非規則顏色的快速匹配“查表法”算法的研究與實現

嚴 惠

(江蘇信息職業技術學院，無錫，214153)

0 引言

現實生活中絕大多數顯示設備所能顯示顏色都不一致，原因是總存在一些顏色會偏離這些規則象素值，其所顯示顏色為非規則顏色。因此該顏色無法根據其索引值來計算其對應的RGB值，反之也無法根據RGB值獲得索引值。而隨著多媒體技術的發展和全球互連網絡的興起, 圖像通信包括圖像傳輸與圖像顯示日益重要。因此必須提高圖像處理技術，尤其是彩色圖像處理技術。由于人眼對高頻細節敏感性較低，其相當于一個低通濾波器，本文針對非規則顏色存在，利用人眼視覺誤差，提出一種查表法算法，在不影響圖像質量前提下，提高了顏色匹配的速度。

1 顏色模型選擇

彩色圖像不僅要考慮圖像的亮度信息，還要兼顧色彩對人眼的刺激。抖動方法的理論依據為通過欺騙人眼視覺來模仿出源目標顏色，從而獲取近似于源區域的視覺圖像。然而如何進行顏色誤差擴散以及擴散的量值選取需要建立一種顏色模型去量化擴散的度。常見的顏色模型主要有RGB模型，CYMK模型，YUV模型，其他的顏色模型為這些顏色模型的變體或者衍變。

RGB顏色模型幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運用最廣的顏色系統之一。CMYK顏色模型是通過對青(C)、洋紅(M)、黃(Y)、黑(K)四個顏色變化以及它們相互之間的疊加來得到各種顏色，雖然CMYK顏色值可以完全轉換為RGB值，但RGB到CMYK并不能一一對應，存在的問題是黑色部分的替換值取值問題。由于目前主流電子顯示設備為”加色”顯示設備，并且兩者之間的轉換也比較復雜，處理起來必然費時。由此，CMYK不適合彩色圖像的抖動處理。YUV主要用于優化彩色視頻信號的傳輸，處理彩色圖像時，會出現 “差不多”亮度的顏色有若干個，但這若干個顏色的色系不同，有可能匹配出這若干個顏色中的一個，這樣人眼就能容易地分辨出兩者的不同，從而影響抖動的效果，而且在運算的過程中不得不進行浮點數運算，速度也降低了。HSV(HSI)模型較YUV模型差異較大，通過實驗測試:目標圖像效果也沒有明顯的提升，且速度慢。

2 顏色的快速匹配：查表法

2.1 傳統算法與弊端

由于源顏色為非規則顏色，因此需要進行顏色的匹配，即尋找與其相近的點。為了匹配最最相近點，傳統的算法是：遍歷目標顏色表，計算源顏色與所有目標顏色的距離，從中找到距離最小的目標顏色。因此，在目標顏色的查詢過程中就需要對所有點進行核準，從而會產生效率低下的問題。

2.2 查表法

查表法的思想是首先建立一張距離相等的表，表格內記錄目標設備在這表格范圍內顏色的集合，表格內可以有目標顏色點可以沒有目標顏色點，可以有一個顏色點，也可以有多個顏色點。在匹配顏色時，首先計算源顏色對應的表格坐標,計算該表格內所有目標點的距離，挑出最近點，該點就是匹配到的點。如果該表格內沒有目標顏色點該如何處理，這時將擴大搜索表格的數量，即再到包圍當前格子的表格內查找，如果這些表格內仍沒有目標顏色點則再擴大搜索表格，即再到包圍當前表格的表格內查找。

如圖1所示：

在二維空間中，第一次搜索一個格子即圖1.1中S所在的黑色格子內的目標顏色點；如果沒有第二次到圖1.2中8個陰影格內搜索；若再沒有到圖1.3所示的16格內搜索，依次類推，直到找到為止，每次查詢格子個數可采用下述公式計算。

N=（2T-1）2 -（2T-3）2

其中N為每次查詢的格子個數，T為查詢的次序（T=1，2，3…….）

由以上介紹可知，該方法先到最有可能出現的表內搜索目標點。從而搜索到目標點的幾率就比較大。當查詢到目標點所在表格時，如果目標表格中有多個點滿足條件，則取距離最小的點。

圖1 二維空間顏色匹配

采用同樣的方法擴展到三維空間，RGB三個分量可以將其理解為三維空間的三個量，如圖所示，黑色方框為源顏色所在方框區域，首先在第一個域即黑色方框所在域搜索，如果沒有查詢到符合條件的點；第二次再拓展到黑色立方塊周圍的26個格子尋找；若仍然未找到，第三次再拓展到周圍的16個立方塊里查詢。依次類推直到查詢到目標點為止。每次查詢立方塊的個數算法如下：

其中N為每次查詢的格子個數，T為查詢的次序（T=1，2，3…….）

與已有算法相比，查表法無須遍歷所有顏色點，在性能上得到明顯改善。當獲取到目標點時，利用基于距離倒數的誤差擴散發進行顏色的匹配。

圖2 三維空間顏色匹配

3 軟件設計

3.1 建查找表，加載顏色表

3.2 誤差分配

3.2.1 區分奇偶行

誤差傳播有時會引起流水效應，即誤差不斷向下，向右累加傳播。為了解決流水效應帶來的影響，一般采用奇數行從左到右傳播，偶數行從右到左傳播。

3.2.2 計算誤差

3.2.3 分配誤差

傳統的誤差分配方法一般采用距離作為基準，本程序采用距離倒數作為基準，距離越近，分配誤差比例越多。

4 驗證

本文所提出的查表法通過觸摸屏實驗驗證得知：采用查表法圖像處理速度提高了一個數量級以上，同時也不影響人對圖片的視覺質量。

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