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(duì)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(gè)實(shí)例為，在不同照明條件下使所拍攝的場(chǎng)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(gè)實(shí)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(shí)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(gè)亮度值(L)加兩個(gè)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(shí)的圖像中(非測(cè)試圖案)，所感受到的“顏色”并不單單涉及彩色空間中的一個(gè)點(diǎn)，所以通常無法定義為一個(gè)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(huì)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(gè)區(qū)域的清潔度。所以，為了對(duì)轎車的“紅”色應(yīng)用顏色校正，實(shí)際上要在彩色空間中定義一個(gè)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(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行映射，就將彩色變化映射到目標(biāo)區(qū)域中對(duì)應(yīng)的彩色變化。
因此，顏色校正可以改變圖像的一個(gè)或多個(gè)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(guó)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(gè)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(gè)或多個(gè)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(gè)顏色校正過程的結(jié)果輸入序列中的下一個(gè)這種過程；每個(gè)顏色校正過程可用于檢測(cè)每個(gè)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(duì)該像素應(yīng)用顏色映射操作；以及序列中第一個(gè)過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進(jìn)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(shí)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(duì)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(jiǎn)潔的技術(shù)來緩解這一問題，即將序列中第一個(gè)過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進(jìn)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(duì)說明性實(shí)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(diǎn)，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(jí)過程的示意性流程圖；圖6是說明鍵修改器的第一實(shí)施例的示意圖；圖7是說明鍵修改器的第二實(shí)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(shí)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(jìn)行亮度修改的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下文將要描述的實(shí)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(chǎng)可編程門陣列)、運(yùn)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(shí)現(xiàn)。就用軟件實(shí)現(xiàn)功能而言，軟件可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)媒體中(未顯示)，如磁盤存儲(chǔ)媒體、只讀存儲(chǔ)器等，和/或通過傳輸媒體如因特網(wǎng)連接(未顯示)來存儲(chǔ)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(shí)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(hào)的色度分量上抽樣(up sampling)到4∶4∶4Y，C格式的處理級(jí)。
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)。混色控制器70檢測(cè)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(shí)施例中用于定義將要進(jìn)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(shí)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(hào)，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(jìn)行的過濾和其他處理的效果不會(huì)施加到任何實(shí)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(duì)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(jí)，但是在優(yōu)選實(shí)施例中，可設(shè)置六個(gè)這種連續(xù)的處理級(jí)。
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(shí)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(duì)延遲，用于補(bǔ)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(gè)區(qū)域或空間區(qū)域92，使之具有等于某個(gè)量的鍵值(例如最大健值)，在本實(shí)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(gè)預(yù)定量，如零。顏色變化94是相對(duì)于該鍵控區(qū)域(keyed region)定義的。這將區(qū)域92映射到對(duì)應(yīng)的區(qū)域92’上。
現(xiàn)在，對(duì)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(duì)該像素施加變化94。如果對(duì)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(shí)施例中，利用大于零而小于一的鍵值來實(shí)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(duì)顏色屬性對(duì)應(yīng)于軟區(qū)域的像素施加部分改變94?？梢苑奖愕貙⒋诉^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(shí)際情況中，采用六個(gè)這種混色器，其中，每個(gè)混色器的輸出成為序列中下一個(gè)混色器的輸入。每個(gè)混色器采用各自的鍵信號(hào)k1，k2，k3...。
第一混色器31的鍵信號(hào)k1由第一鍵生成器71生成。同樣地，第二混色器31的鍵信號(hào)kv由第二鍵生成器72生成。第一鍵生成器的鍵信號(hào)和第二鍵生成器的鍵信號(hào)輸入鍵修改邏輯73。它產(chǎn)生兩個(gè)輸出一個(gè)是鍵值k2，它實(shí)際用于控制第二混色器；另一個(gè)是kf(“累計(jì)”鍵值量)，它傳送到序列中鍵修改邏輯的下一級(jí)。延遲部件74對(duì)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?cái)?shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)第二混色器32。
沿處理鏈繼續(xù)，第三鍵生成器75通過補(bǔ)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(jí)的鍵修改邏輯接收累計(jì)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(gè)特定位置的表示部分修正的鍵值，則允許將進(jìn)一步的部分修改量傳送到鍵修改邏輯?！袄塾?jì)”鍵kf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(jì)鍵值kf應(yīng)該是0.3?？梢杂傻谌?jí)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(gè)連續(xù)的具有對(duì)應(yīng)鍵生成功能的混色器，但為簡(jiǎn)潔起見，圖3只顯示了三級(jí)混色過程。因此，在第一級(jí)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(gè)常量C1、...C13來生成。根據(jù)一些中間值I1、...I8來考慮圖4的運(yùn)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(yùn)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(yùn)算處理，以防止溢出。
I4=1-(C5+(I12+I22)),]]>再經(jīng)位移運(yùn)算和限界運(yùn)算處理。位移運(yùn)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(yùn)算處理的C8*(ABS(Y+C6)+C7)；I6＝同樣經(jīng)防止溢出的限界運(yùn)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(yùn)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(gè)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(gè)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(duì)值I8進(jìn)行“移位和軟化”，以形成鍵值kv。移位和軟化運(yùn)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(duì)齊。
圖5圖示用于處理累計(jì)鍵值kf和新生成的鍵值kv的過程。在本實(shí)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(shí)現(xiàn)為可編程數(shù)據(jù)處理裝置，且運(yùn)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)媒體(如只讀存儲(chǔ)器或磁盤存儲(chǔ)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(jì)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(jí)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(jì)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(gè)鍵生成步驟。
下表說明有關(guān)累計(jì)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(shí)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(jì)鍵值kf。
圖7圖示鍵修改邏輯的第二實(shí)施例，它還處理“累計(jì)”旁路值Exf。
如上所述，為了確保顏色校正器對(duì)未作任何改變的像素透明，最終的累計(jì)鍵值kf可用于派生旁路功能的控制信號(hào)。所以，如果任何混色級(jí)已將像素修改到任何程度(即對(duì)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(duì)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(huì)使用混色裝置處理序列中在先的一些級(jí)來排除彩色空間中的某些區(qū)域，以對(duì)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(shí)設(shè)置參數(shù)來控制對(duì)應(yīng)的混色裝置以實(shí)現(xiàn)零改變。因?yàn)槭褂昧随I修改邏輯和累計(jì)鍵kf，如上所述，所以這將起禁止序列中后續(xù)混色裝置對(duì)該彩色空間區(qū)域進(jìn)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(duì)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(duì)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(jí)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(shí)設(shè)為高的標(biāo)志)的“與”組合與Exf的前一個(gè)值之間的“或”運(yùn)算獲得累計(jì)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(jí)設(shè)為低。
圖8圖示旁路控制器。旁路控制器將累計(jì)鍵值kf和累計(jì)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(duì)色調(diào)、飽和度和亮度進(jìn)行期望的加法改變，而對(duì)飽和度和亮度進(jìn)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(shí)所需的等式制成表格。應(yīng)注意，整個(gè)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(duì)此進(jìn)行討論。查找表520的內(nèi)容稍后參考圖14和圖15進(jìn)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(shí)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(duì)軟區(qū)域中的飽和度進(jìn)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(duì)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(yùn)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(duì)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(shí)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(duì)亮度的乘法改變，以配合上述的色調(diào)變化來實(shí)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(jìn)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(yùn)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(duì)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(gè)混色裝置，或者如果是最后一個(gè)混色裝置，則傳送到后處理器40。
可以按每場(chǎng)、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(duì)色調(diào)修改采用查找表的部分原因。基本上已認(rèn)識(shí)到，簡(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)單加法邏輯。盡管這對(duì)點(diǎn)顏色，即對(duì)彩色空間中的單點(diǎn)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(shí)可能導(dǎo)致錯(cuò)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(duì)例如點(diǎn)色620而言是正確的加性校正量(將其映射到對(duì)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(diǎn)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(jìn)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(jiǎn)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(jìn)進(jìn)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?qǐng)D12對(duì)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(huì)導(dǎo)致按一定角度進(jìn)行的部分旋轉(zhuǎn)，如下所示色調(diào)旋轉(zhuǎn)＝k(角度720)所以，對(duì)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(jìn)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(duì)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(diǎn)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(shí)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?yàn)樾枰罅坑布?。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(jì)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(shí)施例提出一種優(yōu)雅且較為簡(jiǎn)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(shí)，主觀上希望在改變色調(diào)且0＜k＜1時(shí)，亦改變飽和度以及色調(diào)。這可以利用查找表來方便地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槊枋鲕泤^(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(gè)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?yàn)樗钥赡芤蛟柡投鹊脑鲆婊蛟隽堪l(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(duì)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(gè)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(shí)，顏色校正操作所引起的總變化。
變量“Δhue”表示當(dāng)k＝1時(shí)，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(shí)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(shí)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(duì)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?yàn)檎胁皇沁B續(xù)函數(shù)，所以重要的是防止被零除的錯(cuò)誤，在計(jì)算查找表內(nèi)容的固件中需要對(duì)一些異常進(jìn)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?duì)ue加上360度(ii)如果Δhue＞180度，則讓?duì)ue減去360度(iii)如果Δhue的絕對(duì)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(shí)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(gè)預(yù)定量即某個(gè)SMALLNUMBER(很小的數(shù))內(nèi))時(shí)，色調(diào)查找表也應(yīng)該設(shè)為90°。
本實(shí)施例采用10位色調(diào)值。這意味著，360度的色調(diào)旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于十進(jìn)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(gè)度數(shù)之間可以得到的最小角距，其該下一個(gè)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(yùn)算本身在極坐標(biāo)域進(jìn)行。
前一個(gè)邏輯的作用是實(shí)現(xiàn)加法改變。不過，其優(yōu)點(diǎn)還在于產(chǎn)生乘法增量，如圖9的邏輯中所實(shí)現(xiàn)的那樣。
圖16說明實(shí)現(xiàn)對(duì)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?yàn)槿缟纤?，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)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(shí)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(shí)施方式
而言，應(yīng)理解，提供所述軟件控制的計(jì)算機(jī)程序和提供這種計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)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(shí)施例，應(yīng)理解，本發(fā)明并限于這些具體的實(shí)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(duì)其進(jìn)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(gè)或多個(gè)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(gè)顏色校正過程的結(jié)果輸入所述序列中的下一個(gè)這種過程；每個(gè)顏色校正過程可用于檢測(cè)每個(gè)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(duì)該像素應(yīng)用所述顏色映射操作；以及所述序列中第一個(gè)過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進(jìn)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(jìn)行任何顏色映射的第一軟度與表示進(jìn)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(shí)，部分地禁止通過顏色校正過程進(jìn)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(shí)，完全禁止過程中進(jìn)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(shí)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，每個(gè)過程可用于檢測(cè)在先過程對(duì)彩色空間中各位置所應(yīng)用的累計(jì)軟度，并將顏色校正應(yīng)用到不大于累計(jì)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(gè)或多個(gè)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(gè)顏色校正過程的結(jié)果輸入所述序列中的下一個(gè)這種過程；每個(gè)顏色校正過程可用于檢測(cè)每個(gè)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(duì)該像素應(yīng)用所述顏色映射操作；以及所述序列中第一個(gè)過程之后的各顏色校正過程設(shè)置為禁止進(jìn)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(jì)算機(jī)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(chǔ)媒體。
全文摘要
用于對(duì)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(gè)或多個(gè)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(gè)顏色校正過程的結(jié)果輸入此系列中的下一個(gè)這種過程；各顏色校正過程可用于檢測(cè)每個(gè)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(duì)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(jìn)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(hào)H04N1/46GK1523898SQ20041000687
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:索尼英國(guó)有限公司