CN100574459C - 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亮度。输入图像并且具有色调。图像处理装置包含对照表、处理单元以及加法器。其中，对照表用以记录M个亮度、N个色调以及M*N个相对应的亮度补偿值。处理单元用以储存对照表，并且根据对照表、亮度以及色调，以决定对应亮度补偿值。而加法器是与处理单元相耦接，并且用以将输入图像的亮度与对应亮度补偿值相加，而得出调整后亮度。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)的亮度(Lightness)，并且根据调整后的亮度来调整饱和度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。

此外，先前技术的图像处理装置1是用以调整饱和度，使用者并没有办法随着自己的喜好，来增加或降低亮度。

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，此图像处理装置同时根据输入图像的亮度以及色调，来调整输入图像的亮度。藉此，可得到较佳的图像质量。

本发明提供了一种图像处理装置，用以调整输入图像的亮度，该输入图像并且包含色调，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个亮度补偿值，并且该M*N个亮度补偿值中的每一个亮度补偿值分别对应于该M个亮度的其中之一以及该N个色调的其中之一，其中M以及N皆为自然数；处理单元，用以储存该对照表，并且根据该输入图像的该亮度、该色调以及该对照表而决定出对应亮度补偿值；加法器，与该处理单元相耦接，该加法器用以将该输入图像的该亮度与该对应亮度补偿值相加，而得出调整后亮度；第一转换器，与该处理单元相耦接，该输入图像符合第一色彩空间，该第一转换器用以将该输入图像由该第一色彩空间转换为第二色彩空间，其中该第二色彩空间定义亮度元素L以及二色彩元素C1、C2；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C1以及C2转换为该色调，其中该色调H定义如下： $H={\tan }^{-1}\left(\frac{C1}{C2}\right);$ 第三转换器，耦接于该第一转换器，该第三转换器用以将该二色彩元素C1以及C2转换为该输入图像的饱和度，其中该饱和度S定义如下： $S=\sqrt{{C1}^2+{C2}^2};$ 以及饱和度调整单元，耦接于该第二转换器、该第三转换器以及该加法器，该饱和度调整单元用以根据该调整后亮度以及该色调，调整该饱和度，而得出调整后饱和度。

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亮度，进而增加输入图像的色彩的亮度调整。藉此，可得到较佳的图像质量。

本发明还提供了一种图像处理方法，用以调整输入图像的亮度，该输入图像并且包含色调，该图像处理方法包含下列步骤：(a)将该输入图像由第一色彩空间转换为第二色彩空间，其中该第二色彩空间定义一亮度元素L以及二色彩元素C1、C2，根据该二色彩元素C1以及C2，该色调H定义如下： $H={\tan }^{-1}\left(\frac{C1}{C2}\right),$ 根据该二色彩元素C1以及C2，该输入图像的饱和度S定义如下： $S=\sqrt{{C1}^2+{C2}^2};$ (b)根据对照表、该亮度以及该色调，决定对应亮度补偿值，其中该对照表用以记录M个亮度、N个色调以及M*N个亮度补偿值，并且该M*N个亮度补偿值中的每一个亮度补偿值分别对应于该M个亮度的其中之一以及该N个色调的其中之一，其中M以及N皆为自然数；(c)将该输入图像的该亮度与该对应亮度补偿值相加，而得出调整后亮度；以及(d)根据该调整后亮度以及该色调，调整该饱和度，而得出调整后饱和度。

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是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对照表的示意图。

[主要元件标号说明]

1、3：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：乘法器

30、32、34、40、42：转换器    36：处理单元

38：加法器

360、360′：对照表            44：饱和度调整单元

5：输入图像                L：亮度

H：色调                    S：饱和度

C1、C2：色彩元素           S100-S110：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)5的亮度(Lightness，L)，输入图像并且具有饱和度(Saturation，S)以及色调(Hue，H)。于此实施例中，输入图像5是符合RGB色彩空间(第一色彩空间)。

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、加法器(Adder)38、第四转换器40、第五转换器42以及饱和度调整单元44。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、N个色调以及M*N个亮度补偿值(Lightness offset value)，并且每一M*N个亮度补偿值分别对应于M个亮度的其中之一以及N个色调的其中之一，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。饱和度调整单元44耦接于第二转换器32、第三转换器34以及加法器38。第四转换器40与饱和度调整单元44相耦接。第五转换器42分别与第四转换器40以及加法器38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M个亮度(L1～LM)、N个色调(H1～HN)以及M*N个亮度补偿值(L_off_11～L_off_NM)，如图5所示。需注意的是，对照表360可根据不同的需求，而做不同的设定。记录于对照表360中的每一亮度补偿值可由软件仿真得到，在此不再赘述。

于上述的第一实施例中，第一转换器30用以将输入图像5由RGB色彩空间(第一色彩空间)转换为亮度与色彩分离的第二色彩空间，其中，第二色彩空间是选自下列群组的其中之一：YCbCr、Yuv、YIQ、CIELab以及Luv色彩空间，并且第二色彩空间定义亮度元素L以及色彩元素C1、C2。第二转换器32用以将色彩元素C1以及C2转换为色调H，其中色调H定义为H＝tan^-1(C1/C2)。第三转换器34用以将色彩元素C1以及C2转换为饱和度S，其中饱和度S定义为 $S=\sqrt{{C1}^2+{C2}^2}.$ 处理单元36根据输入图像5的亮度L、色调H以及对照表360而决定出对应亮度补偿值。举例而言，若输入图像5的亮度值为L3且色调值为H3，则处理单元36会根据对照表360，决定相对应的亮度补偿值L_off_33。之后，加法器38会将输入图像5的亮度与对应亮度补偿值相加，而得出调整后亮度。藉此，输入图像的亮度即同时根据输入图像的亮度以及色调完成调整。

之后，饱和度调整单元44会根据调整后亮度以及色调，调整饱和度，而得出调整后饱和度。第四转换器40将调整后饱合度转换为色彩元素C1以及C2。最后，第五转换器42再将输入图像5由第二色彩空间(如YCbCr、Yuv、YIQ、CIELab或Luv色彩空间)转换为第一色彩空间(如RGB色彩空间)。藉此，输入图像的饱和度即同时根据调整后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亮度，输入图像并且具有饱和度以及色调。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5由第一色彩空间(如RGB色彩空间)转换为第二色彩空间(如YCbCr、Yuv、YIQ、CIELab或Luv色彩空间)；

步骤S102：根据对照表360、亮度L以及色调H，决定对应亮度补偿值；

步骤S104：将输入图像5的亮度L与对应亮度补偿值相加，而得出调整后亮度；

步骤S106：根据调整后亮度以及色调，调整饱和度，而得出调整后饱和度；

步骤S108：将调整后饱和度转换为色彩元素C1以及C2；

步骤S110：将输入图像5由第二色彩空间转换为第一色彩空间。

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对照表360′的示意图。对照表360′与对照表360主要不同之处在于记录于对照表360′中的每一亮度表示为亮度范围，并且每一色调表示为色调范围。如图7所示，对照表360′记录10个亮度范围、18个色调范围以及10*18个亮度补偿值。举例而言，若输入图像5的亮度值为45且色调值为30，则处理单元36会根据对照表360′，决定相对应的亮度补偿值L_off_25。需注意的是，对照表360′所记录的亮度范围、色调范围以及亮度补偿值可根据不同的需求，而做不同的设定。

相较于先前技艺，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亮度，进而增加输入图像的色彩的亮度调整。藉此，可得到较佳的图像质量。此外，于本发明中，由于饱和度是根据调整后的亮度作调整，使得输入图像的颜色调整更有弹性，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范围的范畴内。因此，本发明所申请的权利要求范围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亮度，该输入图像并且包含色调，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个亮度补偿值，并且该M*N个亮度补偿值中的每一个亮度补偿值分别对应于该M个亮度的其中之一以及该N个色调的其中之一，其中M以及N皆为自然数；

处理单元，用以储存该对照表，并且根据该输入图像的该亮度、该色调以及该对照表而决定出对应亮度补偿值；

加法器，与该处理单元相耦接，该加法器用以将该输入图像的该亮度与该对应亮度补偿值相加，而得出调整后亮度；

第一转换器，与该处理单元相耦接，该输入图像符合第一色彩空间，该第一转换器用以将该输入图像由该第一色彩空间转换为第二色彩空间，其中该第二色彩空间定义亮度元素L以及二色彩元素C1、C2；

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C1以及C2转换为该色调，其中该色调H定义如下：

$H={\tan }^{-1}\left(\frac{C1}{C2}\right);$

第三转换器，耦接于该第一转换器，该第三转换器用以将该二色彩元素C1以及C2转换为该输入图像的饱和度，其中该饱和度S定义如下：

$S=\sqrt{{C1}^2+{C2}^2};$ 以及

饱和度调整单元，耦接于该第二转换器、该第三转换器以及该加法器，该饱和度调整单元用以根据该调整后亮度以及该色调，调整该饱和度，而得出调整后饱和度。

2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中记录于该对照表中的该M个亮度中的每一个亮度表示一个亮度范围，并且该N个色调中的每一个色调表示一个色调范围。

3.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中该第一色彩空间为RGB色彩空间。

4.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中该第二色彩空间是选自下列群组的其中之一：YCbCr、Yuv、YIQ、CIELab以及Luv色彩空间。

5.根据权利要求1所述的图像处理装置，还包含第四转换器，与该饱和度调整单元相耦接，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C1以及C2。

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，分别与该第四转换器以及该加法器相耦接，该第五转换器用以将该输入图像由该第二色彩空间转换为该第一色彩空间。

7.一种图像处理方法，用以调整输入图像的亮度，该输入图像并且包含色调，该图像处理方法包含下列步骤：

(a)将该输入图像由第一色彩空间转换为第二色彩空间，其中该第二色彩空间定义一亮度元素L以及二色彩元素C1、C2，根据该二色彩元素C1以及C2，该色调H定义如下： $H={\tan }^{-1}\left(\frac{C1}{C2}\right),$ 根据该二色彩元素C1以及C2，该输入图像的饱和度S定义如下： $S=\sqrt{{C1}^2+{C2}^2};$

(b)根据对照表、该亮度以及该色调，决定对应亮度补偿值，其中该对照表用以记录M个亮度、N个色调以及M*N个亮度补偿值，并且该M*N个亮度补偿值中的每一个亮度补偿值分别对应于该M个亮度的其中之一以及该N个色调的其中之一，其中M以及N皆为自然数；

(c)将该输入图像的该亮度与该对应亮度补偿值相加，而得出调整后亮度；以及

(d)根据该调整后亮度以及该色调，调整该饱和度，而得出调整后饱和度。

8.根据权利要求7所述的图像处理方法，其中记录于该对照表中的该M个亮度中的每一个亮度表示一个亮度范围，并且该N个色调中的每一个色调表示一个色调范围。

9.根据权利要求7所述的图像处理方法，其中该第一色彩空间为RGB色彩空间。

10.根据权利要求7所述的图像处理方法，其中该第二色彩空间是选自下列群组的其中之一：YCbCr、Yuv、YIQ、CIELab以及Luv色彩空间。

11.根据权利要求7所述的图像处理方法，还包含下列步骤：

(e)将该调整后饱和度转换为该二色彩元素C1以及C2。

12.根据权利要求11所述的图像处理方法，还包含下列步骤：

(f)将该输入图像由该第二色彩空间转换为该第一色彩空间。

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