園林景觀布局中的色彩智能匹配方法

侯愛平， 徐鵬

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司）

1 工程概況

高鐵城市公園二期項目位于我國成都市成華區(qū)，具體地理位置在迎暉路與成洛大道之間，與三環(huán)路成渝立交毗鄰，位于高速鐵路東及東三環(huán)路西。本項目總規(guī)劃用地面積271348.77m2。其中，建筑基底面積13379.198m2，綠地面積198005.852m2，道路廣場面積48904.72m2，運動場地面積6010m2，停車場面積6048.41m2；人均用地指標40m2/人，公園游玩人員不超過6650人。

2 生態(tài)園林景觀圖像增強的概述與方法

2.1 圖像增強概述

圖像增強指的是將原本陳舊的或者不清晰的圖像通過利用圖像增強技術(shù)使其變得更加清晰可見，是提升圖像的識別效果的一種方法[1]。

2.2 圖像增強方法

空間域法是目前一種最可靠、最準確的園林景觀圖像增強方法，空間域法又可以細化為平均值法和中值濾波法，可去除圖像中的陰影，再利用技術(shù)手段識別陳舊圖像，使圖像具有更高的視覺效果。在具體的圖像增強過程中，工作人員無需分析導致圖像質(zhì)量差的原因，因為經(jīng)過圖像增強后的圖像基本與原來的圖像一致。其中，空域算法指的是對圖像進行灰度級的處理，而頻域算法指圖像變化范圍內(nèi)數(shù)值的修正過程，是一種間接圖像增強處理方法。

2.3 圖像獲取與處理

①首先，從反射光和入射光提取若干子模塊，通過高斯函數(shù)反饋入射光，利用其中的重疊平移子模塊，計算圖像入射分量。反射光指的是反射光與直接照射被射體的直射光相對，經(jīng)過天花板、墻壁或者物體表面反射的光，再照射到被攝體表面的光稱之為反射光；入射光指的是照射到發(fā)生反射或折射臨界面上的光線[2]。

②其次，消除園林景觀圖像中的入射光，可以獲取反射光，再借助計算機輔助技術(shù)完成圖像增強處理，提高人工圖像色彩識別效率，確保園林景觀色彩匹配準確性。

③再次，借助Retimes 原理，假設(shè)園林景觀是由反射光和入射光構(gòu)成的，代入公式（1），獲得園林景觀圖像。

式（1）中：T(x,y)為反射光；Q(x,y)為入射光；P(x,y)為入射分量。

④最后，去除圖像入射分量，并代入公式（2）計算增強圖像處理。

式（2）中：T(x,y)為景觀圖像；F(x,y)為園林景觀圖像的對數(shù)；loglow(x,y)為入射分量。

3 園林景觀布局色彩智能匹配方法

3.1 特征提取

將經(jīng)過增強后的圖像通過計算機輔助技術(shù)上傳至色彩空間（r、b、g）中，將分量分為128 種4 種、4 種和8種不同的色彩，再將景觀圖像分為N × N的子模塊，整合子模塊色彩像素頻度，將其中像素最高的子模塊作為園林景觀布局的參照物，再根據(jù)子模塊的關(guān)聯(lián)程度將圖像劃分為4 個連通域，假設(shè)Parti代表連通域，其i代表1，2，3…。

表1 3種不同園林色彩智能匹配耗時測試結(jié)果 （單位：S）

為更好地體現(xiàn)園林景觀的色彩特征，需要根據(jù)本工程項目的實際情況合理計算出圖像連通子區(qū)域的色度矩，再將色度矩利用計算機技術(shù)轉(zhuǎn)化成二維色度空間。由此，可準確計算出各個子模塊色度矩，以此獲得園林景觀圖像。但是，由于色度矩是通過園林景觀彩色特征獲得的，所以還需要以區(qū)域特征為載體。這樣一來，將會更加有利于提取、體現(xiàn)園林景觀布局的色彩特征。

rbg色彩空間可通過以下公式表示：

式（3）中：R為色彩連通區(qū)域紅色分量；B為色彩連通區(qū)域藍色分量；G 為色彩連通區(qū)域綠色分量；k為與0相近的常數(shù)。

將rgb色彩轉(zhuǎn)化成二維空間，通過公式（4）表示：

由于(rg,yb)最能滿足人們的視覺，可以暫時將其作為園林景觀的初始色度空間，再根據(jù)色度空間繼續(xù)優(yōu)化和完善不同于其他的像素和色度矩，后根據(jù)H(x),H(x)對各個區(qū)域進行疊加，以此獲得園林景觀布局色彩匹配方法

式（5）中：Dmn為權(quán)系數(shù)；rg(p)和yb(p)為色度空間存在值；為多項式。

3.2 智能匹配

3.2.1 色彩的統(tǒng)一與變化

在園林景觀布局中，色彩的統(tǒng)一與變化是十分重要的環(huán)節(jié)，為了營造出和諧與自然的園林景觀，需要在布局中保持幾種主色調(diào)，實現(xiàn)色彩的統(tǒng)一。同時，運用其他的顏色進行點綴，增加層次感。

3.2.2 色彩的對比與調(diào)和

在園林景觀布局中，通過色彩的對比與調(diào)和，可以創(chuàng)造出更加豐富多彩的色彩效果。對比指將不同顏色、不同明度和不同純度的植物色彩種植在一起，形成鮮明的對比，以此產(chǎn)生強烈的視覺沖擊感。

3.2.3 色彩的節(jié)奏和韻律

在園林景觀布局中，色彩的節(jié)奏和韻律也是體現(xiàn)園林景觀美感的重要手段之一。節(jié)奏是植物色彩重復、排列而形成的秩序感；韻律指的是通過植物色彩的起伏與變化形成的韻律感。通過節(jié)奏與韻律的應用，可以使園林景觀更加的富有活力和生命力。

3.2.4 植物的特點與習性

灰度園林景觀圖像匹配過程中，因受相容性、極線以及觀察能力的影響和限制，為確保園林內(nèi)部植物色彩得以正確應用，需要根據(jù)植物的特點、生長習性來確定基準點顏色差異最小點，縮小園林景觀基準點與最佳匹配點的色差。

像素灰度差平方和(Δk)與色差因子的積可以更好地體現(xiàn)園林景觀色彩智能匹配效果，使得園林景觀色彩匹配更具約束性，通過公式（6）表示：

如果色差因子為最小值時，色差因子是園林景觀最佳的匹配點，可滿足上述公式（6）的要求。

在對本項目園林景觀布局中，匹配點和基準點之間的顏色差異如果無法滿足園林景觀智能匹配相關(guān)要求或者標準時，要想獲得更加理想的色彩智能匹配效果，還需要更進一步確定色彩相似度的范圍。通過精心調(diào)整色彩的明度、飽和度可以有效縮小植物色彩之間的差異，使不同植物之間的過渡更加和諧與自然。

3.3 注意事項

3.3.1 注意整體色調(diào)統(tǒng)一

園林景觀色彩智能匹配，色調(diào)必須要統(tǒng)一，色彩設(shè)計要有主次之分。縱觀大部分園林景觀色彩布局多以深淺不一的綠色為主色調(diào)，另以鋪裝、山體顏色作為點綴色穿插其中。其實，不論是哪一種顏色作為主色調(diào)，都應將植物和其他景觀元素放在同樣位置，以此進行色彩構(gòu)圖，使其與周圍的建筑相呼應。

3.3.2 注意中間色過渡

園林景觀色彩匹配工作中，當某一種色彩趨于飽和時，就會出現(xiàn)過于單調(diào)又或者是對比過強的效果。此時，可以通過運用無色彩的白、灰、黑作為中間色過渡，使色彩更加豐富。

3.3.3 注意點、線、面的合理運用

園林景觀由多個空間共同構(gòu)成，各個空間之間有緊密聯(lián)系。所以，在色彩匹配環(huán)節(jié)可通過利用黃楊球、灌木帶、樹群作為點、線、面串聯(lián)在各個空間，表現(xiàn)園林景觀內(nèi)景物的動、靜、強、弱、剛和柔，使園林景觀更具節(jié)奏感和韻律感。

4 實驗結(jié)果與效果分析

為更好地驗證園林景觀布局色彩智能色彩匹配方法的合理性與科學性，還需要根據(jù)生態(tài)園林景觀布局色彩智能匹配方法（方法1）、基于MSCR與CSLBP 的色彩匹配方法（方法2）以及基于樹形動態(tài)規(guī)劃與色彩權(quán)值的色彩匹配方法（方法3），對其匹配方法的合理性與科學性進行驗證，不同匹配方法下的本項目C區(qū)園林景觀布局智能匹配效果如圖1所示。

圖1 C區(qū)原效果圖與現(xiàn)效果圖的對比

通過比較方法1和方法2，得出：方法1中的園林景觀色彩智能匹配效果更加理想，色彩的相似度更高，可以獲得理想的園林景觀色彩匹配效果。同時，為保證匹配效果與工程項目實際情況一致，本文又對3種不同驗證方法的匹配耗時進行測試（見表1）。

通過表1 可以看出，通過以上5 次迭代，園林景觀色彩匹配過程耗時最短，根本原因在于方法1 運用了Retinex 理論，對園林景觀圖像進行了增強處理，幫助相關(guān)人員在最短的時間內(nèi)縮短色彩匹配時間，提升色彩匹配效率。另外，方法2 耗時較方法1長一些；方法3耗時最長。

方法1 既縮短了園林景觀色彩的匹配時間，又提升了匹配的效率，所以驗證方法1 的時效性顯得尤為重要。因此，對3 種不同方法的匹配合理性進行反復測試，測試結(jié)果如表2所示。

表2 3種不同方法驗證方法的匹配精度測試（單位：%）

通過表2 可以看出：以上5 次迭代中，方法1 的匹配效果最理想，這是因為方法1 在色彩的匹配過程中運用了色彩相似度，可準確地通過園林景觀本身的圖像獲得更真實的色彩匹配，保證園林景觀色彩匹配的科學性與合理性[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，相比于MSCR、CS 色彩匹配、樹形動態(tài)規(guī)劃與色彩權(quán)值的園林景觀色彩匹配方法，本工程項目的色彩智能匹配想法的匹配效果是最佳的，色彩相似度也是最高的，可切實提升園林景觀布局視覺效果。