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2024年6月13日发(作者:)
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柳 叶等:低端数码相机的颜色特性化——基于多项式模型法
_ 蔓 誓
文章编号:1006—6268(2011)07—0014—04
低端数码相机的颜色特性化
基于多项式模型法
柳 叶’,邢红宏’,张 勇’,余鸿飞 。石俊生
(1.海军航空工程学院理化实验中心,山东烟台264001;2.云南师范大学物理与电子信息学院,
云南昆明650092)
摘要:近年来随着数字技术以及彩色数字图像输入输出设备的不断发展和广泛使用.颜色在不同
的设备之间精确的传递或再现成为该领域的重要课题。文章以彩色数码相机特性化为研究内容.采
用多项式转换方法,研究了多项式回归模型不同系数矩阵、不同训练样本对数码相机特性化精度的
影响,得出了系数矩阵为20x3多项式模型时误差较小(2.095AE*ab)的结论.达到了实用水平。
关键词:彩色数码相机;颜色特性化:麦克贝斯色卡;多项式模型
中图分类号:TN873.93 文献标识码:A
A Study of Low-end Digital Camera Colorimetric CharaCterizatiOn
Based on Polynomial Modeling
LIU Ye’,XlNG Hong-hong ,ZHANG Yong’,YU Hong-feF,SHI Jun-sheng
(1.Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai Shandong 264001,China
2.Yunnan Normal University,Kunming Yunnan 650092,China)
Abstract:The camera output RGB signals do not directly corresponded tO the tristimulus values
basedontheClEstandardcolorimetricobserver,i…e itisadevice—independentcolorspace.Inthis
paper,digital camera colorimetric characterizatiOn based on the polynomial regression model is
studied.ThecharacterizatiOnperformanceisevaluatedbyexperimentofvaryingcoefficientmatrix
of polynomials and the number of training samples.The results show that the better polynomial
matrix is 20×3-and the mean color difference between the reproduced colors and target colors is
2.095△E ab,whichcanbeappliedincommonapplication.
Keywords:colorcamera;colorimetric characterizatiOn:gretagMacbeth;polynomial modeling
引
目
颜色再现的一致性成为人们普遍关注的问题 I。
设备特性化方法主要有三维查找表插值法【嘶】、
神经网络模型法【 _8 和多项式模型法 。 等。本文分
别采用多项式模型方法对数码相机进行颜色特性
近年来随着数字技术以及彩色数字图像输入输
出设备的不断发展和广泛使用,如何实现设备之间
1 4现代显示Advanced Display JIII.2011,总第126期 收稿日期:20l1—04—11
柳 叶等:低端数码相机的颜色特性化——基于多项式模型法
化,实现颜色从数码相机的RGB色空间向标准色
空间的变换,验证其准确性并进行精度分析,重点
解决变换精度问题。
0
7.
7.
7.
1 数码相机特性化
1.1 实验样本采集
用数码相机在图1条件下分别拍自制色卡、麦
篁
7.
U
磊6.
d)
6.
克贝斯色卡,并读取其RGB数据,再用分光光度计
读取色样的光谱反射系数,并计算出相应的CIE
XYZ值。
6.
2 实 验
2.1 多项式转换方法
首先,将GretagMacbeth色卡及自制色卡共
240个色样分成两组,尽量使每一组都布满整个
RGB空间,这样可以提高模型精度,也可以用于检验
模型的精度。第一组为GretagMacbeth色卡(24个
色样)及86个自制色样(共1 1 0个色样),作为训练
样本建立模型:第二组为剩余色样(共130个色样),
作为测试样本,测试训练样本对模型精度的影响。
其次,再从第一组1 1 0个样本中分别选出24、
33、60、96和1 1 0个数量的色样作为训练样本建
立模型,分别建立从RGB到标准色空间的多项式
模型,用最小二乘法拟合多项式的系数。第二组测
4.1
4.0
o
莹3.9
3.8
《
目3.7
。3
6
.
3.5
3.4
3.3
3.2
20 40 6O 80 100
Training size,
120
3.55
3.50
试样本,分别对不同多项式系数测试训练样本对模
型精度的影响(如图2所示)。
最后进行评价,通过平均色差值,评判特性化
的适用性。
壶3.40
篁3.35
璺3.30
0 3.25
§3.45
写3.20
3.15
3.10
2.2实验结果分析
3.05
3.00
20 40 6O 80
Training size
100 120
图1 实验结构框架图
Jld.2011,总第126期 现代显示Advanced Display 1 5
柳 叶等:低端数码相机的颜色特性化——基于多项式模型法
0.I 0篁 ∞H0 c∞ 0
3 3 3 3 3 3 3 3 33 3 3 3
踮印 印 印 ∞
20
Training size
40 60 8O 100
Training Size
120
0 ∞∞《厂I∞Hu LI∞ 0譬
33 33 3 33 33 3 33 33 2
3 3
0 0∞《 ∞Hu 面
2 2 2 2
=
0 ∞《rI∞Hu c 日0
2
7 7 6 6 5 5 4 43 3 2 2 l l0
5 0 5O 5 O 5 O5 0 5 O 5 O5
萌∞ 舳 ∞ ∞ 加 %∞%
∞ % ∞ 踮 ∞
2.7O
20 40 60 80 100
Training size
120
20 4O 60 8O
Training size
100 12O
5.5
5.0
O
∞4.5
∞
《
鱼4.0
岳3.5
3.0
2.5
2O 40 6O 8O
Training size
100 120
20 40 6O 80
Training size
100 120
图2 不同多项式系数测试训练样本对模型精度的影响,(a)3X3;(b)4x3;(C)5x3;(d)6x3;(e)8x3;(f)
9x3;(g)11x3;(h)14x3;(i)20x3
用多项式转换方法对数码相机进行颜色特性
化。实验中分别选用了3项、4项、5项、6项、8项、9
0—2、2—4、4—6之间的训练样本和测试样本的平均
色差值,对于训练样本选择为96和110时所得的
项、1 1项、14项、20项多项式模型(考虑到计算时间
和存储问题,最多用了20项),训练样本数分别选用
了24、33、42、60、96和110个。如图2所示,训练
样本数选择24、33、42、60、96和1 10时,色差为在
色差几乎差不多,但是还不如训练样本为60的情
况。随着系数矩阵的增加,色差降低,但是当系数矩
阵为6项和9项的时候(如图3所示),色差回升。
这是因为在计算系数矩阵的时候,RGB的扩展矩阵
1 6现代显示Advanced Display Jui.2011,总第126期
柳 叶等:低端数码相机的颜色特性化——基于多项式模型法
中没有常数项。因此,用最小二乘法拟和矩阵时,
RGB扩展矩阵中含有常数项时,计算色差偏小。
在所建立的模型中,其精度最高为20项多项
式模型(如表1所示)、训练样本为60个时,达到
了平均色差△E ab=2.095是比较成功的。
印刷、医疗诊断、化妆品生产、各种照明条件下不同
媒体颜色再现等领域也有应用前景。
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图3 不同系数矩阵与不同训练样本数色差情况
表1 系数矩阵为20x3的不同训练样本色差情况
Training Testing Av.△E Max.AE Av.△E Max.AE
samples samples training training testing testing
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tion Artificial Neutral Network Based on Munsell Sys—
tern【C】.SPIE 2007.
24
33
42
130
130
130
0.673
1.879
2.095
2.732
5.576
6.063
7.120
3.869
3.353
16.372
9.412
6.856
【8】T.L_V.Cheung,S.Westland.Color Camera Charac—
terisation Using Artificial Neural Networks.Colour&
Imaging Institute【C】.University of Derby,Kingsway
60
96
130
130
2.324
2.557
5.385
5.894
2.O95
2.872
5.086
6.334
House Kingsway,Derby,United Kingdom,IS&T/SID
Tenth Color I maging Conference.
110 130 2.556 6.230 2.883 6.272
【9】Kang HR.Colour scanner calibration【J】.J Imaging Sci
Tech,36,162-170,1992.
【10】Guowei Hong,M.Ronnier Luo,Peter A.Rhodes A
3 结 论
用多项式回归模型法时,增加项数会使模型精
_lI;术交
度提高,尤其是增加RGB项和常数项,能明显提高
模型精度。用最小二乘法拟合矩阵时,RGB扩展矩
Study of Digital Camera Colorimetric Characte rizatiOn
Based on Polynomial Modeling【J】.Color Research and
Application 1.76—84,2001.
作者简介:柳叶(1 979一),女,吉林通化人,毕业
于云南9币范大学,硕士研究生,现就职于山东烟台
海军航空工程学院,研究方向为光谱学,E—mail:
Liuye0929@1 63.com。
阵中含有常数项时,计算色差偏小。
本文的研究成果不仅对颜色数字输入输出设
备多通道技术有理论价值,而且在涉及人脸颜色的
ju1.2011,总第126期 现代显示Advanced Display 1 7
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