CN101287134A - 自适应肤色补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字图像处理与视频显示技术领域，特别涉及一种提升图像的肤色显示效果的自适应肤色补偿方法。本发明针对图像显示时出现肤色的色彩偏差显示的问题，提供一种自适应肤色补偿方法。本发明的自适应肤色补偿方法，其特征在于，包括下列步骤；a.将图像信号的色度空间转换到YCbCr空间；b.对图像信号的每个像素点进行肤色区域区分；c.对在肤色区域的像素点的色度信号Cb、Cr进行肤色补偿处理；d.输出图像信号。本发明用于图像显示领域，本发明的有益效果是，矫正、补偿了图像显示时肤色区域的色彩失真。

Description

自适应肤色补偿方法

技术领域

本发明涉及数字图像处理与视频显示技术领域，特别涉及一种提升图像的肤色显示效果的自适应肤色补偿方法。

背景技术

在图像处理中，肤色分割是希望在某一色度空间用一种合适的模型来描述肤色的区域分布及肤色与非肤色的重叠有多少，通过大量的肤色像素集进行统计分析，确定一个模型能描述输入的像素与肤色的相似程度，分割出肤色区域。肤色处于一个固定的频域，像素相对集中、稳定，种族、年龄、性别的不同，在肤色上的差异主要体现在亮度上，而在色度上十分紧凑，所以可以通过像素的色度对肤色区域和非肤色区域进行区分。因为肤色按正态分布，并且除去亮度后的两维色度分量的联合分布服从二维高斯分布。所以进行肤色区域划分的方法可以依据肤色概率分布公式和非肤色的概率公式：

P(r，g/w1)＝(1/Nw1)×Hw1(r，g)

P(r，g/w2)＝(1/Nw2)×Hw2(r，g)

上式中，w1为肤色，w2为非肤色，Nw1为区域w1的像素个数，Nw2为区域w2的像素的个数，Hw1(r，g)是区域w1中颜色为(r，g)的像素的个数；Hw2(r，g)是区域w2中颜色为(r，g)的像素的个数。再运用协方差通过取阈值的办法就可以分割出肤色。肤色分割的方法有基于RGB(red，green and blue，红绿蓝三原色)、基于HSB((hue，saturation and brightness，色调、饱和度和亮度)、基于YCbCr(隔行扫描色差信号，Y-亮度、Cb蓝色色度分量、Cr红色色度分量)等色度空间上的方法，为了利用肤色在色度空间的聚类性，一般采用YCbCr色度空间。

在YCbCr色彩空间建立肤色模型：首先选取大量彩色图片进行手工处理只保留人体皮肤区域，接下来将彩色图片颜色空间转换到YcbCr空间，然后对该区域的CbCr值进行统计处理。处理时使用高斯法：m＝E(x)，x＝(CbCr)^T，C为协防矩阵，C＝E{(x-m)(x-m)^T}，T为阈值。通过这个肤色高斯分布可得到待检测彩色图像中任意一个像素点属于皮肤的概率。对于某像素点s，从RGB空间转换到YcbCr空间得到色度值(Cb，Cr)，该像素的肤色概率密度可由公式P(Cb，Cr)＝exp[-0.5(x-m)^TC^-1(x-m)]计算得到，其中，x＝(CbCr)^T，P(Cb，Cr)表示像素点的似然值。为了减少图像高频噪声的影响，先采用低通滤波器对图像进行处理。采用的低通滤波器的冲击响应矩阵为：

$H=\frac{1}{9}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& 1& 1\\ 1& 1& 1\end{array}\right]$

由于拍摄时，仪器、光线环境、拍摄人等因素的影响，使得所显示的图像(视频等)发生色彩方面的偏差，特别是肤色方面，最常见的是灰暗、发黄、苍白等。肤色补偿是从人们的视觉、感官方面出发，提升或者降低一些不适合人眼视觉习惯的像素值，使得所出现的肤色更加红润、逼真。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对图像显示时出现肤色的色彩偏差显示的问题，提供一种自适应肤色补偿方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，自适应肤色补偿方法，其特征在于，包括下列步骤；

a、将图像信号的色度空间转换到YCbCr空间；

b、对图像信号的每个像素点进行肤色区域区分；

c、对在所选区域的像素点的蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr进行肤色补偿处理；

d、输出图像信号。

所述步骤c中，对蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr进行肤色补偿处理的计算公式为：

Cb_Com＝Cb+Cb′；Cb′＝(fa/t1)^{1-((thresh-Cb)/FU)}

Cr_Com＝Cr+Cr′；Cr′＝(fb/t2)^{1-((thresh-Cr)/FN)}+(fa/t3)^{1-((thresh-Cb)/FU)}

上式中，Cb_Com、Cr_Com分别为蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr的肤色补偿结果；Cb′、Cr′分别为蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr的自适应增量；thresh为阈值；fa、fb、FU、FN、t1、t2、t3为实验参数，其取值范围分别为：4＜fa＜8、0.8＜fb＜1.2、45＜FU＜55、35＜FN＜45，0.300＜t1＜0.400、1.35＜t2＜1.45、0.60＜t3＜0.80，其中MAX＝t1+t2+t3，1.8＜MAX＜3.00。

可选的，步骤c所述所选区域为肤色区域。

可选的，步骤c中所述所选区域为肤色区域与非肤色区域；步骤b中对根据肤色区域划分后，还生成每个像素点的肤色指示信号并输入至处理器；步骤c中肤色补偿处理后将像素点的蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr和蓝色色度信号的肤色补偿结果Cb_Com、红色色度信号的肤色补偿结果Cr_Com一同送入处理器；步骤d中根据肤色指示信号选择输出图像信号，若像素点在肤色区域，则输出蓝色色度信号的肤色补偿结果Cb_Com、红色色度信号的肤色补偿结果Cr_Com，否则输出蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr。

本发明的有益效果是，矫正、补偿了图像显示时肤色区域的色彩失真。

附图说明

图1是具体实施方式的流程图。

具体实施方式

如图1所示，利用冲击响应矩阵对RGB格式的图像信号进行低通滤波，然后进行色彩空间转换，从RGB转换为YCbCr空间。接着进行肤色检测，通过公式P(Cb，Cr)＝exp[-0.5(x-m)^TC^-1(x-m)]，x＝(CbCr)^T，计算出每一个像素点的似然值P，大于或等于阈值thresh为肤色区域，进行肤色补偿；小于阈值thresh为非肤色区。在计算时，均值m＝[121.1315146.6512]，协方差矩阵

$c=\left(\begin{array}{cc}73.284& 43.3016\\ 43.3016& 252.0087\end{array}\right),$

为了减小运算量，阈值thresh采用固定阈值。对图像信号的每个像素点进行肤色区域区分后，就对在肤色区域的像素点的色度信号Cb、Cr进行肤色补偿处理，在肤色补偿处理中，根据输入像素点的Cb、Cr值自适应地确定不同像素点的补偿量大小。对Cb、Cr进行肤色补偿处理的计算公式为：

Cb_Com＝Cb+(fa/t1)^{1-((thresh-Cb)/FU)}

Cr_Com＝Cr+(fb/t2)^{1-((thresh-Cr)/FN)}+(fa/t3)^{1-((thresh-Cb)/FU)}

上式中，Cb_Com、Cr_Com表示Cb、Cr的肤色补偿结果，thresh为阈值，fa、fb、FU、FN、t1、t2、t3为实验参数，其取值范围分别为：4＜fa＜8、0.8＜fb＜1.2、45＜FU＜55、35＜FN＜45，0.300＜t1＜0.400、1.35＜t2＜1.45、0.60＜t3＜0.80，其中MAX＝t1+t2+t3，1.8＜MAX＜3.00；肤色补偿效果较佳的各参数的取值分别为fa＝5，fb＝0.9，FU＝50.0，FN＝40.0，t1＝0.344、t2＝1.41、t3＝0.71。

在实现的过程中，为了节约硬件资源和满足系统对处理速度的要求，设Cb′、Cr′为在肤色区域的像素点的Cb、Cr的自适应增量值，Cb′＝(fa/t1)^{1-((thresh-Cb)/FU)}、Cr′＝(fb/t2)^{1-((thresh-Cr)/FN)}+(fa/t3)^{1-((thresh-Cb)/FU)}，各素点的Cb、Cr所对应的自适应增量值Cb′、Cr′存放到图1所示的查找表中。自适应增量值Cb′、Cr′通过查找表的方式生成，为了保证运算精度，查找表的数据宽度设为12bit，其中高8bit为整数部分，低4bit为小数部分。在查找表的实现中，根据输入像素值生成一个地址值ADDR，将这个ADDR作为查找表ROM的访问地址，在相应地址的存储空间存有对应像素点的自适应增量值，读出这个自适应增量值，与输入的原始像素值Cb，Cr进行相应的加操作，即得所对应的肤色补偿结果Cb_Com、Cr_Com。最后，为了配合好电路中各个路径的时序，对于每一个象素点均进行了肤色补偿，同时将输入的原始像素值Cb，Cr和肤色补偿结果Cb_Com、Cr_Com一同送入处理器，处理器根据在进行肤色区域划分时产生的肤色指示信号(肤色指示信号用0、1表示，0表示非肤色区域，1表示肤色区域)来选择输出，若像素点的肤色指示信号为0，则输出原始像素值；若像素点的肤色指示信号为1，则输出肤色补偿后的肤色补偿结果。经过发明的自适应肤色补偿后，图像的肤色比原来更加红润，更接近于真实的肤色，得到更好的视觉效果。

Claims (6)

1.自适应肤色补偿方法，其特征在于，包括下列步骤；

a、将图像信号的色度空间转换到YCbCr空间；

b、对图像信号的每个像素点进行肤色区域区分；

c、对在所选区域的像素点的蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr进行肤色补偿处理；

d、输出图像信号。

2.如权利要求1所述自适应肤色补偿方法，其特征在于，所述步骤c中，对蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr进行肤色补偿处理的计算公式为：

Cb_Com＝Cb+Cb′；Cb′＝(fa/t1)^{1-((thresh-Cb)/FU)}

Cr_Com＝Cr+Cr′；Cr′＝(fb/t2)^{1-((thresh-Cr)/FN)}+(fa/t3)^{1-((thresh-Cb)/FU)}

上式中，Cb_Com、Cr_Com分别为蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr的肤色补偿结果；Cb′、Cr′分别为蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr的自适应增量；thresh为阈值；fa、fb、FU、FN、t1、t2、t3为实验参数，其取值范围分别为：4＜fa＜8、0.8＜fb＜1.2、45＜FU＜55、35＜FN＜45，0.300＜t1＜0.400、1.35＜t2＜1.45、0.60＜t3＜0.80，1.8＜t1+t2+t3＜3.00。

3.如权利要求2所述自适应肤色补偿方法，其特征在于，所述t1、t2、t3的值分别为t1＝0.344、t2＝1.41、t3＝0.71。

4.如权利要求1、2或3所述自适应肤色补偿方法，其特征在于，步骤c所述所选区域为肤色区域。

5.如权利要求1、2或3所述自适应肤色补偿方法，其特征在于，

步骤b中对根据肤色区域划分后，还生成每个像素点的肤色指示信号并输入至处理器；

步骤c中所述所选区域为肤色区域与非肤色区域，肤色补偿处理后将像素点的蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr和蓝色色度信号的肤色补偿结果Cb_Com、红色色度信号的肤色补偿结果Cr_Com一同送入处理器；

步骤d中根据肤色指示信号选择输出图像信号，若像素点在肤色区域，则输出蓝色色度信号的肤色补偿结果Cb_Com、红色色度信号的肤色补偿结果Cr_Com，否则输出蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr。

6.如权利要求5所述自适应肤色补偿方法，其特征在于，所述蓝色色度信号的自适应增量Cb′和红色色度信号的自适应增量Cr′存储在查找表中；步骤c中从查找表中读取蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr所对应的自适应增量Cb′、Cr′，再与原始像素值的蓝色色度信号Cb、红色色度信号Cr进行加操作得到肤色补偿结果。

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