多元回归法激光显示颜色系统的建立

多元回归法激光显示颜色系统的建立 Vol . 30 , No . 2 光 学 仪 器 第 30 卷 第 2 期 Ap ril , 2008 2008 年 4 月O P T ICAL IN S TRU M EN TS () 文章编号 : 100525630 20080220052205 3 多元回归法激光显示颜色系统的建立 张继艳 ,林海峰 ,杨上供 () 厦门理工学院数理系 ,福建 厦门 361005 ( ( ) ) 摘要 : 通过分析大量实测的显示器与激光电视输入 R , G , B 与输出 L , a , b数据之间的对应关 系 ,通过设备无关的色空间 L ab ,采用多元回归法建立激光电视与显示器的色空间转换关系模 型 。在这些转换的基础上 ,实现了显示器预测输出效果即激光电视的输出效果 ,使激光电视的 输出颜色能准确复现显示器的颜色 ,真正实现所见即所得 。 关键词 : 激光电视 ;颜色校正 ;多元回归 ;色差 中图分类号 : O 432 . 3文献标识码 : A Mult iple regression la ser display col or system esta bl ishment Z H A N G J i y a n , L I N H ai f e n g , Y A N G S h a n g g on g ( )Depa rt ment of Mat he matics a nd Physics , Xia men U niver sit y of Teco nolo gy , Xia men 361005 , Chi na Abstract : B y a nal yzi ng t he co r re spo ndi ng relatio n s bet wee n a lo t of act ual mea sure me nt dat a of ( ) ( ) CR T i np ut colo r co r r di nat e R , G , B a nd o utp ut colo r co r r di nat e L , a , b. Thro ugh t he device2i ndep e nde nt colo r sp ace“L ab”, we will set up a colo r co nve r t mo del f ro m la se r TV to CR T. Ba se d o n t he co nver t mo del , realize t he CR T p redict s o utp ut eff ect i s t he la ser TV o utp ut eff ect , w hic h ma ke s la ser TV acc urat el y rep ro duce t he CR T colo r , fi nall y realize t he eff ect “: w hat yo u see i s yo u see . ” Key words : la se r TV ; colo r rectif y ; multip le regre ssio n ; colo r diff ere nce 引 言 激光电视是利用红 、绿 、蓝三种波长的激光作为彩色激光电视的光源 ,通过电视视频信号控制三基色 [ 1 ] 激光扫描图像。激光电视与传统电视相比有如下优点 :亮度高 、分辨力高 、彩色鲜明亮度好 。信息和多 媒体显示的市场需求也刺激了激光电视的快速发展 ,但是现有的显示制式只支持现有的显示系统当中的 颜色转换 ,不支持激光显示的颜色转化 ,这就给激光显示带来了一个亟待解决的问题 。为了发挥激光显 示的色域大 、可显示颜色多的优点 。就要重新建立一套适合激光显示的颜色转换系统 。 目前 ,国内外的色彩还原 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 有很多 ,三维查表法 ,神经网络法 ,多项式方法 ,模糊逻辑等 。多项式方 法的优点在于 :源空间与目的空间的转换关系可逆 ,只要交换源空间数据和目的空间数据的位置 ,即可求 得逆向转换关系 ;采样点不需要在源空间均匀采样 ;随采样点在目的空间分布的不同 ,回归多项式的转换 精度会有很大不同 。在确定了回归多项式以后 ,还要对该多项式进行测试 ,以保证该多项式能达到目的 3 收稿日期 : 2007208226( )基金项目 : 厦门市科技 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 指导性项目 3502 Z20077010 ( ) 作者简介 : 张继艳 19772,女 ,黑龙江省牡丹江人 ,助教 ,硕士 ,主要从事激光视频显示 ,颜色光学 ,光学设计等方面的研究 。 间的精度要求 。 算法流程如图 1 所示 : 图 1 多项式回归算法流程图 Fig. 1 Polyno mial regressio n al go rit hm f lo w cha rt 使用计算机颜色驱动值作为激光电视的输入设备 ,用激光电视的颜色坐标作为输出值 ,分别建立 [ 2 ] ( ( ) ) 字驱动值 R , G, B和 L , a , b色空间之间的转换,建立数字驱动值 R GB 与 L ab 色空间之间的转换 备无关的色空间 L ab ,建立激光电视与显示器的色空间转换关系模型 , 在这些转换的基础上 , 实现 预测输出效果即激光电视的输出效果 。通过激光电视与显示器色空间反向变换关系 , 可以适当修动值 ,得到 RG′B′,′使其输出值与原 CR T 输入色品坐标保持一致 ,从而校正激光电视的色域偏差 。 文章在实验的基础上 ,实现显示器预测激光电视的输出效果 。从而建立与显示器颜色相对应 视的颜色模型 。 实验条件及方法 实验条件 () 1计算 机 : CPU 频 率 1 . 01 GHz , 装 有 wi ndo w s XP 操 作 系 统 , 显 示 器 型 号 : A O C D761V ,V ID IA Ge Fo rce2 M X/ M X400 () 21980A 彩色亮度计 () ()354 i n 背投激光电视 2视?场测量 2视?场测试 ,在数据采集过程中 ,通过显示器显示色块 ,用彩色亮度计测量该色块 L ab 值 。具体 开机预热 30 mi n 后 ,将显示器的亮度 、对比度旋钮或按钮调整到合适的位置 ,调整完毕后 ,可 调整按钮封存 。 实验方法 将制作的 p ho to shop 色块在显示器上显示 ,用彩色亮度计逐一测量显示色块 ,每个色块测试一 [ 3 ] 结果存入相应文件中 。同时测量激光电视显示色块的颜色。为了减少由于输出设备不均匀误差 ,测量时应在同一色块的不同位置多次测量 ,然后取帄均值 。为了尽量减少由于仪器的不 来的误差 ,应在每个色块的同一位置多测几次 ,然后取帄均值 。 [ 4 ] 由于测量数据的工作量非常庞大,因此在测量中采用每个色块取两个测量点 ,每个测量点 ( ) ,然后取四个测量值的帄均值作为测量结果 。选定一系列显示器驱动值 R , G , B 作为多元回归 本 ,再用彩色亮度计测量这些驱动值在显示器上的显示色度值 。 实验结果及讨论 显示器的多元回归颜色模型的误差分析 选取 25 、58 、100 、150 、216 、275 个样本做回归分析 ,另选 30 个样本做预测误差分析 。其结果见 从表 1 的比较可以看出 ,略去常数项后 ,各个样本的误差并没有降低反到有所增加 ,帄均色差 个单位 ,色差仍和常数项相关 ,略去是不合理的 。当实验样品数越多 ,色差越小 ,当样品增加到 21 光 学 仪 器第 30 卷 ?54 ? 上后 ,色差的减小不是很大 ,所以考虑到建模的精度与计算量 ,建模样品选择在 150,216 个比较合适 。 可以看出中等数量的样本数完全可以满足要求 , 表 1 显示器的多元回归颜色模型的色差结果色差在 9 个色差单位 ,和线性多元回归的色差比 Tab. 1 The colo r diff erence of CR T multiple regressio n 较 ,二阶多元回归的色差值要小的多 ,理论上讲 , colo r ga r mut map mo del 增加以上公式中的幂次会提高转换精度 ,但实际 色差 样本数上受到回归算法和计算时间的限制 ,当幂次增加 线性回归线性回归略去常数项 二阶多元回归 到一定程度时 ,再增加幂次时转换精度的提高不 25 15 . 62 17 . 52 12 . 63 是很大 ,而且幂次越高 ,越容易引起振荡 。 58 12 . 58 15 . 35 11 . 26 激光电视的多元回归颜色模型的误差分析100 9 . 92 14 . 65 9 . 7 激光电视同显示器的色空间变换类似 ,激光 150 9 . 04 13 . 67 7 . 4 电视 R GB 到 L ab 的色空间转换 , 很明 显 , 激光 216 8 . 91 13 . 34 6 . 9 电视的呈色能力由于受输入信号的影响 ,受到级 275 8 . 75 13 . 26 6 . 7 大的限制 。由于电子产品的色空间都是加色原 理 ,所以对激光电视直接采用二阶多元回归法建立颜色模型 ,采用 30 个样本做预测误差分析见表 2 。 表 2 激光电视二阶多元回归颜色模型的色差结果 Ta b. 2 The colo r diff erence of L a ser TV t wo o r der multiple regre ssio n colo r ga r mat map mo del 25 58 100 150 216 275 样本数 11 . 2 7 . 8 7 . 1 6 . 9 6 . 4 6 . 1 帄均色差 由于激光电视色空间与显示器色空间都是加法色空间 ,所以其色差分析的结果和显示器的色差分析结果很相似 ,从上表可以看出当样本数在 150,275 个左右时 ,测试样本的色差值最小 。 如果想得到输出 设备激光电视的色空间 ,需要对激光电视的颜色进行标定 ,对于激光电视任意给定 一个颜色的数字驱动值 R GB , 需要知道其输出的激光电视的 L ab 的值 , 相反 , 同样给定了任意一个颜色的 激光电视的 L ab 可以得到一组 R GB 的值 , 即实现 R GB 与 L ab 之间的相互转换 。 激光电视色空间与显示器色空间的对应关系 利用二阶多元线性回归法可以建立了显示器色空间的关系模型 ,激光电视色空间的关系模型 ,由此 想到 ,显示器和激光电视都实现了设备相关的色空间与设备无关的色空间转化 ,两个空间必然可以通过 [ 5 ] 设备无关的色空 间 进 行 转 化。可 以 根 据 显 示 器 上 显 示 颜 色 的 L ab预 测 激 光 电 视 输 出 后 的 该 颜 色1 L ab, 也就是说 , 通过激光电视色空间的反变换 , 确定应该给计算机输入什么样的数字电压 R GB 。图 2 为 2 激光电视色空间与显示器色空间的关系流程图 。 图 2 两种色空间关系流程图 Fig. 2 The relatio nal f lo w cha rt of t wo colo r sp ace s 分别取显示器与激光电视 80 个样本建立色空间的二阶多元回归模型 1 1 1 1 R R R R G G G G B B B B L L L L 12122 2 2 2 RRRR- 1 - 1 ( )^b^b 1 2 aa1 aa= ^b1= ^b21 2 1 = 2 = 2222G G G G bbbb1 2 1 2 2 2 2 2 B B B B RG RG RG R G RB RB RB RB GB GB GB GB L 1L 2L 2L 1 - 1 - 1 - 1 = ^b= ^b^b ^baaaa1 22 21 2 2 1 bbb 12b21 上式中 , L 1 , a1 , b1 是显示器的色坐标值 , L 2 , a2 , b2 是激光电视的色坐标值 。通过上式建立了 系统的色坐标之间的关系 : 通过建模得到一个新的系数矩阵 0 . 3891 - 0 . 1376 . 0065 0 - 10 . 0013 - 0 . 0023 ^b= ^b^b2 0 2 ^b0- 0 . 081 = 0 . 7478 - 0 . 1911 0 . 0844 L L 20 . 3891 - 0 . 1376 . 0065 10 = 0 . 0013 - 0 . 0023 aa- 0 . 081 2 1 0 . 7478 b- 0 . 1911 0 . 0844 b 21 () 转换方程式 4的确定是色度转换实现的最终目的 ,只要对该转换方程进行实施就可以完成 系统之间的色度转换 。上述转换关系如果和 V C + + 编程工具嵌套 ,就可以实现两个色域的预 。 误差分析 经过对转换结果的分析 ,得出造成误差的原因主要有以下几点 : () 1转换方法造成的误差 从转换的方法可以看出 ,线性多元回归法和二阶多元回归法虽然有很高的精度 ,但并非对所 的转换精度都一致 ,有些精度高 ,有些精度低 ,要对精度低的色块提高精度 ,需要进行特殊的补 样本数的选择对精度也有影响 ,样本数太多 ,精度反而降低 。 () 2CI E X Y Z 向 CI EL ab 转换所造成的误差 根据麦克亚当的实验 ,在 C I E X Y Z 色度图上 ,在不同位置不同方向上颜色的宽容度是不同的 , 最小 ,绿色区最大 。在视觉宽容量较小的区域 ,尽管两色度点距离最小 ,但复制色彩重现的质量 1/ 3 1/ 3 1/ 3 ( ) ( ) ( ) 低劣的 。X/ X, X , Y / Y, Y , Z/ Z, Z 三组对应关系之间并非线性关系 ,即当 X0 0 0 1/ 3 1/ 3 1/ 3 ( ) ( ) ( ) 时 , X , Y , Z 的轻微变化 ,使 X/ X, Y / Y, Z/ Z产生相对较大的变化 ,因此 X Y Z 值0 0 0 亮度色块容易产生较大色差 。 () 3彩色亮度计的测量误差 结 论 以激光电视为研究对象 ,对其呈色特性及色彩管理方法进行了研究 ,对设备无关空间 L ab 与 光 学 仪 器第 30 卷 ?56 ? 关空间 R GB 之间模型建立以及 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的方法进行了研究 。采用了线性回归和二阶多元回归的方法建立了 转换矩阵 , 并对转换结果进行分析验证 , 结果显示用二阶多元回归的方法可以建立精度较高的预测模型 。 因为 L ab 颜色空间是与系统无关的颜色空间 , 两个系统通过 L ab 色空间即可建立相互转换关系 , 在这些转换基础上 , 实现了显示器预测激光电视的输出效果 。鉴于时间有限 , 没有对激光显示系统做更多的研 究 , 个别颜色的转化色差仍然很大 , 所做工作肯定还存在其它不足之处 。色彩管理过程较复杂 , 影响因素 很多 , 在色彩传递过程中 , 任何一个环节出现问题 , 都会影响最终颜色质量 , 对色彩的管理还需更深入的 研究 。 参考文献 : ( ) [ 1 ] 刘伟奇 ,魏忠伦 ,康玉丝 ,等. 全固态激光彩色视频显示技术[J ] . 液晶与显示 ,2004 ,19 5:325 - 328 . [ 2 ] Al ma n D H , Liao N F. Overt rai ni ng i n backp rop agatio n neural net wo r k s : a CR T colo r cali bratio n exa mple [ J ] . Col or Resea rc h an d ( ) A p p l i cat i on ,2002 ,27 2:122 - 125 . ( ) [ 3 ] 胡 涛 ,张二虎 ,王歆帄 ,计算机 CR T 设备特征描述文件的建立[J ] . 计算机工程 ,2002 ,28 10:91 - 92 . ( ) [ 4 ] 田玉敏 ,梁若莹. 计算机彩色输入输出设备常用颜色空间及转换[J ] . 计算机工程 ,2002 ,28 9:198 - 200 . ( ) [ 5 ] 王永宁 ,刘明亮 ,朱海红. 彩色 CR T 显示器描述颜色特性的数学模型[J ] . 武汉测绘科技大学学报 ,1996 ,21 1:73 - 76 . 消 息 我科学家发现大脑控制视觉世界清晰而稳定的“奥秘” 大脑有很多神奇的奥秘 ,它如何使人眼看到的外部世界始终是清晰而稳定的 ,就一直是个未解之谜 。 我国科学家的一项最新研究发现了“眼睛扫视抑制的脑内神经回路”,将有望解开这个谜团 。这项研究成 果发表在 4 月 6 日出版的《自然 —神经科学》网络版上 。 在日常生活中 ,人和许多动物的眼球会频繁转动以搜寻 、注视 、跟踪感兴趣的目标 。通常人眼以超过500/? s 的速度 ,将视线从视野中一点飞转到另外一点 。“从物理学上讲 ,眼球快速转动时 ,所看物体的像 飞快扫过视网膜表面 ,外界世界看起来应该是模糊一片 。但是 ,我们并没有看到世界在摇曳不定 ,物体仍 然清晰可辨 。显然 ,人脑巧妙地处理了这样一对视觉上的物理学和生物学矛盾 ,但其中的脑机制却一直 不为人知 。”中国科学院生物物理研究所研究员王书荣说 。 王书荣研究员和博士研究生杨艳 、曹鹏 、杨杨以家鸽视觉系统为研究对象 ,发现了实现“眼睛扫视抑 制的脑内神经回路”。由于家鸽的视觉通路构成基本与人和其他哺乳动物类似 ,也有与之相当的视觉认 知能力 ,专家认为这项发现具有普遍意义 ,能够用于解释人脑如何控制视觉系统 ,使人眼在快速跳动时 , 看到的外部世界始终是清晰和稳定的 。 据介绍 ,王书荣课题组在家鸽的 5 个脑区里记录到 300 多个神经元 ,分析了它们在扫视期间及其前后的 放电频率变化和时间进程 ,发现脑干网状结构的中缝核复合体在给眼外肌发出扫视信号的同时 ,也将其“拷 贝”或“伴随放电”信号发给视动震颤核团 ,并由此通过视觉丘脑上传至大脑视觉中枢 ,使扫视期间的视觉信 号受到抵制 ,因此使扫视产生的模糊图像“视而不见”,等扫视结束后又增强视觉神经元的兴奋性 。 有关专家认为 ,这项研究不仅对揭示脑的奥秘很重要 ,也可能会对视觉机器人的眼睛运动设计有所 启发 。 ()摘自《科技日报》