CN1812480A - 在色彩转换中消除削波的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种具有可变色彩饱和度的色彩增强系统，所述系统通过对单独的像素进行分析以及应用色彩校正解决了输出图像的削波问题。编码后的图像数据被接收到，并且元素被从一种色彩空间表示形式，例如RGB，转换到另一种色彩空间，在后一种空间中单独的图像元素接受色彩校正。所述色彩校正是通过应用校正矩阵实现的。一旦校正实施后，所述数值被重新转换回原始的色彩空间表示形式中。

Description

在色彩转换中消除削波的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种打印彩色图像的系统和方法。通常使用一个三维查找表(LUT)来实现将红绿蓝(RGB)数值转换为适合彩色激光打印机的CMYK数值。但是上述转换需要为插值过程进行大量的数据处理。此处所公开的系统提供了一种色彩转译方案(color rendering scheme)，该方案对于减少被显示或被打印的图像的色彩转换(color conversion)处理需求是非常有效的。

背景技术

在打印机中，例如在喷墨打印机或者激光打印机中，将RGB数值转换为打印机着色剂数值需要考虑打印机着色剂的属性，例如有害吸收，缺乏完美的添加性(additivity)和均衡性(proportionality)，以及类似的属性。一种实现从输入RGB到输出CMYK数值的色彩转换方法是使用简单的矩阵乘法。以前，上述过程是通过使用一个蒙板公式的常规方法实现的，所述蒙板公式可以为获得更好的重构而调整图像。上述蒙板公式通常是一系列的线性公式，所述公式的能力(strength)决定了色彩校正的程度。在一个典型的系统中，对于形成图像的每个像素的统一应用而言，蒙板可以是为打印机预设的或者对于图像是固定。

上述图像校正对于所述属性而言是有益处的，例如允许高速的色彩转换，这弥补了前面提到的对着色剂的有害吸收，或者色彩的添加性以及均衡性问题，但同时所述方案对于色彩饱和度比较高的色彩有削波的作用。所致朝向打印机或者输出设备的色彩输出变换引起准确重构这些高饱和度色彩的能力的损失，并且可视结果将不合需求地偏色和失色。

因此需要提供一种色彩校正系统，该系统可以实现消除或者减小位于或接近饱和度级别的色彩数值的削波的功能，同时保持图像的质量和对比度。本发明解决了上述以及其他问题，并且提供了一种用于使用可变饱和度方案的系统和方法，该方案可以很容易并且很便宜地应用在彩色打印系统中。

发明内容

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种接收在n维空间编码的图像数据的系统。例如，一种合适的色彩空间是RGB(红、绿和蓝)色彩空间。接收到的图像数据被选择性地归一化(scale)到一个选定的范围内并且随后被转换以便在另一个空间中被表示，例如密度。此时，为每个像素计算其饱和度的数值以及校正数值，所述校正数值根据每个单独的图像单元例如(“像素”或者“像元”)的饱和度特性而调整。一旦被校正，所述数据随后被反向变换回n维色彩空间并且被作为图像转换设备的输出。

根据本发明的一更具体的方面，色彩空间与执行变换的空间之间的转换是通过选定的γ值的函数来实现的。

根据本发明的另一方面，图像数值在校正之前首先被转换到密度空间。在这种情况下，一旦被校正，数值被从密度空间转换到适合打印的输出空间。

根据本发明的又一个方面，图像数值是直接矩阵相乘得到的不需要经过朝向反射或者密度的转换。

当本领域普通技术人员在阅读和理解说明书的时候，可以充分地理解上述以及其他的发明目的、优点以及特征。

附图说明

本发明通过参考在附图中显现的特定的部件、部件的布置方式以及逻辑流程图来进行描述，上述附图形成了本发明的一部分，但是不是出于限制一致的目的，其中：

图1是示出本发明中所使用的合适环境的框图；

图2是示出了用于饱和度校正的可选系统的流程图，该系统使用一朝向密度空间的转换；

图3是在优选实施例中使用的饱和度校正的特定应用的流程图。

具体实施方式

现在转到附图，其中具体的描述都是为了说明本发明的优选实施方式和可选实施方式，而不是出于限制一致的目的，图1示出了一个图像处理系统100，该系统包括一个数据处理设备，例如工作站或者计算机终端102，所述数据处理设备通过数据接口106与数据输出设备104进行数据通信。所述系统102是常规的设备，并且包括常规的智能设备和输入/输出设备，上述设备包括图1中示出的基础单元108、显示器110、键盘112、鼠标114、非易失性存储器116和抽取式存储器118。所述单元102是适于在任何常规平台上运行的常规数据处理设备，所述常规平台例如是Windows、MacOS、Unix、Linux或者类似的平台。数据接口106是任何适合数据传输的机构，例如以太网，无线协议，如802.11x、红外、蓝牙、WiMAX，TCP/IP以及类似的协议。

在示出的处理系统100中，一个数据输出设备例如打印机104，包括如处理器120中示出的其自己的智能设备，以及执行如图3中示出的智能算法的能力。本领域普通技术人员应当理解，本发明的系统也可以在工作站102上提供的智能设备上或者在打印机控制器(未示出)中工作。进一步，应当理解本饱和度校正方案还可以适用于图像产生器，例如显示器110。

现参阅图2，其中示出了一个流程图，其包括一个从反射空间到密度空间的进一步转换，以便增强所提到的饱和度校正。增强的校正操作200开始于方框202。图像数据在方框204输入。在图2中示出的实施例中，可以在方框206中进行一个附加的计算。在本实施例中，图像数值C_X最好被归一化到0至1的范围内。例如，在一个8位系统中，将为0到255之间的色彩值赋予一个0到1之间的比值。

接下来，在方框208中，归一化后的数值元素被转换到反射空间，并随后在方框210中被转换到密度空间D中。应当理解，归一化步骤206不仅仅是为密度空间转换中使用的。上述归一化也适用于图2中示出的反射空间校正。

从反射空间方框数值R_X转换到对应的密度空间数值D_X的适当转换是通过公式D_X＝-log₁₀R_x实现的。应当理解，密度空间D_X中的每个数值因此都对应着原始编码空间中的数值P_X。

如本领域普通技术人员所熟知的，上述饱和度校正可以通过使用蒙板公式来完成，例如使用3×3的矩阵。所述矩阵也适用于密度空间中的数值。但是，如同下面将详细描述的，在某些情况下，优选提供进一步的空间转换以便增强饱和度校正。上述附加转换将在下面详细描述。

可以通过表格中示出的矩阵的来构造一个合适的蒙板公式：

$\left[\begin{array}{ccc}1-k(a_{12}+a_{13})& {\mathrm{ka}}_{12}& {\mathrm{ka}}_{13}\\ {\mathrm{ka}}_{21}& 1-k(a_{21}+a_{23})& {\mathrm{ka}}_{23}\\ {\mathrm{ka}}_{31}& {\mathrm{ka}}_{32}& 1-k(a_{31}+a_{32})\end{array}\right]$

其中，a_ij是对角元素的蒙板公式。在校准/特性化的时候，合理设置的数值k是饱和度因子。

在本实施例中，转换矩阵的因子a_ij对于整个图像是固定的。但是，数值k是可变的以便调整每个单独图像像素的饱和度。因此根据每个像素的饱和度特性为其提供唯一的、通常为3×3矩阵形式的蒙板公式。因此，应当理解，为了实现对特定像素的调整，需要计算出数值k。

在通常情况下，可以通过下面的公式来实现饱和度数值的恰当确定：

M_x＝max(abs(红-绿)，abs(红-蓝)，abs(绿-蓝))

在色彩校正矩阵中的K的数值是M_X的函数，并且由饱和度的程度决定。尽管它可以是一个简单的函数，例如k＝1-M_X，但通常其是更为复杂的函数，并且可以通过一个一维LUT表来定义。

应当理解，本发明的转换系统因此是固定的，并且被应用于优选实施例中的每个像素。该系统可以实现将矩阵的能力从较低改变为较高(色彩推进)，上述功效可以得到保证。因此，调整因子对于图像的每个像素是动态变化的。

接下来，在方框212中完成了一蒙板公式。一个校正好的图像集是传送给方框214的D’_X，在方框214中实现了将元素转换到反射空间中的逆变换。上述过程可以通过转换实现，其中 ${R\text{'}}_X=10^{-{D^{\′}}_x}.$

接下来，在方框216中，通过使用公式 ${P\text{'}}_X=R_X^{\′1/G}$ 将反射空间数值R_X转换到其原始色彩空间数值。

接下来在方框218，由校正得到的0至1的数值被重新变换回到原始的图像数值来消除在方框206中进行的归一化。接下来，在方框220中，饱和度校正后的图像数据在方框220中输出，上述过程在方框222中结束。

接下来参阅图3，将在优选实施例中描述用于转换为校正的饱和度数值的系统300，该实施例包括一以RGB格式编码的发布脚本语言数据(PostScript data)的输入。在本实施例中，变换过程开始于方框302并前进到方框304。此处，一RGB格式的8位×3发布脚本语言编码图像是按照如下格式提供的P_X＝红_x绿_x蓝_x。

在示出的实施例中，每个数值红_x绿_x蓝_x都是0到255之间的数值。接下来，在方框306中，这个0到255之间的数值被归一化为0到1之间的数值。

接下来，在方框308，使用R_X＝P_X ^2.2的公式将P_X的归一化后的RGB数值转换到反射空间中，其中2.2是在本转换中特别优选的γ数值。

接下来，在方框310，通过使用公式D_X＝-log₁₀R_x将反射空间数值R_X转换到密度空间D_X。接下来，如图2所描述，计算饱和度和K数值。

接下来，在方框312，3×3的蒙板公式被应用于已经校正过的数值D’_X。如同前面提到的，通过使用方框314中的公式 ${R^{\′}}_X={10}^{-{D^{\′}}_x}$ 来将校正的D’_X转换回反射空间。

接下来，在方框316，通过使用公式 ${P\text{'}}_X=R_X^{\′1/G}$ 将所述数据转换回原始的RGB空间，其中在优选实施例中G＝2.2。随后在方框318完成将转换后得到的数据重新归一化到原始的0-255、8位值域中。最后，已校正饱和度的RGB编码发布脚本语言数据的输出在方框320中实现，并且上述过程在方框322结束。因此，本发明的系统优选地提供一种有效的机制，借助该机制可以为每个像素单元获得恰当的饱和度，并且上述转换不是统一地应用于每个像素的。因此，可以实现饱和度的增强。

可以理解在不背离在本发明的附加权利要求中定义的发明目的和范围的情况下，可以对本发明所公开的特定实施例进行各种变化、替换和修改。应当理解，本领域普通技术人员在本发明的原则和范围内对此处所公开的并且用于解释本发明的自然情况的各种变化和详细、材料和部件的安排进行变化，上述变化都涵盖在附加的权利要求范围内。

Claims (30)

1.一种用于动态色彩饱和度调整的系统包括：

用于接收图像数据集的装置，所述图像数据集由来自在n维色彩空间C中编码的像素数值P形成，在所述色彩空间C中n是大于1的整数，因此图像数据的每个像素P_x由数值P_x＝(C_1X，C_2X，…，C_nX)表示，其中每个接收到的图像像素P_x位于选定的值域内；

密度空间转换装置，该装置包括用于转换接收到的图像P_x的装置，以便用密度空间中的对应数值R_x表示P_x；

饱和度校正装置，该装置用于产生与每个数值R_x对应的饱和度校正后的数值R’_x；

密度空间转换装置还包括用于将密度空间中的饱和度已校正数值R’_x转换为n维色彩空间C中的对应饱和度已校正数值P’_x的装置；以及

用于将饱和度已校正数值P’_x输出作为饱和度已校正图像数据集输出的装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于动态色彩饱和度调整的系统，其中密度空间转换装置包括：

用于产生等于P_X ^G的R_X的装置，其中G是根据一相关的显示器选定的γ校正因子；以及

用于产生等于R′_X ^1/G的P’_X的装置。

3.根据权利要求2所述的一种用于动态色彩饱和度调整的系统，其中饱和度校正装置包括：

密度空间转换装置，该装置包括用于转换密度空间R_X数值的装置，以便在密度空间中用对应的数值D_X表示R_X；

蒙板装置，用于对数值D_X进行蒙板操作以便形成对应的饱和度校正后的密度数值D_X’；以及

密度空间转换装置，该装置包括用于将饱和度校正后的密度数值D_X’从密度空间转换到密度空间以便产生饱和度校正后的数值R_X’的装置。

4.根据权利要求3所述的一种用于动态色彩饱和度调整的系统，其中密度空间转换装置包括：

用于产生等于-log₁₀R_x的D_X数值的装置；以及

用于产生等于10^-D′ _x的R_X’的装置。

5.根据权利要求4所述的一种用于动态色彩饱和度调整的系统，其中色彩空间C是RGB，这样C₁＝红、C₂＝绿并且C₃＝蓝，其中每个数值C_n是0到2^M范围内的二进制数值，其中M≥8。

6.根据权利要求5所述的一种用于动态色彩饱和度调整的系统，其中M＝8并且G＝2.2。

7.根据权利要求2所述的一种用于动态色彩饱和度调整的系统，其还包括：

用于为每个像素P_X计算与其对应的、作为C_1X，C_2X，…，C_nX的函数的饱和度校正数值的装置；以及

用于为每个像素应用对应的饱和度调整数值以便产生每个对应的R_X’的装置。

8.根据权利要求7所述的一种用于动态色彩饱和度调整的系统，其中色彩空间C是RGB，这样C₁＝红、C₂＝绿并且C₃＝蓝，并且其中每个饱和度校正数值按照下面的公式计算：

M_x＝max(abs(红-绿)，abs(红-蓝)，abs(绿-蓝))。

9.根据权利要求8所述的一种用于动态色彩饱和度调整的系统，其中L是选定的值域，其中0≤L≤U，其中U是定义了所选值域的预选的上限，并且其中每个饱和度校正数值还进一步被定义为权值W_X的函数：

W_X＝f(U-M_X)。

10.一种动态色彩饱和度调整的方法，包括以下步骤：

接收图像数据集，所述图像数据集由来自在n维色彩空间C中编码的像素数值P形成，在所述色彩空间C中n是大于1的整数，因此图像数据的每个像素P_x由数值P_x＝(C₁，C₂，…，C_n)表示，其中每个接收到的图像像素P_x位于选定的值域内；

转换接收到的图像P_x以便用密度空间中的对应数值R_x表示P_x；

产生与每个数值R_x对应的饱和度校正后的数值R’_x；

将密度空间中的饱和度已校正数值R’_x转换为n维色彩空间C中的对应饱和度已校正数值P’_x；以及

将饱和度已校正数值P’_x输出作为饱和度已校正的图像数据集输出。

11.根据权利要求10所述的一种动态色彩饱和度调整的方法，其还包括以下步骤：

产生等于P_X ^G的数值R_X，其中G是根据一相关的显示器选定的γ校正因子；以及

产生等于R′_X ^1/G的数值P’_X的装置。

12.根据权利要求11所述的一种动态色彩饱和度调整的方法，其还包括以下步骤：

转换密度空间R_X数值，以便在密度空间中用对应的数值D_X表示R_X；

对数值D_X进行蒙板操作以便形成对应的饱和度校正后的密度数值D_X’；以及

将饱和度校正后的密度数值D_X’从密度空间转换到密度空间以便产生饱和度校正后的数值R_X’。

13.根据权利要求12所述的一种动态色彩饱和度调整的方法，其还包括以下步骤：

产生等于-log₁₀R_x的D_X数值；以及

产生等于10^-D’ _x的R_X’。

14.根据权利要求13所述的一种动态色彩饱和度调整的方法，其中色彩空间C是RGB，这样C₁＝红、C₂＝绿并且C₃＝蓝，其中每个数值C_n是0到2^M范围内的二进制数值，其中M≥8。

15.根据权利要求14所述的一种动态色彩饱和度调整的方法，其中M＝8并且G＝2.2。

16.根据权利要求11所述的一种动态色彩饱和度调整的方法，其还包括以下步骤：

为每个像素P_X计算与其对应的、作为C₁，C₂，…，C_n的函数的饱和度校正数值；以及

为每个像素应用对应的饱和度调整数值以便产生每个对应的R_X’。

17.根据权利要求16所述的一种动态色彩饱和度调整的方法，其中色彩空间C是RGB，这样C₁＝红、C₂＝绿并且C₃＝蓝，并且其中每个饱和度校正数值按照下面的公式计算：

M_X＝max(abs(红-绿)，abs(红-蓝)，abs(绿-蓝))。

18.根据权利要求17所述的一种动态色彩饱和度调整的方法，其中L选定的值域，其中0≤L≤U，其中U是定义了所选值域的预选的上限，并且其中每个饱和度校正数值还进一步被定义为权值W_X的函数：

W_X＝f(U-M_X)。

19.一种带有存储于其内的用于动态色彩饱和度调整的计算机可读指令的计算机可读指令介质，其包括：

用于接收图像数据集的指令，所述图像数据集由来自在n维色彩空间C中编码的像素数值P形成，在所述色彩空间C中n是大于1的整数，因此图像数据的每个像素P_x由数值P_x＝(C₁，C₂，…，C_n)表示，其中每个接收到的图像像素P_x位于选定的值域内；

用于转换接收到的图像P_x的指令，以便在密度空间中用对应的数值R_x表示P_x；

用于产生与每个数值R_x对应的饱和度校正后的数值R’_x的指令；

用于将密度空间中的饱和度已校正数值R’_x转换为n维色彩空间C中的对应饱和度已校正数值P’_x的指令；以及

用于将饱和度已校正数值P’_x输出作为饱和度已校正图像数据集输出的指令。

20.根据权利要求19所述的一种带有存储于其内的用于动态色彩饱和度调整的计算机可读指令的计算机可读指令介质，其还包括：

用于产生等于P_X ^G的R_X的指令，其中G是根据相关的显示器选定的γ校正因子；以及

用于产生等于R′_X ^1/G的P’_X的指令。

21.根据权利要求20所述的一种带有存储于其内的用于动态色彩饱和度调整的计算机可读指令的计算机可读指令介质，其还包括：

用于转换密度空间R_X数值的指令，以便在密度空间中用对应的数值D_X表示R_X；

用于对数值D_X进行蒙板操作以便形成对应的饱和度校正后的密度数值D_X’的指令；以及

用于将饱和度校正后的密度数值D_X’从密度空间转换到密度空间以便产生饱和度校正后的数值R_X的指令。

22.根据权利要求21所述的一种带有存储于其内的用于动态色彩饱和度调整的计算机可读指令的计算机可读指令介质，其还包括：

用于产生等于-log₁₀R_x的D_X数值的指令；以及

用于产生等于10^-D′ _x的R_X’的指令。

23.根据权利要求22所述的一种带有存储于其内的用于动态色彩饱和度调整的计算机可读指令的计算机可读指令介质，其中所述色彩空间C是RGB，这样C₁＝红、C₂＝绿并且C₃＝蓝，其中每个数值C_n是0到2^M范围内的二进制数值，其中M≥8。

24.根据权利要求20所述的一种带有存储于其内的用于动态色彩饱和度调整的计算机可读指令的计算机可读指令介质，其还包括：

用于为每个像素P_X计算与其对应的、作为C₁，C₂，…，C_n的函数的饱和度校正数值的指令；以及

用于为每个像素应用对应的饱和度调整数值以便产生每个对应的R_X的指令。

25.一种用于动态色彩饱和度调整的计算机实现方法，其包括以下步骤：

接收图像数据集，所述图像数据集由来自在n维色彩空间C中编码的像素数值P形成，在所述色彩空间C中n是大于1的整数，因此图像数据的每个像素P_x由数值P_x＝(C₁，C₂，…，C_n)表示，其中每个接收到的图像像素P_x位于选定的值域内；

转换接收到的图像P_x以便用密度空间中的对应数值R_x表示P_x；

产生与每个数值R_x对应的饱和度校正后的数值R’_x；

将密度空间中的饱和度已校正数值R’_x转换为n维色彩空间C中的对应饱和度已校正数值P’_x；以及

将饱和度已校正数值P’_x输出作为饱和度已校正的图像数据集输出。

26.根据权利要求25所述的一种用于动态色彩饱和度调整的计算机实现方法，其还包括以下步骤：

产生等于P_X ^G的数值R_X，其中G是根据相关的显示器选定的γ校正因子；以及

产生等于R′_X ^1/G的数值P’_X的装置。

27.根据权利要求26所述的一种用于动态色彩饱和度调整的计算机实现方法，其还包括以下步骤：

转换密度空间R_X数值，以便在密度空间中用对应的数值D_X表示R_X；

对数值D_X进行蒙板操作以便形成对应的饱和度校正后的密度数值D_X’；以及

将饱和度校正后的密度数值D_X’从密度空间转换到密度空间以便产生饱和度校正后的数值R_X’。

28.根据权利要求27所述的一种用于动态色彩饱和度调整的计算机实现方法，其还包括以下步骤：

产生等于-log₁₀R_x的D_X数值；以及

产生等于10^-D′ _x的R_X’。

29.根据权利要求28所述的一种用于动态色彩饱和度调整的计算机实现方法，其中色彩空间C是RGB，这样C₁＝红、C₂＝绿并且C₃＝蓝，其中每个数值C_n是0到2^M范围内的二进制数值，其中M≥8。

30.根据权利要求26所述的一种用于动态色彩饱和度调整的计算机实现方法，其还包括以下步骤：

为每个像素P_X计算与其对应的、作为C₁，C₂，…，C_n的函数的饱和度校正数值；以及

为每个像素应用对应的饱和度调整数值以便产生每个对应的R_X’。

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