隨著科技的發(fā)展與人們生活水平的提高,各種成像、顯示設(shè)備在生活中越發(fā)普及。但是由于不同類(lèi)型的彩色影像設(shè)備具有不同的光度學(xué)、色度學(xué)特性,因此在進(jìn)行顏色傳輸時(shí)總會(huì)造成一定的失真,也就是說(shuō),不同設(shè)備在顯示同一幅圖像時(shí)會(huì)有不同的顯示效果。由此,我們需要構(gòu)建一套顏色管理系統(tǒng)來(lái)保證顏色在傳輸過(guò)程中的準(zhǔn)確性以及喜好性。完整的顏色管理系統(tǒng)通常分為三部分,即設(shè)備特征化,色貌模型,以及色域映射。首先是影像設(shè)備的色度特征化。影像設(shè)備按其功用不同可以分為成像設(shè)備(例如數(shù)碼照相機(jī))和顯示設(shè)備(例如液晶顯示器)兩種。對(duì)于不同的影像設(shè)備,其特征化模型也會(huì)有所調(diào)整以適應(yīng)其色度學(xué)特性,如針對(duì)數(shù)碼照相機(jī)多項(xiàng)式模型,針對(duì)CRT顯示器的GOG模型,針對(duì)液晶顯示器的PLCC模型等。本文將在介紹不同影像設(shè)備的色度特性的基礎(chǔ)上對(duì)其特征化模型進(jìn)行驗(yàn)證和總結(jié),以期達(dá)到精準(zhǔn)的色度特征化效果。同時(shí),本文還著重分析了OLED顯示器的色度特性,包括其通道獨(dú)立性,基元恒定性,通道疊加性,時(shí)間穩(wěn)定性以及色域等重要特性,建立了針對(duì)OLED顯示器的色度特征化模型并取得了良好的效果。設(shè)備特征化模型描述了設(shè)備相關(guān)的通道驅(qū)動(dòng)值(例如RGB值)和設(shè)備無(wú)關(guān)的人眼刺激感受(例如三刺激值)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。但是,由于同一顏色刺激在不同的觀察條件下會(huì)存在不同的視覺(jué)感受(色貌),因此單單憑借這一轉(zhuǎn)換關(guān)系并不足以完成顏色之間的傳遞,為此我們需要利用色貌模型來(lái)完成顏色刺激與色貌感知之間的轉(zhuǎn)換。色貌模型的目的是將人眼的顏色感知進(jìn)行定量化描述,是連接顏色刺激與視覺(jué)感受的橋梁。傳統(tǒng)的色貌模型包括CIELAB以及CIECAM02等,此類(lèi)色貌模型多是基于表面色實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所建立,并且亮度變化范圍通常較小,其準(zhǔn)確性尚未在廣色域(WideColourGamut,WCG)以及寬動(dòng)態(tài)范圍(HighDynamicRange,HDR)的顯示器上予以驗(yàn)證。近些年來(lái),隨著顯示設(shè)備的發(fā)展,也有人提出針對(duì)WCG與HDR顯示的色貌模型,如Dolby Vision提出的Ictcp模型,以及浙江大學(xué)提出的Jzazbz模型等。本文將會(huì)對(duì)現(xiàn)有的主流色貌模型進(jìn)行回顧,并將利用使用最廣泛的CIELAB模型,最均勻的CIECAM02-UCS模型,以及最新提出的Jzazbz模型在廣色域顯示器上進(jìn)行色域映射,并比較模型效果,以期為今后色貌模型的使用提出建議。在介紹完設(shè)備的特征化模型之后,本文給出在不涉及色域映射情況下的一個(gè)顏色管理系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例,即利用顯示器準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)實(shí)際的照明場(chǎng)景。同時(shí)設(shè)計(jì)了基于范疇判斷(CategoricalJudgment)的心理物理實(shí)驗(yàn),用以評(píng)價(jià)顏色管理系統(tǒng)的整體效果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,利用顏色管理系統(tǒng)可以更加精準(zhǔn)地復(fù)現(xiàn)實(shí)際的照明場(chǎng)景,場(chǎng)景的復(fù)現(xiàn)效果遠(yuǎn)高于原稿的顯示效果。利用設(shè)備特征化模型以及色貌模型已經(jīng)可以對(duì)圖像的顏色進(jìn)行精確地描述。假如原設(shè)備的顯色能力(色域)與目標(biāo)設(shè)備的顯色能力相同,那么我們可以方便地進(jìn)行顏色傳遞并保證精準(zhǔn)的顏色復(fù)現(xiàn)。但是,顯色能力相同(色域大小一致)這一條件通常是無(wú)法滿(mǎn)足的。在這種情況下,我們需要一種方法來(lái)克服由于色域大小差異所導(dǎo)致的顏色不匹配(colour mismatch),將顏色從一個(gè)原始的設(shè)備(或者圖像)色域映射到另一個(gè)大小不同的目標(biāo)設(shè)備的色域,即色域映射(gamutmapping)。完整的色域映射算法通常分色域邊界描述以及色域映射算法兩步。其中色域映射算法又可詳細(xì)地分為色域壓縮算法與色域拓展算法兩種。色域邊界的精確描述是色域映射的前提,它的目的包括1)準(zhǔn)確地描述色域邊界所在的位置,滿(mǎn)足準(zhǔn)確性(accuracy)的要求。2)提供一個(gè)過(guò)渡光滑的色域邊界,防止顏色出現(xiàn)跳變,滿(mǎn)足平滑性(smoothness)的要求。本文將在廣泛比較各類(lèi)色域邊界描述算法的基礎(chǔ)上,分別對(duì)基于設(shè)備的色域描述算法以及基于圖像的色域描述算法提出建議,為后續(xù)色域映射算法的實(shí)施提供準(zhǔn)確、平滑的色域邊界。傳統(tǒng)的色域映射算法主要圍繞色域壓縮展開(kāi),即將一個(gè)大色域映射到一個(gè)小色域。一般的色域映射評(píng)價(jià)指標(biāo)有二,即準(zhǔn)確性(accuracy)和喜好性(preference)。準(zhǔn)確性是指將原圖像準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)的能力,而喜好性則是指復(fù)現(xiàn)圖像給人的喜好程度。通常而言,色域壓縮算法的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為準(zhǔn)確性,而色域拓展算法的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為喜好性,這是根據(jù)它們的映射特點(diǎn)所決定的。本文詳細(xì)分析比較了當(dāng)前主流的色域映射算法,并對(duì)其設(shè)計(jì)原理、目的進(jìn)行了細(xì)致介紹。同時(shí)本文依據(jù)人眼顏色感知特性,提出了基于鮮艷度(vividness)的色域壓縮算法(VP,vividness-preserving)以及色域拓展算法(VE,vividness-extension)。鮮艷度被定義為色域中的任一顏色距離black(色域的黑點(diǎn),在該色域中具有最低的亮度,最小的彩度)的距離,其被證明能夠很好地表征人眼的實(shí)際顏色感受。對(duì)于VP,其主要目的在于盡量保持鮮艷度變化最小,而對(duì)于VE,則是在保證圖像對(duì)比度提升的情況下,盡量提升鮮艷度以使圖片更加令人喜好。同時(shí),本文還將VP和VE算法與現(xiàn)階段主流的色域映射算法相比較,包括CIE所推薦的SGCK和HPMINDE算法,以及其他最新的色域壓縮/拓展算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,整體上VP和VE算法的表現(xiàn)均優(yōu)于其他算法。最后,本文將對(duì)主要的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行匯總總結(jié),并針對(duì)研究中遇到的問(wèn)題提出進(jìn)一步的研究展望。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TP391.41;TP315
【部分圖文】：

．１研究背景、目的及意義??．１．１研究背景??隨著科技進(jìn)步和生活水平的提高，彩色圖像設(shè)備越發(fā)普及。然而，對(duì)于不同的圖備而言，其色度特性是不一致的。比如說(shuō)，一幅由彩色數(shù)碼相機(jī)所拍攝的圖片，如果放到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示，顯示器上所呈現(xiàn)的圖像往往與實(shí)際的拍攝場(chǎng)景存在較大的，這就是由于媒介（Ｍｅｄｉａ）不同所引起的色彩感知不匹配。同時(shí)，同一幅圖像如果不同的顯示器上進(jìn)行呈現(xiàn)，所觀察到的圖片也往往會(huì)有區(qū)別，這是由于不同的（顯）色度特性所帶來(lái)的色彩感知差異。甚至，即使使用同一臺(tái)顯示器，如果觀察環(huán)境發(fā)變（例如從明亮的場(chǎng)景變換到昏暗場(chǎng)景），人眼的色彩感知依然不同，這是由于不同察環(huán)境所導(dǎo)致的色彩感知差異。因此，為了保證彩色圖像在不同的設(shè)備之間進(jìn)行傳色彩感知不變（或者差異最�。�，需要發(fā)展一套顏色管理系統(tǒng)對(duì)彩色圖像傳輸?shù)母鱾�(gè)進(jìn)行控制，以期迗到色彩的準(zhǔn)確傳遞和復(fù)現(xiàn)。??ｄｅｖｉｃｅ?ｃｏｌｏｕｒ?ｇａｍｕｔ??

最直觀的顏色管理系統(tǒng)莫過(guò)于閉環(huán)顏色管理系統(tǒng)。其思想是對(duì)兩個(gè)彩色設(shè)備之間建??立一一對(duì)應(yīng)的顏色映射關(guān)系，通常采用ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ－Ｕｐ－Ｔａｂｌｅ，查找表）［５］來(lái)進(jìn)行顏色傳遞。??閉環(huán)顏色管理系統(tǒng)的如圖１．２所示。??通常而言，查找表的建立是通過(guò)對(duì)兩個(gè)彩色設(shè)備的顏色通道進(jìn)行均勻采樣進(jìn)行的。??例如，如果需要建立顯示設(shè)備１?（Ｄ１）到顯示設(shè)備２?（Ｄ２）的顏色映射關(guān)系，若它們均是??采用紅（Ｒｅｄ），綠（Ｇｒｅｅｎ）以及藍(lán)（Ｂｌｕｅ）三個(gè)彩色通道來(lái)顯示顏色，則一種可行的方??式便是對(duì)Ｄ１的三個(gè)彩色通道Ｒ，Ｇ，?Ｂ進(jìn)行ｎＸｎＸｎ的均勻采祥。對(duì)任意一個(gè)采樣點(diǎn)，尋找??目標(biāo)色域Ｄ２中的顏色點(diǎn)作為其映射的終點(diǎn)。從而，Ｄ１中的其他任意一個(gè)顏色均可由該ｎ??ＸｎＸｎ個(gè)顏色進(jìn)行插值而得。由此可以將顏色個(gè)數(shù)從２５６３?（假定顯示設(shè)備是８ｂｉｔ的顯示器）??減少到ｎ３，減少了記錄以及測(cè)量所需的數(shù)據(jù)量。??心繁＼?＾??ｂ??Ｓ?ｍ??ａ?：：＜々??－Ｘ、、????１?ｘ??圖１．２閉環(huán)顏色管理系統(tǒng)??對(duì)于有限的顯示設(shè)備而言，閉環(huán)顏色管理系統(tǒng)能夠提供較好的顏色傳遞效果，并且??在８０年代和９０年代被Ｃｒｏｓｓｆｉｅｌｄ和Ｓｃｉｔｅｘ公司所成功使用［３］。但顯而易見(jiàn)

使設(shè)備對(duì)的個(gè)數(shù)從降低到２ｎ?（考慮到正向以及反向兩種情況）；同時(shí)，在進(jìn)行??映射的時(shí)候，無(wú)需考慮目標(biāo)顏色的顯色特性，僅需考慮該顯色設(shè)備與ｓＲＧＢ色空間的色域??映射關(guān)系即可。ｓＲＧＢ管理系統(tǒng)的如圖１３所示。??％ｊ＝ｌ??固?ｆｍｍ??圖１．３?ｓＲＧＢ顏色管理系統(tǒng)??ｓＲＧＢ空間是由微軟聯(lián)合ＨＰ、三菱、愛(ài)普生等廠(chǎng)商聯(lián)合推出的基于ＣＲＴ?（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙ??Ｔｕｂｅ）顯示器顯色特性的一個(gè)顏色空間。由于其同時(shí)規(guī)定了顯示器的觀察環(huán)境（背景，殼??度，白點(diǎn)等），因此實(shí)際上任意的ｓＲＧＢ驅(qū)動(dòng)值表征了一組特定的色貌屬性；同時(shí)，由于該??色域是基于典型的ＣＲＴ顯示器所開(kāi)發(fā)的，因此對(duì)于一臺(tái)經(jīng)過(guò)特定亮度、對(duì)比度調(diào)校并且按??４??
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