CN1658678A - 图像处理装置及图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于实时校正运动画面的输入视频信号中的色相和色饱和度的图像处理装置，该图像处理装置包括：用于从输入视频信号中提取色相和色饱和度的提取单元；用于根据提取单元中提取出的色相和色饱和度确定校正量的确定单元；和用于基于确定单元的确定结果校正输入视频信号的色相和色饱和度的校正单元。由此，可以响应于色相和色饱和度实时、任意地校正输入视频信号中期望的信号部分。

Description

图像处理装置及图像处理方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2004年2月19日向日本专利局提交的日本优先权文件2004-043283和2004年10月14日向日本专利局提交的日本优先权文件2004-300495的优先权，其结合于本文中作为参考。

技术领域

本发明涉及一种校正视频信号的色相和色饱和度的图像处理装置及其图像处理方法。

背景技术

为了对色彩进行调整，通常将用于实时校正运动画面的视频信号中的色相和色饱和度的装置安装在像电视接收机和电视摄像机这样的视频设备上。

现今，已经存在一种作为用于校正视频信号的色相的装置，在这种装置中，将两个色差信号分别在色差信号转换矩阵电路中进行色差转换，再将这两个经过色差转换的信号分别进行切片(slicing)处理，通过取两个切片输出中的最小值，而将要校正的色彩区提取出来(例如，参考日本公开专利申请第H11-308628号)。

图8示出了上述色相校正装置的色彩信号提取电路的结构例的框图。在输入给该色彩信号提取电路的色差信号Cb(＝B-Y)和色差信号Cr(＝R-Y)中，将色差信号Cb分别提供给可变增益放大器51和52，色差信号Cr分别提供给可变增益放大器53和54。将可变增益放大器51的输出和可变增益放大器53的输出在加法器55中相加，将可变增益放大器52的输出和可变增益放大器54的输出在加法器56中相加。

色差信号转换矩阵电路50由这些可变增益放大器51～54和加法器55和56配置而成，经过色差转换的色差信号Cb′从加法器55中输出，而经过色差转换的色差信号Cr′从加法器56中输出。

色差信号Cb′和色差信号Cr′被分别输入到最大值输入提取电路57和58中。除了这些色差信号Cb′和色差信号Cr′之外，还将具有预定数值的系数信号分别输入到最大值输入提取电路57和58中。最大值输入提取电路57和58是用于从相应的两个输入信号中提取具有最大值的信号的电路，并起到作为将色差信号Cb′和色差信号Cr′切片的电路的作用。

当在减法器59中，从最大值输入提取电路57的输出信号中减去输入到最大值输入提取电路57中的系数信号之后，再将最大值输入提取电路57的合成输出信号输入给最小值输入提取电路61。同样，当在减法器60中，从最大值输入提取电路58的输出信号中减去输入给最大值输入提取电路58的系数信号之后，再将最大值输入提取电路58的合成输出信号输入给最小值输入提取电路61。

最小值输入提取电路61是用于从两个输入信号中提取具有最小值的信号的电路。该最小值输入提取电路61的输出信号就是提取出了将要被校正的色彩区的提取色彩信号。

图9是在x轴和y轴分别表示色差信号Cb和色差信号Cr的色差平面上示出图8的色彩信号提取电路中提取的色彩区的示意图。通过调整可变增益放大器51～54的增益，介于相对于x轴的角度为θ1的半直线b1和相对于x轴的角度为θ2的半直线b2之间的区域A11作为待校正的色彩区被提取出。相对于x轴的角度为是θm的半直线bm是提取色彩信号最大的那一点。

图10为从最小值输入提取电路61输出的提取色彩信号相对于图9所示的色彩区绘制的三维示意图(z轴表示提取色彩信号)。提取色彩信号随着离色差平面上的原点(Cb和Cr都为零的点)的距离增大而增大(即色饱和度变大)，但是在色差平面的角度方向(色相方向)上，不管色饱和度如何均可绘制出同样的曲线。

发明内容

近些年，当进行色彩调整等时，根据期望的色相和色饱和度，任意地校正视频信号中期望信号部分的色相和色饱和度的需求有所增长。

然而，考虑到下面的(a)～(c)三点，图8所示的传统色相校正装置已经很难满足这样的需求了。

(a)当图9所示的角度θ1和θ2如图11所示具有介于半直线b1和半直线b2之间的x轴或y轴的值(相对于x轴角度为0°、90°、180°、或270°的点)时，很难确定介于半直线b1和半直线b2之间的区域，因而提取色彩区也是很困难的。

此外，当角度θ1和θ2之间的差值超过90°时，x轴或y轴就一定存在于半直线b1和半直线b2之间。因此，提取像角度θ1和θ2之间的差值超过90°这样大的色彩区也是很困难的。

这样，因为能被提取出作为校正对象的色彩区是有限制的，所以校正视频信号中期望校正色相的部分是很困难的。

(b)通过调整图8中的可变增益放大器51～54的增益，不仅要确定了待提取的色彩区，还确定了所提取的色彩信号的电平(因此，确定了相对于已提取的色彩区的校正程度)。这样，用于确定待校正色彩区的色差信号转换矩阵电路50还兼有作为用于确定校正量的电路的功能，所以难以随意对视频信号进行校正(例如，彼此独立地校正视频信号的色相和色饱和度)。

(c)如图9所示，图8的色彩信号提取电路只能提取一个色彩区。因此，例如，在提取出如图12中的区域A11和A12所示的两个或多个色彩区分别进行校正的情况下，就需要设置两个或多个色彩信号提取电路，因而导致电路规模增大。

本发明考虑到上述三点，目的在于提供一种能够根据期望的色相和色饱和度来任意地校正视频信号中期望校正的色相和色饱和度的信号部分的图像处理装置及其图像处理方法。

为了实现这个目的，根据本发明的一个实施例的图像处理装置是一种用于实时校正运动画面的输入视频信号的色相和色饱和度的图像处理装置，该装置包括：用于从该输入视频信号中提取色相和色饱和度的提取单元；用于根据该提取单元提取出的色相和色饱和度确定校正量的确定单元；和用于基于该确定单元的确定结果来校正该输入视频信号的色相和色饱和度的校正单元。

在这个图像处理装置中，色相和色饱和度通过提取单元从输入视频信号中分别实时地提取出来。接着，通过确定单元根据提取出的色相和色饱和度实时确定校正量。然后，基于确定结果，通过校正单元实时校正输入视频信号的色相和色饱和度。

这样，通过分别提取输入视频信号的色相和色饱和度，并根据已提取的色相和色饱和度来确定校正量，从而可以根据期望的色相和色饱和度实时、任意地校正输入视频信号中期望校正的色相和色饱和度的信号部分。

作为一个例子，该图像处理装置还包括用于从输入视频信号中分离出亮度信号和两个色差信号的分离单元，并且提取单元具有基于两个色差信号的比值，通过参照查表来计算色相的第一计算单元和基于上述的两个色差信号计算色饱和度的第二计算单元。

此外，在该图像处理装置中，作为一个例子，优选的是确定单元能相对于彼此之间具有不同色相的多个区域来设定校正量，从而校正输入视频信号。这能够在不增加电路规模的情况下校正两个或多个色彩区。

此外，在该图像处理装置中，作为一个例子，优选的是确定单元具有色相确定单元和色饱和度确定单元，并且彼此独立地通过色相确定单元来确定输入视频信号的色相校正量，和通过色饱和度确定单元来确定色饱和度的校正量。

此外，在该图像处理装置中，作为一个例子，优选的是确定单元能够在用x轴和y轴表示两个色差信号的色差平面上的任意角度范围内设定校正量。因此，能够对包括相对于x轴的角度是0°、90°、180°、或270°的信号部分的色彩区、以及在色差平面上相对于x轴的角度范围超过90°的色彩区进行校正。

此外，在该图像处理装置中，作为一个例子，优选的是校正单元不仅仅基于确定单元的确定结果，还基于输入视频信号的亮度电平来校正输入视频信号。由此，能够根据期望的视频信号亮度电平以及期望的色相和色饱和度来任意地校正视频信号中色相和色饱和度期望校正的信号部分。

接下来，根据本发明的图像处理方法是一种实时校正运动画面的输入视频信号中的色相和色饱和度的方法，其包括：从该输入视频信号中提取色相和色饱和度的第一步骤；根据在第一步骤中提取的色相和色饱和度确定校正量的第二步骤；和基于第二步骤的确定结果校正该输入视频信号的色相和色饱和度的第三步骤。

根据该图像处理方法，通过分别提取输入视频信号的色度和色饱和度，并根据已提取的色度和色饱和度确定校正量，能够根据期望的色度和色饱和度，实时、任意地校正输入视频信号中色度和色饱和度期望校正的信号部分。

附图说明

图1示出了应用于本发明的一个实施例的图像处理装置的整体结构的框图；

图2示出了图1的色彩信号提取部分的结构的框图；

图3示出了色彩信号提取部分中提取的色相和色饱和度的示意图；

图4示出了图1的色彩信号校正量确定部分的构造的框图；

图5A和图5B示出了色彩信号校正量确定部分中确定的校正量的示意图；

图6示出了图1的色彩信号校正部分的构造的框图；

图7A和图7B示出了依赖图6的调整部分而进行的亮度处理的示意图；

图8示出了传统色彩信号提取电路的结构例的框图；

图9示出了图8的色彩信号提取电路中提取的色彩区的示意图；

图10示出了相对于图9的色彩区从图8的色彩信号提取电路中输出的提取色彩信号的示意图；

图11示出了y轴存在于图9的半直线b1和半直线b2之间的示意图；以及

图12示出了尝试提取两个色彩区的实例的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图，给出本发明的一个实施例的详细描述。图1示出了应用于本发明一个实施例的图像处理装置的整体结构的框图。该图像处理装置设置在数字电视广播的电视接收机中，并且通过图中没有示出的调谐器选择的频率并通过数字解调处理、误差校正处理、多路复用处理、和解码处理而获得的视频信号输入到图像信号输入部分1中。

当输入三原色的视频信号RGB时，该图像信号输入部分1将输入视频信号RGB转换为分量信号YCbCr，并从分量信号YCbCr中分离出亮度信号Y和色差信号Cb和Cr后将它们输出(在输入分量信号YCbCr的情况下，仅仅从分量信号YCbCr中分离出亮度信号Y和色差信号Cb和Cr后将它们输出)。

从图像信号输入部分1中输出的色差信号Cb和Cr被发送给色彩信号提取部分2和色彩信号校正部分4。此外，从图像信号输入部分1中输出的亮度信号Y被发送给色彩信号校正部分4。

色彩信号提取部分2是从输入的色差信号Cb和Cr中提取色相和色饱和度的电路。图2示出了色彩信号提取部分2的详细结构。色彩信号提取部分2由计算部分11、LUT(查表)12和计算部分13构成。输入到色彩信号提取部分2中的色差信号Cb和Cr被发送给计算部分11和计算部分13。

计算部分11是用于针对输入的色差信号Cb和Cr，计算每一像素时钟中色差信号Cr电平相对于色差信号Cb电平的比值Cr/Cb的运算电路。表示在计算部分11中计算得到的比值Cr/Cb的信号被发送给LUT 12。

LUT 12包括用于存储彼此对应的比值Cr/Cb的值和反正切Cr/Cb的值的ROM，并通过在每一像素时钟中从ROM进行读取，输出表示与输入的比值Cr/Cb的值相对应的反正切Cr/Cb的值的信号θ。

图3是在x轴和y轴分别表示色差信号Cb和Cr的色差平面上，表示当色差信号Cb和Cr分别处于某一电平Cb1和Cr1时LUT12的输出信号θ的值θ1的示意图。如图3所示，LUT 12的输出信号θ表示将要输入给该图像处理装置的输入视频信号的色相。

计算部分13是基于输入的色差信号Cb和Cr计算针对每一像素时钟、位于图3的色差平面上的矢量(Cb，Cr)的大小的运算电路。如图3所示，当色差信号Cb和Cr分别处于电平Cb1和Cr1时，矢量(Cb1，Cr1)的大小Sa1在该计算部分13中算出。如图3所示，计算部分13的输出信号Sa表示将要输入给该图像处理装置的输入视频信号的色饱和度。

如图1所示，LUT 12的输出信号θ和计算部分13的输出信号Sa(表示输入视频信号的色度和色饱和度的信号)从色彩信号提取部分2发送给色彩信号校正量确定部分3。

色彩信号校正量确定部分3是通过参照出厂设置中的校正量查表，来根据在色彩信号提取部分2中提取出的色度和色饱和度确定校正量的电路。例如，对于具有等价于肉色的色相范围的输入视频信号，可确定稍带微红的色相校正量，同时，确定色饱和度的校正量以便稍微提高色饱和度。此外，提供了多个校正量查表，以便使用者能够通过选择查表之一来改变该校正量。图4示出了色彩信号校正量确定部分3的构造。该色彩信号校正量确定部分3由校正量计算部分14和校正量计算部分15构成，输入给色彩信号校正量确定部分3的信号θ和信号Sa一同发送给校正量计算部分14和校正量计算部分15。

校正量计算部分14是基于信号θ的值和信号Sa的值，通过参照校正量查表，来为每一像素时钟确定相对于将要输入到该图像处理装置中的输入视频信号的色相的校正量(相对于原始色相的增减量)的运算电路，并输出表示已确定的校正量的信号Δθ输出。

校正量计算部分15是基于信号θ的值和信号Sa的值，通过参照校正量查表，来为每一像素时钟确定相对于将要输入给该图像处理装置的输入视频信号的色饱和度的校正量(相对于原始色饱和度的放大率)的运算电路，并输出表示已确定的校正量的信号Sg。应用于本发明的图像处理装置实时校正输入视频信号的色相和色饱和度，使得图1所示的色彩信号提取部分2、色彩信号校正量确定部分3和色彩信号校正部分4的处理分别实时地进行。

图5A和图5B示出了在信号Sa的值被设置为一固定值的情况下，校正量计算部分14计算出的信号Δθ的值和校正量计算部分15计算出的信号Sg的值如何根据信号θ的值而变化的示意图。当该固定值被设置成不同的值时，这些信号Δθ和信号Sg的值也可以设置成不同。

如图5A所示，在图3的色彩平面上包括相对于x轴的角度为90°的点的色彩区A1中，设定在校正量计算部分14中计算得到的信号Δθ的值的增减量(色相的校正量)为正，即增加。此外，在包括相对于x轴的角度为180°的点和相对于x轴的角度为270°的点的色彩区A2(相对于x轴角度范围超过90°的色彩区)中，设定信号Δθ的数值的增减量为负，即减少。在其他区域中，增减量设定为0。

如图5B所示，对于在校正量计算部分15中计算得到的信号Sg的值(色饱和度的校正量)，在包括在图3的色差平面上相对于x轴的角度为90°的点的色彩区A3中，放大率被设定为大于1，在包括相对于x轴的角度为180°的点的色彩区A4中，放大率被设置为小于1，在其他区域中设定放大率为1。

这样，在色彩信号校正量确定部分3中，校正量计算部分14和校正量计算部分15彼此相互独立地确定输入视频信号的色相的校正量和色饱和度的校正量。

此外，如图5A和5B所示，校正量计算部分14和校正量计算部分15分别确定图3所示的色差平面上整个角度范围(0°到360°)的校正量，并确定校正量以便相对于多个色相彼此不同的区域(在图5中，对于各个部分的两个区域为，A1和A2，A3和A4)校正输入视频信号。

如图1所示，表示色相校正量的信号Δθ和表示色饱和度校正量的信号Sg从色彩信号校正量确定部分3被发送给色彩信号校正部分4。

色彩信号校正部分4是用于基于色彩信号校正量确定部分3中的校正量的确定结果来校正将要输入给该图像处理装置的输入视频信号的电路。图6示出了色彩信号校正部分4的结构。色彩信号校正部分4由亮度依赖调整部分16和色相色饱和度调整部分17构成。从色彩信号校正量确定部分3输入给色彩信号校正部分4的信号Δθ和信号Sg被发送给亮度依赖调整部分16。此外，图1所示的从图像信号输入部分1输入给色彩信号校正部分4的亮度信号Y发送给亮度依赖调整部分16，并从色彩信号校正部分4中输出。

亮度依赖调整部分16是根据亮度信号Y的电平调整每一像素时钟的信号Δθ和信号Sg的电平的运算电路，并输出表示已调整的色相校正量的信号Δθ2和表示已调整的色饱和度校正量的信号Sg2。

图7A和7B示出了在亮度信号Y的电平相对较低的情况下，如何通过亮度依赖调整部分16来调整图5A和5B中所示的信号Δθ的电平和信号Sg的电平。如图7A和7B中的例子所示，在亮度信号Y的电平相对较低的情况下(在黑暗场景的情况下)，亮度依赖调整部分16抑制信号Δθ和信号Sg的电平以避免加重噪音。

从亮度依赖调整部分16输出的信号Δθ2和信号Sg2被发送给色相色饱和度调整部分17。而且，图1所示的从图像信号输入部分1输入给色彩信号校正部分4的色差信号Cb和Cr也被发送给色相色饱和度调整部分17。色相色饱和度调整部分17是通过使用信号Δθ2和信号Sg2，针对每一像素时钟，进行通过下面的公式调整色差信号Cb和Cr的色相和色饱和度的矩阵处理的运算电路，并输出调整过的信号Cb2和Cr2。该矩阵处理本身通常是在电视接收机中进行的处理。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Cb}2\\ \mathrm{Cr}2\end{array}\right]=\mathrm{Sg}2\left[\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\Δ\θ}2\right)& -\sin \left(\mathrm{\Δ\θ}2\right)\\ \sin \left(\mathrm{\Δ\θ}2\right)& \cos \left(\mathrm{\Δ\θ}2\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Cb}\\ \mathrm{Cr}\end{array}\right]---\left(1\right)$

如图1所示，亮度信号Y与从色相色饱和度调整部分17输出的色差信号Cb2和Cr2从色彩信号校正部分4发送给图像信号输出部分2。图像信号输出部分5将这些色差信号Cb2和Cr2与亮度信号Y转换成三原色的视频信号RGB后，再发送给显示器(例如，等离子显示面板)6。

如上所述，在该图像处理装置中，通过色彩信号提取部分2分别实时地提取出色相和色饱和度。然后，根据这些提取出的色相和色饱和度，通过色彩信号校正数量测定部分3实时确定校正量。此外，基于确定的结果，通过色彩信号校正部分4实时地校正输入视频信号的色相和色饱和度。

这样，通过分别提取输入视频信号的色相和色饱和度，以及根据提取出的色相和色饱和度确定校正量，就能根据期望的色相和色饱和度任意实时地校正输入视频信号中色相和色饱和度期望校正的信号部分。

此外，因为色彩信号校正量确定部分3彼此相互独立地确定色相的校正量和色饱和度的校正量，所以能够彼此相互独立地校正视频信号的色相和色饱和度(只校正色相，只校正色饱和度，或者以彼此不同的校正量来校正色相和色饱和度)。

此外，因为色彩信号校正量确定部分3确定校正量以相对于多个在色相上彼此不同的区域校正输入视频信号，因而可以在不增加电路规模的情况下进行对于两个或更多个区域的校正。

此外，因为色彩信号校正量确定部分3确定图3的色差平面上的所有角度范围(0°到360°)的校正量，所以如图5所示，能够相对于在色差平面上包括相对于x轴角度为0°、90°、180°、或270°的点的色彩区和相对于x轴角度范围超过90°的色彩区来进行校正。

此外，因为色彩信号校正部分4不仅基于校正量确定部分3的确定结果，还基于输入视频信号的亮度电平来校正输入视频信号，所以不仅能根据期望的色相和色饱和度还能根据期望的视频信号的亮度电平来任意地校正视频信号中色相和色饱和度期望校正的信号部分。

在上述例子中，色彩信号提取部分2的计算部分13被设计成能算出图3的色差平面上的矢量(Cb，Cr)大小。但是，需要平方和平方根的运算来算出矢量(Cb，Cr)的大小，因为在本实施例中视频信号是运动画面，所以需要对于每一像素时钟实时地处理这些运算，为了减轻这些运算处理的负担，也可以在计算部分13中算出矢量(Cb，Cr)的近似值，例如，通过平方和或者各自绝对值的和来近似。

此外，在上述的例子中，在色彩信号提取部分2中，通过使用查表来提取输入视频信号的色相和通过使用运算电路来提取输入视频信号的色饱和度。然而，本发明并不仅限于此，也可以通过使用运算电路来提取输入视频信号的色相和通过使用查表来提取输入视频信号的色饱和度。同样地，色彩信号校正量确定部分3也可以通过使用查表来代替运算电路来确定色相和色饱和度的校正量。

还有，在上述的例子中，本发明应用到电视广播的接收器上。然而，本发明不仅限于此，本发明也可以应用到像电视摄像机这样的摄像装置、DVD播放器这样的视频记录再生装置、和视频编辑装置等装置上。

Claims (12)

1.一种图像处理装置，用于实时校正运动画面的输入视频信号中的色相和色饱和度，包括：

提取单元，用于从所述输入视频信号中提取色相和色饱和度；

确定单元，用于根据所述提取单元提取出的所述色相和所述色饱和度确定校正量；以及

校正单元，用于基于所述确定单元的确定结果校正所述输入视频信号的所述色相和所述色饱和度。

2.根据权利要求1所述的图像处理装置，还包括：

信号分离单元，用于从所述输入视频信号中分离出亮度信号和两个色差信号，

其中，所述提取单元包括：

第一计算单元，用于基于所述两个色差信号的比值，参照查表算出所述色相；和

第二计算单元，用于基于所述两个色差信号算出所述色饱和度。

3.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，

所述确定单元能对彼此具有不同色相的多个区域设定校正量来校正所述输入视频信号。

4.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，

所述确定单元包括色相确定单元和色饱和度确定单元；并且

彼此相互独立地通过所述色相确定单元确定所述输入视频信号的所述色相的校正量，和通过所述色饱和度确定单元确定所述输入视频信号的所述色饱和度的校正量。

5.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，

所述确定单元能够在由x轴和y轴表示两个色差信号的色差平面上的任意角度范围内设定所述校正量。

6.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，

所述校正单元不仅能够基于所述确定单元的确定结果，还能够基于所述输入视频信号的亮度电平来校正所述输入视频信号。

7.一种图像处理方法，用于实时校正运动画面的输入视频信号中的色相和色饱和度，包括：

第一步骤，从所述输入视频信号中提取所述色相和所述色饱和度；

第二步骤，根据所述第一步骤提取出的所述色相和所述色饱和度确定校正量；以及

第三步骤，基于所述第二步骤的确定结果，校正所述输入视频信号的所述色相和所述色饱和度。

8.根据权利要求7所述的图像处理方法，还包括：

从所述输入视频信号中分离出亮度信号和两个色差信号的步骤，其中，

所述第一步骤包括：

基于所述两个色差信号的比值，参照查表算出所述色相的步骤；和

基于所述两个色差信号算出所述色饱和度的步骤。

9.根据权利要求7所述的图像处理方法，其中，

在所述第二步骤中，能对彼此具有不同色相的多个区域设定校正量来校正输入视频信号。

10.根据权利要求7所述的图像处理方法，其中，

所述第二步骤包括彼此相互独立地确定所述输入视频信号的所述色相的校正量和确定所述输入视频信号的所述色饱和度的校正量的步骤。

11.根据权利要求7所述的图像处理方法，其中，

在所述第二步骤中，能够在x轴和y轴表示的两个色差信号的色差平面上的任意角度范围内设定所述校正量。

12.根据权利要求7所述的图像处理方法，其中，

在所述第三步骤中，不仅能够基于所述第二步骤的确定结果，还能够基于所述输入视频信号的亮度电平来校正所述输入视频信号。

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