CN111783793A - 一种色卡图像数据快速提取方法 - Google Patents

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胡新荣
何儒汉
刘军平
彭涛
熊明福
陈常念
吴晓堃
何凯
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Abstract

一种色卡图像数据快速提取方法，包括打开一幅包含色卡的图像；输入色卡所包含色样的行数M和列数N；提取色卡色样区域的标记点坐标；依据行数M、列数N和标记点坐标计算每个色样中心点坐标；设定提取正方形区域的边长像素数X；针对每个色样，以中心点为参考，生成待提取的正方形区域，并利用纯色填充，以便于观察；判断每个色样的提取区域是否都位于色样颜色的内部，若否，则返回调整正方形区域的边长像素数X，若是，则计算每个色样提取区域内的颜色均值Rmean、Gmean和Bmean；设定色样数据输出顺序为按行或按列排列；输出色卡图像数据，完成色卡图像数据提取。该方法能够有效应对色卡图像的形变问题，实现色卡图像数据的快速提取。

Description

一种色卡图像数据快速提取方法
技术领域
本发明属于计算机数字图像处理领域，具体涉及一种色卡图像数据快速提取方法。
背景技术
色卡是指由彩色色样按照一定规则规律排列而构成的平面实体，通常为矩形。在高保真彩色数码成像应用中，如艺术品复制、文物摄影、广告摄影、人物肖像拍摄等，为了保证图像颜色的准确性，在对拍摄对象正式拍摄时或拍摄之前，通常需要同时或首先拍摄一个包含各种颜色的校正色卡(如爱色丽公司的Passport色卡、Colorchecker色卡等)，利用色卡中色样的标准数据，建立相应拍摄条件下数码相机的特性化校正文件，对数码相机进行特性化校正，使数码相机能够准确记录拍摄对象的颜色，以保证高保真的彩色数码成像。另外，在基于数码相机的光谱测量中，同样需要事先拍摄光谱数据已知的色卡，作为训练样本集，并利用色卡色样的图像数据、光谱数据和光谱估计算法，构建由图像数据到光谱数据的估计矩阵，进而开展基于数码相机的光谱测量应用。
在上述具体应用中，需要首先提取色卡中色样的图像数据，然后基于色样的图像数据和对应的颜色或光谱数据，建立数码相机颜色校正特性文件或光谱估计矩阵。虽然部分商业的色彩管理软件(如爱色丽的Profilemaker)支持对色卡中色样的图像数据进行提取，但是数据仅限于软件内部计算校正特性文件使用，而且现有商业软件的使用复杂性高、不支持更加底层的图像数据(如raw格式图像数据)的获取，而且提取数据的区域大小无法调整，导致商业软件中的色卡图像数据提取功能难以适用于广泛的实际应用。另外，随着各领域对彩色图像颜色品质和光谱估计精度的要求不断提高，为了获得更加优越的颜色记录和光谱估计精度，在实际应用中，通常针对特定的对象定制相应材质的色卡(如针对古代壁画数字化保护，采用制作壁画使用的矿物颜料制作校正色卡)，定制色卡的尺寸以及色样数量，均与现有商业软件所支持的色卡格式存在较大差异，导致难以利用商业软件对定制色卡进行操作处理。此外，采用手工逐个提取色样数据的方法，操作繁琐、耗时耗力，并且容易出错。总体而言，目前在数字图像处理领域，缺乏对色卡图像数据快速提取的方法。
对于以上问题，目前学术界及工业界中均尚未提出合理有效的解决方法。本发明提出了一种色卡图像数据快速提取方法，该方法以几何运算为基础，通过提取色卡图像中色样区域的标记点坐标、设置提取区域边长和设定色样数据的输出顺序等简单操作，便能完成色卡图像数据的快速提取，方法操作简单、方便实用，而且能够有效应对色卡图像形变问题，对不同程度形变的色卡图像，均能完成相应图像数据的快速提取。
参考文献1.何颂华,王利婕,陈琪莎.基于数码相机特性文件的色彩校正和色彩管理研究[J].包装工程,2005(05):78-81.
参考文献2.梁金星,万晓霞.彩色数码相机单幅RGB图像光谱重建研究[J].光学学报,2017,37(09):370-377.
参考文献3.梁金星,万晓霞,刘强,李婵,王琪.敦煌彩绘文物数字化保护色卡制作方法研究[J].敦煌研究,2016(02):117-124.
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种色卡图像数据快速提取方法。
本发明的技术方案为一种色卡图像数据快速提取方法，具体包括以下步骤：
步骤1，打开一幅包含色卡的图像；
步骤2，输入色卡所包含色样的行数M和列数N；
步骤3，提取色卡色样区域的标记点坐标；
步骤4，依据行数M、列数N和色样区域的标记点坐标，计算每个色样中心点坐标；
步骤5，设定提取正方形区域的边长像素数X；
步骤6，针对每个色样，以中心点为参考，生成待提取的正方形区域，并利用纯色填充，以便于观察；
步骤7，判断每个色样的提取区域是否都位于色样颜色的内部，若否，则返回调整正方形区域的边长像素数X，若是，则计算每个色样提取区域内的颜色均值Rmean、Gmean和Bmean；
步骤8，设定色样数据输出顺序为按行或按列排列；
步骤9，输出色卡图像数据，完成色卡图像数据提取。
需要说明的是，步骤4中，色样中心点坐标的具体计算方法分为如下两步：
第一步，依据色样区域的标记点坐标、色样的行数M和色样的列数N，计算得到行和列的等分点，计算方法是以任意相邻两个标记点作为直线端点，对连接相邻两个标记点的线段进行等分计算，得到等分点坐标，其中，对竖直相邻标记点进行M+1等分，得到两个相邻标记点之间的M个等分点坐标，称之为为竖直等分点，对水平相邻标记点的线段进行N+1等分，得到两个相邻标记点之间的N个等分点坐标，称之为为水平等分点；
第二步，利用两点确定一直线的几何原理，从上到下，依次计算得到经过M对竖直等分点的M条直线，称之为竖直等分线，从左到右，依次计算得到经过N对水平等分点的N条直线，称之为水平等分线，然后计算任意一条竖直等分线和水平等分线的交点坐标，即为色样中心点坐标，并对坐标值取整，完成每个色样中心点坐标的计算。需要强调的是，由于实际色卡图像存在的变形问题，这里所述的“色样中心点坐标”是对“绝对准确的色样中心点坐标”的逼近，与“绝对准确的色样中心点坐标”存在微小的误差，但不影响后续色样数据的提取。
需要说明的是，步骤5中，由于色样自身边长的尺寸有限，初次设定提取正方形区域的边长像素数X时，X的值要设定为满足提取区域大小需求的最小水平，以避免提取区域超出色样区域，再次调整X的值。
需要说明的是，步骤6中，纯色的填充应主要选用纯红、纯绿、纯黄或纯蓝等几种视觉感知独立颜色中的一种，使步骤7中，视觉对每个色样的提取区域是否都位于色样颜色内部的判断更加灵敏和舒适。
需要说明的是，步骤7中，每个色样提取区域内的颜色均值Rmean、Gmean和Bmean的计算方法是：首先对提取区域内所有X*X个像素点的R(红)通道、G(绿)通道和B(蓝)通道的值进行求和，然后除以提取区域内所包含的总像素数X*X。
需要说明的是，步骤8中，色样数据输出顺序，需要跟其在实际应用中所对应的颜色或光谱数据一致，通常按行或按列排列输出。
需要说明的是，步骤9中，输出色卡图像数据的同时，还可以同时输出每个色样提取区域的坐标数据，以方便于其它方面的应用。
本发明从色卡的实际应用功能性角度出发，基于几何运算的基本思想，提出了色卡图像数据快速提取的方法，克服了现有商业软件固有的色卡图像数据提取应用缺陷，克服了手动提取色卡图像数据的繁琐性，与此同时，本发明方法能够有效应对色卡图像形变问题，保证了方法在实际应用中的普适性。本发明在数字图像处理领域，首次提出了色卡图像数据快速提取的方法，而且操作简单、方便实用，对本发明的保护具有重要价值和意义。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
图2为本发明实施例的示例图。
附图2标记说明：
1、色卡图像，2、色样，3、色样区域的标记点，4、竖直等分点，5、水平等分点，6、竖直等分线，7、水平等分线，8、色样中心点，9、提取区域。
具体实施方式
本发明技术方案具体实施时可由本领域技术人员采用计算机软件技术运行。结合附图，提供本发明实施例具体描述如下。
如图1所示,实施例提供了一种色卡图像数据快速提取方法，克服了现有商业软件固有的色卡图像数据提取应用缺陷，克服了手动提取色卡图像数据的繁琐性，能够有效应对色卡图像形变问题，填补了数字图像处理领域在方向的空缺，用于高保真彩色数码成像、基于数码相机的光谱测量、以及其相关图像处理领域，实现色卡图像数据的快速提取。实施例采用爱色丽Colorchecker色卡、Nikon D7000彩色数码相机和MATLAB软件平台，对本发明方法进行说明。利用Nikon D7000彩色数码相机拍摄获得包含爱色丽Colorchecker色卡的图像，然后在MATLAB软件平台中实现本发明方法，本发明实施例的示例图如图2所示。需要说明的是，本发明并不仅仅局限于上述设备和平台的应用支持，对于任意能实现上述功能的同等性质的设备和平台同样适用。
实施例主要包括以下步骤：
1)打开一幅包含色卡的图像。
在MATLAB软件平台中预先编写好本发明方法的操作界面程序，打开利用NikonD7000彩色数码相机拍摄获得的包含爱色丽Colorchecker色卡01的图像。
2)输入色卡所包含色样的行数M和列数N。
本实施例中使用的Colorchecker色卡，包含4行6列共24个色样02，因此在界面程序中输入色样的行数M＝4，列数N＝6。
3)提取色卡色样区域的标记点坐标。
在界面程序中，按照逆时针顺序，从左上角色样区域标记点03开始，依次提取左上、坐下、右下和右上四个色样区域标记点的坐标数据。
4)依据行数M、列数N和色样区域的标记点坐标，计算每个色样中心点坐标。
第一步，依据色样区域的标记点坐标、色样的行数4和色样的列数6，计算得到行和列的等分点，计算方法是以任意相邻两个标记点作为直线端点，对连接相邻两个标记点的线段进行等分计算，得到等分点坐标，其中，对竖直相邻标记点进行5等分，得到两个相邻标记点之间的4个等分点坐标，称之为为竖直等分点04，对水平相邻标记点的线段进行7等分，得到两个相邻标记点之间的6个等分点坐标，称之为为水平等分点05；
第二步，利用两点确定一直线的几何原理，从上到下，依次计算得到经过4对竖直等分点的4条直线，称之为竖直等分线06，从左到右，依次计算得到经过6对水平等分点的6条直线，称之为水平等分线07，然后计算任意一条竖直等分线和水平等分线的交点坐标，即为色样中心点坐标08，并对坐标值取整，完成24个色样中心点坐标的计算。
5)设定提取正方形区域的边长像素数X。
实施例中，设定提取正方形区域的边长像素数为X＝50,。
6)针对每个色样，以中心点为参考，生成待提取的正方形区域，并利用纯色填充，以便于观察。
实施例中，以色样的中心点作为正方形提取区域的中心点，利用设定的正方形区域的边长像素数50，为每个色样生成50像素*50像素的正方形提取区域09，并利用纯红颜色填充。
7)判断每个色样的提取区域是否都位于色样颜色的内部，若否，则返回调整正方形区域的边长像素数X，若是，则计算每个色样提取区域内的颜色均值Rmean、Gmean和Bmean。
实施例中，以边长为50像素生成的正方形提取区域，均位于色样颜色的内部，无需返回调整正方形区域的边长像素数X，直接计算算每个色样提取区域内的颜色均值Rmean、Gmean和Bmean。
8)设定色样数据输出顺序为按行或按列排列。
本实施例中，设定24个色样按行排列从上倒下依次输出，其中色样顺序为从左到右。
9)输出色卡图像数据，完成色卡图像数据提取。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种色卡图像数据快速提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，打开一幅包含色卡的图像；
步骤2，输入色卡所包含色样的行数M和列数N；
步骤3，提取色卡色样区域的标记点坐标；
步骤4，依据行数M、列数N和色样区域的标记点坐标，计算每个色样中心点坐标；
步骤5，设定提取正方形区域的边长像素数X；
步骤6，针对每个色样，以中心点为参考，生成待提取的正方形区域，并利用纯色填充，以便于观察；
步骤7，判断每个色样的提取区域是否都位于色样颜色的内部，若否，则返回调整正方形区域的边长像素数X，若是，则计算每个色样提取区域内的颜色均值Rmean、Gmean和Bmean；
步骤8，设定色样数据输出顺序为按行或按列排列；
步骤9，输出色卡图像数据，完成色卡图像数据提取。
2.根据权利要求1所述的一种色卡图像数据快速提取方法，其特征在于：步骤4中，色样中心点坐标的具体计算方法分为如下两步：
第一步，依据色样区域的标记点坐标、色样的行数M和色样的列数N，计算得到行和列的等分点，计算方法是以任意相邻两个标记点作为直线端点，对连接相邻两个标记点的线段进行等分计算，得到等分点坐标，其中，对竖直相邻标记点进行M+1等分，得到两个相邻标记点之间的M个等分点坐标，称之为为竖直等分点，对水平相邻标记点的线段进行N+1等分，得到两个相邻标记点之间的N个等分点坐标，称之为为水平等分点；
第二步，利用两点确定一直线的几何原理，从上到下，依次计算得到经过M对竖直等分点的M条直线，称之为竖直等分线，从左到右，依次计算得到经过N对水平等分点的N条直线，称之为水平等分线，然后计算任意一条竖直等分线和水平等分线的交点坐标，即为色样中心点坐标，并对坐标值取整，完成每个色样中心点坐标的计算。
3.根据权利要求1所述的一种色卡图像数据快速提取方法，其特征在于：步骤5中，由于色样自身边长的尺寸有限，初次设定提取正方形区域的边长像素数X时，X的值设定为满足提取区域大小需求的最小水平。
4.根据权利要求1所述的一种色卡图像数据快速提取方法，其特征在于：步骤6中，纯色的填充选用纯红、纯绿、纯黄或纯蓝中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种色卡图像数据快速提取方法，其特征在于：步骤7中，每个色样提取区域内的颜色均值Rmean、Gmean和Bmean的计算方法是：首先对提取区域内所有X*X个像素点的R通道、G通道和B通道的值进行求和，然后除以提取区域内所包含的总像素数X*X。
6.根据权利要求1所述的一种色卡图像数据快速提取方法，其特征在于：步骤8中，色样数据输出顺序，与其在实际应用中所对应的颜色或光谱数据一致，按行或按列排列输出。
7.根据权利要求1所述的一种色卡图像数据快速提取方法，其特征在于：步骤9中，输出色卡图像数据的同时，同时输出每个色样提取区域的坐标数据。
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