摄像装置所用的颜色校准方法

xiaoxiao2020-7-22  5

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摄像装置所用的颜色校准方法
【专利摘要】一种摄像装置所用的用于提供从表观颜色向着实际颜色的映射的方法,包括:使用所述摄像装置来拍摄具有多个色片的基准比色图的图像,其中各色片具有相关联的基准颜色;测量所拍摄图像中的所述多个色片的表观颜色;在圆形色相空间内选择表示不同色相值的多个控制点;确定各控制点的角度偏移,以使得各色片的变换后的表观颜色与基准颜色之间的距离最小,其中所述角度偏移表示色相校正值,其中,对各控制点的角度偏移的插值提供了所述摄像装置所用的从表观颜色向着实际颜色的映射。
【专利说明】摄像装置所用的颜色校准方法
[0001]本申请要求2011年3月4日提交的澳大利亚临时专利申请2011900785的优先权,其内容通过该引用而包含于此。
【技术领域】
[0002]本发明涉及摄像装置所用的用于提供从表观颜色到实际颜色的映射的方法和软件、以及用于使用该映射来对该装置所拍摄到的图像进行颜色校准的方法和软件。
【背景技术】
[0003]在现有示例中,数字照相机使用诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等的传感器来拍摄图像。这些照相机传感器中的大多数针对该图像中的各位置或像素,仅可以读取各物理位置处的一个颜色,从而将原始数据返回作为来自例如红色、绿色和蓝色(RGB)的特定颜色空间的各通道的值的模式。例如,可以将各R、G和B值表示为O和诸如255等的所定义的最大值之间的数值,并且像素处的RGB值的组合表示特定颜色。
[0004]照相机通过参考照相机颜色空间来捕获RGB值。然而,很少发生照相机颜色空间与已知的基准颜色空间完全匹配。因而,在照相机解释为例如R=120、G=110、B=105的“表观颜色”和基准颜色空间中的例如R=100、G=100、B=IOO的“实际颜色”之间存在差异。因此,需要颜色校准方法来将如照相机所拍摄到的表观颜色映射到基准颜色空间中的实际颜色。这样确保了拍摄相同物体对象的图像的两个不同装置报告了相同的实际颜色值。此外,照明效果能够对所观察到的对象的颜色产生非常显著的影响。由于灯本身的固有物理性质,因此大多数灯不是纯白色的,这就导致测量颜色不同于真实颜色。
[0005]例如,通常通过经由适当矩阵对颜色矢量进行相乘并且经由多项式传递各颜色值,作为表观颜色到实际颜色的线性变换和非线性变换的组合来进行颜色映射。
[0006]计算这种变换是困难的过程,并且需要大量颜色样本、以及优选需要照相机传感器本身的知识。这种技术难以用在空间制约或时间制约使这种处理无法实行的一些情形中。诸如白平衡校正等的简单颜色校正在存在这些空间制约或时间制约的一些应用中足够了 ;然而在一些应用中,需要较高精度的映射。
[0007]本发明的目的是提供解决现有颜色映射方法的一个或多个限制的摄像装置所用的映射。
[0008]以上所包括的【背景技术】部分的论述是为了解释本发明的上下文。该论述不应被视为是对所引用的任何文献或其它材料被公开、被获知或属于本说明书权利要求书任一项的 优先权日:的公知常识的一部分的承认。

【发明内容】

[0009]本发明提供一种摄像装置所用的用于提供从表观颜色向着实际颜色的映射的方法,包括以下步骤:[0010]使用所述摄像装置来拍摄具有多个色片的基准比色图的图像,其中各色片具有相关联的基准颜色;
[0011]测量所拍摄图像中的所述多个色片的表观颜色;
[0012]在圆形色相空间内选择表示不同色相值的多个控制点;以及
[0013]确定各控制点的角度偏移,以使得各色片的变换后的表观颜色与基准颜色之间的距离最小,其中所述角度偏移表示色相校正值,
[0014]其中,对各控制点的角度偏移的插值提供了所述摄像装置所用的从表观颜色向着实际颜色的映射。
[0015]例如,由于在识别细菌类型时使用细菌菌落的颜色、形状和纹理以及固体培养基(诸如琼脂等)的颜色,因此诸如识别固体培养基上生长的微生物生长(例如,细菌菌落)等的微生物评估目的所使用的图像必须精确。因此,在该示例中,本领域技术人员应当理解,图像的颜色接近实际颜色很重要。本领域技术人员还应当理解,关于诸如高端摄影等的其它应用,可以使用针对所拍摄图像的从表观颜色到实际颜色的映射。
[0016]可以在例如RGB、YUV、LAB、XYZ的任何颜色空间中测量表观颜色和基准颜色(输入颜色)。向着实际颜色(输出颜色)的映射可以将表观颜色变换到相同的颜色空间,或者可以将表观颜色变换到不同的颜色空间。可以在输入或输出颜色空间中测量变换后的表观颜色和基准颜色之间的距离。
[0017]控制点的色相值是指HSV (色相饱和度值)颜色空间中的色相值。HSV空间用作输入空间和输出空间之间的中间态。该颜色空间由椎体来表示,其中绕中心垂直轴的角度对应于色相,相对于该垂直轴的距离对应于饱和度,并且沿着该垂直轴的距离对应于值(明度)。圆形色相空间是指HSV椎体的圆形截面。
[0018]该方法能够根据少量的基准颜色来产生映射。例如,已经发现利用24个色片所产生的映射得到了在对细菌菌落进行微生物评估目的所用充分精确的摄像时使用的充分校准。所需要的片数量依赖于所需的映射的保真度,并且是可调整的。例如,如递交日相同的同一 申请人:的标题为 “Method and Software for Analysing Microbial Growth” 的共同待审的国际专利申请(其内容通过引用而包含于此)所述,可以使用利用映射进行了颜色校正的图像来训练机器学习算法以对细菌菌落进行分类。
[0019]通过在控制点的角度偏移之间进行插值以确定图像中的像素的表观色相的插值角度偏移,可以使用控制点的角度偏移来将表观色相映射到同一摄像装置在相同照明条件下所拍摄到的任何其它图像中的像素的实际色相。然后,将该插值角度偏移应用于表观色相以实现实际色相(并由此实现实际颜色)的近似。通过在圆形色相空间中应用变换,本发明的方法与原始颜色值的简单线性变换相比可以提供更加精确的近似。本领域技术人员应当理解,对“实际颜色”的参考并不要求将表观颜色完全映射到基准颜色空间。相反,该映射提供了实际颜色的近似。
[0020]摄像装置可以是诸如高分辨率彩色数字照相机、数字扫描器或数字摄像机等的数字照相机。
[0021]现在说明控制点的选择,所述多个控制点可以均匀地围绕所述圆形色相空间进行分布。控制点在圆形色相空间上的角度位置表示其色相值。例如,这些控制点可以形成围绕该空间的单个环,其中该环中的相邻控制点之间的距离是均等的。选择各控制点的位置可以包括:使用不同数量的控制点来计算一系列候选映射的误差;以及基于产生可接受误差的最小数量的控制点来从该一系列候选映射中选择映射。应当理解,为了计算效率和估计精度的利益,期望选择尽可能少的控制点。
[0022]测量所述摄像装置所拍摄到的图像中的色片的表观颜色还可以包括:测量色片的颜色;对测量到的颜色进行白平衡校正;对测量到的颜色进行明度校正;以及使用所得的白平衡校正和明度校正后的颜色来确定所述表观颜色。可以使用根据比色图中的R、G和B值应当相等的中性灰色片所确定的权重来进行白平衡校正。可以使用利用比色图中的明度已知的多个灰色片所计算出的曲线来校正明度。因而,利用已经针对白平衡和明度进行了校正的数据来进行颜色映射。与产生引起白平衡和明度的映射相比,这样降低了变换的复杂度,并由此缩短了所需的计算时间。
[0023]确定各控制点的角度偏移以使得各色片的变换后的表观颜色与基准颜色之间的距离最小的步骤可以包括:使包括各色片的所述变换后的表观颜色与所述基准颜色之间的距离的平方和的成本函数最小。所述成本函数还可以包括所述角度偏移的平方和。
[0024]在实施例中,所述方法还可以包括:确定各控制点的标度以使得各色片的所述变换后的表观颜色与所述基准颜色之间的距离最小,其中所述标度表示饱和度校正值,其中,对各控制点的标度的插值提供了所述摄像装置所用的从表观颜色向着实际颜色的另一映射。
[0025]将针对表观饱和度的插值标度应用于该表观饱和度以获得实际饱和度的近似。控制点可以表示离圆形色相空间中的色片的表观色相和饱和度的位置最近的色相值。控制点可以包括围绕圆形色相空间的控制点的一个或两个(或多个)环,其中各环具有不同的饱和度值。在一个示例中,使用控制点的两个环,其中各环中的控制点具有相同的色相但具有不同的饱和度值、诸如0.5和I等。控制点当然无需采用环的形式,并且可以以其它配置围绕圆形色相空间进行分布。
[0026]如上所述,确定各控制点的标度以使得各色片的变换后的表观颜色与基准颜色之间的距离最小的步骤可以包括:使包括各色片的所述变换后的表观颜色与所述基准颜色之间的距离的平方和的成本函数最小。所述成本函数还可以包括I减去各饱和度标度所得的值的平方和以促进最终标度近似为I。
[0027]可选地,代替简单地测量饱和度,可以使用与明度曲线相似的曲线来映射饱和度。
[0028]为了应用映射,所述方法可以包括:使用所述摄像装置来拍摄图像;以及针对所述图像中的一个或多个像素:确定所述像素的表观色相;在所述圆形色相空间内的两个以上的控制点的角度偏移之间进行插值,以确定与所述表观色相相关联的角度偏移;以及将所确定的角度偏移应用于所述表观色相。所述方法还可以包括针对所述图像中的一个或多个像素:确定所述像素的表观饱和度;在所述圆形色相空间内的两个以上的控制点的标度之间进行插值,以确定与所述表观饱和度相关联的标度;以及将所确定的标度应用于所述表观饱和度。
[0029]两个以上的控制点可以表示圆形色相空间中的离表观色相最近的色相值。在典型实施例中,已经发现了该情况,由此产生良好的映射。优选地,使用四个控制点和三次插值。可选地,可以使用更高阶插值方法来对角度偏移进行变换。然而,在这种情况下,将需要较大量的处理以确定最优的角度偏移。可以可选地使用线性插值,但线性插值不够平滑并且在跨越控制点时将在颜色空间中产生不连续。
[0030]一旦确定了像素的表观色相和饱和度,可以将颜色转换成例如显示所用的任何适当的颜色空间。
[0031]另外,本发明提供一种软件,其用在计算机中,所述计算机包括处理器和用于存储所述软件的存储器,所述软件包括所述处理器能够执行的一系列指令以执行根据上述的任一个实施例的方法。
[0032]本发明还涉及一种计算机可读介质,其包括软件,并且涉及一种设备,包括:处理器;存储器;以及驻存于所述处理器能够访问的存储器中的软件,所述软件能够被所述处理器执行以执行根据上述的任一个实施例的方法。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]现在将参考附图仅通过示例方式来说明本发明的实施例。应当理解,附图的特殊性无法取代前面对本发明的描述的一般性。
[0034]图1是用于进行根据本发明实施例的方法的示例处理系统和摄像装置。
[0035]图2是说明用于计算从表观颜色向着实际颜色的映射的方法的流程图。
[0036]图3是示出用于校正所拍摄图像的明度的示例曲线的图。
[0037]图4是示出圆形色相空间内的多个控制点的HSV空间的图。
[0038]图5是针对特定摄像装置的(a)横跨色相/饱和度空间的映射、(b)孤立的色相映射函数和(C)孤立的饱和度映射函数的图形表示。
[0039]图6是示出映射的精度的图。
[0040]图7是(a)颜色校准之前和(b)颜色校准之后的比色图的两个照片。
[0041]图8是说明用于将表观颜色映射到实际颜色的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0042]将参考图1来说明本发明的实施例所使用的示例处理系统和摄像装置。处理系统10包括处理器12、存储器14、至少一个输入装置16、至少一个输出装置18、通信端口 20、接口 22和存储装置24。如图所示,处理系统10的各组件经由总线或总线组26连接到一起。
[0043]处理器12可以包括一个以上的处理装置,例如用于应对处理系统10内的不同功能。存储器14可以包括任何适当的存储器装置,并且例如包括易失性或非易失性存储器、固态存储装置、磁性装置等。存储器14可以存储处理器12所执行的指令。
[0044]输入装置16接收输入数据,并且例如可以包括键盘、鼠标或其它指示装置、追踪球、操纵杆或触摸屏、麦克风、诸如调制解调器或无线数据适配器等的数据接收器或天线、数据获取卡等。输入装置16可以是用户能够操作的以进行输入数据的输入,或者该输入装置16可以接收来自其它输入数据源的数据。
[0045]输出装置18产生或生成输出数据。输出装置18可以包括显示装置、一组音频扬声器、打印机、端口(例如USB端口)、外围组件适配器、诸如调制解调器或无线网络适配器等的数据发送器或天线等。
[0046]存储装置24可以包括例如易失性或非易失性存储器、固态存储装置、磁性装置等的任何形式的数据存储部件或信息存储部件。可以将文件系统和文件存储在存储装置24上。
[0047]通信端口 20使得处理系统10能够经由硬有线或无线网络与其它装置进行通信。接口 22使处理系统10连接至一个或多个外围装置。例如,接口 22可以包括PCI卡或PC卡。
[0048]处理系统10可以是如下的任何形式:终端、服务器处理系统、专用硬件、计算机、计算机系统或计算机化装置、个人计算机(PC)、移动或蜂窝电话、移动数据终端、便携计算机、个人数字助理(PDA)、寻呼机或任何其它相似类型的装置。
[0049]图1还示出采用彩色数字照相机的形式的摄像装置30。照相机30可以经由物理或无线接口 32与处理系统10进行通信。
[0050]可以使用存储在存储器14中的软件来在处理器12上执行用于产生从表观颜色向着实际颜色的映射的方法。参考图2,在步骤40中,拍摄基准比色图的图像。该比色图可以是包括各自具有相关联的基准红色、绿色和蓝色通道值的24个色片的标准“gretagmacbeth ColorChecker?Color Rendition Chart”。可以通过手动地或经由使用软件所发送的电子信号启动照相机来拍摄图像。在颜色校准无效的状态下,将照相机传感器所捕获到的数据经由接口 32发送至处理系统10。
[0051]在步骤42中,用户指示各色片在基准比色图中的位置。例如,软件可以使⑶I显示来自照相机30的图像的预览,并且用户可以按特定顺序点击该图的四角方形以使得能够确定色片的位置。在其它替代例中,可以使用机器视觉技术或者通过将基准比色图放置在相对于照相机的固定距离处的特定已知位置来确定这些片的位置。
[0052]在步骤44中,在21X21的像素窗口中捕获到各位置的平均颜色并且将该平均颜色用于片颜色。当然,应当理解,可以使用不同大小的像素窗口来计算平均颜色。
[0053]在步骤46中,根据基准比色图中的单个片(即,第三最暗的灰色片)来计算白平衡。假定在该中性灰色片中R值、`G值和B值相等。将白平衡表示为如下。
【权利要求】
1.一种摄像装置所用的用于提供从表观颜色向着实际颜色的映射的方法,包括以下步骤: 使用所述摄像装置来拍摄具有多个色片的基准比色图的图像,其中各色片具有相关联的基准颜色; 测量所拍摄图像中的所述多个色片的表观颜色; 在圆形色相空间内选择表示不同色相值的多个控制点;以及 确定各控制点的角度偏移,以使得各色片的变换后的表观颜色与基准颜色之间的距离最小,其中所述角度偏移表示色相校正值, 其中,对各控制点的角度偏移的插值提供了所述摄像装置所用的从表观颜色向着实际颜色的映射。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述多个控制点均匀地围绕所述圆形色相空间进行分布。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,选择多个控制点的步骤包括: 使用不同数量的控制点来计 算一系列候选映射的误差;以及 基于产生可接受误差的最小数量的控制点来从该一系列候选映射中选择映射。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中,测量色片的表观颜色的步骤包括: 测量色片的颜色; 对测量到的颜色进行白平衡校正; 对测量到的颜色进行明度校正;以及 使用所得的白平衡校正和明度校正后的颜色来确定所述表观颜色。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,确定各控制点的角度偏移以使得各色片的变换后的表观颜色与基准颜色之间的距离最小的步骤包括:使包括各色片的所述变换后的表观颜色与所述基准颜色之间的距离的平方和的成本函数最小。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述成本函数还包括所述角度偏移的平方和。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中,还包括: 确定各控制点的标度以使得各色片的所述变换后的表观颜色与所述基准颜色之间的距离最小,其中所述标度表示饱和度校正值, 其中,对各控制点的标度的插值提供了所述摄像装置所用的从表观颜色向着实际颜色的另一映射。
8.根据从属于权利要求5或6的权利要求7所述的方法,其中,所述成本函数还包括I减去各饱和度所得的值的平方和。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中,还包括: 使用所述摄像装置来拍摄图像;以及 针对所述图像中的一个或多个像素: 确定所述像素的表观色相, 在所述圆形色相空间内的两个以上的控制点的角度偏移之间进行插值,以确定与所述表观色相相关联的角度偏移,以及 将所确定的角度偏移应用于所述表观色相。
10.根据从属于权利要求7或8的权利要求9所述的方法,其中,还包括:针对所述图像中的一个或多个像素: 确定所述像素的表观饱和度, 在所述圆形色相空间内的两个以上的控制点的标度之间进行插值,以确定与所述表观饱和度相关联的标度,以及 将所确定的标度应用于所述表观饱和度。
11.一种软件,其用在计算机中,所述计算机包括处理器和用于存储所述软件的存储器,所述软件包括所述处理器能够执行的一系列指令以执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
12.—种计算机可读介质,其包括根据权利要求11所述的软件。
13.—种设备,包括: 处理器; 存储器;以及 驻存于所述处理器能够访问的存储器中的软件,所述软件包括所述处理器能够执行的一系列指令以执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
【文档编号】G06T7/00GK103503027SQ201280021805
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年3月2日 优先权日:2011年3月4日
【发明者】A·J·瓦登亨志, R·E·希尔 申请人:Lbt创新有限公司

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