园林景观布局中的色彩智能匹配方法

侯爱平， 徐鹏

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司）

1 工程概况

高铁城市公园二期项目位于我国成都市成华区，具体地理位置在迎晖路与成洛大道之间，与三环路成渝立交毗邻，位于高速铁路东及东三环路西。本项目总规划用地面积271348.77m2。其中，建筑基底面积13379.198m2，绿地面积198005.852m2，道路广场面积48904.72m2，运动场地面积6010m2，停车场面积6048.41m2；人均用地指标40m2/人，公园游玩人员不超过6650人。

2 生态园林景观图像增强的概述与方法

2.1 图像增强概述

图像增强指的是将原本陈旧的或者不清晰的图像通过利用图像增强技术使其变得更加清晰可见，是提升图像的识别效果的一种方法[1]。

2.2 图像增强方法

空间域法是目前一种最可靠、最准确的园林景观图像增强方法，空间域法又可以细化为平均值法和中值滤波法，可去除图像中的阴影，再利用技术手段识别陈旧图像，使图像具有更高的视觉效果。在具体的图像增强过程中，工作人员无需分析导致图像质量差的原因，因为经过图像增强后的图像基本与原来的图像一致。其中，空域算法指的是对图像进行灰度级的处理，而频域算法指图像变化范围内数值的修正过程，是一种间接图像增强处理方法。

2.3 图像获取与处理

①首先，从反射光和入射光提取若干子模块，通过高斯函数反馈入射光，利用其中的重叠平移子模块，计算图像入射分量。反射光指的是反射光与直接照射被射体的直射光相对，经过天花板、墙壁或者物体表面反射的光，再照射到被摄体表面的光称之为反射光；入射光指的是照射到发生反射或折射临界面上的光线[2]。

②其次，消除园林景观图像中的入射光，可以获取反射光，再借助计算机辅助技术完成图像增强处理，提高人工图像色彩识别效率，确保园林景观色彩匹配准确性。

③再次，借助Retimes 原理，假设园林景观是由反射光和入射光构成的，代入公式（1），获得园林景观图像。

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

④最后，去除图像入射分量，并代入公式（2）计算增强图像处理。

式（2）中：T(x,y)为景观图像；F(x,y)为园林景观图像的对数；loglow(x,y)为入射分量。

3 园林景观布局色彩智能匹配方法

3.1 特征提取

将经过增强后的图像通过计算机辅助技术上传至色彩空间（r、b、g）中，将分量分为128 种4 种、4 种和8种不同的色彩，再将景观图像分为N × N的子模块，整合子模块色彩像素频度，将其中像素最高的子模块作为园林景观布局的参照物，再根据子模块的关联程度将图像划分为4 个连通域，假设Parti代表连通域，其i代表1，2，3…。

表1 3种不同园林色彩智能匹配耗时测试结果 （单位：S）

为更好地体现园林景观的色彩特征，需要根据本工程项目的实际情况合理计算出图像连通子区域的色度矩，再将色度矩利用计算机技术转化成二维色度空间。由此，可准确计算出各个子模块色度矩，以此获得园林景观图像。但是，由于色度矩是通过园林景观彩色特征获得的，所以还需要以区域特征为载体。这样一来，将会更加有利于提取、体现园林景观布局的色彩特征。

rbg色彩空间可通过以下公式表示：

式（3）中：R为色彩连通区域红色分量；B为色彩连通区域蓝色分量；G 为色彩连通区域绿色分量；k为与0相近的常数。

将rgb色彩转化成二维空间，通过公式（4）表示：

由于(rg,yb)最能满足人们的视觉，可以暂时将其作为园林景观的初始色度空间，再根据色度空间继续优化和完善不同于其他的像素和色度矩，后根据H(x),H(x)对各个区域进行叠加，以此获得园林景观布局色彩匹配方法

式（5）中：Dmn为权系数；rg(p)和yb(p)为色度空间存在值；为多项式。

3.2 智能匹配

3.2.1 色彩的统一与变化

在园林景观布局中，色彩的统一与变化是十分重要的环节，为了营造出和谐与自然的园林景观，需要在布局中保持几种主色调，实现色彩的统一。同时，运用其他的颜色进行点缀，增加层次感。

3.2.2 色彩的对比与调和

在园林景观布局中，通过色彩的对比与调和，可以创造出更加丰富多彩的色彩效果。对比指将不同颜色、不同明度和不同纯度的植物色彩种植在一起，形成鲜明的对比，以此产生强烈的视觉冲击感。

3.2.3 色彩的节奏和韵律

在园林景观布局中，色彩的节奏和韵律也是体现园林景观美感的重要手段之一。节奏是植物色彩重复、排列而形成的秩序感；韵律指的是通过植物色彩的起伏与变化形成的韵律感。通过节奏与韵律的应用，可以使园林景观更加的富有活力和生命力。

3.2.4 植物的特点与习性

灰度园林景观图像匹配过程中，因受相容性、极线以及观察能力的影响和限制，为确保园林内部植物色彩得以正确应用，需要根据植物的特点、生长习性来确定基准点颜色差异最小点，缩小园林景观基准点与最佳匹配点的色差。

像素灰度差平方和(Δk)与色差因子的积可以更好地体现园林景观色彩智能匹配效果，使得园林景观色彩匹配更具约束性，通过公式（6）表示：

如果色差因子为最小值时，色差因子是园林景观最佳的匹配点，可满足上述公式（6）的要求。

在对本项目园林景观布局中，匹配点和基准点之间的颜色差异如果无法满足园林景观智能匹配相关要求或者标准时，要想获得更加理想的色彩智能匹配效果，还需要更进一步确定色彩相似度的范围。通过精心调整色彩的明度、饱和度可以有效缩小植物色彩之间的差异，使不同植物之间的过渡更加和谐与自然。

3.3 注意事项

3.3.1 注意整体色调统一

园林景观色彩智能匹配，色调必须要统一，色彩设计要有主次之分。纵观大部分园林景观色彩布局多以深浅不一的绿色为主色调，另以铺装、山体颜色作为点缀色穿插其中。其实，不论是哪一种颜色作为主色调，都应将植物和其他景观元素放在同样位置，以此进行色彩构图，使其与周围的建筑相呼应。

3.3.2 注意中间色过渡

园林景观色彩匹配工作中，当某一种色彩趋于饱和时，就会出现过于单调又或者是对比过强的效果。此时，可以通过运用无色彩的白、灰、黑作为中间色过渡，使色彩更加丰富。

3.3.3 注意点、线、面的合理运用

园林景观由多个空间共同构成，各个空间之间有紧密联系。所以，在色彩匹配环节可通过利用黄杨球、灌木带、树群作为点、线、面串联在各个空间，表现园林景观内景物的动、静、强、弱、刚和柔，使园林景观更具节奏感和韵律感。

4 实验结果与效果分析

为更好地验证园林景观布局色彩智能色彩匹配方法的合理性与科学性，还需要根据生态园林景观布局色彩智能匹配方法（方法1）、基于MSCR与CSLBP 的色彩匹配方法（方法2）以及基于树形动态规划与色彩权值的色彩匹配方法（方法3），对其匹配方法的合理性与科学性进行验证，不同匹配方法下的本项目C区园林景观布局智能匹配效果如图1所示。

图1 C区原效果图与现效果图的对比

通过比较方法1和方法2，得出：方法1中的园林景观色彩智能匹配效果更加理想，色彩的相似度更高，可以获得理想的园林景观色彩匹配效果。同时，为保证匹配效果与工程项目实际情况一致，本文又对3种不同验证方法的匹配耗时进行测试（见表1）。

通过表1 可以看出，通过以上5 次迭代，园林景观色彩匹配过程耗时最短，根本原因在于方法1 运用了Retinex 理论，对园林景观图像进行了增强处理，帮助相关人员在最短的时间内缩短色彩匹配时间，提升色彩匹配效率。另外，方法2 耗时较方法1长一些；方法3耗时最长。

方法1 既缩短了园林景观色彩的匹配时间，又提升了匹配的效率，所以验证方法1 的时效性显得尤为重要。因此，对3 种不同方法的匹配合理性进行反复测试，测试结果如表2所示。

表2 3种不同方法验证方法的匹配精度测试（单位：%）

通过表2 可以看出：以上5 次迭代中，方法1 的匹配效果最理想，这是因为方法1 在色彩的匹配过程中运用了色彩相似度，可准确地通过园林景观本身的图像获得更真实的色彩匹配，保证园林景观色彩匹配的科学性与合理性[4]。

5 结语

综上所述，相比于MSCR、CS 色彩匹配、树形动态规划与色彩权值的园林景观色彩匹配方法，本工程项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，可切实提升园林景观布局视觉效果。