CN2838169Y - 增强图像颜色的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种增强图像颜色的装置，输入的RGB格式的彩色数字图像像素经输入图像格式转换器转换为HSV空间颜色值(h，s，v)，通过电路连接的乘法器、比较器、计数器、加法器，然后经过截断直方图的亮度累计概率分布函数的组合电路模块、映射表组合电路模块、饱和亮度值输出模块和除法器，最后经输出图像格式转换器将得到的新的HSV空间颜色值(h，s’，v)转换到RGB空间，还原彩色图像。本实用新型提供的增强图像颜色的装置，能够在不改变图像色彩亮度和色调的情况下，增加饱和度层次，在增强色彩感觉的同时使得物体色彩变得清晰，达到增强图像色彩鲜艳和色彩层次的目的。

Description

增强图像颜色的装置

技术领域

本实用新型涉及一种增强图像颜色的装置，应用于静止图像处理、序列图像处理、视频图像增强等技术领域。

背景技术

图像在颜色方面的处理主要是使恢复的颜色逼真，但适当的变化使得图像颜色饱和度加强和层次增多，会使图像颜色更加鲜艳，这符合许多应用场合下的应用需求。

基于人眼视觉的颜色有三个要素：亮度、饱和度和色调。色彩增强通常对颜色的饱和度进行处理，并且同时避免其他两个要素发生变化。颜色增强的方法通常使用HSV颜色模型，也有使用RGB模型。HSV或HSB模型是基于人眼视觉的模型，虽然该模型并非完全符合人眼视觉特征，比如v定义的亮度与人眼感知亮度是非线性关系，它们仍然在色彩处理方法中占有重要地位。HSV模型中h为色调，其值域为[0，360)，s为饱和度，其值域为[0，1]，v为亮度，其值域为[0，1]。普通的颜色增强技术注重仅仅增强色彩饱和度，使颜色趋向饱和，在一些场合确实带给人们鲜艳的视觉感受，但这种增强是有限的，过多地增强颜色饱和度使图像显示不自然，而且容易改变颜色色温。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种增强图像颜色的装置，其能够在不改变色彩亮度和色调的情况下，增加饱和度的层次，在增强色彩感觉的同时使得物体色彩变得清晰，增强图像色彩的鲜艳度和色彩层次。

为达上述目的，本实用新型提供一种增强图像颜色的装置，其包含：

一输入图像格式转换器，其将输入的RGB格式的彩色数字图像像素转换为HSV空间颜色值(h，s，v)；

一乘法器，其输入端连接输入图像格式转换器的输出端，读取像素的s值和v值，计算像素的饱和亮度值：SV＝v×s；

一截断直方图存储器，其输入端连接乘法器的输出端，存储截断直方图存储数组CH[x]，x∈{X_i|i＝0，1，...，N-1}，其中X₀，X₁，...，X_i，...，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，而且X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；

一截断直方图读取模块，其与截断直方图存储器连接，存储截断直方图存储器的地址；根据乘法器输出的饱和亮度值SV，读取并输出对应该SV值的截断直方图数组的元值CH[SV]；

一比较器，其输入端与截断直方图读取模块的输出端连接，判断像素的饱和亮度值所对应的截断直方图存储数组元值是否小于预定的参数CountMax；如果是，则输出加法器触发信号；如果否，则输出计数器触发信号；

一加法器，其输入端连接比较器的输出端，并与截断直方图存储器连接，从截断直方图存储器中读取当前截断直方图数组元值；当加法器收到比较器输出的加法器触发信号，将截断直方图存储数组的元值加1，并将相加后的结果传输至截断直方图存储器，覆盖更新截断直方图存储数组；

一计数器，其输入端连接比较器的输出端，当其收到比较器输出的计数器触发信号，对计算截断像素和CN的值加1，进行计数；

一CCDF(截断直方图的亮度累计概率分布函数)组合电路模块，其输入端连接所述计数器和存储器的输出端；在对图像所有的像素统计完毕后，计算基于截断直方图的累计概率分布函数：CCDF[x]，x∈{X_i|i＝0，1，...，N-1}，其中X₀，X₁，...，X_i，...，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；

定义数组CCH[x]，x∈{X_i|i＝0，1，...，N-1}，其中X₀，X₁，...，X_i，...，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，而且X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；计算CCH[X₀]＝CH[X₀]+CN/N；

再循环计算：CCH[X_i]＝CCH[X_i-1]+CH[X_i]+CN/N，i＝1，2，...，N-1；

最后循环计算：CCDF[X_i]＝CCH[X_i]/Num，i＝0，1，...，N-1，其中，Num为该图像的像素总数；

一映射表组合电路模块，其输入端连接所述的CCDF组合电路模块的输出端；根据CCDF组合电路模块的输出计算动态的映射表：

G[X_i]＝(1-K)×X_i+K×CCDF[X_i]×X_N-1；i＝0，1，...，N-1，其中，K为预定参数，且0≤K≤1；

一亮度映射表存储器，其与映射表组合电路模块相连接，其用以存储亮度映射表元值；

一帧存储器，该存储器的输入端分别连接乘法器的输出端和图像格式转换器的输出端，其存储由乘法器输出的饱和亮度值信号，以及由图像格式转换器输出的亮度信号v和色调信号s，将上述信号均延迟时间T再输出，其中，T是输入一帧/场图像需要的时间；

一饱和亮度值输出模块，其输入端连接所述的亮度映射表存储器的输出端和帧存储器的输出SV信号，其对饱和亮度值SV进行映射得到SV’：

SV’＝G[SV]；

一除法器，其输入端分别连接所述的饱和亮度值输出模块和输入图像格式转换器的输出端，读取饱和亮度值输出模块的输出SV’和帧存储器输出的亮度信号v来计算图像各个像素的新的饱和度s’:s’＝SV’/v；

一输出图像格式转换器，其输入端分别连接所述的除法器的输出端和帧存储器的输出端；读取除法器的输出s’和帧存储器输出的被延迟了一帧的h值和v值，将得到的新的HSV空间颜色值(h，s’，v)转换到RGB格式，还原数字图像。

进一步，本实用新型还可包含一饱和亮度值计算模块，其输入端输入RGB格式的图像，代替所述的乘法器，来计算像素的饱和亮度值：SV＝max(R，G，B)-min(R，G，B)。

本实用新型还可包含一参数优化模块，其对参数K进行优化设计：K＝c×(1-p)×p，其中，c为预设的正实数，p＝BA/X_N-1，BA为输入图像的平均饱和亮度值。

所述的参数优化模块还可对参数K进行限制：K＝min[c×(1-p)×p，Kmax]，其中，Kmax为预设参数，这样可以避免出现较大的K值。

在本实用新型中，使用帧/场间预测技术，将当前帧/场的直方图的特征值应用到下一帧/场的低频信息的颜色增强，如此可节省存储空间。

附图说明

图1为本实用新型提供的增强图像颜色的装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的另一种增强图像颜色的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1说明本实用新型的具体实施例，以使进一步了解本实用新型的内容：

如图1所示，本实用新型提供的增强图像颜色的装置的结构示意图，其包含：

一输入图像格式转换器1，其将输入的RGB格式的彩色数字图像像素转换为HSV空间颜色值(h，s，v)；

该输入图像格式转换器1为通用的RGB-＞HSV信号转换电路，输入标准RGB图像视频信号，输出HSV图像数据(h，s，v)，其中，h∈[0，360)，s∈[0，1]，v∈[0，1]；

一乘法器2，其输入端连接输入图像格式转换器1的输出端，读取像素的s值和v值，计算像素的饱和亮度值：SV＝v×s；该乘法器2由一个乘法电路实现；

一截断直方图存储器3，其输入端连接乘法器2的输出端，存储截断直方图存储数组CH[x]，x∈{X_i|i＝0，1，...，255}，其中X₀，X₁，...，X_i，...，X₂₅₅顺序为256级离散化的饱和亮度值，而且X₀对应饱和亮度值域的极小值，X₂₅₅对应饱和亮度值域的极大值；

所述的截断直方图存储器3可使用静态随机存储器(SRAM)，由芯片制造厂商提供；在检测到帧同步信号(VSYNC)时，截断直方图存储器中所有的数值清零；

一截断直方图读取模块15，其与截断直方图存储器3连接，存储截断直方图存储器的地址；根据乘法器2输出的饱和亮度值SV，读取并输出对应该SV值的截断直方图数组的元值CH[SV]；

一比较器4，其输入端与截断直方图读取模块15的输出端连接，判断像素的饱和亮度值所对应的截断直方图存储数组元值是否小于预定的参数CountMax；如果是，则输出加法器触发信号；如果否，则输出计数器触发信号；该比较器4由一个比较电路实现；

一加法器5，其输入端连接比较器4的输出端，并与截断直方图存储器3连接，从截断直方图存储器3中读取当前截断直方图数组元值；当加法器5收到比较器2输出的加法器触发信号，将截断直方图存储数组的元值加1，并将相加后的结果传输至截断直方图存储器3，覆盖更新截断直方图存储数组；该加法器5由一个加法电路实现；

一计数器6，其输入端连接比较器4的输出端，当其收到比较器4输出的计数器触发信号，对计算截断像素和CN的值加1，进行计数；

所述的计数器6由一个加法器和一个寄存器组合实现；在检测到帧同步信号(VSYNC)时，寄存器清零，之后每有一个输入信号，都使该寄存器的值加1；

一CCDF组合电路模块7，其输入端连接所述计数器6和截断直方图存储器3的输出端；在对图像所有的像素统计完毕后，计算基于截断直方图的累计概率分布函数：CCDF[x]，x∈{X_i|i＝0，1，....，255}，其中X₀，X₁，...，X_i，...，X₂₅₅顺序为256级离散化的饱和亮度值，X₀对应饱和亮度值域的极小值，X₂₅₅对应饱和亮度值域的极大值；

定义数组CCH[x]，x∈{X_i|i＝0，1，...，255}，其中X₀，X₁，...，X_i，...，X₂₅₅顺序为256级离散化的饱和亮度值，而且X₀对应饱和亮度值域的极小值，X₂₅₅对应饱和亮度值域的极大值；计算CCH[X₀]＝CH[X₀]+CN/256；

再循环计算：CCH[X_i]＝CCH[X_i-1]+CH[X_i]+CN/256，i＝1，2，...，255；

最后循环计算：CCDF[X_i]＝CCH[X_i]/Num，i＝0，1，...，255，其中，Num为该图像的像素总数；

所述的CCDF组合电路模块7由截断直方图读取电路、静态随机存储器(SRAM)、累加器、加法器和除法器电路组成实现；将计算结果存储在SRAM里；

一映射表组合电路模块8，其输入端连接所述的CCDF组合电路模块7的输出端；根据CCDF组合电路模块7的输出计算动态的映射表：

G[X_i]＝(1-K)×X_i+K×CCDF[X_i]×X₂₅₅；i＝0，1，...，255，其中，K为预定参数，且0≤K≤1；

所述的映射表组合电路模块8由加法器电路和乘法器电路组合实现；

一亮度映射表存储器9，其与映射表组合电路模块8相连接，其用以存储亮度映射表元值；其可由静态随机存储器(SRAM)实现；

一帧存储器10，其输入端分别连接乘法器2的输出端和图像格式转换器1的输出端，其存储由乘法器2输出的饱和亮度值信号，以及由图像格式转换器1输出的亮度信号v和色调信号s，将上述信号均延迟时间T再输出，其中，T是输入一帧/场图像需要的时间；

所述的帧存储器10是通用的同步动态随机存储器(SDRAM)；

一饱和亮度值输出模块11，其输入端连接所述的亮度映射表存储器9的输出端和帧存储器10的输出SV信号，其对饱和亮度值SV进行映射得到SV’:SV’＝G[SV]；

一除法器12，其输入端分别连接所述的饱和亮度值输出模块11和输入图像格式转换器1的输出端，读取饱和亮度值输出模块的输出SV’和帧存储器10输出的亮度信号v来计算图像各个像素的新的饱和度s’:s’＝SV’/v；该除法器12由一个除法电路实现；

一输出图像格式转换器13，其输入端分别连接所述的除法器12的输出端和帧存储器10的输出端；读取除法器的输出s’和帧存储器10输出的被延迟了一帧的h值和v值，将得到的新的HSV空间颜色值(h，s’，v)转换到RGB格式，还原数字图像；

该输出图像格式转换器13为通用的HSV-＞RGB信号转换电路，输入HSV图像数据(h，s，v)，其中，h∈[0，360)，s∈[0，1]，v∈[0，1]，输出标准RGB图像视频信号。

进一步，如图2所示，可使用一饱和亮度值计算模块16代替所述的乘法器2，该饱和亮度值计算模块16的输入端输入RGB格式的图像，输出端与截断直方图读取模块15的输入端连接，该饱和亮度值计算模块16计算像素的饱和亮度值：SV＝max(R，G，B)-min(R，G，B)；

所述的饱和亮度值计算模块16由比较器电路和减法器电路组合实现；

本实用新型还可包含一参数优化模块14，其对参数K进行优化设计：K＝c×(1-p)×p，其中，c为预设的正实数，p＝BA/X_N-1，BA为输入图像的平均饱和亮度值；

所述的参数优化模块14由除法器电路、减法器电路和乘法器电路组合实现。

所述的参数优化模块还可对参数K进行限制：K＝min[c×(1-p)×p，Kmax]，其中，Kmax为预设参数，这样可以避免出现较大的K值。

在本实用新型中，使用帧/场间预测技术，将当前帧/场的直方图的特征值应用到下一帧/场的低频信息的颜色增强，如此可节省存储空间。

Claims (10)

1.一种增强图像颜色的装置，其特征在于，包含：

一输入图像格式转换器(1)，其将输入的RGB格式的彩色数字图像像素转换为HSV空间颜色值(h，s，v)；

一乘法器(2)，其输入端连接输入图像格式转换器(1)的输出端，读取像素的s值和v值，计算像素的饱和亮度值：SV＝v×s；

一截断直方图存储器(3)，其输入端连接乘法器(2)的输出端，存储截断直方图存储数组CH[x]，x∈{X_i|i＝0，1，…，N-1}，其中X₀，X₁，…，X_i，…，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，而且X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；

一截断直方图读取模块(15)，其与截断直方图存储器(3)连接，存储截断直方图存储器的地址；根据乘法器(2)输出的饱和亮度值SV，读取并输出对应该SV值的截断直方图数组的元值CH[SV]；

一比较器(4)，其输入端与截断直方图读取模块(15)的输出端连接，判断像素的饱和亮度值所对应的截断直方图存储数组元值是否小于预定的参数CountMax；如果是，则输出加法器触发信号；如果否，则输出计数器触发信号；

一加法器(5)，其输入端连接比较器(4)的输出端，并与截断直方图存储器(3)连接，从截断直方图存储器(3)中读取当前截断直方图数组元值；当加法器(5)收到比较器(2)输出的加法器触发信号，将截断直方图存储数组的元值加(1)，并将相加后的结果传输至截断直方图存储器(3)，覆盖更新截断直方图存储数组；

一计数器(6)，其输入端连接比较器(4)的输出端，当其收到比较器(4)输出的计数器触发信号，对计算截断像素和CN的值加1，进行计数；

一截断直方图的亮度累计概率分布函数的组合电路模块(7)，其输入端连接所述计数器(6)和截断直方图存储器(3)的输出端；在对图像所有的像素统计完毕后，计算基于截断直方图的累计概率分布函数：CCDF[x]，x∈{X_i|i＝0，1，…，N-1}，其中X₀，X₁，…，X_i，…，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；

定义数组CCH[x]，x∈{X_i|i＝0，1，…，N-1}，其中X₀，X₁，…，X_i，…，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，而且X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；计算CCH[X₀]＝CH[X₀]+CN/N；

再循环计算：CCH[X_i]＝CCH[X_i-1]+CH[X_i]+CN/N，i＝1，2，…，N-1；

最后循环计算：CCDF[X_i]＝CCH[X_i]/Num，i＝0，1，…，N-1，其中，Num为该图像的像素总数；

一映射表组合电路模块(8)，其输入端连接所述的截断直方图的亮度累计概率分布函数的组合电路模块(7)的输出端；根据截断直方图的亮度累计概率分布函数的组合电路模块(7)的输出计算动态的映射表：G[X_i]＝(1-K)×X_i+K×CCDF[X_i]×X_N-1；i＝0，1，…，N-1，其中，K为预定参数，且0≤K≤1；

一亮度映射表存储器(9)，其与映射表组合电路模块(8)相连接，其用以存储亮度映射表元值；

一帧存储器(10)，其输入端分别连接乘法器(2)的输出端和图像格式转换器(1)的输出端，其存储由乘法器(2)输出的饱和亮度值信号，以及由图像格式转换器(1)输出的亮度信号v和色调信号s，将上述信号均延迟时间T再输出，其中，T是输入一帧/场图像需要的时间；

一饱和亮度值输出模块(11)，其输入端连接所述的亮度映射表存储器(9)的输出端和帧存储器(10)的输出SV信号，其对饱和亮度值SV进行映射得到SV’：SV’＝G[SV]；

一除法器(12)，其输入端分别连接所述的饱和亮度值输出模块(11)和输入图像格式转换器(1)的输出端，读取饱和亮度值输出模块的输出SV’和帧存储器(10)输出的亮度信号v计算图像各个像素的新的饱和度s’：s’＝SV’/v；

一输出图像格式转换器(13)，其输入端分别连接所述的除法器(12)的输出端和帧存储器(10)的输出端；读取除法器的输出s’和帧存储器(10)输出的被延迟了T时间的h值和v值，将得到的新的HSV空间颜色值(h，s’，v)转换到RGB格式，还原数字图像。

2.如权利要求1所述的增强图像颜色的装置，其特征在于，还包含一参数优化模块(14)，其对参数K进行优化设计：K＝c×(1-p)×p，其中，c为预设的正实数，p＝BA/X_N-1，BA为输入图像的平均饱和亮度值。

3.如权利要求2所述的增强图像颜色的装置，其特征在于，所述的参数优化模块(14)对参数K进行限制：K＝min[c×(1-p)×p，Kmax]，其中，Kmax为预设参数，这样可以避免出现较大的K值。

4.如权利要求1所述的增强图像颜色的装置，其特征在于，将当前帧/场的直方图的特征值应用到下一帧/场的低频信息的颜色增强，节省存储空间。

5.如权利要求1所述的增强图像颜色的装置，其特征在于，所述的帧存储器(10)是通用的同步动态随机存储器(SDRAM)。

6.一种增强图像颜色的装置，其特征在于，包含：

一输入图像格式转换器(1)，其将输入的RGB格式的彩色数字图像像素转换为HSV空间颜色值(h，s，v)；

一饱和亮度值计算模块(16)，其输入端输入RGB格式的图像，计算像素的饱和亮度值：SV＝max(R，G，B)-min(R，G，B)；

一截断直方图存储器(3)，其输入端连接饱和亮度值计算模块(16)的输出端，存储截断直方图存储数组CH[x]，x∈{X_i|i＝0，1，…，N-1}，其中X₀，X₁，…，X_i，…，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，而且X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；

一截断直方图读取模块(15)，其与截断直方图存储器(3)连接，存储截断直方图存储器的地址；根据乘法器(2)输出的饱和亮度值SV，读取并输出对应该SV值的截断直方图数组的元值CH[SV]；

一比较器(4)，其输入端与截断直方图读取模块(15)的输出端连接，判断像素的饱和亮度值所对应的截断直方图存储数组元值是否小于预定的参数CountMax；如果是，则输出加法器触发信号；如果否，则输出计数器触发信号；

一加法器(5)，其输入端连接比较器(4)的输出端，并与截断直方图存储器(3)连接，从截断直方图存储器(3)中读取当前截断直方图数组元值；当加法器(5)收到比较器(2)输出的加法器触发信号，将截断直方图存储数组的元值加(1)，并将相加后的结果传输至截断直方图存储器(3)，覆盖更新截断直方图存储数组；

一计数器(6)，其输入端连接比较器(4)的输出端，当其收到比较器(4)输出的计数器触发信号，对计算截断像素和CN的值加1，进行计数；

一截断直方图的亮度累计概率分布函数的组合电路模块(7)，其输入端连接所述计数器(6)和截断直方图存储器(3)的输出端；在对图像所有的像素统计完毕后，计算基于截断直方图的累计概率分布函数：CCDF[x]，x∈{X_i|i＝0，1，…，N-1}，其中X₀，X₁，…，X_i，…，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；

定义数组CCH[x]，x∈{X_i|i＝0，1，…，N-1}，其中X₀，X₁，…，X_i，…，X_N-1顺序为N级离散化的饱和亮度值，而且X₀对应饱和亮度值域的极小值，X_N-1对应饱和亮度值域的极大值；计算CCH[X₀]＝CH[X₀]+CN/N；

再循环计算：CCH[X_i]＝CCH[X_i-1]+CH[X_i]+CN/N，i＝1，2，…，N-1；

最后循环计算：CCDF[X_i]＝CCH[X_i]/Num，i＝0，1，…，N-1，其中，Num为该图像的像素总数；

一映射表组合电路模块(8)，其输入端连接所述的截断直方图的亮度累计概率分布函数的组合电路模块(7)的输出端；根据截断直方图的亮度累计概率分布函数的组合电路模块(7)的输出计算动态的映射表：G[X_i]＝(1-K)×X_i+K×CCDF[X_i]×X_N-1；i＝0，1，…，N-1，其中，K为预定参数，且0≤K≤1；

一亮度映射表存储器(9)，其与映射表组合电路模块(8)相连接，其用以存储亮度映射表元值；

一帧存储器(10)，其输入端分别连接乘法器(2)的输出端和图像格式转换器(1)的输出端，其存储由乘法器(2)输出的饱和亮度值信号，以及由图像格式转换器(1)输出的亮度信号v和色调信号s，将上述信号均延迟时间T再输出，其中，T是输入一帧/场图像需要的时间；

一饱和亮度值输出模块(11)，其输入端连接所述的亮度映射表存储器(9)的输出端和帧存储器(10)的输出端，其对饱和亮度值SV进行映射得到SV’：SV’＝G[SV]；

一除法器(12)，其输入端分别连接所述的饱和亮度值输出模块(11)和输入图像格式转换器(1)的输出端，读取饱和亮度值输出模块的输出SV’和HSV空间颜色的v值来计算图像各个像素的新的饱和度s’：s’＝SV’/v；

一输出图像格式转换器(13)，其输入端分别连接所述的除法器(12)的输出端和帧存储器(10)的输出端；读取除法器的输出s’和帧存储器(10)输出的被延迟了T时间的h值和v值，将得到的新的HSV空间颜色值(h，s’，v)转换到RGB格式，还原数字图像。

7.如权利要求5所述的增强图像颜色的装置，其特征在于，还包含一参数优化模块(14)，其对参数K进行优化设计：K＝c×(1-p)×p，其中，c为预设的正实数，p＝BA/X_N-1，BA为输入图像的平均饱和亮度值。

8.如权利要求6所述的增强图像颜色的装置，其特征在于，所述的参数优化模块(14)对参数K进行限制：K＝min[c×(1-p)×p，Kmax]，其中，Kmax为预设参数，这样可以避免出现较大的K值。

9.如权利要求5所述的增强图像颜色的装置，其特征在于，将当前帧/场的直方图的特征值应用到下一帧/场的低频信息的颜色增强，节省存储空间。

10.如权利要求5所述的增强图像颜色的装置，其特征在于，所述的帧存储器(10)是通用的同步动态随机存储器。

Images