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基于光源相对光谱功率分布的颜色真值获取方法
资料介绍
嫦娥三号全景相机具有彩色成像模式,在发射前需先进行彩色定标,样本真值的获取是彩色定标的前提。传统方法获取的颜色真值在色差值和视觉感知上都与实际值存在明显的偏差。若直接采用该颜色值作为真值进行彩色定标,影响定标后的色差大小和定标校正后颜色的人眼视觉感知效果。为探索更好的颜色真值获取方法,利用实验室内测得的D65定标光源的相对光谱功率分布,重新定义了转换矩阵中的白点坐标,然后基于CIE颜色计算公式,根据格拉斯曼颜色混合定律,对XYZ与sRGB颜色空间之间的转换矩阵进行了修正,提高了样本真值获取的准确度。另外利用修正后的转换矩阵对sRGB空间的三刺激值曲线进行了重新计算,对标准转换值偏离实际值的原因进行了分析。通过地面试验验证,相对于传统样本真值获取方法,利用该真值获取方法定标后A,B两相机的色差值分别降低了0.8和0.73;定标矩阵校正在轨图像时,色差分别降低了26.50%和34.47%,且校正后的颜色与人眼的视觉感知效果更接近。
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第
，
，
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．３ ８７７８８２
ｐｐ
第
卷
３８
ꢀ
期
３
光
谱
学
与
光
谱
分
析
ꢀ ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
－
，
Ｍａｒｃｈ ２０１８
ꢀ
年
月
Ｓｅｃｔｒｏｓｃｏ ａｎｄＳｅｃｔｒａｌＡｎａｌｓｉｓ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ ꢀ ｐ ꢀｐ
ｐｙ
２０１８
ꢀꢀꢀ
３
ꢀ
ｙ
ꢀ
ꢀ
基于光源相对光谱功率分布的颜色真值获取方法
，
１ ２
红
，
１ ２
宋延松
１
１
＊
彬
３
，
，
薛
，
，
解培月
王
杨建峰
ꢀ
ꢀ
，
中国科学院西安光学精密机械研究所 陕西 西安
１．
７１０１１９
ꢀ
，
中国科学院大学 北京
２．
１０００４９
ꢀ
，
西安电子科技大学 陕西 西安
３．
７１００７１
ꢀ
， ，
嫦娥三号全景相机具有彩色成像模式 在发射前需先进行彩色定标 样本真值的获取是彩色定标
ꢀ
摘
要
ꢀ
。 。
的前提 传统方法获取的颜色真值在色差值和视觉感知上都与实际值存在明显的偏差 若直接采用该颜色
， 。
值作为真值进行彩色定标 影响定标后的色差大小和定标校正后颜色的人眼视觉感知效果 为探索更好的
，
，
定标光源的相对光谱功率分布 重新定义了转换矩阵中的白
颜色真值获取方法 利用实验室内测得的
Ｄ６５
，
颜色计算公式 根据格拉斯曼颜色混合定律 对
，
点坐标 然后基于
，
与
ＸＹＺ ｓＲＧＢ
颜色空间之间的转换
ＣＩＥ
， 。
矩阵进行了修正 提高了样本真值获取的准确度 另外利用修正后的转换矩阵对
空间的三刺激值曲线
ｓＲＧＢ
， 。 ，
进行了重新计算 对标准转换值偏离实际值的原因进行了分析 通过地面试验验证 相对于传统样本真值获
，
取方法 利用该真值获取方法定标后
，
；
定标矩阵校正在轨图像
两相机的色差值分别降低了
和
Ａ Ｂ
０．８ ０．７３
。
且校正后的颜色与人眼的视觉感知效果更接近
，
，
时
色差分别降低了
和
２６．５０％ ３４．４７％
； ； ； ；
关键词 嫦娥三号 颜色真值 光谱功率分布 三刺激值 彩色定标
ꢀ
：
：
文献标识码
Ａ
： ／ （ ）
ＤＯＩ １０．３９６４ ．ｉｓｓｎ．１００００５９３２０１８０３０８７７０６
ｊ
ꢀꢀꢀ － －
－
中图分类号
Ｏ４３３．４
ꢀꢀ
。
色品坐标上的偏移相一致
光源在
Ｄ６５
ＣＩＥ１９３１
ꢀ
引
言
ꢀ
样本选取
１
ꢀ
（ ） ，
全景相机具有彩色成像模式 在发射前
ＣＥ３
－
嫦娥三号
ꢀꢀ
［］
５
，
该 色 卡
，
需先进 行 彩 色 定 标 而 样 本 真 值 的 获 取 是 彩 色 定 标 的 前
麦克白经 典 色 卡 是 国 际 公 认 的 标 准 色 卡
２４
ꢀꢀ
［］
１
。
，
（），
（ ），
色品图中的分布见 图
１ ｂ
提
目前颜色真值获取方式有两种 一是直接将厂商给定
色编号见图
可以看出
在
１ ａ
ＣＩＥ１９３１
ꢀ
＊ ＊ ＊
ＣＩＥＬ ａ ｂ Ｄ６５
ꢀ
，
颜 色 空 间 内 有 利
ｓＲＧＢ
色基本均匀的分布 在
，
颜色空间 作为样
ｓＲＧＢ
的样本
值转换到
２４
。
于获得可靠的定标结果 本工作将选用该色卡作为样本对全
；
本颜色真值 二是利用
，
的标准转换矩阵 将根
ＸＹＺ ｓＲＧＢ
到
。
景相机进行定标
，
作 为 样 本
据样本反射谱计算出 的
值 转 换 成
值
ｓＲＧＢ
ＸＹＺ
［
］
２３
。
－
，
颜色真值
但是 样 本 在 生 产 制 造 和 使 用 期 间 由 于 加 工
，
误差和疲劳特性 使得实际颜色值与厂商给定值之间有一定
［］
４
。
，
的偏差
同时 实验内的
光源相对光谱分布与国际照
Ｄ６５
（ ） ，
公布的标准分布之间不完全一致 致使根据
ＣＩＥ
明委员会
，
标准转换矩阵 转 换 得 到 的 颜 色 失 真 影 响 定 标 后 的 视 觉 效
。
，
果
为了解决这个问题 利用实验室测得的
光源的相对
Ｄ６５
定义为白点坐标 根据
与 之 间 的 转 换 矩 阵
，
值
，
光谱分布计算出定标光源的
ＸＹＺ
，
格拉斯曼颜色混合定 律
对
ＸＹＺ ｓＲＧＢ
。 ，
进行修正 并利用修正后的转换矩阵 重新计算了
空
ｓＲＧＢ
，
间的三刺激 值 响 应 曲 线 对 比 与 标 准 曲 线 之 间 的 差 异
，
与
：
，
：
修订日期
２０１７０９０８
收稿日期
２０１７０４１２
－ －
ꢀ
ꢀ
ꢀ
－
－
：
（ ）
和国家自然科学基金项目
２０１０２２２０３
（
）
资助
４１１７２２９６
基金项目 国家高技术研究发展计划
：
王
，
，
１９８９
，
年生 中国科学院西安光学精密机械研究所博士研究生
：
ｅｍａｉｌ ｗａｎｈｏｎ１ ｏｔ．ａｃ．ｃｎ
ꢀꢀ ｇ ＠ ｐ
作者简介
红
女
ꢀ
－
ｇ
：
ｅｍａｉｌ ｘｕｅｂｉｎ ｏｔ．ａｃ．ｃｎ
－
通讯联系人
＊
ꢀꢀ
＠ ｐ
光谱学与光谱分析
第
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
卷
３８
８７８
珚
（ ）， （ ）， （ ）
表 示
ｘ
珔
λ
ｙ
珔
ｚ
，
示测得的 第 个 样 本 的 反 射 谱
ｊ
λ
λ
，
ｋ
，
为 归 一 化 系 数
标 准 色 度 观 察 者 光 谱 三 刺 激 值
ＣＩＥ１９３１
。
１００
使得标准白板的 值等于
Ｙ
珚
（） （）
ｘ
ｊ λ λ Δλ
Ｘ
ｊ
烄
ｋ
φ
λ
∑
＝
珔
（）（）
λ Δλ
ｙ
（）
１
Ｙ
ｊ
烅
ｋ
∑
＝
λ
ｊ
φ
λ
珔
（）（）
ｚ
ｊ λ λ Δλ
φ
λ
Ｚ
ｊ
烆
ｋ
∑
＝
，
空 间 之 间 的 标 准 转 换 关 系 式 如 式
空间与
ＸＹＺ
ꢀꢀ
ｓＲＧＢ
（）
２
ｔ１ ｔ２ ｔ３
１ １ １
ｓＲ
Ｘ
Ｘ
熿 燄 熿
燄熿 燄
熿 燄
ｔ１ ｔ２ ｔ３
２ ２ ２
ｓＧ
Ｙ Ｔ
＝
Ｙ
＝
ＸＹＺ ｓＲＧＢＧ
→
ｓＢ
燀 燅 燀３
ｔ１ ｔ２ ｔ３
３
Ｚ
３ 燅燀 燅
Ｚ
燀 燅
３．２４０５
ꢀ
１．５３７１
－ ꢀ
０．４９８５
－ ꢀ
Ｘ
熿
燄熿 燄
（）
２
０．９６９３ １．８７６０
－ ꢀꢀ ꢀꢀ
０．０４１６
ꢀ
Ｙ
＝
０．０５５６
ꢀꢀ
０．２０４０ １．０５７２
ꢀꢀ
Ｚ
ꢀ
燅燀 燅
－
图
麦克白经典色卡
燀
１
ꢀ
通过该标准转换矩阵转换后的色卡
颜色值的视觉
ｓＲＧＢ
（）：
ａ ２４
；（）：
ｂ
ꢀꢀ
色块的编号
色在
色品图上的分布
ＣＩＥ１９３１
ꢀ
２４
， 。
效果如图 所示 最左下角的白色色块明显偏黄 若直接采
３
Ｆｉ．１ Ｍａｃｂｅｔｈｃｌａｓｓｉｃｃｏｌｏｒｃｈｅｃｋｅｒ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ｇ
，
用该颜色值作为真值进行彩色定标 则得到的定标矩阵在校
（）：
ａ
；（ ）：
ｂ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ２４ｃｏｌｏｒｓｉｎ
ꢀ
Ｎｕｍｂｅｒｏｆｅａｃｈｃｏｌｏｒ ａｔｃｈ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀｐ
ꢀ ꢀ
，
正外景图像或在轨图像时 校正后的颜色值也会明显偏黄
，
ＣＩＥ１９３１ｃｏｌｏｒｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔ ｄｉａｒａｍ
ꢀ ꢀ ｙ ｇ
ꢀ
。
偏离人眼的视觉感知效果
，
颜色值 在暗室内利用
为获得麦克白经典色卡的
ｓＲＧＢ
ꢀꢀ
，
测
光谱辐射度计测得该色卡各色块在
光源下的反射谱
Ｄ６５
（）
，
所示 测试实验平台见
得的部分色块的反射谱数据如图
２ａ
（）。
２ｂ
图
图
根据
与
ＸＹＺ ｓＲＧＢ
颜色空间之间的标准
３
ꢀ
转换矩阵计算得到的
颜色值
ＲＧＢ
Ｆｉ．３ ＲＧＢｖａｌｕｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂ ｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｍａｔｒｉｘ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｇ
ｙ
ꢀ
ｂｅｔｗｅｅｎＸＹＺａｎｄｓＲＧＢｃｏｌｏｒｓａｃｅ
ꢀ ꢀ ꢀ
ｐ
ꢀ
ꢀ
光源修正法
２
ꢀ
，
在测试样本反射谱的同时 利用标准漫反射板对实验室
ꢀꢀ
，
光源的相对功率谱进行了测量 测试数据见图
，
可
４
内
Ｄ６５
以看出实验室内
光源的相对光谱分布与
标准分布
Ｄ６５
ＣＩＥ
光源的 值
ＸＹＺ
。
不一致 根据
（）
式计算得出的实验室内
１
Ｄ６５
， ， ，
而标准转换矩阵中定义的白
９５．８７ １００．００ ９０．００
分别为
（［
，
９５．０４ １００．００
，
点 坐 标 为 标 准
Ｄ６５ ＣＩＥ
值
ＸＹＺ
［］
７
］） ，
。
两者之间存在明显偏差 因此有必要根据实验
１０８．８８
室内
光源相对光谱分布对
与
ＸＹＺ ＲＧＢ
之间的转换矩阵
（）
第
ａ
；（ ）
色块反射谱 麦克白色卡反射谱和
１３ １８
Ｄ６５
图
到
２
ꢀ
ｂ
。
进行修正
光源相对功率谱测试实验平台
Ｄ６５
［ ］，［ ］，［ ］
表示
Ｚ
令
ꢀꢀ
颜色空间中的三原
Ｘ
Ｙ
ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ
（）
Ｆｉ．２ ａ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｅｃｔｒｕｍｏｆ１３ｔｏ１８ｃｏｌｏｒ ａｔｃｈ
ꢀ
；（ ）
ｂ
ꢀ
ꢀ
ｐ
ꢀ ꢀ
ꢀ
ｐ
ｇ
，［ ］，［ ］，［ ］
表示
Ｂ
。
颜色空间中的三原色 根据格
色
Ｒ
Ｇ
ｓＲＧＢ
（）
拉斯曼颜色混合定律 有式
３
Ｔｅｓｔ ｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｓｅｃｔｒｕｍ ｏｆ
ꢀ
ｐ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｐ
ｇ
ꢀ
，
Ｍａｃｂｅｔｈｃｏｌｏｒｃｈｅｃｋｅｒａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅ ｏｗｅｒｓｅｃｔｒｕｍｏｆ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｐ
ｐ
［ ］
Ｒ
［ ］
Ｘ
［ ］
Ｙ Ｙ
＋
［ ］
Ｚ Ｚ
ｒ
Ｘ
ｒ
＝
＋
ｒ
Ｄ６５ｌｉｈｔｓｏｕｒｃｅ
ꢀ
ｇ
熿
［ ］
Ｇ
［ ］
Ｘ
＋
［ ］
Ｙ Ｚ
＋
ｇ
［ ］
Ｚ
（）
３
Ｘ
ｇ
Ｙ
ｇ
＝
，
在测得色卡的反射谱后 根据
定义的
值计算
ＸＹＺ
ＣＩＥ
ꢀꢀ
［ ］
Ｂ
燀
［ ］
Ｘ Ｘ
＋
ｂ
［ ］ ［ ］
Ｙ Ｙ Ｚ Ｚ
＋
ｂ
＝
ｂ
［］
６
［ （）］，
计算得到各色块的
。
， （）
式中 表
ｊ λ
公式
式
值
ＸＹＺ
１
φ
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