CN102045575A - 用于像素色彩校正的方法以及像素色彩校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于像素色彩校正的方法及装置，该方法包括下列步骤：确定一指定像素的一灰阶程度；根据该指定像素的该灰阶程度来产生一已调整色彩校正矩阵；以及将该已调整色彩校正矩阵应用于该指定像素来校正该指定像素的色彩误差。该灰阶程度根据彩度信息与亮度信息的比值来产生。该已调整色彩校正矩阵由一参考色彩校正矩阵以及一单元矩阵作权重相加而计算出来，且该参考色彩校正矩阵以及该单元矩阵的权重因子由该灰阶程度来确定，其中该单元矩阵为不具有色彩校正的一基础矩阵。

Description

用于像素色彩校正的方法以及像素色彩校正装置

技术领域

本发明涉及影像感应器的色彩校正，尤其涉及一种用于像素色彩校正的方法以及相关装置。

背景技术

由于具有红绿蓝(RGB)彩色滤光片的互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)影像感应器通常是非理想的影像感应器，所以可能会导致人类颜色感知上的错误。因此，需要利用色彩校正来修正影像感应器的频谱响应，而传统的色彩校正方法通常对一整个影像使用同一色彩校正矩阵。

色彩校正的目的是在减少色彩误差时亦能尽量避免产生噪声，然而，如果在一整个影像中使用相同的色彩校正矩阵，会在彩色区域中造成假色或是增加灰阶区域的噪声强度。因此，如何克服传统色彩校正方法中产生的问题已成为业界亟需解决的课题。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种用于像素色彩校正的方法以及相关的像素色彩校正装置，来解决上述的问题。

依据本发明的一实施例，其提供一种用于像素色彩校正的方法。该方法包括下列步骤：确定一指定像素的灰阶程度；根据该指定像素的该灰阶程度来产生一已调整色彩校正矩阵；以及将该已调整色彩校正矩阵应用于该指定像素来校正该指定像素的色彩误差。

依据本发明的一实施例，其提供一种像素色彩校正装置。该像素色彩校正装置包括一灰阶程度检测器、一第一矩阵产生电路以及一色彩校正电路。该灰阶程度检测器用以确定一指定像素的灰阶程度。该第一矩阵产生电路根据该指定像素的该灰阶程度来产生一已调整色彩校正矩阵。该色彩校正电路将该已调整色彩校正矩阵应用于该指定像素来校正该指定像素的色彩误差。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的像素色彩校正装置的示意图；

图2A和2B为第一设定单元如何确定图1中参考色彩校正矩阵的权重因子的示例的示意图；

图3为本发明第二实施例中的像素色彩校正装置的示意图；

图4A和4B为第二设定单元如何确定图3中预设色彩校正矩阵的权重因子的示例的示意图；

图5为本发明用于像素色彩校正的方法的一实施例的流程图；以及

图6为本发明用于像素色彩校正的方法的另一实施例的流程图。

【主要元件符号说明】

110    灰阶程度检测器

120    第一矩阵产生电路

130    色彩校正电路

140    第一设定单元

320    第二矩阵产生电路

340    第二设定单元

具体实施方式

在说明书及后续的权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域的普通技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求中所提及的「包括」为一开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包括任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则表示该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或者通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

图1为本发明第一实施例中的像素色彩校正装置100的示意图。如图1中所示，像素色彩校正装置100包括(但不限于)一灰阶程度检测器110、一第一矩阵产生电路120以及一色彩校正电路130。灰阶程度检测器110用以确定一指定像素P_x的一灰阶程度GD1。第一矩阵产生电路120根据指定像素P_x的灰阶程度GD1来产生一已调整色彩校正矩阵C_pixel，在本实施例中，第一矩阵产生电路120依据灰阶程度GD1来调整一参考色彩校正矩阵C_ref以及一单元矩阵(Unity Matrix)C_unity1以产生已调整色彩校正矩阵C_pixel。最后，色彩校正电路130将已调整色彩校正矩阵C_pixel应用于指定像素P_x来校正指定像素P_x的色彩误差。此外，第一矩阵产生电路120还包括一第一设定单元140，用以设定至少一个临界值并依据灰阶程度GD1来确定一第一权重因子β₁以及一第二权重因子β₂。灰阶程度检测器110以及第一矩阵产生电路120(包括第一设定单元140)的工作方式将在下面的实施例中作更详细的说明。

在一实施例中，灰阶程度检测器110可根据指定像素P_x的亮度信息以及彩度信息来对指定像素P_x执行灰阶程度检测，并据此产生灰阶程度GD1。灰阶程度GD1根据亮度信息与彩度信息之间的比较来确定，而本领域技术人员公知，YUV色彩空间与RGB色彩空间之间的关系如下列方程式所示：

U＝B-Y                            (1-1)

V＝R-Y                            (1-2)

Y＝0.299·R+0.587·G+0.114·B     (1-3)

因此，灰阶程度GD1的数值可由下面的方程式确定：

$T=\frac{\left|U\right|+\left|V\right|}{Y}---\left(2\right)$

在方程式(2)中，T代表灰阶程度GD1的值、Y代表亮度信息以及U与V代表彩度信息。假如数值T接近于零，则指定像素P_x看起来如同一灰阶像素，这代表指定像素P_x包括有非常少的彩度信息。

请注意，单元矩阵C_unity1为一个不具有色彩校正的基础矩阵，其中单元矩阵C_unity1可以下面的方程式来表示：

$C_{\mathrm{unity}1}=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(3\right)$

在此实施例中，参考色彩校正矩阵C_ref具有第一权重因子β₁以及单元矩阵C_unity1具有第二权重因子β₂，其中第一权重因子β₁以及第二权重因子β₂之和为一个定值。举例来说，若第一权重因子β₁以及第二权重因子β₂之和为1，可以下面的方程式来表示：

β₁+β₂＝1                      (4)

因此，参考色彩校正矩阵C_ref、单元矩阵C_unity1以及已调整色彩校正矩阵C_pixel三者之间的关系便如下所示：

C_pixel＝β₁·C_ref+β₂·C_unity1

＝β₁·C_ref+(1-β₁)·C_unity1    (5)

参考图2A以及2B，其为第一设定单元140如何确定出图1中参考色彩校正矩阵C_ref的第一权重因子β₁的实例的示意图。如图2A中所示，第一权重因子β₁与灰阶程度GD1的T值成正比，且表示第一权重因子β₁的一曲线分为三个区段。在此实施例中，设有三个临界值T1、T2以及T3，当灰阶程度GD1的T值小于临界值T1时，将第一权重因子β₁确定为0；当灰阶程度GD1的T值介于临界值T1与临界值T2之间时，将第一权重因子β₁确定为〔(T-T1)/(T2-T1)×a)；当灰阶程度GD1的T值介于临界值T2与临界值T3之间时，将第一权重因子β₁确定为〔(T-T2)/(T3-T2)×(1-a)+a〕，其中a小于1；以及当灰阶程度GD1的T值大于临界值T3时，将第一权重因子β₁确定为1。简而言之，第一权重因子β₁与灰阶程度GD1的T值之间的关系可如下所示：

${\mathrm{\&beta;}}_1=\left\{\begin{array}{cc}0& T<T1\\ (T-T1)/(T2-T1)\&times;a& T1\&le;T<T2\\ (T-T2)/(T3-T2)\&times;(1-a)+a& T2\&le;T<T3\\ 1& T\&GreaterEqual;T3\end{array}\right\}---(6-1)$

如图2B中所示，第一权重因子β₁与灰阶程度GD1的T值成正比，且代表第一权重值β₁的一曲线分为四个区段。在此实施例中，设有四个临界值T1、T2、T3以及T4。简而言之，第一权重因子β₁与灰阶程度GD1的T值之间的关系可如下所示：

${\mathrm{\&beta;}}_1=\left\{\begin{array}{cc}0& T<T1\\ (T-T1)/(T2-T1)\&times;a& T1\&le;T<T2\\ (T-T2)/(T3-T2)\&times;(b-a)+a& T2\&le;T<T3\\ (T-T3)/(T4-T3)\&times;(1-b)+b& T3\&le;T<T4\\ 1& T\&GreaterEqual;T4\end{array}\right\}---(6-2)$

由图2A和2B中可得知，当灰阶程度GD1的T值较小时，会确定较小的值来作为第一权重因子β₁，然而，当灰阶程度GD1的T值较大时，则会确定较大的值来作为第一权重因子β₁。请注意，第一权重因子β₁并不限定为一固定值，其可依据实际需求来设定，也就是说，图2A以及2B中所示的数值a、b仅是作为示例说明之用，而并非限制本发明。此外，用以设定第一权重因子β₁的临界值的数量以及设定第一权重因子β₁的区段数量也不限于此。例如，第一权重因子β₁可用任意的正整数划分为复数个区段。

应用方程式(6-1)、(6-2)所列的第一权重因子β₁至方程式(5)，已调整色彩校正矩阵C_pixel可通过调整参考色彩校正矩阵C_ref以及单元矩阵C_unity1而产生。换句话说，分段的第一权重因子β₁可弹性地调整个别的像素的色彩校正强度，因此，可同时最优化色彩的真实度以及噪声抑制。

当然，上述的像素色彩校正装置100仅是作为示例说明之用。在其它实施例中，可在像素色彩校正装置100中设计更多的功能，举例来说，参考色彩校正矩阵C_ref可根据各种不同的亮度状况作适当的微调。

参考图3，其为本发明第二实施例中一像素色彩校正装置300的示意图。图3中所示的像素色彩校正装置300的结构类似于图1中的像素色彩校正装置100的结构，而两者之间的差异主要在于像素色彩校正装置300还包括一第二矩阵产生电路320，用以根据一实际亮度状况来产生参考色彩校正矩阵C_ref。在此实施例中，第二矩阵产生电路320调整一预设(pre-defined)色彩校正矩阵C_pre以及一单元矩阵C_unity2来产生参考色彩校正矩阵C_ref。此外，第二矩阵产生电路320还包括一第二设定单元340，用以根据一总增益G1来设定至少一个临界值以及确定一第一权重因子α₁以及一第二权重因子α₂，其中总增益G1依据实际亮度状况来确定。

请注意，预设色彩校正矩阵C_pre处于一预设亮度状况下，以及单元矩阵C_unity2为一基础矩阵，其中单元矩阵C_unity2可以下面的方程式来表示：

$C_{\mathrm{unity}2}=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(7\right)$

在此实施例中，预设色彩校正矩阵C_pre具有第一权重因子α₁以及单元矩阵C_unity2具有第二权重因子α₂，其中第一权重因子α₁以及第二权重因子α₂之和为一个定值。举例来说，若第一权重因子α₁以及第二权重因子α₂之和为1，则可以下面的方程式来表示之：

α₁+α₂＝1                          (8)

因此，预设色彩校正矩阵C_pre、单元矩阵C_unity2以及参考色彩校正矩阵C_ref三者之间的关系如下所示：

C_ref＝α₁·C_pre+α₂·C_unity2

＝α₁·C_pre+(1-α₁)·C_unity2        (9)

参考图4A以及4B，其为第二设定单元340如何确定徒3中预设色彩校正矩阵C_pre的第一权重因子α₁的示例的示意图。如图4A中所示，第一权重因子α₁与总增益G1成反比，且表示第一权重因子α₁的一曲线划分为四个区段。在此实施例中，设有三个临界值T11、T22以及T33。简而言之，第一权重因子α₁与总增益G1之间的关系可如下所示：

${\mathrm{\&alpha;}}_1=\left\{\begin{array}{cc}0& G1<T11\\ (T22-G1)/(T22-T11)\&times;(1-c)+c& T11\&le;G1<T22\\ (T33-G1)/(T33-T22)\&times;(c-d)+a& T22\&le;G1<T33\\ d& G1\&GreaterEqual;T32\end{array}\right\}---(10-1)$

如图4B中所示，第一权重因子α₁与总增益G1成反比，且表示第一权重因子α₁的一曲线划分为五个区段。在此实施例中，设有四个临界值T11、T22、T33以及T44。简而言之，第一权重因子α₁与总增益G1之间的关系可如下所示：

${\mathrm{\&alpha;}}_1=\left\{\begin{array}{cc}1& G1<T11\\ (T22-G1)/(T22-T11)\&times;(1-c)+c& T11\&le;G1<T22\\ (T33-G1)/(T33-T22)\&times;(c-d)+d& T22\&le;G1<T33\\ (T44-G1)/(T44-T33)\&times;(d-e)+e& T33\&le;G1<T44\\ e& G1\&GreaterEqual;T44\end{array}\right\}---(10-2)$

由图4A和4B中可得知，当总增益G1较大时，会确定较小的值来作为第一权重因子α₁，然而，当总增益G1较小时，则会确定较大的值来作为第一权重因子α₁。请注意，第一权重因子α₁并不限定为一固定值，其可依据实际需求来确定，也就是说，图4A以及4B中所示的数值c、d、e仅是作为示例说明之用，而并非限制本发明。此外，用以设定第一权重因子α₁的临界值的数量以及设定第一权重因子α₁的区段数量也不限于此。例如，第一权重因子α₁可用任意的正整数划分为复数个区段。

应用方程式(10-1)、(10-2)所列的第一权重因子α₁至方程式(9)，参考色彩校正矩阵C_ref可通过调整预设色彩校正矩阵C_pre以及单元矩阵C_unity2而产生。换句话说，参考色彩校正矩阵C_ref可根据由实际亮度状况所设定的总增益G1来作适当的修正。如此一来，当总增益G1增加时，可避免噪声的增强。

参考图5，其为本发明用于像素色彩校正的方法的一实施例的流程图。请注意，假设大体上可获得相同结果，图5所示的流程图中的步骤不一定遵照此顺序来连续执行。该方法包括(但不限于)以下步骤：

步骤502：开始。

步骤504：确定一指定像素的灰阶程度。

步骤506：根据该指定像素的该灰阶程度来产生一已调整色彩校正矩阵。

步骤510：当该灰阶程度小于一临界值时，确定一第一值作为第一权重因子β₁以及确定一第二值作为第二权重因子β₂。

步骤520：当该灰阶程度不小于该临界值时，确定一第三值作为第一权重因子β₁以及确定一第四值作为第二权重因子β₂，其中该第三值大于该第一值以及该第二值大于该第四值。

步骤530：将该已调整色彩校正矩阵应用于该指定像素来校正该指定像素的色彩误差。

结合图5的步骤、图1中的元件以及图2的曲线可了解每一个元件是如何运作的。图5中的步骤在前述实施例已作过详细描述，故在此不另赘述。但请注意，步骤504是由灰阶程度检测器110来执行的，步骤506、510、520是由第一矩阵产生电路120(包括第一设定单元140)来执行的，以及步骤530是由色彩校正电路130来执行的。

图6为本发明用于像素色彩校正的方法的另一实施例的流程图。该方法包括以下步骤：

步骤502：开始。

步骤610：根据一实际亮度状况来产生一参考色彩校正矩阵。

步骤620：当依据该实际亮度状况所设定的一总增益小于一临界值时，确定一第一值作为第一权重因子α₁以及确定一第二值作为第二权重因子α₂。跳至步骤506。

步骤630：当依据该实际亮度状况所设定的该总增益不小于该临界值时，确定一第三值作为第一权重因子α₁以及确定一第四值作为第二权重因子α₂，其中该第一值大于该第三值以及该第四值大于该第二值。跳至步骤506。

步骤504：确定一指定像素的一灰阶程度。

步骤506：根据该指定像素的该灰阶程度来产生一已调整色彩校正矩阵。

步骤510：当该灰阶程度小于该临界值时，确定一第一值作为第一权重因子β₁以及确定一第二值作为第二权重因子β₂。

步骤520：当该灰阶程度不小于该临界值时，确定一第三值作为第一权重因子β₁以及确定一第四值作为第二权重因子β₂，其中该第三值大于该第一值以及该第二值大于该第四值。

步骤530：将该已调整色彩校正矩阵应用于该指定像素来校正该指定像素的色彩误差。

请注意，图6的步骤类似于图5的步骤，两者之间的差异主要在于图6中加入了根据各种不同的亮度状况对参考色彩校正矩阵C_ref作适当微调的步骤(亦即步骤610～630)。结合图6的步骤、图3中的元件以及图2、4的曲线可了解每一个元件是如何运作的。图6中的步骤在前述实施例已作过详细描述，故在此不另赘述。

上述流程图中的步骤仅作为本发明可实行的实施例，但本发明并不限于此。在不违背本发明精神的情况下，上述像素色彩校正方法亦可插入其它步骤或合并数个步骤成一单一步骤，均属本发明的范围。

上述实施例仅作为本发明的示例说明之用，并不用来限制本发明的范围。总而言之，本发明提供一种用于像素色彩校正的方法以及一相关像素色彩校正装置。通过分别处理个别的像素以及根据个别像素的性质来适当的调整色彩校正矩阵，可以尽可能的减少影像的噪声。对彩色区域来说，对像素执行一较强的色彩校正可最小化色彩误差，而对灰阶区域来说，对像素执行一较弱的色彩校正可避免噪声的放大，也就是说，分段的β₁可弹性地调整个别像素的色彩校正强度，因此，可同时最佳化色彩真实度以及噪声抑制。此外，参考色彩校正矩阵C_ref可根据由实际亮度状况所设定的总增益G1来作适当的修正，因此，当总增益G1增加时可避免噪声的增强。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求的范围所做的等同变化与修改，皆应属本发明覆盖的范围。

Claims (16)

1.一种用于像素色彩校正的方法，每一像素均包括有亮度信息与彩度信息，该方法包括：

确定一指定像素的灰阶程度；

根据所述指定像素的所述灰阶程度来产生一已调整色彩校正矩阵；以及

将所述已调整色彩校正矩阵应用于所述指定像素来校正所述指定像素的色彩误差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述灰阶程度的步骤包括：

根据所述彩度信息与所述亮度信息的比值来产生所述灰阶程度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述灰阶程度由下列方程式确定：

其中T表示所述灰阶程度、Y表示所述亮度信息以及U与V表示所述彩度信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述已调整色彩校正矩阵的步骤包括：

计算一参考色彩校正矩阵以及一单元矩阵的权重相加来产生所述已调整色彩校正矩阵，其中所述参考色彩校正矩阵以及所述单元矩阵的权重因子由所述灰阶程度来确定，以及所述单元矩阵为不具有色彩校正的一基础矩阵。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述参考色彩校正矩阵具有一第一权重因子，所述单元矩阵具有一第二权重因子，所述第一权重因子以及所述第二权重因子之和为一定值，以及产生所述已调整色彩校正矩阵的步骤包括：

设定至少一个临界值；

当所述灰阶程度小于所述临界值时，确定一第一值作为所述第一权重因子以及确定一第二值作为所述第二权重因子；以及

当所述灰阶程度不小于所述临界值时，确定一第三值作为所述第一权重因子以及确定一第四值作为所述第二权重因子，其中所述第三值大于所述第一值以及所述第二值大于所述第四值。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

根据一实际亮度状况来产生所述参考色彩校正矩阵。

7.根据权利要求6所述的方法，其中产生所述参考色彩校正矩阵的步骤包括：

计算一预设色彩校正矩阵以及一单元矩阵的一权重相加来产生所述参考色彩校正矩阵，其中所述预设色彩校正矩阵以及所述单元矩阵的权重因子由所述实际亮度状况来确定，以及所述单元矩阵为一基础矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预设色彩校正矩阵具有一第一权重因子，所述单元矩阵具有一第二权重因子，所述第一权重因子以及所述第二权重因子之和为一定值，以及产生所述参考色彩校正矩阵的步骤包括：

设定至少一个临界值；

当依据所述实际亮度状况所设定的一总增益小于一临界值时，确定一第一值作为所述第一权重因子以及确定一第二值作为所述第二权重因子；以及

当依据所述实际亮度状况所设定的所述总增益不小于所述临界值时，确定一第三值作为所述第一权重因子以及确定一第四值作为所述第二权重因子，其中所述第一值大于所述第三值以及所述第四值大于所述第二值。

9.一种像素色彩校正装置，每一像素均包括有亮度信息与彩度信息，所述像素色彩校正装置包括：

一灰阶程度检测器，用以确定一指定像素的灰阶程度；

一第一矩阵产生电路，用以根据所述指定像素的所述灰阶程度来产生一已调整色彩校正矩阵；以及

一色彩校正电路，用以将所述已调整色彩校正矩阵应用于所述指定像素来校正所述指定像素的色彩误差。

10.根据权利要求9所述的像素色彩校正装置，其中所述灰阶程度检测器根据所述彩度信息与所述亮度信息的比值来产生所述灰阶程度。

11.根据权利要求10所述的像素色彩校正装置，其中所述灰阶程度由下列方程式确定：

其中T表示所述灰阶程度、Y表示所述亮度信息以及U与V表示所述彩度信息。

12.根据权利要求9所述的像素色彩校正装置，其中所述第一矩阵产生电路计算一参考色彩校正矩阵以及一单元矩阵的权重相加来产生所述已调整色彩校正矩阵，所述参考色彩校正矩阵以及所述单元矩阵的权重因子由所述灰阶程度来确定，以及所述单元矩阵为不具有色彩校正的一基础矩阵。

13.根据权利要求12所述的像素色彩校正装置，其中所述参考色彩校正矩阵具有一第一权重因子，所述单元矩阵具有一第二权重因子，所述第一权重因子以及所述第二权重因子之和为一定值，所述第一矩阵产生电路还包括一第一设定单元，以及所述第一设定单元用以：

设定至少一个临界值；

当所述灰阶程度小于所述临界值时，确定一第一值作为所述第一权重因子以及确定一第二值作为所述第二权重因子；以及

当所述灰阶程度不小于所述临界值时，确定一第三值作为所述第一权重因子以及确定一第四值作为所述第二权重因子，其中所述第三值大于所述第一值以及所述第二值大于所述第四值。

14.根据权利要求9所述的像素色彩校正装置，还包括：

一第二矩阵产生电路，用以根据一实际亮度状况来产生所述参考色彩校正矩阵。

15.根据权利要求14所述的像素色彩校正装置，其中所述第二矩阵产生电路计算一预设色彩校正矩阵以及一单元矩阵的权重相加来产生所述参考色彩校正矩阵，所述预设色彩校正矩阵以及所述单元矩阵的权重因子由所述实际亮度状况来确定，以及所述单元矩阵为一基础矩阵。

16.根据权利要求15所述的像素色彩校正装置，其中所述预设色彩校正矩阵具有一第一权重因子，所述单元矩阵具有一第二权重因子，所述第一权重因子以及所述第二权重因子之和为一定值，所述第二矩阵产生电路还包括一第二设定单元，以及所述第二设定单元用以：

设定至少一个临界值；

当依据所述实际亮度状况所设定的一总增益小于一临界值时，确定一第一值作为所述第一权重因子以及确定一第二值作为所述第二权重因子；以及

当依据所述实际亮度状况所设定的所述总增益不小于所述临界值时，确定一第三值作为所述第一权重因子以及确定一第四值作为所述第二权重因子，其中所述第一值大于所述第三值以及所述第四值大于所述第二值。

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