CN1981512A - 用于对照相机和/或显示设备进行色彩校准和用于校正数字图像色彩缺陷的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于对照相机和/或显示设备进行色彩校准和用于校正数字图像色彩缺陷的方法，在该方法中照相机和/或显示设备形成的数字图像通过校正照相机和/或显示设备数字图像的色彩缺陷而进行调整。根据本发明的方法的特征在于用照相机和/或显示设备形成/产生的数字图像通过由彩色基准的光谱信息形成的数据库进行校正。此外，本发明的目的在于与根据本发明的方法相对应的设备。
Description
本发明涉及用于对照相机和/或显示设备进行色彩校准和用于校正数字图像色彩缺陷的方法，在该方法中照相机和/或显示设备形成的数字图像通过校正照相机和/或显示设备数字图像的色值而进行调整。本发明还涉及用于对照相机和/或显示设备进行色彩校准和用于校正数字图像色彩缺陷的设备，该设备包括用于调整照相机和/或显示设备形成的数字图像和用于校正照相机和/或显示设备数字图像色值的装置。
目前校正照相机或显示设备的色彩缺陷是根据某照明状况三个或四个值的色彩表示(colour presentation)或者通过通用色彩配置文件进行。照相机的白平衡在用照相机照相的同时调整。此外，使用色彩配置文件(colour profile)，借助此的目的在于获得一致的色彩再现，而显示设备处于照明某色温下。照相机和显示设备的数字响应还通过伽玛校正进行调整。此外，色彩校正中还利用硬件制造的算法，其基于白平衡或色温的测量。显示设备使用特定照明中的三个或四个值(例如，RGB、Lab、RGBA、RGBE或XYZ)的色空间进行分类。在这之后，显示设备色彩的目的在于被调整，从而对应具备偏差的色彩配置的那些值尽可能与理论值一致。通常，调整显示设备的的色彩配置使得对不同设备可获得尽可能相似的色彩再现。这也是sRGB技术的目标，即在例如照相机和显示设备之间产生一致的彩色模型。
现在已知的某照明中三个或四个值的色彩校正不考虑照明的变化，因为在现在的方法中，不加入关于照明的信息，而是直接根据照相机或显示设备生成的图像信息进行色彩校正。此外，三个或四个值的色彩表示相对模糊，因为当调整时仅有对色彩有影响的三个或四个值改变。而且，只用色彩配置不能通过校准进行照相机单个缺陷(与某波长有联系)的校正。
本发明的目的在于提供一种方法和设备，借助该方法和设备可消除现有色彩校准或色彩校正方法先前提到的缺点。特别是，本发明的目的在于提供一种用于对照相机和/或显示设备进行色彩校准和色彩校正的方法，其比先前的方法更准确，其中可考虑照明的变化以及借助此方法可校正照相机和显示设备的单个缺陷。
本发明的目的通过一种方法和设备得以实现，其特征如权利要求所示。
在本发明的方法和设备中，首先进行照相机或显示设备的色彩校准。在该色彩校准中，根据彩色基准的光谱信息形成的彩色基准的色彩表示由彩色基准的光谱和照明的光谱计算，通过把彩色基准的光谱与照明的光谱相乘。这样，照明的影响可通过非常简单的计算进行考虑。彩色基准的光谱信息和照明的光谱信息可以是先前已知的保存在数据库中的数据或者在校准中测量的数据。单纯的色彩校准是静态照明某些应用中的充分措施，例如远程医疗和内诊镜检查。照明改变时，以彩色基准的光谱信息形成的彩色基准的色彩表示再次通过把彩色基准的光谱与改变的照明的光谱相乘来计算。变化后照明的光谱可或者在拍摄照片的情况测量或者收集数据库先前确定的数据。这样可在各种照明条件下进行色彩校正，而不必再次测量彩色基准形成的彩色光谱或者从数据库收集。这还使其更简单和加快校正，以及尽管改变照明条件仍然可能形成实时图像。出于所述原因，可使该方法需要的计算时间非常少，这例如可能形成实时视频图像，尽管帧速率相对大。这使得例如在需要的医疗应用中可采用该方法，其中帧速率通常必须至少为30图像/秒。
在本发明方法的一个应用中，通过照明的光谱信息校正数字图像的彩色世界(colour world)以适应照明条件或者期望的照明条件。
在本发明方法的一个应用中，通过在照明光谱已知的照明条件下拍摄彩色基准照片来进行数字照相机的色彩校准。彩色基准的色彩光谱已经被测量或者先前已知。照相机和显示设备的色彩缺陷通过把照相机数字响应的RGB-值与彩色基准精确又正确的RGB-值比较来发现。精确RGB-值由彩色基准和照明光谱的色谱形成。本方法不只限于RGB-值，而是可用于任何三个或更多分量的色空间。该色彩校准信息可进行对应照明的实时色彩校正。相同的方法可用于显示设备，但光谱响应由显示设备测量。在对显示设备的校准中，通过以光波长检测器测量响应可获得最精确的结果。
在本发明方法的一个应用中，对数字照相机或显示设备的色彩校准以测量照明光谱或者从数据库选取照明光谱开始。通过照明光谱，精确和尽可能正确的彩色世界可产生，例如对传统的RGB-色空间，在现存的摄影环境下。最终的色彩校正通过编辑照相机或显示设备的数字图像数据以对应所产生的精确色值来进行。在相机或显示设备的色彩校准中发现的彩色缺陷在所产生的色空间中考虑进去。所产生的色空间根据对应最优环境的缺陷进行编辑。需要时，可借助对应不同照明环境的方法来编辑数字图像，该照明环境与在摄像时的照明不同，例如，在白炽灯照明下拍摄的照片可改变为对应日光环境。
在本发明方法的一个应用中，光谱，对照相机或者显示设备的色彩校准和色彩校正所需要的，通过光波长检测器测量，该检测器可集成到照相机和/或显示设备或固定连接到设备，或者其可用作外部元件。通过测量光的波长可精确进行设备中照明光谱识别，或者照明光谱可从数据库中通过由照明测量的一些特征收集，例如，通过照明光谱峰或者通过照明的色温。照明波长的偏差可以如下进行，例如，通过分类或者光栅和不同波长的检测，如借助线探测器。照明光谱的识别还可根据图像数据的内容进行，这种情况下某些特征从图像数据搜索，通过此从数据库中搜索光谱。
在本发明的方法和设备中，彩色基准的彩色光谱和照明光谱以波长探测器进行测量。彩色基准光谱通常以外部设备进行确定。而确定照明光谱时，波长探测器可以是照相机或显示设备外部的设备，或者其可集成到照相机或显示设备中。照相机本身的传感器在一些情况下也可用于确定波长。在波长探测器中把光分成光谱例如可通过过滤器或者光栅实现。对监控波长本身，例如可使用线探测器。这样，光谱的所有波长可非常精确和可靠的进行测量。出于所述原因，借助校准和校正可能获得精确可靠的结果，以及不同照相机和显示设备相互精确对应的各种色彩。
RGB-色彩表示经常由彩色基准的光谱信息进行计算。RGB色空间是在照相机和显示设备中普遍使用的最普通色彩表示方法，因此在此基础上的色彩校准和校正适合于最普遍使用的数字照相机和显示设备。由彩色基准的光谱信息形成彩色基准RGB色彩表示，照相机和/或显示设备的系统函数通过从照相机和/或显示设备的RGB色值减去或加上彩色基准光谱信息形成的RGB色彩表示的RGB色值而形成。通过系统函数，照相机和/或显示设备的校正的RGB色彩表示被确定。这样，可能确定照相机和/或显示设备的RGB色空间中的缺陷，从而可由其形成RGB表格显示，该表格在形式上对应照相机和/或显示设备形成的RGB表格显示，其中对R、G和B的每一个值0-255存在其自己的系统函数值。因而，该方法能够精确校正单个设备相关的照相机或显示设备的RGB色彩表示中缺陷(换言之，均匀的小偏差，处于色彩R、G或B的一些值0-255中)。照明改变时，对应新照明环境的RGB色彩表示由光谱和彩色基准的光谱计算。通过该信息，系统函数在设备校准的结果更新为对应照明时获得。照相机和/或显示设备校正的RGB色彩表示通过增加系统函数的RGB色值形成，其根据照明中变化更新到照相机和/或显示设备的RGB色彩表示的RGB色值。这样，照相机和/或显示设备的RGB色彩表示校正可通过非常简单的计算进行，这种情况下色彩校正可能非常快的进行并因此容易在实际应用中实时实现。
接下来，将参照附图更详细的说明本发明，其中，
图1表示的是根据本发明的照相机和/或显示设备的色彩校准方法的原理图，以及
图2表示的是对数字图像进行实时色彩校正的原理图。
在图1所述的图解图中说明的数字照相机的色彩校准方法中，彩色基准以要进行色彩校准的相机进行。这种情况下，彩色基准由具备24种不同颜色的MB色彩检验器表形成。照相机形成对物体拍摄的照片的24-位RGB色彩表示。由照相机形成的RGB色彩表示是一个表格，其具备对应照相机传感器形成的色彩组分R、G和B的值0-255的色值。对于色彩校准，彩色基准的光谱由彩色基准形成，使用光波长探测器或由彩色基准先前测量的光谱。此外，照明的光谱在照明中于对彩色基准照像时测量。测量照明光谱还可以波长探测器进行。通过照明光谱，获得关于光强是如何被分成各种波长的信息，并且通过此，可能校正彩色基准的光谱以在照相时符合照明环境。照相机的RGB色彩表示和所有光谱信息被传送到计算机以进行相机色彩校准。所使用的计算机例如可以是微型计算机或者嵌入式系统(即，例如是照相机系统本身)。作为图形接口SDL(简单控制层)-接口用在图1的应用中。采用图像数据的32-位格式作为图像数据的保存格式，尽管如先前所述图像数据从照相机中读出为24-位。保存格式之间的变化通过SDL-接口实现。
在计算机中，在格式上对应照相机RGB色彩表示的RGB色彩表示由彩色基准和照明光谱生成，通过把彩色基准的光谱与照明的光谱相乘。由彩色基准的光谱信息形成的RGB色彩表示是提醒照相机RGB色彩表示的表格，该表格中，有对应色彩组分R、G和B的元0-255的色值。这之后，照相机RGB色彩表示的系统函数(校正表)由照相机RGB色彩表示和光谱信息所形成的RGB色彩表示进行计算。校正表的值还保存为与先前所述的形式相同的表格的32-位RGB色彩表示。照相机的RGB色彩表示的最终色彩校准本身通过把系统函数的RGB色值(校正表值)加到照相机的RGB值而进行。当促进SDL接口时，位向量必须由如图1的图所示的表格的负值形成。通过此方法，可阻止SDL-接口中的溢出。在增加校正表后，照相机由检测器所形成图像数据形成RGB色彩表示，该色彩表示对应用光波长探测器在照相时的环境下测量的色彩表示。这种色彩表示考虑在照相机的照片形成设备中发生的单个缺陷(例如某些波长/波长范围上的偏差)，并且作为其结果给出非常精确对应从光谱信息所收到的色彩表示的(正确)色彩表示。此外，照相机的这类色彩校准总是考虑照明的影响，因而，照相机所形成的色彩表示尽管由于照明环境仍比用先前已知的方法所校准的相机更符合肉眼所见彩色基准的色彩表示，
显示设备的色彩校准促进RGB色彩表示主要用和照相机的色彩校准对应的方法进行，即首先通过显示设备所形成彩色基准的RGB色彩表示和由光谱信息形成的彩色基准的RGB显示来确定显示设备的RGB色彩表示的系统函数。由显示设备形成的RGB色彩表示例如可这样找出，即通过以分光光度测量仪或光波长探测器测量显示设备的色彩和以表格形式由作为测量结果收到的三值色彩表示形成显示设备的RGB色彩表示。作为彩色基准的光谱，先前由彩色基准测量的光谱可被简化(在某照明下通常容易测量的彩色基准光谱与彩色基准一起传送)，这种情况下不必再次测量彩色基准的光谱。照明的光谱可以光波长探测器测量，彩色基准的光谱被校正以在如先前所述校准时符合照明环境，通过从彩色波长的光谱减去照明的光谱。显示设备的RGB色彩表示系统函数(校正表)由显示设备所形成的彩色基准的RGB色彩表示和光谱信息形成的彩色基准的RGB色彩表示形成。显示设备的色彩如下进行校准，即通过把校正表的色值与显示设备所形成RGB色彩表示的色值相乘，这种情况下显示设备所形成的色彩表示与由光谱信息所形成的彩色基准的精确色彩表示一致。
经常的，有利的是同时对照相机和显示设备进行色彩校准。这样，可能使利用照相机拍摄照片中的色彩当出现在显示设备中时和自然中的尽可能精确的相同。例如，不管照明环境，彩色基准的拍摄色彩这种情况下在显示器上具有和自然中相同的颜色。由光谱信息和照明的测量光谱所形成的彩色基准的相同光谱可用在对照相机和显示设备同时的色彩校准中。因此，只有显示设备所产生的RGB色彩表示需要分别测量，而照相机的RGB色彩表示在拍摄彩色基准时可自动形成。
图2表示对数字图像进行实时色彩校正的原理的图。色彩校正以色彩校正照相机或显示设备进行。色彩校准例如根据图1的原理完成。在校正中，精确的RGB值由彩色基准的彩色光谱以及照明光谱形成。该方法不仅限于RGB值，而是其可用于任何其它三个或更多分量的色空间。该色彩校准信息能够实时完成色彩校正以符合照明。相同的方法适用于显示设备，但光谱复制例如利用显示设备的辐射计测量。
数字照相机或显示设备的色彩校正以测量照明光谱或从数据库选取照明光谱开始。照明光谱还可精确测量或者其只有某些可据之识别光谱的特征可测量。照明光谱还可基于图像的色彩信息或内容进行识别。通过照明光谱精确和尽可能正确的彩色世界可生成，例如对现存拍摄环境下的传统RGB色空间。最优色空间可通过把照明光谱和由于色彩校准收到的彩色基准的光谱联合而产生。
最终的色彩校正如下进行，即通过编辑照相机或显示设备的色彩校准图像数据来符合根据需要的照明产生的精确色值。在色彩校正中，照相机或显示设备的单个色彩缺陷也被考虑，基于照相机或显示设备的色彩校准数据。由于校准接收的色彩缺陷被保存为RGB色空间的值，例如，这种情况下由基于照明所产生的色空间，RGB值被减少或增加，根据照相机或显示设备的色彩校准数据。在RGB色空间表中，对应0-255每个分量的值被形成，该表格中有对应每个值的变化。基于这些变化，图像数据的校准可实现，例如，通过从原始RGB图像数据减去校正值。该方法必要时可用于编辑数字图像以符合不同的照明环境，其可能在拍摄时与照明不同，例如，在白炽灯照明下拍摄的照片可被改变以符合日光照明。这种情况下，使用者选取的照明光谱例如被用作照明光谱。
本发明的用于对照相机和/或显示设备进行色彩校准和校正的方法和设备可用与早先介绍的实施例应用不同的许多方法实现。该方法还可在除了RGB色空间外的其它色空间中实现。该方法例如可用在RGBE、RGBA、CMYK、YUV、YIQ、HSV中，并且相应的色空间有各种分量组成。此外，该方法可用于光谱相机的色彩校准和校正以及在先前提到的色空间中的光谱图像显示。而且，该方法的各个阶段可用许多不同的方法实现。校准和校正还可如下完成，即通过把显示设备中显示的彩色基准或者拍摄的彩色基准与相应的物理彩色基准比较，和通过调整显示设备和照相机的色彩表示以适应人类肉眼可见的物理彩色基准的色彩表示。这一点可通过用程序调整光谱和由彩色基准的光谱借助早先提到的照明光谱计算新的RGB显示来实现。而且，例如，测量彩色基准的光谱可以用适合于测量光谱的各种设备/方法完成。例如，辐射计可用作光谱探测器，光可由许多目前已知的方法分散成光谱，例如用棱镜、光栅或用各种色彩过滤器，在用半导体探测器测量其不同波长的强度前。许多情况下，测量彩色基准的光谱不必要，因为早先已经测量。这样的情形中，只有照明光谱必须确定，通过此可使得由光谱信息形成的彩色基准的RGB色彩表示适应在拍摄时存在的照明环境。
本发明不限于所提出的有利应用，而是其可在权利要求所形成的发明的思想框架中变化。
Claims (10)
1.一种用于对照相机和/或显示设备进行色彩校准和用于校正数字图像色彩缺陷的方法，在该方法中用照相机和/或显示设备形成的数字图像通过校正照相机和/或显示设备数字图像的色值而进行调整，其特征在于，
以照相机和/或显示设备而形成/产生的数字图像通过由彩色基准的光谱信息所形成的数据库进行调整。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在由彩色基准的光谱信息所形成的数据库的色彩表示中，通过照明光谱考虑照明的影响。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于由彩色基准的光谱信息所形成的数据库的色彩表示由彩色基准的光谱和照明光谱通过把照明光谱与彩色基准的光谱联合进行计算。
4.根据权利要求1-3中任一个的方法，其特征在于当照明变化时由彩色基准的光谱信息所形成的色彩表示数据库由彩色基准的光谱和照明光谱再次通过把彩色基准的光谱与变化的照明的光谱联合进行计算。
5.根据权利要求1-4中任一个的方法，其特征在于，在拍摄时，对应照明环境的彩色基准光谱和/或照明光谱用光波长探测器进行测量。
6.根据权利要求1-5中任一个的方法，该方法中采用由分量组成的色空间，其特征在于，利用由彩色基准的光谱信息所计算的数据库来调整由分量形成的色空间。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，如下形成由彩色基准的光谱信息形成的数据库照相机和/或显示设备的系统函数，即：从照相机和/或显示设备的元件形成的色值减去由彩色基准的光谱信息分量形成的色彩表示的色值；并且通过系统函数来确定校正的、由元件形成的照相机和/或显示设备的色彩表示。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，这样形成校正的、由元件形成的照相机和/或显示设备的色彩表示，即：通过把由系统函数的组成部分形成的色值加到由照相机和/或显示设备色彩表示的元件所形成的色值上。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，把RGB色彩表示用作由元件形成的色彩表示。
10.一种用于对照相机和/或显示设备进行色彩校准和用于校正数字图像色彩缺陷的设备，该设备包括用于通过校正照相机和/或显示设备数字图像色值调整用照相机和/或显示设备形成的数字图像的装置，其特征在于，该设备包括用于通过由彩色基准的光谱信息形成的数据库校正以照相机和/或显示设备形成/生成数字图像的装置。
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