图像信号处理方法和图像信号处理装置 【技术领域】
本发明涉及一种用于输出彩色图像的图像信号处理方法和图像信号处理装置。
背景技术
近来，在处理彩色图像的器件中降低成本和提高处理速度迅速地发展，并且与其同步地，多种处理彩色图像的系统迅速地得到广泛地使用，所述系统诸如通过网络交换彩色图像数据的系统或用于借助于计算机执行包括彩色图像数据的编辑操作的台式印刷系统，所述网络诸如因特网。
处理彩色图像的器件依赖于器件的种类而在可表达的色彩或灰度的输入/输出特性上不同，使得如果在不同种类的器件之间简单地交换彩色图像数据，则所再现的色彩从一个器件到另一个变得不同。例如，如果当在监控器上显示的图像作为在打印机上的硬拷贝被输出时，可以在监控器上表示的色域与可以在打印机上表示的色域不同，则这可能发生在监控器上表示地图像的色彩与由打印机作为硬拷贝输出的图像的色彩不同。
由于大量种类的处理彩色图像的系统已经投入实际使用，因此，所谓的与器件无关的色彩的思想已经变得重要，在这种思想中，可以在系统上的不同种类的器件之间再现相同色彩的彩色图像。实现与器件无关的色彩的系统一般被称为色彩管理系统，其代表性的示例是MacOS的Colorsync或Windows的ICM。
在所述色彩管理系统中，通过匹配输入/输出器件的色彩信号的物理色度值来实现与器件无关的色彩。具体上，根据器件简档，来自诸如摄像机61、扫描器62和监控器63的输入器件的输入图像的色彩信号被转换为在与器件无关的色彩空间(例如，CIE/XYZ、CIE/L*a*b*)中的色彩信号，如图1所示，其中所述器件简档的色域转换方程或色域转换表已经对于逐个器件被定义。当从诸如监控器63或打印机64的输出器件输出色彩信号时，这些色彩信号根据器件简档被转换为在与所述器件相关联的色彩空间中的彩色图像信号，所述器件简档具有对于逐个器件定义的色域改变方程或色域转换表。
因此，如果对于色彩管理系统，色彩信号被从输入系统的输入图像色彩信号转换为输出系统的输出彩色图像信号，则根据器件简档，输入的图像色彩信号被一次转换为在与器件无关的色彩空间中的色彩信号，以用于实现与器件无关的色彩，如图2所示。同时，所述器件简档是这样的文件，其中已经定义了色域改变方程或色域转换表。换句话说，所述器件简档是这样的器件，其中存储了根据所述器件的色彩信号值(例如RGB或CMYK)和由例如色度计(例如XYZ或L*a:b*)测量的色值之间的关系而计算的一组参数。
如果在一个器件的色彩信号值和通过这些色彩信号值获得的图像的色值之间的关系是非线性的，就像在打印机中那样，则常规的做法是使用查找表(LUT)作为器件简档。
通过控制着色剂青色(c)、品红(m)和黄色(y)以及黑色(k)的沉积数量来实现在彩色打印机中的彩色打印。但是，在用于每个指定的打印机类型的控制接口中，尤其是通过一般使用的机器类型或应用而接收的用于打印的色彩信号大多不是cmy(k)，而是RGB信号。因为诸如数字照相机的图像输入设备、诸如显示监控器的输出设备或应用软件通常处理以RGB表示的色彩，因此使用RGB命令来用于打印也自然方便。应当注意，所述控制接口指的是工作在与打印机分离的、诸如个人计算机的计算器件上的所谓的打印机驱动软件、工作在被安装在打印机的主体单元内的计算器件上的固件或在打印机的主体单元内的电子电路，并且表示用于将输入的用于打印的色彩信号转换为用于指定的打印机的控制信号的处理器。RGB固有地是器件信号，诸如监控器或摄像机的信号。近来，随着在sRGB色彩空间中的标准编码[IEC61966-2.1]得到广泛地使用，接收这些数据的不同类型的打印机的控制接口现在能够进行大体相同的翻译。但是，可以以打印机再现的色域在局部比以sRGB色彩空间的编码限定的色域要宽，因此如果打印机接收以sRGB编码的信号，则不能充分利用打印机的色彩再现能力。
另一方面，在日本广泛使用的DCF版本1.0[JEIDA-49-2-1998]中，示出了用于以与sRGB色彩空间唯一地相关联的YCC(亮度色度分离色彩空间)来编码图像数据的指南。如果在未限定到sRGB的色域的YCC中照相机也记录了在sRGB色域之外的数据，并且如果在进行所记录的YCC的色彩转换以用于打印机输出中色彩数据在sRGB色彩空间中被一次编码，则不能充分地利用通过照相机记录的数据。因此，在具有用于从照相机或记录介质直接读取由例如数字照相机拍摄的图像数据的接口的打印机中，试图根据唯一的翻译来对以YCC记录的数据进行色彩转换，所述唯一的翻译例如通过在打印机内的处理中允许在sRGB色彩空间中负值而扩展色域。但是，当照相机的拍摄图像数据经由例如应用软件被发送到在个人计算机中的打印机驱动器上时，应用软件和打印机驱动器必须对于色域的扩展进行共同的翻译。因此，使用标准色彩空间是有效的，所述标准色彩空间扩展sRGB色彩空间的色域以便使能该编码，例如sYCC，所述标准色彩空间例如IEC61966-2.1 AnnexG，对于它的标准化当前正在IEC中进行，就像在(用于数字照相机的)Exit2.2标准图像文件格式标准版本2.2中一样。
但是，如果可以编码的色域被扩展以加上在色域之外的信息，则在色域内的信息量相对减少。如果使用同一数据量来通过sRGB和sYCC编码三个信道的信号，则在接近在自然图像中以较大数量包含的非彩色的、感觉相同的色彩空间的部分中，sYCC的视觉信息的密度较低。为了示出这个示例，图3描绘了在CIELAB色彩空间的色度图上以用于sRGB/sYCC两者的信息量编码的值的L*＝50±5的色域。这导致了灰色平衡的破坏、伪轮廓和灰度的毁坏，因此使得图像质量变差。注意，当根据sRGB/sYCC均匀地抽取以8[比特/信道]编码的值时，形成4[比特/信道]的信息。
同时，在色彩管理系统中，用于匹配在不同器件中的色度值的器件简档以在器件信号值(例如RGB或cymk)和色值(例如XYZ或L*a*b*)之间的关系说明器件色彩再现特性。在诸如打印机的器件的情况下，这个关系通常以查找表的形式来表达。
另一方面，如果打印机控制接口将输入信号(例如RGB或cymk)的用于打印的数据转换为在例如工作在例如个人计算机上的打印机驱动软件中的打印机控制信号(例如cymk)，则考虑到目标打印机的色彩再现能力而从开始准备的适当的LUT被引用以执行色彩空间转换计算。因为LUT影响色彩的再现能力，因此最好使用具有大量格点并且因此具有较高密度的LUT，以便获得高精度的色彩再现结果。如果考虑到记录介质的存储容量，则需要以有限数量的格点来准备LUT。在用于准备LUT的上述方法中，即使在诸如a*或b*的色度方向上进入器件色域的LUT的格点的数量小，也要通过等分来计算格网位置，因此将器件信号和在色域中的色彩信号相关联的信息的数量小，结果导致色彩再现能力不太好。
为了克服这种不足，本受让人在日本专利申请2000-340456的说明书和附图中已经提出了一种色彩校正处理方法，其中LUT的网格不是均匀的间隔，并且使用通过应用适当的S函数而获得的非线性位置来降低在灰色区域附近的网格密度。
本发明的一个目的是提供一种图像信号处理方法和图像信号处理装置，其中用于增进效率的这个技术不是被应用为了该打印数据而由转换处理系统所引用的LUT，而是被应用到打印数据本身以使得有可能在宽色域中局部控制编码密度，以便改善色彩再现质量。
【发明内容】
按照本发明，输出到打印机和在YCC色彩空间(亮度色度分离色彩空间)中发送的色彩信号被转换为非线性形式，并且被编码以使得有可能在宽色域中局部控制编码密度，以便改善色彩再现质量。
即，按照本发明，当被编码的色彩信号被从信号形成单元接收，并且被发送到信号翻译单元时，在被转换为非线性形式的YCC色彩空间中执行编码，其中所述被配置信号形成单元来编码用于打印的色彩信号，所述信号翻译单元被配置来将所述信号转换为用于打印机的打印控制命令。
在一种图像信号处理方法中，按照本发明，当亮度色度分离空间YCbCr的输入图像数据被编码为用于打印的图像数据时，通过非线性函数f(c)非线性转换处理色度Cb、Cr，以便产生用于打印的图像数据YCb’Cr’。
在一种图像信号处理方法中，按照本发明，通过非线性函数f(c)的反函数f’(c)来非线性转换处理打印图像数据YCb′Cr′，所述图像数据YCb′Cr′是通过亮度色度分离空间YCbCr的图像数据的色度Cb、Cr的非线性函数f(c)的非线性转换处理而被获得的，所述非线性函数f(c)的反函数f’(c)的非线性处理用于应用色彩空间转换处理，以匹配输出器件的色彩空间，以便将用于打印的图像数据YCb’Cr’转换为用于打印输出的图像数据。
在一种图像信号处理方法中，其中当亮度色度分离空间YCbCr的输入图像数据被编码为用于打印的输入图像数据时，通过非线性函数f(c)非线性转换处理色度Cb、Cr，以产生用于打印的图像数据YCb’Cr’。这些用于打印的图像数据YCb’Cr’被非线性函数f(c)的反函数f’(c)非线性转换处理，以执行与输出器件的色彩空间匹配的色彩空间转换，于是将用于打印的图像数据YCb’Cr’转换为用于打印输出的图像数据。
按照本发明的一种图像信号处理装置包括：非线性转换处理部件，用于在将在亮度色度分离空间YCbCr中的输入图像数据编码为用于打印的图像数据的过程中，通过非线性函数f(c)来对色度Cb、Cr进行非线性转换处理，其中输入的图像数据YCbCr被非线性转换处理部件转换为用于打印的图像数据YCb’Cr’。
按照本发明的一种图像从处理装置包括：非线性转换处理部件，用于通过非线性函数f(c)的反函数f’(c)向用于打印的图像数据YCb’Cr’应用非线性转换，所述用于打印的图像数据YCb’Cr’是通过经由非线性函数f(c)对亮度色度分离空间YCbCr的图像数据的色度Cb、Cr进行非线性转换而被获得的；以及色彩空间转换处理部件，用于应用色彩空间转换处理以匹配输出器件的色彩空间，据此用于打印的图像数据YCb’Cr’被转换为用于打印输出的图像数据。
按照本发明的图像信号处理装置包括：用于产生用以打印的图像数据的部件，该用于产生用于打印的图像数据的部件在将在亮度色度分离空间YCbCr中的输入图像数据编码为用于打印的图像数据的过程中，通过非线性函数f(c)来对色度Cb、Cr进行非线性转换处理以产生用于打印的图像数据YCb’Cr’；以及转换处理部件，用于通过非线性函数f(c)的反函数f’(c)向由用于产生用以打印的图像数据的部件所产生的、用于打印的图像数据YCb’Cr’应用非线性转换，并且该转换处理部件用于向用于打印的图像数据应用与输出器件的色彩空间匹配的色彩空间转换处理，以将用于打印的图像数据YCb’Cr’转换为用于输出打印的图像数据。
通过下面参照附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的其他目的和具体优点将会变得更加清楚。
【附图说明】
图1示出了色彩管理系统的概念。
图2示出了用于实现与器件无关的色彩的处理的流程。
图3示出了色彩压缩的技术。
图4是示出实现本发明的图像信号处理装置的结构的方框图。
图5示意性地示出了在实现本发明的图像处理装置中的图像形成单元和cmyk转换器中执行的处理的内容。
图6示出了在非线性处理中使用的非线性函数，它被应用来在实现本发明的图像信号处理装置中提高在非彩色附近相对于色度Cb和Cr的灰度分辨率。
图7示出了当在应用如图3所示的非线性函数f(c)的情况下改变密度时、在实现本发明的图像信号处理装置中编码色度Cb和Cr的结果。
【具体实施方式】
现在，参照附图来详细说明本发明的一个优选实施例。
本发明被应用到例如图4所示的图像处理装置100。这个图像处理装置100包括图像处理应用程序11和打印机驱动器12，它们都工作在个人计算机10上。
图像处理应用程序11包括YCC图像数据读出单元1和YCC图像形成单元2。YCC图像数据读出单元1通过USB接口21从数字照相机30或存储卡40读取符合(例如)DCF版本1.0[JEIDA-49-2-1998]的图像数据文件，并且按YCbCr 4:2:2或YCbCr 4:2:0内插采样像素，用于从一个像素到下一个像素获得YCbCr的色彩数据(8比特/信道)。另一方面，YCC图像形成单元2将通过这个YCC图像数据读出单元1获得的YCbCr(8比特/信道)的色彩数据转换为用于打印的YCC(8比特/信道)，以便向打印机驱动器12传送该信息。
YCC色彩空间在此符合sYCC(诸如当前在IEC中正在被标准化的IEC61966-2.1 Annex G)。
打印机驱动器12包括cmyk转换器3、半色调单元4和控制命令翻译单元5。cmyk转换器3接收由YCC图像形成单元2准备的用于打印的YCC信息，以便将所接收的信息转换为cmyk(8比特/信道)图像数据，而半色调单元4向通过cmyk转换器3的转换获得的cmyk图像数据应用半色调处理(转换为每个像素每个CMYK两个比特的处理)。控制命令翻译单元5向由半色调单元4处理的cmyk图像数据应用控制命令翻译处理以产生用于命令图像数据打印的打印机控制命令。控制命令翻译单元5经由USB接口22向打印机50发送所产生的打印机控制命令。
打印机50按照所述打印机控制命令来执行打印。
在当前图像处理装置100中，YCC图像形成单元2和cmyk转换器3执行图5所示的处理。
即，在图像数据处理期间，YCC图像形成单元2将所接收的图像数据的YCbCr(8比特/信道)信号转换为用于打印的YCC信号。虽然此时Y保持不变，但是色度Cb、Cr通过非线性函数f(c)被转换，如图6所示，用于提高在非彩色附近的灰度分辨率，并且所产生的图像数据YCb′Cr′的每个以8比特被编码，然后被发送到cmyk转换器3。
所使用的非线性函数f(c)可以是在下面方程(1)中所示的非线性函数f(x)：
0≤x＜128
f(x)=-128×log(1+k×(128-x))log(1+k×128)+128]]>
128≤x＜255
f(x)=127×log(1+k×(x-128))log(1+k×127)+128]]>
(1)
其中k是系数log是自然对数。
非线性函数f(x)可以通过下面的一般公式(2)来表达：
0≤x＜2n-1
f(x)=-2n-1×log(1+k×(2n-1-x))log(1+k×2n-1)+2n-1]]>
2n-1≤x＜2n-1
f(x)=2n-1-2n-1×log(1+k×(x-2n-1))log(1+k×(2n-1-2n-1))+2n-1]]>
(2)
其中n是用于编码x的比特的数量。
在开始图像数据处理之前执行的初始化处理期间，YCC图像形成单元2将上述方程确定为非线性函数f(c)，并且通过其反函数f’(c)形成数值表，并且向cmyk转换器3发送所述数值表。所述表列表以8比特显示0-256的256级的转换结果。
在初始化处理期间，cmyk转换器3形成三维LUT(查找表)，其中布置了从YCC图像形成单元2接收的、与用于打印的YCC信号对应的打印机50的cmyk信号。cmyk转换器3参照从YCC图像形成单元2接收的表格以便将通过对YCC轴(0-255)的每个进行(N-1)等分而获得的N×N×N个格点上的Cb和Cr分别转换为Cb`和Cr`。在预先记录的三维LUT中，与sYCC对应的打印机50的cmyk信号(8比特/信道)被布置在N×N×N个格点中。在三维LUT的同一Y平面上的格点被作为二维LUT参照，以便通过内插计算来计算与Y、Cb`和Cr`对应的c、m、y和k的值，并且记录所计算的值。在图像数据的处理期间，从YCC图像形成单元2接收的用于打印的YCC信通过诸如线性内插的内插计算逐个像素地被转换为打印机50的cmyk信号(8比特/信道)，同时参照在初始化时准备的三维LUT。
图像处理应用程序11和打印机驱动器12不在个人计算机10上而在其他设备中或打印机50中的计算单元或电子电路中执行类似的操作是足够的。
在其中打印机驱动器12不一定与YCC输入符合的配置中，期望区别打印机驱动器12是否与图像处理应用程序11中的YCC输入符合，并且当打印机驱动器只与RGB符合时省略上述处理，在这种情况下，YVV被转换为RGB并且被输出。如果打印机驱动器12与YCC输入符合但是不一定与上述的非线性码符合，则查看打印机驱动器12是否与图像处理应用程序11中的非线性码符合，并且如果查看结果是否定的，则期望省略对应于非线性转换的上述处理部分。
对于在图像形成单元2中的非线性转换，可以使用提前准备的表格而不是所述方程。
从图像处理应用程序11向打印机驱动器12发送的非线性函数f(c)的参数不必是上述数值表，并且如果确定所述非线性特性通过YCC图像形成单元2和cmyk转换器3由共同的预定数值方程表达，则可以使用所述数值方程的参数。如果对于YCC图像形成单元2和cmyk转换器3预先假定了多个共同的固定非线性函数f(c)，则可以使用表示所述选择的指数。如果cmyk转换器3具有指定的内在非线性函数，则可以由图像形成单元2通过从cmyk转换器3装入来获取表示非线性特性的数值表、数字参数或指数。如果预先假定了对于YCC图像形成单元2和cmyk转换器3共同的固定唯一非线性函数f(c)，则不必发送所述参数。
对于从图像处理应用程序11向打印机驱动器发送的非线性函数f(c)的信息，如果YCC图像形成单元2产生和发送要应用到图像数据的非线性函数f(c)的参数，并且cmyk转换器3计算对应于反函数f’(c)的转换则是足够的，而不需要YCC图像形成单元2产生和发送由YCC图像形成单元2应用到图像数据的非线性函数f(c)的反函数f’(c)的参数。
由图像处理应用程序11向打印机驱动器12发送的非线性函数f(c)的参数不必是如上所述由YCC图像形成单元2唯一地从非线性函数f(c)的反函数f’(c)确定的，而可以被调整来有意地作用于打印结果。
同样可能的是，独立地发送参数和应用所发送的参数而不应用对Cb和Cr共同的非线性特性。
在色度轴上非线性的函数f(c)不必与作为边界的非彩色点(Cb＝Cr＝128)垂直对称，如图3所示，而是可以是不连续的，如图6中的点划线所示。
非线性编码可以被应用到不仅Cb、Cr而且可以应用到Y。
cmyk转换器3不必在初始化时根据非线性YCC格点来形成LUT，而可以在处理图像数据时使用sYCC的偶数格点的预先记录的LUT作为基准，对所接收的图像数据的YCC的非线性特征进行逆转换，并且通过内插计算来转换所述结果。
由图像处理应用程序11向打印机驱动器12发送的图像数据不必是通过YCC编码的三个像素信道的值，而也可以是可以引用YCC色彩空间的指数值。
存在这样的情况：其中在图像处理应用程序11的YCC图像形成单元2的预先级中执行用于调整在YCC色彩空间中的色彩或亮度的处理。YCC图像数据读出单元1可以从未示出的设备或网络读取图像数据，或者YCC图像数据读出单元1可以被省略，其中这种情况下，在图像处理应用程序11中产生YCC图像。
以这种方式，可以通过将YCC图像数据的色度分量转换为非线性分量和以适当改变的编码密度发送所述分量来在色彩空间中局部改善色彩再现能力。图7描绘了以与图3相同的方式在作为均匀的色差空间的CIELAB色彩空间的色度图上以YCC4[比特/信道]的信息量编码的值的L*＝50±5的范围。具体上，图7示出了通过将非线性函数f(c)应用到Cb和Cr的每一个以改变密度而获得的编码结果。可以看出，在非彩色点附近的密度变高。通过特别提高非彩色点或皮肤色彩附近的密度，有可能改善自然图像的色彩再现能力。
产业上的应用性
按照本发明，如上所述，可以通过转换YCC图像数据的色度分量和发送所述分量以用于适当改变编码密度来局部改善在色彩空间中的色彩再现能力。