CN110383801B - 不均匀颜色空间中的颜色饱和度调整 - Google Patents

不均匀颜色空间中的颜色饱和度调整 Download PDF

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Abstract

一种用于调整颜色饱和度的方法，可以根据元数据确定饱和度调整，所述元数据基于第一显示器并且根据预先计算的数据指定对颜色饱和度的调整，所述预先计算的数据是诸如一个或多个查找表中的、指定第一颜色空间中的图像数据与第二颜色空间中的图像数据之间的关系的数据。将所述第一颜色空间中的输入图像转换为所述第二颜色空间中的图像，并且在图像数据处于所述第二颜色空间内的同时调整颜色饱和度，所述第二颜色空间可以是几何上不对称的颜色空间。

Description

不均匀颜色空间中的颜色饱和度调整
相关申请的交叉引用
本申请要求均于2017年3月3日提交的第62/466,952号美国临时申请和第17159215.7号欧洲专利申请的优先权，这两个专利申请通过引用以其全文并入本文。
技术领域
本申请一般地涉及图像处理，尤其涉及不均匀颜色空间中的颜色饱和度调整。
背景技术
本公开涉及图像处理，诸如对如电影、电视节目等内容中的彩色图像的图像处理。
图像处理流水线通常是指应用于图像的操作，所述操作在一种情况下从图像源(例如，相机)开始、并且在图像渲染器(例如，包括显示器的电视，其可以被称为目标显示器)处结束。尽管通常在目标显示器上使用RGB颜色空间来表示图像，但是出于处理的目的，图像数据在被显示在目标显示器上之前经常在图像处理流水线中经历多个颜色空间变换。这些颜色空间变换可以包括到中间颜色空间的变换和从中间颜色空间到RGB颜色空间的变换。这些中间颜色空间可以具有特殊特性，这些特殊特性允许在图像数据被表示在中间颜色空间中的同时执行期望的处理。例如，在(来自杜比实验室(Dolby Laboratories)的)杜比视界(Dolby Vision)流水线的情况下，RGB数据被变换到IPT颜色空间中以便执行期望的颜色体积映射。
如本文所使用的，“IPT颜色空间”是指亮度(I)-色度(P和T)类空间(如YCbCr)。在第六届彩色成像会议会刊：颜色科学、***和应用上由F.Ebner和M.D.Fairchild提出的“Development and testing of a color space(ipt)with improved hue uniformity(开发和测试具有改善的色调均匀性的颜色空间(ipt))”(IS&T，亚利桑那州斯科茨代尔，1998年11月，第8至13页(将称为Ebner论文))中描述了原始的IPT空间，所述文献通过引用以其全文并入本文。最近，Ebner论文中的最终非线性度被更好地匹配人类视觉***的属性的感知量化器(PQ)代替。在J.S.Miller等人的序列号9,077,994的美国专利中描述了PQ量化器，所述美国专利通过引用以其全文并入本文，所述美国专利的部分已被2014年8月16日提交的名称为“High Dynamic Range Electro-optical Transfer Function of MasteringReference Displays(母版制作参考显示器的高动态范围电光传递函数)”的SMPTE ST2084:2014规范采用，所述规范通过引用以其全文并入本文。在某些实施例中，IPT可以是指在“Image parameter values for high dynamic range television for use inproduction and international programme exchange(用于在生产和国际节目交换中使用的高动态范围电视的图像参数值)”的ITU-R Rec.BT.2100-0(07/2016)中定义的ICtCp颜色空间，所述文献通过引用以其全文并入本文。与YCbCr一样，ICtCp是一种旨在将亮度信息与色度信息分开的基于颜色对抗的编码方案。另外，ICtCp提供恒定强度(CI)表示。
这些中间颜色空间通常基于将强度分量与色度分量分开的颜色模型。每个颜色模型或颜色空间可以具有其自己的、对于特定处理有用的特性。例如，HSV型颜色空间(例如，HSV、HSL、HSI)具有高度对称且均匀的几何形状，其允许方便地控制颜色的饱和度和色调。可替代地，具有恒定色调线的线性度的IPT颜色空间为高动态范围(HDR)和宽色域应用中的色域映射提供期望的特性。然而，IPT颜色空间具有几何上不对称的颜色空间形状，其不允许方便地控制颜色的饱和度和色调。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种对一个或多个图像进行饱和度调整的机器实施的方法。所述方法包括：接收以与第二颜色空间相关联的增强动态范围格式编码的图像，所述图像包括多个像素，每个像素具有强度分量和两个色度分量；接收与所述图像相关联的颜色分级元数据，所述颜色分级元数据包括与各个不同色调相对应的多个饱和度控制值，所述多个饱和度控制值i)表示期望的饱和度调整，并且ii)定义第一颜色空间的第一多个色调区域，所述第一颜色空间不同于所述第二颜色空间；对于所述多个像素中的每个像素，由所述像素的两个色度分量确定所述像素的色调和饱和度，根据所述期望的饱和度调整确定像素饱和度调整，其中，所述多个饱和度控制值取决于相应像素的色调相对于所述第二颜色空间中的第二多个色调区域的位置而对所述像素饱和度调整具有不同的贡献，所述第二多个色调区域与所述第一多个色调区域一一对应，以及将所述像素饱和度调整应用于所述像素的饱和度；以及输出增强动态范围格式的颜色分级的图像，所述颜色分级的图像包括经饱和度调整的多个像素。
附图说明
在附图中以举例而非限制的方式来说明本发明，其中相似的附图标记指示相似的元件。
图1示出了可以在本文描述的一个或多个实施例中使用的图像处理流水线的示例。
图2示出了提供用于在目标显示器上输出的图像的显示管理***的示例。
图3示出了色轮或色度平面上的六向量颜色分级的示例。
图4A示出了HSV颜色空间体积的示例。
图4B示出了IPT颜色空间体积的示例。
图4C示出了在垂直于强度(I)轴的三个不同横截面处的IPT颜色空间体积的示例；可以看出，IPT颜色空间不是几何对称的。
图5示出了根据本文描述的本发明的一个或多个实施例的显示管理***的示例。
图6是示出了根据本发明的一个或多个实施例的方法的流程图。
图7A是示出了根据本发明的一个或多个实施例的另一方法的流程图。
图7B是示出了用于得到与本发明的一个或多个实施例一起使用的数据结构(如一个或多个查找表)的方法的流程图。
图8示出了可以与本发明的一个或多个实施例一起使用的一组查找表(LUT)的示例。
图9示出了可以包括硬件部件和软件部件的显示管理***的示例。
图10示出了数据处理***的示例，所述数据处理***可以由调色师用于创建用于本文所描述的颜色饱和度调整的数据。
具体实施方式
将参照下文所讨论的详情描述本发明的各实施例和各方面，并且附图将对各实施例进行说明。以下描述和附图是对本发明的说明并且不应被解释为限制本发明。描述了许多特定细节以提供对本发明的各实施例的充分理解。然而，在某些情况下，未对熟知或常规的细节进行描述，从而提供对本发明的实施例的简明讨论。
本说明书中，对“一个实施例(one embodiment)”或“实施例(an embodiment)”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，短语“在一个实施例中(in one embodiment)”在各个地方的出现不一定都是指同一实施例。下图中描绘的过程由包括硬件(例如，电路、专用逻辑等)、软件或二者的组合的处理逻辑来执行。虽然下面按照一些顺序操作描述了所述过程，但是应该了解，可以按不同的顺序执行所描述的操作中的一些操作。而且，可以并行地而非顺序地执行一些操作。
颜色饱和度调整的六向量分级
颜色分级是指操纵图像(如输入图像)以生成高质量图像的过程。各种颜色分级工具可供调色师(如图1中所示的调色师16)使用以用于操纵图像，并且这些颜色分级工具包括六向量分级和如由美国电影摄影师协会(ASC)定义的颜色决定列表(CDL)。
在六向量饱和度分级中，调色师可以调整六个饱和度控制，其中，每个控制对应于六种颜色的饱和度，这六种颜色诸如三种原色(红色、绿色和蓝色)和三种二次色(黄色、青色和品红色)。RGB(红色、绿色、蓝色)颜色可以在圆形色度平面(通常称为色轮)上表示，并且这些颜色可以如图3所示的通过它们的饱和度值和色调值来表征。饱和度是从图3中所示的圆(色轮)中心处的轴原点(0,0)开始到色轮上的特定坐标的向量的距离(或幅度)，并且色调是该向量与正水平轴创建的角度。
在六向量饱和度分级中，在色轮上分别与红色(R)、黄色(Y)、绿色(G)、青色(C)、蓝色(B)和品红色(M)相对应的色调角度0度、60度、120度、180度、240度和300度处定义了六个向量(R、Y、G、C、B、M)。这六个向量中的每一个都起源于色轮的中心处，并延伸到色轮周边上的某个点处的相应基本色。因此，被图示为图3中所示的色轮周边上的颜色编码圆点或点的基本色是六个向量颜色的端点，所述端点具有由所采用的颜色空间确定的最高可允许饱和度。这六个向量定义了六个扇区(Sec0、Sec1、Sec2、Sec3、Sec4和Sec5)，其中，每个扇区由相邻向量界定(例如，Sec0由R和Y基本色向量界定)，并且每个扇区类似于色轮的三角形切片。这六个向量可以被称为色轮中的六个基本色向量。
六个饱和度控制(R、Y、G、C、B、M)可供调色师(如图1中所示的调色师16)使用。使用类似于欧几里德空间中的求和向量的方法来计算像素颜色的输出饱和度。例如，考虑Sec0中具有色度的像素，诸如色调为45度且饱和度为大约色轮中心与色轮周边之间的总距离的一半的像素。在这种情况下，只有相邻的饱和度控制R和Y会影响像素的输出饱和度。这些相邻饱和度控制中的每一个具有相应的相邻基本色向量，并且这些饱和度控制中的每一个相对于相应的相邻基本色向量与色轮上的像素向量形成的角度进行加权。可以通过考虑非常接近色轮上的基本色向量Y的像素来解释这种加权的效果；这种像素的饱和度调整主要受基本色向量Y的饱和度调整效果和基本色向量R的饱和度调整效果(其将是最小的)的控制。对(扇区Sec0中的)这种像素的饱和度调整可以从以下等式确定：
(等式1) Sout＝Sin(1+R(Dr)+Y(Dy))，
其中，Sout表示像素的输出饱和度，Sin表示像素的原始饱和度，R和Y表示由调色师选择或定义的饱和度控制(调整值)，并且在一个实施例中可以在-1到1的范围内，并且Dr和Dy表示控制应用于每个饱和度控制的权重的方向性系数。在一个实施例中，调色师可以逐个图像地选择饱和度控制，并且可以为这六个饱和度控制(R、Y、G、C、B和M)中的每一个指派-1.0至+1.0之间的值。在一个实施例中，可以使用以下等式、分别使用像素的色调h(以度为单位)以及相应的相邻基本色向量R和Y的色调h0和h1(均以度为单位)来计算方向性系数Dr和Dy：
(等式2) Dr＝(h-h1)/(h0-h1)；
(等式3) Dy＝(h-h0)/(h1-h0)。
当然，像素的图像数据可以处于这六个扇区中的任何一个中，因此这三个前述等式的一般示例可以表示为：
(等式4) Sout＝Sin(1+Sa0(D0)+Sa1(D1))；
(等式5) D0＝(h-h1)/(h0-h1)；
(等式6) D1＝(h-h0)/(h1-h0)，
其中，Sout表示像素的经调整输出饱和度，Sin表示像素的原始(饱和度调整之前的)饱和度，Sa0表示调色师对相邻基本色向量之一(具有较小色调角的相邻基本色向量)的饱和度控制或调整，并且Sa1表示调色师对另一相邻基本色向量的饱和度控制或调整，并且D0表示应用于饱和度控制Sa0的权重的方向性系数，并且D1表示应用于饱和度控制Sa1的权重的方向性系数，并且h表示像素的色调(以度为单位)，并且h0和h1分别表示与Sa0和Sa1相关联的相应相邻基本色向量的色调(以度为单位)。
六向量饱和度分级被设计成与诸如HSV、HSL、HSI等HSV型颜色空间一起使用。这些HSV型颜色空间由具有均匀的几何对称属性和形状的圆柱形颜色体积来表征，从而允许方便地实施颜色饱和度分级。图4A示出了HSV颜色体积的示例，其具有均匀且几何对称的圆柱形颜色体积。该HSV颜色体积允许方便地实施颜色饱和度分级，而诸如IPT型颜色空间(例如，IPT或ICtCp或基于IPT型空间的其他变型)的颜色空间由于不均匀或几何上不对称的颜色体积而不允许这种方便的实施。例如，图4B示出了IPT颜色体积的不均匀性；该IPT颜色体积或颜色空间不是几何对称的。图4C还示出了IPT颜色空间或体积的不均匀程度；具体地，图4C示出了图4B中所示的IPT颜色体积的以(沿图4B中的Z轴定义的)三种不同强度截取的三个横截面。图4C中所示的这三个截面示出了IPT颜色体积是如何在P-T平面中成形的；P沿图4C中的x轴，并且T沿图4C中的y轴。
本文描述的实施例提供了用于使用颜色饱和度分级(如例如在诸如IPT型颜色空间的不均匀颜色空间中的六向量颜色饱和度)的方法、***和计算机可读介质。这些实施例可以用于避免对目标显示器中的以及驱动目标显示器的显示管理***中的现存或未来硬件进行修改。
不均匀或不同颜色空间中的颜色调整
如上所述，显示管理***可以使用不均匀颜色空间(或不同于调色师在颜色分级处理中使用的颜色空间)。这些显示管理***通常是图像处理流水线(如图1中的图像处理流水线)的一部分。图1中的图像处理流水线可以包括图像源10(如相机(其捕获视频或静止图像))，并且表示图像的图像数据由图像源10提供给数据处理***(如调色师调整***12)，所述数据处理***可以由调色师16使用以通过提供一个或多个操纵或调整输入或命令17来操纵或调整一个或多个被捕获的图像。在一个实施例中，调色师(如调色师16)观察由源或参考显示器14显示的一个或多个图像，并且可以以交互方式对所显示的图像进行调整(例如，改变颜色饱和度)；换言之，调色师16可以观察原始(或先前调整的)图像，并且然后通过向调色师调整***12提供调整命令17来进行调整(如增加或减少红色饱和度)，所述调色师调整***进而实施调整命令并对经调整的图像进行渲染并显示在源或参考显示器14上。该过程可以继续，直到调色师16对最终调整的图像满意为止；此时，调色师16可以保存指定调整的数据，所述调整可以是六向量颜色饱和度调整。数据可以被保存为指定对已经由调色师进行颜色分级的一个或多个图像进行六向量饱和度调整(例如，六个值，R、Y、G、C、B和M各一个)的元数据，并且该元数据和相关联图像可以由一个或多个分发***(如从调色师调整***12接收输出18的分发***19)分发。在一个实施例中，输出18将元数据和相关联图像提供给一个或多个分发***，所述一个或多个分发***进而将元数据和相关联图像提供给一个或多个目标显示器，每个目标显示器可以包括显示管理***。在图1所示的示例中，显示管理***21的输入20从分发***19接收元数据和相关联图像，并且然后如下文进一步描述的使用元数据来处理相关联图像，以便使内容(例如，电影、电视节目、视频游戏等)显示在目标显示器23上。在一个实施例中，元数据可以是应用于所有内容的静态元数据，而在另一个实施例中，元数据可以是随时间变化的动态元数据(如例如，电影中的第一场景或序列(或其他内容)使用第一组元数据进行六向量颜色饱和度调整(或其他类型的调整)，并且电影中的第二场景或序列(或其他内容)使用第二组元数据进行六向量颜色饱和度调整(或其他类型的调整))。分发***19可以是可以通过其分发内容的各种***中的任何一个或多个，如因特网、或广域网、或局域网、或有线电视或******、或游戏控制台、或内容播放器(如DVD播放器)等。图1示出了可以与本文描述的本发明的一个或多个实施例一起使用的图像处理流水线的一个示例，并且其他图像处理流水线也可以与这些实施例一起使用，包括国际电信联盟报告ITU-R BT.2390-0“High dynamic range televisionfor production and international programme exchange(用于制作和国际节目交换的高动态范围电视)”(2016年)中描述的图像处理流水线，并且该报告通过引用并入本文。
图2示出了关于可以与本发明的一个或多个实施例一起使用的显示管理***21的示例的更多细节。如图2所示，显示管理***21可以包括颜色空间转换器101、颜色体积映射器103、细节保存单元104、以及颜色空间转换器107，所述颜色空间转换器被耦接以驱动目标显示器109，所述目标显示器可以与图1中的目标显示器23相同。显示管理***21可以通过一个或多个输入(如输入20)接收内容的图像数据，并且还可以接收多种类型的元数据，如描述一个或多个颜色饱和度调整的元数据、以及描述已创建或调整图像的(多个)源显示器的特性的源元数据115和描述目标显示器(如目标显示器109)的特性的目标元数据117。在一个实施例中，颜色空间转换器101可以是将一个颜色空间(例如，RGB型颜色空间)中的图像数据转换为另一颜色空间(例如，IPT型颜色空间)中的图像数据的转换器，并且颜色空间转换器101接收内容中的图像的图像数据并转换图像数据，并将经转换的图像数据(作为例如IPT型颜色空间中的图像数据)提供给颜色体积映射器103和细节保存单元104。在一个实施例中，颜色体积映射器103可以执行从源显示器的色域(如源元数据115中指定的)到目标显示器109的色域的色域体积映射；通常，源显示器(例如，源显示器14)可以是可以具有非常宽的色域的参考显示器，其色域大于目标显示器(如目标显示器109)的色域，并且颜色体积映射器103将图像数据从源的色域映射到目标的色域。在一个实施例中，颜色体积映射器103还可以包括色调映射单元，所述色调映射单元将第二颜色空间的输入图像数据中的强度(或光亮度)值(具有源显示器的动态范围)映射到目标显示器的动态范围中的强度(或光亮度)值。在一个实施例中，细节保存单元104可以恢复由于色调映射单元进行的色调映射而可能丢失的强度通道(强度值或光亮度值)中的高频细节。在一个实施例中，颜色空间转换器107从颜色体积映射器103和细节保存单元104接收经色调映射和体积映射的图像数据，并执行颜色空间转换以将第二颜色空间(例如，IPT型颜色空间)中的经映射图像数据转换为输出颜色空间(例如，RGB型颜色空间)中的图像数据。然后，可以将输出图像从转换器107提供给目标显示器109。在一个实施例中，显示管理***21可以是(耦接到目标显示器的)目标设备的一部分，所述目标设备支持来自杜比实验室的杜比视觉技术，并且该技术可以允许基于可以创建高或极高动态范围和宽色域内容的参考***而将这种内容分发到具有较小动态范围或较小色域的目标***，同时保留高质量图像。关于这种技术和IPT型颜色空间的进一步信息可以在公开的美国专利申请US 2016/0005349中找到，所述美国专利申请通过引用并入本文。
图5示出了根据本文描述的本发明的一个或多个实施例的显示管理***(如图1中的显示管理***21)的另一个示例，其包括调整颜色饱和度的颜色饱和度调整器309。例如，颜色饱和度调整器309可以使用图6中所示的方法或图7A中所示的方法、并且使用例如由调色师在颜色分级过程期间提供的颜色饱和度元数据来调整颜色饱和度。图2中的显示管理***也可以在图2所示的图像处理流水线的某个部分中包括这种颜色饱和度调整器。在一个实施例中，图5中所示的显示管理***包括从输入301(其类似于图1和图2中的输入20)接收输入图像数据和相关元数据以及源显示器元数据的输入接口303，并且还包括颜色空间转换器305、(多个)映射函数单元307、颜色饱和度调整器309、以及可以通过输出313(直接或间接地)向目标显示器(如目标显示器23或109)提供输出图像的颜色空间转换器311。输入接口303可以是网络接口(如以太网或WiFi接口)、或有线电视或***接口、或本领域已知的可以提供内容和相关联元数据的其他硬件接口。输入接口可以接收表示内容(例如，电影、视频游戏、电视节目等)的图像数据，并且还可以接收任何相关联的元数据，如源元数据115和目标元数据117以及颜色饱和度调整元数据(例如，用于等式4的饱和度控制Sa0、Sa1等)等。然后，输入接口303可以将所接收的数据提供给图5中所示的显示管理***中的各种部件；例如，输入图像数据和源元数据可以被提供给颜色空间转换器305，所述颜色空间转换器将输入图像的图像数据从第一颜色空间(例如，RGB型颜色空间)中的图像数据转换为第二颜色空间(例如，IPT型颜色空间)中的图像数据。转换器305可以类似于图2中的转换器101。然后可以将经转换的图像数据从转换器305提供给(多个)映射函数单元307，在一个实施例中，所述映射函数单元可以类似于颜色体积映射器103和细节保存单元104；(多个)映射函数单元307可以执行颜色体积映射和色调映射，并且可选地还可以执行细节保存，并且将经映射的图像数据(仍然在第二颜色空间中)的输出提供给颜色饱和度调整器309，所述颜色饱和度调整器然后可以使用本发明的一个或多个实施例(如图6或图7A的方法)来调整一个或多个图像的颜色饱和度。然后，颜色饱和度调整器309可以将经颜色饱和度调整的图像数据(仍在第二颜色空间中)输出到颜色空间转换器311，所述颜色空间转换器然后可以将经颜色饱和度调整的图像数据转换为第三颜色空间(如RGB型色空间)中的、在输出313处输出以驱动目标显示器(如目标显示器23(或目标显示器109))的图像数据。
图6示出了根据本发明一个实施例的方法。所述方法可以开始于操作351，在所述操作中，显示管理***可以接收内容的一个或多个图像，并将表示图像的(第一颜色空间中的)图像数据转换为第二颜色空间中的图像数据；在一个实施例中，第一颜色空间可以是RGB型颜色空间，并且第二颜色空间可以是IPT型颜色空间。在一个实施例中，使用IPT型颜色空间是为了在IPT型颜色空间(如ICtCp)中执行颜色体积映射和色调映射，而不是在其他颜色空间中执行这些映射。在操作353中，由显示管理***(诸如图2或图5中所示的***)接收指定对颜色饱和度(或其他颜色特性)的调整的元数据。在一个实施例中，元数据包括用于本文所描述的六向量饱和度分级的饱和度控制R、Y、G、C、B和M(参见例如等式4-6)；在另一实施例中，元数据包括用于使用四分之一圆(或其他扇区几何形状)的四向量饱和度分级方法的饱和度控制。在一个实施例中，在操作353中接收的元数据基于在源显示器(如调色师的源显示器14)上的饱和度调整操作。在操作355中，基于在操作353中接收的元数据并基于指定第一颜色空间中的图像数据与第二颜色空间中的图像数据之间的关系的数据来确定针对图像中的像素的一组饱和度调整。(指定这种关系的)这种数据可以在调色师的***(或其他***)上预先计算并提供给显示管理***(例如，图2或图5中的***)，作为用于在显示管理***处执行饱和度调整的元数据。在图5中所示的显示管理***的情况下，在一个实施例中，颜色饱和度调整器309使用(指定两组图像数据之间的关系的)这种数据来确定针对每个像素使用哪些饱和度控制(在元数据中指定)；换言之，该数据指定两组图像数据之间的关系，使得第二颜色空间中的图像数据可以适当地与在第一颜色空间中将应用(或已被使用)的饱和度控制相关联。在一个实施例中，该数据可以是一组一个或多个数据结构，所述数据结构用于针对特定像素确定使用元数据中的哪对饱和度控制(例如，R和Y)来调整特定像素的饱和度。在一个实施例中，该数据可以映射第一颜色空间中的基本色以确定第二颜色空间中的扇区边界，使得可以为落入第二颜色空间中的两个相邻扇区边界之间的特定像素选择正确的一对饱和度控制。换言之，第一颜色空间中的基本色(例如，六种基本色R、Y、G、C、B、M)使用从第一颜色空间投影到第二颜色空间中的图像数据来确定第二颜色空间中的扇区边界。在一个实施例中，该数据可以用于六向量饱和度分级，而在另一个实施例中，指定两组图像数据之间的关系的另一组数据可以用于其他类型的饱和度分级，如四向量饱和度分级。在操作355中针对图像中的每个像素确定饱和度调整之后，显示管理***(例如，颜色饱和度调整器309)在操作357中调整第二颜色空间中的图像的饱和度，并且然后在操作359中将经饱和度调整的图像转换到第三颜色空间(例如，RGB型颜色空间)中，并且然后将其显示在目标显示器(如目标显示器109或23)上。
图7A示出了根据本发明一个实施例的另一种方法。在操作401中，接收由第一颜色空间(例如，RGB型颜色空间)中的图像数据表示的图像，并将其转换为第二颜色空间(例如，IPT型颜色空间)中的图像数据。在操作403中，接收元数据，并且该元数据基于例如由调色师(例如，图1中的调色师16)进行的调整来指定对颜色饱和度的调整。在使用六向量饱和度分级进行饱和度调整的实施例中，该元数据可以是调色师为图像指定的六个饱和度控制R、Y、G、C、B、M。在操作405中，显示管理***(例如，颜色饱和度调整器309)使用数据结构(如数据结构501，其可以是图8中所示的一个或多个LUT)中的数据来为图像中的每个像素确定颜色扇区，以便调整图像的饱和度。在一个实施例中，对于图像中的每个像素，I(强度)值确定LUT中的数据的行，并且然后如下文进一步描述的使用该行中的数据来确定像素的颜色扇区(其进而确定像素的两个相邻饱和度控制)。在操作407中，为所确定的颜色扇区内的像素确定方向性系数(如上文所描述的D0和D1)。然后在操作409中，通过使用元数据(例如，所确定的颜色扇区的饱和度控制)和所确定的方向性系数以及像素的输入饱和度来确定每个像素的经调整饱和度。
现在将描述使用操作405、407和409的实施例的具体示例。在此特定示例(使用六向量颜色饱和度调整)中，元数据指定调色师为图像定义的六个饱和度控制(R、Y、G、C、B、M)，并且在一个实施例中，这六个饱和度控制中的每一个可以具有-1.0(完全去饱和度)至1.0(最大饱和度)之间的值，其中，零值表示饱和度没有变化。在一个实施例中，对图像中的每个像素执行操作405、407和409，并且元数据应用于整个图像。在一个实施例中，第二颜色空间是IPT型颜色空间(例如，ICtCp)，并且像素的I值用于选择3个LUT(参见图8)中的行以便确定像素的颜色扇区。在一个实施例中，像素的IPT值已经由单元307中的映射函数处理，使得IPT值将已经被色调映射和体积映射。像素的I值匹配到与LUT 503中的最佳匹配(值最接近)的I值，所述最佳匹配的I值存在于成为像素的所选行(例如，行509)的行中。所选行包括LQ LUT 505中的、如下所述针对图3中所示的这六个基本色向量确定的一组色调(角度)。像素的色调值(h)是角度，并且是根据arctan(T/P)的值计算的，其中，arctan是反正切，并且T和P的值是IPT型颜色空间中的像素的经映射色度分量。然后将计算出的像素色调值(h＝arctan(T/P))与LQ LUT 505中的所选行中的一组色调值进行比较以确定像素的颜色扇区；具体地，将h与所选行中的一组色调值进行比较以确定相邻的色调角，使得h0≤h≤h1，其中，h0和h1是相邻扇区边界的角度，并且h0和h1定义了IPT空间的颜色扇区。换言之，由界定颜色扇区的两个相邻基本色向量的色调来定义所确定的颜色扇区。例如，在等式1的情况下，这两个相邻的基本色向量是R和Y。然后可以分别使用等式5和6来确定方向性系数D0和D1。可以使用等式
Figure GDA0002265564230000111
确定像素的输入饱和度(Sin)；然后可以使用等式4计算经调整的饱和度(Sout)。像素的经调整饱和度值被转换回T和P值。在一个实施例中，可以通过使用以下等式确定像素的经调整饱和度值回到T和P值的转换：
Pout＝Sout[cos(h)]；以及
Tout＝Sout[sin(h)]。
然后，将像素的图像数据的经调整饱和度转换为RGB型颜色空间，以允许图像显示在目标显示器上。
图7B示出了用于创建查找表(LUT)503、505和507的方法，所述查找表是图8中所示的数据结构501的一部分。在一个实施例中，图7B中所示的这种方法在将LUT提供给多个显示管理***的数据处理***上执行一次，并且在一个实施例中，LUT不依赖于内容中的图像并且LUT的内容是耦接到创建LUT的数据处理***的源显示器的函数。该数据处理***可以是调色师的调整***，并且LUT的内容通过分发***19来分发。在操作451中，将源***中的第一颜色空间(例如，RGB)中的颜色空间体积的立方体(或其他体积)投影到第二颜色空间(例如，IPT)的颜色空间体积中；该投影可以涉及对第一颜色空间中的所选一组可能颜色(例如，对于一组光亮度值中的所有可能的光亮度值，可能的颜色可以包括图3中所示的色轮周边上的六种基本色)的图像数据进行颜色空间变换，并且该颜色空间变换将这些可能颜色的图像数据变换为第二颜色空间(其可以是IPT型颜色空间(例如，ICtCp))中的这些可能颜色的图像数据。该投影为两个颜色空间中的(所选一组可能颜色中的)每个可能颜色提供一组相应的图像值；例如，对于给定的光亮度值或强度值，在两个颜色空间中都存在基本的红色图像数据。在操作453中，选择强度值，并且这有效地选择了第二颜色空间(例如，ICtCp)中的色度平面(参见图4C中的三个这样的平面)。然后，在操作455中，针对从第一颜色空间(例如，RGB)投影到该色度平面的这六种(或其他数量)基本色中的每一种，在第二颜色空间中的所选色度平面中确定色调(角度)和饱和度(最大幅度)；换言之，在一个实施例中，将针对所选强度值的这六种基本色(例如，图3中的色轮周边上的六个点)投影(颜色变换)到第二颜色空间中以确定第二色空间中的这个色度平面的颜色扇区边界。可以将六个基本色点“放置”/“绘制”到该色度平面中，然后允许计算/测量这六个基本色点中的每一个的色调(角度)和饱和度，并且这六个基本色点定义了这些颜色扇区边界。然后，可以将所选强度的值和在操作455中确定的色调和饱和度的值存储在如三个LUT 503、505和507等数据结构中；例如，所选I(强度)值存储在LUT 503中的某行(例如，行509)中，并且六个色调存储在LUT 505中的相同行中，并且六个最大饱和度值存储在LUT 507中的相同行中。每个色调可以与相应基本色之一相关联并存储在该基本色的列中；例如，红色基本色的所确定色调存储在列511中(在标签θ5下)，并且其他基本色黄色、绿色、青色、蓝色和品红色的所确定色调存储在标记为θY、θG、θC、θB和θM的相应列中。类似地，红色的所确定最大饱和度值存储在列517中，并且其他基本色(Y、G、C、B和M)的所确定饱和度存储在标记为SY、SG、SC、SB和SM的相应列中。操作459示出了针对LUT 503中的每个强度(I)值重复操作453、455和457中的每一个，以用数据填充LUT 503、505和507中的每一行。因此，LUT 503、505和507一旦完成，就可以作为(针对给定源显示器)预先计算的数据被提供给显示管理***。LUT 505包含跨一组可能的I值的六种基本色的色调值，并且LUT 507包含跨该组可能的I值的六种基本色的最大饱和度值。可以如所示的那样组织LUT，以基于行索引提供强度值和基本色值(色调和饱和度)。在使用中(例如，当颜色饱和度调整器309使用数据结构501时)，使用像素的图像数据的I值来获得LUT 503中最接近像素的I值的I值，并且这为图像中的这个像素选择了行。
除了使用六向量颜色分级的颜色饱和度调整之外，本发明的一个或多个实施例还可以与其他类型的颜色饱和度(如四向量饱和度控制)一起使用。在一个替代实施例中，使用四向量饱和度控制，并且其包括四个扇区而不是六向量颜色分级方法的六个扇区；换言之，扇区可以由以下角度(以度为单位)定义：0、90、180和270。这可以通过将像素定位在四分之一圆而不是三角形切片中来简化确定像素相对于扇区的位置的过程。这种四扇区饱和度控制还可以提供更感知相关的饱和度调整，因为人类视觉通常被建模为具有与ICtCp颜色空间的Ct和Cp轴对齐的四个独特色调(黄-蓝，绿-红)。四向量饱和度控制的变形可以使用一组旋转的PT分量；具体地，IPT色度平面中的P和T分量可以首先旋转某个角度向量，并且然后可以应用四向量饱和度控制。这允许自定义控制饱和度调整的方向。例如，旋转可以使黄色轴更精确地与黄色的独特色调或用于控制的优选方向对齐。可以使用旋转矩阵来应用旋转，例如：
Figure GDA0002265564230000131
图9示出了显示管理***的部件的示例。该示例通常包括硬件处理***((多个)通用处理器或某个(某些)专用处理器)和存储器以及输入接口和输出接口。(多个)通用处理器(如果存在的话)可以是(通过在(多个)处理器上执行的软件指令)可编程的。输入接口601可以是网络接口(例如，以太网或WiFi)、或有线电视接口、或***接口，并且在一个实施例中，输入接口601接收输入20或输入301并将该输入提供给颜色空间转换器602，所述颜色空间转换器可以以耦接到存储器604的处理***603内所包含的通用可编程硬件或专用硬件实施。存储器604可以存储图像和元数据(例如，源元数据115、目标元数据117和颜色饱和度控制元数据、以及LUT 503、505和507)。颜色空间转换器602可以执行操作351或401中的颜色空间变换。处理***603可以执行(多个)映射函数单元307和颜色饱和度调整器309的操作，并且然后将输出提供到颜色空间转换器605，所述颜色空间转换器将图像数据转换到由目标显示器609使用的颜色空间中，所述目标显示器通过硬件接口607(例如，HDMI接口或其他已知接口)接收经转换的图像。
图10示出了可以由调色师使用的数据处理***的示例；因此，图10是颜色调整***12的示例。本文描述的***和方法可以在各种不同的数据处理***和设备中实施，所述数据处理***和设备包括通用计算机***、专用计算机***、或者通用计算机***与专用计算机***的混合。可以使用本文描述的任何一种方法的数据处理***包括台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、嵌入式电子设备或其他电子设备。
图10是根据实施例的数据处理***硬件的框图。注意，虽然图10图示了数据处理***的各种部件，但是并不旨在表示互连这些部件的任何特定架构或方式，因为这些细节与本发明没有密切关系。还应当理解，具有比图10中所示的更少部件或比所示的更多部件的其他类型的数据处理***也可以与本发明的一个或多个实施例一起使用。
如图10所示，数据处理***包括用于互连***的各种部件的一个或多个总线1309。如本领域中已知的，一个或多个处理器1303耦接到一个或多个总线1309。存储器1305可以是DRAM或非易失性RAM，或者可以是闪速存储器、或其他类型的存储器、或这些存储器设备的组合。使用本领域已知的技术将该存储器耦接到一个或多个总线1309。数据处理***还可以包括非易失性存储器1307，所述非易失性存储器可以是硬盘驱动器、或闪速存储器、或磁光驱动器、或磁存储器、或光驱动器、或甚至在***断电之后中保存数据的其他类型的存储器***。非易失性存储器1307和存储器1305都使用已知的接口和连接技术耦接到一个或多个总线1309。显示控制器1322耦接到一个或多个总线1309，以便接收要显示在源显示设备1323上的显示数据。源显示设备1323可以包括集成触摸输入以提供触摸屏。数据处理***还可以包括一个或多个输入/输出(I/O)控制器1315，所述一个或多个输入/输出控制器为一个或多个I/O设备(诸如一个或多个鼠标、触摸屏、触摸板、操纵杆以及其他输入设备(包括本领域已知的那些设备)和输出设备(例如扬声器))提供接口。调色师可以使用一个或多个输入设备来调整一个或多个图像的饱和度。输入/输出设备1317通过一个或多个I/O控制器1315耦接，如本领域中已知的。
虽然图10示出了非易失性存储器1307和存储器1305直接耦接到所述一个或多个总线而不是通过网络接口进行耦接，但是应当理解，本发明可以利用远离***的非易失性存储器(诸如通过诸如调制解调器或以太网接口等网络接口耦接到数据处理***的网络存储设备)。如本领域所公知的，总线1309可以通过各种桥接器、控制器和/或适配器彼此连接。在一个实施例中，I/O控制器1315包括用于控制USB(通用串行总线)***设备的USB适配器、用于IEEE 1394兼容***设备的IEEE 1394控制器、或用于控制Thunderbolt(雷电)***设备的Thunderbolt控制器中的一个或多个。在一个实施例中，一个或多个网络设备1325可以耦接到(多个)总线1309。(多个)网络设备1325可以是从相机接收图像的有线网络设备(例如，以太网)或无线网络设备(例如，WiFi、蓝牙)等。
从本说明书中显而易见的是，本发明的一个或多个实施例可以至少部分地在软件中实施。即，可以响应于数据处理***的一个或多个处理器执行包含在存储介质(诸如非暂态机器可读存储介质(例如DRAM或闪速存储器))中的指令序列而在数据处理***中执行这些技术。在各种实施例中，硬连线电路可以与软件指令相结合使用来实施本发明。因此，技术不限于硬件电路与软件的任何特定组合，也不限于用于由数据处理***执行的指令的任何特定源。
在前述说明书中，已经参考本发明的特定示例性实施例描述了本发明。显而易见的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改。因此，说明书和附图应被视为具有说明性意义而非具有限制性意义。
可以从以下枚举的示例实施例(EEE)中理解本发明的各个方面：
EEE 1.一种机器实施的方法，包括：
对于多个像素中的每个像素，接收第一颜色空间中的第一图像数据；
将所述第一图像数据转换为第二颜色空间中的第二图像数据；
接收基于在第一显示器上的调整操作而指定对颜色饱和度的调整的元数据；
根据所述元数据并且根据预先计算的数据来确定饱和度调整，所述预先计算的数据指定所述第一颜色空间中的图像数据与所述第二颜色空间中的图像数据之间的关系；以及
使用所述饱和度调整来调整所述第二图像数据的饱和度。
EEE 2.如EEE 1所述的机器实施的方法，进一步包括：
将经调整的第二图像数据转换为第三颜色空间中的第三图像数据，以供在第二显示器上显示；以及
使用所述第三图像数据在所述第二显示器上显示一个或多个图像。
EEE 3.如EEE 1或EEE 2所述的机器实施的方法，进一步包括：
将色调映射函数应用于基于所述第二颜色空间中的所述第二图像数据的图像数据；
将颜色体积映射函数应用于基于所述第二颜色空间中的所述第二图像数据的图像数据。
EEE 4.如任一前述EEE中所述的机器实施的方法，其中，所述第一颜色空间在所述第一颜色空间的色度平面中是几何对称的，并且其中，所述第二颜色空间在所述第二颜色空间的色度平面中不是几何对称的。
EEE 5.如EEE 4所述的机器实施的方法，其中，所述预先计算的数据为表示强度或光亮度的所选值指定所述第二颜色空间的色度平面中的扇区，并且所述所选值指定所述第二颜色空间中的色度平面。
EEE 6.如任一前述EEE中所述的机器实施的方法，其中，所述第一显示器是调色师用于调整饱和度并得到所述元数据的源或参考显示器。
EEE 7.如任一前述EEE中所述的机器实施的方法，其中，与所述第二显示器相比，所述第一显示器具有以下两者中的至少一个：更大的色域或更高的动态范围。
EEE 8.如任一前述EEE中所述的机器实施的方法，其中，所述第二显示器是由包括所述第三图像数据的内容的观看者所使用的电视或监视器。
EEE 9.如EEE 1至8中任一项所述的机器实施的方法，其中，所述第二颜色空间是IPT或ICtCp颜色空间，并且所述第三颜色空间是RGB颜色空间。
EEE 10.一种存储有指令的非暂态机器可读介质，所述指令在由***执行时使所述***执行如EEE 1至9中任一项所述的方法。
EEE 11.一种机器实施的方法，包括：
访问第一颜色空间中的输入图像；
将所述输入图像转换为几何上不对称的第二颜色空间中的第一中间图像；
将数据存储在一个或多个查找表(LUT)中，所生成的数据用于相对于所述第一颜色空间中的图像数据指定所述第二颜色空间中的颜色扇区；
接收基于在第一显示器上的调整操作而指定对颜色饱和度的调整的元数据；
将色调映射变换和颜色体积映射变换应用于基于所述第一中间图像的图像数据，以得到所述第二颜色空间中的第二中间图像；
对于所述第二中间图像中的每个像素的图像数据，根据所述一个或多个LUT中的数据来确定所述像素的颜色扇区；
为所确定颜色扇区的每个像素确定一个或多个方向性系数；以及
使用所述一个或多个方向性系数和所述元数据以及从每个像素的图像数据得到的输入饱和度来确定所述第二中间图像中的每个像素的经调整饱和度。
EEE 12.如EEE 11所述的机器实施的方法，其中，确定每个像素的经调整饱和度产生了第三中间图像。
EEE 13.如EEE 12所述的机器实施的方法，进一步包括：
将所述第三中间图像转换为第三颜色空间中的输出图像；以及
在第二显示器上显示所述输出图像。
EEE 14.如EEE 11至13中任一项所述的机器实施的方法，其中，所述颜色扇区是以下之一：所述第二颜色空间中的色度平面的三角形切片或四分之一圆或其他几何部分。
EEE 15.如EEE 11至14中任一项所述的机器实施的方法，其中，所述第一颜色空间在所述第一颜色空间的色度平面中是几何对称的，并且所述第二颜色空间在所述第二颜色空间的色度平面中不是几何对称的。
EEE 16.如EEE 13至15中任一项所述的机器实施的方法，其中，所述第一显示器是调色师用于调整饱和度并得到所述元数据的源或参考显示器，并且其中，与所述第二显示器相比，所述第一显示器具有以下两者中的至少一个：更大的色域或更高的动态范围。
EEE 17.如EEE 13至16中任一项所述的机器实施的方法，其中，所述第二颜色空间是IPT或ICtCp颜色空间，并且所述第三颜色空间是RGB颜色空间。
EEE 18.一种存储有指令的非暂态机器可读介质，所述指令在由***执行时使所述***执行如EEE 11-17中任一项所述的方法。
EEE 19.一种用于向观看者呈现内容的数据处理***，所述数据处理***包括：
输入接口，所述输入接口用于接收第一颜色空间中的图像以及基于在第一显示器上的调整操作而指定对颜色饱和度的调整的元数据；
颜色转换器，所述颜色转换器耦接到所述输入接口以将所述图像转换为几何上不对称的第二颜色空间中的第一中间图像；
存储器，所述存储器耦接到所述输入接口以存储所述第一中间图像并将数据存储在一个或多个查找表(LUT)中，所生成的数据用于相对于所述第一颜色空间中的图像数据指定所述第二颜色空间中的颜色扇区，并且所述存储器用于存储所述元数据；
处理***，所述处理***耦接到所述存储器，所述处理***被配置为针对所述图像中的每个像素的图像数据根据所述一个或多个LUT中的数据确定所述像素的颜色扇区，并且所述处理***被配置为为所确定颜色扇区的每个像素确定一个或多个方向性系数，并且所述处理***被配置为使用所述一个或多个方向性系数和所述元数据以及从每个像素的图像数据得到的输入饱和度来确定所述图像中的每个像素的经调整饱和度。
EEE 20.如EEE 19所述的数据处理***，其中，所述输入接口是硬件网络接口或硬件端口，并且其中，所述处理***包括以下两者中的一个或两个：一个或多个专用处理器或一个或多个通用可编程处理器，并且其中，所述颜色转换器是所述专用处理器或所述通用可编程处理器两者中的一个或两个的一部分。

Claims (18)

1.一种对一个或多个图像进行饱和度调整的机器实施的方法，所述方法包括：
接收以与第二颜色空间相关联的增强动态范围格式编码的图像，其中，所述第二颜色空间是以下之一：Y’CBCR颜色空间、YCBCR颜色空间、IPT颜色空间、以及ICtCp颜色空间，所述图像包括多个像素，每个像素具有强度分量和两个色度分量；
接收与所述图像相关联的颜色分级元数据，所述颜色分级元数据包括与各个不同色调相对应的多个饱和度控制值，其中所述多个饱和度控制值是与红色、黄色、绿色、青色、蓝色和品红色色调相对应的六个饱和度控制值的序列，所述多个饱和度控制值i)表示期望的饱和度调整，并且ii)定义第一颜色空间的第一多个色调区域，所述第一颜色空间不同于所述第二颜色空间，其中所述第一颜色空间是以下之一：色调、饱和度、值颜色空间，即HSV颜色空间；色调、饱和度、亮度颜色空间，即HSL颜色空间；或色调、饱和度、强度颜色空间，即HSI颜色空间；
对于所述多个像素中的每个像素，
由所述像素的两个色度分量确定所述像素的色调和饱和度，
根据所述期望的饱和度调整确定像素饱和度调整，其中，所述多个饱和度控制值取决于相应像素的色调相对于所述第二颜色空间中的第二多个色调区域的位置而对所述像素饱和度调整具有不同的贡献，所述第二多个色调区域与所述第一多个色调区域一一对应，以及
将所述像素饱和度调整应用于所述像素的饱和度；以及
输出增强动态范围格式的颜色分级的图像，所述颜色分级的图像包括经饱和度调整的多个像素。
2.如权利要求1所述的方法，其中，对于每个像素确定像素饱和度调整包括：根据所述相应像素的强度在所述第二颜色空间内定位所述第二多个色调区域的至少一个色调区域。
3.如权利要求2所述的方法，其中，对于每个像素确定像素饱和度调整包括：确定所述相应像素的色调位于所述至少一个色调区域内。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在对于每个像素确定像素饱和度调整中，仅所述饱和度控制值的子集对所述像素饱和度调整具有非零贡献，所述饱和度控制值的所述子集与界定所述至少一个色调区域的色调相对应。
5.如权利要求2所述的方法，其中，对于每个像素确定像素饱和度调整包括：在所述至少一个色调区域内定位所述相应像素的色调。
6.如权利要求3所述的方法，其中，对于每个像素确定像素饱和度调整包括：在所述至少一个色调区域内定位所述相应像素的色调。
7.如权利要求4所述的方法，其中，对于每个像素确定像素饱和度调整包括：在所述至少一个色调区域内定位所述相应像素的色调。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述饱和度控制值的所述子集对所述像素饱和度调整的相应贡献取决于所述相应像素的色调与对应于所述饱和度控制值的所述子集的色调之间的相对间隔距离。
9.如权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，所述根据所述相应像素的强度在所述第二颜色空间内定位所述第二多个色调区域的至少一个色调区域包括：
识别所述第二颜色空间的对应于所述相应像素的强度的色度平面；以及
在所述色度平面中定位所述至少一个色调区域。
10.如权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，所述第一多个色调区域中的每个色调区域是所述第一颜色空间中位于所述不同色调中的相邻色调之间的区域。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一多个色调区域中的色调区域是红-黄区域；黄-绿区域；绿-青区域；青-蓝区域；蓝-品红区域；以及品红-红区域。
12.如权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，所述第二多个色调区域中的每个色调区域是所述第二颜色空间中位于所述不同色调中的相邻色调之间的区域。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二多个色调区域中的色调区域是i)红-黄区域；ii)黄-绿区域；iii)绿-青区域；iv)青-蓝区域；v)蓝-品红区域；以及vi)品红-红区域。
14.如权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，所述第一颜色空间在其色度平面中是几何对称的。
15.一种显示管理***，包括：接口，所述接口用于接收以增强动态范围格式编码的图像和与所述图像相关联的元数据；以及处理***，所述处理***被配置为执行如权利要求1至14中任一项所述的方法。
16.如权利要求15所述的显示管理***，其中，所述处理***被配置为在执行颜色体积映射之后执行如权利要求1至14中任一项所述的方法。
17.如权利要求15或权利要求16所述的显示管理***，其中，所述处理***被配置为将颜色分级的图像转换为具有不同颜色空间的格式。
18.一种计算机可读介质，包括计算机程序，所述计算机程序包括计算机可解读指令，所述计算机可解读指令当由包括处理***以及用于接收以增强动态范围格式编码的图像和与所述图像相关联的元数据的接口的显示管理***执行时，配置所述处理***以执行如权利要求1至14中任一项所述的方法。
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