CN112288661B

CN112288661B - 一种图像色彩校正方法

Info

Publication number: CN112288661B
Application number: CN202011574346.4A
Authority: CN
Inventors: 罗天; 袁霞; 王毅
Original assignee: Chengdu Sobey Digital Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Sobey Digital Technology Co Ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: CN112288661A

Abstract

本发明公开了一种图像色彩校正方法，包括步骤：S1，根据暗部、中灰、亮部模块调节后的调节参数，计算RGB通道的灰度变换LUT；S2，利用求得的R、G、B通道上的灰度变换LUT，计算图像每个像素R、G、B通道上的变化量；S3，在步骤S2的基础上，结合色彩平衡理论计算图像像素R、G、B通道上的输出。本发明不对图像各通道上的数据进行裁切，不会损失图像的颜色信息和亮度信息，能够让图像的曝光强度在色彩校正前后保持一致，能对图像进行非常柔和、细腻、自然的调整，且不会出现色彩分离和曝光过度的现象，且可应用于各类图像处理算法中等。

Description

一种图像色彩校正方法

技术领域

本发明涉及图像色彩处理领域，更为具体的，涉及一种图像色彩校正方法。

背景技术

随着数字影视制作技术的发展，图像视频媒介已经成为当今社会人们获取信息最重要的途径。但是在拍摄素材时，由于各种各样的原因，可能会使原始的素材出现偏色的问题，这时就需要通过色彩校正来尽量还原真实素材的色调。此外，影视后期领域通常还需要通过色彩校正算法对画面进行风格化处理，营造某种特殊的气氛。目前色彩校正主要有以下几种解决方案：

基于传统图像处理的颜色校正方法，使用暗部，中灰，亮部模块分别对图像的暗部区域、中灰区域和高亮区域进行调节。每个模块都有R、G、B三个参数可调，分别调节图像R、G、B通道的数值，实现对该区域色彩信息的调节。通常这三个模块需要混合使用，来实现对画面的精细调节，在混合处理的过程中对小于0和大于1（算法处理的是经归一化的图像数据）的数据进行了裁切，这会损失图像画面的部分亮度信息和色彩信息，并且极大地减小了后续颜色校正的可操作空间。此外，在传统的色彩校正过程中很容易出现颜色溢出的现象，导致最终输出的图像出现曝光过度的问题。

基于深度学习的颜色校正方法，通过对大量数据进行学习，它们能解决好某些传统方式难以处理的问题。但是，该方式得到的校色算法往往只能处理某一类的问题，算法功能单一，不能灵活处理颜色校正所遇到的各种问题。它们对与不同曝光强度，不同场景，不同色温条件下的对比度、偏色问题的处理能力较差，不能像传统方式那样通过调节不同模块的各参数来解决不同的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种图像色彩校正方法，本发明不对图像各通道上的数据进行裁切，不会损失图像的颜色信息和亮度信息，能够让图像的曝光强度在色彩校正前后保持一致，能对图像进行非常柔和、细腻、自然的调整，且不会出现色彩分离和曝光过度的现象，且可应用于各类图像处理算法中等。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种图像色彩校正方法，包括步骤：

S1，根据暗部、中灰、亮部模块调节后的调节参数，计算R、G、B通道的灰度变换LUT；

S2，利用求得的R、G、B通道上的灰度变换LUT，并采用如下公式计算图像每个像素R、G、B通道上的变化量；

delta_x=LUT(x)-x

其中，delta_x表示通道上的变化量，x表示像素点在R、G、B通道上的输入值，LUT(x)表示x经过查表得到的数值；

S3，在步骤S2的基础上，计算图像像素R、G、B通道上的输出。

进一步地，步骤S1中，R、G、B通道上灰度变换LUT是根据三个模块的调节参数计算而得，计算过程中不对数据进行裁切。

进一步地，暗部模块的计算如下：

暗部模块为线性变换，R、G、B通道上LUT的计算方式相同，求解方式为：

y_shadow=k_shadow*x+b

式中，x表示图像

通道上的输入值，y_shadow表示图像

通道上的输出，k_shadow和b分别表示由

通道上调节参数计算出的变换斜率和截距。

进一步地，中灰模块的计算如下：

中灰模块为非线性变换，R、G、B通道上LUT的计算方式相同，求解方式为：

y_midtone=x^gamma

式中，x表示图像

通道上的输入值，y_midtone表示图像

通道上的输出，gamma表示由

通道上调节参数计算出的指数变换因子。

进一步地，亮部模块的计算如下：

亮部模块为线性变换，R、G、B通道上LUT的计算方式相同，求解方式为：

y_highlight=k_highlight*x

式中，y_highlight表示图像

通道上的输出，x表示图像

通道上的输入值，k_highlight表示由

通道上调节参数计算出的变换斜率。

进一步地，暗部，中灰，亮部混合使用，将上述暗部模块、中灰模块、亮部模块的计算方式进行融合，首先将线性变换的暗部和亮部模块进行融合，LUT的计算方式如下：

y_linear = (x-x₁)/(x₁-x₂)

式中，y_linear表示图像

通道上经暗部和亮部模块调节后输出，x表示图像

通道上的输入值，x₁表示由暗部

通道参数计算出的中间参数， x₂表示由亮部

通道参数计算出的中间参数；

将非线性变换的中灰模块与线性变换的暗部和亮部模块进行融合，经过暗部和亮部调节后，其输出值y_linear可能大于1或小于0；将y_linear作为中灰模块的输入时，不对数据进行裁切；

LUT的计算方式如下：

y_out=y_linear ^gamma

式中，y_linear表示线性变换的输出，gamma表示由图像

通道上调节参数计算出的指数变换因子，y_out表示经过非线性的中灰调节后的输出。

进一步地，步骤S3中，计算色彩校正前像素点的亮度L_in：

L_in=R_in*ɑ+G_in*β+B_in*γ

式中，ɑ=0.2126，β=0.7152，γ=0.0722，

针对每个像素点RGB通道的输出，其计算方式如下：

R_out =Fr(R_in,delta_R,delta_G,delta_B) = R_in+delta_R*(1-ɑ) - delta_G*β -delta_B*γ

G_out=Fg(G_in,delta_R,delta_G,delta_B) = G_in +delta_G*(1-β) - delta_R*ɑ -delta_B*γ

B_out=Fb(B_in,delta_R,delta_G,delta_B) = B_in +delta_B*(1-γ) - delta_R*ɑ- delta_G*β

式中，R_out,G_out,B_out表示色彩校正后图像R、G、B通道上的数值;R_in,G_in,B_in表示色彩校正前图像R、G、B通道上的数值；delta_R,delta_G,delta_B分别表示R、G、B通道的变化量，Fr，Fg，Fb分别为R、G、B通道上像素值映射函数；

色彩校正后像素点的亮度值为L_out：

L_out=R_out*ɑ+G_out*β+B_out*γ

输入图像的亮度L_in与输出图像的亮度L_out相等，保持了色彩校正前后图像的曝光强度一致。

进一步地，在步骤S1之前，在步骤S1之前，暗部模块、中灰模块、亮部模块均各设有R、G、B三个调节参数来调节对应的颜色通道；暗部模块、中灰模块、亮部模块均能够对整幅图像进行调节，不同的调节参数调节对应图像的不同亮度区域。

进一步地，暗部模块的调节参数调节图像的阴影区域；中灰模块的调节参数调节灰度；亮部模块的调节参数调节图像的高光和亮部。

本发明的有益效果是：

本发明不对图像各通道上的数据进行裁切，不会损失图像的颜色信息和亮度信息，能够让图像的曝光强度在色彩校正前后保持一致，能对图像进行非常柔和、细腻、自然的调整，且不会出现色彩分离和曝光过度的现象，可应用于各类图像处理算法中等。具体的，基于RGB色彩空间的色彩校正，通过调节暗部、中灰和亮部模块上RGB通道的参数，来增加或减小对应颜色通道的数值。在三个模块混合使用来进行色彩校正的过程中，不对图像各通道上的数据进行裁切，不会损失图像的颜色信息和亮度信息。此外，本方法能够让图像的曝光强度在色彩校正前后保持一致，有效避免校色过程中颜色溢出导致的曝光过度问题。本方法能对图像进行非常柔和、细腻、自然的调整，且不会出现色彩分离和曝光过度的现象，可应用于各类图像处理算法中，如对比度调节，饱和度调节，白平衡调节算法等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明方法流程图；

图2为暗部模块、中灰模块和亮部模块的通道示意图。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征（包括任何附加权利要求、摘要和附图），或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

如图1，2所示，一种图像色彩校正方法，包括步骤：

delta_x=LUT(x)-x

S3，在步骤S2的基础上，计算图像像素R、G、B通道上的输出，例如结合色彩平衡理论，计算图像像素R、G、B通道上的输出。

进一步地，暗部模块的计算如下：

y_shadow=k_shadow*x+b

式中，x表示图像

通道上的输入值，y_shadow表示图像

通道上的输出，k_shadow和b分别表示由

通道上调节参数计算出的变换斜率和截距。

进一步地，中灰模块的计算如下：

y_midtone=x^gamma

式中，x表示图像

通道上的输入值，y_midtone表示图像

通道上的输出，gamma表示由

通道上调节参数计算出的指数变换因子。

进一步地，亮部模块的计算如下：

y_highlight=k_highlight*x

式中，y_highlight表示图像

通道上的输出，x表示图像

通道上的输入值，k_highlight表示由

通道上调节参数计算出的变换斜率。

y_linear = (x-x₁)/(x₁-x₂)

式中，y_linear表示图像

通道上经暗部和亮部模块调节后输出，x表示图像

通道上的输入值，x₁表示由暗部

通道参数计算出的中间参数， x₂表示由亮部

通道参数计算出的中间参数；

LUT的计算方式如下：

y_out=y_linear ^gamma

式中，y_linear表示线性变换的输出，gamma表示由图像

进一步地，步骤S3中，计算色彩校正前像素点的亮度L_in：

L_in=R_in*ɑ+G_in*β+B_in*γ

式中，ɑ=0.2126，β=0.7152，γ=0.0722，

针对每个像素点RGB通道的输出，其计算方式如下：

式中，R_out,G_out,B_out表示色彩校正后图像R、G、B通道上的数值;R_in,G_in,B_in表示色彩校正前图像R、G、B通道上的数值；delta_R,delta_G,delta_B分别表示R、G、B通道的变化量，Fr，Fg，Fb分别为R、G、B通道上像素值映射函数；通过上面的计算公式，可以知道调节前像素点的亮度和调节后像素点的亮度是相等的。其中所使用到的技术原理是，使用了亮度混合原理。例如，增大或减小某个像素点R通道的数值，相应地，为了保持调节前后像素点的亮度一致，会相应的减小或增大该像素点G通道和B通道的数值。

色彩校正后像素点的亮度值为L_out：

L_out=R_out*ɑ+G_out*β+B_out*γ

进一步地，在步骤S1之前，暗部模块、中灰模块、亮部模块都各有R、G、B三个调节参数来调节对应的颜色通道；三个模块都是对整幅图像进行调节，不同的调节模块侧重调节图像的不同亮度区域。

进一步地，暗部模块调节图像的阴影区域，影响力从黑到白逐渐减弱；中灰模块调节黑白中间的灰度，对黑白的影响都比较小；亮部模块调节图像的高光和亮部，影响力从白到黑逐渐减弱。

暗部的计算公式为：y_shadow=k_shadow*x+b，针对归一化在区间[0,1]的x，增大或减小k_shadow时，可以看出该算法对较小的x影响更大，所以它能对图像暗部进行调节；

中灰的计算公式为：y_midtone=x^gamma，针对归一化在区间[0,1]的x,增大或减小gamma时，该算法区间中部的x的影响更大，所以它能对图像中灰区域进行调节。

亮部的计算公式为：y_highlight=k_highlight*x，针对归一化在区间[0,1]的x,增大或减小k_highlight时，可以看出该算法对较大的x影响更大，所以它能对图像亮部进行调节。

在本发明的其他实施例中，可以提供一种能保持校色前后图像曝光强度恒定的色彩校正方法，本实施例基于RGB色彩空间的色彩校正，通过调节暗部、中灰和亮部模块上R、G、B通道的参数，来增加或减小对应颜色通道的数值。在三个模块混合使用来进行色彩校正的过程中，不对图像各通道上的数据进行裁切，不会损失图像的颜色信息和亮度信息。此外，本实施例能够让图像的曝光强度在色彩校正前后保持一致，有效避免校色过程中颜色溢出导致的曝光过度问题。本实施例能对图像进行非常柔和、细腻、自然的调整，且不会出现色彩分离和曝光过度的现象。

步骤一：计算经过暗部，中灰，亮部模块调节后R、G、B通道的灰度变换Look-UpTable(LUT)：算法分为三个调节模块，分别为暗部，中灰，亮部，各模块都各有R、G、B三个调节参数来调节对应的颜色通道。三个模块都是对整幅图像进行调节，不同的调节模块侧重调节图像的不同亮度区域。暗部模块主要调节图像的阴影区域，影响力从黑到白逐渐减弱；中灰模块主要调节黑白中间的灰度，对黑白的影响都比较小；亮部模块主要调节图像的高光和亮部，影响力从白到黑逐渐减弱。根据图像情况，使用不同的调节参数对图像进行校正。根据各个模块上的调节参数计算出分别计算出R、G、B通道的灰度变换LUT表。

所述的步骤一中，R、G、B通道上灰度变换LUT是根据三个模块的调节参数计算而得，计算过程中不对数据进行裁切，各模块的计算原理如下：

暗部模块为线性变换，单独求解暗部的图像

通道上LUT的方式为：

y_shadow=k_shadow*x+b

式中，x表示图像

通道上的输入值，y_shadow表示图像

通道上的输出，k_shadow和b分别表示由

通道上调节参数计算出的变换斜率和截距。

中灰模块为非线性变换，单独求解中灰的图像

通道上LUT的方式为：：

y_midtone=x^gamma

式中，x表示图像

通道上的输入值，y_midtone表示图像

通道上的输出，gamma表示由中灰

通道上调节参数计算出的指数变换因子。

亮部模块为线性变换，单独计算亮部的图像

通道上LUT的方式为：

y_highlight=k_highlight*x

式中，y_highlight表示图像

通道上的输出，x表示图像

通道上的输入值，k_highlight表示由图像

通道上调节参数计算出的变换斜率。

暗部，中灰，亮部混合使用，需要将上述各个子模块计算方式进行融合，首先将线性变换的暗部和亮部模块进行融合，LUT的计算方式如下：

y_linear = (x-x₁)/(x₁-x₂)

式中，y_linear表示图像

通道上经暗部和亮部模块调节后输出，x表示图像

通道上的输入值，x₁表示由暗部

通道参数计算出的中间参数，x₂表示由亮部

通道参数计算出的中间参数；

将非线性变换的中灰模块与线性变换的暗部和亮部模块进行融合。经过暗部和亮部调节后，其输出值y_linear可能大于１或小于0；将y_linear作为中灰模块的输入时，算法不对数据进行裁切。

LUT的计算方式如下：

y_out=y_linear ^gamma

式中，y_linear表示线性变换的输出，gamma表示由图像

步骤二：计算图像每个像素R、G、B通道上的变化量：利用求得的R、G、B通道上的LUT，每个像素R、G、B通道上的变化量计算方式如下：

delta_x=LUT(x)-x

式中，delta_x表示通道上的变化量，x表示像素点在R、G、B通道上的输入值，LUT(x)表示x经过查表得到的数值；

步骤三：结合色彩平衡理论计算出图像像素R、G、B通道上的输出，任意一个通道数值发生变化，都会引起其他两个通道。此计算模块能够有效保证调节前后图像像素的曝光强度保持恒定，能够有效避免校色导致的颜色溢出问题。

Rec.709视频标准定义亮度公式，计算色彩校正前像素点的亮度L_in：

L_in=R_in*ɑ+G_in*β+B_in*γ

式中，ɑ=0.2126，β=0.7152，γ=0.0722，

针对每个像素点RGB通道的输出，其计算方式如下：

式中，R_out,G_out,B_out表示色彩校正后图像R、G、B通道上的数值;R_in,G_in,B_in表示色彩校正前图像R、G、B通道上的数值；delta_R,delta_G,delta_B分别表示R、G、B通道的变化量，Fr，Fg，Fb分别为R、G、B通道上像素值映射函数。

色彩校正后像素点的亮度值为L_out：

L_out=R_out*ɑ+G_out*β+B_out*γ

在本发明的实施例中，三个调节模块分别对图像不同亮度区域进行针对性调节，在色彩校正过程中不损失图像的亮度信息和色彩信息保证后期颜色校正有更大的可操作空间，保证调节前后图像的曝光强度一致，有效避免图像调色的过程中出现颜色溢出导致的过曝问题，可以将本发明技术思想用于各类图像处理算法中，如对比度调节，饱和度调节，白平衡调节算法等。如图2所示，每个模块都有三个参数可以调节，可以选择不同的参数来实现不同的调节效果，参数的调节范围可以根据需要进行设置。

本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器（Random Access Memory，RAM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）等。