朱利容，鄔嘉予

(1.成都紡織高等?？茖W(xué)校，四川成都611731；2.太極計(jì)算機(jī)股份有限公司，北京 100000)

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數(shù)字圖像處理技術(shù)在優(yōu)化仿真彩織錦組織色彩中的應(yīng)用

朱利容1，鄔嘉予2

(1.成都紡織高等?？茖W(xué)校，四川成都611731；2.太極計(jì)算機(jī)股份有限公司，北京 100000)

摘要：分析織錦設(shè)計(jì)圖片位圖顏色和組織庫(kù)內(nèi)組織顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立顏色選取的數(shù)學(xué)模型，為計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件。

關(guān)鍵詞：位圖顏色組織顏色數(shù)學(xué)模型對(duì)應(yīng)關(guān)系

以織錦方式表現(xiàn)風(fēng)景、人物等真彩色影像，往往需要非常豐富的色彩表達(dá)。一幅真彩色的織錦是可以用不同的經(jīng)緯色線、不同的組織結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同真彩色的圖像顏色，因此，就需將大量的圖像顏色與其最符合的組織顏色一一對(duì)應(yīng)，以便最終在織造紋板編制時(shí)確定顏色與組織對(duì)應(yīng)關(guān)系。

影響真彩色織錦色彩因素很多，經(jīng)緯線顏色、組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密度、經(jīng)緯線粗細(xì)等，經(jīng)過(guò)企業(yè)實(shí)際的試織的色彩織物各組織本身的顏色值確定，可參見(jiàn)相關(guān)資料1 2。由于織造條件、組織結(jié)構(gòu)等因素影響，實(shí)際織造中所能運(yùn)用的組織數(shù)量是有限的，而各種位圖所涉及的顏色數(shù)目龐大，因此部分圖像的顏色值就可能會(huì)沒(méi)有完全相同的組織顏色值對(duì)應(yīng)。此時(shí)，就需選擇一種接近的組織顏色以作替代。本文將探討如何以最能相符的方式選取組織顏色。

1以色差值的比較作為選取依據(jù)

確定兩種顏色的近似程度，傳統(tǒng)方法是以一種計(jì)算方式得到二者間的色差值，以色差值的大小衡量其近似程度。本研究為簡(jiǎn)潔、便于開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中圖像處理等原因，組織顏色值以RGB模式作為記載方式。目前對(duì)RGB模式的色差計(jì)算公式主要有以下幾種：

1.1坐標(biāo)系距離度量方式

以顏色的R、G、B軸建立三維坐標(biāo)系，若C1、C2兩色的顏色值分別為：

C1=(R1, G1, B1)

C2=(R2, G2, B2)

將其代入坐標(biāo)系，可得兩點(diǎn)在坐標(biāo)系中的距離：

D(C1,C2)=

那么，此處D就代表兩個(gè)顏色間的色差。

1.2RGB的角距離色差公式

同樣基于坐標(biāo)空間，將其中各色RGB值作為構(gòu)成向量的分量，則顏色C1、C2可表達(dá)為

由此，其角度色差可表達(dá)為

1.3以加權(quán)方式對(duì)色差計(jì)算修正

由于人的視覺(jué)在不同色彩區(qū)域?qū)ι首兓拿舾卸炔⒉灰粯?，而以上兩種度量方法僅以均勻分布的方式表現(xiàn)色差，其結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)有較大差異。為表現(xiàn)這種差異性，許多探討者試圖以加權(quán)方式對(duì)以上兩種色差計(jì)算式中的各項(xiàng)作修正。對(duì)于基于角距離的色差公式的修正，所涉及的運(yùn)算量較大，不利于實(shí)際圖像處理中運(yùn)用。為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，此處可采用坐標(biāo)系距離度量方式，其修正公式表達(dá)如下：

D(C1,C2)=

一般(Wr、Wg、Wb)取值為( 3, 4, 2 ) 。以加權(quán)方式修證后計(jì)算，實(shí)際證明更為符合觀測(cè)結(jié)果。通過(guò)廣泛比較及實(shí)驗(yàn)，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，此處采用一種通過(guò)紅色因子的比重，進(jìn)一步修正加權(quán)系數(shù)的方法，事實(shí)證明更為有效。

首先計(jì)算C1、C2中紅色的總平均值r為：

r=(R1+R2)/2

而以上加權(quán)的公式可修正為

D(C1,C2)=

其中K為歸一化系數(shù)，由于此處僅需比較某像素顏色對(duì)各組織色的差異度D的大小關(guān)系，在比較運(yùn)算中K可以略去。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)使有圖像的一像素點(diǎn)C，有一包含n組組織顏色值的色庫(kù)E，其顏色值的矩陣分別為：

C = ( Rc, Gc, Bc )

求取E中與C最相似的顏色值，部分Vb程序代碼如下：

Dim C(3)

Dim E(n,3)

Dim C1(3)

……對(duì)數(shù)組C、E賦值 ……

D=-1

s=0

For i=1 To n

r=(C(1)+E(i,1))/2

DR=C(1)-E(i,1)

DG=C(2)-E(i,2)

Db=C(3)-E(i,3)

K1=r/256+2

K2=(255-r)/256+2

DE=K1*DR^2+4*DG^2+K2*Db^2

If D >= 0 And DE < D Then

D=DE

s=j

ElseIf D<0 Then

D=DE

s=j

End If

Next i

For i=1 To 3

C1(i)=E(s, i)

Next i

所得C1即為組織色庫(kù)中，最接近顏色C的顏色值。以下是實(shí)際使用中，部分圖像顏色的搜尋結(jié)果，其中提供的組織庫(kù)約包含2000組色值。相互顏色及RGB值對(duì)照如圖1：

2通過(guò)RGB顏色理論對(duì)選取方式進(jìn)行調(diào)整

以誤差值的比較選取相似色，是以坐標(biāo)距離為基礎(chǔ)進(jìn)行度量比較，實(shí)際驗(yàn)證表明，其選取結(jié)果已大致符合實(shí)測(cè)感受。為使選擇結(jié)果更符合色彩的視覺(jué)感知，此處可依據(jù)顏色理論對(duì)選取方式作進(jìn)一步調(diào)整。

代表顏色的基本要素包括顏色的色相、明度和純度。以坐標(biāo)空間距離為基礎(chǔ)的顏色選取方式，可將結(jié)果顏色的明度和純度限制在一定范圍，但其涵括的色相范圍，卻無(wú)法被有效控制，選取結(jié)果的色域會(huì)很寬。但處于不同色域的顏色，即使明度、純度相似，仍會(huì)因?yàn)樯嗖町愂挂曈X(jué)感受到顏色差別較大。因此此處在距離度量的基礎(chǔ)上，還需對(duì)色域范圍作進(jìn)一步限制。RGB顏色空間的模型如圖2所示：

圖2　RGB色立體的色相軌跡圖

上圖表現(xiàn)了HSV顏色空間色相環(huán)的純色相在RGB色立體上的對(duì)應(yīng)軌跡。此處亦可以列表方式將各色域的RGB取值關(guān)系表達(dá)為：

表1　各色域RGB取值關(guān)系表

由此，為進(jìn)一步對(duì)取色的色域進(jìn)行限制，應(yīng)在選取過(guò)程中加入上表所示RGB值的關(guān)系條件，再將這種關(guān)系作簡(jiǎn)要表達(dá)后，上文中的相應(yīng)Vb程序代碼則可修改如下：

Dim C(3)

Dim E(n,3)

Dim C1(3)

……對(duì)數(shù)組C、E賦值 ……

……取得數(shù)組C中最大、中間及最小值所處位置Ima、Imm、Imi ……

D=-1

s=0

Fori=1Ton

Ema=E(i,Ima)

Emm=E(i,Imm)

Emi=E(i,Imi)

r=(C(1)+E(i,1))/2

DR=C(1)-E(i,1)

DG=C(2)-E(i,2)

Db=C(3)-E(i,3)

K1=r/256+2

K2=(255-r)/256+2

DE=K1*DR^2+4*DG^2+K2*Db^2

If D>=0 And DE=Emm And Emm>=Emi Then

D=DE

s=j

ElseIf D<0 And DE=Emm And Emm>=Emi Then

D=DE

s=j

End If

Next i

For i=1 To 3

C1(i)=E(s,i)

Next i

使用與上例中同樣的組織色庫(kù)，以下分別為圖像顏色、未限制色域選取的組織色(原選取值)、限制色域選取的組織色(改進(jìn)后選取值)，三者顏色及RGB值對(duì)照如下。(為使對(duì)比明顯，此處列舉了差距較大的對(duì)照值)

圖像顏色(122,121,26)

原選取值(113,132,33)

改進(jìn)后選取值(133,133,21)

圖像顏色(206,167,146)

原選取值(209,160,162)

改進(jìn)后選取值(196,173,133)

圖像顏色(236,212,204)

原選取值(235,205,206)

改進(jìn)后選取值(237,205,193)

3結(jié)論

為位圖的顏色選取相應(yīng)組織顏色，是一種單向搜索，即是在位圖像素顏色已定的條件下，利用有限的組織庫(kù)顏色，通過(guò)對(duì)比顏色值的空間距離，通過(guò)對(duì)照RGB值的相互關(guān)系限制色域，各條件綜合利用，以求選取的最終結(jié)果盡可符合圖像整體的視覺(jué)感受。

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中圖分類號(hào)：TP751

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-5580(2016)01-0103-04

基金項(xiàng)目：2013年四川省科技支撐計(jì)劃(2013SZ0160)

收稿日期：2015-10-28

第一作者：朱利容(1965-)，女，碩士，教授，研究方向：紡織服裝，織錦、刺繡。