基于显示器光谱特性的图像颜色一致性研究(2)
图1 不同环境光下光谱叠加性Fig.1 Spectral superposition under different ambient light
从本质上说,LCD显示器和不同光源都可以看作发光体。根据色光加色法的理论[15],一个复色光呈现的颜色是所有单色光共同作用的效果,由此也可以说明LCD显示器和不同光源光谱之间具有叠加性。
3.2 不同色温下的光谱对应关系
研究表明LCD显示器各通道会受黑场的影响,测量得到的都是黑场作用之后的光谱,但LCD显示器双色或者三色的光谱等于对应三原色光谱之和[16]:
,
图2 不同色温下测量和计算的光谱分布
其中,Dr,g(λ)、Dr,b(λ)、Db,g(λ)、Dr,g,b(λ)为显示器双色或者三色的光谱,D0,0,0(λ)为黑场的光谱。利用三维查表法建立三单色在不同色温下光谱的查找关系,根据公式(2)可计算出任一双色或者三色的光谱。所选颜色在不同色温测量得到光谱和经过查表计算得到光谱的均方根误差和色差结果如表3所示。
表3 光谱均方根误差和积分后色差Tab.3 Spectral RMSE and color differenceRMSEDE*′10-61.51′′10-52.87′
从表3中可以看出,不同色温下的光谱分布稳定、色差较小。图2为随机选取颜色的光谱分布。其中,(a)、(b)、(c)、分别为颜色在不同色温测量得到和经过查找计算叠加得到的光谱分布。
4 不同环境光和色温下的图像颜色一致性方法
在实际生活中,由于LCD显示器使用寿命、外界环境的影响使得LCD显示器颜色无法达到标准状态下的视觉感知效果。对于LCD显示器来说,不同条件下进入人眼的光谱分布刺激与标准条件下进入人眼的光谱分布刺激相同就会有相同的视觉感知。人眼在观察LCD显示器颜色时,进入人眼的光谱量等于显示器在暗室条件下的光谱量与显示器反射外界环境光量的总和,同时不同色温下的光谱可以通过计算得出。因此,利用该特性可以实现不同环境和色温下的LCD显示器图像颜色一致性,具体流程如图3所示。
图3 不同条件下的图像颜色一致性流程图
(1) 利用LCD显示器R0G0B0数值到光谱模型得出暗室下的光谱模型。
(2) 如果不考虑环境光只考虑色温,直接从(5)开始执行;不考虑色温只考虑环境光,执行过程中忽略(5)。
(3) 根据所总结的不同环境光下的光谱叠加性规律,暗室条件下光谱与环境光1的光谱进行加运算即为刺激人眼的光谱分布。
(4) 利用进入人眼的光谱总量与显示器反射环境光2的光谱进行减运算,得出暗室下颜色的光谱。
(5) 根据不同色温下建立的光谱关系,查找计算对应得到色温2下的光谱。
(6)利用LCD显示器光谱到RGB反向特征化模型得到R1G1B1,完成不同环境光下和色温下图像颜色一致性补偿修正[15,17]。
5 图像色彩一致性实验及分析
选取LIVE图像库中人物、动物、风景、房子等4类图像[18-19],分别获取LCD显示器不同环境光和色温下显示效果图。选择10名颜色视觉感知正常的观察者(5男5女)对图片进行主观打分实验,计算图片在不同环境和色温条件下的Z得分[20-21]。其中,图4为Womanhat图像在修正前后的Z得分分别为-0.50和0.50,其他图片具有类似规律,说明该方法可以实现LCD显示器不同条件下的颜色的一致性。
图4 Womanhat图在不同条件下的显示效果Fig.4 Womenhat showed in different conditions
6 结 论
不同环境光和色温对LCD显示器颜色再现影响较大。为了解决不同环境光和色温下LCD显示器图像颜色再现有较大差异的问题,提出了一种基于LCD显示器光谱特性的图像颜色一致性方法。该方法利用不同环境光下光谱叠加性和不同色温下光谱查找计算的关系,使图像观察起来更加符合所需条件下感知的一致性。
麻祥才(1991-),男,山东潍坊人,硕士研究生,2014年于曲阜师范大学获得学士学位,主要从事色彩管理、数字水印等方面的研究。
E-mail: 王晓红(1971-),女,陕西汉中人,博士,教授,1999年于中国纺织大学获得博士学位,主要从事色彩学与色彩应用、印刷质量检测与控制、数字印刷技术等方面的研究。
E-mail:
1 引 言
近年来,LCD显示器应用越来越广泛。研究表明,不同环境光和显示器色温对LCD显示器颜色再现有较大影响[1-7]。在实际生活中,有些显示器无法精确调节到工业上定义的5 000 K标准色温。另外,由于条件限制,LCD显示器的颜色在其他光源下也无法得到理想的显示效果。为了解决不同环境光和色温对显示图像的影响,国内外许多学者进行了大量的研究。目前的研究大多从色度角度进行[8-10],Tastl等将CIECAM02色貌模型应用到ICC色彩管理系统中,并提出一种独立空间三刺激值到CIECAM02值的转换方法[8]。该方法可以减少外界环境和背景对图像颜色在LCD显示器以及跨媒体载体上再现的影响,但色貌模型计算较复杂,输入参数多而且不易获取和确定。Oleari等认为在数字图像采集过程中,采用D65光源产生的摄像机信号具有最佳色彩渲染效果,提出了一种基于美国光学学会均匀色标系统图像颜色一致性的方法[9]。通过借助适应光源的矩阵,使任何光源获得的图像三刺激值转化为相应D65光源下的三刺激值。该方法能够实现任何光源下拍摄的图像可以转化为同一场景D65光源下的颜色显示效果,但仍存在模型精度不够高等缺点。麻祥才等为了解决LCD显示器不同色温对人眼颜色感知有较大影响的问题,提出了一种基于图像颜色相同感知的LCD显示器不同色温下的图像颜色一致性方法[10]。该方法可以实现LCD显示器在不同色温下的图像颜色一致性,但基于色度角度而未从光谱角度考虑。
文章来源:《大气与环境光学学报》 网址: http://www.dqyhjgxxb.cn/qikandaodu/2021/0326/424.html
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