CN1770874A - 在图像显示装置中控制色调和亮度的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种将输入图像信号转换为能在图像显示装置中显示的图像信号的设备。该图像显示设备包括：颜色空间转换器，将输入图像信号的颜色分量和能在图像显示装置中显示的颜色分量转换到颜色空间；色调控制变量计算器，将转换的色域相互比较以计算色调控制变量；和色调控制器，通过使用所述色调控制变量来控制输入图像信号的色调。

Description

在图像显示装置中控制色调和亮度的设备和方法

本申请要求于2004年9月20日在韩国知识产权局提交的第10-2004-0074938号韩国专利申请的利益，该申请公开于此以资参考。

                        技术领域

本发明涉及一种显示输入图像的图像显示装置，更具体地讲，涉及一种根据能在图像显示装置中显示的色域来控制输入图像的色调和亮度的设备和方法。

                         背景技术

随着电子技术的发展，向用户提供的信息包括各种多媒体信息以及简单的文本信息。多媒体信息包括各种形式，例如，静止图像、运动图像、动画、声音等。特别是，多媒体信息的运动图像是基于视频点播(VOD)业务或者是交互式业务的。因此，关于运动图像的标准的研究正在积极进行。

随着数字电子技术的发展，传统的模拟数据已被数字化。各种数字图像处理技术已被开发以有效地处理如此庞大的数据。数字图像处理技术具有下述优点。

首先，当某些功能被执行时，噪声被包括在所有的模拟装置的原始信号中。因此，在噪声被处理后，由最终记录的结果显示的图像退化。然而，数字图像处理装置防止图像被退化。

其次，由于信号被数字化，信号处理可基于计算机被进行。结果，可压缩图像数据。

数字图像处理技术是针对如何通过使用计算机来显示记录在介质中的模拟结果。数字图像已通过数字视频交互(DVI)方法被实现，所述DVI方法由RCA研究成员自1980年下半年提出。DVI方法使用执行适合于可编微程序的图像处理的命令的特定处理器来执行使用通用处理器难于实时处理的功能。

此外，自1989年开始制定的联合图像专家组(JPEG)和运动图像专家组(MPEG)的两个专家组已经确定了一种标准的编码方法，该方法难于以硬件执行但是与DVI方法相比具有比较卓越的性能。因为大多数的企业单位支持这种编码方法，所以这种编码方法预期将在未来的数字图像的发展中担任主要的角色。具体地讲，在MPEG标准的情况下，为了诸如HDTV的高清晰度系统的数字化以及用于个人计算机的图像处理的目的，诸如MPEG II和MPEGIII的标准已被开发。

此外，通过仅使用主处理器而不需要单独的硬件来处理图像的技术已经自1991年被提出。这种技术的示例包括Apple的QuickTime、Microsoft的用于Windows的Video、以及Intel公司的Indeo。由于要求高速的主处理器的原因，这种图像处理技术在个人计算机中已经受到许多关注。

随着各种数字图像处理技术的提出，标准化工作也在进行。按照这样的标准化的工作，数字图像处理技术并不限于图像会议系统、数字广播编解码器系统和图像电话技术，而是广泛地与计算机行业和通信行业相兼容。例如，将数据存储在如CD-ROM的光盘或数字记录介质中的数字图像压缩技术通过与用于图像通信的压缩技术几乎相同的技术来实现。目前，MPEG的标准化由ISO-IEC、JTC1、SC1和WG11制定，并且在20世纪90年代所述专家组启动之后到目前为止标准化工作仍在进行。

然而，根据相关技术，图像信号在红(R)、绿(G)、和蓝(B)的三维颜色空间中被处理，并且使用三种颜色的光源被显示。这是因为三种颜色R、G、和B是构成所有颜色的基色。

通常，基于三种颜色R、G、和B的光源的显示器通过R、G、和B的组合来显示所有的颜色。在这种情况下，在使用R、G、和B的颜色坐标上显示合成颜色是不够的。这是因为实际对普通视觉可见的色域大于R、G、和B的色域。因此，如果加入除R、G、和B的三种颜色之外的颜色以充分地显示对普通视觉可见的颜色，则可显示更多自然色。

图1表示用于显示颜色的基色之中的关系。参照图1，通过三种基色R、G、和B的组合，所有的颜色信号可被显示。在这种情况下，如果颜色信号R与颜色信号G混合，则获得颜色信号Y(黄色)。如果颜色信号G与颜色信号B混合，则获得颜色信号C(蓝绿色)。如果颜色信号B与颜色信号R混合，则获得颜色信号M(品红色)。如果基色R、G、和B彼此混合，则获得白色的颜色信号。

图2表示颜色坐标。图2表示在HDTV标准中提出的颜色坐标sRGB、目前在市场上出售的TV的颜色坐标3P DLP(数字光处理)、和由五种颜色驱动的图像显示装置的颜色坐标5PDLP。图2中显示的颜色坐标具有彼此不同的形式。即，输入到图像显示装置的信号的色域(对应于HDTV标准中提出的颜色坐标)不同于能在图像显示装置中显示的色域(对应于目前在市场上出售的TV的颜色坐标以及由五种颜色驱动的图像显示装置的颜色坐标)。

图3表示输入到图像显示装置的信号和能在图像显示装置中处理的信号。具体地讲，图3表示对于每一信号具有最大色度的信号的亮度和色调。如图3中所示，输入到图像显示装置的信号的亮度和色调与能在图像显示装置中显示的信号的亮度和色调不一致。因此，需要将输入到图像显示装置的信号的亮度和色调转换到能在图像显示装置中显示的信号的亮度和色调的范围中。

                         发明内容

本发明的另外的方面和优点在下面的描述中将被部分地阐述，并且部分地，其从下面的描述中将会清楚，或通过本发明的实施而被了解。

因此，本发明针对于一种用于在图像显示装置中控制色调和亮度的设备和方法，该设备和方法充分地消除了由于相关技术的局限性和缺陷导致的一个或多个问题。

根据本发明实施例，一种方法被提供以将输入图像的亮度和色调转换为能在图像显示装置中显示的亮度和色调。

根据本发明另一实施例，一种方法被提供以将输入图像的亮度和色调转换为能在图像显示装置中显示的亮度和色调，在该方法中可避免亮度的倒置。

为实现这些目的和其他优点，按照本发明的意图，如在此实施及主要描述的，将输入图像信号转换为能在图像显示装置中显示的图像信号的方法包括下述步骤：将输入图像信号的颜色分量和能在图像显示装置中显示的颜色分量转换为颜色空间；将转换的色域相互比较以计算色调控制变量；和通过使用所述色调控制变量来控制输入图像信号的色调。

在本发明的另一方面中，将输入图像信号转换为能在图像显示装置中显示的图像信号的设备包括：颜色空间转换器，将输入图像信号的颜色分量和能在图像显示装置显示的颜色分量转换成颜色空间；色调控制变量计算器，将转换的色域相互比较以计算色调控制变量；和色调控制器，通过使用所述色调控制变量来控制输入图像信号的色调。

                         附图说明

从下面结合附图对实施例进行的描述中，本发明的这些和/或其他方面及优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1表示用于显示颜色的基色之中的关系；

图2表示在HDTV标准中提出的颜色坐标以及能在图像显示装置中显示的颜色坐标；

图3表示具有最大色度的信号的色调和亮度之间的关系；

图4表示根据本发明在图像显示装置中控制色调和亮度的方法；

图5表示能以三种颜色分量来显示的色域；

图6表示能以五种颜色分量来显示的色域；

图7表示如果在图像显示装置中仅亮度被控制可发生的问题；

图8表示根据本发明在图像显示装置中通过控制色调消除图7的问题的情况；和

图9表示根据本发明的图像显示装置的元件。

                       具体实施方式

现在将详细地对本发明实施例进行描述，其示例被表示在附图中，其中相同的标号始终指示相同的部件。通过参照附图，实施例被描述如下以解释本发明。

图4表示根据本发明实施例的将输入图像信号的色调和亮度转换为能在图像显示装置中显示的色调和亮度的方法。下文中，将参照图4描述将输入图像信号的色调和亮度转换为能在图像显示装置中显示的色调和亮度的方法。

在操作S400中，图像显示装置将输入图像信号转换为公共的颜色空间。所述公共的颜色空间将参照图5和图6被描述。图5是表示能以三种颜色分量来显示的色域的图表。在图5中，Y轴代表颜色的亮度。参照图5，通过使用如轴的直线，在三维空间上能以三种颜色分量来显示的色域构成了六面体，所述直线分别代表围绕原点(0，0)的三种颜色分量。下文中，色度和色调将参照图5被描述。

使用X轴上的“0”作为起始点，向Y轴绘制直线。从该直线到朝着X轴的特定坐标的距离代表色度，围绕该直线上的特定点在参考点和所述特定坐标之间的旋转角代表色调。

图6是表示能以五种颜色分量来显示的色调空间的图表。在图6中，轴Y代表颜色的亮度。参照图6，通过使用如轴的直线，在三维空间上能以五种颜色分量来显示的色域构成了二十面体，所述直线分别代表围绕原点(0，0)的五种颜色分量。色度和色调能以与图5中描述的方式相同的方式被计算。色调、亮度和色度之中的关系可通过使用在图5和图6中显示公共色调空间被表示。换句话说，具有最大色度的信号的色调和亮度之间的关系能被表示。如上所述，图3表示具有最大色度的信号的色调和亮度之间的关系。

在操作S402中，图像显示装置计算用于色调控制的变量。计算用于色调控制的变量的过程将稍后描述。在操作404中，通过使用在操作S402中计算的变量，图像显示装置控制输入信号的色调。

在操作S406中，图像显示装置计算用于亮度控制的变量。计算用于亮度控制的变量的过程将稍后描述。在操作S408中，通过使用在操作S406中计算的变量，图像显示装置控制输入信号的亮度。

在操作S410中，图像显示装置在公共颜色空间中执行具有控制的色调和控制的亮度的输入信号的逆转换。

在图7中，具有最大色度的图像信号的色调和亮度与输出信号的色调和亮度比较。输入信号代表输入到图像显示装置的信号，输出信号代表能在图像显示装置中显示的信号。

现有技术提出了一种在一种色调中控制输入信号的亮度的方法。下文中，如果在至少两种色调中输入信号的亮度被控制则可发生的问题以及它的解决方案将参照图7被描述。

在图7中，“a”和“c”代表输入信号的颜色坐标，所述颜色坐标被表示为色调和亮度，“b”和“d”代表与输入信号的颜色坐标相应的输出信号的颜色坐标。“a”和“c”相比，“a”具有较高的亮度和较低的色调；而“b”与“d”相比，“b”具有较低的亮度和较低的色调。如果在一种色调中亮度被控制，则这样的问题会发生。然而，如果在至少两种色调中亮度被控制，则上述问题不会发生。在本发明中，传送输入信号的方法被提出以解决这样的问题。换句话说，提出了一种使与输出信号的亮度的最大值相应的色调和与输入信号的亮度的最大值相应的色调相一致的方法。该方法将参照图8被描述。

在图8中，“a’”和“c’”代表输入信号的颜色坐标，“b’”和“d’”代表与输入信号的颜色坐标相应的输出信号的颜色坐标。“c’”和“a’”相比，“c’”具有较高的亮度和较高的色调，而“d’”和“b’”相比，“d’”具有较高的亮度和较高的色调。换句话说，输入信号被转换以使与具有高亮度的输出信号的颜色坐标相应的输入信号的颜色坐标具有高亮度。这样，可避免亮度倒置，如果输入信号的色域被转换以被包括在输出信号的色域中，则所述亮度倒置可发生。

图9表示根据本发明实施例的图像显示装置的元件。所述图像显示装置的元件的操作将被详细地描述。图像显示装置包括控制器900、颜色空间转换器902、色调控制变量计算器904、色调控制器906、亮度控制变量计算器908、亮度控制器910、和颜色空间逆转换器912。显而易见的是，除了上述元件之外，所述图像显示装置还包括其他元件。上述元件现在将被描述。

颜色空间转换器902将由控制命令输入图像信号的颜色分量转换到颜色空间。颜色空间转换器902将能在图像显示装置显示的颜色分量转换到颜色空间。将颜色分量转换到颜色空间的过程与在图5和图6中描述的过程相同。换句话说，颜色空间转换器902输出在输入图像信号之中具有最大色度的图像信号的色调和亮度之间的关系(颜色空间)。颜色空间转换器902将被转换到颜色空间的图像信号的色调和亮度之间的关系传送到色调控制变量计算器904。

为计算色调控制变量，色调控制变量计算器904将从颜色空间转换器902传送的颜色空间的色调和亮度之间的关系与能在图像显示装置中显示的图像信号之中具有最大色度的图像信号的色调和亮度之间的关系相比较。换句话说，色调控制变量计算器904计算色调控制变量以允许与能在图像显示装置中显示的图像信号之中具有高亮度的颜色坐标相应的传送的图像信号的颜色坐标获得高亮度。色调控制变量是指传送的图像信号的色调的距离，该色调距离使在能在图像显示装置中显示的图像信号之中具有最大亮度的颜色坐标的色调与传送的图像信号的具有最大亮度的颜色坐标的色调相一致。计算的色调控制变量被传送到色调控制器906。

通过使用从色调控制变量计算器904传送的色调控制变量，色调控制器906来控制传送的图像信号的色调。尽管色调控制器906和色调控制变量计算器904在图9中独立地提供，但是显而易见的是它们可被提供在单个实体中。

其色调已经被色调控制器906控制的图像信号被传送到亮度控制变量计算器908。尽管其色调已被控制的图像信号通过图9中的控制器900被传送到亮度控制变量计算器908，但是色调控制器906可直接将所述图像信号传送到亮度控制变量计算器908。

按照控制器900的控制命令，亮度控制变量计算器908计算从色调控制器906传送的图像信号的亮度控制变量。亮度控制变量计算器908计算亮度控制变量以允许与在能在图像显示装置中显示的图像信号之中具有高亮度的颜色坐标相应的传送的图像信号的颜色坐标获得高亮度。计算亮度控制变量的过程与计算色调控制变量的过程相同。计算出的亮度控制变量被传送到亮度控制器910。

通过使用从亮度控制变量控制器908传送的亮度控制变量，亮度控制器910来控制传送的图像信号的亮度。尽管亮度控制器910和亮度控制变量计算器908在图9中独立地提供，但是显而易见的是它们可被提供在单个实体中。

其亮度已经被亮度控制器910控制的图像信号被传送到颜色空间逆转换器912。根据控制命令，颜色空间逆转换器912执行由颜色空间转换器902执行的操作的逆操作。控制器900用于控制所述图像显示装置的元件。

如图9中所示，控制输入图像信号的色调的过程和控制输入图像信号的亮度的过程被顺序地执行。换句话说，控制输入图像信号的色调的过程首先被执行，然后控制输入图像信号的亮度的过程被执行。然而，根据用户的设置，控制色调和亮度的过程可被同时执行，或者控制输入图像信号的亮度的过程先于控制输入图像信号的色调的过程

如上所述，在图像显示装置中用于控制输入图像信号的色调和亮度的设备和方法中，考虑到色调和亮度，输入图像信号的色域被转换为能在图像显示装置中显示的色域。因此，可防止亮度倒置的发生。

上述实施例和优点只是示例性的，并不能解释为限制本发明。本教导能容易地应用于其他类型的设备。另外，本发明实施例的描述是用于解释的，并不限制权利要求的范围，并且本领域的技术人员来应该清楚，可进行很多替换、修改、和改变。

尽管已经显示和描述了本发明的几个实施例，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原则和范围的情况下，可对这些实施例进行改变，本发明的范围在权利要求和它们的等同物中限定。

Claims (17)

1、一种将输入图像信号转换为能在图像显示装置中显示的图像信号的方法，所述方法包括：

将所述输入图像信号的颜色分量和/或能在图像显示装置中显示的颜色分量转换到颜色空间；

将转换的色域相互比较以计算色调控制变量；和

通过使用所述色调控制变量来控制输入图像信号的色调。

2、如权利要求1所述方法，其中，比较操作包括：

从所述转换的色域中，获得与所述输入图像信号的最大色度相应的色调和亮度以及与能在图像显示装置中显示的图像信号的最大色度相应的色调和亮度；和

通过使用获得的色调和亮度来计算所述色调控制变量。

3、如权利要求2所述方法，其中，所述色调控制变量与某一值对应，所述某一值使从输入图像信号获得的最大亮度的色调与从能在图像显示装置中显示的图像信号获得的最大亮度的色调相匹配。

4、如权利要求1所述方法，其中，所述转换操作包括将所述颜色分量转换到能以三种颜色分量来显示的颜色空间。

5、如权利要求1所述方法，其中，所述转换操作包括将所述颜色分量转换到能以五种颜色分量来显示的颜色空间。

6、如权利要求1所述方法，还包括：

控制其色调已被控制的输入图像信号的亮度；和

将转换的输入图像信号的颜色空间逆转换到原始空间。

7、如权利要求6所述方法，其中，所述输入图像信号的亮度的控制的操作包括：

将所述转换的色域相互比较以计算亮度控制变量；和

通过使用所述亮度控制变量来控制所述输入图像信号的亮度。

8、如权利要求7所述方法，其中，所述亮度控制变量与某一值相应，所述某一值使从输入图像信号获得的最大亮度与从能在图像显示装置中显示的图像信号获得的最大亮度相匹配。

9、一种将输入图像信号转换为能在图像显示装置中显示的图像信号的设备，所述设备包括：

颜色空间转换器，将输入图像信号的颜色分量和能在图像显示装置显示的颜色分量转换到颜色空间；

色调控制变量计算器，将转换的色域相互比较以计算色调控制变量；和

色调控制器，通过使用所述色调控制变量来控制输入图像信号的色调。

10、如权利要求9所述设备，其中，所述色调控制变量计算器从所述转换的色域中获得与输入图像信号的最大色度相应的色调和亮度以及与能在图像显示装置中显示的图像信号的最大色度相应的色调和亮度，并通过使用获得的色调和亮度来计算所述色调控制变量。

11、如权利要求10所述设备，其中，所述色调控制变量与某一值对应，所述某一值使从输入图像信号获得的最大亮度的色调与从能在图像显示装置中显示的图像信号获得的最大亮度的色调相匹配。

12、如权利要求9所述设备，其中，所述颜色空间转换器将所述颜色分量转换到能以三种颜色分量来显示的颜色空间。

13、如权利要求9所述设备，其中，所述颜色空间转换器将所述颜色分量转换到能以五种颜色分量来显示的颜色空间。

14、如权利要求9所述设备，还包括：

亮度控制器，控制其色调已被控制的输入图像信号的亮度；和

颜色空间逆转换器，将转换的输入图像信号的颜色空间逆转换到原始空间。

15、如权利要求14所述设备，还包括亮度控制变量计算器，其将转换的色域相互比较以计算亮度控制变量，所述亮度控制变量计算器将计算出的亮度控制变量传送到所述亮度控制器。

16、如权利要求15所述设备，其中，所述亮度控制变量与某一值对应，所述某一值使从输入图像信号获得的最大亮度与从能在图像显示装置中显示的图像信号获得的最大亮度相匹配。

17、一种将输入图像信号转换为输出到输出装置的图像信号的方法，所述方法包括：

将所述输入图像信号的颜色分量转换到所述输出装置的颜色空间；

将转换的色域相互比较以计算色调控制变量；和

通过使用所述色调控制变量来控制所述输入图像信号的色调；

其中，所述比较操作包括：

使与所述输入图像信号的最大色度相应的色调及亮度和与所述输出装置的图像信号的最大色度相应的色调及亮度相匹配。

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