CN101552926B - 一种彩色图像信号处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色图像信号处理方法及装置，该方法用于使处理后的彩色图像在一个彩色显示设备中再显，彩色显示设备具有第一种色域，该方法具体为：输入一由至少两个输入像素组成的彩色图像信号，彩色图像信号具有第二种色域；根据输入像素的特性得出一适应因子；对输入像素采用进行映射，其中

为输入像素的原始代码值，

为自适应映射后的像素代码值；将自适应映射后的像素代码值组成的彩色图像信号输出。本发明根据输入彩色信号的像素的特性对输入的彩色信号进行适应性调整，既能避免失真，又能使宽色域显示器上显示出来的色彩更加鲜艳，为用户提供更好的显示效果。

Description

一种彩色图像信号处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种彩色图像信号处理方法，本发明还涉及一种彩色图像信号处理装置。

背景技术

通常，诸如监控器或扫描器的显示设备利用适合于其本身目的的彩色空间或彩色模型。例如：彩***打印设备工作在CMY彩色空间中，彩色阴极射线管(CRT)监控器或计算机图形设备工作在RGB彩色空间中，处理色调、色彩饱和度和密度的设备工作在HIS彩色空间中。另外，可以使用其中任何设备都可以以高精度工作的CIE彩色空间来限定与设备无关的色彩。CIE彩色空间包括CIE-XYZ、CIEL*a*b、CIEL*u*v彩色空间。

彩色显示设备可以按照工作所在的彩色空间来使用各种颜色。彩色显示设备通常使用三个基色。具体上，彩色CRT监控器或彩色图形设备工作所在的RGB彩色空间使用包括红、绿和蓝三种基色。彩***打印设备工作所在的CMY彩色空间使用包括青、品红和黄色的三种合成色。

彩色显示设备可以使用特定的色域以及彩色空间。彩色空间限定色彩，色域表示可以通过混合基准色彩(简称基色)而再现的可能的色彩范围。于是，限定彩色显示设备可再现彩色范围能力的色域就依赖于彩色显示设备所使用的基色。彩色显示设备通常使用红、绿、蓝三种基色。图1是在CIE-XYZ彩色空间下定义的彩色液晶显示设备的色域图。由三基色R、G、B之间的连线所形成的三角区域内部即表示该显示设备可以再现的色彩范围，即色域。为了提高显示设备的彩色再现能力，通常通过扩大显示设备三基色所形成的色域的面积来获得。采用发光二极管(Light EmittingDiode，简称LED)作为背光模组(Back Light Unit，简称BLU)的液晶显示器((Liquid Crystal Display，简称LCD)的可以获得较宽的色域。但是，输入给彩色显示设备的视频图像信号符合通用的广播电视标准或彩色信号标准并按照该标准来编码定义。广播标准有：国家电视***委员会(NTSC)的逐行倒相***(PAL)和SMPTE-C，彩色信号标准有诸如国际电工技术委员会(IEC)的sRGB。从图1可以看出，使用LED背光的液晶显示器的色域比sRGB范围宽。

对于色域范围较小的显示设备，如PDA、DSC、手机等，通常采用直接映射的方法，以显示设备的色域为目标色域，调整输入彩色图像信号，使显示得到的图像色彩在显示设备的色域范围内。对于色域范围较宽的显示设备，也可以彩色信号标准色域为目标色域，调整输入视频图像信号，使显示得到的图像色彩在彩色信号标准的色域范围内。但这样不能发挥宽色域显示设备能提供更宽色域的性能。如果对输入信号不作映射调整，显示的图像虽然具有较宽的显示设备的色域，但在再现位于彩色信号标准色域范围内的色彩时，会出现色彩失真。

发明内容

本发明就是为了克服以上的不足，提出了一种彩色图像信号处理方法和装置，减少显示器色彩失真、增强显示效果。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种彩色图像信号处理方法，用于使处理后的彩色图像在一个彩色显示设备中再显，所述彩色显示设备具有第一种色域，包括如下步骤：第一步：输入一由至少两个输入像素组成的彩色图像信号，所述彩色图像信号具有第二种色域；第二步：根据所述输入像素的特性得出一适应因子；第三步：对输入像素采用

进行映射，其中

为输入像素的原始代码值，

为以第二种色域为目标色域，对原始代码值进行映射而得到的映射像素代码值，α为适应因子，

为自适应映射后的像素代码值；第四步：将自适应映射后的像素代码值组成的彩色图像信号输出。

优选地，所述第二种色域的范围比第一种色域范围小。

所述输入像素的特性为输入像素的色彩饱和度，所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子随色彩饱和度的增加而非线性增大；在色彩饱和度较低的范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度大于在色彩饱和度较高范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度。

所述输入像素的特性为输入像素的色彩饱和度，所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子α可以表示为色彩饱和度δ的一个连续的函数，而且适应因子α对色彩饱和度δ的一次导数为正数，二次导数为负数或零。

所述色彩饱和度通过

获得，其中

R为红色像素的代码值，G为绿色像素的代码值，B为蓝色像素的代码值，δ为输入像素的色彩饱和度。

所述色彩饱和度通过δ＝[max(R，G，B)-min(R，G，B)]/max(R，G，B)获得，其中R为红色像素的代码值，G为绿色像素的代码值，B为蓝色像素的代码值，δ为输入像素的色彩饱和度。

所述彩色显示设备为液晶显示器，所述液晶显示器的背光源为发光二极管。

所述映射像素代码值通过如下方法获得：(1)、定义第二种色域为目标色域；(2)、基于该目标色域获得输入像素在与设备无关的的标准色度***中的彩色坐标；(3)、对所述彩色坐标进行基于第一种色域的色彩映射运算。

本发明的技术问题还通过以下的技术方案予以解决：一种彩色图像信号处理装置，用于使处理后的彩色图像在一个彩色显示设备中再显，所述彩色显示设备具有第一种色域，包括如下单元：输入单元：用于输入一由至少两个输入像素组成的彩色图像信号，所述彩色图像信号具有第二种色域；适应因子获取单元：用于根据所述输入像素的特性得出一适应因子；映射单元：用于对输入像素采用

进行映射，其中

为输入像素的原始代码值，

为以第二种色域为目标色域，对原始代码值进行映射而得到的映射像素代码值，α为适应因子，

为自适应映射后的像素代码值；输出单元：用于将输出像素代码值组成的彩色信号输出。

所述第二种色域的范围比第一种色域范围小。

所述输入像素的特性为输入像素的色彩饱和度，所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子随色彩饱和度的增加而非线性增大；在色彩饱和度较低的范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度大于在色彩饱和度较高范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度。

本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明根据输入彩色信号的像素的特性对输入的彩色信号进行适应性调整，既能避免失真，又能使宽色域显示器上显示出来的色彩更加鲜艳，为用户提供更好的显示效果。

附图说明

图1是采用LED作为BLU的LCD与CRT的色域比较示意图；

图2是本发明具体实施方式的流程图；

图3是色彩饱和度与适应因子关系示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图2所示，一种彩色图像信号处理方法，用于使处理后的彩色图像在一个彩色显示设备中再显，所述彩色显示设备具有第一种色域，包括如下步骤：

第一步：输入一由至少两个输入像素组成的彩色图像信号，所述彩色图像符合彩色信号标准色域。一般地，所述彩色图像信号由红、绿、蓝三个像素组成。

第二步：根据所述输入像素的特性得出一个适应因子α。

所述输入像素的特性可以为输入像素的色彩饱和度δ，所述色彩饱和度δ与适应因子α的关系如下：该适应因子随色彩饱和度的增加而非线性增大，在色彩饱和度较低的范围，该适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度大于在色彩饱和度较高范围谁单位色彩饱和度增加的幅度。所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子α可以表示为色彩饱和度δ的一个连续的函数，而且适应因子α对色彩饱和度δ的一次导数为正数，二次导数为负数或零。

图3给出了色彩饱和度与适应因子关系的示意图，从图中可以看出：色彩饱和度越低，适应因子α越小；色彩饱和度越高，适应因子α越大。色彩饱和度δ可以通过如下公式获得：

其中

即为红、绿、蓝三个像素的平均值，R为红色像素的代码值，G为绿色像素的代码值，B为蓝色像素的代码值，δ为输入像素的色彩饱和度。色彩饱和度δ还可以通过δ＝[max(R，G，B)-min(R，G，B)]/max(R，G，B)获得。所述输入像素的特性还可为输入像素的亮度。

第三步：对输入像素采用适应性色彩转换公式进行映射，获得输出像素代码值。所述适应性色彩转换公式为：

其中

为输入像素的原始代码值，

为以彩色信号标准色域为目标色域，对原始代码值进行映射而得到的映射像素代码值，α为适应因子，

为自适应映射后的像素的代码值。

以彩色信号标准色域为目标色域，对像素原始代码值进行的映射的方法如下：(1)、定义彩色信号标准色域为目标色域；(2)、基于该目标色域获得输入像素在与设备无关的的标准色度***中的彩色坐标；(3)、对所述彩色坐标进行基于第一种色域的色彩映射运算。下面以sRGB为彩色信号标准色域来具体阐述：

a)将输入像素原始信号R、G、B进行归一化(Normalization)和伽马校正(gamma correction)，以输入像素R、G、B为256色进行说明。

其中γ为根据彩色信号标准定义的调整值，通常为2.2，也可以采用查找表的方式，不同灰度值对应不同的γ值。

b)用如下矩阵进行运算，得到输入像素以彩色信号标准色域为目标色域的标准色度***三色值。

其中

为输入像素原始信号以彩色信号标准色域为目标色域的标准色度***三色值，

为彩色信号标

准色域定义的三基色的色彩坐标矩阵。

c)根据定义，一彩色信号以显示设备色域为目标色域的标准色度***三色值可采用如下矩阵进行运算，

其中

为以显示设备色域为目标色域的标准色度***三色值，

为显示设备色域所定义的三基色的色彩坐标矩阵，定义为

Rc，Gc，Bc为彩色信号的代码值，其中γ_R，γ_G，γ_B显示器的三色伽马值，可以通过测量获得。

$d)\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xc}\\ \mathrm{Yc}\\ \mathrm{Zc}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_i\\ Y_i\\ Z_i\end{array}\right]$

e)求解方程，得到对应输入像素信号代码值[Ri Gi Bi]的[Rc Gc Bc]值。

第四步：输出自适应映射后的像素的代码值

组成的彩色信号

本发明的方法可参考如下举例：

通过使用本发明的方法，对于原来色彩饱和度较低的像素，可以防止该像素在宽色域显示器上表现的色彩饱和度过分增大而与自然色失真。对于原来色色彩饱和度较高的像素，可以使该像素在宽色域显示器上表现的色彩更加鲜艳。本发明可以减少宽色域显示器的色彩失真，并且可以使某些色彩看起来更加鲜艳。

本发明可以用在任何彩色显示设备本身的色域与输入信号的色域不匹配的情况，尤其优选用在彩色显示设备的色域比输入信号的色域大的情况，如用LED作为BLU的LCD上。

根据上述方法的彩色图像信号处理装置，用于使处理后的彩色图像在一个彩色显示设备中再显，所述彩色显示设备具有第一种色域，其特征在于包括如下单元：输入单元：用于输入一由至少两个输入像素组成的彩色图像信号，所述彩色图像符合第二种色域；适应因子获取单元：用于根据所述输入像素的特性得出一适应因子；映射单元：用于对输入像素采用

进行映射，其中

为输入像素的原始代码值，为以第二种色域为目标色域，对原始代码值进行映射而得到的像素代码值，α为适应因子，为自适应映射后的像素代码值；输出单元：用于将输出像素代码值组成的彩色信号输出。

所述第二种色域的范围比第一种色域范围小。

所述输入像素的特性为输入像素的色彩饱和度，所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子随色彩饱和度的增加而非线性增大；在色彩饱和度较低的范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度大于在色彩饱和度较高范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度。

所述输入像素的特性为输入像素的色彩饱和度，所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子α可以表示为色彩饱和度δ的一个连续的函数，而且适应因子α对色彩饱和度δ的一次导数为正数，二次导数为负数或零。

所述色彩饱和度通过

获得，其中

R为红色像素的代码值，G为绿色像素的代码值，B为蓝色像素的代码值，δ为输入像素的色彩饱和度。

所述色彩饱和度通过δ＝[max(R，G，B)-min(R，G，B)]/max(R，G，B)获得，其中R为红色像素的代码值，G为绿色像素的代码值，B为蓝色像素的代码值，δ为输入像素的色彩饱和度。

所述彩色显示设备为液晶显示器，所述液晶显示器的背光源为发光二极管。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种彩色图像信号处理方法，用于使处理后的彩色图像在一个彩色显示设备中再显，所述彩色显示设备具有第一种色域，其特征在于包括如下步骤：

第一步：输入一由至少两个输入像素组成的彩色图像信号，所述彩色图像信号具有第二种色域；

第二步：根据所述输入像素的特性得出一适应因子；所述输入像素的特性为输入像素的色彩饱和度，

所述色彩饱和度与所述适应因子的关系如下：适应因子随色彩饱和度的增加而非线性增大；在色彩饱和度较低的范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度大于在色彩饱和度较高范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度；或者，

所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子表示为色彩饱和度的一个连续的函数，而且适应因子对色彩饱和度的一次导数为正数，二次导数为负数或零；

第三步：对输入像素采用 进行映射，其中 

为输入像素的原始代码值， 

为以第二种色域为目标色域，对原始代码值进行映射而得到的映射像素代码值，α为适应因子， 

为自适应映射后的像素代码值；

第四步：将自适应映射后的像素代码值组成的彩色图像信号输出。

2.根据权利要求1所述的彩色图像信号处理方法，其特征在于：所述第二种色域的范围比第一种色域范围小。 

3.根据权利要求1所述的彩色图像信号处理方法，其特征在于：所述色彩饱和度通过

获得，其中 R为红色像素的代码值，G为绿色像素的代码值，B为蓝色像素的代码值，δ为输入像素的色彩饱和度。

4.根据权利要求1所述的彩色图像信号处理方法，其特征在于：所述色彩饱和度通过δ＝[max(R，G，B)-min(R，G，B)]/max(R，G，B)获得，其中R为红色像素的代码值，G为绿色像素的代码值，B为蓝色像素的代码值，δ为输入像素的色彩饱和度。

5.根据权利要求1-2任一所述的彩色图像信号处理方法，其特征在于：所述彩色显示设备为液晶显示器，所述液晶显示器的背光源为发光二极管。

6.根据权利要求1-2任一所述的彩色图像信号处理方法，其特征在于：所述映射像素代码值通过如下方法获得：

(1)、定义第二种色域为目标色域；

(2)、基于该目标色域获得输入像素在与设备无关的的标准色度***中的彩色坐标；

(3)、对所述彩色坐标进行基于第一种色域的色彩映射运算。

7.一种彩色图像信号处理装置，用于使处理后的彩色图像在一个彩色显示设备中再显，所述彩色显示设备具有第一种色域，其特征在于包括如下单元：

输入单元：用于输入一由至少两个输入像素组成的彩色图像信号，所述彩色图像信号具有第二种色域；

适应因子获取单元：用于根据所述输入像素的特性得出一适应因子；所述输入像素的特性为输入像素的色彩饱和度，

所述色彩饱和度与所述适应因子的关系如下：适应因子随色彩饱和度的增加而非线性增大；在色彩饱和度较低的范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度大于在色彩饱和度较高范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度；或者，

所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子表示为色彩饱和度的一 个连续的函数，而且适应因子对色彩饱和度的一次导数为正数，二次导数为负数或零；

映射单元：用于对输入像素采用 

进行映射，其中 为输入像素的原始代码值， 

为以第二种色域为目标色域，对原始代码值进行映射而得到的映射像素代码值，α为适应因子， 

为自适应映射后的像素代码值；

输出单元：用于将输出像素代码值组成的彩色信号输出。

8.根据权利要求7所述的彩色图像信号处理装置，其特征在于：所述第二种色域的范围比第一种色域范围小。

9.根据权利要求7所述的彩色图像信号处理装置，其特征在于：所述输入像素的特性为输入像素的色彩饱和度，所述色彩饱和度与适应因子的关系如下：适应因子随色彩饱和度的增加而非线性增大；在色彩饱和度较低的范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度大于在色彩饱和度较高范围内适应因子随单位色彩饱和度增加的幅度。 

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