CN100473128C - 图像处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种图像处理装置，其是用以调整输入图像的饱和度。输入图像并且具有亮度以及色调。图像处理装置包含对照表、处理单元以及乘法器。其中，对照表用以记录M个亮度范围、N个色调范围以及M*N个相对应的增益值。处理单元用以储存对照表，并且根据对照表来判断输入图像的亮度落于哪一个亮度范围以及色调落于哪一个色调范围，以决定对应增益值。而乘法器是与处理单元相耦接，并且用以将输入图像的饱和度乘以对应增益值。藉此，图像质量可获得提升。

Description

图像处理装置及其方法

技术领域

本发明是有关于一种图像处理装置及其方法，且特别是有关于一种可调整输入图像(Input image)的饱和度(Saturation)的图像处理装置及其方法。

背景技术

于目前的显示器中，使用者皆可通过窗口画面操作系统(On screendisplay，OSD)来调整色彩的饱和度，以增强图像的显示效果。请参阅图1至图2B，图1是绘示先前技术的图像处理装置1的功能方块图。图2A是绘示图1中亮度增益值对照表160a的示意图。图2B是绘示图1中色调增益值对照表160b的示意图。图像处理装置1包含第一色彩空间转换器10、色调转换器12、第一饱和度转换器14、处理单元16a、16b、乘法器18a、18b、第二饱和度转换器20以及第二色彩空间转换器22。处理单元16a会储存亮度增益值对照表160a，如图2A所示，并且处理单元16b会储存色调增益值对照表160b，如图2B所示。

第一色彩空间转换器10用以将输入图像由RGB色彩空间转换为Lab色彩空间，其中L为亮度元素，a以及b分别为色彩元素。色调转换器12用以将色彩元素a以及b转换为输入图像的色调(Hue，H)，其中色调H定义为 $H={\tan }^{-1}\left(\frac{b}{a}\right).$ 第一饱和度转换器14用以将色彩元素a以及b转换为输入图像的饱和度(Saturation，S)，其中饱和度S定义为 $S=\sqrt{a^2+b^2}.$

处理单元16a根据输入图像的亮度(Lightness，L)以及亮度增益值对照表160a，而决定出亮度增益值Gain-L，并且处理单元16b根据输入图像的色调以及色调增益值对照表160b，而决定出色调增益值Gain-H。接着，乘法器18a会将亮度增益值Gain-L乘以色调增益值Gain-H，以产生饱和度增益值Gain-S。之后，乘法器18b再将饱和度增益值Gain-S乘以输入图像的饱和度，以产生调整后的饱和度。

第二饱和度转换器20用以将调整后的饱和度转换为色彩元素a以及b，并且第二色彩空间转换器22再将输入图像由Lab色彩空间转换为RGB色彩空间。

请参阅图3A以及图3B，图3A是绘示Lab色彩空间的示意图。图3B是绘示Lab色彩空间中，不同亮度及其色调的饱和度的示意图。如图3A所示，于Lab色彩空间中，亮度L是由高度控制，色调H是由角度控制，且饱和度S是由半径控制。根据上述，先前技术的图像处理装置1是分别利用亮度增益值Gain-L以及色调增益值Gain-H来调整输入图像的饱和度。然而，如图3B所示，当输入图像的亮度不同时，其色调的饱和度范围也不同。由于每一亮度的色彩空间切面不同，且不同色调(角度)具有不同的饱和度范围，所以依据不同亮度选取亮度增益值Gain-L，并且依据不同色调选取色调增益值Gain-H，会造成饱和度控制不易，进而造成色彩偏离。

因此，本发明的范畴在于提供一种图像处理装置及其方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的范畴之一在于提供一种图像处理装置及其方法，此图像处理装置系同时根据输入图像的亮度以及色调，来调整输入图像的饱和度。藉此，可得到较佳的图像质量。

根据一较佳具体实施例，本发明的图像处理装置(Image processingapparatus)用以调整输入图像(Input image)的饱和度(Saturation)，输入图像并且包含亮度(Lightness)以及色调(Hue)。此图像处理装置包含对照表(Look-up table)、处理单元(Processing unit)以及乘法器(Multiplier)。

于上述的实施例中，对照表用以记录M个亮度范围、N个色调范围以及M*N个增益值(Gain)，并且每一M*N个增益值是分别对应于M个亮度范围的其中之一以及N个色调范围的其中之一，其中M以及N皆为自然数。处理单元用以储存对照表，并且根据对照表来判断输入图像的亮度落于M个亮度范围的其中之一以及色调落于N个色调范围的其中之一，以决定对应增益值。而乘法器是与处理单元相耦接，并且用以将输入图像的饱和度乘以对应增益值。

因此，本发明的图像处理装置是同时根据输入图像的亮度以及色调来调整输入图像的饱和度，进而提升输入图像的色彩饱和度。藉此，可得到较佳的图像质量。

根据本发明的一个方面，提供了一种图像处理装置，用以调整输入图像的饱和度，该输入图像并且包含亮度以及色调，该图像处理装置包含：对照表，用以记录M个亮度范围、N个色调范围以及M*N个增益值，并且每一该M*N个增益值是分别对应于该M个亮度范围其中之一以及该N个色调范围其中之一，其中M以及N皆为自然数；处理单元，用以储存该对照表，并且根据该对照表来判断该输入图像的该亮度落于该M个亮度范围其中之一以及该色调落于该N个色调范围其中之一，以决定对应增益值；以及乘法器，与该处理单元相耦接，该乘法器用以将该输入图像的该饱和度与该对应增益值相乘，而得出调整后饱和度。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种图像处理方法，用以调整输入图像的饱和度，该输入图像并且包含亮度以及色调，该图像处理方法包含下列步骤：(a)根据对照表，判断该输入图像的该亮度落于M个亮度范围其中之一以及该色调值落于N个色调范围其中之一，以决定对应增益值，其中该对照表用以记录该M个亮度范围、该N个色调范围以及M*N个增益值，并且每一该M*N个增益值是分别对应于该M个亮度范围其中之一以及该N个色调范围其中之一，其中M以及N皆为自然数；以及(b)将该输入图像的该饱和度与该对应增益值相乘，而得出调整后饱和度。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种图像处理装置，用以调整输入图像的饱和度，该输入图像并且包含亮度以及色调，该图像处理装置包含：对照表，用以记录M个亮度、N个色调以及M*N组调整参数，并且每一该M*N组调整参数是分别对应于该M个亮度其中之一以及该N个色调其中之一，其中M以及N皆为自然数；处理单元，用以储存该对照表，以及根据该输入图像的该亮度、该色调以及该对照表而决定出一组对应调整参数，并且根据该组对应调整参数来计算饱和度增益值；以及乘法器，与该处理单元相耦接，该乘法器用以将该输入图像的该饱和度与该饱和度增益值相乘，而得出调整后饱和度，其中该亮度包含i个二进制高位，该色调包含k个二进制高位，i以及k皆为自然数，该对照表中的每一该M个亮度皆以i个二进制位表示，且每一该N个色调皆以k个二进制位表示，并且，该亮度还包含j个二进制低位，该色调还包含p个二进制低位，j以及p皆为自然数，每一该M*N组调整参数分别包含增益值G、亮度偏移值L_offset以及色调偏移值H_offset，该饱和度增益值G_S是经由下列公式计算得出：

G_S＝G+j_binary*L_offset+p_binary*H_offset

其中，j_binary为该亮度的该j个二进制低位的值，且p_binary为该色调的该p个二进制低位的值。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种图像处理方法，用以调整输入图像的饱和度，该输入图像并且包含亮度以及色调，该图像处理方法包含下列步骤：(a)根据该输入图像的该亮度、该色调以及对照表，决定一组对应调整参数，并且根据该组对应调整参数而计算出饱和度增益值，其中该对照表用以记录M个亮度、N个色调以及M*N组调整参数，并且每一该M*N组调整参数系分别对应于该M个亮度其中之一以及该N个色调其中之一，其中M以及N皆为自然数；以及(b)将该输入图像的该饱和度与该饱和度增益值相乘，而得出调整后饱和度，其中该亮度包含i个二进制高位，该色调包含k个二进制高位，i以及k皆为自然数，该对照表中的每一该M个亮度皆以i个二进制位表示，且每一该N个色调皆以k个二进制位表示，并且，该亮度还包含j个二进制低位，该色调还包含p个二进制低位，j以及p皆为自然数，每一该M*N组调整参数分别包含增益值G、亮度偏移值L_offset以及色调偏移值H_offset，该饱和度增益值G_S是经由下列公式计算得出：

G_S＝G+j_binary*L_offset+p_binary*H_offset

其中，j_binary为该亮度的该j个二进制低位的值，且p_binary为该色调的该p个二进制低位的值。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1是绘示先前技术的图像处理装置的功能方块图；

图2A是绘示图1中亮度增益值对照表的示意图；

图2B是绘示图1中色调增益值对照表的示意图；

图3A是绘示Lab色彩空间的示意图；

图3B是绘示Lab色彩空间中，不同亮度及其色调的饱和度的示意图；

图4是绘示根据本发明第一较佳具体实施例的图像处理装置的功能方块图；

图5是绘示图4中对照表的示意图；

图6为根据本发明第一较佳具体实施例的图像处理方法的流程图；

图7是绘示根据本发明第二较佳具体实施例的图像处理装置的功能方块图；

图8是绘示图7中对照表的示意图；以及

图9为根据本发明第二较佳具体实施例的图像处理方法的流程图。

[主要元件标号说明]

1、3、5： 图像处理装置               10、22：色彩空间转换器

12：      色调转换器                 14、20：饱和度转换器

16a、16b：处理单元                   160a：亮度增益值对照表

160b：    色调增益值对照表           18a、18b、38、58：乘法器

30、32、34、40、42、50、52、54、60、62：转换器

36、56：  处理单元                   360、560：对照表

S100-S108、S200-S208：流程步骤

具体实施方式

请参阅图4，图4是绘示根据本发明第一较佳具体实施例的图像处理装置3的功能方块图。于此实施例中，图像处理装置(Image processingapparatus)3用以调整输入图像(Input image)的饱和度(Saturation，S)，输入图像并且具有亮度(Lightness，L)以及色调(Hue，H)。于此实施例中，输入图像是符合RGB色彩空间。

如图4所示，图像处理装置3包含第一转换器(Converter)30、第二转换器32、第三转换器34、处理单元(Processing unit)36、乘法器(Multiplier)38、第四转换器40以及第五转换器42。其中，处理单元36会储存对照表(Look-up table)360，用以记录M个亮度范围、N个色调范围以及M*N个增益值(Gain)，并且每一M*N个增益值是分别对应于M个亮度范围其中之一以及N个色调范围其中之一，其中M以及N皆为自然数。第一转换器30与处理单元36相耦接。第二转换器32耦接于第一转换器30以及处理单元36之间。第三转换器34耦接于第一转换器30以及乘法器38之间。乘法器38与处理单元36相耦接。第四转换器40与乘法器38相耦接。第五转换器42分别与第一转换器30以及第四转换器40相耦接。

请参阅图5，图5是绘示图4中对照表360的示意图。于上述的第一实施例中，对照表360记录10个亮度范围、18个色调范围以及10*18个增益值，如图5所示。需注意的是，对照表360所记录的亮度范围、色调范围以及增益值可根据不同的需求，而做不同的设定。

于上述的第一实施例中，第一转换器30用以将输入图像由RGB色彩空间转换为Lab色彩空间，其中L为亮度元素，a以及b分别为色彩元素。第二转换器32用以将二色彩元素a以及b转换为色调，其中色调H定义为 $H={\tan }^{-1}\left(\frac{b}{a}\right).$ 第三转换器34用以将二色彩元素a以及b转换为饱和度，其中饱和度S定义为 $S=\sqrt{a^2+b^2}.$ 处理单元36根据对照表360来判断输入图像的亮度值落于10个亮度范围其中之一以及色调值落于18个色调范围其中之一，以决定对应增益值。举例而言，若输入图像的亮度值为15且色调值为30，则处理单元36会根据对照表360，决定相对应的增益值G22。之后，乘法器38会将输入图像的饱和度乘以相对应的增益值G22，而得出调整后饱和度。第四转换器40将调整后饱和度转换为Lab色彩空间的色彩元素a以及b。最后，第五转换器42再将输入图像由Lab色彩空间转换为RGB色彩空间。藉此，输入图像的饱和度即同时根据输入图像的亮度以及色调完成调整。

请参阅图6，图6为根据本发明第一较佳具体实施例的图像处理方法的流程图。请一并参阅图4以及图5，本发明的图像处理方法用以调整输入图像的饱和度，输入图像并且具有亮度以及色调。根据上述的第一较佳具体实施例，本发明的图像处理方法包含下列步骤：

步骤S100：将输入图像由RGB色彩空间转换为Lab色彩空间；

步骤S102：根据对照表360，判断输入图像的亮度值落于哪一个亮度范围以及色调值落于哪一个色调范围，以决定对应增益值；

步骤S104：将输入图像的饱和度值乘以对应增益值，而得出调整后饱和度；

步骤S106：将调整后饱和度转换为色彩元素a以及b；

步骤S108：将输入图像由Lab色彩空间转换为RGB色彩空间。

请参阅图7，图7是绘示根据本发明第二较佳具体实施例的图像处理装置5的功能方块图。于此实施例中，图像处理装置5用以调整输入图像的饱和度S，输入图像并且具有亮度L以及色调H。于此实施例中，输入图像是符合RGB色彩空间。

如图7所示，图像处理装置5包含第一转换器50、第二转换器52、第三转换器54、处理单元56、乘法器58、第四转换器60以及第五转换器62。处理单元56储存对照表560，用以记录M个亮度、N个色调以及M*N组调整参数(Correction parameter)，并且每一M*N组调整参数是分别对应于M个亮度其中之一以及N个色调其中之一，M以及N皆为自然数。第一转换器50与处理单元56相耦接。第二转换器52耦接于第一转换器50以及处理单元56之间。第三转换器54耦接于第一转换器50以及乘法器58之间。乘法器58与处理单元56相耦接。第四转换器60与乘法器58相耦接。第五转换器62分别与第一转换器50以及第四转换器60相耦接。

于上述的第二实施例中，输入图像的亮度包含i个二进制高位(Highbit)，色调包含k个二进制高位，i以及k皆为自然数。对照表560中的每一M个亮度皆以i个二进制位表示，且每一N个色调皆以k个二进制位表示。此外，输入图像的亮度还包含j个二进制低位，色调还包含p个二进制低位，j以及p皆为自然数。每一M*N组调整参数分别包含增益值G、亮度偏移值L_offset以及色调偏移值H_offset，并且表示为(G，H_offset，L_offset)。

请参阅图8，图8是绘示图7中对照表560的示意图。于上述的第二实施例中，对照表560记录3个亮度、4个色调以及3*4组调整参数，如图8所示。需注意的是，对照表560所记录的亮度、色调以及调整参数可根据不同的需求，而做不同的设定。

于上述的第二实施例中，第一转换器50用以将输入图像由RGB色彩空间转换为Lab色彩空间，其中L为亮度元素，a以及b分别为色彩元素。第二转换器52用以将二色彩元素a以及b转换为色调，其中色调H定义为 $H={\tan }^{-1}\left(\frac{b}{a}\right).$ 第三转换器54用以将二色彩元素a以及b转换为饱和度，其中饱和度S定义为 $S=\sqrt{a^2+b^2}.$ 处理单元56根据亮度L的i个二进制高位、色调H的k个二进制高位以及对照表560，而决定出一组对应调整参数(G，H_offset，L_offset)，并且根据此组相对应调整参数而计算出饱和度增益值G_S。饱和度增益值G_S是经由下列公式而计算得出：

公式一：G_S＝G+j_binary*L_offset+p_binary*H_offset

其中，j_binary为亮度的j个二进制低位的值，且p_binary为色调的p个二进制低位的值。

举例而言，若输入图像的亮度值为31且色调值为25，则亮度可以二进制表示为001-1111，且色调可以二进制表示为00001-1001，其中i＝3，j＝4，k＝5，p＝4。处理单元56会根据亮度L的3个二进制高位“001”、色调H的5个二进制高位“00001”以及对照表560，决定一组对应调整参数(25，+0.05，+0.05)。并且，处理单元56会根据此组对应调整参数(25，+0.05，+0.05)，通过上述的公式一而计算出饱和度增益值G_S＝26.3，其中j_binary＝15，p_binary＝9。

之后，乘法器58会将输入图像的饱和度乘以饱和度增益值G_S，而得出调整后饱和度。第四转换器60将调整后饱和度转换为Lab色彩空间的色彩元素a以及b。最后，第五转换器62再将输入图像由Lab色彩空间转换为RGB色彩空间。藉此，输入图像的饱和度即同时根据输入图像的亮度以及色调完成调整。此外，利用亮度偏移值L_offset以及色调偏移值H_offset调整增益值G，可进一步避免图像色彩的不连续，进而提升图像质量。

请参阅图9，图9为根据本发明第二较佳具体实施例的图像处理方法的流程图。请一并参阅图7以及图8，本发明的图像处理方法用以调整输入图像的饱和度，输入图像并且具有亮度以及色调。根据上述的第二较佳具体实施例，本发明的图像处理方法包含下列步骤：

步骤S200：将输入图像由RGB色彩空间转换为Lab色彩空间；

步骤S202：根据输入图像的亮度的i个二进制高位、色调的k个二进制高位以及对照表506来决定一组对应调整参数(G，H_offset，L_offset)，并且根据此组对应调整参数而计算出饱和度增益值G_S；

步骤S204：将输入图像的饱和度乘以饱和度增益值G_S，而得出调整后饱和度；

步骤S206：将调整后饱和度转换为色彩元素a以及b；

步骤S208：将输入图像由Lab色彩空间转换为RGB色彩空间。

相较于先前技术，本发明的图像处理装置及其方法是同时根据输入图像的亮度以及色调，调整输入图像的饱和度，进而提升输入图像的色彩饱和度。藉此，可得到较佳的图像质量。此外，根据本发明的第二实施例，本发明亦可利用亮度偏移值以及色调偏移值调整增益值，进一步避免图像色彩的不连续，致使图像质量更加提升。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。因此，本发明所申请的权利要求的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (12)

1.一种图像处理装置，用以调整输入图像的饱和度，该输入图像并且包含亮度以及色调，该图像处理装置包含：

对照表，用以记录M个亮度、N个色调以及M*N组调整参数，并且每一该M*N组调整参数是分别对应于该M个亮度其中之一以及该N个色调其中之一，其中M以及N皆为自然数；

处理单元，用以储存该对照表，以及根据该输入图像的该亮度、该色调以及该对照表而决定出一组对应调整参数，并且根据该组对应调整参数来计算饱和度增益值；以及

乘法器，与该处理单元相耦接，该乘法器用以将该输入图像的该饱和度与该饱和度增益值相乘，而得出调整后饱和度，

其中该亮度包含i个二进制高位，该色调包含k个二进制高位，i以及k皆为自然数，该对照表中的每一该M个亮度皆以i个二进制位表示，且每一该N个色调皆以k个二进制位表示，

并且，该亮度还包含j个二进制低位，该色调还包含p个二进制低位，j以及p皆为自然数，每一该M*N组调整参数分别包含增益值G、亮度偏移值L_offset以及色调偏移值H_offset，该饱和度增益值G_S是经由下列公式计算得出：

G_S＝G+j_binary*L_offset+p_binary*H_offset

其中，j_binary为该亮度的该j个二进制低位的值，且p_binary为该色调的该p个二进制低位的值。

2.根据权利要求1所述的图像处理装置，还包含第一转换器，与该处理单元相耦接，该输入图像符合RGB色彩空间，该第一转换器用以将该输入图像由RGB色彩空间转换为Lab色彩空间，其中L为亮度元素，a以及b分别为色彩元素。

3.根据权利要求2所述的图像处理装置，还包含第二转换器，耦接于该第一转换器以及该处理单元之间，该第二转换器用以将该二色彩元素a以及b转换为该色调，其中该色调H定义如下：

$H={\tan }^{-1}\left(\frac{b}{a}\right).$

4.根据权利要求2所述的图像处理装置，还包含第三转换器，耦接于该第一转换器以及该乘法器之间，该第三转换器用以将该二色彩元素a以及b转换为该饱和度，其中该饱和度S定义如下：

$S=\sqrt{a^2+b^2}.$

5.根据权利要求2所述的图像处理装置，还包含第四转换器，与该乘法器相耦接，该第四转换器用以将该调整后饱和度转换为该二色彩元素a以及b。

6.根据权利要求5所述的图像处理装置，还包含第五转换器，分别与该第一转换器以及该第四转换器相耦接，该第五转换器用以将该输入图像由Lab色彩空间转换为RGB色彩空间。

7.一种图像处理方法，用以调整输入图像的饱和度，该输入图像并且包含亮度以及色调，该图像处理方法包含下列步骤：

(a)根据该输入图像的该亮度、该色调以及对照表，决定一组对应调整参数，并且根据该组对应调整参数而计算出饱和度增益值，其中该对照表用以记录M个亮度、N个色调以及M*N组调整参数，并且每一该M*N组调整参数系分别对应于该M个亮度其中之一以及该N个色调其中之一，其中M以及N皆为自然数；以及

(b)将该输入图像的该饱和度与该饱和度增益值相乘，而得出调整后饱和度，

其中该亮度包含i个二进制高位，该色调包含k个二进制高位，i以及k皆为自然数，该对照表中的每一该M个亮度皆以i个二进制位表示，且每一该N个色调皆以k个二进制位表示，

并且，该亮度还包含j个二进制低位，该色调还包含p个二进制低位，j以及p皆为自然数，每一该M*N组调整参数分别包含增益值G、亮度偏移值L_offset以及色调偏移值H_offset，该饱和度增益值G_S是经由下列公式计算得出：

G_S＝G+j_binary*L_offset+p_binary*H_offset

其中，j_binary为该亮度的该j个二进制低位的值，且p_binary为该色调的该p个二进制低位的值。

8.根据权利要求7所述的图像处理方法，还包含下列步骤：

于步骤(a)之前，先将该输入图像由RGB色彩空间转换为Lab色彩空间，其中L为亮度元素，a以及b分别为色彩元素。

9.根据权利要求8所述的图像处理方法，其中根据该二色彩元素a以及b，该色调H定义如下：

$H={\tan }^{-1}\left(\frac{b}{a}\right).$

10.根据权利要求8所述的图像处理方法，其中根据该二色彩元素a以及b，该饱和度S定义如下：

$S=\sqrt{a^2+b^2}.$

11.根据权利要求8所述的图像处理方法，还包含下列步骤：

(c)将该调整后的饱和度转换为该二色彩元素a以及b。

12.根据权利要求11所述的图像处理方法，还包含下列步骤：

(d)将该输入图像由Lab色彩空间转换为RGB色彩空间。

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