專利名稱：圖像質(zhì)量估計(jì)設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于評(píng)價(jià)圖像顯示設(shè)備的圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)設(shè)備及其方法。更 具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于評(píng)價(jià)圖像顯示設(shè)備的色彩再現(xiàn)能力的評(píng)價(jià)設(shè)備及 其方法。該評(píng)價(jià)設(shè)備基于通過(guò)用戶感知顯示圖像而獲得的結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)圖像顯 示設(shè)備的圖像質(zhì)量。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的圖像顯示設(shè)備的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法中，通過(guò)物理地測(cè)量和分析 從圖像獲得的光、而不是通過(guò)評(píng)價(jià)用戶感知的圖像的質(zhì)量來(lái)獲得圖像質(zhì)量。
例如，用于估計(jì)圖像質(zhì)量的因素包括對(duì)比度、亮度(luminance)和色域(color gamut),這些因素用來(lái)表示圖像顯示設(shè)備的圖像質(zhì)量水平。
然而，通過(guò)這些因素獲得的水平與用戶感知的色彩是不同的。而且，用 戶根據(jù)外部環(huán)境條件(例如光源、以及背景和周?chē)h(huán)境色彩)而感知的色彩 與物理上表現(xiàn)的水平之間可能不具有線性關(guān)系。
以上在背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅僅是用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景技術(shù)的理 解，因此其可能包含尚未成為本國(guó)內(nèi)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的 信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種用于標(biāo)準(zhǔn)化由人所感知的圖像質(zhì)量的圖像質(zhì)量評(píng) 價(jià)設(shè)備及其方法。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例， 一種用于使用色貌模型評(píng)價(jià)色彩區(qū)域的圖像 質(zhì)量的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備包括色適應(yīng)(chromatic adaptation)單元、動(dòng)態(tài)適應(yīng)單 元、計(jì)算器和色貌預(yù)測(cè)器。色適應(yīng)單元生成色彩區(qū)域的色適應(yīng)結(jié)果。動(dòng)態(tài)適 應(yīng)單元接收該色適應(yīng)結(jié)果并生成相對(duì)于所述區(qū)域的明度(lightness)適應(yīng)結(jié)果。 計(jì)算器使用該明度適應(yīng)結(jié)果來(lái)計(jì)算關(guān)于該色彩區(qū)域的色貌的信息。色貌預(yù)測(cè) 器使用所述關(guān)于色貌的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)與該色彩區(qū)域相對(duì)應(yīng)的色彩空間，計(jì)算該色彩空間的體積，并計(jì)算該色彩區(qū)域的清晰度、視角特性、灰度級(jí)特性、以 及該色彩空間中的色差。
關(guān)于色貌的信息可以包括所述色彩區(qū)域的亮度、色彩、和色相角(hue angle)。
色貌預(yù)測(cè)器可以包括色彩空間實(shí)現(xiàn)單元，用于通過(guò)在包括一個(gè)位置和預(yù) 定參考線的平面上將該位置沿垂直方向平行移動(dòng)所述亮度，來(lái)形成色彩空間， 并計(jì)算該色彩空間的體積。所述位置是通過(guò)將半徑為所述色彩的預(yù)定參考線 旋轉(zhuǎn)所述色相角來(lái)確定的。
色彩空間實(shí)現(xiàn)單元可以將多個(gè)三棱錐的各自的體積相加來(lái)計(jì)算所述色彩 空間的體積，并且每個(gè)三棱錐可以包括與該色彩空間的預(yù)定點(diǎn)最接近的三個(gè) 點(diǎn)和該預(yù)定點(diǎn)。
用于測(cè)量所述色彩空間的體積的點(diǎn)的數(shù)量可以為形成所述色彩空間的所 有點(diǎn)的至少1/4。
所述色貌預(yù)測(cè)器還可以包括定義確定單元，用于計(jì)算所述色彩空間中亮 度的最大值和最小值的比率，并根據(jù)所計(jì)算的比率計(jì)算所述色彩區(qū)域的清晰度。
亮度最大值可以對(duì)應(yīng)于白電平的亮度，并且亮度最小值可以對(duì)應(yīng)于黑電 平的亮度。
所述色貌預(yù)測(cè)器還可以包括視角特性確定單元，用于根據(jù)色相角計(jì)算色 彩空間體積，并計(jì)算所述色彩區(qū)域的視角特性。
所述色貌預(yù)測(cè)器還可以包括灰度級(jí)計(jì)算器，用于檢測(cè)相對(duì)于多個(gè)色刺激 值的所述色彩區(qū)域的多個(gè)點(diǎn)，其中灰度級(jí)在色彩區(qū)域中不同，并根據(jù)灰度級(jí) 變化生成連接所述多個(gè)點(diǎn)的路徑。
所述色貌預(yù)測(cè)器還可以包括色差計(jì)算器，用于使所述色彩區(qū)域的外部暴 露條件多樣化，以檢測(cè)與所述色彩區(qū)域的對(duì)象區(qū)域相對(duì)應(yīng)的所述色彩空間的 多個(gè)點(diǎn)，并根據(jù)該對(duì)象區(qū)域的外部暴露條件計(jì)算色差。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，在一種使用色貌模型來(lái)評(píng)價(jià)色彩區(qū)域的圖像 質(zhì)量的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法中，生成相對(duì)于該色彩區(qū)域的色適應(yīng)結(jié)果；接收該 色適應(yīng)結(jié)果并生成相對(duì)于該色彩區(qū)域的明度適應(yīng)結(jié)果；使用該明度適應(yīng)結(jié)果 來(lái)計(jì)算關(guān)于該色彩區(qū)域的色貌的信息；以及通過(guò)使用所述關(guān)于色貌的信息來(lái) 生成色貌特性，以實(shí)現(xiàn)與該色彩區(qū)域相對(duì)應(yīng)的色彩空間，計(jì)算該色彩空間的
6體積，并計(jì)算該色彩區(qū)域的清晰度、視角特性、灰度級(jí)特性、以及該色彩空間中的色差。
所述關(guān)于色貌的信息可以包括所述色彩區(qū)域的亮度、色彩、和色相角。在生成色貌特性時(shí)，可以通過(guò)在包括一個(gè)位置和預(yù)定參考線的平面上將該位置沿垂直方向平行移動(dòng)所述亮度來(lái)形成色彩空間，并計(jì)算該色彩空間的體積。所述位置是通過(guò)將半徑為所述色彩的預(yù)定參考線旋轉(zhuǎn)所述色相角來(lái)確定的。
當(dāng)計(jì)算色彩空間的體積時(shí)，可以將多個(gè)三棱錐的各自的體積相加來(lái)計(jì)算所述色彩空間的體積，并且每個(gè)三棱錐可以包括與該色彩空間的預(yù)定點(diǎn)最接近的三個(gè)點(diǎn)和該預(yù)定點(diǎn)。
用于測(cè)量所述色彩空間的體積的點(diǎn)的數(shù)量可以為形成所述色彩空間的所有點(diǎn)的至少1/4。
當(dāng)生成色貌特性時(shí)，可以計(jì)算所述色彩空間中亮度的最大值和最小值的比率，并且可以根據(jù)所計(jì)算的比率計(jì)算所述色彩區(qū)域的清晰度。
所述亮度最大值可以對(duì)應(yīng)于白電平的亮度，并且所述亮度最小值可以對(duì)應(yīng)于黑電平的亮度。
當(dāng)生成色貌特性時(shí)，還可以根據(jù)色相角計(jì)算色彩空間體積，并且可以計(jì)算所述色彩區(qū)域的視角特性。
當(dāng)生成色貌特性時(shí)，還可以檢測(cè)相對(duì)于多個(gè)色刺激值的所述色彩空間的多個(gè)點(diǎn)，其中灰度級(jí)在色彩區(qū)域中不同，并根據(jù)灰度級(jí)變化生成連接所述多個(gè)點(diǎn)的^各徑。
當(dāng)生成色貌特性時(shí)，可以使所述色彩區(qū)域的外部暴露條件多樣化，以檢測(cè)與所述色彩區(qū)域的對(duì)象區(qū)域相對(duì)應(yīng)的所述色彩空間的多個(gè)點(diǎn)，并且可以根據(jù)該對(duì)象區(qū)域的外部暴露條件計(jì)算色差。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，提供了用于計(jì)算相對(duì)于由人感知的圖像的數(shù)據(jù)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備以及圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備的示圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的色貌(color appearance )預(yù)測(cè)器的示
圖；圖3是在JCh坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)于一個(gè)色刺激(color stimulus ) ( X， Y， Z )的位置的示圖4是在JCh坐標(biāo)系上實(shí)現(xiàn)的色彩空間的示圖5是在QMh坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)于一個(gè)色刺激(X， Y, Z)的位置的示圖；圖6是在QMh坐標(biāo)系上實(shí)現(xiàn)的色彩空間的示圖；圖7是示出用于計(jì)算色彩空間體積(volume)的方法的示圖；圖8是示出根據(jù)各個(gè)灰度級(jí)的色彩空間的體積與256灰度級(jí)的色彩空間體積之間的比率的表；
圖9是示出圖8顯示的結(jié)果的曲線圖10A示出了傳統(tǒng)的二維平面的色彩區(qū)域(color area),其中示出了根據(jù)1976年建議的CIELUV的圖像顯示設(shè)備Dl和圖像顯示設(shè)備D2的色彩區(qū)
域；
圖10B示出了由根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410實(shí)現(xiàn)的根據(jù)QMh坐標(biāo)系的圖像顯示設(shè)備Dl和D2的色彩空間體積；
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的圖像顯示設(shè)備D3和D4的QMh坐標(biāo)系的色彩空間；
圖12是示出由根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的視角特性確定單元確定的QMh坐標(biāo)系色彩空間中色相角(hue angle)為0°、 30°和60°處的色彩空間體積的示圖13是圖12中的色彩空間體積的表；
圖14是示出連接在QMh坐標(biāo)系的色彩空間中檢測(cè)到的點(diǎn)的路徑的示
圖15A示出了不同條件下的圖像；
圖15B示出了由人在不同條件下感知的QMh坐標(biāo)系的色彩空間中預(yù)定區(qū)域的色彩分布。
具體實(shí)施例方式
在以下的具體描述中，僅僅以舉例說(shuō)明的方式示出和描述了本發(fā)明的特定示例實(shí)施例。
貫穿本說(shuō)明書(shū)及隨后的權(quán)利要求書(shū)，除非明確地進(jìn)行相反說(shuō)明，否則詞現(xiàn)在將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備及其評(píng)價(jià)方法。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備的示圖。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備采用CIE色貌模型2002(C正CAM02)來(lái)評(píng)價(jià)圖像顯示設(shè)備的圖像質(zhì)量。用戶使用色貌模型，通過(guò)使外部暴露條件多樣化，來(lái)預(yù)測(cè)色刺激的色貌變化。色貌是指用戶感知的實(shí)際色彩。也就是說(shuō)，在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，使用色貌模型來(lái)確定用戶是否將圖像顯示設(shè)備的顯示圖像的色刺激感知為預(yù)定的色貌空間。
如圖1所示，圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備1包括色適應(yīng)(chromatic adaptation)單元100、動(dòng)態(tài)適應(yīng)(dynamic adaptation )單元200、計(jì)算器300和色貌預(yù)測(cè)器400。圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備1接收將在其上顯示作為圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)象的圖像的色彩區(qū)域的三色刺激值X、 Y和Z、參考白的三色刺激值Xw、 Yw和Zw、與對(duì)象圖像的色彩區(qū)域相鄰的色彩背景的相對(duì)亮度Yb、以及適應(yīng)場(chǎng)亮度(adaptingfield luminance) LA。 一般來(lái)講，適應(yīng)場(chǎng)亮度LA^皮建立為將^皮輸入的場(chǎng)景中白對(duì)象亮度的20%。
此外，在圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備l中，上下文參數(shù)包括對(duì)比因子F和Nc,以及指數(shù)非線性因子c。對(duì)比因子根據(jù)色彩區(qū)域和周?chē)h(huán)境之間的亮度來(lái)確定，而指數(shù)非線性系數(shù)c用來(lái)調(diào)制由背景的明度(lightness )和色彩(colorfulness )的響應(yīng)壓縮產(chǎn)生的色彩區(qū)域的亮度。對(duì)比因子F和Nc以及指數(shù)非線性系數(shù)c可以#4居圖像顯示環(huán)境而變化，并且被建立為平均(average),昏暗(dim)和暗(dark)。
色適應(yīng)單元IOO根據(jù)色適應(yīng)將三色刺激值X、 Y和Z轉(zhuǎn)換成與用戶感知的色貌相對(duì)應(yīng)的值，從而生成色適應(yīng)結(jié)果。色適應(yīng)是視覺(jué)的一個(gè)方面，其可以欺騙一個(gè)人觀察到基于色彩的幻覺(jué)。色適應(yīng)單元100將三色刺激值X、 Y和Z以及參考白的三色刺激值Xw、 Yw和Zw應(yīng)用到相同的變換矩陣，以生成R、 G和B響應(yīng)值和參考R、 G和B響應(yīng)值作為光譜錐體響應(yīng)值。在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，CIECAM02中使用的MCATG2矩陣被用作變換矩陣。將MCAT()2矩陣歸 一 化，以生成對(duì)于相同能量光源具有相同三色刺激值(X=Y=Z=100)的光譜錐體響應(yīng)值R、 G和B,如公式1所示(公式1 )這里，McAT()2矩陣由公式2給出
(公式2)
0.7328 0.4296 —0.1624—0.7036 1.6975 0.00610.0030 0.0136 0.9834
適應(yīng)因子D表示適應(yīng)水平，當(dāng)色彩區(qū)域反射超過(guò)發(fā)光水平時(shí)，其收斂到極限值1 。亮度適應(yīng)因子D可以表示為適應(yīng)場(chǎng)亮度LA和對(duì)比因子F的函數(shù)，由公式3給出。當(dāng)假定光源被忽略時(shí)，適應(yīng)因子D被建立為1。適應(yīng)因子D的范圍為l和O之間，l表示完全適應(yīng)，O表示沒(méi)有適應(yīng)。(公式3 )
丄
92
當(dāng)適應(yīng)因子D^皮建立，色適應(yīng)單元IOO將三色刺激值X、 Y和Z的R、
G和B響應(yīng)值計(jì)算為適應(yīng)的三色刺激響應(yīng)值Rc、 Gc和Bc,并計(jì)算將Rw、
Gw和Bw的參考R、 G、 B響應(yīng)值計(jì)算為適應(yīng)的參考三色刺激響應(yīng)值Rwc、
Gwc和Bwc。適應(yīng)的三色刺激響應(yīng)值Rc、 Gc和Bc中的R響應(yīng)值Rc與參考
R、 G和B響應(yīng)值Rw、 Gw和Bw中的參考R響應(yīng)值Rw相關(guān)，G響應(yīng)值Gc
與參考G響應(yīng)值Gw相關(guān)，并且B響應(yīng)值Bc與參考B響應(yīng)值Bw相關(guān)，如
公式4所示。
(公式4 )
Rc = [(Yw*D/Rw)+l—D]R
Gc = [(Yw*D/Gw)+l_D]G
Bc = [(Yw*D/Bw)+l—D]B
動(dòng)態(tài)適應(yīng)單元200 4妄收適應(yīng)的三色刺〗敫響應(yīng)〗直(下文稱為"色適應(yīng)響應(yīng)值")Rc、 Gc和Bc,以生成明度適應(yīng)值，該明度適應(yīng)值指示用戶適應(yīng)周?chē)h(huán)
10動(dòng)態(tài)適應(yīng)單元200壓縮椎體三色刺激響應(yīng)值R,G和B以生成明度適應(yīng)響應(yīng)值Ra,Ga和Ba，如公示<formula>formula see original document page 11</formula>頁(yè)
(公式8 )
n = Yb /Yw
(公式9 )
Nbb =Ncb = 0.725(l/n)0'2
(公式10)
z =1.48 + n0'5
計(jì)算器300從動(dòng)態(tài)適應(yīng)單元200 4妾收明度適應(yīng)響應(yīng)值R、a、 G、a和B、a以 及包括因子的明度適應(yīng)結(jié)果，并根據(jù)CIECAM02計(jì)算關(guān)于色彩區(qū)域的色貌的 信息。關(guān)于色貌的信息包括根據(jù)CIECAM02的色貌模型的明度值、亮度值、 彩度值、色彩值、色飽和度值、色相值和色相角值。
在CIECAM02中，計(jì)算器300使用公式11和12計(jì)算一組初步的拮抗維 度(preliminary opponent dimension ) a和b。 (公式11)
a = [R、a+(B、a/11)]-(12G、a/ll)
(公式12)
b = (R、a+G、a-2B、a)/9
計(jì)算器300使用公式13,根據(jù)CIECAM02空間中的一組初步的拮抗維 度a和b計(jì)算色相角h。初步ab維度a和b用于計(jì)算色相角h。此外，計(jì)算 器300使用公式14計(jì)算離心率因子e。離心率因子e用于調(diào)整指示圍繞色相 環(huán)的彩度壓縮差的ab維度的大小。 (公式13)
h二tan—Hb/a)
(公式14)
e = + [cos(/^^ + 2)+3.8]
計(jì)算器300通過(guò)被修正為亮度感應(yīng)系數(shù)Nbb的非線性適應(yīng)的錐體響應(yīng)值 的和來(lái)計(jì)算初始的無(wú)彩度(non-chroma)響應(yīng)^i A，如^>式14所示。it匕夕卜，
12計(jì)算器300使用白到無(wú)彩色(white to non-color)響應(yīng)值A(chǔ)w、周?chē)h(huán)境系數(shù)
c和指數(shù)因子z來(lái)計(jì)算明度J，如公式15所示。
(公式15)
A=[2R、a+G、a+(1/20)B、 a-0.305]Nbb
(公式16)
J=100(A/Aw)cz
計(jì)算器300根據(jù)C正CAM02如公式17和18所示計(jì)算亮度Q和彩度C。 更具體地說(shuō)，計(jì)算器300使用白到無(wú)彩色響應(yīng)值A(chǔ)w、周?chē)h(huán)境系數(shù)c、明度 J和亮度階適應(yīng)系數(shù)F^計(jì)算亮度Q，并使用離心率因子e、相對(duì)于周?chē)h(huán)境和 背景的色彩感應(yīng)系數(shù)Nc和Ncb、明度J和因子n來(lái)計(jì)算彩度C。
(公式17)
Q=(4/c) (//腦)°5( A^+4) F/.5
(公式18)
C= ,0.9 (細(xì))0 5 (1.64— 0.29 V.73
這里，參數(shù)t由公式19給出。
(公式19)
(50000/13) 7Vc iVc^ ( fl2+ 62)1/2 — ^+G^+(21/20)fi、"
此外，計(jì)算器300使用彩度C和亮度階適應(yīng)系數(shù)F^計(jì)算色彩M，使用 色彩M和亮度Q計(jì)算色飽和度s，如公式20和21所示。
(公式20 )
M=CFL0.25
(公式21 )
s=100(M/Q)05
如上所述，計(jì)算器300根據(jù)C正CAM02計(jì)算明度J、亮度Q、彩度C、 色飽和度s、色相角以及色彩M。亮度Q指示亮度的等級(jí)。色彩M指示色彩 的等級(jí)。明度J是基于亮度的最大值相對(duì)確定的亮度值。彩度C是基于亮度的最大值相對(duì)確定的色彩值。色相角h指示相對(duì)于參考彩度的拮抗色等級(jí)。
現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的由圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備使用計(jì)算器
300的輸出結(jié)果評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的方法。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的色貌預(yù)測(cè)器400的示圖。根據(jù)本發(fā)明 的示例實(shí)施例的色貌預(yù)測(cè)器400包括色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410、定義確定單元 420、視角特性確定單元430、灰度級(jí)計(jì)算器440、以及色差計(jì)算器450。
色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410使用由明度J、彩度C和色相角h實(shí)現(xiàn)的圓柱坐 標(biāo)系(下文稱為"JCh坐標(biāo)系")來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩區(qū)域的色刺激。此外，色彩空間 實(shí)現(xiàn)單元410使用由亮度Q、色彩M和色相角h實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)圓柱坐標(biāo)系(下 文稱為"QMh坐標(biāo)系")來(lái)顯示色彩區(qū)域的色刺激。
圖3是JCh坐標(biāo)系中與一個(gè)色刺激(X, Y， Z)相對(duì)應(yīng)的位置的示圖。 例如，假設(shè)亮度為30.8,彩度C為89.8,色相角h為309.9°。
如圖3所示，通過(guò)將半徑為彩度C的參考線xl旋轉(zhuǎn)色相角h而確定的 位置在包括該位置和參考線xl的平面上沿垂直方向平行移動(dòng)明度J，以在JCh 坐標(biāo)系上標(biāo)記點(diǎn)P1。以相似的方式，在JCh坐標(biāo)系上定位色彩區(qū)域的每一個(gè) 色刺激的點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)與該色彩區(qū)域相對(duì)應(yīng)的色彩空間。
圖4是在JCh坐標(biāo)系上實(shí)現(xiàn)的色彩空間的示圖。
圖4中示出了點(diǎn)P1在色彩空間上的位置。
圖5是在QMh坐標(biāo)系中與一個(gè)色刺激(X, Y， Z)相對(duì)應(yīng)的位置的示 圖。例如，假設(shè)亮度Q為119.0，色彩M為72,7，色相角h為257.7°。
如圖5所示，通過(guò)將半徑為色彩M的參考線x2旋轉(zhuǎn)色相角h而確定的 位置在包括該位置和參考線x2的平面上沿垂直方向平行移動(dòng)亮度Q，以在 QMh坐標(biāo)系上標(biāo)記點(diǎn)P2。以相似的方式，在QMh坐標(biāo)系上定位色彩區(qū)域的 每一個(gè)色刺激的點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)與該色彩區(qū)域相對(duì)應(yīng)的色彩空間。
圖6是在QMh坐標(biāo)系上實(shí)現(xiàn)的色彩空間的示圖。
圖6中示出了色彩空間上的點(diǎn)P2。
對(duì)于相同色刺激的三色刺激值X、 Y和Z，通過(guò)不同坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)的色彩 空間被用來(lái)評(píng)價(jià)不同圖像的質(zhì)量。
色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410測(cè)量色彩區(qū)域的體積(volume ),并且可以通過(guò)所 測(cè)量的體積來(lái)確定色彩區(qū)域的色彩再現(xiàn)水平。由此，可以確定用于顯示色彩
區(qū)域的圖像顯示設(shè)備的色彩再現(xiàn)能力。
14根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410通過(guò)與圖像顯示設(shè)備
的灰度級(jí)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩空間，以測(cè)量測(cè)量實(shí)際色彩空間的電壓。
也就是，在256灰度級(jí)圖像顯示設(shè)備中測(cè)量由256個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的色彩空間的體積。
圖7是示出用于計(jì)算色彩空間體積的方法的示圖。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410使用三維Delaunay tessellation (Delaunay三角化)將色彩空間分成多個(gè)三棱錐，并將每個(gè)三棱 錐的體積相加以計(jì)算色彩空間體積。更具體地說(shuō)，如圖6所示，色彩空間實(shí) 現(xiàn)單元410設(shè)定零點(diǎn)，由與該零點(diǎn)相鄰的三個(gè)點(diǎn)形成三棱錐，并計(jì)算其體積。 此外，通過(guò)分別與上述三個(gè)點(diǎn)相鄰的三個(gè)相應(yīng)點(diǎn)形成三個(gè)三棱錐，并計(jì)算它 們的體積。在重復(fù)執(zhí)行上述方法的同時(shí)，將所形成的三棱錐的體積相加，即 可計(jì)算出色彩空間的體積。三棱錐可以由連接到與零點(diǎn)相鄰的三個(gè)點(diǎn)的三個(gè) 向量u、 v和w來(lái)表示。色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410根據(jù)公式22計(jì)算一個(gè)三棱錐 的體積Vt，根據(jù)公式23將所計(jì)算的三棱錐的體積相加，由此可以計(jì)算色彩 空間體積。
(公式22 )
(公式23 )
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了實(shí)現(xiàn)256灰度級(jí)的色彩空間體積，測(cè)量通過(guò)與至少 64灰度級(jí)相對(duì)應(yīng)的64個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的色彩空間體積。由此，可以獲得收斂到256 灰度級(jí)的色彩空間體積的值。更具體地說(shuō)，由與至少64灰度級(jí)相對(duì)應(yīng)的64 個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的色彩空間的體積在可允許誤差范圍內(nèi)與256灰度級(jí)的色彩空間體 積類似，所述可允許誤差范圍可能隨實(shí)驗(yàn)中的可允許誤差范圍而改變，并且 本發(fā)明不限于此。
圖8是示出根據(jù)各個(gè)灰度級(jí)的色彩空間的體積以及與256灰度級(jí)的色彩 空間體積之間的比率的表。如圖8所示，64灰度級(jí)的體積基于256灰度級(jí)體 積的比率為0.99954。
圖9是示出圖8所示的結(jié)果的曲線圖。
在圖9中，示出了斜率在64灰度級(jí)處變緩的時(shí)間。通過(guò)圖像顯示設(shè)備的總共256灰度級(jí)的多于1/4的灰度級(jí)來(lái)計(jì)算色彩空間的體積，而與實(shí)際色彩 空間體積之間的誤差卻在可允許的范圍之內(nèi)。R、 G、 B的坐標(biāo)、黑、白和伽
瑪值是隨機(jī)選擇的，并且通過(guò)插值法來(lái)計(jì)算中間值，由此來(lái)計(jì)算體積。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410可以通過(guò) 色彩空間體積來(lái)計(jì)算圖像顯示設(shè)備的色彩再現(xiàn)能力。此外，由于可以基于少 于圖像顯示設(shè)備的總灰度級(jí)的灰度級(jí)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算色彩空間體積，因 此減少了圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備l的數(shù)據(jù)處理量，并增加了處理速度。
圖10A示出了傳統(tǒng)二維平面的色彩區(qū)域，其中示出了4艮據(jù)1976年建議 的CIELUV的圖像顯示設(shè)備D1和圖像顯示設(shè)備D2的色彩區(qū)域。色彩區(qū)域是 各個(gè)圖像顯示設(shè)備的色彩再現(xiàn)能力。在圖10A中，由白色線示出的圖像顯示 設(shè)備D1的三角形色彩區(qū)域大于由黑色線示出的圖像顯示設(shè)備D2的三角形色 線。也就是說(shuō)，圖像顯示設(shè)備D1具有較大的色彩再現(xiàn)能力。sRGB是被ITU 定義為NTSC制式HDTV的廣播色彩坐標(biāo)系的標(biāo)準(zhǔn)色彩區(qū)域。
然而，當(dāng)一個(gè)人很難感知由圖像顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)的色彩區(qū)域的色彩時(shí)，圖 像顯示設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的色彩區(qū)域的色貌體積較少。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備可以補(bǔ)償上述缺點(diǎn)，如圖IOB所示。
在圖IOB中，根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410實(shí)現(xiàn)根 據(jù)QMh坐標(biāo)系的圖像顯示設(shè)備Dl和D2的色彩空間體積。圖10B表格中的 第 一參數(shù)am和第二參數(shù)bm分別是根據(jù)從計(jì)算器300接收的色彩M和色相 角h確定的色彩空間中的坐標(biāo)值。更具體地說(shuō)，通過(guò)將色彩M乘以色相角的 正弦值(sinh)獲得第一參數(shù)，通過(guò)將色彩M乘以色相角的余弦值(cosh) 獲得第二參數(shù)。此外，min和max分別表示第一和第二參數(shù)以及亮度Q的最 小和最大值。cf.sRGB是將圖像顯示設(shè)備Dl和D2各自的色彩空間體積與根 據(jù)sRGB的色彩空間體積進(jìn)行比較的值。
如圖IOB所示，與圖IOA不同，白色線表示的圖像顯示設(shè)備D1的色彩 空間大于圖像顯示設(shè)備D2的色彩空間，這表示了人實(shí)際感知的圖像顯示設(shè) 備的色彩再現(xiàn)水平。
二維色彩區(qū)域和所述的三維色彩空間的色彩再現(xiàn)結(jié)果有所不同，這是因 為根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的色彩空間比二維色彩區(qū)域更準(zhǔn)確地反映了人所 感知的色彩。
定義確定單元420使用色彩空間實(shí)現(xiàn)單元410實(shí)現(xiàn)的色彩空間中的亮度Q的最大值和最小值的比率來(lái)確定圖像顯示設(shè)備的清晰度(clearness )。根據(jù) 本發(fā)明的示例實(shí)施例的清晰度根據(jù)知覺(jué)對(duì)比(perceptual contrast)來(lái)確定。知 覺(jué)對(duì)比被定義為白電平的亮度與黑電平的亮度之比。更具體地說(shuō)，白電平的 亮度對(duì)應(yīng)于亮度Q的最大值，而黑電平的亮度對(duì)應(yīng)于亮度Q的最小值。定義 確定單元420通過(guò)將QMh坐標(biāo)系色彩空間中的亮度Q的最小值除以最大值 來(lái)計(jì)算知覺(jué)對(duì)比。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的圖像顯示設(shè)備D3和D4的QMh 坐標(biāo)系的色彩空間。如圖11所示，圖像顯示設(shè)備D3的亮度Q的最大值為 283.54，最小值為16.24。圖像顯示設(shè)備D4的亮度Q的最大值為282.63，最 小值為63.22。圖像顯示設(shè)備D3的知覺(jué)對(duì)比為17.5，圖像顯示設(shè)備D4的知 覺(jué)對(duì)比為4.5。也就是說(shuō)，圖像顯示設(shè)備D3提供比圖像顯示設(shè)備D4清晰3.9 倍的圖像。
視角特性確定單元430根據(jù)色彩空間中的色相角計(jì)算色彩空間體積，以 確定圖像顯示設(shè)備的視角特性。更具體地說(shuō)，視角確定單元430計(jì)算根據(jù)色 相角的色彩空間體積，所計(jì)算的色彩空間體積對(duì)應(yīng)于色彩再現(xiàn)能力。也就是 說(shuō)，根據(jù)色相角的色彩空間體積是表示根據(jù)視角的圖像顯示設(shè)備D5的色彩 再現(xiàn)能力的指數(shù)(index )。結(jié)果，視角確定單元430根據(jù)色相角計(jì)算色彩空 間的體積，以表示圖像顯示設(shè)備的色彩再現(xiàn)能力。
圖12是示出由根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的視角確定單元430確定的 QMh坐標(biāo)系色彩空間中色相角為0°、 30°和60。處的色彩空間體積的示圖。在 0°色相角，人垂直觀看圖像顯示設(shè)備。色相角30°和60。是人觀看圖像顯示設(shè) 備的視角。
圖13是圖12的色彩空間體積的表。色彩空間體積在0。、 30。和60。色相 角處具有不同的值，并且在30。色相角處具有最大色彩空間體積。也就是說(shuō)， 色彩再現(xiàn)量在30°色相角處最大化。在圖13所示的表中，示出了色相角的色 彩空間體積與0°色相角的色彩空間體積的比率。
灰度級(jí)計(jì)算器440檢測(cè)相對(duì)于色刺激的色彩空間中的點(diǎn)，其中灰度級(jí)與 色彩區(qū)域中的不同，以計(jì)算色刺激的色貌灰度級(jí)。由此，可以檢測(cè)由人感知 的灰度級(jí)，稱為"色貌灰度級(jí)"。根據(jù)色貌灰度級(jí)，可以提供用于伽瑪校正的 重要信息，其中伽瑪校正用于補(bǔ)償圖像顯示設(shè)備的灰度級(jí)。
圖14示出連接QMh坐標(biāo)系色彩空間中的檢測(cè)到的點(diǎn)的路徑的示圖。如
17圖14所示，亮度Q并非與灰度級(jí)的增加成比例地增加，而是以復(fù)雜的路徑
變化，這顯示了人感知的灰度級(jí)的不穩(wěn)定性。
色差計(jì)算器450計(jì)算人感知的相同圖像根據(jù)條件變化的色差。色差計(jì)算 器450將所計(jì)算的色差相加以獲得用于由用于顯示圖像的圖像顯示設(shè)備根據(jù) 條件補(bǔ)償色差的數(shù)據(jù)。
圖15A示出了不同條件下的圖像。如圖15A所示，圖像IM和圖像IM、 分別是人在不同條件下感知的圖像。
圖15B示出了人在不同條件下感知的QMh坐標(biāo)系色彩空間中的預(yù)定區(qū) 域的色彩分布。圖15B是示出QMh坐標(biāo)系色彩空間中與圖像IM的區(qū)域R和 圖像IM、的區(qū)域R、相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的示圖。左下側(cè)較密集的點(diǎn)的集合對(duì)應(yīng)于區(qū)域 R，右上側(cè)較稀疏的點(diǎn)的集合對(duì)應(yīng)于區(qū)域R'。
例如，當(dāng)圖像IM是圖像顯示設(shè)備原始設(shè)計(jì)的色彩并且圖像IM、是人感知 的色彩時(shí)，色差計(jì)算器450將左下側(cè)較密集的點(diǎn)的坐標(biāo)值和相應(yīng)右上側(cè)較稀 疏的點(diǎn)的坐標(biāo)值相減。
如上所述，人在同一圖像的同一區(qū)域中所感知的色彩可能根據(jù)環(huán)境而有 所不同，而根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備可以精確地計(jì)算所 述差異。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，提供了 一種用于計(jì)算相對(duì)于人感知的圖像的 數(shù)據(jù)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，以及一種圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。
盡管已經(jīng)結(jié)合目前認(rèn)為可行的示例實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解， 本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，相反，本發(fā)明旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求 書(shū)的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效配置。
權(quán)利要求
1、一種圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，用于使用色貌模型評(píng)價(jià)色彩區(qū)域的圖像質(zhì)量，該圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備包括色適應(yīng)單元，用于生成色彩區(qū)域的色適應(yīng)結(jié)果；動(dòng)態(tài)適應(yīng)單元，用于接收所述色適應(yīng)結(jié)果并生成相對(duì)于所述區(qū)域的明度適應(yīng)結(jié)果；計(jì)算器，用于使用所述明度適應(yīng)結(jié)果來(lái)計(jì)算關(guān)于所述色彩區(qū)域的色貌的信息；以及色貌預(yù)測(cè)器，用于使用所述關(guān)于色貌的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)與所述色彩區(qū)域相對(duì)應(yīng)的色彩空間，計(jì)算該色彩空間的體積，并計(jì)算該色彩區(qū)域的清晰度、視角特性、灰度級(jí)特性、以及該色彩空間中的色差。
2、 如權(quán)利要求1所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，所述關(guān)于色貌的信息 包括所述色彩區(qū)域的亮度、色彩、和色相角。
3、 如權(quán)利要求2所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，所述色貌預(yù)測(cè)器包括 色彩空間實(shí)現(xiàn)單元，用于通過(guò)在包括一位置和預(yù)定參考線的平面上將該位置 沿垂直方向平行移動(dòng)所述亮度，來(lái)形成色彩空間，并計(jì)算該色彩空間的體積， 并且其中，所述位置是通過(guò)將半徑為所述色彩的預(yù)定參考線旋轉(zhuǎn)所述色相角 來(lái)確定的。
4、 如權(quán)利要求3所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，所述色彩空間實(shí)現(xiàn)單 元將多個(gè)三棱錐的各自的體積相加來(lái)計(jì)算所述色彩空間的體積，并且，其中，每個(gè)三棱錐包括與該色彩空間的預(yù)定點(diǎn)最接近的三個(gè)點(diǎn)和該預(yù)定點(diǎn)。
5、 如權(quán)利要求4所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，用于測(cè)量所述色彩空 間的體積的點(diǎn)的數(shù)量為形成所述色彩空間的所有點(diǎn)的至少1/4 。
6、 如權(quán)利要求3所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，所述色貌預(yù)測(cè)器還包 括定義確定單元，用于計(jì)算所述色彩空間中亮度的最大值和最小值的比率， 并根據(jù)所計(jì)算的比率計(jì)算所述色彩區(qū)域的清晰度。
7、 如權(quán)利要求6所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，所述亮度最大值對(duì)應(yīng) 于白電平的亮度，并且所述亮度最小值對(duì)應(yīng)于黑電平的亮度。
8、 如權(quán)利要求3所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，所述色貌預(yù)測(cè)器還包 括視角特性確定單元，用于根據(jù)色相角計(jì)算色彩空間體積，并計(jì)算所述色彩 區(qū)域的視角特性。
9、 如權(quán)利要求3所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，所述色貌預(yù)測(cè)器還包 括灰度級(jí)計(jì)算器，用于檢測(cè)相對(duì)于多個(gè)色刺激值的所述色彩區(qū)域的多個(gè)點(diǎn)， 其中灰度級(jí)在色彩區(qū)域中不同，并根據(jù)灰度級(jí)變化生成連接所述多個(gè)點(diǎn)的路徑。
10、 如權(quán)利要求3所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備，其中，所述色貌預(yù)測(cè)器還 包括色差計(jì)算器，用于使所述色彩區(qū)域的外部暴露條件多樣化，以檢測(cè)與所 述色彩區(qū)域的對(duì)象區(qū)域相對(duì)應(yīng)的所述色彩空間的多個(gè)點(diǎn)，并根據(jù)該對(duì)象區(qū)域 的外部暴露條件計(jì)算色差。
11、 一種圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，使用色貌模型來(lái)評(píng)價(jià)色彩區(qū)域的圖像質(zhì)量， 該圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法包括生成相對(duì)于該色彩區(qū)域的色適應(yīng)結(jié)果；接收所述色適應(yīng)結(jié)果并生成相對(duì)于該色彩區(qū)域的明度適應(yīng)結(jié)果； 使用所述明度適應(yīng)結(jié)果來(lái)計(jì)算關(guān)于該色彩區(qū)域的色貌的信息；以及 通過(guò)使用所述關(guān)于色貌的信息來(lái)生成色貌特性，以實(shí)現(xiàn)與該色彩區(qū)域相對(duì)應(yīng)的色彩空間，計(jì)算該色彩空間的體積，并計(jì)算該色彩區(qū)域的清晰度、視角特性、灰度級(jí)特性、以及該色彩空間中的色差。
12、 如權(quán)利要求11所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中，所述關(guān)于色貌的信 息包括所述色彩區(qū)域的亮度、色彩、和色相角。
13、 如權(quán)利要求12所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中，所述生成色貌特性 的步驟包括通過(guò)在包括一位置和預(yù)定參考線的平面上將該位置沿垂直方向 平行移動(dòng)所述亮度來(lái)形成色彩空間，并計(jì)算該色彩空間的體積，并且來(lái)確定的。
14、 如權(quán)利要求13所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中，所述計(jì)算色彩空間 的體積的步驟包括將多個(gè)三棱錐的各自的體積相加來(lái)計(jì)算所述色彩空間的體 積，并且，其中，每個(gè)三棱錐包括與所述色彩空間的預(yù)定點(diǎn)最接近的三個(gè)點(diǎn)和該預(yù) 定點(diǎn)。
15、 如權(quán)利要求14所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中用于測(cè)量所述色彩空 間的體積的點(diǎn)的數(shù)量為形成所述色彩空間的所有點(diǎn)的至少1/4。
16、 如權(quán)利要求13所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中，所述生成色貌特性 的步驟還包括計(jì)算所述色彩空間中亮度的最大值和最小值的比率，并根據(jù) 所計(jì)算的比率計(jì)算所述色彩區(qū)域的清晰度。
17、 如權(quán)利要求16所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中，所述亮度最大值對(duì) 應(yīng)于白電平的亮度，并且所述亮度最小值對(duì)應(yīng)于黑電平的亮度。
18、 如權(quán)利要求13所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中，所述生成色貌特性 的步驟還包括根據(jù)色相角計(jì)算色彩空間體積，并計(jì)算所述色彩區(qū)域的視角特 性。
19、 如權(quán)利要求13所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中，所述生成色貌特性 的步驟還包括檢測(cè)相對(duì)于多個(gè)色刺激值的所述色彩空間的多個(gè)點(diǎn)，其中灰 度級(jí)在色彩區(qū)域中不同，并根據(jù)灰度級(jí)變化生成連接所述多個(gè)點(diǎn)的路徑。
20、 如權(quán)利要求13所述的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其中，所述生成色貌特性 的步驟還包括使所述色彩區(qū)域的外部暴露條件多樣化，以檢測(cè)與所述色彩 區(qū)域的對(duì)象區(qū)域相對(duì)應(yīng)的所述色彩空間的多個(gè)點(diǎn)，并根據(jù)該對(duì)象區(qū)域的外部 暴露條件計(jì)算色差。
全文摘要
本發(fā)明涉及圖像質(zhì)量估計(jì)設(shè)備和方法。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種使用色貌模型來(lái)評(píng)價(jià)色彩區(qū)域的圖像質(zhì)量的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備及其方法。所述圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)備使用關(guān)于色貌的信息實(shí)現(xiàn)與色彩區(qū)域相對(duì)應(yīng)的色彩空間，計(jì)算色彩空間的體積，并計(jì)算色彩區(qū)域的清晰度、視角特性、灰度級(jí)特性、以及該色彩空間中的色差。
文檔編號(hào)H04N17/02GK101478698SQ20081000161
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者李承培, 裵宰佑, 鄭種晧, 金憲秀, 金相昊 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社