CN102289603A - 一种水粉颜料调色指导教学系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水粉颜料调色指导教学系统及其实现方法，主要是用于协助绘画初学者的水粉调色自动指导系统。包括前端输入及预处理模块，显示屏交互模块，颜色RGB值数据库模块，颜色分析算法模块；所述前端输入及预处理模块分别连接颜色分析算法模块、显示屏与控制器交互模块，所述颜色RGB值数据库模块连接颜色分析算法模块，所述前端输入及预处理模块还与显示屏与控制器交互模块连接。本发明的水粉颜色调色计算机自动指导系统能够根据使用者想要的颜色，一步步地给出颜料建议，同时可以与用户交互，以达到水粉调色的教学目的，使水粉画初学者少走弯路，更加快捷地积累绘画经验。

Description

一种水粉颜料调色指导教学系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及计算机教学系统技术领域，尤其涉及一种水粉颜料调色指导教学系统及其实现方法。

背景技术

水粉色的调色技巧大多是靠经验的积累，因此对绘画初学者来说，要随心所欲地调出想要的颜色是很困难的。传统的调色指导是通过调色集、调色卡等来完成，绘画者在上面找出跟自己想要的颜色接近的颜色，再查阅它的颜色构成。显然这种方法所提供的颜色只是有限种，而且书本和卡片都是静态的，起不到步步指引的效果，更无法实时跟踪绘画者调出来的颜色。

而目前加入了计算机应用的调色方法，绝大部分是通过算法将图像上的颜色转换成颜料配比，再用机械方法自动混合颜料，常用于印刷(包括打印)、布料染色、化工等领域。但是此项技术过于专业、复杂，主要应用于自动化设备及大工业生产，尤其是它的自动化过程，没有与用户互动，也没有起到指导用户操作的作用，因此不适合用于教学。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术问题存在的缺点和不足，提供一种水粉颜料调色指导教学系统及其实现方法，以达到水粉调色的教学目的，使水粉画初学者少走弯路，更加快捷地积累绘画经验。

本发明通过下述技术方案实现：

一种水粉颜料调色指导教学系统，包括前端输入及预处理模块，显示屏与控制器交互模块，颜色RGB值数据库模块，颜色分析算法模块；所述前端输入及预处理模块分别连接颜色分析算法模块、显示屏与控制器交互模块，所述颜色RGB值数据库模块连接颜色分析算法模块，所述前端输入及预处理模块还与显示屏与控制器交互模块连接。前端输入及预处理模块包括带有可调光照补偿的摄像头。

上述水粉颜料调色指导教学系统的实现方法，步骤如下：

(1)前端输入及预处理

前端输入及预处理模块由摄像头及嵌入式系统构成，作为整个系统的输入部分；前端输入及预处理模块采用高斯滤波，对摄像头采集到的图像进行降噪处理之后通过显示屏与控制器交互模块显示到屏幕上，并读取用户选择区域的色彩的RGB值；用户自己判断屏幕上显示的颜色和人眼所见的调色盘上的差异，通过调整摄像头的光照补偿度，使屏幕上显示的颜色和人眼所见的调色盘上的颜色接近；

(2)显示屏与控制器交互

显示屏与控制器交互，由显示屏与控制器交互模块与计算机系统相连接，通过显示屏与控制器交互模块，使显示屏显示目标颜色和摄像头获取的当前颜色，用户通过显示屏与控制器交互模块的控制器指定颜料种类、选择目标颜色、指定读取RGB值的区域，系统通过显示屏与控制器交互模块的显示屏给出下一步要用的颜料的建议；

(3)建立颜色RGB值数据库

通过颜色RGB值数据库模块，事先将颜料盒中的水粉色颜料的RGB值储存在颜色RGB值数据库模块中，用户每次启用系统时，系统则要求用户选择现实中有的、当前可以使用的颜料，系统将用户选到的颜料的RGB值复制到一个查找表中，便于后续步骤的计算和比对；

(4)对颜色进行分析

颜色分析算法模块用于处理由前端输入、预处理模块输入的图像信息，具体如下；

(4-1)颜色混合基本模型：假设第一种颜色的RGB值为(r1，g1，b1)，第二种颜色的RGB值为(r2，g2，b2)，则它们以x∶y比例混合后生成的第三种颜色的RGB值为：

$(r3,g3,b3)=\frac{x}{x+y}*(r1,g1,b1)+\frac{y}{x+y}*(r2,g2,b2)$

$=(\frac{x*r1+y*r2}{x+y},\frac{x*g1+y*g2}{x+y},\frac{x*b1+y*b2}{x+y})$

设a(0≤a≤1)为第一种颜色的分量，则第二种颜色的分量为(1-a)，则它们混合后生的第三种颜色的RGB值为：

(r3，g3，b3)＝a*(r1，g1，b1)+(1-a)*(r2，g2，b2)

          ＝(a*r1+(1-a)*r2，a*g1+(1-a)*g2，a *b1

          +(1-a)*b2)

(4-2)确定第一种颜色：系统读入用户的目标颜色后，遍历之前生成的RGB查找表，获得每一个颜料颜色的RGB值与目标颜色RGB值的欧氏空间距离。假设目标颜色的RGB值为(r0，g0，b0)，第i种颜料的RGB值为(ri，gi，bi)，则它们之间的欧氏距离di为：

$\mathrm{di}=\sqrt{{(\mathrm{ri}-r0)}^2+{(\mathrm{gi}-g0)}^2+{(\mathrm{bi}-b0)}^2}$

遍历完颜料RGB查找表后，找出欧氏距离di的最小值，记为d_min，同时确定与目标颜色有最小欧氏距离d_min的颜色为第一种颜色(r1，g1，b1)。

(4-3)确定后续颜色：用户按照系统给出的第一步调色建议调好颜色后，摄像头读入调色盘当前颜色，以实际的颜色为准，记当前颜色的RGB值为(rn，gn，bn)，再次遍历RGB查找表，对第i种颜料的RGB值，依次取a＝0.1，0.2，…，0.9，代入(1)中的颜色混合模型得到

(r_i，a，g_i，a，b_i，a)＝a*(rn，gn，bn)+(1-a)*(ri，gi，bi)

               ＝(a *rn+(1-a)*ri，a *gn+(1-a)*gi，a*bn

               +(1-a)*bi)

按步骤(4-2)中的方法计算(r_i，a，g_i，a，b_i，a)与目标颜色(r0，g0，b0)的欧氏距离d_i，a，并将d_i，a与d_min作比较，若d_i，a＜d_min，则d_min＝d_i，a，并记录当前颜色为第二种颜色，否则继续遍历；当遍历完整个RGB查找表后，若d_min仍保持原来的值不变，则说明原先的颜色已经是与目标颜色最接近的；若d_min已经被替换，则得出第二种颜色，并且重复步骤(4-3)，得出后续颜色，直到d_min值达到可能的最小值为止。

本发明的优点及效果在于：能够由用户指定颜色，通过颜色分析算法模块分析，将可使用的颜料用建议的形式反馈给用户。在用户调色的过程中，本系统会检测用户调色盘中的颜色，给出下一步的颜色建议。同时可以与用户交互，以达到水粉调色的教学目的，使水粉画初学者少走弯路，更加快捷地积累绘画经验。

附图说明

图1为本发明的总体工作流程示意图；

图2为本发明各模块的工作框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

如图1、图2所示，本发明水粉颜料调色指导教学系统开启后，显示屏与控制器交互模块通过显示屏让用户选择当前拥有的、可以使用的颜料种类，基于颜色RGB值数据库模块，系统将用户选到的颜料的RGB值复制到一个查找表中。

接下来显示屏与控制器交互模块让用户指定目标颜色。显示屏先询问用户指定目标颜色的方式：拍照取色或在色品图上取色。若用户选择拍照取色，系统将启动摄像头，经过前端输入、预处理模块，在显示屏与控制器交互模块的屏幕上显示摄像头获取的画面，用户在拍照时，可自己判断显示屏画面与人眼看到的画面的亮度差异，调整摄像头的光照强度，使两者亮度尽可能接近。用户拍照完成后，系统要求用户通在拍下的照片上取点，以指定目标颜色。若用户选择在色品图上取色，系统在屏幕上显示色品图供用户取点。

当用户选取完目标颜色之后，系统依照上述颜色算法分析模块的算法一步步给出颜色及比例的建议，用户按照建议一步步调配颜色，直至上述dmin无法被更小的取值替代，或者用户对已调颜色满意为止。

在调配颜色的过程中，用户应将摄像头对准调色盘上正在调色的区域。此时系统会在屏幕上显示摄像头获取的图像。由于调色盘上的颜色不一定绝对的均匀，也为了减小用户在把摄像头对准目标操作上的难度，系统会让用户在屏幕上选择系统应该读入的颜色是以哪个区域为准。同时，用户人眼判别屏幕上所显示的摄像头获取的图像的亮度失真程度，以调整摄像头的灯光亮度。

综上所述，虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润色，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

如上所述便可较好的实现本专利。

Claims (3)

1.一种水粉颜料调色指导教学系统，其特征在于包括前端输入及预处理模块，显示屏与控制器交互模块，颜色RGB值数据库模块，颜色分析算法模块；所述前端输入及预处理模块分别连接颜色分析算法模块、显示屏与控制器交互模块，所述颜色RGB值数据库模块连接颜色分析算法模块，所述前端输入及预处理模块还与显示屏与控制器交互模块连接。

2.权利要求1所述水粉颜料调色指导教学系统，其特征在于前端输入及预处理模块包括摄像头。

3.权利要求1或2所述水粉颜料调色指导教学系统的实现方法，其特征在于如下步骤：

(1)前端输入及预处理

前端输入及预处理模块由摄像头及嵌入式系统构成，作为整个系统的输入部分；前端输入及预处理模块采用高斯滤波，对摄像头采集到的图像进行降噪处理之后通过显示屏与控制器交互模块显示到屏幕上，并读取用户选择区域的色彩的RGB值；用户自己判断屏幕上显示的颜色和人眼所见的调色盘上的差异，通过调整摄像头的光照补偿度，使屏幕上显示的颜色和人眼所见的调色盘上的颜色接近；

(2)显示屏与控制器交互

显示屏与控制器交互，由显示屏与控制器交互模块与计算机系统相连接，通过显示屏与控制器交互模块，使显示屏显示目标颜色和摄像头获取的当前颜色，用户通过显示屏与控制器交互模块的控制器指定颜料种类、选择目标颜色、指定读取RGB值的区域，系统通过显示屏与控制器交互模块的显示屏给出下一步要用的颜料的建议；

(3)建立颜色RGB值数据库

通过颜色RGB值数据库模块，事先将颜料盒中的水粉色颜料的RGB值储存在颜色RGB值数据库模块中，用户每次启用系统时，系统则要求用户选择现实中有的、当前可以使用的颜料，系统将用户选到的颜料的RGB值复制到一个查找表中，便于后续步骤的计算和比对；

(4)对颜色进行分析

颜色分析算法模块用于处理由前端输入、预处理模块输入的图像信息，具体如下；

(4-1)颜色混合基本模型：假设第一种颜色的RGB值为(r1，g1，b1)，第二种颜色的RGB值为(r2，g2，b2)，则它们以x∶y比例混合后生成的第三种颜色的RGB值为：

$(r3,g3,b3)=\frac{x}{x+y}*(r1,g1,b1)+\frac{y}{x+y}*(r2,g2,b2)$

$=(\frac{x*r1+y*r2}{x+y},\frac{x*g1+y*g2}{x+y},\frac{x*b1+y*b2}{x+y})$

设a(0≤a≤1)为第一种颜色的分量，则第二种颜色的分量为(1-a)，则它们混合后生的第三种颜色的RGB值为：

(r3，g3，b3)＝a*(r1，g1，b1)+(1-a)*(r2，g2，b2)

          ＝(a*r1+(1-a)*r2，a*g1+(1-a)*g2，a *b1

          +(1-a)*b2)

(4-2)确定第一种颜色：系统读入用户的目标颜色后，遍历之前生成的RGB查找表，获得每一个颜料颜色的RGB值与目标颜色RGB值的欧氏空间距离。假设目标颜色的RGB值为(r0，g0，b0)，第i种颜料的RGB值为(ri，gi，bi)，则它们之间的欧氏距离di为：

$\mathrm{di}=\sqrt{{(\mathrm{ri}-r0)}^2+{(\mathrm{gi}-g0)}^2+{(\mathrm{bi}-b0)}^2}$

遍历完颜料RGB查找表后，找出欧氏距离di的最小值，记为d_min，同时确定与目标颜色有最小欧氏距离d_min的颜色为第一种颜色(r1，g1，b1)。

(4-3)确定后续颜色：用户按照系统给出的第一步调色建议调好颜色后，摄像头读入调色盘当前颜色，以实际的颜色为准，记当前颜色的RGB值为(rn，gn，bn)，再次遍历RGB查找表，对第i种颜料的RGB值，依次取a＝0.1，0.2，…，0.9，代入(1)中的颜色混合模型得到

(r_i，a，g_i，a，b_i，a)＝a*(rn，gn，bn)+(1-a)*(ri，gi，bi)

               ＝(a*rn+(1-a)*ri，a*gn+(1-a)*gi，a*bn

               +(1-a)*bi)

按步骤(4-2)中的方法计算(r_i，a，g_i，a，b_i，a)与目标颜色(r0，g0，b0)的欧氏距离d_i，a，并将d_i，a与d_min作比较，若d_i，a＜d_min，则d_min＝d_i，a，并记录当前颜色为第二种颜色，否则继续遍历；当遍历完整个RGB查找表后，若d_min仍保持原来的值不变，则说明原先的颜色已经是与目标颜色最接近的；若d_min已经被替换，则得出第二种颜色，并且重复步骤(4-3)，得出后续颜色，直到d_min值达到可能的最小值为止。

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