CN1092005C - 色彩变换方法及彩色视频系统 - Google Patents

Abstract

在由输入侧原色(R、G、B)转换成比该侧原色(R、G、B)所给出的色品范围具有更大色品范围的图象侧原色(R″、G″、B″)的色彩转换方法中，其色彩转换经如下过程实现：输入侧原色的色向量分量转换成虚构原色(R′、G′、B′)，以便改变色向量的色品；并且所转换的虚构原色(R′、G′、B′)色向量分量变换成图象侧原色(R″、G″、B″)以产生图象侧色向量分量，其中由此产生的图象侧色品与通过变换在虚构原色系统(R′、G′、B′)中产生的色品具有相同色调和相同色彩饱和度。实施该方法的彩色视频系统与此相应地含有一个把信号转换成虚构原色系统(R′、G′、B′)的电路(15)和一个把虚构原色系统变换成图象侧原色系统(R″、G″、B″)的矩阵电路(14)。

Description

色彩变换方法及彩色视频系统

本发明涉及彩色视频系统中象点色品的一种色彩变换方法，在该方法中，每个色品可用在一个包括一个消色差点的色品范围内的色向量分量表示，该色品范围由信号源输入侧的若干原色确定，并且在该方法中可用图象侧的若干原色显示象点，这些原色的色品范围同样包括消色差点，其中，至少此色品范围的一个色品位于输入侧原色的色品范围之外，以及在该方法中完成为产生有关图象侧原色(R″、G″、B″)分量而进行的变换，并且抑制所出现的负值强度的图象侧分量。此外，本发明还涉及一种显示彩色象点的彩色视频系统，该系统具有一个输入电路，用于产生或接收属于输入侧原色的色品范围的色值信号，此色品范围包括一消色差点，该系统还具有一个基于图象侧原色的、产生彩色视频图象象点的图象产生装置，图象侧原色的色品范围包括一个消色差点和至少一个位于输入侧原色的色品范围之外的色品以及一矩阵电路，该电路连接在输入电路与图象产生装置之间，并把输入侧色值信号变换成图象产生装置的图象点的图象侧色值信号。

在电视接收时，为使发射的色值信号与显象管的荧光材料匹配而进行的色彩变换，例如在Heinwig Lang所著“色度测量与彩色电视″(Colorimetry and Color Television)(R.Oldenburg出版社，慕尼黑，1978年)一书中已有介绍。该书所给出的色彩空间中的矩阵变换，例如当具有原色的视频图象按FCC-标准发送、并应色彩逼真地在按EBU标准制造的荧光材料的屏幕上显示时是可以采用的。FCC标准和EBU标准的区别主要在绿色范围内，此绿色范围对于色彩匹配以实现色彩逼真显示是必要的。

在此应用中色品范围相互偏差不大，而在激光投影系统中矩阵变换却是重要的，因为这时各个波长是单色的而且所属色向量在CIE图中位于光谱曲线上。这种投影系统在Yahiko Yamada等人的文章“大屏幕激光彩色电视投影器″(第6届国际量子电子学会议录，即Proceedingsof 6th International Quantum electronics，1970)中和在专利文献DE-PS4306797中已公开发表。该专利文献主要讨论例如按EBU标准用激光器发送的电视图象的彩色逼真显示，其中激光器波长确定图象侧原色。

如早期商业通用的显象管电视接收机那样，人们也可以在这类彩色视频系统中安装调整红、绿、蓝信号强度的装置，以便可以按用户的喜好少量地改变彩色品象。但是，在此只覆盖了由输入侧原色所预告给出的色调和色彩饱和度的范围。

然而，比如在广告和市场领域，人们期望的是这样一些彩色视频系统，这些系统能够显示不同于输入侧色品范围所确定的色调或更饱和一些的彩色。按当前已知的技术水平，例如人们可以用一种上述激光投影设备演示广告视频，其中，必须用特殊摄像机录制广告视频或事后再进一步加工处理以便得到更大的色品范围。此外就是必须在激光投影设备中进行改装，以便为这种应用提供较大的色品范围。这类技术措施仅就所需特殊设备而言其经济上的花费是相当高的，从而导致甚至通常经费充足的广告部门也不采用这种技术手段。

本发明的任务是提供一种方法和一种相应的彩色视频系统，该方法能够以较少的花费以比输入侧色值信号所给出的较大的、可利用的色值范围在一个视频系统中进行彩色显示。

根据本发明，该项任务在本文开始所述类型的方法中利用确定若干虚构原色来解决，这些虚构原色的色品范围至少含有一个在输入侧原色的色品范围之外和在图象侧原色的色品范围之内的色品，并实现如下变换：

-输入侧原色的向量分量以如下方式转换成虚构原色，即至少一个输入侧原色的色品被移至输入侧原色的色品范围之外的至少一个色品，并且

-所转换的虚构原色的色向量分量变换成图象侧原色以产生图象侧色向量分量，其中，由此产生的图象侧色品与通过变换在虚构原色系统中产生的色品具有相同的色调和相同的色彩饱和度。

在本发明中利用了一个虚构原色系统。此系统允许把输入侧色品经某一确定的转换后变成一个具有其它色调和其它色彩饱和度的色品系统。只有通过进一步变换后才能实现在虚构原色系统中产生的色品与用于显示的图象侧原色的匹配。

由本文开始所述技术背景已知如何实现这类变换，并且例如在激光投影系统中已经实现了这种变换。然而，根据本发明需要考虑到此变换不是与屏幕荧光材料有关而是与作为输入量的虚构原色有关。

这种方法可以采用一个激光投影系统例如用如下措施实现在广告中较好的彩色显示，即这种转换与目前经常利用的、借助于计算机的广告影片处理同时进行。在此，例如可以用计算机程序把所有色彩依据矩阵变换由录制广告影片的原色转换成激光投影系统中输入侧所需的原色，并且只有当处理某些产品或处理某一情节片段需要在虚构原色系统中加入较饱和的色彩时，应该按本发明方法进行象点的转换。于是，通过新的色调可为经常在广告中使用的陌生的手段提供更多的选择余地。

本示例主要说明，与当前技术方案、即必须使用特殊摄影机和特殊视频设备等等相比，在本发明方法中这部分技术花费已不起重要作用了。

本发明方法也可以把相同的色值信号用于在彩色显示方面具有不同原色系统的各种接收机。假如发射侧如同对新型电视标准HDTV所预期的那样、以较大的色调范围获得色品，并且为标准化的电视设备进行处理，这些电视设备的可以显示的色品范围是由屏幕荧光材料所确定的，那么，例如也可以在边带上加入若干信息，这些信息给具有图象侧较大可显示的色品范围的接收设备指明：何时一个象点通过在一个例如由某一标准确定的虚构原色系统中的某一色彩来显示。于是，在这种接收设备中可以相应地实现转换和变换。

这个示例表明，本发明不仅解决了上述任务，而且出乎意料地充实了电视技术，即它甚至可允许为不同标准的多种电视设备进行电视传送。

本方法具有多种多样的应用。此外，一种可能的应用在于，例如允许视频设备的用户自己通过遥控在大的范围内选择虚构原色系统，使他能够根据爱好调到较高的色彩饱和度或低的色调失真。

但是，即便如此，为了使电视用户总能得到高质量的电视图象，根据本发明的一种有利的改进结构，设计消色差点的色品通过转换变成虚构原色系统中色向量分量后仍保持不变。

正是在消色差象点、也就是白色或灰色象点，很自由地选择虚构原色可能导致泛色品象。通过对虚构原色系统选择自由度的限制，可以避免这种类型的泛色现象出现，因为输入侧存在的白色色调也可以做为相同的白色色调显示。这种限制的可能性使本发明方法区别于彩色电视初始阶段标准化设置的、对色值信号不同幅度的选择，此种选择有可能产生泛色现象，该种泛色特别是表现在白色色调中，使人感到不适。

如后面由几个实施例可见，有多种可能的方法用于虚构原色系统的转换。在本发明的一个优选改进结构中，借助色向量分量的矩阵变换进行由输入侧原色系统到虚构原色系统的色向量分量的转换。这种变换有可能使用少量的费用以现有技术已知的方式予以实现。此外，这种变换是线性的。这就保证了均匀的色调变化和色彩饱和度的提高，这些不是在所有可能的变换中、例如当这些变换是借助极为非线性的功能完成时都能够得到保证的。

根据本发明的一个优选改进结构，应用矩阵进行转换也为从技术上极其简便地实现本方法提供了可能，在该结构中，为实现变换，只用一个矩阵进行唯一的一次矩阵变换，该矩阵由用于转换的矩阵与一个把虚构原色系统(R′、G′、B′)变换成图象侧原色系统(R″、G″、B″)的矩阵的乘积所产生。

按照本发明各改进结构的方法总共只需要进行一次矩阵变换。在具有放大了的色品范围的视频系统中的矩阵变换，如本文开始所述，为了输入侧色值信号的色彩保真成象，按照现有技术水平，最好依据标准进行。因此，按照这种改进结构所需费用近似为零，因此与按照现有技术水平进行的变换相比，实现本方法只需把改进结构中的矩阵变换按照本发明的原则进行设计。

在本发明另一个优选的改进结构中是以色品为基础确定虚构原色，该原色与输入侧原色具有相同的色调，然而对至少一个输入侧原色具有提高的色彩饱和度。因此，同样可以避免较大的色调失真，并且使用本发明方法的视频设备用户可以为更饱和的色彩而满意，不会因电视图象质量由于显示失真的色调而受到影响。

在本文所述类型的彩色视频系统中，为了解决本发明的任务曾设计了一个电路，该电路可把有关输入侧原色的色值信号转换成有关虚构原色的色值信号，其色品范围含有至少一个在输入侧原色的色品范围之外、并在图象侧原色的色品范围之内的色品，其中，借助该电路可以把至少一个输入侧原色的色值信号转换成输入侧原色的色品范围之外的至少一个色品的色值信号，并且设计矩阵电路，用于把有关虚构原色的色值信号变换成有关图象侧原色的色值信号。

本发明彩色视频系统具有所有实现本方法所必需的电路部件。特别是该系统具有结构特别简单的优点。矩阵电路最好已经包含在彩色视频系统中，该系统为使象点色彩真实地成象而具有用于显示图象的不同于输入信号的原色。根据本发明，此矩阵电路的设计只需涉及有关虚构原色色值信号的变换。就这一点而言，本发明彩色视频系统的价格不会高于当前技术制造的彩色视频系统。因此，本发明彩色视频系统只需要一个用于转换的附加电路，此电路的费用是很低的，以后在所示实施例中还要说到，或者，当适当选择变换电路时此费用甚至同样接近于零。

在一个优先的改进结构中，可以避免泛色品象，其中，把输入侧色值信号转换成虚构原色的电路是如此设计的，使图象侧消色差点的色品可以用输入侧色品显示。

在变换色值信号的极端非线性电路中可能出现的较大的未预料到的色彩失真，将在用矩阵变换进行色值信号转换时加以排除。为实现这种类型的变换，本发明设计了一个优良的改进结构，即用于转换的电路含有用于另一矩阵变换的另一矩阵电路。

这种改进结构通过把转换电路与连接在其后的色品保真变换电路分开，还可以提供例如由用户选择的、实施本方法不同类型的各种调节，因为，如果可选择不同的电路连接到矩阵电路之前时，变换用的分立的电路就可使变换到各种所希望的条件成为可能。

在一个优选的改进结构中，附加电路费用与现有技术水平的电视设计相比完全消失，该电视设备没有使用本发明方法，因为，在此结构中矩阵电路含有变换用的电路，其中，为矩阵变换设计了一个唯一的变换矩阵，该矩阵是转换用的矩阵变换的矩阵与由虚构原色系统到图象侧原色的色值信号变换矩阵的乘积。

在本发明另一个优选的改进结构中用于转换各种可选择虚构原色的电路是可以控制的。

此可控制的功能可为本发明彩色视频系统的用户提供例如以下的可能选择，即：他是否想观看有关输入侧发送的色值信号的图象，还是例如想利用各种可能的色彩饱和度等级。这种选择的可能性不仅提高了舒适的程度，而且还为标准化提供了可能，因为人们不需要若干不同的视频系统，如果人们一方面想观看有关输入侧电视标准化的图象并且另一方面还想把视频系统用于显示其它未提供的色品，例如在本文开始所述的广告示例。这种标准化同样以适当的方式减少所需费用。

在本发明彩色视频系统的一个优选改进结构中用于可选择各种不同虚构原色的电路具有若干可控电阻，这些电阻可以通过在电路上施加的控制电压或通过引入的电流予以改变。

采用此改进结构与其它解决方案相比，费用可进一步降低，其它解决方案是指根据不同的要求在不同的变换电路间进行换接，因为在此改进结构中例如可以在电路中使用相同的运算放大器。甚至具有很小容差的电阻都可廉价得到，所以，即使在实施本发明时在要求很严格的情况下所花之费用总是有限的。

在一个优选改进结构中设置若干抑制负的图象侧色值信号的电路，这些电路为每个色值信号各含有由一个二极管和一个电阻组成的分压器，其中分压器在二极管一侧是与一补偿二极管阈值电压的电位反向连接的。

上述彩色视频系统若没有抑制电路或许将限制本方法的可能应用范围，因为负的色值信号实际上是不能用光强度显示的。在采用抑制电路时就不需要对这方面进一步加以注意了。

上述具有一个电阻和一个二极管的抑制电路的实施结构的费用也是很低的。在适当选择电阻的情况下，该结构甚至可提供对数式的抑制，以致使在可显示的色品范围的边缘处，即在那些否则会出现负色值信号的边缘区域，保留还可以辨认的、较大的色调变化。基于此改进结构的这些特征，能够以有利的方式提高了图象的质量。

下面借助附图以示例的形式进一步阐述本发明。这些附图是：

图1实施本发明方法的彩色视频系统示意图；

图2输入侧原色和图象侧原色激光波长的EBU-荧光材料的CIE-图；

图3是如图2所示的CIE-图，然而，却具有在以EBU-标准的输入侧原色中可允许最大可能饱和度的激光波长；

图4是一种把色值信号转换到具有较高色彩饱和度的虚构原色系统的电路；

图5是一种电调节的可变电阻的结构，用于图4所示电路中调整色彩饱和度，以及

图6一个应用图4所示电路调整视频图象色彩饱和度的实施例。

在下面的实施例中，将以示例说明提高饱和度的方法和装置。如果精通彩色显示的专业技术人员相应地应用本示例示出的计算，那么这些方法和装置也可以应用于其它色调的改变。所有计算都用彩色测量学中通用的名称、符号表示，其中加括号的量表示向量，无括号的量表示标量或色彩向量分量。

图1示出了一个彩色视频系统，在该系统的输入电路10中产生或接收视频信号。这些视频信号一般涉及具有相关原色(R)、(G)、(B)的屏幕荧光材料，例如按照EBU或FCC色彩标准。在通常的视频系统中，相应的色值信号被传输至作为图象产生装置的显象管上以便进行色彩控制。在彩色视频系统中通常应用的伽玛-预消除失真装置对于色彩测量的线性关系没有影响。如果显象管与来自输入电路10的色值信号的原色(R)、(G)、(B)的标准相符，那么人们就会得到彩色逼真的图象。一般情况下，如果使用其它原色(R″)、(G″)、(B″)显示彩色品象，那么色值信号必须与图象产生装置的这些原色(R″)、(G″)、(B″)相匹配。

图1示出了图象产生装置12，如果在该装置中输入依据其它原色(R″)、(G″)、(B″)的色值信号，那么该装置就会显示彩色逼真的图象。按现有技术水平为了实现色彩逼真显示通常应用一矩阵电路14，该电路把来自输入电路10的原色(R)、(G)、(B)的色值信号变换成其它原色(R″)、(G″)、(B″)的色值信号。与此相反，根据本发明不是由原色系统(R)、(G)、(B)转换成另一原色系统(R″)、(G″)、  (B″)，而是由虚构原色(R′)、  (G′)、(B′)转换，其中，这些原色可比输入侧原色(R)、(G)、(B)有较高的色调饱和度。

为产生矩阵电路14的输入信号，根据本发明另外设置了一个用于转换的电路15，该方法下面还将结合图3、图4进一步加以说明。电路15主要产生有关虚构原色(R′)、(G′)、(B′)的提高了饱和度的色彩。

矩阵电路14的确定矩阵的元件(通常为电阻)这里是根据虚构原色(R′)、(G′)、(B′)而不是按现有技术水平根据输入侧原色(R)、(G)、(B)设计的。在图1中设置了一个控制电路16，该电路控制矩阵电路14中确定系统的电阻阻值，从而使不同虚构原色(R′)、(G′)、(B′)具有不同饱和度成为可能。热敏电阻适用于作可控电阻，这些热敏电阻可用控制电路16的电流加热，或者也可以采用磁性的、例如霍耳效应的可变电阻，这些电阻可由控制电路16由磁场施加影响。人们也可以以数字方式调节电阻值，下面用图4和图5加以说明。如果人们放弃提高色彩饱和度的可调性能，那么也可去掉控制电路16，并且根据虚构原色系统(R′)、(G′)、(B′)来确定矩阵电路14的电阻。

为了进行信号转换，控制电路16以同样方式也与电路15连接。在电路15中完成的信号转换也可以经此连接与不同的虚构原色(R′)、(G′)、(B′)匹配，由此分别根据虚构原色的选择而得到不同的饱和度。这样，在图1所示实施例中可以通过控制电路16调节不同程度的色彩饱和度。

在图1所示实施例中，控制电路16是如此设计的，即基于虚构原色(R ′)、(G′)、(B′)主要只得到提高了的色调饱和度，并且色调失真保持在允许范围内。下面将借助图2进一步说明这是如何实现的。

图2示出使用通常坐标的CIE图，该坐标对各种色品由0到1变化。在图2中是x和y的间距为0.1的格网。

此外，图2示出普通的光谱曲线10。在一个激光视频系统中，激光色彩位于该光谱曲线18上，因为激光器是单色的。

为显示象点的色彩，在图1所示实施例中的图象产生装置12使用了激光器。其中，所用激光器的波长组成了一个原色系统，此系统作为示例在图2中用点(R″)、(G″)和(B″)标在光谱曲线18上。于是，可供使用的色品范围位于点(R″)、(G″)和(B″)的坐标之间用虚线标出的三角区内。

此外，在图2中根据EBU标准把输入侧原色系统(R)、(G)、(B)用相应点标出。在输入侧原色系统(R)、(G)、(B)中可供使用的色品范围由实线示出的原色三角区给出。

此外，在图2所示的CIE图中在坐标x＝1/3和y＝1/3处标出了消色差点(W)，该点在下面的叙述中将用到。但是，下面的分析并未限制在该点上，而是也可以参照其它标准光类型，例如参照标准光类型D65，其消色差点同样标在了图2中。

由图2可以看到，在图象侧原色系统(R″)、(G″)和(B″)中给出了比输入侧原色系统(R、G、B)中大很多的色品范围。然而，在现有技术的色彩变换中并未充分利用这种色品范围。

但是，在图象产生装置12中，产生较高饱和度的色彩是可能的。这一点可以从图2中在消色差点(W)和属于输入侧原色(R)、(G)、(B)的色品三角的各项点之间所画的直线上看出。在这些连线上的色彩有相同的色调，它们与EBU荧光材料的色调相同，然而却有不同的饱和度。

在图2中，连接直线与光谱色曲线18的交点表示最大饱和度的色彩。然而，图象产生装置12只能提供图2中用(R′)、(G′)和(B′)表示的饱和和度，并且由连接直线与图象侧原色(R″)、(G″)和(B″)的原色三角边线的交点给出。

按照本发明，如果现在色彩不是由输入侧原色(R)、(G)、(B)、而是由一个通过CIE-图中的点(R′)、(G′)和(B′)确定的虚构的原色系统转换成图象侧原色系统(R″)、(G″)和(B″)，那么，在图象产生装置12中就可以产生相同色调而具有最大饱和度的色彩。当选择具有CIE-图中坐标的虚构原色系统(R′)、(G′)、(B′)时，这些坐标同样位于连线上，但是更靠近EBU-荧光材料的坐标点，那么此饱和度的提高也就可以任意减小。也就是说，通过选择虚构原色(R′)、(G′)、(B′)调整饱和度是可能的，这一点正如通过在图1中的控制电路16已考虑到的那样。

如果图象产生装置12使用激光器，那么就能得到最大的饱和度，这些激光器具有与通过连线和光谱色曲线18的交点相一致的波长，图3示出一个这样的示例。与图2相比也可以看出，在此可以选择虚构原色系统等于图象侧原色系统，其中，上述的由虚构原色(R′)、(G′)、(B′)到图象侧原色(R″、G″、B″)的变换简化成一个壹矩阵，因此可以在一个彩色视频系统中省掉用于变换的相应电路。

但是，为实现增高饱和度必须把输入侧色值信号由原色系统(R)、(G)、(B)转换到虚构原色(R′)、(G′)、(B′)，即将在图2中的给出的输入侧原色(R)、(G)、(B)坐标其中之一处的色品转换到虚构原色(R′)、(G′)和(B′)的坐标点。

用于变换的最简单的可能途径在于，使输入侧色值信号与虚构原色(R′)、(G′)、(B′)相连系。然后，在(R′)、(G′)、(B′)原色系统中的色向量分量就与输入侧原色系统中的色向量分量等同，就是说不必改变色值信号。然而，在此当任意选择时白色色调也发生变化，所以不一定都能排除所产生图象的泛色现象。

所以在图1所示实施例中选择了另一种使白色色调(W)不变的变换。即便是在这种附加条件下，也还是可以确定色值信号变换的多个可能途径。特别有利的是，经一矩阵变换把色值信号由输入侧原色系统转换到虚构原色系统。然后，通过单一矩阵产生由输入侧色值信号到图象侧可用的色值信号的总变换，该矩阵是作为由用于转换的矩阵与把虚构原色系统(R′)、(G′)、(B′)变换到图象侧原色系统(R″)、(G″)、(B″)的、可按已知方法确定的矩阵的乘积所得出。于是只需要用一个单一的矩阵电路代替图1中的两个分立的电路14和15。此外，在输入侧色值信号与图象侧色值信号之间得到一种纯线性关系，所以可以排除非线性饱和度的增高，并且保证了均匀饱和度的增高。

转换用矩阵可以按如下方式用计算方法确定：

由图2中的CIE-图可以得到输入侧原色(R、G、B)的坐标值X_R、Y_R、X_G、Y_G、X_B、Y_B和虚构原色(R′)、(G′)、(B′)的坐标值X′_R、Y′_R、X′_G、Y′_G、X′_B、Y′_B。为了在标准色品系统中进行图示，坐标值还必须补充第三分量E，根据定义对每个原色第三分量由

Z_i＝1-x_i-y_i

构成，其中下标i作为位标适用于原色的所有色彩而与是否是虚构原色还是输入侧原色无关。各有关x、y、z只确定标准色品系统中向量的方向。向量长度的可选择性被用于确定虚构原色的向量，即通过引入标度量S_R、S_G、S_B使得在转换时消色差点保持相同的白色色调。

方程含义为，在输入侧原色系统(R)、(G)、(B)中具有分量r_u、g_u、b_u以及在虚构原色系统(R′)、(G′)、(B′)中具有分量r′_u、g′_u、b′_u的消色差点的色向量保持不变，于是该方程在标准色品系统中有： $r_u\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\end{array}\right]+g_u\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\end{array}\right]+b_u\left[\begin{array}{c}{X}_B\\ Y_B\\ Z_B\end{array}\right]={r_u}^{\′}{S}_R\left[\begin{array}{c}{x_R}^{\′}\\ {y_R}^{\′}\\ {z_R}^{\′}\end{array}\right]+{g_u}^{\′}{S}_G\left[\begin{array}{c}{x_G}^{\′}\\ {y_G}^{\′}\\ {z_G}^{\′}\end{array}\right]+{b_u}^{\′}{S}_B\left[\begin{array}{c}{x_B}^{\′}\\ {y_B}^{\′}\\ {z_B}^{\′}\end{array}\right],$ 其中，在左边的括号表示标准色品系统中输入侧原色的色向量。

此方程给出三个标度量Sr、S_G、S_B的三个条件，方程所以可以单值求解这些量。用由此得到的数值可以在具有x_i、y_i、z_i分量的标准色品系统中通过下式单值确定虚构原色(R′)、(G′)和(B′)的色向量，即 $\left[\begin{array}{c}{X_i}^{\′}\\ {Y_i}^{\′}\\ {Z_i}^{\′}\end{array}\right]=S_i\left[\begin{array}{c}{x_i}^{\′}\\ {y_i}^{\′}\\ {z_i}^{\′}\end{array}\right],$ 其中下标i还是作为色彩(R、G、B)的位标。

用由此得到的分量现可以组成一个矩阵 $M^{\′}=\left[\begin{array}{c}{X_R}^{\′};{X_G}^{\′};{X_B}^{\′}\\ {Y_R}^{\′};{Y_G}^{\′};{Y_B}^{\′}\\ {Z_R}^{\′};{Z_G}^{\′};{Z_B}^{\′}\end{array}\right]$ 该矩阵与输入侧原色(R)、(G)、(B)分量的矩阵M $M=\left[\begin{array}{c}{X}_R;X_G;X_B\\ Y_R;Y_G;Y_B\\ Z_R;Z_G;Z_B\end{array}\right]$ 一起，通过M^-1M′关系式得到由输入侧原色系统(R)、(G)、(B)色值信号到虚构原色系统(R′)、(G′)、(B′)转换所求的矩阵。

对于下面的情况，即在CIE图中的虚构原色通过下表中给出的坐标确定，

                         x      y

                (R′)    0,65   0,33

                (G′)    0,27   0,66，

                (B′)    0,14   0,05以及输入侧原色通过EBU标准确定，并且上面方程中使用的消色差点等于坐标为x＝1/3和y＝1/3的白点，那么例如由已给出的计算得到的如下变换矩阵： $\left[\begin{array}{c}\mathrm{0,886889};\mathrm{0,091808};\mathrm{0,021303}\\ \mathrm{0,008297};\mathrm{0,982542};\mathrm{0,009161}\\ \mathrm{0,008560};\mathrm{0,05}8421;\mathrm{0,933019}\end{array}\right]$

表中给出的坐标可以用一个图象产生装置来实现，其作为显示象点光源的激光器具有红光波长647.1nm、绿光波长514.5nm和蓝光波长457.9nm。

如果根据图2和图3中的曲线给出列式：

(F′)-(W)＝U〔(F)-(W)〕

则可以产生另一转换，该转换未考虑消色差点或白色色调，其中(F)表示输入侧原色(R)、(G)或(B)的一个色向量，(F′)表示虚构原色(R′)、(G′)或(B′)的一个色向量，并且U为一个函数，该函数在给出的列式中把(F)转换成(F′)。此函数U可以在大的范围内自由选择，因而甚至可以实现非线性的饱和度提高。

下面借助图4至图6，说明根据此列式实现的一个实施例，其中主要示出：如何在本发明的一个装置中实现由用户调整的饱和度提高。

如果根据所给出的列式选择虚构原色为

                (R′)-(w)＝S[(R)-(w)]

                (G′)-(w)＝S[(G)-(w)]

                (B′)-(w)＝S[(B)-(w)]

则例如可得到提高S倍的饱和度。其中(W)表示白色调色向量，此向量在变换时保持不变。这里需要注意，与前面具有已示出的矩阵变换的示例相比，原色系统的所有向量都归一化到1，这一点可使下面的叙述得到简化，因为不必考虑与归一化有关的系统。

例如一个具有r、g、b分量的色向量(F)＝r(R)+g(G)+b(B)将转变为一个虚构原色系统(R′)、(G′)、(B′)，如果转换之后这些分量仍保持不变，就是说对饱和色彩的色向量

(F_UM)＝r′(R′)+g′(G′)+b′(B)选择虚构原色系统(R′)、(G′)、(B′)中的分量r′、g′、b′等于色向量(F)的分量r、g、b。如果把分量r、g、b中的两个分量设置为零，就可以很容易地证明其正确性。

于是根据上述虚构原色的选择，经转换所得到的色向量表示为

(F_UM)＝r(R)+g(G)+b(B)-〔S-1〕〔r+g+b〕(W)

如果同样归一化为1的白色调同样用输入侧原色系统的分量L_R、L_G、L_B表示为(w)＝L_R(R)+L_G(G)+L_B(B)，则在输入侧原色系统(R)、(G)、(B)中经转换产生的色向量就成为方程：

(F_UM)＝{r〔S-1〕〔r+g+b〕L_R}(R)+

{g〔S-1〕〔r+g+b〕L_G}(G)+{b-〔S-1〕〔r+g+b〕L_B}(B)

由此可以看到，在输入侧原色系统中，当S＞1时，经转换产生的色向量也可能有负的分量，这表明如所预料的那样此种转换有可能使色向量超越到输入侧原色(R)、(G)、(B)的色品范围之外。负色值信号在电路技术上并未进一步造成困难，因为还要进行的由虚构原色转换到图象侧原色的变换又能产生更大的色品范围，因而随后产生的色值信号可能重新又变换成正的、物理上有意义的数值。

在下面的实施例中采用了电路20用于模拟上述色值信号的方程。但是，其中，将饱和度S作为总增益而提到括号之外：

(F_UM)＝S{(F)-〔1-1/S〕〔r+g+b〕(W)}，这样，该饱和度可以作为对所有2个分量都相同的增益来实现。

图4示出了按上述方程的色值信号转换电路20。它含有的主要器件是4个运算放大器22、24、26和28。具有色值r、g、b的信号经电阻30、32和34加到运算放大器22、24和26的反相输入端。运算放大器22、24和26与可控电阻40、42和44负反馈连接。电阻40、42和44以及电阻30、32和34的电阻值的相应比值决定了运算放大器22、24和26的增益因子。电阻30、32、34、40、42、44是如此设计的，即根据所希望的饱和度配合外部的控制而产生增益因子S。然而，经电阻46、47、48和运算放大器28，可以由运算放大器22、24、26的输出电压中取出一个电压值，经适当设计该电压值相当于式〔1-1/S〕〔r+g+b〕(W)。在此，相同阻值的电阻50、52、54用于把色值信号r、g和b相加。设计放大器28的增益等于(1-1/S)，它由第一可控电阻56决定。电阻46、47、48用于相应地衰减色向量(W)的分量L_R、L_G和L_B。

这里，运算放大器22、24、26和28的增益可以通过负反馈电阻40、42、44、56加以控制。然而，也可以用其增益由电压调整的放大器代替这些运算放大器。可是这些放大器在视频系统所用的高频率下是很昂贵的。所以这里优选使用由运算放大器和可控电阻组成的标准电路。可控电阻例如可以用磁场或用加热器加以调节。然而，也可以用数字方式控制放大器增益，如果电阻40、42、44、56各用一个图5所示电阻代替。图5的示例设计了16级电阻值，相当于S值的4比特表示。图5的可控电阻由串联电阻60、62、64、66和68组成，其中电阻62、64、66和68可经场效应晶体管70、72、74、76的漏-源区短路。这类场效应晶体管作为模拟开关可由Texas仪器公司与用作控制电路的型号为TL182C、TL185C、TL188C或TL191C的集成电路一起购买，但是在计算电阻62、64、66和68时，必须考虑到超过100Ω的相当高的漏-源区阻值。然而，这种电路也可以按常规方式设计，因此下面假定在漏-源区短路时电阻为零，而在截止状态下的阻值远大于电阻60。于是为了进行二进位控制，该控制如在图中通过用2⁰、2¹、2²、2³为一个二进位值的每一个二进位的值标出的输入端表示，电阻64为电阻62的两倍，电阻66为电阻64的两倍和电阻68为电阻66的两倍。如果例如需要实现饱和度提高10％，则必须选择电阻62、64、66和68的阻值之和等于电阻60阻值的10％。

在这种小的饱和度提高情况下，由于1-1/S，S-1，运算放大器28的因子(1-1/S)也可以容易地实现数字式控制，即以图5所示电路为基础在模拟电阻56时去掉电阻60(设电阻60的阻值为0欧姆)，此外，还设电阻62、64、66、68与可控电阻40、42、44具有相同的阻值，并且选择图4中的电阻30、32、34、50、52、54的阻值相等。

图4和图5所示类型的电路允许把饱和度的提高分为16级，其中，这些级是按数字表示的二进位值切换的。这个值例如可由电位器抽头上的电压降经模-数转换器取得。以相同的方式用具有更多场效应晶体管和更多电阻的相应电路可以把这种电路扩展到多于16级。

图6示出图4所示电路20如何接入矩阵电路14中。将色值为r、g、b的信号加在电路20的输入端，其在用2⁰、2¹、2²、2³表示的输入端提高饱和度的因子是经逻辑信号作为二进位值确定的。根据所给出的方程经电路20转换的信号随后进入矩阵电路80，此电路根据现有技术水平是这样设计的，即由输入侧原色(R、G、B)色值信号变换成用于在图象产生装置12中色彩显示的图象侧原色(R″、G″、B″)色值信号。此外，在矩阵电路80中色值为r、g、b的色值信号其符号的倒转是由电路20加以考虑的。在矩阵电路80的每一个输出端各设置一个由各一个电阻82、84、86和各一个二极管92、94、96组成的分压器抑制电路。这些抑制电路将抑制错误极性的电压，这些错误极性的电压是当饱和度的提高延伸到由原色(R″、G″、B″)所展开的色调范围之外时形成的。这种情况例如有可能在S值很大时出现，例如可以在图2中从蓝色原色看到，基于有限的色品范围对此色彩只可能有很小的饱和度提高。

这里，二极管92、94、96是对0.7伏的反向电位连接的，在本实施例中该电位是所用硅二极管92、94、96的阈值电压。所示的二极管92、94、96的控制电压用于在矩阵电路80出现负输出信号时使矩阵电路14的输出信号以对数形式渐近地趋于零。该对数特性的应用是按已知方法通过结合二极管92、94和96的特性曲线设计电阻82、84和86而确定的。

上面对三个图象侧原色说明了本方法和彩色视频系统。当然它们也可以用于多于三种图象侧原色的情况下，这些原色用相应的矩阵控制。于是，就可以产生更大的色调变化和饱和度提高范围，这些可用相同的方法来实现。

Claims (12)

1.彩色视频系统象点色品的色彩变换方法，在该方法中每一色品可用在一个包括一个消色差点(W)的色品范围内的色向量分量表示，该色品范围由信号源输入侧若干原色(R、G、B)确定，并且在该方法中可用图象侧若干原色(R″、G″、B″)显示象点，这些原色的色品范围同样包括消色差点(W)，其中，至少此色品范围的一个色品位于输入侧原色(R、G、B)的色品范围之外，并且在该方法中完成为产生有关图象侧原色(R″、G″、B″)分量而进行的变换，以及抑制出现的负值强度图象侧分量，其特征在于，

确定若干虚构原色(R′、G′、B′)，这些虚构原色的色品范围至少含有一个在输入侧原色的色品范围之外和在图象侧原色(R″、G″、B″)的色品范围之内的色品，并实现如下变换：

-输入侧原色的色向量分量以如下方式转换成虚构原色(R′、G′、B′)，即至少一个输入侧原色(R、G、B)的色品转换成输入侧原色的色品范围之外的至少一个色品，并且

-所转换的虚构原色(R′、G′、B′)的色向量分量变换成图象侧原色(R″、G″、B″)以产生图象侧色向量分量，其中，由此产生的图象侧色品与通过变换在虚构原色系统(R′、G′、B′)中产生的色品具有相同的色调和相同的色彩饱和度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

消色差点(W)的色品在转换成虚构原色系统(R′、G′、B′)的色向量分量后仍保持不变。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

色向量分量由输入侧原色系统到虚构原色系统(R′、G′、B′)的转换是借助色向量分量的一个矩阵变换来实现的。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

用一个矩降进行唯一的一次矩阵变换，该矩阵是由用于转换的矩阵与一个把虚构原色系统(R′、G′、B′)变换成图象侧原色系统(R″、G″、B″)的矩阵的乘积得到的。

5.根据权利要求1至4所述方法，其特征在于，

以色品为基础确定虚构原色(R′、G′、B′)，该原色与输入侧原色(R、G、B)具有相同的色调，然而对至少一个输入侧原色(R、G、B)具有提高了的色彩饱和度。

6.显示彩色象点的彩色视频系统，具有一个输入电路(10)用于产生或接收属于输入侧原色(R、G、B)的色品范围的色值信号，此色品范围包括一消色差点(W)，该系统还具有一个基于图象侧原色(R″、G″、B″)的、产生彩色视频图象象点的图象产生装置(12)，图象侧原色的色品范围包括一个消色差点(W)和至少一个位于输入侧原色(R、G、B)的色品范围之外的色品，以及一个矩阵电路(14)，该电路连接在输入电路(10)与图象产生装置(12)之间，其特征在于，

具有一个电路(15)，该电路可把有关输入侧原色的色值信号转换成有关虚构原色(R′、G′、B′)的色值信号，其色品范围含有至少一个在输入侧原色的色品范围之外、并且在图象侧原色(R″、G″、B″)的色品范围之内的色品，其中，借助电路(15)可以把至少一个输入侧原色(R、G、B)的色值信号转换成至少一个输入侧原色(R、G、B)的色品范围之外的色品的色值信号，并且设计矩阵电路(14)用于把有关虚构原色(R′、G′、B′)的色值信号变换成有关图象侧原色(R″、G″、B″)的色值信号。

7.根据权利要求6所述的彩色视频系统，其特征在于，

把输入侧色值信号转换成虚构原色(R′、G′、B′)的电路(10)是这样设计的，即图象消色差(W)的色品可以用输入侧色品显示。

8.根据权要求6所述的彩色视频系统，其特征在于，

用于转换的电路(15)含有用于另一个矩阵变换的另一个矩阵电路。

9.根据权利要求8所述的彩色视频系统，其特征在于，

矩阵电路(14)含有变换用的电路(15)，其中，为矩阵变换设计一个唯一的变换矩阵，该矩阵是转换用的矩阵变换的矩阵与由虚构原色系统(R′、G′、B′)到图象侧原色(R″、G″、B″)的色值信号变换矩阵的乘积。

10.根据权利要求6所述的彩色视频系统，其特征在于，

用于转换各种可选择的虚构原色(R′、G′、B′)的电路(15)是可控的。

11.根据权利要求10所述的彩色视频系统，其特征在于，

用于可选择的各种不同虚构原色的电路(15)具有若干可控电阻，这些电阻可以通过在电路上施加的控制电压或通过引入的电流加以改变。

12.根据权利要求6至11至少其中之一所述彩色视频系统，其特征在于，

设置若干抑制负的图象侧色值信号的电路这些电路对每个色值信号各含有一个由一个二极管(92、94、96)和一个电阻(82、84、86)组成的分压器，其中，分压器在二极管一侧是与一补偿二极管(92、94、96)阈值电压的电位反向连接的。

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