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图像序列色彩空间转换的方法 
    【技术领域】

    本发明涉及数字电影中的图像处理方法技术领域，特别是指一种图像序列色彩空间转换的方法。 

    背景技术

    2005年，由迪斯尼、福克斯、派拉蒙、华纳兄弟等几大电影制片公司组成的数字影院推进机构(DCI，Digital Cinema Initiatives)公布了一份名为《数字电影系统技术规范(V1.0)》的技术标准(简称DCI规范)，规范了数字电影的有关技术要求，使数字电影的制作、放映等环节有了统一的国际标准。DCI规范的视频图像格式指定了4K分辨率，采用XYZ色彩空间的12位灰度等级，并使用Motion JPEG200规范进行视频压缩，其数据传输速率达250Mbps。 

    和国外相比，我国的数字电影制作业发展相对落后，目前在国内能够进行数字电影编码制作的后期制作公司数量极少，且大多数公司制作的数字影片尚未达到DCI规范中对数字电影发行包必须是Motion JPEG200规范的要求。这主要是由于目前市场上已有的数字电影编码设备，在对符合DCI规范要求的电影片源(或称为数字电影发行母版(DCDM))进行编码处理时，效率极慢，往往无法满足影片制作周期的要求，因此后期制作公司只能退而求其次选择MPEG2规范来制作数字电影发行包。 

    其原因具体为：符合DCI规范要求的电影片源中的视频图像部分是一组有规则的图像序列，在对这组图像序列进行编码处理时，为了能够达到数字电影放映时投影机对影片色彩空间的要求，需要对数字电影发行母版中的图像序列进行色彩空间转换的处理，即将图像序列的色彩由RGB(RGB即红、绿、蓝三原色，每个像素由这三个值组成)转换为XYZ(XYZ匹配等能光谱的三刺激值，参见国际照明委员会CIE建立的“CIE1931标准色度观察者”)规范，然后再按照Motion JPEG200的规范进行压缩。而对图像序列进行色彩空间的转换处理时，即RGB转XYZ规范过程中，在进行伽马校正时运算过程时间消耗相当大，导致色彩空间的转换处理消耗时间相当大，从而使得数字电影编码处理时效率极慢。

    【发明内容】

    有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种图像序列色彩空间转换的方法，以缩短图像序列色彩空间转换时间，加快数字电影编码处理速度。 

    本发明提供的图像序列色彩空间转换的方法包括：从图像序列中依次提取各个图像，再提取每个图像的各个像素执行下述步骤： 

    a、确定所提取的当前像素的R、G、B值； 

    b、判断所述当前像素的R、G、B值与上一个像素的R、G、B值的差是否在设定范围内，若是，则将上一个像素的X’、Y’、Z’值替换当前像素的R、G、B值；否则执行下一步； 

    c、将所述当前像素的R、G、B值转换校正为R’、G’、B’值；再将R’、G’、B’值进行色彩空间转换为X、Y、Z值；再将X、Y、Z值转换校正为X’、Y’、Z’；将X’、Y’、Z’替换当前像素的R、G、B值； 

    其中，整个图像不同部分的像素采用多台处理设备分别处理、和/或整个图像序列中的不同段序列采用多台设备分别进行处理。 

    可选的，步骤b所述设定范围为零。 

    较佳的，步骤b所述设定范围可调整。 

    可选的，步骤b前进一步包括：确定人眼对当前像素所对应颜色敏感度的高低；所述设定范围可调整包括：根据敏感度的高低，降低或增大所述设定范围。 

    可选的，步骤b前进一步包括：确定人眼对当前像素关注度的大小；所述设定范围可调整包括：根据关注度大小，降低或增大所述设定范围。 

    其中，所述确定人眼对当前像素的关注度大小是根据所述像素距离图像中心位置的近远程度确定。 

    可选的，步骤c将所述当前像素R、G、B值转换校正为R’、G’、B’值，和/或将X、Y、Z值转换校正为X’、Y’、Z’是根据查表方式进行转换校正。 

    可选的，步骤c将所述当前像素R、G、B值转换校正为R’、G’、B’值是采用下述转换公式： 

     $R^{\′}=\mathrm{INT}[L*{\left(\frac{R}{M}\right)}^N]$

     $G^{\′}=\mathrm{INT}[L*{\left(\frac{G}{M}\right)}^N]$

     $B^{\′}=\mathrm{INT}[L*{\left(\frac{B}{M}\right)}^N];$

    将所述R’、G’、B’值进行色彩空间转换为X、Y、Z值是采用下述公式： 

     $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ X\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}a& b& c\\ d& e& f\\ g& h& i\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{R}^{\′}\\ G^{\′}\\ B^{\′}\end{array}\right];$

    将X、Y、Z值转换校正为X’、Y’、Z’值是采用下述公式： 

     $X^{\′}=\mathrm{INT}[M*{\left(\frac{X}{L}\right)}^{1/N}]$

     $Y^{\′}=\mathrm{INT}[M*{\left(\frac{Y}{L}\right)}^{1/N}]$

     $Z^{\′}=\mathrm{INT}[M*{\left(\frac{Z}{L}\right)}^{1/N}];.$

    其中，L表示最高亮度值，M和N为经验值，a、b、c、d、e、f、g、h和i为修正系数。 

    由上可以看出，本发明的提供的方法通过判断当前像素值与上一个像素值的差在设定范围内时，直接取上一个像素的X’、Y’、Z’值作为本像素的X’、Y’、Z’值，省略复杂的伽马校正运算的处理过程，有效提高了对图像序列的处理速度，缩短了数字电影编码处理时间。 

    其中，步骤b所述设定范围可为零，即仅在当前像素的R、G、B值和上一个像素的R、G、B值相同时才直接取上一个像素的X’、Y’、Z’值作为本像素的X’、Y’、Z’值，有效保证了色彩值0‑255均有对应的转换校正后的值，因此不会出现图像序列色彩丢失、图像文件损坏的问题。 

    另外，步骤b所述设定范围还可调整，以根据用户的需要增大或减少，以使应用较为灵活，例如应用于清晰度较高的情况(如大屏幕高清电视，分辨率较高要求的清晰度高)则设定范围调整为较小，若应用于清晰度稍低的情况(如应用于小屏幕显示设备，如MP4，分辨率较低故要求的清晰度相对较低)，则设定范围调试为较大，相应的图像序列的处理速度也较快。 

    较佳的，可以根据人眼对当前像素所表示的颜色的敏感度高低降低或增大所述设定范围，从而实现对图像序列的处理速度的动态调整，可以实现对应敏感度高的颜色色彩保持划分细节，对于敏感度低的色彩颗粒划分相对较粗。以实现即保证人眼观看的效果，又可以实现较快的处理图像序列的处理速度。 

    较佳的，可以根据人眼对当前所述像素的关注度大小降低或增大所述设定范围，从而实现对图像序列的处理速度的动态调整，可以实现对应关注度高的像素保持划分细节，对于关注度低的像素颗粒划分相对较粗。以实现即保证人眼观看的效果，又可以实现较快的处理图像序列的处理速度。 

    其中，可以根据所述像素距离图像中心位置的近远程度确定人眼对当前所提取像素的关注度大小，像素位于图像中心，则眼睛关注度最大，像素越靠近图像边或角，眼睛关注度越小。以减少对用户观看的影响。 

    另外，可以根据查表方式进行转换校正，可以进一步缩短图像序列的处理时间。 

    而且，可以同时使用多台处理设备分别处理整个图像不同部分的像素，或者对整个图像序列中的不同段序列分别进行处理，从而达到并行处理的目的，这样整个图像序列的处理周期将会缩短更多。 

    【附图说明】

    图1为本发明图像序列色彩空间转换流程图。 

    【具体实施方式】

    当对数字电影发行母版中的图像序列进行色彩空间转换的处理时，从图像序列的中依次提取每个图像文件，针对每个图像文件，参见图1所示的本发明图像序列色彩空间转换流程，依次对提取的该图像文件的每个像素执行下述步骤： 

    步骤101：确定当前所取像素的R、G、B三个值，并进行缓存。 

    即从图像序列中选取一张图像文件，然后从该图像文件中读取每个像素的R、G、B值，并将这三个值保存在三个变量值中。 

    步骤102：判断所述当前像素的R、G、B值和上一个像素的R、G、B值是否相同，若是，则执行步骤103，否则执行步骤104。 

    步骤103：将上一个像素的三个值X’、Y’、Z’赋给本像素的X’、Y’、Z’值，并保存回图像文件的本像素中，覆盖本像素的原R、G、B值；并跳转到步骤108。 

    由于在同一副图像中某个范围内图像像素值会完全一样，比如：具有蓝天白云、黑夜等场景的图像中，大面积的图像像素值是完全一样的，故当判断出某像素的R、G、B值和上一个像素的R、G、B值相同时直接取上一个像素的X’、Y’、Z’值作为本像素的X’、Y’、Z’值，省略步骤103～107的处理过程，有效提高了对图像序列的处理速度。 

    步骤104：对所述R、G、B值进转换校正处理，生成校正后的三个值R’、G’、B’。 

    其中，转换校正所所采用的转换公式如下所示： 

     $R^{\′}=\mathrm{INT}[L*{\left(\frac{R}{M}\right)}^N]$

     $G^{\′}=\mathrm{INT}[L*{\left(\frac{G}{M}\right)}^N]$

     $B^{\′}=\mathrm{INT}[L*{\left(\frac{B}{M}\right)}^N]----\left(1\right)$

    上式(1)中，L表示最高亮度值，M、N为经验值，可根据用户需求自定义，INT运算符表示返回分数部分需要进行取整运算。 

    不难理解，也可以预先根据上式(1)计算出各个值的校正值，并存在缓存中的一个数据组中，作为RGB转换校正表表，本步骤通过查表的方式完成转换校正处理，即分别针对所提取的R、G、B查找RGB转换校正表，从该RGB转换校正表中分别查找当前R、G、B各自对应的转换校正后的三个值R’、G’、B’。这样可以节省每个像素进行转换校正的时间。 

    步骤105：对由步骤104取得的三个值R’、G’、B’进行色彩空间转换，获得X、Y、Z三个值。其中，转换公式如下： 

     $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ X\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}a& b& c\\ d& e& f\\ g& h& i\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{R}^{\′}\\ G^{\′}\\ B^{\′}\end{array}\right]----\left(2\right)$

    上式(2)中，a、b、c、d、e、f、g、h、i为修正系数，取值范围在0至1之间，可根据用户需求自定义。 

    步骤106、分别针对步骤105转换得到的X、Y、Z进行转换校正，生成校正后的三个值X’、Y’、Z’。 

    其中转换校正运算所采用的转换公式如下： 

     $X^{\′}=\mathrm{INT}[M*{\left(\frac{X}{L}\right)}^{1/N}]$

     $Y^{\′}=\mathrm{INT}[M*{\left(\frac{Y}{L}\right)}^{1/N}]$

     $Z^{\′}=\mathrm{INT}[M*{\left(\frac{Z}{L}\right)}^{1/N}]----\left(3\right)$

    上式(3)中，L表示最高亮度值，M、N为经验值，可根据用户需求自定义，INT运算符表示返回分数部分需要进行取整。 

    不难理解，也可以预先根据上式(3)计算出各个值的校正值，并存在缓存中的一个数据组中，作为XYZ转换校正表，本步骤通过查表的方式完成转换校正处理，即分别针对所提取的X、Y、Z查找XYZ转换校正表，从该XYZ转换校正表中分别查找当前X、Y、Z各自对应的转换校正后的三个值X’、Y’、Z’。这样可以节省转换校正的时间。 

    步骤107：将步骤106计算得到的三个值X’、Y’、Z’保存回原始图像文件中，覆盖原像素的R、G、B值。 

    步骤108：至此，已经完成了对一个像素的处理过程。则进一步判断是否已处理到最后一个像素，若是，则结束，否则返回步骤101，进行下一个像素的处理。 

    按照上述方式，依次处理一个图像的各个像素，之后继续处理图像序列中的下一个图像文件，直到整个图像序列全部处理完毕。 

    经实验，采用上述方法二制作的转换模块集成到数字电影编码设备中，可以使数字电影编码设备对图像处理的效率提高10～20倍以上。 

    另外，对于上述步骤102，当对颜色的要求不高时，判断当前像素值与上一个像素值的差在设定范围内(即颜色变化非常不明显)时，同样执行步骤103，也可以在不影响人观看的效果下，进一步提高处理速度。 

    对于上述像素值的差的设定范围，进一步的，由于人眼对不同颜色的敏感度不同，还可以该根据不同的敏感度建立不同的权值，敏感度大的颜色对应的像素值权值小，敏感程度小的颜色对应的像素值权值大，通过权值调整上述的像素值差的设定范围，例如可以以加数的方式存在，去与所述设定范围值相加。从而实现当前像素为人眼敏感颜色区域，使得与上一个像素值的差的设定范围内小；而当前像素为人眼非敏感颜色区域时，则与上一个像素值的差的设定范围内大。这样可以实现动态的去判断是否去执行步骤103，可以实现人观看的效果下，又提高了处理速度。其中权值可以为负数，其大小的确定可以通过实 验获得。 

    对于上述像素值的差的设定范围，进一步的，由于人眼睛对视野内不同位置不同关注度的原因，对像素进行处理时，也可以根据像素到图像中心(假设为人眼睛关注度最高的位置)的位置的远近建立权值的大小，所述权值的大小与所述像素位置有关，而像素位置与眼睛关注度大小相关，即像素位于图像中心，则眼睛关注度最大，权值较小，像素越靠近图像边或角，眼睛关注度越小，权值越大。同样可以以加数的方式存在，去与所述设定范围值相加。从而实现当前像素处于人眼关注度高位置时，使得与上一个像素值的差的设定范围内小；而当前像素处于为人眼关注度低位置时，则与上一个像素值的差的设定范围内大。这样可以实现动态的去判断是否去执行步骤103，可以实现人观看的效果下，再次提高了处理速度。其中权值可以为负数，其大小的确定可以通过实验获得。 

    上述权值虽然已求和的方式为例，不难理解，也可以为差值、或比例系数等。 

    不难理解上述对像素值的差的设定范围内的动态调整的两种方法可以单独使用，也可以结合使用。 

    另外，对于本发明提供的方法，可以同时使用多台处理设备分别处理整个图像不同部分的像素，或/且对整个图像序列中的不同段序列分别进行处理，从而达到并行处理的目的，这样整个图像序列的处理周期将会缩短更多。 

    以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。