CN1620150A - 用于控制彩色图像的色彩的设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种逐像素地控制输入彩色图像的色彩的设备和方法。所述设备包括：色彩空间转换单元，其获得第一色彩空间中给定像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值，以及利用获得的饱和度分量的边界值将第一色彩空间转换成第二色彩空间，在所述第二色彩空间中，独立地控制饱和度分量和色调分量；色彩分量控制单元，根据第二色彩空间中的预定控制变量来控制给定像素的色彩分量；以及色彩空间逆转换单元，利用饱和度分量的边界值将第二色彩空间逆转换成第一色彩空间，并输出其色彩分量已经被色彩分量控制单元控制的像素的彩色信号。

Description

用于控制彩色图像的色彩的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制彩色图像的色彩的设备和方法，更具体地说，涉及一种根据每个像素的亮度或色调控制饱和度并根据像素的亮度控制色调的设备和方法。

背景技术

通常，当相同彩色图像的色彩由不同的图像显示器表现时，由于显示器的光谱特性的不同而导致输出色彩彼此不同。即使，当相同的色彩由同种图像显示器表现时，输出色彩也可能不同。由于相同的色彩应该由不同显示器以及同种显示器根据亮度或色调而被完全相同的表现，所以需要进行细致的色彩控制以实现色匹配。这种色彩控制去除了不同显示器之间或者同种显示器之间所造成的色差，并且随着对于当前色彩的兴趣的增加，色彩控制满足了用户对于选择性的色彩控制的要求，以便他们可以将由显示器表现的特定色彩转换成较合意的色彩。

传统的控制彩色成像系统中彩色图像的色彩的方法被公开于美国专利No.4,525,736、美国专利No.6,057,931、美国专利No.6,122,012、美国专利No.6,476,877等之中。美国专利No.4,525,736公开了一种选择性色彩改变，其将彩色图像的红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B)信号转换成亮度(Y)、同相(I)、和正交(Q)信号，在转换的信号的YIQ三维色彩空间或二维图像中选择一在其内发生色彩改变的色域(color gamut)，并且只有当发现三个彩色信号同时位于选择的色域内时将修改量MY、MI、和MQ加到信号中。然而，因为将要控制的色彩很难被选择并且存在色彩空间中选择的色域和未选择的色域之间不连续的可能，所述方法具有问题。

美国专利No.6,057,931公开了一种用于控制彩色打印机中彩色图像再现的方法和设备。所述方法在色调-饱和度-亮度(HSL)色彩空间中调节HSL限幅范围(slice range)，在该范围内将要手动或自动控制的色彩衰减，并且所述方法利用传递曲线(transfer curve)控制一组HSL限幅内的各个色彩分量。这里，至多可以设置7个HSL限幅以控制色彩。然而，由于HSL色彩空间的每个色彩分量不是独立的而是在某种程度上相关的，所以很难仅控制一个期望的色彩分量。特别地，由于传递曲线，根据亮度或色调不能实现色彩控制。

美国专利No.6,122,012公开了一种数字视频图像的选择性色彩控制的方法，其中通过定义一组查询表并且通过在查询表中执行线性内插来控制特定色彩的饱和度和亮度，每一个查询表是显示六种色彩(即，红(R)、绿(G)、蓝(B)、青(C)、洋红(M)和黄(Y))的饱和度分量以及饱和度分量的动态范围的函数。然而，这种方法具有缺点，因为显示器系统应该具有容量足够大以便存储大的查询表的存储器，并且应该保留查询表以用于未来参考。因此，所述方法在控制色彩方面具有限制。此外，虽然该方法可以根据色调控制色彩，但它不能根据亮度控制色彩。

美国专利No.6,476,877公开了一种色彩校正设备、色彩校正控制器、和色彩校正系统。通过利用给定的RGB彩色信号将色彩空间转换到其中H、S和L被表示的色彩空间，并且通过对转换的色彩空间中从不同显示器获得的两个色彩之间执行校正，来执行色彩校正。这里，色彩空间被划分成6个域，并确定两个色彩是否位于相同域内。如果确定两个色彩位于相同的域内，则根据域内两个色彩的校正过程执行色彩校正。如果确定两个色彩位于不同的域，则不同的域被结合成单个域，以便两个色彩可以位于单个域内。此后，重复上述校正过程。为了匹配单个域内具有不同色调和饱和度的两个色彩，域内由点标记的其它色彩也与两个色彩的色调和饱和度分量的变化成比例地被调节。然而，这种方法具有缺点，因为将要控制的色域已经被确定，色彩控制期间色彩空间的均匀性可能剧烈地降低。此外，由于该方法不考虑亮度，故不能根据亮度控制色彩。

同时，图1举例说明了原始YCbCr色彩空间，其中分布有可在RGB色彩空间结合的所有色彩。在YCbCr色彩空间中，Y表示色彩的亮度分量，Cb和Cr表示饱和度分量。尽管亮度分量和饱和度分量被分别地示于YCbCr色彩空间中，但是饱和度分量根据亮度和色调不是常数。因此，当根据控制函数控制各个色彩分量时，受控的分量可以超出允许表示色彩的范围。换言之，YCbCr色彩空间中的各个色彩分量彼此不独立并相互具有特定关系。因此，如果不考虑相互关系来控制色彩，则可能不能表示色彩。

图2是举例说明在原始YCbCr色彩空间中示范性的色彩控制的图。如果色彩C和A的饱和度分量(其由点标记)不考虑亮度而相等地增加，则色彩A移到点B，色彩C移到点D。由于修改后的较暗色彩D位于色域内，它可以由显示器表现。然而，修改后的较亮色彩B位于色域之外，因此不能由显示器表现。为了通过显示器表现色彩B，应该实施诸如剪裁的附加处理。此外，由于作为YCbCr色彩空间中的色彩分量的亮度分量和饱和度分量彼此影响，所以在色彩控制期间需要考虑它们的关系。

另一方面，人们可以察觉亮度分量和饱和度分量之间的差。因此，当处理图像的色彩时利用亮度分量和饱和度分量来表示彩色信号在许多方面是有利的。然而，在基于所述想法的色调-饱和度-值(HSV)色彩空间或色调-饱和度-强度(HIS)色彩空间中，各个色彩分量不是独立的。因此，不容易控制色彩分量。

发明内容

本发明提供了一种将彩色图像所属的原始色彩空间扩展并转换成修改的色彩空间的方法，在该修改的色彩空间中各个色彩分量是独立的。

本发明还提供一种用于通过将彩色图像所属的原始色彩空间转换成其中各个色彩分量是独立的、修改的色彩空间来控制色彩的设备和方法，以便用户可以不改变其他色彩分量而修改彩色图像中所希望的色彩分量。

根据本发明的一方面，提供一种转换色彩空间的方法，所述方法包括：将给定像素的彩色信号分离成亮度分量和饱和度分量；利用分离的亮度分量和饱和度分量，获得第一色彩空间中所述像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值；以及利用获得的饱和度分量的边界值将第一色彩空间转换成第二色彩空间。

根据本发明的另一方面，提供一种逐像素地控制输入彩色图像的色彩分量的设备，该设备包括：色彩空间转换单元，其在原始YCbCr色彩空间获得给定像素的彩色信号所属色域的饱和度分量边界值，并且利用获得的饱和度分量边界值将原始YCbCr色彩空间转换成其中饱和度分量和色调分量被独立地控制的修改的YCbCr色彩空间；色彩分量控制单元，其在修改的YCbCr色彩空间中根据预定控制变量来控制给定像素的色彩分量；以及色彩空间逆转换单元，其利用饱和度分量边界值将修改的YCbCr色彩空间逆转换成原始YCbCr色彩空间，并输出其色彩分量已经被色彩分量控制单元控制的所述像素的彩色信号。

根据本发明的另一方面，提供一种逐像素地控制输入彩色图像的色彩分量的方法，所述方法包括：获得原始YCbCr色彩空间中给定像素的彩色信号所属色域的饱和度分量边界值，并利用获得的饱和度分量边界值将原始YCbCr色彩空间转换成其中饱和度分量和色调分量被独立地控制的、修改的YCbCr色彩空间；根据修改的YCbCr色彩空间中的预定控制变量来控制给定像素的色彩分量；和利用饱和度分量边界值将修改的YCbCr色彩空间逆转换成原始YCbCr色彩空间，并输出其色彩分量已经被控制的给定像素的彩色信号。

转换色彩空间的方法以及控制彩色图像的色彩的方法可以通过计算机可读记录介质上的程序来执行。

附图说明

通过结合附图对本发明的示范实施例进行详细描述，本发明的上述和其他特性和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是说明原始YCbCr色彩空间的图；

图2是说明原始YCbCr色彩空间中示范性色彩控制的图；

图3是说明根据本发明的第一方面的优选实施例控制彩色图像的色彩的方法流程图；

图4是说明根据本发明的第二方面的优选实施例控制彩色图像的色彩的设备方框图；

图5是说明图3的方法中提取边界值操作的详细流程图；

图6是说明图4的设备的边界值提取部分的详细方框图；

图7是说明原始YCbCr色彩空间中第一至第六色域的图；

图8是说明利用预定色域中包括的第一和第二基色的三维坐标，获得边界值的过程的图；

图9是说明根据本发明的修改的YCbCr色彩空间的图；

图10是说明由图4的色彩控制部分执行的控制饱和度的操作的图；

图11是说明基于图10的操作，根据亮度控制饱和度的操作的图；

图12是说明基于图10的操作，根据色调控制饱和度的操作的图；

图13是说明由图4的色彩控制部分执行的控制色调的操作的图；

图14是说明基于图13的操作，根据亮度控制色调的操作的图。

具体实施方式

通过借助附图在下文中将更为详尽地描述本发明，在附图中给出了本发明的优选实施例。

图3是说明根据本发明第一方面的优选实施例控制彩色图像的色彩的方法流程图。所述方法包括色彩空间转换操作320至350，色彩控制操作310至360，以及色彩空间逆转换操作370至380。

图4是说明根据本发明第二方面的优选实施例控制彩色图像的色彩的设备方框图。所述设备包括：图像转换部分410、边界值提取部分420、色彩空间转换部分430、控制变量存储部分440、控制对象判断部分450、色彩控制部分460、以及色彩空间逆转换部分470。将参照图3所述的流程图解释图4的设备的操作。这里，逐像素地执行色彩控制。

参考图3和4，在操作320中，图像转换部分410接收彩色图像。如果输入图像的彩色信号是红-绿-蓝(RGB)信号，则图像转换部分410将RGB信号转换成YCbCr信号，其中Y表示色彩的亮度分量，Cb和Cr表示饱和度分量。另一方面，如果输入图像的彩色信号是YCbCr信号，图像转换部分410将YCbCr信号传给边界值提取部分420而不对该YCbCr信号进行处理。根据ITU.BT-709标准，通过如公式1定义的矩阵计算将RGB信号转换成YCbCr信号。在操作330中，输入图像的彩色信号被分离成亮度分量Y和饱和度分量Cr和Cb。

公式1

$\left[\begin{array}{c}Y\\ \mathrm{Cb}\\ \mathrm{Cr}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.2215& 0.7154& 0.0721\\ -0.1145& -0.3855& 0.5\\ 0.5016& -0.4556& -0.0459\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

在操作340中，边界值提取部分420利用图像转换部分410提供的给定像素的亮度分量Y和饱和度分量Cr和Cb来提取原始YCbCr色彩空间中给定像素所属色域的饱和度分量的边界值(Cb_{max_y}，Cr_{max_y})。在给定像素的当前亮度和色调被保持在原始YCbCr色彩空间中的时候，饱和度分量的最大值可以从提取的边界值获得。下文将参考图5和6解释边界值提取部分420。

色彩空间转换部分430利用边界值提取部分420提取的饱和度分量的边界值来规一化饱和度分量。因此，其中饱和度分量根据每个色彩的色调和亮度而变化的原始YCbCr色彩空间被转换成修改后的YCbCr色彩空间，在该修改后的YCbCr色彩空间中饱和度分量根据所有亮度和色调是恒定的。更具体地，利用给定像素所属色域的饱和度分量的边界值和给定像素的饱和度分量Cr和Cb之间的比率将原始YCbCr色彩空间转换成修改后的YCbCr色彩空间。修改后的YCbCr色彩空间中与给定像素的饱和度分量Cr和Cb相对应的饱和度分量Cr’和Cb’可以利用给定像素所属色域的边界值(Cb_{max_y}，Cr_{max_y})按照公式2来获得。

公式2

Cb′＝Cb/Cb_{max_y}

Cr′＝Cr/Cr_{max_y}

在图9中说明了由色彩空间转换部分430获得的修改后的YCbCr色彩空间。参考图9，在修改后的YCbCr色彩空间中，高度表示亮度分量Y，离中心轴径向距离表示饱和度分量S，以及离基准轴(即Cr轴)的角坐标表示色调分量H。根据公式3可以将给定像素的色彩分量表示为修改的YCbCr色彩空间中的值。

公式3

Y＝Y

$S=\sqrt{C{b}^{\′2}+C{r}^{\′2}}$

$H=\arctan \left(\frac{C{b}^{\′}}{C{r}^{\′}}\right)$

如图9所示，由于修改后的YCbCr色彩空间具有圆柱形，其中像素的饱和度值关于所有亮度和色调被规一化为1，给定像素的饱和度分量S可以与色调分量H和亮度分量Y无关地被控制，并且色调分量H可以与亮度分量Y无关地被控制。

控制变量存储部分440存储由制造商或用户设定的色彩控制变量。色彩控制变量包括控制饱和度分量的饱和度控制变量和控制色调分量的色调控制变量。饱和度控制变量包括：第一变量C1，其指定其中没有关于所有亮度执行饱和度控制的低饱和度防护区(LSPR low saturation protection region)；以及第二变量C2，其代表在除了LSPR之外的区域中控制饱和度分量的程度。此外，当所有亮度值被分成多个预定部分时，饱和度控制变量可以包括代表在每部分中控制饱和度分量的程度的变量。此外，饱和度控制变量包括多个变量，该多个变量指定其饱和度分量S将根据所有亮度被控制的目标色调、包括目标色调的预定色调控制区域、以及防止色调控制区域和其他剩余区域之间的不连续性的缓冲区域。另一方面，色调控制变量包括多个确定色调控制区域的变量，在所述色调控制区域内根据所有亮度控制色调分量。此外，当所有亮度值被分成多个预定部分时，色调控制变量包括多个变量，所述多个变量确定其内在每个部分控制色调分量的色调控制区域、色调控制区域内的目标色调和合成色调。随后将参考图10至14解释色调控制变量。

控制对象判断部分450判断在修改的YCbCr色彩空间中获得的给定像素的色彩分量Y、S、和H是否将要关于饱和度控制变量或色调控制变量来控制，所述饱和度控制变量和色调控制变量存储在控制变量存储部分440中。

色彩控制部分460在修改后的YCbCr色彩空间中利用控制变量存储部分内存储的色彩控制变量来控制所述像素的色彩分量，所述控制对象判断部分判断所述像素的色彩分量将要被控制。这里，逐像素地控制色彩，更具体地，可以根据每个像素的亮度或色调来控制饱和度，或者可以根据每个像素的亮度来控制色调。随后将参照图10至14解释饱和度控制和色调控制。

色彩间逆转换部分470利用边界值提取部分420所提取的饱和度分量的边界值将修改后的YCbCr色彩空间逆转换成原始YCbCr色彩空间，并获得和输出已经在原始YCbCr色彩空间中被控制的图像的色彩分量。通过逆执行由色彩空间转换部分430进行的规一化处理来执行色彩空间逆转换处理。进一步详细地，在计算了饱和度分量的边界值(Cb_{_max}，Cr_{_max})之后，给定像素的饱和度分量(Cb，Cr)被边界值除，即，执行Cb/Cb_{_max}和Cr/Cr_{_max}，以便进行规一化处理并形成修改后的YCbCr色彩空间。同时，当假定Cb’＝Cb/Cb_{_max}并且Cr’＝Cr/Cr_{_max}，如果输入饱和度分量被给定函数转换成输出饱和度分量，那么(Cb’，Cr’)被转换成(Cb”，Cr”)，以控制饱和度分量。值(Cb”，Cr”)乘以边界值，即，执行Cb”×Cb_{_max}和Cr”×Cr_{_max}。因此，在修改后的YCbCr色彩空间中的Cr和Cb值被转换成原始YCbCr色彩空间中的Cr和Cb值。总之，色彩空间转换处理通过边界值的除法而执行，色彩空间逆转换处理通过边界值的乘法而执行。

图5是说明图3的方法中提取边界值的操作的详细流程图。边界值提取操作包括色域检测操作510和520，以及边界值获得操作530至570。

图6是说明边界值提取部分420的详细方框图。边界值提取部分420包括：存储部分600、域检测部分610、第一三维直线计算部分620、交点计算部分630、第二三维直线计算部分640、以及边界值获得部分650。将参照图5的流程图来解释图6中所示边界值提取部分420的操作。

参考图5和6，存储部分600存储包括在通过划分原始YCbCr色彩空间形成的各个色域中的第一和第二基色P1和P2的三维坐标(Y，Cb，Cr)。参考图7，当从上面观看图1中所示的原始YCbCr色彩空间时，原始色彩空间具有带有六基色——即，表示六个色域的红色、洋红、蓝色、青色、绿色和黄色——的顶点的六边形。六边形包括第一至第六色域710至760。各个色域具有第一和第二基色P1和P2。例如，第一色域710具有黄色作为第一基色P1以及红色作为第二基色P2。当三维坐标的比特分辨率是8比特时，必须的存储容量是8比特×3×6，总共是18比特。

在操作510中，给定像素的彩色信号(Y，Cb，Cr)被输入到域检测部分610。在操作520，域检测部分610检测给定像素的彩色信号所属的色域。这里，利用给定像素的饱和度分量Cr和Cb来搜索给定像素所属的色域。根据公式4，利用第一基色P1的饱和度分量Cr_p1和Cb_p1和第二基色P2的饱和度分量Cr_p2和Cb_p2判断彩色信号属于第一至第六色域710至760中的哪个。从自存储部分600读取的第一和第二基色P1和P2的三维坐标获得第一和第二基色P1和P2的饱和度分量。

公式4

$\tan \frac{C{r}_{P1}}{C{b}_{P1}}<\tan \frac{\mathrm{Cr}}{\mathrm{Cb}}<\tan \frac{C{r}_{P2}}{C{b}_{P2}}$

即，包括第一和第二基色P1和P2的色域——其中给定像素的饱和度分量，即Cr和Cb之比的正切值满足公式4——被判断为给定像素的彩色信号所属的色域。

在操作530，第一三维直线计算部分620选择由域检测部分610判断的、包括在色域中的第一和第二基色P1和P2，并获得连接已选择的第一和第二基色P1和P2的第一三维直线810。

在操作540，交点计算部分630获得由第一直线计算部分620获得的第一三维直线810以及具有与给定像素相同色调的平面之间的第一交点P_C1。进一步详细地，如果原始YCbCr色彩空间被转换成修改后的YCbCr色彩空间，则实现图9中所示的圆柱色彩空间。这里，圆柱色彩空间的高度表示亮度，距圆柱色彩空间的中心线的径向距离表示饱和度。当从上面观看圆柱色彩空间时，显示一圆周。从圆周的中心向外引出的线段具有恒定的Cr/Cb比率，即，斜率。线段上的点具有相同的色调。例如，具有Cr＝0.2和Cb＝0.4的点和具有Cr＝0.3和Cb＝0.6的点因为Cr/Cb＝0.5而具有相同的色调。由于色调是独立于亮度的，所以值Y可以是任意值。当从上面观看圆柱色彩空间时获得的圆周中的直线成为了圆柱色彩空间中的平面。因此，与给定像素具有相同Cr/Cb比率的平面是具有与给定像素具有相同色调的像素所在的平面。

第二三维直线计算部分640获得第二三维线820和830，它们将由交点计算部分630获得的第一交点P_C1分别连接到起始点，即(Y_black，0，0)和(Y_white，0，0)。

在操作560，边界值获得部分650获得第二三维直线(例如，820)上具有与给定像素Pi相同亮度的第二交点P_C2，所述第二三维直线是由第二三维直线计算部分640获得的。在操作570，边界值获得部分650从第二交点P_C2的三维坐标输出给定像素所属色域的饱和度分量的边界值(Cb_{max_y}，Cr_{max_y})。

更为详细地参考图8，利用域检测部分610所检测的色域中所包括的第一和第二基色P1和P2的三维数据坐标(Y，Cb，Cr)来获得连接第一和第二基色P1和P2的三维数据坐标(Y，Cb，Cr)的第一三维直线810。接着，第一三维直线810和具有与给定像素相同色调的平面之间的交点P_C1被获得，并且获得交点P_C1的三维数据(Y_max，Cb_max，Cr_max)。特别地，具有相同色调的平面具有三角形，因此，即使相同的红色，饱和度值根据亮度变化。例如，当色彩白色的亮度值是1时，如果具有亮度值0.5的红色具有最大饱和度值0.8，则具有亮度值0.4的红色能够具有最大饱和度值0.9。即，Y_max表示饱和度最高时的亮度值。参考图8，点P_C1表示根据色调的最高饱和度，因此点PC1的亮度成为Y_max。接着，利用给定像素Pi的亮度分量Y和由三点(0，0，0)、(Y_white，0，0)和(Y_max，Cb_max，Cr_max)形成的三角形内的交点P_C1的亮度分量Y_max之间的比例关系来获得给定像素所属色域的饱和度分量的边界值(Cb_{max_y}，Cr_{max_y})，所述三点都位于具有与给定像素相同色调的平面上。这里，比例关系表示为公式5。

公式5

Y∶Y_max＝Cb_{max_y}∶Cb_max

Y∶Y_max＝Cr_{max_y}∶Cr_max

图10是说明由图4中色彩控制部分460执行的、关于信号亮度控制饱和度的操作的图。

参考图10，X轴，即S_in轴，表示给定输入图像中每个像素的规一化饱和度，以及y轴，即S_out轴，表示控制图像中每个像素的规一化饱和度。多个变量用于控制饱和度。在它们中，第一变量C1指定防止在低饱和度区域中的饱和度改变的LSPR，以及第二变量C2表示控制除了LSPR之外的区域的饱和度分量的程度。这里，第一变量C1具有范围从0到1的值。如果第一变量C1具有值0，则它意味着将要保护的低饱和度区域不存在。因此，所有像素的饱和度根据第二变量C2被控制。相反，如果第一变量C1具有值1，则判断所有区域都是LSPR。因此，所有像素的饱和度都不被控制。第二变量C2用于控制给定像素的饱和度，并且具有范围从-1到1的值。如果第二变量C2具有值-1，则不属于LSPR的像素的饱和度成为LSPR的上限饱和度。如果第二变量C2具有值1，则不属于LSPR的像素的饱和度具有值1。另一方面，当第二变量C2具有范围从-1到1的值时，如图10所示，由S_in轴和S_out轴形成的空间被分成两个区域，获得两个区域的斜率，并且输出利用斜率控制的饱和度分量S_out。如果第二变量C2具有值0，则给定像素的饱和度分量不被控制而是按原样输出。参考图10描述的饱和度控制操作是示范性的，因此可以进行各种改变。

如图10控制饱和度的操作被表示为公式6。

公式6

如果S_in≤LSPR

    S_out＝S_in

否则如果

$\mathrm{LSPR}<S_{\mathrm{in}}\&le;\frac{1+\mathrm{LSPR}}{4}(2+\mathrm{SC})$

$S_{\mathrm{out}}=\frac{2+6\mathrm{LSPR}+\mathrm{SC}(1+\mathrm{LSPR})}{2+6\mathrm{LSPR}-\mathrm{SC}(1+\mathrm{LSPR})}(S_{\mathrm{in}}-\mathrm{LSPR})+\mathrm{LSPR}$

否则如果 $\frac{1+\mathrm{LSPR}}{4}(2+\mathrm{SC})<S_{\mathrm{in}}\&le;1$

$S_{\mathrm{out}}=\frac{2+\mathrm{SC}}{2-\mathrm{SC}}(S_{\mathrm{in}}-1)+1$

参考图6，在修改后的YCbCr色彩空间中由公式3获得的给定像素的饱和度分量S_in与指定LSPR的第一变量进行比较。如果给定像素的饱和度分量S_in等于或小于指定LSPR的第一变量，则控制的饱和度分量S_out等于给定像素的饱和度分量S_in。因此，关于给定像素的饱和度分量S_in的饱和度控制未被执行。然而，如果给定像素的饱和度分量S_in大于指定LSPR的第一变量，则空间被划分成两个区域，基于两个区域的倾斜执行饱和度控制，并且输出控制的饱和度分量S_out。

另一方面，根据所有的亮度和色调，制造商或用户可以具有相同的第一变量C1(其指定LSPR)和变化的第二变量C2(其表示饱和度控制(SC))。

图11是说明基于图10的操作，根据亮度控制饱和度的操作的图。第二变量根据亮度变化。参考图11，所有的亮度值被分成8个部分，各个部分的中间值被确定作为第二变量SC1至SC8，并且通过线性内插确定存在于各个部分的中间值之间的第二变量，所述线性内插是通过连接各部分的中间值而执行的。这里，最小亮度部分Y_BLACK、最大亮度部分Y_WHITE、第一和第二部分的第二变量具有值0，因此，未执行饱和度控制。

这里，亮度部分可以由制造商或用户任意确定。

图12是说明基于图10的操作，根据色调控制饱和度的操作的图。第二变量根据色调变化。参考图12，利用与色调相关的三个变量确定其饱和度将被控制的色调分量的范围。与色调相关的三个变量可以是目标色调Ht、目标余量角(target margin angle)Ata、和转变余量角(transition margin angle)Atr。图12所示的H_D、H_DU、H_DL、H_TU和H_TL以及Ht、Ata、和Atr之间的关系被表达为公式7。

公式7

H_TU＝Ht+Ata+Atr

H_DU＝Ht+Ata

H_D＝Ht

H_DL＝Ht-Ata

H_TL＝Ht-Ata-Atr

这里，从H_DU至H_DL的区域表示包括目标色调Ht，即H_D的色调控制区域，从H_TU至H_DU的区域和从H_DL至H_TL的区域表示用于防止色调控制区域和其它剩余区域之间的不连续性的缓冲区。

结果，如公式8所示确定适用于每个像素的第二变量的值。

公式8

SC＝SC_Lightness×SC_Hue

  ＝SC_α×SC_Gain

这里，SC_brightness表示根据亮度变化的第二变量的值SC_a，并且SC_Hue表示根据提供的色调变化的第二变量SC_Gain。值Sc_a具有范围从-1至1的值，并且增益SC_Gain具有范围从0至1的值。

图13是说明由图4的色彩控制部分460执行的、关于固定亮度控制色调的操作的图。

参考图13，四个值被用于控制色调。两个值是用于确定将要控制的色调分量范围的变量，另外两个值是用于指定将要改变的目标色调以及改变之后的合成色调(resultant hue)的变量。这里，用于指定目标色调和合成色调的值必须位于色调控制区域内。

独立于给定像素的亮度执行色调控制。制造商或用户可以具有将要根据所有亮度而被控制的色调分量的相同范围H1和H2，并且具有表示目标色调A和合成色调A’的可变变量。参考图13，指定将要控制的色调分量的范围，以便只控制范围内像素的色调分量而不改变范围内像素的其它色彩分量，即亮度和饱和度分量。这里，当控制色调A使之成为色调A’时，在与色调A至色调A’的改变成比例的色调控制范围内，改变出现在色调控制范围H1和H2之间的色调分量。

参考图13描述的色调控制范围表示为公式9。

公式9

如果H1≤H_in＜A

$H_{\mathrm{out}}=\frac{A^{\&prime;}-H1}{A-H1}\&times;H_{\mathrm{in}}+H1$

否则如果A≤H_in＜H2

$H_{\mathrm{out}}=H2-\frac{H2-A^{\&prime;}}{H2-A}\&times;H_{\mathrm{in}}$

参考图9，根据在修改后的YCbCr色彩空间中通过公式3获得的给定像素的色调分量H_in是否存在于色调控制范围H1和色调A之间，或者色调A和色调控制范围H2之间，来控制并输出色调分量H_out。

图14是说明基于图13的操作，根据亮度控制色调的操作图。独立于给定像素的亮度控制色调。

参考图14，确定色调控制范围，即H1和H2，并且所有亮度值被划分成8个部分，以便各部分的中间值被设定给与目标色调分量A1至A8相对应的合成色调分量A1’至A8’以及目标色调分量A1至A8的色调控制变量。通过由连接各部分的中间值而执行的线性内插来确定存在于各部分的中间值之间的色调控制变量。这里，在最小亮度部分Y_BLACK、最大亮度部分Y_WHITE、第一和第二亮度部分、以及第七和第八亮度部分，未执行色调控制。

本发明可以具体化到通用数字计算机中通过运行程序，形成计算机可用介质，包括但是不限于存储介质诸如磁存储介质(例如，ROM、RAM、软盘、硬盘等)、光可读介质(例如，CD-ROM、DVD等)、以及载波(例如，通过因特网传输)。计算机可读记录介质分散地安装在连接于网络的计算机系统，并且作为分布式计算环境中的计算机可读代码被存储和执行。执行本发明所使用的功能程序、代码和代码段可以通过本领域程序员容易地想到。

如上所述，彩色图像像素所属的原始YcbCr色彩空间被扩展并转换成各色彩分量彼此独立的、修改后的YCbCr色彩空间。因此，在修改后的YcbCr色彩空间中，可以根据给定像素的亮度或色调控制饱和度，并且根据给定像素的亮度控制色调。换言之，在与图像显示器无关地提供的彩色图像中可以精确度控制特定色彩。因此，本发明可以去除由于不同光谱特性导致的各种显示器之间的色差，并允许用户将显示器所显示的特定色彩转换成希望的色彩。

尽管本发明是参照其特定的示范实施例而示出以及描述的，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims (35)

1.一种转换色彩空间的方法，所述方法包括：

将给定像素的彩色信号分离成亮度分量和饱和度分量；

利用分离的亮度分量和饱和度分量，获得第一色彩空间中所述像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值；以及

利用获得的饱和度分量的边界值将第一色彩空间转换成其中饱和度分量和色调分量被独立控制的第二色彩空间。

2.如权利要求1所述的方法，其中获得边界值包括：

存储通过划分第一色彩空间而形成的各色域中所包括的、第一和第二基色的三维坐标；

利用给定像素的饱和度分量检测第一色彩空间中给定像素的彩色信号所属的色域；以及

利用给定像素的彩色信号所属色域中所包括的第一和第二基色的三维坐标，获得关于给定像素的亮度分量的饱和度分量的边界值。

3.如权利要求2所述的方法，其中获得边界值包括：

利用给定像素的彩色信号所属色域中所包括的第一和第二基色的三维坐标获得第一直线；

获得在第一直线和具有与给定像素的色调分量相同的色调分量的平面之间的第一交点；

获得连接所述获得的第一交点、三维坐标(Y_BLACK，0，0)和另一三维坐标(Y_WHITE，0，0)的第二直线；以及

在第二直线上获得具有与给定像素的亮度分量相同的亮度分量的第二交点，并且从第二交点的三维坐标获得给定像素所属色域的饱和度分量的边界值。

4.如权利要求1所述的方法，其中将第一色彩空间转换成第二色彩空间包括：利用饱和度分量的边界值归一化像素的饱和度分量，以便第一色彩空间可以被转换成其中饱和度分量和色调分量被独立控制的第二色彩空间。

5.一种计算机可读记录介质，其上具有用于执行转换色彩空间的方法的程序，所述方法包括：

将给定像素的彩色信号分离成亮度分量和饱和度分量；

利用分离的亮度分量和饱和度分量获得第一色彩空间中所述像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值；以及

利用获得的饱和度分量的边界值将第一色彩空间转换成第二色彩空间。

6.一种用于逐像素地控制输入彩色图像的色彩分量的设备，所述设备包括：

色彩空间转换单元，获得第一色彩空间中给定像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值，并利用获得的饱和度分量的边界值将第一色彩空间转换成其中饱和度分量和色调分量被独立控制的第二色彩空间；

色彩分量控制单元，根据第二色彩空间中的预定控制变量控制给定像素的色彩分量；以及

色彩空间逆转换单元，利用饱和度分量的边界值将第二色彩空间逆转换成第一色彩空间，并且输出其色彩分量已经由色彩分量控制单元控制的所述像素的彩色信号。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述色彩空间转换单元包括：

边界值提取部分，利用从给定像素的彩色信号分离的亮度分量和饱和度分量，来获得第一色彩空间中所述像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值；以及

色彩空间转换部分，利用获得的饱和度分量的边界值归一化所述像素的饱和度分量，并将第一色彩空间转换成第二色彩空间。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述边界值提取部分包括：

存储部分，存储通过划分第一色彩空间而形成的各色域中所包括的第一和第二基色的三维坐标；

色域检测部分，利用所述像素的饱和度分量检测第一色彩空间中给定像素的彩色信号所属的色域；以及

边界值获得部分，利用在存储部分中存储的第一和第二基色的三维坐标中给定像素的彩色信号所属色域中包括的第一和第二基色的三维坐标，来获得关于给定像素的亮度分量的饱和度分量的边界值。

9.如权利要求7所述的设备，其中色彩转换部分利用饱和度分量的边界值归一化给定像素的饱和度分量，以便第一色彩空间可以被转换成第二色彩空间。

10.如权利要求6所述的设备，其中色彩控制单元包括：

控制变量存储部分，存储控制所述饱和度分量的饱和度控制变量和控制所述色调分量的色调控制变量至少之一；

控制对象判断部分，判断给定像素的色彩分量是否应该参考饱和度控制变量或色调控制变量而被控制；以及

色彩控制部分，如果控制对象判断部分判断给定像素的色彩分量应该被控制，则根据在控制变量存储部分中存储的饱和度控制变量或色调控制变量来控制给定像素的色彩分量。

11.如权利要求10所述的设备，其中饱和度控制变量包括第一变量和第二变量，所述第一变量指定其中没有执行关于所有亮度的饱和度控制的低饱和度防护区域，所述第二变量代表控制除低饱和度防护区域之外区域的饱和度分量的程度。

12.如权利要求10所述的设备，其中当所有亮度值被划分成多个预定部分时，饱和度控制变量包括第一变量和第二变量，所述第一变量指定其中饱和度控制没有在每一部分被执行的低饱和度防护区域，所述第二变量代表控制除低饱和度防护区域之外区域的饱和度分量的程度。

13.如权利要求10所述的设备，其中饱和度控制变量包括多个变量，所述多个变量指定其饱和度分量将要根据所有亮度而被控制的目标色调、包括目标色调的色调控制区域、和防止色调控制区域和其它剩余区域之间的不连续性的缓冲区域。

14.如权利要求10所述的设备，其中色调控制变量包括多个变量，所述多个变量确定在其内将根据所有亮度控制色调分量的色调控制范围、色调控制范围内的目标色调、和合成色调。

15.如权利要求10所述的设备，其中当所有亮度值被划分成多个预定部分时，色调控制变量包括多个变量，所述多个变量确定其内在每个部分控制色调分量的色调控制范围、目标色调和合成色调。

16.如权利要求10所述的设备，其中色调控制部分根据第一变量和第二变量控制给定像素的饱和度分量，其中第一变量指定在第二色彩空间中、没有执行关于所有亮度的饱和度控制的低饱和度防护区域，并且第二变量代表控制除低饱和度防护区域之外区域的饱和度分量的程度。

17.如权利要求10所述的设备，其中色彩控制单元将所有亮度值划分成第二色彩空间中的多个预定部分，并且根据第一变量和第二变量控制给定像素的饱和度分量，其中所述第一变量指定其中饱和度控制不是在每个部分被控制的低饱和度防护区域，并且第二变量代表控制除低饱和度区域之外区域的饱和度分量的程度。

18.如权利要求10所述的设备，其中色彩控制部分根据多个变量控制给定像素的饱和度分量，所述多个变量指定在第二色彩空间中其饱和度分量将要根据所有亮度而被控制的目标色调、包括目标色调的色调控制区域、以及防止色调控制区域和其他剩余区域之间的不连续性的缓冲区域。

19.如权利要求10所述的设备，其中色彩控制部分根据多个变量控制给定像素的色调分量，其中多个变量确定在第二色彩空间中在其内根据所有亮度控制色调分量的色调控制范围、色调控制范围内的目标色调、以及合成色调。

20.如权利要求10所述的设备，其中色彩控制部分将所有亮度值划分成多个预定部分，并根据多个变量控制给定像素的色调分量，其中所述多个变量确定在其内色调分量在每个部分被控制的色调控制范围、目标色调、和合成色调。

21.一种逐像素地控制输入彩色图像像素的色彩分量的方法，所述方法包括：

在第一色彩空间获得给定像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值，并利用获得的饱和度分量的边界值将第一色彩空间转换成第二色彩空间，在所述第二色彩空间中，独立地控制饱和度分量和色调分量；

在第二色彩空间根据预定控制变量控制给定像素的色彩分量；以及

利用饱和度分量的边界值将第二色彩空间逆转换成第一色彩空间，并输出其色彩分量已经被控制的给定像素的彩色信号。

22.如权利要求21所述的方法，其中获得边界值包括：

将给定像素的彩色信号分离成亮度分量和饱和度分量；

利用分离的亮度分量和饱和度分量，在第一色彩空间获得所述像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值；以及

利用获得的饱和度分量的边界值规一化所述像素的饱和度分量，并将第一色彩空间转换成第二YCbCr色彩空间。

23.如权利要求22所述的方法，其中获得边界值包括：

利用所述像素的饱和度分量在第一色彩空间中检测给定像素的彩色信号所属的色域；以及

利用在给定像素的彩色信号所属色域中包括的第一和第二基色的三维坐标，获得关于给定像素的亮度分量的饱和度分量的边界值。

24.如权利要求22所述的方法，其中规一化所述饱和度分量包括利用饱和度分量的边界值规一化所述像素的饱和度分量，以便第一色彩空间可以被转换成第二色彩空间。

25.如权利要求21所述的方法，其中在控制所述像素色彩分量中，控制变量包括控制饱和度分量的饱和度控制变量和控制色调分量的色调控制变量的至少一个。

26.如权利要求25所述的方法，其中饱和度控制变量包括第一变量和第二变量，所述第一变量指定没有执行关于所有亮度的饱和度控制的低饱和度防护区域，所述第二变量代表控制除低饱和度防护区域之外区域的饱和度分量的程度。

27.如权利要求25所述的方法，其中当所有亮度值被划分成多个预定部分时，所述饱和度控制变量包括第一变量和第二变量，所述第一变量指定其中饱和度控制没有在每一部分中被执行的低饱和度防护区域，所述第二变量代表控制除低饱和度防护区域之外区域的饱和度分量的程度。

28.如权利要求25所述的方法，其中饱和度控制变量包括多个变量，所述多个变量指定其饱和度分量将要根据所有亮度被控制的目标色调、包括目标色调的色调控制区域、和防止色调控制区域和其他剩余区域之间的不连续性的缓冲区域。

29.如权利要求25所述的方法，其中色调控制变量包括多个变量，所述多个变量确定其内色调分量根据所有亮度而被控制的色调控制区域、色调控制区域内的目标色调、和合成色调。

30.如权利要求25所述的方法，其中当所有亮度值被划分成多个预定部分时，色调控制变量包括多个变量，所述多个变量确定其内色调分量在每一部分被控制的色调控制范围、目标色调、和合成色调。

31.如权利要求25所述的方法，其中控制所述像素色彩分量包括在第二色彩空间利用饱和度控制变量根据亮度控制给定像素的饱和度分量。

32.如权利要求25所述的方法，其中控制所述像素色彩分量包括在第二色彩空间利用饱和度控制变量根据色调控制给定像素的饱和度分量。

33.如权利要求25所述的方法，其中控制所述像素色彩分量包括在第二色彩空间利用饱和度控制变量根据亮度和色调控制给定像素的饱和度分量。

34.如权利要求25所述的方法，其中控制所述像素色彩分量包括在第二色彩空间利用色调控制变量根据亮度控制给定像素的色调分量。

35.一种计算机可读记录介质，其上具有用于执行一种逐像素地控制输入彩色图像的色彩分量的方法的程序，所述的方法包括：

在第一色彩空间获得给定像素的彩色信号所属色域的饱和度分量的边界值，利用获得的饱和度分量的边界值将第一色彩空间转换成第二色彩空间，在所述第二色彩空间中，独立地控制饱和度分量和色调分量；

在第二色彩空间根据预定控制变量控制给定像素的色彩分量；以及

利用饱和度分量的边界值将第二色彩空间逆转换成第一色彩空间，输出其色彩分量已经被控制的给定像素的彩色信号。

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