CN101421758B - 图像变换装置和图像变换方法 - Google Patents

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Abstract

图像变换装置，包括：分解模块(S1～S4)，用于基于表示心理物理色分布的图像执行小波分解，以产生在一个或多个分解级别上的子带图像；变换模块(S5)，用于基于在心理物理色与感知色之间的预定关系，将所述子带图像的像素值从心理物理色的值变换到感知色的值；以及合成模块(S6，S7)，用于基于变换模块的所述变换所得到的一个或多个分解级别上的子带图像，执行小波合成，以产生表示所述感知色的分布的图像，从而在不设定标准光的情况下，将心理物理色的颜色系(例如XYZ颜色系)与感知色的颜色系(L*a*b*颜色系)相互关联。

Description

图像变换装置和图像变换方法
技术领域
本发明涉及一种图像变换装置和一种图像变换程序，用于在表示心理-物理色的分布的图像与表示感知色的分布的图像之间执行变换处理，并且基于表示感知色的分布的图像来执行颜色管理。
背景技术
为了表现颜色，存在多种使用心理物理色颜色系(例如，XYZ颜色系)的方法和多种使用感知色颜色系(例如，L*a*b颜色系)。此外，关于物体反射的光的颜色(物体色)，已知一种通过计算将这些颜色系彼此相关联的方法(例如，见非专利文献1)
例如，以下计算公式(21)到(23)用于将XYZ颜色系与L*a*b颜色系彼此相关联。X0，Y0，Z0是由标准光照明的全反射漫射体的颜色的三刺激值(Y0＝100)。标准光是光谱分布已知的光(例如，光D65)。X，Y和Z表示由同一标准光所照明的物体的颜色的三刺激值，L*表示Munsell值(白色)，a*表示其中考虑了红色-绿色的色调和色饱和度(chroma)的感知色度(chromaticity)，a*表示其中考虑了黄色-蓝色的色调和色饱和度的感知色度。
L*＝116(Y/Y0)1/3...(21)
a*＝500[(X/X0)1/3-(Y/Y0)1/3]...(22)
b*＝200[(Y/Y0)1/3-(Z/Z0)1/3]...(23)
非专利文献1：CIE Pub.No.15.2(2004)：Colorimetry.3rd ed.，Bureau Central de la CIE
发明内容
本发明要解决的问题
然而，除非设置了标准光，否则以上方法不能将XYZ颜色系与L*a*b 颜色系彼此相关联。因此，在不能设置标准光的情况下，例如，在真实生活环境中所照明的物体的情况下(例如，在一个人在由某些光照明的房间内观看计算机屏幕的情况下)，就不可能将这些颜色系彼此相关联。
本发明的目的在于提供一种图像变换装置和一种图像变换程序，其能够在不设置标准光的情况下将心理-物理色颜色系(例如XYZ颜色系)与感知色颜色系(例如L*a*b颜色系)彼此相关联，并且还能够基于表示感知色的分布的图像实现颜色管理。
解决问题的手段
本发明的图像变换装置包括：分解模块，用于基于表示心理物理色的分布的图像，执行小波分解，以产生在一个或多个分解级别上的子带图像；变换模块，用于基于在所述心理物理色与感知色之间的预定关系，将所述子带图像的像素值从所述心理物理色的值变换到所述感知色的值；以及合成模块，用于基于所述变换模块的所述变换所得到的一个或多个分解级别上的子带图像，执行小波合成，以产生表示所述感知色的分布的图像。
优选的，表示心理物理色的分布的图像是分别与所述心理物理色的颜色系的三刺激值相对应的三个图像；并且表示感知色的分布的图像是分别与所述感知色的颜色系的两种感知色度相对应的两个图像。
优选的，所述分解模块基于X图像和Y图像产生所述子带图像之中的第一子带图像，基于所述Y图像和Z图像产生所述子带图像之中的第二子带图像，所述X、Y和Z图像分别与XYZ颜色系的刺激值相对应；并且在分别将第一子带图像的像素值变换为所述感知色的值和将第二子带图像的像素值变换为所述感知色的值之后，所述变换模块将在同一分解级别上的各个变换的结果相加，以产生作为所述小波合成的目标的子带图像。
优选的，所述变换模块基于RG感知的所述关系来产生作为所述小波合成的目标的第三子带图像，在所述RG感知中考虑了红色-绿色的色调和色饱和度，并且基于BY感知的所述关系来产生作为所述小波合成的目标的第四子带图像，在所述BY感知中考虑了黄色-蓝色的色调和色饱和度；并且所述合成模块执行第三子带图像的小波合成，以产生表示所述RG感知的颜色成分分布的图像，并且执行所述第四子带图像的小波合成，以产生表示所述BY感知的颜色成分分布的图像。
优选的，所述分解模块使用正交小波执行所述小波分解；并且所述合成模块使用该正交小波执行所述小波合成。
优选的，所述正交小波是基本对称的函数。
优选的，所述图像变换装置，还包括：第二分解模块，用于基于由所述合成模块产生的所述表示感知色的分布的图像，执行小波分解，以产生在一个或多个分解级别上的子带图像；第二变换模块，用于基于所述关系，将由所述第二分解模块产生的所述子带图像的像素值从所述感知色的值变换为所述心理物理色的值；以及第二合成模块，用于基于所述第二变换模块的所述变换所得到的一个或多个分解级别上的子带图像，执行小波合成，以产生表示所述心理物理色的分布的图像。
优选的，所述图像变换装置，还包括：获取模块，用于获取指示输出媒体周围环境的信息，所述输出媒体输出所述表示心理物理色的分布的图像；以及逆变换模块，用于基于所述的指示所述周围环境的信息，将由所述合成模块产生的所述表示感知色的分布的图像逆变换为表示所述心理物理色的分布的图像。
优选的，所述图像变换装置还包括：计算模块，用于基于由所述逆变换模块产生的所述表示心理物理色的分布的图像，计算所述输出媒体中的输出值。
本发明的一种图像变换程序用于使计算机执行以下过程：分解过程，用于基于表示心理物理色的分布的图像，执行小波分解，以产生在一个或多个分解级别上的子带图像；变换过程，用于基于在所述心理物理色与感知色之间的预定关系，将所述子带图像的像素值从所述心理物理色的值变换到所述感知色的值；以及合成过程，用于基于所述变换过程的所述变换所得到的一个或多个分解级别上的子带图像，执行小波合成，以产生表示所述感知色的分布的图像。
优选的，该图像变换程序使得计算机进一步执行以下过程：获取过程，用于获取指示输出媒体周围环境的信息，所述媒体输出所述表示心理物理色的分布的图像；以及逆变换过程，用于基于所述的指示所述周围环境的信息，将由所述合成过程产生的所述表示感知色的分布的图像逆变换为表示所述心理物理色的分布的图像。
优选的，该图像变换程序使得计算机进一步执行以下过程：计算过程，用于基于由所述逆变换过程产生的所述表示心理物理色的分布的图像，计算所述输出媒体中的输出值。
本发明的效果
根据本发明的图像变换装置和图像变换程序，可以在不设置标准光的情况下将心理-物理色颜色系(例如XYZ颜色系)与感知色颜色系(例如L*a*b颜色系)彼此相关联，并且可以基于表示感知色的分布的图像实现颜色管理。
附图说明
图1是示出该实施例的图像变换装置10的大致结构的框图；
图2是示出图像变换处理过程的流程图；
图3是在辉度(lunimance)/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)与色感图像(RG图像，BY图像)之间关系的视图；
图4是小波分解的解释图；
图5是通过小波分解所产生的子带图像的解释图；
图6是示出表示心理物理色与感知色之间关系的系数C1-C8的实例的视图；
图7是从系数处理得到的子带图像的示意性视图；
图8是系数处理的示意性解释视图；
图9是用于逆变换的参数处理的示意性解释视图；
图10是示出图像变换处理过程的另一流程图；
图11是示出亮度(brightness)图像、辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)，色感图像(RG图像，BY图像)之间关系的视图；
图12是示出颜色管理处理过程的流程图；
图13是颜色管理的示例性视图；
图14是颜色管理的另一示例性视图；
图15是颜色管理的再另一示例性视图；
图16是用于确定系数C1-C8的实验装置的示意图视图；
图17是刺激图案的解释性视图；
图18是示出所添加的条件的视图；以及
图19是示出色感的预测精度的视图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述本发明的实施例。
在此，作为一个实例，将会描述将XYZ颜色系与L*a*b颜色系彼此相关联。
XYZ颜色系是心理物理色颜色系之一(基于光度(photometric)值的颜色系)，并且借助于三刺激值(X，Y，Z)来表现颜色。与该三刺激值(X，Y，Z)相对应的三个图像(X图像，Y图像，Z图像)是表示心理物理色的分布的图像，并且在以下描述中将它们整体称为“辉度/色度图像”。
L*a*b颜色系是感知色颜色系之一(基于反射特性的颜色系)，并且借助于两种感知色度(a*，b*)来表现颜色。与感知色度(a*，b*)相对应的两个图像(RG图像，BY图像)是表示感知色的分布的图像，并且在以下描述中将它们整体称为“色感图像”。
本实施例的图像变换装置10(图1)是其中安装了图像变换程序的计算机，并且包括：存储器10A，其存储待处理的输入图像以及处理得到的输出图像；以及计算单元10B，其根据预定的处理过程，执行用于图像变换的算法处理。为了将该图像变换程序安装到计算机上，可以使用一种记录有图像变换程序的记录介质(CD-ROM等)。作为替换方案，可以使用可经由因特网下载的载波(包含图像变换程序)。
首先，将根据图2中所示的流程图的处理过程，描述用于将XYZ颜色系的辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)变换为L*a*b颜色系的色感图像(RG图像，BY图像)的处理。图3中示出了辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)与色感图像(RG图像，BY图像)之间的关系。
在图2中的步骤S1，该实施例的图像变换装置10将待处理的辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)采集到存储器10A中，辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)是使用已知方法将从例如数码相机输出的RGB颜色系的图像进行变换得到的XYZ颜色系的图像，并表示了在真实生活环境中照明的物体色(为了方便，指光度值)。在辉度/色度图像之中的Y图像对应于亮度图像。
接下来(步骤S2)，图像变换装置10的计算单元10B计算辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)中像素值的对数，然后，计算X图像与Y图像(这两个图像都是指对数图像)之间每个像素的差以生成a图像，并计算Y图像与Z图像(这两个图像都是指对数图像)之间每个像素的差以生成b图像。虽然a图像和b图像是X图像，Y图像和Z图像的差值图像，但是它们表示了与X图像，Y图像和Z图像类似的心理物理色的分布。
然后，在随后的步骤S3，通过使用正交小波(例如，symlet6)(图4)对a图像应用小波分解。该小波分解是从图4(a)中作为原始图像的a图像的级别(0级别)到-1级别的分解。该处理产生了在-1级别上的4个子带图像Aa(-1)，Ha(-1)，Va(-1)和Da(-1)，如图4(b)所示。
子带图像Aa(-1)是从a图像的像素值的变化中提取的低频成分，并且可以认为是a图像的近似图像。其他子带图像Ha(-1)，Va(-1)和Da(-1)分别是从a图像的像素值的变化中提取的水平方向的高频成分，垂直方向的高频成分和斜对角的高频成分。每个子带图像Aa(-1)，Ha(-1)，Va(-1)和Da(-1)的像素数量是a图像的1/4。
接下来(步骤S4)，图像变换装置10判断上述小波分解是否已经到达最低级别，如果尚未到达最挤级别，则返回到步骤S3的处理，以重复该小波分解，同时级别逐一降低。在该实施例中，最低级别例如为-7级。在该情况下，步骤S3的处理(小波分解)重复7次。
第二次小波分解是从-1级别(图4(b))到-2级别(图4(c))的小波分解，并且是应用于作为-1级别上的低频成分的子带图像Aa(-1)。由此，产生了4个子带图像Aa(-2)，Ha(-2)，Va(-2)和Da(-2)。子带图像Aa(-2)是从子带图像Aa(-1)的像素值的变化中提取的低频成分，并且与子带图像Aa(-1)类似，可以认为是a图像的近似图像。其他子带图像Ha(-2)，Va(-2)和Da(-2)分别是从子带图像Aa(-1)的像素值的变化中提取的水平方向的高频成分，垂直方向的高频成分和斜对角的高频成分。
与第一次小波分解(图4(a)→(b))相比，第二次小波分解(图4(b)→(c))能够从像素的变化中提取出更低的频率(更粗糙)。类似的，第三次以及第三次之后的小波分解从作为-2级别上的低频成分的子带图像Aa(-2)中产生-3级别上的4个子带图像Aa(-3)，Ha(-3)，Va(-3)和Da(-3)(图4(d))，随着级别的 下降，相继提取出像素值中的更为粗略的变化。然后，当生成了在最低的-7级别上的4个子带图像Aa(-7)，Ha(-7)，Va(-7)和Da(-7)之后，a图像的小波分解结束。
在此刻，已经重复了7次小波分解，并且从a图像中生成了如图5(a)中所示的7个级别上的子带图像Ha(-1)，Va(-1)，Da(-1)，Ha(-2)，Va(-2)，Da(-2)，...，Aa(-7)，Ha(-7)，Va(-7)，Da(-7)，并且将这些图像存储在图像变换装置10的存储器10A中。
此外，采用类似的方式，同样对b图像的小波分解进行重复。由此，从b图像中生成了如图5(b)所示的7个级别上的子带图像Hb(-1)，Vb(-1)，Db(-1)，Hb(-2)，Vb(-2)，Db(-2)，...，Ab(-7)，Hb(-7)，Vb(-7)，Db(-7)，并且将这些图像存储在图像变换装置10的存储器10A中。
由于a图像和b图像表示如上所述的心理物理色的分布，因此小波分解所产生的子带图像Ha(-1)～Da(-7)以及Hb(-1)～Db(-7)的像素值表示心理物理色的值。
接下来(步骤S5)，图像变换装置10的计算单元10B基于图6所示的在心理物理色与感知色之间的预定关系(例如，系数C1～C8)，来执行以下的系数处理，以便将子带图像Ha(-1)～Da(-7)以及Hb(-1)～Db(-7)的像素值从心理物理色的值变换为感知色的值。
通过例如人的色感恒定性(该特性为：即使当用不同的光照明时，也会将物体的颜色感知为同一颜色)来决定C1～C8。当用不同的光照明时，物体的同一光度(photometric)颜色例如心理物理色会被识别为不同的颜色。另一方面，假设物体的光谱反射率相同，则即使当用不同的光照明时，感知色也会被识别(感知)为同一颜色。就是说，在感知色的情况下，则认为其与周围环境的相对关系保持不变。最后将描述用于决定系数C1～C8的方法。假设在决定C1～C8时的图像分辨率(每像素的视角)为约1度。
图6(a)所示的系数C1，C2表示从a图像(子带图像Ha(-1)～Da(-7))中提取的具有各种频率的像素值变化对于考虑红色-绿色的色调和色饱和度的感知(RG感知)的影响。图6(b)所示的系数C3，C4表示从b图像(子带图像Hb(-1)～Db(-7))中提取的具有各种频率的像素值变化对RG感知的影响。
因此，基于以下公式(1)～(4)，使用用于RG估计和预测的系数C1～C4 来执行关于RG感知的系数处理(步骤S5)。
ARG(-7)＝C2(-7)·Aa(-7)+C4(-7)·Ab(-7)+6.290802...(1)
在公式(1)中，通过使用-7级别上的系数C2(-7)，来将作为同一分解级别上的低频成分的子带图像Aa(-7)的像素值从心理物理色的值变换为RG感知的颜色值，并且使用同一级别上的系数C4(-7)，来将作为同一分解级别上的低频成分的子带图像Ab(-7)的像素值变换为RG感知的颜色值，然后，将这些变换的结果相加，由此计算出RG感知的最终颜色值(子带图像ARG(-7)的像素值)。该子带图像ARG(-7)对应于要最终获得的RG图像在-7级别上的低频成分(图7(a))。
HRG(-N)＝C1(-N)·Ha(-N)+C3(-N)·Hb(-N)...(2)
VRG(-N)＝C1(-N)·Va(-N)+C3(-N)·Vb(-N)...(3)
DRG(-N)＝C1(-N)·Da(-N)+C3(-N)·Db(-N)...(4)
在公式(2)～(4)中，通过使用在-N级别(N＝1～7)上的系数C1(-N)，C3(-N)，从作为同一分解级别上的高频成分的子带图像Ha(-N)，Va(-N)，Da(-N)，Hb(-N)，Vb(-N)，Db(-N)的像素值(心理物理色的值)来计算RG感知的颜色值(子带图像HRG(-N)，VRG(-N)，DRG(-N)的像素值)。子带图像HRG(-N)，VRG(-N)，DRG(-N)对应于要最终获得的RG图像在-N级别上的高频成分(图7(a))。
在图8(a)中示意性地示出了这种关于RG感知的系数处理(步骤S5)。正如从公式(1)～(4)和图8(a)中理解的，在该系数处理(步骤S5)中，将每个级别上的像素值变换为RG感知的颜色值，然后将所获得的在同一分辨级别上的颜色值相加。此外，关于RG感知的系数处理是考虑到a图像和b图像对RG感知的影响(系数C1～C4)的处理。
图6(c)中所示的系数C5，C6表示从a图像(子带图像Ha(-1)～Da(-7))中提取的具有各种频率的像素值变化对于考虑黄色-蓝色的色调和色饱和度的感知(BY感知)的影响。此外，图6(d)中所示的系数C7，C8表示从b图像(子带图像Hb(-1)～Db(-7))中提取的具有各种频率的像素值变化对于BY感知的影响。
因此，基于以下公式(5)～(8)，使用图6(c)，(d)中所示的用于BY估计和 预测的系数C5～C8，来执行关于BY感知的系数处理(步骤S5)。
ABY(-7)＝C6(-7)·Aa(-7)+C8(-7)·Ab(-7)-3.27372...(5)
在公式(5)中，通过使用在-7级别上的系数C6(-7)，C8(-7)，从作为同一分解级别上的低频成分的子带图像Aa(-7)，Ab(-7)的像素值(心理物理色的值)中计算BY感知的颜色值(子带图像ABY(-7)的像素值)。该子带图像ABY(-7)对应于要最终获得的BY图像在-7级别上的低频成分(图7(b))。
HBY(-N)＝C5(-N)·Ha(-N)+C7(-N)·Hb(-N)...(6)
VBY(-N)＝C6(-N)·Va(-N)+C7(-N)·Vb(-N)...(7)
DBY(-N)＝C5(-N)·Da(-N)+C7(-N)·Db(-N)...(8)
在公式(6)～(8)中，通过使用在-N级别(N＝1～7)上的系数C5(-N)，C7(-N)，从作为同一分解级别上的高频成分的子带图像Ha(-N)，Va(-N)，Da(-N)，Hb(-N)，Vb(-N)，Db(-N)的像素值(心理物理色的值)中计算BY感知的颜色值(子带图像HBY(-N)，VBY(-N)，DBY(-N)的像素值)。子带图像HBY(-N)，VBY(-N)，DBY(-N)对应于要最终获得的BY图像在-N级别上的高频成分(图7(b))。
在图8(b)中示意性地示出了这种关于BY感知的系数处理(步骤S5)。正如从公式(5)～(8)和图8(b)中理解的，在该系数处理(步骤S5)中，将每个级别上的像素值变换为BY感知的颜色值，然后将所获得的在同一分解级别上的颜色值相加。此外，关于BY感知的系数处理是考虑到a图像和b图像对BY感知的影响(系数C5～C8)的处理。
在完成了上述系数处理(步骤S5)之后，将图7(a)所示的在7个级别上的子带图像HRG(-1)，VRG(-1)，DRG(-1)，...，ARG(-7)，HRG(-7)，VRG(-7)，DRG(-7)和图7(b)所示的在7个级别上的子带图像HBY(-1)，VBY(-1)，DBY(-1)，...，ABY(-7)，HBY(-7)，VBY(-7)，DBY(-7)存储在图像变换装置10的存储器10A中。附带而言，子带图像ARG(-7)，ABY(-7)的像素值对应于在均匀辉度和色度情况下的RG感知和BY感知的像素值。子图像HRG(-N)，VRG(-N)，DRG(-N)，HBY(-N)，VBY(-N)，DBY(-N)的像素值对应于由于辉度和色度的对比效果造成的RG感知和BY感知的像素值。
接下来(步骤S6)，通过使用在步骤S3中所使用的同一正交小波(例如 symlet6)，图像变换装置10的计算单元10B基于从所述系数处理得到的在7个级别上的子带图像HRG(-1)～DRG(-7)，HBY(-1)～DBY(-7)(图7(a)，(b))，执行小波合成。将该小波合成处理应用于与RG感知相关的HRG(-1)～DRG(-7)和与BY感知相关的HBY(-1)～DBY(-7)。
首先，对于与RG感知相关的子带图像HRG(-1)～DRG(-7)，将小波合成应用于在-7级别上的4个子带图像ARG(-7)，HRG(-7)，VRG(-7)，DRG(-7)。该小波合成能够产生子带图像ARG(-6)，其是在更高一个级别(-6级)上的低频成分。
接下来(步骤S7)，确定以上小波合成是否已经达到了原始图像的级别(0级别)，如果还未达到原始图像的级别，则返回到步骤S6，在将级别逐一递增的同时重复该小波合成。在该实施例中，由于最低级别是-7级别，因此步骤S6的处理(小波合成)重复7次。
第二次小波合成是从-6级别到-5级别，并且是通过使用由第一次小波合成所产生的子带图像ARG(-6)以及图7(a)中所示的在-6级别上的3个子带图像HRG(-6)，VRG(-6)，DRG(-6)来执行的。由此，能够产生子带图像ARG(-5)，其是在更高一个级别(-5级别)上的低频成分。
以相同的方式执行第三次以及第三次之后的小波合成，并且在基于由第六次小波合成所产生的子带图像ARG(-1)以及图7(a)中所示的在-1级别上的3个子带图像HRG(-1)，VRG(-1)，DRG(-1)产生了作为在原始图像的级别(0级)上的低频成分的子带图像(即RG图像)时，与RG感知相关的子带图像HRG(-1)～DRG(-7)的合成处理结束。
此外，同样采用与以上相同的方式重复与BY感知相关的子带图像HBY(-1)～DBY(-7)的小波合成。然后，当产生了作为在原始图像的级别(0级别)上的低频成分的子带图像(即BY图像)时，与BY感知相关的子带图像HBY(-1)～DBY(-7)的合成处理结束。
通过上述的图2中图像变换的算法处理，可以将XYZ颜色系(X图像，Y图像，Z图像)的辉度/色度图像变换为L*a*b*颜色系的色感图像(RG图像，BY图像)。RG图像表示RG感知的颜色成分的分布，BY图像表示BY感知的颜色成分的分布。
因此，根据本实施例的图像变换装置10，可以预测在具有任意辉度/色 度分布(光度值)的图像上的所有点的色感，并且可以在不设置标准光的情况下将XYZ颜色系与L*a*b*颜色系彼此相关联。因此，即使是对于在显示生活环境的照明下的物体(例如在某种照明下的房间内观看计算机显示器的情况下)，也可以将XYZ颜色系与L*a*b*颜色系彼此相关联。
此外，可以将为心理物理色和感知色而构建的颜色系通过人的色感合并为一个颜色系。此外，可以预测当光源特性改变时会发生何种人的色感(颜色渲染属性的估计)。
此外，根据该实施例的图像变换装置10，由于借助于图2中的步骤S3和步骤S6中的小波分解和小波合成的组合(即，借助于利用所谓的离散小波变换方法)而将辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)变换为色感图像(RG图像，BY图像)，从而能够减小该时刻的算法负载。因此，可以在非常短的时间内以高速度从辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)获得色感图像(RG图像，BY图像)。
此外，根据该实施例的图像变换装置10，由于将正交小波用于小波分解和小波合成(图2中的步骤S3，S6)，从而能够极大地减小图像变换的算法处理中的误差。因此，在上述将辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)变换为色感图像(RG图像，BY图像)之后，通过使用同一正交小波执行从色感图像到辉度/色度图像的逆变换，可以即将色感图像变换回原始的辉度/色度图像。就是说，根据图像变换装置10，可以实现从辉度/色度图像到色感图像以及从色感图像到辉度/色度图像的高速双向变换。
(逆变换)
在此，将描述从色感图像(RG图像，BY图像)到辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)的逆变换。该逆变换处理的过程与上述变换处理的过程相反(图2～图8)，首先，通过RG图像和BY图像每一个的小波分解，产生图7中所示的7个分解级别上的子带图像HRG(-1)～DRG(-7)，HBY(-1)～DBY(-7)。
然后，执行使用系数C1～C8(图6)的系数处理。以下公式(9)等等代替上述公式(1)～(8)用于逆变换的参数处理。公式(9)可以从上述公式(2)，(6)中推导出来。
Hb(-N)＝[HRG(-N)/C3(-N)-HBY(-N)/C5(N)]
÷[C3(-N)/G1(-N)-C7(-N)/C5(-N)]...(9)
在公式(9)中，通过使用在-N(N＝1～7)级别上的系数C1(-N)，C3(-N)，C5(-N)，C7(-N)，从作为在同一分解级别上的高频成分的子带图像HRG(-N)，HBY(-N)的像素值(即RG感知和BY感知的颜色值)中计算出子带图像Hb(-N)的像素值(心理物理色的值)(见图9(a)中所示的示意图)。子带图像Hb(-N)对应于b图像在-N级别上的高频成分(图5(b))。对于b图像的其他子带图像Vb(-N)，Db(-N)，Ab(-7)，能够以相同的方式计算它们的像素值(心理物理色的值)。
此外，关于a图像的子带图像Ha(-N)，Va(-N)，Da(-N)，Aa(-7)，能够以相同的方式计算它们的像素值(心理物理色的值)(见图9(b)中所示的示意图)。子带图像Ha(-N)，Va(-N)，Da(-N)，Aa(-7)对应于a图像在相应分解级别上的高频成分和低频成分(图5(a))。
然后，一旦完成了该系数处理，就基于在7个分解级别上的子带图像Ha(-1)～Da(-7)，Hb(-1)～Db(-7)执行小波合成，以产生如图3中所示的a图像和b图像。然后，能够按照以下方式从a图像和b图像中产生辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)：如果在感兴趣像素与周围之间没有辉度变化，则使用原始Y值，或者如果有辉度变化，则通过使用作为借助于在例如日本专利申请No.2005-165191中所述的方法(一种利用小波变换的方法)进行的辉度—亮度变换的逆变换的结果而获得的辉度值，使用所获得的信息计算其与a图像和b图像的差分。
以上所述的逆变换处理可以应用于预先已经用辉度/色度图像变换得到的色感图像，或者可以应用于借助于某种方法新产生的色感图像。在前一种情况中，优选的，与从辉度/色度图像到色感图像的变换使用相同的正交小波(例如，symlet6)。
此外，根据本实施例的图像变换装置10，由于使用基本对称的函数(例如symlet6)作为用于辉度/色度图像与色感图像的小波分解和小波合成的正交小波(图2中的步骤S3，S6等)，因此可以实现适合于人眼色感特性的变换(该特性即辉度/色度的对比效果相对于视场中心对称而没有方向性)。
此外，在本实施例的图像变换装置10中，由于可以实现上述的从辉度/色度图像到色感图像以及从色感图像到辉度/色度图像的高速双向变换，因此能够高效地实现照明设计、照明控制等等。
此外，本实施例的图像变换装置10不仅可以应用于将给定照明下的物体的颜色(心理物理色)，例如从数码相机输出的RGB图像，变换为感知色的情况，而且还可以应用于将自身发光的光源(例如监视器或显示器)的颜色变换为感知色的情况。
此外，在光源色的情况下，该逆变换也是可实现的，并且在监视器等的图像上的特定点上，能够从色感图像中呈现引发特定色感所必需的辉度/色度分布。此外，颜色输出的客观调整也是可能的，从而将图像上的特定部分看作是同一颜色。可以想到的应用领域是必须进行颜色管理的所有领域以及必须进行基于图像输出的评估的所有领域(内诊镜、远程图像、电视等等)。
(基于感知色的实际颜色管理的实例)
将要描述基于感知色的实际颜色管理的一个实例。在此，将在例如将从数码相机等输出的RGB图像输出至诸如监视器或显示器之类的自身发光的输出媒体的情况下，给出对颜色管理的描述。
在颜色管理中，除了使用在本实施例中所述的色感图像(见图3)，还使用亮度图像。亮度图像可以借助于例如在日本专利申请No.2005-165191(使用小波变换的方法)中所描述的方法来获得。将使用图10所示的流程图粗略地描述用于产生亮度图像的处理过程。
首先，图像变换装置10将辉度图像(Y图像)采集到存储器10A中(步骤S11)。
接下来，图像变换装置10的计算单元10B计算辉度图像的像素值的对数，然后进行到步骤S12的处理。随后，图像变换装置10的计算单元10B通过使用正交小波(例如symlet6)来重复辉度图像(对数图像)的小波分解，直到最低级别(步骤S12，13).
接下来，图像变换装置10的计算单元10B基于辉度与亮度感觉之间的预定关系来执行系数处理(步骤S14)。
接下来，图像变换装置10的计算单元10B通过使用与步骤S12相同的正交小波(例如，symlet6)来重复小波合成直到原始图像的级别(步骤S15，16).
图11示出了上述处理所产生的亮度图像与图3中所示的辉度/色度图像 (X图像，Y图像，Z图像)和色感图像(RG图像，BY图像)之间的关系。
以下，将Y图像，a图像和b图像通称为“光度颜色图像”，并且将亮度图像和色感图像(RG图像，BY图像)通称为“感知色图像”。
将使用图12所示的流程图描述用于颜色管理的具体过程。
首先，图像变换装置10将作为颜色管理的目标的辉度/色度图像(待输出至输出媒体的图像)采集到存储器10A中(步骤S21)。在该描述中，图13中的图像I1是作为颜色管理的目标的辉度/色度图像。
接下来，图像变换装置10的计算单元10B根据在本实施例中所述的过程，从作为颜色管理的目标的辉度/色度图像I1中产生感知色图像(步骤S22)。
图像变换装置10的计算单元10B从在步骤S22中从颜色管理的目标创建的每个感知色图像中切割出待输出的区域(步骤S23)。所述待输出的区域是应该被输出至输出媒体(监视器，显示器等等)的区域，并且通过例如用户的操作经由图像变换装置10的输入单元(未示出)来指定。附带而言，图像变换装置10的计算单元10B从作为所述感知色图像的亮度图像和色感图像(RG图像，BY图像)的每一个中切割出所述待输出的区域。
接下来，图像变换装置10将示出输出媒体周围环境的辉度/色度图像采集到存储器10A中(步骤S24)。在此假设所述输出媒体是放置在桌子上的计算机监视器，并且将从观看该监视器的用户的视点所拍摄的RGB图像采集为所述示出输出媒体周围环境的辉度/色度图像。这些辉度/色度图像包含关于相对于输出媒体的用户视点、环境光的状态等等的信息。图14中的图像I2是所述的示出输出媒体周围环境的辉度/色度图像。
图像变换装置10的计算单元10B根据在本实施例中所述的过程，从示出输出媒体周围环境的辉度/色度图像I2中创建感知色图像(步骤S25)。
接下来，如图14所示，图像变换装置10的计算单元10B将在步骤S23中切割出的、作为颜色管理的目标的每一个感知色图像中的待输出的区域，合成到在步骤S25中创建的、示出输出媒体周围环境的每一个感知色图像中的输出部分(监视器的输出部分)上(步骤S28)。附带而言，图像变换装置10的计算单元10B将从作为颜色管理的目标的亮度图像中所切割出的待输出的区域合成到示出输出媒体周围环境的感知色图像之中的亮度图像上，将从作为颜色管理的目标的色感图像(RG图像)中所切割出的待输出的区域合成到示出输出媒体周围环境的感知色图像之中的色感图像(RG图像)上，以及将从作为颜色管理的目标的色感图像(BY图像)中所切割出的待输出的区域合成到示出输出媒体周围环境的感知色图像之中的色感图像(BY图像)上。在将步骤S25中创建的、示出输出媒体周围环境的每一个感知色图像中的输出部分以及在步骤S23中切割出的、作为颜色管理的目标的每一个感知色图像中的待输出的区域进行适当放大和缩小以便使它们的尺寸彼此相匹配之后，再进行上述合成。
然后，如图15所示，图像变换装置10的计算单元10B对在步骤S26所创建的感知色图像进行逆变换，以创建光度颜色图像，并且进一步创建辉度/色度图像(步骤S27)。根据本实施例中所述的过程或者在日本专利申请No.2005-165191中所描述的过程，来执行从色感图像(RG图像，BY图像)到辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)的逆变换。
最后，图像变换装置10的计算单元10B基于在步骤S27创建的辉度/色度图像，计算在输出媒体上的输出值。
通过上述过程能够实现基于表示感知色分布的图像的颜色管理。具体而言，从示出感知色分布的图像中，能够在诸如监视器的输出媒体的图像上的特定点上呈现用于引起特定色感所必需的辉度/色度图像。此外，可以客观地调整输出媒体的颜色输出，以便能够将在该图像上的给定部分感知为同一颜色。
附带而言，在步骤S27中创建的辉度/色度图像中，存在一些情况，即，实际光度值中的误差出现在示出输出媒体周围环境的每一个感知色图像中的输出部分(监视器的输出部分)附近。在该情况下，创建了经过误差校正的示出输出媒体周围环境的感知色图像，然后流程返回到步骤S26。然后，再次合成图像。通过重复这种处理直到误差落入可容忍范围以内，还能够实现更为精细的颜色管理。
此外，可以自动进行在上述实例中的步骤S23中的对待输出的区域的切割操作。这种设计的一个实例是预先指定待输出的区域的位置和尺寸，并且在步骤S23中始终切割出该待输出的区域。
此外，上述实例示出了这样的实例情况：即，在步骤S24中，获得通 过图像拍摄所产生的RGB图像作为示出输出媒体周围环境的辉度/色度图像，但是该实施例并不局限于该实例，假设可以获得指示输出媒体周围环境的信息。例如，在上述颜色管理中，所述指示输出媒体周围环境的信息可以是关于预先测量和记录的输出媒体中的标准输出的信息。这种设计使得使得可以自动获得示出输出媒体周围环境的信息。
此外，在上述实例中，将自身发光的输出媒体，例如监视器或显示器作为实例，但是本发明可以类似地应用于与诸如打印机之类的输出媒体相关的颜色管理，并基于反射光的形状来观察所打印的内容。在该情况下，在假设了一种观看所打印内容的环境的情况(例如，照明光，用户视点等等)下，可以执行一系列处理。
(系数C1～C8的确定)
为了确定图6中所示的系数C1～C8，例如，使用在图16中示出的实验装置。该实验装置包括：覆盖被实验者的整个视场的不透明白板11；呈现图17中所示的刺激图案的投影器12；以及计算器13，并且该实验装置安装在暗室中。被实验者是9个人，包括20岁的具有正常视力的男人和女人。
进行用于寻找X，Z值与色感之间关系的实验，其中，使用图16中所示的实验装置呈现图17中的刺激图案。作为刺激图案，准备了X和Z值在5个阶段中发生对数变化的颜色刺激，并且将它们合并以使得对比量Cx，Cz变为3，2，1，-1，1，-2。Y值固定(40cd/m2)。
每个对比量Cx，Cz都是被修正为整数的对数值，该对数值是物体的X或Z值(Xt，Zt)与背景的X或Z值(Xi，Zi)之间的比率值，如以下公式(10)，(11)所示。
Cx＝0.0569·log(Xt/Xi)...(10)
Cz＝0.176·log(Zt/Zi)...(11)
将视角设定为7个级别，即，1度，2度，5度，10度，20度，30度和60度，以及180度(在整个视场上均匀)。此外，添加了图18中的条件。
然后，使用对抗色颜色命名法(基于Herring提出的对抗色理论的方法)，从通过实验获得的数据中进行色感的绝对评估。为了表示用RG值和BY值识别颜色的方式，将从实验中获得的评估值变换为唯一性颜色成分(公式(12))。所述唯一性颜色意指红色、绿色、蓝色和黄色。感知饱和度意指色饱和度。
唯一性颜色成分＝唯一性颜色的比率×感知的饱和度....(12)
然后，由于红色与绿色以及蓝色与黄色是对抗色感，因此每一对都在一个轴上示出。具体而言，在唯一性颜色成分红色为正且唯一性颜色成分绿色为负的轴上的值是RG值。在唯一性颜色成分黄色为正且唯一性颜色成分蓝色为负的轴上的值是BY值。
通过使用这些测量值(RG值，BY值)，在假设使用symlet6作为正交小波并且图像分辨率(每像素的视角)为约1度的情况下，执行这些测量值的多元回归分析，从而能够确定图6中所示的系数C1～C8的值。与此同时，还能够确定公式(1)中的常量项的值(+6.290802)和公式(5)中的常量项的值(-3.27372)。
(精度评估)
为了评估本实施例的图像变换装置10的变换的精度，将与上述相同的通过用实验装置(图16)、刺激图案(图17)等等对被实验者进行实验所得到的测量值与由辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)的变换得到的色感图像(RG图像，BY图像)的像素值(预测值)相比较。
在图19(a)，(b)中示出了预测值与RG感知和BY感知的测量值之间的比较。在图19中，水平轴表示测量值，垂直轴表示预测值。从图19中只知，点(◆)每一个都表示每个测量值与每个预测值的组合，这些点(◆)是十分有说服力的。在RG感知的情况中，R2＝0.867627且R＝0.931465。在BY感知的情况中，R2＝0.854313且R＝0.924291。
根据以上结果，可以看到本实施例的图像变换装置10的图像变换的算法处理(图2)具有令人满意的高精度。即，根据本实施例的图像变换装置10，即使是在没有设置标准光的情况下(在实际生活环境中照明下的物体的颜色的情况下，为诸如监视器等等的光源的颜色)，也能够以高精度定量地预测其色感。
(变形例)
已经通过将XZY颜色系和L*a*b颜色系相关联的实例描述了上述实施例，但是本发明并不局限于此。除了XYZ颜色系之外还存在各种其他心理 物理色颜色系(RGB颜色系等等)，除了L*a*b颜色系之外还存在各种其他感知色颜色系(Lab颜色系，L*u*v颜色系等等)，并且在以上系统的任意组合中，都可以用本发明将心理物理色颜色系与感知色颜色系彼此相关联。
此外，在上述实施例中，例如使用了symlet6作为正交小波，但是本发明并不局限于此。任何其他基本对称的函数(例如，symlet4，8等等)都可以用于同一计算。然而，在使用symlet6之外的其他函数时，需要计算与图6和公式(1)(5)中不同的值作为表示心理物理色与感知色之间关系的系数。其计算方法与以上相同。
此外，在上述实施例中，使用同一正交小波进行从辉度/色度图像到色感图像的变换以及从色感图像到辉度/色度图像的逆变换，但是也可以使用不同的正交小波。在该情况中，由于对于各个正交小波存在不同的合适系数(心理物理色与感知色之间关系)，因此必须通过上述方法来找到这些合适系数，以便将它们用于图像变换的算法处理。
此外，在上述实施例中，使用了正交小波，但是本发明也可应用于使用非正交小波的情况。在该情况中，由于各函数并不独立，因此在小波合成时需要近似计算。
然而，在通过将用于分解的小波与用于合成的小波进行适当组合而使用了一种可完全恢复的小波(例如双正交小波)的情况下，即使是用于分解/合成的小波是非正交的，也不需要近似计算。因此，即使是在使用双正交小波的情况下，也可以如同在使用前述的正交小波实现从辉度/色度图像到色感图以及从色感图像到辉度/色度图像的高速双向变换的情况下一样，极大地减小图像变换的算法处理中的误差。因此，本发明是高效的并且在用于分解/合成的各个小波构成了正交系统的情况中以及在这些小波的组合构成了正交系统(双正交)的情况中实现相同的效果。
此外，在上述实施例中，重复小波分解直到-7级别，但本发明并不局限于此。可以根据图像变换所需的精度来设置该最低级别。此外，在原始图像(例如辉度图像)的尺寸较小并且子带图像的像素数量在到达-7级别之前就变为1的情况中，就可以在该时刻结束小波分解。
小波分解即使是在子带图像的像素数量到达1之后也可以继续进行，并且可以在到达-7级别时刻结束。
此外，可以为每种正交小波计算在公式(1)和(5)中的表示心理物理色与感知色之间关系的系数C1～C8的值以及常数项的值，并且除此之外，在原始图像(例如辉度/色度图像)的分辨率改变的情况下，优选地为每种分辨率计算这些值。
此外，上述实施例已经描述了图像变换装置10是安装有图像变换程序的计算机的实例，但是本发明并不局限于此。通过利用专用硬件(LSI)，可以将图像变换装置10形成为芯片。通过将图像变换装置10形成为芯片，可以实现对照明控制等等的实时控制。
此外，在上述实施例中，在计算了辉度/色度图像(X图像，Y图像，Z图像)的每个像素值的对数之后产生X图像，Y图像和Z图像的差值图像(a图像，b图像)，但本发明并不局限于此。可以考虑到视觉系统的非线性来进行该对数计算，并且用幂函数例如1/3次幂取代该对数也能够实现相同的效果。可以根据均匀感知空间的表达，来设置幂函数。
此外，在上述实施例中，将基于绝对尺度的生理评估实验结果用于颜色感知，但是也可以使用阈值(是否能够识别出差异的边界值)等等进行缩放。
此外，在上述实施例中，将图像的分辨率设置为约1度，但本发明并不局限于此。可以将分辨率设定为除1度之外的任何其他度数(例如更高的分辨率)。然而，在分辨率设置改变了的情况下，需要为每种分辨率计算与感知尺度相关的对应关系(系数)。
此外，在上述实施例中，执行小波分解的次数是N次(N为自然数)，并且通过执行N次小波产生了(3N+1)个子带图像，然后，对所有子带图像应用系数处理，并且将进行了该处理的所有(3N+1)个子带图像进行小波合成(N次)，但本发明并不局限于此。在进行了该系数处理的子带图像之中，可以对少于(3N+1)的任意数量的子带图像进行小波合成。然而，将进行了系数处理的所有子带图像都用于小波合成能够实现更精确的变换，其实现了从辉度/色度图像到色感图像以及从色感图像到辉度/色度图像的双向变换。
此外，用一次小波分解产生了4个子带图像，但本发明并不局限于此。本发明可以应用于一次小波分解所产生的子带图像的数量为2或更多的任意情况。类似的，虽然用一次小波合成从4个子带图像产生更高一级的子 带图像，但是也可以从2个或更多子带图像产生更高一级的子带图像。
此外，在上述实施例中，将在从辉度/色度图像到色感图像以及从色感图像到辉度/色度图像的双向变换时所执行的小波分解的次数设定为相同数量(例如7次)，但本发明并不局限于此。可以将在从辉度/色度图像到色感图像的变换时执行的小波分解的次数设定为不同于在从色感图像到辉度/色度图像的逆变换时执行的小波分解的次数。
此外，在小波分解和小波合成时处理7个分解级别上的子带图像，但在处理在一个分解级别或更多级别上的子带图像的情况下也可以实现相同的效果。

Claims (13)

1.一种图像变换装置，包括：
分解模块，用于基于表示心理物理色的分布的图像，执行小波分解，以产生在一个或多个分解级别上的子带图像；
变换模块，用于基于在所述心理物理色与感知色之间的预定转换关系，将所述子带图像的像素值从所述心理物理色的值变换到所述感知色的值；以及
合成模块，用于基于所述变换模块的所述变换所得到的一个或多个分解级别上的子带图像，执行小波合成，以产生表示所述感知色的分布的图像。
2.如权利要求1所述的图像变换装置，其中：
所述表示心理物理色的分布的图像是分别与所述心理物理色的颜色系的三刺激值相对应的三个图像；并且
所述表示感知色的分布的图像是分别与所述感知色的颜色系的两种感知色度相对应的两个图像。
3.如权利要求2所述的图像变换装置，其中：
所述分解模块基于X图像和Y图像产生所述子带图像之中的第一子带图像，基于所述Y图像和Z图像产生所述子带图像之中的第二子带图像，所述X、Y和Z图像分别与XYZ颜色系的刺激值相对应；并且
在分别将所述第一子带图像的像素值变换为所述感知色的值和将所述第二子带图像的像素值变换为所述感知色的值之后，所述变换模块将在同一分解级别上的各个变换的结果相加，以产生作为所述小波合成的目标的子带图像。
4.如权利要求3所述的图像变换装置，其中：
所述变换模块基于RG感知的所述关系来产生作为所述小波合成的目标的第三子带图像，在所述RG感知中考虑了红色-绿色的色调和色饱和度，并且基于BY感知的所述关系来产生作为所述小波合成的目标的第四子带图像，在所述BY感知中考虑了黄色-蓝色的色调和色饱和度；并且
所述合成模块执行所述第三子带图像的小波合成，以产生表示所述RG感知的颜色成分分布的图像，并且执行所述第四子带图像的小波合成，以产生表示所述BY感知的颜色成分分布的图像。
5.如权利要求1到4中任一项所述的图像变换装置，其中：
所述分解模块使用正交小波执行所述小波分解；并且
所述合成模块使用该正交小波执行所述小波合成。
6.如权利要求5所述的图像变换装置，其中：
所述正交小波是基本对称的函数。
7.如权利要求5所述的图像变换装置，还包括：
第二分解模块，用于基于由所述合成模块产生的所述表示感知色的分布的图像，执行小波分解，以产生在一个或多个分解级别上的子带图像；
第二变换模块，用于基于所述关系，将由所述第二分解模块产生的所述子带图像的像素值从所述感知色的值变换为所述心理物理色的值；以及
第二合成模块，用于基于所述第二变换模块的所述变换所得到的一个或多个分解级别上的子带图像，执行小波合成，以产生表示所述心理物理色的分布的图像。
8.如权利要求6所述的图像变换装置，还包括：
第二分解模块，用于基于由所述合成模块产生的所述表示感知色的分布的图像，执行小波分解，以产生在一个或多个分解级别上的子带图像；
第二变换模块，用于基于所述关系，将由所述第二分解模块产生的所述子带图像的像素值从所述感知色的值变换为所述心理物理色的值；以及
第二合成模块，用于基于所述第二变换模块的所述变换所得到的一个或多个分解级别上的子带图像，执行小波合成，以产生表示所述心理物理色的分布的图像。
9.如权利要求1所述的图像变换装置，还包括：
获取模块，用于获取指示输出媒体周围环境的信息，所述输出媒体输出所述表示心理物理色的分布的图像；以及
逆变换模块，用于基于所述的指示所述周围环境的信息，将由所述合成模块产生的所述表示感知色的分布的图像逆变换为表示所述心理物理色的分布的图像。
10.如权利要求9所述的图像变换装置，还包括：
计算模块，用于基于由所述逆变换模块产生的所述表示心理物理色的分布的图像，计算所述输出媒体中的输出值。
11.一种图像变换方法：
分解步骤，用于基于表示心理物理色的分布的图像，执行小波分解，以产生在一个或多个分解级别上的子带图像；
变换步骤，用于基于在所述心理物理色与感知色之间的预定转换关系，将所述子带图像的像素值从所述心理物理色的值变换到所述感知色的值；以及
合成步骤，用于基于所述变换步骤的所述变换所得到的一个或多个分解级别上的子带图像，执行小波合成，以产生表示所述感知色的分布的图像。
12.如权利要求11所述的图像变换方法，该方法进一步包括以下步骤：
获取步骤，用于获取指示输出媒体周围环境的信息，所述输出媒体输出所述表示所述心理物理色的分布的图像；以及
逆变换步骤，用于基于所述的指示所述周围环境的信息，将由所述合成步骤产生的所述表示感知色的分布的图像逆变换为表示所述心理物理色的分布的图像。
13.如权利要求12所述的图像变换方法，该方法进一步包括以下步骤：
计算步骤，用于基于由所述逆变换步骤产生的所述表示心理物理色的分布的图像，计算所述输出媒体中的输出值。
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