數字圖像處理技術在優化仿真彩織錦組織色彩中的應用

朱利容，鄔嘉予

(1.成都紡織高等專科學校，四川成都611731；2.太極計算機股份有限公司，北京 100000)

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數字圖像處理技術在優化仿真彩織錦組織色彩中的應用

朱利容1，鄔嘉予2

(1.成都紡織高等專科學校，四川成都611731；2.太極計算機股份有限公司，北京 100000)

摘要：分析織錦設計圖片位圖顏色和組織庫內組織顏色對應關系，建立顏色選取的數學模型，為計算機編程設計創造條件。

關鍵詞：位圖顏色組織顏色數學模型對應關系

以織錦方式表現風景、人物等真彩色影像，往往需要非常豐富的色彩表達。一幅真彩色的織錦是可以用不同的經緯色線、不同的組織結構表現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應，以便最終在織造紋板編制時確定顏色與組織對應關系。

影響真彩色織錦色彩因素很多，經緯線顏色、組織結構、經緯密度、經緯線粗細等，經過企業實際的試織的色彩織物各組織本身的顏色值確定，可參見相關資料1 2。由于織造條件、組織結構等因素影響，實際織造中所能運用的組織數量是有限的，而各種位圖所涉及的顏色數目龐大，因此部分圖像的顏色值就可能會沒有完全相同的組織顏色值對應。此時，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

確定兩種顏色的近似程度，傳統方法是以一種計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。本研究為簡潔、便于開發生產中圖像處理等原因，組織顏色值以RGB模式作為記載方式。目前對RGB模式的色差計算公式主要有以下幾種：

1.1坐標系距離度量方式

以顏色的R、G、B軸建立三維坐標系，若C1、C2兩色的顏色值分別為：

C1=(R1, G1, B1)

C2=(R2, G2, B2)

將其代入坐標系，可得兩點在坐標系中的距離：

D(C1,C2)=

那么，此處D就代表兩個顏色間的色差。

1.2RGB的角距離色差公式

同樣基于坐標空間，將其中各色RGB值作為構成向量的分量，則顏色C1、C2可表達為

由此，其角度色差可表達為

1.3以加權方式對色差計算修正

由于人的視覺在不同色彩區域對色彩變化的敏感度并不一樣，而以上兩種度量方法僅以均勻分布的方式表現色差，其結果與實際觀測有較大差異。為表現這種差異性，許多探討者試圖以加權方式對以上兩種色差計算式中的各項作修正。對于基于角距離的色差公式的修正，所涉及的運算量較大，不利于實際圖像處理中運用。為簡潔起見，此處可采用坐標系距離度量方式，其修正公式表達如下：

D(C1,C2)=

一般(Wr、Wg、Wb)取值為( 3, 4, 2 ) 。以加權方式修證后計算，實際證明更為符合觀測結果。通過廣泛比較及實驗，根據相關文獻，此處采用一種通過紅色因子的比重，進一步修正加權系數的方法，事實證明更為有效。

首先計算C1、C2中紅色的總平均值r為：

r=(R1+R2)/2

而以上加權的公式可修正為

D(C1,C2)=

其中K為歸一化系數，由于此處僅需比較某像素顏色對各組織色的差異度D的大小關系，在比較運算中K可以略去。在實際應用中，設使有圖像的一像素點C，有一包含n組組織顏色值的色庫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)

……對數組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即為組織色庫中，最接近顏色C的顏色值。以下是實際使用中，部分圖像顏色的搜尋結果，其中提供的組織庫約包含2000組色值。相互顏色及RGB值對照如圖1：

2通過RGB顏色理論對選取方式進行調整

以誤差值的比較選取相似色，是以坐標距離為基礎進行度量比較，實際驗證表明，其選取結果已大致符合實測感受。為使選擇結果更符合色彩的視覺感知，此處可依據顏色理論對選取方式作進一步調整。

代表顏色的基本要素包括顏色的色相、明度和純度。以坐標空間距離為基礎的顏色選取方式，可將結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，卻無法被有效控制，選取結果的色域會很寬。但處于不同色域的顏色，即使明度、純度相似，仍會因為色相差異使視覺感受到顏色差別較大。因此此處在距離度量的基礎上，還需對色域范圍作進一步限制。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

上圖表現了HSV顏色空間色相環的純色相在RGB色立體上的對應軌跡。此處亦可以列表方式將各色域的RGB取值關系表達為：

表1　各色域RGB取值關系表

由此，為進一步對取色的色域進行限制，應在選取過程中加入上表所示RGB值的關系條件，再將這種關系作簡要表達后，上文中的相應Vb程序代碼則可修改如下：

Dim C(3)

Dim E(n,3)

Dim C1(3)

……對數組C、E賦值 ……

……取得數組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，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(改進后選取值)，三者顏色及RGB值對照如下。(為使對比明顯，此處列舉了差距較大的對照值)

圖像顏色(122,121,26)

原選取值(113,132,33)

改進后選取值(133,133,21)

圖像顏色(206,167,146)

原選取值(209,160,162)

改進后選取值(196,173,133)

圖像顏色(236,212,204)

原選取值(235,205,206)

改進后選取值(237,205,193)

3結論

為位圖的顏色選取相應組織顏色，是一種單向搜索，即是在位圖像素顏色已定的條件下，利用有限的組織庫顏色，通過對比顏色值的空間距離，通過對照RGB值的相互關系限制色域，各條件綜合利用，以求選取的最終結果盡可符合圖像整體的視覺感受。

參考文獻

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中圖分類號：TP751

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)01-0103-04

基金項目：2013年四川省科技支撐計劃(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。