CN102752622B - 一种色彩空间三维显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种色彩空间三维显示方法，包括：获取并缩放原始图像，得到缩略图像；判断缩略图像的色彩空间与目标图像的色彩空间是否一致，如果一致，根据所述缩略图像的色彩空间建立所述缩略图像对应的三维色彩空间模型，如果不一致，转化缩略图像的色彩空间到目标图像的色彩空间后，根据所述目标图像的色彩空间建立所述目标图像对应的三维色彩空间模型；计算所述缩略图像中的像素点在三维色彩空间模型中对应的坐标位置及颜色值；根据所述坐标位置及颜色值对所述缩略图像进行渲染并显示。采用本发明的技术方案，能直观描述图像中颜色信息在不同色彩空间的分布情况而不是选择性的呈现色彩空间中的一种或两种分量信息。

Description

一种色彩空间三维显示方法

技术领域

本发明涉及图像、视频处理技术领域，尤其涉及一种色彩空间三维显示方法。

背景技术

RGB(红、绿、蓝)色彩空间是计算机中常见的色彩空间，它通过红、绿、蓝三基色的相加来产生其他的颜色。其中RGB24使用24比特位表示一个像素点的色彩，红、绿、蓝各占8位，可以得到256*256*256种颜色。

YUV色彩空间被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法。其中＂Y＂表示明亮度(Luminance或Luma)，也就是灰阶值；而＂U＂和＂V＂表示的则是色度(Chrominance或Chroma)。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。我们经常提出的YUV又称为YCbCr，YCbCr则是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU-RBT1601建议的一部分。

HSL色彩空间是Tektronic公司提出的一种颜色系统。其中＂H＂表示色彩或者色调(Hue)、＂S＂表示色饱和度(Saturation)、＂L＂表示亮度(Lightness)。HSL色彩空间与人类的视觉感知系统比较吻合，在工业界尤其是人工智能、影视、艺术创作等方面得到广泛应用。

图像色彩示波器的出现，是人们期望一种直观描述图像颜色信息的基本诉求的产物。传统的矢量示波器只能描述色彩空间中的一个或者两个分量的信息，原因就是矢量示波器是二维图形，通常二维图形只能建立数学坐标系中的两个轴。比如，UV矢量图只能描述YUV色彩空间中的′U′、′V′两路色差信息；Y波形图只能描述YUV色彩空间中的′Y′亮度信息；RGB队列示波器只能描述RGB色彩空间中的某一个颜色通道的统计信息。

因此，传统的示波器虽然能从各个方面显示出图像中的颜色信息，但是不能直观显示图像中真实颜色分布情况，不能同时描述色彩空间中每一种分量上图像颜色的分布情况。

发明内容

本发明提出的一种色彩空间的三维显示方法，能直观描述图像中颜色信息在不同色彩空间的分布情况而不是选择性的呈现色彩空间中的一种或两种分量信息。

为达到上述目的，采用如下的技术方案：

一种色彩空间三维显示方法，包括以下步骤：

获取原始图像；

根据所述原始图像的像素采集数缩放所述原始图像，得到缩略图像；

根据所述缩略图像识别出对应的色彩空间；

判断所述缩略图像的色彩空间与目标图像的色彩空间是否一致，

如果一致，根据所述缩略图像的色彩空间建立所述缩略图像对应的三维色彩空间模型，

如果不一致，转化缩略图像的色彩空间到目标图像的色彩空间后，根据所述目标图像的色彩空间建立所述目标图像对应的三维色彩空间模型；

计算所述缩略图像中的像素点在所述缩略图像对应的三维色彩空间模型或目标图像对应的三维色彩空间模型中对应的坐标位置及颜色值；

根据所述坐标位置及颜色值对所述缩略图像进行渲染并显示。

所述色彩空间的类型包括：RGB色彩空间、HSL色彩空间或YUV色彩空间。

计算所述缩略图像中的像素点在所述缩略图像对应的三维色彩空间模型或所述目标图像对应的三维色彩空间模型中对应的坐标位置及颜色值的步骤包括：将对计算所得的坐标位置及颜色值合并为采用点元结构描述。

根据所述坐标位置及颜色值对缩略图像进行渲染并显示的步骤包括：渲染所述缩略图像对应的三维色彩空间模型或所述目标图像对应的三维色彩空间模型中所有的点元，把所述缩略图像对应的三维色彩空间模型或所述目标图像对应的三维色彩空间模型中的坐标投影到二维图像中。

本发明提供了一种色彩空间三维显示方法，是建立在三维空间的数学模型，能用笛卡尔坐标系中的坐标分量分别表示色彩空间中三种色彩分量。首先，建立恰当的数学模型，把色彩空间对应到笛卡尔坐标系中；然后，渲染三维空间，把三维坐标系投影到二维图像中；最后，旋转观察点，从不同角度观察色彩空间中的颜色分布情况。采用该技术方案可以真实反映图像中像素点的色彩信息在色彩空间的分布情况，而不是仅仅描述图像中颜色信息在色彩空间中的部分色彩分量上的分布状况。

本发明技术方案带来的有益效果：

1、在一幅图中就能直观的显示图像中像素点在不同颜色空间中的分布情况，而不是相对于传统示波器，至少两副图才能显示象素点在颜色空间的分布情况。

2、本发明的色彩空间三维显示方法，不仅能反映像素点的分布信息，还能显示像素点的相对关系信息，像素点的聚集密度反映出这种颜色的像素点的多少，像素点之间的相对位置反映了两个像素点在的差异情况；而传统的示波器，只能反应两个轴上的像素分布情况，那么，在另外一个轴上表现出来的像素点相对位置信息就丢失了。

3、在非线性编辑领域，可以减少示波器的数量，节省有限的屏幕空间；或者同时显示不同颜色空间的分布情况，方便用户的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种色彩空间三维显示方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种色彩空间三维显示方法，如图1所示：

其包括以下步骤：

步骤S101：获取原始图像数据；

步骤S102：根据所述原始图像的像素采集数缩放所述原始图像，得到缩略图像；如果是标清图像720x576，缩放因子为(8，8)，如果是高清图像1920x1080，缩放因子为(16，16)；其中，缩放因子：图像的采样密度，原图像中8x8或者16x16的像素块，在缩放之后的图像中用一个像素点表示。

步骤S103：根据所述缩略图像识别出对应的色彩空间；该色彩空间可以是YUV、RGB或者HSL，这里说明一下，原始图像经缩略后其色彩空间不变。

步骤S104：判断缩略图像的色彩空间与目标图像的色彩空间是否一致。

色彩空间的三维展示中，原始图像的色彩空间可以是任意的；同时用户在使用三维示波器的时候，可以通过界面设置一种色彩空间(即，目标图像的色彩空间)，用户期望在目标图像的色彩空间中观察图像的色彩信息；所以，中间有个色彩空间转化的过程；也就是说，三维示波器能展示用户期望的这种色彩空间的颜色分布情况，而不在乎原始图像的颜色空间。

如果缩略图像的色彩空间与目标图像的色彩空间不一致，将所述缩略图像的色彩空间转换为目标图像的色彩空间。

原始图像一般是YUV图像数据，如果需要显示RGB或者HSL等其它色彩空间的统计信息，需要把缩放之后的图像数据转换成相关的RGB数据或者HSL图像数据。

步骤S105：建立缩略图像的色彩空间或目标图像的色彩空间对应的三维色彩空间模型。

如果缩略图像的色彩空间与目标图像的色彩空间一致，根据缩略图像的色彩空间建立所述缩略图像对应的三维色彩空间模型，

如果缩略图像的色彩空间与目标图像的色彩空间不一致，转化缩略图像的色彩空间到目标图像的色彩空间后，根据所述目标图像的色彩空间建立所述目标图像对应的三维色彩空间模型。

建立YUV、RGB和HSL色彩空间所对应的三维色彩空间模型，具体如下：

RGB色彩空间的模型：

RGB模型时只脚坐标；X-轴----＞R；Y-轴----＞G；Z-轴----＞B；其中，RGB的取值范围[-0.5，0.5]；

缩略图中像素点的颜色值用<r，g，b>表示，像素点RGB分量的比特位分别为<Bits-r，Bits-g，Bits-b>，那么，对应到RGB模型中的坐标点用<r′，g′，b′>表示

r′＝r/(2*Bits-r)-0.5

g′＝g/(2*Bits-g)-0.5

b′＝b/(2*Bits-b)-0.5

HSL色彩空间的模型：

HSL坐标系是极坐标系，H代表极角、S代表极半径、L是垂直于极坐标平面的轴；H取值范围[0，360]，S取值范围[0，1]，L取值范围[-0.5，0.5]；缩略图的HSL值用<h，s，l>表示，对应到极坐标系模型中的HSL值为<h′，s′，l′>；

h′＝h

s′＝s

l′＝l-0.5

其对应的直角坐标系表示如下，X轴--＞极半径在极角为0°的轴上的投影场；Z轴--＞极半径在极角为90°轴上的投影；Y轴--＞对应极坐标的L轴；极坐标为<h′，s′，l′>的像素点，在直角坐标系中的位置用<x′，y′，z′>表示，转化关系如下：

x′＝s′*cos(h′)；z′＝s′*sin(h′)；y′＝l′

YUV色彩空间的模型：

YUV坐标系是直角坐标系：X-轴----＞V值，Y-轴----＞Y值，Z-轴----＞U值；Y取值范围[-0.5，0.5]，V取值范围[-0.5，0.5]，U取值范围[-0.5，0.5]；

缩略图上的YUV颜色值用<v，y，u>表示，像素YUV分量的比特位数分别为<Bits-y，Bits-u，Bits-v>，色彩对应到颜色空间的坐标点用<v′，y′，u′>

v′＝v/(2*Bits-v)-0.5

y′＝y/(2*Bits-y)-0.5

u′＝u/(2*Bits-v)-0.5

步骤S106：根据所述三维模型计算缩略图像中的像素点的坐标以及颜色。

获取缩略图中的像素点，计算出在相应色彩空间模型的坐标位置及其对应的颜色值，用<<x，y，z>，<r，g，b>>结构描述，称这种结构描述的点为点元或者点精灵。

步骤S107：根据所述坐标位置及颜色值对所述缩略图像进行渲染并显示。

利用显卡(GPU)创建D3D设备，设置D3D设备需要的状态以及参数信息，渲染三维空间中所有的点元，把三维坐标系投影到二维图像中。

渲染结果是从某一个角度观察三维模型中的所有点，会有前后的遮挡，导致观察的结果特征不是很明显，我们通过提供旋转、平移等操作，让用户可以通过鼠标、键盘等输入设备，调节模型的姿态，呈现出具有明显特征的颜色分布渲染结果。

本发明提供了一种色彩空间三维显示方法，可以真实反映图像中像素点的色彩信息在色彩空间的分布情况，而不是仅仅描述图像中颜色信息在色彩空间中的部分色彩分量上的分布状况。在RGB色彩空间，图像像素RGB信息影射到RGB三维空间，能显示出图像RGB信息的分布情况，而不是传统RGB示波器描述的R分量或者G分量或者B分量的分布情况。在YUV色彩空间中，把图像的YUV信息影射到YUV三维空间中，能显示出图像中像素点在YUV空间的分布情况，而不是Y波形示波器中描述的图像中不同′Y′亮度值的像素分布情况，也不是′U′′V′示波器描述的像素色差信息的分布情况。在HSL空间中，把图像的HSL信息影射到HSL三维空间，能显示图像中不同HSL值上像素点的分布情况。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以可借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种色彩空间三维显示方法，其特征在于，其包括以下步骤：

获取原始图像；

根据所述原始图像的像素采集数缩放所述原始图像，得到缩略图像；

根据所述缩略图像识别出对应的色彩空间；

判断所述缩略图像的色彩空间与目标图像的色彩空间是否一致，

如果一致，根据所述缩略图像的色彩空间建立所述缩略图像对应的三维色彩空间模型，

如果不一致，转化缩略图像的色彩空间到目标图像的色彩空间后，根据所述目标图像的色彩空间建立所述目标图像对应的三维色彩空间模型；

计算所述缩略图像中的像素点在所述缩略图像对应的三维色彩空间模型或所述目标图像对应的三维色彩空间模型中对应的坐标位置及颜色值；

根据所述坐标位置及颜色值对所述缩略图像进行渲染并显示；

其中，所述色彩空间的类型为：RGB色彩空间、HSL色彩空间或YUV色彩空间。

2.如权利要求1所述的一种色彩空间三维显示方法，其特征在于，

计算所述缩略图像中的像素点在所述缩略图像对应的三维色彩空间模型或所述目标图像对应的三维色彩空间模型中对应的坐标位置及颜色值的步骤包括：将对计算所得的坐标位置及颜色值合并为采用点元结构描述。

3.如权利要求2所述的一种色彩空间三维显示方法，其特征在于，

根据所述坐标位置及颜色值对缩略图像进行渲染并显示的步骤包括：渲染所述缩略图像对应的三维色彩空间模型或所述目标图像对应的三维色彩空间模型中所有的点元，把所述缩略图像对应的三维色彩空间模型或所述目标图像对应的三维色彩空间模型中的坐标投影到二维图像中。