CN103905803B - 一种图像的颜色校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像的颜色校正方法及装置。该方法包括：步骤1、对待校正图像进行预处理；步骤2、建立相机颜色校正模型，获取校正系数；步骤3、利用所获取的颜色校正系数对预处理后的待校正图像进行颜色校正。本发明能够解决相机原始图像颜色失真的问题，提高月表彩色图像数据的质量，消除不同光照条件和不同人眼对颜色感知的差异，可以正确地反映这些物体本身在月球表面所固有的颜色，以获取与人眼视觉感知一致的彩色图像。

Description

一种图像的颜色校正方法及装置

技术领域

本发明涉及空间探测器图像处理及应用领域，特别是一种图像的颜色校正方法及装置。

背景技术

图像颜色是反映被观察对象的重要信息，而图像所呈现的颜色同时还受到光源特性和图像采集设备的影响。由于光照条件、拍摄视角和图像设备的不同，得到的彩色图像存在明显的差异，不能完全再现真实物体的颜色。

我国探月工程嫦娥三号任务中，配置了彩色相机可以在月表对着陆器、巡视器、国旗和地球等对象进行彩色成像。由于我们无法身临其境在月表环境下看到这些物体的颜色，因此需要考虑如何消除上述颜色的影响因素，真实再现物体在月表的颜色。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种图像的颜色校正方法，用于消除相机采集设备光敏特性与人眼对可见光谱响应特征间的偏差，同时消除不同光源条件的影响，从而正确地反映这些物体本身在月球表面所固有的颜色。

根据本发明一方面，其提供了一种图像的颜色校正方法，其包括：

步骤1、对待校正图像进行预处理；

步骤2、建立相机颜色校正模型，获取校正系数；

步骤3、利用所获取的颜色校正系数对预处理后的待校正图像进行颜色校正。

根据本发明另一方面，其提供了一种图像的颜色校正装置，其包括：

预处理模块，对待校正图像进行预处理；

校正系数获取模块，建立相机颜色校正模型，获取校正系数；

校正模块，利用所获取的颜色校正系数对预处理后的待校正图像进行颜色校正。

本发明的方案尤其适用于对月表彩色图像颜色进行定标，可有效地建立彩色相机图像的颜色值与标准观察者观测颜色值的关系，使得最终彩色图像的颜色值为标准观察者观察物体的真实颜色值。

本发明相对于现有技术，解决相机原始图像颜色失真的问题，能够提高月表彩色图像数据的质量，消除不同光照条件和不同人眼对颜色感知的差异，可以正确地反映这些物体本身在月球表面所固有的颜色，以获取与人眼视觉感知一致的彩色图像。

附图说明

图1本发明中图像颜色校正的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，本发明中涉及的图像的颜色校正方法，其数据输入可以为“已经辐射校正后的图像”，即已经经过暗电流校正、平场、工作模式归一化等图像处理方法进行预处理后的图像，在具体实施中，采用的是地面试验图像。由于上述处理方法是本领域技术人员常用的图像处理方法，在此不再赘述。本发明包括但不限于处理后的图像，如果是未经预处理的图像，依照现有技术就可以实现上述处理。

图1示出了本发明提出的图像的颜色校正方法流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤1、对彩色图像进行预处理，如经过暗电流校正、平场、工作模式归一化等图像预处理；

步骤2、建立相机颜色校正模型；在地面D65标准光源和观测几何(45°入射角，0°出射角)条件下，分别多次对标准色卡成像，根据国际照明委员会CIE规定的计算方法，计算标准色卡相对CIE1931标准色度观察者的RGB标准值，对彩色相机拍摄图像的RGB分量值进行标定。利用色卡中不同色块的RGB标准值和相机拍摄图像中色块的待校正RGB分量值，建立彩色校正方程，通过最小二乘原理解算方程系数，得到R、G、B三通道的彩色校正系数矩阵；根据彩色校正后标准色卡白色色块、黑色色块、中性灰卡的R、G、B分量值在白平衡校正后应一致的原理，建立白平衡校正方程，解算白平衡校正系数矩阵。

相机颜色校正模型是通过设置试验条件来获取的。试验条件如下：

光源：CIE标准照明体D65；

照射与观测几何：45°角入射，0°角垂直观测；

观察者：CIE1931标准色度观察者；

观测目标：24色标准色卡，中性灰卡；

测试设备：小于2°视场的光谱仪，用于测量色卡的反射光谱辐亮度因数。

试验地点：暗室

相机和光谱仪在相同的光照和观测几何条件下对标准色卡进行同步观测。光谱仪实测得到标准色卡24个颜色块的反射光谱辐亮度因数，采用GB/T3978-2008中CIE标准照明体D65灯的相对光谱功率分布、CIE1931标准色度观察者色匹配函数，计算得出这24个色块的CIE1931标准色度系统的三刺激值XYZ，并转换为RGB颜色分量值，该颜色值作为标准色(已知值)；

相机获取标准色卡的彩色图像，在色卡图像上量取这24个颜色块图像的原始RGB值，作为样品色(观测值)；

将24个色块的观测值及对应的已知值代入颜色校正方程，按照最小二乘原理，解算得到R、G、B三通道的彩色颜色校正系数矩阵。其中，色卡中的白色色块、黑色色块、中性灰色块的观测值及对应的已知值可用于解算白平衡校正系数矩阵，用于白平衡校正。

R、G、B三通道的彩色颜色校正系数矩阵及其计算公式为：

$\left[\begin{array}{ccc}{A}_{11}& A_{12}& A_{13}\\ A_{21}& A_{22}& A_{23}\\ A_{31}& A_{32}& A_{33}\end{array}\right]={\left(C_{\mathrm{IMG}\_\mathrm{RGB}}^T{C}_{\mathrm{IMG}\_\mathrm{RGB}}\right)}^{-1}\×C_{\mathrm{IMG}\_\mathrm{RGB}}^T\×C_{\mathrm{CIE}-\mathrm{RGB}}$

式中，为彩色相机图像中第i个色块的R、G、B分量均值(即观测值)，为第i个色块对应的CIE1931标准色度观察者的R、G、B分量值(即已知值)，i＝1，2，...N，N为参与解算的色块数目。

R、G、B三通道的白平衡系数矩阵及其计算公式为：

$\left[\begin{array}{ccc}{A}_r& 0& 0\\ 0& A_g& 0\\ 0& 0& A_b\end{array}\right]={\left(C_{\mathrm{IMG}\_\mathrm{GB}}^{\′T}{C}_{\mathrm{IMG}\_\mathrm{GB}}^{\′}\right)}^{-1}\×C_{\mathrm{IMG}\_\mathrm{GB}}^{\′T}\×C_{\mathrm{IMG}\_R}^{\′}$

式中，为彩色校正后图像中第i个色块的G、B分量均值，为彩色校正后图像中第i个色块的R分量均值，i＝1，2，...N，N为参与解算的色块数目，所述彩色校正后图像为利用上述彩色校正系数对彩色相机图像进行校正后的图像。

步骤3、颜色校正；通过对所述步骤1获得的原始彩色图像，利用所述步骤2得到的颜色校正系数矩阵，进行彩色校正、白平衡校正，得到反映目标真实色彩并符合人眼视觉特性的R分量、G分量、B分量，获得颜色校正后的图像。

利用上述彩色校正系数矩阵和白平衡校正系数矩阵，对相机获取的原始彩色图像进行颜色校正的方法如下：

R₁＝A_r(A₁₁×R₀+A₁₂×G₀+A₁₃×B₀)

G₁＝A_g(A₂₁×R₀+A₂₂×G₀+A₂₂×B₀)

B₁＝A_b(A₃₁×R₀+A₃₂×G₀+A₃₃×B₀)

式中，(R₀，G₀，B₀)为颜色校正前的原始彩色图像，(R₁，G₁，B₁)为经过颜色校正后的彩色图像；A₁₁，A₁₂，A₁₃，A₂₁，A₂₂，A₂₃，A₃₁，A₃₂，A₃₃为彩色校正系数；A_r，A_g，A_b，为白平衡校正系数。

本发明提出的上述图像的颜色校正方法尤其适合从月表对着陆器、巡视器、国旗和地球等对象进行彩色成像得到的图像的颜色校正，以真实再现物体在月表的颜色。

对利用本发明提出的方法对颜色校正前后的图像进行色差分析，定量评价本方法达到的校正效果。采用CIE1976L*a*b*(或CIELAB)匀色空间评价色差，色差计算公式如下：

${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{ab}}^{*}=\sqrt{{\left({\mathrm{\ΔL}}^{*}\right)}^2+{\left({\mathrm{\Δa}}^{*}\right)}^2+{\left({\mathrm{\Δb}}^{*}\right)}^2}$ (式2)

${\mathrm{\ΔL}}^{*}=L_1^{*}-L_2^{*}$

${\mathrm{\Δa}}^{*}=a_1^{*}-b_2^{*}$

${\mathrm{\Δb}}^{*}=b_1^{*}-b_2^{*}$

式中，为总色差，ΔL*为明度差，Δa*和Δb*为色度差；下标1表示待评价的样品颜色(即颜色校正前或校正后的24块色块的颜色值)，下标2表示为标准色(本方法中的数据来源于中国测试技术研究院对24块色块的原始测量值)。

在计算上述色差值过程中，相机获取的原始颜色值为RGB颜色值，24块色块的标准色为CIE1931三刺激值XYZ，为了进行色差计算，必须将这些颜色值统一转换到CIE1976L*a*b*颜色空间。其中，RGB颜色值转换为XYZ颜色值，由下式给出，XYZ颜色空间转换到CIE1976L*a*b*颜色空间的转换方法具体参见GB/T7921-2008。

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.490& 0.310& 0.200\\ 0.177& 0.812& 0.011\\ 0.000& 0.010& 0.990\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$ (式3)

式中，(R，G，B)为颜色校正前或校正后样品的RGB颜色值，XYZ为其在CIE1931XYZ颜色空间中对应的三刺激值。

按照上述色差计算的方法，分析了这24块色块颜色校正前和校正后相对于标准色的色差值。经统计分析，颜色校正后，色差平均减小了约65％左右，从人眼视觉感知上颜色效果在校正后也得到了明显的改善。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种图像的颜色校正方法，其包括：

步骤1、对待校正图像进行预处理；

步骤2、建立相机颜色校正模型，获取校正系数；

步骤3、利用所获取的颜色校正系数对预处理后的待校正图像进行颜色校正；

其中，步骤2中相机颜色校正模型如下建立：

在地面D65标准光源和观测几何条件下，分别多次对标准色卡成像，根据国际照明委员会CIE规定的计算方法，计算标准色卡相对CIE1931标准色度观察者的RGB标准值，对彩色相机拍摄图像的RGB分量值进行标定；其中，步骤2中所述校正系数包括彩色校正系数和白平衡校正系数

所述彩色校正系数如下计算：

其中，为彩色相机拍摄图像中第i个色块的R、G、B分量均值，为第i个色块对应的CIE1931标准色度观察者的R、G、B分量值，i＝1，2，…N，N为参与解算的色块数目

所述白平衡校正系数如下计算：

其中，为彩色校正后图像中第i个色块的G、B分量均值，为彩色校正后图像中第i个色块的R分量均值，i＝1，2，…N，N为参与解算的色块数目；步骤3中对预处理后的待校正图像的颜色校正包括彩色校正和白平衡校正；其中，步骤3中对待校正图像的彩色校正是对预处理后的待校正图像的R、G、B分量分别乘以相应的彩色校正系数，以得到彩色校正后的图像；步骤3中所述白平衡校正是对彩色校正后的图像的R、G、B分量分别乘以相应的白平衡校正系数，以得到白平衡校正后的图像。

2.如权利要求1所述的图像的颜色校正方法，其中，所述预处理包括暗电流校正、平场和/或工作模式归一化处理。

3.一种图像的颜色校正装置，其包括：

预处理模块，对待校正图像进行预处理；

校正系数获取模块，建立相机颜色校正模型，获取校正系数；

校正模块，利用所获取的颜色校正系数对预处理后的待校正图像进行颜色校正；

其中，所述校正系数获取模块中相机颜色校正模型如下建立：

在地面D65标准光源和观测几何条件下，分别多次对标准色卡成像，根据国际照明委员会CIE规定的计算方法，计算标准色卡相对CIE1931标准色度观察者的RGB标准值，对彩色相机拍摄图像的RGB分量值进行标定；

所述校正系数包括彩色校正系数和白平衡校正系数；所述彩色校正系数如下计算：

其中，为彩色相机拍摄图像中第i个色块的R、G、B分量均值，为第i个色块对应的CIE1931标准色度观察者的R、G、B分量值，i＝1，2，…N，N为参与解算的色块数目；

所述白平衡校正系数如下计算：

其中，为彩色校正后图像中第i个色块的G、B分量均值，为彩色校正后图像中第i个色块的R分量均值，i＝1，2，…N，N为参与解算的色块数目；

所述校正模块对预处理后的待校正图像的颜色校正包括彩色校正和白平衡校正，对待校正图像的彩色校正是对预处理后的待校正图像的R、G、B分量分别乘以相应的彩色校正系数，以得到彩色校正后的图像；所述白平衡校正是对彩色校正后的图像的R、G、B分量分别乘以相应的白平衡校正系数，以得到白平衡校正后的图像。