CN107918928B - 一种色彩还原方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种色彩还原方法，包括以下步骤：输入原图像；将原图像的所有像素点的灰阶值均乘以功率束缚系数k；取图像中绿色通道的灰阶直方图为基准，将红、蓝色通道的灰阶直方图朝绿色通道的灰阶直方图平移并靠拢；确立补偿区间，对原图像中灰阶值在补偿区间内的像素点进行采样，保持样本像素点的灰阶值不变，补偿区间内其余像素点的灰阶值按直方图平移算法进行平移，得到高灰阶空缺区域像素点的补偿；输出图像。本发明的色彩还原方法能高效地将存在色偏的图像进行色彩还原处理，同时能够满足AMOLED显示屏对于低功耗的要求；算法中运用的是加、减法，相比于采用大量乘、除法的传统算法，具有更低功耗、更易于硬件实现，大大降低了算法的复杂度。

Description

一种色彩还原方法
技术领域
本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种色彩还原方法。
背景技术
在AMOLED显示屏的画面显示过程中，色彩还原，即自动白平衡(Automatic WhiteBalance，AWB)，是一个十分重要的功能。
色彩还原算法是用于校正恢复存在色偏图像的重要方法，被广泛地应用在各式各样的数码设备之中。在各种不同的光源照射下，即不同色温下，目标物体的颜色就会发生变化。不难发现这样一个规律：色温越高，光色就越偏蓝；色温越低，光色就会越偏红。其中，白色物体的变化最为显著。为了尽可能减少由光源与外界污染所带来的目标物体色彩失真，色彩还原算法需要对拍摄影像进行色彩校正，以达到最接近理想图片的目的。
现有的一些文献和专利提出的色彩还原算法多数采用大量乘、除法的传统算法，功耗高且不便于硬件实现。在日常生活中，我们也会发现手中的移动设备非常耗电，而移动产品的耗电主要来源于屏幕显示。因此，如何高效地处理原始图像直方图从而达到白平衡效果的同时又可以降低AMOLED显示屏的功耗是当前急需需要解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种色彩还原方法，用于解决手持设备耗电高、现有的色彩还原算法功耗高、不便于硬件实现以及色彩还原效率差的问题。为实现上述目的，本发明采用以下方案：一种色彩还原方法，适用于AMOLED显示屏，所述色彩还原方法至少包括：输入原图像；将原图像的所有像素点的灰阶值均乘以功率束缚系数k，以限制图像显示功率，其中，k∈(0,1)；取图像中绿色通道的灰阶直方图为基准，将红色与蓝色通道的灰阶直方图朝绿色通道的灰阶直方图平移并靠拢，以增大重叠面积；确立补偿区间，对原图像中灰阶值在补偿区间内的像素点根据其坐标编号进行采样，采样时间间隔为T，样本像素点的灰阶值保持不变，补偿区间内其余像素点的灰阶值按直方图平移算法进行平移，以得到高灰阶空缺区域像素点的补偿；输出图像。
于本发明的一实施方式中，获得功率束缚系数k至少包括以下步骤：分别求出R、G和B三种颜色通道的灰阶值总和；将R、G和B三种颜色通道的灰阶值总和两两相除，得出三个系数，其中，各系数中以较大者为分母、以较小者为分子；以三个系数中的最大值作为功率束缚系数k。
于本发明的一实施方式中，红色与蓝色通道的灰阶直方图向绿色通道的灰阶直方图平移过程包括：分别求出R、G和B三种颜色通道的灰阶平均值；分别将红、蓝色通道的灰阶平均值与绿色通道的灰阶平均值作差，将红色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第一灰阶差值，蓝色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第二灰阶差值；保持所有像素点绿色通道的灰阶值不变；将红色通道的灰阶值与所述第一灰阶差值作差，得到红色通道的新灰度值；将蓝色通道的灰阶值与所述第二灰阶差值作差，得到蓝色通道的新灰阶值。
于本发明的一实施方式中，确立补偿区间的步骤包括：以绿色通道的灰阶平均值为基准，将红色和蓝色通道的灰阶平均值分别与绿色通道的灰阶平均值作差，将红色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第三灰阶差值，蓝色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第四灰阶差值；取红色通道的灰阶最大值作为红色通道补偿区间的终点值，取蓝色通道的灰阶最大值作为蓝色通道补偿区间的终点值；将红色通道的灰阶最大值与所述第三灰阶差值作差，得到红色通道补偿区间的初始值；将蓝色通道的灰阶最大值与所述第四灰阶差值作差，得到蓝色通道补偿区间的初始值；则红色通道补偿区间表示为：dR＝[Rmax(x,y)-(Ravg-Gavg)，Rmax(x,y)]，其中，dR为红色通道补偿区间，Rmax(x,y)为红色通道的灰阶最大值，Ravg为红色通道的灰阶平均值，Gavg为绿色通道的灰阶平均值；蓝色通道补偿区间表示为：dB＝[Bmax(x,y)-(Bavg-Gavg)，Bmax(x,y)]，其中，dB为蓝色通道补偿区间，Bmax(x,y)为蓝色通道的灰阶最大值，Bavg为蓝色通道的灰阶平均值。
于本发明的一实施方式中，对原图像中灰阶值在补偿区间内的像素点采样的时间间隔T的取值范围为3-5。
于本发明的一实施方式中，所述色彩还原方法基于可编程逻辑器件FPGA与AMOLED显示屏的联合***实现。
如上所述，本发明的色彩还原方法，具有以下有益效果：
1、能高效地将存在色偏的图像进行色彩还原处理，得到类似于正常光源照射下的图像；
2、能够满足AMOLED显示屏对低功耗的要求；
3、算法中大量运用的是加、减法，相比于采用大量乘、除法的传统算法，具有更低功耗、更易于硬件实现，大大降低了算法的复杂度。
附图说明
图1显示为本发明色彩还原方法的流程示意图。
图2显示为原图像蓝色通道的灰阶直方图。
图3显示为经直方图平移算法处理之后图像蓝色通道的灰阶直方图。
图4显示为加入补偿机制之后图像蓝色通道的灰阶直方图。
元件标号说明
S1-S5 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的色彩还原方法可在可编程逻辑器件FPGA与AMOLED显示屏的联合***上实现。请参阅图1，为本发明色彩还原方法的流程示意图。所述色彩还原方法至少包括以下步骤：
S1、设备初始化，输入原始图像；
S2、图像显示功率限制：将原图像的所有像素点的灰阶值均乘以功率束缚系数k，以限制图像显示功率，其中，k∈(0,1)，这里，功率束缚作为预处理部分，是图像输入之后进行的第一步，也是算法中降低功耗的重要体现；
S3、灰阶直方图平移：取图像中绿色通道的灰阶直方图为基准，将红色与蓝色通道的灰阶直方图朝绿色通道的灰阶直方图平移并靠拢，用于增大重叠面积；
S4、高灰阶空缺区域像素点补偿：确立补偿区间，对原图像中灰阶值坐在补偿区间内的像素点根据其坐标编号进行采样，采样时间间隔为T，样本像素点的灰阶值保持不变，补偿区间内其余像素点的灰阶值按直方图平移算法进行平移，以得到高灰阶空缺区域像素点的补偿；
S5、输出处理后的图像。
对于AMOLED显示屏来说，降低功耗十分关键。为了延长AMOLED显示屏的使用寿命以及配套的电子设备的使用时间，在不明显影响其显示效果的情况下，控制它的显示功耗是非常必要的。功率束缚是指牺牲少量的图像色彩鲜艳度，来达到显著降低功耗的方法。将原有图像的所有像素点的灰阶值乘以一个系数k，该系数k是根据输入图像的数据计算得出的，并且确保k∈(0,1)。
作为示例，获得功率束缚系数k的具体步骤如下：
1)分别求出R、G和B三种颜色通道的灰阶值总和；
2)将R、G和B三种颜色通道的灰阶值总和两两相除，得出三个系数，其中，各系数中以较大者为分母、以较小者为分子；
3)以三个系数中的最大值作为功率束缚系数k。
需要注意的是，功率束缚作为预处理部分，是图像输入之后进行的第一步，也是算法中降低功耗的重要体现。
灰阶直方图平移就是取绿色通道的灰阶直方图为基准，将红色与蓝色通道的灰阶直方图朝其靠拢，以达到增大重叠面积的目的，得到更好的色彩还原效果。
于一实施例中，灰阶直方图平移的具体步骤如下：
1)分别求出R、G和B三种颜色通道的灰阶平均值；
2)分别将红、蓝色通道的灰阶平均值与绿色通道的灰阶平均值作差，将红色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第一灰阶差值，蓝色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第二灰阶差值；
3)保持所有像素点绿色通道的灰阶值不变；将红色通道的灰阶值与所述第一灰阶差值作差，得到红色通道的新灰度值；将蓝色通道的灰阶值与所述第二灰阶差值作差，得到蓝色通道的新灰阶值。
在算法处理过程中，由于相比于绿色通道均值更大的通道，将会减去一个差值来达到更接近绿色通道的目的，因此在高灰阶部分，就会空出一块区域，该通道在此区域内将没有任何像素点，同时高灰阶部分相比于低灰阶部分会更加显著地影响图像的显示效果。
以蓝色通道(假设均值大于绿色通道)为例，原图像蓝色通道的灰阶直方图和经直方图平移算法处理之后图像蓝色通道的灰阶直方图分别如图2和图3所示，需要注意的是，图2-图4中的横坐标代表灰阶值，纵坐标代表灰阶值占整幅图像总灰阶值的比例。通过对比，可以很清晰地发现因为向左平移而出现的高灰阶空缺区域。这就表明了在经过直方图平移算法之后的图像在蓝色通道高灰阶的很大一块区域是没有任何像素点的，这就可能导致处理后的图像在高亮部分的色彩不那么饱满。因此，为了解决这个问题，要对高灰阶空缺区域像素点进行补偿。
首先要确立补偿区间，包括以下步骤：
1)以绿色通道的灰阶平均值为基准，将红色和蓝色通道的灰阶平均值分别与绿色通道的灰阶平均值作差，将红色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第三灰阶差值，蓝色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第四灰阶差值；
2)取红色通道的灰阶最大值作为红色通道补偿区间的终点值，取蓝色通道的灰阶最大值作为蓝色通道补偿区间的终点值；
3)将红色通道的灰阶最大值与所述第三灰阶差值作差，得到红色通道补偿区间的初始值；将蓝色通道的灰阶最大值与所述第四灰阶差值作差，得到蓝色通道补偿区间的初始值；
4)则红色通道补偿区间表示为：
dR＝[Rmax(x,y)-(Ravg-Gavg)，Rmax(x,y)]，其中，dR为红色通道补偿区间，Rmax(x,y)为红色通道的灰阶最大值，Ravg为红色通道的灰阶平均值，Gavg为绿色通道的灰阶平均值；
蓝色通道补偿区间表示为：
dB＝[Bmax(x,y)-(Bavg-Gavg)，Bmax(x,y)]，其中，dB为蓝色通道补偿区间，Bmax(x,y)为蓝色通道的灰阶最大值，Bavg为蓝色通道的灰阶平均值。
完成对补偿区间的确立之后，对原图像中灰阶值坐在区间内的像素点根据其坐标编号进行采样，采样的时间间隔T的取值范围为3-5，特别地，采样间隔经试验确定优选为T＝4。样本像素点的灰阶值保持不变，区间内其余像素点的灰阶值按直方图平移算法进行平移。
加入补偿机制之后图像蓝色通道的灰阶直方图如附图4所示。可以清晰地看到图中大致在区间[200,250]内，又有了一部分像素点的回补，该部分像素点能够使得重叠面积更大，也能使得处理效果更好。
如上所述，本发明的色彩还原方法能高效地将存在色偏的图像进行色彩还原处理，得到类似于正常光源照射下的图像；能够满足AMOLED显示屏对于低功耗的要求；算法中大量运用的是加、减法，相比于采用大量乘、除法的传统算法，具有更低功耗、更易于硬件实现，大大降低了算法的复杂度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种色彩还原方法，适用于AMOLED显示屏，其特征在于，所述色彩还原方法至少包括：
输入原图像；
将原图像的所有像素点的灰阶值均乘以功率束缚系数k，以限制图像显示功率，其中，k∈(0,1)；
取图像中绿色通道的灰阶直方图为基准，将红色与蓝色通道的灰阶直方图朝绿色通道的灰阶直方图平移并靠拢，以增大重叠面积；
确立补偿区间，对原图像中灰阶值在补偿区间内的像素点根据其坐标编号进行采样，采样时间间隔为T，样本像素点的灰阶值保持不变，补偿区间内其余像素点的灰阶值按直方图平移算法进行平移，以得到高灰阶空缺区域像素点的补偿；
输出图像；
其中，确立补偿区间的步骤包括：
以绿色通道的灰阶平均值为基准，将红色和蓝色通道的灰阶平均值分别与绿色通道的灰阶平均值作差，将红色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第三灰阶差值，蓝色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第四灰阶差值；
取红色通道的灰阶最大值作为红色通道补偿区间的终点值，取蓝色通道的灰阶最大值作为蓝色通道补偿区间的终点值；
将红色通道的灰阶最大值与所述第三灰阶差值作差，得到红色通道补偿区间的初始值；将蓝色通道的灰阶最大值与所述第四灰阶差值作差，得到蓝色通道补偿区间的初始值；
则红色通道补偿区间表示为：
dR＝[Rmax(x,y)-(Ravg-Gavg)，Rmax(x,y)]，其中，dR为红色通道补偿区间，Rmax(x,y)为红色通道的灰阶最大值，Ravg为红色通道的灰阶平均值，Gavg为绿色通道的灰阶平均值；
蓝色通道补偿区间表示为：
dB＝[Bmax(x,y)-(Bavg-Gavg)，Bmax(x,y)]，其中，dB为蓝色通道补偿区间，Bmax(x,y)为蓝色通道的灰阶最大值，Bavg为蓝色通道的灰阶平均值。
2.根据权利要求1所述的色彩还原方法，其特征在于，获得功率束缚系数k至少包括以下步骤：
分别求出R、G和B三种颜色通道的灰阶值总和；
将R、G和B三种颜色通道的灰阶值总和两两相除，得出三个系数，其中，各系数中以较大者为分母、以较小者为分子；
以三个系数中的最大值作为功率束缚系数k。
3.根据权利要求1所述的色彩还原方法，其特征在于，红色与蓝色通道的灰阶直方图向绿色通道的灰阶直方图平移过程包括：
分别求出R、G和B三种颜色通道的灰阶平均值；
分别将红、蓝色通道的灰阶平均值与绿色通道的灰阶平均值作差，将红色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第一灰阶差值，蓝色通道与绿色通道的灰阶平均值的差值记为第二灰阶差值；
保持所有像素点绿色通道的灰阶值不变；将红色通道的灰阶值与所述第一灰阶差值作差，得到红色通道的新灰度值；将蓝色通道的灰阶值与所述第二灰阶差值作差，得到蓝色通道的新灰阶值。
4.根据权利要求1所述的色彩还原方法，其特征在于，对原图像中灰阶值在补偿区间内的像素点采样的时间间隔T的取值范围为3-5。
5.根据权利要求1所述的色彩还原方法，其特征在于，所述色彩还原方法基于可编程逻辑器件FPGA与AMOLED显示屏的联合***实现。
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