CN101222573A - 色彩转换的方法与装置 - Google Patents

Abstract

在此提出一种色彩空间转换的操作方法与装置。对于RGB色彩信号进行饱和度调整或是色相的调整操作，亮度上会受到相当程度的影响。在本发明的调整方法中，部分或是全部调整后进行亮度的补偿，以确保像素的亮度(Luminance)不受色彩空间转换的影响。而亮度补偿的方法为根据调整后的像素亮度值，与原来输入时的像素亮度值的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

Description

色彩转换的方法与装置

技术领域

本发明是有关于一种RGB色彩空间转换的操作方法与装置，且特别是有关于一种对于饱和度调整或是色相调整后，进行亮度补偿的方法与装置。

背景技术

H.S.I.(Hue，Saturation，Intensity)色彩系统的定义是由色度图中R、G、B三点所连成的色彩三角形所构成。色相(Hue)是由角度所表示，以红色的色相为零度，因此以中心点白色为中心，由白红线段为起点，逆时针旋转一个角度θ，即代表一个不同的颜色。而饱和度(Saturation)则以百分比来表示，纯色彩的饱和度为100％，中心点白色的饱和度为0％。强度(Intensity)指的是RGB强度的平均值。

而RGB与HSI的转换可应用于高低解像力图像的融合。将具较细微的全频段黑白与较粗的多光谱图像组合成较细致的彩色图像，其处理程序是以RGB组合计算出亮度，而亮度即为全频段的黑白图像，若以细致黑白图像取代HSI中的亮度，再转回RGB图像则增加原细致黑白图像的空间信息，而形成较高解像力的彩色。

上述强度(Intensity)、饱和度(Saturation)或是色相(Hue)的值(底下分别以I、S与H表示)分别为0到1、0到1、以及0到360。而RGB与HSI的转换计算如下所述，其中假设M为max(R，G，B)，也就是RGB的最大值，而m＝min(R，G，B)，也就是RGB的最小值。

r＝(M-R)/(M-m)；g＝(M-G)/(M-m)；

b＝(M-B)/(M-m)；

I＝(M+m)/2；

S＝0，如果M＝m；S＝(M-m)/(M+m)，如果I＜＝0.5；S＝(M-m)/(2-M-m)，如果I＞0.5；

H＝60(b-g)，如果M＝R；H＝60(2+r-b)，如果M＝G；H＝60(4+g-r)如果M＝B。

而传统的基于RGB-HSI转换的RGB色彩空间转换操作如图1所示，首先，根据针对RGB值进行如步骤110的整体饱和度调整，而后，对其结果进行整体色相的调整，如步骤120。接着，如步骤130，对结果进行区域色相的调整，而后，再进行区域饱和度的调整，得到R’G’B’的值。

然而，当进行基于RGB-HSI转换的RGB色彩空间转换操作时，当进行调整整体(Global)或是区域(Local)的色相(Hue)或是饱和度(Saturation)的值时，像素的亮度(Luminance)就会受到变更影响。会造成图像的亮度不如预期，甚至失真！

发明内容

本发明提出一种RGB色彩空间转换的操作方法与装置，对于不论整体或是区域的饱和度调整或是色相的调整，在每次调整后或是全部调整后进行亮度的补偿，以确保像素的亮度(Luminance)不受色彩空间转换的影响。

本发明提出一种RGB色彩空间转换的操作方法与装置，对于不论整体或是区域的饱和度调整或是色相的调整，在部分或是全部调整后，根据调整后的像素亮度值，与原来输入时的像素亮度值的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

在本发明所提出的色彩转换的方法中，包括接收像素的RGB色彩信号，以及对RGB色彩信号进行色彩空间转换，以调整饱和度或色相。而对进行饱和度或色相调整后的RGB色彩信号进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度或色相而影响的RGB色彩信号亮度。

上述的色彩转换的方法，其中对RGB色彩信号先调整饱和度后，并对已经调整饱和度的RGB色彩信号进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度而影响的RGB色彩信号亮度。而接着对已经调整饱和度与亮度的RGB色彩信号进行色相转换，以调整RGB色彩信号的色相，并且对已经调整色相的RGB色彩信号进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度而影响的RGB色彩信号亮度。

上述的色彩转换的方法，其中亮度补偿的方法包括计算色彩空间转换调整后的亮度值，取得接收的像素RGB色彩信号的原始亮度值，以及根据调整后的亮度值与原始亮度值的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

在本发明所提出的色彩转换的方法中，包括接收像素的RGB色彩信号，依序对RGB色彩信号进行饱和度调整与色相调整。对在完成饱和度调整与色相调整后的RGB色彩信号，进行亮度补偿方法，以补偿因调整饱和度与色相而影响的RGB色彩信号亮度。

在本发明所提出的色彩转换装置中，包括色彩空间调整单元与亮度补偿单元。此色彩空间调整单元用以接收像素的RGB色彩信号，并对此RGB色彩信号进行色彩空间转换，以调整饱和度与色相后，输出色彩调整信号。而亮度补偿单元用以连接色彩空间调整单元，并接收像素的RGB色彩信号与色彩调整信号，并根据像素的RGB色彩信号与色彩调整信号，对色彩调整信号进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度而影响的RGB色彩信号亮度。

在本发明所提出的色彩转换装置中，包括多个串接的色彩空间调整单元与亮度补偿单元。此串接的色彩空间调整单元用以对像素的RGB色彩信号进行多次色彩空间转换操作，以调整饱和度与色相后，输出色彩调整信号。而亮度补偿单元用以连接在这些串接的色彩空间调整单元之后，并接收像素的RGB色彩信号与色彩调整信号，根据像素的RGB色彩信号与色彩调整信号，对此色彩调整信号进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度而影响的RGB色彩信号亮度。

上述的亮度补偿单元中，亮度补偿是根据像素的RGB色彩信号的亮度与色彩调整信号的亮度的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

本发明还提出一种色彩转换方法，基于RGB-HSI转换，该方法包括：接收像素的RGB色彩信号；根据该像素的RGB色彩信号的R值、G值与B值，进行整体饱和度的调整，得到整体饱和度调整色彩信号；根据该像素的RGB色彩信号亮度与该整体饱和度调整色彩信号的亮度，进行亮度补偿，得到第一调整色彩信号；接收该第一调整色彩信号，并进行整体色相的调整，得到整体色相调整色彩信号；根据该第一调整色彩信号的亮度与该整体色相调整色彩信号的亮度，进行亮度补偿，得到第二调整色彩信号；根据该第二调整色彩信号，进行区域饱和度的调整，得到区域饱和度调整色彩信号；根据该第二调整色彩信号的亮度与该区域饱和度调整色彩信号的亮度，进行亮度补偿，得到第三调整色彩信号；接收该第三调整色彩信号，并进行区域色相的调整，得到区域色相调整色彩信号；根据该第三调整色彩信号的亮度与该区域色相调整色彩信号的亮度，进行亮度补偿，得到第四调整色彩信号，其中该第四调整色彩信号即为将该像素的RGB色彩信号转换为在HIS色彩空间的色彩信号。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1是传统的基于RGB-HSI转换的RGB色彩空间转换操作流程示意图。

图2A～图2C是说明本发明一较佳实施例的RGB色彩空间转换装置示意图。

图3是说明本发明实施例所提出RGB色彩空间转换操作方法中，进行亮度补偿(Luminance Compensation)具体实施例的电路方块示意图。

图4是说明本发明一较佳实施例的亮度补偿电路中，亮度计算单元的电路方块示意图。

[主要元件标号说明]

210：色彩空间调整单元

220：亮度补偿单元

230、232、234与236：色彩空间调整单元

240：亮度补偿单元

250：整体饱和度调整

252、256、260、264：亮度补偿单元

254：整体色相(Global Hue)调整单元

258：区域色相(Local Hue)调整单元

262：区域饱和度(Local Saturation)调整单元

300：亮度补偿电路

310、312、314：延迟电路(Delay)

320、322、324：乘法器

340、342、344：四舍五入与箝制运算电路(Round and Clamping Circuit)

350、352：亮度计算单元

360：查询单元

370：乘法器

380：移位运算单元(Shift Unit)

400：亮度计算单元

410、420与430：乘法器

420：加法器

430：移位运算单元

440：四舍五入(Round)运算单元

具体实施方式

本发明提出一种RGB色彩空间转换的操作方法与装置，例如是基于RGB-HSI转换的RGB色彩空间转换，对于不论整体或是区域的饱和度调整或是色相的调整，在每次调整后都进行亮度的补偿，以确保像素的亮度(Luminance)不受色彩空间转换的影响。上述的操作方法中，在每次色彩空间转换调整后都进行根据调整后的像素亮度值，与原来输入时的像素亮度值的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

本发明所提出的RGB色彩空间转换的装置的一实施例，如图2A所示，至少包括色彩空间调整单元210与亮度补偿单元220。此色彩空间调整单元210用以接收像素的RGB色彩信号205，如图中所示的R值、G值与B值。并对此RGB色彩信号205进行色彩空间转换，以调整饱和度与色相后，输出色彩调整信号212。而亮度补偿单元220用以连接色彩空间调整单元210，并接收像素的RGB色彩信号205与色彩调整信号212，并根据像素的RGB色彩信号205与色彩调整信号212，对色彩调整信号212进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度及/或色相而影响的RGB色彩信号亮度。

在本发明所提出的色彩转换装置的一实施例中，如图2B所示，至少包括多个串接的色彩空间调整单元230、232、234与236与亮度补偿单元240。此串接的色彩空间调整单元230～236用以对像素的RGB色彩信号225进行多次色彩空间转换操作，以调整饱和度与色相后，输出色彩调整信号237。而亮度补偿单元240用以连接在这些串接的色彩空间调整单元230～236之后，并接收像素的RGB色彩信号225与色彩调整信号237，根据像素的RGB色彩信号225与色彩调整信号237，对此色彩调整信号237进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度及/或色相而影响的RGB色彩信号亮度。

上述的亮度补偿单元中，亮度补偿是根据像素的RGB色彩信号的亮度与色彩调整信号的亮度的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

请参照图2C，是说明本发明一较佳实施例的运用基于RGB-HSI转换的RGB色彩空间转换操作方法的电路方块示意图。首先，根据针对输入的RGB值进行的整体饱和度(Global Saturation)调整的整体饱和度调整250。而后，调整后的值则传送到亮度补偿单元252，进行亮度补偿(LuminanceCompensation)。经过亮度补偿后的值则传送到整体色相(Global Hue)调整单元254，进行整体色相的调整。接着，对调整后的值则传送到亮度补偿单元256再一次进行亮度补偿。之后，对于补偿后的结果再传送到区域色相(LocalHue)调整单元258，以进行区域色相的调整。而其结果又传送到另一亮度补偿单元260进行亮度补偿。而接着再传送到区域饱和度(Local Saturation)调整单元262，以进行区域饱和度的补偿。之后，再传送到亮度补偿单元264，进行亮度补偿。之后得到色彩空间转换操作后的R’G’B’的值。

而请参照图3，是说明本发明实施例所提出RGB色彩空间转换操作方法中，进行亮度补偿(Luminance Compensation)具体实施例的电路方块示意图。此亮度补偿电路300包括延迟电路(Delay)310～314、乘法器320～324、四舍五入与箝制运算电路(Round and Clamping Circuit)340～344、亮度计算单元350与352、查询单元360、乘法器370、与移位运算单元(Shift Unit)380。首先，输入的RGB值假设为R_i、G_i与B_i(图示标号分别为304、305与306)，而经由色彩空间转换调整后输出的值假设为R₀、G₀与B₀(图示标号分别为301、302与303)。将R₀、G₀与B₀值输入亮度计算单元350得到亮度值L_o，也就是调整后输出的像素亮度值。而将R_i、G_i与B_i值输入亮度计算单元352得到亮度值L_i，代表输入时像素的亮度值。

上述的亮度值L_o与L_i是通过例如底下的方程式(1)，分别经由亮度计算单元350与352所得。

$L_t=\frac{1}{2^{19}}(134742\·R_t+264241\·G_t+51380\·B_t)---\left(1\right)$

而后，根据亮度值L_o与L_i，计算出输入亮度与输出亮度的比值S，此比值S就是用来作为补偿的依据，如底下的方程式(2)：

$S=\frac{L_i}{L_o}---\left(2\right)$

此计算比值的方式，也就是输入亮度除以输出亮度的比值，可以由查询单元360、乘法器370与移位运算单元(Shift Unit)380达成。亮度值L_o输入查询单元360，例如经由查询表(Look-up Table)，以查出亮度值L_o的倒数，也就是(1/L_o)，而后输入乘法器370，以便与亮度值L_i，相乘后得到(L_i/L_o)。而另外根据亮度值L_o的大小，可以经由具有例如向右位移K位的移位运算单元380，如此不同的尺度(Scale)(也就是移位后成为不同的尺度2^K+L)以增加运算的精确度。因此，经由移位运算单元380向右移位K位后的输出381，则传送到乘法器320、322与324。

接着，对调整后输出的值R₀、G₀与B₀进行延迟操作，也就是经由延迟电路(Delay)310、312与314的延迟而输出延迟RGB信号311、313与315，也分别传送到乘法器320、322与324。此延迟的作用主要是必须先取得输入亮度与输出亮度的比值S，才可以进行亮度的补偿。

而后，进行方程式(3)的运算，

${\hat{X}}_o=S\·X_o---\left(3\right)$

利用乘法器320、322与324，对移位运算单元380的输出381，也就是输入亮度与输出亮度的比值S，与延迟RGB信号311、313与315分别进行乘法的运算。而相乘后的结果输出到移位运算单元330、332与334，经由例如向右位移L位之后的结果331、333与335，则分别传送到四舍五入与箝制运算电路(Round and Clamping Circuit)340、342与344，并经由四舍五入的运算(Round)与箝制的运算后，取得对调整后的输出值R₀、G₀与B₀，进行亮度补偿前的输出值341、343与345。此四舍五入的运算(Round)是对信号的最低有效位(Least Significant Bit，简称LSB)进行四舍五入的运算，而箝制运算则是限制输入信号的最大值及/或最小值。

而请参照图4，是说明图3中所提出亮度补偿电路300中，亮度计算单元实施例的电路方块示意图。此亮度计算单元400是根据方程式(1)的 $L_t=\frac{1}{2^{19}}(134742\·R_t+264241\·G_t+51380\·B_t)$ 计算。首先，调整后输出值R₀、G₀与B₀(如图的标号401、402与403)分别输入乘法器410、412与414，并且分别与特定数值相乘，例如图示中的“134742”、“264241”与“51380”。此特定的数字是根据各种不同色彩对于亮度的调整值，例如对于R、G与B则根据(134742·R+264241·G+51380·B)调整。而后将乘法器算出的结果输入加法器420。并将加法所得到的结果421传送到移位运算单元430。此移位运算单元430将加法所得的结果421进行例如向右移位19个位，即为所要计算的“除以1/(2¹⁹)”的运算。而后经过移位后的结果431则输入四舍五入(Round)运算单元440进行四舍五入进位的运算后则得到亮度值L₀。

本发明提出一种RGB色彩空间转换的操作方法，亦可运用在使用矩阵运算方式转换RGB色彩空间的运算。此矩阵运算方式可运用在例如饱和度的调整，或是色相的调整。在每次调整后都进行亮度的补偿，以确保像素的亮度(Luminance)不受色彩空间转换的影响。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种色彩转换的方法，包括：

接收像素的RGB色彩信号；以及

对该RGB色彩信号进行色彩空间转换，以调整饱和度或色相，其中，在进行该饱和度或该色相调整后的该RGB色彩信号，进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度或该色相而影响的该RGB色彩信号亮度。

2.根据权利要求1所述的色彩转换的方法，其中对该RGB色彩信号先调整饱和度后，并对已经调整饱和度的该RGB色彩信号进行第一次亮度补偿，以补偿因调整饱和度而影响的该RGB色彩信号亮度。

3.根据权利要求2所述的色彩转换的方法，其中对已经调整饱和度与亮度的该RGB色彩信号进行该色相转换，以调整该RGB色彩信号的色相，并且对已经调整色相的该RGB色彩信号进行第二次亮度补偿，以补偿因调整饱和度而影响的该RGB色彩信号亮度。

4.根据权利要求1所述的色彩转换的方法，其中该亮度补偿的方法包括：

计算该色彩空间转换调整后的亮度值；

取得接收的该像素RGB色彩信号的原始亮度值；以及

根据该调整后的亮度值与该原始亮度值的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

5.一种色彩转换的方法，包括：

接收像素的RGB色彩信号；以及

对该RGB色彩信号进行饱和度调整与色相调整；

对在完成该饱和度调整与该色相调整后的该RGB色彩信号，进行亮度补偿方法，以补偿因调整饱和度与该色相而影响的该RGB色彩信号亮度。

6.根据权利要求5所述的色彩转换的方法，其中该亮度补偿方法包括：

计算完成该饱和度调整与该色相调整后的该RGB色彩信号的亮度值；

取得接收的该像素RGB色彩信号的原始亮度值；以及

根据该调整后的亮度值与该原始亮度值的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

7.一种色彩转换方法，基于RGB-HSI转换，该方法包括：

接收像素的RGB色彩信号；

根据该像素的RGB色彩信号的R值、G值与B值，进行整体饱和度的调整，得到整体饱和度调整色彩信号；

根据该像素的RGB色彩信号亮度与该整体饱和度调整色彩信号的亮度，进行亮度补偿，得到第一调整色彩信号；

接收该第一调整色彩信号，并进行整体色相的调整，得到整体色相调整色彩信号；

根据该第一调整色彩信号的亮度与该整体色相调整色彩信号的亮度，进行亮度补偿，得到第二调整色彩信号；

根据该第二调整色彩信号，进行区域饱和度的调整，得到区域饱和度调整色彩信号；

根据该第二调整色彩信号的亮度与该区域饱和度调整色彩信号的亮度，进行亮度补偿，得到第三调整色彩信号；

接收该第三调整色彩信号，并进行区域色相的调整，得到区域色相调整色彩信号；

根据该第三调整色彩信号的亮度与该区域色相调整色彩信号的亮度，进行亮度补偿，得到第四调整色彩信号，其中该第四调整色彩信号即为将该像素的RGB色彩信号转换为在HIS色彩空间的色彩信号。

8.根据权利要求7所述的色彩转换方法，其中该些亮度补偿的方法包括计算输入的色彩信号亮度值与调整后的色彩信号亮度值的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

9.一种色彩转换装置，包括：

色彩空间调整单元，用以接收像素的RGB色彩信号，并对该RGB色彩信号进行色彩空间转换，以调整饱和度与色相后，输出色彩调整信号；以及

亮度补偿单元，用以连接该色彩空间调整单元，并接收该像素的RGB色彩信号与该色彩调整信号，并根据该像素的RGB色彩信号与该色彩调整信号，对该色彩调整信号进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度而影响的该RGB色彩信号亮度。

10.根据权利要求1所述的色彩转换装置，其中该亮度补偿单元的亮度补偿是根据该像素的RGB色彩信号的亮度与该色彩调整信号的亮度的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

11.一种色彩转换装置，包括：

多个串接的色彩空间调整单元，用以对像素的RGB色彩信号进行多次色彩空间转换操作，以调整饱和度与色相后，输出色彩调整信号；以及

亮度补偿单元，用以连接在该些串接的色彩空间调整单元之后，并接收该像素的RGB色彩信号与该色彩调整信号，根据该像素的RGB色彩信号与该色彩调整信号，对该色彩调整信号进行亮度补偿，以补偿因调整饱和度而影响的该RGB色彩信号亮度。

12.根据权利要求1所述的色彩转换装置，其中该亮度补偿单元的亮度补偿是根据该像素的RGB色彩信号的亮度与该色彩调整信号的亮度的比值，调整计算对于亮度的补偿值大小。

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