CN100502459C

CN100502459C - 图像色彩控制方法与系统

Info

Publication number: CN100502459C
Application number: CNB2005100281580A
Authority: CN
Inventors: 朱舸
Original assignee: Huaya Microelectronics Shanghai Inc
Current assignee: Zhangjiagang Kangdexin Optronics Material Co Ltd
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: US20070024758A1; US8018533B2; CN1710931A

Abstract

本发明提供了一种对图像进行所选颜色的色彩控制的方法与系统。一个基于本发明的色彩调节系统先判断一个当前像素的色彩是否接近一个所选颜色。若当前像素的色彩接近一个所选颜色，那么色彩调节系统利用当前像素和该所选颜色的色彩信息计算产生一个像素色度调节因子，以调节当前像素的色饱和度。

Description

图像色彩控制方法与系统

技术领域

[0001]本发明有关数字图像及视频处理。具体地说，本发明是关于对视频信号中的色彩信息进行有选择的控制的方法和系统的发明。

背景技术

[0002]鉴于先进半导体处理技术的发展，集成电路(ICs)的功能及复杂程度大为增强。随着处理及存储能力的增加，许多以前由模拟方式完成的工作现在都能以数字的方式完成。例如，许多视频与图像的处理现在均通过数字方式完成。又例如，在商业和消费电子领域数字照相机已开始大量代替传统的胶卷照相机。而数字视频与图像系统中一个重要问题是色彩的真实度问题。例如，一幅用数字照相机拍摄的图像在该照相机中的色彩也许失真度很小，但将图像放在计算机上观看时就有可能产生较大的色彩失真。而将该图像在打印机上输出时，则可能产生进一步的色彩失真。

[0003]现在很多显示设备(及打印机)都有色彩调节的功能。但通常这种调节会影响到图像中几乎所有的色彩。例如，一幅图像显示了一个人站在一排树木前，为增强树木的绿色而将图像中的绿色信息加强会同时使人的肤色也向绿色偏移。所以，有必要开发一种能有选择性地进行色彩控制的方法和系统。

发明内容

[0004]鉴于此，本发明提供了一种进行色彩控制的方法和系统，用以对图像中某些被选择的色彩加以控制，而同时不会影响到其它未被选择的色彩。具体地说，基于本发明的一种色彩调节系统，检测图像中的一个当前像素的色彩信息是否接近一个所选颜色。若当前像素的色彩接近所选颜色，则色彩调节系统就利用当前像素和所选颜色的色彩信息产生一个针对该颜色的像素色彩调节因子对当前像素的色彩进行调节。

[0005]若当前像素的色度坐标处于所选颜色的颜色矢量的一个色度近角之内，则判断为当前像素的色彩接近所选颜色。为了简化在判断当前像素的色彩是否接近所选颜色时需要的计算，基于本发明的一些色彩调节系统利用了一种色度调节单元，该色度调节单元包含一个色度坐标转换单元和一个调节计算单元。色度坐标转换单元在色度空间中进行色度坐标轴的旋转，从而使所选颜色的颜色矢量在旋转后的色度空间中与一条色度坐标轴重合。

[0006]若所选颜色多于一种，则对每一种所选颜色产生一个针对该颜色的像素色彩调节因子。所有的像素色彩调节因子组合起来产生一个像素色度调节因子，并利用该像素色度调节因子控制当前像素的色彩信息。以下的附图及描述有助于更好地理解本发明。

附图说明

[0007]图1描述了基于本发明的一种选择性色彩调节系统的框图。

[0008]图2描述了基于本发明的一种色度调节单元的框图。

[0009]图3是在本发明所用的一种色度空间中判断色彩信息接近的方法的示意图。

[0010]图4描述了在本发明所用的一种色度空间中当前像素的色彩信息与所选颜色间的色度坐标关系。

[0011]图5描述了基于本发明的另一种色度调节单元的框图。

[0012]图6描述了基于本发明的一种实施例中进行的色度空间转换。

具体实施方式

[0013]如前所述，利用传统的色彩调节方法在改变一种色彩时也会影响到图像中的其它颜色。而利用本发明中的方法和系统则可以在对一种或多种所选颜色进行色彩调节的同时不影响图像中其它未选的颜色。具体地说，本发明可检测一个像素的色彩信息是否接近一个所选颜色。通过调节色彩信息接近一个所选颜色的像素的色饱和度可进行像素的增强或减弱调节。

[0014]图1所示为基于本发明的一种选择性色彩调节系统100的框图。选择性色彩调节系统100在YUV空间中进行图像的处理。处于其它格式的图像数据应先转换到YUV空间中再利用本发明中的方法和系统进行处理。选择性色彩调节系统100包含N个色度调节单元100_1～100_N，一个乘法器120，和一个色度乘法器130。针对被处理图像中的每一个像素，色度调节单元100_1～100_N接收当前像素的色度U信息U_C和色度V信息V_C，并通过下面介绍的方法各产生一个针对相应颜色的像素色彩调节因子CSCAF_1～CSCAF_N。乘法器120将这N个像素色彩调节因子CSCAF_1～CSCAF_N相乘产生一个像素色度调节因子PCAF。色度乘法器130将像素色度调节因子PCAF分别与当前像素的色度U信息U_C和色度V信息V_C相乘产生当前像素的调节后色度U信息U_A及调节后色度V信息V_A。如下面将要介绍的，在基于本发明的某些实施例中，像素色度调节因子PCAF的数值会经过进一步调节以使当前像素的调节后色度U信息U_A及调节后色度V信息V_A处于一个限制范围内。

[0015]一个本技术领域中公知的知识是：对一个像素的色度U信息和色度V信息进行同比例变换只改变像素的色饱和度而不改变其色调。增强一个像素的色饱和度即为增强该像素的颜色，减弱一个像素的色饱和度即为减弱该像素的颜色。因此，像素色度调节因子PCAF与当前像素的色度U信息U_C和色度V信息V_C相乘后改变了像素的色饱和度而并不改变像素的色调。这个操作达到了增强或减弱像素颜色的目的。下面还会更详细地介绍到每一个色度调节单元都对应于一个所选颜色的处理。选择性色彩调节系统100只对色彩信息接近一个(或几个)所选颜色的像素进行色彩的调节。

[0016]图2所示为一个色度调节单元的实施例110_X。色度调节单元110_X接收一个或多个色彩识别参数CIP_X，一个色度接近因子CNF_X，和一个色度控制因子CCF_X。色度调节单元110_X对应于一个所选颜色C_X的相应处理，该所选颜色C_X由色彩识别参数CIP_X定义。如果当前像素的色彩信息与C_X接近，则色度调节单元110_X产生一个用以调节当前像素色饱和度的针对所选颜色C_X的像素色彩调节因子CSCAF_X。色彩信息与所选颜色C_X接近的范围由色度接近因子CNF_X决定，而像素色彩调节因子CSCAF_X通过色度控制因子CCF_X产生。如果当前像素的色彩信息与C_X不接近，则色度调节单元110_X将针对所选颜色C_X的像素色彩调节因子CSCAF_X设置为1，从而像素色度调节因子PCAF不受色度调节单元110_X的影响(参见图1)。

[0017]图3所示为基于本发明的一种实施例中对像素色彩是否接近C_X进行判断的方法。具体地说，图3描述了一个以色度U作为色度坐标横轴及色度V作为色度坐标纵轴的U/V色度空间。在U/V色度空间中，一种颜色可以由一个从原点发出的矢量表示。该矢量上不同的点对应于不同色饱和度的该种颜色，原点对应于无色，即色饱和度0，而随着点不断远离原点其对应的色饱和度不断增加。所以，一种颜色可以由一个色度矢量CV_X表示，而色度矢量CV_X可由一组色度坐标(U，V)或一个色度角CA_X定义(参见图3)。在图3中，色彩识别参数CIP_X可以是一个由正向色度坐标横轴(U轴)到色度矢量CV_X的色度角CA_X。按常规，对角度的衡量沿逆时针为正，顺时针为负。色度接近因子CNF_X由一个色度近角CNA_X表示。如图3中，如果一个像素的色度坐标处于矢量310和矢量320之间，则判断为像素的色彩接近色度矢量CV_X所表示的颜色。其中矢量310所对应的色度角等于CA_X减去色度近角CNA_X，而矢量320所对应的色度角等于CA_X加上色度近角CNA_X。

[0018]用于调节当前像素色彩的针对所选颜色C_X的像素色彩调节因子CSCAF_X由色度控制因子CCF_X加以控制。一个正的色度控制因子CCF_X会增强像素的颜色，而一个负的色度控制因子CCF_X则减弱像素的颜色。而且，CSCAF_X的幅度由CCF_X的幅度来控制(如下所述)。CCF_X的幅度设置为零时相当于色彩调节被关闭。基于本发明的不同的实施例可应用不同的调节公式。通常，色度坐标位于所选颜色的色度矢量CV_X上的像素的调节幅度最大，而随着像素色度坐标逐渐远离所选颜色的色度矢量CV_X其调节幅度递减。

[0019]因此，在基于本发明的一种实施例中，色彩调节的强弱程度与像素色度坐标离所选颜色的色度矢量CV_X的距离有关。如图4中所示，当前像素在U/V平面中的色度坐标是(U_C，V_C)，即当前像素的色度U值和色度V值。当前像素色度坐标离所选颜色的色度矢量CV_X的距离即为图4中的垂直距离D_C(D_C称为当前距离)。

[0020]然而，判断当前像素的色度坐标(U_C，V_C)是否位于矢量310和320(参见图3)之间，及计算产生像素色彩调节因子CSCAF_X通常需要三角函数的运算。在视频图像的处理中，三角函数的运算极其耗费资源。鉴于此，基于本发明的另一种实施例分两步简化了像素色彩调节因子CSCAF_X的计算。图5所示为基于本发明的另一种实施例中应用的色度调节单元110_X。在图5中，色度调节单元110_X包含一个坐标转换单元510和一个调节计算单元520。坐标转换单元510进行U/V色度空间的旋转，以使旋转后的色度V坐标轴与所选颜色的色度矢量CV_X重合，从而极大简化了像素色彩调节因子CSCAF_X的计算。具体地说，坐标转换单元510利用色彩识别参数CIP_X和当前像素的色度坐标U_C及V_C计算产生当前像素在旋转后的色度空间中的新色度坐标U_T和V_T。

[0021]如图3所示，所选颜色的色度矢量CV_X可由色度角CA_X来定义。转换后的色度坐标U_T等于U_C乘以色度角CA_X的余弦函数值加上V_C乘以色度角CA_X的正弦函数值，如下方程EQ1：

U_T＝U_C*COS(CA_X)+V_C*SIN(CA_X) (EQ1)

[0022]转换后的色度坐标V_T等于V_C乘以色度角CA_X的余弦函数值减去U_C乘以色度角CA_X的正弦函数值，如下方程EQ2：

V_T＝V_C*COS(CA_X)-U_C*SIN(CA_X) (EQ2)

[0023]直接将色度角CA_X的余弦函数值及正弦函数值而不是色度角CA_X本身提供给坐标转换单元510可以进一步简化色度调节单元110_X中所需的运算。

[0024]调节计算单元520接收当前像素转换后的色度坐标U_T和V_T，色度接近因子CNF_X，和色度控制因子CCF_X，计算产生像素色彩调节因子CSCAF_X。如图6所示，在转换后的色度空间中，当前距离D_C就等于当前像素转换后的色度U坐标U_T的绝对值。一个接近距离D_NEAR被定义为在当前像素转换后的色度V坐标V_T处色度矢量310_T和转换后色度纵轴(即V_T轴)间的水平距离。色度矢量310_T即为色度矢量310在转换后的色度空间中的表示(参见图3)，故色度矢量310_T与转换后色度纵轴间的角度即为色度近角CNA_X。因此，接近距离D_NEAR就等于当前像素转换后的色度V坐标V_T乘以色度近角CNA_X的正切函数值。通常，色度近角CNA_X的有效范围是从0到π/2。在基于本发明的一个实施例中，色度近角CNA_X的最大值被限制在π/3，即60度。因为对称，接近距离D_NEAR也可以通过色度矢量320_T来定义，其中色度矢量320_T即为色度矢量320在转换后的色度空间中的表示(参见图3)。若直接提供色度近角CNA_X的正切函数值而不是色度近角CNA_X本身作为一个色度接近因子，那么色度调节单元110_X就不需要计算任何正切函数值。

[0025]如果接近距离D_NEAR小于当前距离D_C，那么当前像素的色彩将不进行调节，而像素色彩调节因子CSCAF_X的值就设置为1。如果接近距离D_NEAR大于或等于当前距离D_C，那么像素色彩调节因子CSCAF_X就由如下方程EQ3计算产生：

CSCAF_X＝1+CCF_X*{1-ABS(U_T)/[1+V_T*TAN(CNA_X)]}

＝1+CCF_X*{1-D_C/[1+D_NEAR]} (EQ3)

[0026]像素色彩调节因子CSCAF_X的数值不应为负。当利用EQ3产生的CSCAF_X的数值小于零时，CSCAF_X将被设置为零，而相应的经CSCAF_X调节后的像素色度值U_A和V_A也就等于零，即为一个无色像素。

[0027]如上所述，若色度近角CNA_X的正切函数值作为色度接近因子CNF_X，则图5中的系统就可以不需任何三角函数的运算而产生像素色彩调节因子CSCAF_X。虽然在理论上计算像素色彩调节因子CSCAF_X需要一些三角函数的运算，但这些三角函数值(即色度角CA_X的余弦函数值及正弦函数值，和色度近角CNA_X的正切函数值)均可以直接作为参数提供给色度调节单元110_X。因此，图5中的系统与直接实现方程EQ1，EQ2和EQ3的系统相比能节省很多资源。

[0028]基于本发明的某些实施例中为了进一步降低实现色度调节单元110_X的复杂性，可以利用一个查找表(LUT)来取代EQ3中的除法运算。具体地说，该查找表以D_NEAR的整数部分作为索引，而查找表中的相应数值就等于1除以1与D_NEAR的和，即：

LUT(INT(D_NEAR))＝1/(1+D_NEAR) (EQ4)

[0029]在使用如上查找表的基于本发明的实施例中，像素色彩调节因子CSCAF_X由如下方程EQ5来产生：

CSCAF_X＝1+CCF_X*(1-ABS(U_T)*LUT(INT(D_NEAR))

＝1+CCF_X*{1-D_C*LUT(INT(D_NEAR))} (EQ5)

[0030]该查找表的大小由系统色度的取值范围和色度近角CNA_X的范围决定。具体地说，查找表要能够覆盖D_NEAR，即V_T乘以TAN(CNA_X)的最大值的整数部分。

[0031]如上所述，我们通过将当前像素的色度值U_C和V_C同时与像素色度调节因子PCAF相乘来调节当前像素的色饱和度。然而，通常一个系统中允许的色度值均处于一个范围C_RANGE内，该范围C_RANGE由一个系统色度最小值C_MIN和一个系统色度最大值C_MAX来决定。例如，在一个8bit的U/V色度处理系统中，通常C_MIN等于-128，而C_MAX等于127。在进行色度处理时，超出这个系统允许范围C_RANGE的色度值通常被直接截取到C_MIN到C_MAX的范围内，即小于C_MIN的色度值被重置为C_MIN，而大于C_MAX的色度值被重置为C_MAX。利用这种直接截取的方法，在计算像素色度调节因子PCAF时若色度U或色度V的值超出C_RANGE会造成颜色的偏差。例如，若对于一个像素的PCAF值为1.2，而该像素的色度U值U_C为120，色度V值V_C为40，那么经调节后的像素色度U值U_A将等于127(即120*1.2＝144截取到127)，而调节后的像素色度V值V_A将等于48(即40*1.2＝48)。这样，调节后决定色调的比值U_A/V_A＝127/48将不再等于调节前的比值U_C/V_C＝120/40，这就造成了像素色调的变化。为此，基于本发明的某些实施例在色度值超出系统允许范围C_RANGE时使用了一个经比例变换的像素色度调节因子SPCAF来取代像素色度调节因子PCAF。具体地说，美国专利申请序列号10/839759(申请日期2004年5月3日，发明人：朱舸，标题：Chrominance Control Unit and MethodFor Video Images)及中国发明专利申请受理号200310108508.5(申请日期：2003年11月10日，发明人：朱舸，标题：一种视频图像的色饱和度增强系统与方法)中的色饱和度控制方法可以与本发明中的方法一同使用，以解决因色度值超出系统允许范围C_RANGE而可能带来的色彩失真问题。

[0032]本发明提供了一种对视频图像中某些所选颜色进行色饱和度调节，而同时基本上不改变非所选颜色的色彩控制方法。如上描述的基于本发明的各种方法与结构只作说明与描述用途，并不限制本发明的应用范围。例如，在阅读本文件后一个本领域熟练的技术人员可以依照本发明所介绍的原则自行定义其它的色度调节单元，乘法器，色度乘法器，色度空间，像素色彩调节因子，像素色度调节因子，色度空间转换，色彩识别参数，色度近角，色度矢量，坐标转换单元，调节计算单元，色度接近因子，色度控制因子，及查找表，等等，以及运用这些定义重新设计以实现基于本发明的方法、电路与系统。因此，本发明仅由如下权利要求所限定。

Claims

1.一种图像增强方法，该方法包括：

判断一个当前像素的当前色彩是否接近一个所选颜色，具体包括：一个色度空间的转换，转换后的色度空间的一个第一色度坐标轴与所选颜色对应的所选色度矢量重合；在转换后的色度空间中计算产生当前像素离第一色度坐标轴的一个当前距离；及基于当前像素在转换后的色度空间中的一个色度坐标和一个色度近角计算产生一个与当前像素相对应的接近距离；

基于当前像素和所选颜色的色彩信息计算产生一个色彩调节因子；及

在当前像素的当前色彩接近所选颜色时，利用色彩调节因子调节当前像素的色彩信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与当前像素相对应的接近距离等于当前像素在转换后的色度空间中的一个色度坐标乘以色度近角的正切函数值。

3.根据权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，所述色彩调节因子，当所述的接近距离大于或等于所述的当前距离时，色彩调节因子等于1加上一个乘积，该乘积等于一个色度控制因子乘以一个差值，该差值等于1减去当前距离除以一个数的商，该数等于1与接近距离之和；

当所述的接近距离小于所述的当前距离时，而色彩调节因子等于1。

4.根据权利要求1所述的图像增强方法，其特征进一步包括该色彩调节因子与一个色度空间中当前像素和所选颜色之间的一个距离成正比。

5.根据权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于在当前像素的当前色彩接近所选颜色时，利用色彩调节因子调节当前像素的色彩信息的方法，进一步包括将色彩调节因子分别与当前像素的色度U值和色度V值相乘。

6.一种图像增强方法，该方法包括：

选择一系列所选颜色；

针对一系列所选颜色中的每一个所选颜色，判断一个当前像素的当

前色彩是否接近该所选颜色；该步骤进一步包括一个色度空间的转换，转换后的色度空间的一个第一色度坐标轴与一个所选颜色对应的所选色度矢量重合；判断当前像素的当前色彩在转换后的色度空间中是否处于第一色度坐标轴左右各一个色度近角之内；

针对一系列所选颜色中的每一个所选颜色计算产生一个色彩调节因

子以产生一系列色彩调节因子；

基于一系列色彩调节因子计算产生一个色度调节因子；及

利用色度调节因子调节当前像素的色彩信息。

7.根据权利要求6所述的图像增强方法，其特征在于，所述针对一系列所选颜色中的每一个所选颜色，判断一个当前像素的当前色彩是否接近该所选颜色的方法，包括判断当前像素的当前色彩是否处于以一系列所选颜色中的一个所选颜色对应的一个所选色度矢量为中心的左右各一个色度近角之内。

8.根据权利要求6所述的方法，色度空间的转换方法及转换后的色度空间的一个第一色度坐标轴与一个所选颜色对应的所选色度矢量重合的方法，以及根据所述的判断当前像素的当前色彩在转换后的色度空间中是否处于第一色度坐标轴左右各一个色度近角之内的方法，其特征在于，这些方法针对一系列所选颜色中的每一个所选颜色实施。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，针对一系列所选颜色中的每一个所选颜色，判断一个当前像素的当前色彩是否接近该所选颜色的方法进一步包括：

在转换后的色度空间中计算产生当前像素离第一色度坐标轴的一个当前距离；及

基于当前像素在转换后的色度空间中的一个色度坐标和一个色度近角计算产生一个与当前像素相对应的接近距离。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，与当前像素相对应的接近距离等于当前像素在转换后的色度空间中的一个色度坐标乘以色度近角的正切函数值。

11.根据权利要求6所述的图像增强方法，其特征在于，其中的色度调节因子等于一系列色彩调节因子的乘积。

12.根据权利要求6所述的图像增强方法，其特征在于，利用色度调节因子调节当前像素的色彩信息的方法，是将色度调节因子分别与当前像素的色度U值和色度V值相乘。

13.一个色彩调节系统，该系统包括：

一个第一色度调节单元，用以针对一个第一所选颜色产生一个第一色彩调节因子；该第一色度调节单元包括一个坐标转换单元和一个与坐标转换单元相联的调节计算单元；

一个第二色度调节单元，用以针对一个第二所选颜色产生一个第二色彩调节因子；

一个与第一色度调节单元和第二色度调节单元相联的乘法器，用以将第一色彩调节因子和第二色彩调节因子相乘得到一个色度调节因子；及

一个与上述乘法器相联的色度乘法器，用以产生当前像素的一个调节后的色度U值和一个调节后的色度V值。

14.根据权利要求13所述的色彩调节系统，其特征在于，其进一步包括一个与乘法器相联的第三色度调节单元，用以产生针对一个第三所选颜色的一个第三色彩调节因子；而其中的乘法器用以将第三色彩调节因子与第一色彩调节因子和第二色彩调节因子相乘。

15.根据权利要求13所述的色彩调节系统，其特征在于，所述坐标转换单元接收一个当前像素的一个当前色度U值和一个当前色度V值，计算产生一个坐标转换后的色度U值和一个坐标转换后的色度V值，并且坐标转换后的色度空间的色度V坐标轴与一个第一所选颜色对应的所选色度矢量重合。

16.根据权利要求13所述的色彩调节系统，其特征在于，所述坐标转换单元进一步包括，其被设置为判断在一个坐标转换后的色度空间中一个当前像素是否处于一个第一色度坐标轴左右各一个色度近角之内。

17.根据权利要求13所述的色彩调节系统，其特征在于，所述调节计算单元，被设置为在一个坐标转换后的色度空间中计算产生一个当前像素离一个第一色度坐标轴的一个当前距离；及基于当前像素在坐标转换后的色度空间中的一个色度坐标和一个色度近角计算产生一个与当前像素相对应的接近距离。

18.根据权利要求13所述的色彩调节系统，其特征在于，所述第一色度调节单元，被设置为判断一个当前像素的当前色彩是否接近第一所选颜色。