CN104811676B - 色域映射方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种色域映射方法及其装置。该色域映射方法，包括将一图像信号的一第一色域的多个第一色点映射至一第二色域的多个第二色点，每一这些第一色点由多个原色组成；其中每一这些第二色点产生自将这些原色的每一成份值乘上对应的一比例值；以及其中若这些原色的至少一成份值为零，且这些原色中最大的一成分值越大，则该对应的比例值越小。

Description

色域映射方法及其装置

技术领域

本发明有关于数字色彩图像处理，特别是应用在显示装置的一种色域映射方法。

背景技术

一般而言，色域(gamut或color gamut)是一特定的多个色彩子集合。色域映射(gamut mapping)为将一输入图像信号的一色域映射至用以适用于显示装置的一目标色域以显示该图像。举例来说，在具有多个像素(其中每一像素包括红色、绿色、蓝色和白色的子像素)的一RGBW(Red,Green,Blue,White)显示装置中，一色域映射器将一标准的RGB(Red,Green,Blue)输入信号映射成能显示在上述RGBW显示装置的多个子像素的一映射图像信号。使得这些子像素在接收该映射图像信号后各自发出对应映射后的显示原色的色彩光线以显示该图像。一般而言，上述色域映射为将输入图像信号的色域映射至可融入显示装置的目标色域的处理程序。而随后的多原色转换器则将目标色域转换成对应于该显示装置多个像素的原色驱动信号以驱动这些RGBW子像素。

发明内容

本发明的一实施例提出一种色域映射方法。该色域映射方法包括将一图像信号中一第一色域的多个第一色点映射至一第二色域的多个第二色点，其中每一这些第一色点由多个原色所组成；其中每一这些第二色点由每一这些原色的成分值分别乘上一对应的比例值所组成；以及其中若这些原色的至少一成份值为零，且这些原色中最大的一成分值越大，则该对应的比例值越小。

本发明的一实施例提出一种色域映射装置。该色域映射装置用以将一图像信号中一第一色域的多个第一色点映射至一第二色域的多个第二色点，其中每一这些第一色点由多个原色所组成。该色域映射装置包括一映射单元。该映射单元将这些原色的成分值分别乘上一对应的比例值产生每一这些第二色点，其中若这些原色的至少一成份值为零，且这些原色中最大的一成分值越大，则该对应的比例值越小。

附图说明

为能更完整地理解本发明实施例及其优点，现在参考与附图一起进行的以下描述作出，其中：

图1是依据本发明的一实施例提出的一多原色转换系统10的区块图。

图2A是依据本发明的一实施例区块图，其为一由红色和绿色所定义的色域GA1空间。

图2B是依据本发明的一实施例区块图，其为新增一白原色W至图2A的红色和绿色所定义的色域GA1空间。

图3A是依据本发明的一实施例区块图，其为一由红色和绿色所定义的色域GAI空间。

图3B是依据本发明的一实施例，其为与图3A相同由红色和绿色所定义的一目标色域GAT。

图4A和图4B是依据本发明的一实施例举例说明色域映射的一实施例的多个区块图。

图5是依据本发明的一实施例实现由上述原色RGB的最大成份值max_RGB和最小成份值min_RGB表示的一输入色域GAI的一区块图。

图6是依据本发明的一实施例实现由上述原色RGB的最大成份值max_RGB和最小成份值min_RGB表示的一输入色域GAI的一区块图。

图7是依据本发明的一实施例实现一色域映射器700的一区块图。

附图标记说明

10～多原色转换系统

100～色域映射器

110～多原色转换器

700～色域映射器

710～Min/Max检测器

720～比例值计算器

730～映射单元

RGBin～RGB信号

RGBout～RGB映射图像信号

RGBW～RGBW信号

R、G、B、W～白原色、绿原色、蓝原色、黑原色

GA1、GA2～色域

GAI～输入色域

GAT～目标色域

gb～色域边界

C1、A～色点

C1’～映射色点

gb’、L1～L10～线段

L1’～L10’～二次曲线

IL～直线

D1、D2、D3～控制点

B～交点

k～可变参数

p～固定参数

f～比例值

max_RGB～最大成份值信号

min_RGB～最小成份值信号

具体实施方式

以下关于本实施例的制定和使用进行了详细的讨论。然而，应当理解的是本发明提供了许多在各种具体情况下可实现和适用的发明构思。以下所讨论的具体实施例仅仅是用来制造和使用本发明的主题内容的说明性的具体方法，但并不仅限于以下不同实施例的范围内。因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

图1是依据本发明的一实施例提出的一多原色转换系统10的一区块图。多原色转换系统10包括一色域映射器100以及一多原色转换器110。色域映射器100将一具有M个原色的输入图像信号映射成一具有M个原色的映射图像信号。多原色转换器110将该M个原色的映射图像信号转换成一具有N个原色的图像信号以驱动具有N个原色子像素的显示装置。一显示器在显示图像时，该N个原色图像信号被用于驱动该显示器中每一像素的子像素。这样的系统具有可分别对色域映射和多原色转换进行最佳化的优点。在图1的实施例中，色域映射器100将一具有RGB原色的输入信号RGB_in映射成映射后的映射图像信号RGB_out。接着多原色转换器110将RGB映射图像信号RGB_out转换成具有RGBW原色的输出图像信号。色域映射方式是基于参数k和p对原始输入信号RGB_in进行运算。有关色域映射的运算方式以及参数k和p的细节会描述于之后的段落。RGB_in包括一序列的输入样本，每一该输入样本是由含有三个原色(即红色、绿色和蓝色)的三个亮度成份值所组成。一输入色域包括可用多个输入原色表现的所有可能色彩(色调，饱和度和亮度)。一目标色域包括可由显示器表现的所有可能色彩。在本发明中，一图像可为一相片、一影片的一图片或由一计算机自文件、相片或影片所产生的一图像。

在以下说明中，为求方便理解省略掉蓝原色。图2A是依据本发明的一实施例区块图，其为一由红色和绿色所定义的色域GA1空间。色域GA1包括色域映射器100的输入图像信号的这些输入样本的所有色彩。在一实际应用中，输入图像信号中这些原色的最大和最小的可允许的亮度成份值受限于物理限制。举例来说，受限于电压或是受限于用以表示原色成份值的位元数目。因此，红原色和绿原色的亮度幅值皆可标准化在0至1的范围之间。在图2A中，0代表黑色，R代表全亮度的红色色点，G代表全亮度的绿色色点，以及R+G代表全白色点。色域GA1包括可藉由变化红原色和绿原色的亮度幅值(即在0至1的范围之间)产生的所有色点。

图2B是依据本发明的一实施例区块图，其为新增一白原色W至图2A的红色和绿色所定义的色域GA1空间。白原色W可定义为为红原色和绿原色的组合。在图2B中，0代表黑色，R+G+W则代表全白。色域映射器100将在图2A所示色域GA1中的多个输入色点映射成在图2B所示色域GA2中的多个色点。

图3A是依据本发明的一实施例区块图，其为一由红色和绿色所定义的色域GAI空间。图3A所示输入色域GAI与图2A所示色域GA1相同。图3B是依据本发明的一实施例，其为与图3A相同由红色和绿色所定义的一目标色域GAT。图3A所示的色域GAI与图3B所示的色域GAT的全白色点具有相同的亮度。因此，图3A所示全白色点R+G等同于图3B所示全白色点R'+G'+W'。在比较图3所示输入色域GAI与图3B所示目标色域GAT之后，可以知道部分的输入色域GAI并无法对应到达目标色域GAT(如图3B所示的三角斜线区域)。因此，需要裁剪和/或压缩无法对应到达目标色域GAT的多个色点。

图4A、图4B、图5以及图6解释说明色域映射器100如何执行上述色域映射操作。图4A和图4B是依据本发明的一实施例举例说明色域映射的一实施例的多个区块图。在本实施例中，RGB输入图像信号为具有多个原色RGB一输入色域GAI(如图4A所示的色域GAI)，其将映射为如图4B所示的目标色域GAT。因部分的输入色域GAI并无法对应到达目标色域GAT，因此可变参数k即为控制色域映射的失真度的参数。上述目标色域GAT为输入色域GAI新增一白原色W后的色域，因此可变参数k为新增原色W的最大可允许的成份值除以原色RGB的最大可允许的成份值的比值。在本说明书中，原色W与原色RGBW的成份值可为原色W与原色RGBW的亮度值。因此可变参数k越小上述目标色域的形状越接近上述输入色域。亦即可变参数k越小产生的失真越小。有关可变参数k的细节将在之后的段落描述。在上述色域映射操作中，上述输入色域中的多个色点会被映射对应至上述目标色域。亦即上述输入色域中的多个色点被映射至上述目标色域中的多个色点。举例来说，上述输入色域GAI中的色域边界gb上多个色点会被映射至上述目标色域GAT中的线段gb'上多个色点。上述映射操作是通过将上述输入色域的多个色点沿着黑色(即为座标0)的方向对应至上述目标色域的多个色点。举例来说，在色域边界gb上的色点C1会如图4B所示沿着朝向黑色(即为座标0)的方向，映射至色点C1'。亦即映射色点C1'的原色RGB的多个成份值R(C1')、G(C1')和B(C1')与色点C1的原色RGB的多个成份值R(C1)、G(C1)和B(C1)之间的关系表示如下：

其中f是一比例值。因此，映射色点C1'仅有亮度较色点C1减少，而映射色点C1'的色调和饱和度则与色点C1的色调和饱和度相同。

如上所述，在色域映射操作中，上述输入色域中的多个色点与上述目标色域中的多个色点之间的压缩是将上述输入色域中的每一色点的多个原色RGB的多个成份值乘上一对应的比例值。在本发明的实施例中，上述输入色域中的多个色点与上述目标色域中的多个色点之间的压缩包括三个法则：(1)对于饱和色点进行非线性压缩；(2)对于灰阶色点不进行压缩；以及(3)映射后的色点尽量贴近目标色域的边界并使压缩后的边界保持连续平滑。为了达到上述法则，上述输入色域中每一色点的压缩比例值是依据输入色域中每一色点中原色RGB的最大和最小成份值、一可变参数k以及一固定参数p。

图5是依据本发明的一实施例实现由上述原色RGB的最大成份值max_RGB和最小成份值min_RGB表示的一输入色域GAI的一区块图。在图5中，x轴代表多个色点的上述原色RGB的最小成份值min_RGB，y轴代表多个色点中原色RGB的最大成份值max_RGB。此外，图5的x轴和y轴所示的幅值皆标准化在0至1的范围之间。

图6是依据本发明的一实施例实现由上述原色RGB的最大成份值max_RGB和最小成份值min_RGB表示的一目标色域GAT的一区块图。在图6中，x轴代表多个色点中原色RGB的最小成份值min_RGB，y轴代表多个色点中原色RGB的最大成份值max_RGB。此外，图6的x轴和y轴所示的幅值皆标准化在0至1的范围之间。

图5所示输入色域GAI的多个线段L1～L10被分别映射至图6所示目标色域GAT的多个线段L1’～L10’。如图5和图6所示，上述输入色域中的饱和色点(即最小成份值min_RGB为0的色点)被非线性地压缩。上述输入色域中的每一饱和色点的压缩比例值f等于{1-[k/(k+1)]max_RGB(C)p}，其中max_RGB(C)是上述输入色域中饱和色点C中原色RGB的最大成份值。举例来说，上述饱和色点C的成份值分别为R(C)＝0；G(C)＝0.2；以及B(C)＝0.8。在此例子中，上述饱和色点C的最大成份值为0.8。在可变参数k为1且固定参数p为0.45的一例子中，若上述输入色域中的一饱和色点的最大成份值为0.7，则上述饱和色点的压缩比例值f为1-[(1/(1+1)]×0.7^0.45≌0.57。此外，若上述输入色域中的一饱和色点的上述原色RGB的最大成份值为0.3，则上述饱和色点的比例值f为1-[(1/(1+1)]×0.3^0.45≌0.71。因此，对于上述输入色域中的饱和色点而言，最大成份值越大，对应到越小的比例值f。此外，如图5和图6所示，上述输入色域中的灰阶色点(即最大成份值max_RGB与最小成份值min_RGB大小相同的色点)并未被压缩。亦即当{min_RGB(C)/max_RGB(C)}＝1时(其中min_RGB(C)是上述输入色域中的一色点C的最小成份值，max_RGB(C)是上述输入色域中该色点C的最大成份值)，该色点C的比例值f为1。再者，如图6所示，多个线段L1'～L10'皆为连续且平滑的线段。每一连续且平滑的多个线段L1'～L10'皆为依据多个控制点(0,{1-[k/(k+1)]×max_RGB(C)^p}×max_RGB(C))、([k/(k+1)]×max_RGB(C),max_RGB(C))以及(max_RGB(C),max_RGB(C))所产生的二次曲线。在可变参数k为1且固定参数p为0.45的一例子中，映射线段L1’是依据图6所示的控制点D1(0,0.5)、D2(0.5,1)及D3(1,1)产生的二次曲线。对于在线段L1上的一色点A而言(其中上述色点A的{min_RGB(A)/max_RGB(A)}不等于0或1，亦即介于0和1之间)，上述色点A被映射至一直线IL与上述二次曲线L1’的一交点B，其中上述直线IL是由(min_RGB(A),1)与(0,0)所形成。因此，上述色点A的比例值f是依据上述色点A的纵轴值以及上述交点B的纵轴值决定。亦即上述色点A的比例值f等于上述交点B的纵轴值与1的一比值。

换句话说，为了达到上述色点的压缩特征，上述输入色域中的一色点C的一比例值f是依据以下式子决定：

for

f＝1,for以及

for

其中min_RGB(C)是上述饱和色点C的最小成份值，max_RGB(C)是上述饱和色点C的最大成份值，k是可变参数，p是一固定参数，y(INS)则是交点INS的纵轴值(上述交点INS是由(min_RGB(C),max_RGB(C))与(0,0)形成的一直线与由多个控制点(0,{1-[k/(k+1)]×max_RGB(C)^p}×max_RGB(C))、([k/(k+1)]×max_RGB(C),max_RGB(C))以及(max_RGB(C),max_RGB(C))所产生的二次曲线的一交点)。如上所述，上述可变参数k等于原色W的最大可允许的成份值除以原色RGB的最大可允许的成份值的比值。

以上依据三控制点产生二次曲线是一已知方法，且其实施细节不再被描述在本说明书中。

上述可变参数k是有关于显示装置的原色W的一最大可允许成份值与原色RGB的一最大可允许成份值的一本质比值k_max。亦即上述本质比值k_max是上述显示装置的最大可允许W(白色)亮度与最大可允许RGB亮度的一比值。上述可变参数k的变化是取决于环境光线状况的任意组合、上述显示装置所需的输出亮度以及上述显示装置的品质要求。举例来说，上述可变参数k不大于k_max，亦即0≤k≤k_max。一般而言，k_max介于1.2至2.0的范围之间。在选择高品质和最小失真的一案例中，k的数值会被选择在0至0.25的范围之间。在选择中等品质的一案例中，k的数值会被选择在0.5至0.75的范围之间。在选择使用上述显示器的全部显示色域和低品质的一案例中，k的数值会被选择在1.25至2的范围之间。

上述固定参数p亦与k_max有关。上述固定参数p会被选择不大于1/k_max。在一理想的案例中，上述固定参数p等于0.5/k_max。在一实施例中，上述固定参数p趋近于0.45。在这案例中，加码数值(gamma data)可被重复使用。

图7是依据本发明的一实施例实现一色域映射器700的一区块图。色域映射器700包括一Min/Max检测器710、一比例值计算器720以及一映射单元730。色域映射器700将包含多个色点的一输入色域的一图像信号(例如，一RGB信号RGBin)映射至一目标色域。换句话说，色域映射器700将上述输入色域中的多个色点映射至上述目标色域中的多个色点。Min/Max检测器710接收上述RGB信号RGB_in，并检测上述RGB信号RGB_in的上述输入色域中每一色点的最大和最小成份值。接着，Min/Max检测器710输出一最大成份值信号max_RGB和一最小成份值信号min_RGB至比例值计算器720。比例值计算器720接收上述可变参数k以及上述固定参数p，并依据上述输入色域中每一色点的最大和最小成份值、上述可变参数k以及上述固定参数p计算上述输入色域中每一色点的一比例值f。在一实施例中，比例值计算器720决定上述输入色域中每一色点的比例值f是依据：

for

f＝1,for以及

for

其中min_RGB(C)是上述饱和色点C的上述原色RGB的最小成份值，max_RGB(C)是上述饱和色点C的上述原色RGB的最大成份值，k是上述可变参数，p是一固定参数，y(INS)则是交点INS的纵轴值(上述交点INS是由(min_RGB(C),max_RGB(C))与(0,0)形成的一直线与由多个控制点(0,{1-[k/(k+1)]×max_RGB(C)^p}×max_RGB(C))、([k/(k+1)]×max_RGB(C),max_RGB(C))以及(max_RGB(C),max_RGB(C))所产生的二次曲线的一交点)。

映射单元730接收上述输入色域中每一色点的比例值f以及上述RGB信号RGB_in，并将上述输入色域中的每一色点的成份值乘上对应的比例值f。举例来说，上述目标色域中的一映射色点Cx'的成份值R(Cx')、G(Cx')和B(Cx')与上述输入色域中的一色点Cx的成份值R(Cx)、G(Cx)和B(Cx)之间的关系所示如下：

其中fx是上述色点Cx对应的比例值。因此，映射色点Cx'仅有亮度较色点Cx减少，而映射色点Cx'的色调和饱和度则与色点Cx的色调和饱和度相同。在将上述输入色域中的每一色点成份值乘上对应的比例值f之后，映射单元730输出一RGB映射图像信号RGBout以进入下一步的多原色转换。

本发明可实现在液晶显示器(LCDs)、等离子体显示面板(PDPs)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、发光二极管显示器(LED)或有机发光二极管显示器(OLEDs)。

本发明可被应用至与如何定义像素亮度和色彩无关的多个图像信号。依据本发明的处理方法，色彩数据可被转换成需要的格式，例如RGB格式。此外，本发明有利于应用至RGBX显示器，其中X是一额外的原色，例如黄色或青色。

本发明的方法和装置、或是某些方面或部份的上述实施例可采取嵌入在一非暂态储存媒体(例如，软盘、CD-ROM、硬盘、固件或其他机器可读式储存媒体)的一程序码的形式(例如，指令)，其中当一机器(例如，一计算机)载入并执行上述程序码，上述机器成为应用本发明的实施例的一装置。本发明的方法和装置可被应用在某些传输媒介(例如，通过电线、通过电缆、通过光纤或通过其他的传输形式)传输的一程序码的形式，其中当一机器(例如，一计算机)接收并执行上述程序码，上述机器成为应用本发明的实施例的一装置。当实现在一通用的处理器上时，上述处理器结合上述程序码提供运作特定逻辑电路的一独特的装置。

虽然本发明实施例及其优点已经详细说明如上，应当理解的是可在不脱离本发明的精神和范围内改变、替换和更改本发明的权利要求的范围。此外，本发明的权利要求范围并不仅限于说明书中所描述特定实施例的制程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤。本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (8)

1.一种色域映射方法，包括：

将一图像信号中一第一色域的多个第一色点映射至一第二色域的多个第二色点，其中每一这些第一色点由多个原色组成；

其中每一这些第二色点由每一这些原色的成份值分别乘上一对应的比例值所组成；以及

其中若这些原色的至少一成份值为零，且这些原色中最大且非零的一成分值越大，则该对应的比例值越小，其中该第二色域由红原色、绿原色、蓝原色和白原色所定义，且该色域映射方法还包括：

由这些原色中最小和最大的成分值及一可变参数决定该对应的比例值，其中该可变参数等于该第二色域中一最大可允许的白原色成分值与红原色、绿原色和蓝原色的一最大可允许成分值的一比值。

2.如权利要求1所述的色域映射方法，其中该第一色域由红原色、绿原色和蓝原色所定义，且这些原色包括红原色、绿原色和蓝原色。

3.如权利要求1所述的色域映射方法，其中若这些原色的最大和最小成份值相等，则该对应的比例值为1。

4.如权利要求3所述的色域映射方法，其中一第一色点C的一对应的比例值f是决定于：

以及

$f=1,for\frac{{\min }_{RGB}\left(C\right)}{{\max }_{RGB}\left(C\right)}=1,$

其中min_RGB(C)是该第一色点C的多个原色的一最小成份值，max_RGB(C)是该第一色点C的多个原色的一最大成份值，k是该可变参数以及p是一固定参数。

5.一种色域映射装置，用以将一图像信号中一第一色域的多个第一色点映射至一第二色域的多个第二色点，其中每一这些第一色点由多个原色所组成，该色域映射装置包括：

一映射单元，将这些原色的成分值分别乘上一对应的比例值产生每一这些第二色点，其中若这些原色的至少一成份值为零，且这些原色中最大且非零的一成分值越大，则该对应的比例值越小，其中该第二色域由红原色、绿原色、蓝原色和白原色所定义，且该色域映射装置还包括：

一比例值计算器，由这些原色中最小和最大的成分值及一可变参数决定该对应的比例值，其中该可变参数等于该第二色域中一最大可允许的白原色成分值与红原色、绿原色和蓝原色的一最大可允许成分值的一比值。

6.如权利要求5所述的色域映射装置，其中该第一色域由红原色、绿原色和蓝原色所定义，且这些原色包括红原色、绿原色和蓝原色。

7.如权利要求5所述的色域映射装置，其中若这些原色的最大和最小成份值相等，则该对应的比例值为1。

8.如权利要求7所述的色域映射装置，其中一第一色点C的一对应的比例值f是决定于：

以及

$f=1,for\frac{{\min }_{RGB}\left(C\right)}{{\max }_{RGB}\left(C\right)}=1,$

其中min_RGB(C)是该第一色点C的多个原色的一最小成份值，max_RGB(C)是该第一色点C的多个原色的一最大成份值，k是该可变参数以及p是一固定参数。