專利名稱：色域適應的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及色域適應，特別涉及色域壓縮和色域擴展。
背景技術(shù)：
視頻信號通常根據(jù)固定基色組來定義，比如歐洲廣播聯(lián)盟(EBU)定義的那些固定基色組。最近，已經(jīng)開發(fā)了寬色域顯示器，其要么通過使用更飽和的基色(例如使用LED背光源)，要么通過在背光源中使用不止三種基色，能夠重現(xiàn)(reproduce)超出EBU三角形范圍的顏色。參見例如"High brightness direct LED-backlight for LCD-TV", by West,R.S. et al., in: SID03 Digest, pp. 1262-1265, May 2003; "Wide color gamutand high brightness assured by the support of LED backlighting in WUXGALCD-monitor,，， by Sugiura, H. et al., in: SID04 Digest, pp. 1230-1233, May2004; "Six-primary-color 23 inch WXGA LCD using six-color LEDs", bySugiura， H. et al., in: SID05 Digest， pp. 1124-1127, May 2005;以及"Spectrum Sequential LC-TV", by Jak, J丄J. et al., in: Proc. IDW05,December 2005。
因此，存在顏色處理算法的需求，利用所述算法，可以將進入的視頻信號映射為重現(xiàn)色域，使得這樣的新顯示器的更寬色域的潛力得到更好的利用。類似地，存在顏色處理算法的需求，利用所述算法，在輸入色域包含未包括在重現(xiàn)色域內(nèi)的顏色的情況下，可以將進入的視頻信號映射為重現(xiàn)色域。這例如是在傳統(tǒng)陰極射線管顯示器上再現(xiàn)(render)準備用于寬色域顯示的視頻信號時的情況。這也是在比如移動電話和P D A中見到的小色域顯示器上再現(xiàn)視頻或圖像時的情況。
EP0723364A2公開了 一種用于優(yōu)化強度和飽和度值的圖像增強方法。EP1443456A1公開了一種彩色圖像處理方法，該方法包括對于纟企測的飽和度小于預定閾值的像素降低飽和度，并且對于檢測的飽和度大于預定閾值的像素增強飽和度。然而，這兩種方法都涉及相同色域內(nèi)的圖像增強，而沒有利用新顯示器上可用的更大的重現(xiàn)色域。
根據(jù)顏色科學，眾所周知，應當如何將一組基色上表示的信號變換
6為另一組基色，以使得潛在的顏色信息得以保持。這種變換稱作比色映
射(colorimetric mapping)。此外，利用更寬色域的簡單直接的方法是
根本不進行顏色處理(甚至不進行比色映射)，并且只是使用定義在EBU
基色上用于顯示的相同驅(qū)動值。
EP1195983A2公開了一種具有用于彩度(chroma)增強的顏色校正查
找表的圖像處理裝置，該裝置在輸出系統(tǒng)色域?qū)捰谳斎胂到y(tǒng)色域的區(qū)域中
對輸入圖像信號中的希望的色點進行彩度增強處理，并根據(jù)輸入圖像信號
使用用于彩度增強的顏色校正查找表以進行希望的顏色校正。當希望的色
點接近非彩色時，用于彩度增強的顏色校正查找表不進行彩度增強處理。

發(fā)明內(nèi)容
具有用于色域適應的改進的顏色映射是有益的。為了更好地解決這 個問題，在本發(fā)明的第一方面，提供了用于通過將定義在第一色域(102) 內(nèi)的輸入圖像的輸入顏色(608 )變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)以 便由能夠再現(xiàn)在不同于第一色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色的重現(xiàn)設(shè) 備進行再現(xiàn)來實現(xiàn)色域壓縮或色域擴展的系統(tǒng)(600),輸入顏色具有 輸入色度(chromaticity) ( C,)和輸入明度(lightness )(丄)，二者 共同形成色度-明度平面中的輸入點(202),重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和 重現(xiàn)明度，二者共同形成色度-明度平面中的重現(xiàn)點(210)，其中輸入 明度和輸出明度之間的絕對差是至少色度的遞減函數(shù)，并且輸入色度和 輸出色度之間的絕對差是至少色度的遞增函數(shù)。
在色域擴展的情況下，改變明度以增加圖像的總體對比度，并且改 變色度以實現(xiàn)圖像的總體色度的提高。在色域壓縮的情況下，改變明度 以減少圖像的總體對比度，并且改變色度以實現(xiàn)圖像的總體色度的降 低。
對色度的依賴關(guān)系允許高色度顏色的色度提高/降低。低色度顏色的 色度大體上未改變，從而避免重現(xiàn)顏色看起來不自然。在低色度顏色的 色度改變不大的地方，通過施加對比度增強/降低，實現(xiàn)低色度顏色的所 需的色域擴展/縮減。所述變換更好地利用了可用于重現(xiàn)的顏色，從而增 強了色度和對比度，同時避免了看起來不自然的顏色。在使用不同重現(xiàn) 色域中可用顏色的兩種基本的可能性之間實現(xiàn)了折衷對比度增強/降低 和色度提高/降低。
7在一個實施例中，色度-明度平面的正色度軸以及連接輸入點和重現(xiàn)
點的線之間的角度(e)是至少輸入色度的連續(xù)函數(shù)。
該角度決定了明度的增加或減小與色度的增加或減小之比。對于其
中角度等于-90度或+90度的色度值而言，對比度增強/減小。對于其中 角度嚴格大于-90度并且嚴格小于+90度的色度值而言，色度提高。對于 其中角度嚴格大于+90度并且嚴格小于+270度的色度值而言，色度減 小。角度對色度的連續(xù)依賴關(guān)系保證了以觀察者感知為自然和令人滿意 的方式實現(xiàn)對比度增強和色度提高。為了方便起見，在此規(guī)定角度處于 -90到+270度的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，可以使用包含整個 360度圓的任何角度范圍來規(guī)定該角度。
在一個實施例中，該角度是至少輸入明度的單調(diào)遞增連續(xù)函數(shù)。角 度對輸入明度的單調(diào)遞增的依賴關(guān)系導致一致的對比度增強/降低。該依 賴關(guān)系的連續(xù)性確保更加自然、令人滿意的圖像。對于其中明度角度嚴 格遞增地依賴于明度并且角度處于-90度和+90度之間的范圍內(nèi)的明度 值而言，對比度增強。對于其中明度角度嚴格遞增地依賴于明度并且角 度處于+90度和+270度之間的范圍內(nèi)的明度值而言，對比度降低。
在一個實施例中，該角度是至少輸入明度的分段線性函數(shù)。該分段 線性依賴關(guān)系使得所述變換特別平滑，并且獲得令人滿意的圖像。
在一個實施例中，第二色域包含未包括在第一色域內(nèi)的顏色，并且 重現(xiàn)色度等于或大于輸入色度。這個實施例涉及色域擴展。如果重現(xiàn)色 度等于或大于輸入色度，那么所述角度將在-90度到+90度的范圍內(nèi)。在 一個實施例中，該角度在-P到+p的范圍內(nèi)，其中卩是至多90度的預定 的正值。
在一個實施例中，所述角度隨著輸入明度至少分段線性地變化。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)該分段線性關(guān)系提供了特別令人滿意的效果。它使得所述依賴關(guān) 系相對平滑。
在一個實施例中，所述角度的絕對值是至少輸入色度的單調(diào)遞減函 數(shù)。據(jù)發(fā)現(xiàn)，這種對色度的依賴關(guān)系本身以及和對明度的依賴關(guān)系的結(jié) 合是創(chuàng)建令人滿意的圖像的另 一個促進因素。所述角度的絕對值對輸入 色度的遞減依賴關(guān)系意味著，以對比度增強為代價，輸入色度值越高， 色度提高越多。
在一個實施例中，所述角度是至少輸入色度的至少分段線性函數(shù)。
8已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該分段線性關(guān)系提供了特別令人滿意的效果。它使得所述依 賴關(guān)系相對平滑。
在一個實施例中，所述角度依賴于色度的函數(shù)和明度的函數(shù)的乘 積?？梢韵鄬θ菀椎丶氄{(diào)兩個函數(shù)的乘積，因為它將對色度的依賴關(guān)系
與對明度的依賴關(guān)系分離開來。例如，所述明度的函數(shù)是在-90度到+90 度的范圍內(nèi)的分段線性遞增函數(shù)。例如，所述色度的函數(shù)是-1到1的范 圍內(nèi)的分段線性遞減函數(shù)。其他的設(shè)置是可能的，比如可以使用完全線 性函數(shù)或指數(shù)函數(shù)或多項式函數(shù)。
在一個實施例中，對于輸入色域內(nèi)的色度值上界而言，所述角度為 0。這允許對于已經(jīng)具有相對較大的色度的輸入顏色最大化地增加色度。 在角度為0的情況下，所述變換限于色度提高，并且不增強對比度?？?以例如通過確保所述角度為其乘積的函數(shù)之一為0,實現(xiàn)該角度為0。
在一個實施例中，存在輸入色度值，對于該輸入色度值，成立對 于預定明度值，所述角度為0;對于低于該預定明度值的輸入明度值， 所述角度為負值；并且對于高于該預定明度值的輸入明度值，所述角度 為正值。
這允許增強圖像的總體對比度，同時如果明度等于預定明度值，則 保持明度不變。例如，所述預定明度值相當于全明度的50%。
在一個實施例中，輸入點和重現(xiàn)點之間的距離是至少輸入色度的遞 增函數(shù)。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在確定對比度增強/降低和色度提高/降低的總量時， 色度起著重要的作用。對于相對較低的輸入色度值而言，顏色不應當改 變很多，而對于相對較高的輸入色度值而言，更大的變化使得圖像更令 人滿意。距離和輸入色度值之間的指數(shù)依賴關(guān)系提供了令人滿意的、平 滑的增強。
在 一 個實施例中，所述距離隨著連接輸入點和重現(xiàn)點的線與輸入色 域邊界的交點以及該線與重現(xiàn)色域邊界的交點之間的另外的距離而改 變。該另外的距離表示有多少空間可用于基于所述角度的對比度增強和 /或色度提高?？梢酝ㄟ^適當?shù)卣{(diào)節(jié)輸入顏色和重現(xiàn)顏色之間的距離以便 利用可用重現(xiàn)顏色的全部或預定子集來使用這個空間。在色域壓縮的情 況下，該另外的距離表示所需的對比度降低和/或色度降低的量。
在一個實施例中，輸入色域是在家用電視廣播信號中表示的顏色的 色域。所述方法適合于在現(xiàn)代顯示器上改善(傳統(tǒng))電視節(jié)目的再現(xiàn)，
9所述現(xiàn)代顯示器具有的重現(xiàn)色域包含輸入信號中不能獲得的顏色。
在一個實施例中，輸入顏色具有輸入色調(diào)并且重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色 調(diào)，所述輸入色調(diào)和重現(xiàn)色調(diào)基本上相同。據(jù)發(fā)現(xiàn)，如果色調(diào)被改變， 則使人不愉快。
一個實施例包括用于將預定輸入顏色映射為預定重現(xiàn)顏色的顏色 查找表，以及用于在查找表中查找對應于輸入顏色的重現(xiàn)顏色的裝置。 查找表是實現(xiàn)所述變換的一種有效方式。
在一個實施例中，使用RGB坐標空間在查找表中表示輸入顏色和/ 或重現(xiàn)顏色。RGB顏色空間經(jīng)常用于表示視頻和圖像數(shù)據(jù)。
一個實施例包括將定義在第一色域(102)內(nèi)的輸入圖像的輸入顏 色(608 )變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)以便由能夠再現(xiàn)不同于第 一色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色的重現(xiàn)設(shè)備進行再現(xiàn)，輸入顏色具 有輸入色度(C,.)和輸入明度(Z:) , 二者共同形成色度-明度平面中的 輸入點(202 ),重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色 度-明度平面中的重現(xiàn)點(210),其中輸入明度和輸出明度之間的絕對 差是至少色度的遞減函數(shù)，并且輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至 少色度的遞增函數(shù)。
一個實施例包括含有用于使得處理器執(zhí)行所述方法的指令的計算
機程序產(chǎn) 品O
一個實施例包括用于按照所述方式將輸入顏色映射為重現(xiàn)顏色的 查找表。
一個實施例包括彩色電禍3幾，其包含
用于接收具有笫一色域(102)內(nèi)的顏色的輸入圖像的輸入端(95, 96);
用于再現(xiàn)輸出圖像的顯示器(93),其中該顯示器能夠再現(xiàn)不同于 輸入色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色；以及
用于通過將輸入圖像的輸入顏色(608 )變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏 色(610)來實現(xiàn)色域壓縮或色域擴展的裝置(91, 92),輸入顏色具 有輸入色度(C,.)和輸入明度(丄:)，二者共同形成色度-明度平面中的 輸入點(202 ),重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色 度-明度平面中的重現(xiàn)點(210),其中輸入明度和輸出明度之間的絕對 差是至少色度的遞減函數(shù)，并且輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至
10少色度的遞增函數(shù)。
在一個實施例中，顯示器(93)包含LED背光源。 在一個實施例中，顯示器(93)包含用于再現(xiàn)不止三種基色的裝置。 一個實施例包括手持設(shè)備，其包含
用于接收具有第一色域(102)內(nèi)的顏色的輸入圖像的輸入端(95, 96);
用于再現(xiàn)輸出圖像的顯示器(93)，其中該顯示器能夠再現(xiàn)第二色 域(104)內(nèi)的顏色，其中第一色域包含未包括在笫二色域內(nèi)的顏色； 以及
用于通過將輸入圖像的輸入顏色(608)變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色 (610)來實現(xiàn)色域壓縮的裝置(91， 92)，輸入顏色具有輸入色度(c,) 和輸入明度(z;), 二者共同形成色度-明度平面中的輸入點(202),重現(xiàn) 顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色度-明度平面中的重現(xiàn)點 (210 )，其中輸入明度和輸出明度之間的絕對差是至少色度的遞減函數(shù)， 并且輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至少色度的遞增函數(shù)。


本發(fā)明的這些及其他方面將參照附圖進行進一步的闡釋和描述，其
中
圖l表示在CIExy色度圖中的輸入色域和重現(xiàn)色域的邊界； 圖2表示在色度-明度平面中的映射角度0的定義； 圖3表示在色度-明度平面中的擴展方向； 圖4表示擴展類型；
圖5表示擴展方向和擴展類型的結(jié)果； 圖6表示本發(fā)明的實施例的示意圖； 圖7表示本發(fā)明的實施例的示意圖；以及 圖8表示本發(fā)明的實施例的示意圖。
具體實施例方式
當前，通過使用不止三種基色或者通過將LED設(shè)置在用于電視應用 的背光源中，存在寬色域顯示器的趨勢。不久之后，對于移動應用可能 出現(xiàn)類似的發(fā)展。原則上，色域擴展算法可應用于其中顯示器能夠重現(xiàn)
ii超出視頻或靜止圖像數(shù)據(jù)色域之外的顏色的任何情況。許多視頻數(shù)據(jù)可
用于例如標準的EBU色域，并且在再現(xiàn)這種傳統(tǒng)一見頻數(shù)據(jù)時，色域擴展
算法允許更好地利用現(xiàn)代顯示器的顏色再現(xiàn)能力。
一個實施例提供了 一種色域擴展方法，該方法用于將視頻信號映射 到比輸入色域更寬的重現(xiàn)色域中。這對于新型寬色域顯示器而言是一種
有用的工具。該色域擴展方法在CIELab顏色空間中對信號明度和彩度進 行校正，但是不改變色調(diào)。在這個實施例中，彩度和明度校正(擴展方 向)之間的比值作為明度和彩度輸入坐標的函數(shù)而變化。由于對于亮和 暗的不飽和的顏色而言，增大了信號的對比度并且顯著地保持了彩度以 防止非彩色像素的不希望的彩色化，所以對比度增強和飽和度提高是平 衡的。另一方面，對于飽和像素而言，所述映射提高了彩度，從而最優(yōu) 地利用了新型顯示器的更好的顏色再現(xiàn)能力。
在本說明書中，利用其將顏色映射到包含輸入色域不存在的顏色的 重現(xiàn)色域中的顏色處理算法將稱為色域擴展算法(與利用其將顏色映射 到更窄色域的色域壓縮技術(shù)(比如用于移動顯示器)相反)。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應當理解，在此介紹的色域擴展算法可用作色域壓縮算法的基 礎(chǔ)。特別地，色域擴展算法的逆可用作色域壓縮算法。
根據(jù)顏色科學，眾所周知，應當如何將一組基色上表示的信號變換 為另 一組基色，以使得潛在的顏色信息得以保持(參見例如G. Wyszecki 等的"Color science: concepts and methods, quantitative data and formulae (2nd ed.) ，， J. Wiley & Sons, Inc., New York, 1982):
(RGB)2—nv(A2"AJ(RGB;h， ( 1 )
其中Ai和A2是3x3矩陣，其列分別含有輸入基色組和重現(xiàn)基色組的三刺 激值(X，Y,Z),并且RGB!和RGB2分別表示輸入基色組和重現(xiàn)基色組上 的視頻的驅(qū)動值。這樣的三刺激值(X,Y,Z)根據(jù)CIE XYZ顏色空間定 義(其中CIE表示國際照明委員會)是已知的。當輸入色域全部由更寬 的重現(xiàn)色域包圍時，輸出驅(qū)動值RGB2將總保持在
的有效范圍中， 并且不發(fā)生裁剪。然而，真彩色映射僅僅保持全部的顏色信息，但未利 用新型顯示器能夠重現(xiàn)的更飽和的顏色。
一種利用更寬色域的簡單直接的方法是完全不進行顏色處理(甚至 不進行比色映射)并且只是使用定義在EBU基色上用于顯示的相同驅(qū)動 值。當輸入和重現(xiàn)色域具有類似形狀時，這種簡單方法可以提供令人滿
12意的結(jié)果，但是在其他情況下，特別是在輸入和重現(xiàn)基色之間存在色調(diào) 差(如圖l所示)的情況下，它可能提供非常差的顏色再現(xiàn)。圖l示出了
具有x軸和y軸的示例性CIExy色度曲線圖。該曲線圖顯示了輸入色域102 和重現(xiàn)色域104。這些色域是代表人類觀察者能夠看見的顏色的色域106 的子集。
顏色處理算法的可能目標之一是修改知覺圖像屬性，比如明度、彩 度、色調(diào)或飽和度，使得顯示圖像的外觀令觀察者滿意。優(yōu)選地，在知 覺上有意義的顏色空間(比如CIELAB或CIELCh)中實現(xiàn)顏色處理分量
(component),在所述顏色空間中可以直接評價和修改這些屬性。在 研究顏色處理分量的顏色特性之后，可以通過在諸如RGB顏色空間之類 的另一顏色空間中實現(xiàn)它們，來最優(yōu)化它們。此外，為了保證擴展方法 僅僅產(chǎn)生可由目標重現(xiàn)設(shè)備顯示的顏色，可以使用根據(jù)所選顏色空間的 坐標的有關(guān)輸入和重現(xiàn)色域邊界的信息。如本領(lǐng)域中已知的，可以通過
(1 )對RGB數(shù)據(jù)立方體的外殼(hull)采樣，(2)使用輸入基色組和 重現(xiàn)基色組的色點將這些數(shù)據(jù)點變換為CIELab或CIELCh坐標以及(3 ) 執(zhí)行適當?shù)牟逯道桃杂嬎汜姌游恢弥g的色域邊界，來獲得上述邊界 信息。到CIELAB坐標(其他顏色空間坐標)的變換以及在這些及其他 顏色空間中的色域邊界的計算在許多文獻中都有記載，并且在本說明書 中將不進行詳細的討論。
在一個實施例中，色域擴展方法包含下列四個步驟
1. 將RGB輸入驅(qū)動值變換為CIELCh坐標明度、彩度和色調(diào) (L,C,H)。
2. 在LCh坐標中識別相關(guān)的輸入和輸出色域邊界。
3. 考慮輸入和重現(xiàn)色域邊界，進行明度和彩度信號的自適應色調(diào)保 持的擴展。
4. 將擴展后的LCh信號逆變換為用于顯示的RGB驅(qū)動值。 可以對多種顏色執(zhí)行這四個步驟，并且其結(jié)果可以保存在查找表
中，用于有效轉(zhuǎn)換視頻和圖像數(shù)據(jù)?？商鎿Q地，這四個步驟可直接用于 視頻和圖像數(shù)據(jù)。這個實施例保持了圖像色調(diào)，因而將問題簡化為明度 和色度坐標中的二維映射過程。
圖2示出了彩度-明度平面中的輸入顏色202的曲線圖。該曲線圖示出 了色度軸C和明度軸i;。該圖示出了輸入色域邊界204和輸出色域邊界
13206。還示出了擴展方向208。輸入和重現(xiàn)色域邊界的知識可用于色域擴 展算法中。映射分別具有明度和彩度坐標Z/,和C,的像素，首先包括計 算擴展方向e,隨后計算在該特定擴展方向上與輸入色域邊界的交點 (丄V^，C,.,附"J和與重現(xiàn)色域邊界的交點(Z/r,m。;c, G,附^)。這些色域邊 界坐標依次可用于設(shè)計適當?shù)?歸一化)傳遞曲線，所述傳遞曲線用于 確定適當?shù)臄U展量。這個過程防止了將像素映射到重現(xiàn)色域之外。
顏色的色域擴展可以表征為擴展方向和擴展類型的組合，顏色在所 述擴展方向上擴展，所述擴展類型決定沿著該擴展方向的擴展量。擴展
方向可以用角度e表示，其如圖2所示指示彩度-明度平面中的擴展方向。 在一個實施例中，彩度提高主要應用于飽和的輸入顏色，而不飽和 顏色的彩度大都被保持。其原因之一是自然物體通常顯示出低到中等的 飽和度，并且提高它們的色度容易產(chǎn)生不自然的圖像外觀。另一方面， 具有高飽和度的輸入顏色(例如諸如汽車、塑料玩具、動畫片之類的人 造物體)可被增強以獲得更加令人滿意的圖像。通過改變明度以有效地 允許對比度被增強，非彩色可以受益于額外可用的色域體積。簡而言之， 將用于低飽和度顏色的明度方向上的對比度增強映射與用于高飽和度 顏色的彩度提高相結(jié)合。
這可以通過計算作為明度和彩度坐標的函數(shù)的擴展角e來實現(xiàn)。例
如
^F(巧.F(C), (1)
其中f(x,和/Yq;表示擴展角的明度和色度相關(guān)調(diào)制。擴展方向角e以度 表示，并且是色度-明度平面中擴展方向和色度軸之間的角度。例如，f 可定義為
在上述等式中，Z/和C分別是輸入明度和彩度坐標，Z^,w和Ct^是用 戶定義的常數(shù)。按照等式2，擴展角e從-90度到+90度調(diào)制，對于丄*=丄*7^:
，c > c〗
14擴展角等于O度(色度擴展)，對于i;接近于0和100,擴展角等于90度。 按照等式3，對于低于Cm的色度，該角度隨著彩度的增加而線性減小， 對于高于Cm的色度，將角度設(shè)置為O度。
圖3示出了在丄^50并且C77^50的示例性情況下，等式(1) - (3) 的函數(shù)性態(tài)。應當指出的是，該圖僅僅示出了擴展方向，而且矢量全部 設(shè)為固定長度。實際上，擴展類型決定了矢量的長度(參見下文)。圖 3說明非彩色(低彩度坐標)的映射在明度方向上顯著變化，實際上表 示對比度增強。隨著彩度的增加，像素在彩度方向上遞增地映射，從而 增強了它們的飽和度。在色域壓縮的情況下，圖3的箭頭將指向它們各
自相反的方向。它們將指向i;軸而不是背離它。它們將表示色度減小而
不是色度增加，表示對比度降低而不是對比度增強。
圖2說明，對于給定的輸入顏色點202,可以找到擴展方向線208同 輸入色域邊界204的交點。類似地，可以找到擴展方向線208同重現(xiàn)色域 邊界206的交點。在給定擴展方向上確定色域邊界點的方法在本領(lǐng)域中 是已^口的，參見侈寸長口J. Morovic等的"Calculating medium and image gamut boundaries for gamut mapping", Col. Res. Appl,, 25, pp. 394-401, 2000。
一旦確立了所希望的擴展方向上的色域邊界點，那么可以按照通過 到對應色域邊界的距離而歸一化的傳遞曲線來表示擴展類型。通過將該 傳遞曲線設(shè)計成低彩度顏色的增強不及高彩度(飽和的)顏色，可以進 一步防止提高低彩度自然顏色的飽和度提高以及灰度像素的彩色化。這 可以例如通過對彩度和明度坐標使用指數(shù)增益函數(shù)來實現(xiàn)<formula>formula see original document page 15</formula>
其中l(wèi)V c,和"還表示輸入明度、彩度和色調(diào)坐標，丄v g和仏表示重
現(xiàn)(輸出)LCH坐標，而lA附。;c、 C,>ax、 Z^，附^和C;,;^分別對應于輸入 色域邊界坐標和重現(xiàn)色域邊界坐標(參見圖2)。因為色調(diào)的改變經(jīng)常 使得觀察者非常厭煩，所提出的顏色映射算法保持了像素的色調(diào)。圖4 示出了由等式(4)定義的擴展類型。該圖說明等式(4)有效地表示線 性擴展(等式(4)右側(cè)第一項)和比色(無擴展)映射(等式(4)右側(cè)第二項)之間的自適應混合。結(jié)果，自然的不飽和(低彩度)顏色擴 展更小的距離，而飽和(高彩度)顏色擴展更長的距離。使用可替換的 傳遞曲線(例如分段線性或多項式函數(shù))可以實現(xiàn)類似的效果。
圖5通過箭頭說明了擴展方向和擴展類型的組合效果。該圖示出了 L*mid=50, C^=50, 丫=2的示例性情況。每個箭頭的方向?qū)跀U展方向， 每個箭頭的長度對應于在其上按照擴展類型映射顏色的距離。該圖也示 出了輸入色域邊界402 (其中C,/C^ox =1)和重現(xiàn)色域邊界404 (其中 G/C呻似=1 )。在這個實例中，輸入和重現(xiàn)色域邊界在C咱處重合。由 于這個原因以及擴展方向接近l/軸，因而沒有用于顏色拉伸的空間，導 致在該區(qū)域中出現(xiàn)很少的擴展或者不出現(xiàn)擴展。該圖還示出，對于更接 近輸入色域邊,界402的坐標擴展量增加。在重現(xiàn)色域邊界404和輸入色域 邊界402之間沿著擴展方向的距離更大的情況下，即凈空(headroom) 更大，則擴展量也更大。對于C〉C77/,擴展方向0=0，其表示明度保持恒 定。這留下大部分空間用于增加彩度，從而積極使用了重現(xiàn)設(shè)備上可用 的更飽和的基色。在其中輸入和重現(xiàn)色域邊界不在0=0處重合的其他情 況下，更多的對比度增強將應用到低彩度顏色。
圖6示出了本發(fā)明的一個實施例。該實施例包含系統(tǒng)600，用于將定 義在第一色域內(nèi)的輸入顏色608變換為重現(xiàn)顏色610，以便由能夠再現(xiàn)第 二色域內(nèi)的顏色的重現(xiàn)設(shè)備進行再現(xiàn)。第二色域包含未包括在第 一 色域 內(nèi)的顏色。在框602中提供輸入顏色。該輸入顏色具有輸入色度和輸入 明度，二者共同形成色度-重現(xiàn)平面中的輸入點。在框606中，重現(xiàn)顏色 作為具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度的輸出而被提供，所述重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明 度共同形成色度-重現(xiàn)平面中的重現(xiàn)點。這些顏色不必在物理上以明度、 色度和/或色調(diào)的形式來表示，而是可以以任何可用的或?qū)嶋H的坐標系統(tǒng) 進行表示，所述坐標系統(tǒng)比如RGB坐標系統(tǒng)。例如，可以-使用PAL、 SECAM或NTSC輸入信號。還可以使用數(shù)字—見頻信號。優(yōu)選地，使用支 持比與輸入信號相關(guān)聯(lián)的色域具有更多顏色的色域的輸出信號坐標系 統(tǒng)。
在框604中，計算或查找對應于輸入顏色的重現(xiàn)顏色，其中色度平 面的色度軸與連接輸入點和重現(xiàn)點的線之間的角度取決于輸入明度。將 該重現(xiàn)顏色轉(zhuǎn)發(fā)到框606。可以例如通過使用查找表，同時沖丸行輸入和 重現(xiàn)坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，在所述查找表中，輸入顏色和輸出顏色以不
16同的坐標系統(tǒng)表示?？商鎿Q地，可以在框602中將輸入顏色變換到中間 坐標系統(tǒng)，比如CIELCh坐標系統(tǒng)。在框604中，使用該中間坐標系統(tǒng)寺丸 行色域擴展算法。然后，在框606中，將得到的重現(xiàn)顏色的顏色坐標變 ^:到重現(xiàn)顏色坐標系統(tǒng)。
圖7示出了本發(fā)明的一個實施例?？?00接收輸入顏色708并將其變 換為重現(xiàn)顏色710。在框702中，如上所述計算擴展方向。在框704中， 確定沿著擴展方向與輸入色域邊界的交點，并且確定沿著擴展方向與重 現(xiàn)色域邊界的交點。使用這些交點以及它們之間的距離，如上所述計算 擴展量。在框706中，根據(jù)輸入顏色、擴展方向和擴展量，計算重現(xiàn)顏 色?？?00可用于計算顏色查找表中的值。它還可以用于例如直接變換 圖像或視頻數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的顏色值。
雖然已經(jīng)針對色域擴展的實例闡釋了這些實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以修改這些實施例，從而實現(xiàn)色域收縮而不是色域擴展。比如， 當經(jīng)過優(yōu)化的用于在寬色域顯示器上再現(xiàn)的視頻數(shù)據(jù)在不能再現(xiàn)該視 頻數(shù)據(jù)中的全部顏色的傳統(tǒng)CRT顯示器上進行再現(xiàn)時，出現(xiàn)這種收縮。 在那種情況下，可進行相反的處理操作，從而在傳統(tǒng)顯示器上顯示令人 滿意的結(jié)果。
所述系統(tǒng)和方法可以以顯示器的硬件、固件或軟件驅(qū)動程序的形式 實現(xiàn)，所述顯示器比如計算機監(jiān)視器、電視機或手持設(shè)備(例如移動電 話、PDA)的顯示器等，但是所述系統(tǒng)和方法也可以實現(xiàn)為圖像增強(軟 件)程序包的一部分。該系統(tǒng)還可以包括在攝像機中。
圖8表示了本發(fā)明的 一個實施例。該實施例可以在計算機監(jiān)視器、 電視機或手持設(shè)備(例如移動電話、PDA)的顯示器中實現(xiàn)。該圖示出 了通信端口95,比如到因特網(wǎng)的連接，用于與數(shù)字內(nèi)容提供商進行連接。 通信端口95還可以連接到天線、衛(wèi)星接收器或有線電^L網(wǎng)。還可以從例 如DVD或CD之類的介質(zhì)96處獲得內(nèi)容。該內(nèi)容包含彩色圖像和/或彩色 視頻數(shù)據(jù)。通過端口95或介質(zhì)96接收的內(nèi)容由處理器92處理。裝置97是 包含硬件和/或軟件元件的單元，其被設(shè)置用于將接收的數(shù)字內(nèi)容中的顏 色從第一色域變換到對應于顯示器93的性能的第二色域。這可以例如通 過保存在存儲器91中的查找表來實現(xiàn)。處理器92控制數(shù)據(jù)流，并且可以 被設(shè)置成執(zhí)行存儲在裝置97中的指令。使用顯示器93將結(jié)果顯示給用 戶。顯示器93比如包含LED背光源和/或能夠再現(xiàn)不止三種基色?？梢蕴?br> 17供用戶輸入端94,以便從用戶處獲取選擇待再現(xiàn)內(nèi)容的命令。
應當理解的是，本發(fā)明還擴展到計算機程序，特別是載體上或載體 中的計算機程序，其適合于實施本發(fā)明。所述程序可以是源代碼、目標 代碼、源代碼和目標代碼之間的中間代碼(比如經(jīng)過部分編譯的形式) 的形式，或者是適用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的任何其他形式。所述載 體可以是能夠攜帶所述程序的任何實體或設(shè)備。例如，該載體可以包括 存儲介質(zhì)，比如CDROM或半導體ROM之類的ROM,或者諸如軟盤或硬 盤之類的磁記錄介質(zhì)。此外，該載體可以是可傳輸?shù)妮d體，比如電信號
i所述:序包;在這種:^中時:、該載體可以、由i種纜線;其他設(shè)備或
裝置構(gòu)成?？商鎿Q地，該載體可以是其中嵌入了所述程序的集成電路， 該集成電路適用于執(zhí)行相關(guān)方法或供相關(guān)方法所用。
應當指出的是，上述實施例說明了而不是限制了本發(fā)明，并且本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，能夠設(shè)計出許多可 替換的實施例。雖然已經(jīng)在這些實施例中詳細地討論了色域擴展，但是 應當指出的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當清楚如何改變這些實施例來獲得色 域壓縮。
在權(quán)利要求中，置于括號內(nèi)的任何附圖標記都不應當被視為對權(quán)利 要求的限制。動詞"包括"及其變化形式的使用不排除存在權(quán)利要求中未 列出的其他元件或步驟。元件之前的冠詞"一"不排除存在多個這樣的元 件。本發(fā)明可以通過包含若干不同元件的硬件以及通過經(jīng)過適當編程的 計算機來實現(xiàn)。在列舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的一 些可以由同 一硬件項來實現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中陳述某些技 術(shù)措施這一事實并不表示這些技術(shù)措施的組合不能加以利用。
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權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)(600)，用于通過將定義在第一色域(102)內(nèi)的輸入圖像的輸入顏色(608)變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)以便由能夠再現(xiàn)不同于該第一色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色的重現(xiàn)設(shè)備進行再現(xiàn)來實現(xiàn)色域壓縮或色域擴展，所述輸入顏色具有輸入色度(Ci)和輸入明度(Li*)，二者共同形成色度-明度平面中的輸入點(202)，所述重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色度-明度平面中的重現(xiàn)點(210)，其中所述輸入明度和輸出明度之間的絕對差是至少所述色度的遞減函數(shù)，并且所述輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至少所述色度的遞增函數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述色度-明度平面的正色度軸與連接所述輸入點和重現(xiàn)點的線之間的角度(e)是至少所述輸入色度的連續(xù)函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述角度是至少所述輸入明度的單調(diào)遞增連續(xù)函數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述角度是至少所述輸入明度的分段線性函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述第二色域包含未包括在所述第一色域內(nèi)的顏色，并且所述重現(xiàn)色度等于或大于所述輸入色度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述角度在-P到+J3的范圍內(nèi)，其中卩是至多90度的預定的正值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述角度的絕對值是至少所述輸入色度的單調(diào)遞減函數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述角度是至少所述輸入色度的至少分段線性函數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述角度取決于所述色度的函數(shù)和所述明度的函數(shù)的乘積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中對于所述輸入色域內(nèi)的色度值上界，所述角度為0。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中存在輸入色度值，對于該輸入色度值，成立對于預定明度值，所述角度為0;對于低于該預定明度值的輸入明度值，所述角度為負值；并且對于高于預定明度值的輸入明度值，所述角度為正值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述輸入點和重現(xiàn)點之間的距離是至少所述輸入色度的遞增函數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述距離取決于所述色度的指數(shù)函數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述距離取決于連接所述輸入點和重現(xiàn)點的線與所述輸入色域邊界的交點以及該線與所述重現(xiàn)色域邊界的交點之間的另外的距離。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述輸入色域是在家用電視廣播信號中表示的顏色的色域。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述輸入顏色具有輸入色調(diào)并且所述重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色調(diào)，所述輸入色調(diào)和重現(xiàn)色調(diào)基本上相同。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，包含用于將預定輸入顏色映射為預定重現(xiàn)顏色的顏色查找表，以及用于在該查找表中查找對應于所述輸入顏色的重現(xiàn)顏色的裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求的17的系統(tǒng)，其中使用RGB坐標空間在所述查找表中表示所述輸入顏色和/或重現(xiàn)顏色。
19. 一種方法，通過將定義在第一色域(102)內(nèi)的輸入圖像的輸入顏色(608)變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)以便由能夠再現(xiàn)不同于該第一色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色的重現(xiàn)設(shè)備進行再現(xiàn)來實現(xiàn)色域壓縮或色域擴展，所述輸入顏色具有輸入色度(C,.)和輸入明度(),二者共同形成色度-明度平面中的輸入點(202),所述重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色度-明度平面中的重現(xiàn)點(210)，其中所述輸入明度和輸出明度之間的絕對差是至少所述色度的遞減函數(shù)，并且所述輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至少所述色度的遞增函數(shù)。
20. —種包含指令的計算機程序產(chǎn)品，所述指令使得處理器通過將定義在第一色域(102)內(nèi)的輸入圖像的輸入顏色(608)變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)以便由能夠再現(xiàn)不同于該第一色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色的重現(xiàn)設(shè)備進行再現(xiàn)來實現(xiàn)色域壓縮或色域擴展，所述輸入顏色具有輸入色度(C,.)和輸入明度(JL: ) , 二者共同形成色度-明度平面中的輸入點(202),所述重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色度-明度平面中的重現(xiàn)點(210)，其中所述輸入明度和輸出明度之間的絕對差是至少所述色度的遞減函數(shù)，并且所述輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至少所述色度的遞增函數(shù)。
21. —種查找表，用于通過將定義在第一色域(102)內(nèi)的輸入圖像的輸入顏色(608)映射為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)以便由能夠再現(xiàn)不同于該第一色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色的重現(xiàn)設(shè)備進行再現(xiàn)來實現(xiàn)色域壓縮或色域擴展，所述輸入顏色具有輸入色度(C,.)和輸入明度(丄)，二者共同形成色度-明度平面中的輸入點(202),所述重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色度-明度平面中的重現(xiàn)點(210),其中所述輸入明度和輸出明度之間的絕對差是至少所述色度的遞減函數(shù)，并且所述輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至少所述色度的遞增函數(shù)。
22. —種彩色電視^幾，包括用于接收具有第一色域(102)內(nèi)的顏色的輸入圖像的輸入端(95，96);用于再現(xiàn)輸出圖像的顯示器(93),其中該顯示器能夠再現(xiàn)不同于所述第一色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色；以及用于通過將輸入圖像的輸入顏色(608)變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)來實現(xiàn)色域壓縮或色域擴展的裝置(97),所述輸入顏色具有輸入色度(c,)和輸入明度(z;) ， 二者共同形成色度-明度平面中的輸入點(202 )，所述重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色度-明度平面中的重現(xiàn)點(210)，其中所述輸入明度和輸出明度之間的絕對差是至少所述色度的遞減函數(shù)，并且所述輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至少所述色度的遞增函數(shù)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的彩色電視機，其中顯示器(93)包含LED背光源。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22的彩色電視機，其中顯示器(93)包含用于再現(xiàn)不止三種基色的裝置。
25. —種手持設(shè)備，包括用于接收具有第一色域(102)內(nèi)的顏色的輸入圖像的輸入端(95,96);用于再現(xiàn)輸出圖像的顯示器(93),其中該顯示器能夠再現(xiàn)第二色域(104)內(nèi)的顏色，其中所述第一色域包含未包括在所述第二色域內(nèi)的顏色；以及用于通過將輸入圖像的輸入顏色(608)變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)來實現(xiàn)色域壓縮的裝置(97)，所述輸入顏色具有輸入色度(C,)和輸入明度(), 二者共同形成色度-明度平面中的輸入點(202),所述重現(xiàn)顏色具有重現(xiàn)色度和重現(xiàn)明度，二者共同形成色度-明度平面中的重現(xiàn)點(210),其中所述輸入明度和輸出明度之間的絕對差是至少所述色度的遞減函數(shù)，并且所述輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至少所述色度的遞增函數(shù)。
全文摘要
一種系統(tǒng)(600)，通過將定義在第一色域(102)內(nèi)的輸入圖像的輸入顏色(608)變換為輸出圖像的重現(xiàn)顏色(610)以便由能夠再現(xiàn)不同于第一色域的第二色域(104)內(nèi)的顏色的重現(xiàn)設(shè)備進行再現(xiàn)來實現(xiàn)色域壓縮或色域擴展。所述輸入顏色具有輸入色度(C_i)和輸入明度(L_i^*)，二者共同形成色度-明度平面中的輸入點(202)。所述重現(xiàn)顏色具有色度-明度平面中的重現(xiàn)點(210)，其中所述輸入明度和輸出明度之間的絕對差是至少所述色度的遞減函數(shù)。所述輸入色度和輸出色度之間的絕對差是至少所述色度的遞增函數(shù)。
文檔編號H04N1/60GK101543039SQ200780043550
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月23日
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