專利名稱：一種在日常照明環(huán)境下的投影顯示顏色再現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種投影顯示領(lǐng)域的顏色再現(xiàn)方法，尤其涉及一種在日常生活中常見 的有環(huán)境照明且?guī)в屑y理的物理表面上進(jìn)行投影顯示時的等價顏色再現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
投影顯示是一種將圖像投射在輔助表面上的顯示方式，大畫面以及顯示屏幕與自 身設(shè)備分離是其兩大顯著特點(diǎn)，而且通常以漫反射白色屏幕以及暗室觀察環(huán)境為應(yīng)用前 提。隨著投影顯示應(yīng)用的普遍深入，傳統(tǒng)的CRT投影顯示技術(shù)逐漸被IXD、DLP、LC0S等多種 現(xiàn)代投影顯示技術(shù)所替代，其應(yīng)用場合也逐漸從教育多媒體、商務(wù)會議、數(shù)字影院等高端場 合拓展至展廳演示、家庭娛樂等低端場合。如今，投影儀已經(jīng)進(jìn)入了消費(fèi)型電子產(chǎn)品行列， 在市場上出現(xiàn)了各種體積小且攜帶方便的娛樂型投影儀。同時，為了滿足現(xiàn)代社會消費(fèi)者 多樣化的需求，單方向的演示在很多場合也已經(jīng)不能滿足要求，而需要給投影儀增加交互 式的功能，以增加信息傳播的生動性和趣味性。于是，在投影顯示領(lǐng)域發(fā)展起來了基于投影 儀相機(jī)系統(tǒng)的大屏幕拼接以及交互式投影顯示技術(shù)，如文獻(xiàn)“Introduction to building projection-based tiled display systems”所述。投影儀相機(jī)系統(tǒng)通常由投影儀、相機(jī)和 計算機(jī)三個部分組成，相機(jī)充當(dāng)人眼完成智能傳感的功能，計算機(jī)則是整個系統(tǒng)的控制中 心，完成信號顯示、收集、處理及分析等功能。如圖1所示為投影儀相機(jī)系統(tǒng)在日常生活中 常見的有照明環(huán)境下物理表面上進(jìn)行投影顯示的示意圖，輸入圖像首先由計算機(jī)系統(tǒng)輸出 到投影像面，再經(jīng)過投影光學(xué)系統(tǒng)投影到顯示表面；然后，投影圖像經(jīng)顯示表面反射及環(huán)境 照明的調(diào)制形成現(xiàn)實物理空間中的投影顯示圖像；投影顯示圖像又可以由相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)捕 獲到成像像面并產(chǎn)生圖像輸出到計算機(jī)系統(tǒng)，從而構(gòu)成了一個閉環(huán)的控制回路。另一方面， 隨著投影顯示應(yīng)用的普遍深入，固定地以漫反射白色屏幕以及暗室觀察環(huán)境為應(yīng)用前提在 很多情況下將無法滿足，而需要將畫面投影顯示在生活環(huán)境周圍的物理表面上，以沉浸自 然的形式來豐富交流的方式。此時，由于投影顯示圖像將會受到顯示表面圖案和環(huán)境照明 調(diào)制的影響而顏色失真，依靠現(xiàn)有投影顯示的顏色再現(xiàn)技術(shù)方法在日常生活中常見的有照 明環(huán)境的且?guī)в袌D案的物理表面上將無法得到高質(zhì)量的投影顯示圖像。于是，以投影儀相 機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，發(fā)展投影顯示顏色再現(xiàn)新技術(shù)將進(jìn)一步拓展投影顯示的應(yīng)用范圍， 促進(jìn)投影顯示向更靈活且更高質(zhì)量的現(xiàn)代化方向發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有投影顯示顏色再現(xiàn)技術(shù)的局限性，提供一種在日常照 明環(huán)境下的投影顯示顏色再現(xiàn)方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種在日常照明環(huán)境下的投影顯示 顏色再現(xiàn)方法，該方法包括以下步驟(1)投影顯示顏色再現(xiàn)特征化獲得投影儀的階調(diào)響應(yīng)查找表P-LUT”投影儀的階 調(diào)響應(yīng)逆向查找表P-iLUT”耦合矩陣Mp。、反射調(diào)制系數(shù)P。、環(huán)境照明光亮度、和相機(jī)輸
6出的零點(diǎn)顏色值隊。(2)確定等價再現(xiàn)目標(biāo)顏色值根據(jù)步驟(1)獲得的參數(shù)確定投影顯示顏色再現(xiàn) 的亮度范圍，并由輸入圖像的顏色值獲得目標(biāo)輸出圖像的顏色值。(3)顏色等價再現(xiàn)根據(jù)目標(biāo)輸出圖像的顏色值計算其等價再現(xiàn)所需的輸入顏色 值，將輸入顏色值由計算機(jī)或者微處理器控制輸出到投影儀，并驅(qū)動投影儀的顏色信號發(fā) 生器，再由投影儀的照明光學(xué)系統(tǒng)在顯示表面上形成顏色刺激，并由掃描系統(tǒng)產(chǎn)生近似于 白色屏幕上顯示效果的再現(xiàn)圖像。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的常見物理表面投影顯示等價顏色再現(xiàn)技術(shù)方法不 限于漫反射白色屏幕以及暗室觀察環(huán)境，可以應(yīng)用在日常生活中常見的有環(huán)境照明的帶有 紋理的物體表面上進(jìn)行投影顯示，并達(dá)到再現(xiàn)圖像顏色與原始圖像顏色亮度比較接近而色 度一致的等價再現(xiàn)目標(biāo)。該再現(xiàn)方法包括投影顯示顏色再現(xiàn)特征化、確定等價再現(xiàn)目標(biāo)顏 色值以及顏色等價再現(xiàn)三個部分。投影顯示顏色再現(xiàn)特征化用來分析描述投影儀相機(jī)系 統(tǒng)、顯示表面以及環(huán)境照明的顏色特征；確定等價再現(xiàn)目標(biāo)顏色值用來分析確定整個系統(tǒng) 在當(dāng)前顯示環(huán)境下的再現(xiàn)能力，并借此計算在再現(xiàn)能力范圍內(nèi)并與輸入原始圖像顏色等價 的目標(biāo)顏色值；顏色等價再現(xiàn)用來對目標(biāo)顏色值進(jìn)行處理，并根據(jù)輸入輸出的顏色轉(zhuǎn)換關(guān) 系，計算再現(xiàn)目標(biāo)顏色值所需的輸入顏色值。不依賴于其他物理設(shè)備的測量，運(yùn)算成本低， 有利于投影顯示向便攜式靈活的移動應(yīng)用方向發(fā)展。


圖1是基于投影儀相機(jī)系統(tǒng)的投影顯示圖像再現(xiàn)示意圖2是基于投影儀相機(jī)系統(tǒng)的常見物理表面投影顯示顏色再現(xiàn)流程圖3是常見物理表面投影顯示等價顏色再現(xiàn)流程圖4是投影顯示顏色再現(xiàn)特征化流程圖5是確定等價顏色再現(xiàn)目標(biāo)值的流程圖6是顏色等價再現(xiàn)的流程圖7是估計相機(jī)伽馬系數(shù)時所采用的拍攝場景圖8是采用多次曝光技術(shù)自動定標(biāo)獲得的相機(jī)響應(yīng)特性曲線圖9是常見物理表面測試實例圖10是環(huán)境照明在顯示表面上的平均照度分布圖(單位為Ix)；
圖11是系統(tǒng)中投影儀階調(diào)響應(yīng)查找表P-LUT和P-iLUT顏色特征化結(jié)果圖
圖12是獲取通道耦合矩陣所采用的色塊圖實例；
圖13是ISO標(biāo)準(zhǔn)測試圖像實例，(a)為BIRDS圖，(b)為MON圖14是由HOU測試圖像計算得到的再現(xiàn)目標(biāo)圖像、再現(xiàn)輸入圖像和再現(xiàn)輸出圖像
結(jié)果圖，其中，(a)為再現(xiàn)目標(biāo)圖像，(b)為再現(xiàn)輸入圖像，(c)為再現(xiàn)輸出圖像；圖15是由BIRDS測試圖像計算得到的再現(xiàn)目標(biāo)圖像、再現(xiàn)輸入圖像和再現(xiàn)輸出圖 像結(jié)果圖，其中，(a)為再現(xiàn)目標(biāo)圖像，(b)為再現(xiàn)輸入圖像，(c)為再現(xiàn)輸出圖像。具體實施方法通常來講，基于投影儀相機(jī)系統(tǒng)的顏色再現(xiàn)過程可以采用如圖2所示的流程圖來 描述。首先，若采用D= [dr, dg，db]T表示圖像顏色值向量，則投影儀相機(jī)系統(tǒng)首先將輸入
7的顏色值Din轉(zhuǎn)化為投影儀各個基元色的激勵值Ip，該過程的實現(xiàn)由投影儀的顏色再現(xiàn)技 術(shù)原理以及顯示參數(shù)的具體設(shè)置所決定，其正反向映射關(guān)系可以分別描述為
萬= P-LUTr (<")、互=P-LUTg 歹= P-LUT4 ⑷和 Jf =P-ILUT,(；；)《=P-iLUTg(療) =P-ILUTi^)其中，P-LUTi (i = r，g，b)和P_iLUT」(j = r，g，b)分別表示投影儀各通道的正反 向階調(diào)響應(yīng)查找表。然后，刺激值 ；經(jīng)投影儀相機(jī)系統(tǒng)交叉耦合轉(zhuǎn)換為投射圖像像素點(diǎn)的光強(qiáng)度Ip。， 可以描述為Ipc=M^!;(3)其中，Mp。為3X3的耦合矩陣。隨后，投射圖像像素點(diǎn)的光強(qiáng)度Ip。經(jīng)投影空間傳輸?shù)竭_(dá)顯示表面并和環(huán)境照明 的照度疊加在一起，再由顯示表面反射調(diào)制形成投影顯示圖像像素點(diǎn)的光亮度Lp。，即Lpc = PcIpc+PcEe (4)最后，投影顯示圖像各像素點(diǎn)的光亮度經(jīng)過伽馬非線性校正并和系統(tǒng)暗噪聲疊加 在一起轉(zhuǎn)換為輸出圖像像素點(diǎn)的顏色值D。ut，也即Dolrf =(^pcT +D0(5)其中，Ytl為伽馬系數(shù)。將⑴ (4)代入(5)可得方程如式Oout =(pcMpcg(P-LUT(D,. )) + LeJ。+D0(6)根據(jù)方程(6)，本發(fā)明的日常物理表面投影顯示顏色等價再現(xiàn)技術(shù)方法的具體實 施分為四個部分，每個部分可以理解為投影儀相機(jī)系統(tǒng)中計算機(jī)或者微處理器上的一個運(yùn) 算模塊，一系列指令或者一部分代碼，按順序依次運(yùn)行。第一部分，投影顯示顏色再現(xiàn)特征 化，用來確定方程(6)中的未知參數(shù)，包括？-1^1\ -讓肌^1)。，0。，1^和0(1;第二部分，確定 等價再現(xiàn)目標(biāo)顏色值，用來根據(jù)顏色特征化過程確定的方程(6)的參數(shù)確定投影顯示顏色 再現(xiàn)的亮度范圍并由輸入圖像的顏色值計算目標(biāo)輸出圖像的顏色值；第三部分，顏色等價 再現(xiàn)，用來根據(jù)目標(biāo)輸出圖像的顏色值計算其等價再現(xiàn)所需的輸入顏色值，并將該顏色值 再現(xiàn)為顏色刺激。(1)投影顯示顏色再現(xiàn)特征化投影顯示顏色再現(xiàn)特征化過程是再現(xiàn)技術(shù)方法的基礎(chǔ)部分，包括五個子過程第一子過程，建立投影儀像面和相機(jī)像面對應(yīng)像素點(diǎn)之間的幾何坐標(biāo)映射關(guān)系。
8
(1)
(2)例如專利文獻(xiàn)“投影圖像校正方法與裝置”中的幾何映射方法，實驗采用紅、綠、藍(lán)、黑、白五 種顏色且包括256色塊的編碼圖來完成該子過程。第二個子過程，獲得相機(jī)輸出的零點(diǎn)顏色值即隊。關(guān)閉相機(jī)蓋子并采集輸出一幅 噪聲圖像，記為CK0I，則Dtl就等于CKOI所有像素的平均值。第三個子過程，獲取相機(jī)通道響應(yīng)的伽馬系數(shù)。首先采用如文獻(xiàn)“RecoveringHigh Dynamic Range Radiance Maps from Photographs" ψ Wi^ifH^lSllIjf 應(yīng)的輸入強(qiáng)度值，然后通過冪函數(shù)擬合的方法求得伽馬系數(shù)。第四個子過程，設(shè)置顏色特征化空間的參考白點(diǎn)。找一塊白色的屏幕放置在投影 顯示系統(tǒng)的正前方(或者找一塊均勻的白色物體)，將顏色值為(255，255，255)的hXh厘 米(h大于投影顯示區(qū)域尺寸的五分之一)白色塊投影在屏幕(物體表面)上，并由相機(jī)采 集輸出，取色塊中央大約二分之一面積內(nèi)的平均值作為白色色塊的顏色值，記為5『。與此 同時，將顏色值為(0，0，0)的hXh厘米)黑色塊投影在屏幕(物體表面)上，取色塊同樣 大小面積內(nèi)的平均值作為黑色色塊的顏色值，記為。由相機(jī)的伽馬系數(shù)分別計算兩種色 塊所對應(yīng)的輸入亮度值，分別記為￡ν和:Le，計算公式為
丄Li=(Di-D0)^, i = W,E(7)并隨后求得相機(jī)的白點(diǎn)校正系數(shù)為 y=f Zmaxf(8)
ljW式中Lmax為向量三個分量中的最大值。第五個子過程，獲取環(huán)境照明亮度值Le。。在亮彩色表面上投影一副顏色值為(0， 0,0)的全黑圖像，記為CBI，并由相機(jī)采集輸出一幅包括環(huán)境光和暗噪聲的背景圖像，記為 CEOI。將CEOI減去CKOI即可計算得到環(huán)境照明光亮度Lec為
] Lec= a, (Dceoi-D0)-(9)其中，Dceqi為CEOI圖像的像素顏色值。第六個子過程，獲得顯示表面反射調(diào)制系數(shù)P。。將一副顏色值為(255，255，255) 的全白圖像投影在顯示表面上，記為CWI，并由相機(jī)采集輸出一幅包括顯示表面反射比信息 的彩色圖像，記為CW0I，則反射調(diào)制系數(shù)P。可計算為Pe =O^Dcwol-D。盧-Lee(10)其中，Dcwoi為CWOI圖像的像素顏色值。第七個子過程，建立投影儀各通道的正反向階調(diào)響應(yīng)查找表。在顯示表面上投影 一組尺寸為Ii1Xh1厘米的灰色色塊Oi1大于10)，其顏色值分別為(屯，屯，(Ii) i = 0，1，...，m+l
Q \ 2 m其中，H...、(1111+1分別為...、一256、一256、一256、一255，111彡8。求得每個色
m m m m
塊各像素對應(yīng)的投影儀刺激響應(yīng)強(qiáng)度Ip為
(11)并取色塊中央像素平均值作為該色塊顏色的刺激強(qiáng)度。由該組色塊對應(yīng)的Din和 Ip并采用插值的方法建立查找表P-LUTi和P-iLUTi (i = r，g，b)。第八個子過程，求解耦合矩陣Mp。。在顯示表面上投影一副彩色色塊圖，記為CPI，
色塊色顏色值是在RGB空間中均勻抽取的，即(屯，dj, dk)，其中i/尸·^255 (i = 0,2,…m)，
m
Cij= ^-255 (j = 1,2,…m)，d=^"255 (k = 1，2，…m)，m彡1。彩色色塊圖由相機(jī)采集輸 mm
出，記為CP0I。求得CPOI中各像素對應(yīng)的投影儀刺激響應(yīng)強(qiáng)度Ip，然后以各樣本色塊內(nèi)中
央?yún)^(qū)域的平均值作為該顏色樣本的刺激響應(yīng)強(qiáng)度，同時由P-LUTiG = r, g，b)求得各顏色
樣本的響應(yīng)強(qiáng)度Ip。。獲得一組Ip和Ipe并分別采用M00re-Penr0se偽逆的方法估計得到
Mpco(2)確定等價再現(xiàn)目標(biāo)顏色值等價再現(xiàn)顏色值的確定分為三個子過程第一個子過程，分析確定輸出顏色的亮度再現(xiàn)范圍。求得顯示表面上每個像素點(diǎn) P。和‘的亮度分量，分別記為γ(ρ。)和Y(Lec)。于是，每點(diǎn)的亮度再現(xiàn)范圍為Y(LJ Y(Lec)+Y(P c)。第二個子過程，計算輸入圖像各個像素點(diǎn)顏色值所對應(yīng)的亮度分量，記為Y(Lin)， 其中 L^(D, )i。第三個子過程，計算等價再現(xiàn)目標(biāo)亮度值。包括四個步驟第一步，將輸入原始圖像所有像素點(diǎn)顏色值的亮度都平移一個最小量Y (L' J = Y(Lin) + AY (12)其中，Δ Y = max {max {Y (Lec) -Y (Lin)}，0}第二步，對反射調(diào)制系數(shù)進(jìn)行空間不均勻性校正。首先，將所有像素點(diǎn)的Y(P。)組 成空域灰度圖像，并通過低通濾波的方法去除其高頻分量，記為FYI。然后，找到濾波后灰度 圖像的最大值，記為C。最后，由FYI對P。進(jìn)行校正
(13)
yFYI
P =Pc^l-
式中，Yfyi為FYI中像素的亮度值，P ‘。為校正后的彩色調(diào)制系數(shù)。 第三步，對L' in進(jìn)行非線性校正。校正公式為 Y{L·
pc-out
l-(l-w)
\2
1水;
1-w
\2
(14)
m<Y{Lpc)<i 其中
10L' -L
τ _ in ec
pc~ K ，
K = max{(Y(L' J-Y(Lj) (Y(ρ ‘ Γ)Γ}，m = mean {Y (Lpc)}第四步，計算目標(biāo)顏色值。計算公式為
和
C(Kbj) = KC(I^in)
(15) Oobj = [Iuobj
\r<>
+ Dn
(16)(3)顏色等價再現(xiàn)根據(jù)第二個過程確定的目標(biāo)顏色值，可以計算目標(biāo)色再現(xiàn)所需的顏色值，并將該 顏色輸出到投影儀而再現(xiàn)為顏色刺激形成投影顯示圖像，分為以下七個子過程，依次進(jìn) 行第一個子過程，去除系統(tǒng)暗噪聲，記為Dsub。計算公式為Dsub = Dobj-D0 (17)第二個子過程，伽馬校正，記為L。 。計算公式為 L =(D
cor \ sub β
) 8 1 /ι\第三個子過程，環(huán)境照明補(bǔ)償獲得預(yù)期的投影顯示亮度，記為L=p。補(bǔ)償公式為L^p=Lcor-Lec(19)第四個子過程，顯示表面反射調(diào)制補(bǔ)償獲得預(yù)期的投影儀輸出的光強(qiáng)度，記為
Ifxp。計算公式為
Ρ^ _ exp
=Pc)" Kp
(20)
第五個子過程，去通道耦合獲得預(yù)期的階調(diào)響應(yīng)值，記為Ifxp。計算公式為
第六個子過程，階調(diào)響應(yīng)非線性校正求得輸入顏色值，記為D。。m。校正公式為 <om= P-iLUT, (/;xp)"
‘ (22)
d-= ALmg(ii 式一=P-iLUTA(/廣)第七個子過程，將輸入顏色值由計算機(jī)或者微處理器控制輸出到投影儀，并驅(qū)動 投影儀的顏色信號發(fā)生器，再由投影儀的照明光學(xué)系統(tǒng)在顯示表面上形成顏色刺激，并由 掃描系統(tǒng)產(chǎn)生近似于白色屏幕上顯示效果的再現(xiàn)圖像。下面根據(jù)附圖和實施例詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。實施例子作為實驗例子，采用了型號為VGA NEC LT 30+的投影儀和型號為HITACHIHV-D30
11的相機(jī)來組成投影儀相機(jī)實驗系統(tǒng)來實施并驗證再現(xiàn)技術(shù)方法的有效性。投影儀和相機(jī)的 顏色通道數(shù)均為3，各個通道的量化位數(shù)為8位。投影儀和相機(jī)由計算機(jī)連接控制圖像信號 的輸入輸出，其主頻和內(nèi)存分別為2. 13GHz和IGB，采用RADEON R9200SE顯卡將圖像信號輸 出到投影儀，并由Matrox Meteorll/Multi-channel圖像采集卡將攝像機(jī)采集到的圖像信 號輸入到計算機(jī)存儲器。調(diào)整相機(jī)的視場使其包含整個投影顯示區(qū)域，并調(diào)整相機(jī)的光圈 和快門使得投影儀的輸出亮度范圍在相機(jī)的動態(tài)范圍之內(nèi)。采用 ls，0. 84s,0. 68s,0. 52s,0. 36s,0. 20s,0. 04s 等 7 次曝光時間對如圖 7 所示 的場景進(jìn)行拍攝，樣窗口的大小設(shè)置為12 X 12個像素，采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)為50，求得通道響應(yīng)曲 線如圖8所示。通過Gauss-Newton算法擬合得到R、G、B通道的伽馬系數(shù)分別為0. 407、 0. 397,0. 406。以如圖9所示的帶有色塊圖案的表面作為測試表面，測試顯示區(qū)域內(nèi)環(huán)境照 明的平均照度分布如圖10所示。取m = 8，建立投影儀的階調(diào)響應(yīng)查找表如圖11所示。采 用如圖12的色塊圖求得的耦合矩陣為 選取一組ISO標(biāo)準(zhǔn)圖像作為測試對象，以如圖13所示的圖像為例子，首先求得再 現(xiàn)目標(biāo)圖像和再現(xiàn)輸入圖像，然后將再現(xiàn)輸入圖像分別投影在彩色表面上并由相機(jī)采集獲 得再現(xiàn)輸出圖像，如圖14和圖15所示。為了對顏色再現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行評價，分別求得再現(xiàn)目 標(biāo)圖像和再現(xiàn)輸出圖像所有像素顏色值各個分量的平均誤差和均方根誤差如表1所示。從 表中數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，再現(xiàn)目標(biāo)圖像和再現(xiàn)輸出圖像的亮度差平均在10左右，色度分量 的差異平均都在3以下，達(dá)到了等價再現(xiàn)的目標(biāo)。表1標(biāo)準(zhǔn)測試圖像在“色塊”彩色表面上的等價顏色再現(xiàn)評價結(jié)果 上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和 權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種在日常照明環(huán)境下的投影顯示顏色再現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)投影顯示顏色再現(xiàn)特征化獲得投影儀的階調(diào)響應(yīng)查找表P LUTi、投影儀的階調(diào)響應(yīng)逆向查找表P iLUTi、耦合矩陣Mpc、反射調(diào)制系數(shù)ρc、環(huán)境照明光亮度Lec和相機(jī)輸出的零點(diǎn)顏色值D0。(2)確定等價再現(xiàn)目標(biāo)顏色值根據(jù)步驟(1)獲得的參數(shù)確定投影顯示顏色再現(xiàn)的亮度范圍，并由輸入圖像的顏色值獲得目標(biāo)輸出圖像的顏色值。(3)顏色等價再現(xiàn)根據(jù)目標(biāo)輸出圖像的顏色值獲得其等價再現(xiàn)所需的輸入顏色值，將輸入顏色值由計算機(jī)或者微處理器控制輸出到投影儀，并驅(qū)動投影儀的顏色信號發(fā)生器，再由投影儀的照明光學(xué)系統(tǒng)在顯示表面上形成顏色刺激，并由掃描系統(tǒng)產(chǎn)生近似于白色屏幕上顯示效果的再現(xiàn)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述在日常照明環(huán)境下的投影顯示顏色再現(xiàn)方法，其特征在于，所 述步驟(1)包括以下五個子步驟(a)建立投影儀像面和相機(jī)像面對應(yīng)像素點(diǎn)之間的幾何坐標(biāo)映射關(guān)系。(b)獲得相機(jī)輸出的零點(diǎn)顏色值Dtl關(guān)閉相機(jī)蓋子并采集輸出一幅噪聲圖像，記為 CK0I，則Dtl就等于CKOI所有像素的平均值。(c)獲取相機(jī)通道響應(yīng)的伽馬系數(shù)首先獲得各通道響應(yīng)值所對應(yīng)的輸入強(qiáng)度值，然 后通過冪函數(shù)擬合的方法求得伽馬系數(shù)。(d)設(shè)置顏色特征化空間的參考白點(diǎn)將白色的屏幕或均勻的白色物體放置在投影顯 示系統(tǒng)的正前方，將三通道顏色值分別為255、255、255的hXh厘米白色塊投影在屏幕或物 體表面上，并由相機(jī)采集輸出，h大于投影顯示區(qū)域尺寸的五分之一，取色塊中央二分之一 面積內(nèi)的平均值作為白色色塊的顏色值，記為。與此同時，將三通道顏色值分別為0、0、 0的hXh厘米黑色塊投影在屏幕或物體表面上，取色塊同樣大小面積內(nèi)的平均值作為黑色 色塊的顏色值，記為。由相機(jī)的伽馬系數(shù)分別獲得兩種色塊所對應(yīng)的輸入亮度值，分別 i己為禾口L(. =(Di-D0)^5 ι = W,E并隨后求得相機(jī)的白點(diǎn)校正系數(shù)為η 一 LmaxuW ~ f fW ~Lie式中Lmax為Iv-Le向量三個分量中的最大值。(e)獲取環(huán)境照明亮度值Le。在亮彩色表面上投影一副三通道顏色值分別為0、0、0的 全黑圖像，記為CBI，并由相機(jī)采集輸出一幅包括環(huán)境光和暗噪聲的背景圖像，記為CE0I。 將CEOI減去CKOI即可得到環(huán)境照明光亮度Lee為丄Lec (Dceoi-D0)瓦其中，Dcem為CEOI圖像的像素顏色值。(f)獲得顯示表面反射調(diào)制系數(shù)P。將一副三通道顏色值分別為255、255、255的全白 圖像投影在顯示表面上，記為CWI，并由相機(jī)采集輸出一幅包括顯示表面反射比信息的彩色圖像，記為CW0I，則反射調(diào)制系數(shù)P。為丄Pc =Mdcwoi-D0)萬-Lec其中，Dara為CWOI圖像的像素顏色值。(g)建立投影儀各通道的正反向階調(diào)響應(yīng)查找表在顯示表面上投影一組尺寸為 Ii1Xh1厘米的灰色色塊，Ii1大于10，其顏色值分別為((Ii, (Ii, (Ii) i =0,1,…，m+1,0 12m其中，dQ、Cl1,…、dm+1分別為一256、_256、一256、...、一255，m彡8，求得每個色塊各m m mm像素對應(yīng)的投影儀刺激響應(yīng)強(qiáng)度Ip為并取色塊中央像素平均值作為該色塊顏色的刺激強(qiáng)度。由該組色塊對應(yīng)的Din和Ip 并采用插值的方法建立投影儀的階調(diào)響應(yīng)查找表P-LUTi和投影儀的階調(diào)響應(yīng)逆向查找表 P-iLUTi(i = r, g, b)。(h)求解耦合矩陣Mp。在顯示表面上投影一副彩色色塊圖，記為CPI，色塊色顏色值是在RGB空間中均勻抽取的，SP (φ, dj, dk)，其中c/尸丄255 (i = 0,2,…m)，c/尸^·255 (j =mm1,2,…m)，d=!255 (k = 1，2，…m)，m彡1。彩色色塊圖由相機(jī)采集輸出，記為CPOI。求 m得CPOI中各像素對應(yīng)的投影儀刺激響應(yīng)強(qiáng)度Ip，然后以各樣本色塊內(nèi)中央?yún)^(qū)域的平均值作 為該顏色樣本的刺激響應(yīng)強(qiáng)度，同時由P-LUTiG =r，g，b)求得各顏色樣本的響應(yīng)強(qiáng)度Ip。。 獲得一組Ip和Ip。并分別采用M00re-Penr0se偽逆的方法估計得到Mpc。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述在日常照明環(huán)境下的投影顯示顏色再現(xiàn)方法，其特征在于，所 述步驟(2)包括以下三個子步驟(a)分析確定輸出顏色的亮度再現(xiàn)范圍求得顯示表面上每個像素點(diǎn)P。和Le。的亮度 分量，分別記為Y(P。)和Y(Lec)；于是，每點(diǎn)的亮度再現(xiàn)范圍為Y(LJ Y(LJ+Y(P。)。(b)獲得輸入圖像各個像素點(diǎn)顏色值所對應(yīng)的亮度分量，記為Y(Lin)，其中K 。(c)獲得等價再現(xiàn)目標(biāo)亮度值，具體如下第一步，將輸入原始圖像所有像素點(diǎn)顏色值的亮度都平移一個最小量Y (L' J = Y(Lin) + AY其中，Δ Y = max {max {Y (Lec) -Y (Lin)}，0}第二步，對反射調(diào)制系數(shù)進(jìn)行空間不均勻性校正。首先，將所有像素點(diǎn)的Y(P。)組成 空域灰度圖像，并通過低通濾波的方法去除其高頻分量，記為FYI。然后，找到濾波后灰度圖 像的最大值，記為Fm1T。最后，由FYI對P。進(jìn)行校正γ￥ΥΙ max式中，Yfyi為FYI中像素的亮度值，P ‘。為校正后的彩色調(diào)制系數(shù)t 第三步，對L' in進(jìn)行非線性校正。校正公式為 其中 第四步，通過下式獲得目標(biāo)顏色值
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述在日常照明環(huán)境下的投影顯示顏色再現(xiàn)方法，其特征在于，所 述步驟(3)包括以下七個子步驟(a)去除系統(tǒng)暗噪聲，記為D,sub ·DsUb-Dobj-D0C(b)伽馬校正，記為L。 (c)環(huán)境照明補(bǔ)償獲得預(yù)期的投影顯示亮度，記為 (d)顯示表面反射調(diào)制補(bǔ)償獲得預(yù)期的投影儀輸出的光強(qiáng)度，記為 (e)去通道耦合獲得預(yù)期的階調(diào)響應(yīng)值，記為 (f)階調(diào)響應(yīng)非線性校正求得輸入顏色值，記為D。 <om=P-iLUT,(/;xp)' (g)將輸入顏色值由計算機(jī)或者微處理器控制輸出到投影儀，并驅(qū)動投影儀的顏色ii號發(fā)生器，再由投影儀的照明光學(xué)系統(tǒng)在顯示表面上形成顏色刺激，并由掃描系統(tǒng)產(chǎn)生近 似于白色屏幕上顯示效果的再現(xiàn)圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在日常照明環(huán)境下的投影顯示顏色再現(xiàn)方法，包括投影顯示顏色再現(xiàn)特征化、確定等價再現(xiàn)目標(biāo)顏色值以及顏色等價再現(xiàn)三個部分。投影顯示顏色再現(xiàn)特征化用來分析描述投影儀相機(jī)系統(tǒng)、顯示表面以及環(huán)境照明的顏色特征；確定等價再現(xiàn)目標(biāo)顏色值用來分析確定整個系統(tǒng)在當(dāng)前顯示環(huán)境下的再現(xiàn)能力，并借此獲得在再現(xiàn)能力范圍內(nèi)并與輸入原始圖像顏色等價的目標(biāo)顏色值；顏色等價再現(xiàn)用來對目標(biāo)顏色值進(jìn)行處理，并根據(jù)輸入輸出的顏色轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲得再現(xiàn)目標(biāo)顏色值所需的輸入顏色值。不依賴于其他物理設(shè)備的測量，運(yùn)算成本低，有利于投影顯示向便攜式靈活的移動應(yīng)用方向發(fā)展。
文檔編號H04N9/31GK101917631SQ20101024124
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者徐海松, 鄒文海 申請人:浙江大學(xué)