DE102014106588A1

DE102014106588A1 - Verfahren und vorrichtung zur hauttonoptimierung in einem farbgamutabbildungssystem

Info

Publication number: DE102014106588A1
Application number: DE201410106588
Authority: DE
Inventors: Hung-Chu Wu; Edward Jan-Ruei LIN
Original assignee: FocalTech Systems Co Ltd
Current assignee: FocalTech Systems Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2034-05-10
Also published as: TWI533661B; US9336571B2; US20140334728A1; TW201444336A; DE102014106588B4

Abstract

In einem Verfahren zur Hauttonoptimierung in einem Farbgamutabbildungssystem wird ein Bildsignal zuerst von einem vorgegebenen Farbraum in einen HSV-Farbraum transformiert zum Erzeugen eines HSV-Bildsignals. Als nächstes wird eine Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal ausgeführt zum Erzeugen einer angepassten Sättigungsverstärkung. Dann wird eine Farbverstärkung auf dem HSV-Bildsignal ausgeführt gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und einem Farbverschiebungssignal, so dass ein Farbverstärkungssignal erzeugt wird. Schließlich wird das Farbverstärkungssignals von dem HSV-Farbraum in den vorgegebenen Farbraum transformiert.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 9. Mai 2013 eingereichten Taiwan-Patentanmeldung Nr. 102116515 , die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Bildverarbeitung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hauttonoptimierung, z. B. in einem Farbgamutabbildungssystem.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird bereitgestellt ein Verfahren zur Hauttonoptimierung in einem Farbgamutabbildungssystem, welches implementiert ist in einem Bildprozessor zum Ausführen der Schritte von:

(A) Transformieren eines Bildsignals von einem vorgegebenen Farbraum in einen HSV-Farbraum zum Erzeugen eines HSV-Bildsignals;
(B) Ausführen einer Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal zum Erzeugen einer angepassten Sättigungsverstärkung;
(C) Ausführen einer Farbverstärkung auf dem HSV-Bildsignal gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und einem Farbverschiebungssignal, so dass ein Farbverstärkungssignal erzeugt wird; und
(D) Transformieren des Farbverstärkungssignals von dem HSV-Farbraum in den vorgegebenen Farbraum.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält Schritt (B) die Schritte von:

(B1) Empfangen des HSV-Bildsignals, Farbgrenzen, Sättigungsgrenzen und Helligkeitsgrenzen zum Erzeugen jeweils eines Farbtonglättungsfaktors, eines Sättigungsglättungsfaktors und eines Helligkeitsglättungsfaktors;
(B2) Ausführen einer Mittelwertbildung gemäß dem Farbtonglättungsfaktor, dem Sättigungsglättungsfaktor und dem Helligkeitsglättungsfaktor zum Erzeugen eines Verstärkungsanpassungsfaktors; und
(B3) Ausführen einer Gewichtsanpassung auf eine Sättigungsverstärkung und eine Hauttonverstärkung gemäß dem Verstärkungsanpassungsfaktor.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Farbtonglättungsfaktor ausgedrückt als: factor_H = 1 – |H – ½(Hue_L + Hue_H)| / ½(Hue_L + Hue_H), der Sättigungsglättungsfaktor wird ausgedrückt als: factor_S = 1 – |S – ½(S_L + S_H)| / ½(S_L + S_H), und der Helligkeitsglättungsfaktor wird ausgedrückt als factor_V = 1 – |V – ½(V_L + V_H)| / ½(V_L + V_H), wobei factor_H den Farbtonglättungsfaktor angibt; factor_S den Sättigungsglättungsfaktor angibt; factor_V den Helligkeitsglättungsfaktor angibt; H, S, V die Farbton-, Sättigungs-, Helligkeitskomponenten des HSV-Bildsignals angeben; Hue_L, Hue_H die Farbgrenzen angeben; S_L, S_H die Sättigungsgrenzen angeben; V_L, V_H die Helligkeitsgrenzen angeben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Verstärkungsanpassungsfaktor ausgedrückt als: alpha = 1/3(factor_H + factor_S + factor_V), wobei alpha den Verstärkungsanpassungsfaktor angibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die angepasste Sättigungsverstärkung ausgedrückt als: S_gain'(H) = (1 – alpha) × S_gain + alpha × Skin_gain, wobei S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt, S_gain die Sättigungsverstärkung angibt, und skin_gain die Hauttonverstärkung angibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält Schritt (C) die Schritte von:

(C1) Empfangen des HSV-Bildsignals, der angepassten Sättigungsverstärkung und des Farbverschiebungssignals zum Durchführen einer Verstärkungsoperation auf einer Sättigungskomponente des HSV-Bildsignals, so dass ein Sättigungswert des Farbverstärkungssignals erzeugt wird; und
(C2) Ausführen einer Verschiebungsoperation auf einer Farbtonkomponente des HSV-Bildsignals zum Erzeugen eines Farbtonwertes des Farbverstärkungssignals.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Sättigungswert des Farbverstärkungssignals ausgedrückt als: S' = S × S_gain'(H), wobei S' den Sättigungswert angibt, S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt und S die Sättigungskomponente des HSV-Bildsignals angibt, und wobei der Farbtonwert des Farbverstärkungssignals ausgedrückt wird als: H' = H + H_shift(H), wobei H' den Farbtonwert angibt, H_shift(H) das Farbverschiebungssignal angibt, und H die Farbtonkomponente des HSV-Bildsignals angibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der vorgegebene Farbraum ein RGB-Farbraum.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird Transformieren eines Bildsignals von einem vorgegebenen Farbraum in einen HSV-Farbraum in Schritt (A) ausgedrückt als:
wobei H1 einen temporären Farbtonwert angibt, R eine Rotkomponente des Bildsignals angibt, G eine Grünkomponente des Bildsignals angibt und B eine Blaukomponente des Bildsignals angibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird bereitgestellt eine Vorrichtung zur Hauttonoptimierung in einem Farbgamutabbildungssystem, enthaltend:
eine RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit zum Empfangen eines Bildsignals und Transformieren des Bildsignals von einem RGB-Farbraum in einen HSV-Farbraum, so dass ein HSV-Bildsignals erzeugt wird;
eine Hauttonoptimierungseinheit, verbunden mit der RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit, zum Ausführen einer Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal, so dass eine angepasste Sättigungsverstärkung erzeugt wird;
eine Farbverstärkungseinheit, verbunden mit der Hauttonoptimierungseinheit, zum Ausführen einer Farbverstärkung auf dem HSV-Bildsignal gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und einem Farbverschiebungssignal, so dass ein Farbverstärkungssignal erzeugt wird; und
eine HSV-zu-RGB-Farbraumtransformationseinheit, verbunden mit der Farbverstärkungseinheit, zum Transformieren des Farbverstärkungssignals von dem HSV-Farbraum in den RGB-Farbraum.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält die Hauttonoptimierungseinheit:
einen Glättungsfaktorgenerator zum Empfangen des HSV-Bildsignals, oberer und unterer Farbgrenzen, oberer und unterer Sättigungsgrenzen und oberer und unterer Helligkeitsgrenzen zum Erzeugen jeweils eines Farbtonglättungsfaktors, eines Sättigungsglättungsfaktors und eines Helligkeitsglättungsfaktors;
einen Verstärkungsanpassungsfaktorgenerator zum Ausführen einer Mittelwertbildung gemäß dem Farbtonglättungsfaktor, dem Sättigungsglättungsfaktor und dem Helligkeitsglättungsfaktor, so dass ein Verstärkungsanpassungsfaktor erzeugt wird; und
eine Gewichtsanpassungsuntereinheit, verbunden mit dem Verstärkungsanpassungsfaktorgenerator, zum Verwenden des Gewichtsanpassungsfaktor zum Ausführen einer Gewichtsanpassung auf eine Sättigungsverstärkung und eine Hauttonverstärkung gemäß dem angepassten Verstärkungsfaktor.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Farbtonglättungsfaktor ausgedrückt als: factor_H = 1 – |H – ½(Hue_L + Hue_H)| / ½(Hue_L + Hue_H), der Sättigungsglättungsfaktor wird ausgedrückt als: factor_S = 1 – |S – ½(S_L + S_H)| / ½(S_L + S_H), und der Helligkeitsglättungsfaktor wird ausgedrückt als factor_V = 1 – |V – ½(V_L + V_H)| / ½(V_L + V_H), wobei factor_H den Farbtonglättungsfaktor angibt; factor_S den Sättigungsglättungsfaktor angibt; factor_V den Helligkeitsglättungsfaktor angibt; H, S, V die Farbton-, Sättigungs-, Helligkeitskomponenten des HSV-Bildsignals angeben; Hue_L, Hue_H die untere und obere Farbgrenzen angeben; S_L, S_H die untere und obere Sättigungsgrenzen angeben; V_L, V_H die untere und obere Helligkeitsgrenzen angeben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Verstärkungsanpassungsfaktor ausgedrückt als: alpha = 1/3(factor_H + factor_S + factor_V), wobei alpha den Verstärkungsanpassungsfaktor angibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die angepasste Sättigungsverstärkung ausgedrückt als: S_gain'(H) = (1 – alpha) × S_gain + alpha × Skin_gain, wobei S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt, S_gain die Sättigungsverstärkung angibt, und Skin_gain die Hauttonverstärkung angibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält die Farbverstärkungseinheit eine Sättigungsverstärkungsoperationseinheit und eine Farbverschiebungsoperationseinheit, die mit der Hauttonoptimierungseinheit verbunden sind zum Verstärken und Anpassen des HSV-Bildsignals gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und des Farbverschiebungssignals, so dass das Farbverstärkungssignal erzeugt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Sättigungswert des Farbverstärkungssignals ausgedrückt als: S' = S × S_gain'(H), wobei S' den Sättigungswert angibt, S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt und S die Sättigungskomponente des HSV-Bildsignals angibt, und wobei ein Farbtonwert des Farbverstärkungssignals ausgedrückt wird als: H' = H + H_shift(H), wobei H' den Farbtonwert angibt, H_shift(H) das Farbverschiebungssignal angibt und H die Farbtonkomponente des HSV-Bildsignals angibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen transformiert die RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit das Bildsignal von dem RGB-Farbraum in den HSV-Farbraum durch eine wie folgt ausgedrückte Gleichung:
wobei H1 einen temporären Farbtonwert angibt, R eine Rotkomponente des Bildsignals angibt, G eine Grünkomponente des Bildsignals angibt und B eine Blaukomponente des Bildsignals angibt.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines gewöhnlichen Farbverstärkungssystems 100. Das Farbverstärkungssystem 100 weist auf eine RBG-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit 110, eine Farbverstärkungseinheit 120 und eine HSV-zu-RBG-Farbraumtransformationseinheit 130. Die RBG-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit 110 transformiert Pixel eines Eingangsbildsignals von einem RBG-Farbraum in einen HSV-Farbraum. Die Farbverstärkungseinheit 120 verstärkt die Farbsättigung basierend auf einem Verstärkungssignal (englisch: gain signal) S_gain(H) und passt den Farbtonwert (englisch: hue value) basierend auf einem Farbverschiebungssignal (englisch: color shift signal) H_shift(H) an. Die HSV-zu-RBG-Farbraumtransformationseinheit 130 transformiert ein von der Farbverstärkungseinheit 120 ausgegebenes Signal von dem HSV-Farbraum in den RBG-Farbraum. Jedoch unterliegt das gewöhnliche Farbverstärkungssystem 100 einem übererhöhten (in anderen Worten: überverstärkten) Hautton, wenn die Farbsättigung gemäß dem Signal S_gain(H) verstärkt wird, so dass der Hautton nach der Bildverarbeitung braun und unnatürlich wird.
In US-Patent Nr. 8,265,389 , erteilt an Hung et al. für Farbverstärkung für Digitalbilder (”Color enhancement for digital images”) wird zuerst die Sättigung des YCbCr-Farbraums verstärkt und die Schattierungen von verschiedenen Farben detektiert und dann ein Belichtungsindex (englisch: exposure index; EI) und eine Farbtemperatur D verwendet, um dadurch die Verstärkungsfaktoren für verschiedene Verstärkungen zu korrigieren. Jedoch können auf diese Weise nicht die Hauttöne zum Anwenden von verschiedenen Prozessen unterschieden werden.
In US-Patent Nr. 6,904,165 , erteilt an Lu für eine Farbbildverarbeitungseinrichtung und ein Verfahren für Farbverstärkung (”Color image processing apparatus and method for color enhancement”), wird die Farbsättigung verstärkt ohne Transformieren des RGB-Farbraums in den HSV/HSB-Farbraum, aber es wird keine Verarbeitung für die Hauttöne durchgeführt.
In US-Patent Nr. 7,986,833 , erteilt an Shen et al. für ein Bildverarbeitungsverfahren und eine Vorrichtung für Farbverstärkung und Korrektur (”Image processing method and apparatus for color enhancement and correction”), wird ein Erzeugen des Clipping-Effekts, verursacht durch Überverstärken (oder Übersteuern) der Farbsättigung vermieden, aber es wird auch keinerlei Verarbeitung für die Hauttöne durchgeführt und daher ist das Problem von brauner und unnatürlicher Haut immer noch vorhanden.
Daher ist es wünschenswert, einen verbessertes Farbverstärkungsverfahren und eine Vorrichtung zum Lindern und/oder Vermeiden der vorgenannten Probleme bereitzustellen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hauttonoptimierung, z. B. in einem Farbgamutabbildungssystem, bereitzustellen, welches vermeiden kann, dass die Hauttöne braun und unnatürlich werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Hauttonoptimierung (z. B. in einem Farbgamutabbildungssystem) bereitgestellt, welches in einem Bildprozessor implementiert ist. Das Verfahren enthält die Schritte von: (A) Transformieren eines Bildsignals von einem vorgegebenen Farbraum in einen HSV-Farbraum zum Erzeugen eines HSV-Bildsignals; (B) Ausführen einer Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal zum Erzeugen einer angepassten Sättigungsverstärkung (oder Sättigungsverstärkungsgrad); (C) Ausführen einer Farbverstärkung auf dem HSV-Bildsignal gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und einem Farbverschiebungssignal, so dass ein Farbverstärkungssignal erzeugt wird; und (D) Transformieren des Farbverstärkungssignals von dem HSV-Farbraum in (oder auf) den vorgegebenen Farbraum.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Hauttonoptimierung (z. B. in einem Farbgamutabbildungssystem) bereitgestellt, welches enthält eine RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit, eine Hauttonoptimierungseinheit, eine Farbverstärkungseinheit und eine HSV-zu-RGB-Farbraumtransformationseinheit. Die RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit empfängt ein Bildsignal und transformiert das Bildsignal von einem RGB-Farbraum in einen HSV-Farbraum zum Erzeugen eines HSV-Bildsignals. Die Hauttonoptimierungseinheit ist verbunden mit der RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit, um eine Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal auszuführen zum Erzeugen einer angepassten Sättigungsverstärkung (oder Sättigungsverstärkungsgrad). Die Farbverstärkungseinheit ist verbunden mit der Hauttonoptimierungseinheit um eine Farbverstärkung auf dem HSV-Bildsignal gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und einem Farbverschiebungssignal auszuführen, so dass ein Farbverstärkungssignal erzeugt wird. Die HSV-zu-RGB-Farbraumtransformationseinheit ist verbunden mit der Farbverstärkungseinheit, um das Farbverstärkungssignal von dem HSV-Farbraum auf den RGB-Farbraum zu transformieren.
Weitere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung, wenn sie zusammen mit den angehängten Zeichnungen studiert wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines gewöhnlichen Farbverstärkungssystems;
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Hauttonoptimierung (z. B. in einem Farbgamutabbildungssystem) gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 zeigt einen schematischen Graphen eines HSV-Farbraums gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 zeigt einen schematischen Graphen von C#-Codes für eine RGB-zu-HSV-Transformation gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 zeigt ein Blockdiagram einer Hauttonoptimierungseinheit gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6 zeigt ein Blockdiagramm einer Farbverstärkungseinheit gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
7 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens einer Hauttonoptimierung (z. B. in einem Farbgamutabbildungssystem) gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 200 zur Hauttonoptimierung (z. B. in einem Farbgamutabbildungssystem) gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Vorrichtung 200 enthält eine RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit 210, eine Hauttonoptimierungseinheit 220, eine Farbverstärkungseinheit 230 und eine HSV-zu-RGB-Farbraumtransformationseinheit 240.
Die RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit 210 empfängt ein Bildsignal und transformiert das Bildsignal von einem RGB(„rot-grün-blau”)-Farbraum in einen HSV („hue-saturation-value”; deutsch: Farbton(oder Farbwert)-Sättigung (oder Farbsättigung)-Hellwert (oder Dunkelwert oder Helligkeit))-Farbraum zum Erzeugen eines HSV-Bildsignals.
In einem RGB-Farbraum gibt es eine sehr hohe Korrelation zwischen den Komponenten des RGB-Farbraums. Jedoch gibt es in einem HSV-Farbraum keine Korrelation zwischen den Komponenten. Verglichen mit dem RGB-Farbraum ist der HSV-Farbraum nicht leicht zu beeinflussen durch die Lichtstrahlen, und daher ist eine RGB-zu-HSV-Farbraumtransformation wünschenswert zum Reduzieren des Lichteinflusses auf ein Bild und zum Vermeiden einer falschen Entscheidung. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines HSV-Farbraums gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei H (hue; deutsch: Farbton oder Farbwert) ein Vollfarbattribut ist, wobei jeder Farbton einer anderen Farbe entspricht und ein Winkel zwischen 0 Grad und 359 Grad ist; S (saturation; deutsch: Sättigung) gibt ein Maß des Grades an, zu welcher eine Farbe mit weißem Licht verdünnt ist, wobei mit größerer Verdünnung der Farbe die Sättigung abnimmt und die Position näher am Zentrum des Farbraums ist, und wobei der Wertebereicht der Sättigung zwischen 0 und 1 liegt; V (value; deutsch: Hellwert oder Dunkelwert) ist eine Helligkeit der Farbe, wobei der Wert höher ist wenn die Helligkeit höher ist und einem Bereich zwischen 0 und 1 liegt. Die Transformationsbeziehung zwischen RGB- und HSV-Modellen kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung:

wobei H1 einen temporären Farbtonwert angibt, R eine Rotkomponente des Bildsignals angibt, G eine Grünkomponente des Bildsignals angibt und B eine Blaukomponente des Bildsignals angibt.
4 zeigt ein schematisches Diagramm von C#-(Quell)Codes für eine RGB-zu-HSV-Transformation gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der Fachmann kann die Codes in Verilog- oder HVDL-Codes umschreiben zum Implementieren der RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit 210.
Die Hauttonoptimierungseinheit 220 ist mit der RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit 210 verbunden, um eine Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal auszuführen zum Erzeugen einer angepassten Sättigungsverstärkung (oder Sättigungsverstärkungsgrad) S_gain'(H).
Die Farbverstärkungseinheit 230 ist mit der Hauttonoptimierungseinheit 220 und der RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit 210 verbunden, um eine Farbverstärkung auf dem HSV-Bildsignal gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung S_gain'(H) und einem Farbverschiebungssignal H_shift(H) auszuführen, so dass ein Farbverstärkungssignal (S', H', V) erzeugt wird.
Die HSV-zu-RGB-Farbraumtransformationseinheit 240 ist mit der Farbverstärkungseinheit 230 verbunden, um das Farbverstärkungssignal (S', H', V) von dem HSV-Farbraum auf (oder in) den RGB-Farbraum zu transformieren (oder abzubilden).
5 zeigt ein Blockdiagramm der Hauttonoptimierungseinheit 220 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Hauttonoptimierungseinheit 220 enthält einen Glättungsfaktorgenerator 510, einen Verstärkungsanpassungsfaktorgenerator (oder Verstärkungsgradanpassungsfaktorgenerator) 520, eine Gewichtsanpassungsuntereinheit 530 und einen Grenzenspeicher 540 (in anderen Worten: Grenzwertspeicher oder Schrankenspeicher).
Der Grenzenspeicher 540 speichert Farb(ton)grenzen (Hue_L, Hue_H), Sättigungsgrenzen (S_L, S_H) und Helligkeitsgrenzen (V_L, V_H), um dadurch einen Hautton für den Glättungsfaktorgenerator 510 zu definieren. Die untere Farb(ton)grenze Hue_L ist 0 Grad, und die obere Farb(ton)grenze ist Hue_H ist 60 Grad. Die untere Sättigungsgrenze S_L ist 0, und die obere Sättigungsgrenze S_H ist 0,7. Die untere Helligkeitsgrenze (oder Hellwertgrenze) V_L ist 0,3, und die obere Helligkeitsgrenze V_H ist 0,7. Wenn nämlich Hue_L < Hue_skin < Hue_H, S_L < S_skin < S_H und V_L < V_skin < V_H (wobei verstanden werden wird dass Hue_skin, S_skin, V_skin die HSV-Werte eines möglichen Hautpixels (skin bedeutet Haut auf deutsch) angibt), beschreibt das, dass die entsprechenden Pixel den Hautton einer Person angeben. Die Farb(ton)grenzen (Hue_L, Hue_H), die Sättigungsgrenzen (S_L, S_H) und die Helligkeitsgrenzen (V_L, V_H) sind (oder werden) in den Grenzenspeicher 540 geschrieben (beispielsweise durch einen seriellen Bus), um dadurch die Hauttöne von menschlichen Rassen zu beschreiben.
Der Glättungsfaktorgenerator 510 empfängt das HSV-Bildsignal, die Farb(ton)grenzen (Hue_L, Hue_H), die Sättigungsgrenzen (S_L, S_H) und die Helligkeitsgrenzen (V_L, V_H), um dadurch einen Farbtonglättungsfaktor factor_H, einen Sättigungsglättungsfaktor factor_S und einen Helligkeitsglättungsfaktor factor_V zu erzeugen. Der Farbtonglättungsfaktor factor_H kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: factor_H = 1 – |H – ½(Hue_L + Hue_H)| / ½(Hue_L + Hue_H), der Sättigungsglättungsfaktor factor_S kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: factor_S = 1 – |S – ½(S_L + S_H)| / ½(S_L + S_H), und der Helligkeitsglättungsfaktor factor_V kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: factor_V = 1 – |V – ½(V_L + V_H)| / ½(V_L + V_H), wobei factor_H den Farbtonglättungsfaktor angibt; factor_S den Sättigungsglättungsfaktor angibt; factor_V den Helligkeitsglättungsfaktor angibt; H, S, V jeweils die Farbton-, Sättigungs-, Helligkeitskomponenten des HSV-Bildsignals angeben, Hue_L, Hue_H jeweils die untere und obere Farb(ton)grenzen angeben; S_L, S_H die untere und obere Sättigungsgrenzen angeben; V_L, V_H die untere und obere Helligkeitsgrenzen angeben.
Der Verstärkungsanpassungsfaktor 520 ist mit dem Glättungsfaktorgenerator 510 verbunden, um eine Mittelwertsoperation (in anderen Worten: Mittelwertbildung) auszuführen zum Erzeugen eines Verstärkungsanpassungsfaktors (alpha) gemäß dem Farbtonglättungsfaktor factor_H, dem Sättigungsglättungsfaktor factor_S und dem Helligkeitsglättungsfaktor factor_V. Der Verstärkungsanpassungsfaktor (alpha) kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: alpha = 1/3(factor_H + factor_S + factor_V), wobei alpha den Verstärkungsanpassungsfaktor angibt.
Die Gewichtsanpassungsuntereinheit 530 ist mit dem Verstärkungsanpassungsfaktorgenerator 520 verbunden, um den Verstärkungsanpassungsfaktor (alpha) zu verwenden zum Ausführen einer Gewichtsanpassung auf einer Sättigungsverstärkung (oder Sättigungsverstärkungsgrad) S_gain(H) und einer Hauttonverstärkung (oder Hauttonverstärkungsgrad) Skin_gain zum Erzeugen der angepassten Sättigungsverstärkung S_gain'(H). Die angepasste Sättigungsverstärkung S_gain'(H) kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: S_gain'(H) = (1 – alpha) × S_–gain + alpha × Skin_gain, wobei S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt, S_gain die Sättigungsverstärkung angibt und skin_gain die Hauttonverstärkung angibt.
6 zeigt ein Blockdiagramm der Farbverstärkungseinheit 230 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Farbverstärkungseinheit 230 enthält eine Sättigungsverstärkungsoperationseinheit 610 und eine Farbverschiebungsoperationseinheit 620. Die Sättigungsverstärkungsoperationseinheit 610 und die Farbverschiebungseinheit 620 sind mit der Hauttonoptimierungseinheit 220 verbunden, um die Sättigung S und den Farbton H des HSV-Bildsignals gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung S_gain'(H) und des Farbverschiebungssignals H_shift(H) zu verstärken und anzupassen, so dass das Farbverstärkungssignal (S', H', V) erzeugt wird. Ein Sättigungswert S' des Farbverstärkungssignals kann ausgedrückt werden als durch die folgende Gleichung: S' = S × S_gain'(H), wobei S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt und S eine Sättigungskomponente des HSV-Bildsignals angibt. Ein Farbtonwert H' des Farbverstärkungssignals kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: H' = H + H_shift(H), wobei H_shift(H) das Farbverschiebungssignal angibt und H eine Farbtonkomponente des HSV-Bildsignals angibt.
Verschiedene Ausführungsformen definieren den Hauttonbereich mit dem HSV-Modell und passen die Verstärkung (in anderen Worten: den Verstärkungsgrad) an, um einen Hautton zu schützen. Zusätzlich wird, wenn die Farbsättigung verstärkt wird, der Hautton nicht überhöht (oder überverstärkt oder übermäßig verstärkt), wie es im Stand der Technik der Fall ist, und so wird die Hautfarbe nicht braun und unnatürlich werden. Entsprechend wird der natürliche Hautton beibehalten während die Farbsättigung erhöht wird. Der Hauttonschutzmechanismus gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird nämlich in ein gewöhnliches Bildverarbeitungssystem hinzugefügt, um die Hauttonoptimierung durchzuführen. Die Verstärkungsanpassung gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann geeignet sein für verschiedene Farbraumbildverarbeitungssysteme.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Hauttonoptimierung (z. B. in einem Farbgamutabbildungssystem) gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Verfahren ist implementiert in einem Bildprozessor (oder Bildverarbeitungsprozessor), um ein Eingangsbildsignal zu verarbeiten. In dem Verfahren transformiert Schritt (A) ein Bildsignal von einem vorgegebenen Farbraum (beispielsweise einem RGB-Farbraum) in einen HSV-Farbraum zum Erzeugen eines HSV-Bildsignals. Transformieren des Bildsignals von dem vorgegebenen Farbraum in den HSV-Farbraum kann aus einer Formel wie folgt hergeleitet werden:
wobei H1 einen temporären Farbtonwert angibt und R, G, B jeweils Rot-, Grün-, Blaukomponenten des Bildsignals angeben.
Schritt (B) führt eine Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal durch zum Erzeugen einer angepassten Sättigungsverstärkung S_gain'(H) (in anderen Worten: zum Erzeugen eines angepassten Sättigungsverstärkungsgrades).
Schritt (B) kann aufgeteilt sein oder werden in Schritte (B1), (B2) und (B3). Schritt (B1) empfängt das HSV-Bildsignal, die Farbgrenzen (Hue_L, Hue_H), die Sättigungsgrenzen (S_L, S_H) und die Helligkeitsgrenzen (V_L, V_H), um dadurch einen Farbtonglättungsfaktor factor_H, einen Sättigungsglättungsfaktor factor_S und einen Helligkeitsglättungsfaktor factor_V zu erzeugen. Der Farbtonglättungsfaktor factor_H kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: factor_H = 1 – |H – ½(Hue_L + Hue_H)| / ½(Hue_L + Hue_H), der Sättigungsglättungsfaktor factor_S kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: factor_S = 1 – |S – ½(S_L + S_H)| / ½(S_L + S_H), und der Helligkeitsglättungsfaktor factor_V kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: factor_V = 1 – |V – ½(V_L + V_H)| / ½(V_L + V_H), wobei factor_H den Farbtonglättungsfaktor angibt; factor_S den Sättigungsglättungsfaktor angibt; factor_V den Helligkeitsglättungsfaktor angibt; H, S, V Farbton-, Sättigung-, Helligkeitskomponenten des HSV-Bildsignals angeben; Hue_L, Hue_H untere und obere Farbtongrenzen angeben; S_L, S_H untere und obere Sättigungsgrenzen angeben; und V_L, V_H untere und obere Helligkeitsgrenzen angeben.
Schritt (B2) basiert auf dem Farbtonglättungsfaktor factor_H, dem Sättigungsglättungsfaktor factor_S und dem Helligkeitsglättungsfaktor factor_V zum Ausführen einer Mittelwertbildung zum Erzeugen eines Verstärkungsanpassungsfaktors oder Verstärkungsgradanpassungsfaktors (alpha). Der Verstärkungs-anpassungsfaktors (alpha) kann ausgedrückt werden durch eine Gleichung wie folgt: alpha = 1/3(factor_H + factor_S + factor_V), wobei alpha den Verstärkungsanpassungsfaktors angibt.
Schritt (B3) verwendet den Verstärkungsanpassungsfaktor (alpha) zum Ausführen einer Gewichtsanpassung auf einer Sättigungsverstärkung S_gain(H) und einer Hauttonverstärkung Skin_gain. Die angepasste Sättigungsverstärkung S_gain'(H) kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: S_gain'(H) = (1 – alpha) × S_–gain + alpha × Skin_gain, wobei S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt, S_gain die Sättigungsverstärkung (in anderen Worten: den Sättigungsverstärkungs-grad) angibt, und skin_gain die Hauttonverstärkung (in anderen Worten: den Hauttonverstärkungsgrad) angibt.
Schritt (C) führt eine Farbverstärkung auf dem HVS-Bildsignal aus gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung S_gain'(H) und einem Farbverschiebungssignal H_shift(H), um ein Farbverstärkungssignal zu erzeugen.
Ferner kann Schritt (C) aufgeteilt werden in Schritte (C1) und (C2). Schritt (C1) empfängt das HSV-Bildsignal, die angepasste Sättigungsverstärkung S_gain'(H) und das Farbverschiebungssignal H_shift(H), um eine Verstärkungsoperation auf einer Sättigung S des HSV-Bildsignals auszuführen zum Erzeugen eines Sättigungswertes S' des Farbverstärkungssignals. Der Sättigungswert S' des Farbverstärkungssignals kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: S' = S × S_gain'(H), wobei S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt und S die Sättigungskomponente des HSV-Bildsignals angibt.
Schritt (C2) führt eine Verschiebeoperation oder Verschiebungsoperation (englisch: shift Operation) aus auf einem Farbton H des HSV-Bildsignals zum Erzeugen eines Farbtonwerts H' des Farbverstärkungssignals. Der Farbtonwert H' des Farbverstärkungssignals kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung: H' = H + H_shift(H), wobei H_shift(H) das Farbverschiebungssignal angibt und H die Farbtonkomponente des HSV-Bildsignals angibt.
Schritt (D) transformiert das Farbverstärkungssignal von dem HSV-Farbraum in den vorgegebenen Farbraum (beispielsweise den RGB-Farbraum).
Wie beschrieben transformieren verschiedene Ausführungsformen die Pixel eines Eingangsbildsignals vom RGB-Farbraum in den HSV-Farbraum. Da das HSV-Modell auf einer Beschreibung der menschlichen Farbwahrnehmung basiert zum Entwickeln eines idealen Werkzeugs zur Bildverarbeitung, kann ein Hauttonbereich definiert werden, Hauttöne geschützt werden, und die Verstärkung (in anderen Worten: der Verstärkungsgrad) angepasst werden. Während die Farbsättigung verstärkt wird, werden Hauttöne nicht überhöht (in anderen Worten: nichts überverstärkt oder nichts zu stark verstärkt). Grund dafür ist, dass die Hauttöne eines Bildes nicht braun und unnatürlich werden nach dem Durchführen des Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Daher können gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung die Hauttöne beibehalten werden in einem natürlichen Bereich, während die Farbsättigung erhöht wird, und die Hauttonoptimierung kann durchgeführt werden auf den Hauttönen. Ferner kann die Verstärkungsanpassung in verschiedenen Ausführungsformen passend sein für verschiedene Farbraumbildverarbeitungssysteme.
Obwohl die vorliegende Erfindung beschrieben worden ist unter Bezugnahme auf Ausführungsformen wird verstanden werden, dass weitere mögliche Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geiste und Umfang der im folgenden beanspruchten Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

TW 102116515 [0001]
US 8265389 [0021]
US 6904165 [0022]
US 7986833 [0023]

Claims

Verfahren zur Hauttonoptimierung in einem Farbgamutabbildungssystem, welches implementiert ist in einem Bildprozessor zum Ausführen der Schritte von: (A) Transformieren eines Bildsignals von einem vorgegebenen Farbraum in einen HSV-Farbraum zum Erzeugen eines HSV-Bildsignals; (B) Ausführen einer Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal zum Erzeugen einer angepassten Sättigungsverstärkung; (C) Ausführen einer Farbverstärkung auf dem HSV-Bildsignal gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und einem Farbverschiebungssignal, so dass ein Farbverstärkungssignal erzeugt wird; und (D) Transformieren des Farbverstärkungssignals von dem HSV-Farbraum in den vorgegebenen Farbraum.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (B) aufweist die Schritte von: (B1) Empfangen des HSV-Bildsignals, Farbgrenzen, Sättigungsgrenzen und Helligkeitsgrenzen zum Erzeugen jeweils eines Farbtonglättungsfaktors, eines Sättigungsglättungsfaktors und eines Helligkeitsglättungsfaktors; (B2) Ausführen einer Mittelwertbildung gemäß dem Farbtonglättungsfaktor, dem Sättigungsglättungsfaktor und dem Helligkeitsglättungsfaktor zum Erzeugen eines Verstärkungsanpassungsfaktors; und (B3) Ausführen einer Gewichtsanpassung auf eine Sättigungsverstärkung und eine Hauttonverstärkung gemäß dem Verstärkungsanpassungsfaktor.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Farbtonglättungsfaktor ausgedrückt wird als: factor_H = 1 – |H – ½(Hue_L + Hue_H)| / ½(Hue_L + Hue_H), der Sättigungsglättungsfaktor ausgedrückt wird als: factor_S = 1 – |S – ½(S_L + S_H)| / ½(S_L + S_H), und der Helligkeitsglättungsfaktor ausgedrückt wird als factor_V = 1 – |V – ½(V_L + V_H)| / ½(V_L + V_H), wobei factor_H den Farbtonglättungsfaktor angibt; factor_S den Sättigungsglättungsfaktor angibt; factor_V den Helligkeitsglättungsfaktor angibt; H, S, V die Farbton-, Sättigungs-, Helligkeitskomponenten des HSV-Bildsignals angeben; Hue_L, Hue_H die Farbgrenzen angeben; S_L, S_H die Sättigungsgrenzen angeben; V_L, V_H die Helligkeitsgrenzen angeben.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Verstärkungsanpassungsfaktor ausgedrückt wird als: alpha = 1/3(factor_H + factor_S + factor_V), wobei alpha den Verstärkungsanpassungsfaktor angibt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die angepasste Sättigungsverstärkung ausgedrückt wird als: S_gain'(H) = (1 – alpha) × S_–gain + alpha × Skin_gain, wobei S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt, S_gain die Sättigungsverstärkung angibt, und skin_gain die Hauttonverstärkung angibt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Schritt (C) aufweist die Schritte von: (C1) Empfangen des HSV-Bildsignals, der angepassten Sättigungsverstärkung und des Farbverschiebungssignals zum Durchführen einer Verstärkungsoperation auf einer Sättigungskomponente des HSV-Bildsignals, so dass ein Sättigungswert des Farbverstärkungssignals erzeugt wird; und (C2) Ausführen einer Verschiebungsoperation auf einer Farbtonkomponente des HSV-Bildsignals zum Erzeugen eines Farbtonwertes des Farbverstärkungssignals.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sättigungswert des Farbverstärkungssignals ausgedrückt wird als: S' = S × S_gain'(H), wobei S' den Sättigungswert angibt, S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt und S die Sättigungskomponente des HSV-Bildsignals angibt, und wobei der Farbtonwert des Farbverstärkungssignals ausgedrückt wird als: H' = H + H_shift(H), wobei H' den Farbtonwert angibt, H_shift(H) das Farbverschiebungssignal angibt, und H die Farbtonkomponente des HSV-Bildsignals angibt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der vorgegebene Farbraum ein RGB-Farbraum ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Transformieren eines Bildsignals von dem vorgegebenen Farbraum in einen HSV-Farbraum in Schritt (A) ausgedrückt wird als:
wobei H1 einen temporären Farbtonwert angibt, R eine Rotkomponente des Bildsignals angibt, G eine Grünkomponente des Bildsignals angibt und B eine Blaukomponente des Bildsignals angibt.
Vorrichtung (200) zur Hauttonoptimierung in einem Farbgamutabbildungssystem, aufweisend: eine RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit (210) zum Empfangen eines Bildsignals und Transformieren des Bildsignals von einem RGB-Farbraum in einen HSV-Farbraum, so dass ein HSV-Bildsignals erzeugt wird; eine Hauttonoptimierungseinheit (220), verbunden mit der RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit (210), zum Ausführen einer Hauttonoptimierung auf dem HSV-Bildsignal, so dass eine angepasste Sättigungsverstärkung erzeugt wird; eine Farbverstärkungseinheit (230), verbunden mit der Hauttonoptimierungseinheit (220), zum Ausführen einer Farbverstärkung auf dem HSV-Bildsignal gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und einem Farbverschiebungssignal, so dass ein Farbverstärkungssignal erzeugt wird; und eine HSV-zu-RGB-Farbraumtransformationseinheit (240), verbunden mit der Farbverstärkungseinheit (230), zum Transformieren des Farbverstärkungssignals von dem HSV-Farbraum in den RGB-Farbraum.
Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 10, wobei die Hauttonoptimierungseinheit (220) aufweist: einen Glättungsfaktorgenerator (510) zum Empfangen des HSV-Bildsignals, oberer und unterer Farbgrenzen, oberer und unterer Sättigungsgrenzen und oberer und unterer Helligkeitsgrenzen zum Erzeugen jeweils eines Farbtonglättungsfaktors, eines Sättigungsglättungsfaktors und eines Helligkeitsglättungsfaktors; einen Verstärkungsanpassungsfaktorgenerator (520) zum Ausführen einer Mittelwertbildung gemäß dem Farbtonglättungsfaktor, dem Sättigungsglättungsfaktor und dem Helligkeitsglättungsfaktor, so dass ein Verstärkungsanpassungsfaktor erzeugt wird; und eine Gewichtsanpassungsuntereinheit (530), verbunden mit dem Verstärkungsanpassungsfaktorgenerator (520), zum Verwenden des Gewichtsanpassungsfaktor zum Ausführen einer Gewichtsanpassung auf eine Sättigungsverstärkung und eine Hauttonverstärkung gemäß dem angepassten Verstärkungsfaktor.
Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 11, wobei der Farbtonglättungsfaktor ausgedrückt wird als: factor_H = 1 – |H – ½(Hue_L + Hue_H)| / ½(Hue_L + Hue_H), der Sättigungsglättungsfaktor ausgedrückt wird als: factor_S = 1 – |S – ½(S_L + S_H)| / ½(S_L + S_H), und der Helligkeitsglättungsfaktor ausgedrückt wird als factor_V = 1 – |V – ½(V_L + V_H)| / ½(V_L + V_H), wobei factor_H den Farbtonglättungsfaktor angibt; factor_S den Sättigungsglättungsfaktor angibt; factor_V den Helligkeitsglättungsfaktor angibt; H, S, V die Farbton-, Sättigungs-, Helligkeitskomponenten des HSV-Bildsignals angeben; Hue_L, Hue_H die untere und obere Farbgrenzen angeben; S_L, S_H die untere und obere Sättigungsgrenzen angeben; V_L, V_H die untere und obere Helligkeitsgrenzen angeben.
Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 12, wobei der Verstärkungsanpassungsfaktor ausgedrückt wird als: alpha = 1/3(factor_H + factor_S + factor_V), wobei alpha den Verstärkungsanpassungsfaktor angibt.
Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 13, wobei die angepasste Sättigungsverstärkung ausgedrückt wird als: S_gain'(H) = (1 – alpha) × S_gain + alpha × Skin_gain, wobei S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt, S_gain die Sättigungsverstärkung angibt, und Skin_gain die Hauttonverstärkung angibt.
Vorrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Farbverstärkungseinheit (230) aufweist eine Sättigungsverstärkungsoperationseinheit (610) und eine Farbverschiebungsoperationseinheit (620), die mit der Hauttonoptimierungseinheit (220) verbunden sind zum Verstärken und Anpassen des HSV-Bildsignals gemäß der angepassten Sättigungsverstärkung und des Farbverschiebungssignals, so dass das Farbverstärkungssignal erzeugt wird.
Vorrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Sättigungswert des Farbverstärkungssignals ausgedrückt wird als: S' = S × S_gain'(H), wobei S' den Sättigungswert angibt, S_gain'(H) die angepasste Sättigungsverstärkung angibt und S die Sättigungskomponente des HSV-Bildsignals angibt, und wobei ein Farbtonwert des Farbverstärkungssignals ausgedrückt wird als: H' = H + H_shift(H), wobei H' den Farbtonwert angibt, H_shift(H) das Farbverschiebungssignal angibt und H die Farbtonkomponente des HSV-Bildsignals angibt.
Vorrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die RGB-zu-HSV-Farbraumtransformationseinheit (210) das Bildsignal von dem RGB-Farbraum in den HSV-Farbraum transformiert durch eine wie folgt ausgedrückte Gleichung:
wobei H1 einen temporären Farbtonwert angibt, R eine Rotkomponente des Bildsignals angibt, G eine Grünkomponente des Bildsignals angibt und B eine Blaukomponente des Bildsignals angibt.