專利名稱:光譜復(fù)用、再現(xiàn)和解復(fù)用系統(tǒng)中性施照體的灰成分替代的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于光譜復(fù)用多個(gè)源圖像以便提供一個(gè)合成圖像、再現(xiàn)合成圖像并解復(fù)用(demultiplex)這種合成圖像以恢復(fù)一個(gè)或多個(gè)源圖像的一種系統(tǒng)或多種系統(tǒng)。
背景技術(shù):
盡管光源通過它們自己發(fā)出的光而可見,但是物體和材料根據(jù)它們?nèi)绾胃娜肷涔舛尸F(xiàn)到眼睛里。通過人的視網(wǎng)膜中的光敏感受器的物理刺激,引起對(duì)物體顏色的感覺。這種刺激由包括380~780納米的波長(zhǎng)的可見光譜中的電磁輻射組成。
感覺到的物體顏色是以下因素組合的結(jié)果,比如(1)入射到物體上的光源發(fā)出的施照體的光譜功率分布,(2)被照射物體的光譜反射或透射特性對(duì)施照體的光譜功率分布的更改,(3)來(lái)自物體的被更改的光引起的人眼中光敏感受器的刺激,和(4)大腦對(duì)由光敏感受器產(chǎn)生的信號(hào)的感覺和分析。
對(duì)顏色的感覺歸因于光敏感受器的不同光譜靈敏度。顏色的三原色(trichromacy)意味著很多不同的光譜分布能夠產(chǎn)生相同的感覺顏色。這種雖然在物理上是不同的光譜分布的但產(chǎn)生相同感覺的等價(jià)的刺激,因而被稱為條件等色和現(xiàn)象異譜同色(phenomenametamerism)。例如,已知當(dāng)物體從入射的日光移動(dòng)到入射的人造光中時(shí),物體的感覺顏色能夠相當(dāng)顯著地改變。也已知發(fā)光光源的光譜對(duì)印出的圖像的感覺顏色有影響,盡管眼睛對(duì)照度差別作出了相當(dāng)大的生理補(bǔ)償。因此,已知相對(duì)光譜功率分布不同的光源具有不同的顏色再現(xiàn)特性例如,發(fā)射非常窄帶或幾乎單色光的光源被認(rèn)為再現(xiàn)彩色非常差。
根據(jù)異譜同色的概念,兩個(gè)物體的各自的顏色可以看起來(lái)相同,盡管從物體產(chǎn)生的光譜功率分布不同。這種光譜不同但視覺上相同的功率分布或刺激被認(rèn)為是異譜同色對(duì),因?yàn)槲覀冎挥萌齻€(gè)錐形測(cè)量光,這些功率分布的差異是不能辨別的。具有不同光譜反射系數(shù)函數(shù)的兩個(gè)物體在一種施照體下可能感覺顏色匹配,在不同的施照體下可能感覺不匹配。
通過以一種顏色印刷圖像并且接著用不同顏色但具有近似相同視在亮度的圖案套印第一圖像,感覺顏色的某些方面已經(jīng)用來(lái)偽裝圖像。不同顏色而亮度相等的相鄰區(qū)域看起來(lái)視覺上混合,從而使原始圖像的感覺混亂。
已知使用不同的顏色印制圖形以便可以通過一個(gè)或多個(gè)具有特定相關(guān)顏色的濾色器來(lái)觀看這些圖形,使得這些圖形根據(jù)所包含的顏色而變化。也已知使用不同顏色以重疊關(guān)系印制字符使得,當(dāng)通過一種顏色的濾色器觀看時(shí)這些重疊的字符將只出現(xiàn)重疊字符中的某些,而當(dāng)通過第二且不同顏色的濾色器觀察時(shí)將展示重疊字符中的另外某些。已知這種方法用于編碼(或加密)信息以防止圖案的信息內(nèi)容被識(shí)別,直到該圖案被解碼且被變得可以理解。這些方法已經(jīng)應(yīng)用到發(fā)展的游戲技術(shù)和文件安全和文件驗(yàn)證應(yīng)用。
能夠刺激深度感覺即三維物體或場(chǎng)景的錯(cuò)覺的再現(xiàn)平面、二維圖像的技術(shù)是已知的。用于執(zhí)行雙眼立體成像的設(shè)備包括雙眼閱讀器、視差立體圖、透鏡片雙眼立體圖和使用Polariod眼鏡或?yàn)V色鏡的雙眼顯示器。用于執(zhí)行自動(dòng)立體觀察的設(shè)備包括視差全景圖)、透鏡片三維成像、投影型三維顯示器和積分?jǐn)z影。立體影片的體視法(anaglyphic stereoscopy)是公知的處理,其中左和右?guī)缀跸嗤膱D像通過使用各自的補(bǔ)色濾色器(例如,青色和紅色)進(jìn)行顏色編碼,從而隨后為了激發(fā)三維效果的需要,通過對(duì)應(yīng)的有色鏡頭將這些圖像解復(fù)用。當(dāng)通過有色眼鏡觀看時(shí),圖像合并以產(chǎn)生立體感覺。被編碼的圖像對(duì)被稱為立體照片,因?yàn)樗湫偷乇憩F(xiàn)為以兩種互補(bǔ)的顏色從稍微不同的角度拍攝的相同物體的兩幅圖像。
發(fā)明內(nèi)容
存在尚未被滿足的對(duì)于光譜復(fù)用多個(gè)源圖像以便提供合成圖像、再現(xiàn)合成圖像和解復(fù)用這種合成圖像以恢復(fù)一個(gè)或多個(gè)源圖像的一個(gè)系統(tǒng)或多個(gè)系統(tǒng)的需要。
用在這里的光譜復(fù)用指用于編碼多個(gè)源圖像為一個(gè)合成圖像的過程。合成圖像再現(xiàn)指以物理形式再現(xiàn)合成圖像的過程。光譜解復(fù)用指這樣一個(gè)過程,用于從被再現(xiàn)的合成圖像恢復(fù)至少一個(gè)被編碼的源圖像,以便通過使被再現(xiàn)的合成圖像被至少一個(gè)施照體照射而使得被恢復(fù)的源圖像可以從合成圖像分辨出或在其內(nèi)是可分辨的,所述至少一個(gè)施照體具有選擇用來(lái)顯示源圖像的被定義的光譜能量分布。
因此,本發(fā)明指出了一種方法和裝置,用于光譜編碼多個(gè)源圖像并以一個(gè)復(fù)合圖像提供光譜編碼的多個(gè)源圖像,用于以一種物理形式再現(xiàn)合成圖像和用于從再現(xiàn)的合成圖像恢復(fù)至少一個(gè)編碼的源圖像以便恢復(fù)的源圖像是可區(qū)分開的。例如,當(dāng)再現(xiàn)的合成圖像受到具有預(yù)定光譜功率分布(源圖像對(duì)于該光譜功率分布被編碼)的施照體照射時(shí),源圖像變得使觀察者視覺上可檢測(cè)。
一個(gè)給定源圖像通過將表示每個(gè)源圖像像素的值映射到多個(gè)著色劑圖像平面中一個(gè)或多個(gè)中的對(duì)應(yīng)像素值而被光譜編碼。合成圖像可以在光譜復(fù)用(SM)的圖像平面內(nèi)定義,SM圖像平面可以具有任意數(shù)量的不同像素圖案,主要特征為SM圖像平面被光譜復(fù)用??偟膩?lái)說(shuō),在SM圖像平面中的每個(gè)位置上,可以出現(xiàn)表示一個(gè)或多個(gè)光譜成分的一個(gè)像素值,并且該光譜成分的出現(xiàn)依賴于在描述源圖像的分離圖像平面之一中的對(duì)應(yīng)像素的灰度級(jí)?;蛘?,SM圖像平面可被光譜復(fù)用,其中每個(gè)像素包括代表來(lái)自多于一個(gè)的源圖像平面的彩色分離圖像數(shù)據(jù)的色彩值。
多個(gè)單色分離圖像可以設(shè)計(jì)為合并到合成圖像中,合成圖像反過來(lái)將控制將被沉積在基底上的一種或多種著色劑的量。
包括多個(gè)著色劑圖像平面的一個(gè)合成圖像可以作為一個(gè)合成圖像文件存儲(chǔ)或發(fā)送。然后可以通過將合成圖像文件和指令一起傳送到再現(xiàn)設(shè)備,在物理上實(shí)現(xiàn)合成圖像,所述指令用于使用確定的著色劑或著色劑陣列在基底上再現(xiàn)該合成圖像。
每個(gè)源圖像的映射根據(jù)這里描述的決定來(lái)執(zhí)行,所述決定用于補(bǔ)償下述因素中的一個(gè)或多個(gè)對(duì)于合成圖像的合成、再現(xiàn)或解復(fù)用的影響(a)人的視覺三原色對(duì)著色劑/施照體交互作用的響應(yīng);(b)選擇用于再現(xiàn)合成圖像的著色劑的光譜特性,所述光譜特性尤其包括當(dāng)多種著色劑在基底上結(jié)合時(shí)其間的相互作用和(c)將用于照射合成圖像以恢復(fù)(多個(gè))源圖像的窄帶(多個(gè))施照體的光譜特性。
本發(fā)明也指出一種用于在基底上再現(xiàn)合成圖像的系統(tǒng)。合成圖像可以實(shí)現(xiàn)為沉積著色劑的單一、復(fù)雜、再現(xiàn)圖案,其中至少一種著色劑的使用是由于其特殊的光譜反射系數(shù)特性,特別是由于其窄帶吸收特性。
本發(fā)明也指出一種用于分離被編碼在再現(xiàn)的合成圖像中的一個(gè)或多個(gè)源圖像的系統(tǒng)。當(dāng)再現(xiàn)的合成圖像受到具有選定的光譜功率分布(源圖像為該光譜功率分布編碼)的互補(bǔ)色施照體照射時(shí),可以恢復(fù)一源圖像。
當(dāng)合成圖像受到具有選定的窄帶光譜功率分布的至少一個(gè)施照體照射的受控場(chǎng)照射時(shí),可以恢復(fù)再現(xiàn)合成圖像中的一個(gè)源圖像。
表示多個(gè)無(wú)關(guān)聯(lián)的、圖示的(pictorial)源圖像的一源圖像數(shù)據(jù)可以被光譜編碼以形成表示一合成圖像的二次圖像數(shù)據(jù)。該合成圖像可以實(shí)現(xiàn)為沉積著色劑的單一、復(fù)雜、再現(xiàn)圖案,其中至少一個(gè)著色劑的使用是由于其特定的光譜反射系數(shù)特性,并且在某個(gè)實(shí)施例中,是由于其窄帶吸收特性。源圖像由此被光譜復(fù)用以提供一合成圖像,該合成圖像通過使用窄帶吸收著色劑中的至少一種記錄在基底上。
通常,對(duì)于具有其中編碼至少兩個(gè)源圖像的合成圖像,當(dāng)再現(xiàn)的合成圖像處于諸如周圍環(huán)境白光的寬帶照明條件時(shí),第一和第二源圖像中至少一個(gè)不那么容易被識(shí)別?;蛘?,源圖像中的一個(gè)或多個(gè)可以編碼以便避免或減少在寬帶照明條件期間再現(xiàn)的合成圖像中的視覺混淆,因此當(dāng)再現(xiàn)的合成圖像處于周圍環(huán)境白光或類似的寬帶施照體時(shí),所述源圖像中的一個(gè)或多個(gè)更容易看到。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,一種中性施照體的(illuminant-neutral)灰成分替代技術(shù)可以應(yīng)用于對(duì)再現(xiàn)的合成圖像中的著色劑共同的視在暗度。該中性施照體的GCR技術(shù)在這里概括地描述和示范為被認(rèn)為包括使用選定的非中性著色劑或者選定中性和非中性著色劑混合物置換給定的著色劑。
置換著色劑的中性是依賴于施照體的;例如,為了增加增加視覺混淆,修改的中性施照體的GCR技術(shù)的實(shí)施例通常使用一種置換著色劑,它在白光下是非中性的,在選定的一種或多種補(bǔ)色施照體下是中性的。
因此,在合成圖像編碼和再現(xiàn)中使用這種中性施照體的GCR技術(shù)能夠在再現(xiàn)的合成圖像處于諸如周圍環(huán)境白光的寬帶照明條件時(shí),有利地實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)合成圖像中的視覺混淆的選擇量。非中性置換著色劑在再現(xiàn)的合成圖像中的選擇性使用能夠比由諸如黑色的中性置換著色劑的使用實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)的合成圖像中更大地視覺混淆(當(dāng)在白光下時(shí))。這是由于在寬帶照明條件下黑色著色劑的高密度。因此一種在寬帶照明條件下為非中性的置換著色劑應(yīng)當(dāng)在這種條件下顯示明顯更低的密度。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中,用在設(shè)想的中性施照體的GCR技術(shù)中的部分GCR成分(frac)能夠被空間調(diào)制,從而影響再現(xiàn)的合成圖像中的視覺混淆的程度上的空間變化。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中,在中性施照體的GCR技術(shù)中的灰成分替代部分可以進(jìn)行空間調(diào)制,以便將在再現(xiàn)的合成圖像中的相應(yīng)的源圖像編碼用于在諸如周圍環(huán)境白光的寬帶照明條件下恢復(fù)。例如,該部分GCR成分(frac)根據(jù)所需要的源圖像可能具有對(duì)成影像的空間有依賴性。當(dāng)產(chǎn)生的再現(xiàn)合成圖像處于白光照明時(shí),所需要的圖像在視覺上可辨別。
該中性施照體的GCR的某些實(shí)施例在合成圖像的編碼和再現(xiàn)中實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)將包括從再現(xiàn)的合成圖像中恢復(fù)的圖像的動(dòng)態(tài)范圍的增加。
圖1表示白紙基底和在染料升華打印機(jī)(dye sublimationprinter)中可操作的青色、品紅、黃色和黑色染料(密度100%)形式的著色劑的反射譜。
圖2表示由典型的陰極射線管(CRT)產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)原色的相對(duì)輻射光譜。
圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的用于多個(gè)源圖像的光譜復(fù)用和解復(fù)用,和用于再現(xiàn)至少一個(gè)源圖像編碼在其中的合成圖像的系統(tǒng)的框圖。
圖4是可在圖3的系統(tǒng)中操作的方法的簡(jiǎn)要示意圖,該方法用于將第一和第二源圖像光譜復(fù)用在一個(gè)合成圖像中,使用至少兩種著色劑再現(xiàn)該合成圖像,以及用于解復(fù)被再現(xiàn)的合成圖像。
圖5是圖3的光譜復(fù)用系統(tǒng)的簡(jiǎn)要示意表示,其中使用了一個(gè)圖像處理單元和相關(guān)的外圍設(shè)備以及子系統(tǒng)。
圖6是圖3的光譜解復(fù)用系統(tǒng)的簡(jiǎn)要示意表示,其中使用了一個(gè)控制器和相關(guān)聯(lián)的外圍設(shè)備以及子系統(tǒng)。
圖7是說(shuō)明處于白光照射下的青色圖像的優(yōu)勢(shì)的再現(xiàn)合成圖像的示意表示。
圖8是再現(xiàn)的合成圖像的示意表示,該合成圖像說(shuō)明了在產(chǎn)生再現(xiàn)的合成圖像期間灰成分替代(GCR)的操作,其中處于白光下時(shí)青色圖像的密度與處于紅光照射下的青色圖像的密度相比增加。
圖9是一個(gè)再現(xiàn)的合成圖像,其中第一和第二源圖像編碼在一個(gè)合成圖像中并且該合成圖像用青色和黃色著色劑再現(xiàn),其中隨后將要使第一和第二源圖像分別在紅色和藍(lán)色施照體下被恢復(fù)。
圖10是用基于K(K-based)的80%GCR部分建立的再現(xiàn)合成圖像。
圖11是用考慮中性施照體的中性施照體GCR技術(shù)建立的再現(xiàn)合成圖像。
圖12是用考慮中性施照體的中性施照體GCR技術(shù)建立的再現(xiàn)合成圖像,其中包括一個(gè)第三源圖像,用于在諸如白光的周圍環(huán)境寬帶光條件下恢復(fù)。
圖13是用考慮中性施照體的中性施照體GCR技術(shù)建立的再現(xiàn)合成圖像,其中合成圖像中的像素方塊經(jīng)受中性施照體的GCR中的隨機(jī)變化。
圖14是使用多種著色劑和單個(gè)單色圖像,采用考慮中性施照體的中性施照體GCR技術(shù)建立的再現(xiàn)合成圖像。
具體實(shí)施例方式
青色、品紅和黃色著色劑的理想化吸收帶被稱為塊狀染料(block-dye)假設(shè)。實(shí)際上,著色劑表現(xiàn)出顯著偏離此理想化的狀態(tài),包括在吸收帶內(nèi)的吸收的變化,吸收帶延伸出該理想極限以及著色劑中的散射。尤其是,對(duì)著色劑的主吸收帶(例如,品紅著色劑以在光譜的藍(lán)色和紅色區(qū)域內(nèi)的吸收說(shuō)明)之外的光譜區(qū)域內(nèi)的光的吸收被認(rèn)為是不希望的吸收。
本發(fā)明的實(shí)施例因此使用某些窄帶施照體和它們的對(duì)應(yīng)(互補(bǔ)色的)著色劑之間的交互作用,以及眼睛檢測(cè)用具有窄帶光譜功率分布的施照體照射的圖像的方式。此處描述的方法可以普遍應(yīng)用于任意數(shù)量的施照體和著色劑。
本發(fā)明的總的原理可以參照諸如打印機(jī)的彩色硬拷貝輸出設(shè)備形式的再現(xiàn)設(shè)備,以及使用與用在傳統(tǒng)的彩色成像中類似的術(shù)語(yǔ)的數(shù)學(xué)框架來(lái)理解。考慮一個(gè)具有M種著色劑的彩色硬拷貝輸出設(shè)備。將要在N種不同的施照體,{Li}i=1N下觀察來(lái)自該設(shè)備的印刷品。在K個(gè)觀看燈下打印機(jī)的光照度特性由用于在給定像素位置處的M種著色劑中每一種的控制值{Aj}j=1M和在N種施照體的每一種下給定像素位置產(chǎn)生的亮度之間的關(guān)系給出。這能夠表示為N個(gè)函數(shù)的組,其中I=1,2,...,Nfi(A1,A2,...,AM)=在第i個(gè)照明Li下具有著色劑控制值A(chǔ)1,A2,...,AM的區(qū)域的光照度在下面的描述中,我們假設(shè)對(duì)于一個(gè)給定的著色劑控制值為0代表不打印該著色劑,并且僅限于光照度特性的情況。
我們假定將要恢復(fù)的一個(gè)或多個(gè)源圖像使用在每種施照體下所需的空間光照度分布描述(雖然,在可供選擇的方式中,能夠轉(zhuǎn)換為光照度/密度的任意其它等效規(guī)范都可以使用)。因此,有N個(gè)指定的圖像,其中Yi(x,y)是我們希望在第i個(gè)施照體Li下產(chǎn)生的理想光照度值,其中x,y表示兩個(gè)空間坐標(biāo)。為了簡(jiǎn)化隨后論述中的標(biāo)記,基于該討論獨(dú)立應(yīng)用于每個(gè)像素位置的理解,在隨后的論述中有時(shí)不再討論空間依賴性。
在該例子中C、M、Y、K和R、G、B將分別表示著色劑和施照體;上標(biāo)將表示施照體;而下標(biāo)將表示著色劑。設(shè)dR=在R照明下感覺的圖像密度,dB=在B下的圖像密度,dCR=在R下的密度C分離,dCB=在B下的密度C分離,dYR=在R下的密度Y分離,dYB=在B下的密度Y分離。
當(dāng)用R或B施照體照射時(shí),感覺到的總密度可以近似為dR(x,y)=dCR(x,y)+dYR(x,y)≈dCR(x,y)dB(x,y)=dCB(x,y)+dYB(x,y)≈dYB(x,y)
因此,該方法使用當(dāng)受到具有預(yù)定光譜功率分布的第一施照體照射時(shí)著色劑的特性上的低密度和當(dāng)受到具有不同的光譜功率分布的第二施照體照射時(shí)相同著色劑顯示的特性上的高密度。因此,至少一個(gè)可察覺的明顯的源圖像(使用特定著色劑編碼在再現(xiàn)的合成圖像中的)能夠在處于第一施照體照射時(shí)使觀察者感覺不到(或幾乎感覺不到),而當(dāng)處于第二施照體照射時(shí)對(duì)于觀察者是感覺上可以區(qū)分出的。一旦觀察者感覺到源圖像,源圖像就可以被理解,并且從而嵌入合成圖像中的信息或合成圖像本身容易被理解。
考慮通過使用C和M著色劑產(chǎn)生的再現(xiàn)的合成圖像以隨后在紅和綠色施照體下照射的情況。為了簡(jiǎn)化,在我們以下的描述中,我們假設(shè)紅、綠、藍(lán)譜帶密度的可加性。第一源圖像可以主要從復(fù)合圖象的青色成分恢復(fù),并且第二源圖象可以主要從品紅成分恢復(fù);但是,這些著色劑不希望的吸收被補(bǔ)償以避免觀察者可辨別的假象。在像素位置(x,y)上紅色照射下的總密度可以近似為dR(x,y)=dCR(x,y)+dMR(x,y)并且在綠色照射下的總密度是dG(x,y)=dMG(x,y)+dCG(x,y)其中dUV(x,y)表示由于著色劑U在施照體V下在像素位置(x,y)產(chǎn)生的視覺密度。
項(xiàng)dMR(x,y)和dCG(x,y)表示不希望的吸收。在最簡(jiǎn)單的情況下,可以假定在其補(bǔ)色光源下的一種著色劑的吸收用于兩個(gè)目的1)恢復(fù)所要的圖象和2)補(bǔ)償由出現(xiàn)在合成圖像中的其它著色劑的不希望的吸收。
用于補(bǔ)償不希望的吸收的部分應(yīng)當(dāng)與不希望的吸收相結(jié)合以產(chǎn)生恒定的空間密度,以便使不希望的吸收察覺不到或幾乎察覺不到。用d1CN(x,y)表示用于補(bǔ)償紅色下品紅的不希望的吸收的青色密度部分,它由以下公式確定d1CR(x,y)+dMR(x,y)=常數(shù)=qR紅色照明下青色的剩余密度貢獻(xiàn)是d2CR(x,y)=dCR(x,y)-d1CR(x,y)。注意總密度能夠根據(jù)這些成分寫為
dR(x,y)=dCR(x,y)+dMR(x,y)=d2CR(x,y)+(d1CR(x,y)+dMR(x,y))=d2CR(x,y)+qR因此,在紅色照明下的整個(gè)視覺密度對(duì)應(yīng)于常數(shù)背景密度qR和d2CR(x,y)的空間變化密度圖案的疊加。該空間變化圖案是在紅色照明下看到的圖案并且因此應(yīng)當(dāng)表示在紅色照明下將看到的第一復(fù)用(multiplexed)的圖象。
在一種類似的方式中,品紅在綠色照明下的密度貢獻(xiàn)能夠分解為一個(gè)成分d1MG(x,y),該成份用于補(bǔ)償青色在綠色照明下的不希望的吸收,用下式給出d1MG(x,y)+dCG(x,y)=常數(shù)=qG并且剩余成分d2MG(x,y)=dMG(x,y)-d1MG(x,y)它滿足dG(x,y)=dMG(x,y)+dCG(x,y)=d2MG(x,y)+d1MG(x,y)+dCG(x,y)=d2MG(x,y)+qG因此,在綠色照明下的整個(gè)視覺密度對(duì)應(yīng)于常數(shù)背景密度KC與空間變化密度圖案d2CR(x,y)的疊加。該空間變化圖案是在紅色照明下看到的圖案并因此應(yīng)當(dāng)表示將在綠色照明下看到的第二復(fù)用圖象。
因?yàn)轫?xiàng)d2CR(x,y)和d2MG(x,y)表示在對(duì)應(yīng)于兩個(gè)復(fù)用圖象的密度的視覺變化,我們希望將它們的動(dòng)態(tài)范圍最大化。因?yàn)橹珓┲荒芗尤胝芏龋@種需要轉(zhuǎn)化為將符合要求的等式的項(xiàng)qR和qG最小化,以及將著色劑只能加入正密度的的物理限制最小化。因此,我們希望確定使上述等式可行的qR和qG最小的可用值。
為了進(jìn)一步說(shuō)明,我們使用一階近似,被加入以補(bǔ)償其它著色劑不希望的吸收的著色劑的量本身對(duì)不希望的吸收的貢獻(xiàn)量是可忽略的(因?yàn)樗闹敌?。該假定意味著用于抵消青色的不希望的吸收的品紅成分在綠色下對(duì)不希望的吸收的貢獻(xiàn)可忽略并且用于抵消品紅的不希望的吸收的青色成分對(duì)在藍(lán)色下不希望的吸收的貢獻(xiàn)可以忽略。該假定只是用于說(shuō)明,實(shí)際上人們可以疊代確定適當(dāng)?shù)牧恳越忉尭唠A(higher order)的效應(yīng)或使用適當(dāng)?shù)哪J交虿檎冶?LUT)。使用這種簡(jiǎn)化的假設(shè),在紅色照明下可獲得的理想空間變化圖案d2CR(x,y)的范圍在qR和dCR(x,y)之間,總密度變化或動(dòng)態(tài)范圍是dCR(x,y)-qR。類似地,在綠色照明下可獲得的總密度范圍是dMG(x,y)-qG。
一組用于項(xiàng)qR和qG的可行值可以確定為qR=max(dMR(x,y))=dMR(255)=在紅色施照體下品紅的最大密度qG=max(dCG(x,y))=dCG(255)=在綠色施照體下青色的最大密度在紅光下的背景密度qR等于能夠從品紅獲得的最大不希望的密度。青色密度成分d1CR(x,y)被仔細(xì)設(shè)計(jì),以便青色和品紅在每個(gè)象素的結(jié)合具有密度qR,這能夠通過在品紅為100%(255數(shù)字計(jì)數(shù))處不放入青色,以及在具有小于100%品紅的像素處放入適當(dāng)?shù)那嗌珡亩鴮⒚芏葟浹a(bǔ)到qR來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)近似的論點(diǎn)應(yīng)用到用于補(bǔ)償紅色照射下青色的不希望的吸收的品紅密度成分d1MG(x,y)。
通常的多施照體成像問題簡(jiǎn)化為以下數(shù)學(xué)問題對(duì)于與在N個(gè)不同的施照體下的理想的照度值相對(duì)應(yīng)的給定N照度值{Yi}i=1N,確定將用于打印一像素的M個(gè)著色劑{Bj}j=1M的一組控制值,使得對(duì)于所有i=1,2,...Nfi(B1,B2,....BM)=在第i個(gè)施照體Li下像素的照度=Y(jié)i(1)典型地,對(duì)于N>M(圖像規(guī)格數(shù)>著色劑數(shù)),系統(tǒng)是超定的并且只在照度值{Yi}i=1K收到嚴(yán)格限制的情況下有一個(gè)解,這限制了其在光源復(fù)用成像中的使用。即使N≤M(圖像規(guī)格數(shù)≤著色劑數(shù)),在以上(1)中表示的N個(gè)方程式的系統(tǒng)只在亮度值的有限范圍內(nèi)有一個(gè)解(對(duì)應(yīng)于可實(shí)現(xiàn)的設(shè)備控制值{Bj}j=1M),該有限的區(qū)域被稱為用于光譜復(fù)用成像問題的全范圍(gamut)G=施照體復(fù)用成像可獲得的全范圍={Y∈R+K使得系統(tǒng)(1)具有可實(shí)現(xiàn)的解}(2)其中Y=[Y1,Y2,....YN],表示在N個(gè)施照體下照度值的向量,并且R+是非負(fù)實(shí)數(shù)集合。對(duì)于在全范圍G內(nèi)特定的N元組亮度值,有一組可實(shí)現(xiàn)的控制值使得用這些控制值打印的一個(gè)像素在給定施照體下產(chǎn)生需要的亮度值。反之亦然,在全范圍G之外的N元組亮度值不能用任何可實(shí)現(xiàn)的控制值產(chǎn)生。從而,在這里描述的光譜復(fù)用中的整個(gè)范圍映射步驟能夠確保在意圖再現(xiàn)之前源圖像被限于系統(tǒng)的全范圍。全范圍映射可以是不依賴于圖像或者依賴于圖像的,其中術(shù)語(yǔ)圖像用于表示在不同的施照體下可恢復(fù)的所需的源圖像組。另外,將被復(fù)用的圖像組可以被設(shè)計(jì)成考慮全范圍的限制并且用那些全范圍限制產(chǎn)生最好的結(jié)果。
一旦將被復(fù)用的源圖像已經(jīng)映射到可獲得的全范圍G,再現(xiàn)問題還原為為每個(gè)像素確定M種著色劑中每一種的控制值。這對(duì)應(yīng)于對(duì)(1)中的方程系統(tǒng)求逆并且以類似于色彩校準(zhǔn)的方式,該求逆可以被預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在N維查找表(LUT)中,每個(gè)著色劑一個(gè)LUT(或者,有M個(gè)輸出的單個(gè)N維LUT)。實(shí)際上,(1)中的函數(shù)本身需要通過對(duì)設(shè)備響應(yīng)的測(cè)量來(lái)確定,所述設(shè)備響應(yīng)的測(cè)量是通過用不同的M元組控制值打印許多碎片并適當(dāng)測(cè)量它們以獲得在不同施照體下的照度。碎片的全光譜可以在例如分光光度計(jì)上測(cè)量,從分光光度計(jì)中可以用不同施照體的光譜功率分布和視覺照度靈敏度函數(shù)來(lái)計(jì)算照度。該視覺照度靈敏度函數(shù)可以結(jié)合對(duì)適當(dāng)?shù)牧炼燃?jí)(是諸如Purkinje效應(yīng)的視覺現(xiàn)象的解釋)的調(diào)整。
幾種簡(jiǎn)化能夠合并到以上的通用框架中。首先假設(shè)N=M并且著色劑和光是這樣的,即著色劑i只吸收施照體Li并且對(duì)所有其它著色劑是完全透明的,則得到fi(A1,A2,....AM)=只有Ai的函數(shù)i=1,2,...N=fi(0,0,...,0,Ai,0,....0)≡gi(Ai) (3)然后等式(1)中的方程系統(tǒng)簡(jiǎn)化為M個(gè)獨(dú)立非線性等式,一個(gè)方程用于對(duì)應(yīng)施照體下的每個(gè)著色劑gi(Bi)=Y(jié)ii=1,2,...N(4)可獲得的全范圍能夠按照以下方式定義。設(shè)gimin=minAigi(Ai)]]>gimax=maxAigi(Ai)]]>hi=[gimin,gimax]=從gimin到gimax的照度間隔,其中i=1,2,......N(5)G1=在一個(gè)施照體只與一個(gè)著色劑交互作用的假設(shè)下可獲得的全范圍=h1×h2×...×hN(6)在一個(gè)施照體只與一個(gè)著色劑交互作用的假設(shè)下,多施照體成像特性的問題大大減小了。取代需要N維LUT,每個(gè)著色劑只需要一維LUT。每個(gè)著色劑的值可以由只在對(duì)應(yīng)照明下的亮度確定。
實(shí)際上,一個(gè)施照體只與一個(gè)著色劑交互作用的假設(shè)對(duì)于通常的著色劑是不成立的。但是,如果第i光源和第i著色劑之間的作用最強(qiáng)而其它相互作用的量級(jí)較小,可獲得的全范圍是一個(gè)包含在G1內(nèi)的減小的N維區(qū)域。注意使用紅、綠和藍(lán)光光照射青色、品紅和黃色著色劑的情況對(duì)應(yīng)于這種情況,其中青色主要與紅色,品紅與主要綠色并且黃色主要與藍(lán)色交互作用。同時(shí)注意黑色著色劑((通常)對(duì)所有施照體的吸收幾乎相等)的使用,不滿足只與一個(gè)光源強(qiáng)交互作用的要求。實(shí)際上,這表示一個(gè)黑色著色劑應(yīng)當(dāng)看作一個(gè)附加著色劑,即如果一個(gè)著色劑是黑色,應(yīng)當(dāng)?shù)玫絅=施照體數(shù)=圖像數(shù)≤著色劑數(shù)-1=M-1但是,在特定情況下黑色可以與其他著色劑一起使用(在以下的例子中說(shuō)明)并能夠幫助改進(jìn)可獲得的全范圍(即,改善的動(dòng)態(tài)范圍),簡(jiǎn)化計(jì)算并降低成本。
以上描述的通用技術(shù)需要測(cè)量在設(shè)備控制值的M維輸入空間中的設(shè)備的響應(yīng),并且最終特性可以以具有N維輸入的多維LUT的形式表達(dá)。在幾種情況下,多施照體彩色成像需要的測(cè)量和存儲(chǔ)/計(jì)算能夠通過使用輸出處理的簡(jiǎn)單模型而顯著減少。一個(gè)有用的模型是假定視覺密度遵循一個(gè)加法模型,即,di(A1,A2,...AM)≡-log(fi(A1,A2,...AM)fi(0,0,...0))]]>=-Σj=1Mlog(fi(0,0,...,Aj,...0)fi(0,0,...0))=-Σj=1Mdi(Aj)---(7)]]>其中di(Aj)≡-log(fi(0,0,...,Aj,...0)fi(0,0,...0))---(8)]]>注意,控制值{0,0,...0}表示一個(gè)空白紙基底并且因此fi(0,0,...0)表示在第i光源下紙基底的照度,并且對(duì)數(shù)項(xiàng)表示紙歸一化的視覺密度。如果需要提高模型精度可以執(zhí)行使用光譜密度的全計(jì)算,這將在照明光不是嚴(yán)格的窄帶情況下有潛在優(yōu)勢(shì)。
項(xiàng)di(Aj)≡log(fi(0,0,...,Aj,...0)fi(0,0,....0))]]>表示只用第j著色劑沒有其它著色劑打印的碎片的紙歸一化密度,對(duì)于第j著色劑的控制值設(shè)為Aj。因此,以上提出的加法密度模型允許根據(jù)各個(gè)著色劑的控制碎片的視覺密度確定任意碎片的視覺密度。對(duì)各個(gè)著色劑(沒有印刷其它著色劑)的“步進(jìn)式光楔”的測(cè)量允許確定函數(shù)di(Aj),i=1,2,...N,j=1,2,....M,能夠用公式(8)從該函數(shù)中確定完整的設(shè)備特性函數(shù)。
使用以上模型,(1)中的方程式系統(tǒng)簡(jiǎn)化為Σj=1Mdi(Bj)=log(Yi/Yi0)whereYi0=fi(0,0,...0)]]>(9)(9)中的方程式表示有M個(gè)變量(B1,B2,....BM)的K個(gè)非線性方程的系統(tǒng)。函數(shù)di(Aj)可從“步進(jìn)式光楔”的測(cè)量中獲得并且以上等式能夠在全范圍G(之前已定義)內(nèi)解出用于照度值的控制值Bj,。對(duì)于全范圍外的點(diǎn),這些方程式可以在設(shè)全范圍映射的(更少受控)形式情況下近似解出。
這些等式的進(jìn)一步簡(jiǎn)化通過假定不同光譜帶中的密度是線性相關(guān)的而成為可能,即,di(C)=αijdj(C)i=1,2,...N(10)其中αij=di(C)/dj(C)是將在第i施照體下第j著色劑的視覺密度與在第j施照體下的第j著色劑的視覺密度相關(guān)聯(lián)的比例因子,且假定其與著色劑值C無(wú)關(guān),并且αij=1。等式(10)通常為測(cè)量數(shù)據(jù)提供合理的精確經(jīng)驗(yàn)?zāi)P?。使?10)的簡(jiǎn)化,(9)中的方程式系統(tǒng)簡(jiǎn)化為線性方程式系統(tǒng)
Σj=1Mαijdj(Bj)=log(Yi/Yi0),i=1,2,...N---(11)]]>它可以寫為矩陣-向量符號(hào)Ad=t (12)其中A是其第ij元素是αij的N×M矩陣,d是其第j分量是dj(Bj)的M×1向量,并且t是其第i分量是log(Yi/Yi0)的N×1向量。
可以求解線性方程的系統(tǒng)以確定d的值,d提供在不同施照體(對(duì)應(yīng)于被復(fù)用的圖像)下的理想亮度值。然后d的各個(gè)分量,即dj(Bj)可以與在第j施照體下的第j著色劑的視覺密度響應(yīng)一起使用以確定對(duì)應(yīng)于第j著色劑的控制值,即Bj。對(duì)每個(gè)著色劑重復(fù)該過程提供了在不同的施照體下產(chǎn)生理想一組照度值{Bj}j=1M所需的完整一組著色劑控制值。
注意如果N=M,假設(shè)A是可逆的則以上方程組具有唯一的解,這對(duì)于典型的著色劑和施照體是通常的情況。這種情況下的解簡(jiǎn)單地通過逆變換矩陣A獲得。而且,如果著色劑和施照體能夠?qū)?yīng)地排序,即著色劑i吸收施照體i最多并且對(duì)其它施照體吸收的程度較少,則對(duì)于所有i=1,2,...N,αij≤αjj=1,即矩陣A是沿著對(duì)角線的元素為其所在每一行的最大值的方陣,從數(shù)值穩(wěn)定性來(lái)看這通常是理想。如果M>N,方程式系統(tǒng)將具有多個(gè)數(shù)學(xué)解,并且特定解的選擇可以受附加標(biāo)準(zhǔn)的控制。一個(gè)用于在多個(gè)數(shù)學(xué)解中選擇的標(biāo)準(zhǔn)的例子是可行性,一個(gè)可能的解是能夠用可操作的著色劑控制值的范圍實(shí)現(xiàn)的一組密度值。
等式(12)中的固有模型也能夠用于確定對(duì)于可獲得的全范圍G的適當(dāng)近似值并有助于執(zhí)行全范圍映射。通常,密度曲線dj(C)是著色劑控制值C的單調(diào)增函數(shù),并且在第j施照體下的第j著色劑的可獲得的密度范圍在djmin=dj(0)=0到djmax=dj(Cjmax)之間,其中Cjmax是對(duì)于第j著色劑的最大控制值。假設(shè)等式(12)的模型有效的可獲得的全范圍是GD=假設(shè)加法密度的可獲得的照度范圍={使得存在d的y,其中Ad=log(y/y0)的并且0=dmin≤d≤dmax}(13)
其中,dmin是其第j分量是djmin=0的M×1向量,dmix是其第j分量是djmax的M×1向量,y是其第i分量表示在第i施照體Li下的照度的N×1向量,并且y0是其第i分量表示第i施照體下的紙照度的N×1向量。方程式(13)的右手側(cè)的不等式、除法和對(duì)數(shù)理解為可一項(xiàng)一項(xiàng)地應(yīng)用于所述向量。
將在N個(gè)施照體下產(chǎn)生的N個(gè)圖像為每個(gè)像素位置提供在N施照體下對(duì)應(yīng)于在該像素位置的理想照度值的N元組。對(duì)應(yīng)于所有像素位置的N元組必須位于先前定義的全范圍內(nèi)以便可使用給定的著色劑和施照體產(chǎn)生圖像。如果為了復(fù)用所指定的圖像不滿足該限制,某種形式的全范圍映射是必須的。
一個(gè)簡(jiǎn)單的不依賴于圖像的金范圍映射方案可以如下定義。首先,在不同的施照體下的亮度值范圍被確定,使得在這些范圍內(nèi)的所有可能值位于全范圍G內(nèi)。這是在數(shù)學(xué)上等效于規(guī)定我們確定一組N間隔的Si=[Yimin,Yimax],i=1,2,...N,使得這些間隔的乘積集合包含在全范圍G內(nèi),即,S1×S2×S3×...×SNG (14)接著可以在不依賴于圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行全范圍映射,該全范圍映射通過將在第i施照體下的要求的照度值的組通過某個(gè)函數(shù)(通常是單調(diào)的)映射到間隔Si=[Yimin,Yimax]來(lái)執(zhí)行。間隔S1確定在第i光源下獲得的照度動(dòng)態(tài)范圍。因?yàn)閷?duì)等式(14)有效的集合{Si}i=1N通常有多種選擇,一種用于選擇間隔的方法可以是使用我們將可獲得的最小動(dòng)態(tài)范圍最大化的最大最小(max min)優(yōu)化。數(shù)學(xué)上,該方法能夠用以下內(nèi)容描述選擇集合{Si}i=1N,使得minif(Si)最大化,其中f(Si)是某種適當(dāng)選擇的函數(shù),它測(cè)量對(duì)應(yīng)于亮度范圍S1獲得的對(duì)比度。函數(shù)f()的適當(dāng)選擇的例子是簡(jiǎn)單的亮度比,即f(Si)=Y(jié)imax/Yimin,或者密度范圍f(Si)=log(Yimax/Yimin),或者CIE亮度范圍f(Si)=L·(Yimax)-L·(Yimin),其中L·()是CIE亮度函數(shù)。
中性施照體的灰成分替代(GCR)盡管傳統(tǒng)的GCR技術(shù)使用在單個(gè)施照體(典型的是周圍環(huán)境白光)下著色劑的公共密度,但是為合成圖像的編碼和再現(xiàn)設(shè)想出了新形式GCR,其在這里描述為“中性施照體的灰成分替代(GCR)”,它包括當(dāng)再現(xiàn)的合成圖像受到補(bǔ)色施照體中的一個(gè)或多個(gè)照射時(shí),確定用在再現(xiàn)的合成圖像中的著色劑的公共密度。該公共密度的特殊考慮在這里描述為“交叉施照體公共密度”。
因此,該中性施照體的GCR技術(shù)可以對(duì)于再現(xiàn)的合成圖像中沉積的著色劑的位置執(zhí)行,該圖像當(dāng)受到每個(gè)補(bǔ)色施照體(對(duì)于該施照體合成圖像被編碼和再現(xiàn))照射時(shí)將表現(xiàn)為暗。例如,黑色用于替換沉積在在紅光下出現(xiàn)的公共黑暗的區(qū)域中的青色著色劑的部分;黑色能夠用于替換沉積在在藍(lán)光下出現(xiàn)的公共黑暗的區(qū)域中的黃色著色劑的部分。結(jié)果,公共的黑暗區(qū)域在寬帶光條件下變得更顯而易見。
在上述例子中使用的青色/黃色著色劑,白光照明問題可以寫為dW(x,y)=dCW(x,y)+dYW(x,y)≈dCW(x,y)(15)青色在白光下具有比黃色在白光下的密度高很多的密度,所以青色圖像可以理解為在白光下再現(xiàn)的合成圖像的主要外觀。
繼續(xù)青色/黃色著色劑的例子,可以選擇將用于黑色(k)加法和青色和黃色(C,Y)減法的公共密度的小數(shù)部分(frac)量。假定打印機(jī)密度、著色劑量和補(bǔ)色施照體下的著色劑密度以同樣的方式線性化。設(shè)dK(x,y)=frac*min[dCR(x,y),dYB(x,y)] (16)該密度量將從dCR中減去以產(chǎn)生dCR-GCR,和從dYB中減去以產(chǎn)生dYB-GCR,并且K分離將加入到合成圖像中。對(duì)于第一階,感覺的圖像密度如下dR(x,y)=dCR-GCR(x,y)+dYR-GCR(x,y)+dK(x,y)≈dCR-GCR(x,y)+dK(x,y)=dCR(x,y) (17)dB(x,y)=dCB-GCR(x,y)+dYB-GCR(x,y)+dK(x,y)≈dYB-GCR(x,y)+dK(x,y)=dYB(x,y) (18)dW(x,y)=dCW-GCR(x,y)+dYW-GCR(x,y)+dK(x,y)≈dCW-GCR(x,y)+dK(x,y) (19)注意在白光下,交叉施照體公共密度dK的小數(shù)部分現(xiàn)在出現(xiàn)。該額外成分產(chǎn)生一個(gè)白光圖像,它表現(xiàn)的比等式(15)描述的圖像更混亂。用于產(chǎn)生在圖7的再現(xiàn)的合成圖像的合成圖像在產(chǎn)生圖8所示的再現(xiàn)合成圖像時(shí)重復(fù)(圖8使用80%GCR(frac=0.8))。圖8與圖7描述的非GCR圖像相比,說(shuō)明在GCR圖像中白光下的密度與的紅光密度圖像差別更大。除了該密度效果,使用這里的中性施照體的GCR編碼和再現(xiàn)的合成圖像能夠展現(xiàn)圖7和8中沒有說(shuō)明的附加色調(diào)效果。即,在白光下,具有不同數(shù)量的青色、黃色和黑色的再現(xiàn)合成圖像的特定區(qū)域也顯示不同的色調(diào),因此增加了混亂。用該GCR方法編碼和再現(xiàn)的合成圖像將用以下的例1論述。
一個(gè)著色劑將從非補(bǔ)色施照體中吸收一些光,并且從而將在該施照體下稍微可辨別。為了有效抑制該殘留圖像的出現(xiàn),可以對(duì)每個(gè)著色劑和施照體校準(zhǔn)感覺到的密度,并且可以編碼源圖像從而補(bǔ)償這種假吸收。
在該設(shè)置中灰成分替代可通過使用中性著色劑、非中性著色劑或者多種中性和非中性著色劑的組合替換給定的著色劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。置換著色劑的中性高度依賴于施照體,并且我們稱使用在白光下是非中性的而在目標(biāo)施照體下是中性的著色劑的GCR為中性施照體的GCR。
執(zhí)行中性施照體的GCR提供在白光下的更混亂的表現(xiàn)。而且,GCR小數(shù)部分和K和非中性著色劑置換能夠被空間調(diào)制以加入附加的混亂或編碼用于白光觀看的第三低分辨率圖像。
用于產(chǎn)生擁有中性施照體的GCR的圖像的過程假定著色劑值在0和1之間歸一化,并且假定對(duì)于希望的和不希望的吸收密度都是線性的。而且,假定每個(gè)著色劑在其補(bǔ)色施照體下的最大密度相等且歸一化為1??紤]一種中性施照體的GCR方法,它使用品紅作為置換著色劑。設(shè)DMR和DMB分別為在R和B照明下的歸一化的M的密度。在傳統(tǒng)的彩色打印中,這些項(xiàng)將看作M的不希望的吸收。在本發(fā)明中,不希望的吸收將以與GCR方案中K的吸收相似的方式使用。
為了用品紅替換dCR(x,y),需要的品紅的分?jǐn)?shù)量為dCR(x,y)/DMR。同樣,為了用品紅替換dYB(x,y),需要的品紅的分?jǐn)?shù)量為dYB(x,y)/DMB。品紅的最大分?jǐn)?shù)量因此是這兩個(gè)值的最小值A(chǔ)M(x,y)=min(dCR(x,y)/DMR,dYB(x,y)/DMB,1)(20)
實(shí)際使用的量可以是AM的任意分?jǐn)?shù)aM(x,y)=frac×AM(x,y) (21)給定將加入的品紅著色劑量,可以確定從青色和黃色中減去的密度。青色和黃色的減法是品紅的aM(x,y)分?jǐn)?shù)分別對(duì)紅色和藍(lán)色施照體下的密度的貢獻(xiàn)dMR(x,y)=aM(x,y)DMR(22)dMB(x,y)=aM(x,y)DMB(23)一個(gè)M間隔根據(jù)aM(x,y)加入到圖像中,密度aM(x,y)DMR的量從dCR中減去以產(chǎn)生dCR-MGCR,并且從dYB減去aM(x,y)DMB以產(chǎn)生dYB-MGCR。對(duì)于第一階,感覺到的圖像的密度如下dR(x,y)=dCR-MGCR(x,y)+dYR-MGCR(x,y)+aM(x,y)DMR≈dCR-MGCR(x,y)+aM(x,y)DMR=dCR(x,y) 圖像1(24)dB(x,y)=dCB-MGCR(x,y)+dYB-MGCR(x,y)+aM(x,y)DMB≈dYB-MGCR(x,y)+aM(x,y)DMB=dYB(x,y) 圖像2(25)dW(x,y)=dCW-MGCR(x,y)+dYW-MGCR(x,y)+dMW(x,y)≈dCW-MGCR(x,y)+dMW(x,y) (圖像1+圖像2的特征)(26)項(xiàng)dMW(x,y)比基于K的GCR方法(方程式(19))的dK(x,y)大很多,因?yàn)閐MW按1/DMR或1/DMB換算(都比1大很多,由于歸一化的不希望的吸收密度比1小很多)。大的dMW(x,y)表示圖像2的特征將用比基于K的GCR的情況更高的密度表示。使用該更高密度范圍用于白光交互作用,可以獲得用于編碼第三白光效果的更多圖像混亂或更強(qiáng)性能。為了使用品紅(M)著色劑編碼和再現(xiàn)一個(gè)附加的、低分辨率源圖像,根據(jù)該附加低分辨率圖像,分?jǐn)?shù)GCR成分frac被賦予空間依賴性。下面的例3包括這樣一個(gè)根據(jù)應(yīng)用的GCR的分?jǐn)?shù)編碼的低分辨率圖像。
除了增加的與白光交互作用的密度容量外,當(dāng)使用基于M的GCR方法時(shí)還將額外的色調(diào)引入到白光圖像中。引入的M成分在色空間中建立另一個(gè)維度,以在白光圖像中產(chǎn)生與基于K的GCR方法中獲得的色調(diào)范圍相比更寬的色調(diào)范圍。而且,基于M和基于K的GCR方法可以組合并共同用于一個(gè)空間位置或沿(x,y)以受控的方式交替。使用兩種方法進(jìn)一步增加了產(chǎn)生有趣的白光效果的能力,比如嵌入一個(gè)在多頻帶施照體或諸如白光的寬帶施照體下顯示的附加圖案。
考慮本發(fā)明的另一方面,例如,一個(gè)單色圖像用普通著色劑(負(fù)的基色-C,M,Y,K)構(gòu)成的情況,被設(shè)計(jì)為在紅色照明下可觀察到并擁有密度分布dR(x,y)。為了產(chǎn)生該印刷物,著色劑能夠在滿足下式求和的任意組合中使用dR(x,y)=dCR(x,y)+dMR(x,y)+dYR(x,y)+dKR(x,y)(27)其中在該求和中使用著色劑的紅色密度。在該設(shè)置中,只有一幅圖像出現(xiàn),而且可用于GCR置換的“公共密度”簡(jiǎn)化為圖像的密度,并且C、M、Y和K的相對(duì)數(shù)量能夠空間上改變以產(chǎn)生在不同施照體下具理想特性的印刷物。例如,圖像可以由正方形組成,其中在給定正方形中只使用一種著色劑。正方形可以隨機(jī)排列或者以某種希望的圖案排列。在白色光源下,將觀察到一個(gè)多彩色圖案,該多色圖案的色調(diào)范圍由選擇的C、M、Y、K確定。
注意,將使用著色劑的不希望的吸收,并且對(duì)于給定著色劑,其吸收與作為光源的補(bǔ)色的著色劑的吸收相比相對(duì)低(例如,青色著色劑是紅色照明的補(bǔ)色)。在一幅圖像的一些空間位置,理想的密度可以比單個(gè)非補(bǔ)色的著色劑的不希望的吸收的密度更高。在這種情況下,在該位置必須使用多個(gè)著色劑,或者必須減小圖像的整個(gè)密度范圍。
一個(gè)明顯需要考慮的事情是給定著色劑能夠從一個(gè)非補(bǔ)色施照體吸收一些光,從而它在那種施照體下將不能完全消失。為了有效抑制這種外觀,可以校準(zhǔn)每個(gè)著色劑和施照體的感覺密度并建立分離圖像以補(bǔ)償假吸收。在不同窄帶施照體下對(duì)于吸收的密度的線性響應(yīng)可能不能提供足夠精確的近似,并且響應(yīng)的實(shí)際非線性可以通過遵循以上略述的原理的校正處理而被校正。
圖3說(shuō)明了可在以下三種模式中操作的一個(gè)系統(tǒng)100,其中第一種模式用于光譜復(fù)用多個(gè)源圖像以形成一個(gè)合成圖像,第二種模式用于再現(xiàn)該合成圖像,和第三種模式用于解復(fù)用光譜復(fù)用的合成圖像,以便恢復(fù)多個(gè)源圖像中的至少一個(gè),使得現(xiàn)察者有利地觀看。
如圖3所示,多個(gè)完全不同的源圖像陣列11-1,11-2,...11-N呈現(xiàn)給光譜復(fù)用系統(tǒng)101中的圖像輸入設(shè)備20。圖像輸入設(shè)備20可以進(jìn)行配置以接收多個(gè)單色圖像或單色和多色圖像的組合。圖像輸入設(shè)備20可以包括圖像獲取設(shè)備,例如連接到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的數(shù)字掃描儀,或者連接到存儲(chǔ)裝置(諸如計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、磁性或光學(xué)記錄介質(zhì))的任意類型的模擬或數(shù)字照相機(jī)。圖像輸入設(shè)備20也可以包括用于接收已經(jīng)預(yù)先存儲(chǔ)的或在網(wǎng)絡(luò)上傳送的圖像的裝置。
由該例子中圖像輸入設(shè)備20接收的各個(gè)圖像陣列中的多個(gè)源圖像的說(shuō)明性的表示包括在第一源圖像陣列11-1中表示的第一源圖像12-1,和在第二源圖像陣列11-2中表示的第二源圖像12-2。系統(tǒng)101能夠選擇性接收在各自的圖像陣列中表示的N個(gè)源圖像。在本發(fā)明的該示例性實(shí)施例中,使用完全不同的圖示源圖像,并且意圖從合成圖像最終恢復(fù)(通過光譜解復(fù)用)多個(gè)源圖像中的至少一個(gè)。
一旦源圖像數(shù)據(jù)在輸入圖像設(shè)備20接收,就提供給光譜復(fù)用器30,該光譜復(fù)用器30編碼表示至少第一和第二源圖像的合成的數(shù)據(jù),以便在一個(gè)光譜復(fù)用的(SM)圖像平面上提供一個(gè)合成圖像32。這種編碼可以在一個(gè)實(shí)施例中的進(jìn)行,可以通過對(duì)每個(gè)象素映射到合成圖像32,或者在局域化的區(qū)域而不是具體象素中映射到合成圖像32,以便復(fù)用用于編碼位于每個(gè)源圖像的每個(gè)對(duì)應(yīng)像素所必需的信息。
在合成圖像再現(xiàn)系統(tǒng)102中,代表合成圖像的數(shù)據(jù)提供給再現(xiàn)設(shè)備40,它使用預(yù)定的窄帶著色劑陣列在基底44上記錄合成圖像32,以便形成再現(xiàn)的合成圖像42。因而再現(xiàn)的合成圖像42固定在基底44上。
再現(xiàn)的合成圖像42可被觀察者70在周圍環(huán)境光中觀看。再現(xiàn)的合成圖像42在通常的外部環(huán)境照明條件下通常表現(xiàn)混亂的外觀;因此源圖像12-1,12-2等中至少一個(gè)很難或不可能在通常的外部環(huán)境照明條件下分辨出來(lái),直到操作解復(fù)用器50來(lái)有選擇地以足夠顯示所希望的源圖像的方式照明合成圖像42。或者,可以編碼源圖像中的一個(gè)或多個(gè),以便避免視覺混淆,并因此當(dāng)再現(xiàn)的合成圖像處于通常的外部環(huán)境照明條件時(shí)該一個(gè)或多個(gè)源圖像在再現(xiàn)的合成圖像中是明顯的,而當(dāng)再現(xiàn)的合成圖像處于補(bǔ)色窄帶施照體時(shí)變得混亂或很難檢測(cè)。
在一個(gè)光譜解復(fù)用系統(tǒng)103中,特定源圖像(如圖3所示,源圖像12-1)可被恢復(fù)并且在合成圖像42中可分辨出來(lái)。在圖3中,解復(fù)用器50的輸出直接到觀察者70。接著恢復(fù)的圖像對(duì)于觀察者70可分辨為與最初提供給圖像輸入設(shè)備20的特定源圖像12-1基本相同或很近似的圖像。
基底44相對(duì)于可在解復(fù)用器50內(nèi)操作的照明源放置,以便由解復(fù)用器50產(chǎn)生的選定光源照射合成圖像42,以便使得再現(xiàn)的合成圖像42中著色劑陣列被選定施照體的預(yù)定光譜功率分布照射。
圖4分別是光譜復(fù)用、再現(xiàn)和光譜解復(fù)用方法61、62、63的示例實(shí)施例的簡(jiǎn)要的示意圖。在步驟61中,為了復(fù)用多個(gè)源圖像,表示第一分離圖像71和第二分離圖像72中的源圖像的圖像數(shù)據(jù)提供給復(fù)用器30,它輸出一個(gè)合成圖像數(shù)據(jù)文件到一個(gè)再現(xiàn)設(shè)備40。再現(xiàn)設(shè)備40的輸出是其中結(jié)合了合成圖像92的基底90。使用第一著色劑將分離圖像71再現(xiàn)為一個(gè)圖案;在所描述的實(shí)施例中,選擇青色墨水或調(diào)色劑。使用第二著色劑將分離圖像72再現(xiàn)為一個(gè)圖案;在所描述的實(shí)施例中,選擇品紅色墨水或調(diào)色劑。(因?yàn)樵趯?shí)際的窄帶著色劑之間在吸收帶中通常存在一些交疊,因此優(yōu)選在步驟61中編碼兩個(gè)分離圖像以解釋當(dāng)多個(gè)著色劑用于產(chǎn)生合成圖像時(shí)將發(fā)生的吸收。)在再現(xiàn)步驟62中,合成圖像指定青色和品紅著色劑的圖案,這些圖案因此再現(xiàn)在基底90上以形成再現(xiàn)的合成圖像92。由于合成圖像中著色劑圖案之間的混淆,視覺識(shí)別編碼在合成圖像中的多個(gè)源圖像的至少一個(gè)可能變得困難或不可能。
在用于解復(fù)用再現(xiàn)的合成圖像92的步驟63中,具有固定在其上的再現(xiàn)的合成圖像92的基底90解復(fù)用器50照明。根據(jù)施照體的第一模式51的基底90的受控照明使得第一分離圖像71獲得相對(duì)于合成圖像的剩余部分的特定密度等級(jí),因此第一分離圖像71在基底90上變得可檢測(cè)。根據(jù)照明的第二模式52的基底90的受控照明使得第二分離圖像72類似地在基底90上可檢測(cè)。因此在該說(shuō)明性的實(shí)施例中,第一源圖像71和第二源圖像72在基底90上選擇性可分辨出來(lái)。從而根據(jù)第一和第二模式51、52的操作的基底90的受控照明使得第一分離圖像71和第二分離圖像71可分辨。
圖5示出了圖3的光譜復(fù)用系統(tǒng)101的示意的簡(jiǎn)化表示,其中使用圖像處理單元130和相關(guān)聯(lián)的外圍設(shè)備和子系統(tǒng)。圖像輸入終端120可以包括圖像獲取設(shè)備122,計(jì)算機(jī)圖像發(fā)生器124或圖像存儲(chǔ)設(shè)備126。圖像輸入終端120得到或傳遞例如為多個(gè)單色圖像文件形式的數(shù)字圖像數(shù)據(jù),其中每個(gè)圖像的圖像元素或“像素”定義為某種灰度值。來(lái)自輸入終端120的圖像數(shù)據(jù)直接送到用于處理的圖像處理單元(IPU)130,從而被編碼以產(chǎn)生合成圖像。
圖像處理單元130可以包括從圖像輸入終端120或從另外的適當(dāng)?shù)膱D像數(shù)據(jù)源接收輸入圖像數(shù)據(jù)的圖像存儲(chǔ)器132。圖像處理單元130通常包括處理器134。
圖像處理單元130的操作可以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)圖像處理功能138、139進(jìn)行,從而將源圖像數(shù)據(jù)編碼在上述的合成圖像文件中。如果需要,處理可以包括彩色轉(zhuǎn)換,執(zhí)行色彩轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換三成分彩色描述為打印機(jī)指定的四或更多成分彩色描述,并且可以包括半調(diào)色劑,它轉(zhuǎn)換c比特?cái)?shù)字圖像信號(hào)為適于驅(qū)動(dòng)特定打印機(jī)的d比特?cái)?shù)字圖像信號(hào),其中c和d是整數(shù)值。在某些實(shí)施例中,附加功能可以包括一個(gè)或多個(gè)色空間變換、色彩校正、全范圍映射和底色去除(UCR)/灰成分替代(GCR)功能??刂菩盘?hào)和合成圖像輸出數(shù)據(jù)提供到接口136,用于從圖像處理單元130輸出。
圖6是圖3的光譜解復(fù)用系統(tǒng)103的簡(jiǎn)單的示意性表示,其中使用控制器和相關(guān)聯(lián)的外圍設(shè)備和子系統(tǒng)以獲得一個(gè)或多個(gè)恢復(fù)的源圖像171、172。圖6示出了連接到一個(gè)照明源160的控制器150,照明源可操作以使得在基底44上的合成圖像42被第一和第二預(yù)定施照體161、162中至少一個(gè)照射。一旦源160被激活從而提供第一預(yù)定施照體時(shí),恢復(fù)的源圖像171變得可由觀察者170檢測(cè)到。或者,源160的操作模式可以轉(zhuǎn)換從而提供第二預(yù)定施照體162,因此合成圖像42反過來(lái)受到第二施照體162的照射,恢復(fù)的源圖像172變得可檢測(cè)。
控制器150可以以基于計(jì)算機(jī)的控制設(shè)備的形式提供,該控制設(shè)備具有連接到源160的接口156,它提供對(duì)照明源160操作的可編程控制,以使得選擇性激活和去激活照明源160,從而提供施照體162的一個(gè)或多個(gè)選擇場(chǎng)。
控制器150可操作以完成任務(wù),比如激活、去激活或排列照明源160的順序、設(shè)置施照體強(qiáng)度、施照體頻率等。控制器150的實(shí)施例受益于包括標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器152和處理器154的可編程控制系統(tǒng)的操作。控制器150可以用于例如當(dāng)照明源160以CRT監(jiān)視器的形式構(gòu)成時(shí)提供均勻的R或G或B屏幕圖像到接口156,從而接著顯示在照明源160上。
由控制器150控制的照明源160的操作可以根據(jù)某個(gè)連續(xù)控制功能進(jìn)行,從而提供例如照明源160的受控操作以提供一個(gè)照明區(qū)域,它根據(jù)以下選擇特征變化選定光源的連續(xù)或同時(shí)激活或不激活,每個(gè)光源具有預(yù)定的光譜功率分布;選定施照體的強(qiáng)度的受控變化;或者根據(jù)操作者的干預(yù)對(duì)的特定順序、強(qiáng)度或持續(xù)時(shí)間的交互式控制。
使用中性施照體的GCR技術(shù)產(chǎn)生的再現(xiàn)的合成圖像的例子例1應(yīng)用到C/Y編碼圖像的中性施照體的GCR圖9是一個(gè)再現(xiàn)的合成圖像,其中兩個(gè)源圖像用青色和黃色著色劑編碼并再現(xiàn),它們分別為在紅色和藍(lán)色照明下觀看而設(shè)計(jì)。再現(xiàn)的合成圖像結(jié)合少量黑色(K)以補(bǔ)償由青色(C)產(chǎn)生的不希望的吸收。
圖10是一個(gè)用80%GCR部分建立的再現(xiàn)的合成圖像。
圖11是使用品紅作為替代著色劑,使用中性施照體的GCR產(chǎn)生的再現(xiàn)的合成圖像。
例2用于編碼一個(gè)附加源圖像的空間變化的中性施照體的GCR的使用圖12是其中編碼了用于在藍(lán)色和紅色照明下恢復(fù)的第一和第二源圖像的合成圖像,其中中性施照體GCR已經(jīng)在使用青色和黃色著色劑的合成圖像的再現(xiàn)中使用,該合成圖像還具有編碼在其中的用于在白光照明下恢復(fù)的第三源圖像。中性施照體的GCR的量按照第三源圖像的圖像內(nèi)容空間改變。在圖12的再現(xiàn)的合成圖像中,第三源圖像的圖像內(nèi)容是一個(gè)形狀為“數(shù)字X”(Xerox Corporation的商標(biāo))的二進(jìn)制圖案,在對(duì)應(yīng)于第三源圖像的圖像內(nèi)容的合成圖像區(qū)域中使用基于M的GCR,并且在該合成圖像的其余區(qū)域中不使用GCR。
在可供選擇的實(shí)施例中,預(yù)期的第三源圖像可以包括或限于用于主要這樣的圖像內(nèi)容,這些圖像內(nèi)容被編碼以用于主要或?qū)iT由自動(dòng)裝置檢測(cè)(即,圖像內(nèi)容被編碼為機(jī)器可讀而不是人工可讀)。
在另一個(gè)實(shí)施例中,第三源圖像可以通過使用適當(dāng)?shù)陌胝{(diào)色劑技術(shù)編碼為一個(gè)灰度級(jí)圖像。
例3為了優(yōu)化的混淆改變中性施照體的GCR圖13是一個(gè)再現(xiàn)的合成圖像,它示例了所設(shè)想的中性施照體的GCR技術(shù)的其它應(yīng)用,其中基于M的GCR應(yīng)用在隨機(jī)定位的像素方塊上。當(dāng)中性施照體的GCR的頻率內(nèi)容匹配主要圖像的頻率內(nèi)容并且兩個(gè)編碼圖像中的暗區(qū)域?qū)?zhǔn)時(shí),圖像混淆可能增加,從而允許中性施照體的GCR中有選定的變化量。
例4對(duì)于單個(gè)單色圖像的中性施照體的GCR圖14是一個(gè)再現(xiàn)的合成圖像,它示例了使用多種著色劑執(zhí)行的中性施照體的GCR和意圖在藍(lán)色照明下觀看的單個(gè)單色圖像。為暗置換選擇的著色劑在6mm的正方形上隨機(jī)地逐個(gè)正方形地變化。
權(quán)利要求
1.一種處理多個(gè)源圖像的方法,包括步驟編碼該多個(gè)源圖像為一個(gè)合成圖像,其中使用中性施照體的GCR來(lái)改變到為再現(xiàn)成一個(gè)合成圖像而編碼的一個(gè)或多個(gè)源圖像的合成;通過使用多種著色劑在一個(gè)基底上再現(xiàn)該合成圖像;和從再現(xiàn)的合成圖像中恢復(fù)編碼的源圖像中的至少一個(gè),使得恢復(fù)的源圖像可通過使再現(xiàn)的合成圖像處于選擇用來(lái)展現(xiàn)該源圖像的窄帶施照體下而變得可分辨。
2.一種用于光譜復(fù)用多個(gè)源圖像的系統(tǒng),包括一個(gè)光譜復(fù)用器,用于接收代表多個(gè)源圖像的圖像數(shù)據(jù)和處理該圖像數(shù)據(jù)以編碼該多個(gè)源圖像為一個(gè)合成圖像數(shù)據(jù)信號(hào),其中使用中性施照體的GCR來(lái)改變到為再現(xiàn)成一合成圖像而編碼的一個(gè)或多個(gè)源圖像的合成,并且其中表示每個(gè)源圖像像素的值被映射到各個(gè)著色劑圖像平面中的對(duì)應(yīng)像素值。
3.一種處理多個(gè)源圖像的方法,包括步驟編碼多個(gè)源圖像為一個(gè)合成圖像,其中使用中性施照體GCR來(lái)改變到為再現(xiàn)成一合成圖像而編碼的一個(gè)或多個(gè)源圖像的合成,并且其中中性施照體的GCR中的灰成分替代部分被空間調(diào)制,以便增加混淆;通過使用多種著色劑在基底上再現(xiàn)合成圖像;和從再現(xiàn)的合成圖像中恢復(fù)編碼的源圖像中的至少一個(gè),使得恢復(fù)的源圖像可通過使再現(xiàn)的合成圖像處于選擇來(lái)展現(xiàn)該源圖像的窄帶施照體下是可分辨的。
4.一種處理多個(gè)源圖像的方法,包括步驟編碼多個(gè)源圖像為一個(gè)合成圖像,其中使用中性施照體的GCR來(lái)改變到為再現(xiàn)成一合成圖像而編碼的一個(gè)或多個(gè)源圖像的合成,并且其中中性施照體的GCR中的灰成分替代部分被實(shí)現(xiàn)為編碼一個(gè)意圖在多頻帶施照體的照明下恢復(fù)的附加的、低分辨率源圖像;通過使用多種著色劑在一個(gè)基底上再現(xiàn)合成圖像;和從再現(xiàn)的合成圖像中恢復(fù)編碼的源圖像中的至少一個(gè),以便可通過使再現(xiàn)的合成圖像在以下至少一種施照體下使再現(xiàn)的源圖像變得可分辨(a)多頻帶施照體和(b)選擇用來(lái)展現(xiàn)該源圖像的窄帶施照體。
5.一種成像系統(tǒng),包括一個(gè)光譜復(fù)用器,用于接收代表多個(gè)源圖像的圖像數(shù)據(jù)和處理該圖像數(shù)據(jù)以編碼源圖像為一個(gè)合成圖像,其中使用中性施照體的GCR來(lái)改變到為再現(xiàn)成一合成圖像而編碼的一個(gè)或多個(gè)源圖像的合成,并提供一個(gè)合成圖像數(shù)據(jù)信號(hào);一個(gè)圖像再現(xiàn)設(shè)備,它響應(yīng)于該光譜復(fù)用器接收合成圖像數(shù)據(jù)信號(hào)并在基底上再現(xiàn)合成圖像;和一個(gè)光譜解復(fù)用器,用于使基底上的再現(xiàn)的合成圖像受到具有預(yù)定光譜功率分布的施照體照射,其中第一和第二源圖像中至少一個(gè)為所述光譜功率分布被編碼,使得當(dāng)再現(xiàn)的合成圖像處于該施照體下時(shí),源自編碼的源圖像的恢復(fù)的源圖像被恢復(fù)。
6.權(quán)利要求5的成像系統(tǒng),其中可選擇的帶對(duì)應(yīng)于光譜的長(zhǎng)、中間和短(LMS)波長(zhǎng)帶。
7.權(quán)利要求5的成像系統(tǒng),其中圖像再現(xiàn)設(shè)備使用為其窄帶吸收特性而選擇的至少一種選擇的著色劑,從而當(dāng)受到具有基本上在該被選擇的著色劑的光譜吸收帶內(nèi)的光譜功率分布的第一施照體照射時(shí)看起來(lái)暗,并且當(dāng)受到具有基本上在該被選擇的著色劑的光譜吸收帶之外的光譜功率分布的不同的第二施照體照射時(shí)看起來(lái)亮。
8.權(quán)利要求5的成像系統(tǒng),其中以計(jì)算機(jī)的形式提供光譜復(fù)用器,用于接收代表多個(gè)源圖像的圖像數(shù)據(jù)文件和用于編碼所述圖像數(shù)據(jù)文件為一個(gè)合成圖像數(shù)據(jù)文件。
9.權(quán)利要求5的成像系統(tǒng),其中光譜復(fù)用器可以以依賴于圖像的方式操作,通過改變?cè)磮D像對(duì)不同的單色分離的分配來(lái)執(zhí)行一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍確定,以便將源圖像的全范圍只限制成源圖像需要的程度。
10.權(quán)利要求5的成像系統(tǒng),其中動(dòng)態(tài)范圍確定包括限制源圖像的全范圍。
11.權(quán)利要求5的成像系統(tǒng),其中光譜復(fù)用器可操作以執(zhí)行對(duì)源圖像添加圖像掩蔽信號(hào)。
12.權(quán)利要求5的成像系統(tǒng),其中中性施照體的GCR中的灰成分替代部分被執(zhí)行以編碼意圖在多頻帶施照體照射下恢復(fù)的第一和第二源圖像之一;并且其中光譜解復(fù)用器可操作以使再現(xiàn)的合成圖像處于以下施照體中的至少一個(gè)(a)被選擇用以展現(xiàn)第一和第二源圖像中被選擇的一個(gè)的第一施照體,和(b)被選擇用以展現(xiàn)第一和第二源圖像中剩余的一個(gè)的第二施照體。
13.權(quán)利要求5的成像系統(tǒng),其中第一施照體是窄帶施照體,而第二光源是多頻帶施照體和寬帶施照體中的至少一種。
全文摘要
用于光譜編碼多個(gè)源圖像并用于以一個(gè)合成圖像提供光譜編碼的多個(gè)源圖像的方法和裝置,用于以物理形式再現(xiàn)合成圖像的方法和裝置,或用于從再現(xiàn)的合成圖像中恢復(fù)編碼的源圖像中至少一個(gè)使得恢復(fù)的源圖像可分辨出來(lái)的方法和裝置。通過將中性施照體的灰成分替代(GCR)技術(shù)應(yīng)用到對(duì)多個(gè)光源下不同著色劑共同的暗,來(lái)控制再現(xiàn)的合成圖像中的源圖像混淆。
文檔編號(hào)H04N1/387GK1621967SQ20041009539
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者R·P·羅斯, Y·張, G·沙馬 申請(qǐng)人:施樂公司