Metode za automatsko podešavanje boje i svjetline slike · •Postojanost boja •Algoritmi za...

Metode za automatsko podešavanje boje i svjetline slike

Mentor: prof. dr. sc. Sven Lončarić

Student: Nikola Banić

Zagreb, 9. srpnja 2013.

Sadržaj

• Uvod

• Boje

• Postojanost boja

• Algoritmi za podešavanje boja

• Evaluacija algoritama za postojanost boja

• Algoritmi za podešavanje svjetline

• Evaluacija algoritama za podešavanje svjetline

• Programska implementacija

• Zaključak

2

Uvod

• Boje su često promijenjene

• Svjetlina često nije zadovoljavajuća

• Automatsko podešavanje

• Raznolika primjena

3

Uvod

4

podešene bojepodešene boje i svjetlina

Boje

• Svjetlosni fenomen

• Trikromatska teorija

• Grassmanovi zakoni

• Prostori: XYZ, Lab, RGB, HSV, YUV, CMYK...

• Kromatičnost

• Temperatura boje

5

HSV koordinate boja x, y dijagram kromatičnosti

Postojanost boja

6

• Procjena osvjetljenja

• Kromatska adaptacija

ista scena pod različitim osvjetljenjima

Procjena osvjetljenja

7

• Formacija slike:

• Boja izvora svjetlosti:

Kromatska adaptacija

• Izvorna boja: [XI, YI, ZI]T

• Odredišna boja: [XO, YO, ZO]T

• Transformacija: M

8

Kromatska adaptacija

• MA: prebacuje [X, Y, Z]T u [ρ, γ, β]T

• Računa se omjer komponenti boje izvora svjetlosti

• von Kries

• Bradford

• Sharp

• CMCCAT2000

• CAT02

9

Kromatska adaptacija

10

D65 D50

Algoritmi za podešavanje boja

• Gray World

• Retinex

• Mapiranje gamuta

• Strojno učenje

• Ostalo

11

• Vlastita metoda

Gray World

12

Gray World

13

Shades of Gray

14

Opći Gray World algoritam

15

Gradijenti

Gray Edge

17

Weighted Gray Edge

18

Gray World

19

Retinex

• Računa se svjetlina svakog piksela

• Kroz svaki piksel se provuku staze

20

Random Sprays Retinex

• Staze prelaze u sprejeve

• N – broj sprejeva

• n – veličina pojedinog spreja

• Brža verzija Retinexa

21

Random Sprays Retinex

I( )

Random Sprays Retinex

Random Sprays Retinex

I( )

I( )

max I( )

Random Sprays Retinex

I( )=

I( )

max I( i)

Random Sprays Retinex

I( )= 1N

ΣN

i=1

Random Sprays Retinex

27

originalna slika RSR s parametrima N=1, n=4

Random Sprays Retinex

28

RSR s parametrima N=5, n=20 RSR s parametrima N=20, n=400

Ubrzanje i popravljanje RSR-a?

29

rezultat RSR-a s malim vrijednostima parametara N i n primjena filtra usrednjavanja na prethodnu sliku

Prelazak u drugo područje

30

____________________________ =

Prelazak u drugo područje

31

procjena osvjetljenja piksela usrednjena procjena osvjetljenja

Vlastita metoda

32

____________________________ =

Vlastita metoda

33

____________________________ =

37

=

Vlastita metoda

• Rezultat je vrlo sličan rezultatu RSR-a

• Mnogo brže od RSR-a

• Računanje procjene osvjetljenja samo za neke točke i interpolacija

• Moguće je računati i globalnu procjenu osvjetljenja za cijelu sliku

• Light Random Sprays Retinex (Color Badger i Color Sparrow)

• Parametri: N, n, veličina jezgre ulaza, veličina jezgre osvjetljenja, r, c

47

Evaluacija algoritama za podešavanje boja

48

• Mjera pogreške: kut između vektora stvarne boje izvora svjetlosti i procijenejne boje izvora svjetlosti

• Korištenje slika s poznatim izvorima svjetlosti

• Baze slika: Greyball, ColorChecker YACCDB, YACCDB2...

Greyball

49

ColorChecker

50

Odabir parametara vlastite metode

51

Rezultati – ColorChecker (linearni RGB)

Metoda Srednja vrijednost (o) Medijan (o) Trimean (o) Max (o)

Ništa 13.7 13.6 13.5 27.4

Gray World 6.4 6.3 6.3 24.8

SDWGW 5.4 4.9 4.9 22.9

Shades of Gray 4.9 4.0 4.2 22.4

Gray Edge 5.1 4.4 4.6 23.9

Mapiranje gamuta 4.2 2.3 2.9 24.2

HLVI 3.5 2.5 2.6 25.2

LRSR 3.7 2.8 3.0 23.6

52

Rezultati – Greyball (sRGB)

Metoda Srednja vrijednost (o) Medijan (o) Trimean (o) Max (o)

Ništa 8.3 6.7 7.3 36.8

Gray World 7.9 7.0 7.1 48.1

SDWGW 6.6 5.6 5.8 45.4

Shades of Gray 6.1 5.3 5.5 41.2

Gray Edge 5.9 4.7 5.1 41.2

Mapiranje gamuta 6.9 5.8 6.1 41.9

NIC 5.2 3.9 4.3 44.5

LRSR 5.6 4.9 5.0 44.3

53

Algoritmi za podešavanje svjetline

• Jednolika globalna promjena

• Retinex

• Kombinacija Retinexa i drugih algoritama

• Uklanjanje sjena

54

Jednolika globalna promjena

• (R’, G’, B’) = (k·R, k·G, k·B)

• (R’, G’, B’) = (R+M0, G+M0, B+M0)

• (L’, a’, b’) = (L+L0, a, b)

• (L’, a, b) = (k·L, a, b)

55

Jednolika globalna promjena

56

multiplikativni RGB aditivni RGB

aditivni Lab multiplikativni Lab

Retinex

57

ori

gin

aln

e sl

ike

prim

jena R

etinexa

Kombinacija Retinexa i drugih metoda

58

PCA

Kombinacija Retinexa i drugih metoda

59

Retinex

Kombinacija Retinexa i drugih metoda

60

_________________________________ =

Kombinacija Retinexa i drugih metoda

61

. =

Kombinacija Retinexa i drugih metoda

62

početna slika krajnji rezultat podešavanja svjetline

Kombinacija Retinexa i drugih metoda

63

slika s podešenom svjetlinom korištenjem PCA-a dodatna primjena Retinex algoritma

Evaluacija algoritama za podešavanje svjetline

Metoda ColorChecker Internet Zajedno

original 27 47 74

aditivni RGB 3 4 7

multiplikativni RGB 57 79 136

aditivni Lab 2 2 4

multiplikativni Lab 21 14 35

PCA 122 109 231

PCA tri puta 199 77 276

Retinex i PCA 268 84 352

Retinex i PCA tri puta 258 79 337

64

Evaluacija algoritama za podešavanje svjetline

65

original aditivni RGBmultiplikativni

RGB

aditivni Labmultiplikativni

LabPCA

3x PCA Retinex + PCARetinex + 3x

PCA

Programska implementacija

• Matlab

• C++ (OpenCV)

• Java

• Razna sučelja

66

Web sučelje

67

Java sučelje

68

REST usluga

69

Algoritam URL Parametri algoritma

Gray World /wb/gw/ order, sigma, norm, median, shrink

Robust Gray World /wb/rgw/ threshold

Simplest Color Balance /wb/scb/ saturation

Random Sprays Retinex /wb/rsr/ N, n

SDWGW /wb/sdwgw/ n

Perfect Reflector /wb/pr/

Local Space Average Color /wb/lsac/

LRSR CB /wb/cb/ N, n, inputKernelSigma, inputSigma, illuminantKernelSigma,illuminantSigma, normalizeIlluminant, rowsStep, colsStep, rFactor,upperBound

LRSR CS /wb/cs/ N, n, inputKernelSigma, inputSigma, rowsStep, colsStep, rFactor,upperBound

Zaključak

• Podešavanje boja – loše postavljen problem, mnogo algoritama

• Podešavanje svjetline – teško provjeravanje točnosti

• Retinex – vrlo dobar (i spor) algoritam za podešavanje boja i svjetline

• Moguće je brže postizanje vrlo sličnog učinka Retinex algoritma

• Bolji rezultati i brže izvođenje od ostalih nenadziranih metoda za podešavanje boje

70