專利名稱：顏色校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顏色校正。
背景技術(shù)：
顏色校正是用于產(chǎn)生圖像或視頻資料，以便利用對應(yīng)的替代顏色替代原資料中出現(xiàn)的某些顏色的技術(shù)?？赡苄枰@種處理的兩個實例為，在不同照明條件下使所拍攝的場景外觀匹配，或僅僅出于藝術(shù)原因而改變圖像的外觀。具體就第二個實例而言，應(yīng)理解術(shù)語“校正”并不意味著原來的顏色本身一定存在任何不妥之處；本領(lǐng)域中使用“顏色校正”實際上具有更一般的“顏色改變”的含意。
圖像的顏色屬性通常在如下表示法(常稱為“彩色空間”)之一中視為一組原色(例如RGB-紅、綠和籃)的混合色，一個亮度值(L)加兩個色差值(例如Cb、Cr)，或者亮度值(L)、色調(diào)值(H)以及飽和度值(S)。在真實的圖像中(非測試圖案)，所感受到的“顏色”并不單單涉及彩色空間中的一個點，所以通常無法定義為一個精確的值或一組這樣的值。相反，觀看者可以感受到的單“色”通常占據(jù)彩色空間中一定范圍的值。例如，紅色轎車的圖像會具有一定范圍的“紅色”值，具體取決于局部照明、角度甚至轎車每個區(qū)域的清潔度。所以，為了對轎車的“紅”色應(yīng)用顏色校正，實際上要在彩色空間中定義一個區(qū)域，以便包含轎車所展示的所有“紅”色。然后應(yīng)用處理操作，將源區(qū)域映射到彩色空間中某處的另一相似(目標(biāo))區(qū)域。以此方式對整個區(qū)域進行映射，就將彩色變化映射到目標(biāo)區(qū)域中對應(yīng)的彩色變化。
因此，顏色校正可以改變圖像的一個或多個顏色屬性。例如，可以改變色調(diào)，而不改變飽和度和亮度值。
通常在數(shù)字領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顏色校正。美國專利US-A-6434266公開了一種數(shù)字顏色校正系統(tǒng)，其中將源圖像的每個像素值從RGB表示模式轉(zhuǎn)換成L，S，H表示現(xiàn)模式。按像素將L，S，H值與定義為“待校正顏色”的源范圍的L，S，H值范圍比較。如果發(fā)現(xiàn)像素位于源范圍，則該像素被“目標(biāo)”彩色范圍中的像素值所替代。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出用于將基于像素的顏色校正應(yīng)用于輸入圖像，以生成輸出圖像的數(shù)字圖像處理裝置，該裝置包括顏色校正邏輯，用于執(zhí)行兩個或多個顏色校正過程，這些顏色校正過程分別具有彩色空間中各自的相關(guān)區(qū)域(locus)和各自的相關(guān)顏色映射操作；所述顏色校正過程設(shè)置為一系列連續(xù)的過程，以便一個顏色校正過程的結(jié)果輸入序列中的下一個這種過程；每個顏色校正過程可用于檢測每個像素是否落在彩色空間中所述各自的區(qū)域內(nèi)，倘若如此，則對該像素應(yīng)用顏色映射操作；以及序列中第一個過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進行與序列中在先過程的所述相關(guān)區(qū)域有關(guān)的顏色映射。
本發(fā)明認(rèn)識到，在具有一序列連續(xù)的顏色校正過程的顏色校正系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的情況，可能對彩色空間區(qū)域應(yīng)用不一致的校正，導(dǎo)致主觀上不理想的結(jié)果。本發(fā)明提出了一種方便、優(yōu)雅而簡潔的技術(shù)來緩解這一問題，即將序列中第一個過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進行與序列中在先過程的相關(guān)區(qū)域有關(guān)的顏色映射。
本發(fā)明的其他各方面和特征由所附權(quán)利要求書限定。


通過結(jié)合附圖閱讀如下對說明性實施例的詳細(xì)說明，可明白本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的顏色校正系統(tǒng)的示意圖；圖2是說明彩色空間中軟區(qū)域用法的示意圖；圖3是說明混色裝置的示意圖；圖4是說明鍵生成裝置的示意圖；圖5是顯示鍵優(yōu)先級過程的示意性流程圖；圖6是說明鍵修改器的第一實施例的示意圖；圖7是說明鍵修改器的第二實施例的示意圖；圖8是說明旁路控制器的示意圖；圖9是混色裝置的示意圖；圖10a和10b是說明直角域中色調(diào)旋轉(zhuǎn)問題的示意圖；圖11a和11b是說明極坐標(biāo)域中色調(diào)旋轉(zhuǎn)的示意圖；圖12是說明軟區(qū)域中色調(diào)旋轉(zhuǎn)的示意圖；圖13是說明直角域中色調(diào)旋轉(zhuǎn)的可能的實施方案的示意圖；圖14是說明極坐標(biāo)域中色調(diào)旋轉(zhuǎn)的示意圖；圖15是說明查找表值推導(dǎo)的示意圖；圖16是說明利用查找表值進行亮度修改的示意圖。
具體實施例方式
下文將要描述的實施例可以用硬件、部分可編程硬件(例如專用集成電路或現(xiàn)場可編程門陣列)、運行于通用數(shù)據(jù)處理裝置上的軟件或者上述方式的任意組合方式來實現(xiàn)。就用軟件實現(xiàn)功能而言，軟件可以存儲在存儲媒體中(未顯示)，如磁盤存儲媒體、只讀存儲器等，和/或通過傳輸媒體如因特網(wǎng)連接(未顯示)來存儲。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的顏色校正系統(tǒng)的示意圖。
顏色校正系統(tǒng)包括送入處理器10、預(yù)處理器20、混色裝置30、后處理器40、輸出處理器50、旁路緩沖器60、混色控制器70和旁路控制器80。
輸入視頻數(shù)據(jù)由輸入處理器按4∶2∶2Y，C(亮度，色度)格式接收。輸入處理器將視頻數(shù)據(jù)同時路由到預(yù)處理器20和旁路緩沖器60。輸入處理器還包括將輸入視顏信號的色度分量上抽樣(up sampling)到4∶4∶4Y，C格式的處理級。
預(yù)處理器20執(zhí)行色度分量由直角坐標(biāo)向極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，以得到視頻的(亮度、飽和度、色調(diào))(LSH)表示。(當(dāng)然，直角坐標(biāo)向極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換不改變亮度，而僅改變彩色信息的表示)。得到的視頻表示傳送到混色裝置30以及混色控制器70。
混色控制器70響應(yīng)用于定義彩色空間中顏色校正系統(tǒng)要改變的區(qū)域的鍵參數(shù)?；焐刂破?0檢測當(dāng)前像素的L，S，H值是否落在定義為要改變的彩色空間區(qū)域內(nèi)?；焐刂破鬏敵鲦I值k，它用于定義是否要改變當(dāng)前像素，以及在至少一些實施例中用于定義將要進行的變化程度。鍵值k被傳送到混色裝置30。
混色控制器70還將信息傳送到旁路控制器80，旁路控制器80實際確定尚未被顏色校正系統(tǒng)改變的任何像素。旁路控制器80輸出旁路控制信號，由輸出處理器50用于將旁路緩沖器60中緩存的輸入(未改變的)數(shù)據(jù)作為未經(jīng)任何改變的那些像素的輸出數(shù)據(jù)傳送。這意味著，在輸入處理器10、預(yù)處理器20、混色器30和后處理器40上進行的過濾和其他處理的效果不會施加到任何實際不需要作改變的像素上。
回到混色裝置30，混色裝置接收當(dāng)前像素的L，S，H值和該像素的鍵值k。鍵值控制應(yīng)用于該像素的變化程度或顏色校正處理程度。變化程度與該鍵值成比例。如果k＝0，則不對該像素作任何改變。如果k＝1，則完全執(zhí)行預(yù)定改變。如果0＜k＜1，則執(zhí)行一定比例的預(yù)定改變。
圖1僅顯示了混色控制器70和混色裝置30的單處理級，但是在優(yōu)選實施例中，可設(shè)置六個這種連續(xù)的處理級。
后處理器40執(zhí)行極坐標(biāo)向直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，以轉(zhuǎn)換回4∶4∶4Y，C格式；同時還具有消除混色裝置30所產(chǎn)生的任何所謂的“非法”顏色的限界功能。非法顏色落在視為合法的顏色范圍之外，通常理解為所謂的“彩色立方體”之外的一定范圍。
最后，輸出處理器50提供上述旁路混色功能，還提供下抽樣(downsampling)功能以轉(zhuǎn)換回到4∶2∶2Y，C格式。
由圖1可見，施加了一些相對延遲，用于補償上抽樣、直角坐標(biāo)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至直角坐標(biāo)以及下抽樣處理器的處理延遲。
圖2說明利用鍵值k和所謂的“軟”鍵值來定義顏色校正。
定義彩色空間(例如，直角坐標(biāo)的CrCb空間)中的一個區(qū)域或空間區(qū)域92，使之具有等于某個量的鍵值(例如最大健值)，在本實施例中取為等于1)。遠(yuǎn)離該區(qū)域，例如在位置96處，該鍵值被設(shè)為另一個預(yù)定量，如零。顏色變化94是相對于該鍵控區(qū)域(keyed region)定義的。這將區(qū)域92映射到對應(yīng)的區(qū)域92’上。
現(xiàn)在，對于當(dāng)前像素，將該像素的顏色屬性(本例中為Cb，Cr)與鍵控區(qū)域比較。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前像素的屬性位于鍵控區(qū)域內(nèi)，則對該像素施加變化94。如果對當(dāng)前像素來說，鍵值為零，則不施加任何顏色校正改變。
但是，也可以設(shè)置既不表示“完全改變”也不表示“完全不改變”的鍵值。在本實施例中，利用大于零而小于一的鍵值來實現(xiàn)此目的。鍵值為k且0＜k＜1的區(qū)域98被稱為“軟”區(qū)域，在圖2中用陰影區(qū)域表示。
在軟區(qū)域中，執(zhí)行部分顏色校正操作。就是說，對顏色屬性對應(yīng)于軟區(qū)域的像素施加部分改變94。可以方便地將此過渡量或比例設(shè)為與鍵值成比例。
下文中將詳盡討論如何處理部分彩色過渡(colour transition)的問題。
圖3是說明混色和混色控制裝置的示意圖。
其中采用的是連續(xù)設(shè)置的系列混色器31、32、33...。在實際情況中，采用六個這種混色器，其中，每個混色器的輸出成為序列中下一個混色器的輸入。每個混色器采用各自的鍵信號k1，k2，k3...。
第一混色器31的鍵信號k1由第一鍵生成器71生成。同樣地，第二混色器31的鍵信號kv由第二鍵生成器72生成。第一鍵生成器的鍵信號和第二鍵生成器的鍵信號輸入鍵修改邏輯73。它產(chǎn)生兩個輸出一個是鍵值k2，它實際用于控制第二混色器；另一個是kf(“累計”鍵值量)，它傳送到序列中鍵修改邏輯的下一級。延遲部件74對鍵值k2延遲處理，以便與它的相關(guān)(可能經(jīng)過修改過的)像素數(shù)據(jù)同時到達第二混色器32。
沿處理鏈繼續(xù)，第三鍵生成器75通過補償延遲部件76向第二鍵修改邏輯77提供鍵kv，第二鍵修改邏輯77還從前一級的鍵修改邏輯接收累計鍵值kf。它輸出鍵k3，此鍵通過延遲部件78提供給第三混色器33。
鍵生成邏輯和鍵修改邏輯所依據(jù)的基本原理是，已經(jīng)被混色操作序列中先前的混色操作修改過的彩色空間中的位置不應(yīng)該被再次修改。所以，如果先前鍵生成器已經(jīng)生成了涉及彩色空間中該位置的鍵值1(完全改變)，則禁止后續(xù)的鍵生成器生成涉及彩色空間中同一位置的非零鍵值。如果生成了涉及彩色空間中某個特定位置的表示部分修正的鍵值，則允許將進一步的部分修改量傳送到鍵修改邏輯?！袄塾嫛辨Ikf表示由序列中在先生成器應(yīng)用于該像素的總修改量。所以，如果第一鍵生成器生成了涉及當(dāng)前像素的鍵值例如，0.2，而第二鍵生成器生成了涉及當(dāng)前像素的鍵值例如，0.1，則傳送到第三鍵生成器的累計鍵值kf應(yīng)該是0.3。可以由第三級的鍵修改邏輯傳送的最大健值k3則應(yīng)該是(1-0.3)＝0.7。
如上所述，最好設(shè)置六個連續(xù)的具有對應(yīng)鍵生成功能的混色器，但為簡潔起見，圖3只顯示了三級混色過程。因此，在第一級中，鍵修改邏輯77輸出鍵kf，它提供輸入(通過延遲部件79)給旁路控制器80。
圖4是說明鍵生成器如鍵生成器71、72或75的示意圖。
鍵生成器接收當(dāng)前像素的亮度(Y)、色度(Cb，Cr)和飽和度(S)數(shù)據(jù)。鍵值kv根據(jù)當(dāng)前像素的這些屬性以及13個常量C1、...C13來生成。根據(jù)一些中間值I1、...I8來考慮圖4的運算，可以看出I1＝C12+(C1*Cb)+(C2*Cr)I2＝C13+(C3*Cb)+(C4*Cr)輸出I1和I2表示像素的色調(diào)旋轉(zhuǎn)。
稱為“NEGNAM”(負(fù)非加乘)的運算表示，把NEGNAM的輸入中數(shù)值上較小的作為其輸出。
所以I3＝I1和I2中的較小者，再經(jīng)限界運算處理，以防止溢出。
I4=1-(C5+(I12+I22)),]]>再經(jīng)位移運算和限界運算處理。位移運算的原因如下所述。為了避免不必要的處理開銷，需要利用C1到C4來施加的增益分成兩部分，即分?jǐn)?shù)分量和2次(power-of-two)分量。分?jǐn)?shù)分量通過乘以C1..C4來施加，2次分量通過比特位移的方式來施加。
I5＝經(jīng)防止溢出的限界運算處理的C8*(ABS(Y+C6)+C7)；I6＝同樣經(jīng)防止溢出的限界運算處理的C11*(ABS(S+C9)+C10)。
這里的I5可以視為亮度鍵，而I6視為飽和度鍵。
I7＝I3或I4，具體取決于運算處于“扇區(qū)模式”還是“橢圓模式”，在扇區(qū)模式下，鍵控區(qū)域表示彩色空間中的一個扇區(qū)；而在橢圓模式下，鍵控區(qū)域表示彩色空間中的一個橢圓區(qū)域。在扇區(qū)模式下選擇I3，而在橢圓模式下選擇I4。
I8＝((I5和I6)中的較小者和I7)中的較小者然后對值I8進行“移位和軟化”，以形成鍵值kv。移位和軟化運算允許修改鍵的界限，使之更好地與正在校正的區(qū)域的邊界對齊。
圖5圖示用于處理累計鍵值kf和新生成的鍵值kv的過程。在本實施例中，該過程是用硬件來執(zhí)行的，但圖5的流程圖則示意性地說明，在上述鍵修改邏輯實現(xiàn)為可編程數(shù)據(jù)處理裝置，且運行存儲在存儲媒體(如只讀存儲器或磁盤存儲媒體)中的或者通過網(wǎng)絡(luò)連接(如因特網(wǎng)連接)接收的程序的情況下，該過程如何執(zhí)行。
在開始100，當(dāng)前像素的累計鍵值kf置零。在步驟110，第一鍵生成器71生成第一鍵值kv。在步驟120，比較kv和(1-kf)。如果kv＞(1-kf)，則將(1-kf)(該像素可用的鍵值量)傳送到140混色器31。否則，(與本例第一鍵生成級的情況一樣)如果(1-kf)＞＝kv，則將kv全部傳送130到混色器31。
在步驟150，累計鍵kf按kv的量遞增，但以kf的最大值1為限。
如果在步驟160，發(fā)現(xiàn)混色操作序列完成，則過程結(jié)束。否則，在步驟170，處理步驟返回執(zhí)行下一個鍵生成步驟。
下表說明有關(guān)累計鍵kf和新生成的鍵kv的操作。

圖6圖示鍵修改邏輯73、77...的硬件實施方案。
值kf并行提供給減法器200(由其產(chǎn)生值(1-kf))和加法器220。
值(1-kf)從減法器200傳送到NEGNAM 210，NEGNAM 210將新生成的鍵值kv作為第二輸入接收。NEGNAM 210將kv與(1-kf)中的較小者作為當(dāng)前混色裝置使用的當(dāng)前鍵輸出。NEGNAM 210的輸出也傳送到加法器220，在加法器220中，它與現(xiàn)有的kf相加得到新的累計鍵值kf。
圖7圖示鍵修改邏輯的第二實施例，它還處理“累計”旁路值Exf。
如上所述，為了確保顏色校正器對未作任何改變的像素透明，最終的累計鍵值kf可用于派生旁路功能的控制信號。所以，如果任何混色級已將像素修改到任何程度(即對于該像素，kf＞0)，則混色裝置處理序列的輸出將用作輸出像素。但是，如果對于該像素，kf＝0，則說明該像素未經(jīng)顏色校正過程修改，所以將原像素的旁路(緩存的)值用作輸出像素。
在如下情形中可能發(fā)生一種例外情況。有可能會使用混色裝置處理序列中在先的一些級來排除彩色空間中的某些區(qū)域，以對其完全不作任何修改。為此，可導(dǎo)出該區(qū)域的鍵值，但同時設(shè)置參數(shù)來控制對應(yīng)的混色裝置以實現(xiàn)零改變。因為使用了鍵修改邏輯和累計鍵kf，如上所述，所以這將起禁止序列中后續(xù)混色裝置對該彩色空間區(qū)域進行任何后續(xù)改變的效果。
利用只基于kf的基本“旁路”方法，對應(yīng)于除外的彩色空間區(qū)域的這種“除外的”象素將從混色裝置鏈輸出，而不是從旁路緩沖器輸出。但是，由于對應(yīng)于此彩色空間區(qū)域的象素尚未被修改過，所以最好采用緩存的象素作為輸出。
參考圖7，每級均通過kv(當(dāng)前鍵修改邏輯輸出的、用于控制當(dāng)前混色裝置的鍵值)和標(biāo)志Exv(在當(dāng)前鍵生成器在“排除”模式下操作時設(shè)為高的標(biāo)志)的“與”組合與Exf的前一個值之間的“或”運算獲得累計排除標(biāo)志Exf。
利用此配置，如果當(dāng)前象素的鍵值的最高有效位被鍵生成器設(shè)為1，則設(shè)置為排除模式的鍵生成器將Exf設(shè)為高。該邏輯意味著一旦Exf設(shè)為高，則不能被后續(xù)鍵修改邏輯級設(shè)為低。
圖8圖示旁路控制器。旁路控制器將累計鍵值kf和累計排除標(biāo)志Exf作為輸入接收。旁路控制輸出為nbypass＝(kf不等于零)且(非Exf)如果鍵值不為零且未設(shè)置排除標(biāo)志，則將不選擇旁路(緩存的)象素。
圖9是圖1所示的混色裝置30的一部分的詳細(xì)示意圖?；焐b置30包括顏色校正邏輯，顏色校正邏輯可用于對色調(diào)、飽和度和亮度進行期望的加法改變，而對飽和度和亮度進行乘法改變?；焐b置邏輯在極坐標(biāo)域工作。
混色裝置從預(yù)處理器20輸入色調(diào)、飽和度和亮度的初始值，以及從混色控制器70輸入鍵值k(它定義當(dāng)前象素是否經(jīng)過顏色校正，如經(jīng)過顏色校正，則校正程度如何)，以及還有期望的修改量(包括色調(diào)、飽和度和亮度的附加增量，飽和度和亮度的增益)。
色調(diào)修改通過邏輯502來執(zhí)行。邏輯502只涉及到色調(diào)的加法改變(移位)。邏輯502包括查找表(LUT)520，它將在彩色空間的軟區(qū)域(0＜k＜1的區(qū)域)中提供平滑彩色過渡時所需的等式制成表格。應(yīng)注意，整個彩色空間軟區(qū)域中初始色調(diào)和期望的色調(diào)之間平滑的彩色過渡需要極坐標(biāo)域中飽和度以及色調(diào)的相應(yīng)改變。稍后將參考圖10a、10b、11a、11b和12對此進行討論。查找表520的內(nèi)容稍后參考圖14和圖15進行說明。查找表520取鍵值k作為輸入并產(chǎn)生輸出，此輸出通過相關(guān)的加法器522與輸入的色調(diào)相加，其和生成輸出色調(diào)。
飽和度修改是由邏輯504來執(zhí)行的。飽和度邏輯同時涉及加法(移位)改變和乘法(增益)改變。如上所述，輸入色調(diào)和期望色調(diào)之間的平滑過渡還需要對軟區(qū)域中的飽和度進行修改，因此這些改變也在飽和度邏輯504內(nèi)執(zhí)行。
邏輯504包括查找表540，此查找表提供對飽和度的乘法改變，以配合上述的色調(diào)變化來提供軟區(qū)域中的平滑改變。查找表540取鍵值k作為輸入，并產(chǎn)生輸出傳送到乘法器542，以便與輸入的飽和度相乘。然后將乘法運算的結(jié)果傳送到加法器546，以便與任何期望的加法修改的結(jié)果求和。取期望的加法飽和度變化δSat作為乘法器544的輸入。乘法器544的第二輸入是鍵值k。乘法器544將δSat與k相乘，其結(jié)果輸入到加法器546，以便與乘法器542的輸出求和。對飽和度的加法修改和乘法修改求和就得到輸出飽和度。
亮度是由邏輯506來執(zhí)行的。亮度邏輯同時涉及加法(移位)改變和乘法(增益)改變。邏輯506以類似于飽和度邏輯504的方式工作，不同之處在于查找表數(shù)據(jù)的不同。
邏輯506包括查找表560，它提供對亮度的乘法改變，以配合上述的色調(diào)變化來實現(xiàn)軟區(qū)域中的平滑改變。該表的內(nèi)容稍后參考圖16進行說明。查找表560取鍵值k作為輸入，并產(chǎn)生輸出傳送到乘法器562，以便與輸入的亮度相乘。然后將乘法運算的結(jié)果傳送到加法器566，以便與任何期望的加法修正的結(jié)果求和。取期望的加法亮度變化δY作為乘法器564的輸入。乘法器564的第二輸入是鍵值k。乘法器564將δY和k相乘，并將結(jié)果作為輸入傳送到加法器566，以便與上述乘法修正的結(jié)果求和。對加法修改量和乘法修改量求和就得到輸出亮度。
然后將輸出色調(diào)、輸出飽和度和輸出亮度傳送到序列中的下一個混色裝置，或者如果是最后一個混色裝置，則傳送到后處理器40。
可以按每場、每幀等方式為查找表填充一次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以由混色裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)生成裝置(未顯示)或由外部數(shù)據(jù)處理裝置(未顯示)提供。
現(xiàn)在說明對色調(diào)修改采用查找表的部分原因?；旧弦颜J(rèn)識到，簡單地利用ΔCb和ΔCr加法矢量轉(zhuǎn)換以使Cb，Cr域中的色調(diào)發(fā)生變化是不可行的。下文將解釋其原因。
簡單的加法邏輯就能很好地產(chǎn)生有關(guān)亮度和飽和度的加法增量改變，但是對于色調(diào)，情況就較為復(fù)雜。色調(diào)可以基于極坐標(biāo)域或直角坐標(biāo)(Cb，Cr)域來考慮。
圖10a圖示用于嘗試在直角坐標(biāo)域產(chǎn)生色調(diào)偏移的簡單加法邏輯。盡管這對點顏色，即對彩色空間中的單點所表示的顏色的校正或改變改變有效，但在校正較大的彩色空間區(qū)域時可能導(dǎo)致錯誤的飽和度輸出值。(這里要注意的是，觀看者可能感覺是單一“顏色”的顏色通常占據(jù)彩色空間中的一定區(qū)域)。參考圖10b，可以看到，如果在直角坐標(biāo)域中設(shè)置了對例如點色620而言是正確的加性校正量(將其映射到對應(yīng)的顏色620’)，則此校正通常非常不適合同一色區(qū)中的其他點色，如顏色610(映射到校正色610’)以及顏色630(映射到校正色630’)。顏色610’和630’的飽和度與輸入顏色610和630飽和度非常不同。
通過在色調(diào)(極坐標(biāo))域進行操作可以緩解此問題。圖11a圖示應(yīng)用于極坐標(biāo)域中色調(diào)偏移的簡單加法邏輯。這里，色調(diào)的改變代表直角坐標(biāo)域中的旋轉(zhuǎn)。這使彩色空間區(qū)域內(nèi)不同位置都保持正確的飽和度，例如，顏色610正確地映射到顏色610”，而顏色630正確地映射到顏色630”。
但是，在極坐標(biāo)域中進進操作可能帶來其他問題。具體地來說，在顏色校正的“軟”區(qū)域(即0＜k＜1)中(這些軟區(qū)域的設(shè)置通常導(dǎo)致它們出現(xiàn)在要校正的區(qū)域邊緣附近)，可能出現(xiàn)非期望的彩“虹”效應(yīng)。下面將參照圖12對此原因予以解釋。
圖12圖示用極坐標(biāo)域表示的色調(diào)偏移。色調(diào)偏移可以最易于被描述為角度720的色調(diào)旋轉(zhuǎn)，從而使(例如)輸入顏色710改變?yōu)樾Ｕ?10’。
在采用在極坐標(biāo)域?qū)崿F(xiàn)的色調(diào)旋轉(zhuǎn)的基本配置中，“軟”區(qū)域(其中0＜k＜1)中的校正會導(dǎo)致按一定角度進行的部分旋轉(zhuǎn)，如下所示色調(diào)旋轉(zhuǎn)＝k(角度720)所以，對于例如0.3的鍵值k，將發(fā)生顏色710到校正色710”的旋轉(zhuǎn)。這表示按照等于角度720的30％的角度進行的旋轉(zhuǎn)。
但是，在軟區(qū)域中，主觀上更希望部分校正能在原色和校正色之間的Cb，Cr平面上描繪一條直線740。因此，對于0.3的鍵值k，主觀上更希望改變顏色710以得到校正色710。
但是，這意味著在軟區(qū)域中，色調(diào)以及飽和度也將變化(飽和度由原點至直線740的距離表示)。
這是有可能通過制造產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)所需的硬件來實現(xiàn)的，但是在直角坐標(biāo)(Cb，Cr)域工作，這并非所期望的結(jié)果，因為需要大量硬件。圖13圖示了一種適合于在直角坐標(biāo)域執(zhí)行這種旋轉(zhuǎn)的可行的邏輯裝置。它包括計算期望的色調(diào)變化的正弦和余弦，從硬件或處理操作的角度看，這通常是非常昂貴的。相比之下，本實施例提出一種優(yōu)雅且較為簡單的技術(shù)，它的硬件或處理操作的成本低得多。
如上所述，當(dāng)在極坐標(biāo)域?qū)崿F(xiàn)色調(diào)變化時，主觀上希望在改變色調(diào)且0＜k＜1時，亦改變飽和度以及色調(diào)。這可以利用查找表來方便地實現(xiàn)，因為描述軟區(qū)域中色調(diào)和飽和度增量的等式是很復(fù)雜的。
圖14圖示圖9的裝置中有關(guān)軟區(qū)域中色調(diào)修改的那些部分。查找表520提供色調(diào)偏移所需的改變值，而查找表540提供飽和度改變所需的改變值。兩個查找表取鍵值為輸入。下面參考圖15討論據(jù)以生成(飽和度和色調(diào)的)查找表值的等式。注意，圖14所示的修改后的飽和度并不一定是最終的輸出飽和度，因為它仍可能因原飽和度的增益或增量發(fā)生任何期望的直接變化而被修改。
色調(diào)查找表用于以如下方式改變色調(diào)確保色調(diào)相對于改變鍵值沿線740線性過渡。
可以利用圖15所示的幾何方法和已知的三角恒等式生成圖14的兩個查找表的內(nèi)容。圖15圖示直角坐標(biāo)(Cb，Cr)域的顏色校正操作。在圖15中變量“I”表示當(dāng)k＝1時，顏色校正操作所引起的總變化。
變量“Δhue”表示當(dāng)k＝1時，顏色校正操作所引起的總色調(diào)旋轉(zhuǎn)。
變量“i”表示k的部分值(即0＜k＜1)所引起的增量(矢量)變化。
變量“s”表示0＜k＜1的情況下的期望飽和度。
變量“θ”表示當(dāng)0＜k＜1時需要的色調(diào)變化(旋轉(zhuǎn))。
變量“Sat”表示當(dāng)前像素的飽和度。
為了確保隨著鍵值的增加，在直角坐標(biāo)域從初始顏色直線過渡到校正色，必須利用i＝I.k為了獲得飽和度查找表840，需要滿足如下等式sSin(90-Δhue/2)=SatSin(180-θ-(90-Δhue/2))]]>s=Sat*Cos(Δhue/2)Cos(Δhue/2-θ)]]>因此，飽和度查找表的內(nèi)容如下定義為Cos(Δhue/2)Cos(Δhue/2-θ)]]>并且將此值與當(dāng)前像素的飽和度Sat相乘。查找表的輸入似乎是角度θ，但實際是輸入鍵值k的函數(shù)，這將結(jié)合色調(diào)查找表820的生成來加以說明。
對于色調(diào)查找表820，需要滿足如下等式ISin(Δhue)=SatSin(90-Δhue/2)------(1)]]>
iSin(θ)=SatSin(180-θ-90+Δhue/2)-----(2)]]>將等式1和等式2代入上述等式，求tan(θ)的解，得到11k*Sin(Δhue)-tan(Δhue/2)=tan(θ)]]>這意味著角度θ是上述等式左邊的反正切。它用于色調(diào)查找表820，其輸入為鍵值k，輸出為角度θ。然后將此輸出角θ加到輸入色調(diào)角中，從而得到修改后的色調(diào)。
此等式還用于使k與角度θ相聯(lián)系，以配合飽和度查找表840使用。這意味著飽和度查找表的輸入可以是k。
因為正切不是連續(xù)函數(shù)，所以重要的是防止被零除的錯誤，在計算查找表內(nèi)容的固件中需要對一些異常進行處理。這些異常為(a)k＝0(b)k＝1(c)1k*Sin(Δhue)-tan(Δhue/2)=0]]>(d)Δhue＞＝180度可以利用如下的程序處理這些異常(i)如果Δhue＜-180度，則讓Δhue加上360度(ii)如果Δhue＞180度，則讓Δhue減去360度(iii)如果Δhue的絕對值＞179.9度(即接近180度)，則如果k＜0.5，則將色調(diào)變化的查找表(LUT)值設(shè)為零且將飽和度LUT值設(shè)為(1-2k)；否則(即如果k＞＝0.5)，則將色調(diào)變化的LUT值設(shè)為Δhue而將飽和度LUT的值設(shè)為(2k-1)；(iv)如果k＝0，則將色調(diào)變化的LUT值設(shè)為0，將飽和度LUT的值設(shè)為1；否則如果正好等于1，則將色調(diào)變化的LUT值設(shè)為Δhue，而將飽和度的LUT值設(shè)為1；
(v)當(dāng)1K*Sin(Δhue)-tan(Δhue/2)=x=0]]>時則色調(diào)的LUT值應(yīng)該設(shè)為90°。但是，當(dāng)上述x近似等于零(即在零的某個預(yù)定量即某個SMALLNUMBER(很小的數(shù))內(nèi))時，色調(diào)查找表也應(yīng)該設(shè)為90°。
本實施例采用10位色調(diào)值。這意味著，360度的色調(diào)旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于十進制數(shù)1024種色調(diào)變化。這樣，色調(diào)變化的最小度數(shù)用1/1024表示。
這意味著，90度和下一個度數(shù)之間可以得到的最小角距，其該下一個度數(shù)為90-(360/1024)＝89.6484375。
此度數(shù)的正切是162.9726164。
最后，需要由1/x得到x＝0.00613600158＝SMALLNUMBER。
利用上述條件和異常，可以構(gòu)造色調(diào)和飽和度的查找表，它們?yōu)橹苯亲鴺?biāo)域上的線性過渡提供精確值，從而允許邏輯運算本身在極坐標(biāo)域進行。
前一個邏輯的作用是實現(xiàn)加法改變。不過，其優(yōu)點還在于產(chǎn)生乘法增量，如圖9的邏輯中所實現(xiàn)的那樣。
圖16說明實現(xiàn)對飽和度和亮度的乘法改變所需的邏輯。這只適用于飽和度和亮度，因為如上所述，乘法改變并不涉及色調(diào)。為了節(jié)省乘法器，這些改變方式利用查找表902和乘法器940來實現(xiàn)。從圖16可以看出，將查找表920的適當(dāng)值加到乘法器940上，以便與其輸入相乘而得到適當(dāng)?shù)妮敵?。飽和度和亮度這兩種情況的增益均用查找表中的值來實現(xiàn)。就亮度而言，增益是通過將查找表920的內(nèi)容與期望增益(K＝0例外，這時采用單位增益)相乘并且將適當(dāng)?shù)牟檎冶碇导拥匠朔ㄆ?40上以便與輸入飽和度相乘而施加的。乘法器940的輸出是修改后的飽和度。注意，就飽和度而言，查找表920和乘法器940在圖9中以類似于查找表540和乘法器542的方式來實現(xiàn)。飽和度的查找表具有雙重目的提供期望的飽和度增益和與色調(diào)相關(guān)的飽和度修改。
就亮度而言，查找表920的內(nèi)容由下式來描述1+k*(期望的亮度增益-1)
然后查找表920取鍵值k作為輸入，并產(chǎn)生輸出加到乘法器940上，從而與輸入亮度相乘而得到經(jīng)過修改的亮度。對亮度而言，查找表920和乘法器940在圖9中以類似于查找表560和乘法器562的方式實現(xiàn)。
就上述至少部分采用軟件控制的數(shù)據(jù)處理裝置的本發(fā)明的具體實施方式
而言，應(yīng)理解，提供所述軟件控制的計算機程序和提供這種計算機程序的存儲媒體或傳輸媒體應(yīng)視為本發(fā)明的一些方面。
雖然參考附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的說明性實施例，應(yīng)理解，本發(fā)明并限于這些具體的實施例，并且在不背離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，本專業(yè)人員可對其進行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.用于將基于像素的顏色校正應(yīng)用于輸入圖像，以生成輸出圖像的數(shù)字圖像處理裝置，所述裝置包括顏色校正邏輯，用于執(zhí)行兩個或多個顏色校正過程，這些顏色校正過程分別具有彩色空間中各自的相關(guān)區(qū)域和各自的相關(guān)顏色映射操作；所述顏色校正過程設(shè)置為一系列連續(xù)的過程，以便一個顏色校正過程的結(jié)果輸入所述序列中的下一個這種過程；每個顏色校正過程可用于檢測每個像素是否落在彩色空間中所述各自的區(qū)域內(nèi)，倘若如此，則對該像素應(yīng)用所述顏色映射操作；以及所述序列中第一個過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進行與所述序列中在先過程的所述相關(guān)區(qū)域有關(guān)的顏色映射。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，各所述顏色校正過程通過各自的顏色校正處理器來執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，至少所述顏色校正過程之一的彩色空間的所述區(qū)域包括軟區(qū)域，所述軟區(qū)域要經(jīng)過局部顏色映射操作處理。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，具有與所述軟區(qū)域重疊的彩色空間中的區(qū)域的后續(xù)過程的所述顏色映射操作只局部地在與所述軟區(qū)域重疊的區(qū)域禁止。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，彩色空間內(nèi)區(qū)域中的軟度可以在表示不進行任何顏色映射的第一軟度與表示進行完全顏色映射的第二軟度之間變化。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，在涉及如下所述彩色空間的區(qū)域時，部分地禁止通過顏色校正過程進行顏色映射所述區(qū)域，在所述序列的在先過程中與該區(qū)域相關(guān)的所有軟度的和介于所述第一軟度和第二軟度之間。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，在涉及如下所述彩色空間的區(qū)域時，完全禁止過程中進行的顏色映射所述區(qū)域，在所述序列的在先過程中與該區(qū)域相關(guān)的所有軟度的和等于或超過所述第二軟度時。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，每個過程可用于檢測在先過程對彩色空間中各位置所應(yīng)用的累計軟度，并將顏色校正應(yīng)用到不大于累計軟度與所述第二軟度之差的程度。
9.用于將基于像素的顏色校正應(yīng)用于輸入圖像，以生成輸出圖像的數(shù)字圖像處理方法，所述方法包括如下步驟執(zhí)行兩個或多個顏色校正過程，這些顏色校正過程分別具有彩色空間中各自的相關(guān)區(qū)域和各自的相關(guān)顏色映射操作；所述顏色校正過程設(shè)置為一系列連續(xù)的過程，以便一個顏色校正過程的結(jié)果輸入所述序列中的下一個這種過程；每個顏色校正過程可用于檢測每個像素是否落在彩色空間中所述各自的區(qū)域內(nèi)，倘若如此，則對該像素應(yīng)用所述顏色映射操作；以及所述序列中第一個過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進行與所述序列中在先過程的所述相關(guān)區(qū)域有關(guān)的顏色映射。
10.具有執(zhí)行如權(quán)利要求9所述的方法的程序代碼的計算機軟件。
11.提供如權(quán)利要求10所述的軟件的提供媒體。
12.如權(quán)利要求11所述的媒體，所述媒體是傳輸媒體。
13.如權(quán)利要求12所述的媒體，所述媒體是存儲媒體。
全文摘要
用于對輸入圖像應(yīng)用基于像素的顏色校正以生成輸出圖像的數(shù)字圖像處理裝置，所述數(shù)字圖像處理裝置包括顏色校正邏輯，用于執(zhí)行兩個或多個顏色校正過程，這些顏色校正過程分別具有彩色空間中各自的相關(guān)區(qū)域和各自的相關(guān)顏色映射操作；這些顏色校正過程設(shè)置為一系列連續(xù)的過程，以便一個顏色校正過程的結(jié)果輸入此系列中的下一個這種過程；各顏色校正過程可用于檢測每個像素是否落在彩色空間中各自的區(qū)域內(nèi)，倘若如此，則對該像素應(yīng)用顏色映射操作；并且所述序列中第一過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進行與序列中在先過程的相關(guān)區(qū)域有關(guān)的顏色映射。
文檔編號H04N1/46GK1523898SQ20041000687
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者M·J·拉塞爾, I·麥克萊恩, M J 拉塞爾, 死扯 申請人:索尼英國有限公司