201121336 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種高動態範圍合成影像之色彩校正 方法，更詳而言之，係有關於藉由拍攝裝置取得不同曝光 程度所拍攝到的影像，並找出同色彩於不同明度下的關連 性，以作為對該拍攝裝置所取得的高動態範圍合成影像進 行色彩校正之技術。 I【先前技術】 目前多數顯示設備所能呈現動態範圍（Dynamic Range) 有限，導致許多影像細節無法清楚呈現，所以透過高動態 範圍（High Dynamic Range, HDR)顯示技術更顯得重要，因 此，高動態範圍合成影像技術也逐漸被用來呈現較佳品質 之影像。 所謂的動態範圍係指影像中最暗與最亮的對比值，一 般來說，電腦在顯示數位影像時，若要達到如真實環境之 籲明暗對比表現，其困難度較高，常因無法同時兼顧曝光不 足導致過暗區域或曝光過度導致過亮區域的情況，而造成 影像中部份影像無法完整顯示出來；對此，高動態範圍影 像合成技術則是針對前述數位影像表現之難處進行改善， 利用多張影像曝光程度不同的數位影像資料，疊合出具有 明暗範圍較廣的合成影像，以增加影像顯示範圍的影像處 理技術。 目前高動態範圍影像合成的作法，係利用複數張不同 曝光程度的影像進行合成，在連續的曝光影像中，影像含 4 111354 201121336 有曝光過度或曝光不足的像素點，當然也有曝光恰當的像 素點，因此，由多張影像中包找尋曝光恰當之像素點來進 行合成，以得到所謂的高動態範圍合成影像。惟，依目前 高動態範圍影像合成方式，多數著重在以恢復影像細節資 訊為主要目的，對於合成影像色彩表現部分，頂多只以白 平衡或依比例計算等簡單方式進行處理，然而，針對曝光 程度不同之影像，其進光量不同恐造成影像彩度受影響或 I是色相變化，進而導致高動態範圍影像合成後色調可能發 生變化，甚至有失真情況，使得影像呈現品質不夠完善。 因此，如何提供一種高動態範圍合成影像之色彩校正 方法，使得高動態範圍合成影像在影像合成後其色彩表現 更接近真實，以減少傳統高動態範圍影像合成時，僅考量 以清楚呈現為目的而導致成像色彩品質不佳等問題，實為 目前亟欲解決之技術課題。 【發明内容】 馨鑒於上述習知技術之缺點，本發明係提出一種高動態 範圍合成影像之色彩校正方法，其目的在藉由建立色彩偏 移模型（color distortion model ’ CDM)以及將欲校正之高 動態範圍合成影像透過色彩校正矩陣（color calibration matrix，Mcc )，以得到更符合真實色彩之高動態範圍合成 影像。 本發明提供一種高動態範圍合成影像之色彩校正方 法，其包括以下步驟：（1)令拍攝裝置在相同光源環境下 以不同曝光程度拍攝色票之影像，以取得該影像於色彩空 5 111354 201121336 間（Color Space)之色度座標；（2)利用該色度座標建立 色彩偏移模型；（3)透過該色彩偏移模型以迴歸計算方式 取得色彩校正矩陣；以及（4)藉由該色彩校正矩陣對該拍 攝裝置所取得的高動態範圍合成影像進行色彩校正，以調 整該高動態範圍合成影像之色彩。 其中，該色彩偏移模型係由色票之原始色彩RGB值 轉換成色度座標所組成，而該色度座標係為該影像於不同 曝光程度之色度值。另外，該色彩校正矩陣係為該色票於 不同曝光程度之明度、彩度及色相之變化關係。 此外，該步驟（3)係依據該色票於不同曝光程度之 原始色彩的明度值，透過該色彩偏移模型得到對應的目標 色度值，且將該目標色度值與該色票原始色彩之色度值透 過二次多元迴歸方式以得該色彩校正矩陣。而該步驟（4) 係透過該色彩校正矩陣内各色彩對應關係，依據該高動態 範圍合成影像之各像素點的明度值，以對該合成影像進行 φ色彩校正。 於一變化例中，經由本發明色彩校正後之高動態範圍 合成影像，復利用 CIECAM02色外貌模式（Color Appearance Model，CAM )調整經色彩校正後之該高動態 範圍合成影像於顯示器上所呈現之外貌色彩。 相較於習知技術，本發明之高動態範圍合成影像之色 彩校正方法，係藉由建立色彩偏移模型以作為色彩校正依 據，使得高動態範圍合成影像之色彩呈現接近真實，以降 低傳統高動態合成影像於色彩表現方面之不足，而將高動 6 111354 201121336 態範圍合成影像透過色彩校正以提升其呈現的色彩品質。 再者，經色彩修正後的該高動態範圍合成影像復透過色外 貌模式調整其於數位顯示裝置之外貌色彩，俾讓使用者透 過顯示裝置觀看影像時，能更接近人眼所觀察到影像色彩。 【實施方式】 以下藉由特定的具體實例說明本發明之技術内容，熟 悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之内容輕易地瞭解本 發明之其他優點與功效。 ® 如第1圖所示，係用以說明本發明之高動態範圍合成 影像之色彩校正方法之流程圖。如圖所示，首先於步驟S1 中，係令拍攝裝置在同一光源環境下以不同曝光程度拍攝 色票之影像，取得該些影像於色彩空間内之色度座標。此 步驟之目的是為了取得該拍攝裝置所拍攝到的影像於不同 曝光程度下，每種色彩所產生的色度變化，以作為後續色 彩校正之依據；而該些影像於色彩空間内之色度座標的取 鲁得方式係將色票置於光源均勻的同一拍攝箱内，以不同曝 光程度拍攝複數張影像，因同一場景於不同曝光程度所拍 攝所呈現色彩會產生變化，藉此得到複數張同一場景不同 曝光程度的影像，最後，再透過該些於不同曝光程度之影 像，取得色票中各種顏色於色彩空間内的對應色度座標。 該色票可為GretagMacbeth色票、PANTONE色票、 DIC色票、RAL色票或被攝影及繪圖用於校正顏色之色 票等任一種，以作為拍攝後用於判斷色彩差異之依據。 其中，該色彩空間係一種透過X軸、Y軸與Z軸所構 7 111354 201121336 成之三維空間，例如透過紅色（Red )、綠色（Green )、藍 色（Blue)三原色（即簡稱RGB)作為X、Y和Z座標軸 來表示色彩。亦可透過色相（hue )、彩度（saturation )和 明度（lightness)等另一種色彩表示要素作為X、Y和Z 座標軸來表示色彩空間。每種可能的顏色於色彩空間内都 有唯一的位置；於此需說明，本發明所採用的色彩空間不 限定，而可為CIELAB色彩空間、CIEXYZ色彩空間、HSB I色彩空間、RGB色彩空間或用於顯示色度之色彩空間等任 一種0 接著，於步驟S2中，利用色度座標建立色彩偏移模 型。由於所有色度座標中包括各種顏色之色票於不同曝光 程度下所呈現之色度值，因此，於本實施例中，可將色彩 空間内各色度座標數據透過三次迴歸多項式計算，以建立 色彩偏移模型，換句話說，該色彩偏移模型之建構，係由 該色票之原始色彩RGB值轉換成色度座標，再將該色度座 鲁標之色彩關係建構成色彩偏移模型。 之後，於步驟S3中，則透過色彩偏移模型取得色彩 校正矩陣。主要係依據色票内各色彩於不同曝光程度下的 明度值，透過色彩偏移模型計算比對，以找出符合的目標 色度值，接著，再將目標色度值與色票各種色彩色度值透 過二次多元迴歸方式計算以得色彩校正矩陣，換句話說， 該色彩校正矩陣係為該色票於不同曝光程度之明度、彩度 以及色相變化關係。 最後，於步驟S4中，透過色彩校正矩陣作為該拍攝 8 111354 201121336 裝置對所其取得的高動態範圍合成影像進行色彩校正，以 調整該高動態範圍合成影像之色彩。本步驟係由色彩偏移 模型得到色彩校正矩陣内各色彩對應關係，此時，將欲進 行校正的高動態範圍合成影像之各像素點的明度值，透過 該色彩校正矩陣進行計算，以得到高動態範圍合成影像校 正後色彩。 如第2a圖所示，係用以詳細說明第1圖所示之本發 明高動態範圍合成影像之色彩校正方法中步驟S3的流程 圖，即進一步說明取得色彩校正矩陣的方法，首先，於步 驟S31中，係依據色票於不同曝光程度之原始色彩的明度 值，透過色彩偏移模型得到對應的目標色度值，由於色彩 不同曝光程度下其明度值不同，也造成色彩呈現上有所差 異，因此，藉由色彩偏移模型中各色彩於不同明度值下的 色度值，以找出相對應的目標色度值，而該目標色度值係 最符合人眼所觀看到的色彩。 接著，於步驟S32中，將步驟S31所取得目標色度值 與色票上各原始色彩色度值建立對應關聯性，且透過二次 多元迴歸方式估計出色彩校正矩陣，以作為高動態範圍合 成影像色彩校正之用。 如第2b圖所示，係用以詳細說明第1圖所示之本發 明高動態範圍合成影像之色彩校正方法之步驟S4的流程 圖，即進一步說明進行色彩校正的處理，首先於步驟S.41 中，係依據高動態範圍合成影像之各像素點的明度值，透 過色彩校正矩陣得到對應的色彩，藉由色彩於色彩校正矩 9 111354 201121336 陣内不同明度值之關聯性，求得最接近人眼所觀察到之色 彩。 接著，於步驟S42中，將所得到對應色彩，取代高動 悲範圍合成衫像之色彩，完成色彩校正程序，使該高^雜 範圍合成影像所呈現之色彩符合人眼所視之感覺。 茲以一具體實施例來說明本發明高動態範圍合成影 像之色彩校正方法。 φ 首先，依據不同曝光程度下色彩關聯性來建立色彩偏 移模型’其作法係把GretagMacbeth色票（註：該 GretagMacbeth色票係一種包括24種顏色之色票）置於D65 標準光源對色燈箱内，透過數位相機拍攝在不同曝光程度 下的複數張影像，且將所有數據轉換成CIELAB色彩空間 内的色度座標。第3圖所示係包括24種顏色於不同曝光程 度所造成色度分佈，其中，三個基本座標係包含表示顏色 的亮度L，L=0為黑色，而L= 100為白色，於紅色和綠 #色之間的位置a# (a+負值為綠色，正值為紅色）以及在黃 色和藍色之間的位置(1/負值為藍色，正值為黃色）。 接著，透過三次迴歸的多項式（式1)計算出在不同 曝光程度下，該GretagMacbeth色票中24種色彩於CIELAB 色彩空間内之明度、彩度、色相等變化值，以構成色彩偏 務模型，作為色彩校正之依據。 a. = m, -i- τηΊ .L] + m, ,L, + , ! : ； ’ ' ,1 = 1,2,3,-, 24 (1) bi = m, tL^ -r -i- mz iLi -r ^ 其中，I、<3、6表示同一色塊於不同曝光程度下的色 10 111354 201121336 • 度值，m表示參數，ζ·表示GretagMacbeth色票的24種顏 4 色。 透過前述將GretagMacbeth色票24種原始色彩於不同 曝光程度下的RGB值轉換為CIELAB色彩空間所表示色 度座標，以形成如第3圖所示之CIELAB色彩空間，也就 是透過該CIELAB色彩空間可得知每一種色彩在不同明度 下（依據曝光程度不同）之色度以及其關聯性，因此，欲 ¥校正的高動態範圍合成影像中任一像素點透過該關聯性， 即可找出所需要的目標色度值，在此所謂之目標色度值係 指最接近人眼所視之顏色，因此，使用者可訂定最符合自 己期望或觀看到色彩的明度值，以作為校正依據。 接著，依據該色彩偏移模型來建立色彩校正矩陣。其 作法係將數位像機所拍攝多張GretagMacbeth色票於同一 場景不同曝光程度下的低動態範圍影像，並將該些影像隨 機選取進行高動態範圍影像合成，以取得各明暗程度不同 鲁的合成影像樣本，其主要目的係為了分析不同明暗程度之 合成影像的色彩變化差異。 將前述合成影像原始色彩的明度值L透過色彩偏移 模型，可取得對應相同色彩的目標色度值，最後，將該目 標色度值及前述合成影像原始色彩的色度值透過二次多元 迴歸計算，以tf算出色彩校正矩陣，如下述式（2)至式（4) 所表示。 11 111354 (2) V201121336 L" a" b" -Mcc b' L'a， L'b' a'b'
La
Mcc·· Ί>2 '5 ^1,6 ^1,7 \8 ^1,9 ^1,10 2>] ni,2 ru, „ ^ „ ’ ^,4 气 5 «2,6 W2,7 W2,8 n2,9 W2,10 ^3,3 ^3·4 ^3,5 ^3,6 ^3,7 ^3,8 ^3,9 ^3,10 «3 (3)
U :«』+ n”a, + „ 6,+ '.乂，+'〆2 +'〆 +'7ZV+ni，0,+'々’ + '10 ^3"= ni.]L'+ n3 0a'n ~ A +^2.5^+^2/+^2,71^+^2,8^^+^2,9^6+^2,10 (4) 3 n3,4^ + nisa'2 + ni6b'2 + ni7L'a' + n3gL'b' + n3ga'b' + n310 其中，上i、 ^ ，，a二 、α’及6’表示合成影像原色彩的色度值，1”、 β及，則表示明厗杜 ^ TS ., a度值上，代入色彩偏移模型中相同顏色的 夕項式所切的目料度值。 ' =上述方式，藉由該色彩偏移模型中不同明度值所 A# 度差異產生對應關聯性，再透過高動態範圍合成 像素點㈣度值求得所期待的色度值，以取代原高 恶範圍合成影像内各像素點之色彩，使該影像色彩更符 合肉眼所視之顏色。 經本發明之高動態範圍合成影像之色彩校正方法而 几成色彩校正後之高動態範圍合成影像，復可利用 CIECAM02色外貌模式以調整於顯示器上所呈現該高動態 範圍合成影像之色彩。簡單來說，藉由CIECAM02色外貌 Π1354 12 201121336 „ 模式調整，可使得影像隨著不同環境光源變化而模擬人眼 t 色適應後的色彩修正結果，俾使經色外貌模式調整後之影 像與環境光源改變後所擷取的影像達到色外貌一致。 其作法如下：將某一光源下顯示的影像其像素RGB 值轉換至XYZ三刺激值，以作為光源環境下樣本三刺激值 X!、Y!及Z!，同時紀錄該光源下影像白點的三刺激值Xwl、 Ywl及Zwl，將上述資料經由CIECAM02色外貌模式計算 以取得知覺相關屬性，因此，當光源有所改變時則透過該 ® CIECAM02可求得新的三刺激值X2、Y2及Z2，該色外貌 模式轉換說明圖如第4圖所示，其中，在兩種不同光源下， 透過CIECAM02色外貌模式以樣本三刺激值與影像白點 的三刺激值找出另一種與光源對應的三刺激值，以作為顯 示器顯示調整之用，俾使人眼觀看顯示器所呈現影像時能 更接近人眼所觀看到的實際色彩。 綜上所述，本發明提出一種高動態範圍合成影像之色 籲彩校正方法，相較於習知缺點，本發明提出藉由不同曝光 程度之影像於色彩空間内各色彩的色彩座標，以建構出色 彩偏移模組，接著把各色彩之明度值透過色彩偏移模組找 到對應相同顏色的目標色度值，最後把目標色度值與原色 彩色度值比較計算求得色彩校正模組。透過上述方式，可 將高動態範圍合成影像進行色彩調整，俾使該高動態範圍 合成影像呈現上更符合人眼所看到的真實色彩，減低傳統 高動態範圍影像合成後顏色失真的狀態；另外，透過 CIECAM02色外貌模式讓修正後的高動態範圍合成影像顯 13 Π1354 201121336 示於顯示器時，能顯示出與人眼所視實物色与 像，以達到色外貌一致的效果。 / ^ 非用雜朗本㈣之_及其功效，而 财發明。任何”此項賤之人切可在不違 月本赉明之精神及範疇下，對上每 _ 變。因此，本發明之權利保護範 二進订修飾與改 範圍所列。 隻㈣應、如後述之申請專利
【圖式簡單說明】 範圍合成影像之色彩校正方 第1圖係本發明之高動態 法之步驟流程圖；
弟2a圖係第】圖所示之本發明高動態 之色彩校正方法中㈣S3詳細流程圖；u 第2b圖係第1圖所示之本發明高動態 之色彩校正方法中步驟S4詳細流程圖；。 圍合成影像 圍合成影像 第3圖係本發明高動態範 之色彩空間；以及 圍合成影像之色彩校正方法 法而以圖係經本翻高雜範圍合絲像之色彩校正方 '凡成色办校正後之高動態範圍合成氛暴、# $ CIECAM02色外貌模式轉換之說明圖。^ 【主要元件符號說明】 步驟 步驟 步驟 S1 〜S4 S31-S32 S41〜S42 111354 14