CN101778299A

CN101778299A - 一种色度空间转换的方法及其系统

Info

Publication number: CN101778299A
Application number: CN201010101917A
Authority: CN
Inventors: 韩光亭; 李涛; 张元明; 崔原
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2010-07-14

Abstract

本发明披露了一种色度空间转换的方法及其系统。该方法包括如下步骤：建立RGB空间和CIE空间的转换模型，得到RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数；依据RGB值和XYZ值的转换函数，对RGB空间的色度数据进行到CIE空间的转换和/或输出。本发明的转换更简单有效、转换精度更高；该方法和系统不仅具有节省资金、转换便捷的特点，最重要的是采用相对转换的手段，消除了所有外部环境对转换结果的影响。

Description

一种色度空间转换的方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种转换方法及其系统，尤其是一种色度空间转换的方法及其系统。

背景技术

随着彩色数码设备的普及，经常需要在不同设备间进行彩色图像和视频的传输和再现，如何在这个过程中保持色彩的一致性，以及如何精确控制新型显示设备呈现出缤纷的色彩，都需要对显示设备进行色彩管理。

传统的色彩管理非常烦琐而且是封闭性的，其结构复杂。系统中任何设备的色彩调整都需要同时调整该设备同其他所有设备的相应的色彩转换关系。

为了解决上述问题，1993年由Adobe、Agfa、Apple、Kodak、Microsoft、SGI、SUN等著名厂商组织成立了ICC(International ColorConsortium国际色彩联盟)，制定了一系列的标准，并在此标准下定义了设备特性文件(Device Profile)。ICC的成立及相关标准的制定使色彩管理技术的发展进入了一个新的阶段。

现在ICC标准已为大多数计算机制造商和其他色彩相关的工业所接受。但是不同的厂商在实现支持ICC标准的色彩管理系统时，往往采用不同的技术手段和策略；另外，随着诸如Internet在线分类购物、印刷、出版以及多媒体等色彩密集应用的增加，这些都要求进一步开发独立于设备的色彩管理技术。

在实际应用过程中，诸如打印、出版、印刷等过程中所需要的色度空间是设备依赖型的，如打印过程中对扫描环境的依赖以及打印过程中对墨粉质量的依赖都体现了设备依赖性。这样就对测量条件和测试仪器有一定要求。

因此，需要一种新的色度空间转换的方法及其系统以更好的解决色度转换过程中设备依赖性的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明致力于更好的解决色度转换过程中设备依赖性的问题，提出了一种色度空间转换的方法及其系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种色度空间转换的方法。该方法包括如下步骤：

步骤a：建立RGB空间和CIE空间的转换模型，得到RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数；

步骤c：依据RGB值和XYZ值的转换函数，对RGB空间的色度数据进行到CIE空间的转换和/或输出。

上述建立RGB值和XYZ值的转换模型通过如下步骤进行：

步骤a1：选择标准色卡并对标准色卡的颜色进行测量，得到其对应的RGB值；

步骤a2：结合标准色卡的颜色对应的XYZ值，把测量得到的RGB值和XYZ值进行拟合，生成RGB值和XYZ值的拟合曲线。

上述方法在步骤a之后步骤c之前还包括步骤b：

在转换环境发生变化时，返回步骤a并循序执行后续步骤。

上述方法在步骤a之前还包括步骤a0：

在RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数已经确定并且转换环境(光源情况以及扫描设备)没有发生变化时，跳过步骤a直接执行步骤c。

根据本发明的第二方面，提供了一种色度空间转换的系统。该系统包括：

函数确定模块：建立RGB空间和CIE空间的转换模型，得到RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数；

RGB色度输入模块：输入RGB空间的色度数据；

色度转换模块：依据函数确定模块确定的RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数，对RGB色度输入模块的色度数据进行到CIE空间的转换；

CIE空间色度输出模块：将色度转换模块转换得到的XYZ值进行输出。

上述该系统还包括：

色度测量模块：选择标准色卡并对标准色卡的颜色进行测量，得到其对应的RGB值；

色度拟合模块：结合标准色卡的颜色对应的XYZ值，把色度测量模块得到的RGB值和XYZ值进行拟合，生成RGB值和XYZ值的拟合曲线并传送给函数确定模块以建立RGB空间和CIE空间的转换模型。

上述系统还包括：

第一判断控制模块：串联设置在函数确定模块和色度转换模块的数据链路上；

其中，在转换环境发生变化时，给函数确定模块发出重新处理的信号，在转换环境没有发生变化时，传递函数确定模块到色度转换模块的数据。

上述系统还包括：

第二判断控制模块：接收函数确定模块需要RGB空间和CIE空间的转换模型的数据，并与函数确定模块和色度转换模块进行连接；

其中，在RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数已经确定并且转换环境没有发生变化时，同时给函数确定模块和色度转换模块发送按照原有转换函数进行色度转换的信号；

否则，不再给色度转换模块发送进行色度转换的信号，待第二判断控制模块给函数确定模块传送确定的信号以及转换模型的数据并进行处理后，传送给色度转换模块。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种色度空间转换的方法及其系统，更简单有效、转换精度更高；该方法和系统不仅具有节省资金、转换便捷的特点，最重要的是采用相对转换的手段，消除了所有外部环境对转换结果的影响。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，其中：

图1是本发明的X拟合值与标准值的对比曲线图；

图2是本发明的Y拟合值与标准值的对比曲线图；

图3是本发明的Z拟合值与标准值的对比曲线图；

图4是本发明的第一实施例模块关系图；

图5是本发明的第二实施例模块关系图；

图6是本发明的第三实施例模块关系图；以及

图7是本发明的第四实施例模块关系图。

具体实施方式

为了解决色度转换过程中设备依赖性的问题，本发明提供了一种色度空间转换的方法及其系统。接下来具体说明该转换的方法及其系统。

首先，说明本发明的技术术语。

RGB色彩空间：

RGB色彩空间是计算机图形学中最通用的色彩空间，并且被大多数的彩色监视器和扫描仪所支持它由红绿蓝3个色彩分量组成并由这些分量合成各种颜色。

CIE-XYZ色彩空间：

CIE(Commision Internationale d′Eclairage)组织于1993年推荐的色彩空间是不依赖于设备的空间，通常被称为基于CIE的色彩空间。其中XYZ空间是模拟人眼视网膜对3类刺激的反应而得到的一个XYZ三刺激元的假想集合。X，Y，Z值的范围被表示成百分比形式。

接下来，说明该转换方法的过程。

其转换过程包括如下步骤：

步骤a：建立RGB空间和CIE空间的转换模型，得到RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数。

上述建立RGB值和XYZ值的转换模型通过如下步骤进行：

上述拟合方式采用最小二乘法拟合方式。

关于最小二乘拟合的方式，可以举简单的例子说明其原理：

已知坐标轴上有些点(1.1，2.3)，(2.1，4.5)，(3.2，6.8)，求经过这些点的图像的一次函数关系式。

当然这条直线不可能经过每一个点，只要做到3个点到这条直线的距离的平方和最小即可。

上述标准色卡为富士标准色卡。

上述方法在步骤a之后步骤c之前还包括步骤b：

在转换环境发生变化时，返回步骤a并循序执行后续步骤。

上述方法在步骤a之前还包括步骤a0：

在RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数已经确定并且转换环境没有发生变化时，跳过步骤a直接执行步骤c。

再接着，举一个实施的例子综合加以说明上述过程。

在建立设备依赖型空间和设备独立型空间的转换模型时，两个色度空间的对应关系须有一个公认的标准作为计算的依据。

在这里选用富士标准色卡为基准来推算这两个坐标空间的转换关系的。在富士标准色卡中，对应的每一种颜色，它都给定了标准的CIE-XYZ三刺激值。有了CIE-XYZ空间色度坐标的标准值，只须测定其特定的外部环境中的RGB值，就可以对两组数据进行计算了。

通过数码方式对标准色卡的颜色特征进行测量，得到计算机中RGB颜色空间坐标，然后对照色卡的CIE-XYZ标准值建立拟合曲线，生成转换公式。

为了得到转换模型，首先建立一个(X，Y，Z)与(R，G，B)的对应关系模型，即：

(\begin{matrix} X \\ Y \\ Z \end{matrix}) = (\begin{matrix} F 1 (R, G, B) \\ F 2 (R, G, B) \\ F 3 (R, G, B) \end{matrix}) .

其次，运用矩阵拟合法求解模型方程中的系数向量。求解过程的实质是使测得的RGB数值进行矩阵转换后所得到的曲线与XYZ值标准曲线达到最佳吻合程度，即XYZ计算值与XYZ标准值之间的欧几里德向量范数达到最小值，也就是求解以下最优化问题：

{Σ_{i = 1}^{m} | | (\begin{matrix} F 1 (R, G, B) \\ F 2 (R, G, B) \\ F 3 (R, G, B) \end{matrix}) - (\begin{matrix} X_{i} \\ Y_{i} \\ Z_{i} \end{matrix}) | |}_{2}^{2}_{\min}

利用Gauss-Newton迭代法求解这一问题得到对应关系模型：

F1＝aR3+bG3+cB3+dRG2+eRB2+fGB2+gGR2+hBR2+iBG2+jRGB+kR2+1G2+mB2+oRG+pRB+qGB+rR+sG+tB+u(其中，a，b，c...表示转换系数)。

F2、F3类似故不列出。

图1、图2和图3分别示出本发明的X、Y和Z拟合值与标准值的对比曲线图。各图中纵轴分别表示X、Y、Z值，横轴表示288组数据中的每一组，各图中的曲线A表示标准色卡已知的XYZ值，曲线B表示将由扫描仪获得的标准色卡RGB值代入转换公式中算得的XYZ值，曲线C表示两者之间的绝对误差。

从图中可以看出，X、Y、Z拟合值曲线与标准色卡的XYZ值曲线符合率非常高，平均差值在0.74左右，曲线A和曲线B已经基本重合，拟合效果很好。

通过上述模型就可对RGB与CIE-XYZ空间进行精确转换。

接下来，再说明该系统的各个实施例。

图4示出本发明的第一实施例模块关系图。如图4所示，该系统包括函数确定模块、RGB色度输入模块、色度转换模块、CIE空间色度输出模块。

函数确定模块建立RGB空间和CIE空间的转换模型，得到RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数。

RGB色度输入模块输入RGB空间的色度数据。

色度转换模块依据函数确定模块确定的RGB值和CIE空间XYZ值的转换函数，对RGB色度输入模块的色度数据进行到CIE空间的转换。

CIE空间色度输出模块将色度转换模块转换得到的XYZ值进行输出。

图5示出本发明的第一实施例模块关系图。如图5所示，该系统包括函数确定模块、RGB色度输入模块、色度转换模块、CIE空间色度输出模块以及色度测量模块和色度拟合模块。

其他模块关系与上述实施例相同，不再赘述。

色度测量模块选择标准色卡并对标准色卡的颜色进行测量，得到其对应的RGB值。

色度拟合模块结合标准色卡的颜色对应的XYZ值，把色度测量模块得到的RGB值和XYZ值进行拟合，生成RGB值和XYZ值的拟合曲线并传送给函数确定模块以建立RGB空间和CIE空间的转换模型。

图6示出本发明的第一实施例模块关系图。如图6所示，该系统包括函数确定模块、RGB色度输入模块、色度转换模块、CIE空间色度输出模块以及第一判断控制模块。

其他模块关系与上述实施例相同，不再赘述。

第一判断控制模块串联设置在函数确定模块和色度转换模块的数据链路上。

图7示出本发明的第二实施例模块关系图。如图7所示，该系统包括函数确定模块、RGB色度输入模块、色度转换模块、CIE空间色度输出模块以及第二判断控制模块。

其他模块关系与上述实施例相同，不再赘述。

第二判断控制模块接收函数确定模块需要RGB空间和CIE空间的转换模型的数据，并与函数确定模块和色度转换模块进行连接。

需补充说明的是，转换环境主要包括光源情况以及扫描设备等，当光源强度和扫描设备发生变化时，其转换环境也发生变化。

以上对本发明的具体描述旨在说明具体实施方案的实现方式，不能理解为是对本发明的限制。本领域普通技术人员在本发明的教导下，可以在详述的实施方案的基础上做出各种变体，这些变体均应包含在本发明的构思之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限制。

Claims

1.一种色度空间转换的方法，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的色度空间转换的方法，其特征在于，所述建立RGB值和XYZ值的转换模型通过如下步骤进行：

3.如权利要求2所述的色度空间转换的方法，其特征在于：

所述拟合方式采用最小二乘法拟合方式。

4.如权利要求2或3所述的色度空间转换的方法，其特征在于：

所述标准色卡为富士标准色卡。

5.如权利要求1或2或3所述的色度空间转换的方法，其特征在于，在步骤a之后步骤c之前还包括步骤b：

在转换环境发生变化时，返回步骤a并循序执行后续步骤。

6.如权利要求1或2或3所述的色度空间转换的方法，其特征在于，在步骤a之前还包括步骤a0：

7.一种色度空间转换的系统，包括：

RGB色度输入模块：输入RGB空间的色度数据；

8.如权利要求7所述的色度空间转换的系统，还包括：

9.如权利要求7或8所述的色度空间转换的系统，还包括：

10.如权利要求7或8所述的色度空间转换的系统，还包括：