CN101137068A - 色阶转换设备和色阶转换方法 - Google Patents

Abstract

一种对图像数据应用色阶转换的色阶转换设备，包括信号转换单元和色阶转换单元，信号转换单元当在形成图像数据的图像信号值中包括负值时，执行用于转换形成图像数据的图像信号值的处理，以从图像信号值中消除负值，色阶转换单元对图像数据应用色阶转换，该图像数据的图像信号值是被信号转换单元转换过的。

Description

色阶转换设备和色阶转换方法

技术领域

本发明涉及可以用在所谓的颜色管理系统中的色阶转换设备和色阶转换方法，颜色管理系统用于实现不同种类的设备或不同种类的媒体之间的适当的颜色再现。

背景技术

作为与本发明有关的专利文献，有JP-A-10-84487、JP-A-7-236069、JP-A-2006-33575、JP-A-2002-152530、JP-A-9-98298和日本专利No.3635673。

为了实现不同种类的设备或不同种类的媒体之间的颜色再现，有必要校正输入和输出设备之间的颜色范围(即，色阶，gamut)的差别。一种用于校正的技术被称为色阶转换或色阶压缩。例如，作为执行图像显示的显示输出设备，有CRT(阴极射线管)、投影仪、液晶面板等等。作为投影仪，有各种投影仪，例如所谓的DLP系统和SXRD系统的投影仪和薄膜投影仪。作为液晶面板，有各种液晶面板，例如LED(发光二极管)背光系统的液晶面板。这些显示输出设备具有不同的色阶，这些色阶可由显示输出设备再现。

例如，在图13中，代表各种显示输出设备的设备A到E的色阶之间的差别被示为XYZ色度图。

例如，由于可再现的色阶取决于设备而有所不同，为了使某一显示输出设备能够显示某一图像信号，有必要校正图像信号以适合于与显示输出设备相对应的色阶。

发明内容

当执行色阶转换(色阶压缩)时，一般的实践是相对于三维查找表转换颜色空间。

例如，如图14所示，具有R、G和B轴的立方体的三维查找表(在下面的说明中，查找表可以被称为“LUT”，而三维查找表可以被称为“3DLUT”)是可观察的。在该3DLUT中，输入的R、G和B值被分别划分为轴上的十七个系数点(3D骨架的晶格点)，以形成17×17×17转换表系数的表。有4913(17×17×17)个由黑圆圈标记的晶格点。输出R、G和B值或用于导出输出R、G和B值的系数值被存储在相应晶格点中。换句话说，输出RGB值是相对于某一晶格点根据输入RGB值计算的。

当输入R、G和B值中的每一个都是8位数据时，希望3DLUT的每根轴上的系数点(晶格点)的数目最初根据输入值的量化字长被设为256。换句话说，希望建立一个256×256×256的3DLUT。然而，在这种情况下，由于256×256×256＝16777216，因此3DLUT具有极大的大小，包括用于R、G和B中的每一种的大约1677万数据。

这种转换表系数的量引起了实现方式和硬件成本的问题。而且，难以处理这种极大量的转换表系数。这对于系统和操作者而言在例如传递系数数据和处理时间的方面施加了很重的负担。在这种情形下，一般的实践是将每根轴上的系数减少为大约17×17×17，并对系数插值以计算转换系数。

在许多情况下，在这种3DLUT中，晶格点被分配给从0.0到1.0的值。作为输入的R值、G值和B值，假定是从0.0到1.0的值。换句话说，在3DLUT中，通常假定不输入负信号值。

在这种情况下，如果输入负信号，则信号的信号值被钳位为0。结果，色调改变并且灰度级恶化。

例如，当假定输入RGB信号具有为-0.1、0.5和0.5的R值、G值和B值并且具有为-0.2、0.5和0.5的R值、G值和B值时，这些输入RGB信号作为相同的信号(0.0，0.5，0.5)被输入到3DLUT。因此，这两种最初彼此不同的颜色变为相同颜色，从而灰度级丢失。而且，颜色的色调也改变。

为了防止这一问题，3DLUT的晶格点只能增加以使得3DLUT具有负值。然而，这导致3DLUT所必需的存储器容量的增大。例如，为了减少必需的存储器容量，生成了17×17×17的3DLUT。从而，例如，添加α个晶格点作为负方向上的值以将晶格点增加到(17+α)×(17+α)×(17+α)并不是优选的。

如果晶格点不增加(存储器容量不增大)，则还有一种将现有晶格点的一部分分配给负值的方法。例如，这十七个晶格点中的β个晶格点被分配给负值，而(17-β)个晶格点被分配给从0.0到1.0的值。然而，在这种情况下，很自然地，由于从输入信号值的视角看晶格点之间的间隔(被分配给彼此相邻的晶格点的信号值之间的差)增大，因此转换精度下降。

例如，当在17×17×17的3DLUT中有三个晶格点被分配给负值时，晶格间隔与不具有负值的14×14×14的3DLUT相同。

因此，希望实现一种用于执行色阶转换的色阶转换设备和色阶转换方法，利用这种色阶转换输入的图像信号值的负值不被钳位到0，并且不会引起3DLUT的容量增大和转换精度下降的问题。

根据本发明实施例的色阶转换设备是一种将第一色阶的输入图像数据转换为第二色阶以获得输出图像数据的色阶转换设备。该色阶转换设备包括负信号处理单元和色阶转换单元，负信号转换单元当在形成输入图像数据的图像信号值中包括负值时，执行用于转换形成输入图像数据的图像信号值的处理以从图像信号值中消除负值，色阶转换单元将输入图像数据转换为第二色阶以获得输出图像数据，该输入图像数据的图像信号值是被负信号处理单元转换过的。

负信号处理单元包括负值判断单元和负值转换单元，负值判断单元判断是否存在作为形成输入图像数据的图像信号值的负值，负值转换单元对其中负值判断单元判断存在为负值的图像信号值的输入图像数据应用转换处理，以从形成输入图像数据的图像信号值中消除负值。

形成输入图像数据的图像信号值是第一、第二和第三颜色信号值。

由负值转换单元执行的转换处理是用于利用预先设置的3×3矩阵系数执行算术操作并计算不包括负值的第一、第二、第三颜色信号值的处理。

色阶转换单元利用三维查找表对从负信号处理单元输出的第一、第二和第三颜色信号值应用三维色阶转换，并获得形成输出图像数据的第一、第二和第三颜色信号值。

根据本发明另一个实施例的色阶转换方法是一种将第一色阶的输入图像数据转换为第二色阶以获得输出图像数据的色阶转换方法。该色阶转换方法包括负信号处理步骤和色阶转换步骤，负信号转换步骤当在形成输入图像数据的图像信号值中包括负值时，执行用于转换形成输入图像数据的图像信号值的处理以从图像信号值中消除负值，色阶转换步骤将输入图像数据转换为第二色阶以获得输出图像数据，该输入图像数据的图像信号值是在负信号处理步骤中被转换过的。

根据本发明的实施例，当在输入图像数据中包括负值时，负信号处理单元(负信号处理步骤)在输入图像数据被转换为第二色阶之前的阶段执行用于从输入图像数据中消除负值的转换处理。转换处理(并不是简单的0钳位)是利用例如3×3线性矩阵的转换系数执行的。换句话说，在负值被输入到使用3DLUT的色阶转换单元之前，可以将负值表示为0或正值。

由于根据转换处理(不是0钳位)负值被表示为0或正值，因此可以应对使用只具有0和正值的晶格点的3DLUT的色阶转换，同时最小化色调改变并防止了灰度级的下降。

根据本发明的实施例，当在形成输入图像数据的图像信号值中包括负值时，执行用于从形成输入图像数据的图像信号值中消除负值的转换处理。由0或正图像信号值形成的输入图像数据被输入到色阶转换单元。在这种情况下，转换处理(并不是简单的0钳位)是利用例如3×3线性矩阵的转换系数执行的，以将负信号值表示为0或正信号值。这使得可以最小化色调改变和灰度级下降，从而可以利用只具有0和正值的晶格点的3DLUT执行适当的色阶转换。

换句话说，即使当输入负信号值时，也可以执行高清晰度色阶转换，而不会引起3DLUT的大小增大和转换精度的下降。

附图说明

图1是根据本发明实施例的色阶转换设备和矩阵系数计算设备的框图；

图2A和2B是用于说明根据本实施例的色阶转换设备和视频显示设备之间的关系的图；

图3是根据本实施例的负信号处理单元进行的处理的流程图；

图4是用于说明根据本实施例的用于转换负信号的处理的图；

图5是根据本实施例的3×3矩阵系数计算处理的流程图；

图6是用于说明根据本实施例的负信号RGB表和正信号L^*a^*b^*表的图；

图7是用以说明根据本实施例的负信号L^*a^*b表的生成的图；

图8是用以说明根据本实施例的正信号L^*a^*b表的生成的图；

图9是用于说明根据本实施例的最接近L^*a^*b组的选择的图；

图10是用于说明根据本实施例的经转换的L^*a^*b表的图；

图11是用于说明根据本实施例的经转换的R’G’B’表的图；

图12是用于说明根据本实施例的3×3矩阵系数计算的图；

图13是用于说明各种显示设备的色阶的图；以及

图14是用于说明3DLUT的图。

具体实施方式

下文中将说明根据本发明实施例的色阶转换设备和色阶转换方法。

图1示出了根据本实施例的色阶转换设备1和矩阵系数计算设备50的结构示例。

色阶转换设备1是将第一色阶的输入图像数据Din转换为第二色阶的输出图像数据Dout的设备。在该示例中，DCI(数字电影创导)标准的RGB信号是输入图像数据Din。色阶转换设备1利用3DLUT对DCI标准的图像数据进行色阶转换，以便在具有ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门)709标准的色阶的显示设备上显示图像数据。输出图像数据Dout是ITU-R709标准的色阶的图像数据。

在下面的说明中，仅作为示例，第一色阶被设为DCI标准的色阶，第二色阶被设为ITU-R709标准的色阶。输入到色阶转换设备1的输入图像数据Din的色阶和从色阶转换设备1输出的输出图像数据Dout的色阶的各种示例是可观察的。当然，与输入和输出色阶相对应的色阶转换仅仅必须在色阶转换设备1中执行。

色阶转换设备1具有负信号处理单元2和色阶转换单元3。

DCI标准的RGB信号被输入到负信号处理单元2作为输入图像数据Din。在负信号处理单元2中提供有负值判断单元21和负值转换单元22。

负值判断单元21判断在输入的RGB信号中的R值、G值和B值的图像信号值中是否存在负值。

负值转换单元22通过采用存储在矩阵系数存储器23中的3×3矩阵系数的算术操作执行转换处理。当在输入的R值、G值和B值中存在至少一个负值时，负值转换单元22根据采用3×3矩阵系数的算术操作将R值、G值和B值转换为R’值、G’值和B’值。

负值转换单元22的算术处理由下面的公式1代表。

$\left[\begin{array}{c}{R}^{\′}\\ G^{\′}\\ B^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}a& b& c\\ d& e& f\\ g& h& i\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

矩阵系数(“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”、“h”和“i”)被存储在矩阵系数存储器23中。

3×3矩阵系数是由外部的矩阵系数计算设备50预先计算的，并且存储在色阶转换设备1的矩阵系数存储器23中。矩阵系数计算设备50的结构和矩阵系数计算方法将在后面描述。

如上所述，当在输入的RGB值中的R值、G值和B值中存在至少一个负值时，负信号处理单元2根据公式1将R值、G值和B值转换为R’值、G’值和B’值，并将R’值、G’值和B’值输出到色阶转换单元3。

当输入的RGB信号中的所有R值、G值和B值都是0或正数时，负信号处理单元2直接将R值、G值和B值作为R’值、G’值和B’值输出到色阶转换单元3。

色阶转换单元3包括3DLUT 31，并且对利用3DLUT提供的R’值、G’值和B’值应用色阶转换。

例如，色阶转换单元3具有作为17×17×17转换表的3DLUT 31，该转换表在R轴、G轴和B轴中的每一根上包括十七个晶格点(系数点)，如图14所示。在3DLUT 31中，有4913(17×17×17)个用黑圆圈标记的晶格点，并且输出R、G和B值或者用于导出输出R、G和B值的系数值被存储在相应的晶格点中。

色阶转换单元3获得经历色阶转换的输出RGB值，并且在色阶转换之后输出RGB值作为输出图像数据Dout，色阶转换是通过参考3DLUT31中的某一晶格点的进入R’值、G’值和B’值进行的。

在该示例的情况下，3DLUT 31是用于将DCI标准的色阶的RGB信号转换为ITU-R709标准的色阶的RGB信号的3DLUT。

在3DLUT 31中，十七个晶格点与例如在0.0到1.0范围内的输入的R值、G值和B值相关联。换句话说，3DLUT 31是通过假定仅有0和正值输入而形成的转换表。

图1中所示的色阶转换设备1可以构建在视频显示设备中，或者可以作为外部设备连接到视频显示设备。

图2A示出了色阶转换设备1被构建在视频显示设备100中的示例。在这种情况下，首先，输入到视频显示设备100的输入图像数据Din被转换为受到色阶转换设备1中的色阶转换的输出图像数据Dout。该输出图像数据Dout被视频信号处理单元101进行必要的处理，并被显示在显示单元102上。

例如，假定显示单元102是具有ITU-R709标准的色阶的显示器(例如CRT)。则例如，作为DCI标准的RGB信号的输入图像数据Din被色阶转换设备1转换为ITU-R709标准的色阶的RGB信号，被视频信号处理单元101进行处理，并被显示在显示单元102上。因此，实现了与显示单元102的色阶相匹配的显示。

图2B示出了色阶转换设备1被提供作为视频显示设备100的外部设备的示例。例如，假定视频显示设备100的显示单元102是具有ITU-R709标准的色阶的显示器，而输入图像数据Din是DCI标准的RGB信号。则，色阶转换设备1以这种方式连接，并且被色阶转换设备1转换为ITU-R709标准的色阶的RGB信号的输出图像数据Dout被提供给视频显示设备100。因此，实现了与显示单元102的色阶相匹配的显示。

由色阶转换设备1的负信号处理单元2执行的处理在图3的流程图中示出。

当在步骤F101中DCI标准的色阶的RGB信号被输入作为输入图像数据Din时，在负信号处理单元2中，首先，负值判断单元21在步骤F102、F103和F104中对输入的R值、G值和B值进行判断。换句话说，负值判断单元21判断R值、G值和B值中的每一个是否为负值。

当R值、G值和B值中的至少一个是负值时，负信号处理单元2进行到步骤F105并执行负值转换。在这种情况下，负信号处理单元2利用负值转换单元22中的3×3矩阵系数执行公式1的算术操作，以将R值、G值和B值转换为其中所有的R值、G值和B值都不是负值的状态。在步骤F106中，负信号处理单元2将不包括负值的R’值、G’值和B’值作为转换结果输出到色阶转换单元3。

当在步骤F101中输入的所有R值、G值和B值都是0或正值并且没有负值时，在步骤F102、F103和F104的判断之后，负信号处理单元2进行到步骤F106。在这种情况下，输入的R值、G值和B值被直接输出到色阶转换单元3作为R’值、G’值和B’值。

由于这种处理在负值转换单元22中被应用到作为输入图像数据Din输入的RGB信号，因此负值并不被提供给色阶转换单元3作为RGB信号值。

因此，在假定输入值不是负值的3DLUT31中，即，在晶格点被设为与例如0.0到1.0的值相关联的3DLUT中，没有负值被钳位到0。因此，在色阶转换中不发生由于钳位而引起的色调改变和灰度级下降。具体而言，当负信号值通过适当的3×3矩阵系数被转换为0或正信号值时，可以保持灰度级并且显示更加忠实的颜色。

由于在3DLUT31中不必假设负值输入，因此没有必要增加3DLUT31中的晶格点以应对负值输入，即，没有必要增大3DLUT 31的大小。而且，通过将晶格点的一部分分配给负值，不会引起转换精度的恶化。

当在RGB值中包括负值时，负信号处理单元2执行转换处理，以利用3×3矩阵系数从RGB信号的信号值中消除负值。为了可以根据转换保持色调和灰度级，必须适当地设置3×3矩阵系数。

3×3矩阵系数是预先设置的，并且被存储在矩阵系数存储器23中。

在图1中，示出了计算存储在色阶转换设备1的矩阵系数存储器23中的3×3矩阵系数的矩阵系数计算设备50。矩阵系数计算设备50可以由具有算术单元51、存储器单元52和数据库53的功能的设备实现。

算术单元51执行后面将描述的用于计算矩阵系数的各种算术处理，例如用于RGB信号和L^*a^*b^*信号之间的转换处理、ΔE^*算术操作、ΔE^*94算术操作和表格式操作。

存储器单元52具有存储器区域，例如ROM区域、RAM区域和非易失性存储器区域。用于算术单元51中的算术处理的程序、处理系数等等被存储在ROM区域中。该程序是用于计算后面将描述的矩阵系数的程序。存储器单元52中的RAM区域被用作算术处理的工作区域和后面将描述的表数据的存储区域。

数据库53存储用于RGB信号和L^*a^*b^*信号之间的转换的系数等等。

该矩阵系数计算设备50可以通过在各种信息处理设备(例如通用计算机设备)中安装用于执行后面将描述的矩阵系数计算处理的程序来实现。

矩阵系数计算设备50可以被提供作为构建在色阶转换设备1中的设备单元。

下文中将说明由矩阵系数计算设备50执行的3×3矩阵系数的计算。

首先，在说明计算3×3矩阵系数的方法之前，将参考图4简要说明利用3×3矩阵系数执行的转换处理，即，在负值转换单元22中执行的转换处理。

在图4中，示出了具有L^*轴、a^*轴和b^*轴的三维空间作为L^*a^*b^*比色(colorimetric)系统空间。该三维空间中的球R指示其中作为RGB信号的所有R值、G值和B值都等于或大于0(0或正值)的范围。换句话说，当在作为RGB信号的R值、G值和B值中存在至少一个负值时，该负值是L^*a^*b^*比色系统空间中的球R外部的点。

例如，点PT1是RGB信号值的L^*a^*b^*比色系统空间上的点，在该色度系统空间中，R值、G值和B值中的至少一个是负值。

L^*a^*b^*比色系统是由CIE(国际照明委员会)设置的与设备无关的比色系统。L^*是亮度，并且所有色调由a^*和b^*的组合代表。a^*值是红色到绿色的色度，b^*值是黄色到蓝色的色度，

在该示例中，在色阶转换设备1的负值转换单元22中执行的转换处理是用于将例如L^*a^*b^*比色系统中的点PT1处的RGB信号转换为球R中的RGB信号(在球R的表面内)的处理。

在点PT1处的RGB信号值应当被转换到的球R中的无数点中的一个点处的RGB信号值，关于此有各种构想。作为用于最小化色调改变和灰度级下降的一种构想，一种方法是利用后面将描述的由ΔE^*或ΔE*94代表的色差公式将RGB信号值转换为其中色调改变和灰度级下降得以最小化的点，即，具有最小色差的颜色点。

例如，假定作为在点PT1的转换目的地处的颜色，在球R中存在候选点PT2、PT3和PT4，如图所示。这些点PT2、PT3和PT4是所有R值、G值和B值都是0或正值的点。

在这种情况下，计算候选点和点PT1之间的ΔE^*，并且点PT1被转换为具有最小ΔE^*的候选点。例如，当点PT1和PT2之间的ΔE^*最小时，点PT2被设为转换目的地。

以这种方式，下面将说明的3×3矩阵系数是用于导出ΔE^*最小的转换目的地的系数。

由矩阵系数计算设备50进行的用于计算这种3×3矩阵系数的处理在图5中示出。图5示出了矩阵系数计算设备50中的算术单元51利用存储器单元52和数据库53执行的处理。

首先，在步骤F201中，算术单元51在存储器单元52中保证一块用于表TB1到TB6的存储区域。

如下面将描述的，表TB1到TB6是负信号RGB表TB1、正信号RGB表TB2、负信号L^*a^*b^*表TB3、正信号L^*a^*b^*表TB4、经转换的L^*a^*b^*表TB5和经转换的R’G’B’表TB6。

在步骤F202中，算术单元51生成负信号RGB表TB1。在步骤F203中，算术单元51生成正信号RGB表TB2。

负信号RGB表TB1和正信号RGB表TB2的示例在图6中示出。

首先，对于R值、G值和B值中的每一个，假定包括负值的十四级的值。例如，这些值是“-0.3”、“-0.2”、“-0.1”、“0.0”、“0.1”、“0.2”、...“0.9”和“1.0”。

例如，当以这种方式这十四级的值假定以0.1为间隔时，R值、G值和B值的组合总数是2744，这是14的三次方。

在这2744种组合中，其中所有R值、G值和B值都是0或正值的组合是十一级的值(即，“0.0”、“0.1”、“0.2”、...“0.9”和“1.0”)的组合。从而，组合数是1331，这是11的三次方。

其中R值、G值和B值中的至少一个是负值的组合数是2744-1331＝1413。

在步骤F202中，算术单元51登记R值、G值和B值的1413种组合作为负信号RGB表TB1。

在图6中，示出了组合号从m0到m1412的1413种组合。作为每种组合，登记了包括至少一个负值的R值、G值和B值的组合。例如，m0组是其中R值、G值和B值分别是“-0.3”、“-0.3”和“-0.3”的组。m1组是其中R值、G值和B值分别是“-0.3”、“-0.3”和“-0.2”的组。m1412组是其中R值、G值和B值分别是“1”、“1”和“-0.1”的组。

在步骤F203所生成的正信号RGB表TB2中，登记有其中所有R值、G值和B值都是正信号值的组合。

例如，在图6中，示出了正信号RGB表TB2，其中R值、G值和B值的所有组合都是通过以0.01为间隔将值“0.0”到“0.1”划分为101级而获得的。

例如，所有组合的总数是1030301，这是101的三次方。在图6中，这些组合由p0到p1030300的组合号指示。

例如，p0组是其中R值、G值和B值分别是“0”、“0”和“0”的组。p1组是其中R值、G值和B值分别是“0”、“0”和“0.01”的组。p1030300组是其中R值、G值和B值分别是“1”、“1”和“1”的组。

随后，在步骤F204中，算术单元51将负信号RGB表TB1的相应组的RGB值转换为L^*a^*b^*值，并且将L^*a^*b^*值登记在负信号L^*a^*b^*表TB3中。

该RGB值的转换和在负信号L^*a^*b^*表TB3中L^*a^*b^*值的登记的状态在图7中示出。在负信号L^*a^*b^*表TB3中，负信号RGB表TB1的相应组m0到m1412的值被登记在L^*值、a^*值和b^*值中。

例如，作为m0组的R值、G值和B值，“-0.3”、“-0.3”和“-0.3”被转换为L^*a^*b^*值，并且被登记在负信号L^*a^*b^*表TB3的m0组的L^*值、a^*值和b^*值中，为“-270”、“0”和“0”。

m1组和后续组中的R值、G值和B值也被转换为L^*值、a^*值和b^*值，并且被登记在负信号L^*a^*b^*表TB3的m1组和后续组中。

L^*值、a^*值和b^*值是根据下面的公式2从R、G和B的值中获得的。

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}a\′b\′c\′\\ d\′e\′f\′\\ g\′h\′i\′\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

L^*＝116(Y/Yn)^1/3-16

α^*＝500{(X/Xn)^1/3-(Y/Yn)^1/3}

b^*＝200{(Y/Yn)^1/3-(Z/Zn)^1/3}

这里，Xn、Yn和Zn是光源的三色值。例如，在标准发光体D₆₅的情况下，(Xn，Yn，Zn)＝(95.04，100.00，108.89)。

在步骤F205中，与步骤F204中一样，算术单元51将正信号RGB表TB2的相应组的RGB值转换为L^*a^*b^*值，并且将L^*a^*b^*值登记在正信号L^*a^*b^*表TB4中。

该RGB值的转换和在正信号L^*a^*b^*表TB4中L^*a^*b^*值的登记的状态在图8中示出。在正信号L^*a^*b^*表TB4中，正信号RGB表TB2的相应组p0到p1030300的值被登记作为L^*值、a^*值和b^*值。

例如，作为p0组的R值、G值和B值，“0”、“0”和“0”被转换为L^*a^*b^*值，并且被登记为正信号L^*a^*b^*表TB4的p0组的L^*值、a^*值和b*值(“0”、“0”和“0”)。

作为p1组的R值、G值和B值，“0”、“0”和“0.01”被转换为L^*a^*b^*值，并且被登记为正信号L^*a^*b^*表TB4的p1组的L^*值、a^*值和b*值(“7”、“31”和“-51”)。对于p2组和后续组应用相同的处理。

在如上所述生成了负信号L^*a^*b^*表TB3和正信号L^*a^*b^*表TB4之后，算术单元51在步骤F206、F207、F208和F209的处理中生成经转换的L^*a^*b^*表TB5。

在步骤F206中，算术单元51将变量“x”设为0。在步骤F207中，算术单元5 1从正信号L^*a^*b^*表TB4中找到一组与负信号L^*a^*b^*表TB3的m(x)组的L^*值、a^*值和b^*值最接近的L^*值、a^*值和b^*值。算术单元51将这组找到的L^*值、a^*值和b^*值登记为经转换的L^*a^*b^*表TB5的m(x)组的L^*值、a^*值和b^*值。

因此，首先，在x＝0的时刻，如图9中所示，算术单元51从正信号L^*a^*b^*表TB4中的p0组到p1030300组中选择一组与负信号L^*a^*b^*表TB3的m0组的L^*a^*b^*值最接近的L^*a^*b^*值。

在负信号L^*a^*b^*表TB3中登记的相应组的L^*a^*b^*值是图4中球R的外部的L^*a^*b^*值。在正信号L^*a^*b^*表TB4中登记的相应组的L^*a^*b^*值是球R的内部的L^*a^*b^*值。

因此，步骤F207的处理等同于用于找到例如点PT3的处理，点PT3是与点PT1处的L^*a^*b^*值最接近的L^*a^*b^*值，如图4所示。

在步骤F209中递增变量“x”的同时重复这一处理，直到在步骤F208中变量“x”达到xmax为止。xmax是负信号L^*a^*b^*表TB3中的组合总数。在这一示例的情况下，xmax是1412。

换句话说，与负信号L^*a^*b^*表TB3的相应组的L^*a^*b^*值最接近的多组L^*a^*b^*值被从正信号L^*a^*b^*表TB4中找到，并且被登记在图10的经转换的L^*a^*b^*表TB5的m0组到m1412组中。

作为与负信号L^*a^*b^*表TB3的相应组的L^*a^*b^*值最接近的多组L^*a^*b^*值，必须选择这样的L^*a^*b^*值，其中作为由CIE定义的色差公式的ΔE^*或ΔE^*94的色差公式的值最小化。ΔE^*和ΔE^*94的色差公式在下面的公式3和公式4中示出。

$\mathrm{\Δ}{E}^{*}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δ}{E}^{*}\right)}^2+{\left(\mathrm{\Δ}{a}^{*}\right)}^2-{\left(\mathrm{\Δ}{b}^{*}\right)}^2}$

${{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{94}=\sqrt{{\left(\frac{\mathrm{\Δ}{E}^{*}}{k_L\·S_L}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\Δ}{C^{*}}_{\mathrm{ab}}}{k_C\·S_C}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\Δ}{H^{*}}_{\mathrm{ab}}}{k_H\·S_H}\right)}^2}$

S_L＝1

$S_C=1+0.045\×\sqrt{{C^{*}}_{\mathrm{ab},1}\·{C^{*}}_{\mathrm{ab},2}}$

$S_H=1+0.015\×\sqrt{{C^{*}}_{\mathrm{ab},1}\·{C^{*}}_{\mathrm{ab},2}}$

在这些公式中，ΔL^*是L^*值的差，Δa^*是a^*值的差，Δb^*是b^*值的差。C^*和H^*是所谓的L^*C^*H比色系统的值。C^*是色度，H^*是色调。

C^*和H^*按如下方式计算。

$C^{*}=\sqrt{a^{*2}+b^{*2}}$

H^*＝arctan(b^*/α^*)

例如，当使用公式3的ΔE^*时，关于负信号L^*a^*b^*表TB3的m0组，计算该m0组与正信号L^*a^*b^*表TB4的所有组之间的L^*值、a^*值和b^*值的ΔE^*。

算术单元51计算m0组的L^*a^*b^*值和p0组的L^*a^*b^*值之间的ΔE^*，m0组的L^*a^*b^*值和p1组的L^*a^*b^*值之间的ΔE^*，以及m0组的L^*a^*b^*值和p1030300组的L^*a^*b^*值之间的ΔE^*。结果，算术单元51在p0组到p1030300组中选择具有相对于m0组的最小ΔE^*的一组，并将所选择的p组的L^*a^*b^*值登记在经转换的L^*a^*b^*表TB5的m0组中。

在步骤F206、F207、F208和F209中，算术单元51对m0组到m1412组应用这种处理。因此，作为图4所示的球R内部的点的L^*a^*b^*值分别被登记在图10的经转换的L^*a^*b^*表TB5的m0组到m1412组中。

随后，在步骤F210中，算术单元51将经转换的L^*a^*b^*表TB5的m0组到m1412组的L^*a^*b^*值转换为RGB值，并将RGB值登记在经转换的R’G’B’表TB6的m0组到m1412组中。

该L^*a^*b^*值的转换和在经转换的R’G’B’表TB6中RGB值的登记的状态在图11中示出。例如，m0组的L^*值、a^*值和b^*值被转换为RGB值，并且被登记为经转换的R’G’B’表TB6的m0组的R’值、G’值和B’值。对m1组和后续组应用相同的处理。由于在经转换的L^*a^*b^*表TB5中登记的所有L^*a^*b^*值都是图4的球R中的点，因此通过将L^*a^*b^*值转换为RGB值而获得的经转换的R’G’B’表TB6的相应组的所有值都是0或正值。

最后，在步骤F211中，如图12所示，算术单元51利用如下的最小二乘法根据负信号RGB表TB1和经转换的R’G’B’表TB6计算3×3矩阵系数。

$\left[\begin{array}{c}R\′\\ G^{\′}\\ B^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}a& b& c\\ d& e& f\\ g& h& i\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

算术单元51计算“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”、“h”和“i”，这些值是针对负信号RGB表TB1的RGB值和经转换的R’G’B’表TB6的R’G’B’值的转换系数。

根据上述处理，计算了3×3矩阵系数。

最终，以这种方式计算的3×3矩阵系数是用于根据例如与图4中的点PT1相对应的RGB值导出点PT3的RGB值的转换系数，在点PT3处ΔE^*最小并且不包括负值。

3×3矩阵系数被存储在色阶转换设备1的矩阵系数存储器23中。负值转换单元22利用3×3矩阵系数将包括负值的RGB值转换为不包括负值的RGB值。因此，可以利用其中假定没有负值输入的3DLUT 31来适当地执行色阶转换。还可以最小化色阶转换中的色调改变并维持灰度级。

换句话说，即使当输入负信号值时，也可以执行高清晰度色阶转换，而不会引起3DLUT 31的大小增大和转换精度的下降，并且可以在显示单元102上执行更加忠实的颜色的显示。

当图5中所示用于计算3×3矩阵系数的程序被安装在诸如个人计算机之类的信息处理设备中时，可以在各种信息处理设备中计算3×3矩阵系数。当然，如上所述，色阶转换设备1自身可以包括基于程序执行算术操作的算术单元，并且具有用于计算3×3矩阵系数的功能。

色阶转换设备1只需要具有用于执行图3中的负信号处理单元2的处理的程序和用于执行色阶转换单元3的色阶转换处理的程序。还可以通过将这些程序安装在例如通用计算机设备中来实现色阶转换设备1。

可以将用于计算3×3矩阵系数的程序和用于实现色阶转换设备1的程序预先记录在作为记录介质构建在个人计算机或视频编辑系统的上的设备中的HD(硬盘)中、具有CPU的微计算机的ROM中，等等。

或者，还可以将程序暂时地或永久地存储(记录)在可移动记录介质中，可移动记录介质例如是柔性盘、CD-ROM(致密盘只读存储器)、MO(磁光)盘、DVD(数字多功能盘)、磁盘、半导体存储器和存储器卡。可以按所谓的打包软件的形式提供这种可移动记录介质。

可以将这些程序从可移动介质安装到个人计算机等中。还可以通过诸如LAN(局域网)和因特网之类的网络从下载站点下载这些程序。

本领域技术人员应当理解，取决于设计需求和其他因素可以有各种修改、组合、子组合和变更，只要这些修改、组合、子组合和变更在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

本发明包含与2006年8月31日向日本专利局提交的日本专利申请JP2006-236046有关的主题，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (8)

1.一种对图像数据应用色阶转换的色阶转换设备，包括：

信号转换单元，所述信号转换单元当在形成所述图像数据的图像信号值中包括负值时，执行用于转换形成所述图像数据的图像信号值的处理以从所述图像信号值中消除负值；以及

色阶转换单元，所述色阶转换单元对所述图像数据应用色阶转换，所述图像数据的图像信号值是被所述信号转换单元转换转换过的。

2.如权利要求1所述的色阶转换设备，其中所述信号转换单元包括：

判断单元，所述判断单元判断是否存在作为形成所述输入图像数据的图像信号值的负值；以及

负值转换单元，所述负值转换单元执行用于对其中所述判断单元判断存在为负值的所述图像信号值的形成所述图像数据的图像信号进行转换的处理，以从形成所述输入图像数据的图像信号值中消除所述负值。

3.如权利要求2所述的色阶转换设备，其中所述负值转换单元利用预先设置的矩阵系数执行算术操作，并且计算不包括负值的信号值。

4.如权利要求1所述的色阶转换设备，其中形成所述图像数据的图像信号值包括第一颜色信号值、第二颜色信号值和第三颜色信号值。

5.如权利要求1所述的色阶转换设备，其中

形成所述图像数据的图像信号值包括第一颜色信号值、第二颜色信号值和第三颜色信号值，并且

所述负值转换单元利用预先设置的3×3矩阵系数执行算术操作，并且计算不包括负值的信号值。

6.如权利要求1所述的色阶转换设备，其中所述色阶转换单元利用查找表执行色阶转换。

7.如权利要求1所述的色阶转换设备，其中

形成所述图像数据的图像信号值包括第一颜色信号值、第二颜色信号值和第三颜色信号值，并且

所述色阶转换单元利用三维查找表执行色阶转换。

8.一种对图像数据应用色阶转换的色阶转换方法，包括以下步骤：

当在形成所述图像数据的图像信号值中包括负值时，执行用于转换形成所述图像数据的图像信号值的处理，以从所述图像信号值中消除负值；以及

对所述图像数据应用色阶转换，所述图像数据的图像信号值是在所述信号转换步骤中被转换过的。

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