專利名稱：自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種方法及裝置，尤其是一種自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法及裝置，具體地說是視頻成像系統(tǒng)中色彩校正矩陣產(chǎn)生的方法及裝置，屬于圖像視頻處理的技術領域。
背景技術：
考慮到人眼的光譜響應和攝像機圖像傳感器以及顯示器的光譜響應不同，為了更好地進行色彩還原和獲得很好的亮度分布，在實際的視頻成像系統(tǒng)中，加入了色彩校正模塊和伽瑪校正模塊；通常情況下，在色彩校正模塊中，色彩校正模塊通過對每個像素的色彩值乘以一個色彩校正矩陣來完成。其中，色彩校正矩陣通常是一個3x3的矩陣，就是通過補償攝像機圖像傳感器的光譜靈敏度和人類視覺系統(tǒng)的光譜響應的差異，來使圖像數(shù)據(jù)更接近人類眼睛看到的場景。然而通常的色彩校正矩陣生成方法沒有考慮到伽瑪校正曲線對最終色彩還原的影響，如果用戶自定義的伽瑪校正曲線和標準的顯示器伽瑪校正曲線不同，生成的色彩校正矩陣的色彩還原能力將大大減弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法及裝置，其能根據(jù)用戶自定義的伽瑪校正曲線產(chǎn)生所需的色彩校正矩陣，提高色彩校正矩陣的色彩還原能力，適應范圍廣。按照本發(fā)明提供的技術方案，一種自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法，所述色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法包括如下步驟:a、通過圖像傳感器獲取標準色卡的色卡圖像原始數(shù)據(jù)；b、通過對上述色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行所需的預處理，得到色卡圖像測量數(shù)據(jù)；利用所述色卡圖像測量數(shù)據(jù)及標準色卡的標準色彩值構建初始色彩校正矩陣；C、對上述色卡圖像測量數(shù)據(jù)利用所需的伽瑪校正曲線進行伽瑪校正；d、對上述伽瑪校正后的非線性色彩值進行標準的線性化處理和色彩空間轉換，得到校正色彩值，所述校正色彩值與標準色卡的標準色彩值位于相同的色彩空間；e、將上述校正色彩值與標準色卡的標準色彩值進行比較，得到色差值；利用初始色彩校正矩陣對所述色差值進行優(yōu)化，直至使得所述色差值最優(yōu)，輸出對應的色彩校正矩陣。所述圖像傳感器包括CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。所述標準色卡包括Gretag Macbeth色彩測試板,所述標準色卡包括24個色塊。所述伽瑪校正曲線包括伽瑪2.2曲線。所述步驟b中，對色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行的預處理包括色彩插值、色塊截取、白平衡及亮度糾正。一種自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生裝置，包括用于獲取標準色卡的色卡圖像原始數(shù)據(jù)的圖像傳感器，所述圖像傳感器的輸出端與圖像預處理模塊連接，所述圖像預處理模塊的輸出端與色彩校正矩陣優(yōu)化模塊連接，色彩校正矩陣優(yōu)化模塊還接收伽瑪校正曲線模塊連接，色彩校正矩陣優(yōu)化模塊與色彩校正矩陣輸出模塊連接；圖像預處理模塊對圖像傳感器獲取的色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行所需的預處理，并向色彩矩陣優(yōu)化模塊內(nèi)輸入色卡圖像測量數(shù)據(jù)；色彩校正矩陣優(yōu)化模塊根據(jù)伽瑪校正曲線模塊輸入的伽瑪校正曲線進行伽瑪校正，并利用標準的線性化處理機色彩空間轉換后得到校正色彩值；色彩校正優(yōu)化模塊對校正色彩值與標準色卡的標準色彩值間的色彩值進行優(yōu)化，且通過色彩校正矩陣輸出模塊輸出色彩值最優(yōu)時對應的色彩校正矩陣。所述圖像傳感器包括CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。所述標準色卡包括Gretag Macbeth色彩測試板,所述標準色卡包括24個色塊。所述圖像預處理模塊對色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行的預處理包括色彩插值、色塊截取、白平衡及亮度糾正。本發(fā)明的優(yōu)點:更好地模擬了實際圖像傳感器圖像處理流程，尤其在進行色彩校正矩陣優(yōu)化過程中，考慮到不同的伽瑪校正曲線對最終的色彩還原能力的影響，使得產(chǎn)生的色彩校正矩陣具有伽瑪曲線適應性，從而使實際的色彩校正矩陣取得最優(yōu)化的色彩還原能力。


圖1為本發(fā)明的結構框圖。圖2為伽瑪校正曲線的示意圖。圖3為本發(fā)明的工作流程圖。附圖標記說明:100-產(chǎn)生裝置、102-標準色卡、104-圖像傳感器、106-圖像預處理模塊、108-色彩校正矩陣優(yōu)化模塊、109-伽瑪校正曲線模塊及110-色彩校正矩陣輸出模塊。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示:為了能夠提高色彩校正矩陣的色彩還原能力及適應能力，本發(fā)明包括用于獲取標準色卡102的色卡圖像原始數(shù)據(jù)的圖像傳感器104，所述圖像傳感器104的輸出端與圖像預處理模塊106連接，所述圖像預處理模塊106的輸出端與色彩校正矩陣優(yōu)化模塊108連接，色彩校正矩陣優(yōu)化模塊108還接收伽瑪校正曲線模塊109連接，色彩校正矩陣優(yōu)化模塊108與色彩校正矩陣輸出模塊110連接；圖像預處理模塊106對圖像傳感器104獲取的色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行所需的預處理，并向色彩矩陣優(yōu)化模塊108內(nèi)輸入色卡圖像測量數(shù)據(jù)；色彩校正矩陣優(yōu)化模塊108根據(jù)伽瑪校正曲線模塊109輸入的伽瑪校正曲線進行伽瑪校正，并利用標準的線性化處理以及色彩空間轉換后得到校正色彩值；色彩校正矩陣優(yōu)化模塊108對校正色彩值與標準色卡102的標準色彩值間的色彩值進行優(yōu)化，且通過色彩校正矩陣輸出模塊110輸出色彩值最優(yōu)時對應的色彩校正矩陣。具體地，本發(fā)明產(chǎn)生裝置100中，標準色卡102采用Gretag Macbeth色彩測試表板，標準色卡102具有24個色塊，標準色卡102與最終生成的色彩校正矩陣無關，標準色卡102僅是生成色彩校正矩陣過程中的一個標定工具。圖像傳感器104為CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器，通過圖像傳感器104獲取標準色卡102的色卡圖像原始數(shù)據(jù)。圖像預處理模塊106能對色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行所需的色彩插值、色塊截取、白平衡處理、亮度糾正等處理，以生成色卡圖像測量數(shù)據(jù)。其中，圖像預處理模塊106進行的色彩插值、色塊截取、白平衡處理及亮度糾正等處理步驟均采用現(xiàn)有的技術手段，即采用圖像處理領域常用的處理方法，本發(fā)明實施例中不再詳述預處理的過程。色彩矩陣優(yōu)化模塊108接收圖像預處理模塊106輸出的色卡圖像測量數(shù)據(jù)，在色彩矩陣優(yōu)化模塊108內(nèi)根據(jù)色卡圖像測量數(shù)據(jù)及標準色卡102的標準色彩值能夠構建初始色彩校正矩陣，標準色卡102的標準色彩值與選擇的色卡相關，標準色彩值可以通過理論計算或實際測量得到。利用色卡圖像測量數(shù)據(jù)及標準色卡102的標準色彩值構建初始色彩校正矩陣可以采用現(xiàn)有的技術手段，本發(fā)明在具體實施時，構建初始色彩校正矩陣的方法為:由于標準色卡102具有24個色塊，通過圖像預處理模塊106預處理后得到24個色塊的三色值數(shù)據(jù)，所述三色值數(shù)據(jù)是一個3x24的數(shù)據(jù)矩陣；同時我們有24個色塊的標準色彩值，比如在srgb空間沒有經(jīng)過伽瑪處理的線性色彩值，也是一個3x24的數(shù)據(jù)矩陣，因此，可以通過最小二乘法辦法得到了一個3x3的初始色彩校正矩陣:M=A*BT*inv (B*Bt)其中，M為初始色彩校正矩陣，矩陣A為3x24的矩陣，矩陣A表示標準色卡102的24個色塊的標準的在srgb空間沒有經(jīng)過伽瑪處理的線性色彩值；矩陣B代表24個色塊的色卡圖像測量三色值，；inv表示逆矩陣計算；BT表示對矩陣B的轉置矩陣計算。伽瑪校正曲線模塊109能將用戶自定義的伽瑪校正曲線輸入色彩矩陣優(yōu)化模塊108內(nèi)，根據(jù)用戶喜好和應用，可以定義不同類型的伽瑪校正曲線。針對不同的伽瑪校正曲線，色彩矩陣優(yōu)化模塊108通過色彩矩陣輸出模塊110輸出不同的色彩校正矩陣，從而實現(xiàn)較優(yōu)的色彩還原能力，提高色彩校正矩陣的適應性。一般地，用戶自定義的伽瑪校正曲線需要一定的輸入，通常情況下伽瑪校正曲線包含若干個節(jié)點(通常是15個)，這些節(jié)點把輸出圖像和輸入圖像的亮度范圍分成若干份，從而建立了輸出和輸入的一種映射關系，用戶可以將這個曲線做成數(shù)據(jù)查找表的形式，一般分成兩列，一列是輸入值，一列是要對應節(jié)點處的輸出值。圖2顯示了兩種伽瑪校正曲線，一種是標準2.2的伽瑪曲線，一種是用戶自定義的伽瑪曲線。本發(fā)明實施例中，伽瑪校正曲線模塊109輸入的伽瑪校正曲線包括伽瑪2.2曲線。色彩校正矩陣優(yōu)化模塊108對上述伽瑪校正后的非線性色彩值進行標準的線性化處理和色彩空間轉換，得到校正色彩值，以使得所述校正色彩值與標準色卡102的標準色彩值位于相同的色彩空間；將上述校正色彩值與標準色卡102的標準色彩值進行比較，得到色差值；利用初始色彩校正矩陣對所述色差值進行優(yōu)化，直至使得所述色差值最優(yōu)，輸出對應的色彩校正矩陣。如圖3所示:為本發(fā)明的產(chǎn)生色彩校正矩陣產(chǎn)生方法的流程圖，所述產(chǎn)生方法200包括如下步驟:a、通過圖像傳感器104獲取標準色卡102的色卡圖像原始數(shù)據(jù)；
b、通過對上述色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行所需的預處理，得到色卡圖像測量數(shù)據(jù)；利用所述色卡圖像測量數(shù)據(jù)及標準色卡102的標準色彩值構建初始色彩校正矩陣；如步驟202所示，圖像預處理模塊106對色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行預處理后，得到色卡圖像測量數(shù)據(jù)；步驟204構建初始色彩校正矩陣，構建初始色彩校正矩陣的方法如上所述；C、對上述色卡圖像測量數(shù)據(jù)利用所需的伽瑪校正曲線進行伽瑪校正；考慮到人眼對亮度的響應并不是一個線性的比例關系，而且各種涉及的顯示設備特性曲線一般也是非線性的，為了在最終輸出設備顯示器上正確輸出符合人眼對亮度的響應的圖像，接下來是非線性化的伽瑪校正處理如步驟206。其中的伽瑪校正曲線109是用戶可自定義和可調(diào)節(jié)的針對不同應用的曲線，而不是標準的特定曲線，比如sRGB空間的伽瑪2.2曲線。伽瑪校正曲線模塊109將自定義的伽瑪校正曲線輸入色彩校正曲線優(yōu)化模塊108，然后步驟206進行伽瑪校 正，伽瑪校正中需要利用輸入的伽瑪校正曲線和色卡圖像測量數(shù)據(jù)，伽瑪校正的方法采用現(xiàn)有的技術手段；d、對上述伽瑪校正后的非線性色彩值進行標準的線性化處理和色彩空間轉換，得到校正色彩值，所述校正色彩值與標準色卡102的標準色彩值位于相同的色彩空間；到此輸出的數(shù)據(jù)很好地模擬了實際流程中圖像處理。為了得到最優(yōu)化的色彩校正矩陣，經(jīng)過伽瑪校正處理的色塊數(shù)據(jù)必須和標準色卡10的標準色彩值進行色差比較，使其色差達到最優(yōu)。由于標準色卡102的標準色彩值是在一種特殊色彩空間，通常是CIE Lab色彩空間，其數(shù)據(jù)必須進行進一步的處理，包括步驟208的標準線性化處理和步驟210的色彩空間轉換。標準線性化處理步驟208把自定義的伽瑪校正曲線非線性后的數(shù)據(jù)通過標準的sRGB反伽瑪處理，考慮到了用戶自定義的伽瑪校正曲線的影響。色彩空間轉換步驟210則進一步把線性化后的RGB數(shù)據(jù)轉化到CIE Lab色彩空間，具體轉換公式采用現(xiàn)有常規(guī)的方法，在此處不做闡述。e、將上述校正色彩值與標準色卡102的標準色彩值進行比較，得到色差值；利用初始色彩校正矩陣對所述色差值進行優(yōu)化，直至使得所述色差值最優(yōu)，輸出對應的色彩校正矩陣。經(jīng)過色彩空間轉換后的24色塊的色卡圖像測量數(shù)據(jù)和24色塊的標準色彩值213進行色差比較，進一步輸入到優(yōu)化成本函數(shù)步驟212，優(yōu)化成本函數(shù)步驟212除了包括色差信息外，也可以考慮噪聲大小，色塊加權等信息。如果當前的色彩校正矩陣使得優(yōu)化函數(shù)最優(yōu)，則步驟214輸出當前色彩校正矩陣，用于最終的色彩校正。相反，色彩校正矩陣系數(shù)則進一步進行迭代變化，直到優(yōu)化函數(shù)取得最優(yōu)。本發(fā)明實施例中，步驟212進行成本優(yōu)化的方法為:
*^E00Q)min—----
/=1其中，Wi表示第i個色彩值的權重，A Etltl表示每個色彩值的經(jīng)過優(yōu)化色彩校正矩陣乘積之后的色彩值和標準色彩值之間色差，所用色差公式可采用CIE1976, CIE1994,CIEDE2000等標準色差公式。本發(fā)明實施例中，當通過優(yōu)化成本函數(shù)步驟212進行優(yōu)化后，對初始色彩校正矩陣進行迭代，直至得到最優(yōu)的色彩校正矩陣；系數(shù)迭代和矩陣優(yōu)化可以采用matlab優(yōu)化工具箱的fmincon函數(shù)進行,所述fmincon函數(shù)為本技術領域人員所熟知，此處不再詳述。本發(fā)明更好地模擬了實際圖像傳感器圖像處理流程，尤其在進行色彩校正矩陣優(yōu)化過程中，考慮到不同的伽瑪校正曲線對最終的色彩還原能力的影響，使得產(chǎn)生的色彩校正矩陣具有伽瑪曲線適應性，從而使實際的色彩校正矩陣取得最優(yōu)化的色彩還原能力。
權利要求
1.一種自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法，其特征是，所述色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法包括如下步驟: (a)、通過圖像傳感器(104)獲取標準色卡(102)的色卡圖像原始數(shù)據(jù)； (b)、通過對上述色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行所需的預處理，得到色卡圖像測量數(shù)據(jù)；利用所述色卡圖像測量數(shù)據(jù)及標準色卡(102)的標準色彩值構建初始色彩校正矩陣； (C)、對上述色卡圖像測量數(shù)據(jù)利用所需的伽瑪校正曲線進行伽瑪校正； (d)、對上述伽瑪校正后的非線性色彩值進行標準的線性化處理和色彩空間轉換，得到校正色彩值，所述校正色彩值與標準色卡(102)的標準色彩值位于相同的色彩空間； (e)、將上述校正色彩值與標準色卡(102)的標準色彩值進行比較，得到色差值；利用初始色彩校正矩陣對所述色差值進行優(yōu)化，直至使得所述色差值最優(yōu)，輸出對應的色彩校正矩陣。
2.根據(jù)權利要求1所述的自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法，其特征是:所述圖像傳感器(104)包括CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。
3.根據(jù)權利要求1所述的自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法，其特征是:所述標準色卡(102)包括Gretag Macbeth色彩測試板,所述標準色卡(102)包括24個色塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法，其特征是:所述伽瑪校正曲線包括伽瑪2.2曲線。
5.根據(jù)權利要求1所述的自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法，其特征是:所述步驟(b)中，對色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行的預處理包括色彩插值、色塊截取、白平衡及亮度糾正。
6.一種自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生裝置，其特征是:包括用于獲取標準色卡(102)的色卡圖像原始數(shù)據(jù)的圖像傳感器(104)，所述圖像傳感器(104)的輸出端與圖像預處理模塊(106)連接，所述圖像預處理模塊(106)的輸出端與色彩校正矩陣優(yōu)化模塊(108)連接，色彩校正矩陣優(yōu)化模塊(108)還接收伽瑪校正曲線模塊(109)連接，色彩校正矩陣優(yōu)化模塊(108)與色彩校正矩陣輸出模塊(110)連接； 圖像預處理模塊(106)對圖像傳感器(104)獲取的色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行所需的預處理，并向色彩矩陣優(yōu)化模塊(108)內(nèi)輸入色卡圖像測量數(shù)據(jù)；色彩校正矩陣優(yōu)化模塊(108)根據(jù)伽瑪校正曲線模塊(109)輸入的伽瑪校正曲線進行伽瑪校正，并利用標準的線性化處理機色彩空間轉換后得到校正色彩值；色彩校正優(yōu)化模塊(108)對校正色彩值與標準色卡(102)的標準色彩值間的色彩值進行優(yōu)化，且通過色彩校正矩陣輸出模塊(110)輸出色彩值最優(yōu)時對應的色彩校正矩陣。
7.根據(jù)權利要求6所述自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生裝置，其特征是:所述圖像傳感器(104)包括CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。
8.根據(jù)權利要求6所述自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生裝置，其特征是:所述標準色卡(102)包括Gretag Macbeth色彩測試板,所述標準色卡(102)包括24個色塊。
9.根據(jù)權利要求6所述自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生裝置，其特征是:所述圖像預處理模塊(106)對色卡圖像原始數(shù)據(jù)進行的預處理包括色彩插值、色塊截取、白平衡及亮度糾 正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自適應伽瑪校正曲線的色彩校正矩陣的產(chǎn)生方法及裝置，其包括如下步驟a、通過圖像傳感器獲取標準色卡的色卡圖像原始數(shù)據(jù)；b、預處理得到色卡圖像測量數(shù)據(jù)，并構建初始色彩校正矩陣；c、對色卡圖像測量數(shù)據(jù)進行伽瑪校正；d、對上述伽瑪校正后的非線性色彩值進行標準的線性化處理和色彩空間轉換，得到校正色彩值；e、將上述校正色彩值與標準色卡的標準色彩值進行比較，得到色差值；利用初始色彩校正矩陣對所述色差值進行優(yōu)化，直至使得所述色差值最優(yōu)，輸出對應的色彩校正矩陣。本發(fā)明能根據(jù)用戶自定義的伽瑪校正曲線產(chǎn)生所需的色彩校正矩陣，提高色彩校正矩陣的色彩還原能力，適應范圍廣。
文檔編號H04N9/73GK103079076SQ20131002568
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權日2013年1月22日
發(fā)明者栗兆劍 申請人:無錫鴻圖微電子技術有限公司