基于ICC规范的色空间转换及色域映射算法研究

摘要

随着计算机科学以及彩色设备的发展，彩色信息的传递越来越广泛，同时其精度要求也越来越高。然而由于各设备不同的呈色机理、色域范围、色彩空间以及耗材特性等，颜色传递经常出现偏差和失真，为此国际色彩联盟提出了基于ICC特性文件的色彩管理体系，引入设备无关色彩空间(PCS空间)用于连接不同的设备空间。基于这种颜色传递框架，本文从色彩管理系统的体系及ICC特性文件生成技术出发，重点研究了颜色传递过程中涉及的色彩转换、设备色域边界提取以及色域映射等关键技术，以提高颜色信息在设备间的传递精度。
　　对于色空间转换技术，重点研究了多维插值、多项式回归以及神经网络等算法在正反两个方向的应用。论文首先对基于查找表结构的多维插值算法，采用立方体拆分技术对其中的三线性、三棱柱、金字塔、四面体等插值算法进行分析和对比，总结出在设备空间到PCS空间转换时，四面体插值的精度相对稍高，同时针对直接利用色靶样本点很难在PCS空间中建立规范三维查找表的状况，文中提出一种PCS空间中四面体顶点构造技术，将四面体插值应用到PCS到设备空间转换过程中。论文同时研究色空间转换的第二种算法，即多项式回归算法，主要对比和分析了多项式项数以及次数对转换精度的影响，并通过提出一种26项、最高4次的多项式形式，实验结果证实其精度高于文中列举的其他多项式。在研究第三类转换算法即神经网络模型时，主要分析了BP和RBF网络在颜色转换中的应用，通过原理分析及实验对比优化出精度较高的BP网络结构，并利用RBF网络结构的经验公式，确定了RBF网络中的隐层数量以及径向基函数的分布系数，实验证明在该参数设置下可以获得相对高的转换精度。
　　在研究设备色域边界提取技术时，将研究对象分为三色和三色以上两种情况处理。对于三色RGB或CMY彩色设备，提出一种三色色域边界提取技术，首先通过对比找出设备空间中的色域边界，然后利用色空间转换算法计算对应的PCS颜色值，并在CIELAB颜色空间中进行描述，同时利用插值技术计算出等明度及等色相角的二维色域边界。对于CMYK四色及超四色设备，利用分区最大化及改进的凸壳算法，计算出三维色域边界，并通过直线与三角平面投影计算出二维等色相角平面。而基于该边界提取技术，文中还提出了一种基于K值色域划分的CIELAB到CMYK四色分色算法，将四色分色过程转换成色域判断和三色分色两个过程，分色精度比较理想。
　　在研究色域映射算法过程中，首先分析了目前ICC规范中的四种映射意图的原理及适应的图像特点，然后总结了比较常用到的几十种色域映射算法以及相应的评价方案，最后根据CLLIN、GCUSP、CARISIMA等几种算法在不同颜色区域映射精度不同的特点，通过对比源色域和目标色域结构特点，提出一种改进的色域映射算法(GDBMA)，在不同的色域结构中采用不同的色域映射算法，实验证明该算法的精度较高，具有一定的可用性。
　　论文最后对主要的研究工作进行总结，列举了取得的研究成果以及创新点，并对该研究方向的后续工作进行分析和展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 色彩管理技术的原理及发展

1．1．2 色彩管理的关键技术

1．2 课题研究现及存在问题

1．2．1 色彩转换算法

1．2．2 色域边界提取技术

1．2．3 色域映射算法

1．2．4 研究中存在的问题

1．3 本文的章节结构及主要研究内容

2 基于ICC规范的色彩管理体系研究

2．1 色彩管理系统中的PGS颜色空间

2．1．1 CIEXYZ和CIELAB颜色空间

2．1．2 CIE色度空间的色差评价

2．2 ICC Profile特性文件结构分析

2．2．1 ICC Profile的文件头

2．2．2 ICC Profile的标签表

2．2．3 ICC Profile的标签元素数据

2．3 色彩管理模块CMM

2．4 本章小结

3 ICC Profile特性文件生成技术研究

3．1 扫描仪ICC特性文件生成技术

3．1．1 扫描仪ICC特性文件的结构

3．1．2 扫描仪ICC特性文件生成技术

3．2 彩色显示器ICC特性文件生成技术

3．2．1 彩色显示器ICC特性文件结构

3．2．2 彩色显示器ICC特性文件生成技术

3．3 打印机／印刷机ICC特性文件生成技术

3．3．1 打印机／印刷机ICC特性文件结构

3．3．2 打印机／印刷机ICC Profile制作流程

3．4 ICC Profile文件的编辑

3．5 本章小结

4 色空间转换算法研究

4．1 基于多维插值算法的色空间转换算法研究

4．1．1 ICC规范中的多维查找表结构

4．1．2 三线性插值算法

4．1．3 三棱柱插值算法

4．1．4 金字塔插值算法

4．1．5 四面体插值算法

4．1．6 多维插值模型的实验研究

4．2 基于回归法的色空间转换算法研究

4．2．1 回归算法原理

4．2．2 回归算法在色空间转换中的应用

4．3 基于神经网络模型的色空间转换过程研究

4．3．1 BP网络及其在颜色转换中的应用

4．3．2 RBF网络及其在颜色转换中的应用

4．4 本章小结

5 彩色设备色域边界提取技术研究

5．1 现有色域提取技术

5．2 三色彩色设备色域边界描述技术

5．2．1 三色设备三维色域描述技术

5．2．2 三色设备二维色域描述技术

5．3 四色及超四色设备色域描述技术

5．3．1 三维色域边界提取

5．3．2 二维色域边界提取

5．4 基于色域划分的CMYK四色分色算法

5．5 本章小结

6 基于ICC规范的色域映射算法研究

6．1 基于ICC规范的色域映射方案

6．2 常见的色域映射算法分析

6．2．1 明度彩度分步映射算法

6．2．2 明度彩度同时映射算法

6．2．3 综合类色域映射算法

6．2．4 通用类色域映射算法

6．3 色域映射算法的评价方法

6．3．1 成对比较法

6．3．2 基于色域分布特性的映射算法及评价

6．4 本章小结

7 总结和展望

7．1 总结

7．2 本论文主要创新点

7．3 后续研究与展望

致谢

参考文献

附录