專利名稱：增強(qiáng)色彩影像處理的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及色彩影像處理技術(shù)，特別涉及增強(qiáng)色彩的色彩影像處理裝置及方法。
背景技術(shù)：
HSV(hue，saturation，value)或HSB(hue，saturation，brightness)模型是由A.R.Smith(1978)提出的一種更直覺方式選擇紅綠藍(lán)三原色模型的介面。該色彩空間為六角錐形體。HSV錐體是一RGB立方體的非線性轉(zhuǎn)換，且被認(rèn)為是一個感覺性的(perceptual)模型?！杏X性’的意思是指擁有更類似于人類所認(rèn)知的色彩的特性，而并非指色彩空間是感覺上線性的(linear)。該RGB空間的非線性感覺(non-linear)仍繼續(xù)存在于HSV空間中。具體而言，相對于角度的改變，色調(diào)(hue)感覺的改變?yōu)榉蔷€性的。
當(dāng)使用者需要以美學(xué)或類似的基礎(chǔ)對一色彩做控制或選擇時，HSV模型可被用于任何相關(guān)的場合。使用以感覺性為基礎(chǔ)的變數(shù)，如色調(diào)、飽和度(saturation)及明亮度(value/brightness)的RGB顯示器，HSV模型使得控制一RGB屏幕的部分或全部范圍變成可能。這表示可輕易地且可預(yù)期地藉由改變?nèi)齾?shù)中之一的方式建立一使用者介面。當(dāng)這些感覺性的變數(shù)被使用時，如使色彩X更明亮、更暗淡或更泛黃的操作，會比決定如何改變RGB的組合容易的多。
該HSV模型是建構(gòu)在極坐標(biāo)(r，θ，z)上，而非笛卡兒(Cartesians)坐標(biāo)。色調(diào)(H)，或稱濃淡，是以θ角度表示，范圍為0°至360°。該六角形的頂點(diǎn)以60°分隔，紅色在θ為60°的地方、黃色在θ為60°的地方、綠色在θ為120°的地方，且青綠色在θ為180°的地方，而互補(bǔ)色各以180°分開。
至z軸的距離代表飽和度(S)存在的色彩量。S由0至1。在HSV模型中飽和度代表一色調(diào)的純度(purity)的比例。S＝1表示該色調(diào)為最大純度，在S＝0.25時，色調(diào)為四分之一純度，而在S＝0時，即為灰階。
V，是HSV的明亮度，由六角錐體的頂端的0值至六角錐體底部的1值。V＝0代表黑(blackness)，而V＝1時，色彩則有最大強(qiáng)度(intensity)，當(dāng)V＝1且S＝1時，為純色調(diào)(purehue)，純白(whiteness)則可在V＝1且S＝0的位置獲得。
若使用者可藉由繪圖軟件調(diào)整HSV色彩參數(shù)H、S、V，則這些參數(shù)會被轉(zhuǎn)換成RGB設(shè)定值，供控制RGB彩色屏幕。為決定此轉(zhuǎn)換中所需的操作，我們將以下述眾所皆知的算法說明如何由RGB立方體(cube)得到HSV六角錐體。
RGB立方體中黑(原點(diǎn))至白的對角線對應(yīng)于HSV六角錐體的z軸。每一個RGB立方體的子立方體對應(yīng)于HSV六角錐體的一六角形剖面區(qū)域。在任何剖面上，該HSV六邊形上及由z軸至任一頂點(diǎn)的所有徑向線上皆有相同的V(明亮度)。對任一組RGB值而言，V等于該組值中的最大值。對應(yīng)于該RGB組值的HSV點(diǎn)是位于具有V值的六角形剖面上。S，是HSV的飽和度，是該點(diǎn)位置距離z軸的相對距離。H，是HSV的色調(diào)，藉計算該點(diǎn)位于HSV六邊形的對一六分儀(Sextant)的相關(guān)位置求得其值。以下的程序(以C語言撰寫)提供一眾所皆知的將RGB組值映射至該相對應(yīng)的HSV值的算法。
<pre listing-type="program-listing"> #include＜math.h＞ #define MIN(a，b)(a＜b？ab) #define MAX(a，b)(a＞b？ab) #define NO_HUE-1void rgbToHsv(floatr，floatg，floatb，float*h，float*s，float*v){ float max＝MAX(r，MAX(g，b))； float min＝MIN(r，MIN(g，b))； float delta＝max-min；<!-- SIPO <DP n="2"> --><dp n="d2"/> *v＝max； if(max?。?.0)*s＝delta/max； else*s＝0.0； if(*s＝＝0.0)*h＝NO_HUE； else{ if(r＝＝max) *h＝(g-b)/delta； else if(g＝＝max) *h＝2+(b-r)/delta； else if(b＝＝max) *h＝4+(r-g)/delta； *h*＝60.0； if(*h＜0)*h+＝360.0； *h/＝360.0； }}</pre>令max為紅、綠及藍(lán)色彩分量中的最大值，令min為紅、綠及藍(lán)色彩分量中的最小值，令delta等于max減去min，且根據(jù)HSV模型，飽和度被定義為delta/max。
對一特定像素，假設(shè)該對應(yīng)色彩分量有一R＞G＞B的關(guān)系。于是該色彩色調(diào)角度被表示為θ，其中， 且該色彩飽和度被表示為Ω，其中，Ω=(R-B)R]]>發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供電腦繪圖與視訊應(yīng)用的一種增強(qiáng)色彩影像的方法及裝置。
本發(fā)明的另一目的是在不改變色彩色調(diào)的情況下，調(diào)整電腦繪圖中一像素的飽和度。
在此提供一種增強(qiáng)像素色彩的裝置及方法，其具體實施例包含一第一電路、一第二電路、一第三電路及一第四電路。在一較佳具體實施例中，該裝置還包含一第五電路。該第一電路決定并輸出一參考值X。該第二電路輸入該參考值X及三分量(R，G，B)，并將該三分量(R，G，B)分別減去該參考值X，以得到(R-X)、(G-X)及(B-X)的值。該第三電路輸入(R-X)、(G-X)及(B-X)的值，且利用一縮放因子S依比例對(R-X)、(G-X)及(B-X)的值作放大或縮小，以產(chǎn)生S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值。該第四電路分別將該S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值加到該三分量(R，G，B)，以產(chǎn)生三增強(qiáng)分量(R′，G′，B′)。
通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細(xì)說明可更進(jìn)一步地了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神。
圖1示出了一較佳具體實施例；圖2示出了另一較佳具體實施例。
具體實施例方式
為達(dá)到增強(qiáng)色彩的目的，我們希望能在保持色彩色調(diào)不變情況下，增加飽合度。本發(fā)明提供了一種方法以增強(qiáng)飽合度，如以下方程式(1)。 方程式(1)中，X可為R、G及B值范圍中的任意值，且Scale為所選擇的一縮放因子，該增強(qiáng)的色彩包含一紅分量RNEW、一綠分量GNEW以及一藍(lán)分量BNEW。當(dāng)該縮放因子為正時，飽和度會增強(qiáng)，而當(dāng)該縮放因子為負(fù)時，飽和度會降低，且若該縮放因子為零時，則飽和度不會改變。
假設(shè)該縮放因子為正，對一特別的像素，若R＞G＞B，由于線性縮放的特性，則RNEW＞GNEW＞BNEW。該紅分量仍為三分量中的最大值。該增強(qiáng)的色彩的新色彩色調(diào)角度以θNEW表示，由以下的演算可證明θNEW和θ相同，即以方程式(1)作增強(qiáng)時，色彩色調(diào)并不會改變。 根據(jù)以上的敘述，新飽和度ΩNEW以下方程式表示。ΩNEW=(RNEW-BNEW)RNEW]]>以下演算可證明，當(dāng)(R-B≥0)時，色彩的飽和度會增強(qiáng)。即本發(fā)明所提出的方程式(1)可實現(xiàn)本發(fā)明的目的。ΩNEW-Ω=(RNEW-BNEW)RNEW-(R-B)R=RNEW*B-R*BNEWRNEW*R]]>=[R+(R-X)*Scale]*B-R*[B+(B-X)*Scale]RNEW*R]]>=-B*X*Scale+R*X*ScaleRNEW*R]]>=X*Scale*(R-B)RNEW*R≥0]]>根據(jù)以上的敘述，藉由本發(fā)明提供的方程式(1)，當(dāng)色彩飽和度增強(qiáng)時，該色彩色調(diào)將保持不變。
代替在方程式(1)中使用的一預(yù)設(shè)常數(shù)X，本發(fā)明的第二具體實施例用以下方程式提供在RGB色彩空間中的色彩增強(qiáng)處理 其中R、G及B為原色彩分量，RNEW、GNEW及BNEW為增強(qiáng)的色彩分量，Scale為增強(qiáng)程度，且f(R，G，B)為具有R、G及B變數(shù)之一函數(shù)。
在一較佳具體實施例中，f(R，G，B)為min(R，G，B)，其中該min(R，G，B)為R、G及B中的最小值。當(dāng)實施此一實施例時，色彩增強(qiáng)方程式為 另一替代方案為，將f(R，G，B)替代為max(R，G，B)，其中該max(R，G，B)為R、G及B中的最大值?；?qū)(R，G，B)替代為R、G及B中的中間值(middle)，或?qū)(R，G，B)替代為R、G及B中的平均值(mean/average)。我們不難證明，當(dāng)色彩飽和度以近似本發(fā)明的方程式(2)或方程式(3)的方式增強(qiáng)時，色彩色調(diào)將保持不變。
由于以上所述的增強(qiáng)過程可能造成該增強(qiáng)分量超過每一分量的對應(yīng)上限，利用嵌位運(yùn)算(clamp operation)以防止外溢(overflow)。當(dāng)超過該增強(qiáng)分量值時，嵌位運(yùn)算會限制該分量值于該對應(yīng)上限。
如圖1所示，本發(fā)明的裝置包含一第一電路10、一第二電路12、一第三電路14及一第四電路16。在一較佳具體實施例中，該裝置還包含一第五電路18，該色彩增強(qiáng)處理是以一縮放因子調(diào)整在RGB色彩空間中的原影像，以形成一增強(qiáng)影像。該程序可處理RGB色彩空間中的每一像素且不需要色彩模型的轉(zhuǎn)換。
該第一電路10決定并輸出一參考值X。該第二電路12輸入該參考值X與(R，G，B)，并將該三分量(R，G，B)分別減去該參考值X，使在輸出中得到(R-X)、(G-X)及(B-X)的值。
該第三電路14輸入(R-X)、(G-X)及(B-X)的值，并供利用一縮放因子S，依比例對該(R-X)、(G-X)及(B-X)的值進(jìn)行縮放，以產(chǎn)生S-(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值。該第四電路16，供分別將該S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值加到該三分量(R，G，B)，以產(chǎn)生三增強(qiáng)分量(R′，G′，B′)。
由于以上所述的該增強(qiáng)處理可能造成該增強(qiáng)分量(R′，G′，B′)超過每一分量的一對應(yīng)上限，該第五電路18是用以執(zhí)行該嵌位運(yùn)算以防止該分量值外溢。當(dāng)超過該增強(qiáng)分量值時，該第五電路18所提供的該嵌位運(yùn)算會限制該色彩分量值以輸出該上限。該第五電路18的輸出為(R″，G″，B″)。
當(dāng)方程式(3)中的最小近似方法被采用，且在R＞G＞B的假設(shè)下，該方程式(3)可簡化為 供執(zhí)行方程式(4)功能的一較佳具體實施例揭示于圖2中。
圖2中的該裝置包含一第一電路21、一第一多工單元23、一乘法單元25、一第二多工單元27、一AND邏輯單元29、一運(yùn)算單元22及一控制器24。
該第一電路21輸入該R、G及B的值且分別計算并輸出(R-G)、(G-B)及(B-R)的值。在一較佳具體實施例中，該第一電路21包含三個減法單元210、212及214。該(R-G)、(G-B)及(B-R)的正負(fù)值(sign)位被輸入至該控制器24。
該第一多工單元23，連接于該第一電路21，且對應(yīng)一第一選擇信號241，根據(jù)一第一預(yù)定方式，選擇性地輸出(R-G)、(G-B)及(B-R)的其中兩個值。在一較佳具體實施例中，該第一多工單元23包含一第一多工器231及一第二多工器233。因此，該第一多工器231輸出(R-G)或(G-B)，且該第二多工器233輸出或輸出(B-R)或(G-B)。為了說明的目的，現(xiàn)在我們假設(shè)一像素其R＞G＞B，且f(R，G，B)為min(R，G，B)。
根據(jù)該說明例的假設(shè)，該控制器2 4所接收的該正負(fù)值位為(0，0，1)。利用這些正負(fù)值位，該控制器24藉由一檢查表或其邏輯電路，輸出一(1，1)的值至該第一選擇信號241上。在此假設(shè)下，該第一多工器231輸出(G-B)值，且該第二多工器233輸出(B-R)值。
該乘法單位25，連接至該第一多工單元23，供選擇性地產(chǎn)生S*(R-G)、S*(G-B)及S*(B-R)的其中兩個縮放值，其中S為一預(yù)設(shè)縮放因子。在一較佳具體實施例中，該乘法單位25包含一第一乘法器251及一第二乘法器253。在以上的假設(shè)下，該第一乘法器251輸出S*(G-B)值，且該第二乘法器253輸出S*(B-R)值。
該第二多工單元27，連接至該乘法單元25，且對應(yīng)一第二選擇信號243，選擇性地輸出S*(R-G)、S*(G-B)及S*(B-R)的值。在一較佳具體實施例中，該第二多工單元27包含一第一多工器271、一第二多工器273及一第三多工器275。利用這些正負(fù)值位，該控制器24藉由一檢查表或其邏輯電路，輸出一(1，0，1)的值至該第二選擇信號243上。在該說明例的假設(shè)下，該第一多工器271輸出S*(B-R)的值、該第二多工器273輸出S*(G-B)的值及該第三多工器273輸出S*(B-R)的值。
該AND邏輯單元29，連接至該第二多工單元27，且對應(yīng)一第一控制信號245，選擇性地輸出(S*(B-R)，S*(G-B)，0)、(S*(R-G)，0，S*(G-B))及(0，S*(R-G)，S*(B-R))其中的一組信號。在一較佳具體實施例中，該AND邏輯單元29包含一第一AND單元291、一第二AND單元293及一第三AND單元295。在該說明例的假設(shè)下，該控制器24對應(yīng)該正負(fù)值位的信息，產(chǎn)生(1，1，0)的值至該第一控制信號245上。對應(yīng)這些值，該第一AND單元291輸出S*(B-R)的值、該第二AND單元291輸出S*(G-B)的值，且該第三AND單元295輸出0。
該運(yùn)算單元22，連接至該AND邏輯單元29并輸入該三分量(R，G，B)，而對應(yīng)一第二控制信號247，選擇性地輸出(R+S*(R-B)，G+S*(G-B)，B)、(R+S*(R-G)，G，B+S*(B-G))及(R，G+S*(G-R)，B+S*(B-R))其中之一增強(qiáng)色彩分量。在一較佳具體實施例中，該運(yùn)算單元22包含一第一加減單元221、一第二加減單元223及一第三加減單元225。在該說明例的假設(shè)下，該控制器24對應(yīng)該正負(fù)值位的信息，產(chǎn)生(1，0，0)的值至該第二控制信號247上。對應(yīng)這些值，該第一加減單元221輸出R+S*(R-B)的值、該第二加減單元223輸出G+S*(G-B)的值，且第三加減單元225輸出B。
以上的詳細(xì)敘述欲清楚地敘述本發(fā)明的特征與精神，并且非用以限制本發(fā)明的范疇。各種的改變及相等項的修正皆應(yīng)被本發(fā)明所涵蓋。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)根據(jù)以下的權(quán)利要求以及以上的敘述為廣泛解釋。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)像素色彩的方法，其中該像素色彩包含三分量(R，G，B)分別對應(yīng)紅、綠及藍(lán)三原色，該方法包含以下步驟(a)決定一參考值X；(b)將該三分量(R，G，B)減去該參考值X以得到(R-X)、(G-X)及(B-X)的值；(c)利用一縮放因子S，分別對(R-X)、(G-X)及(B-X)進(jìn)行縮放，以得到三縮放后分量(Rs，Gs，Bs)；以及(d)分別將該縮放后分量(Rs，Gs，Bs)加到該三分量(R，G，B)，以產(chǎn)生三增強(qiáng)分量。
2.如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)像素色彩的方法，其中該參考值X為該R、G及B像素中的最小值。
3.如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)像素色彩的方法，其中該參考值X為該R、G及B像素中的中間值。
4.如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)像素色彩的方法，其中該參考值X為該R、G及B像素中的最大值。
5.如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)像素色彩的方法，其中該參考值X為該R、G及B像素中的平均值。
6.如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)像素色彩的方法，其中該縮放步驟是由S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的運(yùn)算所執(zhí)行。
7.如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)像素色彩的方法，在步驟(d)之后，更進(jìn)一步包含對該三增強(qiáng)分量進(jìn)行一嵌位運(yùn)算。
8.一種增強(qiáng)像素色彩的裝置，其中該像素色彩包含三分量(R，G，B)分別對應(yīng)紅、綠及藍(lán)三原色，該裝置包含一第一電路，供決定并輸出一參考值X；一第二電路，供將該三分量(R，G，B)分別減去該參考值X，以得到(R-X)、(G-X)及(B-X)值；一第三電路，供利用一縮放因子S，依比例對該(R-X)、(G-X)及(B-X)的值進(jìn)行縮放，以產(chǎn)生S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)值；以及一第四電路，供分別將該S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)值加到該三分量(R，G，B)，以產(chǎn)生三增強(qiáng)分量。
9.如權(quán)利要求8所述的增強(qiáng)像素色彩的裝置，其中該參考值X為該R、G及B像素中的最小值。
10.如權(quán)利要求8所述的增強(qiáng)像素色彩的裝置，其中該參考值X為該R、G及B像素中的中間值。
11.如權(quán)利要求8所述的增強(qiáng)像素色彩的裝置，其中該參考值X為該R、G及B像素中的最大值。
12.如權(quán)利要求8所述的增強(qiáng)像素色彩的裝置，其中該參考值X為該R、G及B像素中的平均值。
13.如權(quán)利要求8所述的增強(qiáng)像素色彩的裝置，更進(jìn)一步包含一第五電路，供分別將該三增強(qiáng)分量嵌位(clamping)于三個上限值。
14.一種增強(qiáng)像素色彩的裝置，其中該像素色彩包含三分量(R，G，B)分別對應(yīng)紅、綠及藍(lán)三原色，該裝置包含一第一電路，供分別計算并輸出(R-G)、(G-B)及(B-R)的值；一第一多工電路，該第一多工電路連接于該第一電路，且對應(yīng)一第一選擇信號，該第一多工電路根據(jù)一第一預(yù)定方式，選擇性地輸出(R-G)、(G-B)及(B-R)的其中兩個值；一乘法電路，該乘法電路連接于該第一多工電路，供選擇性地產(chǎn)生S*(R-G)、S*(G-B)及S*(B-R)其中的兩個縮放值，其中S為一預(yù)設(shè)縮放因子；一第二多工電路，該第二多工電路連接于該乘法電路，且對應(yīng)一第二選擇信號，選擇性地輸出S*(R-G)、S*(G-B)及S*(B-R)的值；一AND邏輯電路，該AND邏輯電路連接于該第二多工電路，且對應(yīng)一第一控制信號，選擇性地輸出(S*(B-R)，S*(G-B)，0)、(S*(R-G)，0，S*(G-B))及(0，S*(R-G)，S*(B-R))其中的一組信號；以及一運(yùn)算電路，該運(yùn)算電路連接于該AND邏輯電路并輸入該三分量(R，G，B)，而對應(yīng)一第二控制信號，選擇性地輸出(R+S*(R-B)，G+S*(G-B)，B)、(R+S*(R-G)，G，B+S*(B-G))及(R，G+S*(G-R)，B+S*(B-R))中的一增強(qiáng)分量。
全文摘要
一種增強(qiáng)像素色彩的裝置及方法，該裝置包含一第一電路、一第二電路、一第三電路及一第四電路。在一較佳具體實施例中，該裝置還包含一第五電路。該第一電路提供決定并輸出一參考值X。該第二電路輸入該參考值X及三分量(R，G，B)，并將該三分量(R，G，B)分別減去該參考值X，以得到(R－X)、(G－X)及(B－X)的值。該第三電路輸入(R－X)、(G－X)及(B－X)的值，且利用一縮放因子S依比例對(R－X)、(G－X)及(B－X)的值作放大或縮小，以產(chǎn)生S*(R－X)、S*(G－X)及S*(B－X)的值。該第四電路分別將該S*(R－X)、S*(G－X)及S*(B－X)的值加到該三分量(R，G，B)，以產(chǎn)生三增強(qiáng)分量(R′，G′，B′)。
文檔編號H04N1/60GK1418003SQ0113793
公開日2003年5月14日 申請日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者呂忠晏 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司