CN100525471C - 用于控制亮度的亮度控制方法和亮度控制设备以及计算机系统 - Google Patents

Abstract

在现在的电视机中，由于摄影机固有的伽玛变换而使用户彩色饱和控制是在非线性信号域中执行的。这导致当饱和控制增加时出现夸大的彩色的显示。本发明提供一种包括以下步骤的亮度控制方法：把具有亮度分量(Y’)和彩色分量(R’-Y’，B’-Y’)的原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))提供给第一处理流和第二处理流，其中第一处理流包括以下步骤：对原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))施加饱和控制，得到经饱和控制的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’)))，以及通过进一步处理而预测第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))；第二处理流包括以下步骤：通过处理原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))来预测第二预测的图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))；通过比较第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))的亮度(Ys”)与第二预测的图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))的亮度(Y1”)来提供校正因子(Y1”/Ys”)；施加校正因子(Y1”/Ys”)以校正第一处理流的一个图像信号而给出显示信号((Ro’，Go’，Bo’))。由此本发明保持作为饱和控制函数的亮度输出，即在饱和度被修改的情形下预测显示的亮度。由于增加的或减小的饱和以及与没有修改饱和时的预测亮度相比较，这个预测的亮度是更高的或更低的。这个比较结果提供一个校正因子，它在图像信号被加到显示器之前被施加到具有修改的饱和的图像信号上。结果是在增加的饱和控制下出现非常自然的彩色改变，而饱和控制的传统的方法将引起夸大的和不自然的彩色重现。

Description

用于控制亮度的亮度控制方法和亮度控制设备以及计算机系统

发明领域

本发明涉及在显示或成像系统中用于控制亮度的亮度控制方法和亮度控制设备。此外，本发明涉及计算机程序和计算机系统。

技术背景

由于记录视频或静止图像的摄影机固有的伽玛变换，在电视机或数码静止和视频摄影机或许多计算机应用中的用户色度饱和控制是在非线性信号域中进行的。这种非线性摄影机信号是为什么增大的饱和会在显示中导致夸大的彩色(特别是蓝色、红色和深红色)的原因。例如，RGB彩色的幅度增加与黄色相比较可夸大九倍。

具体地，如果使用LCD显示器作为在所提到的那种成像系统中的显示器会引起这样的缺点。在LCD显示器中，由于在显示器中使用的液晶的技术限制，只可得到一定的最大发光量，即亮度。传统的饱和控制，特别是增大饱和的方法将导致夸大的和不自然的彩色重现。

现有技术说明

如在EP 1 237 379 A2中公开的那样的系统提供了在某些彩色系统之间，如在CMY或RGB系统与Commission Internationale1’Eclairage(国际照明委员会)(CIE)-LAB系统之间的彩色域的重新变换算法。类似的应用是从JP 2000-050299获知的。在US 5,867,169中，描述了一种在计算机图形系统中处理彩色数值的方法。

已知种类的所有的方法根据对于彩色重现的实验值作出特定的模型假设，它通常似乎仅仅适用于显示自然彩色。这些假设在没有施加额外的措施来使得图像适合于有关饱和特定要求时是可行的。然而，这种一般的假设也有在技术背景中列出的重大缺点。具体地，下面描述的现有技术的概念没有考虑在施加饱和控制时亮度的改变。

例如，在EP 0 533 100 A2中，用于处理R、G和B输入信号的层次的校正设备包括：在伽玛(Γ)变换之前用于从输入信号得到原始亮度信号的亮度信号变换设备、亮度信号伽玛变换设备、校正系数计算装置、第一RGB操作装置、彩色差分信号操作装置、第二RGB操作装置、和RGB确定装置。这样的设备目的是把电视机的动态范围调整到打印机的特定的和有限的动态范围。所以，伽玛变换适合于能够使色调和色域的饱和这二者而不是亮度和照度保持不变。然而，EP 0 533100 A2的教导因此作出某些假设，例如假设源信号是线性的。因此，EP 0 533 100 A2的教导不提供任何灵活的帮助，它们应该是适合于各种各样的情况的。由于EP 0 533 100 A2的层次校正设备的一般性的假设，所述设备对于施加的饱和控制的每个可变的和特定的情形将不能将亮度保持为饱和控制的函数。

US 5,786,871解决在视频摄影机或其它种类的拾取设备提供彩色信号时引起的问题。这样的彩色信号通常用矩阵变换成具有一个亮度分量(Y)和两个彩色差分分量(Y’，R-Y’，B-Y’)的三个新的分量信号，矩阵的系数是具体的电视标准的函数。分量信号然后可以按照例如熟知的韦伯-费希纳(W-F)关系式进行伽玛校正，该W-F关系式代表近似为对数的、人的眼睛的动态响应。经伽玛校正的亮度(Y’)和彩色差值信号(R’-Y’，B’-Y’)然后可被编码成传输用的诸如NTSC或PAL信号的复合视频信号。在接收端，译码器把复合信号变换成伽玛校准的分量信号，它被逆伽玛电路在内部变换成分量信号。这些分量信号然后输入到逆矩阵，重现用于显示的原始RGB信号。这样的理想的系统具有由亮度信道处理的所有的亮度信息，它通常被称为“恒定亮度系统”。

由于用阴极射线管(CRT)工作的彩色电视机固有地具有非线性传输特性，表现为类似于伽玛传送，因此伽玛校正要压缩RGB信号的动态范围，以减小在高亮度单元下的信号噪声比为代价，改进用于低亮度单元的主观系统信号噪声比。US 5,786,871的教导有助于提供这样一个编码器，它预先考虑在色度信道中丢失的真实的亮度信息，并且在传输之前对亮度信道施加适当的校正。由此，恒定亮度校正器被规定为用于从色度信道提取丢失的亮度信息，并在编码之前把它加回到亮度信道。经伽玛校正的分量信号被输入到亮度预测器电路。亮度预测器电路从这些信号产生亮度校正信号，它相应于来自色度信道的丢失的亮度信息。然而，这样的亮度预测器电路仅仅为受到编码器和译码器的有限带宽影响的恒定亮度方案而预测理想的亮度。另外，这里没有给出这样的措施，它适合于按每个特定的和变化的情形所施加的饱和控制的函数来调整亮度。相反，以上的教导再次依赖于一般性的在应用时是不灵活的假设。

这些系统都不能够保持显示器(不论是阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)还是等离子体显示板(PDP))的亮度输出是饱和控制的函数。结果是，传统的饱和控制方法造成夸大的和不自然的彩色重现。然而，希望的是即使对于经修改的饱和控制也应当出现非常自然的彩色变化的结果。

发明目的

这就是本发明的由来，它的目的是规定一种亮度控制的方法和设备，用于控制亮度以使得在修改饱和控制后亮度仍被保持为饱和控制的函数。

发明概要

关于所述方法，本发明目的是通过一种包括以下步骤的亮度控制方法而达到的：

-把具有亮度分量(Y’)和彩色分量(R’-Y’，B’-Y’)的原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))提供给第一处理流和第二处理流，

其中

第一处理流包括以下步骤：

对原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))施加饱和控制，以得出饱和控制后的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’)))，以及

通过对它进一步处理而预测第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))；

第二处理流包括以下步骤：

通过处理原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))来预测第二预测的图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))；

-通过比较第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))的亮度(Ys”)与第二预测的图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))的亮度(Y1”)而提供校正因子(Y1”/Ys”)；

-施加校正因子(Y1”/Ys”)以校正第一处理流的图像信号中之一，从而给出显示信号((Ro’，Go’，Bo’))。

本发明的主要概念是在饱和度被修改的情形下利用第一处理流预测显示器的亮度以及相应地在饱和度保持为不修改的情形下利用第二处理流预测显示器的亮度。对于饱和增加的情形，由于增加的饱和因而使这个预测的亮度更高一些，并且将该亮度与没有增加饱和时的预测的亮度进行比较。通过这种比较提供了校正因子，它被施加来校正第一处理流的图像信号之一以给出显示信号。

这样的概念具有较大的优点。例如，本发明在线性域中(例如对于PDP显示器或也引入饱和的线性化显示矩阵)也是可行的。在这种情形下，它仍旧限制个别彩色过于增加。结果，图像质量即使在高的或低的饱和水平下也得以改进。例如，在增加的饱和控制时避免了看来是夸大的和不自然的彩色。有可能对LCD施加增大的饱和控制而不会使LCD的光输出范围受到不可接受的阻碍，避免由于LCD传送曲线造成的不自然的压缩而导致图像细节的损失。当减小彩色饱和控制时，即使在黑白图像的情形下，也达到光的依赖于彩色的损失。保持显示器的亮度输出作为饱和控制函数的这一概念给出这样的优点：对于饱和控制的图像信号的每种特定的和可变的情形都提供外观自然的图像。

在从属方法权利要求中还列出本发明所开发的结构。由此所建议的概念的提到的优点甚至更得到改进。

在具体的优选的结构中，第一处理流包括以下步骤：

-对原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))的彩色分量(R’-Y’，B’-Y’)施加饱和控制，得出经饱和控制的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’)))，以及

通过以下步骤预测第一预测的图像信号(Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)：

-把经饱和控制的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’)))变换成具有饱和控制的红色(Rs’)、绿色(Gs’)和蓝色(Bs’)彩色分量的第一饱和控制的RGB图像信号((Rs’，Gs’，Bs’))，

-把第一饱和控制的RGB图像信号((Rs’，Gs’，Bs’))伽玛变换成第二饱和控制的RGB图像信号((Rs”，Gs”，Bs”))，以及

-把第二饱和控制的RGB图像信号((Rs”，Gs”，Bs”))变换成第一预测图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))。

作为另一个优选的结构，第二处理流包括以下步骤：

通过以下步骤预测第二预测的图像信号(Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”)：

-把原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))变换成具有红色(R’)、绿色(G’)和蓝色(B’)彩色分量的第一RGB图像信号((R’，G’，B’))，

-把第一RGB图像信号((R’，G’，B’))伽玛变换成第二RGB图像信号((R”，G”，B”))，以及

-把第二RGB图像信号((R”，G”，B”))变换成第二预测图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))。

上述的开发的结构具体地以伽玛变换的形式提供非线性转换，以RGB信号开始和结束的彩色空间变换器，(它传送亮度信号(Y)和彩色差信号(R-Y，B-Y))以及饱和控制，最优选地，还包括黑色级别控制。两种调节(即黑色级别控制和饱和控制)被施加到由于摄影机或显示器的伽玛而引起的非线性彩色空间。黑色级别控制是加到亮度信号Y的直流偏移，而饱和控制是色差信号(R-Y，B-Y)的增益控制。

这些结构的细节描述将在本详细说明的第1章和第2章中给出。

当然，为了描述本发明，不可能描述每一种想像到的部件结构或方法，但本领域技术人员将会看到，本发明的许多另外的组合和置换是可能的。因此，本发明打算包括属于所附权利要求的精神和范围内的所有的这样的变更、修正和变化。

一个具体的优选的结构在本详细说明的第3章中将参考图14作详细描述。这个结构允许通过以下步骤施加校正因子：

-把第二饱和控制的RGB图像信号((Rs”，Gs”，Bs”))乘以校正因子(Y1”/Ys”)，以及

-对相乘的第二饱和控制的RGB图像信号((Ro’，Go’，Bo’))作逆伽玛变换以给出显示信号((Ro’，Go’，Bo’))。

另一个具体的优选的结构在本详细说明的第3章中将参考图29作详细描述。在所述结构中通过以下步骤施加校正因子：

-对校正因子(Y1”/Ys”)作逆伽玛变换，以及

-把第一饱和控制的RGB图像信号((Rs’，Gs’，Bs’))乘以逆伽玛变换后的校正因子(Y1”/Ys”)以给出显示信号((Ro’，Go’，Bo’))。

再另一个具体的优选的结构在本详细说明的第3章中将参考图30作详细描述。在所述结构中通过以下步骤施加校正因子：

-对校正因子(Y1”/Ys”)进行逆伽玛变换，以及

-把饱和控制的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’^-Y’)))乘以逆伽玛变换后的校正因子(Y1”/Ys”)以给出显示信号((Ro’，Go’，Bo’))(图30)。

至于所述设备方面，本目的是利用一个控制亮度的亮度控制设备(11，图14a)达到的，该亮度控制设备包括：

-输入装置(12)，用于把具有亮度分量(Y’)和彩色分量(R’-Y’，B’-Y’)的原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))提供给第一处理流(14)和第二处理流(16)，

其中

第一处理流(14)包括：

控制装置(14a)，用于对原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))施加饱和控制以得出饱和控制的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’)))，以及

第一预测装置(14b)，用于通过对其进一步处理而预测第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))；

第二处理流(16)包括：

第二预测装置(16a)，用于通过处理原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))来预测第二预测的图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))；

-比较器装置(18)，用于提供校正因子(Y1”/Ys”)，和比较第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))的亮度(Ys”)与第二预测的图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))的亮度(Y1”)；

-操作器装置(19)，用于施加校正因子(Y1”/Ys”)，以校正第一处理流的一个图像信号而给出显示信号((Ro’，Go’，Bo’))。

这样的设备特别适合于执行如以上概述的方法和得到它的优点。

在具体的优选的结构中，亮度控制设备(11)在第一处理流(14)中包括：

控制装置(14a)，用于对原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))的彩色分量(R’-Y’，B’-Y’)施加饱和控制以得出饱和控制的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’)))，以及

第一预测装置(14b)，用于通过以下步骤(图14b)而预测第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))：

-把饱和控制后的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’)))变换(20)成具有饱和控制的红色(Rs’)、绿色(Gs’)和蓝色(Bs’)彩色分量的第一饱和控制的RGB图像信号((Rs’，Gs’，Bs’))，

-把第一饱和控制的RGB图像信号((Rs’，Gs’，Bs’))伽玛变换(22)成第二饱和控制的RGB图像信号((Rs”，Gs”，Bs”))，以及

-把第二饱和控制的RGB图像信号((Rs”，Gs”，Bs”))变换(24)成第一预测图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))。

在另一个优选的结构中，这样的亮度控制设备(11)包括第二处理流(16)：

第二预测装置(16a)，用于通过以下步骤(图14c)而预测第二预测的图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))：

-把原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))变换(26)成具有红色(R’)、绿色(G’)和蓝色(B’)彩色分量的第一RGB图像信号((R’，G’，B’))，

-把第一RGB图像信号((R’，G’，B’))伽玛变换(28)成第二RGB图像信号((R”，G”，B”))，以及

-把第二RGB图像信号((R”，G”，B”))变换(30)成第二预测图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))。

在特定的优选实施例中，设备由包括适合于执行上述方法的、特定的类别的或其它类别的优选电路经互联而成的电路装置所形成。

这样的装置可以被包括在用于接收原始信号和显示该显示信号的图像的装置中。例如，这样的装置可以被包括在电视机系统中或直接包括在CRT、LCD、或PDP显示器中。

因此，这样的设备必须被理解为由成像系统形成。这样的成像系统(1)的有利的实施例将在本详细说明中参考图1作详细描述。具体地，该成像系统(1)包括：

记录器装置(2)，用于记录图像(3)和提供原始图像信号(4)，像摄影机或用于扫描图像的其它种类的拾取设备，

传送装置(5)，用于把原始图像信号(4)进行编码(6)、传送(7)、和译码(8)，像NTSC或PAL传输，以及

显示装置(9)，用于接收原始图像信号(4)和显示该显示信号(10)的图像(3)，像CRT、LCD、或PDP显示器。

在另一个结构中，所述亮度控制设备包括用于接收原始图像信号形式的图像和显示该显示信号的图像。在特定的有利的应用中，所述控制设备被形成为LCD显示器，具体地形成为计算机LCD显示器。在再一个特定的有利的应用中，所述控制设备被形成为打印机，具体地形成为用于计算机的打印机。

本发明还导致可存储在可由计算、成像和/或打印机系统的读出的媒体上的计算机程序产品，包括软件代码分段，它使得计算的、成像的和/或打印机系统当产品在计算的、成像的和/或打印机系统上执行时执行以上概述的方法。

而且，本发明导致用于执行计算机程序产品的计算的、成像的和/或打印机系统。用于执行或存储计算机程序产品的半导体器件和用于存储计算机程序产品的贮存媒体也是本发明的一部分。

虽然本发明具有对显示器的特殊的实用性并将结合电视机系统来描述，但应当看到，该设备和它的操作方法也可以结合成像系统的其它形式而工作。例如，本发明的概念也可以应用于摄影机系统、计算机系统、任何种类的显示器，特别是LCD显示器、以及彩色打印机。

为了更全面地了解本发明，现在将参考附图详细地描述本发明。详细的描述将说明和描述被看作为本发明的优选实施例的内容。当然，应当看到，可以在不背离本发明的精神的条件下仅仅作出在形式或细节上各种修正和改变。所以，本发明打算不限于这里显示和描述的精确的形式和细节，而正在是这里公开的、和此后权利要求的本发明的整个内容。而且，在公开本发明的说明、附图、和权利要求中描述的特性对于进一步开发单独地或组合地考虑的本发明的结构是重要的。

附图简述

附图表示：

图1：电视系统的比色功能的基础图；

图2：在1.2的饱和控制后在2D均匀色度-尺度表面(UCS)1976彩色平面(底面)和色度”彩色平面(顶面)中的CRT输出；

图3：在1.2的饱和控制后在3D UCS1976彩色空间(左面)和色度”彩色空间(右面)中的相对RGBmax”光输出；

图4：在对CRT显示器的1.2的饱和控制后在3D UCS1976彩色空间(左面)和色度”彩色空间(右面)中的相对RGBmax”的侧投影；

图5：在具有垂直轴上的亮度信号的线性UCS1976彩色空间(左面)和色度”彩色空间(右面)中1.2的饱和控制；

图6：在垂直轴上具有亮度信号Y的线性3D UCS1976彩色空间(左面)和色度彩色空间(右面)中1.2的饱和控制的侧投影；

图7：在垂直轴上具有亮度信号Y’的3D UCS1976彩色空间(左面)和色度彩色空间(右面)中在1/2.3的摄影机伽玛后1.2的饱和控制的侧投影；

图8：在垂直轴上具有Y”输出的3D UCS1976彩色空间(左面)和色度”彩色空间(右面)中在1/2.3的摄影机伽玛和2.3的CRT伽玛后1.2的饱和控制的侧投影；

图9：以欧洲广播联盟(EBU)亮度贡献表示的、在垂直轴上具有Y”输出的3D UCS1976彩色空间(左面)和色度”彩色空间(中间)；在右面显示色度”侧投影。

图10：归一化LCD传送曲线；

图11：在1.2的饱和控制后在CRT输出(左面)和LCD输出(右面)的2D UCS1976平面(底面)和色度平面(顶面)中的差值；

图12：在对于LCD显示器的1.2的饱和控制后在3D UCS1976彩色空间(左面)和色度”彩色空间(右面)中的相对RGBmax”的侧投影；线性输入信号被用作为参考输入点；

图13：在1.2的饱和控制后在CRT输出(左面)和LCD输出(右面)的UCS1976和色度”空间的侧投影中的差值；

图14：按照本发明的亮度控制设备的框图；

图14a：按照本发明的亮度控制设备的优选实施例的主要部分；

图14b：按照本发明的亮度控制设备的优选实施例的第一预测装置；

图14c：按照本发明的亮度控制设备的优选实施例的第二预测装置；

图15：在1.2的饱和控制后在垂直轴上具有RGBmax”的UCS1976彩色空间(左面)和色度”彩色空间(右面)中显示器的亮度”输出Y”的保持；

图16：在1.2的饱和控制后在垂直轴上具有RGBmax”的UCS1976彩色空间(左面)和色度”彩色空间(右面)中显示器输出的Y”保持的侧投影；

图17：在1.2的饱和控制后在垂直轴上具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器输出的亮度”保持的侧投影；

图18：在1.2的饱和控制后在不具有和具有亮度”输出Y”保持的2D彩色重现中的差值；

图19：在0.6的饱和控制后在垂直轴上具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器输出的侧投影和顶投影；

图20：在0.6的饱和控制后在垂直轴上具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器输出的亮度”保持的侧投影和顶投影；

图21：在0.3的饱和控制后在垂直轴上具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器输出的侧投影和顶投影；

图22：在0.3的饱和控制后在垂直轴上具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器输出的亮度”保持的侧投影和顶投影；

图23：在0.0的饱和控制后在垂直轴上具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器输出的侧投影和顶投影；

图24：在0.0的饱和控制后在垂直轴上具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器输出的亮度”保持的侧投影和顶投影；

图25：在0.6的饱和控制后在垂直轴上具有RGBmax”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器的亮度”输出Y”的保持；

图26：在0.3(顶部)和0.0(底部)的饱和控制后在垂直轴上具有RGBmax”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中显示器的亮度”输出Y”的保持；

图27：在具有作为对于LCD显示器的1.2的饱和控制的函数的亮度”输出的保持的UCS1976彩色空间(左面)和色度”空间(右面)中LCD输出的Y”保持的侧投影；

图28：在1.2的饱和控制后在垂直轴具有RGBmax”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中CRT(顶部)和LCD(底部)输出的Y”保持的侧投影；

图29：在如图14所示的饱和控制后显示器的亮度”输出Y”的保持的第一变例；

图30：在如图14所示的饱和控制后显示器的亮度”输出Y”的保持的第二变例；

图31：PDP(等离子体显示板)显示器的饱和控制；

图32：在垂直轴具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中不带有负的主要贡献的PDP亮度”输出；

图33：在饱和控制后PDP的亮度”输出Y”的保持；

图34：在垂直轴具有Y”的UCS1976空间(左面)和色度”空间(右面)中带有Y”保持的PDP亮度”输出；

图35：在饱和控制后显示器的亮度”输出Y”的保持和具有额外的Y保持的额外的亮度”的任选项；

图36：作为水平线，对于sat＝1.4YmainGain＝1.0具有Y”保持的亮度”输出--在斜线非常相同，但YmainGain＝1.1。

图37：如图14所示在饱和控制后显示器的亮度”输出Y”的保持的第二变例；

图38：在线性UCS1976和色度彩色面中饱和控制的20％的增加；

图39：在垂直轴具有RGBmax”的UCS1976空间(左面)和三维(3D)彩色空间(右面)中1.2的饱和控制；

图40：线性UCS1976空间(左面)和色度彩色空间(右面)的侧投影，显示在1.2的饱和控制时RGBmax幅度增加；

图41：在信号处理期间负的主要的彩色贡献的位置；

图42：在线性色度平面(顶部)和UCS1976平面(底部)中用于阻止负的彩色贡献的概念；

图43：在线性3D UCS1976空间(左面)和色度彩色空间(右面)中用于阻止负的彩色的贡献的概念。

附图详细说明

1.电视系统

图1显示作为包含三个主要部分的电视系统的成像系统的基本图。在顶部，显示摄影机2，它是用于记录图像3和提供原始图像信号4的记录器装置的优选实施例。在中部显示把原始图像3进行编码、传送和译码的传送装置5。传送装置5提供用于对原始图像信号4编码的编码装置6、用于传送原始图像信号4的传送媒体7和用于对原始图像信号4译码的译码装置8。在底部显示具有传统的CRT的电视显示器作为优选实例，用于接收原始图像4和以所显示图像3’的形式的显示信号10来显示图像3的显示装置9。摄影机2和电视机9和所有的色度方面被显示在图1。

1.1摄影机

在图1的左上角，情景由摄影机2经由透镜2a和单个光敏感区域图像传感器2b以图像3的形式所记录，在传感器上具有RGB(红-绿-蓝)彩色阵列。对于使用单个图像传感器的摄影机存在许多彩色阵列。最流行的是具有基色RG/GB结构的Bayer阵列和具有GMg与MgG行交替的YeCy/GMg结构(黄-青蓝，绿-深红)的互补镶嵌式阵列。后者的彩色缩略词也将在以后的图上被使用。为了把来自图像传感器2b的复接的RGB信号2c变换成并行的三个连续RGB信号，需要一个RGB重建滤波器2d。如果藉助于光学RGB彩色分离器应用三个图像传感器，则当然不需要RGB重建。接着，把RGB信号提供到3×3摄影机矩阵2e，以使得摄影机的色域适合于想要的电视标准，如EBU标准(欧洲广播联盟)或HDTV标准(高清晰度电视)。

在矩阵后施加摄影机伽玛2f，它被预定用于在图1的显示器的末端处补偿CRT的非线性。

最后，在摄影机中，R’G’B’信号被变换(2g)成亮度信号Y’和色差信号R’-Y’和B’-y’。

在变换2g后，施加黑色级别控制2h，其中黑色级别可以通过把DC级别加到亮度信号Y’而被调节。饱和度可以通过把彩色差信号与它相乘而被调节。

1.2传送媒体

使用传送装置5，在图1的传送媒体7之前施加编码器6，其后施加译码器8。编码器6和译码器8的类型将取决于传送媒体7的类型。重要的是，无论传送媒体7是哪一种，它的功能是在显示单元9的输入端处尽可能完美地重现摄影机的亮度信号Y’和彩色差信号R’-Y’和B’-Y’。从色度观点看来，编码方法确定对彩色差信号R’-Y’和B’-Y’施加的缩减因子。

1.3显示器

同样，显示装置9从黑色级别控制9a开始。摄影机单元2以黑色级别控制2h结束。显示装置9的黑色级别控制9a作用在亮度信号上以及饱和控制9b作用在色差信号上。接着，亮度信号和色差信号重新被变换(9b)回R’G’B’信号。

如果显示器的色域与摄影机的色域(例如，EBU或HDTV)不一致，则可以应用3×3显示器矩阵9c，以使得彩色重现误差最小化。

最后，有CRT 9d，其中由摄影机2以图像3的形式经由它的伽玛传送特性被记录的情景以显示的图像3’的形式被显示。仍然有一个关于本CRT的伽玛的精确定义的讨论。将会看到，伽玛的适当的选择留待具体的应用。这里，在本文中，使用的是2.3CRT伽玛。除了CRT以外，还有其它显示器，如LCD和PDP(等离子体显示板)。

考虑到图1，可以看到，从色度观点看来有：

-两次非线性传送，摄影机2的伽玛2f和显示器9的CRT 9d的伽玛，

-两个彩色空间变换器2g和9b，以R’G’B’信号开始和结束，以及在其间的传送装置5。传送的信号是亮度信号Y’与色差信号R’-Y’和B’-Y’。

-两个黑色级别和两个饱和控制2h和9a。在原则上，当忽略传送装置5时，这些控制可被看作为对每一个的仅仅一次控制。控制2h和9a的两种调节(即黑色级别和饱和)都被施加到由于摄影机2的伽玛2f而导致的非线性彩色空间。黑色级别控制是加到亮度信号Y’的DC偏移，而饱和控制是彩色差信号R’-Y’和B’-Y’的增益控制。

2.彩色饱和控制的3D分析

彩色饱和控制的三维(3D)分析将会弄清楚，因为有了显示的传送、它的驱动器的最大作用值和显示的彩色域，这时将会牵涉到显示器9的特性。另外，电子电路的最大电压范围在调节色饱和度时也会起作用。为了阐述明白，摄影机伽玛2f成为CRT伽玛的逆指数，即，1/2.3。

2.1在摄影机伽玛与1.2的饱和控制后相对CRT光输出

相对RGBmax”光输出，即R”G”B”CRT输出的最大值的光输出，被显示为对于1.0伏的线性RGB输入信号和在忽略各个亮度贡献后被归一化到单位尼特(nits(cd/m²))。从线性输入信号和加到非线性显示的摄影机输出在这种情形下将给出在2D平面和以RGBmax”作为垂直维度的3D空间中对参考彩色会出现些什么的概念。因为显示器不能表现出负的基色贡献的结果，负的RGB信号将限于零。结果，如图2所示，在边界处的过饱和的彩色将限于彩色域的边界。与下面的均匀的色度表面(UCS)1976平面相比较，上面的色度”平面的3D圆锥结构将造成在六边形外面的引起错误的饱和增加。应当指出，线性输入信号被用作为，在这一节的图上箭头的参考。因为摄影机和显示器的总的传送是统一的，线性输入参考点也可被看作为对于1.0的饱和控制的线性显示输出。该图的3D版本显示于图32，其垂直方向为RGBmax”。相对的RGBmax”光输出增加了许多，特别是蓝色、红色和深红色。在图3上，显示了在垂直方向的四个级别1，2，3，和4的彩色重现。

对于具有B＝1和R＝G＝0的线性蓝色输入，RGBmax’输出，即在摄影机伽玛后的B’信号是：sat×(B’-Y’)+Y’＝1.2×(1-0.114)＝1.1772伏。在CRT之后，相对RGBmax”光输出将变为：大1.1772^2.3＝1.4553倍。图4的侧投影给出对于R”G”B”CRT光输出的最大值的这个增加的更好的视图。

相对RGBmax”值是对于相应于RGBmax”的彩色的以cd/m²计的绝对光输出的改变的度量。对于以前提到的蓝色增大1.4553倍的RGBmax”也意味着，蓝基色的光输出将增加这么多。

图3和4清楚地显示，在输入彩色的边界处，蓝色的幅度增加是最大的，后面跟随的分别是红色和深红色。黄色具有最小的增加幅度，后面跟随的分别是青蓝色和绿色。这意味着，饱和度增加的结果对于情景中的黄色、青蓝色和绿色的影响比起对于蓝色、红色和深红色的影响小得多。在下一节将弄明白，相应于RGBmax”基色的绝对光输出的增加将正比于RGBmax”的增加。

2.2垂直轴为亮度的3D色度空间中的彩色饱和分析

在下面显示的是垂直轴为亮度”信号的彩色空间。摄影机的亮度信号(Y’)升至显示器的指数次方得到亮度”信号(Y”)。它被看作为两次乘幂的信号：第一次乘以摄影机的伽玛幂，和最后乘以显示器的伽玛幂。

这里为了说明清楚，应用联邦通信委员会(FCC)亮度贡献，而不用EBU的。对于FCC亮度贡献，以下关系式成立：

Y_R:Y_G:Y_B＝0.299:0.587:0.114.

luminance”输出代表绝对的CRT光输出，即显示器的主要亮度贡献，以cd/m²(尼特)计。

首先，说明垂直轴为亮度信号和1.2的饱和控制的线性3D彩色空间的重现。尽管只显示了级别4的各参考点，图5实际上没有给出对于这些参考点将发生些什么的概念。它完美地显示在图上为什么优选地选择RGBmax”信号作为垂直轴。为了弄明白垂直轴为亮度”信号Y”的3D彩色空间，在本节中仅仅显示更感兴趣的侧投影。

图6的明显的特性是，表示参考点的1.2的饱和控制的所有的箭头是水平的。这意味着，在这些线性3D空间中任意彩色的亮度输出与彩色饱和量是无关的。可以容易地证明，亮度信号Y在增加(或减小)饱和度之后仍被保持。对于亮度信号，以下关系式成立：

Y＝Y_RxR+Y_GxG+Y_BxB

包括饱和参数的色差信号是：

R-Y＝sat x(R-Y)

G-Y＝sat x(G-Y)

B-Y＝sat x(B-Y)

这导致以下的RGB信号：

R＝sat x R-sat x·Y+Y

G＝sat x G-sat x Y+Y

B＝sat x B-sat x Y+Y

把这些RGB信号代入以前的亮度信号公式，给出：

Y＝Y_RxsatxR-Y_RxsatxY+Y_RxY+Y_GxsatxG-Y_Gx satxY+Y_oxY

+Y_BxsatxB-Y_BxsatxY+Y_BxY

＝satx(Y_RxR+Y_GxG+Y_BxB)-satxY(Y_R+Y_G+Y_B)+Yx(Y_R+Y_G+YB)

因为Y_R×R+Y_G×G+Y_B×B和Y_R+Y_G+Y_B＝1，可以得出：

Y＝sat×Y-sat×Y+Y＝Y，即Y与饱和参数无关。

图7显示在1/2.3的摄影机伽玛后垂直轴为亮度信号Y’的3DUCS1976和色度空间中的侧投影。对于亮度信号Y’，以下关系式成立：Y’＝0.114xR’+0,587xG’+0.114xB’

在摄影机伽玛后的点被取为输入参考点，而不是在摄影机伽玛之前的线性的点。这里箭头再次是水平的，这意味着，亮度信号Y’是与彩色饱和量无关的。

如此前那样通过以模拟方式分别用R’，G’，B’和Y’信号替代R，G，B和Y信号，可以证明亮度信号Y’被保持为饱和的函数。一个结论是，在线性3D彩色空间以及同样在摄影机伽玛后的彩色空间中，由增加的RGBmax(‘)造成的Y(‘)增加主要通过其它两个基色的Y(‘)减小而完全被抵销。当然在减小彩色饱和的情形下是非常相同的。

这也意味着，在线性3D彩色空间中以及在具有RGBmax(‘)作为垂直维度的摄影机伽玛后的空间中，饱和度的增加，RGBmax(‘)的增加只代表RGBmax(‘)彩色信号的增加，而Y(‘)信号幅度则被保持。同样，在饱和减小的情形下情况是非常相同的。然而在修正彩色饱和后亮度输出的这种保持在CRT之后，即在CRT伽玛传送后却不能达到。在CRT的伽玛之前，以下关系式成立：

R’＝sat x R’-sat x Y’+Y’

G’＝sat x G’-sat x Y’+Y’

B’＝sat x B’-sat x Y’+Y’

为了能够继续进行计算，假设CRT伽玛等于2，即：

R”＝(satxR’+(1-sat)xY’)²＝(satxR’)²+2xsatxR’x(1-sat)xY’+((1-sat)xY’)²G”＝(satxG’+(1-sat)xY’)²＝(satxG’)²+2xsatxG’x(1-sat)xY’+((1-sat)xY’)²B”＝(satxB’+(1-sat)xY’)²＝(satxB’)²+2xsatxB’x(1-sat)xY’+((1-sat)xY’)²

对于Y”，以下关系式成立：

Y”＝Y_RxR”+Y_GxG”+Y_BxB”

把R”，G”和B”代入Y”，给出：

Y”＝Y_Rx((satxR’)²+2xsatxR’x(1-sat)xY’+((1-sat)xY’)²)

+Y_Gx((satxG’)²+2xsatxG’x(1-sat)xY’+((1-sat)xY’)²)

+Y_Bx((satxB’)²+2xsatxB’x(1-sat)xY’+((1-sat)xY’)²)

这个结果可被进一步简化。然而，它不能成为独立于饱和参数“sat”。

在图8上，显示在在饱和增加后Y”CRT的输出增加。例如，对于具有B＝1和R＝G＝0的蓝色，在摄影机伽玛后，下列关系式成立：B’＝sat×(B’-Y’)+Y’。在CRT后，这变为B”＝Y_B×(sat×(B”-Y”)+Y”)^2.3cd/m²。

参数Y_B是蓝色磷粉的相对亮度输出，以cd/m²表示，是现代显示器的相对EBU亮度贡献。大多数现代显示器具有非常接近于EBU色度坐标的绿色磷粉和蓝色磷粉。然而，红色磷粉被移向绿色色度坐标而偏离优选的EBU色度坐标相当多。在给定1.2的饱和控制时，这意味着B”＝Y_B×1.4453。蓝色的这一相当大的亮度增加在以前的节2.1中已预测。而且，它相应于RGBmax”增加。应当指出，线性输入信号是用作为参考点的。

这一节的结论是在CRT后Y”亮度输出就作为饱和量的函数而改变。这意味着，饱和调节得出由CRT后的两个向量组成的一个彩色向量：在垂直方向上的Y”亮度向量和在水平平面上的所谓的真实的饱和向量。

应当指出，图2的2D平面代表以Y”作为垂直维度的3D彩色空间的顶投影，但也是图3的以相对RGBmax”输出作为垂直维度的3D空间的顶投影。

因为现代显示器应当具有按照EBU的亮度贡献，作为图9上的侧投影的侧投影是更现实的侧投影。这里，EBU坐标仅仅被显示一次，因为它限制在这节中从线性到超越摄影机伽玛和最后到CRT输出的不同的步骤的比较。在左面和中部，显示3D UCS1976和色度”空间，包括它们的顶投影。在右面，显示色度”侧投影。线性RGB输入信号的亮度贡献由箭头的开始代表，并且相应于EBU亮度贡献，即，EBU亮度贡献是：

Y_R:Y_G:Y_B＝0.222:0.707:0.071。

这个EBU侧投影的结果可以与在以前的图8上按照FCC(联邦通信委员会)的结果进行比较。应当指出，再次只显示级别4的参考点。

2.3作为饱和控制的函数的LCD的3D彩色重现

以前各节提及的信号作为饱和增加的函数提供给任意类型的显示器。在CRT显示器的情形下，唯一的要求是CRT驱动器的作用范围足够大，以便处理增加的RGBmax’信号幅度，这个幅度是由电视机设置者作出的饱和用户控制的最大选择的数值的函数。可以想像，如果饱和控制被调节到1.5，则RGBmax’和相对RGBmax”值将变大：对于B＝1与R＝G＝0的蓝色分别为1.443和2.324。2.324的数值也意味着，蓝色光输出将增加2.324倍。

对于具有线性传送的PDP，在提供彩色信号到PDP驱动器之前CRT传送是被查找表(LUT)所限制的。这里，要求是查找表(LUT)和PDP驱动器的范围要相应于作为最大值用户饱和控制的函数的最大值RGBmax’信号。如果CRT与PDP的电子电路和驱动器满足这个要求，则在节2.1(关于RGBmax”)和节2.2(Y”)的结果是有效的。

然而，LCD的传送特性具有有限的范围。在图10上，显示了按照以下公式的LCD传送特性的例子。

如果RGBin<＝1.0then..................RGBout＝1，0 x RGBin^γd      (1)

否则如果RGBin<＝LCDmax then...RGBout＝LCD max-(LCDmax-1，0)x

${\left(\frac{\mathrm{LCD}\max -\mathrm{RGBin}}{\mathrm{LCD}\max -\mathrm{1,0}}\right)}^{\mathrm{\&gamma;d}}$

否则..............................................RGBout＝LCD max

对于RGBin<＝1.0伏，LCD传送特性等同于CRT的传送特性。相对RGB光输出(RGBout)被归一化到在RGBin＝1.0伏时的1个尼特。LCDmax参数是RGB三基色的相对最大光输出，并在这里被假设为1.16。公式(1)中的指数d等于CRT的伽玛值，是2.3。

虽然LCD对于每个基色具有比2.3大得多的伽玛的不同的传送特性，但在本上下文中假设，通过三个RGB LUT，该特性与按照图10的2.3的伽玛相配合。应当指出，LCD传送的上面部分同样成为具有指数为2.3的指数幂函数。

在图11上，显示在2D UCS1976和色度”彩色平面上CRT和LCD输出之间的差值。在左面显示CRT输出，在右面显示的是饱和控制为1.2的LCD输出。在中间部分，在单个视图内同时显示这二者。惊人的是，在UCS1976色域和色度”六边形内彩色重现的差别是小的，即在趋向青蓝色、蓝色、深红色和红色区域的边界处色度误差是小的。然而，在边界上，特别是在青蓝色、蓝色、深红色和红色边界彩色之间的出现小的并且也有大的色度误差。图11上LCD边界彩色向量尺寸的减小是由LCD传送曲线的顶部造成的，并将藉助于图12进一步解释。

图12上显示的是在1.2的饱和控制后LCD的相对RGBmax”输出的侧投影。当把这个图与图4上等价的CRT输出进行比较时，就可以看到，仅仅在级别4”，箭头变为小得多。它们被压缩并丢失许多细节。即使在级别3”的蓝色一侧，某些彩色的RGBmax”幅度被减小。在级别1”，2”，3”上所有的其它箭头是与图4的箭头非常相同的。应当指出，在图12上，线性输入信号被用作为参考输入点。结论是，在增加的饱和控制下，其RGBmax”值超过3D彩色空间的级别4”的所有的LCD彩色并不具有随低于该级别的所有其它的彩色的按比例增加的特性。从可觉察的观点来看这种细节的损失是否可接受是不同的问题，将不在这里讨论。

在图13的侧投影中，可以看到在1.2的饱和控制后在CRT的Y”输出(在左面)与LCD(在右面)之间的差别。应当指出，在图13上仅仅显示级别4”的参考点。在分别为1.2，1.4，2.0的饱和控制下基色和补色在CRT显示之前和之后的亮度”增加示于表1。对于任意饱和控制的计算可以在显示之前按照下式完成：

sat×(B’-Y’)+Y’

其中在必要时B’可以被R和G代替。通过把该结果乘以2.3次方，将得到CRT显示器的亮度”输出，即：

(sat×(B’-Y’)+Y’)^2.3

表1：使用联邦通信委员会(FCC)亮度贡献，在CRT显示之前的相对幅度和CRT显示的相对亮度”输出，作为饱和控制的函数：

                        显示前     显示前    显示前    显示器Y”   显示器Y”   显示器Y”

                                                        输出        输出      输出

颜色  RGB输入           sat＝1.2   sat＝1.4  sat＝2.0   sat＝1.2   sat＝1.4  sat＝2.0

蓝色  R＝0，G＝0，B＝1  1.1772     1.354     1.886      1.455      2.009     4.303

红色  R＝1，G＝0，B＝0  1.140      1.280     1.701      1.352      1.766     3.393

深红  R＝1，G＝0，B＝1  1.117      1.235     1.587      1.290      1.624     2.893

绿色  R＝0，G＝1，B＝0  1.083      1.166     1.413      1.200      1.421     2.215

青蓝  R＝0，G＝1，B＝1  1.060      1.120     1.299      1.143      1.300     1.825

黄色  R＝1，G＝1，B＝0  1.023      1.046     1.114      1.053      1.108     1.282

3.显示器的作为彩色饱和控制的函数的亮度输出的保持

正如节22提出的，饱和参数应当保持显示器的亮度输出。这可以通过如图14的框图所示的亮度控制设备而达到。

非线性摄影机信号亮度Y’和彩色差信号(R’-Y’)与(B’-Y’)被提供给饱和控制，并分别变为Y’和{sat×(R’-Y’)}与{sat×(B’-Y’)}。带有和不带有修正的饱和控制的亮度和色差信号被变换成基色信号，即摄影机的R’G’B’信号和带有修正的饱和控制的Rs’Gs’Bs’信号。在Rs’Gs’Bs’信号中的符号“s”表示修正后的饱和控制。

R’＝(R’-Y’)+Y’

G’＝(G’-Y’)+Y’，where(G’-Y’)＝-(YR/YG)x(G’-Y’)-(YB/YG)*(G’-Y’)   (2)

B’＝(B’-Y’)+Y’

用于得到(G’-Y’)信号的Y_R，Y_G，Y_B是按照FCC标准的，它用于传输亮度信号Y’和彩色差信号(R’-Y’)与(B’-Y’)的。所以，以下关系式成立：

Y_R:Y_G:Y_B＝0.299:0.587:0.114。

对于Rs’Gs’Bs’信号，以下关系式成立：

Rs’＝sat x(R’-Y’)+Y’

Gs’＝sat x(G’-Y’)+Y’(3)

Bs’＝sat x(B’-Y’)+Y’，

可以使用以前得到的G’信号的(G’-Y’)信号。这两个信号流，即R’G’B’信号流和Rs’Gs’Bs’信号流，被提供到包含CRT传送函数的两个LUT。这导致代表不带有修正的饱和控制的CRT控制的R”G”B”信号和包括它的Rs”Gs”Bs”信号。

R”＝R’^γ，G”＝G’^γ，B”＝B’^γ和(4)

Rs”＝Rs’^γ，Gs”＝Gs’^γ，Bs”＝Bs’^γ

在被使用了不同于具有γd＝2.3的标准CRT的显示器类型，例如具有另外传送特性的LCD或PDP的情形下，仍旧应当有需要应用CRT传送曲线，因为每种显示器类型必须遵从CRT传送特性。在节2中说明RGBmax’和RGBmax”幅度能够作为由电视机设置者规定的最大量饱和增加的函数而大大地增加。在两个CRT LUT中应当考虑RGBmax’和RGBmax”的这种范围的增加。至少在一个处理修正的饱和控制的LUT中应当考虑它。

对于R”G”B”信号和Rs”Gs”Bs”信号分别变换成Y1”和Ys”亮度信号，必须应用所考虑的显示器的亮度贡献，否则如这里描述的保持显示器的亮度输出将失效。Y1”信号代表对于1.0的饱和控制的显示器的原始亮度输出，而Ys”信号考虑的是带有修正饱和控制的显示器的亮度输出，不管是增加还是减小。即，对于变换到亮度信号Y1”和Ys”，以下关系式成立：

Y1”＝Y_RdisplayxR”+Y_GdisplayxG”+Y_Bdisplayx B”        (5)

Ys”＝Y_Rdisplayx Rs”+Y_Gdisplayx Gs”+Y_Bdisplayx Bs”，

其中Y_Rdisplay，Y_Gdisplay和Y_Bdisplay代表显示器，即CRT、LCD或PDP显示的亮度贡献。原始输入信号的预测的显示输出的符号是Y1，其中“1”被选择来表示单位饱和控制。

为了保持显示器的最后的亮度输出，Rs”Gs”Bs”信号要乘以Y1信号与Ys信号的商。所以：

Ro”＝Rs”x Y1”/Ys”

Go”＝Gs”x Y1”/Ys”                       (6)

Bo”＝Bs”x Y1”/Ys”

通过复原以前对于Ro”Go”Bo”信号的CRT伽玛，得到Ro’Go’Bo’信号，它们可作为显示的输入信号。

Ro’＝Ro”^1/γ，Go’＝Go”^1/γ，Bo’＝Bo”^1/γ(7)

在显示器之后，不论是CRT、LCD、PDP或具有CRT的传送特性作为标准的任何其它类型之后，它的输出将相应于(Ro”^1/γ)^γ＝Ro”，以及同样地对于Go”和Bo”。忽略在显示器的输入与输出之间的常数，这意味着以cd/m²表示的显示器的亮度输出相应于：

Y”＝Y_RdisplayxRo”+Y_GdisplayxGo”+Y_BdisplayxBo”＝

＝Y_Rdisplay x Rs”x Y1”/Ys”+Y_Gdisplay x Gs”x Y1”/Ys”+Y_Bdisplay x Bs”xY1”/Ys”

＝

＝Y1”x(Y_Rdisplay x Rs”+Y _Gdisplay x Gs”+Y _Bdisplay x Bs”)/Ys”＝Y1”

因为(Y_Rdisplay×Rs”+Y_Gdisplay×Gs”+Y_Bdisplay×Bs”)＝Ys”。

因此，在饱和控制的修正方案后的显示器的输出与具有1.0的饱和控制的输出是非常相同的。

关于所述设备，特定的优选实施例被形成为一种设备，它包括适合于执行如上所述方法的特定类别或其它类别的优选电路的互联电路。这样的设备可被合并在用于接收原始信号和显示由显示信号形成的图像的装置中。例如，这样的设备可被合并到电视系统或直接合并到CRT、LCD或PDP显示器中。因此，这样的设备也应理解为由如图1详细地描述的成像系统1所形成。

当然，该设备可以用任何优选的方式被安排在图1的整个成像系统1中。具体地，所提到的设备或特定的类别或其它类别的优选电路的互联电路可被合并到记录器装置2(图1)中，如摄影机或用于扫描图像的其它种类的拾取设备。另外，这样的设备可被合并到传送装置5中(图1)，如NTSC或PAL传输。最优选地，所提到的设备可被合并到显示装置9中(图1)，如CRT、LCD或PDP显示器或任何想要的种类的打印机。

图14a在原理上显示作为用于控制亮度的亮度控制设备的优选实施例的设备11的主要部分。这样的设备具体地适配于执行如上所述的方法和实现它的优点。

设备11包括：

-输入装置12，用于把具有亮度分量Y’和彩色分量R’-Y’，B’-Y’的原始图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)提供到第一处理流14和第二处理流16。

第一处理流14包括：

-控制装置14a，用于对原始图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)施加饱和控制，得到饱和控制后的图像信号(Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’))，以及

-第一预测装置14b，用于对它作进一步处理而预测第一预测的图像信号(Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)。

第二处理流16包括：

-第二预测装置16a，用于通过处理原始图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)来预测第二预测的图像信号(Y”，R”-Y”，B”-Y”)。

此外，设备11包括比较器装置18，用于提供校正因子Y1”/Ys”，和比较第一预测的图像信号(Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)的亮度Ys”与第二预测的图像信号(Y”，R”-Y”，B”-Y”)的亮度Y1”。

另外，设备11还包括操作器装置19，用于施加校正因子Y1”/Ys”，以校正第一处理流14的一个图像信号17而给出显示信号(Ro’，Go’，Bo’)。所提到的操作器装置19可以以几种方式来实现，并且可以包含各种操作。例如，可以使用第一处理流14的各种图像信号17。也存在应用伽玛变换或逆伽玛变换的各种可能性。这几种方式中的某些方式中有关该方法的修正方案被显示，并且参照于图29和30详细地被说明。

在特定的优选的结构中，设备11在第一处理流14中包括：

-控制装置14a，用于对原始图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)施加饱和控制，得出饱和控制后的图像信号(Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’))，以及第一预测装置14b，用于预测第一预测的图像信号(Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)。

第一预测装置14b被详细地示于图14b。预测装置14b包括在图14b上表示的适当的部件，用于：

-把饱和控制的图像信号(Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’))变换20成具有饱和控制的红色Rs’、绿色Gs’和蓝色Bs’彩色分量的第一饱和控制的RGB图像信号(Rs’，Gs’，Bs’)，

-把第一饱和控制的RGB图像信号(Rs’，Gs’，Bs’)伽玛变换22成第二饱和控制的RGB图像信号(Rs”，Gs”，Bs”)，以及

-把第二饱和控制的RGB图像信号(Rs”，Gs”，Bs”)变换24成第一预测图像信号(Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)。

在具体的优选的结构中，设备11在第二处理流16中包括：

-第二预测装置16a，用于预测第二预测的图像信号(Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”)。

第二预测装置16a被详细地显示于图14c。预测装置16a包括在图14c上表示的适当的部件，用于：

-把原始图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)变换26成具有红色R’、绿色G’和蓝色B’彩色分量的第一RGB图像信号(R’，G’，B’)，

-把第一RGB图像信号(R’，G’，B’)伽玛变换28成第二RGB图像信号(R”，G”，B”)，以及

-把第二RGB图像信号(R”，G”，B”)变换30成第二预测图像信号(Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”)。

在图14a，14b，14c上描述的设备可以考虑到方法的进一步修正方案而调整。该进一步修正方案和它的优点将参照图31，33，35和37详细地说明。

3.1在增加的饱和控制下亮度输出保持

对于1.2的饱和控制，在图15上显示在以RGBmax”作为垂直维度的3D UCS1976和色度”空间中保持CRT亮度输出的结果。为了能够使图15与图3相比较，这里显示了FCC摄影机与CRT显示系统。虽然在这个图的处理流程中，‘恒定的Y”是作为f(sat)’来叙述的，但“恒定的亮度”这个注解不是从字面上来理解的，因为在这个提出的概念中亮度作为饱和控制的函数不是恒定的，并且不能与色度学中的恒定亮度的概念相比较。

可以看到，与级别无关，基色和补色的RGBmax”输出被保持在具有1.0饱和控制的级别。所有的其它的参考点的RGBmax”CRT输出都有增加，但当然亮度Y”输出是保持不变的。

在图16上，显示图15的侧投影，当对于1.2饱和控制的显示器保持其亮度输出时它给出对RGBmax”输出增加的较好的印象。

在图15和16上RGBmax”输出的增加意味着相应的基色显示的亮度输出也将增加。因为要保持显示的总的亮度输出，所以另外的两个基色应当减小其亮度贡献，它必须等于相应于RGBmax”的基色显示的增加的亮度。

这一点确实如此，这个情况当然是可以计算的，但更好的证明给出了图17，该图17显示在饱和控制增加20％后对于级别4”的67个参考点的显示器的亮度输出的侧投影。通过水平箭头可以清楚地看到，显示器的亮度输出得以保持。在图17的顶部，显示2D彩色重现，即顶投影。当将这些结果与图2上的结果比较时，这些2D结果显示位于UCS1976色域或色度”六边形内的彩色的几乎相同的饱和增加。图15的显示器的亮度输出的保持表明靠近边界时彩色饱和有少量减少。这适合于六边形的边界彩色，因为它们减小得很多。由于RGBmax”增加要小得多，所以3D圆锥的效果要小得多，而且它们的色度几乎是被保持的。

在图18上，这些差别可以非常清楚地看到，因为它表明了带有显示器的亮度输出保持(在六边形外部周界的线)和不带有显示器的亮度输出保持(在六边形以内的线)的2D彩色重现。

3.2在减小的饱和控制下的亮度输出保持

为了开发彩色改进算法，较低的(局部)饱和控制数值可以与较高的值一样重要。“局部的”饱和控制意味着，给非常特定的彩色进行饱和修正。所以，将透彻地说明对减小饱和控制的分析。在接着的图19到24的六个图上，具有号码19，21和23的那些图显示具有传统的减小饱和控制的彩色重现，而具有号码20，22和24的那些图显示同样的饱和控制减小、但保持显示器的亮度”输出的结果。

为了能够比较这一节的图与以前的各节的图，显示器的输出使用FCC亮度贡献而不是EBU亮度贡献。在图19上的UCS1976和色度”空间的侧投影和顶投影表明把饱和控制减小到0.6的传统方法的亮度”(侧投影)和彩色重现。正如在图8上对于饱和控制增加到1.2所显示的，这里显示器的亮度”输出的改变也相当大。对于具有B＝1，R＝G＝0的蓝色，在给定1cd/m²作为对于R＝G＝B＝1.0伏的基准的情况下，显示输出从0.114减小到0.043cd/m²。

在图20上，显示在保持显示器的亮度”和饱和控制为0.6时的彩色重现。当比较图19和20的UCS1976顶投影时，则没有差别。图中两个最后的u’v’坐标是相同的。然而，色度”顶投影由于亮度”输出和色度”空间的3D圆锥形状的差别而是不同的，这里Y”作为垂直维度。应当指出，具有RGBmax”作为垂直维度的色度”顶视图是与图19和20，还有图21和22以及图23和24的具有Y”作为垂直维度所示的是非常相同的。在这些2D平面上，实际的3D圆锥形状应该是说明对于色度”顶投影的差别的一个原因。

在图21上，显示器输出的侧投影和顶投影被显示为其饱和控制为0.3。对于具有B＝1，R＝G＝0的蓝色，显示器输出现在从0.114减小到0.016cd/m²。应当指出，对于红色、深红、和蓝色的显示的亮度”输出相对减小得很多。

对于如图22所示的、用于保持显示器输出的亮度”输出的电路，亮度”在饱和控制变到0.3时保持不变。这里图21和22的UCS1976空间的顶投影是非常相同的，而色度”顶投影由于这里上述的相同的原因而是不同的。

对于0.0的饱和控制，原始彩色图像变为“黑白”图像。在图23，全部67个参考点被移位到在彩色空间的中心处的灰色线。对于具有B＝1，R＝G＝0的蓝色，显示器输出现在从0.114减小到0.007cd/m²，光输出减小了几乎17倍，正如以上计算结果已表示的。

当如图24所示保持显示器输出的亮度”输出时，所有的彩色的亮度”保持不变而饱和控制变到0.0。这里图23和24的UCS1976空间的顶投影是非常相同的。在0.0的饱和控制的这个具体的情形下，图23和24的色度”顶投影是相同的。发生这一点的其它特定的情形是当饱和控制是1.0时。对于具有B＝1，R＝G＝0的蓝色和0.0的饱和控制，显示器输出保持在0.114cd/m²。具有B＝1和R＝G＝0和0.0的饱和控制的蓝色输入的光输出的计算，是对于不带有和带有亮度”保持进行的。对于其光输出要用于亮度”保持的1.0的饱和控制，考虑B’＝1和R’＝G’＝0。对于饱和控制设置为零要考虑：Rs’＝Gs’＝Bs’＝Y’，这是传统的饱和控制方法，所以不用亮度”保持。

R’，G’，B’和Rs’，Gs’，Bs’信号被提供到CRT LUT，正如图14上说明的。所以，在具有FCC基色的显示器的情形下B”＝1和R”＝G”＝0，得到Y1”＝Y_Bdisplay×B”＝Y_display的光输出(对于sat＝1.0)，或0.114cd/m²(图24)。在EBU显示器的情况下这是0.07cd/m²。对于具有sat＝0的信号流，考虑Rs”＝Gs”＝Bs”＝Y”。

光输出Ys”变为：Ys”＝Y_Rdisplay×Y”+Y_Gdisplay×Y”+Y_Bdisplay×Y”＝Y”，因为Y_Rdisplay+Y_Gdisplay+Y_Bdisplay＝1。

对于光输出Y”，可以写出：对于FCC显示(图23)，Ys”＝Y”＝(Y_Bdisplay)^γ＝(0.114)^2.3＝0.007cd/m²，以及，对于EBU显示(0.07)^2.3＝0.002cd/m²当保持显示的最后的亮度输出时，Rs”Gs”Bs”信号必须乘以Y1”与Ys”信号的商(图14)，即：

Ro”＝Y”xY_Bdisplay/Y”＝Y_Bdisplay

Go”＝Y”xY_Bdisplay/Y”＝Y_Bdisplay

Bo”＝Y”xY_Bdisplay/Y”＝Y_Bdlsplay

将Ro”Go”Bo”信号的CRT伽玛复原(图14)和由显示器来重新进行，就得到光输出Ro＝Go＝Bo＝Y_Bdisplay，因此RGBmax”＝Y_Bdisplay.

所以，在1.0的饱和控制下1.0的相对RGBmax”输出被降低到在0.0的饱和控制下Y_Bdisplay的数值，正如在图26的下部表示的。在前面所示的相同的三个条件下，即0.6，0.3和0.0的饱和控制，表明了在具有RGBmax”作为垂直维度的UCS1976和色度”彩色空间中显示器的亮度”输出的保持的分析。

在图25上，显示了饱和控制为0.6的结果。当显示器的亮度”输出被保持时，在减小的饱和控制下RGBmax”值减小，这也许有点令人迷惑。然而，必须认识到，RGBmax”的减小关系到三个基色之一，而亮度”输出关系到三个基色一起的亮度贡献。基色的RGBmax”减小意味着，该基色的光输出也按比例减小。在减小饱和和保持亮度输出的情形下，这意味着另两个基色的亮度贡献必须增加。在0.3和0.0的饱和控制下，如图26所示，RGBmax”彩色开始减小得相当多。重要的是要使用足够的比特来计算。在8比特处理的情形下，将出现量化错误。从8比特开始并用实数计算，将不会引起可见的量化误差。为了避免在0.1-0.4的饱和控制下可见的量化，至少需要12比特或更多。

3.3在增加饱和控制下LCD的亮度输出保持

在图27上显示作为饱和控制为1.2的函数的亮度”输出保持按照公式(1)的LCD的彩色分析的侧投影。与图16相比较，比起如图12(对于LCD)和4(对于CRT)所示的、不带有亮度”保持时，压缩量要小得多。当用任意图像在LCD和CRT进行仿真所得结果中，即使饱和控制为更大的1.4时，也很难或没有注意到差别。

在图28上，显示对于CRT(上部)和LCD(下部)在1.4的饱和控制下的亮度”保持。差别已变得较大，但实际上似乎是可以接受的。

3.4在信号路径上具有较少的处理的、作为f(sat)的亮度输出保持

对于某些应用，在信号路径或流中使处理步骤最小化可能是特别有利的。在图29和30上，显示图14的两个变例，其中在信号流动中的处理步骤被减少，但无论如何具有非常相同的结果。

在图14上，用于“亮度”保持的处理路径包含饱和控制、变换到Rs’Gs’Bs’信号、CRT LUT、乘法器和逆CRT LUT。通过对图14的电路图进行小的重新组织，两个LUT可以被移到如图29所示的Ys”计算路径上。这也要求Y1”/Ys”除法器作用在逆CRT LUT上。图29的Ro’Go’Bo’信号是与图14的信号非常相同的。在逆CRT LUT后，公式(6)到(7)的步骤可被写为：

(Ro”)^1/γ＝(Rs”xY1”/Ys”)^1/γ

(Go”)^1/γ＝(Gs”xY1”/Ys”)^1/γ

(Bo”)^1/γ＝(Bs”xY1”/Ys”)^1/γ

因为(Ro”)^1/γ＝Ro’考虑到：

Ro’＝Rs’x(Y1”/Ys”)^1/γ

Go’＝Gs’x(Y1”/Ys”)^1/γ                        (8)

Bo’＝Bs’x(Y1”/Ys”)^1/γ

公式(8)在图29上被严格地执行。

在图30上显示，也有可能在信号路径上保持亮度和彩色差信号。当把Y1’，(R’-Y’)o和(B’-Y’)o信号变换成RGB信号时，则得到图14和29的Ro’Go’Bo’信号。

Yo’＝Y’x(Y1”/Ys”)^1/γ

(R’-Y’)o＝sat x (R’-Y’) x (Y1”/Ys”)^1/γ            (9)

(B’-Y’)o＝sat x (B’-Y’) x (Y1”/Ys”)^1/γ

变换Y’，sat×(R’-Y’)和sat×(B’-Y’)信号，得出Rs’Gs’Bs’信号。把这些信号乘以(Y1”/Ys”)^1/γ是按照公式(8)进行的，即也允许通过如图30所示的Y’，sat×(R’-Y’)和sat×(B’-Y’)信号处理作为饱和控制的函数的“亮度”保持。

3.5PDP的亮度输出的保持

本发明的概念具有较大优点。例如，本发明也可工作在线性域中，例如用于PDP显示器或同样包括饱和的线性化显示矩阵。在线性域中，亮度作为饱和的函数是保持恒定的。然而对于PDP或饱和控制是与线性化显示矩阵组合的，通常存在问题，因为这样的显示器不能处理负的信号贡献。

前面的方法也可应用于PDP，这样，相同的电子电路可应用于CRT或LCD。它是否具有优点是另一个问题，但因为PDP的线性传送，有可能把饱和控制放置在CRT伽玛仿真之后。取决于摄影机伽玛和仿真的CRT伽玛，总的传送变为更加线性的，导致在饱和增加后比起把它放置在CRT之前的情形时小得多的幅度增加。在图31，显示了用于PDP的处理图，传送的亮度和彩色差信号被变换成基色信号，即摄影机的R’G’B’信号，正如在公式(2)中在节3中提到的。

R’＝(R’-Y’)+Y’

G’＝(G’-Y’)+Y’，where(G’-Y’)＝-(YR/YG) x (G’-Y’)-(YB/YG) x (G’-Y’)

B’＝(B’-Y’)+Y’

YR，YG和YB亮度贡献是按照FCC传输标准的。在CRT伽玛的仿真后，输出信号R”，G”，和B”被变换回亮度信号Y”和彩色差信号R”-Y”和B”-Y”，以使得饱和控制成为可能。在变换到用于驱动PDP的Rs”，Gs”，和Bs”信号后，以下关系式成立：

Ro”＝Rs”＝sat x (R”-Y”)+Y”

Go”＝Gs”＝sat x (G”-Y”)+Y”(10)

Bo”＝Bs”＝sat x (B”-Y”)+Y”

当R”G”B”信号被变换到Y”，R”-Y”和B”-Y”时，(G”-Y”)信号也是可得到的，这被认为是理所当然的。假设摄影机的伽玛是CRT伽玛的逆处理，则在饱和控制增加20％后，将得到与附录的图38到40和节2.2的图5和6相同的彩色重现。因为不可能产生负的基色贡献，PDP的最后的光输出将按照附录的图42和43。然而，亮度输出是按照下面的图32。在顶部，显示的仅仅是级别4”的结果，而在底部是级别1”到4”。在左面，显示的是UCS1976彩色空间，而右面是色度”空间。可以看到，与级别无关，在边界处将出现亮度误差。这对饱和控制在数值上有较大增加的情况下在彩色空间内穿过外部边界的所有彩色都是要考虑的。

避免亮度输出的这种增加的一个方法是施加如图33所示的PDP的作为饱和控制的函数的亮度输出保持。虚线部分显示比起图31来是额外需要的电路。

在饱和控制和变换到Rs”，Gs”和Bs”信号后，负的基色贡献在方块“阻止负的彩色贡献”中按照下式被设置为零：

如果Rs”<0，则Rs”＝0

如果Gs”<0，则Gs”＝0

如果Bs”<0，则Bs”＝0

接着，对于大于或等于零的这些信号计算亮度信号Ys”：

Ys”＝Y_Rdisplay x Rs”+Y_Gdisplay x Gs”+Y_Bdisplay x Bs”

对于适当的亮度”保持，必须使用PDP的亮度贡献。这也意味着，在CRT传送的仿真后，在R”G”B”到Y”，R”-Y”和B”-Y”的变换中和在变换回Rs”Gs”Bs”信号时应当使用PDP亮度贡献。对于Y”要考虑：Y”＝Y_Rdisplay x R”+Y_Gdisplay x G”+Y_Bdisplay x B”

使用PDP亮度贡献，比起FCC原色来将导致多少不同的饱和控制。然而，该差值相当小并且Y”保持将使得它们进一步最小化。对于后者的函数，考虑：

Ro”＝Rs”x Y”/Ys”

Go”＝Gs”x Y”/Ys”

Bo”＝Bs”x Y”/Ys”，

这些信号被发送到PDP。这个PDP亮度”输出保持的结果示于图34。

3.6当保持作为f(sat)的Y”时亮度”输出的额外放大

CRT显示器和PDP显示器比起LCD显示器分别允许更大的亮度”输出。根据显示器类型，有可能乘以校正因子(Y1”/Ys”)，以便在饱和控制增大时使具有(小的)增益因子的显示器保持其亮度输出。对于图14的公式(6)，这意味着，校正因子(Y1”/Ys”)将乘以被称为‘ExtraYmaintenance(额外的Y保持)’的因子。这导致修正的公式(6)为如下：

Ro”＝Rs”x(ExtraYmaintenance x Y1”/Ys”)

Go”＝Gs”x(ExtraYmaintenance x Y1”/Ys”)(11)

Bo”＝Bs”x(ExtraYmaintenance x Y1”/Ys”)

对于参数ExtraYmaintenance，认为它是被称为‘YmaintGain’并且可被调节到稍大于1的第一变量与作为像素的饱和度的真实量的度量的第二变量RGBsat”的乘积。当饱和控制大于1时，显示器的额外的亮度输出变为有效的，即：

如果sat>1.0则

ExtraYmaintenance＝1+(YmaintGain-1) x RGBsat”      (12)

否则ExtraYmaintenance＝1.0

RGBsat”参数认为：

RGBsat”＝(RGBmax”-RGBmin“)/RGBmax”             (13)

这里RGBmax”代表三个R”G”B”信号中的最大值而RGBmin”代表它们的最小值。

把ExtraYmaintenance附加到图14上得到图35。虚线显示主信号路径。

给出在垂直方向为Y”的UCS1976和色度”空间的一个例子，它使用sat＝1.4和YmaintGain＝1.10的ExtraYmaintenance，是图36上的斜箭头。作为参考也以水平箭头显示不带有ExtraYmaintenance(YmaintGain＝1.0)的结果。

公式(12)中有RGBsat”参数的原因是，RGBsat”作为彩色像素的饱和的函数是线性地增加的。这避免了对在Y”轴上的灰色的不想要的额外增益，以及在互补的(Complementary)摄影机和CRT伽玛时在趋于边界时提供按比例增加的ExtraYmaintenance。对于在边界处YmaintGain＝1，将出现10％的最大luminance”增加。这也适用于在边界处RGBmax”输出。

对于补充的摄影机和CRT伽玛，图35上的R”G”B”信号是线性的。因此，RGBsat”参数在趋于边界处将线性地增加。然而，也有可能在CRT伽玛仿真之前利用R’G’B’信号来施加RGBsat’信号以取代RGBsat”信号。与RGBsat”信号的唯一差别是，ExtraYmaintenance的增加在趋于边界处这时是非线性的。对于如图29和30所示的、在信号路径中具有较少处理的两个亮度”保持图，公式(8)和(9)必须被修正以使得ExtraYmaintenance成为可能。

公式(8)变为：

Ro’＝Rs’x(ExtraYmaintenance x Y1”/Ys”)^1/γ

Go’＝Gs’x(ExtraYmaintenance x Y1”/Ys”)^1/γ                (14)

Bo’＝Bs’x(ExtraYmaintenance x Y1”/Ys”)^1/γ

对于公式(9)，以下公式成立：

Yo’＝Y’x(ExtraYmaintenance xY1”/Ys”)^1/γ

(R’-Y’)o＝sat x (R’-Y’) x (ExtraYmaintenance x Y1”/Ys”)^1/γ      (15)

(B’-Y’)o＝sat x (B’-Y’) x (ExtraYmaintenance x Y1”/Ys”)^1/γ

类似于公式(12)，考虑：

如果sat>1.0则

ExtraYmaintenance＝1+(YmaintGain-1) x RGBsat’(16)

否则ExtraYmaintenance＝1.0

应当指出，在公式(16)中，应用RGBsat’以代替公式(12)中的RGBsat”。

因为在图29和30之间的相似点，仅仅对后者示出用于ExtraYmaintenance乘法的框图。正如图37显示清楚的，通过使用用于得到RGBsat’信号的非线性R’G’B’信号，在摄影机与CRT伽玛之间的非线性空间中进行ExtraYmaintenance乘法。在CRT后，luminance”输出在趋于边界处将作为RGBsat’的函数而按比例增加。主信号路径以虚线表示。

附录在线性彩色空间中彩色饱和控制

图38显示在2D线性色度与UCS 1976平面上对于67个参考点的饱和控制为1.2的效果。正如可以看到的，参考点经由穿过白色和参考点的直线向边界为移动。参考点离白色的距离越大，饱和增加越大。仅仅对于未减小的彩色差信号的色度平面，饱和增加对于具有到边界彩色的成比例的距离的彩色是相等的。图38的饱和增加稍微不同于具有未减小的彩色差信号的饱和增加，因为这里应用了圆形2近似。

图39显示在线性3D RGBmax彩色空间中饱和控制增加了20％。3D饱和增加可被看作为两个向量的组合。在水平面上一个向量，代表一种饱和分量(在这个RGBmax 3D彩色空间中讲到‘一种饱和分量’，因为饱和的定义取决于所使用的彩色空间。正如在节3.2中讲述清楚的，在以亮度信号作为垂直维度的3D彩色空间中饱和分量不同于在RGBmax空间中的分量)，以及在垂直面上另一个向量，这是RGBmax幅度增加。强调指出的是，后者代表三个RGB彩色中的仅仅一个彩色的信号增加。除了其中三个信号中的两个信号具有相等的最大值的Ye-Cy-Ma补色以外，这是正确的。为了避免彩色重现误差，电子电路以及显示器及其驱动器应当能够处理这个RGBmax信号。UCS 1976空间的四个级别的顶投影是非常相同的。它们都等于图38中的UCS 1976平面。关于色度空间的顶投影，仅仅级别4相应于图38。

图40显示图39的侧投影。它给出由于饱和控制增加20％ RGBmax幅度的印象。在顶部，在级别4，最大幅度具有蓝色的B信号：即，B＝1，R＝G＝0，以及B＝sat×(B-Y)+Y＝1.2×(1-0.114)+0.114＝1.1772，即，RGBmax增加0.1772。关于在级别4的边界处完全饱和线性输入彩色，黄色具有最小的RGBmax值。任意彩色的RGBmax信号的增加正比于在顶部(级别4)的RGBmax增加，被乘以线性RGBmax输入信号与范围的比值。例如，在级别3，具有R＝0.75，R＝G＝0的蓝色的RGBmax的增加是0.1772×0.75/范围。在这种情形下，范围是1伏。

在图39中其饱和箭头朝向UCS1976空间外部的所有彩色具有负的基色贡献。在图41上显示出现负的RGB贡献的情形。至今为止，信号处理电路能够处理负的彩色信号，这在分析它的重现时可看到的。在信号处理期间对实验室图像进行彩色分析的情形下，负的彩色的贡献可引起错误的结论：即原始摄影机色域大于EBU/HDTV的色域。不过通过限制负的彩色为零，这是可以被检验的。

再次参考图1，应当进一步提出，在显示矩阵之前不要把负的RGB信号限幅到零。这将造成不可修复的彩色重现错误，而显示矩阵的目的是使得彩色误差最小化。

最后，对于以上提到的、在信号处理期间对实验室图像进行彩色分析，其中负的彩色的贡献可引起错误的结论：即原始摄影机色域大于EBU/HDTV的色域，藉助于图42和62，将会说明如果把负的RGB信号限制到零将会发生的情形。

图42显示当由于饱和控制为1.2时引起的负的彩色被限制为零时的彩色重现。当与图38相比较时，可以明白在边界处的过饱和的彩色将留在UCS1976色域内，但向RGB基色移动。在色度平面上的结果是相当令人误解的，因为它看起来仍然好像饱和有所增加。这个‘增加’是由3D色度空间的圆锥形状引起的。

虽然负的彩色被限幅，在图43的右面可以看到，彩色向量的幅度分量遵循外部色度圆锥空间。这再次弄明白，在色度平面上2D分析可以是非常令人误解的，并且它也帮助显示2D UCS1976平面。当比较图43与图39时，可以看到，限制负的彩色贡献不影响彩色的垂直的RGBmax分量。

UCS1976空间的四个级别的顶投影是非常相同的。它们都等于图42上的UCS1976平面。在色度空间的顶投影，仅仅级别4相应于图42。

总之，在现在的电视机中，用户彩色饱和控制是在因摄影机的固有伽玛变换所引起的非线性信号域中执行的。这导致当增大饱和控制时夸大的彩色的显示。本发明提供一种包括以下步骤的A亮度控制方法：

-把具有亮度分量(Y’)和彩色分量(R’-Y’，B’-Y’)的原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))提供给第一处理流和第二处理流，

其中

第一处理流包括以下步骤：

对原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))施加饱和控制，得到饱和控制后的图像信号((Y’，sat^*(R’-Y’)，sat^*(B’-Y’)))，以及

通过对它作进一步处理而预测第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))；

第二处理流包括以下步骤：

通过处理原始图像信号((Y’，R’-Y’，B’-Y’))来预测第二预测的图像信号((Y1”，R1”-Y1”，B1”-Y1”))；

-通过比较第一预测的图像信号((Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”))的亮度(Ys”)与第二预测的图像信号((Y”，R”-Y”，B”-Y”))的亮度(Y1”)来提供校正因子(Y1”/Ys”)；

-施加校正因子(Y1”/Ys”)，以校正第一处理流的图像信号中的一个信号，给出显示信号((Ro’，Go’，Bo’))。

由此本发明保持作为饱和控制的函数的亮度输出，即对于其中饱和度被修改的情形预测显示的亮度。由于增加的或减小的饱和，这个预测的亮度与没有修改的饱和时的预测的亮度相比较是更高的或更低的。这个比较结果提供校正因子，它在图像信号被加到显示器之前被施加到具有修改了饱和的图像信号上。结果是在增加的饱和控制下出现彩色的非常自然的改变，而饱和控制的传统的方法将引起夸大的和不自然的彩色重现。

本发明的突出的实施例在图14、29和30上被列出。

Claims (13)

1.一种亮度控制方法，用于控制成像系统的亮度，所述方法包括以下步骤：

-把具有亮度分量和彩色分量的原始图像信号提供给第一处理装置和第二处理装置，

其中

第一处理装置执行以下步骤：

对原始图像信号施加饱和控制，以得出饱和控制后的图像信号，以及

处理所述饱和控制后的图像信号以产生第一预测图像信号，预测在修改饱和度的情况下该成像系统的亮度；

第二处理装置执行以下步骤：

处理原始图像信号以产生第二预测图像信号，预测在不修改饱和度的情况下成像系统的亮度；

-通过比较第一预测图像信号的亮度与第二预测图像信号的亮度而提供校正因子；

-施加校正因子，以校正第一处理装置的图像信号之一，从而给出显示信号。

2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，

第一处理装置包括以下步骤：

-对原始图像信号的彩色分量施加饱和控制，得出饱和控制后的图像信号，以及

通过以下步骤预测第一预测图像信号：

-把饱和控制后的图像信号变换成具有饱和控制的红色、绿色和蓝色彩色分量的第一饱和控制的RGB图像信号，

-把第一饱和控制的RGB图像信号伽玛变换成第二饱和控制的RGB图像信号，以及

-把第二饱和控制的RGB图像信号变换成第一预测图像信号。

3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，

第二处理装置包括以下步骤：

通过以下步骤预测第二预测图像信号：

-把原始图像信号变换成具有红色、绿色和蓝色彩色分量的第一RGB图像信号，

-把第一RGB图像信号伽玛变换成第二RGB图像信号，以及

-把第二RGB图像信号变换成第二预测图像信号。

4.如权利要求2中所述的方法，其特征在于，通过以下步骤施加校正因子：

-把第二饱和控制的RGB图像信号乘以校正因子，以及

-对相乘后的第二饱和控制的RGB图像信号作逆伽玛变换以给出显示信号。

5.如权利要求2中所述的方法，其特征在于，通过以下步骤施加校正因子：

-对校正因子作逆伽玛变换，以及

-把第一饱和控制的RGB图像信号乘以逆伽玛变换后的校正因子以给出显示信号。

6.如权利要求2中所述的方法，其特征在于，通过以下步骤施加校正因子：

-对校正因子作逆伽玛变换，以及

-把饱和控制后的图像信号乘以逆伽玛变换后的校正因子以给出显示信号。

7.一种用于控制图像系统的亮度的亮度控制设备，所述设备包括：

-输入装置，用于把具有亮度分量和彩色分量的原始图像信号提供给第一处理装置和第二处理装置，

其中

第一处理装置包括：

控制装置，用于对原始图像信号施加饱和控制以得出饱和控制后的图像信号，以及

第一预测装置，用于处理饱和控制后的图像信号以产生第一预测图像信号，预测在修改饱和度的情况下成像系统的亮度；

第二处理装置包括：

第二预测装置，用于处理原始图像信号来产生第二预测图像信号，预测在不修改饱和度的情况下成像系统的亮度；

-比较器装置，用于通过比较第一预测图像信号的亮度与第二预测图像信号的亮度来提供校正因子；

-操作器装置，用于施加校正因子，以校正第一处理装置的图像信号之一而给出显示信号。

8.如权利要求7中所述的亮度控制设备，其特征在于，第一处理装置包括：

控制装置，用于对原始图像信号施加饱和控制以得出饱和控制后的图像信号，以及

第一预测装置，用于通过以下步骤而预测第一预测图像信号：

-把饱和控制后的图像信号变换成具有饱和控制的红色、绿色和蓝色彩色分量的第一饱和控制的RGB图像信号，

-把第一饱和控制的RGB图像信号伽玛变换成第二饱和控制的RGB图像信号，以及

-把第二饱和控制的RGB图像信号变换成第一预测图像信号。

9.如权利要求7中所述的亮度控制设备，其特征在于，

第二处理装置包括：

第二预测装置，用于通过以下步骤而预测第二预测图像信号：

-把原始图像信号变换成具有红色、绿色和蓝色彩色分量的第一RGB图像信号，

-把第一RGB图像信号伽玛变换成第二RGB图像信号，以及

-把第二RGB图像信号变换成第二预测图像信号。

10.如权利要求7中所述的亮度控制设备，其特征在于，用于施加校正因子的操作器装置适合于执行如权利要求4到6中任何一个所述的方法步骤。

11.如权利要求7中所述的亮度控制设备，由成像系统形成，成像系统包括：

记录器装置，用于记录图像和提供原始图像信号，

传送装置，用于对原始图像信号进行编码、传送、和译码，以及

显示装置，用于接收原始图像信号和显示该显示信号的图像。

12.如权利要求7中所述的亮度控制设备，由以下装置形成：

显示装置，用于接收具有原始图像信号的形式的图像和显示该显示信号的图像，

其中所述亮度控制设备被形成为LCD显示器。

13.如权利要求7中所述的亮度控制设备，由以下装置形成：

显示装置，用于接收具有原始图像信号的形式的图像和显示该显示信号的图像，

其中所述亮度控制设备被形成为打印机。

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