TWI436650B - 用以處理畫素之色彩成份值的方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於影像處理，尤指一種藉由調整色彩成份值以進行膚色校正(skin tone color correction)的方法。
針對同一拍攝物，不同的相機設備或者是不同的光源環境可能會導致所擷取的圖像中的色彩有所偏差。有時候，這種色彩偏差可能會導致所擷取的圖像中，屬於膚色範圍的色彩呈現一種不自然的觀感，(例如：膚色偏橘、膚色偏紅或者膚色偏黃)，但同時其他不屬於膚色範圍份的色彩卻又呈現相當的自然與均勻的觀感。因此，圖像中之屬於膚色部分往往需要被進一步調整或校正。
有鑑於此，本發明提供一種膚色校正的方法，其係使用色彩校正矩陣來對表示成色彩成份值(R、G以及B)的一色彩進行矩陣運算，以調整色彩成份值，進而達成色彩校正的效果。依據不同的光源環境與色彩，本發明方法可針對一擷取圖像中屬於膚色範圍的色彩進行不同程度的調整。此外，色彩校正矩陣的決定係基於所欲調整之色彩其傾向於紅色調之膚色的程度以及光源環境。因此，對偏紅的色彩來說，本發明方法可避免這些色彩過度飽和。此外，本發明亦供予使用者可調參數，使用者可藉由適當地調整可調參數來最佳化色彩校正的效果。
依據本發明之一實施例，其係提供一種用以處理一畫素之複數個色彩成份值的方法，該方法包含有：利用一處理電路以依據一全域色彩校正矩陣(global color correction matrix)之矩陣元素與對應於該畫素之一預定值，來產生一膚色校正矩陣(skin tone color correction matrix)之矩陣元素；利用該處理電路以依據該全域色彩校正矩陣之矩陣元素、該膚色校正矩陣之矩陣元素與該畫素之該複數個色彩成份值來產生一當前膚色校正矩陣(current skin tone color correction matrix)之矩陣元素；以及依據該當前膚色校正矩陣之矩陣元素來調整該畫素之該複數個色彩成份值。
請參考第l圖，其係依據本發明方法之一實施例所繪示之流程圖。請注意，若在實質上結果不變的情形下，圖式中的步驟不須按照與圖示中完全相同的順序來執行。此外，為求說明內容的簡要，圖式中僅繪示與本發明概念相關的步驟；換言之，於本發明其他實施例中，可允許其他額外的可能步驟插入於第1圖所示的流程中。
於步驟101之中，本發明方法會先判別是否一畫素之一色彩屬於膚色範圍，其中，該畫素係屬於一擷取圖像。為了達到判別的目的，本發明方法會確認是否該色彩的色彩成份值(color component values)滿足以下條件(a)~(d)：
僅有當以上所有條件(a)~(d)皆成立時，該色彩才會被判別為屬於膚色範圍。就條件(a)而言，該色彩之一色彩成份值R會與該色彩之一色彩成份值G進行比較，當色彩成份值R大於或等於色彩成份值G時，則條件(a)成立；就條件(b)而言，該色彩之一色彩成份值B會與該色彩之該色彩成份值G進行比較，當色彩成份值G大於或等於色彩成份值B時，則條件(b)成立；就條件(c)而言，該色彩之色彩成份值R會與該色彩之色彩成份值G以及一數值的一乘積進行比較，當該乘積大於或等於該色彩成份值R時，則條件(c)成立，其中，數值RGth
係為一預定參數，其可依據使用者的需求而被調整，數值RGth
的大小將會影響該色彩是否屬於膚色範圍之判斷的結果。因此，若使用者打算設定一個較窄的膚色範圍時(亦即，擷取圖像中較少的色彩會被判定為屬於膚色範圍)，使用者可藉由改變數值RGth
來完成。若使用者設定了一個較寬的膚色範圍時，則有越多的色彩會被判定為屬於膚色範圍。此外，於本發明不同實施例中，數值X
會隨著RGth
以及GBth
的數值規模大小(scale)而改變。在一個較佳的實施方式中，數值X
為32；就條件(d)而言，該色彩之色彩成份值G會與該色彩之色彩成份值B以及一數值的一乘積進行比較，當該乘積大於或等於色彩成份值G時，則條件(d)成立，其中，數值GBth
亦為一預定參數，其可依據使用者的需求而被調整，數值GBth
的大小亦將會影響該色彩是否屬於膚色範圍之判斷的結果。同樣地，若使用者打算設定一個較窄的膚色範圍時，使用者亦可藉由改變數值GBth
來完成。若以上條件(a)~(d)之中有一者未被滿足時，則該色彩將不會被判別為屬於膚色範圍。依據判別的結果，若是該色彩屬於膚色範圍，則本發明方法會執行步驟102；否則，本發明方法將執行步驟108，此步驟會直接利用一全域色彩校正矩陣(global color correction matrix)來調整/校正該畫素的該色彩。
於本發明之一較佳實施例中，該全域色彩校正矩陣可能為：
然而，應當注意的是，於本發明不同實施例中，該全域色彩校正矩陣的矩陣元素可能不盡相同。上例的範例僅為說明之用，並非為本發明之限制。於步驟108之中，依據該全域色彩校正矩陣，不屬於膚色範圍的色彩將會依照以下的式子被調整/校正。
如上所式，以色彩成份值R、G與B的形式所表示的該色彩，將被表示成3*1的矩陣並列於等式的右邊，並且與該全域色彩校正矩陣進行矩陣的乘法運算，該色彩將依此被調整成一調整後色彩，並以色彩成份值R’、G’與B’來表示之。
當該色彩屬於膚色範圍，本發明方法會執行步驟102，因此，於步驟102之中，該色彩之一膚色值會被決定。該膚色值係用以表示並評等該色彩對紅色調膚色的傾向程度，其係由下列數值中：
(R
-G
)、(G
-B
)、以及Y
選出一最小值Vmin
來決定，其中數值X
以及Y
係由數值RGth
與GBth
的數值規模大小所決定。於本發明之較佳實施例中，數值X
係為32，而數值Y
係為16。依此，接近東方人之膚色範圍的色彩將會被評等為較高的膚色值，而接近黑人之膚色範圍的色彩將被評等為相對低的膚色值。膚色值會影響本發明方法如何調整該畫素之該色彩，詳細的解釋請容後述。簡言之，若該色彩所對應之該膚色值較高，則本發明色彩校正的效果將相對明顯，而若是該色彩所對應之該膚色值較低，則本發明色彩校正的效果將相對微弱。
於步驟103之中，一預定值α將會被選定。於本發明較佳實施例中，預定值α可能與該擷取圖像被擷取時的光源環境有關；然而，於本發明其他實施例中，預定值α可直接依使用者的需求而被選選定。亦即，預定值α可能由光源環境所決定，抑或由使用者自行調整。
於步驟104之中，本發明方法將決定一權重因子SkinWeight，其係用於之後的步驟105中，待後詳敘。權重因子SkinWeight可使本發明色彩校正進行時，將先前所述的預定值α納入考量(亦即，當預定值α對應於光源環境時，本發明色彩校正進行時會將光源環境的影響納入考量)。於本發明之實施例中，權重因子SkinWeight係由以下的式子所決定：
SkinWeight=α x SkinWeight_1+(1-α) x SkinWeight_0
若預定值α相對來說較大(亦即，處於光源環境較明亮的狀態下)，則權重因子SkinWeight主要由SkinWeight_1之值所決定；而在光源環境較陰暗的狀態下，權重因子SkinWeight主要由SkinWeight_0之值所決定。使用者可依此選擇適當的數值來作為SkinWeight_1與SkinWeight_0，致使於明亮光源環境與陰暗弱光源環境的情形下皆能獲得最佳的色彩校正效果。另外，若是預定值α對應於其它變動因素，則使用者仍然可選擇適當的數值來作為SkinWeight_1與SkinWeight_0，進而獲得最佳的色彩校正效果。
於步驟105之中，用以進行色彩校正之一膚色校正矩陣將被決定。第2圖係解釋於本發明之實施例中，如何決定膚色校正矩陣的方式。由圖式可知，膚色校正矩陣係依據權重因子SkinWeight，而透過該全域色彩校正矩陣與一單位矩陣所混成(blending)。換言之，該全域色彩校正矩陣之矩陣元素，以及該單位矩陣之矩陣元素會依據加權因子SkinWeight與(1-SkinWeight)而被進行一加權平均運算。於本實施例中，膚色校正矩陣將不會直接被用來調整圖像中屬於膚色範圍的色彩，膚色校正矩陣將會被用以產生一當前膚色校正矩陣(current skin tone color correction matrix)，這個當前膚色校正矩陣之矩陣元素將隨著不同色彩的不同色彩成份值而有所差異。因此，針對該擷取圖像中之不同色彩，該當前膚色校正矩陣會有不同的色彩校正結果。因此，對整張圖像來說，運用該當前膚色校正矩陣來調整其中的色彩，會比直接運用該膚色校正矩陣來調整其中的色彩，有著更好的色彩校正效果。這是因為在決定該當前膚色校正矩陣時，已經一併把每個色彩的色彩成份值納入考量(亦即，色彩的差異)，而在決定該膚色校正矩陣時僅有將光源環境納入考量。然而，應當注意的是，於本發明其它實施例中，亦可直接使用該膚色校正矩陣來對屬於膚色範圍的色彩進行色彩校正。
再者，從第2圖中可發現，若是權重因子SkinWeight相對而言較小，則該膚色校正矩陣的矩陣元素會較接近該單位矩陣的矩陣元素，因此，該膚色校正矩陣對該色彩會有較輕的影響(亦即，該色彩於校正後的改變較小)。然而，若是權重因子SkinWeight相對而言較小，則該膚色校正矩陣對該色彩會有較顯著的影響(亦即，該色彩於校正後的改變較大)。本發明中對矩陣的加權運算簡化了決定該膚色校正矩陣的流程。使用者可藉由調整SkinWeight_0之值以及SkinWeight之值以藉由權重因子SkinWeight來改變該膚色校正矩陣的矩陣元素，進而任意地改變膚色校正的效果，而不用逐一尋找該膚色校正矩陣的每個矩陣元素。進一步來說，使用者可在依據本發明概念所設計之系統中的測試模式下，輸入適當的數值來作為SkinWeight_1以及SkinWeight_0，進而達到流程之簡化。測試模式可令使用者在輸入SkinWeight_1以及SkinWeight_0之後，立即觀察到該擷取圖像於色彩校正後的改變。一旦使用者對於SkinWeight_1以及SkinWeight_0的某個輸入值所對應的色彩校正結果感到滿意，則SkinWeight_1以及SkinWeight_0之值可因而決定。
在步驟106完成之後，本發明方法會接著執行步驟107。於步驟107之中，該膚色校正矩陣將藉由加權平均運算而與全域色彩校正矩陣進行混成，其中，加權平均運算的加權因子係為於步驟102中所決定之膚色值。最後，透過加權平均運算，可得到該當前膚色校正矩陣。第3圖係繪示如何決定該當前膚色校正矩陣的詳細流程。如圖所示，該膚色值可使膚色校正將色彩對紅色調膚色的傾向程度納入考量。透過混成，若該色彩具有較大的膚色值(亦即，越偏紅)，則用以校正該色彩之該當前膚色校正矩陣會主要由該膚色校正矩陣所決定；否則，該當前膚色校正矩陣會主要由該全域色彩校正矩陣所決定。換言之，越大的膚色值會使該膚色校正矩陣對色彩的影響越明顯，而越小的膚色值則會使該全域色彩校正矩陣對色彩的影響越明顯。第4圖係繪示本發明實施例中，如何利用該當前膚色校正矩陣來對該複數個色彩成份值進行調整，以達到色彩校正的目的。其中，該複數個色彩成份值係以3*1的矩陣來表示，並依據矩陣乘法運算而與該當前膚色校正矩陣相乘，進而產生以3*1矩陣的形式所表示的校正後色彩成份值。
由於該膚色校正矩陣係由該全域色彩校正矩陣與該單位矩陣進行加權平均運算所得，因此就色彩校正的效果而言，該當前膚色校正矩陣比該膚色校正矩陣對色彩有更強烈的影響。因此，在適當的決定下，該膚色校正矩陣將會比該當前膚色校正矩陣對該色彩之紅色成份值有更強的抑制能力，故該當前膚色校正矩陣可於對應於該色彩之該膚色值較高的情形下，使該色彩不至於太紅，並且使其具有較自然的觀感。
使用該當前膚色校正矩陣來進行色彩校正的好處在於，可使屬於膚色範圍的色彩經過調整之後，仍可維持整張調整後之擷取圖像中所有色彩於視覺上的連續性。換言之，相較在圖像中不屬於膚色範圍而未被調整的色彩，那些屬於膚色範圍而被調整的色彩不會於調整過後呈現過於突兀的觀感。透過該當前膚色校正矩陣，依據膚色值，屬於膚色範圍的色彩將被進行不同程度的調整。因此，不是所有屬於膚色範圍的色彩都會被對紅色色彩成份值有最強效果之該膚色校正矩陣所調整(亦即，並非所有屬於膚色範圍的色彩之膚色值均為16)。大多數屬於膚色範圍的色彩會被該當前膚色校正矩陣所調整。是此，屬於膚色範圍的色彩以及不屬於膚色範圍的色彩之間的差異被減弱。使用者將不會注意到於校正過後的擷取圖像中，屬於膚色範圍的色彩以及不屬於膚色範圍的色彩之間的邊界有突兀的改變，故可維持整張圖像的連續性。
再者，本發明方法可能透過不同的硬體架構來實現。舉例來說，於一可能的實施方式中，本發明方法所對應的程式碼將儲存於一儲存裝置中(如：快閃記憶體)，並且透過一處理電路(如：數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)以進行相關的運算，進而實現本發明方法的所有流程。然而，這僅是多種可能實施方式之其一，本發明方法仍可透過許多不同的硬體架構來實現，以達成色彩校正的目的。
總結來說，本發明提供一種特別針對屬於膚色範圍的色彩來進行色彩校正的方法。透過本發明方法，由不同照相設備或光源環境所導致的色彩偏差可因而減少，進而提供使用者具有較自然之觀感的校正後圖像。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
101~108．．．步驟
第1圖係為本發明之實施例中用以處理一畫素之複數個色彩成份值的方法所對應之流程圖。
第2圖係繪示本發明之實施例中用以決定膚色校正矩陣的方式。
第3圖係繪示本發明之實施例中用以決定當前膚色校正矩陣的方式。
第4圖係繪示本發明之實施例中如何利用當前膚色校正矩陣來調整色彩成份值以進行色彩校正的方式。
101~108．．．步驟
Claims (7)
- 一種用以處理一畫素之複數個色彩成份值的方法，包含有：利用一處理電路以依據一全域色彩校正矩陣(global color correction matrix)之矩陣元素與對應於該畫素之一預定值，來產生一膚色校正矩陣(skin tone color correction matrix)之矩陣元素；利用該處理電路以依據該全域色彩校正矩陣之矩陣元素、該膚色校正矩陣之矩陣元素與該畫素之該複數個色彩成份值來產生一當前膚色校正矩陣(current skin tone color correction matrix)之矩陣元素；以及依據該當前膚色校正矩陣之矩陣元素來調整該畫素之該複數個色彩成份值。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中利用該處理電路來產生該膚色校正矩陣之矩陣元素的步驟包含有：依據對應於該畫素之該預定值進而決定一第一權重因子與一第二權重因子；以及依據該第一權重因子與該第二權重因子來對該全域色彩校正矩陣之矩陣元素與一單位矩陣之矩陣元件進行一加權平均運算，進而產生該膚色校正矩陣之矩陣元素。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，決定該第一權重因子與該第二權重因子的步驟包含有：依據該預定值來決定一第三權重因子與一第四權重因子；依據該第三權重因子與該第四權重因子來對一第一數值與一第二數值進行一加權平均運算，以產生該第一權重因子，其中該第一數值與該第二數值係為預定之數值；以及依據該第一權重因子來決定該第二權重因子。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該預定值係依據對應於該畫素之一光源環境來選定。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中依據該全域色彩校正矩陣、該膚色校正矩陣以及該畫素之該複數個色彩成分值以利用該處理電路來產生該當前膚色校正矩陣之矩陣元素的步驟包含有：依據該畫素之該複數個色彩成份值來決定該第一權重因子與該第二權重因子；以及依據該第一權重因子與該第二權重因子，對該全域色彩校正矩陣之矩陣元素與該膚色校正矩陣之矩陣元素進行一加權平均算，以產生該當前膚色校正矩陣之矩陣元素。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該畫素之該複數個色彩成份值包含有一紅色色彩成份值(R)，一綠色色彩成份值(G)以及一藍色色彩成份值(B)，並且決定該第一權重因子與該第二權重因子的步驟包含有：自包含有複數個數值(R-G )、(G-B )、以及Y 的一數值集合中選擇一最小值Vmin ；以及依據該最小值Vmin 與數值Y 來決定該第一權重因子與該第二權重因子，其中數值X 與Y 係為預定值。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該畫素之該複數個色彩成份值包含有一紅色色彩成份值(R)，一綠色色彩成份值(G)以及一藍色色彩成份值(B)，並且該方法另包含有：檢查以下條件(a)至(d)：
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