CN1989772A - 色彩饱和度受控的彩色图像中对色彩最大值的保持 - Google Patents

Abstract

非线性信号域中的传统色彩饱和度控制CSC可能产生夸张和不自然的观看色彩。本发明提出了色彩饱和度控制(17)的图像信号处理方法(30A，30B)，该方法在色彩恢复(10)中对饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’－Y’)，satx(B’－Y’))应用增益值(27)，产生了输出信号(Yo’，(R’－Y’)o，(B’－Y’)o)。该增益值(27)被确定为使得输入信号中的色彩最大值在输出信号(Yo’，(R’－Y’)o，(B’－Y’)o)中保持。因而，特别地，3D色彩空间的对称性得以保持，优选通过在增加饱和度时至少控制三个基色(R，G，B)的最大值。在优选配置中，饱和度受控色差图像信号(satx(R’－Y’)，satx(B’－Y’))被转换到RGB域以获得对增加的饱和度的RGB测量。色差输入图像信号(R’－Y’，B’－Y’)也被转换，以分析原始的饱和度级别。在第一(RGBmaxsat’)和第二(RGBmax’)的基础上，色彩最大值被确定和用于确定增益值(27)。

Description

色彩饱和度受控的彩色图像中对色彩最大值的保持

技术领域

本发明涉及控制图像的色彩饱和度的一种图像信号处理方法以及相应的图像信号处理设备、装置和计算机程序产品。

现代的图像信号处理技术通常必须应用特殊的控制装置以在图像信号处理时控制图像的色调、饱和度或亮度从而避免异常或夸张的图像参数。在彩色显示设备中，通过饱和度控制可以增加所显示图像中的色彩的饱和度。在当前的电视机和其它处理图像的设备中，因为捕获图像的摄像机内在的摄像机转换，用户色彩饱和度是在非线性信号域中完成的。这个非线性摄像机信号是为什么饱和度的增加导致一些颜色(尤其是蓝和红)以夸张的方式、一些颜色(尤其是黄)以不足的方式显示的原因。

发明背景

现有技术中所提供的解决方案(如EP 0920196 A2的动态控制或WO 02/085037 A1的对比度控制)有别的焦点并且不足以避免上述问题。

尤其是在WO 2004/008778 A1中，公开了一种用于显示设备的图像处理方法，其中输入的图像信号被以非线性方式处理。该处理能够用来限制或在某些情况下避免输出信号的限幅。这可以通过将饱和度增加到一个不会发生限幅的最高水平而实现。其中使用了色调值以确定这个最高饱和度级别。由此能够以某种方式控制输出图像信号的色彩饱和度以避免图像细节的丢失，因为对于显示低饱和度级别的图像区域比显示高饱和度级别的图像区域色彩饱和度增加得更多。然而，在某些情况下过饱和色彩没有被严格禁止并且被加以考虑，因为色调只是粗略确定，并且还使用亮度来确定最大饱和度级别。这会导致所述夸张的或不正常的观看色彩效果。

在EP 1 383 341 A2中，提供了用于自适应地增强图像色彩的方法和设备。该方法包括下列步骤：将以第一色彩空间表示的输入图像转换成第二色彩空间中的图像，并根据输入图像的特征确定饱和度函数。但是，确定步骤包括从输入图像的色彩信号提取该输入图像的平均饱和度，并根据该平均饱和度确定变量的饱和度增强函数。实际上这意味着相较于对图像的平均饱和度的测量设定期望的平均级别。如果图像的平均饱和度低于期望的平均级别，将会引起色彩饱和度的增加。如果图像的平均饱和度高于期望的平均级别，将会引起色彩饱和度的下降。这个方法在改善图像的色彩特征的方面将非常成功，但在很多情况下也会失败，因为过饱和色彩没有被严格避免。当应用自动饱和度控制时所述教义可以工作良好，但是，当再次施加用户控制的饱和度时可能出现夸张的和不自然的观看色彩，因为它们没有被严格避免。

所希望的概念是：即使在常规色彩饱和度控制的高饱和度级别情况下夸张的和不正常的观看色彩也被严格避免。尤其是应该避免接近红和深红色的夸张的色彩，应该提高接近黄的色彩。

发明内容

这是本发明的切入点，它的目标是提供一种控制图像色彩饱和度的图像信号处理方法以及一种控制图像色彩饱和度的图像信号处理设备，该方法和该设备有效地、可靠地避免了夸张的、不自然的观看色彩，本发明起源于改变要显示的图像的饱和度控制。

关于所述方法，该目的是由一种控制图像的色彩饱和度的图像信号处理方法实现的，该方法包括下列步骤：

-提供输入图像信号；

-向输入图像信号施加饱和度控制，产生饱和度受控的图像信号；

-在色彩恢复中向饱和度受控的图像信号施加一个增益值，产生输出信号；其中

-确定增益值使得输入信号中色彩的最大值被保持在输出信号中。

本发明已经实现了，只有在饱和度控制由增益值修正时，能够保持色彩的最大值(即色域的边界色的最大RGB值)在饱和度控制之前和之后相等。本发明提出的主要概念是确定所述增益值使得输入信号中色彩的最大值在输出信号中被严格保持。结果，具体来说，显示屏的输出上相应的主色彩的最大光输出也被严格保持。本发明还意味着能够根据原始的饱和度受控参数调整一个色域的边界和该色域的中心之间的色彩(即值低于最大值的那些色彩)，但并非必须这样。还可以根据饱和度控制参数和优选地修改过的增益值，例如根据本发明低于边界色彩之一的修改过的增益值，调整一个色域的边界和中心之间的色彩。可以包含适当的内插。任何情况下，输入信号中的色彩最大值(即该色域的边界色彩的值)在饱和度控制之前和之后都相等。

与普通方法相比，该主要概念具有多种优点。从该概念明显看出，对所有相关色彩施加了唯一的增益值，并将产生色彩值的对称调整。这意味着所提出的方法即使在增加色彩饱和度控制的情况下也将保持3D-色彩空间的对称性。因为完美地保持了色彩的最大值，因而也完美地保持了3D-色彩空间的对称性。从观看的感知观点来看，这个所谓“相等色彩最大值方法”以对所有色彩的非常自然和同时的变化产生了非常平衡、丰富的色彩再现。相比之下传统的色彩饱和度控制方法仍将导致夸张的、不自然的蓝色、红色和深红色以及发浅的黄色。此外通过保持输入信号的色彩的最大值并保持3D-色彩空间的对称性避免了传统方法的发浅的绿色、青色以及非常浅的黄色再现，取而代之的是所有色彩的非常均衡的显示。

尤其对显示器的投资和开发活动过多，这通常不得不提供大量不同种类的措施来限制饱和度的变化量或者对涉及其它或额外的主色彩的其它显示活动，以便获得更好的(例如黄色)色彩再现。尤其，EP 1383 341 A2中公开的Lab、CbCr、HSV等色彩空间参数的应用过多。即使它是相当复杂的概念，EP 1 383 341 A2的教义也只对自动饱和度控制起作用。但本发明在用户控制饱和度的情况下也将良好地工作。这是因为在任何情况下输入信号中色彩的最大值在输出信号中被严格保持。因此本发明可以被理解为对常规的饱和度控制方法的改进。

另外根据本发明的已开发的配置可以灵活调整本发明的概念，在从属权利要求中将进一步概述本发明的已开发的配置。

本发明适用于现代等离子体显示面板以及LCD-应用、摄像机、计算机应用和彩色打印机以及计算机软件应用。

具体的，是通过将饱和度受控的图像信号乘以增益值而应用增益值的。

在一个特定的优选配置中，为输入信号中所有具有相同最大输入值的色彩保持该最大值。尤其对于一个或多个选择出的基准色的最大值更是如此。在格外优选的配置中，该一个或多个选出的基准色包括至少三个基色。通常该一个或多个选出的基准色可以包括任意种类的色彩，但是，考虑到现代的应用，所选出的基准色至少包括红、绿和蓝色。换句话说，上述概念的优势最好通过在增大饱和度时控制这三个基色的最大值来实现。

在进一步开发出的配置中，该一个或多个选出的基准色还包括至少三个补充色，尤其是黄色、深红色和青色。在详细说明的附录中概述了选择基准色的特别有利的方式。

在一个特定的优选的配置中，色彩恢复包括更多步骤：

在第一处理流中：

-将饱和度受控的图像信号转换成饱和度受控的RGB-图像信号；

-从饱和度受控的RGB-图像信号确定第一最大值；并且

在第二处理流中：

-将输入图像信号转换成RGB-图像信号；

-从RGB-图像信号确定第二最大值。

为此，饱和度增加之后的色差信号被转换到RGB域以获得对增加的饱和度的“RGB测量”。此外，原始的色差信号也被转换到RGB域以分析“原始饱和度级别”。新概念的方法因此还称为“EqualRGBmax色彩饱和度方法”。

优选配置接下来包括从该第一最大值和/或该第二最大值大体确定增益值的步骤。即，为饱和度增加之后的色差信号确定增益值形式的修正因子。换句话说，根据上述饱和度增加的“RGB-测量”以及上述“原始饱和度级别”确定增益值。

这样的测量是(例如)相对于WO 2004/00878 A1的教义，其中亮度信号已经被用于计算并且没有为3D-空间的锥形提供任何补偿。

该开发出的配置已经特别适合于RGB色彩空间。这里在一个简化配置中，增益值受第二和第一最大值的商影响。本发明的概念还被特别应用在了HSV(Hue Saturation Value，色调饱和度值)色彩空间中，它被有利地用在了计算机软件应用中。

这种情况下增益值优选地由第二最大值和第一最大值的商确定。在详细说明中参考图11说明了特别优选的第二实施例。

尤其关于进一步开发出的配置中的RGB色彩空间，该方法包括通过对真实饱和度的测量进一步确定增益值的步骤。特别地，确定增益值的步骤还包括下列步骤：

-从RGB-图像信号确定最小色彩值，并

-从最大色彩值和最小色彩值计算真实的饱和度参数。

更优选地，对真实饱和度的测量提供了来自RGB-图像信号的第二最大值和最小值之间的差。特别是所述对真实饱和度的测量可以被第二最大值相除。在详细说明中参考等式8、11和图6对第一实施例的特别的优选细节进行了说明。

有利地，通过这些测量以饱和度控制的函数的形式提供了均衡的和对所有色彩对称的增加。

根据进一步的优选配置，增益值给出了第二和第一最大值的比较，尤其是商。在详细说明中参考等式10和图6给出了特别的优选第一实施例。特别地，所述商将被如上所述乘以真实的饱和度参数。在详细说明中的等式11中给出根据第一实施例作为色彩饱和度控制的函数的最终增益值。

依照本发明的优选第一方面，优选地使用第二最大值的平均值代替第二最大值来确定增益值。特别的，确定增益值还包括从上述第二最大值计算平均值的步骤。在详细说明中参考图6和等式9、14说明了优选实施例。

在第一方面的优选和复杂的配置中，从如上所述所选出的基准色的一个或多个最大值确定出该平均值。参考等式9说明了一个特别优选的实施例。特别地，该一个或多个选出的色彩是通过一系列相交线在一个色域中选出的。尤其这些相交线与基色和/或补充色之间的线相交。在详细说明中参考附录说明了为求平均而找到优选的边界色彩的特别有利的方式。优选地可以计算最多30或70个边界色彩，即优选种类的一个色域中色彩的最大色彩值，以获得非常好的结果。针对在详细说明的第二节中参考图2所说明的已定义的摄像机灰度系数可以应用这个前面的复杂配置。针对在详细说明的第三节参考图5所述的未知摄像机灰度系数可以应用这个后面更简单的配置。

在第一方面的更简单但仍然优选的配置中，还可以从任意基准色的一个或多个最大值确定平均值。参考等式14说明了一个特定的优选实施例。

根据本发明的优选第二方面，该方法还包括限制第二最大值的平均值的步骤。特别地，该限制步骤被作为任意基准色的一个或多个最大值的函数和/或通过对饱和度控制的调节而被应用。参考等式15和详细说明的第四节说明了一个特定的优选实施例。第二方面特别优选的对平均值的限制可以依赖于显示器类型来采用。一方面可以为阴极射线管(CRT)或等离子显示面板(PDP)选择一个适当的限制查找表(LUT，Limiting Lookup Table)。另一方面针对液晶显示器(LCD)或数字存储或打印的图像(DIG)可以提供不同的限制(LTU)。优选地后者比前者具有更低的输出值，因为LCD或DIG设备与CRT或PDP设备相比具有有限的亮度值。

上述方法和为其所开发出的配置可以用任何优选种类的数字电路来实现，借此可以获得与数字电路相关的优势。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所列举的或者说明书中所描述的或者图中所示的若干装置的功能。

因此关于该设备，本发明还产生了用于控制图像的色彩饱和度的信号处理设备，所述设备包括：

-用于提供输入图像信号的装置；

-用于向输入图像信号施加饱和度控制以产生饱和度受控的图像信号的装置；

-色彩恢复装置，用于向饱和度受控的图像信号施加一个增益值产生输出信号；

-用于确定该增益值以使输入信号中色彩的最大值被保持在输出信号中的装置。

从详细说明的图6和图11还可以获得该设备的优选实施例。特别地，关于该设备，本发明还产生了包括显示器和信号处理设备的设备，其中该信号处理设备适合执行上述方法。尤其可以从阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)中选择显示器。具体地，上述种类的显示器可以用在摄像机中或以监视器的形式使用，尤其是用于计算机或电视。

本发明还产生了可以存储在计算设备可读介质上的计算机程序产品，当该产品在计算设备上被执行时它包括的软件代码段诱导计算设备执行上述方法。软件代码段关于对第二最大值求平均以确定平均值和限制平均值的优选配置如上所述。

本发明还产生了用于执行和/或存储上述计算机程序产品的计算和/或存储设备。特定的优选计算设备适合执行上述对第二最大值的求平均以便如上所述确定平均值以及限制该平均值。

从下文中所说明的优选实施例，本发明的这些和其它方面将得以阐明和变得显而易见。当然，为了说明本发明起见不可能说明组件或方法的每个可能的配置，但本领域的技术人员将会认识到本发明的很多进一步的组合和改变都是可能的。

通常上述这些技术适用于电视机或数字照相机或摄像机。而本发明针对显示器有特定的效用也将结合显示器说明本发明，应该理解本发明的概念还适用于其它形式的用于输出彩色图像的输出设备。例如，本发明的概念还可应用于彩色打印机或很多计算机应用。

图像信号处理现在已经变成了家用电子设备的相关部分，尤其是数字家用电器以及所有种类的音频和视频前端以及其它种类的信息和娱乐产品。由于大多数PC彩色监视器具有与电视机相同的色域和非线性转换功能，这种技术被以计算机软件实现用于图像编辑，因为家用电子设备和计算机电子设备变得彼此联系越来越紧密。

附图说明

为了更完整地理解本发明，应该参考附图，附图中：

图1是EqualRGBmax色彩饱和度控制的位置的示意图；

图2是在1/2.3的摄像机灰度系数及1.4的饱和度控制之后的30个优选边界基准色的RGBmaxsat值的图；

图3是作为指数摄像机灰度系数的函数f(RGBmax)和f(sat)的图2的30个边界基准色的AverageRGBmax曲线图；

图4示出了一个3D-图形的投影，该3D-图形展示了针对1.2的饱和度控制上的优选色彩条测试图的EqualRGBmax色彩饱和度控制的UCS 1976和色调分析；

图5示出了演示任意色彩C的AverageRGBmax值的计算的3D-图形的投影；

图6是作为色彩饱和度控制的函数的EqualRGBmax方法的第一优选实施例的流程图；

图7是AverageRGBmax曲线的第一幅图以演示将计算出的AverageRGBmax值作为1.0到2.0的色彩饱和度控制的函数限制在最大1.067；

图8是AverageRGBmax曲线的第二幅图以演示将计算出的AverageRGBmax值作为1.0到2.0的色彩饱和度控制的函数限制在最大1.0；

图9示出了测试数据的一个3D-图形的投影-在左边：从UCS 1976中的传统饱和度控制方法和色度色彩空间得到的数据的侧投影-在右边：得自EqualRGBmax色彩饱和度控制方法的优选实施例的数据的侧投影，其中的其它参数与左边完全相同；

图10示出了显示之后的测试数据的3D-图形的投影-在左边和图9中一样：得自常规饱和度控制方法-在右边和图9中一样：得自EqualRGBmax饱和度控制方法的优选实施例；

图11是作为色彩饱和度控制的函数的EqualRGBmax的第二优选的改进实施例的流程图，尤其是构成了对HSV饱和度控制的替代；

图12示出了测试数据的3D-图形，在左边：来自常规HSV饱和度控制方法-在右边：来自EqualRGBmax方法的第二个优选的改进实施例；

图13是在使用带除法器(实线)和不带除法器(虚线)的RGBsat’时根据EqualRGBmax方法的第一优选实施例的Ro’、Go’或Bo’边界色彩的最大值的第一个图；

图14所示出的图演示了图2的优选基准点的计算；

图15示出了带有图14和图2的优选基准点的数字的图。

具体实施方式

引言

说明了若干方法(图6a中的30A和图11中的30B)，以便以增大的色彩饱和度控制(即，饱和度值“sat”大于unity)将图像或场景13中的色彩最大值保持在例如图1中所示显示设备3(电视机、监视器、打印机、计算机、音频/视频应用)的输出上。

显示设备3(例如，电视机、数字相机、数字摄像机或很多计算机应用或打印机)中的色彩饱和度控制(CSC)优选地是在记录了视频或静止图像的摄像机1中对原始图像信号的非线性转换之后在非线性信号域中执行的。这种非线性转换通常是通过向信号应用非线性转换函数，该转换函数将简单地称为“灰度系数(gamma)”或“反灰度系数(degamma)”(在反向非线性转换的情况下)，来进行的。结合图1中所示显示装置11的非线性灰度系数，优选地计划将色彩饱和度增加到unity之上。

这个非线性摄像机信号是为什么增加的饱和度控制会导致夸张的色彩(尤其是蓝、红和深红色)的显示的原因。例如与黄色相比蓝色可以被放大9倍。相反，常规色彩饱和度控制的增加带来的是过浅的黄色再现以及绿色和深红色的不足增加。

显示设备3的色彩饱和度控制(CSC)5的位置依照图1。其中显示了包括三个主要部分1、2、和3的电视系统的基本结构图。上部示出的是摄像机1和传送媒体2，下部是具有CRT(阴极射线管)或别的种类的显示装置11(如等离子显示面板PDP或液晶显示器LCD)的电视显示屏形式的显示设备3。

通常场景是由摄像机1通过镜头和单个具有RGB(红-绿-蓝)或别的种类的色彩阵列的光敏区域图像传感器记录下来。接下来RGB信号被提供给3x3摄像机矩阵以将摄像机的色域调整为期望的电视标准，如EBU-标准(欧洲广播局)或HDTV-标准(高清晰度电视)。

在矩阵之后应用了摄像机灰度系数。目的是在显示设备3的末尾补偿显示装置11(CRT、PDP、LCD)的非线性转换。

最终在摄像机1中R’G’B’信号被转换成Luma信号Y’和色差信号R’-Y’及B’-Y’，它们构成了显示设备3的输入信号。作为摄像机1的替代，还可以用任何其它合适的方式提供输入信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)。

在转换之后可以通过向Luma信号Y’增加DC-电平而调节黑色电平。可以通过将色差信号乘以一个适当的因子而调节饱和度，该因子在图中由“sat”表示。

在传送媒体2之前可以应用编码器，之后可以应用解码器。编码器和解码器的类型取决于传送媒体2的类型。

显示器3首先在Luma信号Y’上提供黑色电平控制，在色差信号R’-Y’和B’-Y’上提供色彩饱和度控制CSC 5。接下来信号通过变换7再次转换回R’、G’和B’信号。

如果显示屏3的色域与摄像机(EBU或HDTV)的色域不一致，可以应用3x3的显示矩阵9以便将色彩再现误差降至最小。

最后存在显示装置11，通过它的灰度系数转换特征显示出由摄像机1记录下的场景13。将会理解对灰度系数的适当选择一直留给特定的应用。这里，在这个环境中使用了2.3的CRT灰度系数。在CRT之外还可以应用其它显示装置11，如LCD(液晶显示器)和PDP(等离子显示面板)。

通常关于打印机有关的是大多数打印机已经采用了sRGB标准，因而也采用了具有比正常略低的指数的灰度系数，例如，在打印之前为图片(如线性色条)施加比真实的指数曲线增益要低的接近黑色的灰度系数。为了PC监视器上的适当显示，也优选指数比正常略低的灰度系数。否则在打印或在监视器上观看时通常打印出的图案会过暗。

1.作为色彩饱和度控制函数的显示器输入和输出上的EqualRGBmax

为清晰起见，将针对图1的TV显示设备3中的应用说明EqualRGBmax色彩饱和度控制(CSC)5。但这不排除该EqualRGBmax方法可以用在数码相机或数码摄像机、计算机硬件和软件应用以及彩色打印机中。

常规色彩饱和度控制放大了(R’-Y’)和(B’-Y’)色差信号的幅度：

(R-Y)’＝sat×(R’-Y’)

(B-Y)’＝sat×(B’-Y’)    (1)

其中R’和B’信号表示非线性R和B信号到摄像机灰度系数的冥，Y’如下面的关系式用联邦通信委员会(FCC)权重表示R’G’B’信号的和：

Y′＝Y_R×R′+Y_G×G′+Y_B×B′＝0.299×R′+0.587×G′+0.114×B′

                                                          (2)

下面说明根据本发明的第一(图6中的30A)和第二(图11中的30B)优选实施例的方法。对于增加的色彩饱和度控制，3D色彩空间的对称性将被完美地保持。三基色RGB色彩的最大值充当3D色彩空间的垂直维度。这个方法将被称作“EqualRGBmax方法”。从观看的感观角度，这个“EqualRGBmax方法”导致了非常平衡的色彩增加以及所有再现的色彩的自然且同步的变化。相反，常规的色彩饱和度控制方法将导致放大的、不自然的蓝色、红色和深红色、发浅的青色和绿色以及非常浅的黄色再现。

下文中，参数“RGBmax”表示非线性摄像机之后三个R’G’B’信号的最大信号。参数“RGBmaxsat”表示饱和度控制之后三个Rs’Gs’Bs’信号的最大信号。

这些信号被表示在图2的右上部处理图标中。EqualRGBmax饱和度控制方法的一个特殊特征是在摄像机灰度系数之后具有相同RGBmax’输入的所有边界色彩将在色彩饱和度控制之后得到相同的RGBmaxsat’输出，因而在显示器输出上也将得到相同的RGBmaxsat’输出。边界和中心白色之间的所有色彩将得到正比于真实的色彩饱和度参数RGBsat’的RGBmaxsat’振幅。

2.EqualRGBmax饱和度控制的原理

这第二节涉及在用于已定义的摄像机灰度系数的EqualRGBmax饱和度控制方法的优选实施例中计算avrRGBmax值(平均RGB-色彩最大值)的第一种途径。对EqualRGBmax饱和度控制的基础的第一解释涉及1/2.3的摄像机灰度系数并且只从边界色彩开始。已经有利地选择了1/2.3的摄像机灰度系数以便获得摄像机和显示器统一的总体灰度系数。已有显示器的灰度系数是2.3。实际上摄像机和显示器灰度系数很难是正好互补的。通常存在总体的非线性灰度系数。尽管如此这里仍然实现了显示器输出上的线性光输出，使得色彩分析更易于理解，因为已经避免了显示器的非线性光输出。

在图2的右上部显示了常规饱和度控制的一个图标。在摄像机灰度系数之后显示的是以RGBmax’作为它们的最大值的R’G’B’信号，在饱和度控制之后显示的是以RGBmaxsat’作为它们的最大值的Rs’Gs’Bs’信号。在图2的下部通过饱和度控制增加到1.4之后的粗实垂直线示出了30个边界基准色的RGBmaxsat’值的增加。饱和度控制之前的30个输入边界基准色被用作基准，图2的图标中以“ref”表示。这些基准色根据3D-色度空间中的4’级有1.0V的RGBmax’值(或者8比特信号的255)。左下角的边界色彩从0度色调角开始，移动到Ma-R-Ye-G-Cy-B(深红、红、黄、绿、青、蓝色)并最终在359度结束，正如左上角的色度平面所示。在0到360度的刻度上还通过细虚垂直线示出了边界基准点之间内插的RGBmaxsat’边界色彩。在水平刻度上示出了边界色彩的优先选择的基准数。在附录中参考图14和15详细说明了找到优选选择的优选方式。

对于2D色度平面使用了根据第二圆相似14的色差降低因子，所以RFRcir2＝0.8771、RFBcir2＝0.7277。

图2中RGBmaxsat’16的演变清楚地表明蓝色B已经变成最大振幅，从观看的感观角度非常重要的黄色(Ye)已经变成了最小振幅。垂直RGBmax’值为1.2(8比特信号的306)的水平线15表示在1/2.3的摄像机灰度系数之后1.4的饱和度控制的所有30个边界基准色的AverageRGBmax’值。使用这种选出的基准色确定平均值是计算平均RGBmax’值的第一种方式。

在应用下文所述的EqualRGBmax饱和度控制的第一优选实施例时，图2中所有边界色彩的RGBmax值将已经变得等于1.2的平均RGBmax’值，其由水平线15表示。下面平均值被称作avrRGBmax’。为了获得这个结果必须用图中和权利要求中称作垂直增益或增益值27的垂直增益参数乘以饱和度控制之后的Rs’Gs’Bs’信号：

Verticalgain＝avrRGBmax’/RGBmaxsat’。

增益值27根据第一优选实施例是通过图6中的装置20A和根据第二优选实施例是通过图11中的装置20B确定的。

利用Bs’＝sat×(B’-Y’)+Y’，这意味着对蓝色B(B＝1，R＝G＝0)来说，verticalgain＝1.2/(sat×(B’-Y’)+Y’)＝1.2/(1.4×(1.0-0.114)+0.114)＝1.2/1.354＝0.886，导致蓝色B的振幅衰减。对于黄色Ye(R＝G＝1，B＝0)来说，这意味着verticalgain＝1.2/(sat×(R’-Y’)+Y’)＝1.2/(1.4×(1-0.886)+0.886)＝1.2/1.0456＝1.1476，导致黄色Ye的振幅的放大。就R’＝G’的黄色来说，选择两个中的哪一个用于verticalgain的计算都无关紧要。

对于0和1.0之间的任意RGBmax’值以及1.0和2.0之间的任意饱和度控制，avrRGBmax’值可以如参考图3所述找到。所有曲线都是指数为1/2.3的指数摄像机灰度系数曲线。振幅作为图3右侧的饱和度控制列的函数而不同。例如，如果sat＝1.7，那么最大的avrRGBmax’值是1.35，并且相应的灰度系数曲线是1.35×RGBmax^γ，其中γ＝1/2.3。例如，对于RGBmax输入为0.45的边界色彩来说，这个结果是：

avrRGBmax’＝1.35×0.45^(1/2.3)＝1.35×0.707＝0.95。

注意对任意在1.0V的输入上有1.0V输出的摄像机灰度系数曲线来说，作为色彩饱和度控制的函数的avrRGBmax’值的放大与图3右侧表中所示完全相同。这也可以得到证明，但这里没有示出。

对于3D色彩空间的边界和中间白色之间的所有颜色，可以获得正比于第3节的等式8的所谓真实色彩饱和度参数RGBsat’的verticalgain。任意色彩的verticalgain是：

verticalgain＝1+((avrRGBmax′/RGBmaxsat′)-1)× RGBsat′，    (3)

其中RGBsat’是在摄像机灰度系数之后饱和度控制之前测量的，对于白色或灰色等于零并且对所有边界色彩等于一。

为了获得更大或更小量的verticalgain，还可以将结果verticalgain乘以一个常数，该常数优选地可以根据特定应用来选择。

图4用针对1.2的饱和度控制的EqualRGBmax饱和度控制方法的这个优选的第一实施例示出了UCS1976和色度色彩(Chrominance”)空间中优选的色彩条测试图的侧投影。它涉及在摄像机的显示以及具有互补指数的显示器灰度系数之后的色彩分析。

从图4可以清晰地看到对于B-R-Ma-G-Cy-Ye边界色彩来说，显示之后的RGBmax”的值都等于1.1^2.3＝1.25。另外当从中心的白色向边界色彩进行时，可以看到通过RGBsat’参数的成比例的增加。在这种情况下当然在饱和度控制之后以及显示之前所有边界色彩的RGBmax’值都相等，等于与1.2的饱和度控制相对应的值1.1。

3.对任意色彩的平均RGBmax′值的计算

这一节涉及在针对未知摄像机灰度系数的EqualRGBmax饱和度控制方法的一个优选实施例中计算avrRGBmax值的第二种方式。根据第2节的第一种方式的对avrRGBmax’的计算已经基于在大于或等于1.0的任意饱和度控制之后的30个边界基准点的平均值。根据第3节的第二种方式，看起来只用黄和蓝边界色彩计算avrRGBmax’值给出了与根据第2节的第一种方式的利用给定30个边界基准色完全相同的结果。该第二种方式使得能够相当容易找到任意色彩C’的avrRGBmax’值，对此将借助图5进行说明。

在图5的上部，色度色彩平面示出了任意摄像机色彩C’的位置。在图5的下部，色彩C’被显示在用RGBmax’参数作为垂直维度的色度色彩空间的侧投影中。RGBmaxC’值是确定色彩C’的三个R’G’B’信号的最大值。已经施加了1.4的任意饱和度控制，其中已经通过从位于图5上部和下部的色彩C’开始的粗实箭头18示出了所得到的色彩C’的色彩再现。在下部的侧投影上还示出了色彩C’的RGBmaxC’和RGBmaxsat’值，它们分别是1.4的色彩饱和度控制之前和之后的结果。

色彩C’的RGBmaxC’输入值被用于利用R＝G＝RGBmaxC’和B＝0确定黄色Ye’，并根据R＝G＝0和B＝RGBmaxC’确定蓝色B’。那两个Ye’和B’位于在侧投影中能够看到的3D色度空间的边界。接下来Ye’和B’色彩得到与任何色彩C’相同的1.4的色彩饱和度。这在图5的上部和下部通过从色彩Ye’和B’的RGBmaxC’水平开始的粗实箭头14示出。接下来计算两个边界色彩的平均值，产生avrRGBsat’值。通过计算任意色彩C’的RGBsat’参数，能够如下找到期望的verticalgain：

Verticalgain＝1+((avrRGBmax’/RGBmaxsat’)-1)×RGBsat’，这与前面第2节中的等式3完全相同。

注意对于具有和色彩C’的RGBmaxC’相同的RGBmax’值的所有色彩，通过色彩Ye’和B’计算出的avrRGBmax’值也将相同。但作为RGBmaxsat’和RGBsat’参数的函数，RGBmaxC’平面上的所有其它色彩的verticalgain将不同，以获得相同的avrRGBsat’级别。

3.1根据第一优选实施例的EqualRGBmax饱和度控制方法

EqualRGBmax方法可以看作为具有相同RGBmax输入值的色彩平面中所有色彩在显示前和显示后保持RGBmax’值的色彩饱和度控制的函数。

在图6中示出了作为色彩饱和度控制的EqualRGBmax方法的第一优选实施例的框图。借助图6将通过等式(4)-(13)和过程(9)说明和阐述EqualRGBmax方法的第一实施例。

在第一处理流23中，非线性摄像机信号Luma Y’和色差信号(R’-Y’)和(B’-Y’)被提供给饱和度控制(CSC)17作为输入图像信号，并且分别变成Y’和{sat×(R’-Y’)}和{sat×(R’-Y’)}，作为饱和度受控图像信号。具有单位元素(unity)和修改的饱和度控制的Luma和色差信号在转换单元19中被转换成基色信号，即第二处理流25中摄像机的R’G’B’信号和第一处理流23中具有修改的饱和度控制的Rs’Gs’Bs’信号。Rs’Gs’Bs’信号中的“s”表示第一处理流23中修改的饱和度控制。

R′＝(R′-Y′)+Y′

G′＝(G′-Y′)+Y′，where(G′-Y′)＝-(Y_R/Y_G)×(R′-Y′)-(Y_B/Y_G)*(B′-Y′)

B′＝(B′-Y′)+Y′    (4)

用于获得(G’-Y’)信号的Y_R、Y_G和Y_B亮度贡献基于等式(2)的FCC标准，该等式用于Luma信号Y’和色差信号(R’-Y’)及(B’-Y’)的转换。结果是：Y_R∶Y_G∶Y_B＝0.299∶0.587∶0.114。

Rs’Gs’Bs’信号是：

Rs′＝sat×(R′-Y′)+Y′

Gs′＝sat×(G′-Y′)+Y′

Bs′＝sat×(B′-Y′)+Y′    (5)

在等式(5)中，已经使用了先前获得的等式(4)的G’信号的(G’-Y’)信号。RGBmaxsat’值在第一处理流的单元21中被按照等式(6)检测为来自Rs’Gs’Bs’信号的第一最大值：

RGBmaxsat′＝max{Rs′，Gs′，Bs′}    (6)

在第二处理流的单元21中，从原始的输入R’G’B’流，RGBmax’以及RGBmin’信号被检测为第二最大/最小值。

RGBmax′＝max{R′，G′，B′}，and

RGBmin′＝min{R′，G′，B′}    (7)

借助RGBmax’和RGBmin’，在单元24中按照等式(8)确定真正的饱和度参数RGBsat’。

RGBsat′＝(RGBmax′-RGBmin′)/RGBmax′    (8)

等式(8)中计算出的RGBsat’参数将被用来获得色彩饱和度控制，该色彩饱和度控制在3D色彩空间的2D水平片上导致当从色域中间的白色向边界色彩移动时垂直振幅的增加。图4中已经示范了所述增加的典型演变。

对于饱和度受控(sat)信号之后给定的RGBmaxsat’值以及输入信号的RGBmax’值，EqualRGBmax饱和度控制的最特殊的功能将在单元31中执行，即借助于基色蓝色和补充色黄色对AverageRGBmax的计算。

Procedure AverageRGBmax(sat，RGBmax′)

{Calculate the average RGBmax value of the B and Ye color after the saturation control，

given RGBmax′of the actual pixel}

used variables:

totalRGBmax′                {sum of the B and Ye RGBmax calculations}

Rst′， Gst′， Bst′， Yst′{temporary RGBY signals for the 6 calculations as f(sat)}

(R-Y)′t，(G-Y)′t，(B-Y)′t {three temporary color difference signals}

RGBmaxt′                             {temporary RGBmax′for the 6 calculations}

begin{of procedure AverageRGBmax}

totalRGBmax′＝0

for i ＝0 to 2 do

begin{calculate totalRGBmax′of B and Ye colors，given RGBmaxsat′}

case i of

0:{B}Rst′＝0，Gst′＝0，Bst′＝RGBmax′

1:{Ye}Rst′＝RGBmax′，Gst′＝RGBmax′，Bst′＝0

end of i case

Yst′＝YR×Rst′+YG×Gst′+YB×Bst′{YR，YG，YB are the FCC luminance weights}

(R-Y)′t＝sat×(Rst′-Yst′)

(G-Y)′t＝sat×(Gst′-Yst′){3 color difference signals after sat control}

(B-Y)′t＝sat×(Bst′-Yst′)

Rst′＝(R-Y)′t+Yst′

Gst′＝(G-Y)′t+Yst′{Rst′，Gst′，Bst′signals after sat control}

Bst′＝(B-Y)′t+Yst′

RGBmaxt′＝Rst′

if Gst′＞RGBmaxt′then RGBmaxt′＝Gst′{find RGBmaxt′of Rst′，Gst′，Bst′signals}

if Bst′＞RGBmaxt′then RGBmaxt′＝Bst′

{calculate total RGBmax′}

totalRGBmax′＝totalRGBmax′+RGBmaxt′

end{of totalRGBmax′calculation}

avrRGBmax′＝totaRGBmax′/2{average RGBmax′value of B and Ye color}

end{of procedure AverageRGBmax}                                  (9)

在过程(9)的结尾，图6的单元31的avrRGBmax’信号可用。目前假定所谓图6中单元33的“limitinglut”已经被设置为线性模式，因此对avrRGBmax’信号没有任何影响。因此，目前avrRGBmaxl’＝avrRGBmax’。

为了获得基准边界色彩或任何输入边界色彩的EqualRGBmax’输出信号，必须在单元29A中根据等式(10)计算参数RGBmaxgain。

$\mathrm{RGB}\max \mathrm{gain}=\frac{\mathrm{avrRGB}\max l^{\text{'}}}{\mathrm{RGB}\max {\mathrm{sat}}^{\text{'}}}---\left(10\right)$

单元29A的输出是RGBmaxgain-1。

通过单元20A确定的最终verticalgain参数27是色彩饱和度控制的函数：

verticalgain＝1+(RGBmaxgain-1)×RGBsat′，    (11)

该等式等于等式(3)。

Luma和色差输出信号变成：

Yo′＝verticalgain×Y′

(R-Y)′o＝verticalgain×sat×(R′-Y′)

(B-Y)′o＝verticalgain×sat×(B′-Y′)    (12)

如果想要RGB输出信号，如下：

Ro′＝verticalgainctrl×Rs′

Go′＝verticalgainctrl×Gs′

Bo′＝verticalgainctrl×Bs′    (13)

可以如下从等式(12)获得等式(13)的结果

Ro′＝(R-Y)′o+Yo′＝verticalgain×sat×(R′-Y′)+verticalgain×Y′

Go′＝(G-Y)′o+Yo′＝verticalgain×sat×(R′-Y′)+verticalgain×Y′

Bo′＝(B-Y)′o+Yo′＝verticalgain×sat×(B′-Y′)+verticalgain×Y′，

其中与等式(4)相同可以如下得到(G-Y)’o信号：

(G-Y)′o＝-(YR/YG)×(R-Y)′o-(YB/YG)*(B-Y)′o

提取出verticalgain参数27，得到：

Ro′＝verticalgain×(sat×(R′-Y′)+Y′)

Go′＝verticalgain×(sat×(R′-Y′)+Y′)

Bo′＝verticalgain×(sat×(B′-Y′)+Y′)，

上面等式根据等式(5)产生等式(13)。

3.2根据改进的第一优选实施例的简化avrRGBmax′计算

单元31中用于avrRGBmax’值的计算的过程(9)还可以如下工作：

对于蓝色，计算：

Rst’＝0，Gst’＝0，Bst’＝RGBmax’，所以

Yst’＝YB×Bst’＝0.114×RGBmax’

已经知道在饱和度控制之后蓝色信号将是最大的一个。因此：

RGBmaxt′＝Bst′＝sat×(Bst′-Yst′)+Yst′

通过替换Bst’＝RGBmax’和Yst’＝0.114×RGBmax’，RGBmax’信号变为

RGBmaxt′＝sat×(RGBmax′-0.114×RGBmax′)-0.114×RGBmax′，or

RGBmaxt′＝sat×RGBmax′+(1-sat)×0.114×RGBmax′

以类似的方式，对于黄色边界颜色计算：

Rst′＝RGBmax ′，Gst′＝RGBmax′，Bst′＝0，so

Yst′＝YR×Rst′+YG×Gst′＝0.299×RGBmax′+0.587×RGBmax′＝0.886×RGBmax′

已知在饱和度控制之后红色或绿色信号将是最大的一个，所以：

RGBmaxt′＝Rst′＝sat×(Rst′-Yst′)+Yst′

通过替换Rst’＝RGBmax’和Yst’＝0.886×RGBmax’，RGBmax’信号变为

RGBmaxt′＝sat×(RGBmax′-0.886×RGBmax′)-0.886×RGBmax′，or

RGBmaxt′＝sat× RGBmax′+(1-sat)×0.114×RGBmax′

饱和度控制之后的蓝色和黄色边界颜色的平均为：

avrRGBmax′＝

{(sat×RGBmax′+(1-sat)×0.114×RGBmax′)

+(sat×RGBmax′+(1-sat)×0.886×RGBmax′)}/2

计算这个等式得到：

avrRGBmax′＝{2×sat×RGBmax′+(1-sat)×(0.114+0.886)×RGBmax′}/2

＝{2×sat×RGBmax′+(1-sat)×RGBmax′}/2

＝RGBmax′×{2×sat+(1-sat)}/2，so

avrRGBmax′＝RGBmax′×(1+sat)/2    (14)

结果是在单元31中可以有利地简单应用等式(14)代替过程(9)。

4.对Average RGBmax值的压缩

在图6的单元31中对avrRGBmax’值的计算之后，在单元33中应用limitinglut。如果显示装置11(如CRT或PDP)没有随着常规色彩饱和度控制的增加造成色彩细节的损失，尤其是蓝色或红色的损失，就不必为EqualRGBmax饱和度控制方法在单元33中施加limitinglut。这是因为图6的EqualRGBmax方法30A的最大RGBmax’值低于常规饱和度控制方法的那些值。但是，LCD显示装置只有有限的光输出范围，并且随着常规或EqualRGBmax色彩饱和度控制的增加会导致色彩细节的丢失。因此单元33的limitinglut对LCD应用尤其感兴趣。当利用最大RGBmax’信号级别255(此时对于每个色彩使用8个比特)存储数字RGB图像或视频电影时，上述同样适用。即使对采用它们的Luma和色差信号的JPEG和MPEG存储，限制最大RGBmax’信号以便同样限制色差信号的范围也是重要的。

在图7和图8中示出了avrRGBmax’值的限制的两个例子。图7的limitinglut(最大限制级别)的最大级别，例如针对LCD应用已经被设置为1.067，而图8的例如已经针对数字存储被设置为1.0V。应该注意它取决于原始图片的饱和度的量以及调节maxlimitlevel所到的色彩饱和度控制的量。在图7和图8中已经通过粗虚线示出了limitinglut。在所选择的maxlimitlevel之下发生对avrRGBmax’的压缩以便保持一些彩色细节。在图7以及图8中是以0.3的斜率选择压缩量。直到压缩启动，对limitinglut的转换都是线性的。可以看到，limitinglut是对色彩饱和度控制值sat的调节的函数。在图7中，可以看到针对sat值从1.1到2.0变化(10个0.1的步骤)的饱和度控制的9条粗压缩虚线。第一个饱和度控制值1.1不会引起任何压缩，因为它的avrRGBmax’没有达到1.067的maxlimitlevel。对于1.2的饱和度控制，会发生一些压缩，压缩将随着饱和度控制的增加而增加。在图8中可以看到10条limitinglut的粗压缩虚线，因为即使在1.1的第一个饱和度控制步骤avrRGBmax’值将超过1.0的maxlimitlevel。

用于获取作为饱和度控制的函数的limitinglut的过程如下：

Procedure Calculate_Limitinglut(sat，maxlimitlevel)

{calculate limitinghut as function of sat and given maxlimitlevel}

{here limitinglut consists of 9 bits with 28-1(＝255)as the equivalent for 1.0 Volt}

constant:

slope＝0.3                         {the slope of the compression}

used variables:

limitinglut                        {loop up table with compression curve}

begin{of procedure Calculate_Limitinglut}

for i＝0 to 512 do{load maximum limiting level in linear curve}

if i＞maxlimitlevel then limitinglut[i]＝maxlimitlevel else limitinglut[i]＝i

Procedure AverageRGMax(sat，1.0){calculate avrRGBmax′value of Ye and B color}

{Given avrRGBmax′as f(sat) calculate compression part of limitinglut}

for i＝avrRGBmax′downto 0 do

{for the limited curve counts: y＝maxlimitlevel+0.3*i

if(maxlimitlevel-(slope×(avrRGBmax′- i)))＜limitinglut[i]then

limitinglut[i]＝maxlimitlevel-slope*(avrRGBmax′-i)

end{of procedure Calculate_Limitinglut}    (15)

通过以1.067的maxlimitlevel和1.1到2.0的饱和度控制范围替换，获得了图7的虚limitinglut，而对于1.0的maxlimitlevel则产生了图8。

图7和图8中的粗的实线曲线示出了摄像机灰度系数为1/2.3时的压缩，而细虚线则示出了就像图3中已经示出的没有limitinglut时的avrRGBmax’。

注意作为1.1到2.0的饱和度控制范围的函数的粗的limitinglut虚线的最大输出与不使用任何limitinglut的细虚线的最大输出一致。在limitinglut之后所有细虚曲线都受限于所选maxlimitlevel的非常粗的曲线。

采用9比特limitinglut，最大的可用avrRGBmax’级别是511，与将在饱和度控制设置为3.0时达到的2.0V一致。这样的高饱和度控制实际上很难发生，所以关于信号处理的limitinglut的一个附加位就足够了。

5.对EqualRGBmax色彩饱和度控制方法的色彩分析

在图9中，可以将EqualRGBmax饱和度控制方法的第一优选实施例的结果与常规饱和度控制的结果进行比较。一个图标指示信号的位置。图9中的色彩再现涉及那些在显示前只有它们的结果被显示出来的边界色彩。饱和度控制已经被设置为1.2。在左边显示了常规饱和度控制方法的结果，右边显示了EqualRGBmax方法的结果。在上部可以比较UCS 1976色彩空间中两种方法的结果，在下部可以比较色度色彩空间中的结果。常规色彩饱和度控制的过浅的黄色再现结合夸大的蓝和红色在EqualRGBmax方法中已经变得非常平衡。

在图10中，以RGBmax”作为垂直参数，在显示器的输出上显示了UCS1976(左)和Chrominance”(右)色彩空间中的边界色彩的侧投影。一个图标指示信号的位置。图标指示出所述信号的位置。在上部示出了常规色彩饱和度控制方法的结果，而在下部示出了EqualRGBmax方法的结果。这里，再一次，常规色彩饱和度控制的夸大的蓝色和红色被限制在了avrRGBmax”，而过浅的黄色再现则被大大加强。

另外，可以再次使用边界色彩但采用等于1.0Volt的RGBmax’值的侧投影、再次使用UCS 1976空间的侧投影和Chroma空间的侧投影分析3D Luma色彩空间的侧投影，但是没有显示在这里。使用1.2的饱和度控制，可以非常好地比较常规饱和度控制方法和EqualRGBmax方法的Luma再现。如果是常规饱和度控制将保持显示之前的Luma输出。因此能够清楚地看到EqualRGBmax饱和度方法的Luma增加和减少。在约0.5的Luma输出级别之上，边界色彩的Luma信号将增加而在该级别之下它们将减少。

对UCS1976和Luminance”色彩空间的Chrominance”侧投影的分析表明显示器输出上的后面的边界色彩如下：明显地可以看到黄光输出的大幅增加以及基本的蓝光和红光输出的减少。

通过对色彩条形测试图的分析，其采用1/2.3的摄像机灰度系数以及0.8的最大振幅以便阻止对1.4的色彩饱和度控制之后的最大信号的限制，还证明了常规饱和度控制有夸大的蓝色和红色以及相对过浅的黄色再现。但EqualRGBmax饱和度控制方法有非常平衡的色彩再现。没有色彩被夸大，也没有色彩被过浅地再现。它完美地表现得像自然的彩色图像。

但是使用表示LCD输出的结果或要存储的文件的色彩条图像，分别利用图7和图8的limitinglut，也进行对EqualRGBmax色彩饱和度控制方法的分析。与不限制EqualRGBmax的图像相比，可以看出两个limitinglut图像的中间区域中的亮度丢失。但是，与不限制的传统的图像相比，两个受限的EqualRGBmax图形仍然表现出更好的平均的黄色再现和保持良好平衡。注意到，具有1.0饱和度控制的原始图像也是完美平衡的色彩图像。

6.依照第二优选实施例的作为HSV饱和度控制的替代的改进的EqualRGBmax饱和度控制方法

在图11中，示出了可以作为HSV(色调-饱和度-值)饱和度控制的替代的EqualRGBmax方法的改进的第二优选实施例。在图12中，可以比较两种可选方案的色彩再现。

尽管EqualRGBmax饱和度控制与HSV控制不同，通过应用等于下式的verticalgain可以获得与HSV基本相同的色彩恢复：

verticalgain＝GRBmax’/GRBmaxsat’

这使得能够容易使用对HSV饱和度控制的替代方案。

在图11中示出了EqualRGBmax方法的该第二优选实施例的框图。

在图12中，可以比较第一实施例HSV和该第二优选实施例EqualRGBmax替代方案的结果。在图12的左侧示出了HSV饱和度控制的第一优选实施例的结果。在图12右侧的EqualRGBmax的第二优选实施例的优点在于，不需要RGB到HSV或HSV到RGB的转换，使得HSV类的饱和度控制的实现更容易。

尽管所述第一和第二实施例在增加的饱和度上有优势，EqualRGBmax方法关于减小的色彩饱和度不太有意义，因为与传统饱和度控制相比黄色降低太快。除了黄色之外，对于接近青色和接近绿色也是如此，尽管更不主要。

7.避免RGBsat’的除法器

EqualRGBmax饱和度控制方法还要求两个除法器：一个用于RGBsat’的计算，一个用于RGBmaxgain。两个除法器都是verticalgain的计算所需的。在等式(11)中替换等式(8)的RGBsat’和等式(10)的RGBmaxgain，得到

verticalgainctrl＝1+((avrRGBmaxl′/RGBmaxsat′)-1)×((RGBmax′RGBmin′)/RGBmax′)

存在两个除法器的实现的实际解决方案。不过，可以通过用1.0V或在8比特数字信号处理情况下的255替换分母RGBmax’，来避免RGBsat’除法器。对于第一个一(1.0V)，这得到

verticalgain＝1+((avrRGBmaxl′/RGBmaxsat′)-1)×(RGBmax′-RGBmin′)，

并且对于在下式中的数字方法：

verticalgain＝1+((avrRGBmaxl′/RGBmaxsat′)-1)×((RGBmax′-RGBmin′)/255)，

其中除以255可以通过将(RGBmax’-RGBmin’)的结果简单移位8步来实现。

结果，对于verticalgain参数的计算如下：

在图13中，实曲线示出了使用除法器与虚曲线的不使用除法器相比的差别，或不针对饱和度控制1.0，1.4和2.0计算RGBsat’参数的差别。作为曲线的输入信号，已经应用了线性RGBmax信号和1/2.3的摄像机灰度系数，如图3所示。在图13中示出了等式(13)的Ro’，Go’和Bo’边界信号的RGBmax信号，代替计算的边界色彩的avrRGBmax’值作为输出信号。

计算的avrRGBmax’值与EqualRGBmax饱和度控制方法之后Ro’，Go’，Bo’信号的最大值的交换，意味着例如红色基色输入色，对于图3的Ro’和avrRGBmaxl’的曲线是相同的。所以：

Ro′＝verticalgain×Rs′

＝(1+((avrRGBmaxl′/RGBmaxsat′)-1)×((RGBmax′-RGBmin′)/RGBmax′))×Rs′

＝avrRGBmaxl′

首先，对于基色红色边界色彩，计算出RGBmin’＝0，所以RGBsat’参数(RGBmax’-RGBmin’)/RGBmax’)＝1，与RGBmax’输入值无关。

接下来，对于基色红色边界色彩，总是计算出RGBmaxsat’＝Rs’。替换简化了上述的Ro’的等式，如下：

Ro′＝(1+((avrRGBmaxl′/Rs′)-1)×1)×Rs′，

该等式也可以写作：

Ro′＝(avrRGBmaxl′/Rs′)×Rs′＝avrRGBmaxl′，

其需要示出。

所以，在图13中，使用Ro’，Go’，Bo’信号的最大值作为垂直输出参数是合理的，其中实曲线表示RGBsat’＝(RGBmax’-RGBmin’)/RGBmax’)＝1的输出。虚曲线表示RGBsat’＝(RGBmax’-RGBmin’)的Ro’Go’Bo’输出，其等于单位元素(unity)，除了对1.0的RGBmax输入信号之外。

实际上，在依照实曲线和虚曲线的EqualRGBmax色彩饱和度控制之间的差别看起来很好接受。

附录-基准点的计算

如图14所示，通过画出特定直线并且随后计算它们的相交点可以找出优选基准点。该基准点的计算方法优势在于它独立于应用的色彩平面。这里使用了FCC基色的2D UCS1976平面，因为其具有更大的色域G，提供所画直线的最好可视性。

在图14的左侧，点P1，P2，P3和P4是已知的基色B-G-R和白色色彩，这里是白色C，但是D65白色也是允许的。通过从基色穿过白色画出直线，找到补充色P5，P6，P7(黄色，深红色，青色)。色域P5-P6-P7的直线穿过补充色直线P2-P6，P3-P7，P1-P5，产生相交点a和b。直线a-b在点c穿过直线P1-P5。直线P3-c在基准点P8穿过BG直线(直线1-2)。直线2-c在基准点P11穿过BR直线(直线P1-P3)。以相似方式，通过色域P5-P6-P7等，可以找到基准点P9，P10，P12和P13，如图14的右侧所示。

在那一侧的直线P8-P13和P2-P6提供了基准点P14，直线P9-P10和P1-P5提供了点P15，而直线P11-P12提供了点P16。直线P14-P15提供了点P17和P18，直线P15-P16提供了P19和P20，等等，直到找到所有67个点。所有67个基准点在图15中以它们相应的编号示出。

在表1中，示出了所有67个基准点的对应RGB值。它们被用具有至少一个基本1.0000V的相对电压表示。

表1：所有基准点的RGB电压。

nr	R(V)	G(V)	B(V)	Dr	R(V)	G(V)	B(V)
								P1	0.0000	0.0000	1.0000	P35	0.2000	0.8000	1.0000
P2	0.0000	1.0000	0.0000	P36	1.0000	0.8000	0.2000
								P3	1.0000	0.0000	0.0000	P37	1.0000	0.6000	0.4000
P4	1.0000	1.0000	1.0000	P38	0.4000	0.6000	1.0000
								P5	1.0000	1.0000	0.0000	P39	0.2857	0.1429	1.0000
P6	1.0000	0.0000	1.0000	P40	1.0000	0.1250	0.1250
								P7	0.0000	1.0000	1.0000	P41	1.0000	0.1111	0.0000

P8	0.0000	1.0000	0.6667	P42	0.0000	0.1111	1.0000
								P9	0.0000	0.6667	1.0000	P43	1.0000	0.0000	0.1111
P10	0.6667	0.0000	1.0000	P44	0.0000	1.0000	0.1111
								P11	1.0000	0.0000	0.6667	P45	0.4286	1.0000	0.0000
P12	1.0000	0.6667	0.0000	P46	0.0000	1.0000	0.4286
								P13	0.6667	1.0000	0.0000	P47	0.1250	1.0000	0.1250
P14	3.3333	1.0000	0.3333	P48	0.1250	0.1250	1.0000
								P15	0.3333	0.3333	1.0000	P49	0.1111	0.0000	1.0000
P16	1.0000	0.3333	0.3333	P50	0.1111	1.0000	0.0000
								P17	0.2500	1.0000	0.0000	P51	0.2857	1.0000	0.1429
P18	0.2500	0.0000	1.0000	P52	0.1429	1.0000	0.2857
								P19	0.0000	0.2500	1.0000	P53	0.1667	1.0000	0.5000
P20	1.0000	0.25000	0.0000	P54	0.5000	1.0000	0.1667
								P21	1.0000	0.0000	0.2500	P55	1.0000	0.5000	0.1667
P22	0.0000	1.0000	0.2500	P56	0.1667	0.5000	1.0000
								P23	0.7500	0.7500	1.0000	P57	0.0000	0.4286	1.0000
P24	1.0000	0.7500	0.7500	P58	1.0000	0.4286	0.0000
								P25	0.7500	1.0000	0.7500	P59	1.0000	0.2857	0.1429
P26	1.0000	1.0000	0.5000	P60	0.1429	0.2857	1.0000
								P27	0.5000	1.0000	1.0000	P61	0.5000	0.1667	1.0000
P28	1.0000	0.5000	1.0000	P62	0.8000	0.2000	1.0000
								P29	0.6000	0.4000	1.0000	P63	1.0000	0.2000	0.8000
P30	1.0000	0.4000	0.6000	P64	1.0000	0.1667	0.5000
								P31	0.6000	1.0000	0.4000	P65	1.0000	0.1429	0.2857
P32	0.4000	1.0000	0.6000	P66	1.0000	0.0000	0.4286
								P33	0.2000	1.0000	0.8000	P67	0.4286	0.0000	1.0000
P34	0.8000	1.0000	0.2000

表1中的相对RGB电压贡献如下计算：

对于每个基准点，已经通过重力定律的中心计算出三个基色的光贡献。该光贡献以三个三色值表示，每个是FCC(或EBU)基色的已知三色值的一部分。假定基准源的RGB-基色的三色值称为TRref，TGref和TBref，它们各自对应于1V。通过用对应的TRref，TGref和TBref除以每个基准点的三个计算出的三色值，找到也可以用电压表示的新的相对值。那些RGB-电压值表示当使用线性模式的摄像机时每个基准点的相对输出电压。

如表1所示，所述基准点的相对RGB电压的计算结果独立于色域和色彩平面，特别的，独立于FCC、EBU和HDTV基色以及xy-CIE1931和u’v’-UCS1960或UCS1976色彩平面。这意味着表1的相对电压可以应用于对于利用任一色彩平面中任何类型色域的彩色再现的模拟。因为UCS色彩平面是源于xy-CIE1931平面，对于特定的色域，例如FCC色域，表1的结果将会相同。通过重力定律的中心，可以证明，表1的内容同样独立于色域的类型，但是这里没有示出证明。

总的说来，在非线性信号域中的传统的色彩饱和度可能产生夸张的和不自然的观看色彩。本发明提出了色彩饱和度控制(17)的图像信号处理方法(30A，30B)，该方法在色彩恢复(10)中对饱和度受控图像信号(Y’，sat×(R’-Y’)，sat×(B’-Y’))应用增益值(27)，产生了输出信号(Yo’，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)。该增益值(27)被确定为使得输入信号中的色彩最大值在输出信号(Yo’，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)中保持。因而，特别地，3D色彩空间的对称性得以保持，优选通过在增加饱和度时至少控制三个基色(R，G，B)的最大值。在优选配置中，饱和度受控色差图像信号(sat×(R’-Y’)，sat×(B’-Y’))被转换到RGB域以获得对增加的饱和度的RGB测量。色差输入图像信号(R’-Y’，B’-Y’)也被转换，以分析原始的饱和度级别。在第一(RGBmaxsat’)和第二(RGBmax’)的基础上，色彩最大值被确定和用于确定增益值(27)。

尽管已经详细说明了本发明，前面的说明在所有方面都是示例性的，不是限制性的。应理解在不偏离本发明范围的前提下，可以设计出许多其它的修改和变化。

前面说明书中、权利要求中或附图中所公开的特征可以独立地也可以它们的任意组合，作为以不同方式实现本发明的更多开发的配置的材料。

因此，本发明目的在于包括落入所附权利要求的精神和范围之内的所有这样的变更、修改和变化。特别地，权利要求中的参考符号不应该理解为对本发明的范围的限制。术语“包括”不排除其它的元素或步骤。词“一个”不排除多个。

参考标号

1摄像机

2传输介质

3显示设备

5色彩饱和度控制(CSC)

7转换

9显示矩阵

10色彩恢复/相乘/色彩恢复装置

11显示装置，CRT，LCD，PDP

13场景

14表示Ye’，B’的饱和度控制的箭头

15平均RGBmax’值的水平线

16对RGBmax’sat的演变

17色彩饱和度控制

18表示对C’的色彩饱和度控制的箭头

19R’G’B’转换

20A，20B用于确定增益值的单元/装置

21最大/最新确定单元

23第一处理流

24用于测量真实饱和度RGBsat’的单元

25第二处理流

27增益值/verticalgain参数

29单元

29A，29B用于计算增益值的单元

30A，30B EqualRGBmax方法/图像信号处理方法/图像信号处理设备

31用于计算评价RGBmax值的单元

33限制单元

avrGRBmax’平均RGBmax值

G    色域

Maxlimitlevel     limitinglut的最大级别

P1，P2，P3，P4    基色和白色

P5，P6，P7        补充色

P8，P9，P10    基准点

P11，P12，P13    基准点

P1-P67    基准色

R，G，B    基色

(R’，G’，B’)    RGB图像信号

RGBmax，RGBmax’    第二最大值

RGBmaxGain    比较

RGBmaxsat’    第一最大值

RGBmin’    最小值

RGBsat’    对真实饱和度的测量

(Rs’，Gs’，Bs’)    饱和度受控RGB图像信号

sat    饱和度值

Y’    Luma信号

(Y’，R’-Y’，B’-Y’)    输入图像信号

(Y’，sat×(R’-Y’)，sat×(B’-Y’)    饱和度受控图像信号

Ye，B    任意色彩

Ye，Ma，Cy    补充色

(Yo’，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)    输出信号

Claims (23)

1.一种控制图像的色彩饱和度的信号处理方法(30A，30B)，该方法包括以下步骤：

提供输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)；

对输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)应用饱和度控制(17)，得到饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))；

在色彩恢复(10A，10B)中对饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))应用增益值(27)，产生输出信号(Yo’，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)；

确定增益值(27)(20A，20B)使得输入信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)中的色彩的最大值(RGBmax’)在输出信号(Yo’，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)中保持。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于对于具有相同最大输入值的所有色彩维持最大值(RGBmax’)。

3.权利要求1所述的方法，其特征在于维持一个或多个所选基准色(P1-P67)的最大值(RGBmax’)。

4.权利要求3所述的方法，其特征在于所述一个或多个所选基准色(P1-P67)包括至少三个基色(R，G，B)。

5.权利要求3所述的方法，其特征在于所述一个或多个所选基准色(P1-P67)包括至少三个补充色(Ye，Ma，Cy)。

6.权利要求1所述的方法，其特征在于所述色彩恢复(10A，10B)还包括以下步骤：

在第一处理流(23)中：

将饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))转换(19)为饱和度受控RGB图像信号(Rs’，Gs’，Bs’)；

从饱和度受控RGB图像信号(Rs’，Gs’，Bs’)确定(21)第一最大值(RGBmaxsat’)；和

在第二处理流(25)中：

将输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)转换(19)为RGB图像信号(R’，G’，B’)；

根据RGB图像信号(R’，G’，B’)确定(21)第二最大值(RGBmax’)。

7.权利要求6所述的方法，其特征在于通过从第一最大值(RGBmaxsat’，16)和/或第二最大值(RGBmax’)确定(20A，20B)增益值(27，29A，29B)。

8.权利要求7所述的方法，其特征在于进一步通过对真实饱和度(RGBsat’，等式8)的测量(21，24)确定(20A，等式11，图6)增益值(27，29A)。

9.权利要求8所述的方式，其特征在于所述对真实饱和度(RGBsat’，等式8)的测量(21，24)提供了第二最大值(RGBmax’)和来自RGB图像信号(R’，G’，B’)的最小值(RGBmin’)之间的差。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述增益值(27，29B)构成对第二最大值(RGBmax’)和第一(RGBmaxsat’)最大值(等式10，图11)的比较。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于第二最大值(RGBmax’)的平均(avrRGBmax’，15)被用于代替第二最大值(RGBmax’)来确定增益值(27，29A)。

12.权利要求11所述的方法，其特征在于所述平均(avrRGBmax’，15)是从一个或多个所选基准色(P1-P67)的最大值(RGBmax’)确定的。

13.权利要求12所述的方法，其特征在于所还一个或多个所选基准色(P1-P67)包括至少三个基色(R，G，B)。

14.权利要求12所述的方法，其特征在于所述一个或多个所选基准色包括至少三个补充色(Ye，Ma，Cy)。

15.权利要求12所述的方法，其特征在于所述一个或多个所选基准色(P1-P67)是通过一系列相交直线(图14，图15)在色域(G)中选择的。

16.权利要求11所述的方法，其特征在于所述平均(avrRGBmax’)是从任意基准色(Ye，B)的一个或多个最大值(RGBmax’)确定的(31)。

17.权利要求11所述的方法，其特征在于限制(33)第二最大值(RGBmax’)的平均(avrRGBmax’，15)。

18.权利要求17所述的方法，其特征在于所述限制(33)的步骤作为任意基准色的一个或多个最大值(RGBmax’)的函数和/或通过对饱和度控制的调整来实施。

19.权利要求1所述的方法，其特征在于所述增益值(27)是通过将饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))乘以增值值(27)来应用的。

20.一种控制图像的色彩饱和度的图像信号处理设备(30A，30B)，该设备包括：

用于提供输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)的装置；

用于对输入图像信号应用饱和度控制(17)以得到饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))的装置；

色彩恢复装置(10A，10B)，用于对饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))应用增益值(27)，产生输出信号(Yo’，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)；

用于确定(20A，20B)增益值(27)使得输入信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)中的色彩的最大值(RGBmax’)在输出信号(Yo’，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)中保持的装置。

21.一种包括显示装置(11)和图像信号处理设备(30A，30B)的设备(3)，其中所述图像信号处理设备(30A，30B)适用于执行依照权利要求1的方法。

22.权利要求21所述的设备(3)，包括的显示装置(11)选自阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)和等离子显示面板(PDP)。

23.一种可以存储在计算设备可读介质上的计算机程序产品，包括当该产品在计算设备上运行时致使该计算设备执行权利要求1所述的方法的程序代码段。

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