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用5幅ISO SCID图像在EIZO CG19显示器上分别进行了两组图像色差等级评价实验。两组实验分别在室内自然照明环境和标准灯箱中进行,用目视评价实验数据检验并优化彩色图像色差的计算公式。用CIELAB、CIEDE2000、CIE94和CMC色差公式对第一组实验数据计算结果表明,现有色差公式计算的图像明度差和彩度差与实际色差感觉有明显的系统性差异,图像内容对计算色差与色差感觉的关系有一定影响,说明需要对原始色差公式进行改进。提出了用实验数据拟合直线斜率比值优化色差公式的方法,得到CIELAB(1.501)、CIEDE2000(2.291)、CIE94(3.041)和CMC(3.381)计算的色差比原始公式有明显的改善,其中CIEDE2000(2.291)计算结果受图像内容的影响最小。用第二组实验数据检验色差公式的优化效果也证明,这种优化方法准确,简单,具有普遍适用性。
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书书书
第
32
卷
第
9
期
光
学
学
报
Vol.32
,
No.9
2012
年
9
月
犃犆犜犃犗犘犜犐犆犃犛犐犖犐犆犃
犛犲
狆
狋犲犿犫犲狉
,
2012
彩色数字图像色差计算方法的研究
刘浩学
1
黄
敏
1
武
兵
1
崔桂华
2
罗
明
3
1
北京印刷学院 印刷与包装工程学院,北京
102600
2
VeriVideLimited
,
Leicester
,
LE194SG
,
UK
3
浙江大学颜色与影像技术研究中心,浙江 杭州
烄
烆
烌
烎
310027
摘要
用
5
幅
ISOSCID
图像在
EIZOCG19
显示器上分别进行了两组图像色差等级评价实验。两组实验分别在室
内自然照明环境和标 准 灯 箱 中 进 行,用 目 视 评 价 实 验 数 据 检 验 并 优 化 彩 色 图 像 色 差 的 计 算 公 式。 用
CIELAB
、
CIEDE2000
、
CIE94
和
CMC
色差公式对第一组实验数据计算结果表明,现有色 差公 式计算 的图 像明度 差和 彩度差
与实际色差感觉有明显的系统性差异,图像内容对计算 色差 与 色差 感觉 的 关系 有一 定 影响,说 明需 要 对原 始色 差
公式进行改进
。提出了用实验数据 拟合 直线 斜 率比 值优 化 色 差 公式 的 方 法,得 到
CIELAB
(
1.50∶1
)、
CIEDE2000
(
2.29∶1
)、
CIE94
(
3.04∶1
)和
CMC
(
3.38∶1
)计算 的色 差比 原始 公 式有 明显 的 改善,其 中
CIEDE2000
(
2.29∶1
)计 算
结果受图像内容的影响最小
。用第二组实验数据检验色差公式的优化效果也证 明,这 种优化 方法 准确,简 单,具 有
普遍适用性
。
关键词
视觉、色彩与视觉光学;色差等级;图像色差计算;色差公式;色差公式优化
中图分类号
O432.3
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
犃犗犛201232.0933001
犛狋狌犱
狔
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1
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1
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1
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2
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3
1
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犵
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,
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,
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犼
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犵
102600
,
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2
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,
犔犲犻犮犲狊狋犲狉
,
犔犈
194
犛犌
,
犝犓
3
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,
犎犪狀
犵
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,
犣犺犲
犼
犻犪狀
犵
310027
,
烄
烆
烌
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,
犆犐犈犇犈2000
,
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犳狅狉犿狌犾犪犲狊犺狅狑犲犱狋犺犪狋狋犺犲犮犪犾犮狌犾犪狋犲犱犮狅犾狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲犻狀犾犻
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狅狊犲犱犫犪狊犲犱狅狀狋犺犲犲狓
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犲狉犻犿犲狀狋犐犱犪狋犪.犜犺犲狅
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(
1.50∶1
),
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(
2.29∶1
),
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(
3.04∶1
)
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(
3.38∶1
)
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(
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狋犻犿犻狕犲犱犿犲狋犺狅犱
狆
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狆
狅狊犲犱犻狊犪犮犮狌狉犪狋犲
,
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狋犻犮狊
;
犮狅犾狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲狊犮犪犾犲
;
犮狅犾狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲犮犪犾犮狌犾犪狋犻狅狀狅犳犻犿犪
犵
犲
;
犮狅犾狅狉
犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿狌犾犪
;
狅
狆
狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀狅犳犮狅犾狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿狌犾犪
犗犆犐犛犮狅犱犲狊
330.1730
;
330.1690
;
330.1715
;
330.1710
收稿日期:
20120312
;收到修改稿日期:
20120405
基金项目:国家自然科学基金(
61040066
)和北京市教委科技面上项目(
KM201210015001
)资助课题。
作者简介:刘浩学(
1953
—),男,教授,主要从事颜色科学与影像技术、印刷工程等方面的教学与研究。
Email
:
liuhaoxue
@
bi
g
c.edu.cn
通信联系人。
Email
:
g
uihua.cui
@
g
mail.com
1
引
言
随着 各种显示媒 体技术的发 展,彩色图像在 信
息传播中的作用越来越重要。彩色图像不再仅以印
刷品的形式呈现,而更多的是以数字形式在显示器、
09330011
光
学
学
报
电视、手机和平板电脑等设备上呈现,因而非常有必
要对这些显示图像 的颜色感 觉 进行评价,研究显示
图像颜色差别对颜 色感觉的 影 响,建 立能够模 拟 颜
色感觉的色差计算方法。
由于 图像是由大 量不同颜色 的像素点构 成,是
不均匀颜色样品,既不能用颜色测量仪器直接测量,
也比均匀颜色样品 颜色的计 算 复杂,目前还未 形 成
统一的计算方 法
,因 而 成 为 当 前 的 研 究 热 点 之 一。
国际照明委 员 会 (
CIE
)在
2011
年
10
月 发 布 了 《图
像色差评价方法》的技术报告,报告了当前图像色差
研究的进展,并归纳了图像色差阈值的研究成果,给
出了用图像 阈 值 色 差 实 验 数 据 优 化 色 差 公 式 的 结
果
[
1
]
。
CIE
技术报告中也对
SCIELAB
色差公式
[
2
]
评价图像色差的 效果做了 分 析,证 明
SCIELAB
公
式仅对评价图像噪声和图像压缩损失产生的色差计
算有效,对图像颜色变化的评价效果不好。
CIELAB
等目前常用的色差公式是否能够用于
计算图像色差以及如何应用这些色差公式评价图像
色差是本 研究的目标。 分别 在
EIZO CG19
液晶显
示器(
LCD
)上对显示图像做了两组图像色差等级评
价实验,一组实验在室内自然照明环境下进行,通过
照 度 测 量 控 制 环 境 光 稳 定 在 一 定 范 围,相 当 于
CIECAM02
中的“平均”水 平;另一组实验 在
CPC8
标准灯箱内进行,分别用
D65
和
D50
模拟光源作为
观察条件的环境光
。用这两组实验数据检验常用色
差公 式 计 算 图 像 色 差 的 效 果 并 对 色 差 公 式 进 行
改进。
2
实
验
用
5
幅
ISO SCID400
标 准 图 像
N2
、
N3
、
N4
、
N5
和
N7
[
3
]
(如 图
1
)作 为测试图 像,这些图像包括
了风景
、人物和 静 物 等 类 型,包 含 了 高 彩 度 和 低 彩
度、高光和暗调以及记忆色等典型颜色,具有一定的
代表性。分别对明度和彩度两个视觉属性进行线性
变换和指数变换处 理,其 中明度与 彩 度单独改 变 各
8
个等 级,共 同 改变
4
个等级,每幅图像有
20
个 色
差等级
,具体的 变 换参数如 表
1
所示
[
4
]
。表 中 第 一
列为变换函数,其中
犽
与
犪
分别为线 性 变换和指 数
变换的参数,
犞
in
和
犞
out
分别为 图 像各像素 变 换前后
的颜色 值,颜 色 值 先 通 过
sRGB
将
RGB
值 转 换 为
CIEXYZ
,再由
CIELAB
值转换为明度
犔
、彩度
犆
和色调角
犺
。第二、第三列分别是彩度和明度变换
的参数值,最后两列 是 彩度与明 度 同时变换 时 的参
数,其中一个色差等 级 分别使用 了 两个不同 的 线性
变换函数。 逐 像 素 计 算 原 始 图 像 与 变 换 图 像 的 色
差,用各像 素 色 差 的 平 均 值 代 表 图 像 的 色 差 等 级。
CIELAB
色差的计算公式为
Δ
犈
=
∑
0
≤
犻
≤
犕
∑
0
≤
犼
≤
犖
[(
犔
1
犻
犼
-
犔
2
犻
犼
)
2
+
(
犪
1
犻
犼
-
犪
2
犻
犼
)
2
+
(
犫
1
犻
犼
-
犫
2
犻
犼
)
2
]
犕犖
1
/
2
, (
1
)
式中
犕
和
犖
为图像的横纵两个 方向的像素 数。其
它色差公式的计算与(
1
)式相同。
将制作好的目视评价图像样品对按随机顺序并
列显示在
EIZOLCD
上,
LCD
分辨率为
1280
p
ixel×
1024
p
ixel
,图像的背景为
70%
明度灰色,观察距离约
450mm
,由观察者根据色差感觉 为每一对图 像给出
一个
0
~
4
的目视色差等级。确定色差等级的规则如
表
2
所示。
表
1
图像颜色变换参数
Table1 Transformfunctionandcoefficients
Function Parameter
(
犆
)
Parameter
(
犔
)
Parameter
(
犆
&
犔
)
犆
犔
犞
out
=
犽犞
in
犞
out
=
犽犞
in
+255
·(
1-
犽
)
犞
out
=255
·
犞
in
( )
255
犪
0.85 0.95
0.70 0.85 0.92
0.95 0.95 0.92
0.98 0.65 1.02 1.05
1.02 0.85 0.90 0.85
1.15 1.15 0.85 0.90
1.25 1.25
1.30 1.35
09330012
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