TWI545963B - 色域映射方法及其裝置 - Google Patents

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TWI545963B
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群創光電股份有限公司
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Description

色域映射方法及其裝置
本揭露係有關於數位色彩影像處理，特別是應用在顯示裝置之一種色域映射方法。
一般而言，色域(gamut或color gamut)是一特定的複數色彩子集合。色域映射(gamut mapping)係為將一輸入影像信號之一色域映射至用以適用於顯示裝置之一目標色域以顯示該影像。舉例來說，在具有複數像素(其中每一像素包括紅色、綠色、藍色和白色的子像素)之一RGBW(Red,Green,Blue,White)顯示裝置中，一色域映射器將一標準的RGB(Red,Green,Blue)輸入信號映射成能顯示在上述RGBW顯示裝置之複數子像素之一映射影像信號。使得該等子像素在接收該映射影像信號後各自發出對應映射後的顯示原色之色彩光線以顯示該影像。一般而言，上述色域映射係為將輸入影像信號之色域映射至可融入顯示裝置之目標色域的處理程序。而隨後的多原色轉換器則將目標色域轉換成對應於該顯示裝置複數像素之原色驅動信號以驅動該等RGBW子像素。
本揭露之一實施例提出一種色域映射方法。該色域映射方法包括將一影像信號中一第一色域之複數第一色點映射至 一第二色域之複數第二色點，其中每一該等第一色點係由複數原色所組成；其中每一該等第二色點係由每一該等原色之成分值分別乘上一對應之比例值所組成；以及其中若該等原色之至少一成份值為零，且該等原色中最大之一成分值越大，則該對應之比例值越小。
本揭露之一實施例提出一種色域映射裝置。該色域映射裝置用以將一影像信號中一第一色域之複數第一色點映射至一第二色域之複數第二色點，其中每一該等第一色點係由複數原色所組成。該色域映射裝置包括一映射單元。該映射單元將該等原色之成分值分別乘上一對應之比例值產生每一該等第二色點，其中若該等原色之至少一成份值為零，且該等原色中最大之一成分值越大，則該對應之比例值越小。
10‧‧‧多原色轉換系統
100‧‧‧色域映射器
110‧‧‧多原色轉換器
700‧‧‧色域映射器
710‧‧‧Min/Max偵測器
720‧‧‧比例值計算器
730‧‧‧映射單元
RGBin‧‧‧RGB信號
RGBout‧‧‧RGB映射影像信號
RGBW‧‧‧RGBW信號
R、G、B、W‧‧‧白原色、綠原色、藍原色、黑原色
GA1、GA2‧‧‧色域
GAI‧‧‧輸入色域
GAT‧‧‧目標色域
gb‧‧‧色域邊界
C1、A‧‧‧色點
C1’‧‧‧映射色點
gb’、L1~L10‧‧‧線段
L1’~L10’‧‧‧二次曲線
IL‧‧‧直線
D1、D2、D3‧‧‧控制點
B‧‧‧交點
k‧‧‧可變參數
p‧‧‧固定參數
f‧‧‧比例值
maxRGB‧‧‧最大成份值信號
minRGB‧‧‧最小成份值信號
為能更完整地理解本揭露實施例及其優點，現在參考與附圖一起進行的以下描述作出，其中：第1圖係依據本揭露之一實施例提出之一多原色轉換系統10之區塊圖。
第2A圖係依據本揭露之一實施例區塊圖，其為一由紅色和綠色所定義的色域GA1空間。
第2B圖係依據本揭露之一實施例區塊圖，其為新增一白原色W至第2A圖之紅色和綠色所定義的色域GA1空間。
第3A圖係依據本揭露之一實施例區塊圖，其為一由紅色和綠 色所定義的色域GAI空間。
第3B圖係依據本揭露之一實施例，其為與第3A圖相同由紅色和綠色所定義的一目標色域GAT。
第4A圖和第4B圖係依據本揭露之一實施例舉例說明色域映射之一實施例之複數區塊圖。
第5圖係依據本揭露之一實施例實現由上述原色RGB之最大成份值maxRGB和最小成份值minRGB表示之一輸入色域GAI之一區塊圖。
第6圖係依據本揭露之一實施例實現由上述原色RGB之最大成份值maxRGB和最小成份值minRGB表示之一輸入色域GAI之一區塊圖。
第7圖係依據本揭露之一實施例實現一色域映射器700之一區塊圖。
以下關於本實施例的制定和使用進行了詳細的討論。然而，應當理解的是本揭露提供了許多在各種具體情況下可實現和適用的發明構思。以下所討論的具體實施例僅僅是用來製造和使用本揭露的主題內容的說明性的具體方法，但並不僅限於以下不同實施例的範圍內。因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
第1圖係依據本揭露之一實施例提出之一多原色轉換系統10之一區塊圖。多原色轉換系統10包括一色域映射器100 以及一多原色轉換器110。色域映射器100將一具有M個原色的輸入影像信號映射成一具有M個原色的映射影像信號。多原色轉換器110將該M個原色的映射影像信號轉換成一具有N個原色的影像信號以驅動具有N個原色子像素的顯示裝置。一顯示器在顯示圖像時，該N個原色影像信號被用於驅動該顯示器中每一像素之子像素。這樣的系統具有可分別對色域映射和多原色轉換進行最佳化的優點。在第1圖之實施例中，色域映射器100將一具有RGB原色的輸入信號RGBin映射成映射後的映射影像信號RGBout。接著多原色轉換器110將RGB映射影像信號RGBout轉換成具有RGBW原色的輸出影像信號。色域映射方式係基於參數k和p對原始輸入信號RGBin進行運算。有關色域映射的運算方式以及參數k和p的細節會描述於之後的段落。RGBin包括一序列的輸入樣本，每一該輸入樣本係由含有三個原色(即紅色、綠色和藍色)之三個亮度成份值所組成。一輸入色域包括可用複數輸入原色表現的所有可能色彩(色調，飽和度和亮度)。一目標色域包括可由顯示器表現之所有可能色彩。在本揭露中，一圖像可為一相片、一影片之一圖片或由一電腦自文件、相片或影片所產生之一圖像。
在以下說明之中，為求方便理解省略掉藍原色。第2A圖係依據本揭露之一實施例區塊圖，其為一由紅色和綠色所定義的色域GA1空間。色域GA1包括色域映射器100之輸入影像信號之該等輸入樣本的所有色彩。在一實際應用中，輸入影像信號中該等原色的最大和最小的可允許的亮度成份值受限於物理限制。舉例來說，受限於電壓或是受限於用以表示原色成份值的位元數目。因此，紅原色和綠原色的亮度幅值皆可標準化在0至1的範圍 之間。在第2A圖中，0代表黑色，R代表全亮度之紅色色點，G代表全亮度之綠色色點，以及R+G代表全白色點。色域GA1包括可藉由變化紅原色和綠原色的亮度幅值(即在0至1的範圍之間)產生之所有色點。
第2B圖係依據本揭露之一實施例區塊圖，其為新增一白原色W至第2A圖之紅色和綠色所定義的色域GA1空間。白原色W可定義為為紅原色和綠原色的組合。在第2B圖中，0代表黑色，R+G+W則代表全白。色域映射器100將在第2A圖所示色域GA1中之複數輸入色點映射成在第2B圖所示色域GA2中之複數色點。
第3A圖係依據本揭露之一實施例區塊圖，其為一由紅色和綠色所定義的色域GAI空間。第3A圖所示輸入色域GAI與第2A圖所示色域GA1相同。第3B圖係依據本揭露之一實施例，其為與第3A圖相同由紅色和綠色所定義的一目標色域GAT。第3A圖所示之色域GAI與第3B圖所示之色域GAT的全白色點具有相同的亮度。因此，第3A圖所示全白色點R+G等同於第3B圖所示全白色點R'+G'+W'。在比較第3圖所示輸入色域GAI與第3B圖所示目標色域GAT之後，可以知道部分之輸入色域GAI並無法對應到達目標色域GAT(如第3B圖所示之三角斜線區域)。因此，需要裁剪和/或壓縮無法對應到達目標色域GAT之複數色點。
第4A圖、第4B圖、第5圖以及第6圖解釋說明色域映射器100如何執行上述色域映射操作。第4A圖和第4B圖係依據本揭露之一實施例舉例說明色域映射之一實施例之複數區塊圖。在本實施例中，RGB輸入影像信號為具有複數原色RGB一輸入色域GAI(如第4A圖所示之色域GAI)，其將映射為如第4B圖所示之目 標色域GAT。因部分之輸入色域GAI並無法對應到達目標色域GAT，因此可變參數k即為控制色域映射的失真度的參數。上述目標色域GAT係為輸入色域GAI新增一白原色W後的色域，因此可變參數k為新增原色W之最大可允許的成份值除以原色RGB之最大可允許的成份值的比值。在本說明書中，原色W與原色RGBW之成份值可為原色W與原色RGBW之亮度值。因此可變參數k越小上述目標色域的形狀越接近上述輸入色域。亦即可變參數k越小產生的失真越小。有關可變參數k的細節將在之後的段落描述。在上述色域映射操作中，上述輸入色域中的複數色點會被映射對應至上述目標色域。亦即上述輸入色域中的複數色點被映射至上述目標色域中的複數色點。舉例來說，上述輸入色域GAI中之色域邊界gb上複數色點會被映射至上述目標色域GAT中之線段gb'上複數色點。上述映射操作係透過將上述輸入色域之複數色點沿著黑色(即為座標0)的方向對應至上述目標色域的複數色點。舉例來說，在色域邊界gb上之色點C1會如4B圖所示沿著朝向黑色(即為座標0)的方向，映射至色點C1'。亦即映射色點C1'之原色RGB之複數成份值R(C1')、G(C1')和B(C1')與色點C1之原色RGB之複數成份值R(C1)、G(C1)和B(C1)之間的關係表示如下： 其中f是一比例值。因此，映射色點C1'僅有亮度較色點C1減少，而映射色點C1'之色調和飽和度則與色點C1之色調和飽和度相同。
如上所述，在色域映射操作中，上述輸入色域中之複數色點與上述目標色域中之複數色點之間的壓縮係將上述輸入色域中之每一色點之複數原色RGB之複數成份值乘上一對應的比例值。在本揭露之實施例中，上述輸入色域中之複數色點與上述目標色域中之複數色點之間的壓縮包括三個法則：(1)對於飽和色點進行非線性壓縮；(2)對於灰階色點不進行壓縮；以及(3)映射後之色點盡量貼近目標色域的邊界並使壓縮後的邊界保持連續平滑。為了達到上述法則，上述輸入色域中每一色點之壓縮比例值係依據輸入色域中每一色點中原色RGB之最大和最小成份值、一可變參數k以及一固定參數p。
第5圖係依據本揭露之一實施例實現由上述原色RGB之最大成份值maxRGB和最小成份值minRGB表示之一輸入色域GAI之一區塊圖。在第5圖中，x軸代表複數色點之上述原色RGB之最小成份值minRGB，y軸代表複數色點中原色RGB之最大成份值maxRGB。此外，第5圖之x軸和y軸所示之幅值皆標準化在0至1的範圍之間。
第6圖係依據本揭露之一實施例實現由上述原色RGB之最大成份值maxRGB和最小成份值minRGB表示之一目標色域GAT之一區塊圖。在第6圖中，x軸代表複數色點中原色RGB之最小成份值minRGB，y軸代表複數色點中原色RGB之最大成份值maxRGB。此外，第6圖之x軸和y軸所示之幅值皆標準化在0至1的範圍之間。
第5圖所示輸入色域GAI之複數線段L1~L10被分別映射至第6圖所示目標色域GAT之複數線段L1’~L10’。如第5圖和 第6圖所示，上述輸入色域中之飽和色點(即最小成份值minRGB為0之色點)被非線性地壓縮。上述輸入色域中之每一飽和色點之壓縮比例值f等於{1-[k/(k+1)]×maxRGB(C)P}，其中maxRGB(C)係上述輸入色域中飽和色點C中原色RGB之最大成份值。舉例來說，上述飽和色點C之成份值分別為R(C)=0；G(C)=0.2；以及B(C)=0.8。在此例子中，上述飽和色點C之最大成份值為0.8。在可變參數k為1且固定參數p為0.45之一例子中，若上述輸入色域中之一飽和色點之最大成份值為0.7，則上述飽和色點之壓縮比例值f為1-[(1/(1+1)]×0.70.45 0.57。此外，若上述輸入色域中之一飽和色點之上述原色RGB之最大成份值為0.3，則上述飽和色點之比例值f為1-[(1/(1+1)]×0.30.45 0.71。因此，對於上述輸入色域中的飽和色點而言，最大成份值越大，對應到越小的比例值f。此外，如第5圖和第6圖所示，上述輸入色域中之灰階色點(即最大成份值maxRGB與最小成份值minRGB大小相同之色點)並未被壓縮。亦即當{minRGB(C)/maxRGB(C)}=1時(其中minRGB(C)係上述輸入色域中之一色點C之最小成份值，maxRGB(C)係上述輸入色域中該色點C之最大成份值)，該色點C之比例值f為1。再者，如第6圖所示，複數線段L1'~L10'皆為連續且平滑之線段。每一連續且平滑之複數線段L1'~L10'皆為依據複數控制點(0,{1-[k/(k+1)]×maxRGB(C)P}×maxRGB(C))、([k/(k+1)]×maxRGB(C),maxRGB(C))以及(maxRGB(C),maxRGB(C))所產生之二次曲線。在可變參數k為1且固定參數p為0.45之一例子中，映射線段L1’係依據第6圖所示之控制點D1(0,0.5)、D2(0.5,1)及D3(1,1)產生之二次曲線。對於在線段L1上之一色點A而言(其中上述色點A之{minRGB(A)/ maxRGB(A)}不等於0或1，亦即介於0和1之間)，上述色點A被映射至一直線IL與上述二次曲線L1’之一交點B，其中上述直線IL係由(minRGB(A),1)與(0,0)所形成。因此，上述色點A之比例值f係依據上述色點A之縱軸值以及上述交點B之縱軸值決定。亦即上述色點A之比例值f等於上述交點B之縱軸值與1之一比值。
換句話說，為了達到上述色點的壓縮特徵，上述輸入色域中之一色點C之一比例值f係依據以下式子決定： 其中minRGB(C)係上述飽和色點C之最小成份值，maxRGB(C)係上述飽和色點C之最大成份值，k係可變參數，p係一固定參數，y(INS)則是交點INS的縱軸值(上述交點INS是由(minRGB(C),maxRGB(C))與(0,0)形成之一直線與由複數控制點(0,{1-[k/(k+1)]×maxRGB(C)P}×maxRGB(C))、([k/(k+1)]×maxRGB(C),maxRGB(C))以及(maxRGB(C),maxRGB(C))所產生之二次曲線的一交點)。如上所述，上述可變參數k等於原色W之最大可允許的成份值除以原色RGB之最大可允許的成份值的比值。
以上依據三控制點產生二次曲線係一習知方法，且其實施細節不會被描述在本說明書中。
上述可變參數k係有關於顯示裝置之原色W之一最大可允許成份值與原色RGB之一最大可允許成份值之一本質比值 kmax。亦即上述本質比值kmax係上述顯示裝置之最大可允許W(白色)亮度與最大可允許RGB亮度之一比值。上述可變參數k的變化係取決於環境光線狀況的任意組合、上述顯示裝置所需的輸出亮度以及上述顯示裝置的品質要求。舉例來說，上述可變參數k不大於kmax，亦即0kkmax。一般而言，kmax介於1.2至2.0的範圍之間。在選擇高品質和最小失真的一案例中，k的數值會被選擇在0至0.25的範圍之間。在選擇中等品質的一案例中，k的數值會被選擇在0.5至0.75的範圍之間。在選擇使用上述顯示器之全部顯示色域和低品質的一案例中，k的數值會被選擇在1.25至2的範圍之間。
上述固定參數p亦與kmax有關。上述固定參數p會被選擇不大於1/kmax。在一理想的案例中，上述固定參數p等於0.5/kmax。在一實施例中，上述固定參數p趨近於0.45。在這案例中，加碼數值(gamma data)可被重複使用。
第7圖係依據本揭露之一實施例實現一色域映射器700之一區塊圖。色域映射器700包括一Min/Max偵測器710、一比例值計算器720以及一映射單元730。色域映射器700將包含複數色點之一輸入色域之一影像信號(例如，一RGB信號RGBin)映射至一目標色域。換句話說，色域映射器700將上述輸入色域中之複數色點映射至上述目標色域中之複數色點。Min/Max偵測器710接收上述RGB信號RGBin，並偵測上述RGB信號RGBin之上述輸入色域中每一色點之最大和最小成份值。接著，Min/Max偵測器710輸出一最大成份值信號maxRGB和一最小成份值信號minRGB至比例值計算器720。比例值計算器720接收上述可變參數k以及上述固定 參數p，並依據上述輸入色域中每一色點之最大和最小成份值、上述可變參數k以及上述固定參數p計算上述輸入色域中每一色點之一比例值f。在一實施例中，比例值計算器720決定上述輸入色域中每一色點之比例值f係依據： 其中minRGB(C)係上述飽和色點C之上述原色RGB之最小成份值，maxRGB(C)係上述飽和色點C之上述原色RGB之最大成份值，k係上述可變參數，p係一固定參數，y(INS)則是交點INS的縱軸值(上述交點INS是由(minRGB(C),maxRGB(C))與(0,0)形成之一直線與由複數控制點(0,{1-[k/(k+1)]×maxRGB(C)P}×maxRGB(C))、([k/(k+1)]×maxRGB(C),maxRGB(C))以及(maxRGB(C),maxRGB(C))所產生之二次曲線的一交點)。
映射單元730接收上述輸入色域中每一色點之比例值f以及上述RGB信號RGBin，並將上述輸入色域中之每一色點之成份值乘上對應之比例值f。舉例來說，上述目標色域中之一映射色點Cx'之成份值R(Cx')、G(Cx')和B(Cx')與上述輸入色域中之一色點Cx之成份值R(Cx)、G(Cx)和B(Cx)之間的關係所示如下：
其中fx係上述色點Cx對應之比例值。因此，映射色點Cx'僅有亮度較色點Cx減少，而映射色點Cx'之色調和飽和度則與色點Cx之色調和飽和度相同。在將上述輸入色域中之每一色點成份值乘上對應之比例值f之後，映射單元730輸出一RGB映射影像信號RGBout以進入下一步的多原色轉換。
本發明可實現在液晶顯示器(LCDs)、電漿顯示面板(PDPs)、垂直腔面發射雷射器(VCSEL)、發光二極體顯示器(LED)或有機發光二極體顯示器(OLEDs)。
本發明可被應用至與如何定義像素亮度和色彩無關的複數影像信號。依據本揭露之處理方法，色彩資料可被轉換成需要的格式，例如RGB格式。此外，本揭露有利於應用至RGBX顯示器，其中X係一額外的原色，例如黃色或青色。
本揭露之方法和裝置、或是某些方面或部份之上述實施例可採取嵌入在一非暫態儲存媒體(例如，軟碟、CD-ROM、硬碟、韌體或其他機器可讀式儲存媒體)之一程式碼的形式(例如，指令)，其中當一機器(例如，一電腦)載入並執行上述程式碼，上述機器成為應用本揭露之實施例之一裝置。本揭露之方法和裝置可被應用在某些傳輸媒介(例如，透過電線、透過電纜、透過光纖或透過其他的傳輸形式)傳輸之一程式碼的形式，其中當一機器(例如，一電腦)接收並執行上述程式碼，上述機器成為應用本揭露之實施例之一裝置。當實現在一通用的處理器上時，上述處理器結合上述程式碼提供運作特定邏輯電路之一獨特的裝置。
雖然本揭露實施例及其優點已經詳細說明如上，應 當理解的是可在不脫離本揭露的精神和範圍內改變、替換和更改附加的申請專利範圍。此外，本申請專利範圍並不僅限於說明書中所描述特定實施例的製程、機器、製造、物質組成、手段、方法和步驟。本揭露雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
700‧‧‧色域映射器
710‧‧‧Min/Max偵測器
720‧‧‧比例值計算器
730‧‧‧映射單元
RGBin‧‧‧RGB信號
RGBout‧‧‧RGB映射影像信號
k‧‧‧可變參數
p‧‧‧固定參數
f‧‧‧比例值
maxRGB‧‧‧最大成份值信號
minRGB‧‧‧最小成份值信號

Claims (6)

  1. 一種色域映射方法，包括：將一影像信號中一第一色域之複數第一色點映射至一第二色域之複數第二色點，其中每一該等第一色點係由複數原色組成；其中每一該等第二色點係由每一該等原色之成份值分別乘上一對應之比例值所組成；以及其中若該等原色之至少一成份值為零，且該等原色中最大且非零之一成分值越大，則該對應之比例值越小；其中該第一色域係由紅原色、綠原色和藍原色所定義，且該等原色包括紅原色、綠原色和藍原色；以及其中該第二色域係由紅原色、綠原色、藍原色和白原色所定義，且該色域映射方法更包括：由該等原色中最小和最大之成分值及一可變參數決定該對應之比例值，其中該可變參數等於該第二色域中一最大可允許之白原色成分值與紅原色、綠原色和藍原色之一最大可允許成分值的一比值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之色域映射方法，其中若該等原色之最大和最小成份值相等，則該對應之比例值為1。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之色域映射方法，其中一第一色點C之一對應之比例值f係決定於： ；以及 其中minRGB(C)係該第一色點C之複數原色之一最小成份值，maxRGB(C)係該第一色點C之複數原色之一最大成份值，k係該可變參數以及p係一固定參數。
  4. 一種色域映射裝置，用以將一影像信號中一第一色域之複數第一色點映射至一第二色域之複數第二色點，其中每一該等第一色點係由複數原色所組成，該色域映射裝置包括：一映射單元，將該等原色之成分值分別乘上一對應之比例值產生每一該等第二色點，其中若該等原色之至少一成份值為零，且該等原色中最大且非零之一成分值越大，則該對應之比例值越小；其中該第一色域係由紅原色、綠原色和藍原色所定義，且該等原色包括紅原色、綠原色和藍原色；以及其中該第二色域係由紅原色、綠原色、藍原色和白原色所定義，且該色域映射裝置更包括：一比例值計算器，由該等原色中最小和最大之成分值及一可變參數決定該對應之比例值，其中該可變參數等於該第二色域中一最大可允許之白原色成分值與紅原色、綠原色和藍原色之一最大可允許成分值的一比值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之色域映射裝置，其中若該等原色之最大和最小成份值相等，則該對應之比例值為1。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之色域映射裝置，其中一第一色點C之一對應之比例值f係決定於： ；以及 其中minRGB(C)係該第一色點C之複數原色之一最小成份值，maxRGB(C)係該第一色點C之複數原色之一最大成份值，k係該可變參數以及p係一固定參數。
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