专利名称：调整特定色彩性质的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种色彩的调整，且特别涉及一种针对色彩空间中不同的色区(color region)来调整图像中特定色彩性质(color attributes)的装置及其方法。
背景技术：
在过去，许多色彩空间(color space)已被定义来描述各种色彩。例如，RGB色彩空间为直角坐标系统，而红色(R)、绿色(G)与蓝色(B)分别为此坐标系统的三个基底。即，在RGB色彩空间中，任何一种色彩均可以用红色(R)、绿色(G)与蓝色(B)这三种色彩性质的组合来描述。虽然RGB色彩空间最常被应用在譬如扫描仪、显示器等图像的输入与输出上，但是由于RGB色彩空间的每一个色彩性质彼此之间有很高的关联性，所以不适合于譬如色彩调整的图像处理。
而HSI色彩空间就比较适合于譬如色彩调整的图像处理，这是因为HSI色彩空间较接近人类的视觉感官且它的每一个色彩性质彼此之间不相关。请参照图1，其所表示之HSI色彩空间为具有色相(hue)(H)、饱和度(saturation)(S)与亮度(intensity)(I)三个基底的坐标系统。其中，色相指的是色彩的种类，亦即不同波长的光在人眼中所感觉出来的色彩如红、橙、黄、绿、蓝等。饱和度指的是色彩的纯度，亦即色彩中渗入白色的程度，色彩的饱和度越高表示此色彩渗入的白色越少。亮度指的是色彩的明暗程度，越接近白色亮度越高，越接近黑色亮度越低。色相值为0°～360°，而饱和度值与亮度值若以8位表示时为0～255。
传统上，要调整图像的色彩是通过转换矩阵来转换色彩性质而达成。然而，利用转换矩阵的色彩调整方法会影响并调整图像的色彩空间中的每一个色区。即是说，不可能仅仅通过转换矩阵旋转色彩空间来达到以单独色区范围进行色彩调整。而且，虽然在HSI色彩空间中较适合图像的色彩调整，但是传统上并未针对在HSI色彩空间不同的色区去修正调整的方式，以避免在色相剧烈变化区域的色彩调整反而产生一些问题，譬如在HSI色彩空间中心附近做微调反而造成大的饱和度或亮度之改变。
发明内容
本发明的目的就是提供一种调整特定色彩性质的装置及方法，针对色彩空间中不同的色区去修正色彩调整的方式，因此可以正确地调整色彩。
本发明的再一目的是提供一种调整特定色彩性质的装置及方法，计算辉度(luminance)与色差(chrominance)未分离的色彩输入信号(其譬如采用RGB色彩空间)之色相，由此色相配合使用映射表产生微调信号以调整色彩，因此可以弹性且快速地调整色彩。
本发明提出一种调整特定色彩性质的装置，包括色彩空间转换单元、色彩控制单元以及色彩调整单元。其中，色彩空间转换单元用以接收辉度与色差未分离的色彩输入信号，并转换成辉度与色差分离的色彩中间信号。色彩控制单元计算色彩输入信号之色相以产生色相信号，以及计算色彩输入信号以产生调整参数，并根据色相信号产生色相微调信号、饱和度微调信号与亮度微调信号，以及根据调整参数调整饱和度微调信号与亮度微调信号以产生调整的饱和度微调信号与调整的亮度微调信号。色彩调整单元根据色相微调信号、调整的饱和度微调信号与调整的亮度微调信号，调整色彩中间信号以输出色彩输出信号。
在一实施例中，上述之色彩控制单元包括色相计算单元、微调映射表以及微调信号调整单元。其中，色相计算单元计算色彩输入信号之色相以产生色相信号，以及计算色彩输入信号以产生调整参数。微调映射表根据色相信号产生色相微调信号、饱和度微调信号与亮度微调信号。微调信号调整单元根据调整参数产生权重因子，并以权重因子调整饱和度微调信号与亮度微调信号以产生调整的饱和度微调信号与调整的亮度微调信号。
本发明提出一种调整特定色彩性质的方法，此方法首先接收辉度与色差未分离的色彩输入信号，并将其转换成辉度与色差分离的色彩中间信号。计算色彩输入信号之色相以产生色相信号，并根据色相信号产生色相微调信号、饱和度微调信号与亮度微调信号。计算色彩输入信号以产生调整参数，并根据调整参数调整饱和度微调信号与亮度微调信号以产生调整的饱和度微调信号与调整的亮度微调信号。最后，根据色相微调信号、调整的饱和度微调信号与调整的亮度微调信号，调整色彩中间信号以输出色彩输出信号。
本发明因为在色彩控制单元针对色彩空间中不同的色区去修正色彩调整的方式(即调整饱和度与亮度微调信号而产生调整的饱和度与调整的亮度微调信号)，因此可以避免在色相剧烈变化区域的色彩调整所衍生的问题。
为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1表示为HSI色彩空间。
图2与图3表示为简化的HSI色彩空间。
图4为依照本发明一实施例之调整特定色彩性质的装置的方框图。
图5为图4所示装置中色彩控制单元的方框图。
图6为图5所示装置中色相计算单元的方框图。
图7表示为图5所示装置中根据色相信号调整饱和度微调信号的一实施例。
图8A表示为图5所示装置中根据调整参数LPS调整权重因子的一实施例。
图8B表示为图5所示装置中根据调整参数LMS调整权重因子的一实施例。
图9为图4所示装置中色彩调整单元的方框图。
主要元件标记说明31～34色彩空间平面40调整特定色彩性质的装置41色彩空间转换单元42色彩控制单元43色彩调整单元51色相计算单元52微调映射表53微调信号调整单元54色相微调映射表55饱和度微调映射表56亮度微调映射表57调整参数映射表58、59乘法器61比较器62色相信号计算器63调整参数计算器91亮度调整单元92蓝色色差调整单元93红色色差调整单元
R_in、G_in、B_in色彩输入信号Y_in、Cb_in、Cr_in色彩中间信号Y_out、Cb_out、Cr_out色彩输出信号dHue色相微调信号dSat饱和度微调信号dInt亮度微调信号dSat’调整的饱和度微调信号dInt’调整的亮度微调信号Hue[L-1:K]、Hue[K-1:0]色相信号WF权重因子LPS、LMS调整参数LP最大值信号MP中间值信号SP最小值信号具体实施方式
为了方便说明，以下色彩输入信号以RGB图像信号(即采用RGB色彩空间表示的图像信号)为例，而色彩中间信号与色彩输出信号以YCbCr图像信号(即采用YCbCr色彩空间表示的图像信号)为例。其中，YCbCr色彩空间为具有辉度(luminance)(Y)、蓝色色差(Cb)与红色色差(Cr)三个基底的坐标系统，而蓝色色差(Cb)与红色色差(Cr)统称为色差(chrominance)。因此，RGB图像信号是一种辉度与色差未分离的信号，而YCbCr图像信号是一种辉度与色差分离的信号。
考虑到降低硬件实现的成本，本发明的色彩调整机制是建构在简化的HSI色彩空间上，如图2所示。而RGB到简化的HSI色彩空间的转换公式如下
LP＝max(R，G，B) (1)SP＝min(R，G，B) (2)r＝(LP-R)/(LP-SP) (3)g＝(LP-G)/(LP-SP) (4)b＝(LP-B)/(LP-SP) (5)I＝(LP+SP)/2 (6)若I≤0.5，则S＝(LP-SP)/(LP+SP)(7)若I＞0.5，则S＝(LP-SP)/(2-LP-SP) (8)若R＝LP，则H＝60×(b-g) (9)若G＝LP，则H＝60×(2+r-b) (10)若B＝LP，则H＝60×(4+g-r) (11)若H≥360，则H＝H-360 (12)若H＜0，则H＝H+360(13)其中，max(·)与min(·)分别为取最大值与最小值之函数，故LP与SP分别为最大值信号与最小值信号。另外，R、G与B分别为红色、绿色与蓝色之值，而I、S与H分别为亮度、饱和度与色相之值。对于式(7)与式(8)，若LP＝SP，则S＝0。对于式(12)，H＝H-360指的是当H≥360时将此H值减去360才是真正的H值，而对于式(13)，H＝H+360指的是当H＜0时将此H值加上360才是真正的H值。
图4为依照本发明一实施例之调整特定色彩性质的装置的方框图。请参照图4，调整特定色彩性质的装置40包括色彩空间转换单元41、色彩控制单元42以及色彩调整单元43。请参照图4，色彩空间转换单元41接收色彩输入信号(其色彩性质包括R_in G_in与B_in信号)，并将色彩输入信号转换成色彩中间信号(其色彩性质包括Y_in、Cb_in与Cr_in信号)。根据色相微调信号dHue、调整的饱和度微调信号dSat’与调整的亮度微调信号dInt’，色彩调整单元43调整色彩中间信号以输出色彩输出信号(其色彩性质包括Y_out、Cb_out与Cr_out信号)。
接着，说明色彩控制单元42如何产生色相微调信号dHue、调整的饱和度微调信号dSat’与调整的亮度微调信号dInt’。请参照图5，其为图4中色彩控制单元42的方框图。色彩控制单元42包括色相计算单元51、微调映射表52以及微调信号调整单元53，其中微调映射表52还包括色相微调映射表54、饱和度微调映射表55与亮度微调映射表56，而微调信号调整单元53还包括调整参数映射表57与乘法器58和59。
色相计算单元51的详细电路方框如图6所示。请参照图6，首先比较器61利用式(1)、式(2)与下面公式MP＝mid(R，G，B) (14)将R_in、G_in与B_in信号之值分别代入式中的R、G与B，以产生最大值信号LP、中间值信号MP与最小值信号SP，其中mid(·)为取中间值之函数。
然后，色相信号计算器62利用下面公式Hue＝(MP-SP)/(LP-SP) (15)计算得到色相信号Hue。在本实施例中，将L位的色相信号Hue分成包含L-K位的Hue[L-1:K]以及包含K位的Hue[K-1:0]。其中，色相信号Hue[L-1:K]用以记录真正色相信号之值邻近的两个关键点(譬如红色与黄色)，而色相信号Hue[K-1:0]用以记录真正色相信号之值与其邻近的两个关键点之关系(譬如距离红色与距离黄色之比为2∶1)。因此，可以用较少的位在Hue[L-1:K]与Hue[K-1:0]内记录由式(15)计算出来的色相信号Hue之近似值。再者，调整参数计算器63利用下面公式LPS＝(LP+SP)/2(16)LMS＝LP-SP(17)
计算得到第一调整参数LPS及/或第二调整参数LMS，关于这个调整参数LPS及/或LMS的作用会在后文再详细说明。
请再参照图5，微调映射表52接收记录在Hue[L-1:K]与Hue[K-1:0]的色相信号Hue，并借着色相微调映射表54、饱和度微调映射表55与亮度微调映射表56分别产生色相微调信号dHue、饱和度微调信号dSat与亮度微调信号dInt。例如，图7表示为色相信号Hue与微调信号dSat的映射关系，在此实施例中针对绿色增加其饱和度而针对蓝色减低其饱和度。当然地，根据需要可以更换微调映射表52内的资料，以调整色相信号Hue与微调信号dHue、dSat、dInt之间的映射关系，如此能够针对各国使用者对某颜色的偏好来调整。
但是，在HSI色彩空间中色相剧烈变化区域，这种调整色彩性质的方法会产生一些问题。为了说明产生那些问题的原因，请参照图3所表示的简化的HSI色彩空间，其中区域31～34均为简化的HSI色彩空间之平面。在高亮度(如区域32)、低亮度(如区域33)或低饱和度(如区域34)时，利用色相信号Hue针对某一色区微调时，虽然只稍微调整也可能会造成该像素的饱和度或亮度剧烈变化。
所以，本发明根据简化的HSI色彩空间不同的色区去修正色彩调整，以避免在色相剧烈变化区域的色彩调整所衍生的问题。请再参考图5，本发明由色相计算单元51提供调整参数LPS及/或LMS给微调信号调整单元53，再由调整参数映射表57根据调整参数LPS及/或LMS产生权重因子WF，以便针对色彩空间不同的色区再对微调信号dSat与dInt做调整。在本实施例，乘法器58将饱和度微调信号dSat与权重因子WF相乘以产生调整的饱和度微调信号dSat’，而乘法器59将亮度微调信号dInt与权重因子WF相乘以产生调整的亮度微调信号dInt’。当然地，乘法器58与59也可以利用映射表来实现乘法的功能。
请参照图8A，其表示为调整参数LPS与权重因子WF映射关系的一实施例。在图3中，可以明显看出亮度是微调时造成饱和度或亮度变化的一个重要因素。例如，亮度越高(极端的情况就是很靠近白色的平面)或亮度越低(极端的情况就是很靠近黑色的平面)时，微调所造成的饱和度或亮度变化越大。因为，亮度I＝(LP+SP)/2且调整参数LPS＝(LP+SP)/2，所以设计亮度I越低或越高(即调整参数LPS越低或越高)时权重因子WF越低，故调整参数LPS与权重因子WF的映射关系较佳地为钟形曲线。
请参照图8B，其表示为调整参数LMS与权重因子WF映射关系的一实施例。虽然亮度是微调时造成饱和度或亮度变化的一个重要因素，但是饱和度亦是一个因素。考虑亮度与饱和度二者在微调时造成的饱和度或亮度变化，利用二者乘积D＝2×I×S来评估二者的影响程度。将式(6)～(8)代入D＝2×I×S得到下面公式若I≤0.5，则D＝LP-SP (18)若I＞0.5，则D＝(LP+SP)×(LP-SP)/(2-LP-SP)(19)而且，由于在低亮度时微调不会造成饱和度或亮度剧烈变化，所以式(19)可以通过乘上(2-LP-SP)/(LP+SP)简化为D＝LP-SP，故在低亮度时式(18)与(19)可合并为D＝LP-SP。因此，调整参数LMS与权重因子WF的映射关系较佳地为递增曲线。
图9为图4中色彩调整单元43的方框图。请参照图9，在色彩调整单元43中，Y_out信号由亮度调整单元91根据微调信号dInt’调整Y_in信号而产生。另外，Cb_out与Cr_out信号先由色相调整单元92根据微调信号dHue分别调整Cb_in与Cr_in信号再由饱和度调整单元93根据微调信号dSat’分别调整而产生。所以，色彩输出信号与色彩中间信号关系式如下Y_out＝Y_in+dInt′ (20)Cb_out＝[Cb_in×cos(dHue)+Cr_in×sin(dHue)]×dSat′ (21)Cr_out＝[Cr_in×cos(dHue)-Cb_in×sin(dHue)]××dSat′(22)其中，第一因子cos(dHue)为色相微调信号dHue的余弦值，而第二因子sin(dHue)为色相微调信号dHue的正弦值。
综上所述，本发明因为在色彩控制单元针对色彩空间中不同的色区去修正色彩调整的方式(即调整饱和度与亮度微调信号而产生调整的饱和度与调整的亮度微调信号)，因此可以避免在色相剧烈变化区域的色彩调整所衍生的问题。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种调整特定色彩性质的装置，其特征是包括色彩空间转换单元，用以接收辉度与色差未分离的色彩输入信号，并转换成辉度与色差分离的色彩中间信号；色彩控制单元，用以计算该色彩输入信号之色相以产生色相信号，以及计算该色彩输入信号以产生调整参数，并根据该色相信号产生色相微调信号、饱和度微调信号与亮度微调信号，以及根据该调整参数调整该饱和度微调信号以产生调整的饱和度微调信号或根据该调整参数调整该亮度微调信号以产生调整的亮度微调信号；以及色彩调整单元，用以根据该色相微调信号、该调整的饱和度微调信号或该调整的亮度微调信号，调整该色彩中间信号以输出色彩输出信号。
2.根据权利要求1所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该色彩输入信号之色彩性质包括红色、绿色与蓝色。
3.根据权利要求1所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该色彩中间信号与该色彩输出信号之色彩性质均包括辉度、蓝色色差与红色色差。
4.根据权利要求1所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该色彩控制单元信号之色彩性质包括色相信号、饱和度信号与亮度信号。
5.根据权利要求1所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该色彩控制单元包括色相计算单元，用以计算该色彩输入信号之色相以产生该色相信号，以及计算该色彩输入信号以产生该调整参数；微调映射表，用以根据该色相信号产生该色相微调信号、该饱和度微调信号与该亮度微调信号；以及微调信号调整单元，用以根据该调整参数产生权重因子，并以该权重因子调整该饱和度微调信号与该亮度微调信号以产生该调整的饱和度微调信号与该调整的亮度微调信号。
6.根据权利要求5所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该色相计算单元包括比较器，用以从该色彩输入信号之各色彩性质中选择其值为最大、中间与最小者，以分别做为最大值信号、中间值信号与最小值信号输出；色相信号计算器，根据该最大值信号、该中间值信号与该最小值信号计算该色相信号；以及调整参数计算器，根据该最大值信号与该最小值信号计算该调整参数。
7.根据权利要求6所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该色相信号为该中间值信号减该最小值信号之值除以该最大值信号减该最小值信号之值。
8.根据权利要求6所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该调整参数包括第一调整参数，其值为该最大值信号加该最小值信号之值除以2。
9.根据权利要求6所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该调整参数包括第二调整参数，其值为该最大值信号减该最小值信号之值。
10.根据权利要求5所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该微调映射表包括色相微调映射表，用以根据该色相信号产生该色相微调信号；饱和度微调映射表，用以根据该色相信号产生该饱和度微调信号；以及亮度微调映射表，用以根据该色相信号产生该亮度微调信号。
11.根据权利要求5所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该微调信号调整单元包括调整参数映射表，用以根据该调整参数产生该权重因子；第一乘法器，用以接收该饱和度微调信号与该权重因子，并相乘以输出该调整的饱和度微调信号；以及第二乘法器，用以接收该亮度微调信号与该权重因子，并相乘以输出该调整的亮度微调信号。
12.根据权利要求3所述之调整特定色彩性质的装置，其特征是该色彩输出信号之辉度为该色彩中间信号之辉度加该调整的亮度微调信号；该色彩输出信号之蓝色色差为乘上第一因子的该色彩中间信号之蓝色色差加乘上第二因子的该色彩中间信号之红色色差，二者和再乘上该调整的饱和度微调信号；以及该色彩输出信号之红色色差为乘上该第一因子的该色彩中间信号之红色色差减乘上该第二因子的该色彩中间信号之蓝色色差，二者差再乘上该调整的饱和度微调信号，其中，该第一因子为该色相微调信号的余弦值，而该第二因子为该色相微调信号的正弦值。
13.一种调整特定色彩性质的方法，其特征是包括接收辉度与色差未分离的色彩输入信号，并转换成辉度与色差分离的色彩中间信号；计算该色彩输入信号之色相以产生色相信号，并根据该色相信号产生色相微调信号、饱和度微调信号与亮度微调信号；计算该色彩输入信号以产生调整参数，并根据该调整参数调整该饱和度微调信号以产生调整的饱和度微调信号或根据该调整参数调整该亮度微调信号以产生调整的亮度微调信号；以及根据该色相微调信号、该调整的饱和度微调信号或该调整的亮度微调信号，调整该色彩中间信号以输出色彩输出信号。
14.根据权利要求13所述之色彩性质调整方法，其特征是该色彩输入信号之色彩性质包括红色、绿色与蓝色。
15.根据权利要求13所述之色彩性质调整方法，其特征是该色彩中间信号与该色彩输出信号之色彩性质均包括辉度、蓝色色差与红色色差。
16.根据权利要求13所述之色彩性质调整方法，其特征是还包括从该色彩输入信号之各色彩性质中选择其值为最大、中间与最小者分别做为最大值信号、中间值信号与最小值信号。
17.根据权利要求16所述之色彩性质调整方法，其特征是该色相信号为该中间值信号减该最小值信号之值除以该最大值信号减该最小值信号之值。
18.根据权利要求16所述之色彩性质调整方法，其特征是该调整参数包括第一调整参数，其值为该最大值信号加该最小值信号之值除以2。
19.根据权利要求16所述之色彩性质调整方法，其特征是该调整参数包括第二调整参数，其值为该最大值信号减该最小值信号之值。
20.根据权利要求16所述之色彩性质调整方法，其特征是产生该调整的饱和度微调信号与该调整的亮度微调信号包括根据该调整参数产生权重因子；将该饱和度微调信号与该权重因子相乘，以输出该调整的饱和度微调信号；以及将该亮度微调信号与该权重因子相乘，以输出该调整的亮度微调信号。
21.根据权利要求15所述之调整特定色彩性质的方法，其特征是调整该色彩中间信号以输出该色彩输出信号包括该色彩中间信号之辉度加该调整的亮度微调信号，以输出该色彩输出信号之辉度；乘上第一因子的该色彩中间信号之蓝色色差加乘上第二因子的该色彩中间信号之红色色差，二者和再乘上该调整的饱和度微调信号，以输出该色彩输出信号之蓝色色差；以及乘上该第一因子的该色彩中间信号之红色色差减乘上该第二因子的该色彩中间信号之蓝色色差，二者差再乘上该调整的饱和度微调信号，以输出该色彩输出信号之红色色差，其中，该第一因子为该色相微调信号的余弦值，而该第二因子为该色相微调信号的正弦值。
全文摘要
一种调整特定色彩性质的装置，包括色彩空间转换单元、色彩控制单元以及色彩调整单元。其中，色彩空间转换单元接收RGB色彩输入信号，并转换成辉度(Y)与色差(Cb及Cr)分离的色彩中间信号。色彩控制单元计算色彩输入信号之色相以产生色相信号，并据以产生色相、饱和度与亮度微调信号，以及计算色彩输入信号以产生调整参数，并据以调整饱和度与亮度微调信号以产生调整的饱和度与调整的亮度微调信号。色彩调整单元根据色相、调整的饱和度与调整的亮度微调信号，调整色彩中间信号以输出色彩输出信号。
文档编号H04N9/77GK1976480SQ20061007857
公开日2007年6月6日 申请日期2006年5月12日 优先权日2005年12月1日
发明者丁后君 申请人:联咏科技股份有限公司