CN1659895A - 图像处理 - Google Patents

Abstract

在几乎所有现代TV中，现今峰化技术用于增强图像。这表示在亮度通道中通过使用诸如亮度瞬态改善技术的峰化或类似峰化电路来使边缘清晰。通过这种技术，接近边缘的黑色部分通常增加到更黑的颜色，而白色部分增加到更白的颜色，结果，图像看起来更清晰并更明快。但是，图像也在所述部分给出一个“硬的”印象，原因是图像信号已经单独关于亮度分量而没有关于彩色分量校正。提出的方法目的是增加那些部分的饱和度等级，特别是通过处理边缘位置区域中的输入图像信号，其中至少彩色分量的图像特征通过放大彩色分量来校正。有利的是，彩色分量的校正被处理为原始局部饱和度等级，原始局部亮度等级或原始和峰化图像信号之间的局部差值的函数。这种措施的目的是改善图像的清晰度以及改善图像整体印象，特别是改善边缘位置附近的图像的整体印象。

Description

图像处理

技术领域

本发明涉及一种图像处理方法和设备并涉及一种图像显示系统。

背景技术

图像处理，尤其是彩色图像处理是一个很广的技术领域，其中已知根据特定的应用目的，多种措施应用于改善图像质量。例如，US5,729,360提出了一种彩色图像处理系统，用于产生四种颜色的记录器图像信号，这四种颜色包含来自三种颜色的墨汁，该墨汁是特别考虑到打印技术的需求，特别对于数字全彩色复印机，彩色传真机和图像文件系统提出的。

关于显示应用的图像处理稍微有不同的需求。现代方法的一个实质目的是增加音频/视频(A/V)或电视(TV)信号中边缘的清晰度(sharpness)。一个适用的处理设备在US4,581,631中提出，其中单独为了增强一幅图像边缘的清晰度，一个色差信号在边缘出现时存储，直到与边缘出现之前发生的值一起的边缘转换结束。在转换间隔结束时，转变影响到新的信号值。

同样，通常已知的技术用于增强一幅图像并限于对一个图像信号的亮度分量进行校正给出优先权的措施。在大多数现代的TV或A/V应用中，现今峰化技术用于增强图像。这表示通过使用峰化电路使边缘在亮度通道内清晰。在亮度瞬态的位置处，该瞬态将受到影响，以通过在边缘位置产生一个过冲(overshoot)和/或下冲(undershoot)看上去更清晰。结果是对比度局部增加并且清晰度感知整体增强。但是，一个观众也具有与没有峰化电路时产生的图像相比彩色性能稍微低的印象。这样的一个印象是这样的事实的必然结果，即优先权给了图像的亮度分量并且很少或没有或极少有补偿给彩色分量，从而考虑亮度通道的变化。实际上，在边缘位置的亮度分量的对比度已经局部增强，而没有增加该位置的彩色分量的饱和度。这是为什么观众感觉到很少颜色的原因。

实际上，现有技术提出的方案，像US5,825,938中的那个一样，可以建议在相对于输入图像的边缘位置附近另外改变彩色饱和度。但是，这样的概念目的在于更加增强图像的清晰度。所有已知的概念或多或少受限于一幅图像的清晰度感知的增强。这是为什么US5,825,938教导我们安排图像显示设备以便输出图像的彩色饱和度在边缘的两侧局部小于输入彩色图像的饱和度。人眼感知不如特定的灰度变化清晰的特定彩色变化。因此，一个彩色分量的出现降低所感知的清晰度。通过降低彩色饱和度，以便彩色分量相对于灰度分量减少，能够增强清晰度的感知。

发明内容

这就是本发明提出的目的，该目的是指定一种不受清晰度增强的限制改善整个图像质量的方法和装置。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施例。

术语“放大”也表示“增加”并且也包括任意种类的“改善”。“特征”特别包括任意种类的信号瞬态。

彩色是大多数显像的极其重要的部分。对于显像的良好彩色的使用包含了解它们的特性和人视觉的感知特征。因此，执行适当的手段以在计算机软件和硬件设备的帮助下允许彩色的一个良好感知也是重要的。

饱和度指彩色中色调的支配(dominance)。不饱和的颜色组成从白到黑的灰度等级，它们之间包括所有中间的灰度。按照彩色饱和度的光谱分辨率，它是支配波长与该颜色内的其他波长相比的比。在有利的实施例中，给观众以彩色饱和度的更好印象。

在几乎所有现代的电视中，峰化技术用于增强图像。这表示通过使用峰化或类似峰化电路在亮度通道内边缘清晰，例如，在亮度暂态改善技术的情况下。这种电路可以在边缘位置附近产生一个过冲和/或下冲。通过这样的技术，边缘附近的黑色部分通常增加到更黑的颜色，而白色部分增加到更白的颜色。结果，图像看起来更清晰并更明快。但是，图像也在所述部分给出一个“硬的”印象，原因是图像信号已经单独关于亮度分量而没有关于彩色分量校正。

所提出的发明想要除去图像的硬印象，这限于由于现有技术的方法的清晰度增强。已经意识到一个良好的图像不能通过只对于输入信号的亮度分量改善对比度需要而实现。作为替代，关于输入图像的彩色分量的饱和度质量也需要改善。这给观众更好的整体印象，因为不只增强了清晰度和/或对比度的感知，而且增强了彩色饱和度的感知。提出的概念的主要理解因此是以与关于亮度分量进行的处理类似的方式对于彩色分量处理图像。特别是，质量改善的优先权给了输入图像的彩色分量。有利的是，也改善了一个亮度分量。在一幅图像的边缘位置，彩色分量根据图像的特殊要求增强，特别是如果它关于亮度分量校正的话。这导致图像、特别是边缘位置区域中的图像的更鲜明的感知。

提出的方法目的在于增强一个边缘位置的区域中的饱和度级别，特别是通过处理至少边缘位置的区域中的输入图像信号，其中彩色分量的至少图像特征通过放大彩色分量来校正。有利的是，彩色分量的校正被处理为原始局部饱和度等级，原始局部亮度等级或原始和峰化图像信号之间的局部差的函数。这种措施的目的是不仅被限于改善图像的清晰度，而且被限于改善图像的整体印象，特别是边缘位置附近的图像的整体印象。

继续开发的结构是通过处理一个彩色分量和改善边缘位置区域的彩色饱和度来改善边缘位置的整体图像质量。该处理依赖于原始局部饱和度等级，和/或原始局部亮度等级和/或原始和“峰化”图像之间的局部差异。

最有利的是，输入图像信号表示除了彩色分量的图像特征之外的亮度分量的图像特征。亮度分量的图像特征通过峰化亮度分量来校正。“峰化”特别意味着在特定位置、特别是边缘位置附近产生过冲和/或下冲。

边缘位置的区域最好包括一个在边缘位置内和/或与边缘位置相同和/或与边缘位置至少部分重叠的输入图像中的局部区域，特别包括边缘位置。

在优选的结构中，输入图像信号是YUV信号，这表示Y-亮度分量的图像特征，U-彩色分量的图像特征和V-彩色分量的图像特征。提出的概念也可以应用到一幅图像，其中输入图像信号是一个RGB-信号，它表示亮度分量的图像特征，R-彩色分量的图像特征，G-彩色分量的图像特征和B-彩色分量的图像特征。一个RGB-信号和对应的YUV信号可以用一个矩阵操作互相转换。

在进一步的改进中，彩色分量根据一个参数值和/和一组参数值放大，尤其是其中该参数值和/和该组参数值特别适应于彩色分量。特别是，彩色分量可以根据输入图像信号的彩色分量的信号值放大。附加或者替换地，彩色分量也可以根据输入图像信号的亮度分量的信号值放大。在优选改进中，彩色分量根据从输入图像信号的基本上未校正的第一图像特征和已经对于亮度分量进行了校正的输入图像信号的校正过的第二图像特征确定的差信号值放大。

现在将参照附图以详细说明描述本发明的优选实施例。这些意图示出例子，以使与优选实施例的详细描述结合并与现有技术相比较的本发明的概念清晰。尽管将示出并描述本发明所考虑的优选实施例，但当然应当理解能够在不脱离由独立权利要求定义的发明的范围的条件下，容易的做出各种形式或细节的修改和改变。因此，本发明可以不限于在此示出和描述的精确的形式细节也不限于比所要求保护的本发明的整体小的任意形式。

附图说明

在图中：

图1示出了说明原始输入图像信号分量和校正过的输入图像信号分量的图；

图2示出了提出的方法的优选实施例中表示一个差信号的简要框图；

图3示出了表示关于提出的方法的优选实施例的差信号的进一步的细节的简要框图；

图4示出了表示关于提出的方法的优选实施例的进一步的细节的简要框图；

图5示出了表示关于提出的方法的优选实施例的再进一步细节的简要框图；

图6示出了用作将由提出的方法的优选实施例处理的输入图像的原始图像的例子；

图7示出了根据现有技术的方法，用作只具有应用于图6的原始图像的清晰度增强的输出图像的一幅图像；和

图8示出了用作具有峰化清晰度增强并具有应用于原始图像的依赖于峰化的彩色校正并根据提出的方法的优选实施例处理的输出图像的一幅图像。

具体实施方式

提出的方法目的在于通过处理至少在边缘位置的区域中的输入图像信号增加饱和度等级，其中至少彩色分量的图像特征通过放大来校正，即通过改善彩色分量来校正。这可以包括改善或放大一个颜色的值、一个颜色的色调并尤其是一个颜色的饱和度。有利的是，彩色分量校正被处理为原始局部饱和度等级，原始局部亮度等级或原始与峰化图像信号之间的局部差的函数。这种措施的目的不仅仅是限于改善图像的清晰度而且改善图像、特别是边缘位置附近的图像的整体印象。提出的方法也称为依赖于峰化的彩色校正(PDC)。根据提出的图像处理概念的主要理念，即给出在处理后的图像上基本上与输入图像上相同的彩色印象的视图，在提出的概念的优选实施例中，彩色分量在与亮度分量已经改变的位置相同的位置被校正。

图1中描述了一个详细的例子。该图分别示出了亮度分量1的输入图像信号特征和峰化亮度分量1a的图像特征。也示出了输入图像信号的彩色分量2的图像特征。亮度分量1的图像特征用作输入图像的第一图像特征，而峰化亮度分量1a的图像特征用作关于亮度分量校正的输入图像信号的第二图像特征。上述输入图像信号的第一和第二图像特征用于确定亮度分量的差信号。原则上，分别对于彩色分量2的图像特征和峰化的彩色分量2a的图像特征应用相同。彩色分量2的图像特征用作输入信号的第一图像特征，峰化彩色分量2a的图像特征用作关于彩色分量校正的输出信号的第二图像特征。在特定实施例中，峰化彩色分量2a用作图像处理的输出信号。

亮度分量差信号和彩色分量信号可以用作一个调整参数。在优选实施例中彩色分量可以通过按照这种调整参数的一个函数放大彩色分量来校正。差信号或者以任意组合或每个单独的差信号都可以用作一个适当的调整参数，根据该参数彩色分量可以在另一个优选实施例中通过按照调整参数的函数放大彩色分量来校正。

在图1中，校正过的饱和度印象(曲线3)与亮度路径的绝对变化相关，它只是亮度分量1的信号特征和峰化亮度分量1a的信号特征之间的绝对差。

如在图2中描述的，原始亮度分量1和峰化的亮度分量1a之间的差被用作调整参数io_dif。在这里概述的提出的方法的优选实施例中，输入图像信号的处理在边缘位置的区域中执行，其中至少彩色分量的图像特征通过放大彩色分量并尤其根据以上概述的差信号io_dif进行校正。

一个边缘位置和边缘位置的一个区域可以关于图1所示的例子来定义。边缘位置通过图1中的参考标记4表示，而边缘位置的区域沿着图像中的一定间隔或范围延伸。这样的一个间隔受限于由下边界1′和上边界1″表示的亮度分量，而边缘位置4的区域受限于由下边界2′和上边界2″表示的彩色分量。边缘位置4的局部区域可以由边界5′和5″来定义并在图1的优选实施例中包括关于亮度分量的边缘位置的区域1′，1″和关于彩色分量的边缘位置区域2′，2″。但是，对于特定的应用，也可以有利地定义一个局部边缘位置区域4，它可以在边缘位置区域内单独延伸。也可与边缘位置区域相同。也有可能有利地使用边缘位置4的局部区域，它稍微在边缘位置的区域附近，但移向一侧或另一侧。也有可能把边缘位置定义为原始亮度分量1(在特定限制内)不等于峰化的亮度分量1a的区域。

图3描述了按照关于图1和2描述的差信号io_dif的进一步的处理。在第一修改中，差信号io_dif可以由任意整体放大因子修正，该因子选择为表示图像整体能量的几个参数的函数。在该修正中，这样的参数是在该修正中每个颜色的最大能量，所有颜色的总和和图像亮度的最大能量。这样的参数包括应用到图3中的微处理器μP的一个参数组，并用于确定用于修正差信号io_dif的整体放大因子。bb是图像中整体能量的函数。提出的概念的优选实施例从而适合于自调整TV环境，因为采用了提到的整体措施。亮度信号能量能够特别被测量并称为能量最大亮度(energy_max_luminance)。高的值表示很多转换出现在信号中，所以该部分中的彩色饱和度将降低。在一个区域中测量的彩色信号的能量测量结果被称为能量最大彩色(energy_max_color)。低的值表示彩色转换是少量的，所以需要低校正。高值表示很多彩色转换出现或者彩色噪声出现在信号中。因此，将再次降低彩色饱和度校正。在一个区域中的整体饱和度测量结果也称为和-彩色(sum-color)。高值表示高饱和的彩色是在图像中。在这种情况下需要降低的校正。

尽管没有说明，高饱和的部分也仍然能够由一个高因子校正，必须建立安全性以防止彩色信号的溢出。

进而，如图3中的第二行表示的在不大于预定最大值c1偏离零的情况下，差信号能够定义为零。参数pdc-coring等于c1并用于降低低饱和度区域中的可能彩色噪声。形成上述操作的处理模块使用差信号io_dif，原始亮度信号original_luminance_signal和峰化依赖彩色信号c1作为输入值，以及一个表示全部图像的平均能量的参数组。修正的差信号io_dif被处理为输出值。

关于图3，框中的第一行指下冲，最后一行指过冲。彩色信号根据是下冲还是过冲进行不同的校正。

如利用所提出的概念的图3的优选实施例描述的，饱和度等级必须在图像的黑色和较暗部分中增加的多于在图像的白色或较亮部分中。例如，红色在图像的暗部分中增加到比在图像的白色部分更大的程度。白色行中的颜色稍微增加，因为高亮度等级和低原始饱和度等级。用于调整和处理一个输入图像的各个参数根据以上概述的提出概念的优选实施例实施。

因此，总之，优选实施例能够称为依赖于峰化的彩色处理并将校正缺少如在图6和7中可见的察觉的彩色为可见。依赖于峰化的彩色算法在对于亮度分量峰化之前和之后检查亮度信号。两者之间的差的大小用作关于一个彩色分量或许多彩色分量的饱和度校正的输入。关于一个彩色分量的饱和度校正与原始饱和度相关。饱和度校正依赖于原始亮度等级。优选实施例也允许在高亮度区域使更低饱和度校正被调整，因为否则图像将看起来太不自然。这些措施已经整体在图3中描述了。

用于处理的另一个模块在图4中概述。一个用户体验(user_taste)参数也用于修正差信号io_dif。这能够附加地或替换地完成图3的修改。通过这样的措施，或通过任意其他适当的措施，一个修正的差信号用作一个因子来校正U-彩色分量(U_colorcomponent)和和V-彩色分量(V_colorcomponent)以产生对于U-彩色分量和V-彩色分量的各自校正。在图4的修正中，相同的差信号用于U-彩色分量和V-彩色分量。在另一个修正中，特定的差信号可以分别用于U-彩色分量和V-彩色分量。

图4的修改也只是被概括以示范一个可能的应用。很明显，类似的处理能够对于关于R-、G-和B-彩色分量的RGB输入图像信号执行。所有种类的视频-TV输入也能够以这种方式来处理。

关于图4，user_taste是一个参数设置，其可以根据用户进行调整。

关于图4，U_colorcomponent和V_colorcomponent是原始输入的彩色信号。在视频路径中的这个点上，信号没有增加的饱和度。将向原始彩色信号增加校正，其接着称为校正的U(corrected_U)和校正的V(corrected_V)。

在图5中描述的另一个模块中，U-和V-彩色分量的输入值与域值比较被进一步处理。这样的域值通过关于用户肤色削弱和用户红色消弱由体验值定义。在两种情况下，特别适应于用户肤色削弱体验(user skin attenuation taste)和用户红色消弱体验(User redattenuation taste)的其他参数被应用于校正U-彩色分量和V-彩色分量。

尽管在图中没有描述，但已经通过各种试验示范，在红色区域中的校正必须比其他校正处理地更仔细。在红色区域的高度校正能够快速产生一个“显象过度(overdone)”的印象。因此，红色校正的削弱也在另一个修正的实施例中执行。参数User_red_attenuation_taste是在红色区域中峰化依赖彩色校正特征降低的体验。User_red_area_taste(用户肤色区域体验)是在U/V彩色平面中红色调表面的定义。从试验中也可以推论出在肤色色调上的校正必须在低等级校正，否则图像也将看起来太不自然。为此再次建立肤色色调削弱。参数user_skin_attenuation_taste(用户肤色削弱体验)是在肤色区域中峰化依赖彩色校正特征降低的体验。User_skin_area_taste是在U/V彩色平面中肤色色调表面的定义。

以上概述的提出概念的优选实施例的延伸的试验结果在图6到8中示出，其说明一个基本相同的图像序列。图6示出了一个用作输入图像的原始图像。图7示出了基本上相同的输入图像，但是应用了现有技术已知的对于清晰度增强的处理。该图像明显清晰度增加，但是该图像也给出稍微硬一点的印象、特别是在边缘位置区域。这是由于亮度通道有变化而不是彩色通道中有改变。清晰度和彩色校正由提出的PDC方法被应用到图8的图像，因为这导致较好的饱和度和对比度的视觉印象。

应当注意上述实施例说明而不是限制了本发明，本领域技术人员将能够在不脱离所附的权利要求的范围的条件下设计很多替换的实施例。在权利要求中，放在括号中的任意的参考符号将不构成对权利要求的限制。词语“包括”不排除与列在权利要求中的那些不同的元件或步骤的存在。在元件前面的词语“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明能够通过包括几个不同元件的硬件，和通过适当编程的计算机来实施。在设备权利要求中，列举了几个装置，这几个装置能够用同一个硬件实现，比如一个适当编程的微处理器。特定措施在互相不同的从属权利要求中陈述的事实不表示这些措施的组合不能有利地被使用。

Claims (9)

1、一种图像处理方法，包括步骤：

提供一个表示输入图像的输入图像信号，该输入图像信号表示至少一个彩色分量的图像特征，

检测输入图像中的一个边缘位置区域，所述边缘位置位于不同的图像特征的区域之间，和

处理边缘位置区域中的输入图像信号以提供一个输出图像信号，至少彩色分量的图像特征通过放大该彩色分量来校正。

2、如权利要求1所要求的方法，其特征在于根据一个参数值放大彩色分量，特别是其中该参数值特别适应于该彩色分量。

3、如权利要求1所要求的方法，其特征在于根据输入图像信号的彩色分量的信号值放大所述彩色分量。

4、如权利要求1所要求的方法，其特征在于根据输入图像信号的亮度分量的信号值放大所述彩色分量。

5、如权利要求1所要求的方法，其特征在于根据从输入图像信号的未校正的第一图像特征和已经关于亮度分量校正了的输入图像信号的校正后的第二图像特征确定的差信号值来放大所述彩色分量。

6、如权利要求1所要求的方法，其特征在于饱和度等级在边缘位置区域增加。

7、如权利要求6所要求的方法，其特征在于彩色分量的校正被处理为原始局部饱和度等级，原始局部亮度等级或原始图像信号与峰化图像信号之间的局部差的函数。

8、一种图像处理设备，包括：

用于提供一个表示输入图像的输入图像信号的装置，该输入图像信号表示至少一个彩色分量的图像特征，

用于检测输入图像中的一个边缘位置区域的装置，所述边缘位置位于不同的图像特征的区域之间，和

用于处理边缘位置区域中的输入图像信号以提供一个输出图像信号的装置，至少该彩色分量的图像特征通过放大该彩色分量来校正。

9、一种图像显示系统，包括：

接收装置，适应于接收用于进一步处理的输入图像信号，其中该输入图像信号表示一个输入图像，其中该输入图像信号表示至少一个彩色分量的图像特征，

边缘位置发信号装置，用于检测输入图像中的一个边缘位置区域，其中所述边缘位置位于不同的图像特征的区域之间，

滤波器装置，用于处理至少在边缘位置区域中的输入图像信号，其中至少彩色分量的图像特征通过放大彩色分量来校正，和

一个图像显示设备，其适应于提供至少从输入图像信号得出的一个输出图像信号，其中该输出图像信号表示一个输出图像。

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