CN102257805A - 基于脊的色域映射 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在源设备和目标设备之间进行色域映射的技术。使用源设备和目标设备的原色斜面和合成色斜面的色脊在独立于设备的色彩空间中执行映射。本发明还提供一种迭代学习方法，以便根据使用者感知偏好调节色域映射。

Description

基于脊的色域映射

技术领域

本发明的示例性实施例涉及源设备色彩空间和目标设备色彩空间之间的转换。更具体而言，本发明涉及利用源设备色域和目标设备色域(color gamut)的色脊(color ridge)来转换色彩空间，并涉及基于使用者偏好来修改所述转换的迭代学习技术。

背景技术

色域是成像设备的色彩再现能力的视觉表现。通常，在输入设备和输出设备之间存在色彩再现能力的不匹配。例如，图像捕捉设备的域采用加法原色，例如红、绿、蓝(RGB)，而打印设备的域通常采用减法原色，例如青、品红、黄、黑(CMYK)，二者并不相同。将色域映射用于彩色图像再现，以解决这种色彩再现能力的不匹配。

色域映射通常要求将源设备和目标设备的色域转换到独立于设备的参考色彩空间中，例如标准的CIELAB或者CIECAM02色彩空间。这可以利用通称为ICC配置文件的查找表来实现，色彩管理模块(CMM)利用该配置文件来执行插值操作，从而将图像从源设备转换到独立于设备的色彩空间中，以及将图像从独立于设备的色彩空间转换到目标设备。可选地，色彩管理模块可以利用每一设备的色彩测量值列表将图像转换到独立于设备的色彩空间中，或者将图像自独立于设备的色彩空间转换出，这一技术一般被称为“多功能CMM(smartCMM)”。

一旦设备色彩空间已被转换到独立于设备的色彩空间中，则可以在选定的色彩空间中计算色域，其中可以识别域的尖点(cusp)、焦点和边界色彩。通过在源域的每个色相角应用选定的亮度和色度压缩策略以便匹配目标色域，可以保留色相信息。可选地，可以指定边界色彩集合的色相偏移，两个不同的边界色彩点之间的色相被线性修改，并且应用亮度和色度压缩。

发明内容

虽然CIELAB和CIECAM02色彩空间是感知色彩空间，其考虑使用者的感知来映射色域，但是由于人的视觉系统的复杂性以及人脑理解色彩的方式的复杂性，传统的域映射技术不总是能在不同的设备之间准确地转换色彩。此外，传统技术假设色域映射过程中具有特定照度(illumination)，而观察条件和相关的照度水平可能与映射技术所假设的并不一致。最后，传统技术没有考虑色彩理解中的文化和/或地区变化。

本发明的示例性实施例采用基于色脊的映射技术，以及基于使用者偏好修改该映射技术的学习方法，从而克服了传统域映射技术的上述以及其他缺陷。具体而言，一种示例性方法涉及将源设备色彩空间转换到独立的色彩空间以便形成源色域，以及将目标设备色彩空间转换到独立的色彩空间以便形成目标色域。基于源色域和目标色域的色脊(color ridge)，源色域的色彩在独立的色彩空间中被映射为目标色域中的色彩，其中色脊是独立的色彩空间中所描绘(trace)的源设备色彩空间或目标设备色彩空间中，原色或合成色的交集。基于所述映射产生用于将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间的信息。

一种示例性方法还涉及接收对源设备上显示的一部分图像的选择，以及在目标设备上渲染与所选择的一部分图像相关联的色脊，其中色脊是独立的色彩空间中所描绘的源设备色彩空间或目标设备色彩空间中的原色或合成色的交集。基于所渲染的色脊的感知偏好来修改源设备色彩空间和目标设备色彩空间的色脊的映射。

附图说明

本发明或申请文件包含至少一幅彩色图片。根据需要并通过付费，包含彩色图片的本发明或发明申请公开的副本将由专利商标局提供。

图1是显示CIELAB色彩空间的示例性曲线图；

图2A显示CIECAM02色彩空间中的sRGB显示器和CMYK打印机的色脊；

图2B显示CIELAB色彩空间中的sRGB显示器和CMYK打印机的色脊；

图3A和3B分别显示设备色彩空间中的红、绿、蓝(RGB)域和青、品红、黄(CMY)域的原色脊；

图4A是红、绿、蓝(RGB)显示器原色斜面的色脊和青、品红、黄(CMY)打印机原色斜面的色脊的三维显示；

图4B是红、绿、蓝(RGB)显示器原色斜面的色脊和青、品红、黄(CMY)打印机原色斜面的色脊的二维显示；

图5A和5B显示根据本发明的生成用于域映射的色彩关联表的示例性方法；

图6显示根据本发明的示例性色脊和定位点映射；

图7A-7D显示根据本发明的示例性色调等级(tone scale)；

图8A和8B分别显示根据本发明的从CIECAM02和CIELAB色彩空间中的sRGB到CMYK的域映射；

图9A和9B显示根据本发明的基于使用者偏好调节域映射的示例性方法；

图10显示利用图9A和9B的方法生成的值的表格。

具体实施方式

前述域映射算法的一个主要特征是其需要在与视觉属性(例如色相和色度)相关的色彩空间中进行操作。如图1所示，在CIELAB色彩空间中，色相被定义为CIELAB空间中a^*轴和b^*轴所跨越的角度，其中a^*轴限定了红色/品红色和绿色之间的位置，b^*轴表示黄色和蓝色之间的位置。这样，通常的色相保持域映射算法被约束为沿着径向映射，这限制了被映射的域的数量。域映射结果还取决于操作的色彩空间。例如，如图2A和2B所示，在不同的色彩空间中，相同的轨迹具有不同数值的色相角。在图2A和2B中，带有开圆的线是由CMYK打印机限定的脊，带有实心圆的线是由sRGB显示器限定的脊。这样，必须调节传统的域映射技术以用于特定的操作色彩空间。

本发明使用域映射方法，其基于操作色彩空间(即独立于设备的色彩空间)内的色域表面上的脊，其中所述脊与原始的源设备色彩空间或目标设备色彩空间中的原色斜面和合成色斜面对齐。在本文中，术语“脊”表示在独立的色彩空间中所描绘的源设备色彩空间或目标设备色彩空间中的原色或合成色的交集(intersection)的区域。图3A和3B分别显示红、绿、蓝(RGB)设备色彩空间和青、品红、黄(CMY)设备色彩空间中的这些脊。在图4A和4B中，显示了在独立于设备的色彩空间中的这些脊。在这些图中，带有开圆的线表示青、品红、黄、黑(CMYK)打印机设备的原色和合成色脊，带有散列标识的线表示RGB显示设备的原色和合成色脊。如下面更详细描述的，本发明的色域映射通过沿着不同设备的各自的色脊设定相应的定位点(anchorpoint)，来映射独立于设备的色彩空间(例如CIELAB或CIECAM02色彩空间)中的不同设备的色脊。相应地，可以在不同的独立于设备的色彩空间中使用相同的色域映射技术。如下面更详细描述的，可以通过调节用于色脊之间的映射的定位点，来调节色域映射以便符合使用者偏好。

图5A和图5B显示根据本发明的生成用于域映射的色彩关联表的示例性方法。所生成的色彩关联表用于映射独立于设备的色彩空间内的图像的色域。开始，提取源设备和目标设备的色彩数据和色脊(步骤505)，并且源设备和目标设备的色彩数据和色脊被分别转换到独立于设备的色彩空间中(步骤510)。这可以通过使用ICC配置文件或者使用多功能CMM技术中的色彩测量值列表通过插值来执行。然后，确定是否已经限定源设备和目标设备的色调等级(步骤515)。具体而言，当针对特定的源设备和目标设备对第一次执行该方法时，可能没有限定色调等级。但是，也可以使用类似的源设备和目标设备对之间限定的色调等级作为起始点。

当已经限定色调等级时(判断步骤515的“是”路径)，通过访问包含沿着色脊的感知偏好的数据库来初始化脊限定过程(步骤520)，来确定感知偏好与源色脊和目标色脊之间是否匹配(步骤525)。基于该方法之前的迭代，使用基于来自于步骤555-565的预定色调等级所生成的信息，可以添加数据库中的信息，如下详述。

当感知偏好与源色脊和目标色脊之间匹配时(判断步骤525的“是”路径)，基于感知偏好将每个源色彩边缘与目标色域中的边缘的轨迹相关联(步骤530)，基于偏好数据沿着相应的轨迹限定定位点(步骤535)。这显示在图6中，其中沿着两个不同设备的色脊分配定位点，每个设备是在不同的照度条件下进行观察。定位点沿每个轨迹的相对位置限定了相应的色调等级映射。这样，通过基于使用者偏好改变每对相应的定位点的位置，可以沿着每条轨迹方便地调节色调等级。

现在回到图5A，当感知偏好与源色脊和目标色脊之间不匹配时(判断步骤525的“否”路径)，每个源色彩边缘自动与最接近的目标色彩边缘相关联(步骤540)，并且基于预定的采样技术沿着相应的轨迹自动限定定位点(步骤545)。边缘的自动关联以及定位点的自动限定将生成图6所示的曲线图。限定定位点之后(步骤535或545)，利用定位点建立色彩关联表，以便连接源设备和目标设备的色域(步骤550)。

当色调等级没有被限定时(判断步骤515的“否”路径)，访问包含用户限定色彩的优选色彩再现(preferred color rendition)的数据库(步骤555)，以及识别最密切地匹配该优选色彩再现的预定色调等级(步骤560)。图7A至7D显示了本发明可以采用的四个不同的色调等级，但是，本发明还可以采用与图7A至7D所示的不同的色调等级。然后使用所选择的色调等级来建立色彩关联表，以便连接源设备和目标设备的色域(步骤565)。

图8A和8B中显示了使用图5A和5B的方法在CIECAM02和CIELAB色彩空间中从sRGB到CMYK的示例性域映射。由于本发明的域映射技术不需要导出真实的色域描述，而仅需要色脊信息，因此色域不会根据所选择的特定表面重建算法(例如凸包算法、凹包算法、阿尔法形状算法等等)而变化。此外，由于色脊经常是曲线，因此本发明的基于脊的映射技术将能够非线性地将源色域转换到目标色域，不受色相角的约束，而使用色相保持算法时通常会受到色相角的约束。非线性转换非常重要，因为例如用于sRGB色彩编码标准的原色红色脊在最饱和的段表现出大曲率，但是在其他段则保持相对平直。因此，与色相保持算法不同，本发明的基于脊的技术显著减小了沿着源设备色域和目标设备色域之间的原色斜面和合成色斜面的色彩轨迹之间的不匹配，从而导致原色和合成色以更饱和的方式被重现。此外，可以独立调节沿着每一色脊的色调等级，相应地可以在不同的色彩象限中独立调节色度膨胀/压缩。

如上简述，本发明的示例性实施例还提供一种调节色域映射以便符合使用者偏好的学习方法。图9A和9B中显示了示例性方法。当接收到针对域映射改进的请求时(步骤905)，访问色彩关联表(步骤910)。例如，可以向使用者显示图像，所述请求可以基于使用者选择的所显示的图像的一组像素。然后在目标设备上渲染(render)源色脊(步骤915)。例如，可以通过打印机设备在一张纸上渲染与使用者选择的一组像素相关联的源色脊。然后使用者可以确定是否满意源色彩的渲染(步骤920)。

当不满意源色脊在目标设备上的渲染时(判断步骤920的“否”路径)，通过修改各个定位点，来沿着源设备和目标设备的色脊修改包含感知偏好的数据库(步骤925)。例如，使用者可以表示特定色彩应更浅或更深，或者应朝特定色泽(color shade)的方向移动或远离特定色泽的方向。作为响应，修改色脊以便适应使用者表示的偏好。从数据库访问被修改的色脊(步骤930)，并且再次渲染被修改的色脊(步骤915)，从而使用者可以确定被修改的色脊是否被满意地渲染(步骤920)。

当源色脊被满意地渲染时(判断步骤920的“是”路径)，确定是否渲染与选择的像素相关联的其他色脊(步骤935)。当要渲染其他色脊时(判断步骤935的“是”路径)，访问其他源色脊(步骤940)，在目标设备上渲染该其他源色脊(步骤915)，从而使用者可以确定其他色脊是否被满意地渲染(步骤920)。

当不存在需要调节的其他色脊时(判断步骤935的“否”路径)，如图9B所示，在目标设备上渲染源临界色彩(critical color)(步骤945)，并且使用者确定源临界色彩是否被满意地渲染(步骤950)。使用者可以事先限定作为临界色彩的色彩，并且所渲染的临界色彩可以是使用者选择的一组像素内的一个。当源临界色彩没有被满意地渲染时(判断步骤950的“否”路径)，通过调节影响特定临界色彩的色脊的定位点，来修改包含使用者限定的临界色彩的优选色彩再现的数据库(步骤955)。访问所修改的临界色彩(步骤960)，然后在目标设备上渲染修改的临界色彩(步骤945)，从而使用者可以确定修改的临界色彩是否被满意地渲染(步骤950)。

当源临界色彩在目标设备上被满意地渲染时(判断步骤950的“是”路径)，确定是否存在需要由使用者评价的其他源临界色彩(步骤965)。当存在需要评价的其他源临界色彩时(判断步骤965的“是”路径)，访问该其他源临界色彩(步骤970)，在目标设备上渲染该其他源临界色彩(步骤945)，从而使用者可以确定该色彩是否被满意地渲染(步骤950)。

当不存在需要由使用者评价的其他源临界色彩时(判断步骤965的“否”路径)，确定使用者是否已请求其他源临界色彩(步骤975)。当使用者有这样的请求时(判断步骤975的“是”路径)，访问使用者请求的其他临界色彩(步骤980)，在目标设备上渲染该临界色彩(步骤945)，从而使用者可以确定该色彩是否被满意地渲染(步骤950)。但是，当使用者没有请求其他临界色彩时(判断步骤975的“否”路径)，过程结束(步骤985)。

图9A和9B的域映射函数近似过程通常需要以最小的代价达到两个目的，满足色彩关联表所强加的约束，并且生成是平滑函数的域映射函数。这可以使用一般的回归神经网络、多维样条和/或局部线性插值来实现。

虽然图9A和9B的方法显示了以串行方式执行色脊和临界色彩调节，但是也可以利用使用者选择的一组像素以并行方式执行这些调节。

利用图5A和5B以及9B和9B的方法生成的色彩关联表可以用于代替ICC表通过插值在源设备和目标设备之间转换图像。可选地，色彩关联表可以作为与多功能CMM技术关联的色彩测量值列表。

图10显示了在一个地理位置在D50照度条件下使用图9A和9B的学习方法针对一个源色域生成的示例性表。在该表中，优选值表示基于使用者感知的值，质心值表示色度值。如表中所示，可以基于使用者偏好从色度(colorimetric)值导出优选值。除了色脊(即中间色9，中间色5和中间色2)，该表还包括被使用者识别为临界色彩的色彩(即天蓝、草绿和肉色)。

可以在一个或多个处理器(例如微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、和/或专用集成电路(ASIC))上执行以上描述的方法。当使用微处理器时，可以从任何类型的适当存储器中获得用于执行该方法的指令。一个或多个处理器可以包含在源设备、目标设备和/或结合到源设备和目标设备的设备(例如计算机)中。

Claims (19)

1.一种生成映射信息的方法，所述映射信息用于将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间，所述方法包括：

将源设备色彩空间转换到独立的色彩空间中，以便形成源色域；

将目标设备色彩空间转换到独立的色彩空间中，以便形成目标色域；

在独立的色彩空间中，基于所述源色域的色脊和所述目标色域的色脊将源色域的色彩映射到目标色域的色彩，其中所述色脊是在独立的色彩空间中所描绘的源设备色彩空间或目标设备色彩空间中的原色或合成色的交集；以及

基于所述映射生成用于将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用色彩关联表来执行所述映射，所述色彩关联表连接了所述源设备的色域和所述目标设备的色域。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

从所述源设备和所述目标设备提取色彩数据和色脊；

将所提取的色彩数据和色脊转换到独立的色彩空间中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中使用来自于感知偏好数据库的信息来生成所述色彩关联表

5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述源设备的色脊和所述目标设备的色脊之间匹配时，所述方法包括：

将每个源色彩边缘与优选的渲染轨迹相关联；以及

基于所述感知偏好沿着相应的轨迹来限定定位点。

6.根据权利要求4所述的方法，其中当所述源设备的色脊和所述目标设备的色脊之间不匹配时，所述方法包括：

将每个源色彩边缘与最接近的目标色彩边缘相关联；以及

沿着源色彩边缘和目标色彩边缘的相应的脊来限定定位点。

7.根据权利要求4所述的方法，其中通过以下方式生成所述感知偏好数据库中的信息：

在所述目标设备上渲染源色脊；

接收与目标设备上渲染的源色脊有关的反馈信息；以及

使用所接收的反馈来修改所述感知偏好数据库中的信息。

8.根据权利要求3所述的方法，其中利用使用者限定的临界色彩数据库来生成所述色彩关联表。

9.根据权利要求8所述的方法，其中通过以下方式生成所述使用者限定的临界色彩数据库中的信息：

在目标设备上渲染源临界色彩；

接收与目标设备上渲染的源临界色彩有关的反馈信息；以及

使用所接收的反馈来修改所述使用者限定的临界色彩数据库中的信息。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

接收其他临界色彩的指示；以及

将所述其他临界色彩存储在所述使用者限定的临界色彩数据库中。

11.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述映射生成的用于将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间的信息用作插值操作中的查找表，以便将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间。

12.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述映射生成的用于将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间的信息用作多功能色彩管理模块中的色彩测量值，以便将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述源设备使用红、绿、蓝(RGB)色域，所述目标设备使用青、品红、黄、黑(CMYK)色域。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述源设备使用青、品红、黄、黑(CMYK)色域，所述目标设备使用红、绿、蓝(RGB)色域。

15.一种生成映射信息的方法，所述映射信息用于将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间，所述方法包括：

接收对源设备上显示的一部分图像的选择；

在目标设备上渲染与所选择的一部分图像相关联的色脊，其中所述色脊是独立的色彩空间中所描绘的源设备色彩空间或目标设备色彩空间中的原色或合成色的交集；以及

基于所渲染的色脊的感知偏好来修改源设备色彩空间和目标设备色彩空间的色脊的映射。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

在目标设备上渲染与所选择的一部分图像相关联的源临界色彩；以及

基于所渲染的临界色彩的感知偏好，通过调节源设备色彩空间和目标设备色彩空间的色脊的映射，来修改源设备色彩空间和目标设备色彩空间之间的临界色彩的映射。

17.根据权利要求16所述的方法，其中以并行方式执行色脊和源临界色彩的渲染，以及色脊和源临界色彩的映射的修改。

18.根据权利要求15所述的方法，其中色脊的映射用于将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间，其中所述映射用作插值操作中的查找表，以便将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间。

19.根据权利要求15所述的方法，其中色脊的映射用于将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间，其中所述映射用作多功能色彩管理模块中的色彩测量值，以便将图像从源设备色彩空间转换到目标设备色彩空间。

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