CN1993977A - 饱和度受控的彩色图像中的色调保持 - Google Patents

Abstract

在饱和度控制CSC时，如果对于给定像素，不仅颜色变得更加饱和，而且像素的颜色也发生变化的话，那么可能发生色调误差。在第一变型中，本发明提出通过在第一处理流(23)中向饱和信号(Y’，satx(R’－Y’)，satx(B’－Y’))施加显示设备(11)的估计伽马函数从而获得饱和色，并且在第二处理流(25)中施加给原始信号(Y’，(R’－Y’)，(B’－Y’))从而获得原色，预测在饱和度增大之后的饱和色。饱和色被校正为原色，同时保持其增大的饱和度。在第二变型中，当出现负色分量时，通过提供色饱和度控制(17)之后的色调校正(35)，预测显示输出的色调变得不必要。在第三变型中，有可能在色饱和度控制(17)之后施加色差信号，以根据经验来接近色调校正。

Description

饱和度受控的彩色图像中的色调保持

技术领域

本发明涉及一种控制图像的色饱和度的图像信号处理方法以及一种相应的图像信号处理设备、装置、计算机程序产品。

当代的图像信号处理技术通常必须应用专门的控制装置以基于图像信号处理来控制图像的色调或饱和度或亮度，以避免异常或夸大的图像参数。在彩色显示设备中，可以借助于饱和度控制来增大所显示图像中的色饱和度。当这样做时，对于给定的像素或像素区可能会发生这样的事情，即不仅颜色变得更加饱和，而且像素的颜色也发生变化。这被称作色调误差。在下文中，色调误差可以表示在改变饱和度控制时任何种类的不自然变换的颜色或异常色调。

背景技术

现有技术的教导还未完全解决所述种类的色调误差。

US 5,450,217的公开教导了对图像进行再滤波，以降低作为原始亮度和饱和度增强的图像的亮度的函数的亮度。然而，该教导并未解决在增大色饱和度控制时由显示所引起的色调误差。

US 2003/0025835 A1的教导也并未解决上述种类的色调误差。该方法只限于在实时数字视频图像中独立控制各个颜色的色调或饱和度，而不影响在同一实时数字视频图像中任何其它颜色的色调或饱和度。上述种类的只限于单独颜色的控制方法不能得到满意的结果。色调保持应当至少应用于相关区域或整个3D色空间。

在US 6,366,291中公开了一种颜色转换方法，其中由荧光材料所表示的颜色的实际色度坐标，用色调与实际色度坐标的色调相同但饱和度比实际色度坐标的饱和度高的虚拟色度坐标来替换。当在将原始彩色图像例如从彩色胶片、彩色相纸或具有彩色扫描仪的彩色印刷传送到彩色监视器或显示器时出现负色(negative color)或具有可约值的最大值之外的颜色时，所公开的方法防止色调的变化。实际上，原始彩色图像的色域或彩色印刷图像的色域常常包括位于由RGB彩色监视器的荧光材料所限定的色范围以外的颜色。上述种类的方法还能够改善饱和度。然而，该方法只限于改善关于彩色印刷图像的色域的饱和度，而忽视了如上所述由于饱和度控制而产生的色调误差。因此，所述方法能够消除在彩色印刷图像传送到彩色显示器时的异常颜色，然而仍然将导致在图像信号的饱和度控制时上述种类的色调误差。

期望这样一种构思，其中即使当执行图像的饱和度控制时也保持彩色图像的色调。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种控制图像的色饱和度的图像信号处理方法以及一种用于控制图像的色饱和度的信号处理装置，其有效地防止色调误差，所述色调误差是由于改变要显示的图像的饱和度而产生的。

特别地，本发明的另一目的在于，提供一种能够防止在3D色空间的预定区域或整个3D色空间中的色调误差的方法和装置。

对于该方法，该目的是通过控制图像的色饱和度的图像信号处理方法来实现的，该方法包括以下步骤：

-提供输入图像信号；

-向该输入图像信号施加饱和度控制，从而产生饱和度受控的图像信号；其中

基于该饱和度受控的图像信号，通过下述步骤来施加色调恢复：

-在第一处理流中根据第一图像信号来确定第一色调值，以及

-在第二处理流中根据第二图像信号来确定第二色调值；

-根据该第一色调值和/或第二色调值来获得校正的色调值；

-基于该校正的色调值来获得输出信号。

本发明已经认识到，只有当基于饱和度受控的图像信号来施加色调恢复时，才可以有效地防止在饱和度控制时的色调误差。因此，在其基本思想中，本发明教导了确定第一色调值和确定第二色调值，因此输出信号基于从第一色调值和/或第二色调值中获得的校正色调值。本发明已经认识到，饱和度控制以某种特定的相关方式来影响该输入图像信号，这造成了第一色调值与第二色调值之间的差。该第一和第二色调值以特别优选的种类进行选择。在详细描述中，参考图4、7、9和10详细描述了其四个变型。本发明所提出的主要构思是基于第一色调值和/或第二色调值之间的差来获得校正的色调值。

上述构思基于这样的理解，即当消除色调误差时，也应该考虑色域内部的颜色。特别地，本发明已经认识到，一旦内部颜色由于增加色饱和度的颜色而取代了该色域，色调误差也将开始增大。因此，似乎最大色调误差将发生在边界颜色上。

本发明还认识到，在基色和补色中间的颜色的色调朝着RGB基色移动。特别地，最大色调误差发生在黄色附近，而最小色调误差发生在蓝色附近。

本发明还认识到，在色饱和度控制大于1的情况下，负基色分量(contribution)会出现并可能引起色调误差。本发明已经认识到，在增加色饱和度时，这些种类的色调误差的主要部分是由非线性显示传递(transfer)函数引起的，它一方面导致了所述的色位移，另一方面它将负基色分量限制为零。非线性传递函数将被简单地称作“伽马(gamma)”或“去伽马(degamma)”。

该构思与常见措施形成对比，所述常见措施被隔离为象US2003/0025835中的某些色度坐标或者只限于象US 6,366,291中所公开的特定传递情形—后者不能成功地防止色调误差。

此外，本发明的构思可以根据本发明的某些方面进行灵活的修改，这在从属权利要求中进行了概述。

优选地，输入图像信号由亮度分量和色彩分量构成，特别是由非线性亮度(luma)分量和非线性色度(chroma)分量构成。色饱和度控制优选是在非线性信号域内执行。

优选地，将第一或第二色调值确定为2D平面的差坐标的角度，其中差坐标由第一或第二图像信号的色彩分量和亮度分量构成。色彩分量可以由色度或色度值的任何一种方式构成。该计算优选是借助于例如软件代码段中的Hue-Calculation(色调计算)函数来执行。特别地，Hue-Calculation优选可以借助于象计算设备的适当硬件部件来执行。

优选地，通过使用三角函数中校正的色调值来获得输出信号。该计算优选是借助于例如软件代码段中的Hue-Restoration(色调恢复)函数来执行。特别地，Hue-Restoration函数优选是在象计算设备的适当硬件部件中实现的。

优选地，基于色调恢复在输出信号中保持饱和度受控的图像信号的饱和度值。

在下文中将陈述本发明的更多主要方面。

根据本发明的第一方面已经认识到，所有色调误差的主要原因是非线性显示传递函数。因此在本发明的第一变型中，基于预测的“显示后传递函数信号”施加色调恢复。在第一变型的基本思想中，在仿真的显示传递函数之后的色空间中施加色调恢复。这意味着在信号的预测之后获得校正的色调，该信号的预测是用于显示信号即通常用于线性化信号的特性，例如由输入信号和显示的总传递确定的特性。不过由于照相机伽马和显示器伽马很难精确地互补，因此常常存在总体非线性的伽马。第一变型的优点是，结果不取决于照相机伽马。

在特别优选的配置中，第一图像信号由饱和度受控的图像信号构成，以及第二图像信号由输入图像信号构成。

该措施构成一方面预测饱和度增加之后的饱和色以及另一方面获得原色的基础。在该变型的优选配置中，第一处理流包括以下步骤：

-将第一图像信号、特别是饱和度受控的图像信号变换为RGB图像信号，特别是变换为饱和度受控的RGB图像信号；

-将该RGB图像信号非线性地转换为预测的饱和度受控RGB图像信号；

-将该预测的饱和度受控的RGB图像信号再变换为饱和度受控的第一图像信号。

结果，该预测的图像信号可以用来确定第一色调值。

同样在发展的配置中，第二处理流包括以下步骤：

-将第二图像信号变换为RGB图像信号；

-将该RGB图像信号非线性地转换为预测的RGB图像信号；

-将该预测的RGB图像信号再变换为处理的第二图像信号。

因此，可以根据预测的图像信号和再变换的预测图像信号来确定第二色调值。

换句话说，本发明的第一变型提出通过向饱和信号施加例如显示设备的估计的伽马函数来预测饱和度增大之后的饱和色。同样，例如向原始信号即饱和度没有增大的信号施加估计的伽马函数，从而获得原色。该变型特别优选地用于将饱和色随后校正为原色，同时保持其增大的饱和度。

特别地，在色调恢复之后，施加去伽马即逆显示传递函数以获得显示信号。具体而言，可以获得显示信号，其包括以下步骤：

-将输出信号变换为输出RGB图像信号；

-将输出RGB图像信号非线性地转换为显示信号。

第一变型的特别优选的配置在从属权利要求7至17中进行了概述。

根据本发明的第二方面已经认识到，显示器伽马将负基色分量限制为零。因此在本发明的第二变型中，基于“显示前传递函数信号”来施加色调恢复。这意味着在仿真显示之前的色空间中，即在照相机伽马和显示板之间的非线性空间中施加色调恢复。第二变型基于这样的理解，即大多数误差是由于显示器伽马将负基色分量限制为零而产生的。

在第二变型的进一步发展的配置中，第一图像信号和第二图像信号由相同的饱和度受控的图像信号构成。

在第二变型的优选配置中，第一处理流包括以下步骤：

-直接根据第一图像信号、特别是饱和度受控的图像信号来确定第一色调值。

更优选地，在第二变型中，第二处理流包括以下步骤：

-将第二图像信号、特别是饱和度受控的图像信号变换为RGB图像信号，特别是饱和度受控的RGB图像信号；

-通过将RGB图像信号的负值限制为零来提供受限的RGB图像信号；

-将该受限的RGB图像信号再变换为受限的第二图像信号。

因此，本发明第二变型的措施通过将RGB图像信号的负值限制为零来确定考虑到负值的第一色调值和第二色调值。在后一种情况下，施加负色预防NCP。因此，根据本发明的第二变型，可以根据第一色调值和/或第二色调值来获得校正的色调值。

第二变型具有的优点在于，通过将负色限制为零并且用受限信号的色调来代替原始信号的色调，可以避免借助于非线性转换RGB图像信号的域转换。同样，此处可以保证将所得到的颜色校正为原色，同时保持其增大的饱和度。与第一变型相比，不需要预测显示器的输出的色调。

本发明第二变型的发展的配置在从属权利要求18至23中进行了概述。

根据本发明的第三方面已经认识到，在根据经验得到的适应之内，作为色饱和度控制的函数，有可能在色饱和度控制之后施加色差信号，并且有可能接近本发明第二变型的色调校正。因此在本发明的第三变型中，在色调恢复中进一步借助于饱和度受控的图像信号的非线性色度分量来获得校正的色调值。这样的优点在于将额外的处理量限制为这样的色调校正。

本发明第三变型的进一步发展的配置在从属方法权利要求24至26中进行了概述。

概括而言，根据本发明的第一变型，特别地进一步借助于预测的饱和度受控RGB图像信号的色彩分量来获得校正的色调值。

根据本发明的第二变型，特别地进一步借助于受限的RGB图像信号的色彩分量来获得校正的色调值。

根据本发明的第三变型，特别地进一步借助于饱和度受控图像信号的非线性色度分量来获得校正的色调值。

根据本发明进一步发展的配置，特别地为了防止在处理时的除法器问题，优选是作为RGB图像信号的色彩分量的值的阈值电平的函数来完成色调恢复的步骤。后一个变型能够施加一个或多个所谓的隶属函数来形成3D色空间的优选区域和预定区域的色调恢复。例如，可以在RGB颜色的某个阈值电平上部分地施加色调校正。另一隶属函数可以适于仅在3D色空间的外区施加部分或完全的色调校正，后者基于这样的理解，即最大色调误差通常发生在边界颜色上。特别地，施加隶属函数以防止不可避免的除法器问题。特别地，通过观察RGB值的最大值和最小值的差值来防止小分母。

如上所概述的方法及其发展配置可以通过任何优选种类的数字电路来实施，由此可以获得与数字电路相关的优点。单个处理器或其它单元可以实现在权利要求书中所述的或者在说明书中所概述的或者在附图中所示的若干装置的功能。

因此，对于装置而言，本发明还涉及一种用于控制图像的色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；

-用于向该输入图像信号施加饱和度控制从而产生饱和度受控的图像信号的装置；其中

色调恢复单元适于处理饱和度受控的图像信号，该单元包括：

-用于在第一处理流中根据第一图像信号来确定第一色调值的装置，以及

-用于在第二处理流中根据第二图像信号来确定第二色调值的装置；

-用于根据该第一色调值和/或第二色调值来获得校正色调值的装置；

-用于基于该校正的色调来获得输出信号的装置。

特别地，对于装置而言，本发明还涉及一种包括显示装置和信号处理设备的装置，其中该信号处理设备适于执行如上所述的方法。特别地，显示装置可以从由阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示板(PDP)组成的组中选择。所述种类的显示装置特别可以用于照相机中，或者以监视器的形式使用，尤其是用于计算机或电视机。

本发明还涉及一种可存储在由计算设备可读的介质上的包括软件代码段的计算机程序产品，当在计算设备上执行该产品时，该产品使得该计算设备执行如上所述的方法。软件代码段的优选配置涉及色调计算、色调恢复和隶属函数。

本发明还涉及一种用于执行和/或存储如上所述的计算机程序产品的计算和/或存储设备。特别地，优选的计算设备适于执行上述的色调计算、色调恢复和/或隶属函数。

根据在下文中所述的优选实施例，本发明的这些和其它方面将是显而易见的，并将参考所述实施例对其进行阐明。

当然，不可能为了描述本发明的目的而描述部件或方法的每一种可以想到的配置，但是本领域普通技术人员将认识到，本发明许多另外的组合和置换是可能的。

通常，上述的这种技术应用于电视机或数字静止和视频照相机。尽管本发明对显示器具有特别的效用，并将结合显示器来进行描述，但是应当理解，本发明的构思还可以用于其它形式的用于输出彩色图像的输出设备。例如，本发明的构思还可以应用于彩色打印机或许多计算机应用。

图像信号处理同时已经成为消费电子产品的相关部分，特别是数字消费设备和各种音频和视频前端以及其它种类的信息和娱乐产品。这种技术也因为大多数PC彩色监视器同时具有与电视机相同的色域和非线性传递函数而被实施在用于图片编辑的计算机软件中，这是因为消费电子产品和计算机电子产品彼此之间的联系变得越来越紧密。

附图说明

为了更完整地理解本发明，应当对附图进行参考，其中：

图1是色饱和度控制的分析的位置的示意图；

图2示出了以照相机伽马之后的信号作为基准的色度平面的4级和UCS1976平面所有等级的顶部投影；

图3示出了在1.2的饱和度控制之后2D UCS1976和色度的色平面中的CRT输出；

图4是信号处理方法的第一优选实施例的流程图，其中在饱和度控制之后保持显示色调；

图5是说明在2D色度平面中对于未降低的色差信号进行色调恢复的示意图；

图6示出了根据图4的第一优选实施例的作为色饱和度控制的函数的色调保持的结果；

图7是信号处理方法的第二优选实施例的流程图，其中在饱和度控制之后保持显示色调而不进行CRT伽马和去伽马传递；

图8示出了根据图7的第二优选实施例的作为色饱和度控制的函数的色调保持的结果，其中不进行CRT伽马和去伽马传递，而是通过防止负基色分量来保持饱和度控制之后的显示色调；

图9是信号处理方法的第三优选实施例的流程图，其中通过使用色饱和度控制之后的色差信号，以信号路径中的最小处理量来保持显示色调；

图10是图4所示的信号处理方法的第一优选实施例的修改的流程图，其中在饱和度控制之后保持显示色调并且执行隶属函数；

图11是在图4、7或9的优选实施例中使用的用于色调校正的RGBmax’隶属函数和3D色度空间中RGBmax’隶属函数的图，其中保持饱和度控制之后的显示色调；

图12是在图4、7或9的优选实施例中使用的用于PhiHue计算的(RGBmax’-RGBmin’)隶属函数和3D色度空间中(RGBmax’-RGBmin’)隶属函数的图，其中保持饱和度控制之后的显示色调。

具体实施方式

1.引言

如图1所示，描述了几种方法以在色饱和度控制增大(即饱和度值“sat”大于1)时修复显示装置3(电视机、监视器、打印机、计算机、音频/视频应用)输出端的色调误差。

在照相机中的原始图像信号的非线性转换之后，优选是在非线性信号域中执行在显示装置例如在电视机或数字静止和视频照相机或者许多计算机或音频/视频应用或打印机中的色饱和度控制(CSC)5。这种非线性转换通常通过向信号施加非线性传递函数来执行，所述函数将被简单地称作“伽马”或者有时在逆非线性传递函数的情况下称作“去伽马”。结合如图1所示的显示装置11的非线性伽马，优选地大于1的色饱和度增大将导致色调误差，主要是在色域的边界。本发明提供几种用于校正这些色调误差的方法。

显示装置3的色饱和度控制CSC 5的位置是根据图1。其中示出了由三个主要部分1、2和3组成的电视系统的原理图。在顶部示出了照相机1和传递介质(TM)2，以及在底部示出了具有CRT(阴极射线管)的电视显示器或另一种类的显示装置(象等离子体显示板PDP或液晶显示器LCD)等形式的显示装置3。

通常，照相机1通过透镜和具有RGB(红-绿-蓝)或另一种类的色彩阵列的单个光敏区图像传感器来记录场景。接着将RGB信号提供给用于使该照相机的色域适合于所期望的电视标准的3x3的照相机矩阵，所述电视标准例如是EBU标准(欧洲广播联盟)或HDTV标准(高清晰度电视)。

在该矩阵之后施加照相机伽马。打算在显示装置3的末端补偿该显示装置11(例如CRT)的非线性传递。

最终在照相机1中，将R’G’B’信号转换成Luma信号Y’以及色差信号R’-Y’和B’-Y’，它们构成了显示装置3的输入信号。可选择地，也可以通过任何其它适当的方式将输入信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)提供给照相机1。

在转换之后，可以通过向亮度信号Y’添加DC电平来调节黑电平。可以通过将色差信号乘以适当的因子来调节饱和度，该因子在附图中用“sat”表示。

在传递介质2之前可以施加编码器，在其后可以施加解码器。编码器和解码器的类型将取决于传递介质2的类型。

显示器3首先提供对亮度信号Y’的黑电平控制以及对色差信号R’-Y’和B’-Y’的饱和度控制CSC 5。接着通过变换7将信号再次转换回R’、G’、B’信号。

如果显示器3的色域与照相机1(EBU或HDTV)的色域不对应，那么可以应用3×3的显示矩阵9，以便最小化色彩再生误差。

最终存在这样的显示装置11，它显示由照相机1通过其伽马传递特性记录的场景13。将会理解，根据特定应用来进行伽马的适当选择。此处，在上下文中，使用2.3的CRT伽马。除了CRT之外，还存在有可能象LCD(液晶显示器)和PDP(等离子体显示板)一样应用的其它显示装置11。

通常对于打印机而言可能相关的是，大多数打印机已经采用了sRGB标准，并因此采用具有比通常略低的指数的伽马，例如在打印之前，对于例如线性彩条的图片，应用在黑色附近具有较少增益的伽马而不是具有实际指数曲线的伽马。为了在PC监视器上进行正确的显示，具有比通常略低的指数的伽马也是优选的。否则，当进行打印或在监视器上查看时，通常所打印的图将会太暗。

2.将显示后的色调保持为色饱和度控制的函数

所认识到的重要的第一方面是，在照相机伽马之后通常将色调保持为色饱和度的函数。从图2可以看出，也在边界15上的色饱和度线16具有与通过白色和各个基准点绘制的线相同的色调。在图2中用图标表示信号及其基准的位置。

第二方面是在非线性显示器伽马和增大色饱和度控制5之后，如图3所示，在基色和补色之间颜色的色调朝着RGB基色移动。色调误差可以表示在改变饱和度控制时任何种类的不自然变换的颜色或异常色调。解释了能够消除由增大色饱和度控制5而引起的色调误差的三种方法。

在图3中，信号及其基准的位置用图标表示。作为传导，一旦内部颜色由于增大色饱和度控制而取代了该色域，色调误差也将开始增大。因此，似乎最大色调误差将发生在色域的边界15上。

同样在饱和度值“sat”大于1的色饱和度控制的情况下，在照相机伽马之后可能出现负基色分量。除了传递介质2的限制以外，处理负基色信号分量的实际瓶颈当然是显示器的伽马，它将它们限制为零。

显示器伽马对具有零限制负信号的边界颜色的色调分析与1.5的色饱和度控制相比完全相同，但是利用显示器伽马就能够处理负基色信号分量。在此并没有显示结果，但是在比较色彩再生之后的第一个结论就是，在显示器负信号处理量的情况下色调误差小得多。

尽管存在这样的事实，即不可能再生负基色光分量，但是有可能通过使显示器伽马符号敏感来对待它们所得到的色彩再生。这意味着将显示器伽马之前的负基色反转为正信号，并且用负符号信号来标记。在显示器伽马之后，该符号确定显示器的输出是否必须被再次反转。对于负符号信号，将反转显示器输出。正基色信号用正符号信号来标记，并保持不变。

从图3可以看出，根据对色域的内部颜色进行分析的另一结论是，基色和补色之间的颜色的色调朝着RGB基色移动。

图3的第三个结论是，与联邦通信委员会(FCC)传输亮度权重正好相反，最大色调误差发生在黄色附近，而最小色调误差发生在蓝色附近。

此处未示出的对于由显示器理论上处理负基色分量的详细分析，澄清了在增大色饱和度时相对较大的色调误差的主要原因是显示器伽马，因为它将负基色分量限制为零。

2.1在显示器的输出端将色调保持为饱和度控制的函数的第一实施例

图4是信号处理方法的第一优选实施例的流程图，其中保持色饱和度控制之后的显示色调。这意味着即使增大色饱和度控制CSC 17时的色调误差也得以校正。第一种色调恢复10的功能如下。非线性输入信号即亮度信号Y’以及色差信号(R’-Y’)和(B’-Y’)被提供给色饱和度控制17，并分别变成饱和度受控的图像信号Y’以及{sat x(R’-Y’)}和{sat x(B’-Y’)}。具有和不具有修改饱和度控制的亮度信号和色差信号，通过变换19和21分别转换为基色信号，即照相机的R’G’B’信号和具有修改饱和度控制的Rs’Gs’Bs’信号。Rs’Gs’Bs’信号中的“s”用来表示修改的饱和度控制。在第一处理流23中，以色饱和度受控的图像信号Y’以及{sat x(R’-Y’)}和{sat x(B’-Y’)}以及Rs’、Gs’、Bs’的形式来处理第一图像信号。在用虚线表示的第二处理流25中，以原始图像信号Y’、R’-Y’、R’-Y’和R’、G’、B’的形式来处理第二图像信号。主信号路径用实线表示。然而，与第一处理流23的Y’、{sat x(R’-Y’)}、{sat x(R’-Y’)}或Rs’Gs’Bs’信号相比，即与非线性传递函数27之前的信号相比，第二处理流25的信号Y’、(R’-Y’)、(R’-Y’)或R’G’B’具有完全相同的色调。

R’G’B’信号为：

R′＝(R′-Y′)+Y′

G′＝(G′-Y′)+Y′，where(G′-Y′)＝-(YR/YG)×(R′-Y′)-(YB/YG)*(B′-Y′)

B′＝(B′-Y′)+Y′                                                   (1)

用于获得(G’-Y’)信号的Y_R、Y_G和Y_B亮度分量根据FCC标准(Y_R∶Y_G∶Y_B＝0.299∶0.587∶0.114)。

Rs’Gs’Bs’信号为：

Rs′＝sat x(R′-Y′)+Y′

Gs′＝sat x(G′-Y′)+Y′

Bs′＝sat x(B′-Y′)+Y′，                       (2)

可以使用先前获得的G’信号的(G’-Y’)信号。

处理流23和25的两个信号，即第一处理流23的R’G’B’信号和第二处理流25的Rs’Gs’Bs’信号，都被提供给两个LUT 27，所述LUT 27包含CRT传递函数。由此，在第二处理流25中执行R’G’B’图像信号到预测的RGB图像信号R”、G”、B”的非线性转换，并且在第一处理流23中执行Rs’Gs’Bs’图像信号到预测的饱和度受控RGB图像信号Rs”、Gs”、Bs”的非线性转换。这导致预测的R”G”B”信号表示不具有修改的饱和度控制的CRT输出，而预测的Rs”Gs”Bs”信号包括修改的饱和度控制。在公式中为：

R″＝R′^γ，G″＝G′^γ，B″＝B′^γ以及

Rs″＝Rs′^γ，Gs″＝Gs′^γ，Bs″＝Bs′^γ      (3)

如果显示器类型已经用于与γ＝2.3的标准CRT不同的传递特性，例如LCD或PDP的传递特性，那么仍然优选是应用CRT传递曲线，因为每一类型的显示器都应当与CRT传递特性一致。

为了分别将预测的R”G”B”和预测的Rs”Gs”Bs”信号转换为第二Yl”和第一Ys”亮度信号，由再变换29来提供有关显示器的亮度分量。否则所述显示器的亮度输出保持将不正确。处理的第二图像信号Yl”表示饱和度控制为1.0的显示器的原始亮度输出，而饱和度受控的第一图像信号Ys”涉及具有修改饱和度控制的显示器亮度输出，该修改饱和度控制可以是增大或减小。

由再变换进行的到亮度”信号Yl”和Ys”的转换在公式中为：

Y1″＝Y_Rdisplay×R″+Y_Gdisplay×G″+Y_Bdisplay×B″

Ys″＝Y_Rdisplay×Rs″+Y_Gdisplay×Gs″+Y_Bdisplay×Bs″，    (4)

其中Y_Rdisplay、Y_Gdisplay和Y_Bdisplay表示显示器的亮度分量。

在单元31中借助于R”G”B”和Yl”信号来计算色度”平面中的第二色调角Phiorg，以及在单元33中借助于Rs”Gs”Bs”和Ys”信号来计算第一色调角Phisat。Phiorg和Phisat二者都是在显示器输出端的色调角的预测。Phiorg是在1.0的饱和度控制下通过中心白色和由显示器所再生的颜色的线的角度。Phisat是在大于1.0的任意饱和度控制下通过中心白色和由显示器所再生的颜色的线的角度。在图5中对此进行阐明。

在单元31和33中，借助于下面示出的函数PhiHue(5)，利用单位颜色降低因子，通过色差信号在色度”平面中计算色调角Phiorg”和Phisat”。

通过写入Phiorg”＝PhiHue(R”，B”，Y”)将计算第二色调角Phiorg”，而通过Phisat”＝PhiHue(Rs”，Bs”，Ys”)来返回第一色调角Phisat”。

Function PhiHue(Rh，Bh，Yh)

{利用未降低的色差信号进行PhiHue计算}

if(Bh-Yh)＝0 then                         {避免用零除}

Phihue＝byte((Rh-Yh)＜0)x1.5xpi+byte((Rh-Yh)＞0)x0.5xpi{PhiHue＝arctg(v/u)[radians]}

else                                      {考虑象限}

Phihue＝arctan((Rh-Yh)/(Bh-Yh))+byte((Bh-Yh)＜0)xpi+byte((Rh-Yh＜0)xbyte((Bh-Yh)＞0)x2xpi；

end{函数PhiHue的}                           (5)

利用arctan(反正切)函数来确定正确的象限。

如果(Bh-Yh)＝0并且(Rh-Yh)＜0，则PhiHue将为270度，或者用弧度表示时为1.5xpi。然而，如果(Bh-Yh)＝0并且(Rh-Yh)＞0，则PhiHue将为90度，或者用弧度表示时为0.5xpi。对于所有其它情况，则(Bh-Yh)＝0，通过包含考虑象限的arctan((Rh-Yh)/(Bh-Yh))来计算PhiHue。这是因为：

对于0≤x＜∞，计算出0≤arctg(x)＜pi/2必须在I和III象限，

对于-∞＜x≤0，计算出-pi/2＜arctg(x)≤0必须在II和IV象限，其中x表示(Rh-Yh)/(Bh-Yh)。

仅对于象限I，角度是正确的，对于其它象限已经增加了一些条件。对于(Bh-Yh)＜0，计算出PhiHue应当在象限II或III。通过加上180度(pi)，负角位于象限II，并且正角位于象限III。对于(Rh-Yh)＜0并且(Bh-Yh)＞0，得到负角。通过加上360度(pi)，该角位于象限IV。

利用可获得的角Phiorg”和Phisat”，可以根据程序(6)通过在单元35中获得校正的色调值39来执行显示器输出的色调校正。

Procedure HueRestoration(Rn，Bn，Yn，n，r)

{Rn、Bn和Yn与n相关，要校正的信号和角度}

{r是要校正到的基准角}

(B”-Y”)＝(Bn-Yn)xcos(n-r)+(Rn-Yn)xsin(n-r)

(R”-Y”)＝(Rn-Yn)xcos(n-r)-(Bn-Yn)xsin(n-r)

(G”-Y”)＝-(Y_Rdisplay/Y_Gdisplay)x(R”-Y”)-(Y_Bdisplay/Y_Gdisplay)*(B”-Y”)

{(B”-Y”)、(R”-Y”)和(G”-Y”)是色调校正之后显示器未降低的色差信号}

Ro”＝(R”-Y”)+Yn

Go”＝(G”-Y”)+Yn

Bo”＝(B”-Y”+Yn {Ro”Go”Bo”是显示器的输出信号}

end{程序HueRestoration的}                               (6)

通过执行程序HueRestoration(Rs”，Bs”，Ys”，Phisat”，Phiorg”)来获得显示器输出的色调校正值Ro”Go”Bo”。此处，Rs”、Bs”和Ys”与显示器伽马之后的Phisat”相关。

图5示出了说明在2D色度平面中利用未降低的色差信号进行色调恢复的示意图。淡黄色的色调恢复的例子用参考标记39表示。

在增大色饱和度时淡黄色的色彩再生用箭头37表示。它的(Bn-Yn)信号为负，而它的(Rn-Yn)信号为正。在图5的右侧画出了用δ＝Phisat”-Phiorg”表示的作为deltaPhi的函数的cos(inus)和sin(us)值。对于淡黄色而言δ为负。根据程序(6)由(B”-Y”)信号，负的(Bn-Yn)部分在乘以cos(δ)之后将变得稍微少负一点，并且通过加上负的(Rn-Yn)xsin(δ)再次变得更负(+x-＝-)。正(R”-Y”)信号由于(Rn-Yn)xcos(δ)变得稍微小一些，并且由于减去(Bn-Yn)xsin(δ)进一步降低，其中(Bn-Yn)和sin(δ)都为负(-(-x-)＝-)。最终，色调校正的淡黄色位于小圆圈39内。

如图4所示，通过下述来获得显示信号：

-在单元41中将输出信号Y”o、(R”-Y”)o、(B”-Y”)o变换为输出RGB图像信号Ro”、Go”、Bo”；以及

-在单元43中将该输出RGB图像信号Ro”、Go”、Bo”非线性转换为显示信号Ro’、Go’、Bo’。

通过借助于单元43中的去伽马来消除Ro”Go”Bo”信号上的先前CRT伽马，获得了能够用作显示器的输入信号的Ro’Go’Bo’信号。

去伽马为：

Ro′＝Ro″^1/γ，Go′＝Go″^1/γ，Bo′＝Bo″^1/γ    (7)

在显示之后，由于CRT、LCD、PDP或具有CRT传递特性的任何其它类型作为标准，所以将校正色调误差，并且仍然保持修改的饱和度。

在图6的左侧，在2D UCS1976和用于1/2.3的照相机伽马、2.3的CRT伽马和1.5的色饱和度控制的色度”平面中示出了校正的色调误差。所用的信号的种类用图标表示。借助于通过中心白色和饱和度控制为1.0的起始基准点的线，细虚线显示理想色调。粗实线表示从起始基准点到显示器的最终色再生的色再生。细虚线和粗实线的角度差的比较提供了色调校正质量的量度。

在图6的右侧，细虚线显示不具有色调校正的显示器输出的色彩再生，而粗实线显示包含图4中色调校正的色彩再生。细虚线和粗实线之间的差显示色调校正的量。

2.2色调校正的第二实施例

图7是信号处理方法的第二优选实施例的流程图，其中保持了饱和度控制之后的显示色调而不进行CRT伽马和去伽马传递。色调校正的第二实施例被示出为不进行CRT伽马预测，也不消除该CRT伽马。该方法基于这样的知识，即只有当在增大色饱和度控制时负基色分量出现时，才会发生大的色调误差。

与图4相比执行基本上相同功能的图7的单元已经用图4所用的相同参考标记进行了标记。主信号路径再次用实线表示。第二种色调恢复20的功能如下。单元45(负色预防-NCP)通过将负Rs’Gs’Bs’信号分量限制为零来防止负色。在公式中为：

if Rs′＜0 then Rsl′＝0 else Rsl′＝Rs′

if Gs′＜0 then Gsl′＝0 else Gsl′＝Rs′

if Bs′＜0 thenBsl′＝0 else Bsl′＝Bs′      (8)

认识到下述是令人感兴趣的，该负色分量的预防还可以这样来看待，或者如果优选的话，用CRT去伽马之后紧跟的仿真CRT伽马来替换。该组合具有线性的总传递，并且只是将负色分量限制为零。

接着，在单元31中借助于函数(5)来计算第二色调角Philimit’，函数(5)被写为：Philimit’＝PhiHue(Rsl’，Bsl’，Ysl’)，而与第二色调角Philimit’相比，第一色调角Phinl’不被限定为(“hl”)，而是由Phinl’＝PhiHue(satx(R’-Y’)+Y’，satx(R’-Y’)+Y’，Y’)来确定。

在单元35中，可以借助于程序(6)通过替代HueRestoration(Rsl’，Bsl’，Ysl’，Philimit’，Phinl’)来执行色调校正，其中Phinl’充当基准色调r，而Philimit’充当要通过利用Rsl’、Bsl’和Ysl’信号进行校正的色调n。

色调校正的信号处理方法的第二优选实施例必须与在2.1节中利用图4所述的色调校正的信号处理方法的第一优选实施例不同。图4的第一实施例借助于单元27在仿真CRT显示之后的色空间中执行色调恢复。于是，在单元43中借助于CRT去伽马获得在显示之前的Ro’Go’Bo’信号。然而，图7的第二实施例在显示之前的色空间中，即在照相机伽马和显示板之间的非线性空间中施加色调恢复。这也是为什么用虚线来表示Y’和其它信号的原因。

色调恢复方法的该第二实施例的结果是，只有在负色分量的情况下才会执行色调校正。在图8中示出了该结果。图标再次表示信号的种类。在左侧，通过比较边界颜色的细虚基准线和粗实线，可以在显示器输出的色度”和UCS1976色平面中判断第二实施例的质量。在图8的右侧，通过显示不具有色调恢复的细虚线和具有色调恢复的粗实线，示出了色调误差被校正了多少。

在增大色饱和度控制之后，对于UCS1976色域内部的颜色，根据色调恢复方法的第二实施例不执行任何色调改变。这可以在图8的下部看出。

2.3色调校正的第三实施例，特别是作为第二实施例的替代方案

色调校正的第三实施例是前一节的第二实施例的特别优选的替代方案。第三种色调恢复30的功能如下。与第二实施例形成对比，现在使用色差信号satx(B’-Y’)和satx(R’-Y’)来代替图7的流程图的Rsl’、Bsl’和Ysl’信号。在图9中示出了色调恢复方法的第三实施例的流程图。通过信号处理方法的第三优选实施例，通过使用色饱和度控制之后的色差信号satx(R’-Y’)、satx(B’-Y’)，以信号路径中的最小处理量来保持显示的色调。

与图4或图7相比执行基本上相同功能的单元已经用图4和图7所用的相同参考标记进行了标记。图7和图9中的单元45(NCP)通过将负Rs’Gs’Bs’信号分量限制为零来防止负色。主信号路径用实线表示。第二处理流25用虚线表示。

通常有必要的是，如图7所示，在单元35中施加与Philimit’角相关的信号的色调校正。然而，利用根据经验得到的适应以作为色饱和度控制的函数，有可能施加色饱和度控制之后的色差信号satx(R’-Y’)和satx(B’-Y’)，并且仍然要相当好地接近与第二方法相同的色调校正。在图9中示出了后者。色调恢复方法的第三实施例的优点在于，将信号路径中额外的处理量限制为只有单元35的色调校正。

作为f(sat)的色调校正的经验性适应δ如下：

δ＝(0.7-0.4*(sat-1.5))x(Philimit′-Phinl′)        (9)

单元35中的色调校正为：

(B′-Y′)o＝satx(B’-Y’)xcos(δ)+(R′-Y′)xsin(δ)，以及

(R′-Y′)o＝satx(R′-Y′)xcos(δ)-(B′-Y′)xsin(δ)，     (10)当分别用satx(B’-Y’)和satx(R’-Y’)代替(Bn-Yn)和(Rn-Yn)，并且用(δ)代替(n-r)时，公式(10)与程序(6)上面的两个公式相符。

已经在2.0的色饱和度控制下的色度”平面中对色调校正方法的第二和第三实施例之间的差别进行了分析。此处未示出的结果仅仅表明了很少的差别，然而第二实施例具有比第三实施例稍微更好一点的色调校正。当朝着1.0降低色饱和度控制时，两个实施例之间的差别变得更小并且最终可以忽略。证明了这样的结论，即色调校正方法的两个实施例都有效地将作为色饱和度控制的函数的负色分量限制为零。图9的第三实施例是图7的第二方法的良好替代方案。

2.4评估第一和第二色调校正实施例

在图4的色调校正方法的第一实施例和图7的第二实施例之间也已经进行了比较。此处没有描述它们之间的差别，但是已经在1.5的色饱和度控制下在色度”和UCS1976平面中进行了分析。乍一看的印象是色调校正的第一实施例执行得比第二实施例稍好一点。然而，更准确的比较澄清了第一色调校正实施例恢复基准点的色调，其起始点是最靠近色度”平面和UCS1976色域边界附近的点。在这些位置，第二色调校正实施例失效，因为没有负色分量。因此，第一和第二色调校正实施例的主要差别在于，在增大了照相机伽马之后的色饱和度控制之后，第一实施例能够恢复具有负色分量以及不具有负色分量的颜色的色调。第二实施例只可以在出现负色分量时恢复色调。

第一和第二色调校正实施例之间的另一差别涉及边界上的色彩再生，尤其是在人眼对色差最敏感的G-R线上。在UCS1976平面上，第二色调校正实施例的边界颜色保持更接近黄色，而第一实施例的边界颜色轻微地趋向于绿基色和红基色。当保持黄色再生是色调校正的目标时，这看起来像是第二色调校正实施例的优点。

然而，还存在与该效应相关的另一现象。在UCS1976平面上，可以在黄色和红色之间选择几乎落在直线上的两个随机的起始基准点。对于第一色调校正实施例，这两个基准点的最终色彩再生彼此非常靠近。然而，对于第二色调校正实施例存在大的差别，这意味着当输入颜色接近色域的边界时，色调角将朝着黄色回移。

特别地，橙色测试图片可以证明，色饱和度从零线性地增加到完全饱和的橙色。对于1.8的色饱和度控制，这种橙色图片的色彩分析在精确的视图中显示了输入颜色与色域的边界靠得越近，这引起了饱和度控制之后的负色分量，那么显示输出颜色就朝着红基色移动得越多。尽管较小，但是对于第一色调校正实施例而言移动方向是完全相同的。在第二色调校正实施例中，一旦出现负基色分量，颜色就开始以相反的方向即朝着黄色移动。

只有当出现负色分量时，才会发生在左下方的第二色调校正实施例与直接处理的饱和度控制之间的差别。因此，第一个结论是，当输入颜色开始接近色域的边界时，第一色调校正实施例在保持向红基色移动的同时提供更自然的流，而第二色调校正实施例开始在相反的方向上朝着黄色移动。然而，这并不意味着从感觉的观点来看，第二色调校正实施例再生了不可接受的流。已经提及的第二个结论是，如由第一色调校正实施例所提供的，不具有负基色分量的色域内部的色彩校正具有许多优点，因为它也恢复这些颜色的色调。

2.5用于色调校正的隶属函数

在显示器的输出端，色调校正的可见度通常从某一RGBmax”电平开始。通过在2.0的用户饱和度控制下检查橙色测试图片，已经变得清楚的是，在2.3的CRT伽马指数和1/2.3的反指数的照相机伽马的情况下，在CRT的输出端，在0.06的RGBmax”电平以上色调校正应当起作用。这意味着有可能引入用于色调控制的隶属函数。为了阐明，在图11中原则上展示了隶属函数的效果。

当考虑CRT伽马值时，照相机之后的RGBmax’电平变为0.06^1/2.3＝0.3。在图11的左侧，仅仅作为阐明目的的一个例子，示出了用于照相机伽马之后的色调校正的第一隶属函数。0.15的RGBmax’的起始值是相当随意的，并且与显示器输出端的0.013的RGBmax”值相对应。在照相机伽马的指数大于1/2.3的情况下(即1/2.3＜γc＜1)，该隶属关系在显示器输出端保证0.06的最低可见RGBmax”电平，因为然后最低RGBmax”电平将小于0.06。对于更大的照相机伽马，显示器输出端的图片将更暗，因此色调误差将变得更不大可见。

用于色调校正的第一隶属函数的输出μ如下：

μ＝0 for RGBmax′＜＝0.15

μ＝(RGBmax′-0.15)/(0.3-0.15)for 0.15＜RGBmax′＜＝0.3

μ＝1 for RGBmax′＞0.3                      (11)

这种隶属函数可以用数学方法或者利用查找表(LUT)实现，并且提供断开和/或绕过RGBmax’＜＝0.15的色调测量和校正的可能性。对于大于0.15的RGBmax’值，如下修改程序(6)中的色调校正：

(B″-Y″)＝(Bn-Yn)xcos(μx(n-r))+(Rn-Yn)xsin(μx(n-r))，以及

(R″-Y″)＝(Rn-Yn)xcos(μx(n-r))-(Bn-Yn)xsin(μx(n-r))    (12)

根据隶属函数的输出μ，对于大于0.3的RGBmax’值，对色调进行完全校正，以及对于0.15＜RGBmax’＜＝0.3，对色调进行按比例的校正。

包括第一隶属函数的第三色调校正方法的公式(10)如下：

(B′-Y′)o＝satx(B′-Y′)xcos(μxδ)+(R′-Y′)xsin(μxδ)，以及    (13)

(R′-Y′)o＝satx(R′-Y′)xcos(μxδ)-(B′-Y′)xsin(μxδ)，

在图10中，以对图4的原始框图进行修改的流程图示出了任意隶属函数应用的一个例子。为了清楚起见，用虚线示出了隶属函数的处理流。原则上，也可以通过添加隶属函数处理流，使用图7和9的流程图来代替图4的流程图。另一种色调恢复40的功能如下。为了说明图10中的隶属函数的功能联系，从第二处理流25上分出来一支隶属处理流47。隶属处理流47包括以下步骤：

-在单元49中检测RGB极值

-在单元51中获得隶属函数输出

因此，在连接至单元31和33的第一隶属处理分支53中，产生第一色调角Phisat”和第二色调角Phiorg”的值。此外，在连接至单元35的第二隶属处理分支55中，单元35中的色调校正是隶属控制的。

假设已经应用了公式(11)的RGBmax’隶属函数。在这种情况下，RGBmax’隶属函数决定，对于RGBmax’＜＝0.5，断开Phisat”和Phiorg”的计算，并用0度的角来代替它们的输出。色调校正受公式(11)和(12)或(13)的RGBmax’隶属函数的控制。

在RGBmax’作为垂直尺度的3D色度空间中，在图11的右侧示出了结果。该RGBmax’隶属函数提供完全的、部分的和无色调校正。

图10的流程图中的隶属函数打算用于通用用途。在象图12所示的特别优选的实施例中，施加隶属函数以防止用于小色差信号的函数(5)的PhiHue计算的除法问题。应当注意，即使在1.0伏的RGBmax’电平下，色差信号也可能非常小。它不仅发生在3D色度空间的较低区域。通过用(RGBmax’-RGBmin’)隶属函数来代替图11的先前RGBmax’隶属函数，可以解决除法器问题。(RGBmax’-RGBmin’)隶属函数确定是否将计算该色调。如果是的话，则根据该(RGBmax’-RGBmin’)隶属函数按比例地再次校正该色调。RGBmax’和RGBmin’信号为：

RGBmax′＝max{R′G′B′}以及

RGBmin′＝min{R′G′B′}，                     (14)

它们分别是三个R’G’B’信号中最大和最小的。

另外，通过在2.0的饱和度控制下检查上述种类的橙色测试图片，已经变得清楚的是，在2.3的CRT伽马和1/2.3反指数的照相机伽马的情况下，在CRT的输出端，在大约0.3的(RGBmax’-RGBmin’)阈值电平以上色调校正应当起作用。对于照相机伽马大于1/2.3的情况(即1/2.3＜γ＜1)，色调校正的可见度将稍微有点增加，因为这些颜色将朝着色空间的边界移动一点。尽管对于较大的照相机伽马，显示器输出端的图片将较暗，但是在橙色测试图片中色调校正仍然可以清楚地看见。因此，代替0.3，最小(RGBmax’-RGBmin’)电平优选是降低为0.2，从而得到CRT之前0.21/2.3＝0.5的值。这通向图12中描述的(RGBmax’-RGBmin’)第二隶属函数，其中起始值被选择在0.25处，并且其安全地防止除法器问题。这对于上述实施例的实际硬件实施而言是特别有利的。

该(RGBmax’-RGBmin’)隶属函数的输出η如下：

η＝0 for(RGBmax′-RGBmin′)＜＝0.25

η＝((RGBmax′-RGBmin′)-0.25)/(0.5-0.25)for 0.25＜(RGBmax′-RGBmin′)＜＝0.5

η＝1 for(RGBmax′-RGBmin′)>0.5                      (15)

该隶属函数可以用数学方法或者利用查找表(LUT)实现，并且提供断开和/或绕过(RGBmax’-RGBmin’)小于或等于0.25伏的色调测量和校正的可能性。对于大于0.25伏的(RGBmax’-RGBmin’)值，如下修改程序(6)中的色调校正：

(B″-Y″)＝(Bn-Yn)xcos(ηx(n-r)+(Rn-Yn)xsin(ηx(n-r)，以及

(R″-Y″)＝(Rn-Yn)xcos(ηx(n-r))-(Bn-Yn)xsin(ηx(n-r))    (16)

根据输出η，对于大于0.5伏的(RGBmax’-RGBmin’)值，对色调进行完全校正，以及对于0.25伏＜(RGBmax’-RGBmin’)＜＝0.5伏，对色调进行按比例的校正。

在图12的右侧，在3D色度色空间中示出了(RGBmax’-RGBmin’)隶属函数。内部的垂直线表示没有发生色调校正的3D灰色区域57，也不会执行用于计算PhiHue的除法器功能。外部和内部垂直线的组合表示阴影区59，其中在隶属函数的中间部分与η成比例地执行部分色调校正。在阴影区59的外部，即在区域61中，将施加完全的色调校正。

应当注意，对于用于白色或灰色RGBmax’＝RGBmin’的(RGBmax’-RGBmin’)信号，以及用于色度空间RGBmin’＝0的边界颜色的信号，即在这些区域中，隶属函数是特别有利的。

还有可能施加饱和度控制之后的Rs’Gs’Bs’信号，以便检测用于(RGBmax’-RGBmin’)隶属控制的RGBmax’和RGBmin’信号。在这种情况下，隶属函数变得取决于色饱和度控制，并且在大的色饱和度控制的情况下要求(RGBmax’-RGBmin’)输入优选是至少2.0而不是1.0。对于三原色和三种补色，计算出如果在2.0的饱和度控制下最大信号为1.0伏，那么(RGBmax’-RGBmin’)信号将变为2.0伏。例如在2.0的饱和度控制下，对于B＝1.0和R＝G＝0，(RGBmax’-RGBmin’)幅度变为1.886-(-0.114)＝2.0。这也将红基色和绿基色、以及黄色、青色和洋红色等补色计算在内。

应当注意，还可能用作为输入信号的色度幅度来实现隶属函数。在这种情况下，对于未降低的色差信号，下述关系适用：

$\mathrm{Chroma}=\mathrm{range}\×\sqrt{{(R^{\′}-Y^{\′})}^2{(B^{\′}-Y^{\′})}^2}$

然而，两个平方函数和单根计算比先前描述的(RGBmax’-RGBmin’)的减法难实现得多。二者之间的唯一差别在于色度信号将在3D色度色空间中提供圆区域，在该3D色度色空间中(RGBmax’-RGBmin’)信号提供与色空间的外边界成比例的六边形。该细节可以被看作是优选的优点。

当施加(R’-Y’)和(B’-Y’)色差信号时，它们的隶属函数将产生3D色度色空间中的正方形区域，这也可以被看作是一个真正的缺点。而且，由于它们的最小值以及它们的最大值必须满足隶属条件，该隶属函数的实现是相当复杂的。这些如下：

-如果min(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))＜＝0.25并且max(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))＜＝0.25，则η＝0，因此将不发生色调校正。

-如果min(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))＞0.25并且max(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))＞0.25以及min(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))＜＝0.5并且max(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))＜＝0.5，则η＝(max(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))-min(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’)))-0.25)/(0.5-0.25)，从而导致从零到完全的成比例色调校正，

-如果min(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))＞0.5并且max(abs(R’-Y’)，abs(B’-Y’))＞0.5，则η＝1，从而提供完全的色调校正。

概括而言，借助于饱和度控制CSC可以增加所显示图像的颜色的饱和度。如果对于给定像素或像素区，不仅颜色变得更加饱和，而且像素颜色也发生变化的话，可能出现色调误差。

在第一变型中，本发明提出在第一处理流23中通过向饱和信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))施加显示设备11的估计伽马函数从而获得饱和色，并且在第二处理流25中向原始信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)即没有增加饱和度的信号施加显示设备11的估计伽马函数从而获得原色，预测在饱和度控制17之后所得到的颜色。随后在单元35中，饱和色被校正为原色，同时保持其增大的饱和度。在第二变型中，当在显示之前的位置发生负色分量时，通过提供色饱和度控制17之后的色调校正35，消除了预测显示输出的色调的需要。在第三变型中，有可能在色饱和度控制17之后施加色差信号，并且有可能在作为色饱和度控制17的函数的根据经验得到的适应以内，接近第二变型的色调校正35。如图10、11和12所示的各种隶属函数都可以有利地加以应用，以防止特别是在硬件应用中的处理时的除法器问题。

尽管已经详细描述了本发明，但是前面描述在所有方面上都是说明性的而非限制性的。应当理解，在不背离本发明范围的情况下，可以设计众多其它修改和变型。在前述的说明书、权利要求书和/或附图中所公开的特征既可以分别地也可以以其任何组合来作为用于以其多样的形式实现本发明更多发展配置的素材。

因此，本发明打算包括落在所附权利要求书的精神和范围之内的所有这样的变化、修改和变型。特别地，权利要求中任何参考标记都不应当解释为对本发明范围的限制。措辞“包括”并不排除其它元件或步骤。措辞“一”或“一个”并不排除多个。

附图标记

1：照相机

2：传递介质

3：显示装置

5：色饱和度控制(CSC)

7：变换

9：显示矩阵

10：色调恢复

11：显示装置，CRT，LCD，PDP

13：场景

色域的边界

16：色饱和度线

17：色饱和度控制

19：R’G’B’-变换

20：色调恢复

21：R’G’B’-变换

23：第一处理流

25：第二处理流

27：非线性转换单元

29：再变换/再变换

30：色调恢复

31，33：用于确定色调角的单元

35：用于获得校正色调值的单元

37：表示色彩再生的箭头

39：校正的色调值

40：色调恢复

RGB变换

43：非线性转换单元

45：负色预防(NCP)

47：隶属处理流

49：用于检测极值的单元

51：隶属函数

53：第一隶属处理分支

55：第二隶属处理分支

57：无色调校正的区域

59：部分色调校正的区域

61：完全色调校正的区域

B’，B”，Bs”，Bsl’：蓝色分量

去伽马：逆显示传递函数

G’，G”，Gs”，Gsl’：绿色分量

伽马：显示传递函数

Phisat”，Phinl’：第一色调值

Phiorg”，Philimit’：第二色调值

(R’，G’，B’)：RGB图像信号

(R”，G”，B”)：预测的RGB图像信号

(R’-Y’)o，(B’-Y’)o：色调校正的(非线性)色彩分量

R’-Y’，B’-Y’/R”-Y”，B”-Y”：色差信号/色彩分量/坐标

R’，R”，Rs”，Rsl’：红色分量

(Ro’，Go’，Bo’)：显示信号

(Ro”，Go”，Bo”)：输出RGB图像信号

(Rs’，Gs’，Bs’)：饱和度受控的RGB图像信号

(Rs”，Gs”，Bs”)：预测的饱和度受控RGB图像信号

(Rsl’，Gsl’，Bsl’)：受限的图像信号

sat：饱和度值

satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’)：非线性色度分量

(Y’，R’-Y’，B’-Y’)：输入图像信号

(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))：饱和度受控的图像信号

Yl”，Ys”/Y’，Ysl’：亮度分量

(Yl”，Rl”-Yl”Bl”-Yl”)：处理的第二图像信号

(Y’o，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)/

(Y”o，(R”-Y”)o，(B”-Y”)o)：输出信号

Y”o：色调校正的亮度分量

Ys”：(线性)亮度分量

(Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)：饱和度受控的第一图像信号

(Ysl’，Rsl’-Ysl’，Bsl’-Ysl’)：受限的第二图像信号

Claims (32)

1.一种控制图像的色饱和度的图像信号处理方法，该方法包括以下步骤：

-提供输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)；

-向该输入图像信号施加饱和度控制(17)，从而产生饱和度受控的图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))；其中

基于该饱和度受控的图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))，通过下述来施加色调恢复(10，20，30，40)：

-在第一处理流(23)中根据第一图像信号来确定第一色调值(Phisat”，Phinl’)，以及

-在第二处理流(25)中根据第二图像信号来确定第二色调值(Phiorg”，Philimit’)；

-根据该第一色调值(Phisat”，Phinl’)和/或第二色调值(Phiorg”，Philimit’)获得校正的色调值(39)；

-基于该校正的色调值(39)来获得输出信号(Y”o，(R”-Y”)o，(B”-Y”)o/Y’o，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)由亮度分量(Y’)和色彩分量(R’-Y’，B’-Y’)构成。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将第一或第二色调值确定(图5)为差坐标(R”-Y”，B”-Y”/R’-Y’，B’-Y’)在2D平面中的角度，其中差坐标由第一或第二图像信号的色彩分量(R”，B”，Rs”，Bs”/R’，B’，Rsl’，Bsl’)和亮度分量(Y”，Ys”/Y’，Ysl’)构成。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过选择第一色调值(Phisat”，Phinl’)作为基准并选择第二色调值(Phiorg”，Philimit’)作为校正色调值来获得校正的色调值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在三角函数中使用校正色调值来获得输出信号。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在输出信号(Y”o，(R”-Y”)o，(B”-Y”)o/Y’o，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)中保持饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))的饱和度值(sat)。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预测的显示后传递函数信号来施加(图4)色调恢复(10)。

8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于，第一图像信号由饱和度受控的图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))构成，以及第二图像信号由输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)构成。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，第一处理流(23)包括以下步骤：

-将第一图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))变换(19)为RGB图像信号(Rs’，Gs’，Bs’)；

-将该RGB图像信号(Rs’，Gs’，Bs’)非线性地转换(27)为预测的饱和度受控RGB图像信号(Rs”，Gs”，Bs”)；

-将该预测的饱和度受控的RGB图像信号(Rs”，Gs”，Bs”)再变换(29)为饱和度受控的第一图像信号(Y”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，借助于所述预测的饱和度受控RGB图像信号(Rs”，Gs”，Bs”)的红色(Rs”)、绿色(Gs”)和蓝色(Bs”)分量以及饱和度受控的第一图像信号(Y”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)的亮度分量(Ys”)来确定(33)第一色调值(Phisat”)。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，第二处理流(25)包括以下步骤：

-将第二图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)变换(21)为RGB图像信号(R’，G’，B’)；

-将该RGB图像信号(R’，G’，B’)非线性地转换(27)为预测的RGB图像信号(R”，G”，B”)；

-将该预测的RGB图像信号(R”，G”，B”)再变换(29)为处理的第二图像信号(Yl”，Rl”-Yl”，Bl”-Yl”)。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，借助于所述预测的RGB图像信号(R”，G”，B”)的红色(Rs”)、绿色(G”)和蓝色(B”)分量以及处理的第二图像信号(Yl”，Rl”-Yl”，Bl”-Yl”)的亮度分量(Yl”)来确定(31)第二色调值(Phiorg”)。

13.如权利要求1和9所述的方法，其特征在于，进一步借助于所述预测的饱和度受控RGB图像信号(Rs”，Gs”，Bs”)的线性红色(Rs”)、绿色(Gs”)和/或蓝色(Bs”)分量以及饱和度受控的第一图像信号(Ys”，Rs”-Ys”，Bs”-Ys”)的线性亮度分量(Ys”)来获得校正的色调值(39)。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，输出信号(Y”o，(R”-Y”)o，(B”-Y”)o)包括色调校正的亮度分量(Y”o)和色调校正的色彩分量((R”-Y)o，(B’-Y’)o)。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，获得显示信号包括以下步骤：

-将输出信号(Y”o，(R”-Y”)o，(B”-Y”)o)变换(41)为输出RGB图像信号(Ro”，Go”，Bo”)；

-将输出RGB图像信号(Ro”，Go”，Bo”)非线性地转换(43)为显示信号(Ro’，Go’，Bo’)。

16.如权利要求9、11或15之一所述的方法，其特征在于，非线性转换(27，43)的步骤仿真显示传递函数(伽马)或逆显示传递函数(去伽马)。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述显示传递函数(伽马)或逆显示传递函数(去伽马)适于从下述组成的组中选择的显示器：阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)，等离子体显示板(PDP)。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于显示前传递函数信号来施加(图7)色调恢复(20)。

19.如权利要求1或18所述的方法，其特征在于，第一图像信号和第二图像信号由相同的饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))构成。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，第一处理流(23)包括以下步骤：

-直接根据第一图像信号来确定(33)第一色调值(Phinl’)。

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，第二处理流(25)包括以下步骤：

-将第二图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))变换(21)为RGB图像信号(R’，G’，B’)；

-通过将RGB图像信号(R’，G’，B’)的负值限制为零来提供(45)受限的RGB图像信号(Rsl’，Gsl’，Bsl’)；

-将该受限的RGB图像信号(Rs1’，Gs1’，Bs1’)再变换(29)为受限的第二图像信号(Ysl’，Rsl’-Ysl’，Bsl’-Ysl’)。

22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，借助于所述受限的RGB图像信号(Rsl’，Gsl’，Bsl’)的红色(Rsl’)、绿色(Gsl’)和蓝色(Bsl’)分量以及受限的第二图像信号(Ysl’，Rsl’-Ysl’，Bsl’-Ysl’)的亮度分量(Ysl’)来确定(31)第二色调值(Philimit”)。

23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步借助于所述受限的RGB图像信号(Rsl’，Gsl’，Bsl’)的非线性红色(Rsl’)、绿色(Gsl’)和/或蓝色(Bsl’)分量以及受限的第二图像信号(Ysl’，Rsl’-Ysl’，Bsl’-Ysl’)的非线性亮度分量(Ysl’)来获得校正的色调值(39)。

24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在色调恢复(30)中，进一步借助于饱和度受控图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))的非线性色度分量(satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))来获得(图9)校正的色调值(39)。

25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，通过直接利用输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)的亮度分量(Y’)和色调校正的非线性色彩分量((R’-Y’)o，(B’-Y’)o)来获得输出信号(Y’o，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)。

26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，以输出信号(Y’o，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)的形式来获得显示信号。

27.如权利要求1所述的方法，其特征在于，特别地为了防止在处理时的除法器问题，完成(图10)色调恢复(40)的步骤，以作为RGB图像信号(R’，G’，B’)的红色、绿色或蓝色分量值的阈值电平(RGBmax”-RGBmin”)的函数。

28.一种用于控制图像的色饱和度的图像信号处理设备(图4、7、9、10)，所述设备包括：

-用于提供输入图像信号(Y’，R’-Y’，B’-Y’)的装置；

-用于向该输入图像信号施加饱和度控制(17)从而产生饱和度受控的图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))的装置；其中

-色调恢复单元(10，20，30，40)适于处理饱和度受控的图像信号(Y’，satx(R’-Y’)，satx(B’-Y’))，该单元包括：

-用于在第一处理流(23)中根据第一图像信号来确定第一色调值(Phisat”，Phinl’)的装置(33)，以及

-用于在第二处理流(25)中根据第二图像信号来确定第二色调值(Phiorg”，Philimit’)的装置(31)；

-用于根据该第一色调值(Phisat”，Phinl’)和/或第二色调值(Phiorg”，Philimit’)来获得校正色调值(39)的装置(35)；

-用于基于该校正的色调值(39)来获得输出信号(Y”o，(R”-Y”)o，(B”-Y”)o/Y’o，(R’-Y’)o，(B’-Y’)o)的装置(41，43)。

29.一种包括显示装置(11)和图像信号处理设备(图4、7、9、10)的装置(3)，其中该图像信号处理设备适于执行根据权利要求1所述的方法。

30.权利要求29所述的装置(3)，包括从下述组成的组中选择的显示装置(11)：阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)，等离子体显示板(PDP)。

31.一种可存储在由计算设备可读的介质上的包括软件代码段的计算机程序产品，当在计算设备上执行该产品时，该产品使得该计算设备执行如权利要求1所述的方法。

32.一种用于执行和/或存储如权利要求31所述的计算机程序产品的计算和/或存储设备。

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