用色度钳位方法实现的低成本高精度全息3D电视技术一、技术领域本发明属于数字全息3D电视技术领域，但是它是以色度分析为基础而发明的一种高效、精确的全新的3D电视技术，而不是传统的基于光的相干原理的全息技术，因而避免了传统全息3D技术的固有缺陷。本发明的主要应用领域是由CCD图像传感器为代表的电视图像输入设备和显示设备(例如TFT-LCD显示器及“DMD-SLM”等)组成的3D全息图像系统，例如3D电视广播、手机移动通讯及星际通讯等各种二维和三维图像应用系统。本发明为前述各类实用系统的软件生产和硬件制造提供了一种通用的完全创新的、具有高效和精确特点的技术支持途径。二、
背景技术：
3D电视大体上可分为助视/光栅3D电视和真3D电视两大类，前者存在立体观看的视觉疲劳问题，尤其是对于小孩和老人的健康是有害的，真3D电视则完全没有这样的缺点，所以数字全息3D电视被公认为最理想的3D电视技术。然而，由于受到现有显示设备分辨率的限制，主要还是因为真3D电视技术还存在一些技术难点没有得到解决以及技术复杂度高而产生的高成本问题，加之图像信息量庞大，所以到目前为止数字全息3D电视并未进入普通消费者的家庭，本发明的主要目标就是创造一种简单、价廉、显示质量好的易于为广大用户接受的新型数字全息3D电视系统。所谓全息，是指光波的全部信息，这里是指光波的振幅和相位信息，传统的全息技术是根据光的干涉原理、利用参考光波把物光波的振幅和相位信息同时都记录在图像介质中，当用光波照射记录介质时，根据衍射原理就能够重现原始的物光波，当人眼接受到不失真的物光波的全部信息时，双眼就会产生视差，便看到了具有立体感的物体。问题是：由于参考光波的加入却带来了种种弊端，由于激光的强相干性，在拍摄过程中，要求各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保持不变，这实际意味着技术难度的提高和生产成本的明显增加，再加上相干噪声也很严重，进一步加大了技术难度。为了克服传统激光全息电视存在的这些问题，我们在国际申请号为PCT/CN2011/000327的专利申请中，给出了一种《按色度和视觉保真原则传送及显示图像的方法》，而按色度和视觉保真原则显示的图像本质上是在给出被显示光波振幅和相位信息的基础上所产生的图像，即给出了来自被摄物体光波的全息信息，该方法不需要额外附加的参考光波就可以记录物光波的全息信息，这是一种和激光全息技术不同的全息显示方法，对已有种类的显示器普遍适用，只要该类显示器具有足够的反差和清晰度，就能够用于3D电视图像的显示。然而，显示器所显示的图像是来自于摄像机拍摄的场景信息，如果电视摄像机不能给出颜色光波的全息信息，或者仅仅以光波强度为基础给出二维图像信息，那么，即令显示器具有显示全息图像的功能，也不能产生具有足够立体感觉的三维图像。在我们的国际申请号为PCT/CN2011/000327的发明专利申请中，摄像机拍摄的颜色RGB是利用传统的、标准的RGB-XYZ矩阵方程式算出输入颜色的三刺激值XYZ，即没有按照全息原理对拍摄的颜色RGB进行处理，这样做的好处是：继续使用已有的输入设备进行拍摄输出，为更新设备留下足够的过渡时间；但是，传统的RGB-XYZ标准矩阵方程式无视“红移”现象对三基色计算的影响，无视三基色衰减速率的差异，从电视系统的源头上输出了已经受到损害的光波信息，这就给传统的电视系统带来了先天性的色度学误差，再者，电视摄像机纪录的只是光波的强度信息，而丢失了光波的相位信息，因而使得摄相机的颜色识别能力大大下降。如果用某种方法根据摄像机拍摄的RGB数值把颜色的全息信息有效地提取出来，那么，它就可以和《按色度和视觉保真原则传送及显示图像的方法》联合起来，成为一种实现数字全息3D电视系统的通用方法，本发明提供了这样的方法。本发明使用CCD摄像机采集和记录物光波的全息信息，采用大众化的TFT-LCD电视显示设备或者DMD空间光调制器构成数字全息3D电视系统，所以本发明将重点阐述用CCD摄像机拍摄和记录物光波全息信息的方法，作为本发明的最佳实施例，把本发明作为全息3D图像信息的输入部分、把我们在国际申请号为PCT/CN2011/000327的专利申请中叙述的《按色度和视觉保真原则传送及显示图像的方法》作为全息3D图像全息信息显示部分，构成一种完整的、具有通用性的数字全息3D电视系统，这里所说的通用性主要体现在：1)本发明对于CCD/CMOS图像传感器获得的物光波RGB依据同样的原理和方法进行全息处理；2)本发明对于“TFT-LCD”，“DMD-SLM”等显示设备都是适用的；3)本发明能够方便地适应不同消费层次的用户，在实验室或者军事领域，可以选用高档的显示设备，普通用户可以选用廉价的“TFT-LCD”类型的显示设备；4)这种方法简单易行、精确性好，加之图像信息量大大降低，处理速度快，非常有利于降低成本和数字全息电视的广泛普及。三、
技术实现要素：
声明：本说明书中出现的数学模型采用统一的命名和标示符号，为了避免不必要的重复解释，只在该数学符号首次出现的时候才注明含义，敬请注意。基本原理：数字全息信息记录原理：用CCD摄像机拍摄的景物光波是RGB颜色强度信息，但RGB丢失了物光波的相位信息，本发明采用色度解析方法从拍摄的RGB颜色信息中把物光波的振幅信息和相位信息提取出来，提高了CCD摄像机的的分辨率，达到了用CCD摄像机记录物光波全息信息的目的。数字全息3D图像再现原理：利用TFT-LCD液晶空间光调制器或者DMD反射式电寻址空间光调制器都可以实现数字全息3D图像再现，它是利用显示三维图像的全息显示方程达到这个目标的。本发明之所以能够把一个具有创新特点的、非激光的数字全息3D电视系统建立起来，在于发明了如下所述的关键性技术：1.一种为标定CCD电视摄像机的工作状态而设计的反射式标定色靶特征：反射式色靶，例如用照相纸制作的反射式色靶，为了使摄像机色靶和电视显示器标定色靶产生良好的色域映射关系，靶面上样本色的分布规律要做到完全对应一致。1)色靶的结构：色靶上的颜色样本包括：(1)单色的三基色梯尺：从最小值0到最大值255之间把驱动数值设定为21级或者41级，即让梯级数i＝21或41，对于电视摄像机来说，就是在制作色靶时，让三基色rgb的21个数字输入数据dri、dgi、dbi都是：0.00，12.75，25.50，38.25，51.00，63.75，76.50，89.25，102.00，114.75，127.50，140.25，153.00，165.75，178.50，191.25，204.00，216.75，229.50，242.25，255.00；(2)二次颜色样本：它们是用(dr255+dg255)、(dr255+db255)、(dg255+db255)三个数字输入数值生成的三个二次色；(3)三次颜色样本：它们是用具有相同(dri+dgi+dbi)驱动数值、从0到255顺序显示的灰色样本序列；2)对色靶上样本颜色的拍摄：按照标准规定的环境和D65照明条件拍摄样本颜色的RGB值；因为摄像机从色靶上拍摄的颜色数值是RGB色空间数据，所以摄像机从色靶上拍摄的颜色数值构成了三个基色数组[Rri，Gri，Bri]，[Rgi，Ggi，Bgi]，[Rbi，Gbi，Bbi]，一个三次灰色梯尺数组[Rwi，Gwi，Bwi]和三个二次颜色样本青、品红和黄的三刺激值数组[Rc，Gc，Bc]，[Rm，Gm，Bm]，[Ry，Gy，By]；3)在色靶上实测样本色的三刺激值数据：为了在XYZ色空间标定CCD电视摄像机的工作状态，还需要要用分光光度计实际测量样本色的反射三刺激值，于是可以得到和RGB色空间色相对应的三个基色数组[Xri，Yri，Zri]，[Xgi，Ygi，Zgi]，[Xbi，Ybi，Zbi]，一个三次灰色数组[Xsi，Ysi，Zsi]和三个二次颜色样本青、品红和黄的三刺激值数组[Xc，Yc，Zc]，[Xm，Ym，Zm]，[Xy，Yy，Zy]。2.用来提取三基色相位信息和振幅信息的刘氏基色钳位方程及其衍生模型用途：所谓全息是指一个颜色所具有的全部信息，例如对于一个红基色来说，由摄像机拍摄的三刺激值是RGB(在图像拍摄系统中，RGB数值是用插值方法获得的)，对于常用的CCD摄像机来说，拍摄的三刺激值仅仅给出这个红颜色的刺激强度，并没有明确给出这个红色光波的振幅和相位信息，因为三基色在媒体中传播时，即在到达图像传感器之前会产生“红移”，而已有的计算三基色的方法从来没有排除“红移”误差的方法，也没有顾及到光波衰减引起的图像变暗的问题，这将导致拍摄的物光波只有较低的分辨力。为克服这样的弊病，本发明创建了基色钳位方程和由这个方程导出的基色量公式对拍摄的RGB数据进行加工处理，提取出物光波应有的振幅和相位信息，达到提高基色分辨率的目的。方法：当驱动数值在0-255变化时，让生成的各个基色量都和单位基色量保持一致的色相，如果用数学方法描述这种方法，那么本发明是利用创建的刘氏基色钳位方程及其衍生的刘氏基色量公式对受到媒体干扰的基色的三个基本属性(色相、彩度和亮度)进行钳位，从而使不同阶调的基色具有恒定的色相(也就是让基色光波具有恒定的相位)和可以预知的亮度(也就是让基色光波具有可以预知的振幅)，并将基色的空间相位调制转换为空间基色量(强度)调制。方程的格式、衍生模型及涵义：在前述第一项子发明中，已经在标准照明条件下用摄像机实际拍摄到红绿兰三基色梯尺的三刺激值数组[Rri，Gri，Bri]，[Rgi，Ggi，Bgi]，[Rbi，Gbi，Bbi]，根据这些基色数据、利用刘氏基色钳位方程及其衍生模型就可以确定每一个样本颜色的相位信息和振幅信息，对于红绿兰三基色来说，基色钳位方程在RGB色空间的通用格式如下所示：在上面的方程中：R、B是摄像机在标定色靶上拍摄的三刺激值R、G、B中的其中两个刺激数值；Rk、Gk、Bk和Rs、Gs、Bs分别是摄像机在基色梯尺最暗和最亮部位拍摄的三刺激值，在制作色靶时，这两个部位的数字输入值分别是[0，0，0]和[255，255，255]；参数λ、at、Yt是变量参数，λ称为色貌保持系数，at称为钳位基色量，Yt称为基色的钳位亮度，根据上面的方程可以算出：当驱动数值等于255时，at＝1，当驱动数值等于0时，at＝0，at的数值范围是0≤at≤1，数字驱动数值为255时的基色量at被称为单位基色量，我们把单位基色量的三刺激值作为基色的参考光波的三刺激值。下面写出根据基色钳位方程推导出来的参数表达式：在RGB色空间内，基色钳位方程所起的作用是：把驱动数值为255时的基色色相作为基色的基准色相，那么由基色钳位方程决定的基色量at和基准色相是一致的，并且亮度为λGt。at所表示的颜色并不等于实测三刺激值R、G、B，而是λR、λGt、λB，钳位基色量at所表示的颜色λR、λGt、λB与单位基色量的色相始终是一致的；参数a也是根据刘氏基色钳位方程推导出来的公式，本发明称它为刘氏基准基色量，简称基色量，基色量a所表示的颜色也不等于实测三刺激值R、G、B，而是R、Gt、B，基色量a所表示的颜色RGtB与单位基色量的色相始终是一致的；为了在XYZ色空间对摄像机的工作状态进行标定，不仅需要用摄像机在色靶上拍摄样本色的RGB三刺激值，还需要用分光光度计实测同一样本色的XYZ三刺激值，也即是说，对于色靶上的每一个样本色来说，都需要准备RGB和XYZ两组三刺激值和提取它们的全息信息，这就需要在XYZ色空间写出相应的基色钳位方程，其格式如下所示：在上面的方程中：X、Z是用分光光度计在色靶上实测三刺激值X、Y、Z中的其中两个刺激数值；Xk、Yk、Zk和Xs、Ys、Zs分别是用分光光度计在色靶上实测的最暗和最亮部位的三刺激值，在制作色靶时，这两个部位的数字输入值分别是[0，0，0]和[255，255，255]；参数λ、at′、Yt是变量参数，λ是三基色在XYZ色空间的色貌保持系数，它也是衡量红移大小的参数，at′是三基色在XYZ色空间的钳位基色量，Yt称为基色的钳位亮度，根据上面的方程可以算出：当驱动数值等于255时，at′＝1，当驱动数值等于0时，at′＝0，at′的数值范围是0≤at′≤1，数字驱动数值为255时的基色量at′被称为单位基色量。下面写出根据基色钳位方程推导出来的在XYZ色空间的参数表达式：在XYZ色空间内，基色钳位方程所起的作用是：把驱动数值为255时的基色色相作为基色的基准色相，那么由基色钳位方程决定的基色量at′和基准色相是一致的，并且亮度为λYt。at所表示的颜色并不等于实测三刺激值X、Y、Z，而是λX、λYt、λZ，基色量at所表示的颜色λX、λYt、λZ与单位基色量的色相始终是一致的。参数a′也是根据刘氏基色钳位方程推导出来的公式，被称为刘氏基准基色量参数，简称基色量，基色量a′所表示的颜色也不等于实测三刺激值X、Y、Z，而是X、Yt、Z，基色量a′所表示的颜色XYtZ与单位基色量的色相始终是一致的，基色量a′是钳位亮度Yt的函数。基色钳位方程及其导出参数带来的有益效果：由基色钳位方程可以推导出钳位亮度Gt和Yt的计算公式，在三维图象中，钳位亮度是体现图像深度感觉的参数和给出了基色的振幅信息，Gt和Yt是计算钳位基色量at和at′所需要的数据，钳位基色量at和at′分别把基色的三刺激值锁定在[λR，λGt，λB]和[λX，λYt，λZ]，而[λR，λGt，λB]和[λX，λYt，λZ]和单位基色[Rw，Gw，Bw]和[Xw，Yw，Zw]色相是一致的。色貌保持系数λ的用途是多方面的，最主要的用途是把红移成分分离出来和展示出不同波长基色的相对红移量，同时还起到保持基色色相和色度坐标恒定的作用；基色量a和a′分别把基色的三刺激值锁定在[R，Gt，B]和[X，Yt，Z]，而[R，Gt，B]和[X，Yt，Z]和单位基色[Rw，Gw，Bw]和[Xw，Yw，Zw]色相也是一致的，这意味着[R，Gt，B]和[X，Yt，Z]锁定了基色的相位信息，此外，[R，Gt，B]和[X，Yt，Z]还有一个特征：它们和基色的实际测量值的区别仅在于：实测值G和Y分别变成了钳位亮度值Gt和Yt，后者所表示的阶调比实测阶调要更暗一些；总之，基色钳位方程及其导出参数带来的重要效果是：可以把基色的相位信息[R，Gt，B]或[X，Yt，Z]转换成表达基色强度的基色量a和a′，为了在媒体上记录物光波的全息信息，基色量a和a′是非常关键手段。本发明把具有上列格式的基色钳位方程和由它推导出来的衍生公式统称为称为刘氏基色钳位方程和刘氏全息参数计算公式。3.为物光波RGB匹配三基色成分的刘氏配色方程用途：由摄像机拍摄的物光波强度信息RGB是生成电视图像的基础数据，对RGB数据的记录和再现构成了电视系统的数据流，传统的方法是用一个标准的矩阵方程对RGB进行分色处理，但是矩阵方法不能保证分解后的三个组分基色量具有基准基色量的属性。用刘氏配色方程可以把摄相机拍摄的景物光RGB分解成三个基准基色量，是实现数字全息3D显示的重要措施之一。刘氏配色方程的格式：和前述刘氏基色钳位方程的情况一样，对于摄像机来说，刘氏配色方程也具有两种格式：在RGB颜色空间的配色方程和在XYZ颜色空间的配色方程，下面分别叙述这两种格式。在RGB颜色空间的刘氏配色方程：在RGB色空间里，刘氏配色方程的格式如下所示，在上面的方程中：R、G、B表示被拍摄颜色的三刺激值，RwGwBw、RkGkBk分别是在色靶上拍摄的白点和黑点的三刺激值，RrGrBr、RgGgBg、RbGbBb分别表示在色靶的红、绿、蓝实地样本色上拍摄的三刺激值；RcGcBc表示在色靶的青色实地样本色上拍摄的三刺激值，它是一个由蓝基色和绿基色合成的二次色；Rm、Gm、Bm表示在色靶的品红色实地样本色上拍摄的三刺激值，它是一个由蓝基色和红基色合成的二次色；Ry、Gy、By表示在色靶的黄色实地样本色上拍摄的三刺激值，它是一个由绿基色和红基色合成的二次色。方程右端的变量rR、rG、rB、gR、gG、gB、bR、bG、bB被命名为通道基色量，拿它们去匹配方程左端R刺激值、G刺激值、B刺激值，从这个角度看，通道基色量具有‘通道独立的特性’。然而，通道基色量并不是简单变量，而分别是基准基色量r、g和b的函数，函数格式是：观察上列函数式可以发现，基准基色量参数rgb是通道基色量函数的公共自变量，它们使R，G，B三个独立的通道产生了交叉联系，变量r，g，b具有基准基色量的特性，仍然保持其本身固有的‘基色独立特性’，并不因为r，g，b的变化而影响通道基色色相和亮度的独立性，完全克服了传统线性方程‘通道的非独立性’和‘空间的非独立性’引起的混色偏差，始终保持固有的基准色相。在XYZ颜色空间的刘氏配色方程：在上面的方程中：X、Y、Z表示和摄像机拍摄颜色RGB相应的实测标准三刺激值，XwYwZw、XkYkZk分别是显示器白点和黑点的实测三刺激值，XrYrZr、XgYgZg、XbYbZb分别表示基色驱动数值dr、dg、db取最大值时红、绿、蓝基色的实测三刺激值；XcYcZc对应于dg、db取最大值时，由(dg+db)同时驱动所得到的间色青的三刺激值，Xm、Ym、Zm对应于dr、db取最大值时，由(dr+db)同时驱动所得到的间色品红的三刺激值，Xy、Yy、Zy对应于dr、dg取最大值时，由(dr+dg)同时驱动所得到的黄色刺激值。方程右端的变量参数rx、ry、rz、gx、gy、gz、bx、by、bz是在XYZ色空间的通道基色量，拿它们去匹配方程左端X刺激值、Y刺激值、Z刺激值。然而，通道基色量并不是简单变量，而分别是基准基色量r′、g′和b′的函数，函数格式是：观察上列函数式可以发现，基准基色量r′g′b′是通道基色量函数的公共自变量，它们使XYZ三个独立的通道产生了交叉联系，变量r′g′b′具有基准基色量的特性，仍然保持其本身固有的‘基色独立特性’，并不因为r′g′b′的变化而影响通道基色量的独立性，完全克服了传统基色叠加式线性方程‘通道的非独立性’和‘空间的非独立性’引起的混色偏差；刘氏配色方程带来的有益效果：刘氏配色方程能够把摄像机拍摄的任一景物颜色转换成到基准基色量组分值，并且使通道基色量、基准基色量和数字驱动值之间产生精确的幂函数关系，它将为寻求摄像机拍摄颜色的全息信息提供一个非常重要的途经。4.特性化刘氏配色方程的方法用途：在RGB颜色空间内，刘氏配色方程中的幂指数γrr、γgr、γbr、γrg、γgg、γbg、γrb、γgb、γbb以及在XYZ颜色空间内刘氏配色方程中的幂指数γxr、γyr、γzr、γxg、γyg、γzg、γxb、γyb、γzb的数值都需要通过如下的特性化方法获取它们的数值。在RGB色空间对刘氏配色方程实施特性化的步骤：第一步，根据既定色温调整好摄像机的白平衡，安排好D65照明，用摄像机对色靶进行拍摄，摄像机就可获得红绿兰三基色梯尺和三色合成灰色梯尺的三刺激值数组[Rri，Gri，Bri]，[Rgi，Ggi，Bgi]，[Rbi，Gbi，Bbi]和灰色数组[Rsi，Gsi，Bsi]，其中i＝21或者41；第二步，根据在基色梯尺上拍摄的三刺激值用钳位亮度模型分别计算红、绿、蓝基色梯尺的钳位亮度[Gtri]、[Gtgi]、[Gtbi]；第三步，根据钳位亮度数组[Gtri]、[Gtgi]、[Gtbi]用刘氏基色量公式计算基准基色量数据[ri]、[gi]、[bi]；第四步，计算三基色的通道基色量数据，下面以蓝基色为例进行说明，其它基色依此类推：把21个依序排列的蓝基色三刺激值[Rbi，Gtbi，Bbi]代入下列模型，计算通道基色量[bRi]、[bGi]、[bBi]：bR＝(R-Rk)/(Rb-Rk)，bG＝(Gtb-Gk)/(Gb-Gk)，bB＝(B-Bk)/(Bb-Bk)上式中，bR、bG、bB分别表示蓝基色在R、G、B通道的通道基色量。对于绿基色，将以上三个模型中的字符b改成g即可；对于红基色，将以上三式中的字符b改成r即可。第五步，把三基色的基准基色量数组ri、gi、bi作为自变量，分别把通道基色量数组rRi、rGi、rBi作为因变量进行曲线拟合，即得通道基色量的函数式和其中的指数数据：通过上述步骤，就得到了上列幂函数式中的所有指数数值，对RGB-灰色标定方程的特性化即告完成。在XYZ色空间对刘氏配色方程实施特性化的步骤：第一步，用分光光度计实际测量色靶的反射三刺激值，于是可以得到和RGB色空间色相对应的三个基色数组[Xri，Yri，Zri]，[Xgi，Ygi，Zgi]，[Xbi，Ybi，Zbi]和一个由等量三基色合成的三次灰色数组[Xsi，Ysi，Zsi]；第二步，根据基色梯尺的实测三刺激值用钳位亮度模型分别计算红、绿、蓝基色梯尺的钳位亮度[Ytri]、[Ytgi]、[Ytbi]；第三步，根据钳位亮度数组[Ytri]、[Ytgi]、[Ytbi]用刘氏基色量公式计算基准基色量数据[r′i]、[g′i]、[b′i]；第四步，计算三基色的通道基色量数据，下面以蓝基色为例进行说明，其它基色依此类推：把21个依序排列的蓝基色三刺激值[Xbi，Ytbi，Zbi]代入下列模型，计算通道基色量[bxi]、[byi]、[bzi]：bx＝(X-Xk)/(Xb-Xk)，by＝(Ytb-Yk)/(Yb-Yk)，bz＝(Z-Zk)/(Zb-Zk)上式中，bx、by、bz分别表示蓝基色在X、Y、Z通道的通道基色量。对于绿基色，将以上三个模型中的字符b改成g即可；对于红基色，将以上三式中的字符b改成r即可。第五步，把三基色的基准基色量数组[r′i]、[g′i]、[b′i]作为自变量，把通道基色量数组[rxi]、[tyi]、[rz]i作为因变量进行曲线拟合，即得通道基色量的函数式和其中的指数数据：通过上述步骤，就得到了上列幂函数式中的所有指数数值，特性化即告完成。5.确定白平衡全息信息的白平衡钳位方程及其衍生模型用途：子发明1所述的摄像机色靶上，有一条从白到黑顺序排列的由三基色合成的灰色梯尺，共有21级，如果用标准的D65光源照明进行拍摄，得21组三刺激值RGB，再用分光光度计测量该色靶，又得到21组三刺激值XYZ，当根据这21组三刺激值RGB和21组三刺激值XYZ计算它们的色度坐标时，可以发现，灰色梯尺上的颜色并没有相同的色度坐标值，其原因在于：媒体对于三基色成分的衰减速度和产生的“红移”效应是不同的，如不排除这样的干扰，就无法确定每一个灰色阶调的白色成分究竟是多少，为了解决这样的问题，本发明创建了一种白色平衡钳位方程，用白平衡钳位方程作为工具能够对摄相机拍摄的灰色三刺激值进行钳位处理，使得灰色梯尺上的每个灰色样本最终具有相同的色度坐标数值(即具有一致的相位)，并且能把不同灰级的相位信息转换成白色量数据，白色量数据对于用白光记录和白光再现全息3D技术来说，同样是一种关键性技术参数。白平衡钳位方程的格式：对于子发明1)所述的用三基色合成的灰色梯尺来说，被摄象机拍摄的三刺激值数组是[Ri，Gi，Bi]，最亮样本色的三刺激值等于对白点拍摄的三刺激值[Rw，Gw，Bw]，最暗样本色的三刺激值等于对黑点拍摄的三刺激值[Rk，Gk，Bk]，与三刺激值数组是[Ri，Gi，Bi]对应的样本色的实测三刺激值是[Xi，Yi，Zi]，[Xw，Yw，Zw]，[Xk，Yk，Zk]。在RGB色空间内，灰色梯尺上的每一级都可以看成是由比例为pt的白色成分[Rw，Gw，Bw]和比例为(1-pt)的黑色成分[Rk，Gk，Bk]组成，在对应的XYZ色空间内，灰色梯尺上的每一级都可以看成是由比例为pu的白色成分[Xw，Yw，Zw]和比例为(1-pu)的黑色成分[Xk，Yk，Zk]组成，pt和pu是对灰色梯尺样本色明暗程度的度量，可以把pt和pu参数取名为灰色梯尺的白色量参数。仿照子发明2所述的刘氏基色钳位方程的格式，可以在RGB和XYZ色空间写出计算灰色样本白色量参数的刘氏白平衡钳位方程：根据上列方程可推导出在RGB和XYZ色空间计算钳位亮度数值的公式如下：根据上列白平衡钳位方程还可以在RGB和XYZ色空间衍生出计算白色量参数pt和pu的公式如下：刘氏白平衡钳位方程及其导出参数带来的有益效果：由刘氏白平衡钳位方程可以推导出灰色阶调的钳位亮度Gt和Yu的计算公式，在3D图象中，钳位亮度Gt和Yu是体现图像灰色阶调纵深感觉的参数(即给出了灰色阶调的的振幅信息)，Gt和Yu是计算白色量参数pt和pu所需要的数据。色貌保持系数λ的用途是多方面的，最主要的用途是排除三基色的“红移”带给灰色阶调的相位误差，保持梯尺上灰色阶调的色度坐标恒定；白色量参数pt和pu分别把灰色的三刺激值锁定在[R，Gt，B]和[X，Yu，Z]，而[R，Gt，B]和[X，Yu，Z]和白场的的三刺激值[Rw，Gw，Bw]和[Xw，Yw，Zw]的色相是一致的，这意味着[R，Gt，B]和[X，Yu，Z]锁定了灰色的相位信息。可以把灰色的相位信息[R，Gt，B]或[X，Yu，Z]转换成表达灰色刺激强度的白色量参数pt和pu，为了在媒体上记录物光波的全息信息，白色量参数pt和pu是非常关键的参数。6.把摄像机在RGB色空间拍摄的三基色量rtgtbt转换成XYZ色空间三基色量的rugubu的方法用途：电视摄像机是在RGB色空间拍摄景物数据的，但是电视接收机是在XYZ标准三刺激值空间处理颜色的，所以需要创造一种简单、精确的方法把摄像机拍摄的三基色从RGB色空间转换到XYZ色空间去，也就是说，需要创造一种简单、精确的把三基色成分rtgtbt转换成为rugubu的方法。方法：1)在RGB色空间计算灰色阶调的方法：第一步，根据子发明1提供的数据，摄像机在色靶上拍摄的灰色梯尺的三刺激值数组是[Rti、Gti、Bti]，把[Rti、Gti、Bti]一组一组地放在刘氏配色方程的左端，用迭代方法解方程，就可以算得匹配灰色数组[Rti、Gti、Bti]的三基色量数组[rti]、[gti]、[bti]；第二步，计算灰色梯尺的白色量参数数组[pti]：根据子发明1提供的数据，灰色梯尺共有21级，将数组[Rti、Gti、Bti]中的[Rti]和[Bti]逐组代入如下的钳位亮度计算公式，算得钳位亮度数组[Gti]：第三步，计算灰色梯尺的白色量参数数组[pti]：将算得的钳位亮度数组[Gti]代入如下的计算白色量参数的公式，算得灰色梯尺的白色量参数数组[pti]。第四步，利用数据拟合方法获取基色量rt、gt、bt的幂函数模型：以白色量参数[pti]为自变量数组，分别以[rti]、[gti]、[bti]为因变量数组进行数据拟合，得到rt、gt、bt的函数式如下：由左式可得：2)在XYZ色空间计算灰色阶调的方法：第一步，根据子发明1提供的数据，摄像机在色靶上拍摄的灰色梯尺的三刺激值数组是[Xui、Yui、Zui]，把[Xui、Yui、Zui]一组一组地放在刘氏配色方程的左端，用迭代方法解方程，就可以算得匹配灰色数组[Xui、Yui、Zui]的三基色量数组[rui]、[gui]、[bui]；第二步，计算灰色梯尺的亮度数组[Yui]：根据子发明1提供的数据，灰色梯尺共有21级，将数组[Xui、Yui、Zui]中的[Xui]和[Zui]逐组代入如下的钳位亮度计算公式，算得钳位亮度数组[Yui]：第三步，计算灰色梯尺的白色量参数数组[pui]：将算得钳位亮度数数组[Yui]代入如下的计算白色量参数的公式，算得灰色梯尺的白色量参数数组[pui]。第四步，利用数据拟合方法获取基色量ru、gu、bu的幂函数模型：以白色量参数[pui]为自变量数组，分别以[ru]、[gu]、[bu]为因变量数组进行数据拟合，得到ru、gu、bu的函数式如下：3)把rtgtbt数据转换成rugubu数据的方法第一步，以数组[pti]为自变量，以数组[pui]为因变量进行数组拟合，得函数pu如下：第二步，将函数pu分别代入ru，gu，bu的幂函数式得：如果已经得知摄像机拍摄的三基色rtgtbt，那么利用上面的函数就可以在XYZ色空间算得三基色rugubu。7.从被摄景物光的RGB中提取相位信息[λR，λG，λB]的方法-刘氏复色钳位方程用途：摄相机拍摄的颜色RGB仅仅纪录下光波的强度(即振幅)信息，而丢失了光波的相位信息所以我们看这样的图像时实际上并没有立体感，但是利用本发明创建的刘氏复色钳位方程可以将被摄光波RGB中的相位信息λR，λG，λB，提取出来，同时还能把相位信息转换成基准基色量rgb数据，即确保rgb数据具有三基色的色相属性，和使物光波的相位信息可以用rgb数据记录在介质中。刘氏复色钳位方程的格式：刘氏复色钳位方程的格式分为rtgb，rgtb，rgbt三种格式，分别用来处理不同相位的颜色，下面分别写出这三种格式：在上面的三组方程中：RGB是摄像机摄取的三刺激值，即待转换颜色的三刺激值，数值是已知的，参数r、g、b表示三个未知的基色量，rt、gt、bt分别是前面子发明6-1)中给出的匹配灰色数组[Rt、Gt、Bt]的三基色量数组[rt]、[gt]、[bt]，并且是以白色量参数pt为自变量的幂函数，幂函数的格式是：方程中的RwGwBw、RkGkBk分别表示在色靶的白点和黑点部位拍摄的三刺激值，RrGrBr、RgGgBg、RbGbBb分别表示在dr、dg、db具有最大值时红、绿、蓝基色的三刺激值，RcGcBc、RmGmBm、RyGyBy分别对应于dr、dg、db取最大值时，由(dg+db)、(dr+db)、(dg+dr)合成的青、品红和黄色的三刺激值。参数rt、gt、bt取名灰核参数，其含义是：当用三基色合成了一个颜色时，含量最少的那种基色和其它两种基色结合后，形成该颜色的灰色成分，这个含量最少的成分可以看作该颜色的灰色核心，如果红基色r是r、g、b中的最小值，那么r就成为该颜色的灰核，并且用rt表示，以此类推，如果有两个颜色，其中含量最少的基色成分别是g和b，那么就分别用gt、bt表示它们的灰核。灰核参数和r、g、b具有相同的函数表达式，两者的不同之处仅仅在于：灰核参数是三基色中含量最少的那种基色，它是根据颜色RGB的白色成分含量计算出来的数值，并且用算出的已知数值传入本方程，每种转换方程只包含一种灰核参数；如果用参数pt表示颜色RGB中的白色成分，那么pt的大小是和灰核的大小成正比的，计算pt的方法已在前面子发明6-1)中给出。每种转换方程都有三个未知变量：除灰核之外的另外两个基色量参数以及色貌保持参数λ，λ是一个重要参数，取名为色貌保持参数，可以在系统γ不等于1时，仍然保持被重现颜色的色相和色度特性不变。刘氏复色钳位方程的有益效果：1)获得的三基色成分rgb具有基准基色量的属性，没有红移偏差；2)前面已经指出，摄相机拍摄的颜色RGB仅仅纪录下光波的强度(即振幅)信息，而丢失了光波的相位信息，但是在刘氏复色钳位方程中，由于灰核参数和色貌保持参数λ的存在，对基色量参数起到钳位作用，于是，刘氏复色钳位方程获得了宝贵的性质：从全息技术角度看，在本方程左端的颜色λR，λG，λB给出了被摄物光的相位信息，rgb总是保持基准基色量的色相属性，同时把被摄物光的相位信息λR，λG，λB转换成用三个基色成分rgb表示的基色强度信息，这是在平面媒体上记录三维图像信息所必须具有的参数；3)刘氏复色钳位方程本质上是一个二次方程，可以提高实时转换速度，对于信息量庞大的三维电视来说，提高实时转换效率是一种非常迫切的要求。8.从景物光RGB中提取白色量参数Pt的方法-刘氏分割方程用途：在子发明7中已经给出了用刘氏复色钳位方程计算物光波RGB相位信息[λR，λG，λB]的方法，但是物光波RGB中所包含的白色量信息还是未知的，为此本发明提供一种刘氏分割方程，通过它获得物光波RGB的白色量参数信息，设物光波RGB中所包含的白色量信息用pt表示，那么利用刘氏分割方程就可以求得pt的值。刘氏分割方程的格式：刘氏分割方程具有下列gbpt、rbpt、rgpt三种格式，摄相机摄取的三刺激值RGB可以用其中一种格式进行处理，从而计算出振幅数值Pt：在上面的方程中：pt实际意味着颜色RGB中所包含的白色成分所占的比例。值得注意的是：每个方程都含有两个基色量参数和一个白色量信息系数，当pt从0变化到1的过程中，ptRw、ptGw、ptBw实际上构成了一个视觉对白点适应的灰色梯尺，刘氏分割方程把颜色RGB分割成白色成分和彩色成分两个部分，白色部分所占的比例为pt，彩色部分所占比例是(1-pt)，形成互补的两个成分，这是一个很有意义的特性。刘氏分割方程的用法：首先将输入颜色RGB分别除以白点三刺激值Rw、Gw、Bw，然后根据标定后的RGB选用分割方程的格式，原则是：如果R是三刺激值R、G、B之中的最小值，那么用gbpt类分割方程对RGB进行分割，如果G是RGB之中的最小值，那么用rbpt类分割方程对RGB进行分割，否则，用rgpt类分割方程对RGB进行分割。9.把物光波的相位信息[λR，λG，λB]从RGB色空间转换到XYZ色空间的方法用途：应用刘氏复色钳位方程已经算出物光波RGB的相位信息是[λR，λG，λB]，因为电视接收端的显示器是在XYZ颜色空间工作的，所以还必须把RGB色空间的相位信息[λR，λG，λB]转换成为XYZ色空间的相位数据，以备向电视显示端传送。步骤：第一步，利用刘氏复色钳位方程将摄像机拍摄的三刺激值RGB转换成三基色rgb和相位信息[λR，λG，λB]；第二步，将刘氏复色钳位方程算得的rgb转换为XYZ色空间的基准基色量r′g′b′：方法是直接利用子发明6-3)推导出来的函数式，将ru，gu，bu赋值给r′，g′，b′，即让：第三步，将上面算得的r′，g′，b′代入如下的刘氏相位转换方程，算出目标数值Xu，Yu，Zu，[Xu，Yu，Zu]就是物光波RGB在XYZ色空间的相位信息，到此为止，从RGB色空间到XYZ色空间的数据转换即告完成，也就是说，被拍摄颜色的相位信息[λR，λG，λB]从RGB色空间转换到XYZ色空间之后，被拍摄颜色的相位信息[λR，λG，λB]已经被转换成[Xu，Yu，Zu]了。本转换方法的有益效果：用本方法得到的颜色[Xu，Yu，Zu]和摄像机获取的颜色[λR，λG，λB]具有相同的相位。10.在摄像端构造全息信息传送颜色空间puxuyu的方法构造全息信息传送颜色空间的必要性：经过前面叙述的有关步骤，已经从摄相机拍摄的物光波RGB中提取出光波的全部信息：即光波的相位数据[Xu，Yu，Zu]和白色量数据pu，白色量数据pu实际上就是物光波的振幅数据，因为由摄像机拍摄的电视图像需要发送到接收端去，传统的方法是根据Howells提出的传输基色概念在YUV或者YCrCb颜色空间完成亮度一色度分离、用经过伽玛校正后的基色电压构成亮度电压信号和色差电压信号进行传送，虽然这种方法比较简单，但因显示系统是非线性的，使得彩色电视的恒亮度原则遭到破坏，损害了图像的显示质量，如果以相位数据[Xu，Yu，Zu]和白色量数据pu作为基础，构造一个全息颜色空间进行传送，就能够避免对于图像传送质量带来的损害，本发明把这个新的颜色空间称为puxuyu全息颜色传送空间。步骤：第一步，应用子发明9所述的刘氏分割方程对摄像机拍摄的RGB数值进行分割，可提取出白色量参数pt，把pt作为颜色RGB的振幅信息使用；第二步，利用子发明6-3)所提供的方法将pt转换成为XYZ色空间的白色量参数pu，即让：把pu作为物光波在XYZ色空间的振幅信息向接收端传送；第三步，根据子发明9得到的物光波的相位信息[Xu，Yu，Zu]计算色度坐标xu，yu，即让：zu＝1-xu-yu经过上述步骤，达到了在XYZ颜色空间为物光波生成相位信息[xu，yu]和振幅信息pu的目的，也就是说，本发明提供了一种新的传送物光波全息信息的方法。puxuyu全息信息色空间的的有益效果：1)有利于从发送端到接收端精确地传送图像的全息信息；2)可以方便和精确地实现发送端和接收端的色域映射，使得本发明对不同种类的显示设备具有广泛的适用性。11.显示全息三维图像的方法用途：子发明10)给出了被拍摄颜色RGB的全息信息puxuyu，电视接收机的任务是利用接收到的全息信息显示出全息三维图像，刘氏伽玛校正方程的任务是把物体光波的振幅和相位信息转换成用三基色rgb所体现的空间光强分布，完成三维图像的显示，这个方法就是将空间相位调制转换为空间强度调制的基于色度分析的全息方法。刘氏全息显示方程的格式：在我们的申请号为PCT/2011/000327的专利说明书中，曾经给出过“一种基于新原理的XYZ-rv′gv′bv′-drdgdb伽玛校正方程”，利用该方程可以达到“按色度和视觉保真原则传送及显示图像”的目标，为了适应摄像机全息摄像变换的需要，只需要将该方程左端的λX，λY，λZ分别改写成(xu/yu)Yt′，Yt′，(1-xu-yu)/Yt′，于是得到改良的XYZ-rv′gv′bv′-drdgdb伽玛校正方程，它与原来的XYZ-rv′gv′bv′-drdgdb伽玛校正方程并无本质上的区别，仅仅是为了表明传送到显示器的图像信息是来源于摄像机的全息变换方法，而不是传统的矩阵方法，所以本发明把改写后的XYZ-rv′gv′bv′-drdgdb伽玛校正方程称为刘氏全息显示方程，刘氏全息显示方程的右端继续保持如下所示的rvgb、rgvb、rgbv三种格式，与XYZ-rv′gv′bv′-drdgdb伽玛校正方程完全相同：根据PCT/2011/000327的专利说明书，在上面的方程中：∵∴dr，dg，db是显示图像的数字驱动值。xu，yu就是电视机接收到的由摄像端发送过来的色度坐标数值，它是物光波RGB的相位信息。由摄像端发送过来的物光波RGB在XYZ色空间的白色量参数pu虽然没有出现在刘氏全息显示方程之中，但是方程中的参数rv′，gv′bv′，即申请号为PCT/2011/000327的专利说明书中所说的灰核参数rv′，gv′，bv′却是根据数值pv换算得到的，也就是说灰核参数rv′，gv′，bv′实际上是pv的函数。电视机中的参数[pvi]和摄像端发送过来[pui]之间存在准确地映射关系，利用电视机接收到的Pu数值就可以算出Pv的值，所以在这组全息显示方程中，只要把参数rv′，gv′，bv′看作已知数值就行了，至于如何根据接收到的pu数值把rv′，gv′，bv′的数值算出来，将在下一个子发明中说明。在上面的方程组中，未知量是参数Yt′和基色量参数r，g，b，每一个方程实际只有三个未知量，其它都是已知数，所以三个方程组都是二次方程，可以用代数解析方法求解。以第一个方程组为例，摄像机摄取的三刺激值[Xu，Yu，Zu]被映射到显示色空间之后，变成为也就是说，变成了用颜色的相位信息和振幅信息综合表达的格式，刘氏全息显示方程的所起的作用就是用色度分析法把用相位调制的光波信息转换为用三维空间强度rgb调制的光波信息。刘氏全息显示方程的有益效果：1)获得的三基色成分rgb具有基准基色量的属性，已经不含红移偏差；2)从全息技术角度看，在本方程左端的颜色就是摄取的物光波在显示设备色空间的映射相位，它的色度坐标和物光波原始像的色度坐标(即相位)相同，但振幅Yt取决于显示器的反差范围；3)方程左端的振幅Yt分别和方程右端的灰核参数rv′，gv′，bv′相呼应，但是rv′，gv′，bv′又依次地和显示色域的灰核参数rv，gv，bv→参数Pu(参见我们的国籍申请号为PCT/CN2011/000327专利说明书)→传送色空间的参数Pu相呼应，从而使摄像端传送来的原始像的振幅信息能够和显示端的振幅信息Yt产生精确的映射关系(详见下面的子发明11)；4)刘氏全息显示方程的重要性在于可以把原始像的相位和振幅信息转换成用显示器三个基色成分rgb表示的强度信息，这是在平面媒体上记录三维图像信息所必须具有的特性；5)经过刘氏全息显示方程的处理，Yt′具有线性相应；6)这个方程本质上是一个二次方程，可以提高实时转换速度，对于信息量庞大的高清晰三维电视来说，提高实时转换效率是一种非常迫切的要求。12.把拍摄颜色RGB的白色量参数pu映射到灰核参数rv′，gv′，bv′的方法用途：利用摄像端传来的白色量参数pu为刘氏全息显示方程提供灰核参数rv′，gv′，bv′的数据。步骤：第一步：以子发明5-3)提供的白色量数组[pui]为自变量数组(参见我们的国籍申请号为PCT/CN2011/000327专利说明书)，以显示色空间的白色量数组[pvi]为因变量数组进行数据拟合，得管道函数如下：第二步，根据pv函数推导伽玛校正数值pv′：∵(参见我们的国籍申请号为PCT/CN2011/000327专利说明书)∵第三步，根据pv′计算灰核参数rv′，gv′，bv′的数值：本方法的有益效果：这种方法使不同种类的显示器能够很方便地和摄像端达到匹配。四、附图说明图1用CCD数字摄像机记录被拍摄景物光线的全息信息并将它们传送到电视系统的显示端，在TFT-LED显示器上显示全息三维电视图像的流程；五、具体实施方式下面将参照Fig.1，介绍用CCD数字摄像机记录被拍摄景物光线的全息信息并将它们传送到电视系统的显示端，以及在TFT-LED显示器上显示全息三维电视图像的流程，你将发现：这个系统具有流程简明、逻辑严谨、实时性能好、通用性强的独特优势。第一步，设被CCD摄像机拍摄的物光波的三刺激值是RGB，首先用摄像机的白平衡三刺激值对三刺激值RGB进行正规化处理，转换成正规化三刺激值R0G0B0即让：R0＝R/Rw，G0＝G/Gw，B0＝B/Bw第二步，为了使用刘氏分割方程提取颜色RGB中所包含的白色参数pt，比较R0，G0，B0数值，通过比较选择刘氏分割方程的类型gbpt，或者rbpt，或者rgpt，选择原则是：如果R0是R0，G0，B0中的最小值，那么选用gbpt型分割方程对三刺激值RGB进行分割；否则，如果G0是R0，G0，B0中的最小值，那么选用rbpt型分割方程对三刺激值RGB进行分割；否则，如果B0是R0，G0，B0中的最小值，那么选用rgpt型分割方程对三刺激值RGB进行分割；在用选定的刘氏分割方程对三刺激值RGB进行分割之后，即通过求解选定的刘氏分割方程之后可在摄像机的RGB颜色空间得到三刺激值RGB中所包含的灰色成分的明度系数值pt。下面以选用gbpt型分割方程进行处理的流程为例进行解说，对于当选定rbpt型分割方程或者rgpt型分割方程分割的路线时的情况不再重复。第三步，根据第二步算得的pt，在摄像机的RGB色空间计算三刺激值RGB中灰核参数rt的数值，即让：第四步，将rt的数值代入rtgb型RGB-rgb色空间转换方程，把三刺激值RGB转换成组分基色量：r＝rt，g，b第五步，为了将摄像机拍摄的三刺激值RGB转换成标准三刺激值XYZ，需要将RGB色空间的组分基色量r，g，b转换成摄像机XYX色空间的组分基色量r′，g′，b′，即让：第六步，将得到的r′，g′，b′数值代入XYZ型刘氏相位转换方程的右端，即可在左端得到三刺激值XuYuZu，摄像机拍摄的三刺激值RGB即被转换成为标准三刺激值XuYuZu；第七步：根据得到的标准三刺激值XuYuZu计算摄像机拍摄颜色XuYuZu的色度坐标xu，yu，即让：zu＝1-xu-yu第八步，根据第二步在RGB色空间算得的明度系数值pt，把白色量数值pt转换成为XYZ色空间的白色量数值pu，即让第九步，应用子发明12给出的管道函数把白色量pu映射成为显示器色空间的明度系数pv′，即让：(以下参见我们的国籍申请号为PCT/CN2011/000327专利说明书)第十步，根据得到的pv′值在显示器色空间计算灰核参数rv′的值，即让：第十一步，将得到的灰核参数rv′的值和第七步算得的色度坐标xu，yu的值同时代入子发明11给出的rugb型伽玛校正方程，然后解方程，就可以把电视摄像机拍摄的颜色RGB转换成为显示器色三基色数值r(＝rv′)，g，b；请注意：经过这个步骤，电视摄像机拍摄的相位调制信息RGB已经被成功的转换成显示器的空间强度调制信息r，g，b；第十二步，为了在显示器上显示全息三维电视图像，需要把三基色量信息r，g，b转换成数字驱动数值，即让：