CN101764910B - 一种高效的图像色彩抑制方法 - Google Patents

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本发明属于视频及图像处理技术,具体涉及一种高效的图像色彩抑制方法。该方法通过在RGB空间对色彩的最大值和最小值进行运算,将最大值颜色的色相向背离该颜色色相的方向运动,从而达到了抑制这种色相的目的。这种方法不需要进行从RGB色彩空间到HSV/HSL色彩空间的转换,就可以实现比较理想的抑色效果,具有简单易行,且容易优化的特点,能够明显提高图像色彩抑制的工作效率。

Description

一种高效的图像色彩抑制方法
技术领域
本发明属于视频及图像处理技术,具体涉及一种高效的图像色彩抑制方法。
背景技术
RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准,是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色,RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色,这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色,是目前运用最广的颜色系统之一。RGB色彩模式使用RGB模型为图像中每一个像素的RGB分量分配一个0~255范围内的强度值。例如:纯红色R值为255,G值为0,B值为0;灰色的R、G、B三个值相等(除了0和255);白色的R、G、B都为255;黑色的R、G、B都为0。RGB图像只使用三种颜色,就可以使它们按照不同的比例混合,在屏幕上重现16777216种颜色。
HSV/HSL色彩模式也分别是工业界的一种颜色标准,是通过对色调(H)、饱和度(S)、亮度(L)或明度(V)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色。HSV/HSL及代表了三个通道的颜色,图像只使用三种通道,也可以使它们按照不同的比例混合,在屏幕上重现16777216种颜色。
在图像/视频处理技术中,经常有将一类颜色抑制下去(去掉)的需求,从而实现图像的优化,得到较为理想的色彩效果。实现这种需求的方法很多,一般来说都需要将RGB空间变换到HSV/HSL空间中去处理,很少有在RGB空间直接处理的。现有的方法往往都比较耗时间,资源占用也比较严重。尤其是在HSV/HSL空间抑色的方法,大量时间都耗费在从RGB到HSV/HSL空间的变换上,非常影响色彩抑制的处理效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷,提供一种直接工作在RGB空间的图像色彩抑制方法,以提高图像色彩抑制的效率。
本发明的技术方案如下:一种高效的图像色彩抑制方法,该方法在RGB空间中对原始图像进行操作,包括对红、绿、蓝、青、品红和黄六种颜色进行抑制,针对所需抑制的颜色,判断每个像素点中对应的色彩通道的基色值是否为该像素点的red、green、blue中的最大值或最小值,然后,根据判断的结果,对符合条件的像素点进行色彩值的修订,得到目标图像像素点的色彩值。
进一步,如上所述的高效的图像色彩抑制方法,其中,
针对红色抑制,判断每个像素点中的red值是否为该像素点的red、green、blue中的最大值,如果是,将该像素点的red值修改为其余两个色彩值green、blue中较大的值;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对绿色抑制,判断每个像素点中的green值是否为该像素点的red、green、blue中的最大值,如果是,将该像素点的green值修改为其余两个色彩值red、blue中较大的值;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对蓝色抑制,判断每个像素点中的blue值是否为该像素点的red、green、blue中的最大值,如果是,将该像素点的blue值修改为其余两个色彩值red、green中较大的值;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对青色抑制,判断每个像素点中的red值是否为该像素点的red、green、blue中的最小值,如果是,用其余两个色彩值green、blue中较小的值减去red值得到差值t,然后,用色彩值green、blue分别减去差值t,得到新的色彩值green、blue;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对品红抑制,判断每个像素点中的green值是否为该像素点的red、green、blue中的最小值,如果是,用其余两个色彩值red、blue中较小的值减去green值得到差值t,然后,用色彩值red、blue分别减去差值t,得到新的色彩值red、blue;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对黄色抑制,判断每个像素点中的blue值是否为该像素点的red、green、blue中的最小值,如果是,用其余两个色彩值red、green中较小的值减去blue值得到差值t,然后,用色彩值red、green分别减去差值t,得到新的色彩值red、green;如果不是,则对该像素点不做处理。
进一步,如上所述的高效的图像色彩抑制方法,其中,该方法从原始图像中一次取出8个像素点,将8个像素点的red、green、blue通道分别对应三个__mm128i变量pixel_red、pixel_green、pixel_blue;根据上述三个变量pixel_red、pixel_green、pixel_blue的内容,得到它们之间的最大值变量pixel_max和最小值变量pixel_min;针对所要抑制的颜色,将变量pixel_red或pixel_green或pixel_blue与最大值变量pixel_max或最小值变量pixel_min进行相等比较操作,得到色彩抑制掩模变量mask,在该掩模变量mask中,符合判断条件的像素点对应的二进制值为1,否则为0,以此来确定需要进行色彩值修订的符合条件的像素点。
本发明的有益效果如下:本发明通过在RGB空间对色彩的最大值和最小值进行运算,将最大值颜色的色相向背离该颜色色相的方向运动,从而达到了抑制这种色相的目的。这种方法不需要进行从RGB色彩空间到HSV/HSL色彩空间的转换,就可以实现比较理想的抑色效果,具有简单易行,且容易优化的特点,能够明显提高图像色彩抑制的工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例的具体流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。
本发明所提出的这种色彩抑制方法直接工作在RGB空间,省去了色彩空间变换的时间。该方法可以抑制六种颜色,分别是:红(red)、绿(green)、蓝(blue)、青(cyan)、品红(magenta)和黄(yellow)。
本发明的抑色方法虽然是基于RGB空间的,但其原理却要涉及到HSV空间。HSV空间的含义以及RGB到HSV的转换公式均为本领域的公知技术,可以参考相关文献或网络资源(http://en.wikipedia.org/wiki/HSL_color_space)。从RGB到HSV的转换公式可以看出,当某个颜色的一种色彩值(例如红色red值)为red/green/blue三个值里面最大的时候,这个颜色才位于以该色彩(例如红色red)色相为中心张角为120度的扇形区域内,那么将该色彩值(例如red值)改为其它两个色彩(green与blue)之中最大的那个就相当于将该颜色的色相向背离该色彩(例如红色red)色相的方向运动(如果green大就向绿色色相运动,否则向蓝色色相运动),从而达到了抑制这种色相的目的。同理可以解释其它几种色彩抑制的原理。
基于上述原理,本发明提出了针对六种颜色的抑色方法,该方法的核心算法描述如下:记三基色中红色为r、绿色为g、蓝色为b;
①如果r为r/g/b中最大值,则r=max(g,b),实现红色抑制;
②如果g为r/g/b中最大值,则g=max(r,b),实现绿色抑制;
③如果b为r/g/b中最大值,则b=max(r,g),实现蓝色抑制;
④如果r为r/g/b中最小值,
则令t=min(g,b)-r,g=g-t,b=b-t,实现青色抑制;
⑤如果g为r/g/b中最小值,
则令t=min(r,b)-g,r=r-t,b=b-t,实现品红抑制;
⑥如果b为r/g/b中最小值,
则令b=min(r,g)-b,r=r-t,g=g-t,实现黄色抑制。
本发明具体实施方式的流程如图1所示,下面结合图1和具体颜色详细介绍本发明的抑色方法。
首先,根据用户对色彩抑制的选择构造出六个掩模,mask_red,mask_green,mask_blue,mask_cyan,mask_magenta与mask_yellow。如果抑制某种颜色则对应的掩模为全1,否则为全0。
比如用户选择抑制红色而没有选择抑制黄色,则mask_red变量中二进制值为全1,而mask_yellow则为全0。
然后,从原始图像将8个像素点的数据读入三个__mm128i变量中(SSE2每个寄存器16字节长),分别对应这8个像素点的red、green、blue通道,将它们分别记为pixel_red、pixel_green、pixel_blue。由于__mm128i变量是16字节长(实际上是SSE2指令集所能处理的变量单位),所以一个__mm128i可以放8个2字节长的数据,因此可以放入8个点的数据进去。以pixel_red为例,放置方式可以表示为[r7 r6 r5 r4 r3 r2 r1 r0],并且可以对这8个2字节数据进行并行处理,后面所提到所有运算都是针对这种__mm128i变量的并行运算(比如后面提到的min,max运算是指对着8个点对位进行min,max操作)。
根据pixel_red、pixel_green、pixel_blue三者的内容求出它们之间的最大值和最小值,并分别放入变量pixel_min与pixel_max。
以红色抑制为例,当像素的red为r/g/b三者最大时,根据pixel_red以及pixel_max生成一个红色抑制掩模存入到mask变量中。具体方式是用pixel_red与pixel_max进行相等比较操作(SSE2有一条指令可以对两个变量按每两个字节为单位进行比较,比较相同的两字节处置为全1,否则全0),比较的结果即为掩模。比如pixel_red为[1,2,3,4,5,6,7,8],而pixel_max为[100,100,100,4,20,30,7,15],那么相等比较操作的结果是[0 0 0 0xff0 0 0xff 0]。
用pixel_red减去max(pixel_green,pixel_blue),把pixel_red减去max(pixel_green,pixel_blue)的这个结果存入一个临时变量tmp中去,然后把tmp与mask_red进行与操作的结果存入tmp,接着再把tmp与前面提到的红色抑制掩模(就是用pixel_red以及pixel_max进行相等比较操作生成的掩模)进行与操作并存入tmp。最后用pixel_red减去tmp的值存入pixel_red作为新的red值,红色抑制完成。绿色抑制或蓝色抑制可用同样的方法再依次处理。
举例来说:假设
mask_red为[0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff]
pixel_red为[100 10 20 30 40 50 60 70]
pixel_green为[10 20 30 40 50 60 70 80]
pixel_blue为[50 45 50 45 50 45 50 45]
则可计算出pixel_max为[100 50 50 45 50 60 70 80],红色抑制掩模mask为[0xff 0 0 0 0 0 0 0]。tmp初始为[50 -35 -30 -15 -10 -10 -10 -10],进行与操作后变为[50 0 0 0 0 0 0 0],用pixel_red减去tmp得到[50 10 20 3040 50 60 70]。
以处理青色抑制为例,当像素的red为r/g/b三者最小时,根据pixel_red以及pixel_min生成一个青色抑制掩模存入到mask变量中去,具体方式是用pixel_red与pixel_min进行相等比较操作,比较的结果即为掩模。然后把min(pixel_green,pixel_blue)减去pixel_read的这个结果存入一个临时变量tmp中去,接着把tmp与mask_cyan进行与操作的结果存入tmp,再接着把tmp与mask进行与操作并存入tmp。最后用pixel_green减去tmp的值存入pixel_green作为新的green值,用pixel_blue减去tmp的值存入pixel_blue作为新的blue值,青色抑制完成。品红抑制或黄色抑制可以用同样的方法再依次处理。
举例来说:假设
mask_cyan为[0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff]
pixel_red为[10 20 30 40 50 60 70 80]
pixel_green为[100 10 20 30 40 50 60 70]
pixel_blue为[50 45 50 45 50 45 50 45]
则可计算出pixel_min为[10 10 20 30 40 45 50 45]。青色抑制掩模mask为[0xff 0 0 0 0 0 0 0]。tmp初始为[40 -10 -10 -10 -10 -15 -20 -25],进行与操作后变为[40 0 0 0 0 0 0 0],进行减tmp的操作后,pixel_green变为[60 10 20 30 40 50 60 70]而pixel_blue变为[10 45 50 45 50 45 50 45]。
最后,将pixel_red,pixel_green与pixel_blue交错之后,得到每个像素点的red/green/blue三个值,写入到目标图像中,然后处理后面8个像素点。
本发明工作在x86/x86-64架构下面,在具体实现这个方法的时候,可以采用intel的SIMD增强指令集SSE2提高算法速度。由于SSE2可以进行整数或者浮点的矢量计算,所以同时可以计算多个像素的键值;另外,由于SSE2指令本身就具备计算最大/最小值的能力,就使得在计算键值的时候没有任何条件分支语句,从而也提高了处理速度。
根据试验结果,在一台主频为2.5GHz的处理器上,对一幅1024x768大小的图像(BGRA空间)进行色彩抑制只需要2.3ms。如果再充分利用多核/超线程技术的话(将计算平均分配到每个核上面或者硬件线程上),一个四核的CPU处理上述图像估计只需要1ms左右。可见,本发明能够明显提高图像色彩抑制的工作效率。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例,本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式,同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (2)

1.一种高效的图像色彩抑制方法,其特征在于:该方法在RGB空间中对原始图像进行操作,包括对红、绿、蓝、青、品红和黄六种颜色进行抑制,针对所需抑制的颜色,判断每个像素点中对应的色彩通道的基色值是否为该像素点的red、green、blue中的最大值或最小值,然后,根据判断的结果,对符合条件的像素点进行色彩值的修订,得到目标图像像素点的色彩值,其具体方法为:
针对红色抑制,判断每个像素点中的red值是否为该像素点的red、green、blue中的最大值,如果是,将该像素点的red值修改为其余两个色彩值green、blue中较大的值;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对绿色抑制,判断每个像素点中的green值是否为该像素点的red、green、blue中的最大值,如果是,将该像素点的green值修改为其余两个色彩值red、blue中较大的值;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对蓝色抑制,判断每个像素点中的blue值是否为该像素点的red、green、blue中的最大值,如果是,将该像素点的blue值修改为其余两个色彩值red、green中较大的值;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对青色抑制,判断每个像素点中的red值是否为该像素点的red、green、b lue中的最小值,如果是,用其余两个色彩值green、blue中较小的值减去red值得到差值t,然后,用色彩值green、blue分别减去差值t,得到新的色彩值green、blue;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对品红抑制,判断每个像素点中的green值是否为该像素点的red、green、blue中的最小值,如果是,用其余两个色彩值red、blue中较小的值减去green值得到差值t,然后,用色彩值red、blue分别减去差值t,得到新的色彩值red、blue;如果不是,则对该像素点不做处理;
针对黄色抑制,判断每个像素点中的blue值是否为该像素点的red、green、blue中的最小值,如果是,用其余两个色彩值red、green中较小的值减去blue值得到差值t,然后,用色彩值red、green分别减去差值t,得到新的色彩值red、green;如果不是,则对该像素点不做处理。
2.如权利要求1所述的高效的图像色彩抑制方法,其特征在于:该方法从原始图像中一次取出8个像素点,将8个像素点的red、green、blue通道分别对应三个_ _mm128i变量pixel_red、pixel_green、pixel_blue;根据上述三个变量pixel_red、pixel_green、pixel_blue的内容,得到它们之间的最大值变量pixel_max和最小值变量pixel_min;针对所要抑制的颜色,将变量pixel_red或pixel_green或pixel_blue与最大值变量pixel_max或最小值变量pixel_min进行相等比较操作,得到色彩抑制掩模变量mask,在该掩模变量mask中,符合判断条件的像素点对应的二进制值为1,否则为0,以此来确定需要进行色彩值修订的符合条件的像素点。
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