[发明专利]一种在日常照明环境下的投影显示颜色再现方法

权利要求书

1.一种在日常照明环境下的投影显示颜色再现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)投影显示颜色再现特征化：获得投影仪的阶调响应查找表P-LUT_i、投影仪的阶调响应逆向查找表P-iLUT_i、耦合矩阵M_pc、反射调制系数ρ_c、环境照明光亮度L_ec和相机输出的零点颜色值D₀。

(2)确定等价再现目标颜色值：根据步骤(1)获得的参数确定投影显示颜色再现的亮度范围，并由输入图像的颜色值获得目标输出图像的颜色值。

(3)颜色等价再现：根据目标输出图像的颜色值获得其等价再现所需的输入颜色值，将输入颜色值由计算机或者微处理器控制输出到投影仪，并驱动投影仪的颜色信号发生器，再由投影仪的照明光学系统在显示表面上形成颜色刺激，并由扫描系统产生近似于白色屏幕上显示效果的再现图像。

2.根据权利要求1所述在日常照明环境下的投影显示颜色再现方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下五个子步骤：

(a)建立投影仪像面和相机像面对应像素点之间的几何坐标映射关系。

(b)获得相机输出的零点颜色值D₀：关闭相机盖子并采集输出一幅噪声图像，记为CKOI，则D₀就等于CKOI所有像素的平均值。

(c)获取相机通道响应的伽马系数：首先获得各通道响应值所对应的输入强度值，然后通过幂函数拟合的方法求得伽马系数。

(d)设置颜色特征化空间的参考白点：将白色的屏幕或均匀的白色物体放置在投影显示系统的正前方，将三通道颜色值分别为255、255、255的h×h厘米白色块投影在屏幕或物体表面上，并由相机采集输出，h大于投影显示区域尺寸的五分之一，取色块中央二分之一面积内的平均值作为白色色块的颜色值，记为与此同时，将三通道颜色值分别为0、0、0的h×h厘米黑色块投影在屏幕或物体表面上，取色块同样大小面积内的平均值作为黑色色块的颜色值，记为由相机的伽马系数分别获得两种色块所对应的输入亮度值，分别记为和

L~i=(D~i-D0)1γ0,i=W,E]]>

并随后求得相机的白点校正系数为：

αW=LmaxL~W-L~E]]>

式中L_max为向量三个分量中的最大值。

(e)获取环境照明亮度值L_ec：在亮彩色表面上投影一副三通道颜色值分别为0、0、0的全黑图像，记为CBI，并由相机采集输出一幅包括环境光和暗噪声的背景图像，记为CEOI。将CEOI减去CKOI即可得到环境照明光亮度L_ec为：

Lec=αW(DCEOI-D0)1γ0]]>

其中，D_CEOI为CEOI图像的像素颜色值。

(f)获得显示表面反射调制系数ρ_c：将一副三通道颜色值分别为255、255、255的全白图像投影在显示表面上，记为CWI，并由相机采集输出一幅包括显示表面反射比信息的彩色图像，记为CWOI，则反射调制系数ρ_c为：

ρc=αW(DCWOI-D0)1γ0-Lec]]>

其中，D_CWOI为CWOI图像的像素颜色值。

(g)建立投影仪各通道的正反向阶调响应查找表：在显示表面上投影一组尺寸为h₁×h₁厘米的灰色色块，h₁大于10，其颜色值分别为：

(d_i，d_i，d_i)i＝0，1，…，m+1，

其中，d₀、d₁、…、d_m+1分别为…、m≥8，求得每个色块各像素对应的投影仪刺激响应强度I_p为：

Ip=(ρc)-1{αW(Di-D0)1γ0-Lec},i=1,...,m+1;]]>

并取色块中央像素平均值作为该色块颜色的刺激强度。由该组色块对应的D_in和I_p并采用插值的方法建立投影仪的阶调响应查找表P-LUT_i和投影仪的阶调响应逆向查找表P-iLUT_i(i＝r，g，b)。

(h)求解耦合矩阵M_pc：在显示表面上投影一副彩色色块图，记为CPI，色块色颜色值是在RGB空间中均匀抽取的，即(d_i，d_j，d_k)，其中(i＝0，2，…m)，(j＝1，2，…m)，(k＝1，2，…m)，m≥1。彩色色块图由相机采集输出，记为CPOI。求得CPOI中各像素对应的投影仪刺激响应强度I_p，然后以各样本色块内中央区域的平均值作为该颜色样本的刺激响应强度，同时由P-LUT_i(i＝r，g，b)求得各颜色样本的响应强度I_pc。获得一组I_p和I_pc并分别采用Moore-Penrose伪逆的方法估计得到M_pc。

3.根据权利要求1所述在日常照明环境下的投影显示颜色再现方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下三个子步骤：

(a)分析确定输出颜色的亮度再现范围：求得显示表面上每个像素点ρ_c和L_ec的亮度分量，分别记为Y(ρ_c)和Y(L_ec)；于是，每点的亮度再现范围为Y(L_ec)～Y(L_ec)+Y(ρ_c)。

(b)获得输入图像各个像素点颜色值所对应的亮度分量，记为Y(L_in)，其中

Lin=(Din)1γ0.]]>

(c)获得等价再现目标亮度值，具体如下：

第一步，将输入原始图像所有像素点颜色值的亮度都平移一个最小量：

Y(L′_in)＝Y(L_in)+ΔY

其中，

ΔY＝max{max{Y(L_ec)-Y(L_in)}，0}

第二步，对反射调制系数进行空间不均匀性校正。首先，将所有像素点的Y(ρ_c)组成空域灰度图像，并通过低通滤波的方法去除其高频分量，记为FYI。然后，找到滤波后灰度图像的最大值，记为最后，由FYI对ρ_c进行校正：

ρc′=ρcYmaxFYIYFYI]]>

式中，Y_FYI为FYI中像素的亮度值，ρ′_c为校正后的彩色调制系数。

第三步，对L′_in进行非线性校正。校正公式为

Y(Lpc-out)=m·(Y(Lpc)m)2,0≤Y(Lpc)≤m1-(1-m)·(1-Y(Lpc)1-m)2,m≤Y(Lpc)≤1]]>

其中

Lpc=Lin′-LecK,]]>

K＝max{(Y(L′_in)-Y(L_ec))(Y(ρ′_c))^-1}，

                     m=mean{Y(L_pc)}

第四步，通过下式获得目标颜色值：

Y(Lobj)=Y(Lpc-out)+ΔYC(Lobj)=KC(Lin)]]>

和

Dobj=(Lobj)γ0+D0.]]>

3、根据权利要求1所述在日常照明环境下的投影显示颜色再现方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下七个子步骤：

(a)去除系统暗噪声，记为D_sub：

                      D_sub=D_obj=D₀。

(b)伽马校正，记为L_cor：

Lcor=(Dsub)1γ0.]]>

(c)环境照明补偿获得预期的投影显示亮度，记为

Lexppc=Lcor-Lec.]]>

(d)显示表面反射调制补偿获得预期的投影仪输出的光强度，记为

Iexppc=(ρc)-1Lexppc.]]>

(e)去通道耦合获得预期的阶调响应值，记为

Iexpp‾=Mpc-1Iexppc.]]>

(f)阶调响应非线性校正求得输入颜色值，记为D_com：

drcom=P-iLUTr(Irexp)dgcom=P-iLUTg(Igexp)dbcom=P-iLUTb(Ibexp).]]>

(g)将输入颜色值由计算机或者微处理器控制输出到投影仪，并驱动投影仪的颜色信号发生器，再由投影仪的照明光学系统在显示表面上形成颜色刺激，并由扫描系统产生近似于白色屏幕上显示效果的再现图像。