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CN101076848A - 从源彩色空间转换到目标彩色空间的方法和设备 - Google Patents

从源彩色空间转换到目标彩色空间的方法和设备 Download PDF

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CN101076848A
CN101076848A CNA2004800302294A CN200480030229A CN101076848A CN 101076848 A CN101076848 A CN 101076848A CN A2004800302294 A CNA2004800302294 A CN A2004800302294A CN 200480030229 A CN200480030229 A CN 200480030229A CN 101076848 A CN101076848 A CN 101076848A
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Abstract

本发明揭示实现多模式显示系统的系统和方法，该多模式显示系统能接收多输入图像数据格式并输出几个可能的图像数据格式。揭示了从源彩色空间转换到目标彩色空间的方法。该源彩色空间从N个基色点的组合得到，而该目标彩色空间从该目标彩色空间内的N+1个或更多个的基色点的组合得到，此处N为整数。

Description

从源彩色空间转换到目标彩色空间的方法和设备
                         背景技术
在下列权利共有的美国专利申请中公开了用于改善图像显示设备的成本/性能曲线的新颖的子像素排列并且引用在这里供参考：
(1)2001年7月25日申请的美国专利申请序列号09/916,232(‘232号申请)、标题为“色调角计算的系统和方法”(HUE ANGLE CALCULATIONSYSTEM AND METHODS)；(2)2002年10月22申请的美国专利申请序列号10/278,353(‘353号申请)、标题为“由源彩色空间转换到RGBW目标色空间的方法和设备”(METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTINGFROM SOURCE COLOR SPACE TO RGBW TARGET COLOR SPACE)；(3)2002年10月22日申请的美国专利申请序列号10/278,352(‘352号申请)、标题为“以分开蓝色子像素进行子像素着色的彩色平板显示器子像素排列和布局的改善”(IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANAL DISPLAYSUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXELRENDERING WITH SPLIT BLUE SUB-PIXELS)；(4)2002年9月13日申请的美国专利申请序列号10/243,094(‘094号申请)、标题为“用于子像素着色的改进的四色排列和发射器”(IMPROVED FOUR COLORARRANGEMENTS AND EMITTER FOR SUB-PIXEL RENDERING)；(5)2002年10月22日申请的美国专利申请序列号10/278,328(‘328号申请)、标题为“具有减少的蓝色亮度良好能见度的彩色平板显示器子像素排列和布局的改进”(IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAYSUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS WITH REDUCED BLUELUMINANCE WELL VISIBILITY)；(6)2002年10月22日申请时美国专利申请序列号10/278,393(‘393号申请)、标题为“具有水平子像素排列和布局的彩色显示器”(COLOR DISPLAY HAVING HORIZONTAL SUB-PIXELARRANGEMENTS AND LAYOUTS)；(7)2003年1月16日申请的美国专利申请序列号01/347,001(‘001号申请)、标题为“改进型条纹显示器子像素排列及其子像素着色用的系统和方法”(IMPROVED SUB-PIXELARRANGEMENTS FOR STRIP DISPLAYS AND METHODS AND SYSTEMSFOR SUB-PIXEL RENDERING SAME)。
对于在水平方向具有偶数个子像素的一些子像素重复组，下列专利申请揭示进行正常点转换方案的下列系统和方法，并引用在这里供参考：(1)美国专利申请序列号10/456,839、题为“在新颖的液晶显示器中图像降级的校正”(IMAGE DEGRADATION CORRECTION IN NOVEL LIQUID CRYSTALDISPLAYS)；(2)美国专利申请序列号10/455,925、标题为“具有执行点转换的交叉连接的显示屏”(DISPLAY PANEL HAVING CROSSOVERCONNECTIONS EFFECTING DOT INVERSION)；(3)美国专利申请序列号10/455,931、标题为“利用标准驱动器和在显示屏布局上的背板执行点转换的系统和方法”(SYSTEM AND METHOD OF  PERFORMING DOTINVERSION WITH STANDARD DRIVERS AND BACKPLANE ON DISPLAYPANEL LAYOUTS)；(4)美国专利申请序列号10/455,927、标题为“通过减低量化误差补偿具有固定图案噪声的显示屏上的视觉效应的系统和方法”(SYSTEM AND METHOD FOR COMPENSATING FOR VISUAL EFFECTSUPON PANELS HAVING FIXED PATTERN NOISE WITH REDUCEDQUANTIZATION ERROR)；(5)美国专利申请序列号10/455,806、标题为“具有附加驱动器的新颖的显示器布局上的点转换”(DOT INVERSION ONNOVEL DISPLAY LAYOUTS WITH EXTRA DRIVERS)；以及(6)美国专利申请序列号10/455,838、标题为“非标准子像素排列的液晶显示器的背板布局和寻址”(LIQUID CRYSTAL DISPLAY BACKPLANE LAYOUTS ANDADDRESSING FOR NON-STANDARD SUBPIXEL ARRANGEMENTS)。
当与上述那些专利申请以及此处引用供参考的下列权利共有的美国专利申请中进一步揭示的子像素着色(SPR)系统和方法结合时，这些改善特别显著：(1)2002年1月16日申请的美国专利申请序列号10/05 1.612(‘612号申请)、标题为《RGB像素格式数据转换成波形瓦矩阵(PENTILE MATRIX)子像素数据格式》(CONVERSION OF RGB PIXEL FORMAT DATA TOPENTILE MATRIX SUB-PIXEL DATA FORMAT)；(2)2002年5月17日申请的美国专利申请序列号10/150.355(‘355号申请)、标题为“具有伽玛调节的子像素着色的系统和方法”(METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXELRENDERING WITH GAMMAADJUSTMENT)；(3)2002年8月8日申请的美国专利申请序列号10/215.843(‘843号申请)、标题为“具有自适应滤波的子像素着色的系统和方法”(METHODS AND SYSTEMS FOR SUBPIXELRENDERING WITH ADAPTIVE FILTERING)；(4)2003年3月4日申请的美国专利申请序列号10/379.767、标题为“图像数据的瞬时子像素着色的系统和方法”(SYSTEMS AND METHODS FOR TEMPORAL SUB-PIXELRENDERING OF IMAGE DATA)；(5)2003年3月4日申请的美国专利申请序列号10/379.765、标题为“运动自适应滤波的系统和方法”(SYSTEMSAND METHODS FOR MOTION ADAPTIVE FILTERING)；(6)2002年3月4日申请的美国专利申请序列号10/379.766、标题为“改进的显示视角的子像素着色系统和方法”(SUB-PIXEL RENDERING SYSTEM AND METHODFOR IMPROVED DISPLAY VIEWING ANGLES)；(7)2002年4月7日申请的美国专利申请序列号10/409.413、标题为“具有嵌入式预子像素着色图像的图像数据集”(IMAGE DATA SET WITH EMBEDDED PRE-SUBPIXELRENDERED IMAGE)。
                        附图的简要说明
结合在本说明书内并构成本说明书的一部分的附图说明本发明的示例的实施和实施例，并且这些图与说明书一起用于说明本发明的原理。
图1示出一般彩色转换图的一个实施例。
图2示出一般彩色转换图的另一个实施例。
图3示出一般彩色转换图的又一个实施例。
图4描述根据本发明的原理制成的色域流水线(gamut pipeline)的一个实施例。
图5和图6描述在多基色转换系统中实现有效的3×N乘运算单元的硬件优化的一个实施例。
图7和图8示出RGBW系统的有效的乘法器的硬件优化的又一个实施例。
图9描述具有RGB和C(红绿蓝和青)四基色的示例的多基色系统的色度图的一个实施例。
                         详细描述
现在详细地参考在图中说明的那些例子的实施方案和实施例。在任何可能的地方，所有的图中使用相同的标记来标明相同或类似的部件。
现在大多数监视器和电视设备都设计显示三数值的彩色数据，例如RGB和sRGB(有时称为非线性RGB或R’G’B’)，或三数值的色度/亮度信号，如YIQ或YCbCr。为了制造较亮的显示器和具有较大色域的显示器，厂家正开始考虑多基色显示器。这些显示器将具有三个以上的基色。然而，没有方便的多基色图像数据源，而且有着大量的三数值彩色数据源，要把它们转换成新的多基色显示。提供一种方法和设备用来把现有的三数值彩色数据转换成多基色数据，用于新等级的显示器。本发明的方法和设备将工作于具有任何数量的基色的多基色显示器。
图1中描述了一种常规的色彩转换系统100。这种方法处理RGB图像数据转换，作为从一个彩色空间到另一个彩色空间的映射(mapping)。这通常在彩色输出设备之间进行，例如把预定给监视器用的RGB数据转换为在彩色打印机上能打印的形式。这样做的传统方式是把源彩色图像数据102转换为CIE XYZ(国际照明委员会，XYZ直角坐标系)106，然后再把它转换为目标彩色，也许转换到另一彩色设备110，如图1所示。有一些标准公式或转换矩阵(M1 104和M2 108)，把普通的彩色空间例如RGB转换为CIE XYZ并再转换回来。对每个输出设备，不同的矩阵可为特定的设备转换CIE XYZ。
本系统的一个实施例200如图2所示，它计算矩阵208，该矩阵把CIE XYZ数据206映射为在多基色显示器210(例如具有大于三种彩色的任何数量的彩色子像素的显示器)上着色的多基色数据。图3描述另一实施例300。在这个实施例中，把RGB数据302映射为CIE XYZ，然后再从CIE XYZ映射为显示器306的多基色数据矩阵组合成为一个矩阵304，它在一个步骤中从RGB直接进行转换。
虽然从三数据值转换到多基色在图3中作为一个数学步骤描述，在其它实施例中可能有其它希望的步骤和/或子系统。图4示出另一“色域流水线”系统400的实施例。因此，例如在从三数值数据(例如在402的sRGB数据，RGB或类似数据)到多基色的转换中，可能希望执行下列一个或几个步骤和/或子系统，例如输入伽玛(input gamma)404和输出伽玛(output gamma)414，从RGB到具有分开的色度和亮度的彩色空间的转换406、伽玛转换408、色调角转换器410、多基色转换器412。在一些实施例中，这些步骤中的一些步骤可能是不要求或不希望的。例如，如果三数值彩色输入是YCbCr而非RGB的话，则无需转换到分开的色度和亮度。如果输入数据是sRGB或是具有非线性变换的RGB数据，把它像在储存于计算机的大多数图像中那样地加以应用，则不需要输入伽玛步骤。如果使用的中间分开的色度/亮度空间是CIE Lab的话，这个空间具有隐含伽玛，而且还包含输入伽玛表。因此，图4的一般结构是可变的，对一些任选的子系统，取决于与本发明相结合的任何完整系统的要求，容许任选的子系统的旁路模式。另一替代方案，这些任选的子系统可以一起删除，类似非常简单的系统，如图3所示。
                      色度亮度转换器
很多常规的视频设备在RGB和分开的色度/亮度彩色系统之间来回转换。事实上，这样的转换器是在一些硬件实施中已经可使用的现成产品(off-the-shelf item)。为了本发明的目的，这样的常规的色度/亮度转换器在本系统中已足够了。然而，在一些场合，可能期望以这样的方式设计算法和硬件，以减少设计的费用。还可能期望计算色度信息，作为计算色调角的中间步骤的一部分，如下面将更详细讨论的。因此，需要的信息可能有所不同或更容易地用这里描述的本方法和系统来计算。
在色度/亮度转换器的第一实施例中，方程1示出具有转换常数的第一转换用的公式，这些转换常数都是2的乘方，从而方便于在硬件内实行移位。
Y＝R/4+G/2+B/4
By＝B-Y
Ry＝R-Y                                  方程(1)
在方程1中，Y是亮度分量，而By，Ry则为色度分量。Y的公式类似于RGB到亮度的标准转换；除了红、蓝色给予相等的亮度加权外。对于其它的应用，在另外的实施例中可能对色度分量给予不同的加权。还期望以这样的方式加权色度分量，以致同时减少实现该系统的成本。方程2描述替代的加权关系，它也易于以数字逻辑实现。
Y＝(2*R+4*G+G+B)/8
By＝B-Y
Ry＝R-Y                                  方程(2)
在方程2中，绿色值乘以5/8，首先乘以4再加上一个拷贝，最后除以8，使绿色值被乘以5/8。如果以浮点来进行，这个公式看上去像：Y＝0.25*R+0.625*G+0.125*B。这便于和亮度转换公式REC(建议矩阵)709：Y＝0.2127*R+0.7152*G+0.0722*B进行比较。使用方程2把RGB转换为色度/亮度是对中间计算的合理逼近，但它可能容易地硬件中以移位和加运算实现。因此方程2给出了从RGB空间变换到新的色彩空间YByRy。
                        色域转换器
考虑多基色显示器产生一种显示，它可比从前常规的三彩色显示器为人眼着色更多可见的彩色。然而，现有的大多数计算机图像和电视节目是根据减小电视机和计算机监视器色域的设想来创建的。色域转换器诸多设想之一是电视摄像机、数字照相机以及其它输入设备不破坏现实世界的扩展色域，反而将其大部分压缩到那些设备所能表达的有限色域内。因此，可能需要通过把该色域再展伸回去来重建图像源中的全色域。图4的这个任选色域转换器方框408在等待审批的、标题为“色域转换的系统和方法”的专利申请书中进一步的揭示，并引用在这里供参考。
                      多基色转换器
现在描述从一个空间(例如CIE XYZ)转换到另一空间生成矩阵，以便在多基色显示器上进行着色的系统和方法。一旦建造这样的矩阵或映射(例如CIE XYZ到多基色)，它可以与其它转换矩阵组合(例如，经过矩阵乘运算)生成单个矩阵，这样对于中继空间(例如CIE XYZ)分开的转换实际上从未执行。在一个实施例中，如在一个较早的任选步骤中，如果把输入数据转换成YCbCr，存在一个标准矩阵，用来把YCbCr转换它成RGB。还存在用来把RGB转换成XYZ的标准矩阵。这两个矩阵可与CIE XYZ组合(例如相乘)为多基色矩阵而生成单个矩阵，从YCbCr直接转换到多基色。
众所周知，CIE XYZ彩色空间是通用的，这个彩色空间可编码“标准观察者”可见的任何彩色，所以它本质上编码为人类视觉可见的所有彩色。这样，如果一个人有办法把你的输入或输出设备上的任何彩色转换成CIE XYZ并转换回来，那么你也能转换到任何其它校准过的设备上或转换回到你的输入或输出设备。存在用来从RGB转换到CIE XYZ和再转换回来的标准转换矩阵。这些标准变换矩阵(也称作“建议”或简称为“Rec”)是基于基色的典型值，而且显示器的白色点对于因果彩色转换和计算通常是足够好的。这些标准变换矩阵中的几个标准变换矩阵是“CIE Rec 601-1”，“CIE Rec 709”或“CIE XYZ itu”。这些建议的白色点的名称为“D50”“D65”或“照明E”。每个建议对每个红、绿、蓝基色有稍微不同的色度值和不同的白色点值。
这些标准建议是逼近法，而且考虑更精确地测量特定显示器模型的基色的色度值和计算为那个显示器模型定做的变换矩阵。为了这样做，例如典型地测量每个基色的色度和白色点的CIE XYZ三激励值。色度值是“小写x”和“小写y”的数值对，对于红基色为xr，yr；对于绿基色为xg，yg；对于蓝基色为xb，yb。还有一个“小写z”数值，不过这个数值可以由x和y值利用公式z＝1-x-y计算。仅利用这四个信息(三个基色色度值和一个XYZ白色点)，就可能计算如下变换矩阵：
X Y Z = x r · C r x g · C g x b · C b y r · C r y g · C g y b C b z r · C r z g · C g z b C b · R G B 方程(3)
方程3示出从RGB值转换到XYZ的公式。Cr、Cg和Cb值是线性加权值，这些线性加权数值必须计算特定的显示器族。给定白色点XYZ值(XwYwZw)并且已知这些值所转变为RGB值(111)，方程3可以改写为如下的形式：
X w Y w Z w = x r x g x b y r y g y b z r z g z b · C r C g C b 方程(4)
方程4可通过色度值的矩阵求逆并乘以白色点矢量解出(CrCgCb)。然后得到的Cr、Cg和Cb值可以代入方程3生成从RGB转换到XYZ的矩阵。该矩阵的逆矩阵可用来从XYZ转换到RGB。
现在为了转换到三个以上坐标的彩色空间(例如多基色空间)，那就要求附加的处理。因为方程3和4为正方矩阵可求其逆阵这个事实，故主要是计算中间值和计算逆变换矩阵。然而，当含有非正方矩阵时，求逆运算就存在问题。例如，下列矩阵被描述为把RGBC空间变换到XYZ空间(式中“C是青色；但任何其它彩色可满足，或者可替代地，任何四色C1、C2、C3和C4可满足)：
X Y Z = x r · C r x g · C g x b · C b x c · C c y r · C r y g · C g y b · C b y c · C c z r · C r z g · C g z b · C b z c · C c · R G B C 方程(5)
x w y w z w = x r x g x b x c y r y g y b y c z r z g z b z c · C r C g C b C c 方程(6)
如果我们知道(CrCgCbCc)的值，我们就可能够从(RGBC)转换到XYZ。然而，在方程6中，矩阵不再是方矩阵而不能求逆。有四个未知量，而仅有三个方程，没有足够的信息找出唯一解。事实上存在很多解，如果能找到，一个这样的解就可满足。在文献中有许多不同的数值技术用来求像这样的解。只是作为一个例子，MathCad(数学计算机辅助设计)使用这些技术中的几个技术(如线性，共轭梯度、雷文伯格-麦夸尔特(Levenberg-Marquardt)或拟牛顿(quasi-Newton))来求数值解。从初始猜想未知值开始，对一个例子设置CrCgCbCc全等于1(当然其它初始值也可满足)，这些技术搜索更好的值，直到满足一些条件为止。方程6是可用来进行这种搜索的条件。
然而，当方程6用来作为搜索条件时，最常找到是这样的解，造成Cr、Cg、Cb或Cc值之一趋于0。所以，期望在方程中找到一些条件，这些条件将得到一些解而不是无效解(trivial solution)。下面给出这样的变换矩阵的一个实施例，该变换矩阵可避免这个问题：
( X w ) 2 ( Y w ) 2 ( Z w ) 2 = ( x r · C r + x g · C g + x b · C b + x c · C c ) 2 ( y r · C r + y g · C g + y b · C b + y c · C c ) 2 ( z r · C r + z g · C g + z b · C b + z c · C c ) 2 方程(7)
方程7从方程6得到，将方程的右边符号展开并且两边的各成分求平方。用方程7可找出一些结果，不致引起基色值之一趋向于0。把方程7和6并在一起作为解的条件，可能找到其它非零解。可能有许多解(而且也许是有限个数的解)，但是为了本发明目的找到一个解可满足。当然，本发明可包含其它条件，以便找到一个非无效解，而且本发明不应局限于这样条件中的任何一个或几个条件的叙述内容。
当我们有实际的显示器，具有不同基色的显示器或具有四个以上基色的显示器时，那么方程4或5在这些情况中的一些情况下可能找不到解。在这种情况下，可能期望寻找其它条件的方程，允许数值搜索算法找到有用的解。
方程5的解是Cr、Cg、Cb和Cc值的集合，可以代入方程3，这时该集合可把任何四基色(在这种情况下为RGBC)值转换到CIE XYZ。上述过程是以四基色系统说明的，但是这个过程以任何个数的基色工作也很好。从多基色转换到CIE XYZ是有用的工作，但是更有用的是把CIE XYZ值转换到(RGBC)或是一些其它的多基色系统。
                   CIE XYZ转换到多基色
方程5中的矩阵不是方矩阵，所以它不能求逆，而且该方程不能简单地求解，从CIE XYZ进行转换。当然，如果该矩阵能够求逆，其结果可能是这样的：
R G B C = R 1 R 2 R 3 G 1 G 2 G 3 B 1 B 2 B 3 C 1 C 2 C 3 · X Y Z 方程(8)
虽然该解不能通过求逆矩阵得到，但可能找到逆方程，而且可能进行检验以了解该变换矩阵是否为正确的矩阵。一个实施例可以是利用方程5把所有的基色转换到CIE XYZ。在四基色系统的情况中，我们则有五个已知的输入和输出值(四基色加上白色点)并且能用它们作为条件方程。然而，这可能是困难的，因为在求线性解时系统上有太多的限制。模拟情况可能是找到通过一群点的单条直线。在解方程8的情况中，我们正尝试寻找线性方程，寻找一个四维空间内的、通过所有的基色点和白色点的平面。总是存在通过三个这样的点的平面，但是如果试图寻找通过所有的点的平面可能是困难的。
然而，给定三个点的情况总是有解，可能列出通常方式的公式6从CIEXYZ转换到任何多基色系统。如果图像的数据点是在色度三角形内，例如在红色、绿色和白色点之间，可能找到进行转换的方程8的矩阵。类似地，可能找到方程8的矩阵，工作在绿色、青色和白色点等等之间的色度三角形内部的点，例如，如图9所示的。一般地，不管一个系统有多少个基色，都可能将该彩色空间分解为区域(例如三角形或一些其他形状)，它们由白色点和两基色点界定。另外，可能不要求这些区域是不相连的，亦即，可能对具有重叠色点的区域定义解矩阵。对每个三角形或区域，总是可找到方程8的矩阵，它可把CIE XYZ转换成那个三角形或区域内部的多个基色。
为了本发明的目的，除了这些区域可以不是三角形这个事实外，还可能确定另外的点，即不是白色点，在该点内计算解矩阵。实际上，可能期望选择其它灰白色点计算解，可能在背景光条件区域内。当然，为了本发明的目的，在目标彩色空间内部的任何其它点可满足转换到多基色彩色空间的合适的解矩阵。
对于另一个实施例，可能源彩色空间具有N个基色而目标彩色空间具有N+1个或更多的基色，这样在源彩色空间和目标彩色空间之间有少于N个公共的基色(极端的情况是在源基色空间和目标彩色空间之间没有一个公共的基色)。由于使用CIE XYZ中间彩色空间，本发明不要求有公共的基色。例如，监视器一般地是RGB，而打印机一般地是CMY，而且该两者间的转换例行地进行。在N个源基色和N+1或更多目标基色的情况下，生成转换方程的过程的方法如上所述。因为对于源彩色空间可能没有标准的建议的转换方程，过程可能必须进行两次，第一次生成转换源空间到CIE XYZ的转换方程，第二次生成转换CIE XYZ到目标彩色空间的转换方程。然后得到的矩阵可以组合在一起，不通过中间CIE空间直接进行转换。
对每个三角形，每个角的CIE XYZ三激励值可以利用上面的方程5计算。然后这三个已知点可用来检验寻找方程8矩阵的数字解算器(solver)的条件。在三角形之间直线上，在任一边的三角形的矩阵都可使用，因为这个线段是一个轨迹，限制两个变换产生相同的结果。这些矩阵的每个矩阵具有唯一的一些行和一些重复的行(重复的行可能出现在任何地方)。表1示出RGBC彩色空间中的红-绿-白三角形的示范性矩阵。
表1                                                               表2
 2.166792-0.192135-1.778663-0.7285540.0246611.0577440.0246611.057744     -0.8502383.483939-0.175291-0.175291
 4.9627250.47251-4.849038-3.802703-0.046610.955759-0.046610.955759-0.046610.955759-0.046610.955759-0.046610.955759     -4.2314659.7498950.0035080.0035080.0035080.0035080.003508
在这个表1中，应当注意：与相关的三角形基色角无关的行是相同的。这对于任何基色系统以这个方式生成的任何矩阵一般地都是真实的。表2示出在具有7个基色的极端情况(例如在R、Y、G、T、C、B、M中的RYW三角形中，此处T是青绿色，而M是深红色)的这种情况。在表2中的相同的行是指“三角形外面”的基色(即非红非黄)，它们被限制在从外部边缘到白色点的从0到1的线性变化。已知在这些矩阵中的许多数值是相同的，可能导致硬件实施的优化。例如，表2中矩阵的存储可减少。而且多基色值的计算可通过已知许多乘运算是借助该相同的常数值进行的被简化。这将在下面作为3×N乘法器的硬件优化加以讨论。
为了转换CIE XYZ到多基色，期望确定该彩色是在哪个色度三角形中和使用相应的矩阵进行方程8的转换。XYZ值可转换到xyY色度，然后对原来的色度坐标作检验。虽然这样可以做得很好，但在监视器内以全速进行在计算上很昂贵。在另一个实施例中，有单个的3×3矩阵的乘法，它可确定一个点是否在三角形内。这在计算上也是集中的，但是在具有共同运算一些结构中可能是合理的。个人计算机的图像适配卡经常有这个能力，作为它们的结构映射能力的一部分。输入的彩色值可转换成基于一些色调的彩色坐标系统，然后可用色调角来确定彩色是在哪个三角形内。色调角是由于其它理由可被计算的，例如它对许多色域扩展算法是重要的。所以这个信息可能是已经可得到的，并可在几乎不增加计算的复杂性的情况下用来选择该变换矩阵。
                     色调角计算器
当进行如上所述的多基色转换时，期望计算该色调角并用它作为索引来选择转换矩阵。一个色调角计算器的改进实施例来自围绕从360改变到2的乘方的圆的度数，例如256。围绕一个圆只有256“度”的角单位容易以硬件实现。这个实施例和其它实施例在上面提到过的等待审批的相关申请之一中揭示。
                     RGBW特殊情况
RGBW是具有四基色的显示，此处它们中的三个是通常的红色、绿色和蓝色，但是第四个基色为纯白色。这类的显示是令人感兴趣的，因为加上白色能增加亮度。“基色”之一是白色并位于白色点下面。不管这种情况，仍可能建立一组多基色矩阵来转换CIE XYZ到RGBW。这在上面提过的另一个等待审批的相关的申请中揭示。
                  3×N乘法器的硬件优化
如在结合以上表1和表2所提到的，图5示出一种减少储存3×N矩阵所需要的存储器的方法，在这情况下，是六基色系统。上面也提到：利用硬件内相同的行将是一种方式。图6示出这是如何利用3×3乘法器和相同的6基色系统的6个多路复用器来实现的。这只是一个例子，利用任何数目的基色能做到同样的节省。随着基色数目增加，廉价的多路复用器的数目也增加，但是昂贵的乘法器的数目仍保持为常数3×3。
图5是表示改变转换六基色显示的三值彩色的3×6矩阵表尺寸的一种方式。顶部的矩阵是为转换位于RYW三角形(此处W是中心白色点)内的彩色计算的矩阵。R和Y的行具有独特的行；而其余的行是相同的。这些相同的行画有阴影线来指明它们是相同的。3×6矩阵图的其余部分是用于对于其它的五色度三角形而且具有白色阴影的基色行，而相同的行是有灰色阴影的。任何系统可用来把这些矩阵压缩为3×3的矩阵，只要两个独特的行与该相同行之一一起复制。在图5中，使用几条其它的规则，但是这些规则是任意的，如以下所述的，只要改变到图6中的多路复用器的连接来匹配。图5中使用的任意的规则是：红色行总是复制到3×3矩阵的顶部而这些行以它们的原始次序保持。
图6示出怎样使用图5的3×3矩阵执行多基色转换。3值的彩色代表3×3矩阵乘法器，而根据输入彩色的三角形数目选择6个矩阵之一，如涉及色调角计算的有关申请所述的那样进行计算。该3×3矩阵乘法器执行9次乘运算(和进行几次加运算来完成矩阵的乘运算)并输出3个值。这3个值作为一些输出信号由6个多路复用器进行分配。这些多路复用器还使用色度三角形的数目作为它们的输入来选择不同的值。根据把原始的多基色矩阵压缩为3×3矩阵所用的规则，这3次乘运算的结果连接到6个多路复用器。例如，红色行总是放置在3×3矩阵的顶行的规则意味着红色多路复用器总是选择第一个矩阵乘法器的结果。因此，红色多路复用器有点不必要，但作为一个例子它被留下了。应当知道：相同的硬件优化可应用到N基色系统，这里N通常是大于3。
图7示出当W(白色)为基色之一时的RGBW特殊情况，。因为W典型地包含与其它行中的一行相同的行，它可从3×3矩阵中去除。而且在RGBW情况中，在去除W后只剩下3行，这些行可以以它们的原始次序保持。因此，R、G和B的多路复用器可以去掉，如图8所示。困难期望仅仅一个W的多路复用器来从其它基色值中选择正确的值。
在上面的实施例中，所涉及的一些功能块可利用硬件和/或软件的任何组合实现，包括部件或诸如一个或多个储存器件或电路的模块。例如，可以配置可编程的门阵列或类似的电路实现这样的功能块。在其它的例子中，操作存储器中的程序的微处理器也可以实现这样的功能块。
虽然本发明已参照示例的实施例加以描述，但本领域的技术人员懂得：在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种改变，而且等效物可以代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改来适应特定的情况或材料。因此，意图是本发明不局限于作为实现本发明的最佳模式揭示的特定的实施例，本发明包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (29)

1.一种从源彩色空间转换到目标彩色空间用的方法，所述源彩色空间从N个基色点的组合得到，而所述目标彩色空间从在所述目标彩色空间中的N+1个或更多个基色点的组合得到，此处N为整数，该方法包括：
对该目标彩色空间，定义至少N+1个基色的集合，其中彩色点是作为所述基色的组合着色的；
定义在所述目标彩色空间的内部的彩色点；
把所述目标彩色空间分为一组区域，这些区域由至少三个基色界定，所述至少三个基色之一包含所述内部彩色点；
计算每个所述区域的解矩阵；
对所述源彩色空间中的任何给定的彩色点，计算该彩色点是在哪个所述区域中，以及利用该计算的区域选择一个所述解矩阵，用所述目标基色给所述源彩色点着色。
2.根据权利要求1的方法，其中N为3。
3.根据权利要求1的方法，其中所述内部彩色点是该目标彩色空间的白色点。
4.根据权利要求1的方法，其中所述内部彩色点是该目标彩色空间的灰白色点。
5.根据权利要求1的方法，其中所述区域基本上是三角形。
6.根据权利要求4的方法，其中计算解矩阵的步骤还包括计算在由所述至少三个基色界定的每个所述区域的中间彩色空间与目标彩色空间之间转换的矩阵。
7.根据权利要求6的方法，其中该中间彩色空间为CIE XYZ空间。
8.根据权利要求6的方法，其中该中间彩色空间是源彩色空间
9.根据权利要求1的方法，还包括确定所述彩色点驻留在哪个区域。
10.根据权利要求9的方法，其中确定所述彩色点驻留在哪个区域的步骤还包括：
确定所述彩色点的色调角；和
从所述色调角确定所述彩色点驻留在哪个区域。
11.一种从源彩色空间转换到目标彩色空间的图像处理系统，所述源彩色空间从N个基色点的组合得到，而所述目标彩色空间从所述目标彩色空间中N+1个或更多个基色点的组合得到，此处N为整数，其特征在于该系统包括：
用来在源彩色空间和目标彩色空间的至少一个空间内显示图像数据的显示器；以及
处理电路，用来确定至少N+1个基色的集合，其中彩色点进行着色作为该目标彩色空间的所述基色的组合，用于定义在所述目标彩色空间内部的彩色点；把所述目标彩色空间分成一组区域，这些区域由至少三个基色界定，所述至少三个基色之一包括所述内部彩色点；计算每个所述区域的解矩阵；计算每个源彩色点位于哪个所述区域中并利用所计算出的区域选择所述解矩阵之一，用于以在所述源彩色空间中的任何给定的彩色点的所述目标基色着色。
12.根据权利要求11的图像处理系统，其中N为3。
13.根据权利要求11的图像处理系统，其中所述内部彩色点是该目标彩色空间的白色点。
14.根据权利要求11的图像处理系统，其中所述内部彩色点是该目标彩色空间的灰白色点
15.根据权利要求11的图像处理系统，其中所述区域基本上是三角形。
16.根据权利要求11的图像处理系统，其中该处理电路是选择在中间彩色空间和由所述至少三基色所界定的所述区域之间转换的矩阵。
17.根据权利要求16的图像处理系统，其中该中间彩色空间为CIE XYZ空间。
18.根据权利要求16的图像处理系统，其中该中间彩色空间是源彩色空间。
19.根据权利要求11的图像处理系统，其中该处理电路确定所述彩色点驻留在哪个区域。
20.根据权利要求19的图像处理系统，其中该处理电路确定所述彩色点的色调角，并从所述色调角确定所述彩色点驻留在哪个区域。
21.一种从源彩色空间转换到目标彩色空间的系统，其中所述源彩色空间包含N个基色点，而所述目标彩色空间包含至少N+1基色点，其特征在于所述系统包括：
输入装置，用来接收源图像数据彩色点；
色调角计算器，用来计算该源图像数据彩色点的色调角；
色域转换器，利用该计算的色调角任选地使该源彩色空间的色域与所述目标彩色空间相配合；
多基色转换器，用来把图像数据值从N基色源彩色空间转换为具有至少N+1基色的目标空间的图像数据值。
22.一种有效地计算多基色转换矩阵的方法，所述方法的步骤包括：
计算许多个转换矩阵，其中每个所述转换矩阵把来自其色度三角形的源图像数据转换为目标彩色空间中的图像点；
压缩所述转换矩阵为较小尺度的矩阵，其中所述较小尺度的矩阵可把来自其色度三角形的源图像数据转换为目标彩色空中的图像点；
用所述的较小尺度的矩阵在所述源图像数据上执行矩阵乘运算；以及
对所述乘运算的结果进行多路复用来创建多基色值。
23.根据权利要求22的方法，其中所述转换矩阵是3×N尺度，此处N是目标多基色的个数。
24.根据权利要求22的方法，其中所述较小尺度的矩阵为3×3矩阵。
25.根据权利要求22的方法，其中压缩所述的转换矩阵的步骤还包括去掉所述转换矩阵中的重复行。
26.一种有效地计算多基色转换矩阵的处理系统，其特征在于包含：
用来计算多个转换矩阵的装置，其中每个所述转换矩阵把来自其色度三角形的源图像数据转换为目标彩色空间内的图像点；
用来压缩所述转换矩阵为较小尺度的矩阵的装置，其中所述较小尺度的矩阵可把来自其色度三角形的源图像数据转换为目标彩色空间内的图像点；
用来以所述较小尺度的矩阵在所述源图像数据上执行矩阵乘运算的装置；以及
用于多路复用所述乘运算的结果以创建多基色数值的装置。
27.根据权利要求26的处理系统，其中所述转换矩阵是3×N尺度，此处N是目标多基色的个数。
28.根据权利要求26的处理系统，其中所述较小尺度的矩阵为3×3矩阵。
29.根据权利要求26的处理系统，它还包括去掉所述的转换矩阵中的重复行的装置。
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