多光譜圖像色彩再現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、針對(duì)傳統(tǒng)色彩再現(xiàn)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)變觀察環(huán)境下物體顏色真實(shí)再現(xiàn)問題，研究了基于光譜的色彩再現(xiàn)技術(shù)。重點(diǎn)研究了多光譜圖像色彩再現(xiàn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、光譜反射率重建、多光譜圖像數(shù)據(jù)降維、光譜色彩校正等關(guān)鍵技術(shù)問題，并根據(jù)理論研究成果，構(gòu)建了多光譜圖像色彩管理系統(tǒng)。
　　 首先探討了多光譜圖像色彩再現(xiàn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從分析理想條件下的邏輯結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合當(dāng)前光譜設(shè)備和處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，給出了再現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)。據(jù)此設(shè)計(jì)了物理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件

2、結(jié)構(gòu)，提出了光譜色彩再現(xiàn)的兩種實(shí)現(xiàn)流程——基于低維中間空間的實(shí)現(xiàn)流程和基于設(shè)備光譜模型的實(shí)現(xiàn)流程，分別分析了兩種流程的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)。
　　 針對(duì)多光譜輸入圖像需去除觀察環(huán)境和相機(jī)特性影響、進(jìn)行光譜反射率重建的問題，進(jìn)行了光譜重建技術(shù)的研究。首先介紹了窄帶和寬帶光譜成像系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，然后綜述了目前已有的三類重建方法：直接重建法、插值重建法和基于學(xué)習(xí)的光譜重建法。最后，構(gòu)建了一個(gè)6通道光譜成像系統(tǒng)，利用該成像系統(tǒng)仿真了三種適

3、用的重建方法。實(shí)驗(yàn)表明，R-矩陣法由于兼顧了數(shù)字圖像包含的光譜和色度信息，較其他方法能帶來更好的重建結(jié)果，可用于光譜再現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行光譜反射率重建。
　　 針對(duì)多光譜圖像高維并增加了色彩再現(xiàn)復(fù)雜度的問題，提出了兩種光譜數(shù)據(jù)降維方法。首先針對(duì)現(xiàn)有光譜數(shù)據(jù)降維算法存在重構(gòu)出現(xiàn)負(fù)值的問題，提出一種基于非負(fù)主成分分析的寬帶多光譜空間表示法，并用該法構(gòu)造低維光譜空間，實(shí)現(xiàn)高維多光譜數(shù)據(jù)與低維光譜空間的轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)表明，新方法可將重構(gòu)光譜反射率數(shù)

4、據(jù)限制在[0，1]區(qū)間內(nèi)，保持了光譜反射率的物理意義。針對(duì)現(xiàn)有光譜數(shù)據(jù)降維方法不能兼顧光譜精度、色度精度、光照變換色差穩(wěn)定性的問題，提出一種WSPCAplus光譜圖像非線性降維方法。新方法通過引入人眼視覺系統(tǒng)特征，提高了降維結(jié)果的色度精度和光照變換的色差穩(wěn)定性；通過補(bǔ)償因提高色度精度導(dǎo)致的光譜損失，減小了降維結(jié)果的光譜誤差；通過根據(jù)應(yīng)用精度要求組合前兩步產(chǎn)生的降維數(shù)據(jù)，形成了最終的降維結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明，該方法在光照變換色差穩(wěn)定性、光譜精度

5、及色度精度三個(gè)方面，均優(yōu)于現(xiàn)有算法。
　　 多光譜圖像硬拷貝輸出時(shí)，需將圖像數(shù)據(jù)變換到設(shè)備色空間并進(jìn)行非線性校正。現(xiàn)有的多光譜輸入/輸出設(shè)備中，僅超四色打印機(jī)投入實(shí)際應(yīng)用，且其非線性特性最為復(fù)雜。因此，本文以超四色打印機(jī)為研究對(duì)象，提出了兩種光譜色彩校正方法。首先借鑒現(xiàn)有色度色彩校正技術(shù)，提出了一種采用查找表的超四色打印光譜色彩校正方法。該方法結(jié)合降維技術(shù)，針對(duì)光譜數(shù)據(jù)的高維性，利用了查找表法精度高、速度快的特點(diǎn)，有效提高了光譜

6、色彩校正的精度和效率。由于建立設(shè)備解析模型只需測量少量樣本，因此提出一種基于設(shè)備光譜模型的色彩校正方法。該方法在Yule-Nielsen Neugebauer正向光譜打印模型的基礎(chǔ)上，以兼顧光譜和色度精度為目標(biāo)，采用非線性優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行色彩校正。實(shí)驗(yàn)表明，新方法與現(xiàn)有模型校正法相比，在色度和光譜精度兩方面性能均有顯著優(yōu)勢，并且具有良好的誤差分布，分色效果好，能有效提高多光譜圖像的打印輸出質(zhì)量。
　　 最后，根據(jù)上述研究成果，進(jìn)行了

7、多光譜圖像色彩管理系統(tǒng)的構(gòu)建。該系統(tǒng)采用光譜CMM+Profile的模式，可與現(xiàn)行色度色彩管理系統(tǒng)兼容。首先對(duì)光譜CMM進(jìn)行了設(shè)計(jì)，給出了CMM各個(gè)環(huán)節(jié)的具體工作流程。然后對(duì)光譜Profile進(jìn)行分析，提出了兩種針對(duì)不同的目的光譜Profile的數(shù)據(jù)生成方法。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，從客觀精度評(píng)價(jià)和主觀視覺評(píng)價(jià)兩方面對(duì)系統(tǒng)的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的兩種多光譜色彩再現(xiàn)流程各具特色，查找表法流程具有精度高效率高的特點(diǎn)，而光譜