專利名稱:彩色圖像顯示系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及一種彩色圖象顯示系統(tǒng)，具體涉及一種采用單色查詢表顯示若干幅圖象的彩色圖象顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明所用的彩色查詢表可分成一個共用區(qū)和若干個專用區(qū)。共用區(qū)存貯同時顯示的若干幅圖象所共有的顏色，專用區(qū)分別存貯各圖像專有的顏色。共用區(qū)存貯的顏色用紅綠蘭空間的均勻取樣法選取，專用區(qū)存貯的顏色用各圖象自適應(yīng)取樣法選取。在自適應(yīng)取樣的過程中，先做出色度直方圖，然后從圖中選出頻繁使用的色度，并給每一色度指定幾種代表色，這樣，就先對那些色度相同而亮度不同的顏色進(jìn)行了取樣。
近年來，借助彩色查詢表的圖形顯示裝置越來越多，可同時顯示的彩色數(shù)可達(dá)8至224種。盡管這種圖象顯示裝置在動畫和圖象處理方面更有優(yōu)點(diǎn)，但是為增加彩色數(shù)，彩色查詢表的容量必須加大，從而導(dǎo)致價格上升，然而若減少彩色數(shù)又引起圖象質(zhì)量下降，這就在價格與圖象質(zhì)量之間存在一個折衷方案。因此，問題在于如何利用容量有限的彩色查詢表顯示出炫麗的彩色圖象，或者說，在彩色查詢表中究竟應(yīng)該存入哪些顏色。
業(yè)已進(jìn)行大量的、有關(guān)彩色查詢表所存顏色的選擇方法的研究，大致可將它們分為均勻取樣和可變或自適應(yīng)取樣兩種方法，均勻取樣法是以相等的間隔對彩色空間-如紅綠蘭空間(RGL Space)、XYZ彩色坐標(biāo)空間(XYZ Space)和HLS空間或L＊U＊V＊空間-取樣。J·塔吉姆(J·Tajima)在“Uniform Color Scale Application to Computor Graphics，”COMPUTER VISION，GRAPHICS，AND IMAGE PROCESSING，Vol.21，No.3，PP.305-325，March 1983(計算機(jī)顯示、圖示與圖象處理1983年3月第21卷，第3期、第305-325頁刊登的“用于計算機(jī)圖示的均勻彩色標(biāo)度”)揭示了L＊U＊V＊空間中的均勻取樣。L＊U＊V＊空間是根據(jù)人們在空間中隨距離而感受到各種色差的情況而建立的一種色空間，還稱它為均勻彩色空間。
在自適應(yīng)取樣過程中，彩色查詢表的內(nèi)容根據(jù)所要顯示的圖象而變，下文將要說明采用自適應(yīng)取樣時彩色圖象量化的過程。假設(shè)一個彩色空間是紅綠蘭空間。
(1)在紅綠蘭各色都是m位的空間中，對紅綠蘭各色都有n位的輸入圖象取樣，產(chǎn)生直方圖。
(2)選取彩色查詢表所存顏色(即代表色)。
(3)將紅綠蘭空間內(nèi)的各色存入彩色查詢表。
(4)賦予每個象素以表內(nèi)一種適當(dāng)?shù)牟噬?br>對顯示圖象質(zhì)量影響大的步驟是(2)和(4)。在(3)中主要問題是計算速度。在(4)中如果按原來在(3)中計算的存放速度，由于量化誤差，在顏色慢變化的區(qū)域內(nèi)經(jīng)?？吹矫黠@的條紋。為了減小量化誤差，現(xiàn)已研究出很多方法，譬如隨機(jī)噪聲法和誤差擴(kuò)散法。對于步驟(2)有n種算法，譬如通用計算法-從直方圖中依照頻率順序選取代表色，組均衡算法-將紅綠蘭空間劃分為許多個分別對應(yīng)于已有代表色的子空間，而各子空間都含有相同的象素數(shù)。前后兩種算法分別揭示在P·哈克伯特(P·Heckbert)“COLOR IMAGE QUANTIZAION FOR FRAME BUFFER DISPLAY”，ACM SIGGRAPH′ 82，PP、297-307，July 1972(美國計算機(jī)協(xié)會的信號圖示雜誌1972年7月第82期第297～307頁刊登的“幀緩沖顯示的彩色圖象量化”)和第59-84259號日本專利申請書中。
雖然上述的彩色圖象量化方法在只顯示一幅圖象時，從某種程度上說還另人滿意的，但是在一個屏幕上同時顯示若干幅圖象時，由于不同的圖象經(jīng)常使用不同的顏色，所以還有一些問題。例如若采用均勻取樣法選取存入彩色查詢表的顏色，盡管原圖象的彩色與實(shí)際顯示的彩色的差別相當(dāng)小，但在色度均勻而亮度慢變的區(qū)域里會出現(xiàn)一些明顯的條紋。由于n幅圖象一起處理，所以每當(dāng)更換一幅圖象時，全表都要重寫。此外，在自適應(yīng)取樣中，由于選取頻繁使用的顏色，所以不常出現(xiàn)的彩色可能與實(shí)際顯示的彩色有較大的差別。
因此，本發(fā)明的目的是提出一種采用單色查詢表可同時顯示若干幅圖象的彩色圖象顯示系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中原圖象可以準(zhǔn)確地得到顯示。
按照本發(fā)明，彩色查詢表可劃分或一個為若干幅彩色圖象共用的共用區(qū)和若干個對應(yīng)于各彩色圖象的專用區(qū)。在共用區(qū)內(nèi)存貯若干幅圖象都共有的彩色，而在每個專用區(qū)內(nèi)存貯相應(yīng)圖象專有的彩色。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，共用區(qū)存貯的彩色用給定彩色空間(如紅綠蘭空間)的均勻取樣法選取，每個專用區(qū)存貯的彩色用相應(yīng)圖象自適應(yīng)取樣法選取。在自適應(yīng)取樣情況下，不僅頻繁使用的彩色被選取，而且還要根據(jù)亮度從含有大于某一閾值的象素數(shù)的色度組中選出其它的彩色。
圖1是說明采用本發(fā)明的彩色圖象顯示系統(tǒng)組成的方框圖。
圖2是說明彩色查詢表組成和彩色查詢表與圖象之間關(guān)系的方框圖。
圖3是說明量化器組成的方框圖。
圖4是說明量化算法的流程圖。
圖5是色度計算示意圖。
圖6是色度直方圖。
圖7是峰值周圍的彩色提取圖。
圖8是說明代表色計算算法的流程圖。
雖然本發(fā)明在任一種彩色空間里都能實(shí)現(xiàn)，但是為了便于理解，將以紅綠蘭空間為例以予說明。
圖1示出本發(fā)明的一種彩色圖象顯示系統(tǒng)。由外圖象存貯器和掃描器(二者在圖中未畫)送出要在彩色顯示器20上顯示的輸入圖象10，它的每個象素都由皆為n位(如8位)的紅綠蘭各分量所組成。3n位的象素數(shù)據(jù)被送到量化器12，選出代表色并寫入幀信號緩沖器14。量化器12將全部的輸入圖象10的象素數(shù)據(jù)處理兩次，第一次處理是選出它們將要寫入彩色查詢表的代表色，第二次處理是為每個象素算出訪問色查詢表16的編碼數(shù)據(jù)，并將它寫入幀信號緩沖器14。量化器12的組成與工作情況將在下文詳述。
在本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)眾所周知幀信號緩沖器14中的存貯位置分別對應(yīng)于顯示器上各點(diǎn)的位置。在本實(shí)施例中，假設(shè)被寫入幀信號緩沖器14每個位置的象素數(shù)據(jù)都由8位組成，因此被這種象素數(shù)據(jù)訪問彩色查詢表16的容量就是256個字。也就是說，在彩色查詢表16中可以存貯256種代表色。假設(shè)各色都用12位表示(即紅綠蘭各分量都是4位)，最大的顯示色數(shù)則為4096種。應(yīng)該注意到這些數(shù)字只是為了達(dá)到說明本實(shí)施例的目的，本發(fā)明不受這些數(shù)字的限制。
從利用幀信號緩沖器14中的8位象素數(shù)據(jù)的彩色查詢表16中讀出的代表色通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器18變?yōu)橛脕眚?qū)動顯示器20的模擬信號，于是就在顯示器20的熒光屏上顯示出所需的彩色圖象。
圖2示出彩色查詢表16的組成和彩色查詢表16與各圖象之間的關(guān)系。本發(fā)明的彩色查詢表16與普通的色查詢表不同，在邏輯上可將它劃分為一個共用區(qū)和若干個分別對應(yīng)于各圖象的專用區(qū)。共用區(qū)由若干個要在顯示器20上顯示的圖象共同使用，每個專用區(qū)只由相應(yīng)的圖象使用。在本實(shí)施例中，共用區(qū)存貯64種予定的彩色，每個專用區(qū)存貯可由量化器12變更的48種彩色，因而每幅圖象最多可用112(＝64+48)種彩色。如果彩色查詢表16的容量是256個字，專用區(qū)的個數(shù)則為4。在此情況下，顯示器20顯示4幅彩色圖象。應(yīng)該注意到圖2中彩色查詢表16的各區(qū)與圖象之間的連線只表示它們之間的關(guān)系，而實(shí)際上是沒有的。
下面將要說明共用區(qū)和專用區(qū)中所存代表色的選取方法。要存入共用區(qū)的64種彩色用紅綠蘭空間的均勻取樣法確定。因為各代表色對紅綠蘭各分量都是4位，各分量值在十進(jìn)制數(shù)0-15之間(包括0和15)變化。64種代表色可以通過選擇確定，例如從可能的十進(jìn)制數(shù)中選出0、5、10和15。在這種情況下如果各代表色都用(R，G，B)來表示，則它們是(0，0，0)、(0，0，5)、(0，0，10)、(0，0，15)、(0，5，0)、(0，5，5)、……、(15，15，15)。
在若干個專用區(qū)存貯的若干種代表色由各圖象的量化器12選取。圖3示出量化器12的組成方框圖，圖4示出量化算法的流程圖。
如圖3所示，紅綠蘭各分量都是8位的象素數(shù)據(jù)由位轉(zhuǎn)換器30轉(zhuǎn)換為紅綠蘭各分量都是4位的象素數(shù)據(jù)。位轉(zhuǎn)換器30輸出紅綠蘭各分量都為4位的數(shù)據(jù)。地址控制器32將這些轉(zhuǎn)換后的象素數(shù)據(jù)作為一個12位的地址訪問計數(shù)寄存器矩陣34。矩陣34有4096個計數(shù)寄存器。已尋址的計數(shù)寄存器的內(nèi)容在增值器36中加1，然后再寫入同一位置。對于輸入圖象的每一象素都重復(fù)上述程序，因此輸入圖象中的各色象素數(shù)都被確定。
在地址控制器32的控制下，矩陣34的內(nèi)容被讀到代表色選擇器38和色度直方圖產(chǎn)生器40內(nèi)。代表色選擇器38根據(jù)輸入圖象的色分布選出多達(dá)48種代表色，并將它們存入彩色查詢表16中與此輸入圖象相應(yīng)的專用區(qū)內(nèi)。代表色分配器42將這些紅綠蘭空間的彩色(本實(shí)施例為4096種彩色)分配為彩色查詢表16所存的代表色。編碼器44根據(jù)來自代表色分配器42的分配信息將這個紅綠蘭各分量都是4位的象素數(shù)據(jù)編為一個8位的彩色查詢表地址，并將它寫入幀信號緩沖器14。
接著參閱圖4，逐步地說明量化器12的操作過程。所涉及的量化屬于自適應(yīng)取樣法并且每幅圖象都要?dú)v行這個過程。
步驟1根據(jù)輸入圖象，在紅綠蘭各分量都是4位的空間里產(chǎn)生一個紅綠蘭直方圖(即表示彩色與象素數(shù)之間關(guān)系的圖)，如上所述，這由計數(shù)寄存器矩陣34和增值器36完成。在步驟1期間，代表色選擇器38、色度直方圖產(chǎn)生器40、代表色分配器42和編碼器44都不工作。
步驟2具有大量象素的彩色例如背景色被選出作為代表色，然后從直方圖中將它們刪掉。這就防止將在下一步驟檢測的色度峰值不致偏置在背景色的色度上，為此，圖3中的代表色選擇器38被啟動來接收在地址控制器32控制下依次讀出的各計數(shù)寄存器的內(nèi)容和相關(guān)的12位地址。代表色選擇器38將計數(shù)寄存器的內(nèi)容(即象素數(shù))與下面將要說明的閾值T1相比，如果前者大，則代表色選擇器38將這個同時接收的12位地址作為代表色保存下來，還將此事通知地址控制器32。地址控制器32響應(yīng)它，并將當(dāng)前的這個已尋址計數(shù)寄存器復(fù)位為0。
T＝(Pt/Ra)K1上述中的Pt為直方圖中象素的總數(shù)，Ra為保存代表色的個數(shù)，K1為一常數(shù)。Pt的初始值取決于輸入圖象(如262144(＝512×512))的清晰度。本實(shí)施例中Ra的初始值為48。因為(Pt/Ra)表示各代表色平均象素數(shù)，所以上式表示每種彩色只要有比平均數(shù)大K1倍的象素數(shù)，就能被選取作為代表色。常數(shù)K1可固定為某值，比如5。Pt和Ra或為常數(shù)或為變量。如果它們都是變量，代表色選擇器38則每次選取一個代表色，并從Pt中減去被選色的象素數(shù)，從Ra中減1。上式已在色度和亮度都均勻的廣闊區(qū)域，例如背景中得到使用。然而共用區(qū)選取的任一種彩色既使它含有大于T1的象素數(shù)也不會被注意到。
步驟3產(chǎn)生色度直方圖。這里把紅綠蘭的比率定義為色度。參閱圖5，色度可由在紅綠蘭空間中原點(diǎn)和所涉及的色點(diǎn)(r、g、b)之間的連線分別與綠蘭、綠紅兩平面之間的夾角θ和φ來表示。θ和φ可由下式計算θ＝arcsin〔r/(r2+g2+b2)
〕φ＝arcsin〔b/(r2+g2+b2)
〕雖然θ和φ各值可在0°到90°之間(包括兩者本身)任取，但是θ+φ不會超過90°，這可由圖5看出。在產(chǎn)生色度直方圖以后，θ和φ的范圍可均等地分為c個小范圍(例如25個小范圍)，那末落在每個小范圍內(nèi)的象素數(shù)就可以得出。
圖6(a)示出紅綠蘭空間的分隔，圖6(b)示出這種分隔的行列表。一旦確定了要顯示的彩色數(shù)的最大值(在本實(shí)施例中為4096)，這些彩色中各色的θ和φ也就一一確定了，于是圖3中的矩陣34的各計數(shù)寄存器可以根據(jù)θ和φ的各個小范圍予先編排，即圖6(a)的網(wǎng)格區(qū)中的各矩陣元素。于是在產(chǎn)生色度直方圖時，色度直方圖產(chǎn)生器40被啟動來接收在地址控制器32控制下從矩陣34中依次讀出的計數(shù)。通過為各種矩陣元素累加相應(yīng)的計數(shù)寄存器的內(nèi)容，色度直方圖產(chǎn)生器40產(chǎn)生色度直方圖。
接著，將以下遮蔽用于矩陣形式的直方圖以使象素數(shù)均勻化。
M M MM 1 MM M MM是0和1之間(包括本身在內(nèi))的一個遮蔽值，這里假設(shè)是0.5。當(dāng)采用上述遮蔽時，它的中心用一個被均勻化了的值調(diào)定，此值通過每項將其上、下、左、右、上右、下右、上左、下左各值的M倍加到該值來校正。借此從仍然保持原樣的初始的色度直方圖產(chǎn)生這個均勻的直方圖。
步驟4在均勻化了的矩陣元素組成的直方圖產(chǎn)生以后，代表色選擇器38選擇一個包含有均勻化值中最大值大于以下閥值T2的矩陣元素作為峰值。
T2＝(Pt/Ra)K2在步驟2中選出的代表色已從在和Ra中刪除。K2是一常數(shù)，在上式中最好K2等于K1。如果K2取大了，選出的峰值就會減少，相應(yīng)地每個峰值就有大量的彩色被選取。
步驟5在紅綠蘭空間中，在步驟4中所檢測的峰值周圍，在以下閥值T3(隨機(jī)的)范圍內(nèi)的彩色被汲取，參閱圖7。
T3＝(0.5+M)π/2C假設(shè)圖7所示的峰點(diǎn)是圖6(a)中一個相應(yīng)網(wǎng)格的中心。上式中π/2c近似等于網(wǎng)格一邊的長度，M為上述遮蔽值。如果M＝0.5，C＝25，則T3＝π/50。如果M值和C值是固定的，對圖6(a)各網(wǎng)格而言，T3范圍內(nèi)的彩色可以予先得到。提供給代表色選擇器一個具有325個網(wǎng)格(矩陣元素)的表格和T3范圍內(nèi)的相應(yīng)色。當(dāng)此選擇器38檢測一個峰值時，它就從此表中取出相應(yīng)色，并將它們保存下來組成一組。代表色選擇器38然后將一個被檢測作為峰值的矩陣元素的標(biāo)誌傳送到色度直方圖產(chǎn)生器40來修改色度直方圖。色度直方圖產(chǎn)生器40將此被識別的矩陣元素在初始的未被均勻化的色度直方圖中復(fù)位為0，并在從峰值周圍的矩陣元素中減去該峰值的T3范圍內(nèi)各色的象素數(shù)之后，再利用如此修改的色度直方圖進(jìn)行均勻化。這次只重新計算初始色度直方圖中與修改的矩陣元素有關(guān)的部分。此后，程序又回到步驟4，步驟4、5的反復(fù)直到大于T2的峰值再也檢測不出來時為止。
步驟6代表色選擇器38用下式計算代表色數(shù)(這些代表色是指定給步驟5選出的各組的代表色)Ri＝(Gi/Σj = 1m]]>Gj)Ra上式中Ri為指定給第i組的代表色數(shù)，Gi為第i組的象素數(shù)，Ra為留下的代表色數(shù)，m為步驟5中選出的組數(shù)。上式表明指定給各組的代表色數(shù)正比于相關(guān)組的象素數(shù)。雖然每組的象素數(shù)都可從計數(shù)寄存器矩陣34中得出，但是共用區(qū)的彩色不包括在此計算之內(nèi)。當(dāng)Ri得出后，代表色選擇器38利用紅綠蘭空間中相關(guān)組含有的各色矢量的內(nèi)積和峰值方向上的單元矢量產(chǎn)生直方圖。此圖是按照內(nèi)積值依次安排象素個數(shù)產(chǎn)生直方圖。網(wǎng)格和上述汲取彩色的表格包含每種被汲取彩色的內(nèi)積，代表色選擇器38訪問此表，以便產(chǎn)生直方圖。由于這個內(nèi)積是利用各色矢量在峰值線上投影而得出的，所以它與各色的亮度相對應(yīng)。
代表色選擇器38然后在內(nèi)積直方圖中選取具有象素數(shù)大于hi＝(Gi/Ri)的彩色(不在共用區(qū)的)作為代表色。hi為組內(nèi)每個代表色的象素平均數(shù)。選出一種彩色以后，代表色選擇器38就從Ri中減1，并從Gi中減去其象素數(shù)，以便修正hi。就這樣，代表色的選擇和修正hi反復(fù)進(jìn)行直到象素數(shù)大于已修正的hi的彩色再也檢測不出來為止。但是，在修正hi以前如果發(fā)現(xiàn)Ri為0，則停止選擇代表色。
如果在上述過程中選出的代表色的數(shù)量小于Ri的初始計算值，則代表色選擇器38按以下方式選取一個或更多個別的代表色。
從原理上說，在各小組內(nèi)確定一個代表色，各小組是通過分組而形成的，所謂“分組”就是在內(nèi)積直方圖內(nèi)從最小的內(nèi)積即最黑色開始依次每hi個象素為一個小組。如果選出的任一代表色在分組期間被碰上，則立即停止選取。如果當(dāng)前小組內(nèi)的象素數(shù)等于或小于hi/2，則此小組廢除。反過來說，如果象素數(shù)大于hi/2，則此小組被看作為獨(dú)立于選出代表色的那個小組的一個新的小組。在這種情況下，hi的值也要依次修正。在各小組都選出一個代表色時，采用組員平均數(shù)。圖8示出步驟6的流程圖。根據(jù)有關(guān)輸入圖象，代表色選擇器38將選出的代表色寫入CLT16的專用區(qū)，并通知代表色分配器42有此代表色和CLT的地址。
步驟7準(zhǔn)備好在紅綠蘭空間與存貯在色查詢表16中的代表色對應(yīng)的有關(guān)彩色的表格。為此目的，代表色分配器42計算紅綠蘭空間的各色與選出的代表色之間的距離。因為那時共用區(qū)的彩色已由均勻取樣法選出，所以在以下距離d之內(nèi)的任一種彩色的代表色總會存在。
d＝〔3(m/2S)2〕
上式假設(shè)S×S×S個彩色以相等間隔分布在一個m×m×m的空間中。在本實(shí)施例中，由于m＝16、S＝4，所以d近似等于3.5。因此，對于各代表色而言，只計算d內(nèi)的各種顏色的距離和具有最小距離的代表色才指定給相應(yīng)色。用這種方法，代表色分配器42產(chǎn)生代表色圖表，它作為一個表值保存著，此表即紅綠蘭空間4096種彩色之中的每一種彩色的彩色查詢表16的地址表。此后，系統(tǒng)再次掃描輸入圖象，并將轉(zhuǎn)換器30的位輸出傳送給編碼器44，在那里紅綠蘭各分量都具有4位的象素數(shù)據(jù)利用代表色表被變換為彩色查詢表16的地址，并寫入幀信號緩沖器14中相應(yīng)的位置上。對每個輸入圖象都重復(fù)上述步驟，幾個圖象可以同時用適當(dāng)?shù)牟噬陲@示器20上顯示出來。
由于每幅圖象既使用共用彩色，也使用專用彩色，所以它有可能用比只用共用彩色或只用專用彩色的先有技術(shù)系統(tǒng)更準(zhǔn)確的彩色顯示出來。當(dāng)更換一幅圖象時，只需重寫相應(yīng)專用區(qū)的彩色，而不需重寫整個色查詢表。
權(quán)利要求
1.一種彩色圖象顯示系統(tǒng)，它通過在幀信號緩沖器內(nèi)寫入量化了的輸入圖象并根據(jù)上述幀信號緩沖器的內(nèi)容訪問彩色查詢表來顯示n幅彩色圖象，其特征在于上述彩色查詢表可分為一個共用區(qū)和n個對應(yīng)于n幅圖象的專用區(qū)，上述共用區(qū)存貯n幅彩色圖象都共用的彩色，每個上述專用區(qū)存貯相應(yīng)彩色圖象專用的彩色。
2.如權(quán)利要求
(1)中提到的彩色圖象顯示系統(tǒng)其特征在于上述共用區(qū)存貯的彩色采用給定色空間的均勻取樣法選取，上述各專用區(qū)存貯的彩色采用相應(yīng)圖象自適應(yīng)取樣法選取。
3.如權(quán)利要求
(2)中提到的彩色圖象顯示系統(tǒng)其特征還在于在上述自適應(yīng)取樣過程中，除了選取頻繁使用的彩色以外，彩色的選擇還基于象素數(shù)大于一預(yù)定值的色度組的亮度。
專利摘要
本發(fā)明所采用的彩色查詢表可劃分為一個共用區(qū)和若干個專用區(qū)。共用區(qū)內(nèi)存貯著同時顯示的若干幅圖像所共有的彩色，專用區(qū)內(nèi)分別存貯著各圖像所專有的彩色。共用區(qū)內(nèi)存貯的彩色采用紅綠藍(lán)空間的均勻取樣法來選取，專用區(qū)內(nèi)存貯的彩色采用各圖像自適應(yīng)取樣法來選取。在自適應(yīng)取樣過程中，先產(chǎn)生色度直方圖，然后從圖中選出頻繁使用的色度，并給每種色度指定幾種代表色，這樣主要就對那些色度相同而亮度不同的彩色進(jìn)行了取樣。
文檔編號G09G5/00GK86102722SQ86102722
公開日1986年12月31日 申請日期1986年4月23日
發(fā)明者巖井伸一, 宇野榮 申請人:國際商用機(jī)器公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan