一种基于色彩空间转换的投影图像颜色校正方法

摘要

本发明公开了一种基于色彩空间转换的投影图像颜色校正方法，属于虚拟现实投影图像处理领域，本发明针对亮度与色度在颜色校正中相互影响、多投影重叠区域亮度校正效果不理想的问题，提出基于Lab空间的亮度、色度分离校正和基于B样条的伽玛校正调节重叠区域亮度的方案，本发明保证了颜色校正的准确性，相对于RGB色彩空间，在Lab颜色空间通过B样条曲线进行颜色校正，本发明保证了颜色校正的准确性，相对于RGB色彩空间，在Lab颜色空间通过B样条曲线进行颜色校正。

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实投影图像处理领域，尤其是一种基于色彩空间转换的投影图像颜色校正方法。

背景技术

虚拟现实技术是二十一世纪重要的发展学科，也是影响人们生活的重要技术之一。虚拟现实技术研究内容涉及多个领域，以计算机为基础，运用高科技手段，以模仿的方式大幅提升视觉、听觉、触觉效果，使用户产生沉浸于虚拟环境的感觉。近年来，随着计算机技术的发展进步，虚拟现实技术的也快速发展。球幕投影系统是一种完全沉浸式的VR显示系统，由于其能扩大用户视角，提供全方位观察，带来更佳的视野范围和更强的临场感，现已成为国内外虚拟现实技术领域的研究的热门方向之一。一个良好的多投影系统应该具有良好的画面一致性、高度的真实感，但是由于投影幕颜色不均匀、投影环境光线不均、投影仪型号不一致等一系列问题，投影画面的亮度和色度会发生改变，投影重叠区域亮度过高，导致呈现画面不真实，影响用户体验。

如今存在一些多投影的颜色校正方法，多选用RGB空间，对重叠区域仅针对单一亮度值进行伽玛校正，但是在RGB空间进行颜色校正，亮度和色度不分离，互相干扰，影响校正的准确度，而且针对单一亮度值进行伽玛校正，影响其他亮度条件下校正的准确度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于色彩空间转换的投影图像颜色校正方法,将RGB色彩空间转换至Lab色彩空间，对亮度和色度分别进行校正，构建三次B样条曲线来确定不同亮度值各自的伽马系数对重叠区域亮度进行调节。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于色彩空间转换的投影图像颜色校正方法，包括以下步骤：

步骤1)将RGB色彩空间的图片转换至Lab颜色空间，分别单独提取Lab颜色空间中的L、a、b三个通道，L通道表示像素的亮度，a、b通道分别表示像素的色度；

步骤2)在Lab颜色空间分别生成L、a、b三个通道的强度图像颜色样本集合P

步骤3)分别用各投影仪将L、a、b三个通道的颜色样本集合P

步骤4)通过三次B样条曲线求得摄像空间和原始图像的亮度、色度的转换关系；

步骤5)验证颜色校正是否理想：分别计算投影画面彼此的L通道、a通道、b通道的颜色强度差值，若强度差值＞5，重复步骤2)、步骤3)和步骤4)；若强度差值≤5，则进行步骤6)；

步骤6)根据步骤4)分别求取L通道每个投影仪摄像空间和原始图像的亮度和色度的转换关系，将L通道的颜色样本集合P

步骤7)对相邻的投影图像进行同时投影，投影画面重叠区域亮度会高于非重叠区域，根据摄像空间内重叠区域与非重叠区域的亮度值比较，对L通道的颜色样本集合P

步骤8)采用衰减函数对重叠区域的亮度进行调节并根据每一个L值对应的伽马系数构建三次B样条曲线来确定不同亮度值各自的伽马系数，进行投影画面重叠区域亮度颜色校正；

步骤9)验证亮度融合效果是否理想：若步骤8)中的投影画面重叠区域与非重叠区域的颜色强度差值＞5，则重复步骤6)、步骤7)和步骤8)直至步骤8)中的投影画面重叠区域与非重叠区域的颜色强度差值≤5，校正过程结束。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤2)中L通道的强度图像颜色样本集合P

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤3)中分别用各投影仪将L、a、b三个通道各自的18张图像单独投影至屏幕，并用相机依次拍摄投影画面，使用OpenCV的轮廓检测函数得到摄像空间内投影画面的有效区域，应用OpenCV软件程序计算L、a、b三个通道各自的18张投影画面有效区域内颜色强度平均值的集合。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤4)中通过三次B样条曲线可准确求得摄像空间和原始图像的亮度、色度的转换关系，如下式所示：

其中，P

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤8)中衰减函数如下式所示：

其中，x为重叠区域的水平坐标，图像重叠区域左边缘为0，右边缘为1。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤8)中伽马系数如下式所示：

γ＝B(L

其中，L

给予伽玛系数进行伽玛校正，如下式所示：

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤8)中投影画面重叠区域亮度颜色校正表达式如下式所示：

P

式中，P

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明保证了颜色校正的准确性，实验结果表明，相对于RGB色彩空间，在Lab颜色空间通过B样条曲线进行颜色校正，投影画面间在R、G、B三通道的颜色强度差异不大，但在L、a、b三通道的颜色强度差异减少，证明了Lab颜色空间在实现投影系统颜色校正的可行性；

2、本发明保证了颜色校正的准确性，实验结果表明，相对于RGB色彩空间，在Lab颜色空间通过B样条曲线进行颜色校正，投影画面间在R、G、B三通道的颜色强度差异不大，但在L、a、b三通道的颜色强度差异减少，证明了Lab颜色空间在实现投影系统颜色校正的可行性。

附图说明

图1是本发明的整体流程图；

图2是三次B样条曲线示例图；

图3是颜色校正前的投影画面模拟图；

图4是颜色校正后的投影画面模拟图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1至图4所示，一种基于色彩空间转换的投影图像颜色校正方法，在Windows操作系统上利用OpenCV对投影图像进行颜色校正，具体包括如下步骤：

步骤1)、将RGB色彩空间的图片转换至Lab颜色空间，在Lab颜色空间，亮度与色度分离，L分量只表示像素的亮度，理论取值范围是[0,100]，a、b分量则只表示像素的色度，取值范围是[-128,127]，而在实际应用软件上并不是这个取值范围，所以分别单独提取Lab色彩空间中的L、a、b三个通，L、a、b三个通道在OpenCV上的实际取值范围为[0,255]；

步骤2)、设a与b的颜色强度值均为128，分别生成L取值为0、15、30、……、240、255的18张图像，设此颜色样本集合为P

步骤3)、分别用各投影仪将L、a、b三个通道的18张图像单独投影至屏幕，并用相机依次拍摄投影画面，使用OpenCV的轮廓检测函数得到投影画面的有效区域，为避免屏幕的非朗伯属性及投影环境等因素的影响，应用OpenCV软件程序分别计算L、a、b三个通道投影画面的有效区域内各通道颜色的平均值的集合；

步骤4)通过三次B样条曲线可准确求得摄像空间和原始图像的亮度、色度的转换关系，B样条曲线是通过控制点对自变量进行分段校正的曲线，如下式所示：

其中，P

通过此公式求得B样条曲线的控制点，以此确定B样条曲线的转换关系式；

步骤5)验证颜色校正是否理想：如果颜色校正结果不理想，即投影画面彼此的L通道或者a通道或者b通道颜色强度差值＞5，重复步骤2)、步骤3)和步骤4)的操作，再次求取控制点进行颜色校正B样条曲线变换，直到投影画面彼此的L通道与a通道以及b通道颜色强度差值都≤5，则进行步骤6)；彼此的含义是投影画面间，他们的L通道差异以及不同的投影画面A通道的差异，不同的投影画面B通道的差异，彼此指的是不同的投影画面之间，是要重复选取的；

步骤6)、根据步骤4)分别求取L通道每个投影仪摄像空间和原始图像的亮度和色度的转换关系，将L通道的颜色样本集合P

步骤7)、对相邻的投影图像进行同时投影，投影画面重叠区域亮度会高于非重叠区域，根据摄像空间内重叠区域与非重叠区域的亮度值比较，对L通道的颜色样本集合P

步骤8)采用衰减函数与伽马校正对重叠区域的亮度进行调节，衰减函数如下式所示：

其中，x为重叠区域的水平坐标，图像重叠区域左边缘为0，右边缘为1。

根据摄像空间内重叠区域与非重叠区域的亮度值比较，对L通道的18张图像分别选取各自的伽马系数，根据每一个L值对应的伽马系数构建三次B样条曲线来确定不同亮度值各自的伽马系数，如下式所示：

γ＝B(L

其中，L

给予伽玛系数进行伽玛校正，如下式所示：

投影画面重叠区域亮度颜色校正表达式如下式所示：

P

式中，P

步骤9)验证亮度融合效果是否理想：若步骤8)中的投影画面重叠区域与非重叠区域的颜色强度差值＞5，则重复步骤6)、步骤7)和步骤8)直至步骤8)中的投影画面重叠区域与非重叠区域的颜色强度差值≤5，校正过程结束。

具体实施例：

对于颜色校正结果的验证，比较RGB空间的颜色校正结果以及Lab空间的颜色校正结果，分别对投影画面彼此RGB三通道与Lab三通道的颜色强度差异值进行比较，比较结果如下表所示：

对于亮度调节结果的验证，比较RGB空间的传统伽马校正结果以及Lab空间的B样条曲线融合伽马校正结果，分别对投影画面重叠区域与非重叠区域彼此RGB三通道与Lab三通道的颜色强度差异值进行比较，比较结果如下表所示：

实验结果表明，相对于RGB空间，在Lab空间通过B样条曲线进行颜色校正，投影画面间在R、G、B三通道的颜色强度差异不大，但在L、a、b三通道的颜色强度差异减少；相对于RGB空间的传统伽马校正方法，在Lab空间通过B样条曲线进行亮度调节，投影画面重叠区域与非重叠区域在R、G、B三通道以及L通道的颜色强度差异减少，证明了该发明在颜色校正和亮度调节上的可行性。