CN1338662A - 改进的影像处理技术 - Google Patents

Abstract

一种改进的影像处理技术,其主要技巧在于将原始数字影像太亮或太暗的部分圈选为遮罩影像区域后,先依遮罩区域的原始影像各像素亮暗度分布状况,自动计算亮暗度门槛值;再依不透明度为0%的所有像素色相平均值作为参考色相值,计算遮罩区域内的原始数字影像平均色相角度值,将原始影像与修正影像按照不透明度比重分配叠合产生完成图;本发明在数字影像的亮度调整上可发挥其最大功能。

Description

改进的影像处理技术

本发明涉及一种影像处理技术，特别是指一种改进的影像处理技术。

色彩资讯量化的表示方式，除了一般常见的三原色RGB(Red，红、Creen，绿、Blue，蓝)表示法以外，HSL(Hue-色相，Saturation-饱和度，Lightness-亮度)也是一种表示法；有关数字影像的亮度的修改技术，习用作法请参考图1，是先由使用者判断原始数字影像的暇疵区域并以人工方式将这些区域以遮罩(uask)等方式圈选出来A，再将圈选出来的影像复制到新的图层B中单独处理，处理方式若单独调整HSL的亮度值L，往往造成视觉上色相或饱和度的失真，而呈现色相不正确或饱和度不够的情形，因此除了调整亮度外尚须一并修正色相及饱和度，以期避免失真情形发生；或将预期的亮度调整量区分多次来调整C，越外圈调整幅度越小，以期避免调整完的区域在与原始影像叠合后显得突兀与不自然；

最后，将修改后影像图层与原始影像图层以某一设定的不透明度(Opacity)百分比叠合(Blending)D而完成整个亮度修改作业；此程序在完成图的叠合交界区域常易形成色调不正确、饱和度不佳或亮度对比不自然的情形，因此，得另外增加调整色调E等动作，经过几次重复的修正与确认后，才能得到较令人可接爱的效果。常用影像处理技术缺点：

1、影像的亮度调整方式，习作先圈选原始影像中欲调整区域，再修改该区域的一定幅度的亮度值，形成修改后影像，并与原始影像叠合成完成图；其完成图的修正区域易形成色调不正确、饱和度不佳或亮度对比不自然的情形。

2、若欲使完成图不致发生视觉上的失真现象，在每次调整修改区域亮度时，均需配合手动方式一并调整已失真的色相及饱和度，方能有较佳的效果。

3.修改后影像与原始影像透过不透明度叠合时，其不透明度的设定仅能以手动方式调整单一百分比的不透明度值。

4、若欲使完成图有由内而外的渐层效果，则此种单一不透明度的设定是无法达到的，而仅能采取区分多次进行亮度调整的方式来达成。

5、不具进步性。

有鉴于此，本发明人仍以其本身所具备的专业素养与技术理念，经过不断的思考探讨，试作改良，终使本发明得以完成。

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种改进的影像处理技术，使用者可轻易以一个圈选动作，藉由电脑内部自动计算功能，即可迅速完成影像修正，且不会产生影像失真情形，在数字影像的亮度调整上可发挥其最大功能。

为达上述目的，本发明是是通过以下技术方案实现的：一种改进的影像处理技术，其主要技巧在于将原始数字影像太亮或太暗的部分圈选为遮罩影像区域后，先依遮罩区域的原始影像各像素亮暗度分布状况，自动计算亮暗度门槛值(Threshold)，并依此门槛值产生一个像素明暗度比重分配的阿尔法(Alpha)不透明度分配图；再依不透明度为0％的所有像素色相平均值作为参考色相值，计算遮罩区域内的原始数字影像平均色相角度值，产生一个修正红绿蓝三原色各别亮度值的修正影像；最后，将原始影像与修正影像按照不透明度比重分配叠合产生完成图；此过程具有自动修正遮罩区域原始影像的亮度而不致产生色相及饱和度失真的功能，使叠合后的完成图仍可呈现平顺的渐层立体感。

上述其依门槛值自动计算阿尔法不透明度分配图，以原始图形中不透明度为0％的像素色相平均值，自动计算遮罩区域内的原始数字影像平均色相角度值，再根据曲线化方法形成增加亮度或降低亮度的对照表，以个别调整红蓝绿三原色的亮度增量或减量值，产生修正影像。

上述将原始影像与修正影像按照不透明分配图的比重分配叠合产生完成图；此过程具有自动修正遮罩区域原始影像的亮度而不致产生色相及饱和度失真功能，使叠合后的完成图仍可呈现平顺的渐层立体感。

上述其依门槛值自动计算阿尔法不透明分配图，使修正影像与原始影像能依不透明度比重分配叠合完成图。

上述其依门槛值自动计算阿尔法不透明度分配图，使修正影像与原始影像能依不透明度比重分配叠合成完成图。

为进一步了解本发明特征，下面结合附图及具体实施例对本发明作一详细的说明，其中：

图1是一般常用影像处理技术流程图；

图2是本发明影像处理技术流程图；

图3是本发明的原始影像图；

图4是本发明的遮罩影像图；

图5是本发明的遮罩影像的灰阶直方图；

图6是本发明的累积机率密度函数图；

图7是本发明的切割门槛值示意图；

图8是本发明的过亮区域的阿尔法平面分配函数图；

图9是本发明的过亮区域不透明度高低的灰阶影像图；

图10是本发明的过暗区域的阿尔法平面分配函数图；

图11是本发明的过暗区域不透明度高低的灰阶影像图；

图12是本发明的增加亮度输出入对照转换表；

图13是本发明的减低亮度输出入对照转换表；

图14是本发明的阿尔法平面影像图；

图15是本发明的修正影像图；

图16是本发明的完成影像放大图；

图17是本发明的完成影像图。

如图2所示，本发明先由彩色原始数字影像图中以任意形状方式圈选所欲调整的亮度区域，建立遮罩影像1如图3及图4；遮罩影像的意义是为了表示使用者所选择的任意形状的区域与原始影像的座标位置相符，其像素以位元的方式表示是否被圈选，例如“1”(全白)代表被圈选，“0”(全黑)代表未被圈选；若图3原始影像的全部范围皆为使用者所选，则图4遮罩影像便无存在必要，因为遮罩影像所有点的值皆为1；为将图3原始影像中亮度过高的区域调暗，将亮度过低的区域调亮，所以必须先在指定遮罩区域的原始影像6中找出相对亮部或相对暗部以作为调整的标的，本发明采用门槛值选择法2来求得作为判断依据的门槛值(Threshold)；门槛值选择法的步骤如下：

1、以纵轴为像素数量，横轴为明暗度(Intensi ty)，计算影像的灰阶直方图(Gray-Level hi stogram)，请参阅图5；代表各明暗度像素的累积数目；

2、将此灰阶直方图视为常态分配(Normal Distributi on)，计算其间断型累积机率密度函数(Cumulative Distrihuti on Functions，CDF)，以求出各明暗度(Intensi ty)下的像素累积机率分配，请参阅图6；并计算其累积期望值(Fxpected Value)；

3.使用区别分析法(discrimi nate anal ysis)计算其切割门槛值，请参阅图7；本方法即是以预先设定的过亮(或过暗)区域与正常区域两个组别为相依变数(dependent variable)，计算出具有最大区别能力的区别变数(discrimi nating variable)，该变数值即为门槛值；

经由上述方法，指定遮罩区域始影像就可以门槛值区分为二：过亮区域与正常区域(或过暗区域与正常区域)；

透过门槛值选择，可产生一个代表不透明度比例分配的阿尔法(Alpha)影像资料3其主要目的有二；一、当遮罩区域的原始影像6于修正亮度值时，提供原始影像6在第图14阿尔法平面中不透明度为0％的所有像素的平均色相值作为参考色相值，以产生修正红绿蓝三原色各别色相值幅度的修正影像如图15；二、以图15作过亮度调整的修正影像为上层图形，未修正的原始影像6为下层图形，则图14阿尔法平面图代表上层图形中各像素的不透明度，上下图形可透过此不透明度比例叠合成图16完成影像放大图及图17完成影像图；

当图14阿尔法平面上某像素的不透明度为100％时，则图15上层图形该相对位置像素的颜色将100％表现在最后叠合完成的图16图形中，同理，若图14阿尔法平面上某像素的不透明度为50％时，则在最后叠合完成的图16图形中该相对位置像素的颜色将是上、下层图形在该相对位置像素的颜色各半相混而成；

由于门槛值选择法在求取亮部区域时得到的门槛值，实际套用到亮部区域的判断时，较符合一般人眼所认知的过亮区域；而求取暗部区域时得到的门槛值，实际套用到暗部区域的判断时，其范围较广而涵盖了一般人眼所认知的过暗区域或及非过暗区域。为因应这种特性，以产生阿尔法影像资料3；设门槛值为T，原始影像6中视度最低值为L，原始影像6各点的亮度值为x，图14阿尔法平面各像素的不透明度为y，其计算原理如下：

1、设定过亮区域阿尔法透明度：

(1)原始影像6中亮度值在门槛值以上的像素，在图14阿尔法平面中皆赋与100％不透明度；

(2)原始影像6中亮度值未达门槛值的像素，在图14阿尔法平面中以一递增公式来决定其不透明度，

例y＝((x－L)/(T－L))3

如果y＞100％，则y＝100％

如果y＜0％，则y＝0％

由上述公式可得图8过亮区域的阿尔法平面分配函数图形；经此公式计算后可得到一个图9代表过亮区域不透明度高低的灰阶影像；

2.设定过暗区域阿尔法不透明度：

(1)原始影像6中亮度值在门槛值以上的像素，在图14阿尔法平面中皆赋与％不透明度；

(2)原始影像6中亮度值未达门槛值的像素，在图14阿尔法平面中以一递减公式来决定其不透明度，

例y＝((T－x)/(T＋L)/2)

如果x＞100％，则y＝100％

如果y＜0％，则y＝0％

由上述公式可得图10过暗区域的阿尔法平面分配函数图形；经此公式计算后可得到一个图11代表过暗区域不透明度高低的灰阶影像；

另外，对于所要修正调整的过亮或过暗区域，本发明亦提供三个步骤来产生正确的修正影像4；

1、计算平均色相：

取得原始影像6在图14阿尔法平面中不透明度为0％的所有点的色相平均值作为参考色相值；

2.计算红(R)、绿(G)、蓝(F)三色的调整量：

总体的亮度调整量(Level)，以使用者决定或程式自动计算等方式产生，再经由下列程度分别求出红、绿、蓝三色的调整量，分别为ΔR、ΔG及ΔB；

(1)增加亮度时(Level＞0)：

ΔR＝Level×1.2

ΔG＝Level

设定R＝127＋ΔR；G＝127＋ΔG；从0至255，当B于B’时，求得的色相值最接近平均色相值，则Δg＝B’－127；

(2)减低亮度时(Level＜0)：

ΔR＝Level/30

ΔG＝Level

设定R＝255＋ΔR；G＝255＋ΔG；从0至255，当B于B’时，求得的色相值最接近平均色相值，则ΔB＝B’－255；

3.产生修正影像：

获得红(R)、绿(G)、蓝(F)三色的调整量ΔR、ΔG及ΔB之后，针对以下两种情况来产生调整后的修正影像：

(1)对过暗区域增加亮度时：

设定三输入值0、T(门槛值)、255及三个输出值T×ΔR/(ΔR＋1)、TΔR、255，应用曲线化方法求得0255每个输入值所对应的每个输出值，如图12增加亮度输出入对照转换表所示；(求取绿色或蓝色对照转换表时将上述三个输出值中的ΔR替换为ΔG或ΔB即可)；

(2)对过亮区域减低亮度时：

设定三个输入值0、127、255及三个输出值0、127、255＋ΔR，应用曲线化方法求得0、255每个输入值所对应的每个输出值，如图13减低亮度输入对照转换表所示；(求取绿色或蓝色对照转换表时将上述三个输出值中的ΔR替换为ΔG或ΔB即可)；

曲线化方法，可由有限的几个像素座标点，决定其他未被明确指定的像素座标点，完成一段曲线或直线的绘制；经由该曲线可产生对照表(LUT，Look Up Table)；最后，产生一个原始影像的复本并利用这个对照表(LUT)对这个复本影像的每个像素的颜色作一一对照转换，例如在座标(10，10)的像素，其颜色值为红＝100，绿＝100，蓝＝100，经由对照表(LUT)转换，若假设红色的对照表输入值为100时，输出值为118，绿色的对照表输入值为100时，输出值为110；蓝色的对照表输入值为100时，输出值为108，则最后修正后影像在该座标像素的颜色便为红＝188，绿＝110，蓝＝108；

最后的步骤便是运用阿尔法叠合(Alpha Bl end)的原理，将原始影像6视为下层图形，图15修正影像视为上层图形，图14阿尔法(Alpha)灰阶影像代表修正图形的不透明度资讯，所有图素经过不同阿尔法(Al pha)值的混色后5，使得到最后处理完的结果如图16完成影像放大图及图17完成影像图；

通过本发明一种改进的影像处理技术，克服了现有技术缺点，达到了创作的目的。

本发明的优点：

1、于原始影像中圈选欲调整亮度区域后，其亮度的调整幅度会透过计算平均色相角度值的公式，及红绿蓝三色入输出值的对照表，自动调整红绿蓝天色调整的亮度幅度。

2、欲修改区域的每一像素，除依其平均色相计算所应调整的亮度值，能避免发生色相及饱和度失真的情形外；加依门槛值法自动计算其修改区域的灰阶阿尔法比重，以获得不同比例的不透明，使修改后影像与原始影像的叠合，能依再一像素的不透明比例形成完成影像，并具有平顺渐层的立体效果。

3、使用者可轻易以一个圈选动作，藉由电脑内部自动计算功能，即可迅速完成影像修正，且不会产生影像失真情形。

4、具进步性及工商界数字影像处理的利用价值。

综上所述，本发明在突破先前的技术结构下，确实已达到所欲增进的功效，且也非熟悉该项技术者所易于思及，再者，本发明申请前未曾公开，其所具有进步性、实用性，显已符合发明专利的申请要件，故依法提出申请。

Claims (5)

1.一种改进的影像处理技术，主要对于影像过亮或过暗的区域作自动化的修正亮度技术，其主要特征包括：

将原始数字影像太亮或太暗的部分圈选为遮罩影像区域后，先依遮罩区域的原始影像各像素亮暗度分布状况，自动计算亮暗度门槛值，并依此门槛值产生一个像素明暗度比重分配的阿尔法不透明度分配图；将所圈选区域的原始图形中阿尔法不透明度为0％的所有像素色相平均值作为参考色相值，应用曲线化方法产生三个修正红绿蓝三原色个别亮度增量或减量的输出入对照表，利用此三个对照表可将圈选区域的原始影像中，每一像素的红绿蓝三原色亮度自动转换为修正影像。

2.根据权利要求1所述的改进的影像处理技术，其特征在于，依门槛值自动计算阿尔法不透明度分配图，以原始图形中不透明度为0％的像素色相平均值，自动计算遮罩区域内的原始数字影像平均色相角度值，再根据曲线化方法形成增加亮度或降低亮度的对照表，以个别调整红蓝绿三原色的亮度增量或减量值，产生修正影像。

3.根据权利要求1所述的改进的影像处理技术，其特征在于，将原始影像与修正影像按照不透明分配图的比重分配叠合产生完成图；此过程具有自动修正遮罩区域原始影像的亮度而不致产生色相及饱和度失真功能，使叠合后的完成图仍可呈现平顺的渐层立体感。

4.根据权利要求1所述的改进的影像处理技术，其特征在于，其依门槛值自动计算阿尔法不透明分配图，使修正影像与原始影像能依不透明度比重分配叠合完成图。

5.根据权利要求1所述的改进的影像处理技术，其特征在于，使用者可轻易以一个圈选动作，藉由电脑内部自动计算功能，即可迅速完成影像修正，且不会产生影像失真情形。

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