CN112449168B - 一种色域映射方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种色域扩展方法及系统，根据本发明实施方式提供的方法，通过基于三维映射表获取传输端的图像数据对应的每一采样点的亮度值；基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面；基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据。可见，本发明所述方法在进行色域映射时，保持亮度和色调不变，实现传输色域到显示色域的三维色域扩展的精确匹配，避免了因为传输色域到显示色域之间映射不匹配，而导致的图像失真或显示错误等问题。

Description

一种色域映射方法及系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及的是一种色域映射方法及系统。

背景技术

广播电视接收机，在进行色彩还原时，往往会遇到传输色域(即广播电视系统传输的色域，源色域)与显示色域(即显示器所能覆盖的色域) 不一致的问题，而该问题将会造成重显色彩无法真实还原，甚至会出现彩色失真的问题。

目前广播电视系统的传输色域有BT601(标清)，BT709(高清)等。而随着显示器技术的发展，显示色域范围不断扩大。目前的情况，通常显示色域(LCD液晶显示器)要大于传输色域(BT601，BT709)。并且，显示色域通常不能完全包含传输色域，二者有互不重合部分。

如何将传输色域的色彩不失真的在显示器中呈现，并尽可能利用显示色域的能力，这里涉及到一个从传输色域到显示色域的扩展或映射的问题。

对于上述问题，当前的做法是，通过3×3矩阵来实现传输色域到显示色域的映射。通过3×3矩阵来实现传输色域到显示色域的映射匹配，不是很精准，只能做粗略的匹配，并且会产生失真及错误。

现有技术中所公开的色域扩展或映射，往往是基于CIE1931的(x，y) 二维面进行设计，如图1所示，分别是二维传输色域与二维显示色域示意图，其中，稍小的三角形所围成的区域，是广播电视系统所要传输的传输色域(BT709)，而稍大的三角形所围成的区域，则是终端广播电视机的显示色域。显示色域要大于传输色域(BT709)，而实际的情况，真实的色域是三维的，所反映的是亮度，色度和色相三个维度，并不只是(x，y)二维面。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明提供了一种色域扩展方法及系统，以解决上述至少一个技术问题。

第一方面，本实施例提供了一种色域扩展方法，其中，包括：

基于三维映射表获取传输端的图像数据对应的每一采样点的亮度值；

基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面；

基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据。

可选的，所述获取传输色域的图像数据的步骤之前，还包括步骤：

分别建立传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型。

可选的，所述建立传输端的三维色域模型的步骤包括：

对获取到的所述图像数据进行线性化处理，得到线性化处理后所述图像数据中各个像素点的线性RGB坐标；

利用预设矩阵参数和各个像素点的线性RGB坐标确定所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到所述XYZ颜色模型的三维色域坐标确定所述线性RGB坐标转换到Yxy颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到所述Yxy颜色模型上的三维色域坐标构建传输端的三维色域模型。

可选的，所述建立显示器端的三维色域模型的步骤包括：

获取显示器上的与显示设置参数相对应的显示图像数据，并对所述显示图像数据进行归一化处理，得到线性化处理后所述显示图像数据中各个像素点的线性RGB坐标；

根据预存储的显示参数矩阵和各个显示图像数据中各个像素点的线性 RGB坐标确定所述显示图像数据中各个像素点的所述线性RGB坐标转换到 XYZ颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到所述XYZ颜色模型的三维色域坐标确定所述显示图像数据中各个像素点的线性RGB坐标转换到Yxy颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到Yxy颜色模型上的三维色域坐标构建显示端显示色域的三维色域模型。

可选的，所述基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面的步骤包括：

基于所述每一所述采样点的像素值，计算出所述每一所述采样点处于所述传输端的三维色域模型中的传输三维色域坐标；

根据所述传输三维色域坐标中所含的亮度值分别对所述传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，得到一系列等亮度的二维面。

可选的，所述基于所述每一所述采样点的像素值，计算出所述每一所述采样点处于所述传输端的三维色域模型中的传输三维色域坐标的步骤包括：

对所述每一所述采样点进行线性化处理，得到线性化处理后的每一所述采样点的线性RGB坐标；

根据所述预设矩阵参数和每一所述采样点所对应的线性RGB坐标确定每一所述采样点的所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标确定所述每一所述采样点的线性RGB坐标转换到Yxy颜色模型的传输三维色域坐标。

可选的，所述基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据的步骤包括：

分别获取等亮度的所述传输色域的二维色域平面和所述显示色域的二维平面；

根据预存储的传输端所对应白点的RGB坐标、显示端所对应白点的RGB 坐标、等亮度二维面内中每一所述采样点的线性RGB坐标，所述白点与每一所述采样点之间的连接线分别与所述传输端的等亮度二维面和所述显示端的等亮度二维面的交点坐标，计算出所述传输端的等亮度二维面上每个所述采样点的线性RGB坐标映射到所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB 坐标；

将每个所述采样点在所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标与亮度值相结合，转换成映射数据，并输出显示。

可选的，所述将所述目标色域的二维像素值与其亮度值相结合，转换成映射数据，并输出显示的步骤包括：

根据目标色域的二维像素值与其亮度值相结合，得到目标色域的三维 RGB值；

根据XYZ颜色模型的RGB值与Yxy颜色模型的RGB值之间的转换公式，将所述目标色域的三维RGB值由Yxy颜色模型的三维色域坐标转换到XYZ 颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到XYZ颜色模型的目标色域的三维色域坐标、预设显示器的显示参数矩阵，计算出输出图像数据。

可选的，所述将所述目标色域的二维像素值与其亮度值相结合，转换成映射图像，并输出显示的步骤包括：

利用线性内插法对所述映射数据进行填充，并将填充后的所述映射数据进行输出显示。

可选的，所述获取传输色域的图像数据的步骤之前，还包括步骤：

根据信号源端RGB顶点色坐标和白点坐标的二维坐标值，计算得到所述预矩阵参数；

根据显示端RGB顶点色坐标及白点坐标的二维坐标值，计算得到预设显示参数矩阵。

第二方面，本实施例还公开了一种色域扩展系统，其中，包括：

亮度值获取模块，用于基于三维映射表获取传输端的图像数据对应的每一采样点的亮度值；

等亮度切割模块，用于基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面；

输出数据转换模块，用于基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

根据本发明实施方式提供的方法，通过基于三维映射表获取传输端的图像数据对应的每一采样点的亮度值；基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面；基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据。可见，本发明所述方法在进行色域映射时，保持亮度和色调不变，实现传输色域到显示色域的三维色域扩展的精确匹配，避免了因为传输色域到显示色域之间映射不匹配，而导致的图像失真或显示错误等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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是现有技术中传输端色域和显示色域的二维平面示意图；

图2是 本发明实施例中一种色域扩展方法的步骤流程图；

图3是本发明实施例中色域扩展方法的原理步骤示意图；

图4是本发明实施例中三维色域模型的结构示意图；

图5是本发明实施例中信号源端三维色域模型的建立流程图；

图6是本发明实施例中显示器端三维色域模型的建立流程图；

图7是本发明实施例中等亮度二维面的亮度计算流程图；

图8是本发明实施例中3D LUT输出图像数据计算流程图；

图9是本发明实施例中等效3D LUT输出图像数据的生成示意图；

图10是本发明实施例中所述色域扩展系统的原理结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

本实施例提供了一种色域扩展方法，如图2，包括：

步骤S1、基于三维映射表获取传输端的图像数据对应的每一采样点的亮度值。

结合图3所述，本实施例所述方法所要解决的问题是如何将传输端的所述图像数据所在色域空间准确映射到显示端的色域空间，实现图像数据所含色彩的准确还原。

获取传输色域空间内的传输图像数据，并基于预先生成的三维映射表中的各个采样点对所述传输图像数据进行采样，获取每一采样点的亮度值。

所述三维映射表为3D LUT表(Look-Up-Table，显示查找表)，其本质是一个RAM，每当输入一个信号就会输入一次地址进行查表，找出地址对应的内容并输出，对显示器来说起到颜色空间转换的作用。LUT的作用就是将每一组RGB的输入值转化成输出值，对输入的采样数据的RGB值进行转换，对采样数据中的非线性属性，比如：颜色串扰、色相、饱和度和亮度等进行修正，以使得转换后的采样数据在经过三维映射表转换，对其进行显示校准后，能实现对其更为精准的控制。

结合图3所示，基于三维映射表中如含有全部要传输的像素数据，则数据量较大，因此在进行图像数据传输时，一般采取输入有限采样点的数据，根据采样点的是多少，有17×17×17，24×24×24等形式，因此在所述三维映射表中含有多个采样点，在具体的色域映射步骤中，仅仅采取将多个有限采样点对应的色坐标映射到显示色域，实现图像数据的传输。

步骤S2、基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面。

传输端的三维色域模型，反映了信号端所要传输的色彩；显示端的三维色域模型，反映了显示器所能够呈现的色彩能力。

为了实现基于三维映射表，提取出所述图像数据中各个采样点的亮度值，

所述获取传输色域的图像数据的步骤之前，还包括：

分别建立传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型。

在色彩空间内，分别建立传输色域的三维色域模型和显示色域的三维色域模型，如图4所示，为三维色域模型的示意图，所述三维色域模型反映了各个采样点在的三维色坐标所组成的立体结构，其反映是三个色域维度上的坐标值，为了获相同亮度值的二维色域平面，需要提取各个采样点的亮度值，而提取各个采样点的亮度值，需要首先建立传输色域的三维色域模型和显示色域的三维色域模型。

具体的，如图5所示，所述建立传输端的三维色域模型的步骤包括：

步骤S211、对获取到的所述图像数据进行线性化处理，得到线性化处理后所述图像数据中各个像素点的线性RGB坐标。

由于接收到的传输图像数据均为非线性的，首先需要对其进行线性化处理，使得线性化处理的图像数据在预设范围内，便于对其传输控制。以 BT709信号源的图像数据为例，其取值范围为0-(2ⁿ-1)(n为数据比特数)，因此对其进行线性化或归一化处理后，将其图像数据取值范围设置在0-1 以内，得到线性RGB坐标。

步骤S212、利用预设矩阵参数和各个像素点的线性RGB坐标确定所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色空间的三维色坐标。

预设矩阵参数为预设的常数，该常数与传输端信号源的色坐标相关，例如：BT709信号源的R、G、B顶点(x，y)色坐标分别为(0.640,0.330)、 (0.300,0.600)、(0.150,0.060)，白点(x，y)坐标为(0.3127,0.3290)，根据上述已知信号源的顶点和白点所在坐标值，求得所述预设矩阵参数。具体的矩阵参数的求取步骤，可参考俞斯乐等《电视原理》第四版1.4.2章节相关内容。

根据预设矩阵参数和各个像素的线性RGB坐标通过坐标转换，将所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色空间的三维色坐标。

步骤S213、根据转换到所述XYZ颜色空间的三维色域坐标确定所述线性RGB坐标转换到Yxy颜色空间的三维色域坐标。

将上述步骤中获取到的线性RGB坐标转换到XYZ颜色空间的三维色域坐标，再次坐标变换将其转换到Yxy颜色空间，得到Yxy颜色空间内所述线性RGB坐标的三维色域坐标。

步骤S214、根据转换到所述Yxy颜色空间上的三维色域坐标构建传输色域的三维色域模型。

根据所述线性RGB坐标转换到Yxy颜色空间的三维色域坐标，构建传输色域的三维色域模型，也即是将线性RGB值对应到Yxy颜色空间的三维色域坐标依次填充到Yxy颜色空间内，得到传输色域的三维色域模型，也即其色坐标组成的立体三维立体模型。

如图6所示，所述建立显示端的三维色域模型的步骤包括：

步骤S221、获取显示器上的与显示设置参数相对应的显示图像数据，并对所述显示图像数据进行归一化处理，得到线性化处理后所述显示图像数据中各个像素点的线性RGB坐标。

由于获取显示器上的与显示设置参数相对应的显示图像数据均为非线性的，首先需要对其进行线性化处理，使得线性化处理的图像数据在预设范围内，便于对其传输控制，因此对其进行线性化或归一化处理后，将其图像数据取值范围设置在0-1以内，得到线性RGB坐标。

步骤S222、根据预存储的显示参数矩阵和各个显示像素的线性RGB坐标确定所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色空间的三维色域坐标。

本步骤与上述步骤S212中不同的，预设显示参数矩阵是基于显示端的显示器的RGB顶点色坐标和白点坐标来决定的，通过显示器的RGB顶点色坐标和白点坐标计算得到预设显示参数矩阵，再基于求取到的预设显示参数矩阵和线性RGB坐标，计算出转换到XYZ颜色空间的三维色域坐标。

步骤S223、根据转换到所述XYZ颜色空间的三维色域坐标确定各个显示像素的线性RGB坐标转换到Yxy颜色空间的三维色域坐标。

步骤S224、根据转换到Yxy颜色空间上的三维色域坐标构建出显示端的三维色域模型。

基于上述步骤中建立出的传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行亮度值提取以及根据提取出的亮度值对三维色域模型中的等亮度区域进行分割。由于三维色域模型中各个采样点的坐标值分别对应亮度值、色度和色相，因此亮度值相同的采样点处于一个二维色域平面内，因此基于同一个亮度值，可以划分出三维色域 模型中等亮度的区域。

具体的，所述基于所述亮度值对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度区域分割的步骤包括：

基于所述每一所述采样点的像素值，计算出所述每一所述采样点处于所述传输端的三维色域模型中的传输三维色域坐标；

根据所述传输三维色域坐标中所含的亮度值分别对所述传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，得到一系列等亮度的二维面。

具体的，所述步骤中基于所述每一所述采样点的像素值，计算出所述每一所述采样点处于所述传输端的三维色域模型中的传输三维色域坐标的步骤包括：

步骤S231、对所述每一所述采样点进行线性化处理，得到线性化处理后的每一所述采样点的线性RGB坐标；

由于仅仅需要根据采样点对应的亮度值进行三维色域模型的等亮度区域分割，因此本步骤中仅仅需要提取三维映射表中各个采样点所对应的线性RGB坐标。

步骤S232、根据所述预设矩阵参数和每一所述采样点所对应的线性RGB 坐标确定每一所述采样点的所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标；

步骤S233、根据转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标确定所述每一所述采样点的线性RGB坐标转换到Yxy颜色模型的传输三维色域坐标。

上述步骤S232至步骤S233，逐步将线性RGB坐标转换到XYZ颜色空间，再将其从XYZ颜色空间转换到Yxy颜色空间，将获取到的转到Yxy颜色空间上的每一个所述采样点的所对应的三维色域坐标。

具体的，所述根据每个采样点的线性RGB坐标转换到所述Yxy颜色空间上的三维色域坐标中的亮度值进行传输色域的三维色域模型的等亮度区域分割的步骤包括：

根据所述传输三维色域坐标中所含的亮度值分别对所述传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，得到一系列等亮度的二维面。

步骤S3、基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据。

本步骤中通过等亮度值建立传输端的等亮度二维面上的每个采样点的 RGB坐标与显示端的等亮度二维面上的每个采样点的RGB坐标之间的映射关系，根据所述映射关系，将传输端的每个采样点的RGB坐标值映射到显示端的等亮度二维面上。所述映射数据为将传输端的每个采样点的RGB坐标值映射到显示端的等亮度二维面上的图像数据。

本步骤具体包括以下内容：

步骤S31、分别获取等亮度的所述传输色域的二维色域平面和所述显示色域的二维平面；

步骤S32、根据预存储的传输端所对应白点的RGB坐标、显示端所对应白点的RGB坐标、等亮度二维面内每一所述采样点的线性RGB坐标，所述白点与每一所述采样点之间的连接线分别与所述传输端的等亮度二维面和所述显示端的等亮度二维面的交点坐标，计算出所述传输端的等亮度二维面上每个所述采样点的线性RGB坐标映射到所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标；

结合图7所示，以信号源BT709举例。其中，横轴为色度坐标x,纵轴为色度坐标y。图中的面积稍小的三角形为二维传输色域平面，其中所对应的亮度值为3D LUT输入的17×17×17数据中某一像素的亮度Y，在信源 BT709三维色域中，所切割出的等亮度二维色域面；面积稍大三角形，是用同一亮度Y，在显示端三维色域中，所切割出的等亮度二维色域面。

W(x_w,y_w)为BT709及显示器的白点。A_i(x_Ai,y_Ai)即为17×17×17数据之一的某一已知像素。连接W和A_i，并延长，交蓝色三角形于E(x_E,y_E)点，交红色三角形于F(x_F,y_F)点。WF上的点因x,y比例一致，因此均为等色调。 A_o为目标点。

A_o点的坐标(x_AO,y_AO)计算如下：

WA_i/WE＝WA_O/WF

x_AO＝(x_Ai-x_w)*(x_F-x_w)/(x_E-x_w)

y_AO＝(y_Ai-y_w)*(y_F-y_w)/(y_E-y_w)

这里，W(x_w,y_w)，A_i(x_Ai,y_Ai)为已知。E(x_E,y_E)，F(x_F,y_F)点可由三维色域中求得，因此，x_AO，y_AO可求。

经过图6中所示的计算步骤流程及图7的计算，对于一个给定的3D LUT 输入值RGB，会有一个对应Yxy值与其对应。

步骤S33、将每个所述采样点在所述显示端的等亮度二维面上的线性 RGB坐标与亮度值相结合，转换成映射数据，并输出显示。

由于各个采样点由于上述步骤S3中传输端的等亮度二维面上的线性 RGB坐标映射到显示端的等亮度二维面上，其中不含有亮度值，因此本步骤中需要为该二维坐标添加上其相对应的亮度值。又由于添加上亮度值的三维色域坐标为Yxy颜色空间内的色坐标，因此为了正常显示，需要将其转换到得到显示器所在的显示色域空间内，从而得到三维映射表的输出数据。

结合图8所述，将每个所述采样点在所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标与亮度值相结合，转换成映射数据，并输出显示的步骤包括：

根据目标色域的二维像素值与其亮度值相结合，得到目标色域的三维 RGB值；

根据XYZ颜色模型的RGB值与Yxy颜色模型的RGB值之间的转换公式，将所述目标色域的三维RGB值由Yxy颜色模型的三维色域坐标转换到XYZ 颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到XYZ颜色模型的目标色域的三维色域坐标、预设显示器的显示参数矩阵，计算出输出图像数据。

由于三维映射表输出数据中仅仅含有有限个采样点数据，因此，所述根据三维映射表输出数据得到显示图像数据的步骤包括：

利用线性内插法对所述三维映射表输出数据进行填充，得到显示图像数据。

利用线性内插法对所述三维映射表输出数据进行扩充，使得显示图像数据像素值满足高清显示条件或者满足其他更高或者更低显示像素的要求，从而得到显示图像数据。

下面以本实施例的一个具体应用实例，对本发明上述方法进行更为详细的说明。下面的应用实例中色彩空间Yxy，以BT709为信号源，17×17 ×17的3D LUT为例。信号源可以是其他类型，例如：BT601，三维映射表也可以是：24×24×24等形式。

图5是传输端三维色域建立流程图，其处理流程如下：

(1)、BT709图像数据输入，是非线性的R，G，B图像数据。取值范围为0-(2ⁿ-1)(n为数据比特数)。

(2)、归一化/线性化模块，是对非线性的R，G，B图像数据的最大值进行归一化。归一化后的图像数据取值范围为0-1。

R₁＝R/(2ⁿ-1)

G₁＝G/(2ⁿ-1)

B₁＝B/(2ⁿ-1)

线性化模块，是将非线性的数据进行线性化处理。得到线性的R′，G′， B′数据。

(3)、线性的R′G′B′到XYZ的转换。

BT709信源的R、G、B顶点(x，y)色坐标分别为(0.640,0.330)、 (0.300,0.600)、(0.150,0.060)，白点(x，y)坐标为(0.3127,0.3290)。则R′G′B′到XYZ的转换由下式：

(4)、XYZ到Yxy的转换。按下列方程进行转换：

Y＝Y

x＝X/(X+Y+Z)

y＝Y/(X+Y+Z)

(5)、基于Yxy数据，构建三维色域。

假设BT709图像输入(R，G，B)数据为8bit,则有256×256×256组 (R，G，B)数据，每组数据，经转换对应一组Yxy数据，于是有256×256 ×256组Yxy数据，构成了BT709的三维色域。由于计算量较大，这些计算是预先计算好的。

图6是显示端三维色域建立流程。

与传输端三维色域建立流程不同的是，在进行R′G′B′到XYZ的转换时，所使用的矩阵由显示器的R、G、B顶点色坐标及白点坐标来决定。即：

其中矩阵系数b10,b11….b32，由显示器的物理参数，即R、G、B顶点色坐标及白点坐标决定。

按上述图5和图6的流程图所示，根据BT709及显示器的R、G、B顶点色坐标及白点坐标，基于Yxy的三维色域模型就建立起来了。

在图5中256×256×256组R、G、B的BT709输入数据，经归一/化线性化后，得到256×256×256组线性R′、G′、B′数据,其中的17×17× 17组R′、G′、B′作为3D LUT采样数据，即为3D LUT的输入数据R_i′、 G_i′、B_i′。

3D LUT的输入数据R_i′、G_i′、B_i′，按公式1的矩阵系数转换为转 XYZ，再将XYZ转换成Yxy。得到的与R_i′、G_i′、B_i′相对应的Y值。这里的Y即是接下来的等亮度二维面的亮度值。

按照亮度Y的大小对三维色域进行等亮度相切，得到17×17×17个等亮度二维面。图7的基于等亮度、等色调的彩色映射，就是在传输端与显示端的17×17×17×2个等亮度二维面中进行的。

图8为3D LUT输出计算流程。

经过图6的流程及图7的计算，对于一个给定的3D LUT输入值R′G′ B′，会有一个对应Yxy值与其对应。图8的3D LUT输出计算流程，是将这个对应的Yxy值转换成R_o′G_o′B_o′值的过程，也即3D LUT的输出数据计算过程。

首先，将映射输出的Yxy数据，转换成XYZ：

X＝xY/y

Y＝Y

Z＝(1-x-y)Y/y

然后，将XYZ转换成Ro′Go′Bo′输出。

其中矩阵系数c10,c11….c32，由显示器的物理参数，即R、G、B顶点色坐标及白点坐标决定。

Ro′Go′Bo′就是3D LUT的输出数据。

经过图6、7、8的流程及计算，使得3D LUT中17×17×17的每一组 R_i′G_i′B_i′值，按照等亮度，等色调的彩色映射，都有一组Ro′Go′Bo′值与其对应。即，完成了基于3D LUT的等亮度，等色调的彩色映射。图9 为3D LUT等效图。

在实际运用中，因计算量较大，上述图5-9的流程，是在离线中进行的。经过上述过程，最终计算得到17×17×17组数值，并将这17×17×17 组数据写入3D LUT中。

第二方面，本实施例还提供了一种色域扩展系统，如图10所示，包括：

输入转换模块110，用于获取传输图像数据，从所述传输图像数据中提取采样点对应的采样数据，并对所述采样数据进行三维映射表转换，得到转换后的三维映射表输入数据；

等亮度切割模块120，用于获取所述三维映射表输入数据中各个采样点的亮度值，并基于所述亮度值对传输色域的三维色域模型和显示色域的三维色域模型进行等亮度区域分割，得到多个等亮度的二维传输色域平面和多个等亮度的二维显示色域平面；

目标像素计算模块130，用于基于等亮度值、二维传输色域平面与二维显示色域平面之间的等色调线，对各个二维传输色域平面和二维显示色域平面进行彩色映射，计算出二维传输色域平面上各个采样点的色坐标映射到二维显示色域平面上的色坐标；

输出数据转换模块140，用于将各个采样点在二维显示色域平面上的色坐标与亮度值相结合，得到三维映射表输出数据，并根据三维映射表输出数据得到显示图像数据。

本发明实施例所述提供的方法，根据输入图像数据计算出三维映射表中每个采样点的亮度值；基于所述每个采样点的亮度值分别对预先建立的传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度区域分割，得到传输端中等亮度的二维面和显示端的等亮度的二维面；对传输端的二维面和显示端的二维面进行等亮度和等色调的彩色映射，计算出目标色域的二维像素值；将所述目标色域的二维像素值与亮度值相结合，转换成输出图像数据。可见，本发明所述方法在进行色域扩展时，保持亮度和色调不变，实现传输色域到显示色域的三维色域扩展的精确匹配，避免了因为传输色域到显示色域之间映射不匹配，而导致的图像失真或显示错误等问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种色域扩展方法，其特征在于，包括：

基于三维映射表获取传输端的图像数据对应的每一采样点的亮度值；

基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面；

基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据；

所述基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据的步骤包括：

分别获取所述传输端的等亮度二维面和所述显示端的等亮度二维面；

根据预存储的传输端所对应白点的RGB坐标、显示端所对应白点的RGB坐标、等亮度二维面内每一所述采样点的线性RGB坐标，所述传输端所对应白点与每一所述采样点之间的连接线分别与所述传输端的等亮度二维面和所述显示端的等亮度二维面的交点坐标，计算出所述传输端的等亮度二维面上每个所述采样点的线性RGB坐标映射到所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标；

将每个所述采样点在所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标与亮度值相结合，转换成映射数据，并输出显示。

2.根据权利要求1所述的色域扩展方法，其特征在于，所述获取传输端的图像数据的步骤之前，还包括步骤：

分别建立传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型。

3.根据权利要求2所述的色域扩展方法，其特征在于，所述建立传输端的三维色域模型的步骤包括：

对获取到的所述图像数据进行线性化处理，得到线性化处理后所述图像数据中各个像素点的线性RGB坐标；

利用预设矩阵参数和各个像素点的线性RGB坐标确定所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到所述XYZ颜色模型的三维色域坐标确定所述线性RGB坐标转换到Yxy颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到所述Yxy颜色模型上的三维色域坐标构建传输端的三维色域模型。

4.根据权利要求2所述的色域扩展方法，其特征在于，所述建立显示端的三维色域模型的步骤包括：

获取显示器上的与显示设置参数相对应的显示图像数据，并对所述显示图像数据进行线性化处理，得到线性化处理后所述显示图像数据中各个像素点的线性RGB坐标；

根据预存储的显示参数矩阵和显示图像数据中各个像素点的线性RGB坐标确定所述显示图像数据中各个像素点的所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到所述XYZ颜色模型的三维色域坐标确定所述显示图像数据中各个像素点的线性RGB坐标转换到Yxy颜色模型的三维色域坐标;

根据转换到Yxy颜色模型上的三维色域坐标构建显示端显示色域的三维色域模型。

5.根据权利要求3所述的色域扩展方法，其特征在于，所述基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面的步骤包括：

基于所述每一所述采样点的像素值，计算出所述每一所述采样点处于所述传输端的三维色域模型中的传输三维色域坐标；

根据所述传输三维色域坐标中所含的亮度值分别对所述传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，得到一系列等亮度的二维面。

6.根据权利要求5所述的色域扩展方法，其特征在于，所述基于所述每一所述采样点的像素值，计算出所述每一所述采样点处于所述传输端的三维色域模型中的传输三维色域坐标的步骤包括：

对所述每一所述采样点进行线性化处理，得到线性化处理后的每一所述采样点的线性RGB坐标；

根据所述预设矩阵参数和每一所述采样点所对应的线性RGB坐标确定每一所述采样点的所述线性RGB坐标转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标确定所述每一所述采样点的线性RGB坐标转换到Yxy颜色模型的传输三维色域坐标。

7.根据权利要求1所述的色域扩展方法，其特征在于，所述将每个所述采样点在所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标与亮度值相结合，转换成映射数据，并输出显示的步骤包括：

根据所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标与其亮度值相结合，得到所述显示端的三维RGB值；

根据XYZ颜色模型的RGB值与Yxy颜色模型的RGB值之间的转换公式，将所述显示端的三维RGB值由Yxy颜色模型的三维色域坐标转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标；

根据转换到XYZ颜色模型的三维色域坐标、预设显示器的显示参数矩阵，计算出输出图像数据。

8.根据权利要求1所述的色域扩展方法，其特征在于，所述将每个所述采样点在所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标与亮度值相结合，转换成映射数据，并输出显示的步骤包括：

利用线性内插法对所述映射数据进行填充，并将填充后的所述映射数据进行输出显示。

9.根据权利要求3或5或6所述的色域扩展方法，其特征在于，所述获取传输端的图像数据的步骤之前，还包括步骤：

根据信号源端RGB顶点色坐标和白点坐标的二维坐标值，计算得到所述预设矩阵参数；

根据显示端RGB顶点色坐标及白点坐标的二维坐标值，计算得到预设显示参数矩阵。

10.一种色域扩展系统，其特征在于，包括：

亮度值获取模块，用于基于三维映射表获取传输端的图像数据对应的每一采样点的亮度值；

等亮度切割模块，用于基于每一所述采样点的亮度值分别对传输端的三维色域模型和显示端的三维色域模型进行等亮度切割，形成对应的等亮度二维面；

输出数据转换模块，用于基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据；

所述基于所形成的等亮度二维面进行色彩映射，输出映射数据的步骤包括：

分别获取所述传输端的等亮度二维面和所述显示端的等亮度二维面；

根据预存储的传输端所对应白点的RGB坐标、显示端所对应白点的RGB坐标、等亮度二维面内每一所述采样点的线性RGB坐标，所述传输端所对应白点与每一所述采样点之间的连接线分别与所述传输端的等亮度二维面和所述显示端的等亮度二维面的交点坐标，计算出所述传输端的等亮度二维面上每个所述采样点的线性RGB坐标映射到所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标；

将每个所述采样点在所述显示端的等亮度二维面上的线性RGB坐标与亮度值相结合，转换成映射数据，并输出显示。

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