数字图像处理技术在优化仿真彩织锦组织色彩中的应用
2016-05-10朱利容邬嘉予
朱利容，邬嘉予
(1.成都纺织高等专科学校，四川成都611731；2.太极计算机股份有限公司，北京 100000)
数字图像处理技术在优化仿真彩织锦组织色彩中的应用
朱利容1，邬嘉予2
(1.成都纺织高等专科学校，四川成都611731；2.太极计算机股份有限公司，北京 100000)
摘要：分析织锦设计图片位图颜色和组织库内组织颜色对应关系，建立颜色选取的数学模型，为计算机编程设计创造条件。
关键词：位图颜色组织颜色数学模型对应关系
以织锦方式表现风景、人物等真彩色影像，往往需要非常丰富的色彩表达。一幅真彩色的织锦是可以用不同的经纬色线、不同的组织结构表现出不同真彩色的图像颜色，因此，就需将大量的图像颜色与其最符合的组织颜色一一对应，以便最终在织造纹板编制时确定颜色与组织对应关系。
影响真彩色织锦色彩因素很多，经纬线颜色、组织结构、经纬密度、经纬线粗细等，经过企业实际的试织的色彩织物各组织本身的颜色值确定，可参见相关资料1 2。由于织造条件、组织结构等因素影响，实际织造中所能运用的组织数量是有限的，而各种位图所涉及的颜色数目庞大，因此部分图像的颜色值就可能会没有完全相同的组织颜色值对应。此时，就需选择一种接近的组织颜色以作替代。本文将探讨如何以最能相符的方式选取组织颜色。
1以色差值的比较作为选取依据
确定两种颜色的近似程度，传统方法是以一种计算方式得到二者间的色差值，以色差值的大小衡量其近似程度。本研究为简洁、便于开发生产中图像处理等原因，组织颜色值以RGB模式作为记载方式。目前对RGB模式的色差计算公式主要有以下几种：
1.1坐标系距离度量方式
以颜色的R、G、B轴建立三维坐标系，若C1、C2两色的颜色值分别为：
C1=(R1, G1, B1)
C2=(R2, G2, B2)
将其代入坐标系，可得两点在坐标系中的距离：
D(C1,C2)=
那么，此处D就代表两个颜色间的色差。
1.2RGB的角距离色差公式
同样基于坐标空间，将其中各色RGB值作为构成向量的分量，则颜色C1、C2可表达为
由此，其角度色差可表达为
1.3以加权方式对色差计算修正
由于人的视觉在不同色彩区域对色彩变化的敏感度并不一样，而以上两种度量方法仅以均匀分布的方式表现色差，其结果与实际观测有较大差异。为表现这种差异性，许多探讨者试图以加权方式对以上两种色差计算式中的各项作修正。对于基于角距离的色差公式的修正，所涉及的运算量较大，不利于实际图像处理中运用。为简洁起见，此处可采用坐标系距离度量方式，其修正公式表达如下：
D(C1,C2)=
一般(Wr、Wg、Wb)取值为( 3, 4, 2 ) 。以加权方式修证后计算，实际证明更为符合观测结果。通过广泛比较及实验，根据相关文献，此处采用一种通过红色因子的比重，进一步修正加权系数的方法，事实证明更为有效。
首先计算C1、C2中红色的总平均值r为：
r=(R1+R2)/2
而以上加权的公式可修正为
D(C1,C2)=
其中K为归一化系数，由于此处仅需比较某像素颜色对各组织色的差异度D的大小关系，在比较运算中K可以略去。在实际应用中，设使有图像的一像素点C，有一包含n组组织颜色值的色库E，其颜色值的矩阵分别为：
C = ( Rc, Gc, Bc )
求取E中与C最相似的颜色值，部分Vb程序代码如下：
Dim C(3)
Dim E(n,3)
Dim C1(3)
……对数组C、E赋值 ……
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即为组织色库中，最接近颜色C的颜色值。以下是实际使用中，部分图像颜色的搜寻结果，其中提供的组织库约包含2000组色值。相互颜色及RGB值对照如图1：
2通过RGB颜色理论对选取方式进行调整
以误差值的比较选取相似色，是以坐标距离为基础进行度量比较，实际验证表明，其选取结果已大致符合实测感受。为使选择结果更符合色彩的视觉感知，此处可依据颜色理论对选取方式作进一步调整。
代表颜色的基本要素包括颜色的色相、明度和纯度。以坐标空间距离为基础的颜色选取方式，可将结果颜色的明度和纯度限制在一定范围，但其涵括的色相范围，却无法被有效控制，选取结果的色域会很宽。但处于不同色域的颜色，即使明度、纯度相似，仍会因为色相差异使视觉感受到颜色差别较大。因此此处在距离度量的基础上，还需对色域范围作进一步限制。RGB颜色空间的模型如图2所示：
图2 RGB色立体的色相轨迹图
上图表现了HSV颜色空间色相环的纯色相在RGB色立体上的对应轨迹。此处亦可以列表方式将各色域的RGB取值关系表达为：
表1 各色域RGB取值关系表
由此，为进一步对取色的色域进行限制，应在选取过程中加入上表所示RGB值的关系条件，再将这种关系作简要表达后，上文中的相应Vb程序代码则可修改如下：
Dim C(3)
Dim E(n,3)
Dim C1(3)
……对数组C、E赋值 ……
……取得数组C中最大、中间及最小值所处位置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
D=DE
s=j
ElseIf D<0 And DE
D=DE
s=j
End If
Next i
For i=1 To 3
C1(i)=E(s,i)
Next i
使用与上例中同样的组织色库，以下分别为图像颜色、未限制色域选取的组织色(原选取值)、限制色域选取的组织色(改进后选取值)，三者颜色及RGB值对照如下。(为使对比明显，此处列举了差距较大的对照值)
图像颜色(122,121,26)
原选取值(113,132,33)
改进后选取值(133,133,21)
图像颜色(206,167,146)
原选取值(209,160,162)
改进后选取值(196,173,133)
图像颜色(236,212,204)
原选取值(235,205,206)
改进后选取值(237,205,193)
3结论
为位图的颜色选取相应组织颜色，是一种单向搜索，即是在位图像素颜色已定的条件下，利用有限的组织库颜色，通过对比颜色值的空间距离，通过对照RGB值的相互关系限制色域，各条件综合利用，以求选取的最终结果尽可符合图像整体的视觉感受。
参考文献
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中图分类号：TP751
文献标识码：A
文章编号：1008-5580(2016)01-0103-04
基金项目：2013年四川省科技支撑计划(2013SZ0160)
收稿日期：2015-10-28
第一作者：朱利容(1965-)，女，硕士，教授，研究方向：纺织服装，织锦、刺绣。
