基于图像质量评价的显示器颜色复现技术研究

发布时间：2019-09-27 06:29

【摘要】：随着社会工业水平和信息化程度的不断提高，彩色显示器逐渐进入生活和生产而成为人们获得信息的主要载体。图像颜色准确复现一直是广大消费者和各显示器厂商最关心的问题之一。然而现今流行的显示器如CRT、LCD、OLED、LED显示屏等，由于显示颜色的机理不尽相同，均存在不同程度的图像跨媒体颜色复现问题。本文对显示器颜色复现流程中的若干技术进行了深入研究，提出一种基于图像质量评价的显示器颜色复现技术。显示器的色度特征化和色域边界描述。针对LCD、CRT显示器和LED显示屏等显示设备的色度特性化，分别给出了特征化数学模型，然后利用PR655色度计对一台LCD显示器和一台LED显示屏箱体在暗室条件下分别进行特征化实验验证，并给出相应的特性化数据和曲线拟合结果。然后提出了一种显示器色域边界快速迭代计算方法，详细介绍了算法原理并结合LED显示屏分析了算法的计算精度和速度。使用色度特征化后的点间距为3mm的LED显示屏箱体对该色域边界描述算法进行了验证。实验结果表明：11次迭代运算后，拟合色域边界已非常光滑，每条映射线上的色域边界点真实值和计算值最大色差仅为0.23。与插值类计算方法相比，最大色差值和计算速度分别降低和提高了一个数量级。该色域边界描述方法具有广泛的通用性，可用于CRT显示器和LCD显示器等可用特征矩阵表征颜色三刺激值与三原色归一化亮度关系的显示设备。色域映射失真图像的质量评价。本文针对色域映射失真图像，在传统图像质量评价的基础上提出了一种新的图像质量评价方法。首先将源图像和映射图像转换到CIE LAB均匀颜色空间中。对图像的明度分量，提取其相位一致性特征和边缘强度特征，对图像彩度和色相分量，根据色域映射的特点，分别提取彩度和色相分量的彩度差和色相差作为图像的另外两个特征，形成最终的质量评价公式GMSIM。使用已有的3个色域映射图像集和TID2008图像库，对GMSIM算法进行参数拟合以及算法对两种图像库主观评价结果的预测准确性实验，其中对色域映射图像集采用命中率和显著性检验来表征算法性能。实验结果显示，GMSIM算法对色域映射失真图像的主观感知预测准确性比传统的图像质量评价方法提高了约4.5%，但仍有较大的进步空间，而在TID2008图像库上的预测性能也有所提高。该图像质量评价算法可以用于设计新的色域映射算法，也可在一定程度上代替复杂费时的心理物理学主观评价实验，来验证或对比色域映射算法的效果。基于图像质量评价的显示器色域映射。首先介绍了“基于图像特性选择算法”类色域映射算法的各种思路并引出本文色域映射算法思路。然后详细分析了各类色域映射算法的特点并从中选用了4种算法作为基本色域映射算法。提出了一种基于GMSIM图像质量评价算法和SLIC超像素图像分割与权重图融合策略的色域映射算法FUSION-I，在每个图像分块内以图像质量评价结果为选择标准，对已有多种不同的色域映射算法进行选择综合利用。针对FUSION-I算法容易产生色块的缺点，提出了对权重图进行引导滤波的色域映射算法FUSION-II。对本文提出的两种算法和其他基本色域映射算法进行主观评价实验，结果证明本文算法在图像颜色保真效果上要优于其他算法，但在计算速度上仍有待优化。
【图文】：

彩色图像,显示器,显示图像,彩色图像

随着计算机技术、网络和多媒体技术的发展以及整体工业水平的不断进步,各种彩色显示设备如 CRT 显示器、LCD 显示器、OLED 显示器、PDP 显示器和LED 显示屏[1-7]等在人们的日常生活和工业生产中得到了广泛使用。但是，由于各种显示器的颜色显示机制不尽相同，，彩色图像在传递和复现过程中会产生不同程度的跨媒体颜色复现问题。采取何种方法使彩色图像在不同种类和型号的显示器之间能够尽量保持颜色复现的一致性，一直是众多显示器研制和应用科学研究人员研究课题之一。1.1.1 显示器间图像颜色复现失真问题彩色图像记录了大量人类生产和生活过程中必须的信息，丰富了人类的生活并推进了人类文明进程。但是彩色图像在不同型号、不同种类的显示器间传递时产生的颜色复现失真问题，给彩色图像的正确使用带来了困扰。例如在网上购物活动中，当人们在不同的显示器上对同一件商品进行对比时，时常会产生图像颜色不一致的问题，导致不符合预期的选择，如图 1.1 所示，其中(a)为索尼公司LCD 显示器 HX720，(b)松下公司 PDP 显示器 GT31，(c)为三星 LCD 显示器 D7000。

光谱响应曲线,电磁波谱,可见光,范围

图 2.1 可见光电磁波谱范围2.1.2 颜色视觉理论事实上，颜色视觉就是人眼视觉系统接收光辐射后产生的主观感觉。人眼视觉工作机制与照相机对可见光的处理方式具有一定的相似性。人眼观察物体时人眼接收源自物体表面的光辐射，经过眼球各部分的共同作用，成像在人眼视网膜上。视细胞受到光辐射刺激产生神经冲动，神经冲动信号沿着视神经传输进入人脑中的视觉处理中枢，最后产生有关物体明暗、颜色和形状等的视感觉。人眼中存在两种视细胞，包括杆体细胞和椎体细胞，其中椎体细胞在光亮的环境下，可以分辨出纹理和边缘等物体细节，并能区分不同的颜色。人眼中的椎体细胞中共有三类，称为 L、M、S 型视感细胞，分别对长波、中波和短波的光辐射最敏感。每类椎体细胞都有独特的光谱响应特性，对应不同的光谱响应曲线如图 2.2 所示。入射光经椎体细胞分解为三个独立的刺激信号，并将各自的感应结果传输给大脑，最终形成颜色感觉。从图 2.2 可以看出，各类椎体细胞在不同波长处对于光谱刺激的敏感度是不同的，而且每个个体的细胞光谱响应曲线不尽
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN873

【参考文献】