CN104994376B - 一种投影仪投影的色彩自动模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影仪投影的色彩自动模拟方法及系统，其方法包括以下步骤：A、通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得亮度曲线和对比度曲线；B、根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度。本发明通过对正在用投影仪投影的屏幕进行图像采集，获取投影仪的参数，并在电脑上模拟投影仪的最终投影效果，使得用户能随时掌握投影仪现场投影情况，并随时根据现场环境进行投影仪参数调节，获得最佳的投影效果，具有极高的实用性及市场应用前景。

Description

一种投影仪投影的色彩自动模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及色彩校正领域，尤其涉及一种投影仪投影的色彩自动模拟方法及系统。

背景技术

高分辨率的、亮度的显示系统在科学计算的可视化、工业设计、虚拟制造、娱乐、军事仿真等领域得到了越来越多的应用。但是由于很多因素的影响，可能会导致画面偏色或者亮度上存在问题。这时就需要一个系统对画面的颜色和亮度等进行处理。

在使用投影仪投影过程中，会因为以下因素导致画面质量不佳:

视频源本身品质的原因：使用的色彩超出投影仪能力，如过度饱和色等；色彩亮度不足或过亮等亮度问题；色彩对比度不足或过度；偏色等。

投影仪原因:设置原因导致偏色、亮度、对比度等不正确；本身固有偏色；本身固有的能力不足，如亮度不足等。

投影幕原因：增益不足；对比度能力不足，无法反应细微亮度差；局部色阶会出现爆色；偏色。

另外，同一投影项目由于硬件、环境等原因，也会导致其在每个场合的投影效果不一样，因此如何根据不同的环境来调节影片，使它到达一个最好的效果，就需要很多制作人员到现场参与制作。投影项目运行过程中因设备老化问题，导致投影效果受到影响，而现有技术中并未出现有一种投影仪投影的色彩自动模拟的方法，实现在节约大量人力物力的情况下获得最佳的投影效果。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种投影仪投影的色彩自动模拟方法及系统，旨在解决现有技术中根据不同的环境来调节影片时需要大量制作人员到现场参与制作，浪费人力物力的问题。

本发明的技术方案如下：

一种投影仪投影的色彩自动模拟方法，其中，包括以下步骤：

A、通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得亮度曲线和对比度曲线；

B、根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度。

所述投影仪投影的色彩自动模拟方法，其中，所述步骤A之前包括：

S、通过照相机采集图像，并将图像分为三部分：中间白色部分，用于照相机对焦和颜色参考；色阶部分，用于获取亮度值和对比度值；背景部分，用于突出色阶部分。

所述投影仪投影的色彩自动模拟方法，其中，所述步骤A具体包括：

A1、分别将图像中的色阶部分分割为N个色阶，获取每个色阶所对应的亮度值和对比度值；

A2、将每个色阶的亮度值和对比度值分别连接起来，并通过最小二乘法拟合曲线，获得亮度曲线和对比度曲线。

所述投影仪投影的色彩自动模拟方法，其中，所述步骤B具体包括：

B1、将每个色阶代入亮度曲线和对比度曲线中，分别获得修正后的亮度和对比度。

所述投影仪投影的色彩自动模拟方法，其中，在对图像进行灰度表现和色彩表现的测量中，采用多点测量的方法获取每个色阶所对应的亮度平均值和对比度平均值；所述多点包括4点、5点、9点、16点中的一种或多种。

所述投影仪投影的色彩自动模拟方法，其中，还包括图像进行偏色判断。

一种投影仪投影的色彩自动模拟系统，其中，所述系统包括：

测量模块、用于通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得亮度曲线和对比度曲线；

修正模块、用于根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度。

所述投影仪投影的色彩自动模拟系统，其中，所述还系统包括：

获取模块、用于通过照相机采集图像，并将图像分为三部分：中间白色部分，用于照相机对焦和颜色参考；色阶部分，用于获取亮度和对比度；背景部分，用于突出色阶部分。

有益效果：本发明公开一种投影仪投影的色彩自动模拟方法及系统，其通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得亮度曲线和对比度曲线，并根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度。本发明通过对正在用投影仪投影的屏幕进行图像采集，获取投影仪的参数，并在电脑上模拟投影仪的最终投影效果，使得用户能随时掌握投影仪现场投影情况，并随时根据现场环境进行投影仪参数调节，获得最佳的投影效果，具有极高的实用性及市场应用前景。

附图说明

图1为本发明投影仪投影的色彩自动模拟方法流程图。

图2为本发明投影仪投影的色彩自动模拟装置的位置示意图。

图3为本发明所拍摄图像分成白色部分、色阶部分和背景部分的示意图。

图4为本发明灰度表现中的灰色色阶示意图。

图5为本发明灰度表现中的拟合曲线示意图。

图6为本发明投影仪投影的色彩自动模拟方法中步骤S100的具体流程图。

图7为本发明投影仪投影的色彩自动模拟方法中步骤S200的具体流程图。

具体实施方式

本发明提供一种投影仪投影的色彩自动模拟方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1，本发明提供一种投影仪投影的色彩自动模拟方法，其包括以下步骤：

S100、通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得亮度曲线和对比度曲线；

S200、根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度。

另外，请参见图2，本发明实施例是通过对正在用投影仪投影的屏幕进行图像采集，获取投影仪的参数，并在电脑上模拟投影仪的最终投影效果，使得用户能随时掌握投影仪现场投影情况，并随时根据现场环境进行投影仪参数调节，获得最佳的投影效果。

具体地，本发明使用高清工业摄像头或单反相机等优质图像采集设备采集每个投影仪投影的图像，并通过分析图像，获得每个投影仪的原始参数，其包括：灰度表现和红、绿、蓝三原色的色彩表现。其中，灰度表现主要针对的是投影仪的亮度和对比度方面，投影仪本身的设置以及灯泡的使用情况，都会影响投射画面的亮度/对比度，通过测量灰度表现以便调整投影仪的参数或更换灯泡；而色彩表现主要是针对投影画面的偏色现象，针对红、绿、蓝三原色做定性分析，可以获得投影仪在红、绿、蓝上的不同色彩效果。

首先对本发明中出现的名词进行如下解释：亮度是指画面的明亮程度，其单位是cd/m²或称nits；对比度则是屏幕上同一点最亮时（白色）与最暗时（黑色）的亮度比值，高的对比度意味着相对较高的亮度和呈现颜色的艳丽程度，像素的亮度值在0至255之间，靠近255的像素亮度较高，靠近0的亮度较低，(亮度) = 0.299*R + 0.587*G+0.114*B；像素就是图像的最基本单位，一张图像可能具有一个或者多个像素，越高位的像素，所拥有的色板也就越丰富，越能表达颜色的真实感；像素值大都用RGB表示，RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准；而对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，通过像素值可以计算对比度。

在步骤S100中，通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得原始参数，并对原始参数进行分析，经计算获取对投影图像的校准参数，其包括亮度校准参数、对比度校准参数和三原色校准参数，进一步可以获得亮度曲线和对比度曲线。

随后进入步骤S200中，即根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度。通过校准参数即修正后的亮度和对比度，可以在电脑上模拟原始参数下的投影仪投影效果及校准参数后的投影仪投影效果，给影视制作和颜色校正起辅助作用，也能给现场用户提供远程指导，本发明所述投影仪投影的色彩自动模拟方法简单易实现，且制作成本低，具有实际应用价值。

在本发明较佳实施例中，还需要对参考图进行制作，具体地，在照相机拍摄之前，为了避免光的影响，需要在避光的环境下进行拍摄。相机打到M档（手动模式）设置参数，关闭相机中的自动校正功能、选择自动白平衡、评价测光功能等手动模式参数，这样可以拍摄真实环境中的效果。其中，关闭相机中的自动校正功能可以避免照相机的自动处理图像导致的拍摄结果不真实问题。参考图的制作步骤为：通过照相机采集图像，并将图像分为三部分：中间白色部分，用于照相机对焦和颜色参考；色阶部分，用于获取亮度值和对比度值；背景部分，要颜色鲜艳、颜色多，用于突出色阶部分。

在采集参考图的图像时需进行四次拍摄（分别获取红、绿、蓝、灰四种色阶），如图3所示，取图像的中间白色部分和色阶部分（图中上下两条色阶均为16等分，且为彩色，未标出颜色），所述色阶部分中的色阶又分为灰、红、绿、蓝四种颜色，其中灰色用于进行灰度测量以获得灰度表现；而红、绿、蓝色用于进行色彩测量以获得色彩表现。

在进行灰度表现和色彩表现时一般先对图像进行偏色判断。本发明在CIE Lab颜色空间下进行偏色图像的检测，其中Lab颜色空间中的L分量用于表示像素的亮度，取值范围是[0,100],表示从纯黑到纯白；a表示从红色到绿色的色度范围，取值范围是[127,-128]；b表示从黄色到蓝色的色度范围，取值范围是[127,-128]。

优选地，本发明实施例中可以通过等效圆的方法检测偏色，其具体公式如下：

其中，M、N为图像的宽高，a、b是指CIE Lab空间的a - b。da、db分别是a、b色度范围的平均值。在 a - b色度平面上,等效圆的中心坐标为 ( da , db ) ,半径为 M 。等效圆的中心到 a - b色度平面中性轴原点为 ( a = 0, b = 0)的距离 D 。由等效圆在 a - b色度平面上的具体位置,来判断图像整体的偏色。da > 0,偏红,否则偏绿。db > 0,偏黄,否则偏蓝。引入偏色因子 K, K值越大 ,偏色越严重。当K值不大于1.5可以认为是一张正常图片，当然一般也可以不进行偏色判断。

本发明实施例中进行灰度表现和色彩表现的测量，具体地，其步骤为：

S101、分别将图像中的色阶部分分割为N个色阶，获取每个色阶所对应的亮度值和对比度值；

S102、将每个色阶的亮度值和对比度值分别连接起来，并通过最小二乘法拟合曲线，获得亮度曲线和对比度曲线。

色阶是表示图像亮度强弱的指数标准（即色彩指数），在数字图像处理教程中，指的是灰度分辨率（又称为灰度级分辨率或者幅度分辨率）。图像的色彩丰满度和精细度是由色阶决定的。本发明较佳实施例中通过将图像中的色阶部分分割为N个色阶（如8位色的RGB空间数字图像，其色阶为2^8，即其有256个色阶），将每个色阶作为一个测量单元进行测量，其中N的数值越大，获得的亮度曲线和对比度曲线越精确。一般使用16阶便可满足本发明所述色彩自动模拟的需要。

在本发明步骤S101中，先将色阶部分分割为N个色阶，获取每个色阶所对应的亮度值和对比度值。考虑到照相机拍摄图像的色彩噪点影响，以及现场光源的局部不一致问题，需要采用在测量点周围取若干个像素值的平均值为测量值（也就是取色阶中的像素值，色阶由像素组成，像素值用RGB表示），一般可以取9个或16个。为了进一步屏蔽干扰，还可以采用多点测量的方法，即采用多个点进行测量以获得最终测量值（亮度平均值和对比度平均值），如4点、5点、9点、16点等。

随后进行步骤S102中，即将每个色阶的最终测量值（亮度值或对比度值）连接起来，通过最小二乘法拟合曲线，获得亮度曲线和对比度曲线。由于最终测量值的区间小于实际图像的区间值（即测量出来的测量值小于实际图像的颜色值；实际图像的颜色值为0到255范围，但是图像拍照后得到的测量值一般会小于0到255这个范围），且测试过程中的外界因素等影响，使得最终测量值的连接线接近于直线而有一些点严重偏离直线，因此通过最小二乘法拟合曲线法对最终测量值进行修正。

具体地，所述最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学优化技术。人们对由某一变量t 或多个变量t_{1}……t_{n} 构成的相关变量y感兴趣。如弹簧的形变与所用的力相关，一个企业的盈利与其营业额，投资收益和原始资本有关。为了得到这些变量同y之间的关系，便用不相关变量去构建y，使用如下函数模型：,q个独立变量或p个系数去拟合。参数b是为了使所选择的函数模型同观测值y相匹配。（如在测量弹簧形变时，必须将所用的力与弹簧的膨胀系数联系起来）。其目标是合适地选择参数，使函数模型最好的拟合观测值。一般情况下，观测值远多于所选择的参数。

其次的问题是怎样判断不同拟合的质量。高斯和勒让德的方法是，假设测量误差的平均值为0。令每一个测量误差对应一个变量并与其它测量误差不相关（随机无关）。人们假设，在测量误差中绝对不含系统误差，它们应该是纯偶然误差(有固定的变异数)，围绕真值波动。除此之外，测量误差符合正态分布，这保证了偏差值在最后的结果y上忽略不计。

确定拟合的标准应该被重视，并小心选择，较大误差的测量值应被赋予较小的权，并建立如下规则：被选择的参数，应该使算出的函数曲线与观测值之差的平方和最小。用函数表示为：

用欧几里得度量表达为：

最小化问题的精度，依赖于所选择的函数模型。

典型的一类函数模型是线性函数模型。最简单的线性式是，写成矩阵式，为

直接给出该式的参数解：

其中，为t值的算术平均值。也可解得如下形式：

。

如图4及图5所示（图5中平滑的曲线为拟合曲线，有偏差的曲线的所测量的曲线），在本发明较佳实施例中，对灰度表现进行测量时，先取图像中的灰度测试区域（即灰色色阶），实验获取4个数据点(x, y)，其中x的值是原始图像的颜色值，y值为测量值。如：(1,6)、(2, 5)、(3, 7)、(4, 10)；设置方程，找出能够大致符合如下线性方程组的 和 ：

最小二乘法采用的手段是尽量使得等号两边的方差最小，也就是找出这个函数的最小值：

其最小值可以通过对 分别求和的偏导数，然后使它们等于零得到，即：

如此就得到了一个只有两个未知数的方程组，很容易就可以解出：

= 3 .5

= 1.4

也就是说直线 y=3.5+1.4x 是最佳的。

同样地，在本发明较佳实施例中，对色彩表现进行测量时，也以上述同样的最小二乘法拟合曲线来得出所各个色阶的曲线变化。具体地，色彩表示测量又分为红、绿、蓝三种，其中以红色的测试方法为例（绿色、蓝色的测试方法与红色相同），其也采用多点测量的方法；另外由于照相机的色彩还原及投影仪本身等原因，一般色彩表现中的三原色不会是纯色，其会有一定的色彩偏差，通过多点测量后所得的数据可以获得三原色的色彩表现，当然也可以采用前述判断偏色的方法来判断三原色是都存在偏色现象。通过多点测量后所得的数据同样以最小二乘法拟合曲线来获取最终的曲线公式（公式类型：y=ax^3+bx^2+cx+d，其中a、b、c、d是系数，x是原始值，y是结果值）。

另外，本发明实施例中所述步骤S200具体步骤为：S201、将每个色阶的像素值代入亮度曲线中，分别获得修正后的亮度。即根据上述最小二乘法所得出的亮度曲线，可以计算出最佳的亮度，得出最后处理的像素值，生成最后的图像在电脑上的模拟软件窗口进行显示，给影视制作、现场调试等带来了极大的便利，并且本发明实施方案简单易实现，具有极高的实用性。

优选地，本发明还提供一种投影仪投影的色彩自动模拟系统，其所述系统包括：

测量模块、用于通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得亮度曲线和对比度曲线；

修正模块、用于根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度。

进一步地，所述还系统包括：

获取模块、用于通过照相机采集图像，并将图像分为三部分：中间白色部分，用于照相机对焦和颜色参考；色阶部分，用于获取亮度和对比度；背景部分，用于突出色阶部分。

本发明所述投影仪投影的色彩自动模拟系统的结构模块实现途径与上述方法的实现步骤一致，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例是通过对正在用投影仪投影的屏幕进行图像采集，获取投影仪的参数，并在电脑上模拟投影仪的最终投影效果，使得用户能随时掌握投影仪现场投影情况，并随时根据现场环境进行投影仪参数调节，获得最佳的投影效果。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种投影仪投影的色彩自动模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得亮度曲线和对比度曲线；

B、根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度；

所述步骤A之前包括：

S、通过照相机采集图像，并将图像分为三部分：中间白色部分，用于照相机对焦和颜色参考；色阶部分，用于获取亮度值和对比度值；背景部分，用于突出色阶部分；

所述步骤A具体包括：

A1、分别将图像中的色阶部分分割为N个色阶，获取每个色阶所对应的亮度值和对比度值；

A2、将每个色阶的亮度值和对比度值分别连接起来，并通过最小二乘法拟合曲线，获得亮度曲线和对比度曲线；

通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得原始参数，对原始参数进行分析，经计算获取对投影图像的亮度校准参数、对比度校准参数和三原色校准参数，获得亮度曲线和对比度曲线。

2.根据权利要求1所述投影仪投影的色彩自动模拟方法，其特征在于，所述步骤B具体为：

B1、将每个色阶代入亮度曲线和对比度曲线中，分别获得修正后的亮度和对比度。

3.根据权利要求1所述投影仪投影的色彩自动模拟方法，其特征在于，在对图像进行灰度表现和色彩表现的测量中，采用多点测量的方法获取每个色阶所对应的亮度平均值和对比度平均值；所述多点包括4点、5点、9点、16点中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述投影仪投影的色彩自动模拟方法，其特征在于，还包括图像进行偏色判断。

5.一种投影仪投影的色彩自动模拟系统，其特征在于，所述系统包括：

测量模块、用于通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得亮度曲线和对比度曲线；

修正模块、用于根据亮度曲线和对比度曲线获得修正后的亮度和对比度；

所述系统还包括：

获取模块、用于通过照相机采集图像，并将图像分为三部分：中间白色部分，用于照相机对焦和颜色参考；色阶部分，用于获取亮度和对比度；背景部分，用于突出色阶部分；

通过对图像进行灰度表现和色彩表现的测量，获得原始参数，对原始参数进行分析，经计算获取对投影图像的亮度校准参数、对比度校准参数和三原色校准参数，获得亮度曲线和对比度曲线。