面向颜色再现的光谱降维方法研究

目的为了解决颜色信息光谱反射率的高维数给颜色再现过程带来的诸多问题。方法利用主流的光谱降维方法(主成分分析,Lab PQR,WSPCA,WSPCAplus),实现利于颜色再现的光谱信息筛选,从光谱精度、色度精度及变光源色差稳定性等3个方面评价这些降维方法。结果实验证明,主成分分析(PCA)法的光谱精度最高,光谱误差只有0.0076,但是在色度精度及变光源色差稳定性方面表现不好;Lab PQR法在光谱精度和色度精度间达到了很好的平衡,但是当变换光源时,其色差稳定性较差;WSPCA法去除了光源的影响,其变光源后色差变化不大,并且同时兼顾了色度精度,但以牺牲光谱精度为代价,WSPCAplus在其基础上将光谱精度提高为0.0081。结论研究结果对颜色再现过程中降维方法的选择具有一定的指导作用。     

基于修改的LMS曲线加权残差补偿光谱降维法

目的为了同时实现较高的光谱精度和色度精度,提出一种基于修改的LMS曲线加权残差补偿光谱降维法。方法利用Matlab软件自制由7986个色块组成的色靶,将前5986个色块作为训练样本,后2000个色块以及Munsell色卡作为测试样本。采集色靶的光谱数据后,对高维光谱数据采用基于修改的LMS曲线加权残差补偿光谱降维法进行降维,并与主成分分析法、Lab PQR非线性降维法、WSPCAplus非线性降维法、修改矩阵R降维法等方法的效果进行对比分析。结果实验结果表明,提出的基于修改的LMS曲线加权残差补偿光谱降维法重构得到的光谱数据具有较高的光谱精度,同时在色度精度上也有了明显的提高,且在观察视角变化的情况下仍具有稳定的色差精度。结论基于修改的LMS曲线加权残差补偿光谱降维法能够在保证较好光谱精度的同时具有较高的色差精度,且在不同视角下色差精度的稳定性较好,适合多种颜色样本,具有良好的实用性。     

一种基于LMS加权的残差补偿光谱降维模型研究

目的在PCA算法的基础上提出一种基于LMS锥响应加权的残差补偿光谱降维模型。方法介绍以LMS为加权函数对源光谱加权以及用残差光谱对模型补偿的基本框架。以Munsell色卡作为训练样本,以多光谱图像和SG色卡为检测样本,用文中算法与主成分分析算法分别对其进行降维、重构。结果在不同维数下,采用文中算法重构都具有较高的色度精度,该算法有效提高了主成分分析算法的色度精度,且在变光源情况下仍具有较高的色度稳定性。结论该降维算法采用LMS加权并对残差光谱补偿是一种精度较高的光谱降维模型。     

基于FICA的色彩信号宽带多光谱空间研究

目的利用快速独立成分分析法,实现有效利用色彩光谱信息进行色彩精度复制的关键技术。方法利用快速独立成分分析法对孟塞尔colormatt光谱数据集进行光谱空间降维,并利用选用的独立成分进行光谱空间重建;从累积空间覆盖率和表色精度等方面对该方法进行评价。结果随着选用独立成分个数的增加,累积空间覆盖率和表色精度数据逐步增大,当选用8个独立成分时,累积空间覆盖率和表色精度逐步处于平稳状态;根据需求选用5个基矢量对颜色进行准确光谱重建,最终累积空间覆盖率达到97%,99.92%的重构光谱拟合度达0.9以上,100%的样品色差小于0.5。结论利用快速独立成分分析法进行光谱空间降维,能够高精度地表示原始光谱空间。     

样本特征对光谱图像重构影响的研究

目的以光谱图像作为检测样本讨论不同训练样本数量、分布对光谱图像重构的影响。方法选择ColorCheckerSG(140色)和ColorCheckerColorRenditionChart(24色)以及Munsell(1269色)等3种色卡作为训练样本,对其光谱反射率进行主成分分析,利用提取的主成分对光谱图像进行重构。结果采用ColorChecker Color Rendition Chart(24色)色卡的7个主成分重构光谱图像对图像的再现精度最高,其色差比其他2种色卡小,且最大色差小于3。结论在同一重构条件下,光谱图像的重构精度并不随着训练样本数量增多以及分布范围增大而提高,3种训练样本对红紫色的重构精度相对较低。     

基于权重的鲁棒性PCA压缩方法

为了降低具有噪声的多光谱图像在降维重建后的光谱信息和颜色信息的损失,提出一种基于权重的鲁棒性PCA压缩方法(WRPCA)。先依据人眼的视觉特征,用人类视觉敏感函数(CIE1931标准观察者的色匹配函数)对多光谱图像的光谱进行加权,然后再对加权后的光谱使用Robust PCA法进行降维,最后重构得到图像。实验中WRPCA法与WSPCA法是在同样条件下进行测试。分析实验数据可以看出,WSPCA法由于受噪声影响,其图像压缩重构效果不好,但是WRPCA法不受噪声影响,其重建图像的光谱精度和色度精度都优于WSPCA法。     

基于主成分分析的多光谱相机灵敏度优化

研究了基于主成分分析的多通道光谱图像获取硬件系统即多光谱相机的灵敏度优化问题。利用多维向量空间理论和主成分分析法,系统讨论了多光谱获取系统优化灵敏度的理论和方法。提出灵敏度优化向量的概念,将滤光片透过率优化和光源辐射谱优化两种方法统一起来。利用四种灵敏度优化向量进行了仿真试验,并给出了在主成分分析算法下的实验仿真结果。结论是：多光谱系统灵敏度优化向量的正交化设计是系统光谱图像获取的必要要求;窄带灵敏度中,交叠的灵敏度优化向量具有更好的光谱反射率信息获取能力;在有限数目的宽带滤色片中,挑选滤色片透过率向量可以得到较好的多光谱相机的灵敏度向量。     

同色异谱黑在光谱降维中的应用研究

目的研究同色异谱黑在光谱降维中的应用。方法基于同色异谱黑光谱特性提出MBPCA光谱降维法。该方法将颜色光谱分解为基本光谱和同色异谱黑光谱,基本光谱的基向量由原始光谱通过PCA法得到的前3个基向量构成,原始光谱与基本光谱之间的残余光谱作为同色异谱黑光谱,其基向量由残余光谱通过PCA法推导。结果当降维光源与实际光照光源一致时,只要基向量数目超过3个,其低维模型的色度精度皆为0,当用6个基向量重构光谱时,在4种标准光源下的平均色差接近于1。结论 MBPCA法与PCA法相比,其光谱重构精度与PCA法接近,色度精度比PCA法有明显提高,其六维模型能有效满足光谱颜色复制的需要。     

不同算法模型对光谱重构精度的影响

目的研究光谱颜色复制中原稿图像的光谱信息,并对目标色的光谱反射率进行重构,探究影响重构光谱精度的因素。方法通过选取Munsell Color Matt(1269色块)和Color Checker Classic(24色块)2种色卡作为光谱反射率数据样本,建立不同的主成分分析线性重构模型,选取不同的基向量个数分别重构光谱,并对其精度进行评价,取Classic色卡模拟多光谱图像中重建光谱反射率的目标色,研究比较光谱重构模型和基向量数目对重构精度的影响。结果实验表明,降维模型1最终恢复的数据在RMSE,GFC和色差上均优于模型2,随着基向量数目的增加,2种降维模型差距在减小,当基向量数目达到13以后,2种模型基本没差异。结论文中提到光谱重建模型1和7个基向量是重构光谱图像的最佳方案。     

基于视觉特性的LCD显示器光谱特征化方法

目的实现LCD显示器RGB颜色空间到颜色光谱高效的特征化。方法利用主成分分析法对光谱数据进行降维处理以及借助RBF神经网络研究输入变量数据范围、视觉加权函数和颜色数量对特征化模型的精度影响。结果主成分个数为6时可以很好地保留光谱原来的信息;输入变量范围为0到2.55,CIE1931视觉函数作为加权函数,颜色数量为364时特征化精度高,客观验证99个颜色转换的平均色差为0.36,最大色差为1.59,总样本的平均色差为0.17。结论输入变量数据范围对模型影响最大,视觉加权函数和颜色数量次之,因此在特征化时要考虑输入变量范围、视觉加权函数和颜色数量,这样可以提高模型的精度。文中提出的模型是一种精度较高的特征化模型,具有一定实际应用价值。     

基于不同色块数量的光谱重构对比

分别对24色块、140色块、1 269色块3种不同颜色数量的哑光色卡光谱反射率进行主成分分析(PCA),利用分析所提取的最大6个特征向量重构光谱,并使用均方根误差值(RMSE)和CIE1976色差值对结果进行评价。实验结果表明:同等条件重构后,140色卡在累计贡献率和色差方面均优于另外2种数量的色卡,均方根误差也仅次于1 269色卡,表明不同色块数量的训练样本会影响光谱重构精度;重构后的光谱反射率均在对应黄色、绿色、蓝色等的中间波段,再现效果最好,蓝紫色相对较弱,橙色-红色表现最差。     

多光谱颜色重建在植物病虫害检测中的应用

为了克服传统RGB三基色相机图像颜色重建的缺点，论文提出用多光谱相机捕获植物光谱图像的方法，根据图像捕获位置和观测位置照明光源的情况重建出植物病虫害的真实色彩。实验利用16个窄带滤光片和黑白面阵CCD摄像机获得植物病虫害的多光谱信息，通过多项式插值拟合出观测目标的光谱曲线。并和PR-715光谱辐射度计进行比较，对重建结果做出分析。试验结果表明16个通道的多光谱图像能够重建出植物病虫害的颜色。     

色貌模型在跨媒体图像复制中的应用研究

目的 研究CIECAM02和iCAM色貌模型颜色空间的均匀性,以及应用于不同观察条件下的图像复制效果。方法 利用均匀颜色数据集测试色貌模型颜色空间的均匀性,并通过视觉评价实验来测试2个色貌模型的图像复制效果。结果 CIECAM02的色貌空间具有更好的色差均匀性,iCAM的色貌空间具有更好的色相、明度和彩度均匀性。在不同观察条件下的图像复制中,CIECAM02有更好的表现。结论 iCAM的颜色空间适合于颜色色貌属性的计算,而CIECAM02的颜色空间更适合于颜色色差的计算,在不同观察条件下的图像复制中,CIECAM02有更稳定的表现,但并不是对所有图像都有更好的表现。     

Maximum a posteriori estimation of spectral reflectance from color image and multipoint spectral measurements

Accurate color image reproduction under arbitrary illumination can be realized if the spectral reflectance functions in a scene are obtained. Although multispectral imaging is one of the promising methods to obtain the reflectance of a scene, it is expected to reduce the number of color channels without significant loss of accuracy. This paper presents what we believe to be a new method for estimating spectral reflectance functions from color image and multipoint spectral measurements based on maximum a posteriori (MAP) estimation. Multipoint spectral measurements are utilized as auxiliary information to improve the accuracy of spectral reflectance estimated from image data. Through simulations, it is confirmed that the proposed method improves the estimation accuracy, particularly when a scene includes subjects that belong to various categories.     

Improvement of color reproduction in color digital holography by using spectral estimation technique

We propose a color digital holography by using spectral estimation technique to improve the color reproduction of objects. In conventional color digital holography, there is insufficient spectral information in holograms, and the color of the reconstructed images depend on only reflectances at three discrete wavelengths used in the recording of holograms. Therefore the color-composite image of the three reconstructed images is not accurate in color reproduction. However, in our proposed method, the spectral estimation technique was applied, which has been reported in multispectral imaging. According to the spectral estimation technique, the continuous spectrum of object can be estimated and the color reproduction is improved. The effectiveness of the proposed method was confirmed by a numerical simulation and an experiment, and, in the results, the average color differences are decreased from 35.81 to 7.88 and from 43.60 to 25.28, respectively.     

改进乌鸦算法优化多阈值图像分割

目的 针对传统乌鸦算法随机搜索的盲目性和易陷入局部最优的缺点,提出一种改进乌鸦算法,用于多阈值图像分割.方法 采用精英分享策略,弥补乌鸦位置更新的盲目性;引入Levy飞行机制,避免算法陷入局部最优;随迭代次数调整变尺度系数,限制搜索步长,加快算法收敛;以Kapur熵为适应函数,利用改进乌鸦算法对不同类型图像进行多阈值分割,并与传统乌鸦、布谷鸟等4种算法的分割结果进行对比分析.结果 改进乌鸦算法对Lena,Flower,Fruits和Boat图分割后的结构相似性分别为0.7703,0.7761,0.7276和0.7921;标准偏差分别为0.0295,0.0385,0.0344和0.0173,实验数据表明,改进算法较其他算法有着更好的分割效果.结论 文中算法有效地改进了传统乌鸦算法的盲目性和易陷入局部最优的缺点,能够准确地分割复杂图像,在多阈值图像分割领域具有一定的参考价值.     

基于集合经验模态分解的脑电信号高阶张量特征提取

为了实现脑机接口系统需要有效的特征提取算法。针对二维主成分分析(2DPCA)的特征提取方法忽略脑电信号(EEG)频域特征的缺点和基于小波分解构建EEG高阶张量时小波参数难以确定的局限性,提出了基于集合经验模态分解(EEMD)构建高阶张量结合多线性主成分分析(MPCA)降维的特征提取方法。设计了3种不同特征提取方法的对照实验,并结合Fisher线性判别分析分类方法取得分类准确率。结果表明:新提出的方法相比基于小波分解构建高阶张量结合MPCA进行降维和2DPCA的特征提取方法,平均识别准确率分别提高4.75%和2.6%,且识别准确率的方差分别减小72.69%和23.86%。该方法在提高单次运动想象脑电信号识别准确率的同时还具有更好的适用性,为实现运动想象脑电信号解码奠定了基础。