TWI394430B

TWI394430B - Image color distortion correction method

Info

Publication number: TWI394430B
Application number: TW98104735A
Authority: TW
Inventors: Che Lun Chuang; Che Hung Lin
Original assignee: Altek Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-04-21
Also published as: TW201031175A

Description

影像色彩失真的校正方法

本發明係關於一種數位影像的校正方法，特別是一種影像色彩失真的校正方法。

一般而言，數位攝影裝置利用彩色濾鏡陣列(Color Filter Array，CFA)取得數位影像的顏色訊號過程中，採用彩色濾鏡陣列經由取樣紅色、藍色與綠色三種色彩成份之一所得到的色彩陣列來獲得數位影像。其中色彩陣列係對每一像素而儲存其所包含的單一色彩成份。由於數位攝影裝置係忽略各像素的其他兩種色彩成份，因此，對於每一像素而言，數位攝影裝置所獲取的原始感測資料便包含較少的色彩取樣。所以在所擷取的影像被進一步處理或顯示之前，每一像素所缺乏的色彩成份便必須先進行重建以使每一像素包含所有的三種色彩成份。習知數位攝影裝置係利用色彩內插法(interpolation)來估算每一個像素所缺乏的兩種色彩成份，色彩內插法依據每一個待重建像素之周圍部份像素所提供的資訊進行計算。當彩色濾鏡陣列為已知時，則每一個像素所缺乏的兩種色彩成份便可經由使用相鄰像素所提供的資訊而加以重建出來。色彩內插法在影像邊緣進行像素值的平均(亦即低通濾波操作)會造成色彩失真(color aliasing)，如鋸齒效應(zipper effect)、偽色效應(false color)或模糊的邊緣等等影像問題。

另外，在第6,804,392號美國專利申請案揭示一種數位彩色影像中移除色彩失真效應的方法，其英文名稱為「Removing color aliasing artifacts from color digital images」。從其摘要可以得知所揭露的技術為：從數位彩色影像提供亮度及彩度信號，依據中央像素與周圍像素的亮度及彩度決定色彩失真的程度，進而減少色彩失真的現象。然而上述方法在解決影像色彩失真的問題時，無法有效的減少影像色彩失真，且會過度的修正而導致色彩補償過度，而且在影像的灰色像素及黑色像素部分的色彩補償，會導致產生沒有顏色之中性灰色的中性色(neutral color)現象。

鑒於以上的問題，本發明提供一種影像色彩失真的校正方法，藉以校正因色彩濾鏡矩陣導致影像色彩失真的問題。

因此，本發明所揭露之影像色彩失真的校正方法，應用於數位攝影裝置利用彩色濾鏡陣列(Color Filter Array，CFA)重現數位影像的像素色彩。校正方法包括：將彩色濾鏡陣列分隔為有複數陣列狀之遮罩視窗(mask window)，且將各遮罩視窗中之中央像素設定為目標像素，並將目標像素周圍之其餘顏色像素定義為複數個比對像素；將目標像素對比對像素進行插補計算(CFA interpolation，CFAi)，以求出包含目標像素的一組插補顏色值；執行差異值計算程序，係分別計算各比對像素之彩度(chrominance)與目標像素間彩度的個別差異值，並取得差異值中之最大差異值；提供預設色彩校正矩陣(Original Color Correction Matrix，CCM)；設定基本閥值，其係供與最大差異值進行比較，當最大差異值大於基本閥值時，則判斷插補顏色值有色彩失真現象；以及執行色彩校正程序，當判斷插補顏色值有色彩失真現象時，則使用預設色彩校正矩陣與單位矩陣所加權平均產生的混合色彩校正矩陣對插補顏色值進行校正，以產生取代目標像素之第一色彩校正值。

根據本發明所提供的之影像色彩失真的校正方法，應用於數位攝影裝置利用彩色濾鏡陣列重現數位影像的像素色彩，可透過軟體校正數位影像的色彩失真。進而減少由色彩內插法於影像邊緣處理時所造成色彩失真的影像問題。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖示作最佳實施例詳細說明如下。

根據本發明之影像色彩失真的校正方法，係應用於具有影像擷取功能的電子裝置。本方法可透過軟體或韌體程式內建於電子裝置之儲存裝置中，再由電子裝置的處理器執行內建的軟體或韌體程式搭配影像擷取功能來實現根據本發明的影像色彩失真的校正方法。於此，電子裝置可為具影像擷取功能的電腦(Computer)、具影像擷取功能的行動電話(Mobile Phone)、或具影像擷取功能的個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)等，但不僅侷限於上述之電子裝置。

在此為方便說明，以下實施例以3×5大小的遮罩視窗進行說明。請參考「表1」所示，其係為顏色像素之彩色濾鏡陣列的部分陣列，其中R、G及B分別表示紅色、綠色及藍色三種色彩，其下標表示像素位置的座標，例如在中心點顏色像素位置的G₁₂ 表示原本僅存在綠色像素。

請配合參考「第1圖」係為本發明的一實施例之影像色彩失真的校正方法之流程圖。本發明之流程包括以下步驟：

S100、取得彩色濾鏡陣列中一個3×5矩陣大小的遮罩視窗，且將遮罩視窗中之中央像素設定為目標像素，並將目標像素G₁₂ 周圍之其餘14個顏色像素定義為比對像素S={R₀₀ 、G₀₁ 、R₀₂ 、G₀₃ 、R₀₄ 、G₁₀ 、B₁₁ 、B₁₃ 、G₁₄ 、R₂₀ 、G₂₁ 、R₂₂ 、G₂₃ 、R₂₄ }；

S200、將目標像素G₁₂ 對比對像素S進行插補計算，以求出包含目標像素G₁₂ 的一組插補顏色值(A、B、C)；

S300、執行差異值計算程序，分別計算各個比對像素S之彩度與目標像素G₁₂ 間彩度的個別差異值，並取得該等差異值中的最大差異值Max_Diff；

S400、提供一個預設色彩校正矩陣M；

S500、設定基本閥值ΔT；

S600、比較基本閥值ΔT與最大差異值Max_Diff；

S700、當最大差異值Max_Diff>基本閥值ΔT時，則判斷插補顏色值(A、B、C)有色彩失真的現象；以及

S800、執行色彩校正程序，當判斷插補顏色值(A、B、C)有色彩失真的現象時，則使用預設色彩校正矩陣M與單位矩陣I加權平均產生一個混合色彩校正矩陣M'，利用該混合色彩校正矩陣M'對插補顏色值(A、B、C)進行校正，以產生取代目標像素G₁₂ 的一組第一色彩校正值(α、β、γ)。

其中，上述目標像素G₁₂ 係以綠色進行說明，但並非限定於此。當遮罩視窗中之中央像素為紅色像素時，則目標像素可為紅色。當遮罩視窗中之中央像素為藍色像素時，則目標像素可為藍色。此外，插補顏色值(A、B、C)及第一色彩校正值(α、β、γ)之顏色係為由綠色、紅色與藍色所組成群組。

於此，第一色彩校正值(α、β、γ)係為混合色彩校正矩陣M'與插補顏色值(A、B、C)之矩陣乘積，其中第一色彩校正值可利用下式所計算得：

a₁ =Max_Diff

a₂ =256-Max_Diff

在此計算式中，α係為第一色彩校正值所具之第一校正顏色值、β係為第一色彩校正值所具之第二校正顏色值、γ係為第一色彩校正值所具之第三校正顏色值、M係為預設色彩校正矩陣、M'係為混合色彩校正矩陣、I係為單位矩陣、A係為插補顏色值所具之第一原始顏色值、B係為插補顏色值所具之第二原始顏色值、C係為插補顏色值所具之第三原始顏色值、Max_Diff係為最大差異值、a₁ 係為單位矩陣的權重值、a₂ 係為預設色彩校正矩陣的權重值、a₁ 與a₂ 係為正數且a₁ +a₂ =256。

此外，上述目標像素可為第一、第二、第三原始顏色值之其中一者。

另外，請參考「第2圖」係為本發明的一實施例之影像無色彩失真現象的校正流程圖。對於步驟S600的步驟之後，可包括以下實施步驟：

S710、當最大差異值Max_Diff≦基本閥值時，則判斷目標像素G₁₂ 無色彩失真現象；以及

S810、執行色彩校正程序，使用預設色彩校正矩陣M對插補顏色值(A、B、C)進行校正，並產生一組第二色彩校正值(α'、β'、γ')。

其中，上述目標像素G₁₂ 係以綠色進行說明，但並非限定於此。當遮罩視窗中之中央像素為紅色像素時，則目標像素可為紅色。當遮罩視窗中之中央像素為藍色像素時，則目標像素可為藍色。此外，插補顏色值(A、B、C)及第二色彩校正值(α'、β'、γ')之顏色係為由綠色、紅色與藍色所組成群組。

於此，上述第二色彩校正值(α'、β'、γ')係為預設色彩校正矩陣M與插補顏色值(A、B、C)之矩陣乘積，其中第二色彩校正值係利用下式所計算得：

在此計算式中，α'係為第二色彩校正值所具之第一校正顏色值、β'係為第二色彩校正值所具之第二校正顏色值、γ'係為第二色彩校正值所具之第三校正顏色值、M係為預設色彩校正矩陣、A係為插補顏色值所具之第一原始顏色值、B係為插補顏色值所具之第二原始顏色值、C係為插補顏色值所具之第三原始顏色值。

根據本發明所提供的之影像色彩失真的校正方法，應用於數位攝影裝置利用彩色濾鏡陣列重現數位影像的像素色彩，可透過判斷影像的色彩是否失真，並依據判斷結果使用混合色彩校正矩陣校正數位影像的色彩失真。進而減少由色彩內插法於影像邊緣處理時所造成色彩失真的影像問題，如鋸齒效應、偽色效應或模糊的邊緣。並且不會過度的修正而導致色彩補償過度。亦可避免影像的中性灰色的中性色的產生。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

第1圖係為本發明的一實施例之影像色彩失真的校正方法之流程圖。

第2圖係為本發明的一實施例之影像無色彩失真現象的校正流程圖。

Claims

一種影像色彩失真的校正方法，應用於數位攝影裝置利用一彩色濾鏡陣列(Color Filter Array，CFA)重現一數位影像的像素色彩，該校正方法包括：將該彩色濾鏡陣列分隔為有複數陣列狀之遮罩視窗(mask window)，且將各該遮罩視窗中之中央像素設定為一目標像素，並將該目標像素周圍之其餘顏色像素定義為複數個比對像素；將該目標像素對該些比對像素進行插補計算(CFA interpolation，CFAi)，以求出包含該目標像素的一組插補顏色值；執行一差異值計算程序，係分別計算各該比對像素之彩度(chrominance)與該目標像素間彩度的個別差異值，並取得該些差異值中之一最大差異值；提供一預設色彩校正矩陣(Original Color Correction Matrix，CCM)；設定一基本閥值，其係供與該最大差異值進行比較，當該最大差異值大於該基本閥值時，則判斷該組插補顏色值有色彩失真現象；以及執行一色彩校正程序，當判斷該組插補顏色值有色彩失真現象時，則使用該預設色彩校正矩陣與一單位矩陣所加權平均產生的一混合色彩校正矩陣對該組插補顏色值進行校正，以產生一組取代該目標像素之第一色彩校正值；其中，該組第一色彩校正值係該組混合色彩校正矩陣與該組插補顏色值之矩陣乘積，該組第一色彩校正值係利用下式所計算得： a₁ =Max_Diff a₂ =256-Max_Diff α係為該第一色彩校正值所具之一第一校正顏色值、β係為該第一色彩校正值所具之一第二校正顏色值、γ係為該第一色彩校正值所具之一第三校正顏色值、M係為該預設色彩校正矩陣、M'係為該混合色彩校正矩陣、I係為該單位矩陣、A係為該組插補顏色值所具之一第一原始顏色值、B係為該組插補顏色值所具之一第二原始顏色值、C係為該組插補顏色值所具之一第三原始顏色值、Max_Diff係為該最大差異值、a1係為該單位矩陣的權重值、a2係為該預設色彩校正矩陣的權重值、a1與a2係為正數且a1+a2=256。
如請求項1所述之影像色彩失真的校正方法，其中該目標像素係選自綠色、紅色與藍色三原色之其中一者，而該組插補顏色值及該組第一色彩校正值之顏色係為由綠色、紅色與藍色所組成群組。
如請求項1所述之影像色彩失真的校正方法，其中該目標像素係該第一、第二、第三原始顏色值之其中一者。
如請求項1所述之影像色彩失真的校正方法，其中當該最大差異值不大於該基本閥值時，則判斷該目標像素無色彩失真現象，於執行該色彩校正程序的步驟中則使用該預設色彩校正矩陣對該組插補顏色值進行校正，並產生一組第二色彩校正值。
如請求項4所述之影像色彩失真的校正方法，其中該目標像素係選自綠色、紅色與藍色三原色之其中一者，而該組插補顏色值及該組第二色彩校正值之顏色係為由綠色、紅色與藍色所組成之群組。
如請求項4所述之影像色彩失真的校正方法，其中該組第二色彩校正值係由該組預設色彩校正矩陣與該組插補顏色值之矩陣乘積所求得。
如請求項1所述之影像色彩失真的校正方法，其中各該遮罩視窗係分別為3×5之矩陣。