CN101764913A - 一种基于hsv空间的颜色替换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于HSV空间的颜色替换方法，属于视频及图像的特效处理及合成技术领域。该方法首先将源颜色和目标颜色从RGB空间变换到HSV空间；再计算源颜色的H、S、V分量与目标颜色的H、S、V分量之间的差值ΔH、ΔS、ΔV；然后将输入图像从RGB空间变换到HSV空间，将ΔH、ΔS、ΔV分别加到输入图像中需要替换颜色像素的H、S、V分量上；最后将颜色替换后的图像从HSV空间转换到RGB空间。本发明实现了将图像或者视频中一定范围内的颜色进行替换的效果，尤其适用于高质量、高效率的视频或图像的特效处理及合成中。
Description
技术领域
本发明属于视频及图像的特效处理及合成技术领域，具体涉及一种基于HSV空间的颜色替换方法。本发明尤其适用于高质量、高效率的视频或图像的特效处理及合成中。
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(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。
在图像或者视频处理软件中，将图像或者视频中某一种颜色(或某一范围内颜色)替换为另一种颜色(或另一范围内颜色)是一种很广泛的需求。一般说来，最容易的实现方式就是在RGB空间将一种颜色的值直接替换为目标颜色值。这种方法虽然简单易行但却不实用，因为在通常情况下，需要将一定范围内的颜色都进行替换，例如将背景的蓝天整个替换掉，这时要替换的就不是一种颜色，而是一个很大范围内的蓝色。如果在RGB空间直接进行替换，则比较困难，因为RGB空间是三基色三个成分叠加系数的空间，它本身并不符合人眼对色彩的察觉特性，所以很难在这个空间建模进行颜色替换。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能够将图像或者视频中一定范围内颜色进行替换的基于HSV空间的颜色替换方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于HSV空间的颜色替换方法，包括以下步骤：
(1)将源颜色和目标颜色从RGB空间变换到HSV空间；
(2)计算源颜色的H、S、V分量与目标颜色的H、S、V分量之间的差值ΔH、ΔS、ΔV；
(3)将输入图像像素从RGB空间变换到HSV空间；
(4)将ΔH、ΔS、ΔV分别加到输入图像中需要替换颜色像素的H、S、V分量上；
(5)将颜色替换后的图像从HSV空间转换到RGB空间。
如上所述的一种基于HSV空间的颜色替换方法，步骤(4)中，在将ΔH、ΔS、ΔV加到输入图像中需要替换颜色像素的H、S、V分量上之前，将ΔH和ΔV乘以权值weight，将ΔS乘以权值weight_s。
所述权值weight和weight_s的计算方法如下：
①计算分量H的权值hue_weight，记Δhue＝|Hp-Hs|，Hp表示输入图像中需要替换颜色像素的H分量值，Hs表示源颜色的H分量值；
如果Δhue≤hue_arerture/2，hue_arerture表示色相孔径，则hue_weight＝1；
如果hue_arerture/2＜Δhue＜hue_aperture/2+hue_softborder，hue_softborder表示色相软边，则hue_weight＝(hue_arerture/2+hue_softborder-Δhue)/hue_softborder；
如果Δhue≥hue_aperture/2+hue_softborder，则hue_weight＝0；
②计算分量S的权值saturation_weight，记Δsat＝|Sp-Ss|，Sp表示输入图像中需要替换颜色像素的S分量值，Ss表示源颜色的S分量值；
如果Δsat≤saturation_width/2，saturation_width表示饱和度宽度，则saturation_weight＝1；
如果saturation_width/2＜Δsat＜saturation_width/2+saturation_softborder，saturation_softborder表示饱和度软边，则saturation_weight＝(saturation_width/2+saturation_softborder-Δsat)/saturation_softborder；
如果Δsat≥saturation_width/2+saturation_softborder，则saturation_weight＝0；
③计算分量V的权值value_weight，记Δval＝|Vp-Vs|，Vp表示输入图像中需要替换颜色像素的V分量值，Vs表示源颜色的V分量值；
如果Δval≤value_width/2，value_width表示亮度宽度，则value_weight＝1；
如果value_width/2＜Δval＜value_width/2+value_softborder，value_softborder表示亮度软边，则value_weight＝(value_width/2+value_softborder-Δval)/value_softborder；
如果Δval≥value_width/2+value_softborder，则value_weight＝0；
④计算weight′＝hue_weight×saturation_weight×value_weight；
⑤计算weight＝1-(1-weight′)2，weight_S＝(weight′)4。
本发明所述方法，通过将输入图像从RGB空间转换到HSV空间后，再对颜色进行替换，最后再将替换颜色后的图像从HSV空间转换到RGB空间的方式，实现了将图像或者视频中一定范围内的颜色进行替换的效果。
附图说明
图1是具体实施方式中所述基于HSV空间的颜色替换方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明进行详细描述。
本发明的核心思想是：首先将输入图像从RGB空间转换到HSV空间，在HSV空间上完成颜色替换后，再从HSV空间转换到RGB空间。
HSV空间是通过色彩的色度(Hue)、饱和度(Saturation)以及亮度(Value)来描述颜色的一种空间。此处的亮度并不是指YUV空间中的混合亮度(luma)，而是对颜色亮度的又一种衡量方法。有关HSV空间的概念以及RGB与HSV空间的色彩空间变换为本领域的公知技术，可以参阅相关文献或者网络资源：http://en.wikipedia.org/wiki/HSL_color_space。
本发明有如下输入参数：源颜色、目标颜色、色相孔径(hue_aperture)及色相软边(hue_softborder)、饱和度宽度(saturation_width)及饱和度软边(saturation_softborder)、亮度宽度(value_width)及亮度软边(value_softborder)。其中，源颜色是指需要替换掉的颜色或者是想要替换的颜色范围中的代表颜色，在选择代表颜色时，最好选择一个在视觉上大概处于要替换颜色范围中间的颜色，例如要替换蓝天的颜色，可以选择在蓝天区域选择一个既不太蓝又不太淡的颜色，这样可以使后面的范围调节更有效。目标颜色是指将源颜色替换成的颜色。色相孔径、色相软边、饱和度宽度、饱和度软边、亮度宽度以及亮度软边，这几个参数都是用来控制以指定的源颜色为中心所要替换的源颜色范围。
图1出示一种基于HSV空间的颜色替换方法，主要包括以下步骤：
(1)将源颜色和目标颜色从RGB空间变换到HSV空间。
(2)计算源颜色的H、S、V分量与目标颜色的H、S、V分量之间的差值ΔH、ΔS、ΔV。
将源颜色的三个分量分别记为Hs、Ss和Vs，将目标颜色的三个分量分别记为Hd、Sd和Vd，目标颜色与源颜色在HSV空间中的差值为：ΔH＝Hd-Hs，ΔS＝Sd-Ss，ΔV＝Vd-Vs。
(3)将输入图像像素从RGB空间变换到HSV空间，再将ΔH、ΔS、ΔV分别加到输入图像中需要替换颜色像素的H、S、V分量上便能够达到颜色替换的效果，但是为了保证只有源颜色附近的颜色才进行替换，以及替换和不替换的区域的边界不至于过于生硬，还要为每个需要替换颜色的像素计算差值相加的两个权值weight与weight_s。将ΔH和ΔV乘以权值weight，将ΔS乘以权值weight_s后，再加入到所有需要替换颜色像素的H、S、V分量上。
假设需要替换颜色像素p的HSV分量为Hp、Sp和Vp，则计算权值weight和weight_s的计算方法如下：
①计算分量H的权值hue_weight，记Δhue＝|Hp-Hs|。
如果Δhue≤hue_arerture/2，则hue_weight＝1；
如果hue_arerture/2＜Δhue＜hue_aperture/2+hue_softborder，则hue_weight＝(hue_arerture/2+hue_softborder-Δhue)/hue_softborder；
如果Δhue≥hue_aperture/2+hue_softborder，则hue_weight＝0。
②计算分量S的权值saturation_weight，记Δsat＝|Sp-Ss|。
如果Δsat≤saturation_width/2，则saturation_weight＝1；
如果saturation_width/2＜Δsat＜saturation_width/2+saturation_softborder，则saturation_weight＝(saturation_width/2+saturation_softborder-Δsat)/saturation_softborder；
如果Δsat≥saturation_width/2+saturation_softborder，则saturation_weight＝0；
③计算分量V的权值value_weight，记Δval＝|Vp-Vs|。
如果Δval≤value_width/2，则value_weight＝1；
如果value_width/2＜Δval＜value_width/2+value_softborder，则value_weight＝(value_width/2+value_softborder-Δval)/value_softborder；
如果Δval≥value_width/2+value_softborder，则value_weight＝0。
④计算weight′＝hue_weight×saturation_weight×value_weight。
⑤计算weight＝1-(1-weight′)2，weight_S＝(weight′)4。
计算出权值weight和weight_s后，令
Hp＝Hp+ΔH×weight；
Sp＝Sp+ΔS×weight_s；
Vp＝Vp+ΔV×weight。
其中，等号右边的Hp、Sp、Vp为像素原来的H、S、V分量值，等号左边的Hp、Sp、Vp为像素变换颜色后的H、S、V分量值。
(4)将颜色替换后的图像从HSV空间转换到RGB空间。
本发明并不限于上述具体实施方式，本领域的技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (3)
1.一种基于HSV空间的颜色替换方法，包括以下步骤：
(1)将源颜色和目标颜色从RGB空间变换到HSV空间；
(2)计算源颜色的H、S、V分量与目标颜色的H、S、V分量之间的差值ΔH、ΔS、ΔV；
(3)将输入图像像素从RGB空间变换到HSV空间；
(4)将ΔH、ΔS、ΔV分别加到输入图像中需要替换颜色像素的H、S、V分量上；
(5)将颜色替换后的图像从HSV空间转换到RGB空间。
2.如权利要求1所述的一种基于HSV空间的颜色替换方法，其特征在于：步骤(4)中，在将ΔH、ΔS、ΔV加到输入图像中需要替换颜色像素的H、S、V分量上之前，将ΔH和ΔV乘以权值weight，将ΔS乘以权值weight_s。
3.如权利要求2所述的一种基于HSV空间的颜色替换方法，其特征在于，所述权值weight和weight_s的计算方法如下：
①计算分量H的权值hue_weight，记Δhue＝|Hp-Hs|，Hp表示输入图像中需要替换颜色像素的H分量值，Hs表示源颜色的H分量值；
如果Δhue≤hue_arerture/2，hue_arerture表示色相孔径，则hue_weight＝1；
如果hue_arerture/2＜Δhue＜hue_aperture/2+hue_softborder，hue_softborder表示色相软边，则hue_weight＝(hue_arerture/2+hue_softorder-Δhue)/hue_softorder；
如果Δhue≥hue_aperture/2+hue_softorder，则hue_weight＝0；
②计算分量S的权值saturation_weight，记Δsat＝|Sp-Ss|，Sp表示输入图像中需要替换颜色像素的S分量值，Ss表示源颜色的S分量值；
如果Δsat≤saturation_width/2，saturation_width表示饱和度宽度，则saturation_weight＝1；
如果saturation_width/2＜Δsat＜saturation_width/2+saturation_softborder，saturation_softorder表示饱和度软边，则saturation_weight＝(saturation_width/2+saturation_softborder-Δsat)/saturation_softorder；
如果Δsat≥saturation_width/2+saturation_softborder，则saturation_weight＝0；
③计算分量V的权值value_weight，记Δval＝|Vp-Vs|，Vp表示输入图像中需要替换颜色像素的V分量值，Vs表示源颜色的V分量值；
如果Δval≤value_width/2，value_width表示亮度宽度，则value_weight＝1；
如果value_width/2＜Δval＜value_width/2+value_softborder，value_softborder表示亮度软边，则value_weight＝(value_width/2+value_softorder-Δval)/value_softborder；
如果Δval≥value_width/2+value_softborder，则value_weight＝0；
④计算weight′＝hue_weight×saturation_weight×value_weight；
⑤计算weight＝1-(1-weight′)2，weight_S＝(weight′)4。
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