專利名稱：一種色域擴展系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及顯示領域，尤其是顯示領域的色域擴展技術。
背景技術：
大色域顯示設備能顯示比原有顯示設備更多的色彩內容，如更深的紅 色。然而現有影像色彩標準和采用這些色彩標準的視頻內容的色域較小，所
示能力不能得以充分體現。
一種可行的解決方案是釆用色域擴展技術，即將原有色彩標準規(guī)定的色 域映射到大色域顯示設備的色域?，F有技術中實現這種色域擴展的常用方法 是采用三維查找表和插值相結合的技術，這也是色彩管理標準流程中重要的 步驟。根據這種方法，色彩顯示效果主要取決于三維查找表的規(guī)格和表中數
據，以及所采用的插值方法；色彩管理系統(tǒng)可以有多個三維查找表，每個查 找表對應一個色域擴展方案，用戶根據自己的需要從中選擇一個色彩顯示效 果?；谌S查找表和插值的色域映射方法雖然具有開放性和一定的靈活 性，但是同時也存在以下的不足1)因為色彩顯示效果的種類與三維查找 表的個數一致，由于三維查找表的個數是有限的，并且考慮到成本，也不會 設置過多，所以用戶對色彩顯示效果的選擇限定于有限的幾種效果，無法達 到連續(xù)調節(jié)的目的；2)通用性不高，即一種顯示設備對應的所述查找表數 據不能很好地適用于另一種顯示設備；3)要占用大量用于存放所述查找表 數據的存儲器資源，從而提高了硬件成本；4)而且，就色域擴展來說，用 戶對色彩擴展效果的感受主要取決于用戶對喜好色的偏愛，這種偏愛是因人 而異的，有限的幾個所述查找表難以滿足各類人群的這種偏愛?？傊捎?基于三維查找表和插值的色域映射方法在自由度、通用性、硬件成本問題上 并沒有被很好地解決。
另外，雖然不少現有顯示設備設有飽和度調節(jié)裝置和方法，但其定義的 飽和度主要是基于矩陣變換的色差信號，如YCbCr信號將RGB顏色信號分解 為一個亮度信號Y和兩個色差信號Cb、 Cr,飽和度調節(jié)主要通過調節(jié)這兩個色差信號實現。而上述色差信號不是定義在均勻顏色空間上的，所以這類飽 和度調節(jié)裝置和方法調整精度低，若用于色域擴展，會出現較明顯的色相偏 移。所謂均勻顏色空間是指在該空間內各色區(qū)中人眼的顏色感知差異相同的 顏色空間。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術缺陷，提供一種能夠實現連續(xù)調節(jié)的色 域擴展系統(tǒng)和方法。
為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的色域擴展系統(tǒng)包括信號輸入單 元、正向變換單元、色域擴展單元、逆向變換單元和信號輸出單元； 所述信號輸入單元用于輸入象素顏色信息；
所述正向變換單元用于將所述的象素顏色信息轉換為線性Lab顏色空間 中的L、 a、 b值；
所述色域擴展單元用于在線性Lab顏色空間中根據色域擴展系數將所述 正向變換單元提供的L、 a、 b值擴展為新的L、 a、 b值；
所述逆向變換單元用于將擴展后的L、 a、 b值轉換為大色域的象素顏色 信息；
所述信號輸出單元用于輸出所述大色域的象素顏色信息。
上述技術方案中，所述色域擴展系統(tǒng)還包括色域擴展系數輸入單元，用 于供用戶輸入色域擴展系數(這里輸入的形式不限，比如可以由用戶自由 地輸入，也可以預先設定一系列的數值，由用戶進行選擇)。
上述技術方案中，所述色域擴展系統(tǒng)還包括色溫選^^單元，用于供用戶 選擇色溫值，該色溫值作為所述正向變換單元和逆向變換單元的輸入參數。
上述技術方案中，所述象素顏色信息是RGB信號。
上述技術方案中，所述正向變換單元包括XYZ色度系統(tǒng)正向變換單元和 線性Lab顏色空間正向變換單元；所述XYZ色度系統(tǒng)正向變換單元用于將RGB 系統(tǒng)的R、 G、 B三激勵值變換成XYZ系統(tǒng)的X、 Y、 Z三激勵值；所述線性Lab 顏色空間正向變換單元用于將X、 Y、 Z三激勵值變換到線性Lab顏色空間中 的L、 a、 b值；
所述逆向變換單元包括線性Lab顏色空間逆變換單元和大色域XYZ逆變 換單元；所述線性Lab顏色空間逆變換單元用于將色域擴展后的L、 a、 b值 變換為XYZ系統(tǒng)的大色域X、 Y、 Z激勵值；所述大色域XYZ逆變換單元用于將所述大色域X、 Y、 Z激勵值變換為大色域RGB系統(tǒng)的R、 G、 B激勵值。 為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的色域擴展方法包括如下步驟
1 )輸入象素顏色信息；
2 )將所述象素顏色信息轉換為線性Lab顏色空間中的L、 a、 b值；
3) 在線性Lab顏色空間中，根據色域擴展系數，將所述步驟2 )提供 的L、 a、 b值擴展為新的L、 a、 b值；
4) 將擴展后的L、 a、 b值轉換為大色域的象素顏色信息；
5) 輸出所述大色域的象素顏色信息。
上述技術方案中，所述步驟3 )中，所述色域擴展系數由用戶輸入。 上述技術方案中，所述步驟2 )中，還包括由用戶選^^色溫值，根據該 色溫值將象素顏色信息轉換為線性Lab顏色空間中的L、 a、 b值；所述步驟 4)中，根據所述色溫值，將擴展后的L、 a、 b值轉換為大色域的象素顏色
j呂息。
上述技術方案中，所述象素顏色信息是RGB信號。 上述技術方案中，所述步驟2 )包括如下子步驟
2 1 )將RGB系統(tǒng)的R、 G、 B三激勵值變換成XYZ系統(tǒng)的X、 Y、 Z三激
勵值；
2 2 )將X、 Y、 Z三激勵值變換到線性Lab顏色空間中的L、 a、 b值； 所述步驟4)包括如下子步驟
4 1 )將色域擴展后的L、 a、 b值變換為XYZ系統(tǒng)的大色域X、 Y、 Z激 勵值；
4 2 )將所述大色域X、 Y、 Z激勵值變換為大色域RGB系統(tǒng)的R、 G、 B
激勵值。
本發(fā)明具有的有益技術效果包括
1 、本發(fā)明的色域擴展系統(tǒng)和方法能夠實現色域擴展系數的連續(xù)調節(jié)；
2、 本發(fā)明的色域擴展方法的算法計算效率高，對系統(tǒng)資源要求低，更 好地滿足高數據量的視頻信號實時處理的要求；
3、 本發(fā)明在線性Lab顏色空間進行色域擴展處理，它是標準Lab顏色 空間的很好近似，標準Lab顏色空間是國際照明委員會CIE定義的均勻顏色 空間，是顏色管理流程中的標準工作空間。所謂均勻顏色空間是指這樣一種顏色空間，在該空間內各色區(qū)中人眼的顏色感知差異相同。但是將視頻的顏
色信號轉換到標準Lab顏色空間的算法非常復雜，不利于實時處理，所以本 發(fā)明所述的色域擴展方法將工作空間定義在線性Lab顏色空間上這樣便大大 簡化了轉換算法，減小了計算量；并且由于本發(fā)明在近似于均勻顏色空間的 線性Lab顏色空間進行色域擴展運算，因此相對基于色差信號的調整方法， 本發(fā)明能夠較好地避免色相偏差現象的發(fā)生，具有更高的精度和準確性。
以下，結合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，其中 圖1是本發(fā)明的連續(xù)可調的色域擴展的裝置示意圖。
具體實施例方式
實施例1
下面結合說明書附圖，詳細說明本發(fā)明。圖l表示了本發(fā)明的連續(xù)可調 的色域擴展的裝置示意圖。該裝置總的由用戶選擇單元2和控制系統(tǒng)1組成， 該控制系統(tǒng)1接收用戶選擇單元2發(fā)送的信號并完成色域擴展。其中，用戶 選擇單元2包括可供用戶選擇色溫值的色溫選擇單元21以及可由用戶自由 設定色域擴展系數的色域擴展系數輸入單元22,其中色溫選擇單元21向用 戶提供若干個色溫值來選擇，例如5400K、 6500K、 9300K等；控制系統(tǒng)l包 括RGB信號輸入單元11、 XYZ色度系統(tǒng)正向變換單元12、線性Lab顏色空間 正向變換單元13、色域擴展單元14、線性Lab顏色空間逆變換單元15、大 色域XYZ逆變換單元16和RGB信號輸出單元17。所述RGB信號是指表示視 頻數據象素顏色信息的數字信號。RGB信號輸入單元11接收符合一定色彩編 碼標準(如Rec. ITU-R BT. 709標準)的視頻信號，該信號中的每一個象素 點包含紅綠藍三基色的激勵值信息，設為R、 G和B, XYZ色度系統(tǒng)正向變換 單元12將R、 G、 B三激勵值變換成XYZ色度系統(tǒng)的三激勵值，其中變換過 程因色溫不同而不同，色溫值由用戶借助色溫選擇單元21選擇。線性Lab 顏色空間正向變換單元13將XYZ三激勵值變換到線性Lab顏色空間中的L、 a和b，該變換過程也由色溫值決定，上述的線性Lab顏色空間的定義以及 由XYZ三激勵值變換到線性Lab顏色空間中的轉換過程公開在2004年出版 的SPIE雜志中名為"Evaluation of smoothness tonal change reproduction on multi-primary display: Comparison of color conversion algorithm"的科技文獻中。色域擴展單元14接收用戶利用色域擴展系數輸入單元22自 由設定的值，對a和b進行色域擴展運算得到a,和bnew。然后線性Lab顏色 空間逆變換單元15將色域擴展后的a謂和b隨及其L變換回XYZ系統(tǒng)的激勵 值X Y固和Z,。大色域XYZ逆變換單元16將Xnew、 Y腳和Z。ew變換到大色 域RGB系統(tǒng)的R歸、G隨和B,,并經RGB信號輸出單元17輸出R ew、 G細和Bnew 信號。
實施例2
下面結合具體實施例說明本發(fā)明實現連續(xù)可調的色域擴展的方法，該方 法包括
步驟201: RGB信號輸入單元11輸入預定色彩編碼標準的視頻信號，其 中視頻信號中的每一個象素點包含紅綠藍三基色激勵值的信息，為R、G和B;
步驟202:用戶通過用戶選擇單元2上的色溫選擇單元21從若干個色溫 值中選擇其中的一個；
步驟203: XYZ色度系統(tǒng)正向變換單元12根據用戶選擇的色溫值，將R、 G和B按照相應的色彩編碼標準變換成X、 Y和Z;
其中上述步驟203的具體步驟為
步驟2031:通過對應紅綠藍三色的三個一維查找表將R、 G和B變換成 線性顏色數據Rs、 Gs和Bs，變換關系取決于所采用的顏色編碼標準，例如 對BT. 7G9標準,采用公式(l)
j> = 1.099,45 —0.099當O. 018SM^1時 公式(1)
1f = 4.500M 當0^M〈0.018時
其中，M為規(guī)一化信號強度，V是線性化數據結果。如RGB顏色信號用n 位二進制數據表示，則M-R/2"(或G/2n，或B/211)(11、 G、 B的取值范圍為0~ 2n-l),對應V-Rs(或Gs，或Bs),并且所有的V值事先計算完畢，以查找 表的方式存儲在XYZ色度系統(tǒng)正向變換單元12的存儲器中。
步驟2032: XYZ色度系統(tǒng)正向變換單元12中存有與借助色溫選擇單元 21可以選擇的所有色溫值對應的正向變換矩陣，通過用戶選擇的色溫值，XYZ 色度系統(tǒng)正向變換單元12可以找到與該色溫值對應的正向變換矩陣
Cll C12 CI 3 C21 C22 C23 C31 C32 C33
借助公式(2)得到X、 Y和Z。=
z
Cll C12 CI 3 C21 C22 C23 C31 C32 C33
公式(2)
例如，若用戶設置的色溫是6500K,則其正向變換關系為
—0.41240.35760,1805—
=0.21260.71520.0722*
z0.01930.11920.9505
公式(2 - 1 )
步驟204:線性Lab顏色空間正向變換單元13根據公式(3)將X、 Y和Z 變換成線性Lab顏色空間中的L、 a和b。
公式(3)
其中，不同的色溫對應不同的7^,用戶通過色溫選沖奪單元21選擇設定的
所有色溫值都各對應 一個,所有的都存儲在線性La b顏色空間正向變 換單元13中，線性Lab顏色空間正向變換單元13可以通過讀取用戶設定的
色溫值方便地查找到與其對應的T^。 T^中的Xn、Yn和Zn是這樣確定的，用
戶設定每一個色溫值都擁有對應色品坐標，例如用戶設定色溫值為TA，則Ta
對應的色品坐標為(X,，yA,ZA)，則Xn、 Yn和Zn用公式(4)計算得到。
if丫-0薩i;o 一
—7° 承 一 乂丄。6=500/Z -5oo/:r 0:r
6 —z0200/j;-200/z
K =100
公式(4)
例如，若用戶設定色溫為6500K ,其色品坐標為 (0. 3127, 0. 3290, 0. 3583 ),由公式(4)可得(Xn, Yn, Zn )=( 95. 04, 100， 108. 89 ); 從而由公式(3)可得在該色溫下XYZ色度系統(tǒng)向線性Lab顏色空間的變換公 式
公式(4 - 1 )
本發(fā)明在線性Lab顏色空間進行色域擴展處理，它是標準Lab顏色空間 的很好近似，標準Lab顏色空間是國際照明委員會CIE定義的均勻顏色空間，
if01.00 一
=5.2609_5,00
602.0-1.8367Z工
是顏色管理流程中的標準工作空間。所謂均勻顏色空間是指這樣一種顏色s 間，在該空間內各色區(qū)中人眼的顏色感知差異相同。但是將視頻的顏色信號
轉換到Lab顏色空間的算法非常復雜，不利于實時處理，所以本發(fā)明所述的 色域擴展方法將工作空間定義在線性Lab顏色空間上，這樣便大大筒化了轉 換算法，減小了計算量；并且由于本發(fā)明在近似于均勻顏色空間的線性Lab 顏色空間進行色域擴展運算，因此相對基于色差信號的調整方法，本發(fā)明能 夠較好地避免色相偏差現象的發(fā)生，具有更高的精度和準確性。
步驟205:色域擴展單元14接收用戶通過色域擴展系數輸入單元22自 由設定的色域擴展系數VGE,并在線性Lab顏色空間中對a和b進行擴展處 理，得到a,和b一計算方法采用公式(5):
卜^"，五； 公式(5)
步驟206:線性Lab顏色空間逆變換單元15將L、 a^和b隨變換回XYZ ￡間中，得到X一 Y^和Z,，變換過程釆用下面的公式(6):.
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，廠'為步驟204中的7^的逆矩陣，因此不同的色溫值也對應不同 的廠1,所有的:T一存儲在線性Lab顏色空間逆變換單元15的存儲器中，線
性Lab顏色空間逆變換單元15根據用戶設定的色溫值讀取出相應的廠1 ,利
<formula>formula see original document page 10</formula>
用公式(6)得到設定色溫下的XnCT、 Y,和ZnOT。
步驟207:大色域XYZ逆變換單元16將X^、 Y曙和Z,變換回RGB系統(tǒng) 中的激AX直R固、G隨和B固。
上述步驟207的詳細過程如下
步驟2071:利用大色域顯示設備XYZ色度系統(tǒng)逆向轉換矩陣
<formula>formula see original document page 10</formula>
,該矩陣由大色域顯示設備的三基色色品坐標和該顯示設備 最亮白場對應的色溫決定，其計算方法可以從相關色度學知識得到。將x,、乙w和Z^轉換到線性顏色數據R,、 Gs,和Bs,。變換過程釆用公式(7)
<formula>formula see original document page 11</formula>
步驟2072:借助預先建立的從線性顏色數據到RGB系統(tǒng)激勵值的查找 表，將R國、Gs瞎和B腦變換到RGB系統(tǒng)中的激勵值R固、G固和B,。 上述變換過程中，也可將步驟206和步驟207合成一個步驟完成。 步驟208: RGB信號輸出單元17將R,、 C和B^輸出。 因為本實施例的色域擴展系統(tǒng)及方法中的所有變換過程需要的矩陣都 可以預先計算好，并存入到存儲器中，因此涉及到矩陣的乘法運算僅僅只需 進行幾個線性計算，并且本發(fā)明采用的算法中沒有非線性的計算，因此計算 效率很高，滿足大數據量視頻的實時處理的要求。
本實施例中，輸入的象素顏色信息是RGB信號，但本發(fā)明也可以采用其 它信號做為象素顏色信息，如YCbCr信號，這是本領域的技術人員能夠理解 的。
以上所述的具體實施例對本發(fā)明的目的、技術方案以及有益效果進行了 詳細的說明。所應理解的是，上述內容僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不 用于限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神與原則之內，所做的任何修改、等同替 換以及改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種色域擴展系統(tǒng)，包括信號輸入單元、正向變換單元、色域擴展單元、逆向變換單元和信號輸出單元；所述信號輸入單元用于輸入象素顏色信息；所述正向變換單元用于將所述的象素顏色信息轉換為線性Lab顏色空間中的L、a、b值；所述色域擴展單元用于在線性Lab顏色空間中根據色域擴展系數將所述正向變換單元提供的L、a、b值擴展為新的L、a、b值；所述逆向變換單元用于將擴展后的L、a、b值轉換為大色域的象素顏色信息；所述信號輸出單元用于輸出所述大色域的象素顏色信息。
2. 根據權利要求1所述的色域擴展系統(tǒng)，其特征在于，所述色域擴 展系統(tǒng)還包括色域擴展系數輸入單元，用于供用戶輸入色域擴展系數。
3. 根據權利要求1所述的色域擴展系統(tǒng)，其特征在于，所述色域擴 展系統(tǒng)還包括色溫選擇單元，用于供用戶選擇色溫值，該色溫值作為所述正 向變換單元和逆向變換單元的輸入參數。
4. 根據權利要求1所述的色域擴展系統(tǒng)，其特征在于，所述象素顏色 信息是RGB信號。
5. 根據權利要求4所述的色域擴展系統(tǒng)，其特征在于，所述正向變換 單元包括XYZ色度系統(tǒng)正向變換單元和線性Lab顏色空間正向變換單元；所 述XYZ色度系統(tǒng)正向變換單元用于將RGB系統(tǒng)的R、G、B三激勵值變換成XYZ 系統(tǒng)的X、 Y、 Z三激勵值；所述線性Lab顏色空間正向變換單元用于將X、 Y、 Z三激勵值變換到線性Lab顏色空間中的L、 a、 b值；所述逆向變換單元包括線性Lab顏色空間逆變換單元和大色域XYZ逆變 換單元；所述線性Lab顏色空間逆變換單元用于將色域擴展后的L、 a、 b值 變換為XYZ系統(tǒng)的大色域X、 Y、 Z激勵值；所述大色域XYZ逆變換單元用于 將所述大色域X、 Y、 Z激勵值變換為大色域RGB系統(tǒng)的R、 G、 B激勵值。
6. —種色域擴展方法，包括如下步驟[1 )輸入象素顏色信息；[2 )將所述象素顏色信息轉換為線性Lab顏色空間中的L、 a、 b值；[3)在線性Lab顏色空間中，根據色域擴展系數，將所述步驟2 )提供的L、 a、 b值擴展為新的L、 a、 b值；(4) 將擴展后的L、 a、 b值轉換為大色域的象素顏色信息；(5) 輸出所述大色域的象素顏色信息。
7. 根據權利要求6所述的色域擴展方法，其特征在于，所述步驟3) 中，所述色域擴展系數由用戶輸入。
8. 根據權利要求6所述的色域擴展方法，其特征在于，所述步驟2) 中，還包括由用戶選擇色溫值，根據該色溫值將象素顏色信息轉換為線性Lab 顏色空間中的L、 a、 b值；所述步驟4)中，根據所述色溫值，將擴展后的 L、 a、 b值轉換為大色域的象素顏色信息。
9. 根據權利要求6所述的色域擴展方法，其特征在于，所述象素顏色 信息是RGB信號。
10. 根據權利要求6所述的色域擴展方法，其特征在于，所述步驟2 ) 包括如下子步驟(2 1 )將RGB系統(tǒng)的R、 G、 B三激勵值變換成XYZ系統(tǒng)的X、 Y、 Z三激勵值；(2 2 )將X、 Y、 Z三激勵值變換到線性Lab顏色空間中的L、 a、 b值； 所述步驟4)包括如下子步驟(4 1 )將色域擴展后的L、 a、 b值變換為XYZ系統(tǒng)的大色域X、 Y、 Z激 勵值；(4 2 )將所述大色域X、 Y、 Z激勵值變換為大色域RGB系統(tǒng)的R、 G、 B激勵值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種色域擴展系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號輸入單元，用于輸入像素顏色信息；正向變換單元，用于將所述的像素顏色信息轉換為線性Lab顏色空間中的L、a、b值；色域擴展單元，用于接收色域擴展系數，并在線性Lab顏色空間中根據所述的色域擴展系數，將所述正向變換單元提供的L、a、b值擴展為新的L、a、b值；逆向變換單元，用于將擴展后的L、a、b值轉換為大色域的像素顏色信息；信號輸出單元，用于輸出所述大色域的像素顏色信息。本發(fā)明還提供了相應的色域擴展方法。本發(fā)明能夠實現連續(xù)調節(jié)，計算效率高，且能夠較好地避免色相偏差現象的發(fā)生，具有更高的精度和準確性。
文檔編號G09G5/02GK101594545SQ20081011324
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權日2008年5月28日
發(fā)明者張明勇, 勇 畢, 王延偉 申請人:北京中視中科光電技術有限公司