的顏色邊界，提取邊界上飽和度Cmaxu和最大飽和度Cmaxhl及其亮度Lanaxhl ； (2)正向變換彩色數(shù)字圖像像素顏色R、G和B數(shù)值為CIELAB空間的L、C和h數(shù)值，其中，h為色相角，L為亮度、C為飽和度； (3)確定真實(shí)景物成像條件下的入射光線在彩色數(shù)字圖像中的投影位置，設(shè)置目的像素的入射光線強(qiáng)度當(dāng)量Al，數(shù)值范圍O. 0-1，典型O. 4-0. 6，入射光線兩邊對(duì)稱位置的并行光線強(qiáng)度當(dāng)量為Al_l和Al_2，表示該位置像素亮度與目的像素亮度的相關(guān)性 Al_l = (I-Al) X [ (90- α ) /90]Al_2 = 1-A1-A1_1 其中，α為入射光線在圖像上的投影與垂線的夾角； (4)計(jì)算目的像素與相關(guān)像素間的亮度差值A(chǔ)Lm，相關(guān)像素即目的像素入射光方向相鄰像素及其兩邊對(duì)稱方向近鄰像素，計(jì)算它們與目的像素間的亮度差Λ Li, γ 左上方入射光線條件下計(jì)算ALiij — (LAij J-Lb^1j J^1) XAl+(LAi, j-LBi, η) XAl_l+(LAi, j-Ln,』)XA1_2正上方入射光線條件下計(jì)算ALiij — (LAi, j_LBi, η) XAl+(LAi, j-Ln,』)XAl_l+(LAi, j-LBi+1,』)XA1_2右上方入射光線條件下計(jì)算 ALiij — (LAi, j_LBi+1, η) XAl+(LAi, j-LBi, η) XAl_l+(LAi, j-LBi+1,』)XA1_2 其中，Ay表示圖像中目的像素，即調(diào)控亮度的像素，LAi, j表示該像素亮度； 中心像素Auj四周共8個(gè)像素，自左上角順時(shí)針排列分別為 Bi-i, j-i, Bi, j-i Bi+i, j-ι Bi+1,j, Bi+lj J+1, Bij J+1, Bi-L j+1, B^lj 3, Ui-l.j-l至Lm-U表示相應(yīng)像素亮度， 入射光線條件設(shè)定8種，與上述像素位置相關(guān)，即入射光源自左上、正上、右上、正右、右下、正下、左下和正左； (5)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知亮度表現(xiàn)的景物空間感知當(dāng)量DLi，j (5-1)與觀察同向光照條件下 DLi,j = (LAi,j/100) (5-2)與觀察逆向光照條件下 DLi,j= (l-LAi,j/100) (5-3)與觀察近似垂直光照條件下 設(shè)置Lzh為目標(biāo)亮度，即獲得最高視覺(jué)感知清晰度的像素亮度值，數(shù)值范圍50-95，典型75-85，如果 LAi,j.≥U，DLi,j = (IOO-LmJ/(IOO-Lzh)如果 LAi,j〈 Lzh，Du,』一LAi,j/LZH ； (6)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知亮度調(diào)控后亮度LTi,」， ^τ , j — LAi, j + Δ Li,』X DLi,』X Kl 其中，I為設(shè)置的調(diào)控比例系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3. 0，典型I. 0-2. O ；(7)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知亮度的彩色灰亮度當(dāng)量， (7-1)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知色相的彩色灰亮度當(dāng)量Daix和調(diào)控后亮度LT2i,」， 對(duì)顯示彩色數(shù)字圖像設(shè)備0° -359°各色相位面的Lcmaxhl以其中最大值為基數(shù)進(jìn)行歸一化計(jì)算，得到各色相位面的彩色灰亮度當(dāng)量DMx， 像素顏色視覺(jué)感知亮度LAy大于L0naxhl則計(jì)算調(diào)控后亮度 Lt2i, j — LTi, j+((LAi, j-LCmaxL1) / (100-LCmaxL1) XDca1x) XKt2 其中，Kt2為設(shè)置的調(diào)控系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3. 0，典型1.0-2. 0， (7-2)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知飽和度的彩色灰亮度當(dāng)量D_x和調(diào)控后亮度LT3i,」， 像素顏色視覺(jué)感知亮度LAi, j大于LCmaxhl則計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知飽和度CAi, j的彩色灰亮度當(dāng)量D_x :
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顏色邊界及其上飽和度值，通過(guò)以下方法獲得 .2.I對(duì)使用紅、綠和藍(lán)三原色顯示彩色數(shù)字圖像的設(shè)備，使用設(shè)備標(biāo)稱的白場(chǎng)和紅、綠和藍(lán)三原色規(guī)定參數(shù)，應(yīng)用CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法，將設(shè)備紅、綠和藍(lán)三原色合成的全部顏色，轉(zhuǎn)換為CIEXYZ三刺激值及CIELAB空間L、C和h值，包括 以sRGB空間RGB三原色色品以及D65白場(chǎng)CIEXYZ三刺激值計(jì)算RGB三原色最大飽和度時(shí)亮度Ynfflax = O. 2126 Yg,max = 0.7152 Yb,max = O. 0722 應(yīng)用以上結(jié)果計(jì)算顏色RGB數(shù)值轉(zhuǎn)換為CIEXYZ三刺激值所需的3 X 3矩陣系數(shù)"O. 4124 O. 3576 O. 1805"O. 2126 O. 7152 O. 0722O. 0193 O. 1192 O. 9505 .2.2非標(biāo)設(shè)備需計(jì)算設(shè)備白場(chǎng)和紅、綠和藍(lán)三原色最大飽和度時(shí)的CIEXYZ三刺激值 .2.2. I使用標(biāo)準(zhǔn)分光光度儀，按照常規(guī)規(guī)范測(cè)量設(shè)備白場(chǎng)三刺激值XW’、YW’和Zw’，計(jì)算白場(chǎng)歸一化系數(shù)K1:K1 = 100/Y/ 計(jì)算設(shè)備白場(chǎng)的CIEXYZ三刺激值 Xw = xw，XK1 Yw = Y: XK1 Zw = I XK1, .2.2. 2使用標(biāo)準(zhǔn)分光光度儀，按照常規(guī)規(guī)范分別測(cè)量設(shè)備紅、綠和藍(lán)三原色最大飽和度條件下的三刺激值，X/、V和Z/，Xg，、Yg’和Zg’，Xb’、Yb’和Zb’再分別計(jì)算三原色的CIEXYZ三刺激值 r, max =Ynmax = Y/ XK1 Zr_ max = Z/ XK1 g, max = Xg，XK1 Ygjlllax = Yg，XK1 Zgj max = Zg，XK1^b.max = \，XK1 Ybjlllax = Yb，XK1 Zbj max = Zb’ XK1, .2.3用以上計(jì)算得到的三原色CIEXYZ三刺激值，替代步驟2. I所述標(biāo)準(zhǔn)方法中的3X3矩陣系數(shù)，將顏色RGB值轉(zhuǎn)換為CIEXYZ三刺激值，以計(jì)算得到的白場(chǎng)CIEXYZ三刺激值替代步驟2. I所述設(shè)備標(biāo)稱白場(chǎng)CIEXYZ三刺激值，將顏色CIEXYZ三刺激值計(jì)算為CIELAB空間L、C和h數(shù)值； .2.4將計(jì)算得到的設(shè)備空間全部顏色L、C和h數(shù)值，以色相h值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)基準(zhǔn)色相位面，再以亮度L值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)亮度序列； . 2.5以色相位面中全部亮度序列各自最大飽和度Cmaxu數(shù)值表示色相位面的顏色邊界，并對(duì)從色相位面的最大飽和度值Cmaxhl具有的亮度Lemaxhl到最低亮度L = O的亮度序列區(qū)間所對(duì)應(yīng)的顏色邊界，以標(biāo)準(zhǔn)線性插值方法糾正其中Cmaxu的非平滑遞減或填補(bǔ)邊界數(shù)據(jù)缺失，以計(jì)算得到的Cmaxu作為應(yīng)用顏色邊界。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，彩色數(shù)字圖像像素顏色R、G和B數(shù)值變換為在CIELAB空間的L、C和h參數(shù)，通過(guò)以下方法獲得 3.I使用設(shè)備或圖像標(biāo)稱的白場(chǎng)和R、G和B三原色規(guī)定參數(shù)，應(yīng)用CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法，將圖像像素RGB三原色值計(jì)算為CIEXYZ三刺激值及CIELAB空間L、C和h值，包括 以sRGB空間RGB三原色色品以及D65白場(chǎng)CIEXYZ三刺激值計(jì)算RGB三原色最大飽和度時(shí)亮度值Yr,眶=O. 2126 Yg,max = O. 7152 Yb,眶=O. 0722 應(yīng)用以上結(jié)果計(jì)算顏色RGB數(shù)值轉(zhuǎn)換為CIEXYZ三刺激值所需的3 X 3矩陣系數(shù)
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法包括選擇圖像中需柔化內(nèi)容的顏色視覺(jué)感知色相區(qū)間和設(shè)置相關(guān)調(diào)控系數(shù)的步驟 .4.1設(shè)置彩色數(shù)字圖像柔化內(nèi)容所在視覺(jué)感知色相區(qū)間的高端邊界Hex和低端邊界Hdx，及區(qū)間兩邊外沿的過(guò)渡區(qū)寬度Klffix和KHDX，Hgx和Hdx數(shù)值范圍0-359°，Khgx和Khdx數(shù)值范圍0-20，典型10，色相區(qū)間的高端過(guò)渡區(qū)的外沿色相值Hwex = Hex+KH(；x，低端Htox = Hdx-Kiiix,只對(duì)指定色相區(qū)間內(nèi)的顏色保留規(guī)范柔化計(jì)算結(jié)果，對(duì)過(guò)渡區(qū)內(nèi)顏色因計(jì)算柔化得到的視覺(jué)感知亮度調(diào)整量，從色相區(qū)間邊界到外邊沿計(jì)算調(diào)整量平滑變化到O ; .4.2設(shè)置顏色視覺(jué)感知飽和度比例高限閾值Cawx和高端過(guò)渡區(qū)寬度系數(shù)BIm，Cgaox數(shù)值范圍 O. 40-0. 80，典型 O. 60-0. 70，BIcxi 數(shù)值范圍 O. 00-1，典型 O. 10， 只對(duì)以上指定色相區(qū)間內(nèi)并且飽和度比例值在閾值Cawx以下的顏色保留規(guī)范柔化計(jì)算結(jié)果，對(duì)飽和度比例在Cawx到CeAra+BIm的顏色因計(jì)算柔化得到的視覺(jué)感知亮度調(diào)整量，從Cawx到CeA()X+BIm計(jì)算調(diào)整量平滑變化到O ; .4.3設(shè)置柔化卷積模板及相關(guān)像素權(quán)重， 以柔化像素為中心的5X5像素作為柔化卷積模板，Lijj表示中心像素，即柔化像素，以下標(biāo)u表示模板上像素位置，i表示列，j表示行，像素權(quán)重分別設(shè)置為 Li-2, j-2 為 2j L^lj j_2 為 I, Ly—2 為 2, Li+lj j_2 為 I, Li+2,j_2 為 2, Li-2, j-i 為 I，Li-I, j-i 為 4，Lij j_!為 4，Litljj^1 為 4，Li+2jJ^1 為 1，Li2, j 為 2，Lh,」為 4，Lijj 為 8，Li+1,j 為 4，Li+2jJ 為 2， Li-2, j+i 為 I，Li-JjJ+1 為 4，LijJ+1 為 4，Li+1,j+1 為 4，Li+2jJ+1 為 I， Li-2, j+2 為 2, L^lj j+2 力 I, !^,j+2 力 2, Li+lj j+2 力 I, Li+2jj+2 力 2 ； .4.4設(shè)置模板上相關(guān)像素間顏色視覺(jué)感知亮度差閾值LYU， Lyu數(shù)值范圍0-100，典型2-6，模板中心像素與另外像素的亮度差小于Lyu則記該像素為有效像素； . 4.5設(shè)置模板上有效像素卷積閾值Sn和Sw 設(shè)置與中心像素相鄰像素的有效像素的卷積閾值Sn，數(shù)值范圍0-32，典型24-28，梯度.4，設(shè)置與中心像素相隔像素的有效像素的卷積閾值Sw，數(shù)值范圍0-24，典型10-14，梯度I或2，當(dāng)相鄰像素的有效像素卷積值大于SN并且相隔像素的有效像素卷積值大于Sw，則計(jì)算模板有效像素卷積平均值作為中心像素的亮度值Llpiij ； .4.6設(shè)置像素視覺(jué)感知亮度調(diào)整量實(shí)際應(yīng)用的比例系數(shù)BJX1，Bjxi 數(shù)值范圍 O. 00-1，典型 O. 10-0. 30， Lyongj, i — Ljpi, j j+([Ai, j_LJpi, j) XBjxl 其中，LY()NW, i為中心像素實(shí)際應(yīng)用的亮度值。
5.對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括(1)顯示彩色數(shù)字圖像的設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顏色邊界計(jì)算模塊，包括(1-1)設(shè)備顏色空間的紅、綠和藍(lán)三原色值變換為CIELAB空間L、C和h值計(jì)算單元；(1-2)設(shè)備顏色視覺(jué)感知空間色相位面顏色邊界提取單元，以設(shè)備顏色色相h值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)基準(zhǔn)色相位面，以亮度L值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)亮度序列，提取色相位面各亮度序列顏色的最大飽和度值Cmaxu,作為該色相位面的顏色邊界計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(1-3)色相位面顏色邊界Cmaxu平滑單元，選擇色相位面的最大飽和度值Cmaxhl具有的亮度Lemaxhl到最低亮度L = O的亮度序列區(qū)間所對(duì)應(yīng)的顏色邊界Cmaxu,以標(biāo)準(zhǔn)線性插值算法計(jì)算平滑邊界，彌補(bǔ)Cmaxu非平滑遞減或填補(bǔ)邊界數(shù)據(jù)缺失，計(jì)算得到的顏色邊界以及由亮度Lcmaxhl到L = 100的亮度序列區(qū)間對(duì)應(yīng)的顏色邊界，表示該色相位面的應(yīng)用顏色邊界Cmaxu ； (2)彩色數(shù) 字圖像像素顏色RGB模式正向轉(zhuǎn)換及歸并色相位面和亮度序列模塊，包括 (2-1)將彩色數(shù)字圖像像素顏色RGB值轉(zhuǎn)換為CIELAB空間的L、C和h值的計(jì)算單元，其中，h為色相角，L為亮度、C為飽和度； (2-2)像素顏色色相位面和亮度序列歸并單元，將圖像顏色空間劃分為360個(gè)基準(zhǔn)色相位面，以色相h值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)基準(zhǔn)色相位面，將色相位面中亮度L范圍劃分為101個(gè)基準(zhǔn)序列，以亮度L值四舍五入歸并進(jìn)入相應(yīng)亮度序列；(3)彩色數(shù)字圖像選擇性柔化計(jì)算模塊，包括 (3-1)柔化內(nèi)容初選單元，讀取系統(tǒng)中設(shè)置的柔化顏色的色相區(qū)間邊界Hex和Hdx以及區(qū)間兩邊外沿的過(guò)渡區(qū)寬度Khb^P Khdx，讀取設(shè)置的柔化顏色的飽和度比例高限閾值高端過(guò)渡區(qū)寬度系數(shù)BIm，將符合條件的像素顏色導(dǎo)入柔化計(jì)算精選單元； (3-2)柔化內(nèi)容精選和計(jì)算單元，讀取系統(tǒng)中設(shè)置的卷積模板及相關(guān)像素間亮度差閾值LYU，讀取有效像素卷積閾值S1^P Sw，應(yīng)用系統(tǒng)中設(shè)置的柔化模板和像素加權(quán)，對(duì)符合條件的像素計(jì)算柔化亮度并導(dǎo)入柔化應(yīng)用計(jì)算單元； (3-3)柔化亮度應(yīng)用計(jì)算單元，讀取系統(tǒng)中設(shè)置的亮度調(diào)整量實(shí)際應(yīng)用比例系數(shù)Bm，將計(jì)算調(diào)整后的亮度值LY()NW, i代替像素原有亮度值LAi, j ；(4)彩色數(shù)字圖像像素顏色亮度增強(qiáng)計(jì)算模塊，包括 (4-1)設(shè)置真實(shí)景物成像環(huán)境中入射光線在圖像上投影角度及與目的像素亮度相關(guān)像素作用當(dāng)量計(jì)算單元， 設(shè)置目的像素的入射光線強(qiáng)度當(dāng)量Al，數(shù)值O. 4-0. 6，入射光線兩邊對(duì)稱位置的并行光線強(qiáng)度當(dāng)量Al_l和Al_2 Al_l = (I-Al) X [ (90- α ) /90]Al_2 = 1-Α1-Α1_1以上，α為設(shè)置的入射光線在圖像上的投影與垂線的夾角；(4-2)目的像素與相關(guān)像素間的亮度差值A(chǔ)Liij計(jì)算單元， 入射光線條件設(shè)定8種，即入射光源自左上、正上、右上、正右、右下、正下、左下和正左，目的像素與相關(guān)像素間的亮度差值典型包括左上方入射光線條件下計(jì)算 ALiij — (LAij J-Lb^1j J^1) XAl+(LAi, j-LBi, η) XAl_l+(LAi, j-Ln,』)XA1_2 正上方入射光線條件下計(jì)算 ALiij — (LAi, j_LBi, η) XAl+(LAi, j-Ln,』)XAl_l+(LAi, j-LBi+1,』)XA1_2 右上方入射光線條件下計(jì)算 ALiij — (LAi, j_LBi+1, η) XAl+(LAi, j-LBi, η) XAl_l+(LAi, j-LBi+1,』)XA1_2 其中，Ay表示圖像中目的像素，即調(diào)控亮度的像素，LAi, j表示該像素亮度；中心像素Auj四周共8個(gè)像素，自左上角順時(shí)針排列分別為Bi-i, j-i, Bi, j-i Bi+i, j-ι Bi+1,j, Bi+lj J+1, Bij J+1, Bi-L j+1, B^lj 3,Ui-l.j-l至Lm-U表示相應(yīng)像素亮度，入射光線條件設(shè)定8種，即入射光源自左上、正上、右上、正右、右下、正下、左下和正左； (4-3)像素顏色視覺(jué)感知亮度表現(xiàn)的景物空間感知當(dāng)量Du,」計(jì)算單元， 在與觀察同向光照條件下DLi,j = (LAi,j/100) 在與觀察逆向光照條件下 DLi,j= (l-LAi,j/100) 在與觀察近似垂直光照條件下 設(shè)置Lzh為目標(biāo)亮度，即獲得最高視覺(jué)感知清晰度的亮度值，數(shù)值75-85，如果 LAi,j.彡 U，DLi,j = (IOO-LmJ/(IOO-Lzh)如果 LAi,j〈 Lzh，Du,』一LAi,j/LZH ； (4-4)像素顏色視覺(jué)感知亮度調(diào)控后亮度LTy計(jì)算單元， Lti, j — LAi, j+ Δ Li, j X DLi,』X Kl 其中，I為設(shè)置的調(diào)控比例系數(shù)，數(shù)值I. 0-2. O ； (4-5)像素顏色視覺(jué)感知色相的彩色灰亮度當(dāng)量Daix和調(diào)控后亮度LT2i,」計(jì)算單元，讀取圖像設(shè)備0° -359°各色相位面的Lcmaxhl，以其中最大值為基數(shù)進(jìn)行歸一化計(jì)算，結(jié)果為相應(yīng)相位面的彩色灰亮度當(dāng)量DeAIX， 比較像素顏色視覺(jué)感知亮度LAy大于L0naxhl時(shí)計(jì)算調(diào)控后亮度 Lt2i, j — LTi, j+((LAi, j-LCmaxL1) / (100-LCmaxL1) XDca1x) XKt2 其中，Kt2為設(shè)置的調(diào)控系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3. O,典型I. 0-2. 0,DCAIx為像素顏色所在色相位面的相應(yīng)數(shù)據(jù)； (4-6)像素顏色視覺(jué)感知飽和度的彩色灰亮度當(dāng)量D_x和調(diào)控后亮度LT3i,」計(jì)算單元，比較像素顏色視覺(jué)感知亮度LAi,」大于Leniaxhl時(shí)計(jì)算像素顏色視覺(jué)感知飽和度CAi,」的彩色灰亮度當(dāng)量D_x : DbAOx — (Qu, j/QnaxLi) Cfflaxu為像素顏色所在色相位面亮度序列的最大飽和度數(shù)據(jù)，計(jì)算調(diào)整后亮度 Lt3i, j — LT2i, j+((LAi, j_LCmaxL1) / (100_LCmaxL1) X Dba0x) XKt3 其中，Kt3為設(shè)置的調(diào)控系數(shù)，數(shù)值范圍O. 0-3.0，典型I. 0-2. O ; (5)將像素顏色的色相h、飽和度C和計(jì)算調(diào)整后的亮度LT3i,」或LTi,」數(shù)值逆向變換為sRGB空間R、G和B數(shù)值及規(guī)范化的計(jì)算模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，具體涉及對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行視覺(jué)立體感知增強(qiáng)的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案提取圖像中的單目深度信息，并以真實(shí)景物的觀察效果為目標(biāo)仿真計(jì)算單目深度信息增強(qiáng)。結(jié)果，圖像像素顏色的視覺(jué)感知亮度值仿真變換為新值，視覺(jué)感知飽和度和色相不變，圖像的視覺(jué)感知空間感和景物的立體感顯著增強(qiáng)。
文檔編號(hào)G06T7/40GK102663741SQ20121007851
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者侯克杰 申請(qǐng)人:北京佳泰信業(yè)技術(shù)有限公司