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面向三维场景的节能颜色映射方法.pdf

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面向 三维 场景 节能 颜色 映射 方法
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摘要
申请专利号:

CN201410134913.2

申请日:

2014.04.04

公开号:

CN103914124A

公开日:

2014.07.09

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 1/32申请日:20140404|||公开
IPC分类号: G06F1/32; G06T15/00(2011.01)I 主分类号: G06F1/32
申请人: 浙江工商大学
发明人: 杨柏林; 王雅娟
地址: 310018 浙江省杭州市下沙高教园区学正街18号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 杜军
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410134913.2

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.08.17|||2014.08.06|||2014.07.09

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种面向三维场景的节能颜色映射方法。本发明首先在服务器端导入张预先已由三维场景图渲染好的二维场景图像。若,则直接将该张场景图像划为一类,记为类,然后执行节能颜色替换算法,来得到一个低功耗颜色子集。若,则首先基于颜色构?#19978;?#20284;性执行Kmeans聚类算法,对场景图像进行分组,得到个场景图像子类,逐类执行节能颜色替换算法,来得到个低功耗颜色子集。然后对得到的个低功耗颜色子集执行并集运算,最终形成一个完整的低功耗颜色集。本发明利用颜色优化方案实现在功耗受限的移动客户端低代价绘制,从而达到节能效果。

权利要求书

权利要求书
1.  面向三维场景的节能颜色映射方法,其特征在于该方法具体是:
首先在服务器端导入l张预先已由三维场景图渲染好的二维场景图像;
若0<l≤50,则直接将该l张场景图像划为一类,记为类G,然后执行节能颜色替换算法,来得到一个低功耗颜色子集;
若l>50,则首先基于颜色构?#19978;?#20284;性执行Kmeans聚类算法,对场景图像进行分组,得到m个场景图像子类{G1,G2,...,Gm},逐类执行节能颜色替换算法,来得到m个低功耗颜色子集;然后对得到的m个低功耗颜色子集执行并集运算,最终形成一个完整的低功耗颜色集;
其中所述的颜色替换算法具体是:
针对每个场景图像子类Gi,抽取该子类图中所有颜色,得到颜色集{c1,c2,....,cn},并统计每个颜色的像素个数,记颜色cj的像素数量为numj,则根据已有的基于像素的颜色功耗模型,得到原始场景显示总功耗Ps,i=1,2,....,m,j=1,2,...,n;
因此该算法的目标就是?#39029;?#19968;个包含n个颜色的颜色集{c'1,c'2,....,c'n},在不影响原图像的感知特征和颜色保真的前提下使得功?#39318;?#21644;Ps最小;
其中不影响原图像的感知特征和颜色保真所必须遵循的约束条件有以下两个:
已知每一种颜色在sRGB或L*a*b*或HSV颜色空?#28210;?#37117;可被表示为由三个元素组成的向量,即cj=(Rj,Gj,Bj)=(Lj*,aj*,bj*)=(hj,sj,vj);]]>
1)为了保证场景图像像经颜色替换后仍然保留原感知特征,要求?#25105;飭街?#39068;色经映射替换后不应远离原来的感知差别;
假设在L*a*b*空?#28210;?#30340;两个颜色分别为和将其看做三维空间的两个点坐标,则两者的感知差别通过欧氏距离ΔEjk来进行衡量;为满足前面所述条件,要求子类图中?#25105;飭街?#39068;色的原距离ΔEjk与各自经颜色替换后新的距离ΔE'jk满足ΔE'jk∈[-|λ|·ΔEjk,|λ|·ΔEjk],其中?#23435;?#21487;?#24066;?#35823;差范围调节参数;
2)为了保证场景图像像经颜色替换后颜色尽量保真,要求在进行颜色替换?#26412;?#37327;选择在原色相临近范围内不同饱和度或明亮度的颜色进行替换,这样同?#24065;?#21487;?#36816;?#23567;替换颜色的选择空间,提高搜索效率;
将抽取到的RGB颜色cj转换到HSV颜色空间表示为(hj,sj,vj),记该颜色的替代颜色c'j=(h'j,s'j,v'j),其?#24615;?#33394;相hj与替代后的颜色色相h'j要求满足h'j∈[hj-ω,hj+ω],其中ω为搜索范围调节参数;
确定上述约束条件后,采用粒子群优化算法进行颜色搜索获得该图像子类对应的低功耗颜色子集;
最后,利用前面得到的低功耗颜色集及其与原颜色的映射关系,在客户端对原始图像进行实时映射。

说明书

说明书面向三维场景的节能颜色映射方法
技术领域
本发明属于无线网络中与便携移动设备相关的多?#25945;?#25216;术领域,具体涉及一种面向三维场景的节能颜色映射方法。
背景技术
对于客户端而言,根据移动设备的功耗受限的特点设计一个面向节能的颜色优化方案是目前研究的热点问题。在移动智能终端,OLED是目前主要采用的一种显示技术。针对OLED的节能技术而言,目前除了传统的?#24067;?#23618;次下的动态电压调整技术之外,研?#31354;?#20204;分别从颜色优化和亮度调节技术两方面展开研究。
在颜色优化方面,针对数据可视化应用,通常采用在CIEXYZ颜色空?#28210;?#23545;色度及亮度进行优化?#19994;?#19968;套最节能的颜色方案来进行最终显示;针对地图显?#38236;?#24212;用,通常寻找节能颜色映射方案对高功耗颜色直接进行颜色替换?#28304;?#33719;得功耗节约。但是,这些颜色集方法仅被应用于简单的人机?#25442;?#30028;面等方面,它们对于颜色视觉上的保真度并没有过多的要求。然而,对于具有强烈真实感的三维场景?#35745;?#32780;言,我们在设计颜色优化方法?#20445;?#19981;仅需?#26723;?#39068;色显示的功耗,还需特别注意颜色视觉上的一致性。
在采用亮度调节技术方面,通常通过直接?#26723;?#29992;户?#25442;?#30028;面中非活动窗口亮度,或通过构造特征重要性场来指导图像的特征增强,实现自适应亮度优化的方式实现节能显示。然而,该类方法在进行亮度调节?#26412;?#27809;有对三维模型绘制中的耗费功耗?#29616;?#30340;光照和纹理进行考虑。
可以看出,如何利用颜色优化方案实现在功耗受限的移动客户端低代价绘制是目前研?#31354;?#25152;关注的重要方向。
发明内容
本发明针对现有技术在三维场景应用方面的不足,提供了一种面向三维场景的节能颜色映射方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
首先在服务器端导入l张预先已由三维场景图渲染好的二维场景图像。
若0<l≤50,则直接将该l张场景图像划为一类,记为类G,然后执行 节能颜色替换算法,来得到一个低功耗颜色子集。
若l>50,则首先基于颜色构?#19978;?#20284;性执行Kmeans聚类算法,对场景图像进行分组,得到m个场景图像子类{G1,G2,...,Gm},逐类执行节能颜色替换算法,来得到m个低功耗颜色子集。然后对得到的m个低功耗颜色子集执行并集运算,最终形成一个完整的低功耗颜色集。
其中所述的颜色替换算法具体是:
针对每个场景图像子类Gi(i=1,2,....,m),抽取该子类图中所有颜色,得到颜色集{c1,c2,????,cn},并统计每个颜色的像素个数,记颜色cj(j=1,2,...,n)的像素数量为numj(j=1,2,...,n),则根据已有的基于像素的颜色功耗模型,可以得到原始场景显示总功耗Ps。
因此该算法的目标就是?#39029;?#19968;个包含n个颜色的颜色集{c1',c'2,....,c'n},在不影响原图像的感知特征和颜色保真的前提下使得功?#39318;?#21644;Ps最小。
其中不影响原图像的感知特征和颜色保真所必须遵循的约束条件有以下两个:
已知每一种颜色在sRGB或L*a*b*或HSV颜色空?#28210;?#37117;可被表示为由三个元素组成的向量,即cj=(Rj,Gj,Bj)=(Lj*,aj*,bj*)=(hj,sj,vj),j=1,2,....,n.]]>
1)为了保证场景图像像经颜色替换后仍然保留原感知特征,要求?#25105;飭街?#39068;色经映射替换后不应远离原来的感知差别(距离)。
假设在L*a*b*空?#28210;?#30340;两个颜色分别为和将其看做三维空间的两个点坐标,则两者的感知差别可通过欧氏距离ΔEjk来进行衡量。为满足前面所述条件,要求子类图中?#25105;飭街?#39068;色的原距离ΔEjk与各自经颜色替换后新的距离ΔE'jk满足ΔE'jk∈[-|λ|·ΔEjk,|λ|·ΔEjk],其中?#23435;?#21487;?#24066;?#35823;差范围调节参数,由用户定义。
2)为了保证场景图像像经颜色替换后颜色尽量保真,要求在进行颜色替换?#26412;?#37327;选择在原色相临近范围内不同饱和度或明亮度的颜色进行替换,这样同?#24065;?#21487;?#36816;?#23567;替换颜色的选择空间,提高搜索效?#30465;?
将抽取到的RGB颜色cj转换到HSV颜色空间表示为(hj,sj,vj),记该颜 色的替代颜色c'j=(h'j,s'j,v'j),其?#24615;?#33394;相hj与替代后的颜色色相h'j要求满足h'j∈[hj-ω,hj+ω],其中ω为搜索范围调节参数,由用户定义。
确定上述约束条件后,采用粒子群优化算法进行颜色搜索获得该图像子类对应的低功耗颜色子集。
最后,利用前面得到的低功耗颜色集及其与原颜色的映射关系,在客户端对原始图像进行实时映射。
本发明的有益效果:本发明是一种面向三维场景的节能颜色映射方法,利用颜色优化方案实现在功耗受限的移动客户端低代价绘制,从而达到节能效果。
具体实施方式
首先在服务器端导入l张预先已由三维场景图渲染好的二维场景图像。
若0<l≤50,则直接将该l张场景图像划为一类,记为类G,然后执行节能颜色替换算法,来得到一个低功耗颜色子集。
若l>50,则首先对场景图像进行分组,即执行基于颜色构?#19978;?#20284;性执行Kmeans聚类算法,得到m个场景图像子类{G1,G2,...,Gm},其中Kmeans聚类算法具体是:
首先从l张场景图像中?#25105;?#36873;择m张场景图像作为初始聚类?#34892;模?#32780;对于剩下的场景图像,计算它们与这些聚类?#34892;?#30340;基于颜色特征的相似度后,分别将其分配?#25509;?#20854;最相似的(聚类?#34892;?#25152;代表的)聚类,得到新的m个聚类;然后再通过计算得到每个新聚类内与其他场景图像的相似度之和最大的场景图像,作为新的聚类?#34892;模?#19981;?#29616;?#22797;这一过程直到聚类?#34892;?#25910;敛为止。
在计算?#25105;?#20004;张场景图像的基于颜色特征的相似度?#20445;?#32771;虑到任?#25105;?#31181;颜色都是由红绿蓝三原色(RGB)构成,如果每种原色都取256个值,那么整个颜色空间将共有1600万种颜色,因?#23435;?#31616;化计算量,该算法将0~255分成四个区:0~63为第0区,64~127为第1区,128~191为第2区,192~255为第3区,最终红绿蓝三原色一共可构成43=64种组合。由于任?#25105;?#31181;颜色必然属于这64种组?#29616;?#30340;一种,这样就可以通过统计每一种组合包含的像素数量,来形成一个64维向量,最后将计算两个向量的皮尔森相关系数得到的r值作为两张场景图像的相似度度量。
在得到m个场景图像子类{G1,G2,...,Gm}后,逐类执行节能颜色替换算法,来得到m个低功耗颜色子集。然后对得到的m个低功耗颜色子集执行集合运算中的并集运算,最终形成一个完整的低功耗颜色集。
其中上述颜色替换算法具体是:
针对每个场景图像子类Gi(i=1,2,....,m),抽取该子类图中所有颜色,得到颜色集{c1,c2,....,cn},并统计每个颜色的像素个数,记颜色cj(j=1,2,...,n)的像素数量为numj(j=1,2,...,n),则根据已有的基于像素的颜色功耗模型,可以得到原始场景显示总功耗Ps为
Ps=E0+Σi=1nnumj·Ppixel(Rj,Gj,Bj)=E0+Σi=1nnumj·[f(Rj)+g(Gj)+h(Bj)]]]>
(0≤Rj≤1,0≤Gj≤1,0≤Bj≤1)
其中函数f(x),g(x)和h(x)分别表示在功耗模型?#26800;?#21040;的单个像素中红、绿、蓝发光单元在亮度为x时候的功率值,E0表示显示器的基础功?#30465;?#22240;此该算法的目标就是?#39029;?#19968;个包含n个颜色的颜色集{c'1,c'2,....,c'n},在不影响原图像的感知特征和颜色保真的前提下使得功?#39318;?#21644;Ps最小。
不影响原图像的感知特征和颜色保真所必须遵循的约束条件有以下两个:
已知每一种颜色在sRGB或L*a*b*或HSV颜色空?#28210;?#37117;可被表示为由三个元素组成的向量,即cj=(Rj,Gj,Bj)=(Lj*,aj*,bj*)=(hj,sj,vj),j=1,2,....,n.]]>
1)为了保证场景图像像经颜色替换后仍然保留原感知特征,要求?#25105;飭街?#39068;色经映射替换后不应远离原来的感知差别(距离)。
假设在L*a*b*空?#28210;?#30340;两个颜色分别为和将其看做三维空间的两个点坐标后,两者的感知差别可通过欧氏距离ΔEjk来进行衡量,ΔEjk的定义如下:
ΔEjk=(Lj*-Lk*)2+(aj*-ak*)2+(bj*-bk*)2]]>
为满足前面所述条件,要求子类图中?#25105;飭街?#39068;色的原距离ΔEjk与各自 经颜色替换后新的距离ΔE'jk满足ΔE'jk∈[-|λ|·ΔEjk,|λ|·ΔEjk],其中?#23435;?#21487;?#24066;?#35823;差范围调节参数,由用户定义。
2)为了保证场景图像像经颜色替换后颜色尽量保真,要求在进行颜色替换?#26412;?#37327;选择在原色相临近范围内不同饱和度或明亮度的颜色进行替换,这样同?#24065;?#21487;?#36816;?#23567;替换颜色的选择空间,提高搜索效?#30465;?
将抽取到的RGB颜色cj转换到HSV颜色空间表示为(hj,sj,vj),记该颜色的替代颜色c'j=(h'j,s'j,v'j),其?#24615;?#33394;相hj与替代后的颜色色相h'j要求满足h'j∈[hj-ω,hj+ω],其中ω为搜索范围调节参数,由用户定义。
确定上述约束条件后,采用粒子群优化算法进行颜色搜索,即?#20302;?#39318;先初始化为一组随机解,然后通过叠代搜寻最优值来获得该图像子类对应的低功耗颜色子集。
最后,利用前面得到的低功耗颜色集及其与原颜色的映射关系,在客户端对原始图像进行实时映射。

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