CN105493489A - 色域映射系统及方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于图像处理和色域映射的新方法及系统，其中，第一颜色空间中的图像参数被变换成第二颜色空间中的参数。在一个示例中，色域映射系统使用大致矩形光谱函数对参数化空间中的图像参数进行处理。在另一个示例中，色域映射系统使用平滑光谱函数对参数化空间中的图像参数进行处理。平滑光谱函数可以包括函数的线性组合，所述函数至少包括余弦平方函数。图像参数可以包括强度参数、中心波长参数和饱和度参数。

Description

色域映射系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月22日提交的美国临时申请No.61/869,027的优先权，其全部内容通过引用合并到本文中。

本申请与2012年12月20日提交的国际专利申请No.PCT/US2012/070837”以及2012年12月20日提交的国际专利申请No.PCT/US2012/070855相关，这两个国际专利申请的公开的全部内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本公开涉及图像处理，例如映射。更具体地，本公开涉及色域映射系统及方法。

附图说明

该说明书包括附图，并且附图构成该说明书的一部分，附图图示了本公开的一种或更多种实施方式，并且与示例实施方式的描述一起用于说明本公开的原理和实现方式。

图1A描绘了示例性矩形平滑光谱。

图1B描绘了示例性带通光谱和带阻光谱。

图1C描绘了CIE标准颜色空间内不同的示例性标准色域。

图1D描绘了根据本公开的[I，λ_c，r]颜色空间内的示例性标准色域。

图2描绘了根据先前的公开的颜色的大致矩形表示。

图3描绘了根据本公开的实施方式的色域映射的示例。

图4描绘了根据本公开的实施方式的色域映射方法的图像处理应用。

图5描绘了示例性色域映射系统。

图6描绘了发射装置的示例性色域表示以及投影装置的示例性色域表示。

图7描绘了根据本公开的实施方式的发射装置的白色表示的示例性分数。

图8描绘了根据本公开的实施方式的两个平滑光谱的示例。

图9A描绘了根据本公开的实施方式的从参数化的光谱表示到常规RGB颜色空间的变换的示例性方法。

图9B描绘了根据本公开的实施方式的从RGB到光谱参数的变换的示例性方法。

图10描绘了用于实现本公开的实施方式的目标硬件的示例性实施方式。

发明内容

在本公开的第一方面中，描述了一种方法，该方法包括：对要显示在显示装置上的目标图像进行表征，所述表征包括根据参数化坐标组来限定目标图像的边界，该参数化坐标组至少部分地基于强度参数、中心波长参数和饱和度参数；生成所表征的目标图像的至少一个像素的色域表示，该色域表示包括涉及该至少一个像素的饱和度参数的第一色域比率以及涉及该至少一个像素的强度参数的第二色域比率；使用阈值根据第一色域比率或第二色域比率中至少之一来确定该至少一个像素是否在色域之外；以及如果该至少一个像素在色域之外，则相对于阈值修改第一色域比率或第二色域比率中至少之一以获得期望值。

在本公开的第二方面中，描述了一种系统，该系统包括：转换器模块，其被配置成接收与在第一颜色空间中限定的第一图像相关联的第一组参数，并且被配置成将该第一组参数转化成参数化坐标组，该参数化坐标组至少部分地基于强度参数、中心波长参数和饱和度参数；色域计算模块，其被配置成根据参数化坐标组来生成色域表示，该色域表示包括涉及至少一个像素的饱和度参数的第一色域比率以及涉及该至少一个像素的强度参数的第二色域比率；以及色域转换模块，其被配置成生成在第二颜色空间限定的第二图像，所述生成包括使用阈值根据第一色域比率或第二色域比率中至少之一来确定该至少一个像素是否在色域之外，并且如果该至少一个像素在色域之外，则相对于阈值修改第一色域比率或第二色域比率中至少之一以获得期望值。

在本公开的第三方面中，描述了一种方法，该方法包括：对要显示在显示装置上的目标图像进行表征，所述表征包括用三维来定义平滑光谱数学模型，其中，所述三维是强度参数、波长参数和饱和度参数；基于该平滑光谱数学模型来生成所表征的目标图像的至少一个像素的色域表示；对该至少一个像素的强度参数、波长参数和饱和度参数中至少之一进行优化；将目标图像转换成三色颜色空间。

具体实施方式

如在本文中使用的，短语“色域映射”可以涉及处理方法，这些处理方法可以被执行或计算来实现不同色域之间精确的颜色转换，例如来自特定相机的RGB输出到特定显示装置的RGB输入的颜色转换。颜色空间是由有一定选择的参数所描述的颜色的表示，例如RGB颜色空间通过三个变量—红色、绿色和蓝色—的组合来描述颜色。装置或处理的色域仅仅是某一颜色空间内的可以由该装置或处理表示的颜色的总和。一般而言，由于大部分装置和处理仅能实现某一颜色空间的较小子集，所以色域是颜色空间的子集。色域取决于特定装置，使用相同的标准色域空间的不同装置仍可以具有不同的色域。特定装置如数字相机可以具有其自己的色域，其描述什么样的颜色可以被该相机精确地捕获并作为输出发送。类似地，特定显示装置例如发射装置或投影装置仅能够显示一定数量的颜色：这些颜色在其色域内。

数字图像需要从一个颜色空间被转换至另一颜色空间，例如需要在被相机捕获之后被显示在电视上。位于第一颜色空间内的原始数字图像的颜色可以落在第二颜色空间的色域的外部，在这种情况下，该颜色不能在第二颜色空间中被显示。实际上，不同的颜色空间能够精确地表示不同的颜色。例如，可以在RGB颜色空间中表示高度饱和的(深)红色，但是不能在CMYK颜色空间中表示高度饱和的(深)红色。图像处理试图通过将某个色域外部的颜色转换成该色域内部的不同颜色的某种类型的变换(映射)例如色域映射来解决该问题。

色域映射可以以不同的方式来进行，但是其通常不是尽可能多地保持色域外部的原始颜色与色域内部的替换颜色之间的相似性的简单问题。人类眼睛以与特定图像中的邻近颜色有关的方式来感知颜色，因此在色域映射中通常需要考虑图片中存在的其他颜色。简单的示例可以是包括两种不同灰度的红色—一种红色在图像必须在其中被描述的颜色空间的色域的外部并且一种红色在该颜色空间的色域的内部—的图像。如果色域外部的红色仅仅被变换成色域内部的红色，则通过使这两种红色—现在这两种红色在色域内部—彼此太相似，可以不经意地消除原始的两种红色之间的任何感知差异。在这种情况下，会需要以如下方式不仅对色域外部的原始红色进行变换而且对色域内部的原始红色进行变换，该方式使得将这两种颜色都保持在色域内部，但是保持通过人类眼睛感知时的差异。

通常在由特定RGB标准定义的三色颜色空间或者根据原始RGB数据如YCbCr容易地得到的颜色空间中执行色域映射。该整体策略的困难是“红色”、“绿色”和“蓝色”是在其内掩藏人类颜色感知的所有复杂度的感知实体。例如，色域映射通常争取保持色调，但就RGB而言色调究竟是什么？在此存在固有循环性：色域映射的所有这些方法仅实际上相当于颜色感知的全部知识。为了克服这些问题，本公开不在RGB的感知颜色空间中操作，而是在描述实际光谱的物理空间中操作。由于人类感知进化以理解现实世界中的光的行为，并且与不对现实世界光行为进行任何操作的RGB的某种选择相反，本公开的实施方式模仿光谱的行为，所以该方法是成功的。

颜色空间通常是三维的，从而通过三个参数来描述。在2012年12月20日提交的“SpectralSynthesisforImageCaptureDeviceProcessing(图像捕获装置处理的光谱分析)”的PCT专利申请No.PCT/US2012/070837以及2012年12月20日提交的“SpectralImageProcessing(光谱图像处理)”的PCT专利申请No.PCT/US2012/070855中，描述了颜色的大致矩形光谱表示的优点，其中每个PCT专利申请的公开的全部内容通过引用被合并到本文中。借助于示例而并非限制性地，通过遵循在这两个申请中描述的方法，对于利用大致矩形光谱表示进行的图像处理而言，可以使用变量I、λ_↑和λ_↓，其中，I是颜色的光谱强度或幅值，λ_↑是大致矩形光谱的幅值从0转变成I处的波长，并且，λ_↓是大致矩形光谱的幅值从I转变成0处的波长。参考本申请的图1A，I(140)、λ_↑(150)和λ_↓(155)的含义很明显。

代替I、λ_↑和λ_↓，具有大致矩形光谱表示的颜色空间的替选参数组为I、λ_c和λ_bw，其中，I的颜色的光谱强度或幅值的含义与上面相同，λ_c是颜色的大致矩形光谱表示的中心波长(因此，确定其色调，例如，橙色、橙黄色、黄色…)，并且λ_bw是颜色的强度非零的波长的带宽或跨度。参考图1A，I(140)、λ_c(156)和λ_bw(160)的含义很明显。

可以利用下面的步骤进行从组[I，λ_↑，λ_↓]到组[I，λ_c，λ_bw]的转换：

if(λ_↑＜λ_↓){/带通/

λ_c＝(λ_↑+λ_↓)/2；

λ_bw＝λ_↓-λ_↑；

}else{/带阻/

λ_c＝(λ_↑+λ_↓+Λ)/2；

λ_bw＝λ_↓-λ_↑+Λ；

}

其中，Λ＝λ_max-λ_min，其是由人类视力能够感知到的最大波长与最小波长之间的差。参考图1A，λ_max(170)和λ_min(175)的含义很明显。上述步骤在以下两种可能的情况下有所区别：带通和带阻。本领域的普通技术人员可以容易地识别这样的标准术语。根据图1B，带通和带阻的含义也是明显的。

具体地，参考图1B，当大致矩形光谱在λ_max边界与λ_min边界内是连续的时，出现带通情况(180)。换言之，颜色仅在一个区域中具有非零强度。当大致矩形光谱在λ_max边界与λ_min边界内不连续时，出现带阻情况(181)。换言之，颜色在两个不同的区域中具有非零强度。如图1B所见，带阻情况可以具有在λ_min(182)附近延伸较大长度或可替代地在λ_max(183)附近延伸较大长度的两个不同的区域中的一个区域。

带通(180)情况或带阻(181)情况在图1B中的表示位于‘线性’轴λ轴上，该λ轴在图2中被称为‘线性λ域’(210)。在图2中，相同的信息可以被描绘为‘圆形λ域’(215)。在图2中，可见光谱的上限和下限分别被表示为最大波长λ_max和最小波长λ_min。

具有大致矩形光谱表示的颜色空间的另外的替选参数组采用参数[I，λ_c，r]，其中，I和λ_c具有与上面相同的含义，并且r根据下面的等式从λ_bw得到：

$r=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_{bw}}{{\mathrm{\λ}}_{\max }-{\mathrm{\λ}}_{\min }}.$

可以根据饱和度来理解r的含义：r是颜色的饱和度参数，其与该颜色的带宽(即，广义地，大致矩形光谱表示的宽度)有关。本领域的普通技术人员可以理解，借助于简单的线性变换，使三个变量组[I，λ_↑，λ_↓]、[I，λ_c，λ_bw]和[I，λ_c，r]数学上相关。组[I，λ_c，r]的一个优点是其可以容易地被扩展，用于不仅使用大致矩形光谱表示，而且使用在本公开中引入的不同的光谱表示，该不同的光谱表示被称为平滑光谱表示。

大致矩形光谱表示可以被视为对传统的色域映射技术的改进。可以通过使用构成大致矩形表示的精化的用于颜色的又一表示来获得对色域映射的另一改进。以增加复杂度为代价，但是具有增加精确度的优点，在本文中公开了使用平滑函数替代大致矩形函数来表示颜色的表示。通过“平滑函数”或“平滑光谱”，意在表示颜色的函数意味着在其域的大部分中哪个是不同的，可能包括不存在其偏差的一些点。参考图1A，给出了平滑光谱(190)的示例。

在一些情况下，在先前的公开和本公开中描述的大致矩形光谱表示会具有呈现函数的值中的尖锐转变的缺点。虽然具有数学简便性的优点，但是在一些情况下，这样的尖锐转变可能不会产生颜色的表示的高精确度。因此，根据单独的实施方式，光谱表示可以包括表示颜色的平滑函数。使用平滑函数的优点是它们类似于自然的、真实的和物理的光谱，从而使得在颜色表示和色域映射中能够达到较高的精确度。

在本公开的平滑光谱表示中，变量I虽然现在其意在作为表示颜色的平滑函数的峰值，但是当基本上表示颜色的强度时，保持其含义；变量λ_c虽然其现在意在作为平滑函数的峰值的波长，但是当基本上表示颜色的色调时，类似地保持其含义。饱和度参数如果现在其与平滑函数的平均波长带宽<λ_bw>有关，当基本上表示颜色的饱和度时，也保持其含义。有效的视觉强度或亮度是光谱峰值幅值I和平均带宽<λ_bw>两者的函数。

然后，可以通过下面的等式来定义平滑光谱的饱和度参数r：

$r=1-\frac{<{\mathrm{\&lambda;}}_{bw}>}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }-{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }}$

其中，<λ_bw>通过下面的等式来定义：

$<{\mathrm{\&lambda;}}_{bw}>=\frac{1}{max\&lsqb;s\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&rsqb;}{\&Integral;}_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }}^{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}s\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}$

其中，s是波长λ的光谱强度函数。

借助于示例而非限制性地，在光谱表示中要使用的平滑函数的示例包括高斯函数和/或余弦平方函数。在一种实施方式中，平滑光谱包括余弦平滑函数(因为其有利的对称性、导数连续性)和解析式表达以计算积分。

包括余弦平方函数的平滑光谱s_cr可以被定义为：

受制于以下约束：

$w\left(r\right)\&le;\frac{A}{2}$

f_W(r)Λ+(1-f_W(r))w(r)＝Λ(1-r)

其中，λ是波长；I是强度；λ_c是峰值波长；Λ是最大可能的带宽，即Λ＝λ_max-λ_min；r是在段落[0036]中定义的饱和度参数；f_w是描述白化量(换言之，被添加至某一光谱的宽带宽或白色的量)的函数；以及w是表示余弦平方峰值的半宽度的函数。本领域的普通技术人员将了解意在作为图像处理中的白色的一般特性以及可以如何使用不同的特定清晰度。由于在图像处理期间根据期望的特定特性来详细定义本文中所描述的一般性的f_w表示函数和w表示函数，所以这些标准定义不意在限制本公开。

参考图7，在一种示例性实施方式中，函数f_W(r)在r＝0处从值1开始单调下降。函数f_W(r)可以被调整成与真实对象的统计结果相匹配。在图7中，上阴影三角形(705)被本文中上述的余弦平方光谱表示中上面设置的等式的数学约束禁止。较小的下阴影三角形(710)物理上不可能。在图7(715)中表示了f_W(r)的可能的示例性形式。

图8描绘了包括余弦平方的平滑光谱函数的示例性实施方式。一个示例(805)描绘了在f_W(r)＝0.1、λ_c＝525nm以及<λ_bw>＝50nm的情况下基于余弦平方的平滑函数。另一示例(810)描绘了在f_W(r)＝0.5、λ_c＝400nm以及<λ_bw>＝150nm的情况下基于余弦平方的平滑函数。

在本公开的示例实施方式中，给出了一种基于输入颜色值对要显示在显示装置上的目标图像进行表征的方法，输入颜色值基于图像的输入光谱，该方法包括：提供输入颜色值，其中，每个输入颜色值与对应的解析函数相关联；确定强度参数；确定主波长参数；确定饱和度参数；确定所表征的目标图像的至少一个像素的色域表示，该色域表示包括涉及该至少一个像素的饱和度参数的第一色域比率以及涉及该至少一个像素的强度参数的第二色域比率；使用阈值根据第一色域比率或第二色域比率中至少之一来确定该至少一个像素是否在色域之外；如果该至少一个像素在色域之外，则相对于阈值修改第一色域比率或第二色域比率中至少之一，以获得期望值。

在本公开的另一实施方式中，给出了一种用于图像处理的系统，该系统包括：转换器模块，其被配置成接收与在第一颜色空间中定义的第一图像相关联的第一组参数，并且将该第一组参数转化成参数化坐标组，该参数化坐标组至少部分地基于强度参数、中心波长参数、饱和度参数；色域计算模块，其被配置成根据参数化坐标组来生成色域表示，该色域表示包括涉及至少一个像素的饱和度参数的第一色域比率以及涉及该至少一个像素的强度参数的第二色域比率；以及色域变换模块，其被配置成生成在第二颜色空间中定义的第二图像，所述生成包括使用阈值根据第一色域比率或第二色域比率中至少之一来确定该至少一个像素是否在色域之外，并且如果该至少一个像素在色域之外，则相对于阈值修改第一色域比率或第二色域比率中至少之一，以获得期望值。

某些颜色空间如基于三色的系统和颜色空间不提供简单的色域映射。其他颜色空间如光谱或多光谱系统和颜色空间提供有利的图像处理技术。本公开描述了在从第一颜色空间例如基于三色的颜色空间转换之后在第二颜色空间例如光谱或多光谱颜色空间中应用色域映射的方法。

如本文中所使用的，术语“图像捕获装置”可以指代适于形成图像的任何装置。图像捕获装置以静止或运动图片的形式捕获视觉信息。还可以存储与这样的图像相关联的图像信息(例如，图像尺寸、图像分辨率、文件格式等)。还可以执行对所存储的信息的处理。这样的图像捕获装置可以包括相机和/或行扫描相机、平板扫描仪以及其他这样的装置。

如本文中所使用的，术语“模块”可以指代被配置成执行某些功能的单元。模块可以以硬件、软件、固件或其组合来实现。

图1C描绘了CIE1931xy颜色空间中的几种常见的RGB色域之间的比较。它们都位于由标准CIE1931定义的xy色度图格式内。在xy图中，边界由马蹄形(105)和马蹄形的两端之间的直线(110)来限定。马蹄形(105)的外部边界即光谱轨迹是纯色存在的地方，范围从波长λ_min(在此，大约420nm，例如紫色)变化到λ_max(在此，大约680nm，例如红色)。λ_min点与λ_max点之间的直线(110)表示红色和蓝色的颜色混合，并且其被称作品红色线。

在可能的颜色的范围内，不同的RGB颜色空间能够表示可能的颜色的子集。例如，NTSC电视标准(115)具有47％的覆盖，DCI电影标准(120)具有45％的覆盖，而Rec.709高清电视标准(125)具有34％的覆盖。

从边界开始并且朝向马蹄形内部移动会降低饱和度(或者，类似表达为，增加波长带宽)，并且因此颜色变成白色。作为示例，黑点(130)表示由DCI电影标准定义的白色。

图1D描绘了光谱参数λ_c(角坐标132)和r(径向坐标133)的域中的示例性RGB颜色空间。该图的边界正好是光谱轨迹(131)。图1C中的品红色线(110)(理所应当)收缩成单个点即λ_min|λ_max点(134)。这种表示更接近于整体视觉感知。注意，典型的RGB色域的边缘现在向内弯曲；示出了众所周知的事实：二次色(CMY)将比原RGB色饱和度低。

通常，在色域映射中，最感兴趣的映射是与强度成线性比例的那些映射。即：

如果则

其中，对本领域的普通技术人员而言，根据本公开的上述讨论，变量的意义将是显见的，并且τ是实数；借助于示例而非限制性地，X参数可以指相机或人类眼睛的视锥。色度是表示的比例不变部分。对于本公开的光谱模型，在I通道中明确地压缩比例，并且因此(λ_c，r)是色度坐标。

三色颜色空间是三维的，但是通常其被切分成二维平面，一个平面用于第三变量的每个值。二维平面表示色度(如在图1C的轴中，其变量为x和y)，而第三变量表示亮度。类似地，在本公开的一种实施方式中，在其中对图像进行处理的颜色空间通过立体来限定，该立体表示可以由装置表示的全部色域。借助于举例说明，在一种实施方式中，颜色空间的三个独立变量被分成两个子集，一个子集包括一个变量，而另一子集包括两个变量—换言之，三维空间被划分成一维空间和二维空间。然而，在其他实施方式中，可以使用不同的技术，其中，两个变量是三个变量的不同子集，而在其他实施方式中，可以同时使用所有三个变量用于对色域映射进行优化。

图3描绘了根据本公开的一种实施方式的RGB色度空间(305)的二维表示与颜色(310)的二维(矩形)光谱表示之间的变换的示例。使颜色的色调λ_c固定，并且仅改变平均带宽。随着颜色远离光谱轨迹(315)朝向白色点W(320)移动，其饱和度降低并且平均值λ_bw增大。这在RGB色度三角形边界的一个点(325)—假定该值为λ_bw，min—处与色域相交；这是可以在色域内被表示的最小带宽或最大饱和度。可以被表征为更纯的更饱和的颜色—具有较小带宽的这些颜色—位于图3的色域外部。

图4描绘了根据本公开的实施方式的色域映射方法。图5描绘了图4的色域映射系统，其包括输入转换模块(505)、色域限制模块(510)和输出转换模块(515)。

现在参考图4，由捕获装置在第一颜色空间中产生目标图像(405)的图像参数，借助于示例而非限制性地，图像参数包括亮度变量和色度的两个变量。这些值被输入至色域映射系统(410)，该色域映射系统(410)输出要显示在显示装置上的在第二颜色空间(415)中的经变换的图像参数。

参考图5，色域映射系统接受第一颜色空间(405)中的图像参数，并且通过转换器模块(505)将它们转换成光谱参数。借助于示例而非限制性地，这样的转换器模块(505)可以实现从基于三色的颜色空间到大致矩形光谱颜色表示的转换。作为另一示例，转换器模块(505)可以实现从基于三色的颜色空间到由本公开中描述的I、λ_c和r参数化的颜色表示的转换。作为又一示例，转换器模块(505)可以实现从基于三色的颜色空间到平滑光谱颜色表示的转换。

在本公开的一种实施方式中，光谱颜色空间中的图像参数至少部分地基于：强度变量I，其描述颜色的强度；中心波长λ_c，其与颜色的色度有关；饱和度参数r，其与颜色的色调有多“纯”有关。

转换器模块(505)可以以多种方式来实现，在图9B中示出了其中的一种方式。参考图9B，通过以下方法实现从RGB的转换，该方法包括：获得三个量R、G、B(905’)；通过使用比例因子Σ(910’)来提取强度参数，从而获得两个色度坐标p和q(915’)；通过查找表(LUT)(920’)应用2D映射；重新应用比例因子Σ(925’)；获得三个量I、λ_c和r(930’)。

通过下面的等式隐含地定义查找表920’中的2D映射：

s(λ；λ_c，r)≡通过[λ_c，r]参数化的单位幅值光谱

L(λ)≡亮度光谱

R_1.0，G_1.0，B_1.0≡单位幅值光谱s(...)的RGB

$R_{1.0}={\&Integral;}_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }}^{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}\stackrel{\&OverBar;}{r}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)s(\mathrm{\&lambda;};{\mathrm{\&lambda;}}_c,r)L\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}$

$G_{1.0}={\&Integral;}_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }}^{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}\stackrel{\&OverBar;}{g}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)s(\mathrm{\&lambda;};{\mathrm{\&lambda;}}_c,r)L\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}$

$B_{1.0}={\&Integral;}_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }}^{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}\stackrel{\&OverBar;}{b}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)s(\mathrm{\&lambda;};{\mathrm{\&lambda;}}_c,r)L\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}$

Σ_1.0＝R_1.0+G_1.0+B_1.0

p＝R_1.0/Σ_1.0

q＝G_1.0/Σ_1.0

${\&Sigma;}_{1.0}^{-1}=1/{\&Sigma;}_{1.0}$

其中，先前在本公开中定义了术语的含义，或者本领域的普通技术人员将会了解术语的含义。

实际上，可以利用插值将2D映射实现为表格。该表格本身通过对由插值之后的[λ_c，r]的相对精细的采样的p和q进行评估来确定成将是该表格的输入地址的p和q的精确值。

类似于输入转换模块(505)，输出转换模块(515)将光谱表示中的数据如[I，λ_c，r]变换成常规的RGB表示以供显示。输出转换器模块还可以以包括2D映射的不同的方式来实现。在这种情况下，通过下面的等式明确地定义该映射：

s(λ；λ_c，r)≡通过[λ_c，r]参数化的单位幅值光谱

L(λ)≡输出白色光谱

R_1.0，G_1.0，B_1.0≡单位幅值光谱s(...)的RGB

$R_{1.0}={\&Integral;}_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }}^{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}\stackrel{\&OverBar;}{r}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)s(\mathrm{\&lambda;};{\mathrm{\&lambda;}}_c,r)L\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}$

$G_{1.0}={\&Integral;}_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }}^{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}\stackrel{\&OverBar;}{g}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)s(\mathrm{\&lambda;};{\mathrm{\&lambda;}}_c,r)L\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}$

$B_{1.0}={\&Integral;}_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }}^{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}\stackrel{\&OverBar;}{b}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)s(\mathrm{\&lambda;};{\mathrm{\&lambda;}}_c,r)L\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}$

在图9A中图示了模块(515)的一种实施方式。强度I(910)和[λ_c，r](905)构成了光谱表示。执行2D映射(920)以获得三个单位幅值RGB值(925)，其然后被修改以考虑强度(910)，以获得最终的RGB值(930)。

再次参考图5，在模块(510)中发生光谱参数的修改。然后在模块(510)中针对至少一个像素计算色域比率。例如，针对饱和度参数r计算色域比率，该饱和度参数r被定义为其中，<λ_bw>是该像素的颜色的平均带宽。

饱和度参数r的色域比率是其中，r^GB是r的针对该像素的λ_c值在颜色空间的边界处的值，其可以被称为色域边界。在色域内部的白色点处发现为零的最小饱和度或者r的最小值，当λ_bw＝Λ时，同时对于λ_bw＝λ_bw，min发现最大饱和度或者r的最大值，其位于色域的边界处。

图5的色域映射系统可以例如通过计算机来实现。

如本文中在上面所提到的，三色颜色空间是三维的，但是通常其被切分成二维平面，一个平面用于第三变量的每个值。二维平面表示色度(在上面等式中其变量是x和y)，而第三变量表示亮度。在本公开的一种实施方式中，在其中计算色域比率的颜色空间通过三维立体来限定，该三维立体表示可以由装置表示的全部色域。

在图6中，给出了两个示例：一个示例针对发射装置如电视(600)，而一个示例针对投影装置(605)如投影仪。沿椭圆体的最长轴和圆柱体的轴变化的变量是强度变量I(601)。随着强度在图6的发射装置中增大，在二维中可得到的色域减小。例如，图6的水平圆形薄片(610)表示示例性发射装置(600)的二维中的最大可得色域。在椭圆体(600)中的可能的最大水平薄片(610)处获得该最大值。椭圆体的两端—顶部(615)和底部(620)—是最大和最小强度I的两个点。顶部(615)的颜色是白色而底部(620)的颜色是黑色。发射装置(600)的色域使得：随着强度最终增大，所有颜色色调越来越不饱和，并且收敛至白色强度的单个点(615)。可替代地，随着强度最终降低，所有颜色朝向黑暗的单个点(620)收敛。

在图6的实施方式中，λ_c(602)沿着椭圆体(630)的表面—或者每个二维薄片的圆的表面—变化。从而，颜色的色调沿着该表面以逆时针方向例如红色、黄色、橙色、绿色、蓝色、紫色而变化。由于r(603)表示饱和度并且其从椭圆体的中心到表面(604)增加，所以在图6中，最大饱和的颜色位于表面处。从顶部(615)到底部(620)的椭圆体垂直轴(625)是白色轴，其随着强度I而变化，即，通过白色强度的变化程度从黑色(620)变成白色(615)，并且通过圆(610)的中心(635)。圆(610)的中心(635)是水平二维薄片(610)内的白色点。

变量I、λ_c和r保持与在表示图6中的投影装置(605)即圆柱体(605)的颜色空间的立体中的含义相同的含义。在该理想的示例中，主要差异在于强度I的变化保持可得到的色度的大小，因为与其水平二维薄片具有不同的直径的椭圆体相对比，圆柱体的水平二维薄片即(640)具有所有相同的直径。图6中的色域(600、605)的两个示例不意在限制该申请的范围。

具体地，应当理解的是，图6的示例是具有凸横截面的凸立体。另一方面，光谱表示[I，λ_c，r]的实际立体的横截面应当具有凹横截面。具体地，参考图1D，凹三角形形状(161)将表示实际的横截面。

再次参考图5，还可以在模块(510)中根据等式来计算强度参数I的色域比率，其中，I^GB是I在颜色空间的边界处的值，其可以被称为色域边界。

在模块(510)中计算了一个或更多个色域比率之后，将Q值与阈值进行比较以确定所考虑的像素的颜色在色域边界外部还是在色域边界内部，Q_r和Q_I的期望值分别对应于Q_r＜1和Q_I＜1。

一旦确定了像素是否在色域之外，则可以根据期望的结果对三个参数I、λ_c和r中的任意参数进行变换，以使像素在色域内部。借助于示例而非限制性地，当保持中心波长λ_c恒定时，可以改变强度I或饱和度r，因此具有保持颜色的色调不变的优点。或者，当改变色调时，可以保持饱和度恒定。本领域的普通技术人员将理解，根据期望的结果，几种组合是可行的。，使用三个参数I、λ_c和r相对于更多个传统变量而言的一个显著的优点是当其是三个变量中之一时保持颜色的色调恒定相对容易。在传统的标准中，色调是定义色度的两个变量例如图1C中的x和y的函数。在其他情况下，虽然当保持精确的色调不那么重要时，但可以优选地使饱和度最大化。例如，可以在图像中很好地定义某种色调例如红色，并且该色调可以以宽的饱和度值范围—从很低饱和度值到很高饱和度值—存在于图像的不同部分中。从而，图像可以包含具有很好定义的红色色调的高度饱和的红色。然而，高度饱和的红色色调可以在意在呈现图像的色域的外部。在该示例中，可以对色域映射使用不同的选择。例如，可以降低饱和度以保持色调恒定。然而，替选地，如果认为饱和度比具体色调更重要，则可以改变色调以将饱和度保持在颜色被映射至的具体色域所允许的最大值处。为了结束该示例，在色域映射之后，红色的具体色调将在某种程度上改变(其朝向较红色调而非较兰色调转变)，但是红色将仍然存在于宽的饱和度值范围—从低饱和度值到颜色被映射至的色域所允许的最高饱和度值—内。

一旦对期望的变换进行了处理，则现在在与原来不同的颜色空间或色域中被参数化的目标图像已准备好被发送至显示装置。在本公开的另一实施方式中，实现从表示原始传感器输出的颜色空间或RGB颜色空间到具有平滑光谱颜色表示的[I，λ_c，r]空间的色域映射。在图9B中描绘了这样的实施方式的示例。

图10是用于实现图4和图5的实施方式的目标硬件(10)(例如，计算机系统)的示例性实施方式。该目标硬件包括处理器(15)、存储器组(20)、本地接口总线(35)以及一个或更多个输入/输出装置(40)。处理器可以执行一个或更多个指令，这些指令与图4和图5的实现方式有关并且由操作系统(25)基于存储在存储器(20)中的某种可执行程序提供。这些指令经由本地接口(35)被传送至处理器(20)，并且受本地接口和处理器(15)特有的某种数据接口协议支配。应当指出的是，本地接口(35)是一些元件如通常涉及在基于处理器的系统的多个元件之间提供地址、控制和/或数据连接的控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器和接收器的符号表示。在一些实施方式中，处理器(15)可以装配有某种本地存储器(高速缓存)，在该本地存储器(高速缓存)中可以存储针对某种另外的执行速度要执行的一些指令。通过处理器执行指令可以要求使用某种输入/输出装置(40)如输入来自存储在硬盘上的文件的数据、输入来自键盘的命令、将数据输出至显示器或者将数据输出至USB闪速驱动器。在一些实施方式中，操作系统(25)通过作为中心元件采集执行程序所需要的各种数据和指令并且将这些数据和指令提供至微处理器来促成这些任务。在一些实施方式中，虽然目标硬件装置(10)的基本体系结构将保持与图10中所描绘的相同，但是可以不存在操作系统，并且所有任务都在处理器(15)的直接控制下。在一些实施方式中，可以针对另外的执行速度在并行配置中使用多个处理器。在这样的情况下，可执行程序可以特别地被调整成并行执行。此外，在一些实施方式中，处理器(15)可以执行图4和图5的实现方式的一部分，并且可以使用由目标硬件(10)经由本地接口(35)能够访问的在输入/输出位置处放置的专用硬件/固件来实现一些其他部分。目标硬件(10)可以包括多个可执行程序(30)，其中，每个可执行程序可以独立地或者彼此结合地运行。

本公开中所描述的方法和系统可以以硬件、软件、固件或其组合来实现。被描述为块、模块或组件的特征可以一起(例如，在逻辑装置如集成逻辑器件中)或单独地(例如，作为单独连接的逻辑器件)来实现。本公开的方法的软件部分可以包括计算机可读介质，该计算机可读介质包括指令，这些指令当被执行时至少部分地执行所描述的方法。计算机可读介质可以包括例如随机访问存储器(RAM，randomaccessmemory)和/或只读存储器(ROM，read-onlymemory)。指令可以由处理器(例如数字信号处理器(DSP，digitalsignalprocessor)、专用集成电路(ASIC，applicationspecificintegratedcircuit)或现场可编程逻辑阵列(FPGA，fieldprogrammablelogicarray))来执行。

已经描述了本公开的大量实施方式。然而，应当理解的是，可以在不偏离本公开的精神和范围的情况下作出各种修改。因此，其他实施方式也在下面的权利要求的范围内。

另外的实施方式的示例包括下面的实施方式。

在第一实施方式中，基于权利要求2描述了一种方法，其中，饱和度参数通过第一等式来表示，其中，r是饱和度参数，λ_bw是大致矩形光谱表示的宽度，并且第一色域比率通过第二等式来表示，其中，r^GB是r在色域边界处的值。

在第二实施方式中，基于第一实施方式描述了一种方法，其中，阈值通过Q_r来量化，并且期望值对应于Q_r＜1。

在第三实施方式中，基于第一实施方式描述了一种方法，其中，第二色域比率通过等式来表示，其中，I是强度，并且I^GB是I在色域边界处的值。

在第四实施方式中，基于第三实施方式描述了一种方法，其中，阈值通过Q_I来量化，并且期望值对应于Q_I＜1。

在第五实施方式中，基于权利要求20描述了一种系统，其中，饱和度参数通过第一等式来表示，其中，r是饱和度参数，λ_bw是大致矩形光谱表示的宽度，并且第一色域比率通过第二等式来表示，其中，r^GB是r在色域边界处的值。

在第六实施方式中，基于第五实施方式描述了一种系统，其中，阈值通过Q_r来量化，并且期望值对应于Q_r＜1。

在第七实施方式中，基于第五实施方式描述了一种系统，其中，第二色域比率通过等式来表示，其中，I是强度，并且I^GB是I在色域边界处的值。

在第八实施方式中，基于第七实施方式描述了一种系统，其中，阈值通过Q_I来量化，并且期望值对应于Q_I＜1。

在第九实施方式，基于第七实施方式描述了一种系统，其中，阈值通过以下中至少之一来表示：a)或者b)

上面阐述的示例给本领域的普通技术人员提供了完整的公开以及如何实现和使用本公开的色域映射的实施方式，并且不意在限制发明人所认为的其公开的范围。

对本领域的普通技术人员显见的对用于执行本文中所公开的方法及系统的上述模式的修改应在在下面的权利要求的范围内。该说明书中提到的所有专利和出版物表示本公开所属领域的普通技术人员的水平。本公开中引用的所有参考文献通过引用来结合，达到如同每个参考文件通过引用来单独地结合其全部内容一样的程度。

应当理解的是，本公开不限于特定方法或系统，这些方法或系统当然可以变化。还应当理解的是，本文中所使用的术语仅为了描述特定实施方式，而不意在进行限制。如在该说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括多个对象，除非上下文明确指出并非如此。术语“多个”包括两个或更多个对象，除非上下文明确指出并非如此。本文中所使用的所有技术术语和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义，除非被另外定义。

Claims (42)

1.一种方法，包括：

对要显示在显示装置上的目标图像进行表征，所述表征包括根据参数化坐标组来限定所述目标图像的边界，所述参数化坐标组至少部分地基于强度参数、中心波长参数以及饱和度参数；

生成所表征的目标图像的至少一个像素的色域表示，所述色域表示包括涉及所述至少一个像素的饱和度参数的第一色域比率以及涉及所述至少一个像素的强度参数的第二色域比率；

使用阈值根据所述第一色域比率或所述第二色域比率中至少之一来确定所述至少一个像素是否在色域之外；以及

如果所述至少一个像素在色域之外，则相对于所述阈值修改所述第一色域比率或所述第二色域比率中至少之一，以获得期望值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示装置是发射装置，并且所述发射装置的目标图像的边界通过以下来表示：a)沿x轴图形化地表示所述饱和度参数并且沿y轴图形化地表示所述强度参数的第一立体，以及b)沿z轴图形化地表示所述中心波长参数的第二立体，所述第二立体位于所述第一立体内部。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述发射装置是电视机。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示装置是投影装置，并且所述投影装置的目标图像的边界通过圆柱体来图形化地表示，所述强度参数通过所述圆柱体的长度来表示，以及所述饱和度参数通过所述圆柱体的直径来表示。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述强度参数、所述中心波长参数和所述饱和度参数从所述目标图像的期望的颜色光谱得到。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述目标图像从由三色空间或经变换的三色空间中之一限定的输入图像得到。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述三色空间是红绿蓝(RGB)空间。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述输入图像由图像捕获装置来生成。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，涉及所述至少一个像素的饱和度参数的所述第一色域比率具有基于所述至少一个像素的饱和度参数的分子以及包括基于所述至少一个像素的饱和度参数的第一色域值的分母。

10.根据权利要求2所述的方法，其中，涉及所述至少一个像素的强度参数的所述第二色域比率具有基于所述至少一个像素的强度参数的分子以及包括基于所述至少一个像素的强度参数的第一色域边界的分母。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，修改所述第一色域比率或所述第二色域比率中至少之一包括对所述中心波长参数进行修改以在所述目标图像中获得期望色调。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，修改所述第一色域比率或所述第二色域比率中至少之一涉及在所述目标图像中提供期望特征。

13.根据权利要求2所述的方法，其中，所述饱和度参数通过第一等式来表示，其中，r是所述饱和度参数，其中，<λ_bw>是平滑函数的平均波长带宽，以及所述第一色域比率通过第二等式来表示，其中，r^GB是r在所述色域边界处的值。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述阈值通过Q_r来量化，并且所述期望值对应于Q_r＜1。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二色域比率通过等式来表示，其中，I是所述强度，以及I^GB是I在所述色域边界处的值。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述阈值通过Q_I来量化，并且所述期望值对应于Q_I＜1。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述强度参数是光谱函数的峰值幅值，并且所述中心波长参数是光谱函数的所述峰值幅值的中心波长。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述光谱函数是大致平滑函数。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述大致平滑函数包括函数的线性组合，所述函数至少包括余弦平方函数。

20.一种系统，包括：

转换器模块，所述转换器模块被配置成接收与在第一颜色空间中限定的第一图像相关联的第一组参数，并且被配置成将所述第一组参数转化成参数化坐标组，所述参数化坐标组至少部分地基于强度参数、中心波长参数和饱和度参数；

色域计算模块，所述色域计算模块被配置成根据所述参数化坐标组来生成色域表示，所述色域表示包括涉及所述至少一个像素的饱和度参数的第一色域比率以及涉及所述至少一个像素的强度参数的第二色域比率；以及

色域转换模块，所述色域转换模块被配置成生成在第二颜色空间中限定的第二图像，所述生成包括使用阈值根据所述第一色域比率或所述第二色域比率中至少之一来确定所述至少一个像素是否在色域之外，并且如果所述至少一个像素在色域之外，则相对于所述阈值修改所述第一色域比率或所述第二色域比率中至少之一，以获得期望值。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，涉及所述至少一个像素的饱和度参数的所述第一色域比率具有基于所述至少一个像素的饱和度参数的分子以及包括基于所述至少一个像素的饱和度参数的第一色域值的分母。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，涉及所述至少一个像素的强度参数的所述第二色域比率具有基于所述至少一个像素的强度参数的分子以及包括基于所述至少一个像素的强度参数的第二色域边界的分母。

23.根据权利要求20所述的系统，其中，修改所述第一色域比率或所述第二色域比率中至少之一包括对所述中心波长参数进行修改以在所述第二图像中获得期望色调。

24.根据权利要求20所述的系统，其中，修改所述第一色域比率或所述第二色域比率中至少之一涉及在所述第二图像中提供期望特征。

25.根据权利要求20所述的系统，还包括被配置成显示所述第二图像的显示装置。

26.根据权利要求25所述的系统，还包括图像捕获装置，所述图像捕获装置被配置成生成在所述第一颜色空间中限定的所述第一图像。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述第一颜色空间是三色空间或经变换的三色空间中之一。

28.根据权利要求26所述的系统，其中，所述显示装置是发射装置或投影装置中之一。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述发射装置是电视机。

30.根据权利要求20所述的系统，其中，所述饱和度参数通过第一等式来表示，其中，r是所述饱和度参数，其中，<λ_bw>是平滑函数的平均波长带宽，以及所述第一色域比率通过第二等式来表示，其中，r^GB是r在所述色域边界处的值。

31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述阈值通过Q_r来量化，并且所述期望值对应于Q_r＜1。

32.根据权利要求30所述的系统，其中，所述第二色域比率通过等式来表示，其中，I是所述强度，以及I^GB是I在所述色域边界处的值。

33.根据权利要求31所述的系统，其中，所述阈值通过Q_I来量化，并且所述期望值对应于Q_I＜1。

34.根据权利要求31所述的系统，其中，所述阈值通过以下中至少之一来表示：a)或b)

35.根据权利要求20所述的系统，其中，所述强度参数是光谱函数的峰值幅值，并且所述中心波长参数是光谱函数的所述峰值幅值的中心波长。

36.根据权利要求35所述的系统，其中，所述光谱函数是平滑函数。

37.根据权利要求36所述的系统，其中，所述平滑函数包括函数的线性组合，所述函数至少包括余弦平方函数。

38.一种方法，包括：

对要显示在显示装置上的目标图像进行表征，所述表征包括用三维来限定平滑光谱数学模型，其中，所述三维是强度参数、波长参数和饱和度参数；

由通过计算机实现的色域映射系统基于所述平滑光谱数学模型来生成所表征的目标图像的至少一个像素的色域表示；

由所述色域映射系统对所述至少一个像素的所述强度参数、所述波长参数以及所述饱和度参数中至少之一进行优化；以及

由所述色域映射系统将所述目标图像转换成三色颜色空间。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述优化和所述转换基于所述目标图像的期望优化色域表示。

40.根据权利要求38所述的方法，其中，所述平滑光谱包括高斯峰值函数。

41.根据权利要求38所述的方法，其中，所述平滑光谱包括余弦平方峰值函数。

42.根据权利要求38所述的方法，还包括对添加的白色参数的分数进行优化。