本發(fā)明屬于計算機圖像處理領(lǐng)域，特別是一種基于視覺體驗的色彩處理方法。

背景技術(shù)：

色彩是人的眼睛對于不同頻率的光線的感受，色彩既是客觀的，又是主觀感知的，有認識差異?；蛘哒f，色彩是人的眼睛對于不同頻率、不同強度的光線的感受。

色彩的視覺體驗屬性常見的有色相、色度、亮度等。其定義有多種，內(nèi)涵大致相同。

色相也稱色調(diào)，是區(qū)別各種不同色彩的基本特征。任何黑、白、灰以外的顏色都有色相的屬性。

色度也稱色彩飽和度、純度，是色彩的純度，純度越高，表現(xiàn)越鮮明，純度較低，表現(xiàn)則較黯淡。

亮度也稱明度，指色彩中深淺程度、明暗程度。白色亮度最高，黑色亮度最低。純色中，黃色亮度最高、蘭色亮度最低。

色彩的描述方法可以采用各種色彩模型。色彩模型也叫顏色模型、色彩空間、顏色空間，是使用一組數(shù)值描述表示顏色的方法的抽象數(shù)學模型。常見色彩模型有多種，如RGB、HSV、HSL、HSB、HSI、CMYK、YUV、Lab、Ycc、XYZ等。

RGB是最常用的色彩模型。RGB色彩模型以3種端元基色以不同比例混合產(chǎn)生各種顏色。計算機光柵圖形顯示設(shè)備采用此模型。R、G、B取值范圍根據(jù)分辨率不同而不同，一般R、G、B取值范圍為0～255。HSL、HSV、HSB、HSI等色彩模型基本上都以色相、色度、亮度描述色彩。

計算機圖像原始數(shù)據(jù)一般為RGB格式數(shù)據(jù)，在進行有關(guān)視覺體驗的圖像處理時，往往需要將RGB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為色相、色度、亮度數(shù)據(jù)。但是，HSL、HSV、HSB、HSI等色彩模型都有以下兩個特點，或其中之一，不符合人的視覺體驗。

比如：現(xiàn)有的亮度計算方法，會出現(xiàn)不同的純色的亮度相同的等現(xiàn)象，以及類似現(xiàn)象。在視覺體驗中，不同的純色的亮度是不相同的。如，純蘭色的亮度是低于純黃、純綠的。

再如：現(xiàn)有的色度計算方法，會出現(xiàn)同色相純色與非純色的色度相同的現(xiàn)象，以及類似現(xiàn)象。在視覺體驗中，含有白色成分的色彩，其色度不能等同于純色。比如，極暗的黑紅色RGB(9，0，0)的色度是低于純紅RGB(255，0，0)的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于視覺體驗的色彩處理方法，用以解決現(xiàn)有色彩模型的亮度和色度處理與人的視覺體驗差異大的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：

一種基于視覺體驗的色彩處理方法，步驟如下：獲取RGB格式的數(shù)字圖像；對RGB格式數(shù)據(jù)進行處理：亮度W＝(RL+GM+BN)/D/(L+M+N)；色度S＝(Max-Min)/D；其中，R、G、B為RGB格式數(shù)據(jù)；Max為R、G、B中最大值；Min為R、G、B中最小值；L、M、N為系數(shù)；D為R、G、B取值范圍最大值。

進一步的，色相H的計算方式為：如果R最大，則H＝0+(G-B)/(Max-Min)；如果G最大，則H＝2+(B-R)/(Max-Min)；如果B最大，則H＝4+(R-G)/(Max-Min)；然后將H擴大60倍，并且判斷H是否小于零，若小于零則將當前H值加360得到新的H值。

進一步的，對RGB格式數(shù)據(jù)進行處理的過程為：

If R＝Max Then H＝0+(G-B)/(Max-Min)

If G＝Max Then H＝2+(B-R)/(Max-Min)

If B＝Max Then H＝4+(R-G)/(Max-Min)

H＝60H

If H<0Then H＝H+360

S＝(Max-Min)/D

W＝(RL+GM+BN)/D/(L+M+N)

從而獲得HSW格式數(shù)據(jù)；

對HSW格式數(shù)據(jù)進行處理過程為：

W＝W(L+M+N)

H＝H/60

IF 0<＝H<1

R＝(-HMS+MS+NS+W)

G＝(HLS+HNS-LS+W)

B＝(-HMS-LS+W)

IF 1<＝H<2

R＝(-HMS-HNS+2MS-MS+2NS+W)

G＝(HLS-2LS+LS+NS+W)

B＝(HLS-2LS-MS+W)

IF 2<＝H<3

R＝(-HNS-MS+2NS+W)

G＝(-HNS+LS+2NS+NS+W)

B＝(HLS+HMS-2LS-2MS-MS+W)IF 3<＝H<4

R＝(HMS-4MS-NS+W)

G＝(-HLS-HNS+4LS+4NS-NS+W)B＝(HMS+LS-4MS+MS+W)

IF 4<＝H<5

R＝(HMS+HNS-4MS-4NS-NS+W)

G＝(-HLS+4LS-NS+W)

B＝(-HLS+4LS+LS+MS+W)

IF 5<＝H<6

R＝(HNS+MS-6NS+NS+W)

G＝(HNS-LS-6NS+W)

B＝(-HLS-HMS+6LS-LS+6MS+W)

R＝RD/(L+M+N)

G＝GD/(L+M+N)

B＝BD/(L+M+N)

從而獲得RGB格式數(shù)據(jù)。

進一步的，所述系數(shù)L、M、N分別取38.4、76.8、12.8。

基于實驗效果可知，本發(fā)明的色彩處理方法明顯提高了色相、色度、亮度參數(shù)與視覺體驗的符合程度，在圖像處理中有較大價值。

附圖說明

圖1為HSW等色相切面圖；

圖2為HSW等色度切面圖；

圖3為HSW等亮度切面圖；

圖4為HSL及HSW亮度轉(zhuǎn)換效果圖；

圖5為圖4樣本圖中亮度大于50％的區(qū)域提取圖；

圖6為HSL及HSW色度轉(zhuǎn)換效果圖；

圖7為HSL及HSW亮度轉(zhuǎn)換圖；

圖8為HSL及HSW色度轉(zhuǎn)換圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

本發(fā)明的給出了一種新的色彩模型，定義為HSW模型，與HSL、HSV、HSB、HSI等色彩模型相似，HSW色彩模型把RGB數(shù)據(jù)做一定的變換，使變換后的數(shù)據(jù)更接近視覺體驗的色相、色度、亮度。

在獲得計算機RGB格式數(shù)據(jù)后，對RGB數(shù)據(jù)進行處理得到HSW模型的函數(shù)如下：

Function RGBtoHSW

If R＝Max Then H＝0+(G-B)/(Max-Min)

If G＝Max Then H＝2+(B-R)/(Max-Min)

If B＝Max Then H＝4+(R-G)/(Max-Min)

H＝60H

If H<0Then H＝H+360

S＝(Max-Min)/D

W＝(RL+GM+BN)/D/(L+M+N)

END RGBtoHSW

相應(yīng)的，HSW模型到RGB轉(zhuǎn)換如下：

Function HSWtoRGB

W＝W(L+M+N)

H＝H/60

IF 0<＝H<1

R＝(-HMS+MS+NS+W)

G＝(HLS+HNS-LS+W)

B＝(-HMS-LS+W)

IF 1<＝H<2

R＝(-HMS-HNS+2MS-MS+2NS+W)

G＝(HLS-2LS+LS+NS+W)

B＝(HLS-2LS-MS+W)

IF 2<＝H<3

R＝(-HNS-MS+2NS+W)

G＝(-HNS+LS+2NS+NS+W)

B＝(HLS+HMS-2LS-2MS-MS+W)

IF 3<＝H<4

R＝(HMS-4MS-NS+W)

G＝(-HLS-HNS+4LS+4NS-NS+W)

B＝(HMS+LS-4MS+MS+W)

IF 4<＝H<5

R＝(HMS+HNS-4MS-4NS-NS+W)

G＝(-HLS+4LS-NS+W)

B＝(-HLS+4LS+LS+MS+W)

IF 5<＝H<6

R＝(HNS+MS-6NS+NS+W)

G＝(HNS-LS-6NS+W)

B＝(-HLS-HMS+6LS-LS+6MS+W)

R＝RD/(L+M+N)

G＝GD/(L+M+N)

B＝BD/(L+M+N)

END HSWtoRGB

其中，R、G、B為RGB格式數(shù)據(jù)；H、S、W為HSW色彩描述方法色相H、色度S、亮度W；Max為R、G、B中最大值；Min為R、G、B中最小值；L、M、N為系數(shù)。D為R、G、B取值范圍最大值，一般取255，可根據(jù)實際情況調(diào)整；H、S、W取值范圍為0<＝H<360，0<＝S<＝1，0<＝W<＝1。

本發(fā)明處理亮度的方式為：W＝(RL+GM+BN)/D/(L+M+N)，處理色度的方式為S＝(Max-Min)/D。

關(guān)于色相H，其處理方式與現(xiàn)有色彩模型相同，不屬于本發(fā)明的改進部分，故不再進行解釋說明。

經(jīng)數(shù)人、數(shù)百張圖片樣本色度、亮度評價實驗，總結(jié)得出L、M、N分別取38.4、76.8、12.8是一種優(yōu)化的選擇方案。具體應(yīng)用時，也可按實際條件實驗調(diào)整。

HSW色彩模型不會出現(xiàn)不同的純色的亮度相同的現(xiàn)象，以及類似現(xiàn)象；也不會出現(xiàn)同色相純色與非純色的色度相同的現(xiàn)象，以及類似現(xiàn)象。從而解決了現(xiàn)有色彩模型存在問題，使得色彩更符合人的視覺體驗。

下面為從各種不同方面給出的實驗驗證上述方案的效果。

圖1為HSW等色相切面圖。圖中6個子圖色相H分別取0、60、120、180、240、300。每個子圖縱軸為亮度W，橫軸為色度S。三角形右側(cè)頂點高低不同，體現(xiàn)純色有不同的亮度，與HSV等色彩模型不同。符合人的視覺體驗，純色中黃色亮度最高、蘭色亮度最低。

圖2為HSW等色度切面圖。圖中6個子圖色度S分別取0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、0.96。每個子圖縱軸為亮度W，橫軸為色相H?？梢钥吹剑瑳]有在HSV等色彩模型中出現(xiàn)的亮度極暗或極亮仍有很高色度等不合乎視覺體驗的現(xiàn)象。

圖3為HSW等亮度切面圖。圖中6個子圖亮度W分別取0.5、0.20、0.40、0.60、0.80、0.95。圓周為色相H，半徑為色度S?？梢钥吹?，沒有在HSV等色彩模型中出現(xiàn)的純色與白色有相同亮度等不合乎視覺體驗的類似現(xiàn)象。

圖4為HSL及HSW亮度轉(zhuǎn)換效果圖。圖中左側(cè)樣本圖為一火山巖巖石薄片偏光顯微鏡照片，后兩圖分別為樣本圖轉(zhuǎn)換的HSL、HSW亮度圖。可以明顯看出，HSW亮度圖能夠更好體現(xiàn)原圖視覺亮度特征。如，標記a、b、c處的亮度層次關(guān)系，在HSL亮度圖中不能表現(xiàn)，在HSW亮度圖中則比較清晰。

圖5為圖4樣本圖中亮度大于50％的區(qū)域提取圖。分別以HSL、HSW亮度提取樣本圖中亮度大于50％的區(qū)域，以白色表示?？梢悦黠@看出，二者區(qū)別很大。這將對圖像處理的后續(xù)工作產(chǎn)生嚴重影響，這種區(qū)別是不容忽視的。

圖6為HSL及HSW色度轉(zhuǎn)換效果圖。后兩圖分別為樣本圖轉(zhuǎn)換的HSL、HSW色度圖。區(qū)別較亮度更大。哪一種方法的色度圖更合理，并不能直觀的看出來。HSW色彩描述方法更接近視覺體驗感受特性的進一步展示、比較見圖7。

圖7為HSL及HSW亮度轉(zhuǎn)換圖。樣本圖為為一些均勻色塊。每行亮度不同，每列色相不同。后兩圖分別為樣本圖轉(zhuǎn)換的HSL、HSW亮度圖?？梢悦黠@看出，HSW亮度圖能夠更好體現(xiàn)原圖視覺亮度特征。如，b列色塊在e列體現(xiàn)為接近相同的亮度，顯然是不合適的；在h列中則有很好的表現(xiàn)。

圖8為HSL及HSW色度轉(zhuǎn)換圖。樣本圖同圖7。后兩圖分別為樣本圖轉(zhuǎn)換的HSL、HSW色度圖。色度也稱色彩飽和度、純度，是色彩的純度，純度越高，表現(xiàn)越鮮明，純度較低，表現(xiàn)則較黯淡。a、b、c列雖然色相相同，但色度是明顯不同的。HSL色彩模型在d、e、f列表現(xiàn)為同一色度，顯然是不合適的；HSW色彩模型在g、i列表現(xiàn)為灰色，h列表現(xiàn)為白色合理的體現(xiàn)了a、c列在色度上與b列的差距。

結(jié)合以上分析和比較可知，HSW色彩描述方法在亮度、色度兩方面，比其它色彩模型更符合人的視覺體驗。