CN101304467B

CN101304467B - 颜色处理设备和方法

Info

Publication number: CN101304467B
Application number: CN2008100961588A
Authority: CN
Inventors: 吉濑隆
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: JP5025323B2; US20090051973A1; JP2008283423A; CN101304467A; EP1990989A3; EP1990989A2; US8582173B2; EP1990989B1

Abstract

本发明涉及一种颜色处理设备和方法。所述颜色处理设备包括：输入范围获取单元，用于获取由作为扩展颜色空间的第一颜色空间表示的输入颜色数据的输入范围；设置单元，用于为包括在所述输入颜色数据中的多个颜色成分中的每个颜色成分设置网格点坐标值；以及生成单元，用于通过对与为所述多个颜色成分设置的所述网格点坐标值相对应的每个LUT坐标值进行转换处理，并将所述转换处理的结果存储在查找表中，来生成所述查找表。所述设置单元设置所述网格点坐标值，使得作为基本颜色空间的第二颜色空间中的每个原色位于网格点处，并且所述多个颜色成分在所述原色之间具有相同的网格点坐标值。

Description

颜色处理设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于生成对扩展颜色空间内的颜色数据进行转换处理的查找表(look-up table，LUT)的技术。

背景技术

查找表用于将输入颜色空间数据转换为输出颜色空间数据。通常，由于输入颜色空间具有大量的灰度级，因而LUT不具有输入颜色空间中的全部颜色数据的转换值，而是准备了多个代表网格点(grid point)的转换值。例如，当输入颜色空间具有“m”维，并且为每个通道设置n个网格点时，LUT具有n的m次幂(nm)的网格点数据。对于不在网格点处的输入颜色空间数据，使用周围网格点的数据值进行插值计算，以计算与输入颜色空间数据相对应的输出颜色空间数据。

近年来，作为标准RGB颜色空间，通过扩展sRGB(基本颜色空间)来定义scRGB(扩展颜色空间)。在scRGB颜色空间中，将红色成分(R)、绿色成分(G)以及蓝色成分(B)的各个通道的颜色值的范围从0.0～1.0之间的颜色值扩展到-0.5～7.5之间的颜色值。此外，将各个通道的位数从8位增加到16位。利用这些扩展，可以照原样处理在进行扩展前的sRGB颜色空间内的数据(0.0～1.0之间的颜色值)。

在美国专利7,034,844和日本特开2006-093915中讨论了应用于扩展颜色空间的查找表的技术。

当使用与在上述文献中说明的技术类似的方法来生成与扩展颜色空间相对应的查找表时，增大了该查找表的数据大小。

例如，当将sRGB颜色空间(0.0～1.0之间的颜色值)扩展到scRGB颜色空间(-0.5～7.5之间的颜色值)而不改变LUT中的网格点间的距离时，需要将查找表的输入值的范围增大到8倍。当sRGB颜色空间的查找表具有9个网格点时，scRGB颜色空间具有65个网格点。当sRGB颜色空间的查找表具有17个网格点时，scRGB颜色空间具有129个网格点。当sRGB颜色空间的查找表具有33个网格点时，scRGB颜色空间具有257个网格点。sRGB颜色空间和scRGB颜色空间之间的查找表大小的比分别为65³/9³＝376.7倍、129³/17³＝436.9倍和257³/33³＝472.3倍。

即使scRGB颜色空间的范围局限于-0.5～1.5之间的颜色值，查找表大小的比分别为17³/9³＝6.7倍、33³/17³＝7.3倍和65³/33³＝7.6倍。

发明内容

本发明涉及生成用于在减小转换精度的劣化的同时，转换扩展颜色空间中的颜色数据，而基本上不会增大查找表的大小的查找表。

本发明在其第一方面中提供一种如下所述的颜色处理设备。

根据本发明的一方面，一种颜色处理设备，包括：输入范围获取单元，用于获取由作为扩展颜色空间的第一颜色空间表示的输入颜色数据的输入范围；设置单元，用于为包括在所述输入颜色数据中的多个颜色成分中的每个颜色成分设置网格点坐标值；以及生成单元，用于通过对与为所述多个颜色成分设置的所述网格点坐标值相对应的每个LUT坐标值进行转换处理，并将所述转换处理的结果存储在查找表中，来生成所述查找表。

根据本发明的另一方面，一种存储在计算机可读介质中的程序，所述程序使用计算机来实现如上所述的颜色处理设备。

根据本发明的又一方面，一种颜色处理方法，包括以下步骤：获取由作为扩展颜色空间的第一颜色空间表示的输入颜色数据的输入范围；为包括在所述输入颜色数据中的多个颜色成分中的每个颜色成分设置网格点坐标值；以及通过对与为所述多个颜色成分设置的所述网格点坐标值相对应的每个LUT坐标值进行转换处理，并将所述转换处理的结果存储在查找表中，来生成所述查找表，其中，设置所述网格点坐标值，使得作为基本颜色空间的第二颜色空间中的每个原色位于网格点处，并且所述多个颜色成分在所述原色之间具有相同的网格点坐标值。

根据本发明的又一方面，一种包括转换处理单元的颜色处理设备，所述转换处理单元用于使用通过如上所述的颜色处理方法所生成的查找表，来对输入图像的颜色数据进行转换处理。

根据下面参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得显而易见。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的典型实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发明的原理。

图1是示出根据本发明典型实施例的颜色处理设备的结构的框图。

图2是示出根据本发明典型实施例的颜色处理过程的流程图。

图3是示出根据本发明典型实施例的查找表数据的生成过程的流程图。

图4是示出根据本发明典型实施例的图像转换过程的流程图。

图5是示出传统的网格点坐标值的示例的表。

图6是示出传统的网格点坐标值的另一个示例的表。

图7是示出根据本发明典型实施例的网格坐标调整过程的流程图。

图8是示出网格点坐标值的示例的表。

图9是示出根据本发明典型实施例的输入颜色值坐标转换过程的流程图。

图10是示出坐标转换函数的示例的曲线图。

图11是示出网格点坐标值的示例的表。

图12是示出网格点坐标值的示例的表。

图13是示出网格点坐标值的示例的表。

具体实施方式

典型实施例

图1是示出根据本发明典型实施例的颜色处理设备的结构的框图。该颜色处理设备进行用于将在scRGB颜色空间等的扩展颜色空间中表示的输入图像数据转换为适于输出设备的输出图像数据的颜色处理。

颜色处理设备包括显示装置10、输入装置11、控制装置12、输出装置13以及存储装置14。控制装置12(即，中央处理单元(CPU))和存储装置14(即，存储器)可以包含在一个个人计算机(PC)内。可选地，存储装置14可以是PC的外部存储介质。控制装置12基于存储在存储装置14中的程序和各种数据(简档数据、查找表数据以及图像数据)，进行图2～4以及图7和图9中所示的处理。

在本典型实施例中，作为计算机的控制装置12执行存储在存储装置14中的用于进行图2～4以及图7和图9所示的处理的程序。

存储装置14存储简档数据15、查找表数据16以及图像数据17。此外，简档数据15包括输入简档15a、输出简档15b以及域信息(gamut information)15c。查找表数据16包括查找表输入范围16a和查找表16b。图像数据17包括输入图像数据17a和输出图像数据17b。

输入简档15a和输出简档15b包括分别表示输入和输出颜色特性的信息。

在本典型实施例中，输入简档15a是scRGB颜色空间的简档，并且存储域信息、伽玛信息以及原(RGB)色(primary color)信息。

输出简档15b与显示装置10和输出装置13等的装置相对应。例如，输出简档15b遵守国际颜色联盟(international colorconsortium，ICC)简档。遵守ICC简档的简档存储装置依赖颜色空间(device-dependent color space)和作为简档连接空间(profileconnection space，PCS)的装置独立颜色空间(device-independentcolor space)之间的转换条件。

查找表16b是根据输入简档15a和输出简档15b生成的查找表，并用于将输入颜色空间数据转换成输出颜色空间数据。

参考图2中的流程图，将说明本实施例中进行的颜色处理(颜色匹配)的过程。

在本实施例中，颜色处理设备生成用于将在扩展颜色空间中表示的输入颜色数据转换成适合于输出装置的输出颜色数据的查找表(LUT)。然后，使用所生成的查找表将输入图像数据转换成输出图像数据。

在步骤S20中，控制装置12根据输入简档15a和输出简档15b生成LUT数据16。稍后将参考图3说明细节。在步骤S21中，控制装置12判断是否存在要转换的输入图像数据17a。如果存在要转换的输入图像数据17a(步骤S21中为“是”)，则处理进入步骤S22。如果不存在输入图像数据(步骤S21中为“否”)，则处理结束。在步骤S22中，控制装置12使用LUT数据16对输入图像数据17a进行图像转换，以生成输出图像数据17b。稍后将参考图4说明细节。在步骤S23中，控制装置12将输出图像数据17b输出到输出装置13，然后该处理返回到步骤S21。

参考图3中所示的流程图，将说明步骤S20中用于生成查找表数据的过程。

在步骤S30中，控制装置12获得输入简档15a，以从其获取被设置为域信息15c的域信息。在步骤S31中，控制装置12根据输入简档15a的域信息15c来计算查找表输入范围。例如，控制装置12计算作为在输入颜色数据中包括的多个颜色成分的RGB通道的每一个的域的最小值(min)和最大值(max)，并将域的min和max设置为LUT输入范围16a。在步骤S33中，这些值将用于函数Fz。

在步骤S32中，控制装置12基于查找表的网格点数，生成每个通道的基本网格坐标(索引值)。当将每个通道的网格点数定义为“n”时，从0到n-1的整数值表示基本网格坐标。例如，当通道数为3，并且所有通道的网格点数为9时，对于三个通道中的每一个，0、1、2、3、4、5、6、7和8的整数值表示基本网格坐标(索引值)。

在步骤S33中，控制装置12使用为每个通道确定的函数Fz，来设置每个通道的每个基本网格坐标的网格点坐标值。网格点坐标值是作为根据本典型实施例的scRGB颜色空间的输入颜色空间中的坐标值。稍后将参考图7说明细节。

在步骤S34中，控制装置12获取在步骤S33中设置的每个通道的网格点坐标值的所有组合，以计算查找表坐标值。

在步骤S35中，控制装置12对在步骤S34中获取的所有查找表坐标值中的每一个进行颜色匹配处理。更具体地，对于每个查找表坐标值，根据输入简档15a的颜色特性进行转换处理，此外，使用输出简档15b的转换条件进行转换处理。

在步骤S36中，控制装置12将在步骤S35中获取的所有查找表坐标值的颜色匹配结果存储在查找表16b中，作为与每个查找表坐标值相对应的网格点数据。

参考图4中所示的流程图，将说明在步骤S22中进行的根据本典型实施例的用于转换图像的过程。

在步骤S40中，控制装置12判断是否完成了对所有输入图像的图像处理。如果完成了对所有输入图像的图像处理(在步骤S40中为“是”)，则处理结束。如果没有完成对所有输入图像的图像处理(在步骤S40中为“否”)，则处理进入步骤S41。

在步骤S41中，控制装置12使用为每个通道确定的函数Fz的反函数Fz^-1将输入值转换为索引值(实数)。稍后将参考图9说明细节。

在步骤S42中，控制装置12在使用在步骤S41中获取的每个通道的索引值作为索引参考LUT数据16的同时，使用插值计算来获取与输入值相对应的输出值。

在本典型实施例中，控制装置12使用基于索引值选择的网格点数据组来进行插值计算。网格点数据组是转换了坐标的输入值周围的网格点的数据。然而，在索引值坐标是在灰色轴方向的对角线上的情况下，控制装置12根据对角线两端的两个网格数据进行插值计算，以便保证灰色的颜色再现。

在步骤S43中，控制装置12将在步骤S42中获得的插值计算的结果存储在与当前处理的输入图像数据17a的像素位置相对应的输出图像数据17b的像素位置。

在步骤S44中，控制装置12选择随后要处理的像素，并且处理返回到步骤S40。

图5是示出通过传统方法所生成的网格点坐标值的示例的表。即，利用scRGB颜色空间中的整个范围(-0.5～7.5之间的颜色值)的每个通道的均等的9个网格点来生成网格点坐标值。该方法对scRGB颜色空间的整个范围分配网格点。

即，也将网格点分配给位于实际输入简档15a的域的外部并且没有用于输入图像的部分。因此，降低了使用查找表的效率，并且产生了如下问题：插值计算的结果的精度由于网格点之间的宽的间隔而劣化。

图6是示出通过根据传统方法改善的方法获得的网格点坐标值的示例的表。对于每个RGB通道，在域的最小值和最大值之间的范围内分配9个网格点。利用该分配，与图5相比，缩短了网格点间的间隔，使得插值计算的精度普遍提高。

然而，sRGB颜色空间的原色值(0.0和1.0的组合)不处于网格点处。因此，通过插值计算来获取sRGB颜色空间中的原色值，从而原色值的精度劣化。此外，存在另一个问题：由于RGB通道没有相同的网格点坐标值，因而可能不能保证相对于灰色值(R＝G＝B)，插值计算结果为灰色。

现在，在本典型实施例中，将通过如下获取查找表(LUT)的网格点坐标值来解决上述问题。

(1)基于输入简档15a的域信息，使用每个RGB通道的最小值和最大值来限制LUT输入范围，并且未用作实际颜色匹配的输入值的部分的数据没有包括在LUT数据中。

(2)在0.0～1.0之间的颜色值的范围中，RGB通道具有相同的网格点坐标值，并且仅基于灰色的坐标值进行灰色的插值计算。

在本实施例中，输入简档15a存储域信息。因此，作为输入简档15a中的域信息，我们可以存储很可能用作输入图像的有限的颜色域的信息，而不是示出scRGB颜色空间中的所有颜色域的信息。

scRGB颜色空间的颜色值被定义在-0.5到7.5之间。然而，很少在实际图像中使用具有-0.5或7.5的颜色值的颜色。然后，我们可以通过存储示出比基于scRGB颜色空间中的定义的域小的域的信息作为域信息，来有效地分配网格点。

参考图7中的流程图，将说明根据本典型实施例的用于获取网格点坐标值的过程。在进行图7所示的过程之前，分别为每个颜色通道定义网格点数“n”和网格点索引n0和n1(0≤n0＜n1≤n-1)。即使n0和n1是不同的，对于每个RGB通道，n1-n0的值也相等。在n0和n1之间的网格点索引的范围中，所有通道具有相同的网格点坐标值。

在本典型实施例中，n0表示具有图像坐标值0的网格点索引，n1表示具有图像坐标值1的网格点索引。Min(≤0)表示LUT输入的最小值，Max(≥1)表示LUT输入的最大值。

首先，在步骤S70中，控制装置12将0代入网格点索引“i”。如果“i”小于“n”(步骤S71中为“是”)，则处理进入步骤S72。如果“i”大于或等于“n”(步骤S71中为“否”)，则处理结束。如果“i”小于n0(步骤S72中为“是”)，则处理进入步骤S73。如果“i”大于或等于n0(步骤S72中为“否”)，则处理进入步骤S75。

在步骤S73中，控制装置12将(n0-i)/n0的2.2次幂与min相乘的结果设置为对于网格点索引“i”的网格点坐标值V[i]。在步骤S74中，控制装置12将“i”增加1，并且处理返回到步骤S71。如果“i”等于或小于n1(步骤S75中为“是”)，则处理进入步骤S76。如果“i”大于n1(步骤S75中为“否”)，则处理进入步骤S77。

在步骤S76中，控制装置12将(i-n0)/(n1-n0)的2.2次幂设置为对于网格点索引“i”的网格点坐标值V[i]，并且处理进入步骤S74。在步骤S77中，控制装置12将1+(max-1)(i-n1)/(n-1-n1)设置为对于网格点索引“i”的网格点坐标值V[i]，并且处理进入步骤S74。

调整函数Fz由步骤S73、S76和S77中使用的函数组成。如这些表达式所示，调整函数Fz基于为每个颜色通道设置的min和max以及n0和n1的值。因此，为每个通道设置调整函数Fz。

图8是示出本典型实施例中的网格点坐标值的示例的表。网格点索引0的值是每个RGB通道的域最小值(min)，而网格点索引8的值是域最大值(max)。根据图7中所示的过程，表中的值示出对于所有通道，n＝9，n0＝2，n1＝6的计算的结果。

根据本典型实施例，在所有RGB通道的网格点上分配颜色值0.0和1.0，从而在利用LUT进行颜色匹配时防止关于sRGB颜色空间中的原色值的插值计算的精度劣化。

换句话说，在本典型实施例中，在与对应于sRGB的查找表相比，防止存储器增加以及颜色转换精度劣化的同时，可以生成用于对作为sRGB(第二颜色空间)的扩展颜色空间的scRGB(第一颜色空间)的颜色空间进行转换的LUT。

此外，由于所有的通道具有颜色值0.0和1.0之间的相同的网格点坐标值，因而如果保证网格点上的灰色值为灰色，则也保证了要进行插值计算的sRGB灰色(0.0～1.0之间的颜色值)为灰色。

此外，在网格点之间的距离在0的附近很窄的状态下，通过使用γ2.2，插值精度在sRGB范围内可以提高。这由具有γ2.2的sRGB而引起。

参考图9中的流程图，将说明用于进行输入值坐标转换的过程。使用图7中所示的每个通道的调整函数Fz的反函数Fz^-1来进行输入值坐标转换。n、min、max、n0以及n1与图7中说明的相类似。

如果当前处理中的通道值V小于0(步骤S90中为“是”)，则处理进入步骤S91。如果当前处理中的通道值V不小于0(步骤S90中为“否”)，则处理进入步骤S92。在步骤S91中，控制装置12将通过使(V/min)的(1/2.2)次幂乘以n0并从n0减去所乘的结果而获得的值设置为网格点索引值“索引”(实数)。

如果V小于等于1(步骤S92中为“是”)，则处理进入步骤S93。如果V大于1(步骤S92中为“否”)，则处理进入步骤S94。

在步骤S93中，控制装置12将通过使“V”的(1/2.2)次幂乘以(n1-n0)并将所乘的结果与n0相加而得到的值设置为网格点索引值“索引”(实数)。在步骤S94中，控制装置12将n1+(V-1)(n-1-n1)/(max-1)设置为网格点索引值“索引”(实数)。

图10是示出本实施例中的坐标转换函数的示例的曲线图，并示出图7和图9中所示的Fz和反函数Fz^-1。横轴表示网格点索引，并且纵轴表示每个通道的颜色值。

图11是示出网格点坐标值的另一个示例的表。图11的表与图8的表不同，在图11的表中，n＝17，n0＝4，且n1＝12。关于图11中的网格点坐标值，网格点数被设置为17，因此网格点之间的距离与图8中的距离相比更短。因此，对于图11中的网格点坐标值，插值计算的精度提高。

图12是示出网格点坐标值的另一个示例的表。图12的表与图11的表不同，在图12的表中，n1＝14。关于图12中的网格点坐标值，与图11相比，增加了sRGB范围(0.0～1.0之间的颜色值)内的所分配的网格点数，从而插值计算的精度在sRGB范围内提高。

图13是示出网格点坐标值的另一个示例的表。图13的表与图11的表不同，在图13的表中，对于G和B通道，n＝12，n0＝2，且n1＝10。关于图13中的网格点坐标值，与图11相比，降低了G和B通道的sRGB范围外的分配的网格点数，从而可以减小所使用的存储器。由于对于G和B通道，sRGB范围外的值比R通道的更窄，因而尽管减小了存储器，精度也没有显著地劣化。

在上述实施例中，将域信息附加给输入简档。然而，还可以通过分析输入简档来计算域信息。

还可以使用存储装置值和表示装置的特性的测量值之间的对应关系的简档，作为输入简档和输出简档。在这种情况下，根据存储在简档中的对应关系生成转换条件。

此外，在本实施例中，scRGB用作扩展颜色空间，sRGB用作基本颜色空间。然而，其它颜色空间可以用作扩展颜色空间或基本颜色空间。

此外，在本实施例中，作为示例，控制装置12基于程序实现上述处理。然而，还可以使用装置代替程序来实现上述的每一个处理。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有修改、等同结构和功能。

Claims

1.一种颜色处理设备，包括：

输入范围获取单元，用于获取由扩展RGB颜色空间表示的输入颜色数据的输入范围，其中，所述扩展RGB颜色空间的范围是从基本RGB颜色空间扩展得到的；

设置单元，用于基于所述输入颜色数据的输入范围，为所述扩展RGB颜色空间中的多个颜色成分中的每个颜色成分设置网格点坐标值；以及

生成单元，用于通过对每个LUT坐标值进行转换处理来生成查找表，并将所述转换处理的结果存储在所述查找表中，其中，所述LUT坐标值是针对所述多个颜色成分所设置的网格点坐标值的组合，

其中，所述设置单元设置所述网格点坐标值，使得所述基本RGB颜色空间的每个原色位于网格点处，并且所述多个颜色成分在所述原色之间具有相同的网格点坐标值。

2.根据权利要求1所述的颜色处理设备，其特征在于，所述扩展RGB颜色空间和所述基本RGB颜色空间均包括红色成分、绿色成分以及蓝色成分。

3.根据权利要求1所述的颜色处理设备，其特征在于，由所述扩展RGB颜色空间表示的颜色数据的输入范围包括负值和超过1的范围，以及

由所述扩展RGB颜色空间表示的颜色数据的值为0或1。

4.根据权利要求1所述的颜色处理设备，其特征在于，所述输入范围获取单元用于获取所述扩展RGB颜色空间中的所述多个颜色成分中的每个颜色成分的输入范围。

5.根据权利要求1所述的颜色处理设备，其特征在于，还包括输入单元，所述输入单元用于输入输入简档和输出简档，

其中，所述输入范围获取单元用于获取存储在所述输入简档中的输入范围，以及

其中，所述生成单元用于使用所述输入简档和所述输出简档来进行所述转换处理。

6.根据权利要求1所述的颜色处理设备，其特征在于，所述扩展RGB颜色空间的范围是在不改变所述基本RGB颜色空间的范围的值的情况下从所述基本RGB颜色空间的范围扩展得到的。

7.一种颜色处理方法，包括以下步骤：

获取由扩展RGB颜色空间表示的输入颜色数据的输入范围，其中，所述扩展RGB颜色空间的范围是从基本RGB颜色空间扩展得到的；

基于所述输入颜色数据的输入范围，为所述扩展RGB颜色空间中的多个颜色成分中的每个颜色成分设置网格点坐标值；以及

通过对每个LUT坐标值进行转换处理来生成查找表，并将所述转换处理的结果存储在所述查找表中，其中，所述LUT坐标值是针对所述多个颜色成分所设置的网格点坐标值的组合，

其中，设置所述网格点坐标值，使得所述基本RGB颜色空间的每个原色位于网格点处，并且所述多个颜色成分在所述原色之间具有相同的网格点坐标值。

8.一种包括转换处理单元的颜色处理设备，所述转换处理单元用于使用通过根据权利要求7所述的颜色处理方法所生成的查找表，来对输入图像的颜色数据进行转换处理。