CN1168285C - 增强色彩影像处理的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种增强像素色彩的装置及方法，该装置包含一第一电路、一第二电路、一第三电路及一第四电路。在一较佳具体实施例中，该装置还包含一第五电路。该第一电路提供决定并输出一参考值X。该第二电路输入该参考值X及三分量(R，G，B)，并将该三分量(R，G，B)分别减去该参考值X，以得到(R-X)、(G-X)及(B-X)的值。该第三电路输入(R-X)、(G-X)及(B-X)的值，且利用一缩放因子S依比例对(R-X)、(G-X)及(B-X)的值作放大或缩小，以产生S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值。该第四电路分别将该S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值加到该三分量(R，G，B)，以产生三增强分量(R′，G′，B′)。

Description

增强色彩影像处理 的装置及方法

                       技术领域

本发明涉及色彩影像处理技术，特别涉及增强色彩的色彩影像处理装置及方法。

                       背景技术

HSV(hue，saturation，value)或HSB(hue，saturation，brightness)模型是由A.R.Smith(1978)提出的一种更直觉方式选择红绿蓝三原色模型的介面。该色彩空间为六角锥形体。HSV锥体是一RGB立方体的非线性转换，且被认为是一个感觉性的(perceptual)模型。‘感觉性’的意思是指拥有更类似于人类所认知的色彩的特性，而并非指色彩空间是感觉上线性的(linear)。该RGB空间的非线性感觉(non-linear)仍继续存在于HSV空间中。具体而言，相对于角度的改变，色调(hue)感觉的改变为非线性的。

当使用者需要以美学或类似的基础对一色彩做控制或选择时，HSV模型可被用于任何相关的场合。使用以感觉性为基础的变数，如色调、饱和度(saturation)及明亮度(value/brightness)的RGB显示器，HSV模型使得控制一RGB屏幕的部分或全部范围变成可能。这表示可轻易地且可预期地藉由改变三参数中之一的方式建立一使用者介面。当这些感觉性的变数被使用时，如使色彩X更明亮、更暗淡或更泛黄的操作，会比决定如何改变RGB的组合容易的多。

该HSV模型是建构在极坐标(r，θ，z)上，而非笛卡儿(Cartesians)坐标。色调(H)，或称浓淡，是以θ角度表示，范围为0°至360°。该六角形的顶点以60°分隔，红色在θ为60°的地方、黄色在θ为60°的地方、绿色在θ为120°的地方，且青绿色在θ为180°的地方，而互补色各以180°分开。

至z轴的距离代表饱和度(S)：存在的色彩量。S由0至1。在HSV模型中饱和度代表一色调的纯度(purity)的比例。S＝1表示该色调为最大纯度，在S＝0.25时，色调为四分之一纯度，而在S＝0时，即为灰阶。

V，是HSV的明亮度，由六角锥体的顶端的0值至六角锥体底部的1值。V＝0代表黑(blackness)，而V＝1时，色彩则有最大强度(intensity)，当V＝1且S＝1时，为纯色调(pure hue)，纯白(whiteness)则可在V＝1且S＝0的位置获得。

若使用者可藉由绘图软件调整HSV色彩参数：H、S、V，则这些参数会被转换成RGB设定值，供控制RGB彩色屏幕。为决定此转换中所需的操作，我们将以下述众所皆知的算法说明如何由RGB立方体(cube)得到HSV六角锥体。

RGB立方体中黑(原点)至白的对角线对应于HSV六角锥体的z轴。每一个RGB立方体的子立方体对应于HSV六角锥体的一六角形剖面区域。在任何剖面上，该HSV六边形上及由z轴至任一顶点的所有径向线上皆有相同的V(明亮度)。对任一组RGB值而言，V等于该组值中的最大值。对应于该RGB组值的HSV点是位于具有V值的六角形剖面上。S，是HSV的饱和度，是该点位置距离z轴的相对距离。H，是HSV的色调，藉计算该点位于HSV六边形的对一六分仪(Sextant)的相关位置求得其值。以下的程序(以C语言撰写)提供一众所皆知的将RGB组值映射至该相对应的HSV值的算法。

#include＜math.h＞

　　#define MIN(a，b)(a＜b？a：b)

　　#define MAX(a，b)(a＞b？a：b)

　　#define NO_HUE-1
void rgbToHsv(float r，float g，float b，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！＝0.0)*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；

　　}
}

令max为红、绿及蓝色彩分量中的最大值，令min为红、绿及蓝色彩分量中的最小值，令delta等于max减去min，且根据HSV模型，饱和度被定义为delta/max。

对一特定像素，假设该对应色彩分量有一R＞G＞B的关系。于是该色彩色调角度被表示为θ，其中，

且该色彩饱和度被表示为Ω，其中，

$\mathrm{\Ω}=\frac{(R-B)}{R}$

                       发明内容

本发明的目的是提供电脑绘图与视讯应用的一种增强色彩影像的方法及装置。

本发明的另一目的是在不改变色彩色调的情况下，调整电脑绘图中一像素的饱和度。

在此提供一种增强像素色彩的装置及方法，其具体实施例包含一第一电路、一第二电路、一第三电路及一第四电路。在一较佳具体实施例中，该装置还包含一第五电路。该第一电路决定并输出一参考值X。该第二电路输入该参考值X及三分量(R，G，B)，并将该三分量(R，G，B)分别减去该参考值X，以得到(R-X)、(G-X)及(B-X)的值。该第三电路输入(R-X)、(G-X)及(B-X)的值，且利用一缩放因子S依比例对(R-X)、(G-X)及(B-X)的值作放大或缩小，以产生S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值。该第四电路分别将该S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值加到该三分量(R，G，B)，以产生三增强分量(R′，G′，B′)。

通过下面结合附图对本发明的详细说明可更进一步地了解本发明的优点与精神。

                     附图说明：

图1示出了一较佳具体实施例；

图2示出了另一较佳具体实施例。

                    具体实施方式

为达到增强色彩的目的，我们希望能在保持色彩色调不变情况下，增加饱合度。本发明提供了一种方法以增强饱合度，如以下方程式(1)。

方程式(1)中，X可为R、G及B值范围中的任意值，且Scale为所选择的一缩放因子，该增强的色彩包含一红分量R_NEW、一绿分量G_NEW以及一蓝分量B_NEW。当该缩放因子为正时，饱和度会增强，而当该缩放因子为负时，饱和度会降低，且若该缩放因子为零时，则饱和度不会改变。

假设该缩放因子为正，对一特别的像素，若R＞G＞B，由于线性缩放的特性，则R_NEW＞G_NEW＞B_NEW。该红分量仍为三分量中的最大值。该增强的色彩的新色彩色调角度以θ_NEW表示，由以下的演算可证明θ_NEW和θ相同，即以方程式(1)作增强时，色彩色调并不会改变。

根据以上的叙述，新饱和度Ω_NEW以下方程式表示。

${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{NEW}}=\frac{(R_{\mathrm{NEW}}-B_{\mathrm{NEW}})}{R_{\mathrm{NEW}}}$

以下演算可证明，当(R-B≥0)时，色彩的饱和度会增强。即本发明所提出的方程式(1)可实现本发明的目的。

${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{NEW}}-\mathrm{\Ω}=\frac{\left(R_{\mathrm{NEW}}{-B}_{\mathrm{NEW}}\right)}{R_{\mathrm{NEW}}}-\frac{(R-B)}{R}=\frac{R_{\mathrm{NEW}}*B-R{*B}_{\mathrm{NEW}}}{R_{\mathrm{NEW}}*R}$

$=\frac{[R+(R-X)*\mathrm{Scale}]*B-R*[B+(B-X)*\mathrm{Scale}]}{R_{\mathrm{NEW}}*R}$

$=\frac{-B*X*\mathrm{Scale}+R*X*\mathrm{Scale}}{R_{\mathrm{NEW}}*R}$

$=\frac{X*\mathrm{Scale}*(R-B)}{R_{\mathrm{NEW}}*R}\≥0$

根据以上的叙述，藉由本发明提供的方程式(1)，当色彩饱和度增强时，该色彩色调将保持不变。

代替在方程式(1)中使用的一预设常数X，本发明的第二具体实施例用以下方程式提供在RGB色彩空间中的色彩增强处理：

其中R、G及B为原色彩分量，R_NEW、G_NEW及B_NEW为增强的色彩分量，Scale为增强程度，且f(R，G，B)为具有R、G及B变数之一函数。

在一较佳具体实施例中，f(R，G，B)为min(R，G，B)，其中该min(R，G，B)为R、G及B中的最小值。当实施此一实施例时，色彩增强方程式为：

另一替代方案为，将f(R，G，B)替代为max(R，G，B)，其中该max(R，G，B)为R、G及B中的最大值。或将f(R，G，B)替代为R、G及B中的中间值(middle)，或将f(R，G，B)替代为R、G及B中的平均值(mean/average)。我们不难证明，当色彩饱和度以近似本发明的方程式(2)或方程式(3)的方式增强时，色彩色调将保持不变。

由于以上所述的增强过程可能造成该增强分量超过每一分量的对应上限，利用嵌位运算(clamp operation)以防止外溢(overflow)。当超过该增强分量值时，嵌位运算会限制该分量值于该对应上限。

如图1所示，本发明的装置包含一第一电路10、一第二电路12、一第三电路14及一第四电路16。在一较佳具体实施例中，该装置还包含一第五电路18，该色彩增强处理是以一缩放因子调整在RGB色彩空间中的原影像，以形成一增强影像。该程序可处理RGB色彩空间中的每一像素且不需要色彩模型的转换。

该第一电路10决定并输出一参考值X。该第二电路12输入该参考值X与(R，G，B)，并将该三分量(R，G，B)分别减去该参考值X，使在输出中得到(R-X)、(G-X)及(B-X)的值。

该第三电路14输入(R-X)、(G-X)及(B-X)的值，并供利用一缩放因子S，依比例对该(R-X)、(G-X)及(B-X)的值进行缩放，以产生S-(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值。该第四电路16，供分别将该S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的值加到该三分量(R，G，B)，以产生三增强分量(R′，G′，B′)。

由于以上所述的该增强处理可能造成该增强分量(R′，G′，B′)超过每一分量的一对应上限，该第五电路18是用以执行该嵌位运算以防止该分量值外溢。当超过该增强分量值时，该第五电路18所提供的该嵌位运算会限制该色彩分量值以输出该上限。该第五电路18的输出为(R″，G″，B″)。

当方程式(3)中的最小近似方法被采用，且在R＞G＞B的假设下，该方程式(3)可简化为：

供执行方程式(4)功能的一较佳具体实施例揭示于图2中。

图2中的该装置包含一第一电路21、一第一多工单元23、一乘法单元25、一第二多工单元27、一AND逻辑单元29、一运算单元22及一控制器24。

该第一电路21输入该R、G及B的值且分别计算并输出(R-G)、(G-B)及(B-R)的值。在一较佳具体实施例中，该第一电路21包含三个减法单元210、212及214。该(R-G)、(G-B)及(B-R)的正负值(sign)位被输入至该控制器24。

该第一多工单元23，连接于该第一电路21，且对应一第一选择信号241，根据一第一预定方式，选择性地输出(R-G)、(G-B)及(B-R)的其中两个值。在一较佳具体实施例中，该第一多工单元23包含一第一多工器231及一第二多工器233。因此，该第一多工器231输出(R-G)或(G-B)，且该第二多工器233输出或输出(B-R)或(G-B)。为了说明的目的，现在我们假设一像素其R＞G＞B，且f(R，G，B)为min(R，G，B)。

根据该说明例的假设，该控制器24所接收的该正负值位为(0，0，1)。利用这些正负值位，该控制器24藉由一检查表或其逻辑电路，输出一(1，1)的值至该第一选择信号241上。在此假设下，该第一多工器231输出(G-B)值，且该第二多工器233输出(B-R)值。

该乘法单位25，连接至该第一多工单元23，供选择性地产生S*(R-G)、S*(G-B)及S*(B-R)的其中两个缩放值，其中S为一预设缩放因子。在一较佳具体实施例中，该乘法单位25包含一第一乘法器251及一第二乘法器253。在以上的假设下，该第一乘法器251输出S*(G-B)值，且该第二乘法器253输出S*(B-R)值。

该第二多工单元27，连接至该乘法单元25，且对应一第二选择信号243，选择性地输出S*(R-G)、S*(G-B)及S*(B-R)的值。在一较佳具体实施例中，该第二多工单元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。利用这些正负值位，该控制器24藉由一检查表或其逻辑电路，输出一(1，0，1)的值至该第二选择信号243上。在该说明例的假设下，该第一多工器271输出S*(B-R)的值、该第二多工器273输出S*(G-B)的值及该第三多工器273输出S*(B-R)的值。

该AND逻辑单元29，连接至该第二多工单元27，且对应一第一控制信号245，选择性地输出(S*(B-R)，S*(G-B)，0)、(S*(R-G)，0，S*(G-B))及(O，S*(R-G)，S*(B-R))其中的一组信号。在一较佳具体实施例中，该AND逻辑单元29包含一第一AND单元291、一第二AND单元293及一第三AND单元295。在该说明例的假设下，该控制器24对应该正负值位的信息，产生(1，1，0)的值至该第一控制信号245上。对应这些值，该第一AND单元291输出S*(B-R)的值、该第二AND单元291输出S*(G-B)的值，且该第三AND单元295输出0。

该运算单元22，连接至该AND逻辑单元29并输入该三分量(R，G，B)，而对应一第二控制信号247，选择性地输出(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))其中之一增强色彩分量。在一较佳具体实施例中，该运算单元22包含一第一加减单元221、一第二加减单元223及一第三加减单元225。在该说明例的假设下，该控制器24对应该正负值位的信息，产生(1，0，0)的值至该第二控制信号247上。对应这些值，该第一加减单元221输出R+S*(R-B)的值、该第二加减单元223输出G+S*(G-B)的值，且第三加减单元225输出B。

以上的详细叙述欲清楚地叙述本发明的特征与精神，并且非用以限制本发明的范畴。各种的改变及相等项的修正皆应被本发明所涵盖。因此，本发明的范围应根据以下的权利要求以及以上的叙述为广泛解释。

Claims (12)

1.一种增强像素色彩的方法，其中该像素色彩包含三分量(R，G，B)分别对应红、绿及蓝三原色，该方法包含以下步骤：

(a)决定一参考值X；

(b)将该三分量(R，G，B)减去该参考值X以得到(R-X)、(G-X)及(B-X)的值；

(c)利用一缩放因子S，分别对(R-X)、(G-X)及(B-X)进行缩放，以得到三缩放后分量(Rs，Gs，Bs)；

(d)分别将该缩放后分量(Rs，Gs，Bs)加到该三分量(R，G， B)，以产生三增强分量；以及

(e)对该三增强分量进行一箝位运算。

2.如权利要求1所述的增强像素色彩的方法，其中该参考值X为该R、G及B像素中的最小值。

3.如权利要求1所述的增强像素色彩的方法，其中该参考值X为该R、G及B像素中的中间值。

4.如权利要求1所述的增强像素色彩的方法，其中该参考值X为该R、G及B像素中的最大值。

5.如权利要求1所述的增强像素色彩的方法，其中该参考值X为该R、G及B像素中的平均值。

6.如权利要求1所述的增强像素色彩的方法，其中该缩放步骤是由S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)的运算所执行。

7.一种增强像素色彩的装置，其中该像素色彩包含三分量(R，G，B)分别对应红、绿及蓝三原色，该装置包含：

一第一电路，供决定并输出一参考值X；

一第二电路，供将该三分量(R，G，B)分别减去该参考值X，以得到(R-X)、(G-X)及(B-X)值；

一第三电路，供利用一缩放因子S，依比例对该(R-X)、(G-X)及(B-X)的值进行缩放，以产生S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)值；以及

一第四电路，供分别将该S*(R-X)、S*(G-X)及S*(B-X)值加到该三分量(R，G，B)，以产生三增强分量；以及

一第五电路，供分别将该三增强分量箝位(clamping)于三个上限值。

8.如权利要求7所述的增强像素色彩的装置，其中该参考值X为该R、G及B像素中的最小值。

9.如权利要求7所述的增强像素色彩的装置，其中该参考值X为该R、G及B像素中的中间值。

10.如权利要求7所述的增强像素色彩的装置，其中该参考值X为该R、G及B像素中的最大值。

11.如权利要求7所述的增强像素色彩的装置，其中该参考值X为该R、G及B像素中的平均值。

12.一种增强像素色彩的装置，其中该像素色彩包含三分量(R，G，B)分别对应红、绿及蓝三原色，该装置包含：

一第一电路，供分别计算并输出(R-G)、(G-B)及(B-R)的值；

一第一多工电路，该第一多工电路连接于该第一电路，且对应一第一选择信号，该第一多工电路根据一第一预定方式，选择性地输出(R-G)、(G-B)及(B-R)的其中两个值；

一乘法电路，该乘法电路连接于该第一多工电路，供选择性地产生S*(R-G)、S*(G-B)及S*(B-R)其中的两个缩放值，其中S为一预设缩放因子；

一第二多工电路，该第二多工电路连接于该乘法电路，且对应一第二选择信号，选择性地输出S*(R-G)、S*(G-B)及S*(B-R)的值；

一AND逻辑电路，该AND逻辑电路连接于该第二多工电路，且对应一第一控制信号，选择性地输出(S*(B-R)，S*(G-B)，0)、(S*(R-G)，0，S*(G-B))及(0，S*(R-G)，S*(B-R))其中的一组信号；

一运算电路，该运算电路连接于该AND逻辑电路并输入该三分量(R，G，B)，而对应一第二控制信号，选择性地输出(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))中的一增强分量；以及

一箝位电路，供对增强分量执行箝位运算。

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