CN107888893A - 一种色域映射方法及色域映射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种色域映射方法及色域映射装置，所述方法包括：获取原始色域内的色点的Lab值，再根据Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置并根据坐标位置判断色点映射目标区域；根据坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外；如果色点位于所述映射目标区域外，确定色点与最大亮度中点连线与映射目标色域边界线的第一交点，以及色点对应映射目标色域边界线的第二交点；最后根据预设调节参数，确定色点在映射目标色域的边界线上的映射点。通过上述方式，改善映射在边界上色点的均匀性和细节层次等问题。此外，通过对调节参数的修改还可实现色差变化最小化、亮度变化最小化和彩度变化最小化之间最优化。

Description

一种色域映射方法及色域映射装置
技术领域
本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种色域映射方法及色域映射装置。
背景技术
随着科技的不断发展，多媒体设备逐渐呈现多样化的趋势。不同的显示设备有不同的颜色展示方式，然而各显示设备之间的色域映射和匹配问题也日益突出。
如图1所示，现阶段常用的HPMINDE算法，针对超色域问题，把色域外的颜色全部裁切到目标色域边界上，将色域内的颜色直接原样输出。如图2所示，色域内点原样输出，确保色域内颜色的准确呈现；色域外点沿着朝向亮度轴上点的方向映射，域外区域颜色依次映射在了色域边界上，色域区域K依据最小色差原则映射至色域边界上T点上，色域外颜色P，依据最小色差原则映射至色域边界上P′上，
对于色域映射算法，尤其是在大色域向小色域映射的过程中，常见算法对位于小色域外部的色点，都是沿着朝向亮度轴上某点进行映射，面积与映射线段存在较大差异，直接造成了映射均匀性较差，同时，图像映射后集中在一个较小的范围内容易细节层次信息，容易造成模糊和光晕噪声等现象。
发明内容
本发明解决的技术问题是，提供一种色域映射算法，通过面积占比获取映射点坐标，确定映射方向，改善映射在边界上色点的均匀性和细节层次等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种色域映射方法，包括如下步骤：在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；其中，所述映射目标色域的面积小于所述原始色域的面积；
获取所述原始色域内的色点的Lab值，根据所述Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置；
根据所述坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外；
如果所述色点位于所述映射目标区域外，确定所述色点与最大亮度中点连线与所述映射目标色域边界线的第一交点，以及所述色点对应所述映射目标色域边界线的第二交点，其中，所述第二交点与所述色点的连线的长度为所述色点到所述目标色域边界线的最短距离；
根据预设调节参数、所述第一交点的坐标位置以及所述第二交点的坐标位置，确定所述色点在所述映射目标色域的边界线上的映射点。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种色域映射装置，所述色域映射装置包括相互电连接的控制器以及数据采集器，
所述控制器用于在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；其中，所述映射目标色域的面积小于所述原始色域的面积；
所述数据采集器用于获取所述原始色域内的色点的Lab值，根据所述Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置；
所述控制器还用于根据所述坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外；如果所述色点位于所述映射目标区域外，确定所述色点与最大亮度中点连线与所述映射目标色域边界线的第一交点，以及所述色点对应所述映射目标色域边界线的第二交点，其中，所述第二交点与所述色点的连线的长度为所述色点到所述目标色域边界线的最短距离；根据预设调节参数、所述第一交点的坐标位置以及所述第二交点的坐标位置，确定所述色点在所述映射目标色域的边界线上的映射点。
本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明通过在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；获取原始色域内的色点的Lab值，再根据Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置并根据坐标位置判断色点映射目标区域；根据坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外；如果色点位于所述映射目标区域外，确定色点与最大亮度中点连线与映射目标色域边界线的第一交点，以及色点对应映射目标色域边界线的第二交点；最后根据预设调节参数、第一交点的坐标位置以及第二交点的坐标位置，确定色点在映射目标色域的边界线上的映射点。通过上述方式，使原本映射至同一点的颜色区域的层次得以区分，提升了色彩的细节层次。此外，通过对调节参数的修改还可实现了色差、亮度和彩度之间的最优化。
附图说明
图1为现有技术HPMINDE算法色域外的颜色裁切目标色域边界示意图；
图2为现有技术HPMINDE算法色域外区域映射在对应边界线段示意图；
图3是本发明色域映射方法一实施例的流程示意图；
图4为图3色域映射方法的色点彩度值一实施例的示意图；
图5是图3色域映射方法中获取映射点坐标一实施例的示意图；
图6是图3色域映射方法获取新边界线一实施例示意图；
图7是本发明色域映射装置一实施例的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图3，图3是本发明色域映射方法一实施例的流程示意图，本实施例的色域映射方法包括如下步骤：
301：在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；其中，映射目标色域的面积小于原始色域的面积。
本实施例中，原始色域和映射目标色域包括计算机图形色域空间、CIE色域空间和电视系统色域空间，比如该原始色域为sRGB色域，该映射目标色域为Lab色域，这些色域表示颜色数量所构成的范围区域，即各种屏幕显示设备、打印机或印刷设备所能表现的颜色范围，在其它实施方式中也可以是其它各种不同的色域相互映射，在此不做限定。
具体地，原始色域和映射目标色域确认全部颜色空间，并将色域空间放到同一坐标系中。
302：获取原始色域内的色点的Lab值，根据Lab值确定色点在原始色域对应的色调平面内的坐标位置。
为了确定色点在色域中的位置，需要将色点和原始色域与映射目标色域的坐标位置进行归一化处理。具体地，获取原始色域内的色点的RGB灰度值后，将所述原始色域内的色点的RGB灰度值转化为RGB光学值；然后通过转换矩阵，将RGB光学值转化成三刺激值；将三刺激值转化成Lab值，即可得到原始色域内的色点的Lab值。再通过原始色域内的色点的Lab值，过所述原始色域内的色点和亮度轴作平面，获取色点在原始色域对应的色调平面内的彩度坐标、亮度坐标和色调角；根据彩度坐标、亮度坐标和色调角确定色点在原始色域对应的色调平面内的坐标位置。
为了清楚说明上述过程，在一个具体地实施例中，如图4所示，图4为图3色域映射方法的色点彩度值一实施例的示意图。在图4中，横轴为彩度，纵轴为亮度，在该坐标系中，利用原始色域内的色点Lab值，即亮度值L、红绿色彩值a和蓝黄色彩值b，过任一点P(C*，L*)和亮度轴作平面，将原始色域三维空间转化为二维平面，通过红绿色彩值a和蓝黄色彩值b，确定当前P点色调角H*、亮度坐标L*和彩度坐标C*(具体如下述公式1～3)。
L*＝L (3)
其中，为了得到原始色域内的色点的Lab值，获取原始色域内的色点的RGB灰度值之后，通过转化方程将原始色域内的色点的RGB灰度值转化为原始色域内的色点的RGB光学值；再将原始色域内的色点的RGB光学值转化成原始色域内的色点的三刺激值；最后再将原始色域内的色点的三刺激值转化成原始色域内的色点的Lab值。
优选地，原始色域内的色点的RGB灰度值通过Gamma2.2转化为原始色域内的色点的RGB光学值。其中，Gamma2.2为是一种特殊的色调曲线，当Gamma值等于1的时候，曲线为与坐标轴成45°的直线，这个时候表示输入和输出密度相同，高于1的Gamma2.2将使得输出亮化。
优选地，原始色域内的色点的RGB光学值通过转换矩阵转化为原始色域内的色点的三刺激值。
一般情况下，RGB灰度值无法直接转换成Lab值，需要先转换成XYZ三刺激值再转换成Lab值(即：RGB灰度值—XYZ三刺激值—Lab值)，在一个可选的实施方式中，首先将RGB灰度值转XYZ三刺激值。
具体地，假设r,g,b为像素三个通道，取值范围均为[0,255]，转换公式如下：
其中转换矩阵如下：
等同于如下公式：
X＝Var_R×0.4124+Var_G×0.3576+Var_B×0.1805
X＝Var_R×0.2126+Var_G×0.7451+Var_B×0.0722
X＝Var_R×0.0193+Var_G×0.1192+Var_B×0.9505
在获取到X红原色刺激量，Y绿原色刺激量，Z蓝原色刺激量后，在将其转换成转Lab。
其中，X为红原色刺激量，Y为绿原色刺激量，Z为蓝原色刺激量，Xn、Yn、Zn采用默认值分别为95.047，100.0，108.883，f(t)为校正函数，t为校正参数，L*为亮度值，a*为红绿色彩值，b*为蓝黄色彩值。
303：根据坐标位置判断色点是否位于所述映射目标区域外。
在一个可选的实施方式中，将坐标位置与所述映射目标色域的边界线函数做比较，判断所述色点是否位于所述映射目标区域外。
具体地，获取原始色域中一色点Lab值后，得到亮度值L，红绿色彩值a和蓝黄色彩值b，根据上述公式(1～3)得到二维平面的色调角H和二维平面的亮度坐标L和彩度坐标C，把得到的色调角和彩度值带入目标色域的边界线函数来判断色点位置关系。
304：如果色点位于映射目标区域外，确定色点与最大亮度中点连线与映射目标色域边界线的第一交点，以及色点对应映射目标色域边界线的第二交点，其中，第二交点与色点的连线的长度为色点到目标色域边界线的最短距离。
为了使映射至同一点的颜色区域的层次得以区分，提升了色彩的细节层次，故选取最大亮度中点与色点连线处的交点作为第一交点，色点与目标色域最短距离的点为第二交点，使目标色点位于第一交点与第二交点的区间内。
305：根据预设调节参数、第一交点的坐标位置以及第二交点的坐标位置，确定色点在映射目标色域的边界线上的映射点。
具体地，通过目标色域边界线分别获取第一交点与第二交点的亮度坐标与彩度坐标；通过调节参数与第一交点和第二交点的彩度坐标差值加上第二交点的彩度坐标得到映射点彩度坐标；同理通过调节参数与第一交点和第二交点的亮度坐标差值加上第二交点的亮度坐标得到映射点亮度坐标；确定了第一交点和第二交点以后，在根据调节参数确定目标色域的映射点。
在一个具体的实施例中，如图5所示，图5是图3色域映射方法中获取映射点坐标一实施例的示意图，图中P为原始色域中的一个色点，且P点位于目标色域外，将P点与最大亮度坐标轴中点Lm相连交目标色域边界于点M，在过点P做目标色域边界的垂线交目标色域边界于点N，其中，点M为第一交点，点N为第二交点。根据边界函数或坐标可快速确定第一交点的亮度坐标LM和彩度坐标CM以及第二交点的亮度坐标LN和彩度坐标CN。再根据调节参数α与第一交点和第二交点的彩度坐标差值(CM-CN)加上第二交点的彩度坐标CN得到映射点彩度坐标CP′；同样的，根据调节参数与第一交点和第二交点的亮度坐标差值(LM-LN)加上第二交点的亮度坐标LN得到映射点亮度坐标LP′，具体计算过程具体如下述公式(9-10)。
CP′＝α(CM-CN)+CN (9)
LP′＝α(LM-LN)+LN (10)
其中，调节参数的设定值为0到1之间，获取调节参数的信息主要是由视觉评价实验结果得出。具体地，将多组原始色域中的实验对比取样，采用一幅尽可能包含全部色域空间的彩色图，并对其中相同色点进行多参数下的取样分析，在色域外色点与目标色域边界线上的两个交点区间的映射边界线上选取样点，其中，两个交点为上述实施例中所确定的第一交点和第二交点。将这些取样点依次设为P1、P2、P3～PN，通过选取相同映射算法分别对P1、P2、P3～PN进行等明度线上的彩度压缩映射，在根据等明度线上的各点彩度值对各点分析，获取各点的彩度映射结果。再通过上述方式，获取各点的亮度以及色差映射结果。综合分析，选取显示效果最优的映射点，进而获取这个色点的调节参数。通过对原始色域的各个色点调节参数的统计与计算模型对比就能得到最佳的调节参数信息。
一般情况下，色域映射的过程中，目标色域边界并不是平滑的曲线或直线，且目标色域边界的颜色难以通过设备显示。故可将色点映射在色域边界80％～90％的新边界线上，新边界线根据实际边界线得出。具体的，如图6所示，图6是图3色域映射方法获取新边界线一实施例示意图，目标色域边界并没有通过边界算法获取边界函数，直接在目标色域边界进行映射会引起较为严重的色彩失真，为了能直接进行色彩映射，可在直接在目标色域内80％～90的边界内设立新边界线；再通过新边界线确定第一交点和第二交点，其中，第一交点为最大亮度中点连线与色点与新边界线的交点，第二交点为边界线最短距离点与色点连线与新边界线的交点。最后，根据预设调节参数、第一交点的坐标位置以及第二交点的坐标位置，确定色点在映射目标色域的边界线上的映射点。具体执行过程请参阅图3～图5实施例的相关文字描述，在此不再赘述。
映射过程结束后，再通过经验公式将映射点的Lab值转化为三刺激值，具体公式如下10～11所示，再经过转化矩阵将三刺激值转化为RGB光学值，最后再由Gamma2.2转化成RGB灰度值输出
其中，Xn、Yn、Zn采用默认值分别为95.047，100.0，108.883，L为亮度值，a为红绿色彩值，b为蓝黄色彩值，t为校正参数，f(t)为校正函数。
区别于现有技术，本实施例通过在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；获取原始色域内的色点的Lab值，再根据Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置并根据坐标位置判断色点映射目标区域；根据坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外；如果色点位于所述映射目标区域外，确定色点与最大亮度中点连线与映射目标色域边界线的第一交点，以及色点对应映射目标色域边界线的第二交点；最后根据预设调节参数、第一交点的坐标位置以及第二交点的坐标位置，确定色点在映射目标色域的边界线上的映射点。通过上述方式，使原本映射至同一点的颜色区域的层次得以区分，提升了色彩的细节层次。此外，通过对调节参数的修改还可实现了色差、亮度和彩度之间的最优化。
本发明还提供一种色域映射装置，请参阅图7，图7是本发明色域映射装置一实施例的结构示意图，包括相互电连接的控制器701以及数据采集器702，控制器701用于在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；其中，映射目标色域的面积小于所述原始色域的面积。
数据采集器702用于获取原始色域内的色点的Lab值，根据Lab值确定色点在原始色域对应的色调平面内的坐标位置；
控制器701还用于根据坐标位置判断色点是否位于映射目标区域外；如果色点位于映射目标区域外，确定色点与最大亮度中点连线与映射目标色域边界线的第一交点，以及色点对应映射目标色域边界线的第二交点，其中，第二交点与色点的连线的长度为色点到目标色域边界线的最短距离；根据预设调节参数、第一交点的坐标位置以及第二交点的坐标位置，确定色点在映射目标色域的边界线上的映射点。
具体执行过程请参阅图3～图6以及任一实施方式的相关文字描述，在此不再赘述。
区别于现有技术，本实施例的色域映射装置通过在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；获取原始色域内的色点的Lab值，再根据Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置并根据坐标位置判断色点映射目标区域；根据坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外；如果色点位于所述映射目标区域外，确定色点与最大亮度中点连线与映射目标色域边界线的第一交点，以及色点对应映射目标色域边界线的第二交点；最后根据预设调节参数、第一交点的坐标位置以及第二交点的坐标位置，确定色点在映射目标色域的边界线上的映射点。通过上述方式，使原本映射至同一点的颜色区域的层次得以区分，提升了色彩的细节层次。此外，通过对调节参数的修改还可实现了色差、亮度和彩度之间的最优化。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种色域映射方法，其特征在于，包括如下步骤：
在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；其中，所述映射目标色域的面积小于所述原始色域的面积；
获取所述原始色域内的色点的Lab值，根据所述Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置；
根据所述坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外；
如果所述色点位于所述映射目标区域外，确定所述色点与最大亮度中点连线与所述映射目标色域边界线的第一交点，以及所述色点对应所述映射目标色域边界线的第二交点，其中，所述第二交点与所述色点的连线的长度为所述色点到所述目标色域边界线的最短距离；
根据预设调节参数、所述第一交点的坐标位置以及所述第二交点的坐标位置，确定所述色点在所述映射目标色域的边界线上的映射点。
2.根据权利要求1所述的色域映射方法，其特征在于，所述根据预设调节参数、所述第一交点的坐标位置以及所述第二交点的坐标位置，确定所述色点在所述映射目标色域的边界线上的映射点的具体步骤包括：
分别获取所述第一交点与所述第二交点的坐标位置；其中，所述坐标位置包括亮度坐标和彩度坐标；
通过调节参数与所述第一交点和所述第二交点的彩度坐标差值加上所述第二交点的彩度坐标得到所述映射点的彩度坐标；
通过调节参数与所述第一交点和所述第二交点的亮度坐标差值加上所述第二交点的亮度坐标得到所述映射点的亮度坐标。
3.根据权利要求1所述的色域映射方法，其特征在于，所述调节参数的设定值为0到1之间。
4.根据权利要求1所述的色域映射方法，其特征在于，所述获取所述原始色域内的色点的Lab值，根据所述Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置的具体步骤包括：
获取所述原始色域内的色点的RGB灰度值，根据所述RGB灰度值获取原始色域内的色点的Lab值；
利用所述原始色域内的色点的Lab值，过所述原始色域内的色点和亮度轴作平面，获取所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的彩度坐标、亮度坐标和色调角；
根据所述色调平面内的彩度坐标、亮度坐标和色调角确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置。
5.根据权利要求4所述的色域映射方法，其特征在于，所述获取所述原始色域内的色点的RGB灰度值，根据所述RGB灰度值获取原始色域内的色点的Lab值的具体步骤包括：
获取所述原始色域内的色点的RGB灰度值，将所述原始色域内的色点的RGB灰度值转化为RGB光学值；
将所述RGB光学值转化成三刺激值；
将所述三刺激值转化成Lab值，得到原始色域内的色点的Lab值。
6.根据权利要求5所述的色域映射方法，其特征在于，所述原始色域内的色点的RGB光学值通过转换矩阵转化为所述原始色域内的色点的三刺激值。
7.根据权利要求1所述的色域映射方法，其特征在于，所述根据所述坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外的步骤具体包括：
将所述坐标位置与所述映射目标色域的边界线函数做比较，判断所述色点是否位于所述映射目标区域外。
8.根据权利要求1所述的色域映射方法，其特征在于，所述通过调节参数与所述第一交点、第二交点的坐标差值以及第二交点坐标，确定所述色点在所述映射目标色域的边界线上的映射点还包括：
如果所述色点位于所述映射目标区域内，直接将所述色点的Lab值转化为RGB灰度值输出。
9.根据权利要求1所述的色域映射方法，其特征在于，所述RGB灰度值和RGB光学值通过Gamma函数实现转换。
10.一种色域映射装置，其特征在于，所述色域映射装置包括相互电连接的控制器以及数据采集器，
所述控制器用于在同一色域空间内确定原始色域的映射目标色域；其中，所述映射目标色域的面积小于所述原始色域的面积；
所述数据采集器用于获取所述原始色域内的色点的Lab值，根据所述Lab值确定所述色点在所述原始色域对应的色调平面内的坐标位置；
所述控制器还用于根据所述坐标位置判断所述色点是否位于所述映射目标区域外；如果所述色点位于所述映射目标区域外，确定所述色点与最大亮度中点连线与所述映射目标色域边界线的第一交点，以及所述色点对应所述映射目标色域边界线的第二交点，其中，所述第二交点与所述色点的连线的长度为所述色点到所述目标色域边界线的最短距离；根据预设调节参数、所述第一交点的坐标位置以及所述第二交点的坐标位置，确定所述色点在所述映射目标色域的边界线上的映射点。
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