CN105096910B - 图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像处理方法，包括步骤：(a)获取原始图像以及所述原始图像加入环境光底色后的降质图像；(b)获取所述原始图像和所述降质图像的色度差异；以及(c)利用所述色度差异对所述原始图像进行色度补偿以得到补偿后图像。本发明根据环境光条件对原始图像进行色度补偿例如对颜色饱和度进行补偿或者对原始图像色域范围进行扩展，因此能够使得在环境光下显示的图像色彩鲜艳度提高，显示设备的显示效果大大提高。

Description

图像处理方法

技术领域

本发明涉及图像处理及显示技术领域，特别涉及一种图像处理方法。

背景技术

显示设备在室外的应用越来越广泛，例如手机显示屏和大型LED显示设备等，但显示屏幕对环境光的反射会对显示设备的显示效果产生影响，导致显示画面灰暗、对比度下降、色彩饱和度降低、色彩的鲜艳度下降等。图1为在室内显示设备上观察的效果图，图2是仿真户外环境光下显示设备上观察的效果图，比较图1和图2可以看到：在户外环境光下观察的效果是显示图像的画面昏暗不清、对比度下降、颜色饱和度下降。因此，对颜色进行有效的补偿对于改善环境光下显示画面质量不佳是非常重要的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一种图像处理方法，以解决环境光下显示设备显示图像颜色饱和度不足或者色域缩减的问题。

具体地，本发明实施例提出的一种图像处理方法，包括步骤：(a)获取原始图像以及所述原始图像加入环境光底色后的降质图像；(b)获取所述原始图像和所述降质图像的色度差异；以及(c)利用所述色度差异对所述原始图像进行色度补偿以得到补偿后图像。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：(b1)将所述原始图像和所述降质图像从第一颜色空间转换到第二颜色空间；以及(b2)获取所述原始图像和所述降质图像在所述第二颜色空间中的色度差异。

在本发明的一个实施例中，所述第一颜色空间为RGB颜色空间且所述第二颜色空间为LCH颜色空间。步骤(b2)包括：获取所述原始图像每一个像素在所述第二颜色空间的色度信息中的颜色饱和度和所述降质图像相对应像素在所述第二颜色空间的色度信息中的颜色饱和度；以及利用公式C_diff＝C-C_flare计算所述原始图像每一个像素的所述颜色饱和度和所述降质图像相对应像素的所述颜色饱和度的差值，其中C_diff为所述差值、C为所述原始图像每一个像素的所述颜色饱和度、C_flare为所述降质图像相对应像素的所述颜色饱和度。步骤(c)包括：利用公式C^*＝C+αC_diff计算所述补偿后图像每一个像素在所述第二颜色空间的颜色饱和度，其中C^*为所述补偿后图像每一个像素的所述颜色饱和度、α为补偿系数且小于或等于1；以及将所述补偿后图像从所述第二颜色空间转换到所述第一颜色空间。

在本发明的一个实施例中，步骤(c)包括：保持所述原始图像每一个像素在所述第二颜色空间的色度信息中的色调不变。

在本发明的一个实施例中，步骤(b1)包括：将所述原始图像和所述降质图像先从所述第一颜色空间转换到第三颜色空间，再从所述第三颜色空间转换到所述第二颜色空间；其中，所述第三颜色空间为Lab颜色空间。

在本发明的一个实施例中，所述第一颜色空间为RGB颜色空间且所述第二颜色空间为Lxy颜色空间。步骤(b2)包括：获取所述原始图像每一个像素在所述第二颜色空间的色度信息中的色品坐标和所述降质图像相对应像素在所述第二颜色空间的色度信息中的色品坐标；以及利用公式计算所述原始图像每一个像素的所述色品坐标到所述降质图像相对应像素的所述色品坐标的变化量，其中为所述变化量、C(x₀,y₀)为所述原始图像每一个像素的所述色品坐标、C_f(x_f,y_f)为所述降质图像相对应像素的所述色品坐标。步骤(c)包括：利用公式计算所述补偿后图像每一个像素在所述第二颜色空间的色品坐标，其中C^*(x,y)为所述补偿后图像每一个像素的所述色品坐标、α为补偿系数且小于或等于1；以及将所述补偿后图像从所述第二颜色空间转换到所述第一颜色空间。

在本发明的一个实施例中，步骤(b1)包括：将所述原始图像和所述降质图像先从所述第一颜色空间转换到第三颜色空间，再从所述第三颜色空间转换到所述第二颜色空间；其中，所述第三颜色空间为XYZ颜色空间。

此外，本发明另一实施例提出的一种图像处理方法，包括步骤：(i)获取原始图像；(ii)获取在环境光下目标显示设备显示所述原始图像时屏幕图像的色度测量值；(iii)获取所述原始图像的色度值和所述屏幕图像的色度测量值之间的差异；以及(iv)利用所述差异对所述原始图像进行色度补偿以得到补偿后图像用于更新所述屏幕显示图像。

在本发明的一个实施例中，步骤(iv)中的所述色度补偿为对所述原始图像进行颜色饱和度补偿并保持色调不变。

在本发明的一个实施例中，步骤(iv)中的所述色度补偿为扩展所述原始图像的色域范围。

由上可知，本发明实施例根据环境光条件对原始图像进行色度补偿例如对颜色饱和度进行补偿或者对原始图像色域范围进行扩展，因此能够使得在环境光下显示的图像色彩鲜艳度提高，显示设备的显示效果大大提高。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为在室内显示设备上显示图像时观察的显示效果图。

图2为仿真户外环境光下在显示设备上显示图像时观察的效果图。

图3为LCH颜色空间模型图。

图4为相关于本发明第一实施例中的图像处理流程示意图。

图5为原始图像加入环境光底色后的色域缩减示意图。

图6a-6d为相关于本发明第一实施例的原始图像、补偿后图像以及降质图像的模拟图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

【第一实施例】

下面将结合图3和图4对本发明第一实施例的图像处理方法进行说明。具体地，本实施例的图像处理方法可采用如下技术方案实现：

首先将获取的原始图像从RGB颜色空间转换到LCH颜色空间。具体可以是将原始图像从RGB颜色空间先转换到Lab颜色空间、再由Lab颜色空间转换到LCH颜色空间；由于RGB颜色空间、Lab颜色空间及LCH颜色空间均为公知的颜色空间，其相互间的转换公式为公知技术，故在此不再赘述。

接下来，可以提取出原始图像每一个像素在LCH颜色空间的亮度信息，对亮度信息做映射处理以提高图像整体的对比度；具体的映射处理方法可以是：a)对亮度信息做全局非线性映射，以使得图像低灰区间的对比度有显著提升，暗调的细节被平滑的扩展；b)将图像的亮度信息分成基础层(低频部分)和细节层(高频部分)，然后对基础层进行全局映射处理例如采用保留图像亮度感知差异的映射算法或非线性全局映射算法。当然，如果不强调对比度的提升，这一步骤也可以不进行。

此外，提取出原始图像每一个像素在LCH颜色空间的色度信息进行色度补偿，例如提取出色度信息中的颜色饱和度进行颜色饱和度补偿，对原始图像的颜色饱和度补偿主要由环境光强度来决定。环境光强度可由光传感器或者光探头之类的设备实时获取；环境光较强时，通过色度补偿后显示的原始图像将被增强，变得更鲜艳，色调(H)保持不变。色度补偿的原理和核心思想如下：

1)色度补偿的原理：

颜色饱和度指的是色彩的纯度，纯度越高，表现越鲜明，纯度较低，表现则较黯淡。为了详细说明颜色饱和度的补偿，用图3进行说明，纵向表示图像灰度(亮度L)的变化，圆周方向表示色调(H)的变化，沿着半径方向则表示的是颜色饱和度(C)的变化，圆心向外颜色饱和度增加。圆周上色调的饱和度最大。图3中沿红色饱和度半径上的两个黑点分别代表不同饱和度的红色，圆周上黑点表示红色的饱和度达到最大，沿半径向里的黑点的饱和度就比较小。由于环境光底色的加入，屏幕图像掺杂了其他光线，导致颜色纯度下降，即颜色饱和度下降。

2)色度补偿的核心思想：

首先，对原始图像进行降质处理，用来模拟人眼在环境光下对显示屏幕上显示图像质量的感知。对图像进行降质处理是指仿真出原始图像加入环境光底色的图像。降质处理一般可对RGB三通道加入环境光底色，环境光底色一般由环境光强度和显示设备屏幕的材料反射率来决定，这样就可以得到与环境光强度相关的降质图像。

如图4所示，然后把降质图像从RGB颜色空间转换到LCH颜色空间(L表示明度值，C表示颜色饱和度值及H表示色调角度值)，并提取出降质图像每一个像素在LCH颜色空间的色度信息中的颜色饱和度。降质图像的这个颜色饱和度代表了在环境光下因显示屏幕对环境光反射而导致的下降后颜色饱和度，此处用C_flare表示。同样的方法可以得到原始图像的颜色饱和度，用C表示。这样就可以得到原始图像和降质图像的每一个像素的颜色饱和度的差值C_diff，并可根据该差值C_diff计算得到对原始图像进行色度补偿(颜色饱和度补偿)后的补偿后图像的每一个像素的颜色饱和度；具体计算公式如下：

C_diff＝C-C_flare ……(1)

C^*＝C+αC_diff ……(2)

上述公式(2)中的α为补偿系数且小于或等于1，其表示颜色饱和度补偿的程度，在不超过显示设备色域边界的情况下，α越大，颜色饱和度补偿的程度就越大，补偿后图像的颜色就越鲜艳；C^*表示补偿后图像的颜色饱和度。

在进行颜色饱和度补偿得到补偿后图像之后，再将补偿后图像的亮色度信息(对应图4中LCH*)从LCH颜色空间转换成RGB空间的亮色度信息(对应图4中的RGB*)，从而可以得到一张颜色饱和度补偿后的彩色图像。值得一提的是，图4中示出在LCH颜色空间，亮度信息通过上述的全局或局部映射处理从L变换到L*；但在不强调对比度提升的应用场景，原始图像的亮度信息也可以保存不变；另外，图4中示出原始图像的色度信息中的色调H保持不变。

再者，当本发明第一实施例应用于显示设备的图像显示过程中，则可以由光传感器或光探头之类的设备实时测量显示设备的环境光强度并结合显示设备显示屏幕的材料反射率得到环境光底色，再将输入的原始图像加入此环境光底色以得到降质图像，之后进行前述的图像处理方法(颜色饱和度补偿)得到补偿后图像，最后将补偿后图像显示在显示设备的显示屏幕上。

【第二实施例】

下面将结合图5对本发明第二实施例的图像处理方法进行说明。具体地，本实施例的图像处理方法可采用如下技术方案实现：

首先将获取的原始图像从RGB颜色空间转换到Lxy颜色空间。具体可以是将原始图像从RGB颜色空间先转换到XYZ颜色空间、再由XYZ颜色空间转换到Lxy颜色空间；由于RGB颜色空间、XYZ颜色空间及Lxy颜色空间均为公知的颜色空间，其相互间的转换公式为公知技术，故在此不再赘述。

接下来，可以提取出原始图像每一个像素在LCH颜色空间的亮度信息，对亮度信息做映射处理以提高图像整体的对比度；具体地映射处理方法可以是：a)对亮度信息做全局非线性映射，以图像低灰区间的对比度有显著提升，暗调的细节被平滑的扩展；b)将图像的亮度信息分成基础层(低频部分)和细节层(高频部分)，然后对基础层进行全局映射处理例如采用保留图像亮度感知差异的映射算法或非线性全局映射算法。当然，如果不强调对比度的提升，这一步骤也可以不进行。

此外，对原始图像在Lxy颜色空间的色度信息进行色度补偿，例如根据原始图像到降质图像的色品坐标变化，用直接扩展色域范围的方法来实现，以提高颜色鲜艳度。在此，环境光不同，降质图像相对于原始图像的色域缩减程度也会不同；环境光强度可由光传感器或者光探头之类的设备实时获取，环境光较强时，通过色度补偿后显示的原始图像将被增强，变得更鲜艳。实现原理如下：

如图5所示，当环境光照射在显示屏幕上，反射光线的加入，增加了显示图像的底色，图像的颜色饱和度降低，色域向白色区域缩减，也即对应图5中的大三角形(对应原始图像的色域范围)缩减成小三角形(对应降质图像的色域范围)，色彩鲜艳度下降。因而，本实施例要做的就是通过色域扩展来实现色度补偿，也即根据降质图像相对于原始图像在色域范围的缩减程度，对原始图像进行相应的色域范围的拓展，借此提高颜色的鲜艳度。

色域拓展的方法为：在原始图像的Lxy空间获得每一个像素的色品坐标C(x₀,y₀)，原始图像加入环境光底色后色域缩减，假设色域缩减后的降质图像每一个像素的色品坐标为C_f(x_f,y_f)。色品坐标变化的程度则可以表示为向量：之后，对原始图像进行色域扩展而得到的补偿后图像的每一个像素的色品坐标C^*(x,y)满足公式：

上述公式(3)中的α为补偿系数且小于或等于1，其表示色域扩展的程度，在不超过显示设备色域边界的情况下，α越大，色域扩展的程度就越大，补偿后图像的颜色就越鲜艳。

在进行色域扩展得到补偿后图像之后，再将补偿后图像从Lxy颜色空间先转换成XYZ颜色空间、再转换到RGB空间，从而可以得到一张色域扩展后的彩色图像。

再者，当本发明第二实施例应用于显示设备的图像显示过程中，则可以由光传感器或光探头之类的设备实时测量显示设备的环境光强度并结合显示设备显示屏幕的材料反射率得到环境光底色，再将输入的原始图像加入此环境光底色以得到降质图像，之后进行前述的图像处理方法(色域扩展)得到补偿后图像，最后将补偿后图像显示在显示设备的显示屏幕上。

【第三实施例】

本发明第三实施例与前述第一实施例、第二实施例的主要不同之处在于：第三实施例不是基于测量环境光强度来计算得到降质图像，而是采用直接测量的方式进行，具体如下：

首先获取用光探头、色度传感器等设备直接测量出环境光下显示设备显示原始图像时屏幕图像(也即在环境光影响下的降质图像)的色度值而得到的色度测量值；

接下来，获取原始图像的色度值与屏幕图像的色度测量值之间的差异

之后，可以采用第一实施例的颜色饱和度补偿方法或第二实施例的色域扩展方式对原始图像进行色度补偿，来提高图像的鲜艳度用以补偿环境光下颜色饱和度的损失。

再者，当本发明第三实施例应用于显示设备的图像显示过程中，则可以由光探头、色度传感器实时测量在环境光下显示设备显示输入的原始图像时屏幕图像(也即在环境光影响下的降质图像)的色度值，再获取输入的原始图像的色度值和屏幕图像的色度测量值之间的差异，之后利用所述差异进行前述的图像处理方法(颜色饱和度补偿或色域扩展)得到补偿后图像，最后利用补偿后图像更新显示设备的屏幕图像。此处，值得说明的是，因为将原始图像进行色度补偿得到补偿后图像的过程时间很短，显示设备在从显示原始图像以用于得到色度测量值切换到显示补偿后图像的过程时间相应地也很短，从而使得观看者在视觉上看到的原始图像的显示效果仍以补偿后图像的显示效果为主。

请参见图6a-6d，其为相关于本发明的部分实验结果。具体地，图6a是指在暗环境下观察到的原始图像的显示效果，图6b是通过本发明前述第一实施例得到的补偿后图像在暗环境下观察到的显示效果，图6c是原始图像在环境光强度为1000lux条件下模拟的降质图像，图6d则是通过本发明前述第一实施例得到的补偿后图像在环境光强度为1000lux的条件下的模拟效果图。可以看出，图6d相比图像6c颜色饱和度明显增强，与原始图像在暗环境下的显示效果更加接近，也即在环境光下的显示效果大大提高。

另外，值得一提的是，本发明的图像处理方法期望应用到所有的户外可能使用的显示设备，像DLP投影、LED显示屏、手机终端等。

最后，还值得一说的是，本发明上述实施例是在LCH颜色空间、Lxy颜色空间进行色度补偿，但本发明并不以此为限，也可以在其他类似的颜色空间进行色度补偿，例如Lab颜色空间、HSV颜色空间、HIS颜色空间等等。

综上所述，本发明实施例根据环境光条件对原始图像进行色度补偿例如对颜色饱和度进行补偿或者对原始图像色域范围进行扩展，因此能够使得在环境光下显示的图像色彩鲜艳度提高，显示设备的显示效果大大提高。

至此，本文中应用了具体个例对本发明的图像处理方法的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (9)

1.一种图像处理方法，其特征在于，包括步骤：

(a)获取原始图像以及所述原始图像加入环境光底色后的降质图像；

(b)获取所述原始图像和所述降质图像的色度差异；以及

(c)利用所述色度差异对所述原始图像进行色度补偿以得到补偿后图像；

其中，步骤(b)包括：

(b1)将所述原始图像和所述降质图像从第一颜色空间转换到第二颜色空间；以及

(b2)获取所述原始图像和所述降质图像在所述第二颜色空间中的色度差异；

所述补偿后图像的亮度信息是通过将所述原始图像的每一个像素在所述第二颜色空间中的亮度信息分成对应低频部分的基础层和对应高频部分的细节层并对所述基础层进行全局映射处理后得到。

2.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述第一颜色空间为RGB颜色空间且所述第二颜色空间为LCH颜色空间，步骤(b2)包括：

获取所述原始图像每一个像素在所述第二颜色空间的色度信息中的颜色饱和度和所述降质图像相对应像素在所述第二颜色空间的色度信息中的颜色饱和度；以及

利用公式C_diff＝C-C_flare计算所述原始图像每一个像素的所述颜色饱和度和所述降质图像相对应像素的所述颜色饱和度的差值，其中C_diff为所述差值、C为所述原始图像每一个像素的所述颜色饱和度、C_flare为所述降质图像相对应像素的所述颜色饱和度；

步骤(c)包括：

利用公式C^*＝C+αC_diff计算所述补偿后图像每一个像素在所述第二颜色空间的颜色饱和度，其中C^*为所述补偿后图像每一个像素的所述颜色饱和度、α为补偿系数且小于或等于1；以及

将所述补偿后图像从所述第二颜色空间转换到所述第一颜色空间。

3.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，步骤(c)包括：

保持所述原始图像每一个像素在所述第二颜色空间的色度信息中的色调不变。

4.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，步骤(b1)包括：

将所述原始图像和所述降质图像先从所述第一颜色空间转换到第三颜色空间，再从所述第三颜色空间转换到所述第二颜色空间；其中，所述第三颜色空间为Lab颜色空间。

5.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述第一颜色空间为RGB颜色空间且所述第二颜色空间为Lxy颜色空间，步骤(b2)包括：

获取所述原始图像每一个像素在所述第二颜色空间的色度信息中的色品坐标和所述降质图像相对应像素在所述第二颜色空间的色度信息中的色品坐标；以及

利用公式计算所述原始图像每一个像素的所述色品坐标到所述降质图像相对应像素的所述色品坐标的变化量，其中为所述变化量、C(x₀,y₀)为所述原始图像每一个像素的所述色品坐标、C_f(x_f,y_f)为所述降质图像相对应像素的所述色品坐标；

步骤(c)包括：

利用公式计算所述补偿后图像每一个像素在所述第二颜色空间的色品坐标，其中C^*(x,y)为所述补偿后图像每一个像素的所述色品坐标、α为补偿系数且小于或等于1；以及

将所述补偿后图像从所述第二颜色空间转换到所述第一颜色空间。

6.如权利要求5所述的图像处理方法，其特征在于，步骤(b1)包括：

将所述原始图像和所述降质图像先从所述第一颜色空间转换到第三颜色空间，再从所述第三颜色空间转换到所述第二颜色空间；其中，所述第三颜色空间为XYZ颜色空间。

7.一种图像处理方法，其特征在于，包括步骤：

(i)获取原始图像；

(ii)获取在环境光下目标显示设备显示所述原始图像时屏幕图像在第二颜色空间中的色度测量值；

(iii)获取所述原始图像的色度值和所述屏幕图像的色度测量值之间的差异；以及

(iv)利用所述差异对所述原始图像进行色度补偿以得到补偿后图像用于更新所述屏幕显示图像；

其中，步骤(iii)包括：

(1)将所述原始图像从第一颜色空间转换到第二颜色空间；

(2)获取所述原始图像的色度值；以及

(3)计算所述原始图像的色度值和所述屏幕图像的色度测量值之间的差异；

所述补偿后图像的亮度信息是通过将所述原始图像的每一个像素在所述第二颜色空间中的亮度信息分成对应低频部分的基础层和对应高频部分的细节层并对所述基础层进行全局映射处理后得到。

8.如权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于，步骤(iv)中，所述色度补偿为对所述原始图像进行颜色饱和度补偿并保持色调不变。

9.如权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于，步骤(iv)中，所述色度补偿为扩展所述原始图像的色域范围。