彩色圖像灰度化及其效果的客觀評價(jià)方法研究

摘要：為了節(jié)省印花稅，許多教科書、報(bào)紙和大部分報(bào)紙都傾向于生產(chǎn)廉價(jià)的、有強(qiáng)烈反差的圖片;通過對黑白攝影的探索而形成的藝術(shù)審美，首先是對色彩的精確的表現(xiàn);另外，現(xiàn)在已被大量采用的模式識(shí)別、圖像處理等技術(shù)，在進(jìn)行圖像預(yù)處理時(shí)，往往會(huì)很快地選取較小的圖像進(jìn)行圖像處理，因此，在圖像檢索中，圖像檢索有著很大的實(shí)用價(jià)值。隨著不同的灰色評估手段的應(yīng)用，其評估的理論也越來越多。然而，在我國，人們廣泛使用的主要是主觀的評估。主觀型評價(jià)與人類的主體性認(rèn)知相一致，但是評價(jià)過程耗時(shí)、復(fù)雜，不能和其他的評價(jià)方法相融合因此，對彩色圖像灰度化效果進(jìn)行客觀評估是非常有必要的。目的在于獲得與主觀性評估相符的客觀評估。

關(guān)鍵詞：彩色圖像;灰度化;客觀評價(jià)方法

Abstract： in order to save printing costs， many textbooks， published newspapers and most newspapers like to produce cheap and contrasting images; The artistic aesthetics produced by the pursuit of black-and-white photography begins with the gray image that accurately reflects the color image; In addition， pattern recognition and image processing， which are widely used at present， will quickly select the gray image with a small amountof data to display the color image in the preprocessing process， which is why the color image search is of great significance and application value. Through the application of various grey evaluation methods， the evaluation research of grey effect is gradually in-depth. However， at present， most of the commonly used subjective evaluation methods are subjective evaluation methods. The subjective evaluation method corresponds to people's subjective perception， but the evaluation process is time-consuming and complex， and can not be combined with other algorithms. Therefore， the objective evaluation method of grey step effect has important research significance. The purpose is to obtain an objective evaluation consistent with the subjective evaluation results.

Keywords： color image; Grayscale; Objective evaluation method

引言：成千上萬種不同的色彩可以區(qū)別人類的眼睛，使得色彩影像漸漸成了主要的影像形態(tài)。由于人類眼睛經(jīng)常使用的是區(qū)域的對比性，因此有256種不同的色彩可以代表不同眼睛的不同色彩，因此可以節(jié)約大量的存儲(chǔ)空間。由于印刷費(fèi)上漲，大部分課本都將彩色的報(bào)紙變成了灰色。以上數(shù)字展示了近年來19世紀(jì)最具影響的照相作品的銷量。許多人喜愛看得好、藝術(shù)效果好的黑白繪畫，這也是對灰色繪畫藝術(shù)美學(xué)的一種應(yīng)用。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別等領(lǐng)域的快速發(fā)展，此類方法的應(yīng)用越來越廣泛。因?yàn)榛叶扔跋窨梢杂蒙倭康馁Y料來表達(dá)影像的大多數(shù)性質(zhì)，因此在預(yù)處理階段，要對影像進(jìn)行灰度處理，因?yàn)閺娜齻€(gè)維度向一維空間的降維，必然會(huì)造成資訊的損失。如何使原有的彩色影像得到最大程度地保存是當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

1.彩色圖像灰度化方法的介紹

近年來，許多國內(nèi)外的學(xué)者都對彩色影像進(jìn)行了深入的探討。Adik和 Benedetti 等已經(jīng)進(jìn)行了彩象或者彩象檢測。

目前，最常用的處理方式僅將三個(gè) RGB 信道中的一個(gè)用作灰度梯度，并將該區(qū)域的 HSV 色彩與 V （L）進(jìn)行處理。第一種和二種方式由于僅保留兩個(gè)信道而丟失了許多有關(guān)原彩色圖片的資訊。這些機(jī)構(gòu)可以看到各個(gè)頻道的資訊，但卻舍棄了三個(gè)太空鏈接。

與基本測度比較，各個(gè)信道權(quán)重的分配更能體現(xiàn)色彩信道的相對頻譜和人的感覺?；?CE 1931 XYZ 色彩空間，給出了一種基于 CE 1931 XYZ 色彩空間的灰色算法。將彩色影像變換成 XYZ 后，用 y 值作為其灰階。該算法僅對光的解析進(jìn)行了研究，無法解決等光的差別。此外， ITU-R在1982確立了 RGB 數(shù)值到Y(jié)CbCr的轉(zhuǎn)化和 Value 節(jié)是ITU-R 在1982制訂的一種方式;這個(gè)數(shù)值是一個(gè)灰度值，同樣可以用于此類的處理。該技術(shù)由于其簡便、實(shí)用而得到了普遍的應(yīng)用。

2.彩色圖像灰度化效果評價(jià)方法

在對彩色影像進(jìn)行灰色處理時(shí)，采用了主觀性和客觀性兩種方法。由于人類的感知能力是一種比較精確的評估方法，許多學(xué)者在建議了埋藏方法后，都會(huì)用一種比較客觀的方法來評判其抓取的結(jié)果。例如，當(dāng)一個(gè)挖掘的方式被建議后，bala16和 rapid2l 將其與 CIE y 法進(jìn)行對比，得出一個(gè)直線比率，讓觀看者可以進(jìn)行對比?？导{和卡迪克對當(dāng)前最高級的幾種灰階算法進(jìn)行了比較。表1顯示了對上述主觀評估的對比資料。

由于三、一維影像的形態(tài)特征不同，難以定量地反映出彩色影像與灰色影像之間的關(guān)系。灰色效應(yīng)評估是當(dāng)前較為流行的一種評估方法。目前，隨著影像品質(zhì)的客觀評估手段日益完善，科學(xué)工作者在影像品質(zhì)的客觀評估上也取得了積極的成果，因此，灰染效應(yīng)已被視為一種較為客觀的參照。

利用完全參照法、部分參照法和無參照法對原始影像的品質(zhì)進(jìn)行了評估。多數(shù)評估模式都是基于整體參照方式，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方式建立。在此基礎(chǔ)上，基于輸入影像的尺寸，產(chǎn)生相應(yīng)的影像品質(zhì)得分。一般情況下，要把原來的圖片變成灰的。在對灰色階梯效果進(jìn)行評估時(shí)，由于沒有能夠得到能夠進(jìn)行對比的指標(biāo)，因此很少能采用參照影像品質(zhì)評估的方式。利用局部影像資料，可以對失真影像進(jìn)行品質(zhì)評估。目前已有的研究主要是對三維彩色影像進(jìn)行直觀地觀察，沒有對其進(jìn)行灰度分析，因此可以采用一些參照系的方法對其進(jìn)行客觀地評估。因?yàn)闊o參照影像品質(zhì)評定軟件能在不依賴原始資料的前提下，直接使用失真影像來評定影像品質(zhì)，滿足“灰度化”的主觀評判標(biāo)準(zhǔn)。為了評估各種色彩處理方法的有效性，李偉偉等采用對比方法，將原圖與彩色圖像進(jìn)行對比，來評估灰色度的色彩效應(yīng)，并針對其本身的構(gòu)造問題，提出一種基于熵、銳度、目標(biāo)背景對比等定量化的方法。即使不考慮人們的主觀臆斷，它們也是很小的。因此，采用與所選取的評估指數(shù)相一致的多維線性回歸法，以求出更可信的影像品質(zhì)評估。影像品質(zhì)與影像品質(zhì)之比較評估之方法。在對灰色和灰色兩種顏色的對比分析中，發(fā)現(xiàn)了它們與皮爾遜關(guān)系。利用多元線性模型對主觀性評估資料進(jìn)行了修正，得出了一個(gè)較為客觀的灰色效果評估模型。

3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫

在算法的設(shè)計(jì)中，如何選取數(shù)據(jù)庫是一個(gè)十分關(guān)鍵的問題。由于 Grip 方法的優(yōu)勢是它能夠同時(shí)處理具有大色度、主題、色度、色度等多種顏色的圖像，因而能夠進(jìn)行對比，并對所獲取的彩象和色度進(jìn)行綜合評估。在該方法中，大多數(shù)的灰度值都是在200x44到390x390之間。色彩的大小從782到113800不等。課程涵蓋了植物、樹葉、水果、蔬菜、人像、動(dòng)畫、顏色等。如表2例子中的一些數(shù)據(jù)。

為了更系統(tǒng)、更權(quán)威地進(jìn)行主觀評估，本研究選擇了基于不同感官的測試數(shù)據(jù)，建立了一套基于相似性的灰色模型的灰度效應(yīng)評估系統(tǒng)。表3顯示了一個(gè)與選擇性試驗(yàn)相似的選擇試驗(yàn)的結(jié)果， Pearson 的相關(guān)性為0.97，在此不贅述。

除了 Pearson 相關(guān)度之外，還需根據(jù)兩個(gè)連續(xù)匹配抽樣的序列，來求取 Spearman 類別相關(guān)因子，從而更好地反映了該方法與主觀評估之間的關(guān)聯(lián)度。本文對cadik中的試驗(yàn)資料進(jìn)行了分類，顯示在表格4中。

結(jié)語

人的視覺形象不僅是人的主觀事物，也是人的精神活動(dòng)。為了得到反映色彩影像的真實(shí)的灰色影像，除了要獲取影像自身的反差資訊外，在色彩影像選取試驗(yàn)中，總體表現(xiàn)最佳的是地表國采用非殖民方式。該算法使用了高斯隨機(jī)匹配算法，使整體的顏色差異很大，因此具有很強(qiáng)的灰度信息， Smith 感知法是最好的。由于 H-K 效應(yīng)的引進(jìn)，突出了人類的主觀感受，因此與原始彩色影像相比，這種新的測量技術(shù)可以獲得更好的準(zhǔn)確率。然后，本文對這兩種方法進(jìn)行了深入的討論和分析，并將其有機(jī)地聯(lián)系在一起，以求出一個(gè)更好、更可靠的解決方案。

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作者簡介：

李春陽（1996.11），男，漢，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，哈爾濱師范大學(xué)傳媒學(xué)院，研究方向：攝影藝術(shù)研究。