CN100559888C - 应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法与装置 - Google Patents

应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法与装置 Download PDF

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Abstract

一种应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法与装置，使用适应于边缘对比的抑制系数为该影像的画素修正彩度，以减少该影像的溢色现象。该方法包含计算该影像在该画素位置处至少二个方向的亮度值的梯度值与至少二个方向的抑制系数，并根据该至少二个抑制系数产生另一抑制系数，比较该至少二个梯度值与至少一事先决定的临界值，以计算新的彩度值。

Description

应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法与装置
技术领域
本发明有关一种数字影像的处理方法与装置，特别是关于一种应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法与装置。
背景技术
彩色影像可以利用单一感测器数组取得。该感测器数组中的每一画素位置(或感光单元)仅能侦测光的强度而不能分辨光的色彩。为了能得到影像的色彩信息，可在传感器数组上覆盖一层彩色滤光片数组。然而，每一感光单元覆盖上彩色滤光片之后，仍只能侦测单一色彩信息，因此需重建每一画素位置所遗失的其它色彩信息，以获得全彩的重建影像。彩色影像常以三个色彩平面表示及储存，例如红色、绿色及蓝色或是蓝绿、紫红及黄色，但是在进行影像处理时，则常将该影像从RGB三原色的色彩空间(color domain)转换到一类似人类视觉系统的一个亮度(luminance)与两个彩度(chrominance)的色彩空间，称为YCbCr空间，以方便影像的处理与重建，其中Y表示画素的亮度，决定影像的精锐度(sharpness)、Cb与Cr代表画素的彩度，决定影像的色彩饱和度(colorfulness)，Cb与Cr分别由G-B与G-R所衍生的信号。此外，在进行色彩值的内插运算以重建全彩影像时会产生内插误差，尤其在影像中包含高频信号与具有强烈的边缘对比时该误差更为明显，此种情形会导致影像在边缘产生溢色而使影像品质变差。在颁给Hamilton的美国专利第6,542,187号中，将画素的亮度Y经拉普拉斯(Laplacian)转换这所得到的值取绝对值与多个临界值作比较，而把画素区分为多个等级并将其彩度分别除以不同的权重，以减少溢色的程度。此法虽可改善溢色的状况，但并不是针对每一画素的实际特性做修正，所以效果仍然不佳。再者，其对画素的亮度做拉普拉斯转换需要较复杂的硬件运算，相对地较耗费成本与时间。
因此，一种针对数字影像的每一点画素做彩度抑制以期消除溢色的高效率方法与装置。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种应用于彩色影像的画素彩度抑制方法与装置。
本发明的目的之一，另在于提供一种更方便硬件处理的画素彩度抑制方法与装置。
根据本发明，一种应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法包含：一、计算该影像在该画素位置处正45度和负45度两个方向的亮度值的梯度值；二、根据该两个梯度值和预存的两个抑制尺度获得该影像在该画素位置处正45度和负45度两个方向的抑制系数，并根据该两个抑制系数产生一抑制系数和；以及三、比较该两个梯度值与一事先决定的临界值，以计算新的彩度值。
根据本发明，一种应用于彩色数字影像的画素彩度抑制装置包含一缓冲器，用以储存以该画素为中心位置的画素数组的亮度值；一暂存器，用以储存事先决定的两个抑制尺度、一事先决定的临界值、以及一事先决定的偏差值；以及一处理器，用以读取该缓冲器中的该画素数组的亮度值，计算该影像在该画素位置处正45度和负45度两个方向的亮度值的梯度值，根据该两个梯度值与预存的两个抑制尺度计算正45度和负45度两个方向的抑制系数，并根据该两个抑制系数产生一抑制系数和，比较该两个梯度值与一事先决定的临界值，以计算新的彩度值。
本发明的方法与装置比较该两个梯度值与一事先决定的临界值，而选择不同的抑制系数为该影像的画素修正彩度，因此可以因应该影像在该画素位置处的边缘对比为该画素修正彩度，获得较佳的色彩抑制效果。此外，该方法不需要复杂的转换运算，因此需求的硬件较简单，而且效率较高。
附图说明
图1显示一数字影像的局部画素数组；
图2为根据本发明的一个方法实施例；
图3为执行图2方法的一个装置实施例。
图号说明
10    原始的三原色画素数组(RGB)
12    原始的亮度与彩度(YCbCr)
14    修正后的亮度与彩度(YCbCr)
20    应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法
21    计算两个方向的色彩值的梯度值
22    计算两个抑制系数及其抑制系数和
23    比较两个梯度值与临界值
24    计算两个修正的彩度
25    比较两个梯度值与临界值
26    计算两个修正的彩度
27    比较两个梯度值与临界值
28    计算两个修正的彩度
29    计算两个修正的彩度
30    应用于彩色数字影像的画素彩度抑制装置
31    缓冲器
32    处理器
33    暂存器
34    随机存取内存
具体实施方式
根据本发明，在为一彩色数字影像的画素抑制彩度的方法中，计算该影像在该画素位置处的两个方向的亮度值的梯度值，从该两个梯度值计算两个抑制系数，并根据该至少两个抑制系数产生另一抑制系数，由该两个梯度值与事先决定的临界值比较以选择适当的抑制系数修正该画素的彩度在本实施例中该另一抑制系数是该至少两个抑制系数和以图1所示的画素数组10为例，图中的R、G、B是影像的原始亮度值，例如由取像装置撷取产生。在进行抑制彩度的过程中，此数组10从三原色的色彩空间转换到另一个色彩空间[YcbCr]12，经过修正彩度后的亮度与彩度为[YcbCr]14。为一个画素修正彩度的步骤如图2的流程20所示，使用的硬件如图3的装置30所示，同时参照图1至图3说明如下。
在为一画素修正彩度时，缓冲器31事先已经储存从取像装置来的影像的局部画素数组10的R、G、B亮度值，该数组10包含以欲修正彩度的画素为中心的多个邻近画素该影像的画素并且事先已经转换至YCbCr空间储存在随机存取内存34备用，换言之，[YcbCr]已经储存在随机存取内存34中，色彩空间的转换公式由暂存器33提供。
步骤21：计算两个方向的亮度值的梯度值：
在此实施例中，定义正45度及负45度方向为两个影像方向，处理器32从缓冲器31中读取绿色亮度值G1、G2、及G3计算两个方向的亮度值的梯度值：
D1＝|G2-G1|，及    公式1
D2＝|G3-G1|        公式2
并将D1与D2储存在随机存取内存34备用。
步骤22：计算两个抑制系数与抑制系数和
处理器32从该两个梯度值D1与D2及暂存器33提供的两个抑制尺度S1及S2计算两个抑制系数k1、k2与抑制系数kSUM：
k1＝D1/S1，       公式3
k2＝D2/S2，及    公式4
kSUM＝k1+k2      公式5
并将其储存在随机存取内存34备用。该等抑制尺度S1及S2根据经验决定，或与取像装置有关。K1、k2与kSUM均为非零的数值。K1与k2在硬件运算时可使用例如2、4、8等从0到16之间的数值，kSUM在硬件运算时可使用例如4、8、16等从0到32之间的数值。
步骤23：比较两个梯度值与临界值
暂存器33提供至少一事先决定的临界值TH给处理器32，以供处理器32分别比较该两个梯度值D1、D2与临界值TH，判断边缘对比的大小。当两个方向的边缘对比皆强烈时，亦即D1＞TH，且D2＞TH，进行步骤24，否则进行步骤25。
步骤24：使用抑制系数和kSUM修正画素的彩度
Cb＝Cb/kSUM+128    公式6
Cr＝Cr/kSUM+128
其中，128为偏差值(offset)。
步骤25：比较两个梯度值与临界值
当D1＜TH，且D2＞TH时，表示影像在该画素处仅为第两个方向具有强烈的边缘对比，进行步骤26，否则进行步骤27。
步骤26：使用抑制系数k2修正画素的彩度
Cb＝Cb/k2+128    公式7
Cr＝Cr/k2+128
步骤27：比较两个梯度值与临界值
相反地，当D1＞TH，且D1＜TH时，表示影像是在第一方向具有强烈的边缘对比，进行步骤28，否则进行步骤29。
步骤28：使用抑制系数k1修正画素的彩度
Cb＝Cb/k1+128    公式8
Cr＝Cr/k1+128
步骤29：不抑制彩度
当两个方向的梯度值D1、D2皆小于临界值TH，表示边缘对比不强烈，因此，在修正彩度时不加以抑制彩度：
Cb＝Cb+128    公式9
Cr＝Cr+128
在图3所示的装置30中，所有运算所需的参数及公式由暂存器33提供，其由输入SET决定。装置30在完成图2所示的流程20后，根据所选择的公式产生修正后的彩度取代原来从R、G、B亮度值所转换产生的彩度输出[YcbCr]14。
本发明的方法与装置是根据影像在画素位置处两个方向的亮度值的梯度值与至少一事先决定的临界值比较的结果选择不同的抑制系数为该画素修正彩度，因此可以依照该影像在该画素位置处实际的边缘对比大小为该画素修正彩度，因而获得较佳的色彩抑制效果，改善该影像的溢色现象。此外，本发明的方法在施行的过程中不需要复杂的转换运算，因此需求的硬件较简单，效率也较高。

Claims (5)

1.一种应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法，其特征在于，该数字影像从一取像装置产生，该方法包含下列步骤：
(a)计算该影像在该画素位置处正45度及负45度两个方向的亮度值的梯度值；
(b)根据该两个梯度值和预存的两个抑制尺度获得该影像在该画素位置处正45度及负45度两个方向的抑制系数，并根据该两个抑制系数产生一抑制系数和；以及
(c)比较该两个梯度值与一事先决定的临界值，以计算新的彩度值，当两个方向的梯度值都大于该临界值，则采用所述抑制系数和与一事先决定的偏差值来修正画素的彩度；当正45度方向的亮度值的梯度值大于临界值，而负45度方向的亮度值的梯度值小于临界值，则采用正45度方向的抑制系数和所述事先决定的偏差值来修正画素的彩度；当负45度方向的亮度值的梯度值大于临界值，而正45度方向的亮度值的梯度值小于临界值，则采用负45度方向的抑制系数和所述事先决定的偏差值来修正画素的彩度；当两个方向的梯度值都小于该临界值，则只采用所述事先决定的偏差值而不采用抑制系数来修正画素的彩度。
2.如权利要求1所述的应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法，其特征在于，该亮度值为绿色亮度值。
3.如权利要求1所述的应用于彩色数字影像的画素彩度抑制方法，其特征在于，该两个梯度值选取该画素位置在该正45度和负45度两个方向的两个邻近画素的亮度值与该画素亮度值比较而产生。
4.一种应用于彩色数字影像的画素彩度抑制装置，其特征在于，该数字影像从一取像装置产生，该画素彩度抑制装置包含：
(a)一缓冲器，用以储存以该画素为中心位置的画素数组的亮度值；
(b)一处理器，用以读取该缓冲器中的该画素数组的亮度值，计算该影像在该画素位置处正45度及负45度两个方向的亮度值的梯度值，根据该两个梯度值与预存的两个抑制尺度计算正45度及负45度两个方向的抑制系数，并根据该两个抑制系数产生一抑制系数和，比较该两个梯度值与一事先决定的临界值以计算新的彩度值，当两个方向的梯度值都大于该临界值，则采用所述抑制系数和与一事先决定的偏差值来修正画素的彩度；当正45度方向的亮度值的梯度值大于临界值，而负45度方向的亮度值的梯度值小于临界值，则采用正45度方向的抑制系数和所述事先决定的偏差值来修正画素的彩度；当负45度方向的亮度值的梯度值大于临界值，而正45度方向的亮度值的梯度值小于临界值，则采用负45度方向的抑制系数和所述事先决定的偏差值来修正画素的彩度；当两个方向的梯度值都小于该临界值，则只采用所述事先决定的偏差值而不采用抑制系数来修正画素的彩度；以及
(C)一暂存器，用以提供事先决定的两个抑制尺度，所述两个抑制尺度用于生成所述两个抑制系数，该一事先决定的临界值、以及一事先决定的偏差值，所述偏差值用于修正画素的彩度。
5.如权利要求4所述的应用于彩色数字影像的画素彩度抑制装置，其特征在于，该两个梯度值为选取该画素位置在该正45度和负45度两个方向的两个邻近画素的亮度值与该画素亮度值比较而产生。
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