О количественной оценке малых цветовых различий на цифровых изображениях

Abstract

Рассматриваются особенности использования и возможности, предоставляемые трёхцветными колориметрами или цифровыми камерами, в задачах выявления малых цветовых различий методами компьютерного зрения. Экспериментально выявлена спектральная зависимость полных цветовых различий между парами монохроматических стимулов, цвет которых не различается визуально. Создана экспериментальная установка на основе монохроматора УМ-2, с помощью которой экспериментально построен цифровой атлас монохроматических стимулов с шагом 1 нм. Атлас служит для тестирования цветового охвата и цветоразличения камер. Экспериментально показано, что в видимом спектральном диапазоне величину цветового различия в 3 единицы обнаруживают пары стимулов, расположенные по спектру неравномерно и отличающиеся по длинам волн от 1 до 6 нм. Возможности компьютерного зрения тестируются на примерах выявления дописок при технико-криминалистической экспертизе документов. Разработан новый алгоритм для обнаружения и количественной характеризации цветового различия в дописках по цифровому фотоизображению сделанной надписи. Объективный анализ изображения предлагается разделить на блоки цветовой сегментации и оценки цветового тона и цветового различия. В такой постановке блок цветовой сегментации выполняет функции предобработки, задавая карту границ разноокрашенных классов для последующих вычислений. Метод Оцу оптимального глобального порогового преобразования впервые применён к задаче сегментации изображения по насыщенности цвета. Апробация алгоритма подтвердила его эффективность в решении экспертных задач цветоразличения. We discuss aspects of the use and possibilities provided by three-color colorimeters or digital cameras in problems of detecting small color differences by computer vision methods. The spectral dependence of the total color differences between pairs of visually indiscernible monochromatic stimuli is experimentally revealed. An experimental setup based on the UM-2 monochromator is created for producing a digital atlas of monochromatic stimuli at 1-nm increments. The atlas serves to test the color gamut and color differentiation of cameras. It is experimentally shown that in the visible spectral range a color difference of 3 units is detected by pairs of stimuli that are unevenly distributed across the spectrum and differ in wavelengths from 1 to 6 nm. The capabilities of computer vision are tested on the examples of identifying additional texts during a technical and forensic examination of documents. A new algorithm is developed for finding and quantitatively characterizing color difference of inserts based on a digital image of the inscription. In the algorithm, the objective analysis of the image is divided into a block of color segmentation and that of color tone and color difference assessment. With such an approach, the color segmentation block performs preprocessing functions, making a border map for the classes with different colors for the subsequent calculations. The Otsu method of optimal global threshold transformation is for the first time applied to a problem of image segmentation by color saturation. The trial of the algorithm confirms its efficiency in the solution of expert tasks.