具有颜色约束的亮度改变图像处理制造技术

为了能够在用于具有相当不同的亮度动态范围的色域的颜色编码之间进行良好的颜色映射同时不引入明显的颜色误差，我们描述了一种图像颜色处理装置（201），其被布置成将对应于第一亮度动态范围的颜色表示中所指定的像素的输入颜色（L,x,y）变换成对应于第二亮度动态范围的颜色表示中所指定的像素的输出颜色（L*,x,y），所述第一和第二动态范围在程度上以至少乘法因子1.5而不同，所述装置包括色调映射变形单元（203），其被布置成基于输入色调映射（301）和与输入颜色的亮度（L）线性相关的量来确定经调节的输出亮度（L*,309），其中所述确定被布置成使得通过将输入色调映射应用到在其有效值[0,1]的程度中的所有可能输入亮度的输入亮度（L）而获取的给出最高输出（L*,L_HDR）的经调节的输出亮度（L*,309）不高于对于输入颜色的色度坐标（x,y）而言针对那些色度坐标（x,y）的对应于第二亮度动态范围的色域中最大可实现的最大亮度Lmax(x,y)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将具有以第一亮度的像素颜色的图像转换成具有以第二亮度的像素颜色的图像的装置和方法以及比如数据存储或传输产品或信号的所得产品。
技术介绍
颜色处理是困难的任务，特别是在对应于相当不同（例如最大的一个是较小的一个的至少1.5倍）的输入和输出亮度动态范围的颜色表示之间变换（诸如例如以获取直接可用于驱动显示器的颜色规范，由此显示器可以注意处置其细节，比如例如依赖于显示器的电光再现行为或伽玛）颜色时尤为如此。这可以在例如从高动态范围（HDR）变换到低动态范围（LDR）时发生，或者反之亦然。HDR可以指以较高峰值辉度，并且典型地还以较深黑色在显示器上再现，而且还指以较高捕获场景动态范围，或者要与这样的较高动态范围显示器一起使用的信号编码。熟练的阅读者理解的是，如果我们说表示对应于特定动态范围，那么它根据该范围来指定。颜色规范并不意味着这么多（特别是在HDR编码或HDR再现的
中），除非我们指定哪些亮度对应于颜色坐标（例如，一个应当显示具有最大辉度的或者具有减小的辉度的挂毯的照片使得它看起来更像挂毯而不太像发光物体）。例如，在相对RGB编码中，我们可以说白色[1,1,1]与2000尼特的最大可显示峰值辉度对应（对于HDR显示器而言），并且例如对于其它（“LDR”）显示器而言小两倍，针对其它显示器我们将得出新的颜色规范。如果颜色是依赖于设备而指定的，则动态范围的最大值可以是实际显示器峰值辉度，并且对于通用颜色编码而言，人们可以考虑与基准显示器峰值辉度（例如5000尼特）对应的最大编码（例如255,255,255）。该原理可以以人们编码颜色的任何方式来应用（例如在非线性实验室中等）。从例如HDR到LDR的映射的现在现有技术尝试在获取良好（例如自然外表，或者具有至少在其色外观而不是其辉度或深浅方面与输入HDR/颜色合理匹配的输出/LDR颜色）颜色作为输出时已经看到大量困难。至少三个原因贡献于此。首先，实践中使用的若干颜色空间以不方便的方式为非线性的，并且甚至在这种情况下人们并不总是以正确方式使用它们，这引起（有时难以预测）颜色误差，其然后需要大量另外的校正。其次，不同显示器具有它们自身的固有限制，并且LDR显示器正好不能做出像HDR显示器那么多的亮颜色。这可以例如引起LDR色域的顶部中的选择以使颜色不太饱和。最后，最终颜色的质量是由对人类观看者的外观评判的，并且这也是高度复杂的过程。在不适当地映射颜色时的数学上的大问题已经是在将颜色映射到不可实现的、色域之外的颜色以用于最终显示和/或输出颜色空间时发生的限幅。在US2006/0104508中提供了一种适配图像以用于在具有不同动态范围的显示器上显示的系统的示例。在该系统中，在LDR图像中检测镜面高光并且HDR显示器的附加动态范围被用来增加镜面高光的辉度。该系统通过应用分段式线性变换来实现这一点。比如R. Mantiuk等人的现有技术“Color Correction for Tone Mapping（用于色调映射的颜色校正）”，Eurographics第28卷（2009），第193-202页以指定亮度方向上的色调映射开始，并且然后将该色调映射应用在输入图像中的像素的亮度上。然后处置其余的颜色问题，但是它仍难以得到良好的颜色。我们的专利技术的目的还在于具有一种颜色处理，其可以处置（除其它之外）用于较高和较低亮度动态范围的颜色表示之间的映射，其特别地注意正确地处置颜色的色外观。并且优选地我们还具有一种简单方法，其可以便宜地并入在许多装置中。
技术实现思路
该目的通过一种图像颜色处理装置（201）来实现，该装置被布置成将在对应于第一亮度动态范围的颜色表示中所指定的像素的输入颜色（L,x,y）变换成在对应于第二亮度动态范围的颜色表示中所指定的像素的输出颜色（L*,x,y），所述第一和第二动态范围在程度上以至少1.5的乘法因子而不同，所述装置包括：色调映射变形单元（203），其被布置成从输入颜色的输入亮度（L）并且基于输入色调映射（301）和与输入亮度（L）线性相关的量来确定用于输出颜色的经调节的输出亮度（L*，309），该量指示对于输入颜色的色度坐标（x,y）而言在针对那些色度坐标（x,y）的对应于第一亮度动态范围的色域和对应于第二亮度动态范围的色域中的至少一个中最大可实现的最大亮度；其中色调映射变形单元被布置成通过将经调节的色调映射应用于输入亮度来生成经调节的输出亮度；并且色调映射变形单元（203）被布置成通过适配取决于该量的输入色调映射来确定经调节的色调映射，使得通过将经调节的色调映射应用于其有效值[0,1]的程度中的所有可能输入亮度的任何输入亮度（L）来获取的任何经调节的输出亮度（L*，309）不高于对于输入颜色的色度坐标（x,y）而言在针对那些色度坐标（x,y）的对应于第二亮度动态范围的色域中最大可实现的最大亮度Lmax(x,y)。初步看来，这可能看似涉及Mantiuk现有技术，但是注意，我们的方法聚焦在首先保持颜色良好上，并且然后最优化地调谐色调映射，而不是从相反方向。即，我们可以保持颜色的色规范（例如（x,y）或（色相，饱和度）等）不改变，而不是在像素的亮度或明亮度（luma）上进行处理，并且然后进行一些颜色校正。为此，我们设计出我们的色调映射（其可以直接是函数，或者最终实现一些函数变换的任何事物，例如像包括具有作为最后结果的函数行为的子步骤的计算机算法）。另外，我们的实施例典型地具有开始输入色调映射（301），其近似地指定颜色应当如何映射到比方说LDR色域编码。但是现在我们将得到用于不同色度（x,y）的新的局部色调映射，即输入色调映射被调节或适配成生成经调节的色调映射，其中适配取决于针对输入颜色的色度坐标可实现的（多个）最大亮度。这可以通过相对于它在其上被指定的坐标轴修改原始输入映射函数来完成（即，或者我们可以缩放输入色调映射的函数本身，例如m*f(输入)，其中m为乘数，或者我们可以将输入改变成input_scaled，同样当然产出例如我们的色调映射函数典型地将成为的单调递增函数上的不同输出）。注意，人们也可以进行非线性缩放，例如将幂函数或对数变换等应用到输入轴，其对应于以非线性方式弯曲函数等。我们的装置/方法典型地使用的是相比于色域中可以存在的最大量而言存在的颜色量的至少一个线性测量（不管是用于特定显示器，还是颜色空间的理论限定的色域），并且这样的线性量也可以正好例如基于输入颜色的亮度（L）来指定。鉴于亮度相比于最大值的该百分比量，我们的装置可以决定如何最优化地变换它，不管选择的特定策略是通过考虑与色域/显示细节结合的另外的外观期望、算法的简化性，还是其它的考虑来确定的。然而，他们所有人都寻求聚焦在至少避免由限幅所引起的颜色误差，或者至少如果算法集成在通过允许一些限幅、最小化该限幅而最优化的设计中。熟练的阅读者应当理解，这绝不牵涉得到Lmax(x,y)以上的输出L*，其对于单调递增函数而言将是色调映射曲线的最高输入端处的映射。熟练的阅读者应当良好地理解人们可以如何实现这样的映射的许多可能变型。它牵涉确定函数在何处产出最高结果，并且然后通过修改函数来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像颜色处理装置（201），其被布置成将对应于第一亮度动态范围的颜色表示中所指定的像素的输入颜色（L,x,y）变换成对应于第二亮度动态范围的颜色表示中所指定的像素的输出颜色（L*,x,y），所述第一和第二动态范围在程度上以至少1.5的乘法因子而不同，所述装置包括色调映射变形单元（203），其被布置成从输入颜色的输入亮度（L）并且基于输入色调映射（301）和与输入亮度（L）线性相关的量来确定用于输出颜色的经调节的输出亮度（L*,309），所述量指示对于输入颜色的色度坐标（x,y）而言针对那些色度坐标（x,y）的对应于第一亮度动态范围的色域和对应于第二亮度动态范围的色域中的至少一个中最大可实现的最大亮度；其中色调映射变形单元被布置成通过将经调节的色调映射应用到输入亮度而生成经调节的输出亮度；并且色调映射变形单元（203）被布置成通过适配取决于所述量的输入色调映射来确定经调节的色调映射，使得通过将经调节的色调映射应用到在其有效值[0,1]的程度中的所有可能输入亮度的任何输入亮度（L）而获取的任何经调节的输出亮度（L*，309）不高于对于输入颜色的色度坐标（x,y）而言针对那些色度坐标（x,y）的对应于第二亮度动态范围的色域中最大可实现的最大亮度Lmax(x,y)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.08 EP 12187572.81.一种图像颜色处理装置（201），其被布置成将对应于第一亮度动态范围的颜色表示中所指定的像素的输入颜色（L,x,y）变换成对应于第二亮度动态范围的颜色表示中所指定的像素的输出颜色（L*,x,y），所述第一和第二动态范围在程度上以至少1.5的乘法因子而不同，所述装置包括
色调映射变形单元（203），其被布置成从输入颜色的输入亮度（L）并且基于输入色调映射（301）和与输入亮度（L）线性相关的量来确定用于输出颜色的经调节的输出亮度（L*,309），所述量指示对于输入颜色的色度坐标（x,y）而言针对那些色度坐标（x,y）的对应于第一亮度动态范围的色域和对应于第二亮度动态范围的色域中的至少一个中最大可实现的最大亮度；
其中色调映射变形单元被布置成通过将经调节的色调映射应用到输入亮度而生成经调节的输出亮度；并且
色调映射变形单元（203）被布置成通过适配取决于所述量的输入色调映射来确定经调节的色调映射，使得通过将经调节的色调映射应用到在其有效值[0,1]的程度中的所有可能输入亮度的任何输入亮度（L）而获取的任何经调节的输出亮度（L*，309）不高于对于输入颜色的色度坐标（x,y）而言针对那些色度坐标（x,y）的对应于第二亮度动态范围的色域中最大可实现的最大亮度Lmax(x,y)。
2.如权利要求1中要求保护的图像颜色处理装置（201），其中色调映射变形单元（203）还被布置成相比于其轴线而将单调变换应用到输入色调映射的函数形状，其被限定为使得如果通过将输入色调映射（301）应用到两个不同输入亮度（L,L_LDR）而获取的输出亮度（L_HDR）具有与标记（s）的非零差异（d），那么用于那些输入亮度的经调节的输出亮度（L*）也具有与相同标记（s）的非零差异。
3.如权利要求2中要求保护的图像颜色处理装置（201），其中色调映射变形单元（203）还被布置成相比于其轴线而将平滑变换应用到输入色调映射的函数形状，其被确定为使通过将经调节的色调映射（301）应用到输入颜色亮度（L）而获取的经调节的输出亮度（L*）与输出亮度（308）之间的相邻色度坐标（x,y）的连续亮度差异（310）平滑变化。
4.如上述权利要求之一中要求保护的图像颜色处理装置（201），其中色调映射变形单元（203）还被布置成通过将经调节的亮度（Ls）作为输入应用到输入色调映射（301）而执行经调节的输出亮度（L*,309）的确定，所述经调节的亮度（Ls）是通过将函数应用到输入颜色亮度（L）而得到的，所述函数基于最大亮度Lmax(x,y)来限定，使得等于该最大亮度Lmax(x,y)的输入亮度（L）被映射到输入亮度（L）的最大可能值以用于输入色调映射（301）。
5.如权利要求4中要求保护的图像颜色处理装置（201），其中适用于输入颜色亮度（L）的函数是线性缩放。
6.如上述权利要求之一中要求保护的图像颜色处理装置（201），其中色调映射变形单元被布置成通过以从所述量确定的第一缩放因子对输入亮度进行缩放来生成经缩放的亮度；通过将输入色调映射应用到经缩放的亮度来确定经缩放的调节的亮度；以及通过以对应于第一缩放因子的倒数的第二缩放因子对经缩放的调节的亮度进行缩放来生成经调节的输出亮度。
7.如上述权利要求之一中要求保护的图像颜色处理装置（201），其中色调映射变形单元（203）还被布置成将限定输入颜色（L,x,y）的颜色通道分量的最大者（maxRGB）用作与亮度（L）线性相关的量。
8.如权利要求7中要求保护的图像颜色处理装置（201），其中色调映射变形单元被布置成通过将输入色调映射应...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ范德维勒尤坦，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL