本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种图像颜色校正装置。
背景技术：
随着科技的发展，在摄像机、手机等移动设备和车载以及监控等领域中，对视频图像要求越来越高。数码摄像机等视频设备在采集图像时，会由于光照环境(如阴天、晴天、雨天)的差异、以及前端传感器滤色片和光电转换元件的误差，导致isp(图像信号处理器)接收到传感器raw数据，在经过插值和一系列运算后得到的图像存在色彩偏差。
为了更好地再现所采集的原始图像的色彩值，在图像信号处理中必须进行颜色校正。现有图像校正技术中，通常是利用颜色校正矩阵来进行，基于灰平衡或基准的rgb颜色值对原始输入的图像进行一系列运算，产生原始输入图像到校正目的图像的校正系数，得到校正矩阵的校正矩阵系数后，即可用该校正矩阵对当前输入源下的图像进行校正。另外一些技术也在yc颜色空间或lsh颜色空间进行，例如，提出了用混色控制器传输校正参数k值，用k值对原图进行校正，k为1则输出原图，k为0则输出校正后的图，k为0～1之间时，则按一定比例对原图和校正后的图进行混合后校正输出。
以上现有技术的不足在于，只是对原始图像作了成比例的替换或混合，对复杂场景的图像校正，例如亮暗不均、或过渡太大的图像都可能造成校正后的图像不准确，而亮度、色调和饱和度本身也会对校正后的图像产生影响，同时图像中的细节区域和平滑区在作颜色校正时也会有不同的效果，现有技术中对由以上因素影响的图像的校正方式显然尚有欠缺。此外，现有发明通常不支持正常的彩色图像和红外输入图像的切换校正功能。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种图像颜色校正装置,其可基于亮度、色度和色饱和度对彩色图像和灰度图像进行校正，使图像达到最佳的校正效果，还实现了彩色图像和灰度图像的切换校正功能。
为解决本发明的技术问题，本发明公开一种图像颜色校正装置，包括灰度图像校正模块、彩色图像校正模块、选择输出模块和颜色转化输出模块；
所述灰度图像校正模块根据系统的配置将输入的亮度值，进行映射变换后得到属于目标亮度范围内的目标亮度值；再将目标亮度值进行反拉伸变换得到伪彩色的色饱和度分量的亮度值和色调分量的亮度值；以及将所述伪彩色的色饱和度分量的亮度值和色调分量的亮度值分别进行映射变换后得到校正后的伪彩色的色饱和度分量的校正值和色调分量的校正值；
所述彩色图像校正模块根据输入的亮度值检测图像边缘得到边缘检测值，并将输入的色差分量信号转换为色度信号和色调信号；以及基于所述边缘检测值对所述色度信号进行校正得到第一校正色度信号；以及基于所述目标亮度值对第一校正色度信号进行校正得到第二校正色度信号；以及基于色调信号对第二校正色度信号进行校正得到第三校正色度信号；以及基于所述色调信号本身进行校正得到校正色调信号；
所述选择输出模块判断当前摄像头为红外成像时，选择所述伪彩色的色饱和度分量校正值和色调分量校正值发送至颜色转化输出模块进行输出；以及判断当前摄像头为彩色成像时，选择所述第三校正色度信号和校正色调信号发送至颜色转化输出模块；
所述颜色转化输出模块根据输入的色差分量信号的格式将所述选择输出模块输出的信号转化成与图像输入信号相同格式的校正色差分量信号后输出。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明除了基于亮度以外、还基于色调、色饱和度本身对原始图像进行校正，同时考虑了图像中的细节区域和平滑区在作颜色校正时的影响，可使图像达到最佳的校正效果，还实现了彩色图像和灰度图像的切换校正功能。
附图说明
图1是本发明实施例的图像颜色校正装置结构图；
图2是本发明另一实施例的图像颜色校正装置结构图；
图3是本发明实施例的输入亮度值与目标亮度值映射曲线示意图；
图4是本发明实施例的色饱和度与亮度映射曲线；
图5是本发明实施例的色调与亮度映射曲线；
图6是本发明实施例的图像边缘检测单元划分图像区块示意图；
图7是本发明实施例的校正系数kdv产生示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例的图像颜色校正装置，包括灰度图像校正模块、彩色图像校正模块、选择输出模块和颜色转化输出模块。
其中，灰度图像校正模块根据系统的配置将输入的亮度值，进行映射变换后得到属于目标亮度范围内的目标亮度值；再将目标亮度值进行反拉伸变换得到伪彩色的色饱和度分量的亮度值和色调分量的亮度值；以及将所述伪彩色的色饱和度分量的亮度值和色调分量的亮度值分别进行映射变换后得到校正后的伪彩色的色饱和度分量校正值和色调分量校正值。
具体地，本实施例的灰度图像校正模块包括亮度y变换单元、反拉伸s单元、反拉伸h单元、基于y校正s单元和基于y校正h单元。
所述亮度y变换单元根据系数配置的输入亮度值与目标亮度值映射曲线将输入的亮度值y进行映射变换后转换为目标亮度值yb输出至反拉伸s单元和反拉伸h单元。
如图3所示，为本实施例的输入亮度值与目标亮度值映射曲线，x轴为输入亮度值yin，12bit，数值范围为0至4095。y轴为目标亮度值yb，8bit，数值范围为0至255。每一个输入亮度值yin都对应唯一一个目标亮度值yb。该曲线的弯曲弧度和角度都可由系统配置，具体地，系统可根据图像的明亮程度进行配置，若图像过亮，可配置成图3所示的曲线，使目标亮度值yb稍微低于输入亮度值yin，从而使图像稍微变暗。若图像太暗，则该曲线可配置成与图3相反的曲线，使目标亮度值yb稍微高于输入亮度值yin，从而使图像变亮一点，达到校正目的。
所述反拉伸s单元对目标亮度值进行反拉伸变换，根据色饱和度分量亮度值计算公式得到伪彩色的色饱和度分量的亮度值ys。
具体地，所述色饱和度分量的亮度值计算公式为：
其中，ks和ofts为自然数，由系统配置生成，最终求得的伪彩色的色饱和度分量的亮度值ys为0～63之间。
所述基于y校正s单元根据系统配置的色饱和度与亮度映射曲线，将所述色饱和度分量的亮度值ys进行映射变换，得到校正后的伪彩色的色饱和度分量的校正值sr。
具体地，如图4所示，为本实施例的色饱和度与亮度映射曲线，x轴为色饱和度分量的亮度值ys，数值范围为0-63，y轴为色饱和度分量的校正值sr，数值范围为0-255。每一个色饱和度分量的亮度值ys对应唯一一个色饱和度分量的校正值sr，该曲线的弯曲弧度和角度都可由系统根据实际情况进行配置，使输出的色饱和度分量的校正值sr达到校正目的。
所述反拉伸h单元对目标亮度值进行反拉伸变换，根据色调分量亮度值计算公式得到伪彩色的色调分量的亮度值yh。
具体地，所述色调分量的亮度值计算公式为：
其中，kh和ofth为自然数，由系统配置生成，最终求得的色调分量的亮度值yh为0～63之间。
所述基于y校正h单元根据系统配置的色调与亮度映射曲线，将所述色调分量的亮度值yh进行映射变换，得到校正后的伪彩色的色调分量的校正值hr。
具体地，如图5所示，为本实施例的色调与亮度映射曲线，x轴为色调分量的亮度值yh，数值范围为0-63，y轴为色调分量的校正值hr，数值范围为0-255。每一个色调分量的亮度值yh对应唯一一个色调分量的校正值hr。该曲线的弯曲弧度和角度都可由系统根据实际情况进行配置，使输出的色调分量的校正值hr达到校正目的。
例如，当前灰度图像的场景为树木草坪等绿色植物时，则可添加绿色的伪彩色的颜色值；当前灰度图像场景有亚洲肤色时，则可添加黄色的伪彩色的颜色值。本实施例还可以根据图像场景的亮度的不同程度相应调整伪彩色的色调分量的值和色饱和度分量的值，从而使最终得到的灰度图像的视觉效果更好。
本实施例的彩色图像校正模块根据输入的亮度值检测图像边缘得到边缘检测值，并将输入的色差分量信号转换为色度信号和色调信号；以及基于所述边缘检测值对所述色度信号进行校正得到第一校正色度信号；以及基于所述目标亮度值对第一校正色度信号进行校正得到第二校正色度信号；以及基于色调信号对第二校正色度信号进行校正得到第三校正色度信号；以及基于所述色调信号本身进行校正得到校正色调信号。
具体地，如图1所示，本实施例的彩色图像校正模块包括图像边缘检测单元、颜色空间转换单元、基于细节对s校正单元、基于y对s校正单元、基于h对s校正单元和基于h对h校正单元。
所述图像边缘检测单元根据边缘检测计算公式和输入的亮度值y检测图像边缘得到反映图像细节边缘的边缘检测值dv。
具体地，所述边缘检测计算公式为：
dv＝max(ydf00a,ydf45a,ydf90a,ydf135a)－min(ydf00a,ydf45a,ydf90a,ydf135a)。
其中，
ydf00、ydf45、ydf90、ydf135分别为水平、45度、90度和135度四个方向的n×m窗口的二阶差分值。其中，n和m为正整数。
以下以计算水平、45度、90度和135度四个方向的5×7窗口的ydf00、ydf45、ydf90、ydf135为例进行说明。
如图6所示，图像数据划分成11×11的区块，即从y11到ybb，则，
水平方向的二阶差分：
ydf00＝(2y63-y53-y73)+(2y64-y54-y74)+(2y65-y55-y75)+(2y66-y56-y76)
+(2y67-y57-y77)+(2y68-y58-y78)+(2y69-y59-y79)+
(2y63-y43-y83)+(2y64-y44-y84)+(2y65-y45-y85)+(2y66-y46-y86)
+(2y67-y47-y87)+(2y68-y48-y88)+(2y69-y49-y89)
45度方向二阶差分：
ydf45＝(2y39-y17-y5b)+(2y48-y26-y6a)+(2y57-y35-y79)+(2y66-y44-y88)
+(2y75-y53-y97)+(2y84-y62-ya6)+(2y93-y71-yb5)+
(2y39-y28-y4a)+(2y48-y37-y59)+(2y57-y46-y68)+(2y66-y55-y77)
+(2y75-y64-y86)+(2y84-y73-y95)+(2y93-y82-ya4)
90度方向二阶差分：
ydf90＝(2y36-y35-y37)+(2y46-y45-y47)+(2y56-y55-y57)+(2y66-y65-y67)
+(2y76-y75-y77)+(2y86-y85-y87)+(2y96-y95-y97)+
(2y36-y34-y38)+(2y46-y44-y48)+(2y56-y54-y58)+(2y66-y64-y68)
+(2y76-y74-y78)+(2y86-y84-y88)+(2y96-y94-y98)
135度方向二阶差分：
ydf135＝(2y33-y15-y51)+(2y44-y26-y62)+(2y55-y37-y73)+(2y66-y48-y84)
+(2y77-y59-y95)+(2y88-y6a-ya6)+(2y98-y7b-yb7)+
(2y33-y25-y42)+(2y44-y35-y53)+(2y55-y46-y64)+(2y66-y57-y75)
+(2y77-y68-y86)+(2y88-y79-y97)+(2y98-y8a-ya8)
本领域技术人员还可根据实际情况划分其他不同数量的区块进行计算。
通过计算4个方向的二阶差分值可以较准确地检测到图像的边缘，得到充分反映图像细节的边缘检测值dv。
所述颜色空间转换单元将输入的色差分量信号cb信号和cr信号转换为色度信号s和色调信号h。为了便于运算，校正更准确，本实施例将输入的cb和cr信号转换为色调信号h和色度信号s。当然，本发明实施例不局限于仅接受色差分量信号cb信号和cr信号，若输入为rgb等颜色空间时，可在颜色空间转换单元前面串联一级色彩空间转换单元，将rgb等颜色空间转换为色差分量信号cb信号和cr信号即可。各种颜色空间转换成色差分量信号cb信号和cr信号的技术为现有技术，为本领域技术人员熟知。
所述基于细节对s校正单元根据第一校正色度信号计算公式，基于所述边缘检测值dv对色度信号s进行校正得到第一校正色度信号sd。
具体地，所述第一校正色度信号计算公式为：
其中，系数kdv根据系数配置的系数kdv与边缘检测值dv映射关系曲线求得；n1为大于1的正整数。在本实施例中，n1为7，本领域技术人员可根据实际情况设置n1的大小。
如图7所示，为本实施例的系数kdv与边缘检测值dv映射关系曲线图。x轴为边缘检测值dv，y轴为系数kdv，kf为斜率，thm1为第一阀值，thm2为第二阀值。当0<边缘检测值dv<thm1时，系数kdv为一恒定值kdv2；当thm1<边缘检测值dv<thm2时，系数kdv小于kdv2，大于kdv1，与边缘检测值dv呈反比例变化；当边缘检测值dv>thm2时，系数kdv为一恒定值kdv1。
经过以上步骤的计算，可以实现对图像中边缘细节多的地方自适应地控制色度校正的程度，例如当细节越明显，则系数kdv越小，此时不宜进行过多的s校正，反之，则可以进行更大程度的校正。这是因为人眼对亮度的细节感觉更明显，若在细节的地方过多校正反而会造成细节模糊或出现色斑等现象。
所述基于y对s校正单元根据系统配置的目标亮度值与校正系数对应关系，用所述目标亮度值yb所对应的校正系数对所述第一校正色度信号sd进行色度校正得到第二校正色度信号sy。
具体地，目标亮度值yb越小则校正系数越小，则对第一校正色度信号sd的校正越小，这样可以在暗背景下减小色彩的校正操作，以免引入杂乱的错色，这是因为暗背景下的噪声容易表现为色斑的形状。反之，目标亮度值yb越大则校正系数越大，则对第一校正色度信号sd的校正越大，因为在正常亮度下，人眼不会敏感，可以适当地放大对第一校正色度信号sd的调整以得到更鲜艳的图像。
本实施例中，目标亮度值与校正系数对应关系可由系统根据实际情况进行配置，使校正效果达到最优。
所述基于h对s校正单元根据第三校正色度信号计算公式，基于所述色调信号h对第二校正色度信号sy进行色度校正得到第三校正色度信号sh。
具体地，所述第三校正色度信号计算公式为：sh＝(khs·s)/2n2。
其中，系数khs通过对色调信号h进行32段线性插值变换得到；n2为大于1的正整数。在本实施例中，n2为7，本领域技术人员可根据实际情况设置n2的大小。
经过该步骤计算，可以实现在选定的色调下对输入的色度进行校正调整。
所述基于h对h校正单元根据校正色调信号计算公式，对所述色调信号h本身进行色调校正，得到校正色调信号hh。
具体地，基于h对h校正单元接收颜色空间转换单元输出的色调信号h，根据色调信号h对当前图像的色调进行调整校正。首先需根据图像场景划分校正区间，例如，若需要对肤色进行校正，则对肤色所在的色调区间设为校正区间，在该区间内进行色调信号h的色调校正。
本实施例采用极坐标表示校正区间，色调在极坐标中用角度表示，范围为0度到360度，实际处理中按不同位数的精度处理，范围表示为0到2n3－1。其中，n3为大于1的正整数。在本实施例中，n3为11，则色调在极坐标中数值范围为0至2047。本领域技术人员可根据实际情况设置n3的大小。
首先，系统根据图像场景，相应设置校正区间，区间起始点为hs，区间终点为he，以及两个调整中心点，第一中心点hmid1和第二中心点hmid2，以及区间最大调整幅度δhmax、左右两边的区间调整斜率k_hhd和k_hhu。
一、计算色调偏移值h_ofst,第一中心点偏移值hmid1_ofst、第二中心点偏移值hmid2-ofst，计算公式如下：
其中，thof为偏移参数，计算公式为：
具体地，若校正区间起始值hs小于或等于结束值he，则不需要作偏移处理，偏移量thof等于0。若校正区间起始值hs大于结束值he，为了实现区间中hs到he的变量由小到大的统一，需要加上一个大小为“2048－hs”的偏移thof，求得h_ofst'、hmid1_ofst'、hmid2_ofst'，同时对加上thof后的变量进行范围限制求得h_ofst、hmid1_ofst、hmid2_ofst。
二、计算色差δh，计算公式如下：
其中，最大调整幅度δhmax以及两边的调整斜率k_hhu和k_hhd为用户根据实际应用情况设定，由系统配置生成。
三、计算校正色调信号hh，计算公式如下：
由于校正后hh'的值可能为负数，也可能为大于2047的正数，为了输出统一到0至2047之间以便后续运算，需要进行色调的限幅处理，得到色调信号h的校正结果hh。
在本发明另一实施例中，如图2所示，所述基于h对h校正单元采用二级校正处理方式，包括基于h对h校正一级单元和基于h对h校正二级单元。
所述基于h对h校正一级单元根据所述校正色调信号计算公式，基于所述色调信号h计算得到校正后的一级校正色调信号hh1。
所述基于h对h校正二级单元根据所述校正色调信号计算公式，基于所述一级校正色调信号hh1计算得到校正后的二级校正色调信号hh2。
具体地，基于h对h校正一级单元和基于h对h校正二级单元计算公式相同，都是采用上述三个步骤中的计算公式，所不同的是，基于h对h校正一级单元是对色调信号h进行校正，基于h对h校正二级单元是对一级校正色调信号hh1进行校正。
基于h对h校正单元采用二级校正后，将二级校正色调信号hh2输出至选择输出模块。
所述选择输出模块判断当前摄像头为红外成像时，选择所述伪彩色的色饱和度分量校正值和色调分量校正值发送至颜色转化输出模块进行输出；以及判断当前摄像头为彩色成像时，选择所述第三校正色度信号和校正色调信号发送至颜色转化输出模块。
具体地，当前摄像头为红外成像时，则选择输出模块将灰度图像校正模块输出的伪彩色的色饱和度分量的校正值sr和色调分量的校正值hr，分别作为校正后的色度信号sc和校正后的色调信号hc输出至颜色转化输出模块。
当前摄像头为彩色成像时，则选择输出模块将彩色图像校正模块输出的第三校正色度信号sh和校正色调信号hh(若采用如图2所示的二级校正，则为二级校正色调信号hh2)，分别作为校正后的色度信号sc和校正后的色调信号hc输出至颜色转化输出模块。
所述颜色转化输出模块根据输入的色差分量信号的格式将所述选择输出模块输出的信号转化成与图像输入信号相同格式的校正色差分量信号后输出。具体实现的过程类似通用的极坐标转直角坐标的方式，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例充分考虑了现实中复杂的图像场景中的问题，例如亮暗不均、或图像过渡太大造成校正后的颜色偏差问题等等，除了基于亮度以外、还基于色调、色饱和度本身对原始图像进行校正，同时考虑了图像中的细节区域和平滑区在作颜色校正时的影响，可使图像达到最佳的校正效果，还实现了彩色图像和灰度图像的切换校正功能。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明所主张的权利范围应以发明申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。