CN104933706B - 一种成像系统色彩信息标定方法 - Google Patents
一种成像系统色彩信息标定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种成像系统色彩信息标定方法，包括由标定色卡的光谱反射比与标定光源的光谱强度分布计算得到其CIEXYZ三刺激值，并转换至色彩空间CIELAB的坐标；采用参照成像系统和待标定成像系统对同一成像环境下同一场景进行成像，获得数字图像色彩信息即数字驱动值，通过拟合获得CIELAB坐标与数字驱动值之间映射矩阵；对于待标定成像系统在任意成像环境下场景获取的数字图像，采用相应映射矩阵，将每像素的数字驱动值预测至对应的CIELAB坐标，再预测至标定后数字驱动值，完成两成像系统间准确的色彩信息标定。本发明实现了数字图像色彩信息在各种设备间的准确传递和呈现，标定算法准确，方法实施简单，适用性强。
Description
技术领域
本发明属于数字图像技术领域，尤其涉及一种成像系统色彩信息标定方法。
背景技术
图像是人类获取和交换外界信息的主要来源，成像系统则是获取数字图像不可或缺的硬件设备。成像系统是一种根据几何光学或物理光学的规律将场景亮度分布转换为光电传感器照度分布的系统，其获取的数字图像可广泛应用于摄影、记录、侦查、遥感测绘等领域。在某些应用需求中，要求不同成像系统对同一成像环境下同一场景所记录的数字图像具有相同的色彩信息，即数字驱动值(R,G,B)相同，当这些数字图像传输至任意输出设备显示时，也会带来视觉上一致的色彩感知量，从而便于数字图像色彩信息在各种设备之间的准确传递和呈现。
然而，不同成像系统由于传感器类型、工作参数设置、光谱响应特性以及成像环境等方面存在差异，它们对同一成像环境下同一场景获取的成像结果并不相同，导致这些成像系统最终获取图像的色彩信息存在较大相异，这在一定程度上限制了成像系统在军民领域的进一步应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成像系统色彩信息标定方法，旨在解决不同成像系统由于传感器类型、工作参数设置、光谱响应特性以及成像环境等方面存在差异，对同一成像环境下同一场景获取的成像结果并不相同，导致成像系统最终获取图像的色彩信息存在较大相异，一定程度上限制了成像系统在军民领域进一步应用的问题。
本发明是这样实现的，一种成像系统色彩信息标定方法，所述成像系统色彩信息标定方法包括：
首先由标定色卡的光谱反射比与标定光源的光谱强度分布计算得到CIEXYZ三刺激值，并转换至均匀色彩空间CIELAB的坐标；
然后，采用参照成像系统和待标定成像系统对同一成像环境下同一场景进行成像，获得数字图像色彩信息即数字驱动值，通过拟合获得CIELAB坐标与数字驱动值之间的映射矩阵；
对于待标定成像系统在任意成像环境下场景获取的数字图像，采用相应的映射矩阵，将每像素的数字驱动值预测至对应的CIELAB坐标，再预测至标定后数字驱动值，完成两成像系统间准确的色彩信息标定。
进一步，所述成像系统色彩信息标定方法具体包括以下步骤：
步骤一、选择标定色卡与标定光源，标定色卡不少于24个色样，根据标定色卡N个色样的光谱反射比ρi(λ)和标定光源的光谱强度分布结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数通过下面两个公式计算出标定色卡N个色样在CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(Xi,Yi,Zi)；
通过和下式计算出标定光源在CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(XW,YW,ZW)；
其中，Δλ是计算时所采用的光谱采样间隔，取5nm，i为标定色卡N个色样的序号，i＝1,2,3,…,N；
步骤二、将步骤一所获的(Xi,Yi,Zi)和(XW,YW,ZW)代入下面两个公式，计算出每个色样在均匀色彩空间CIELAB的坐标
步骤三、分别采用参照成像系统和待标定成像系统，对标定光源下的N个色样进行成像，记录获取数字图像的色彩信息，读取每个色样在两个成像系统中对应的数字驱动值(RSi,GSi,BSi)和(RTi,GTi,BTi)；
步骤四、对于待标定成像系统，根据步骤二所获的N个色样CIELAB坐标和步骤三所获的N个色样数字驱动值(RTi,GTi,BTi)，采用最小二乘法拟合出下式中由(RTi,GTi,BTi)预测至的映射矩阵MT，MT为3×11矩阵；
步骤五、对于参照成像系统，根据步骤二所获的N个色样CIELAB坐标和步骤三所获的N个色样数字驱动值(RSi,GSi,BSi)，采用最小二乘法拟合出由预测至(RSi,GSi,BSi)的映射矩阵HSI，HSI为3×10矩阵；
步骤六、对于待标定成像系统在任意成像环境下任一场景获取的数字图像，采用步骤四所获的映射矩阵MT，通过下式，由每像素的数字驱动值(RTj',GTj',BTj')预测出对应的CIELAB空间坐标其中j＝1,2,3,…,N'，N'是待标定成像系统获取数字图像的总像素数目；
步骤七、对于步骤六所获待标定成像系统每像素的CIELAB空间坐标采用步骤五所获的映射矩阵HSI，通过下式，预测出每像素对应的标定后数字驱动值(RSj',GSj',BSj')，即完成了两个成像系统间的色彩信息标定，使待标定成像系统在任意成像环境下某场景获取的数字图像具有与参照成像系统一致的数字驱动值；
本发明提供的成像系统色彩信息标定方法，实现了不同成像系统间的色彩信息标定，使它们对同一成像环境下同一场景成像获得的色彩信息一致，即数字驱动值相同；在以标定色卡光谱反射比与标定光源光谱强度分布信息计算至其CIELAB坐标的环节中，CIELAB均匀色彩空间的选用可以使色彩信息的表征和传递更具通用性；通过映射矩阵建立CIELAB坐标与数字驱动值之间数学关联的方式，能够更加准确表征不同成像系统获取的色彩信息。本发明方法实施简单，标定算法准确，适用性强，有利于数字图像色彩信息在不同设备间的准确传递和呈现。
附图说明
图1是本发明实施例提供的成像系统色彩信息标定方法流程图；
图2是本发明实施例提供的目标标定参量CIELAB坐标的计算过程；
图3是本发明实施例提供的成像系统色彩信息标定方法具体实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过一定的处理算法对不同成像系统进行图像色彩信息的标定，使它们获取的数字图像保持一致的数字驱动值(R,G,B)，克服由传感器类型、工作参数设置、光谱响应特性及成像环境造成的色彩信息差异，保证不同成像系统对同一成像环境下同一场景获取的数字图像具有一致的色彩信息，这将对成像系统图像质量的优化及其应用领域的扩展产生显著的推动作用。
下面结合附图1-3对本发明的成像系统色彩信息标定过程作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例的成像系统色彩信息标定方法包括以下步骤：
S101：由标定色卡的光谱反射比与标定光源的光谱强度分布计算得到其CIEXYZ三刺激值，并转换至均匀色彩空间CIELAB的坐标；
S102：采用参照成像系统和待标定成像系统对同一成像环境下同一场景进行成像，获得数字图像色彩信息即数字驱动值，通过拟合获得CIELAB坐标与数字驱动值之间的映射矩阵；
S103：对于待标定成像系统在任意成像环境下场景获取的数字图像，可采用相应的映射矩阵，将每像素的数字驱动值预测至对应的CIELAB坐标，再预测至其标定后数字驱动值，即完成两成像系统间准确的色彩信息标定。
在实施例中，以佳能5D Mark III单反相机为参照成像系统，以尼康J4微单相机为待标定成像系统，由尼康J4微单相机在任意成像环境下某场景获取数字图像的数字驱动值(RTj',GTj',BTj')得到标定后的数字驱动值(RSj',GSj',BSj')，使之与佳能5D Mark III单反相机相同。
如图2和图3所示，本发明实施例的成像系统色彩信息标定方法具体包括以下步骤：
步骤一、选择标定色卡与标定光源，标定色卡一般可选用GretagMacbethColorChecker，应不少于24个色样，标定光源可选用标准照明体D系列，如D65。根据标定色卡N个色样的光谱反射比ρi(λ)和标定光源的光谱强度分布结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数通过式(1)～(2)计算出标定色卡N个色样在CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(Xi,Yi,Zi)；
通过式(2)～(3)计算出标定光源在CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(XW,YW,ZW)；
其中，Δλ是计算时所采用的光谱采样间隔，一般取5nm，i为标定色卡N个色样的序号，i＝1,2,3,…,N；
步骤二、将步骤一所获的(Xi,Yi,Zi)和(XW,YW,ZW)代入式(4)～(5)，计算出每个色样在均匀色彩空间CIELAB的坐标
步骤三、分别采用参照成像系统和待标定成像系统，对标定光源下的N个色样进行成像，记录它们获取数字图像的色彩信息，读取每个色样在两个成像系统中对应的数字驱动值(RSi,GSi,BSi)和(RTi,GTi,BTi)；
步骤四、对于待标定成像系统，根据步骤二所获的N个色样CIELAB坐标和步骤三所获的N个色样数字驱动值(RTi,GTi,BTi)，采用最小二乘法拟合出式(6)中由(RTi,GTi,BTi)预测至的映射矩阵MT，MT为3×11矩阵；
步骤五、对于参照成像系统，根据步骤二所获的N个色样CIELAB坐标和步骤三所获的N个色样数字驱动值(RSi,GSi,BSi)，采用最小二乘法拟合出式(7)中由预测至(RSi,GSi,BSi)的映射矩阵HSI，HSI为3×10矩阵；
六、对于待标定成像系统在任意成像环境下任一场景获取的数字图像，采用步骤四所获的映射矩阵MT，通过式(8)，由每像素的数字驱动值(RTj',GTj',BTj')预测出对应的CIELAB空间坐标其中j＝1,2,3,…,N'，N'是待标定成像系统获取数字图像的总像素数目；
步骤七、对于步骤六所获待标定成像系统每像素的CIELAB空间坐标采用步骤五所获的映射矩阵HSI，通过式(9)，预测出每像素对应的标定后数字驱动值(RSj',GSj',BSj')，即完成了两个成像系统间的色彩信息标定，使待标定成像系统在任意成像环境下某场景获取的数字图像具有与参照成像系统一致的数字驱动值；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种成像系统色彩信息标定方法，其特征在于，所述成像系统色彩信息标定方法包括：
首先由标定色卡的光谱反射比与标定光源的光谱强度分布计算得到CIEXYZ三刺激值，并转换至色彩空间CIELAB的坐标；
然后，采用参照成像系统和待标定成像系统对同一成像环境下同一场景进行成像，获得数字图像色彩信息即数字驱动值，通过拟合获得CIELAB坐标与数字驱动值之间的映射矩阵；
对于待标定成像系统在任意成像环境下场景获取的数字图像，采用相应的映射矩阵，将每像素的数字驱动值预测至对应的CIELAB坐标，再预测至标定后数字驱动值，完成两成像系统间准确的色彩信息标定；
所述成像系统色彩信息标定方法具体包括以下步骤：
步骤一、选择标定色卡与标定光源，标定色卡不少于24个色样，根据标定色卡N个色样的光谱反射比ρi(λ)和标定光源的光谱强度分布结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数通过下面两个公式计算出标定色卡N个色样在CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(Xi,Yi,Zi)；
通过和下式计算出标定光源在CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(XW,YW,ZW)；
其中，Δλ是计算时所采用的光谱采样间隔，取5nm，i为标定色卡N个色样的序号，i＝1,2,3,…,N；
步骤二、将步骤一所获的(Xi,Yi,Zi)和(XW,YW,ZW)代入下面两个公式，计算出每个色样在色彩空间CIELAB的坐标
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步骤四、对于待标定成像系统，根据步骤二所获的N个色样CIELAB坐标和步骤三所获的N个色样数字驱动值(RTi,GTi,BTi)，采用最小二乘法拟合出下式中由(RTi,GTi,BTi)预测至的映射矩阵MT，MT为3×11矩阵；
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步骤五、对于参照成像系统，根据步骤二所获的N个色样CIELAB坐标和步骤三所获的N个色样数字驱动值(RSi,GSi,BSi)，采用最小二乘法拟合出由预测至(RSi,GSi,BSi)的映射矩阵HSI，HSI为3×10矩阵；
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步骤六、对于待标定成像系统在任意成像环境下任一场景获取的数字图像，采用步骤四所获的映射矩阵MT，通过下式，由每像素的数字驱动值(RTj',GTj',BTj')预测出对应的CIELAB空间坐标其中j＝1,2,3,…,N'，N'是待标定成像系统获取数字图像的总像素数目；
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步骤七、对于步骤六所获待标定成像系统每像素的CIELAB空间坐标采用步骤五所获的映射矩阵HSI，通过下式，预测出每像素对应的标定后数字驱动值(RSj',GSj',BSj')，即完成了两个成像系统间的色彩信息标定，使待标定成像系统在任意成像环境下某场景获取的数字图像具有与参照成像系统一致的数字驱动值；
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