基于梯度加权残差插值的Bayer图像色彩重建算法的研究
发布时间：2021-07-10 16:14
由于相机体积和成本的限制,相机生产厂家大多会选择单CCD或CMOS图像传感器类型结构,然后在传感器表面覆盖一层颜色滤波阵列,使得相机的最终成像是由红、绿、蓝三种颜色的像素块组成的Bayer图像。为保证全彩色图像的输出,必须利用相应的插值算法在Bayer图像的基础上,为每个像素点补充其他两种颜色分量,这个过程被称为色彩重建。现有的文献提出了一些重建算法,但是存在边缘处理效果不佳、拉链效应、块效应和虚假颜色等不足之处。针对这些问题,本文提出一种梯度加权残差插值算法。该算法首先用线性插值方法从水平和垂直两个方向得到所有像素的初始估计值,进而得到所有像素在水平和垂直方向的色差估计,以Bayer图像平面、线性插值后的Bayer图像平面和残差平面来联合提供四个方向的权重,之后将权重值与色差估计值相结合,再与原始红蓝通道值相加恢复完整绿色平面。最后基于色差平面对重建的绿色分量进一步细化。不同的环境光会使得经插值以后得到的图像出现色彩偏移的情况,需要对此进行颜色校正。针对现有颜色校正算法中存在的图像细节信息缺失和颜色饱和度较低等问题,提出了一种基于改进增益系数的图像颜色校正算法。该算法首先用改进增益系...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RGB颜色空间坐标系
天津工业大学硕士学位论文10图2-1RGB颜色空间坐标系在RGB颜色空间坐标系中，用0到255共256个数值来表示R、G、B中的任一种颜色，255表示最强和最饱和的彩色光，0表示最弱且没有彩色光的黑色。任何一种颜色都可以用不同比例的R、G、B混合而成，当三种颜色都等于255时，它将显示为白光；当三种颜色都等于0时，将显示为黑光。在颜色混合中，将一定数量的R、G、B进行混合来得到某种颜色。混合成这种颜色所需的红绿蓝三种颜色的数量称为该颜色的三刺激值，分别用r、g、b来表示。任意一种颜色的光谱三刺激值曲线如图2-2所示。曲线中显示的某些刺激值是小于零的，这说明通过混合红色、绿色和蓝色这三种颜色，有些颜色是无法显示出来的。图2-2RGB模型混合曲线2.1.2CIEXYZ颜色模型由于RGB是一种与设备有关的颜色模型，而每种设备在使用RGB颜色模型时都会对其有不同的定义，因此设备之间的RGB定义无法通用。另外，人们在对两种颜色进行比较时常常会忽略了光照这一因素，而如果这两种颜色所处的光照环境不同，就将毫无意义，且RGB模型在进行颜色匹配时某些波长会出现负值，即有些颜色的合成需要添加负的光，但是负光在现实中是不存在的。在此
第二章图像色彩重建相关基础11理论基础上，CIE定义了XYZ颜色模型，使其更适用于颜色计算。在CIE1931标准色度系统中，X、Y、Z分别代表混合各种波长的光谱颜色中的三刺激值，这三个值是由RGB系统中的实验数据转换而来的。在CIEXYZ颜色模型[45]中，光谱三刺激值曲线如图2-3所示，任意一种颜色混合函数C的三刺激值均为正值：CX[x]Y[y]Z[z](2-1)其中x、y、z分别为混合成颜色C所需标准基色X、Y、Z的系数。用y来表示颜色的亮度，用x和z来表示颜色的色度，便于颜色校准。从RGB颜色空间到XYZ颜色空间转换的公式如下：2.76891.75181.13021.00024.59070.06000.00000.05655.5943XRYGZB(2-2)从XYZ颜色空间到RGB颜色空间转换的公式如(2-3)所示：0.41850.15870.08280.09120.25240.01570.00090.00250.1786RXGYBZ(2-3)图2-3XYZ模型混合曲线2.1.3HSI颜色模型HSI颜色模型[46]用三个指标来描述颜色，分别为色调(H)、饱和度(S)和强度(I)，这种描述方式更适合于人类视觉系统的特点。色调H与光的波长有关，它反映了人类对不同颜色的感觉，是颜色的基本特征。饱和度S是指某种颜色的纯净度。饱和度越高，颜色看起来就会越鲜亮；反之，饱和度越低，颜色看起来就会越黯淡。饱和度可以用0%~100%之间的百分数来进行表示，0%表示灰色光,100%
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Retinex的彩色图像去雾霾算法研究[J]. 王园园,张娜,韩美林. 商洛学院学报. 2019(04)
[2]常用颜色模型[J]. 邵慧娟. 电子世界. 2013(03)
[3]Effective color correction method employing HSV color model[J]. Jae-hyoung YU,Young-tak KIM,Nam-ki LEE,Young-sun TCHOI,Hern-soo HAHN. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2012(01)
[4]一种用于单CCD图像传感器的图像插值算法[J]. 花樱,彭宏京. 中国图象图形学报. 2010(04)
[5]Bayer格式图像的实时彩色复原[J]. 罗潇,孙海江,陈秋萍,陈静,王延杰. 中国光学与应用光学. 2010(02)
[6]数字图像传感器颜色插值算法研究[J]. 贺钦,刘文予. 小型微型计算机系统. 2007(08)
[7]数码相机发展及市场格局[J]. 王博,王毅. 计算机工程与应用. 2002(22)
[8]关于数码相机图像传感器的工作原理[J]. 李郁. 高等函授学报(自然科学版). 2002(05)
博士论文
[1]图像颜色恒常性计算研究[D]. 王飞.西安电子科技大学 2018
硕士论文
[1]基于生成对抗网络的图像颜色校正方法[D]. 兰天.山东师范大学 2019
[2]基于层次递阶的雾天图像清晰化方法研究[D]. 王红.太原理工大学 2019
[3]基于FPGA的Bayer图像色彩还原技术研究[D]. 王麓.吉林大学 2019
[4]PBCCD模型和MSRCR算法的道路图像偏色检测与矫正[D]. 王利.武汉理工大学 2018
[5]基于内窥镜的图像增强及色彩矫正方法研究[D]. 刘诗源.河北大学 2017
[6]高速大面阵CMOS相机图像复原算法研究[D]. 孙晨.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2016
[7]基于CCD的彩色图像校正方法研究[D]. 秦潇枫.山西师范大学 2015
[8]基于非局部模型的CFA图像去马赛克[D]. 张平.西安电子科技大学 2014
[9]基于CFA的图像重建算法研究[D]. 杨晓飞.太原科技大学 2012
[10]数码相机的图像处理算法研究及应用[D]. 王怀野.西北工业大学 2001
本文编号：3276248
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RGB颜色空间坐标系
天津工业大学硕士学位论文10图2-1RGB颜色空间坐标系在RGB颜色空间坐标系中，用0到255共256个数值来表示R、G、B中的任一种颜色，255表示最强和最饱和的彩色光，0表示最弱且没有彩色光的黑色。任何一种颜色都可以用不同比例的R、G、B混合而成，当三种颜色都等于255时，它将显示为白光；当三种颜色都等于0时，将显示为黑光。在颜色混合中，将一定数量的R、G、B进行混合来得到某种颜色。混合成这种颜色所需的红绿蓝三种颜色的数量称为该颜色的三刺激值，分别用r、g、b来表示。任意一种颜色的光谱三刺激值曲线如图2-2所示。曲线中显示的某些刺激值是小于零的，这说明通过混合红色、绿色和蓝色这三种颜色，有些颜色是无法显示出来的。图2-2RGB模型混合曲线2.1.2CIEXYZ颜色模型由于RGB是一种与设备有关的颜色模型，而每种设备在使用RGB颜色模型时都会对其有不同的定义，因此设备之间的RGB定义无法通用。另外，人们在对两种颜色进行比较时常常会忽略了光照这一因素，而如果这两种颜色所处的光照环境不同，就将毫无意义，且RGB模型在进行颜色匹配时某些波长会出现负值，即有些颜色的合成需要添加负的光，但是负光在现实中是不存在的。在此
第二章图像色彩重建相关基础11理论基础上，CIE定义了XYZ颜色模型，使其更适用于颜色计算。在CIE1931标准色度系统中，X、Y、Z分别代表混合各种波长的光谱颜色中的三刺激值，这三个值是由RGB系统中的实验数据转换而来的。在CIEXYZ颜色模型[45]中，光谱三刺激值曲线如图2-3所示，任意一种颜色混合函数C的三刺激值均为正值：CX[x]Y[y]Z[z](2-1)其中x、y、z分别为混合成颜色C所需标准基色X、Y、Z的系数。用y来表示颜色的亮度，用x和z来表示颜色的色度，便于颜色校准。从RGB颜色空间到XYZ颜色空间转换的公式如下：2.76891.75181.13021.00024.59070.06000.00000.05655.5943XRYGZB(2-2)从XYZ颜色空间到RGB颜色空间转换的公式如(2-3)所示：0.41850.15870.08280.09120.25240.01570.00090.00250.1786RXGYBZ(2-3)图2-3XYZ模型混合曲线2.1.3HSI颜色模型HSI颜色模型[46]用三个指标来描述颜色，分别为色调(H)、饱和度(S)和强度(I)，这种描述方式更适合于人类视觉系统的特点。色调H与光的波长有关，它反映了人类对不同颜色的感觉，是颜色的基本特征。饱和度S是指某种颜色的纯净度。饱和度越高，颜色看起来就会越鲜亮；反之，饱和度越低，颜色看起来就会越黯淡。饱和度可以用0%~100%之间的百分数来进行表示，0%表示灰色光,100%
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Retinex的彩色图像去雾霾算法研究[J]. 王园园,张娜,韩美林. 商洛学院学报. 2019(04)
[2]常用颜色模型[J]. 邵慧娟. 电子世界. 2013(03)
[3]Effective color correction method employing HSV color model[J]. Jae-hyoung YU,Young-tak KIM,Nam-ki LEE,Young-sun TCHOI,Hern-soo HAHN. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2012(01)
[4]一种用于单CCD图像传感器的图像插值算法[J]. 花樱,彭宏京. 中国图象图形学报. 2010(04)
[5]Bayer格式图像的实时彩色复原[J]. 罗潇,孙海江,陈秋萍,陈静,王延杰. 中国光学与应用光学. 2010(02)
[6]数字图像传感器颜色插值算法研究[J]. 贺钦,刘文予. 小型微型计算机系统. 2007(08)
[7]数码相机发展及市场格局[J]. 王博,王毅. 计算机工程与应用. 2002(22)
[8]关于数码相机图像传感器的工作原理[J]. 李郁. 高等函授学报(自然科学版). 2002(05)
博士论文
[1]图像颜色恒常性计算研究[D]. 王飞.西安电子科技大学 2018
硕士论文
[1]基于生成对抗网络的图像颜色校正方法[D]. 兰天.山东师范大学 2019
[2]基于层次递阶的雾天图像清晰化方法研究[D]. 王红.太原理工大学 2019
[3]基于FPGA的Bayer图像色彩还原技术研究[D]. 王麓.吉林大学 2019
[4]PBCCD模型和MSRCR算法的道路图像偏色检测与矫正[D]. 王利.武汉理工大学 2018
[5]基于内窥镜的图像增强及色彩矫正方法研究[D]. 刘诗源.河北大学 2017
[6]高速大面阵CMOS相机图像复原算法研究[D]. 孙晨.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2016
[7]基于CCD的彩色图像校正方法研究[D]. 秦潇枫.山西师范大学 2015
[8]基于非局部模型的CFA图像去马赛克[D]. 张平.西安电子科技大学 2014
[9]基于CFA的图像重建算法研究[D]. 杨晓飞.太原科技大学 2012
[10]数码相机的图像处理算法研究及应用[D]. 王怀野.西北工业大学 2001
本文编号：3276248
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