CN1465174A - 图像处理装置、图像处理方法和存储媒体 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种图像处理装置，它在整体上再现与目标色彩特性接近的色彩特性，同时有效地使用图像输出装置的高亮度再现色域。本发明的图像处理装置包括色彩校正表，该表基于白色的色彩变换量(ΔLw，Δuw，Δvw)，按亮度L来提供色彩变换量，并使用该色彩校正表，以便进行所需的色彩校正。该色彩校正表随着亮度的降低而减少色彩变换量，并当亮度小于预定值Lmin时，将色彩变换量设置为近似为0。并且，进行按色彩校正表的色彩校正，使得朝一方向移动一色彩点，以便保持亮度，或者使得朝一方向移动色彩点，以便增加亮度。

Description

图像处理装置、图像处理方法和存储媒体

发明背景

1.发明领域

本发明涉及施加到图像输入信号的图像处理，以便将图像输入信号的色空间转换到图像输出装置的色空间。

2.现有技术描述

诸如扫描器、监视器、打印机以及投影机之类的设备各具有不同的再现色域。从而，在吸收再现色域中的差异的同时如何再现色彩，就成为了问题所在。

例如，当液晶投影机的色彩特性与诸如sRGB之类的色彩标准相匹配时，首先必须考虑在液晶投影机的色域内如何通过比较两者的色域来再现目标色彩特性(一种色彩匹配方法)。

发明概述

然而，由于诸如sRGB之类的色彩标准一般是根据CRT显示器的色彩特性而建立的，当比较具有略呈绿色的色彩特性的投影机的色域和sRGB的色域时，在从白至黑的灰度色调(灰度轴的方向)中存在差异。结果，当在液晶投影机的色域中高保真地再现目标色彩特性时(具有对色彩再现优先的色彩匹配)，虽然可使液晶投影机的色彩特性精确地匹配到目标色彩特性，但是由于在色彩匹配之后不使用接近白色的高亮度域，就存在输出图像变得较暗的问题。另一方面，当色彩匹配比亮度优先时，由于在转换后接近于白色的色彩仅使用液晶投影机的色彩，虽然不损失亮度，但是存在色彩匹配因此降低的问题。

设计了本发明以解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种图像处理装置、图像处理方法、程序以及存储媒体，能够整体上再现接近于目标色彩特性的色彩特性，同时有效地使用图像输出装置的高亮度再现色域。

根据本发明，一种用于通过色彩校正表进行所希望的色彩校正的图像处理装置，包括用于根据白色的色彩变换量提供与亮度对应的色彩变换量的色彩校正表。

根据本发明，色彩变换量随着亮度的降低而降低。

根据本发明，色彩变换量随着亮度的降低，根据二次函数而降低。

根据本发明，当亮度减少到小于预定值时，色彩变换量变得接近于0。

根据本发明，当白色的亮度是100是，所述预定值是小于或等于50。

根据本发明，色彩校正表进行色彩校正，使得朝一个方向移动色彩点，以便保持亮度。

根据本发明，色彩校正表进行色彩校正，使得朝一个方向移动色彩点，以便增加亮度。

根据本发明，一种用于通过使用色彩校正表进行所希望的色彩校正的图像处理方法，根据白色的色彩变换量提供与亮度对应的色彩变换量。

根据本发明，一种计算机程序指令，计算机执行指令以进行图像处理，通过使用色彩校正表进行所希望的色彩校正，所述计算机程序指令根据白色的色彩变换量提供与亮度对应的色彩变换量。

根据本发明，一种计算机可读存储媒体存储所述计算机程序。

根据本发明，一种计算机可读存储媒体存储用于根据白色的色彩变换量提供与亮度对应的色彩变换量的色彩校正表。

附图简述

图1是根据本发明的第一实施例的色彩校正表生成器的功能框图；

图2是示出本发明的色彩校正表生成器和图像处理装置的详细硬件构成的示意框图；

图3是根据本发明的第一实施例的图像处理装置的功能框图；

图4是描述图像处理装置20B的操作的流程图；

图5是描述从Lt*ut*vt*到L*u*v*的变换的图(1)；

图6是描述由第一色彩校正表生成器20A执行的色彩校正表生成处理程序的流程图；

图7是描述3维色彩校正表(3D-LUT)的输出值计算处理程序的流程图；

图8是描述从Lt*ut*vt*到L*u*v*的变换的图(2)；

图9是描述从Lt*ut*vt*至 L*u*v*的变换的图(3)；

图10是描述描述从L*u*v*到Ld*ud*vd*的变换的图。

较佳实施例的详细描述

下面的部分参考附图而描述了本发明的较佳实施例。

图1是根据本发明的第一实施例的色彩校正表生成器的功能框图，以及图3是根据本发明的第一实施例的图像处理装置的功能框图。硬件构造

图2通过一轮廓框图示出了关于这些色彩校正表发生设备和图像处理设备的具体硬件构造。

本实施例采用计算机系统作为用于实现色彩校正表生成设备和图像处理器的硬件的例子。图3以框图示出该计算机系统。该计算机系统提供有扫描器11a、数字静态照相机11b以及视频照相机11c作为图像输入设备，它们与计算机主单元12相连接。单个输入设备产生图像数据以及向计算机主单元12提供该图像数据，在所述图像数据中图像由点阵排列的像素表示，所述图像数据通过在包括R、G和B的三原色中的256级显示来表示大约0.167亿种色彩。

软磁盘驱动器13a、硬盘驱动器13b以及CD-ROM驱动器13c作为外部辅助存储装置与计算机主单元12相连接，硬盘13b存储与系统有关的基本程序，并且如果需要的话，则从软磁盘或CD-ROM读取必要的程序。调制解调器14a作为通信设备而连接，用于将计算机主单元12与外部网络等相连接，并通过经公共通信线连接至外部网络而下载软件和数据。在该例子中，虽然调制解调器14a用于通过电话线进行外部访问，但是通过LAN适配器进行对网络访问的结构也是可能的。此外，连接键盘15a和鼠标15b，用于操作计算机主单元12。

计算机主单元12提供有显示器17a和彩色打印机17b，作为图像输出设备。显示器17a提供有包括水平方向800个像素以及垂直方向600个像素的显示区域，在单个像素上显示0.167亿种色彩。该分辨率仅是例子，并且可按需要将分辨率改为640×480或1024×768。

彩色打印机17b是喷墨打印机，用包括C、M、Y和K四种颜色的彩色墨水将图像打印在作为媒介的打印纸上。按照其图像分辨率，可使用诸如360×360dpi或720×720dpi的高密度打印，并且按照其分级表示，通过选择是否选用彩色墨水，2级表示是可行的。一预定程序运行于计算机主单元12上，以通过图像输入设备获得图像，并在图像输出设备上显示或提供。操作系统(OS)12a按基本程序操作，并且显示器驱动程序(DSP DRV)12b和打印机驱动程序(PRT DRV)12c集成于操作系统12a中。驱动程序12b和12c取决于显示器17a和彩色打印机17b的模式，并根据模式加入操作系统12a中或在其中改变。还可能实现除了取决于模式的标准处理之外的特征。换句话说，可在允许的范围内实现不同的另外的处理，同时在如操作系统12a之类的标准系统上保持一公共处理系统。

运行程序的必要条件是计算机主单元12提供有CPU 12e、RAM 12f、ROM12g、I/O 12h等，并且CPU 12e按需执行写于ROM 12g之中的基本程序，同时使用RAM 12f作为暂时工作区或指定存储区或程序区，并控制通过I/O 12h连接的外部装置以及控制内部装置。

应用程序12d作为基本程序在操作系统12a上执行。应用程序12d中的处理的内容变化，并包括监控对作为操作设备的键盘15a和鼠标15b的操作，适当地控制不同的外部装置，当操作时执行相应的计算之类，并在显示器17a或彩色打印机17b上显示或提供经处理的结果。

计算机系统通过作为图像输入设备的扫描器11a来获得图像数据，用应用程序12d执行预定的图像处理，并在作为图像输出设备的显示器17a或彩色打印机17b上显示经处理的结果作为输出。

虽然在该实施例中把图像处理器实现为计算机系统，但不是总是需要这样一个计算机系统，应用图像处理器的系统可以是对相同的图像数据要求本发明的图像处理的任何其它系统。例如，可采用这样一种系统，其中根据本发明的图像处理器嵌于数字静态照相机之内，并通过在图像处理后使用图像数据的彩色打印机来执行打印。在不通过计算机系统而输入和打印图像数据的彩色打印机中，可采用这样的结构，其中对通过扫描器、数字静态照相机或调制解调器输入的图像数据进行按照本发明的图像处理，并继之以打印过程的执行。

当然，本发明还适用于处理图像数据的各种其它设备，如彩色传真设备、彩色复印机以及投影机。图像处理控制程序

根据本发明的图像处理控制程序通常以储存状态分布于诸如软磁盘或CD-ROM之类的记录媒体上，使得可由计算机12读取。由媒体读取器(如CD-ROM驱动器13c或软磁盘驱动器13a)读取程序，并安装于硬盘13b中。然后，CPU从硬盘13b读取所需的程序并执行所需的处理。根据本发明的图像处理控制程序自身还构成了本发明的一部分。色彩校正表生成器

图1中示出的色彩校正表生成器20A生成能够整体上再现接近于目标色彩特性的色彩特性，同时有效地使用图像输出装置的高亮度再现色域的色彩校正表。

在图1中，色彩校正表生成器20A提供有用于确定目标色空间和个别参数的单元20e、用于计算参考白点的单元20f、第一变换单元20g、色彩变换量计算单元20h、以及第二变换单元20i。后面将描述这些个别组成单元的详细处理。

下面的部分在参考图5至图9的同时，描述了由图1中所示的色彩校正表生成器20A执行的色彩校正表生成处理程序。在本实施例中，所述描述是针对图像处理装置是投影机的情况提供的。

在执行色彩校正表生成处理程序之前，有必要预先测量下述的投影机的色彩特性数据。

也就是，需要预先测量下列个别色彩特性数据。对于白色(Rd，Gd，Bd)的三色激励值Xwp、Ywp、Zwp＝(255，255，255)，对于红色(Rd，Gd，Bd)的三色激励值Xrp、Yrp、Zrp＝(255，0，0)，对于绿色(Rd，Gd，Bd)的三色激励值Xgp、Ygp、Zgp＝(0，255、0)，对于蓝色(Rd，Gd，Bd)的三色激励值Xbp、Ybp、Zbp＝(0，0，255)，以及对于黑色(Rd，Gd，Bd)的三色激励值Xkp、Ykp、Zkp＝(0，0，0)，使用下面的公式(1)，相对于白色(Ywd)的亮度来标准化这些个别测量数据，并且减去在黑色上的偏移。[公式1]虽然该公式示出对于白色的数据，但是对R、G和B进行相同的变换。对于黑色，(Xkd，Ykd，Zkd)＝(0，0，0)。

图6是描述由第一色彩校正表生成器20A执行的色彩校正表生成处理程序的流程图。

用于确定目标色空间和个别参数的处理(S20)

如图6所示，第一色彩校正表生成器20A的用于确定目标色空间和个别参数的单元20e首先确定目标色空间和变换矩阵中的个别参数(S20)。

在本实施例中，把目标色空间假设为sRGB。在该情况下，根据sRGB的定义，在目标色空间中的个别色度坐标为：白色(R，G，B)＝(255，255，255)的色度坐标为xwt＝0.313，ywt＝0.329，红色(R，G，B)＝(255，0，0)的色度坐标为xrt＝0.640，yrt＝0.330，绿色(R，G，B)＝(0，255，0)的色度坐标为xgt＝0.300，ygt＝0.600，蓝色(R，G，B)＝(0，0，255)的色度坐标为xbt＝0.150，ybt＝0.060。

然后，用于确定目标色空间和个别参数的单元20e计算矩阵Mt，该矩阵把RtGtBt转换到XtYtZt(S20)。该变换也是基于sRGB的定义，并且Mt是示于公式(2)中的矩阵。[公式2] $M_t=\left[\begin{array}{ccc}0.4124& 0.3576& 0.1805\\ 0.2126& 0.7152& 0.0722\\ 0.0193& 0.1192& 0.9505\end{array}\right]---\left(2\right)$

然后，用于确定目标色空间和个别参数的单元20e计算将RdGdBd变换到XdYdZd的矩阵Md(S20)。该变换是基于投影机的色彩特性，并且Md是公式(3)中示出的矩阵。[公式3] $M_d=\left[\begin{array}{ccc}{x}_{\mathrm{rd}}& x_{\mathrm{gd}}& x_{\mathrm{bd}}\\ y_{\mathrm{rd}}& y_{\mathrm{gd}}& y_{\mathrm{bd}}\\ z_{\mathrm{rd}}& z_{\mathrm{gd}}& z_{\mathrm{bd}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{S}_{\mathrm{rd}}& 0& 0\\ 0& S_{\mathrm{gd}}& 0\\ 0& 0& S_{\mathrm{bd}}\end{array}\right]---\left(3\right)$ $\left[\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{rd}}\\ S_{\mathrm{gd}}\\ S_{\mathrm{bc}}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{x}_{\mathrm{rd}}& x_{\mathrm{gd}}& x_{\mathrm{bd}}\\ y_{\mathrm{rd}}& y_{\mathrm{gd}}& y_{\mathrm{bd}}\\ z_{\mathrm{rd}}& z_{\mathrm{gd}}& z_{\mathrm{bd}}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{wd}}\\ Y_{\mathrm{wd}}\\ Z_{\mathrm{wd}}\end{array}\right]$

用于计算参考白点的处(S22)

用于计算参考白点的单元20f计算一参考白点，使得当把目标色空间和投影机的色彩在CIE LUV空间彼此相关联时，基本上保持亮度L*(S22)。从而，选择参考白点，使得当以CIE LUV空间标识投影机的再现色域时，参考白点的亮度近似等于投影机的白色的亮度，并且其色度与目标色温近似相同。通过下面的公式(4)获得由本实施例的色彩校正表生成器20A生成的参考白点X₀、Y₀和Z₀：[公式4]

用于计算三维色彩校正表的输出值的处理(S24)

然后，色彩校正表生成器20A中的第一变换单元20g、色彩变换量计算单元20h以及第二变换单元20i对三维色彩校正表(3D-LUT)计算对应于个别输入值RtGtBt的输出值RdGdBd(S24)。参考图7，较详细地描述了对三维色彩校正表(3D-LUT)的输出值计算处理。在图7中，S30和S32中的处理由第一变换单元20g进行，S34和S36中的处理由色彩变换量计算单元20h进行，以及S38和S40中的处理由第二变换单元20i进行。

首先，第一变换单元20g使用下面的公式(5)、公式(6)以及公式(2)，来将RtGtBt变换到XtYtZt(S30)。[公式5]

$\left[\begin{array}{c}{X}_d\\ Y_d\\ Z_d\end{array}\right]=M_t\left[\begin{array}{c}{r}_d\\ g_d\\ b_d\end{array}\right]---\left(6\right)$ 此变换是基于sRGB的定义。

然后，第一变换单元20g使用下面的公式(7)从XtYtZt变换到Lt*ut*vt*(S32)。[公式7]

接着，色彩变换量计算单元20h从Lt*ut*vt*变换到L*u*v*，以便生成色彩校正表，该色彩校正表当亮度低时将目标色彩特性匹配到液晶投影机的色彩特性，并提供当亮度增加时液晶投影机提供的白色(S34)。图5和图8示出了描述从Lt*ut*vt*到L*u*v*的变换的图。在下文中，从Lt*ut*vt*到L*u*v*的变换之前和之后被分别称为“变换前”和“变换后”。

如图5所示，在亮度L小于Lmin的色域中，把色彩变换量(ΔL，Δu，Δv)从变化前到变换后设置为0，以便将目标色彩特性匹配到液晶投影机的色彩特性。另一方面，在亮度L大于亮度Lmin的色域中，从变换前到变换后，色彩变换量(ΔL，Δu，Δv)随着亮度的增加而逐渐增加。当液晶投影机的白色的亮度是100时，最好是0≤Lmin≤50。

如此，可生成能够在整体上再现与目标色彩特性接近的色彩特性的色彩校正表，同时有效地使用作为图像输出装置的投影机的高亮度再现色域。

从变换前到变换后的色彩变换量(ΔL，Δu，Δv)由下式表示：[公式8] $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔL}\\ \mathrm{\Δu}\\ \mathrm{\Δv}\end{array}\right]=F\left(L\right)\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔL}}_w\\ {\mathrm{\Δu}}_w\\ {\mathrm{\Δv}}_w\end{array}\right]---\left(8\right)$ 其中(ΔLw，Δuw，Δvw)是白色的色彩变换量，并且由下式获得：

ΔL＝Lwd-Lwt

Δu＝uwd-uwt

Δv＝vwd-vwt

(Lwd，uwd，vwd)和(Lwt，uwt，vwt)是分别在投影机和目标色空间中的白色点处的(Ld，ud，vd)和(Lt，ut，vt)的值。如此，用公式(8)，根据亮度从白色的色彩变换量(ΔLw，Δuw，Δvw)获得另一颜色的色彩变换量(ΔL，Δu，Δv)。

在本发明中，公式(8)中的函数定义为：[公式9]

函数F(L)不限于公式(9)，并可以是穿过如图8所示的点(Lmin，0)和点(100，1)的任意函数(如二次函数)。

虽然移动了全部色彩点，使得如图5所示使亮度得到均衡补偿，但是可朝一个方向移动变换的色彩点，用于增加亮度，如图9所示。如此，对一应用选择性地使用这两种情况。

如上所述，由于对全部色彩的变换量是基于当Lt*ut*vt*变化到L*u*v*时白色的变换量(ΔLw*，Δuw*，Δvw*)而确定的，因此从除了白色之外的一个颜色变换并具有特别高的色度的颜色可被移出液晶投影机的色域。如果是这种情况，则色彩变换量计算单元进一步从L*u*v*变换到Ld*ud*vd*。如图10所示，该变换向变换后存在于液晶投影机的色域之外的颜色指定该投影机能够表现出的一相对较接近的颜色(如具有相同色调并处于该坐标系统中的颜色)。

第二变换单元20i使用：[公式13]从Ld*ud*vd*变换到XdYdZd(S38)。Xn、Yn、Zn的值是由公式(4)获得的参考白点(X₀，Y₀，Z₀)的值。

最后，第二变换单元20i根据投影机的色彩特性，把XdYdZd变换到RdGdBd(S40)。对于该变换，使用下面的公式(14)和(15)。[公式14] $\left[\begin{array}{c}{r}_d\\ g_d\\ b_d\end{array}\right]=M_d^{-1}\left[\begin{array}{c}{X}_d\\ Y_d\\ Z_d\end{array}\right]---\left(4\right)$ [公式15]

在公式(14)中，M_d ^-1是公式(3)中所示的矩阵Md的逆矩阵。作为该计算的结果，当Rd、Gd、Bd＜0时，把Rd、Gd和Bd设置为0，以及当Rd、Gd、Bd＞255时，把Rd、Gd和Bd设置为255。所获得的Rd、Gd、Bd是三维色彩校正表的最终数据。

然后，过程返回到图6的S26，根据该三维色彩校正表的这些最终数据生成所述三维色彩校正表，并且把该生成的三维色彩校正表存储于色彩校正LUT存储单元20b(S28)。

如上所述，可生成能够在整体上再现与目标色彩特性接近的色彩特性的色彩校正表，同时有效地使用作为图像输出装置的投影机的高亮度再现色域。

在图3中，图像处理设备20B对RGB图像输入数据执行所需的图像处理，并向图像输出设备30输出经图像处理的图像数据。这里，该图像数据是：如果以预定比例混合的话，一彩色图像被分割成预定的色彩分量，并且各分量具有某个适当的强度，并且该数据具有彩色颜色或诸如灰色和黑色之类的非彩色颜色。将在诸如显示器之类的图像输出设备30根据RGB数据而再现色彩的情况下来阐述本实施例。

图像处理器20B提供有色彩校正LUT存储部分20b和色彩校正器20a，该色彩校正LUT存储部分20b至少存储已由色彩校正表生成器20A生成的色彩校正表，以及该色彩校正器20a从色彩校正LUT存储部分20b读取由色彩校正LUT选择器20c选择的色彩校正表(LUT)，并参照所读取的色彩校正LUT而把RGB数据变换成R’G’B’数据。

接着，参考图4，在下文中阐述图像处理设备20B的操作。

如图4所示，如果由用户指示图像输出的开始(步骤70)，并且如果选择了三维色彩校正LUT(步骤72，“是”)，则从色彩校正LUT存储单元20b读取选定的三维色彩校正LUT，并将其写入RAM(步骤74)。把该三维色彩校正LUT结合于色彩校正部分20a中(步骤76)，通过参照该三维色彩校正LUT而使用内插计算，来执行图像处理，并且执行图像输出处理(步骤78)。

虽然该实施例构造成在步骤72中可根据用户希望的使用来使用色彩校正LUT选择器20i，来选择所需的LUT。

用按照本实施例的图像处理装置，进行色彩校正，使得在整体上再现与目标色彩特性接近的色彩特性，同时有效地使用作为图像输出装置的投影机的高亮度再现色域。

Claims (11)

1.一种用于通过使用色彩校正表进行所需的色彩校正的图像处理装置，其特征在于包括色彩校正表，用于基于白色的色彩变换量，按亮度提供色彩变换量。

2.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于所述色彩变换量随亮度降低而减少。

3.如权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于所述色彩变换量根据二次函数，随亮度的降低而减少。

4.如权利要求1-3任一项所述的图像处理装置，其特征在于当所述亮度降低至小于预定值时，所述色彩变换量变得近似为0。

5.如权利要求4所述的图像处理装置，其特征在于当白色的亮度是100时，所述预定值是小于或等于50。

6.如权利要求1-5任一项所述的图像处理装置，其特征在于进行按色彩校正表的色彩校正，使得朝一方向移动色彩点，以便保持亮度。

7.如权利要求1-5任一项所述的图像处理装置，其特征在于进行按色彩校正表的色彩校正，使得朝一方向移动色彩点，以便增加亮度。

8.一种图像处理方法，其特征在于通过使用色彩校正表进行所需的色彩校正，所述色彩校正表用于基于白色的色彩变换量，按亮度来提供色彩变换量。

9.一种由计算机执行来执行图像处理的计算机程序指令，其特征在于执行该指令以通过使用色彩校正表进行所需的色彩校正，所述色彩校正表用于基于白色的色彩变换量，按亮度来提供色彩变换量。

10.一种存储有由计算机执行来进行图像处理的计算机程序指令的计算机可读媒体，其特征在于执行该存储媒体上的该指令来通过使用色彩校正表进行所需的色彩校正，所述色彩校正表用于基于白色的色彩变换量，按亮度来提供色彩变换量。

11.一种计算机可读媒体，其特征在于它存储有色彩校正表，用于基于白色的色彩变换量，按亮度来提供色彩变换量。

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