1.一种色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,包括以下步骤:S101,将色彩校正后的图像分离为饱和与非饱和区域,找出在原图中分别对应的区域;
S102,基于K‑means聚类,提取非饱和区域的颜色缩略矩阵,构建建模数据集;
S103,基于最小二乘支持向量机,建立从色彩校正后的图像至原图的非线性变换模型;
S104,利用建立的LSSVM模型,估算针对饱和区域的误差补偿矩阵;
S105,将LSSVM变换模型参数及误差补偿矩阵作为图像恢复模型,嵌入色彩校正后的图像;
S201,从嵌有恢复模型的图像中提取模型参数,还原图像恢复模型;
S202,根据S201所得的基于LSSVM的非线性变换图像恢复模型,对色彩校正后的图像进行恢复;
S203,利用S104所得误差补偿矩阵,进一步对S202所得恢复图像进行误差补偿。
2.根据权利要求1所述的色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,所述S101具体为:
记色彩校正后的图像为Ic,原图为Io;在Ic中饱和区域为Ic_s,其余部分为非饱和区域,记为Tc_s,即 色彩校正后的图像中的饱和区域在原图Io中对应的区域为Io_s,其余部分记为 即 图像中RGB每个颜色通道的灰度级为L,即每一颜色分量的范围为[0,L‑1],遍历图像每个像素的各颜色分量值,若每一颜色分量值均处于[0,L‑1]范围,则认为该像素处于非饱和区域;若任一颜色分量值为0或L‑1,则认为该像素处于饱和区域;
记录所有处于饱和区域的像素的行、列位置(ui,vi),构成位置序列ns为饱和区域的像素个数。
3.根据权利要求1所述的色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,所述S102具体过程包括:
(a)像素颜色去重,即对Ic的非饱和区域c_s中相同颜色的像素点只保留一个,去掉其余颜色重复的像素点,得到像素缩略点集φ;
(b)像素分块,记φ中像素个数为nφ,以Nφ个像素为一组,Nφ取25~100,将所有像素随机划分为M块:Ib1,Ib2,…,IbM,当nφ能被Nφ整除时, 当nφ不能被Nφ整除时,前M‑1个像素块中像素个数为Nφ,第M个像素块中像素个数为Mod(nφ,M),其中floor(·)为取整函数,Mod(·)为求余数函数;
(c)对所有像素块逐一按照颜色值进行K‑means聚类,记第j个像素块Ibj的聚类数量为kj,j=1,2,…,M;首先令kj=1,计算聚类中心至每个像素颜色的欧式距离d,若距离的最大值dmax小于阈值η,停止聚类;否则令kj=kj+1,重新进行聚类,并判断每类中的距离最大值dmax是否都小于阈值η,若是,停止聚类,若否,继续令kj=kj+1,重新进行聚类,……;直至每一类中所有像素到该聚类中心的距离的最大值dmax都小于阈值η;阈值η可在5至8之间选取;
聚类停止时的kj为像素块Ibj的最终聚类数量,分别找到这kj个聚类中离该类聚类中心的距离最小的像素Pmin,i、离该类聚类中心的距离最大的像素Pmax,i,由此构建得到像素块Ibj的缩略点集:
所有M个像素块Ib1,Ib2,…,IbM将得到的M个点集,合并得到像素缩略点集(d)记像素缩略点集φ中像素个数为nφ,令分块数量 对φ重新随机划分;当nφ能被M整除时,每个像素块中像素数量为 当nφ不能被M整除时,前M‑1个像素块中像素个数为 第M个像素块中像素个数为Mod(nφ,M),其中floor(·)为取整函数,Mod(·)为求余数函数;分块后,重新按照上述步骤(c)方法对所有像素块逐一按照颜色值进行K‑means聚类,得到新的像素缩略点集φ;如此循环迭代,直至分块数量M=1,得到最终的像素缩略点集φ;
(e)构建颜色缩略矩阵,记最终的像素缩略点集φ中像素个数为N,每个像素的颜色值在Ic中的位置构成的序列为PN={(ui,vi),i=1,2,…,N},(ui,vi)表示第i个像素在Ic中的行、列位置,φ中的像素颜色在Ic中有多个像素对应时,随机选择一个即可,记PN在Ic、Io中对应的像素颜色值分别构成颜色缩略矩阵Ic_th、Io_th,表示如下:式中r、g、b分别表示像素的红、绿、蓝颜色分量值。
4.根据权利要求1所述的色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,所述S103具体过程包括:
将步骤S102所得颜色缩略矩阵Ic_th、Io_th中的N行数据分别作为输入输出训练样本,得3
到N个样本点{xi,yi},i=1,2,…,N,其中xi∈R 作为输入,表示Ic_th的像素点的RGB颜色值,3
yi∈R作为输出,表示Io_th的像素点的RGB颜色值,构建线性矩阵方程:T T T
式中y=[y1 y2…yN],Il=[1 1…1]是N维全1向量,INN是N×N维全1矩阵,α=[α 1α2…αN] ,Ω为核函数矩阵,为N×N方阵,其第k列、l行的元素为K(·,·)为核函数,采用如下形式高斯径向基核函数: 式中σ为核宽度,优选地,惩罚因子γ可取10~20,核宽度σ可取0.01~0.1;求解上述矩阵方程得α及b,从而得到基于LSSVM的非线性变换模型为:
5.根据权利要求1所述的色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,所述S104具体为:
将色彩校正后的图像Ic中像素的RGB颜色分量作为输入量,利用S103所得LSSVM非线性变换模型进行计算,得到一组RGB颜色分量的预测输出值;将预测输出值作为像素的颜色分量,像素位置保持与Ic中像素位置一一对应,得到原图预测图像Iop;记原图Io与原图预测图像Iop的差为D=Io‑Iop,即D中每个像素的值为Io、Iop对应像素的颜色分量的差;在D中,保持步骤S101所得的位置序列 中所列位置处的像素颜色分量值不变,其余位置的像素的颜色分量值均置为0;由此,以所得的D作为误差补偿矩阵。
6.根据权利要求1所述的色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,所述S105具体为:
以JPG格式保存色彩校正后的图像Ic,同时将步骤S103中所得的LSSVM模型的参数α、b,步骤S103中选取的γ、σ值,以及步骤S104所得的误差补偿矩阵D的值,依次保存至该JPG图像的注释域中;α、b、γ、σ、D的值分别保存在注释域的第一、二、三、四、五字段中;由于D为稀疏矩阵,可采用稀疏矩阵存储方式保存。
7.根据权利要求1所述的色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,所述S201具体为:
读取应用了步骤S105并存储有图像恢复模型参数的JPG图像文件,记为Ia,同时读取该图像注释域的内容,依次解析出注释域中的第一、二、三、四、五字段的内容,分别赋值给拉格朗日乘子向量α、偏置量b,惩罚因子γ、核宽度σ、误差补偿矩阵D,根据S201所得的参数α、b、γ、σ,还原得到S103所得的LSSVM的非线性变换模型。
8.根据权利要求1所述的色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,所述S202具体为:
遍历S201所得的需要恢复的图像Ia的所有像素,按照从左至右、从上至下的顺序,将像素的RGB颜色分量作为输入量,输入至S201所得的LSSVM非线性变换模型,预测得到对应的输出值;将预测输出值作为像素的颜色分量,像素位置保持与Ia中像素位置一一对应,得到初步恢复的图像Iao。
9.根据权利要求1所述的色彩校正后的数字图像精确恢复原图的方法,其特征在于,所述S203具体过程为:
将S201所得的以稀疏存储方式存储的误差补偿矩阵D恢复成行列数与Ia一致的矩阵,记为Dr;最终得到误差补偿后的恢复图像Ir=Iao+Dr,式中Iao为步骤S202所得初步恢复的图像,加法表示图像像素的各颜色分量值分别相加。