耦合色域映射与色貌变换的地图色彩管理方法研究

The color of a map is the important vision language which used to describe information such as property, grade, magnitude and spatial distribution. The device-dependence and environment-dependence of map color would cause color losses and color deviation when the map is transported or displayed cross different media. As a result, the availability and service quality of the map would be decreased, and wrong geographic information can even be transmitted to the users. This research starting from the analysis of map color gamut's features will build up a model to describe the map color gamut. A bidirectional mapping model between the map color gamut and device color gamut and a global optimal method will also be brought up. All these are to solve the device-dependence problem of the map color. On the other hand, in order to solve the environment-dependence problem of map color, we will analyze the relationship between the map color appearance and the map symbol, and that among mapping objects geometric shape, spatial distribution and map spatial frequency by doing map color appearance experiment. We will also structure an accurate color appearance model for the map through studying chromatic adaptation transformation concerning symbolic and spatial characteristic and calculation of the color attributes. In addition, a whole color management method for the map will be put forward and tested in the face of diverse media, different display environment, coupling color gamut mapping and color appearance transformation. In a word, this research will provide new theories and methods for the transmission and reproduction, transmission consistency and variation predictability of map color.

色彩是地图用于描述属性、等级、数量、空间分布等信息的重要视觉语言。色彩的设备相关性、环境相关性特点导致地图在跨承载介质、读图环境传输时极易出现色彩丢失、色彩变异现象，进而降低地图可用性与服务质量，甚至传输错误的地理信息。本课题从解析地图色域特征出发，构建地图色域描述模型，设计地图色域与设备色域双向映射模型及其全局最优求解方法，解决地图色彩设备相关性问题；通过地图色貌实验解析地图色貌与地图符号，制图对象几何形态、空间分布以及地图空间频率之间的关系，研究顾及符号特征与空间特征的色适应变换、色彩感知属性计算方法，构建精确的地图色貌变换方法，解决地图色彩环境相关性问题；面向多元化的承载介质、差异化的读图环境，耦合色域映射与色貌变换，提出完整的地图色彩管理方法并进行实验分析。本课题为地图色彩传输与再现、地图色彩传输一致性、地图色彩变异可预见性等研究与应用提供新的理论与方法。

色彩作为一种视觉变量，可以提高地图可读性和美学质量。从符号学的角度，色彩还用于表达定性与定量的地理信息。用色彩编码的地理信息通过在不同的承载介质上制图来进行信息传播。读者也往往会在不同的背景、照明等读图环境下获取地理信息。常用的承载介质包括液晶显示器，投影仪以及彩色打印机等。理想情况下，地图在不同承载介质上传播，所呈现的颜色应该保持一致，以保证地图的可读性，同时保证用色彩编码的地理信息能够高保真的传递。一方面，由于地图承载介质的呈色原理不一样，能够展现的色彩范围（色域）不一致。人类的色彩感受还是环境相关的。另一方面，制图方法不同，也导致地图本身的色域范围也是变化的。地图色域和设备色域往往是不一致的。颜色的设备相关性和环境相关性导致地图在跨媒界传播时，不在设备色域范围内的地图颜色会出现颜色丢失或者变形。颜色在不同读图环境下也会表现出不同的色彩感受。这种情况下，地图可读性降低，而且所编码的地理信息将会被错误的传递。现有“设备到设备”的色彩管理以及“图像内容相关”的色彩管理方法，尚无法解决地图跨媒介传输时的颜色丢失与变形问题。本课题从解析地图色域特征出发，采用统计分析与回归分析等，定量分析地图色域的空间分布特征、维度特征。针对颜色的设备相关性问题，提出了一种基于SOM神经网络的色域映射方法。针对颜色的环境相关性问题，提出了一种改进的色貌模型，能够提高色貌的预测能力。在地图色域映射与色貌变换研究的基础上，面向多元化的承载介质、差异化的读图环境，耦合色域映射与色貌变换，提出完整的地图色彩管理方法并进行了实验分析。将本课题方法与ICC色彩管理方法进行了对比，结果表明本课题方法能够很好的保持地图整体色差，能够提高电子地图颜色复制精度。本课题为地图色彩传输与再现、地图色彩传输一致性、地图色彩变异可预见性等研究与应用提供新的理论与方法。