CN1198471C - 提高彩色图像的色温的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了提高彩色图像的色温的方法。根据预定增益函数计算输入图像信号的增益。计算与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值。根据增益和第一偏移值计算第二偏移值。把第二偏移值加入输出信号的B信号中。在考虑了把第二偏移值加入其中的B信号的强度之后，计算补偿增益。从G信号中减去补偿增益。因此，可以与R、G和B输出信号的强度无关地获得所需色温。

Description

提高彩色图像的色温的设备和方法

技术领域

本发明一般涉及提高彩色图像的色温的设备和方法，尤其涉及自适应地提高数字电视(TV)和基于计算机的图像处理器中输入彩色图像的特定区域中的色温，以便观众可以看到与原始图像相比更加清晰和更加鲜艳的显示图像。

背景技术

在图像中白色的相关色温(CCT)产生非常强的视觉效果。例如，在新闻类图像中，色温高的蓝色背景使观众可以看到与具有色温低的背景的图像相比更加清晰的正在播送的新闻。

由于相似的原因，在众所周知的清洗方法中，加入普通合成清洁剂中的荧光物质在清洗之后保留在衣服中，吸收太阳光中的紫外线能，并且在可见光区内的蓝光波长范围内辐射紫外线能，从而加强了衣服的清洁度。

基于同样的原因，显示图像中白色区的色温被设置成9300°K，高于普通电视的标准色温6500°K，以便电视机厂工人工作起来不会感到太疲劳和可以长时间有效地工作。

这就是为什么亚洲国家在制造电视机时把电视机标准色温设置成10000°K，以便提高显示图像的白色区的色温，从而简单地获得上述效果。但是，在通过这样的方法获得的图像中，所有彩色区的色温都提高了，从而使某些彩色区，例如，肤色的图像质量与原始图像的质量相比下降了许多。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种有选择地提高输入彩色图像的特定色彩区中的色温的设备和方法。

本发明的第二个目的是提供一种有选择地提高输入彩色图像的特定色彩区中的色温和保持所有输出信号的亮度的设备和方法。

本发明的第三个目的是提供一种可以与图像信号的强度无关地保持转换图像信号的均匀色温的、有选择地提高色温的设备和方法。

因此，为了实现第一个目的，本发明提供了提高彩色图像的色温的方法。根据预定增益函数计算输入图像信号的增益。以预定形式把输入图像信号转换成输出信号。获得与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值。根据增益和第一偏移值计算第二偏移值。把第二偏移值加入从转换的转换输出信号中选择出来的一个之中。在考虑了把第二偏移值加入其中的信号的大小之后，计算补偿增益。从除了把第二偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去补偿增益。

为了实现第二个目的，本发明提供了提高彩色图像的色温的方法。根据预定增益函数计算输入图像信号的增益。以预定形式把输入图像信号转换成输出信号。获得与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值。根据增益和第一偏移值计算第二偏移值。根据转换的至少一个输出信号的大小计算线性增益。根据线性增益和第二偏移值计算第三偏移值。把第三偏移值加入转换输出信号之一中。在考虑了把第三偏移值加入其中的信号的大小之后，计算补偿增益。从除了把第三偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去补偿增益。其中减去补偿增益的步骤进一步包括：根据亮度调整增益和第三偏移值，计算亮度调整偏移值；和从除了把第三偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去亮度调整偏移值

为了实现第三个目的，本发明提供了提高彩色图像的色温的设备。该设备包括增益计算器、输出信号转换器、第一偏移值计算器、第二偏移值计算器、偏移加法器、和补偿增益计算器。增益计算器根据预定增益函数计算输入图像信号的增益。输出信号转换器以预定形式把输入图像信号转换成输出信号。第一偏移值计算器计算与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值。第二偏移值计算器根据增益和第一偏移值计算第二偏移值。偏移加法器把第二偏移值加入输出信号之一中。补偿增益计算器在考虑了把第二偏移值加入其中的信号的大小之后，计算补偿增益。这里，从除了把第二偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去补偿增益。

为了实现第三个目的，本发明提供了提高彩色图像的色温的设备。该设备包括增益计算器、输出信号转换器、第一偏移值计算器、第二偏移值计算器、线性增益计算器、第三偏移值计算器、偏移加法器、和补偿增益计算器。增益计算器根据预定增益函数计算输入图像信号的增益。输出信号转换器以预定形式把输入图像信号转换成输出信号。第一偏移值计算器计算与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值。第二偏移值计算器根据增益和第一偏移值计算第二偏移值。线性增益计算器，根据来自输出信号转换器的至少一个输出信号的大小计算线性增益。第三偏移值计算器根据线性增益和第二偏移值计算第三偏移值。偏移加法器把第三偏移值加入来自输出信号转换器的输出信号之一中。补偿增益计算器在考虑了把第三偏移值加入其中的信号的大小之后，计算补偿增益。这里，从除了把第三偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去补偿增益。所述提高彩色图像的色温的设备还包括亮度调整偏移值计算器，用于根据亮度调整增益和第二偏移值，计算亮度调整偏移值，其中，从除了把第三偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去亮度调整偏移值。

附图说明

通过结合附图对本发明的优选实施例进行如下详细描述，本发明的上面目的和优点将更加清楚，在附图中：

图1是根据本发明实施例的提高色温的设备的方块图；

图2是显示根据本发明实施例的增益函数的图形；

图3是根据本发明另一个实施例的提高色温的设备的方块图；

图4是根据本发明另一个实施例的提高色温的设备的方块图；和

图5是根据本发明另一个实施例的提高色温的设备的方块图。

具体实施方式

从现在开始，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图1是根据本发明实施例的有选择地提高色温的设备的方块图。参照图1，该设备包括增益计算器110、输出信号转换器120、色温调整偏移计算器130、和补偿增益计算器140。

增益计算器110接收输入信号Y、Cb和Cr，利用方程1和2计算归一化的Y、C和H：

$C=\sqrt{{\mathrm{Cb}}^2+{\mathrm{Cr}}^2}---\left(1\right)$

$H=\arctan \left[\frac{\mathrm{Cr}}{\mathrm{Cb}}\right]---\left(2\right)$

增益计算器110确定根据转换信号Y、C和H校正的灰色区，和利用图2(a)和(b)所示的增益函数获取与归一化信号Y、C和H相对应的增益。在图2(a)中，Y在0到1之间变化，并且，对于8-位无符号整数，具有[0，255]的范围。

增益函数g_y(Y)和g_c(C)通过方程3和4给出

g_y(Y)＝(Y-Y_th)/(1-Y_th)     (Y＞Y_th)

g_y(Y)＝0                     (Y＜Y_th)                     ...(3)

g_c(C)＝1                     (C≤C_tl)

g_c(C)＝(C_th-C)/(C_th-C_tl)  (C_tl＜C＜C_th)               ...(4)

g_c(C)＝0                     (C≤C_th)此处，Y_th、C_th和C_tl是随机变量。特定色彩区的提高色温可以通过适当地设置变量Y_th、C_th和C_tl来控制。

在这个实施例中，把Y_th设置成0.2-0.5，以便不提高低亮度信号的白色调的色温。此外，为了获得连续的色谱，在色度变量C_th和C_tl之间的边界上不存在不连续点。

增益计算器110从Y和C的增益g_y(Y)和g_c(C)中获取输入信号的增益g(Y，C)＝g_y(Y)×g_c(C)。

图2(c)显示了当Y等于1时的增益函数g(Y，C)，图2(d)显示了当Y等于0.5时的增益函数g(Y，C)。

输出信号转换器120把输入图像信号Y、C和H转换成R、G和B最终显示器驱动信号。

色温调整偏移计算器130预先计算将加入R、G和B信号中的偏移值“O”，以便改变所选的色温。换句话说，色温调整偏移计算器130预先获得加入从输出信号转换器120输出的R、G和B信号中的色温改变量，以获得Re、Ge和Be输出信号。

乘法器112将从增益计算器110获得的增益g(Y，C)与从色温调整偏移计算器130获得的偏移值“O”相乘，以获得输入色信号Y、Cb和Cr的偏移Δ。

加法器122把偏移Δ加入来自输出信号转换器120的输出信号的B信号中。这里，如果和信号B+Δ超过最大值，例如，当和信号B+Δ是8-位信号时，超过255，那么，通过限幅电路140限幅和信号B+Δ，以获得255的最大值。

因此，当来自加法器122的输出B+Δ超过有限信号范围时，限幅电路140把和信号B+Δ限幅成最大值。于是，当B信号在255-255-Δ的范围内时，不能获得所需的色温。

为了解决这个问题，补偿增益计算器150利用方程5计算色温补偿增益Cg，和减法器124从来自输出信号转换器120的输出信号的G信号中减去增益Cg。

Cg＝0，对于B+Δ＜255

Cg＝m，对于B+Δ≥255                                 ...(5)此处，“m”代表可以设置在0与1之间的补偿常数。最好，控制补偿常数“m”，以便保持色温和使亮度的损失达到最小。

如上所述，从信号G中减去计算的补偿增益Cg，以便与来自输出信号转换器120的R、G和B输出信号的强度无关地输出具有所需色温的Re、Ge和Be。

在这个实施例中，从信号G中减去色温补偿增益Cg，但是，可替代地，也可以从R信号中减去色温补偿增益Cg。

下面参照图3描述提高色温的设备的另一个实施例。这里，增益计算器310、输出信号转换器320、色温调整偏移计算器330、限幅电路340、和补偿增益计算器350执行与前述实施例中的那些功能相同的功能。因此，略去对它们的详细描述。

亮度调整增益计算器360计算由显示器的信道的特性决定的亮度调整增益I_c。乘法器316将亮度调整增益I_c与偏移Δ相乘，以获得最后亮度调整增益I_c×Δ。减法器326从R信号中减去最后亮度调整增益I_c×Δ。因此，通过把偏移Δ加入B信号中，R信号的亮度减少了Re、Ge和Be输出信号的亮度增加那么多，致使由R、G和B信号所代表的色彩的亮度与Re、Ge和Be输出信号的亮度相同。

在这个实施例中，从R信号中减去最后亮度调整增益I_c×Δ，但是，可替代地，也可以从G信号中减去最后亮度调整增益I_c×Δ。

亮度调整增益I_c由信道的特性，即，各种荧光材料和初始设置决定。在这个实施例中，亮度调整增益I_c利用方程6计算亮度值L_R与亮度值L_B之比确定。这里，L_R表示在8-位信号中R、G和B被设置成(255，0.0)时的亮度值，和L_B表示在8-位信号中R、G和B被设置成(0，0.255)时的亮度值。

I_c＝L_R/L_B                                   ...(6)

下面参照图4描述提高色温的设备的另一个实施例。这里，增益计算器410、输出信号转换器420、色温调整偏移计算器430和限幅电路440执行与前述实施例中的那些功能相同的功能。因此，略去对它们的详细描述。

由输出信号转换器420计算的R、G和B值是经过伽玛补偿的非线性信号。因此，当与R、G和B信号的强度无关地把恒定偏移Δ加入来自输出信号转换器120的R、G和B信号之一中时，色温的增加与R、G和B信号的强度不成比例。

线性增益计算器470计算线性增益l，以便与R、G和B信号的强度无关地保持Re、Ge和Be输出信号的色温改变量不变。对于把线性增益l限制在灰色区中的简单电路结构，线性增益计算器470利用方程7计算线性增益l。

$l=\frac{G}{255}---\left(7\right)$

乘法器414将线性增益l与偏移Δ相乘，以便与R、G和B信号的强度无关地保持Re、Ge和Be输出信号的色温改变量不变。

在这个实施例中，根据G输入信号计算线性增益l，但是，可替代地，也可以根据另一个输入信号计算线性增益l。

加法器422将乘法器414计算的最后偏移l*Δ加入从输出信号转换器420输出的信号的B信号中。如果和信号B+l*Δ超过最大值(在这个实施例中，255)，那么，通过限幅电路440把和信号B+l*Δ限幅成最大值。

因此，当和信号B+l*Δ超过有限信号范围时，那么，通过限幅电路440把和信号B+l*Δ限幅成最大值。于是，当B信号在255-255-l*Δ的范围内时，不能获得所需的色温。

为了解决这个问题，补偿增益计算器450利用方程8计算色温补偿增益Cg，和减法器424从G信号中减去色温补偿增益Cg。

Cg＝0，                  (B+l*Δ＜255)

Cg＝m*(B+l*Δ-255)，     (B+l*Δ≥255)                     ...(8)此处，“m”代表可以设置在0与1之间的补偿常数。最好，设置补偿常数“m”，以便保持色温和使亮度的损失达到最小。

在这个实施例中，从信号G中减去色温补偿增益Cg，但是，可替代地，也可以从R信号中减去色温补偿增益Cg。

下面参照图5描述提高色温的设备的另一个实施例。这里，增益计算器510、输出信号转换器520、色温调整偏移计算器530、限幅电路540、补偿增益计算器550和线性增益计算器570执行与前述实施例中的那些功能相同的功能。因此，略去对它们的详细描述。

乘法器514将线性增益计算器570计算的线性增益l与偏移Δ相乘。

加法器522将乘法器514计算的最后偏移l*Δ加入从输出信号转换器520输出的信号的B信号中。如果和信号B+l*Δ超过最大值(在这个实施例中，255)，那么，通过限幅电路440把和信号B+l*Δ限幅成最大值。

如果从加法器522输出的信号B+l*Δ超过有限信号范围，例如，当信号B+l*Δ是8-位信号时，超过255，那么，补偿增益计算器550计算色温补偿增益Cg。减法器524从G信号中减去补偿增益Cg。

乘法器514将乘法器514计算的l*Δ与亮度调整增益计算器560计算的亮度调整增益I_c相乘。减法器526从R信号中减去乘法器514计算的最后亮度调整增益I_c×l*Δ。因此，通过把偏移l*Δ加入B信号中，R信号的亮度减少了Re、Ge和Be输出信号的亮度增加那么多，致使由R、G和B信号所代表的色彩的亮度与Re、Ge和Be输出信号的亮度相同。

如上所述，利用根据本发明的提高色温的设备，对于特定灰色区的色温的提高，可以与R、G和B输出信号的强度无关地自适应提高Re、Ge和Be输出信号的色温。此外，可以均匀地保持输入信号的亮度和输出信号的亮度。并且，观众可以容易地适应色温比原始图像的色温相对高一些的图像内的白色，从而看到比原始图像更鲜艳和更清晰的显示图像。

尽管已参考如附图所示的优选实施例对本发明进行了描述，但是，这些附图只是用于说明的目的。决不能把本发明的范围理解为限于这些实施例。因此，对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对上述实施例进行各种修改。总而言之，本发明的真正技术保护范围必须根据所附权利要求书及其等效物的技术精神来确定。

Claims (26)

1.一种提高彩色图像的色温的方法，该方法包括：

(a)根据预定增益函数计算输入图像信号的增益；

(b)以预定形式把输入图像信号转换成输出信号；

(c)获得与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值；

(d)根据增益和第一偏移值计算第二偏移值；

(e)把第二偏移值加入从在步骤(b)中转换的输出信号中选择出来的一个之中；

(f)在考虑了把第二偏移值加入其中的信号的大小之后，计算补偿增益；和

(g)从除了把第二偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去补偿增益。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(b)中转换的输出信号是R、G和B信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，把第二偏移值加入其中的信号是B信号，从其中减去补偿增益的信号是G信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(e)还包括如下步骤(e1)：如果信号的强度超过最大值，限幅把第二偏移值加入其中的信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)还包括如下步骤(d1)：根据显示器的信道的特性，计算亮度调整增益。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(d)还包括如下步骤：

(d2)根据亮度调整增益和第二偏移值，计算亮度调整偏移值；和

(d3)从除了把第二偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去亮度调整偏移值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，从中减去亮度调整偏移值的信号是R信号。

8.一种提高彩色图像的色温的方法，该方法包括：

(a)根据预定增益函数计算输入图像信号的增益；

(b)以预定形式把输入图像信号转换成输出信号；

(c)获得与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值；

(d)根据增益和第一偏移值计算第二偏移值；

(e)根据在步骤(b)中转换的至少一个输出信号的大小计算线性增益；

(f)根据线性增益和第二偏移值计算第三偏移值；

(g)把第三偏移值加入在步骤(b)中转换的输出信号之一中；

(h)在考虑了把第三偏移值加入其中的信号的大小之后，计算补偿增益；和

(i)从除了把第三偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去补偿增益。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤(b)中转换的输出信号是R、G和B信号，把第三偏移值加入其中的信号是B信号，和把补偿增益加入其中的信号是G信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(g)还包括如下步骤(g1)：如果信号的强度超过最大值，限幅把第三偏移值加入其中的信号。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(g)还包括如下步骤(g2)：根据显示器的信道的特性，计算亮度调整增益。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(g)还包括如下步骤：

(g3)根据亮度调整增益和第三偏移值，计算亮度调整偏移值；和

(g4)从除了把第三偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去亮度调整偏移值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，从中减去亮度调整偏移值的信号是R信号。

14.一种提高彩色图像的色温的设备，该设备包括：

增益计算器，用于根据预定增益函数计算输入图像信号的增益；

输出信号转换器，用于以预定形式把输入图像信号转换成输出信号；

第一偏移值计算器，用于计算与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值；

第二偏移值计算器，用于根据增益和第一偏移值计算第二偏移值；

偏移加法器，用于把第二偏移值加入输出信号之一中；和

补偿增益计算器，用于在考虑了把第二偏移值加入其中的信号的大小之后，计算补偿增益，

其中，从除了把第二偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去补偿增益。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，来自输出信号转换器的输出信号是R、G和B信号。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，把第二偏移值加入其中的信号是B信号，从其中减去补偿增益的信号是G信号。

17.根据权利要求14所述的设备，还包括限幅单元，用于如果把第二偏移值加入其中的信号的强度超过最大值，则限幅该信号。

18.根据权利要求14所述的设备，还包括亮度调整增益计算器，用于根据显示器的信道的特性，计算亮度调整增益。

19.根据权利要求18所述的设备，还包括亮度调整偏移值计算器，用于根据亮度调整增益和第二偏移值，计算亮度调整偏移值，其中，从除了把第二偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去亮度调整偏移值。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，从中减去亮度调整偏移值的信号是R信号。

21.一种提高彩色图像的色温的设备，该设备包括：

增益计算器，用于根据预定增益函数计算输入图像信号的增益；

输出信号转换器，用于以预定形式把输入图像信号转换成输出信号；

第一偏移值计算器，用于计算与输出信号的预定色温的改变量相对应的第一偏移值；

第二偏移值计算器，用于根据增益和第一偏移值计算第二偏移值；

线性增益计算器，用于根据来自输出信号转换器的至少一个输出信号的大小计算线性增益；

第三偏移值计算器，用于根据线性增益和第二偏移值计算第三偏移值；

偏移加法器，用于把第三偏移值加入来自输出信号转换器的输出信号之一中；和

补偿增益计算器，用于在考虑了把第三偏移值加入其中的信号的大小之后，计算补偿增益，

其中，从除了把第三偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去补偿增益。

22.根据权利要求21所述的设备，其中，来自输出信号转换器的输出信号是R、G和B信号，把第三偏移值加入其中的信号是B信号，和把补偿增益加入其中的信号是G信号。

23.根据权利要求21所述的设备，还包括限幅单元，用于如果把第三偏移值加入其中的信号的强度超过最大值，则限幅该信号。

24.根据权利要求21所述的设备，还包括亮度调整增益计算器，用于根据显示器的信道的特性，计算亮度调整增益。

25.根据权利要求24所述的设备，还包括亮度调整偏移值计算器，用于根据亮度调整增益和第二偏移值，计算亮度调整偏移值，其中，从除了把第三偏移值加入其中的信号之外的输出信号之一中减去亮度调整偏移值。

26.根据权利要求25所述的设备，其中，从中减去亮度调整偏移值的信号是R信号。

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