CN1372418A - 彩色显示系统中的色温变换装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种在彩色显示系统中变换色温的装置及其方法。第一色温变换系数单元具有用于将第一预定色温变换为特定色温的第一色温变换系数,及第二色温变换系数单元,具有用于将特定色温变换为第二预定色温的第二色温变换系数。色温变换系数产生单元,根据基于输入色温从第一色温变换系数中选出的第一变换系数,和根据基于输入目标色温从第二色温变换系数中选出的第二变换系数,产生将输入色温变换为目标色温的色温变换系数。

Description

彩色显示系统中的色温 变换装置及其方法

                      技术领域

本发明涉及彩色显示系统中的色温变换装置及其方法，更具体地讲，涉及通过产生具有多个系数部分的变换系数，将预定输入色温变换为预定目标色温的色温变换装置。本发明是基于2001年2月24日申请的韩国专利申请No.2001-9482作出的，该专利申请被援引于此，以资参考。

                      背景技术

当人看东西的时候，一般人是基于亮度特性观察色调的变化。换言之，在白炽灯下人观察东西，一般可能偏红，而在目光下比较偏兰。因此，在彩色显示系统中，需要将输入系统的目标颜色改变为人们所看到的颜色。通常所显示的色调与色温有关。色温意味着当光源的颜色相同时，以开氏单位[K]测量的黑色物体的温度。如果色温高，则偏兰。如果色温低，则偏红。

彩色显示系统广泛地用于需要向用户传送可视信息的设备。这些设备包括：例如，电视、数字电视、TFT(薄膜晶体管)监视器、彩色打印机、数字照相机、投影仪、移动电话等等。为了改善彩色显示系统中图象的质量，应当调节色温。

色彩模型有RGB(红、绿、兰)模型，色调、饱和度、照度/色调、亮度、饱和度(HSB/HLS)模型，芒赛尔色彩模型，及de 1′Eclairage国际委员会(Commission International de 1′Eclairage)或CIE色彩模型。CIE色彩模型是由定义亮度标准的国际照明委员会确定的。CIE色彩模型包括：CIE XYZ、CIE LUV、和CIE LAB。CIE XYZ色彩模型将RGB值表示为都具有正符号的一组不同值的X、Y、Z。通常，X、Y、Z被称为三色激励。

变换色温的常规方法使用CIE XYZ色彩模型，更具体地讲，是利用X轴和Y轴变换色温的方法。

下面，将参照图1描述常规色温变换方法。

常规色温变换方法的详细过程已由Gunter Wyszeck和W.S.Stiles在“色彩科学：概念和方法，定量数据和公式(Color Science：Concepts and Methods，Quantitative and Formula)”(第二版，145-146页，1982)中进行了描述。按照常规色温变换方法，当输入图像时(S10)，计算输入图像的色温Tc(S20)。然后，计算相对于该计算过的输入图像色温Tc的日光谱(S30)。按照输入图像的色温Tc的范围通过以下数学表达式1)和2)计算日光谱。

1)输入图像的色温Tc在4000K≤Tc＜7000K范围内的，通过数学表达式1计算：

[数学表达式1] $X_D=-4.067\frac{{10}^9}{T_C^3}+2.9678\frac{{10}^6}{T_C^2}+0.09911\frac{{10}^3}{T_C}+0.244063$

2)输入图像的色温Tc在7000K≤Tc＜25000K范围内的，通过数学表达式2计算：

[数学表达式2] $X_D=-2.0064\frac{{10}^9}{T_C^3}+1.9018\frac{{10}^6}{T_C^2}+0.24758\frac{{10}^3}{T_C}+0.237040$

Y_D＝-3X_D ²+2.87X_D-0.275

日光光谱辐射功率分布S_D(λ)通过数学表达式3计算：

[数学表达式3]

S_D(λ)＝S₀(λ)+M₁S₁(λ)+M₂S₂(λ)

其中，[S₀(λ)、S₁(λ)、S₂(λ)]相对于[s0[31]、s1[31]、s2[31]]，而s0[31]、s1[31]、s2[31]是固定值，当 $M1=\frac{-1.3515-1.7703x_D+5.9114y_D}{0.0241+0.2562x_D-0.7341y_D}$ $M2=\frac{0.0300-31.4424x_D+30.0717y_D}{0.0241+0.2562x_D-0.7341y_D}$

计算Macbeth色彩检验符(MCC)的X、Y、Z(S40)。MCC从如下数学表达式4获得每个路径的X、Y、Z。此时，当波长(λ)为400nm到700nm时，应用的MCC具有三十一(31)个单元。每个单元的间隔是10nm。

[数学表达式4] ${\left[\begin{array}{c}{X}_i^{\mathrm{ME}}\\ Y_i^{\mathrm{ME}}\\ Z_i^{\mathrm{ME}}\end{array}\right]}_{3\×1}={\left[\begin{array}{c}\stackrel{-}{x}\left[i\right]\\ \stackrel{-}{y}\left[i\right]\\ \stackrel{-}{z}\left[i\right]\end{array}\right]}_{3\×31}$ [R[i]]_31×31[E[i]]_31×1其中，i＝1、2、…、31，并且 是色彩匹配的函数值，并且

[R[i]]_31×31是关于一个色彩路径的反射对角矩阵(refeltance diagonalmatrix)，并且每个波长段值仅存在于该矩阵的对角线项中。对角线外的各个项都是零，并且

[E[i]]_31×1是亮度的光谱功率色散。

X_i ^ME、Y_i ^ME和Z_i ^ME是关于输入图像色温的MCC三色激励值。

选择目标色温的MCC的X、Y、Z(S50)。

按照如下数学表达式5，利用输入图像的色温Tc与目标色温的相关性计算变换矩阵(S60)。

[数学表达式5]

[TM]_3×3＝[(XYZ)^MT]^-1 _3×24[(XYZ)^ME]_3×24

其中，[TM]_3×3是一个变换矩阵，并且

[(XYZ)^MT]^-1 _3×24是关于目标色温的MCC三色激励值矩阵，以及

[(XYZ)^ME]_3×24是关于输入图像的色温Tc的MCC三色激励值矩阵。

输入图像被变换为具有目标色温的图像(S70)。换言之，通过计算的变换矩阵将其变换为具有目标亮度的图像。

[数学表达式6] $\left[\begin{array}{c}{X}_t\\ Y_t\\ Z_t\end{array}\right]=\left[\mathrm{TM}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$

其中，Xt、Yt和Zt是按照目标色温的三色激励单元，并且

[TM]是变换矩阵，以及

X、Y和Z是按照输入图像色温的三色激励单元。

如上所述，被变换为目标色温的图像被输出到各种彩色显示装置(S80)。

在如上所述的常规色温变换方法中，需要计算关于输入图像色温Tc的MCC三色激励值X、Y、Z和关于目标色温的三色激励值X、Y、Z，以求出色温变换矩阵。在表1中表示出用硬件实现常规色温变换方法所需要的矩阵数。

[表1]

矩阵类型	所需数量
		31×1	3
24×31	1
		3×31	1
24×3	1

再有，还需要矩阵变换部件以写出变换矩阵。另外，计算上述数学表达式需要多个乘法器和除法器。因此，用硬件实现常规色温Tc变换方法会由于数量和成本方面的问题而造成低可用性。

                        发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的各个问题。因此，本发明的一个目的是提供一种产生变换矩阵的方法及其装置，利用这种矩阵可以将预定输入色温变换为另外的预定色温。

本发明的另一个目的是提供一种色温变换装置及其方法，该装置和方法可以很容易地用硬件实现。

按照本发明，用于实现上述目的的色温变换方法，利用一个特定色温作为中介将预定输入色温变换为预定目标色温。

按照本发明的用于产生色温变换系数的装置，包括：第一色温变换系数单元，用于存储将第一预定色温变换为特定色温的多个第一色温变换系数；第二色温变换系数单元，用于存储将该特定色温变换为第二预定色温的多个第二色温变换系数；以及变换系数产生单元，该单元产生第三色温变换系数，用于根据基于输入色温从第一色温变换系数中选出的第一变换系数，和根据基于输入目标色温从第二色温变换系数中选出的第二变换系数，产生将输入色温变换为目标色温的色温变换系数。

按照本发明的用于变换色温的装置，包括：色温检测单元，用于检测输入图象的色温；第一色温变换系数单元，用于存储将第一预定色温变换为特定色温的多个第一色温变换系数；第二色温变换系数单元，用于存储将该特定色温变换为第二预定色温的多个第二色温变换系数；变换系数产生单元，该单元产生第三色温变换系数，用于根据基于输入色温从第一色温变换系数中选出的第一变换系数，和根据基于输入目标色温从第二色温变换系数中选出的第二变换系数，产生将输入色温变换为目标色温的色温变换系数。

按照本发明的色温变换方法包括以下步骤：检测输入图象的色温；输入目标色温；从第一色温变换系数中选择相对于检测的色温的第一变换系数，用于将第一预定色温变换为特定色温；从第二色温变换系数中选择相对于目标色温的第二变换系数，用于将该特定色温变换为第二预定色温；产生第三色温变换系数，用于通过选择第一和第二变换系数将输入色温变换为目标色温；及通过该第三色温变换系数将输入图象的色温变换为目标色温。

按照本发明的彩色显示系统，包括：色温检测单元，用于检测输入图象的色温；第一色温变换系数单元，用于存储将第一预定色温变换为特定色温的多个第一色温变换系数；第二色温变换系数单元，用于存储将该特定色温变换为第二预定色温的多个第二色温变换系数；变换系数产生单元，该单元产生第三色温变换系数，用于根据基于输入色温从第一色温变换系数中选出的第一变换系数，和根据基于输入目标色温从第二色温变换系数中选出的第二变换系数，产生将输入色温变换为目标色温的色温变换系数；色温变换单元，用于按照第三色温变换系数将输入图象色温变换为输入目标色温；及显示单元，用于利用变换过的色温显示该图象。

按照本发明的彩色显示方法，包括以下步骤：检测输入图象的色温；输入目标色温；从第一变换系数中选择相对于检测的色温的第一变换系数，用于将第一预定色温变换为特定色温；从第二色温变换系数中选择相对于目标色温的第二变换系数，用于将该特定色温变换为第二预定色温；产生第三色温变换系数，用于按照所选择的第一和第二变换系数将输入色温变换为目标色温；按照第三色温变换系数将输入图象色温变换为目标色温；以及利用变换过的色温显示该图象。

按照本发明的色彩指示系统的色温计算装置及其方法，由于通过介入特定的色温，事先确定了将输入色温变换为目标色温的系数，所以可以降低所包含的硬件结构的复杂性。

                       附图说明

图1是说明常规色温变换方法的流程图；

图2是说明按照本发明的色温变换概念的图；

图3是表示基于图2的色温变换系数产生单元的方框图；

图4是表示应用于图3的色温变换系数产生方法的流程图；

图5是表示按照本发明的色温变换装置的方框图；和

图6是表示应用于图5的色温变换方法的流程图。

                    具体实施方式

现在，参照附图对本发明的优选实施例进行更详细地描述。

参照图2，按照本发明的变换色温的装置及其方法的主要目的是通过一个特定色温Tp作为中介变换预定输入色温Ti为目标色温To。在一端，获得将预定色温Ti变换为该特定色温Tp的第一系数表Mα。表Mα包含以α₁到α_i和α_i到α_n表示的第一系数，这些系数变换预定色温Ti为特定色温Tp。每个系数以3×3矩阵的形式表示。另外，还获得将特定色温Tp变换为预定色温To的第二系数表Mβ。表Mβ包含以β₁到β_o和β_o到β_m表示的第二系数，这些系数用于变换该特定色温Tp为预定色温To。每个系数以3×3矩阵的形式表示。

表Mα和Mβ可以通过利用MCC以公知的方法获得。例如，在变换6500K输入色温Ti为12000K目标色温To的情况下，色温变换装置的输入是6500K的输入色温Ti和12000K的目标色温To。变换色温的装置可以根据6500K的输入色温Ti从表Mα中选择第一变换系数α_i，并根据12000K的目标色温To从表Mβ中选择第二变换系数β_o。因此，通过将第一变换系数α_i和第二变换系数β_o相乘，获得将6500K的输入色温Ti变换为12000K的目标色温To的色温变换系数。

如上所述，如果通过介入特定色温Tp将输入色温Ti变换为目标色温To，则可使硬件结构更简单。

现在，将参照图3和图4对按照本发明的产生色温变换系数的装置及其方法进行描述。

按照本发明的产生色温变换系数的装置260包括：第一色温变换系数单元260a、第二色温变换系数单元260b和变换系数产生单元260c。第一色温变换系数单元260a具有事先定义的用于变换输入图象的色温Ti为特定色温Tp的系数。第二色温变换系数单元260b具有事先定义的用于变换特定色温Tp为目标色温To的系数。变换系数产生单元260c根据从第一色温变换系数单元260a中的系数选出的第一变换系数和从第二色温变换系数260b中的系数选出的第二变换系数，产生用于将输入色温Ti变换为目标色温To的第三色温变换系数。

按照本发明的产生色温变换系数的方法通过以下步骤实现：

首先，获得用于变换预定色温为特定色温的第一色温变换系数(S301)。然后，获得用于变换该特定色温为预定色温的第二色温变换系(S302)。输入输入图象的色温Ti(S303)。接着，输入目标色温(S304)。从第一色温变换系数中选择对应于输入图象的色温Ti的第一变换系数(S305)。从第二色温变换系数中选择对应于输入目标色温的第二变换系数(S306)。根据选择的第一和第二变换系数产生用于将输入色温变换为目标色温的第三色温变换系数(S307)。

参照图5和图6，按照本发明的彩色显示系统的色温计算装置300包括：色温检测单元250、色温变换系数产生单元260和色温变换单元270。色温检测单元250检测输入图象的色温。色温变换系数产生单元260产生用于变换检测的输入图象色温为目标色温的变换系数。色温变换系数产生单元260包括：第一色温变换系数单元260a、第二色温变换系数单元260b和变换系数产生单元260c。第一色温变换系数单元260a含有事先产生的系数[CS]，用于将预定色温变换为特定色温，该系数是以矩阵形式表示的。第二色温变换系数单元260b含有事先产生的系数[ST]，用于将特定色温变换为预定色温，并且该系数是以矩阵形式表示的。变换系数产生单元260c产生第三色温变换系数[TM]，用于按照数学表达式7基于第一和第二变换系数将输入色温变换为目标色温，该系数也是以矩阵形式表示的。

[数学表达式7]

[TM]_3×3＝[CS]_3×3[ST]_3×3

第一变换系数是基于输入图象的色温从第一色温变换系数单元260a中选出的。第二变换系数是基于输入目标色温从第二色温变换系数单元260b中选出的。

色温变换单元270利用第三色温变换系数[TM]将输入图象色温变换为目标色温。结果，获得具有变换过色温的图象。在显示装置上可以显示具有变换过色温的图象。

现在，将描述用于变换色温的方法。

首先，检测输入图象的色温(S320)。输入目标色温(S330)。利用第一色温变换系数单元260a选择对应于检测到的色温的第一变换系数(S340)。利用第二色温变换系数单元260b选择对应于输入目标色温的第二变换系数(S350)。通过将所选择的第一变换系数和第二变换系数相乘产生将输入色温变换为目标色温的第三色温变换系数(S360)。通过将第三色温变换系数与输入图象相乘，输入图象的色温被变换为目标色温(S370)。当输入图象的色温被变换为目标色温时，该目标色温变成为色温变换装置的输出图象。具有变换过色温的图象被显示在显示单元上。

按照本发明的用于变换色温的装置和方法可以被应用到通用彩色显示系统及其方法上。

按照计算彩色显示系统色温的装置和方法，由于通过特定色温作为中介将输入色温变换为目标色温的系数被预先确定，所以可以降低硬件复杂性。因此，存在着实用性和可推广性。

虽然已经对本发明的优选实施例进行了描述，但是本专业的技术人员将理解为，本发明应当不受所描述的优选实施例的限制，而在本发明的精神和范围内可以作出各种变化和修改。因此，本发明的范围将不限于所描述的优选实施例，而在由如下权利要求书所限定的本发明的精神和范围内可以作出各种变化和修改。

Claims (8)

1.一种色温变换方法，通过介入特定色温将预定输入色温变换为预定目标色温。

2.一种产生色温变换系数的装置，包括：

第一色温变换系数单元，用于存储将第一预定色温变换为特定色温的多个第一色温变换系数；

第二色温变换系数单元，用于存储将特定色温变换为第二预定色温的多个第二色温变换系数；和

变换系数产生单元，该单元产生第三色温变换系数，用于根据基于输入色温从第一色温变换系数中选出的第一变换系数，和根据基于输入目标色温从第二色温变换系数中选出的第二变换系数，产生将输入色温变换为目标色温的色温变换系数。

3.一种色温变换装置，包括：

色温检测单元，用于检测输入图象的色温；

第一色温变换系数单元，用于存储将第一预定色温变换为特定色温的多个第一色温变换系数；

第二色温变换系数单元，用于存储将该特定色温变换为第二预定色温的多个第二色温变换系数；

色温变换系数产生单元，该单元产生第三色温变换系数，用于基于第一变换系数和第二变换系数将输入色温变换为目标色温；和

色温变换单元，用于基于第三色温变换系数将输入图象的色温变换为目标色温。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述第一变换系数是基于所测得的输入色温从第一变换系数中选出的，以及第二变换系数是基于输入目标色温从第二色温变换系数中选出的。

5.一种变换色温的方法，包括以下步骤：

检测输入图象的色温；

输入目标色温；

从用于将第一预定色温变换为特定色温的一个或多个第一色温变换系数中选择相应于所测得的色温的第一变换系数；

从用于将特定色温变换为第二预定色温的一个或多个第二色温变换系数中选择相应于目标色温的第二变换系数；

产生第三色温变换系数，用于基于所选择的第一和第二变换系数将输入图象的色温变换为目标色温；

基于第三色温变换系数将输入图象的色温变换为目标色温。

6.一种彩色显示系统，包括：

色温检测单元，用于检测输入图象的色温；

第一色温变换系数单元，用于存储将第一预定色温变换为特定色温的多个第一色温变换系数；

第二色温变换系数单元，用于存储将该特定色温变换为第二预定色温的多个第二色温变换系数；

色温变换系数产生单元，用于基于第一和第二变换系数产生将输入色温变换为目标色温的第三色温变换系数；

色温变换单元，用于基于第三色温变换系数将输入图象的色温变换为输入目标色温；和

一个显示单元，用于显示变换过色温的图象。

7.如权利要求6所述的显示单元，其中，基于测得的色温从第一色温变换系数中选出第一变换系数，并且基于输入的目标色温从第二色温变换系数中选出第二变换系数。

8.一种彩色显示方法，包括以下步骤：

检测输入图象的色温；

输入目标色温；

从用于将第一预定色温变换为特定色温的一个或多个第一色温变换系数中选择一个相应于所测得的色温的第一变换系数；

从用于将该特定色温变换为第二预定色温的一个或多个第二色温变换系数中选择一个对应于该目标色温的第二变换系数；

产生第三色温变换系数，用于基于所选择的第一和第二变换系数将输入图象的色温变换为目标色温；

基于第三色温变换系数，将输入图象的色温变换为目标色温；和

利用变换的色温显示该图象。

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