CN102158715B - 饱和度调整装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种饱和度调整装置，适用于接收一具有三个分量的RGB模型像素，且每一分量会落于二极值所界定的范围，该饱和度调整装置包含：一极值控制器，基于一校正指示，对该像素具有的分量进行线性的色彩校正，并在使校正后的分量落于该二极值所界定的范围的条件下，决定出对应于该校正指示的一最大极值门坎和一最小极值门坎；及一分量调整器，包括：一判断器，选择该最大极值门坎、该最小极值门坎或一饱和设定来当作该校正指示；及一色彩校正器，利用该校正指示对该像素的所有分量进行线性的色彩校正。

Description

饱和度调整装置及其方法

技术领域

本发明是有关于一种色彩校正技术，特别是指一种饱和度调整装置及其方法。

背景技术

在色彩学上，存在着多种用以分析图像的坐标模型，以HSI模型为例，其是利用色度(Hue)、饱和度(Saturation)以及光强度(Intensity)等三个坐标来描述。由于这个模型会将饱和度独立出，所以已知技术可以直接调整饱和度来达到期望的画面艳丽效果。

不过，碍于目前图像的储存格式多采RGB模型，必须经过一非线性转换程序，才能在HSI模型下调整饱和度。并且，调整完成后，还需要再非线性反转换成RGB模型。而这些「非线性」的转换程序极为复杂，得付出相当庞大的电路成本才能实现。

为了减少计算量，已知另一种技术更尝试在YCbCr模型下进行饱和度调整，这也是常用来储存图像的格式，而且只需通过矩阵即可轻易地与RGB模型进行「线性」转换。YCbCr模型是将图像区分成辉度Y、第一彩度Cb和第二彩度Cr。由于该等彩度Cb、Cr会主导图像的饱和度，所以这个技术是让该等彩度Cb、Cr分别乘上同一比率因子sy来缩放，藉以调整出所需的饱和度。

但是，YCbCr模型的辉度Y并不能完全反映光强度(Intensity)，使得彩度Cb、Cr中也存有部分的光强度，所以在放大该等彩度Cb、Cr以调高饱和度(Saturation)的同时，光强度也会跟着提高，导致一些图像细节因过亮而显得模糊。不仅如此，图像的色度(Hue)也会发生偏差，这起因于：YCbCr模型的彩度Cb、Cr的于HSI模型的色度为「非线性」关系，所以单纯地同步缩放该等彩度Cb、Cr，并不能维持图像原有的色度。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种饱和度调整装置及其方法，以解决先前技术中的问题。

本发明的目的之一在于提供一种饱和度调整装置及其方法，用来保护图像细节。

本发明的目的之一在于提供一种饱和度调整装置及其方法，用来有效控制色度误差。

本发明的目的之一在于提供一种饱和度调整装置及其方法，用来节省电路成本。

本发明提供了一种饱和度调整装置，适用于接收一具有三个分量的RGB模型像素，且每一分量会落于二极值所界定的范围，该饱和度调整装置包含：一极值控制器，基于一校正指示，对该像素具有的分量进行线性的色彩校正，并在使校正后的分量落于该二极值所界定的范围的条件下，决定出对应于该校正指示的一最大极值门坎和一最小极值门坎；及一分量调整器，包括：一判断器，选择该最大极值门坎、该最小极值门坎或一饱和设定来当作该校正指示；及一色彩校正器，利用该校正指示对该像素的所有分量进行线性的色彩校正。

本发明还提供了一种饱和度调整方法，适用于接收一具有三个分量的RGB模型像素，且每一分量会落于二极值所界定的范围，该饱和度调整方法包含以下步骤：基于一校正指示，对该像素具有的分量进行线性的色彩校正，并在使校正后的分量落于该二极值所界定的范围的条件下，决定出对应于该校正指示的一最大极值门坎和一最小极值门坎；选择该最大极值门坎、该最小极值门坎或一饱和设定来当作该校正指示；及利用该校正指示对该像素的所有分量进行线性的色彩校正。

附图说明

图1是一方块图，说明本发明饱和调整装置的实施例；

图2是一流程图，说明本发明饱和调整方法的实施例；及

图3是一方块图，说明本发明饱和调整装置的另一实施态样。

[主要元件标号说明]

600  饱和度调整装置    61   极值控制器

611  分量比较器        612  最大门坎产生器

613  最小门坎产生器            62   饱和控制器

621  色调计算器                622  乘法器

63   分量调整器                631  判断器

632  色彩校正器                700  饱和度调整装置

72   饱和控制器                721  色调计算器

ADD  加法器                    DIV  除法器

MUL  乘法器                    SUB  减法器

SHF  移位器                    LMT  限值器

81   决定极值门坎的步骤        811  选出最大和最小分量的子步骤

812  决定最大极值门坎的子步骤  813  决定最小极值门坎的子步骤

82   计算缓饱和信号的步骤      821  计算色调信号的子步骤

822  计算缓饱和信号的子步骤    83   进行色彩校正的步骤

831  产生校正指示的子步骤      832  进行色彩校正的子步骤

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一个实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

为了有效地节省电路成本，本发明提出一种直接利用RGB模型的饱和度调整装置，能在光强度(Intensity)不变的提前下，进行图像饱和度(Saturation)的调整。

参阅图1，本发明饱和度调整装置600的实施例，适用于接收一包括多个像素的图像信号，且每一像素具有三个分量r、g、b。该图像信号的储存格式是采用RGB模型，每一像素的各分量r、g、b值落于二极值间，即0～255。

本实施例包含一极值控制器61、一饱和控制器62及一分量调整器63。分量调整器63会基于一校正指示sa，来对每一像素的所有分量r、g、b进行「色彩校正」。

本例的「色彩校正」方式如方程式(1)～(4)，是先为每一像素计算出一相当于所有分量平均值的光强度I，然后以光强度I和校正指示sa来将每一像素的分量r、g、b 「线性」校正成R、G、B。其中，sa≥-1。

I＝(r+g+b)/3        (1)

R＝r+(r-I)×sa      (2)

G＝g+(g-I)×sa      (3)

B＝b+(b-I)×sa       (4)

进一步分析，可以发现：校正后的光强度(R+G+B)/3会等同于光强度I＝(r+g+b)/3，所以下文会径行以I来表示校正后的光强度。另外，如本领域技术人员所周知：当一像素的分量为R、G、B，其饱和度可用方程式(5)表示。这个式子显示出：在光强度不变的原则下，饱和度会决定于R、G、B中的最小者。又，该最小者的分量值会随着校正指示sa递增而变小，所以可归纳出：校正指示sa越大，校正后的饱和度越高。

校正后饱和度＝1-3×min(R，G，B)/(R+G+B)

＝1-min(R，G，B)/I    (5)

但是，必须注意到的是，校正后的分量R、G、B有可能因为校正幅度过大而超出二极值0、255所界定的范围。为了避免这种情形发生，本实施例特别利用极值控制器61来事先限定分量调整器63所使用的校正指示sa的值，并且不同的像素会有不同的校正指示sa限制。期许分量经过校正后仍都介于0～255，而维持光强度I不变，达到保护图像细节的目的。以下将针对此部分再详细说明。

如图2所示，本发明饱和度调整方法的实施例包含以下步骤：

步骤81：极值控制器61为其中一像素PXL所对应的校正指示sa，决定最大极值门坎TH_max和最小极值门坎TH_mai，以确保校正后的分量R、G、B仍落于0～255间。

极值控制器61包括一分量比较器611、一最大门坎产生器612及一最小门坎产生器613，且步骤81包括以下子步骤：

子步骤811：分量比较器611从该像素PXL具有的分量r、g、b中选出一最大分量P_max和一最小分量P_min。

子步骤812：最大门坎产生器612依据方程式(2)～(4)其中之一，利用校正指示sa，对最大分量P_max进行「色彩校正」，且依据「校正后分量不能大于255」的条件来得到该校正指示sa所对应的最大极值门坎TH_max(如方程式(6))。

子步骤813：最小门坎产生器613依据方程式(2)～(4)其中之一，利用校正指示sa，对最小分量P_min进行「色彩校正」，且依据「校正后分量不能小于0」的条件来得到该校正指示sa所对应的最小极值门坎TH_min(如方程式(7))。

∵P_max+(P_max-I)×sa≤255

∴sa≤TH_max＝(255-P_max)/(P_max-I)      (6)

∵P_min+(P_min-I)×sa≥0

∴sa≤TH_min＝P_min/(I-P_min)            (7)

其中，∵是指「因为」，∴是指「所以」。而光强度I为三分量r、g、b的平均值，且各分量r、g、b均满足0～255，所以这两个门坎TH_max、TH_min都会≥0。再者，本例的该等门坎产生器612、613是利用图3的减法器SUB和除法器DIV来实现方程式(6)和(7)，但实际应用不限于此。

接下来，说明这里仅针对分量P_max、P_min进行限定的原因。本例的线性色彩校正中，当分量值越大，校正后的分量也会越大；当分量值越小，校正后的分量也会越小。所以，只要确保此二分量P_max、P_min经校正后的值落于0～255，另一分量经校正后的值也会落在0～255，如此校正后的像素就能符合RGB格式，也满足光强度不变。

步骤82：饱和控制器62基于一外部的饱和设定cmd，为该像素PXL计算出一能缓和饱和度变化速率的缓饱和信号。并且，随着时间过去，图像信号会依序载送多个画面的像素。而饱和控制器62是使用相同的饱和设定cmd的值，来处理属于同一画面的像素。

饱和控制器62包括一色调计算器621及一乘法器622，且步骤82包括以下子步骤：

子步骤821：色调计算器621根据该等分量r、g、b计算出一能反映出饱和度且值≤1的色调信号。

本例中，色调信号是指HSI模型的饱和度，所以根据方程式(8)，色调计算器621会接收关于该等分量的最小分量P_min与光强度I，并以一除法器DIV来将最小分量P_min除以光强度I，再以一减法器SUB从1扣掉除法结果。

校正前饱和度＝1-min(r，g，b)/I    (8)

当然，色调计算器621可以有多种实施态样，只要能使色调信号反映出饱和度即可。例如，在图3的另一实施态样中，色调计算器721也可以通过一减法器SUB来算出分量P_max、P_min的差值，再通过一移位器SHF求出此差值除以一特定值(本例取特定值＝64)的结果，然后更通过一限值器LMT得到该色调信号。其中，限值器LMT是在移位器SHF的输出＞1时，令色调信号＝1，并在移位器SHF的输出≤1时，令色调信号＝移位器SHF的输出。这样的色调信号主要是利用分量的最大差异值来反映饱和度。

子步骤822：该乘法器622使色调信号乘以饱和设定cmd，并视相乘结果为该缓饱和信号。请注意，由于色调信号≤1，所以缓饱和信号会≤饱和设定cmd。

步骤82主要目的是：通过该缓饱和信号来进一步限定用以「色彩校正」的校正指示sa，使缓和校正过程中饱和度的变化速率。因为RGB模型和HSI模型间存在非线性转换关系，所以校正指示sa线性递增时，饱和度会非线性的成长。特别是，当校正指示sa于「正数」递增时，饱和度的变化速率更快。

也就是说，校正过程中，可能只是微幅增加校正指示sa，校正后的像素即从「饱和不足」跳到「过度饱和」，而难以呈现期望的饱和度。因此，有必要使用各像素专属的色调信号，进一步限定该像素的校正指示sa。

步骤83：分量调整器63基于饱和设定cmd，选择最大极值门坎TH_max、最小极值门坎TH_min、缓饱和信号或饱和设定cmd，来对该像素PXL的所有分量r、g、b进行「色彩校正」。

分量调整器63包括一判断器631及一色彩校正器632，且步骤83包括以下子步骤：

子步骤831：该判断器631在饱和设定cmd大于0时，会从最大极值门坎TH_max、最小极值门坎TH_min和「缓饱和信号」中，取出最小者来当作该校正指示sa。

而在饱和设定cmd不大于0时，该判断器631会直接以「饱和设定cmd」当作该校正指示sa。此时，不考虑门坎TH_max、TH_min，是因为两者都≥0而大于饱和设定cmd。再者，不考虑缓饱和信号，是因为当校正指示sa于「负数」递增时，饱和度变化很慢，不需要再缓和变化速率。

子步骤832：色彩校正器632以校正指示sa，对该像素PXL的所有分量r、g、b进行「色彩校正」以为输出。

且如图3所示，为了实现方程式(2)～(4)的「色彩校正」，色彩校正器632是以一减法器SUB来计算每一分量与该光强度I的差值，并以一乘法器MUL将该差值乘上校正指示sa，且以一加法器ADD使相乘结果加上对应分量，来得到校正后的分量。

为了客观分析本例与已知技术的菜单现，表一特别以一标准24色卡(如附件)作为基准，而基于HSI模型的饱和度与色度来加以探讨。就像本领域技术人员所知：HSI模型和RGB模型间的转换是「非线性」的，所以当本例在RGB模型下维持光强度不变并「线性」调整饱和度时，势必牺牲一些色度精确度。

举例来说，表一描述了在期望HSI模型的饱和度增加0.17倍时，以YCbCr模型为基础的已知技术所选用的比率因子sy＝0.3，以RGB模型为基础的本实施例所接收的饱和设定cmd＝0.8。在这样的情况下，已知和本例都会产生色度偏差。

表一

不过，值得一提的是，和已知技术相比，在相同的饱和度增加幅值时，本例的色度误差较已知小了许多。而且，色度误差也不会随饱和度幅值而增加。因此，表一可左证本例采用简易的线性「色彩校正」方式，即能调整像素饱和度，也能有效控制色度误差。

综上所述，本例饱和度调整装置600、700及其方法，会决定出最大极值门坎TH_max和最小极值门坎TH_min，来有效限制校正指示sa，进而保护图像细节。并且，在饱和设定cmd大于0时，也会根据色调信号来调整该缓饱和信号，使更易于调整出期望的饱和度，而这样的调整都是建立在线性计算的基础上，所费电路成本不高，故确实能达成本发明的目的。

惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求涵盖的范围内。

Claims (12)

1.一种饱和度调整装置，适用于接收一具有三个分量的RGB模型像素，且每一分量会落于二极值所界定的范围，该饱和度调整装置包含：

一极值控制器，基于一校正指示，对该像素具有的分量进行线性的色彩校正，并在使校正后的分量落于该二极值所界定的范围的条件下，决定出对应于该校正指示的一最大极值门坎和一最小极值门坎；及

一分量调整器，包括：

一判断器，选择该最大极值门坎、该最小极值门坎或一饱和设定来当作该校正指示；及

一色彩校正器，利用该校正指示对该像素的所有分量进行线性的色彩校正，

其中，该极值控制器包括：

一分量比较器，从该像素的所有分量中选出一最大分量和一最小分量；

一最大门坎产生器，对该最大分量进行色彩校正，以决定出该最大极值门坎，来使校正后的分量不超出较大的那个极值；及

一最小门坎产生器，对该最小分量进行色彩校正，以决定出该最小极值门坎，来使校正后的分量不低于较小的那个极值。

2.根据权利要求1所述的饱和度调整装置，其中，该色彩校正器具有：

一减法器，计算每一分量与一光强度的差值；

一乘法器，将该减法器算出的差值乘以该校正指示；及

一加法器，使相乘结果加上对应分量，来得到校正后的分量。

3.根据权利要求1所述的饱和度调整装置，还包含一饱和控制器，且该饱和控制器包括：

一色调计算器，根据该像素具有的分量计算出一能反映出饱和度的色调信号；及

一乘法器，使该色调信号乘上该饱和设定，以获取一缓饱和信号；并且

该分量调整器的判断器进一步选择该缓饱和信号来当作该校正指示。

4.根据权利要求3所述的饱和度调整装置，其中，该判断器在该饱和设定大于0时，会从该最大极值门坎、该最小极值门坎和该缓饱和信号中，取出最小者来当作该校正指示；

该判断器在该饱和设定不大于0时，以该饱和设定当作该校正指示。

5.根据权利要求3所述的饱和度调整装置，其中，该色调计算器接收关于该等分量的一最小分量与一光强度，且具有：

一除法器，将该最小分量除以该光强度；及

一减法器，使1扣掉该除法器的除法结果，来得到该色调信号。

6.根据权利要求3所述的饱和度调整装置，其中，该色调计算器接收关于该等分量的一最大分量与一最小分量，且具有：

一减法器，计算该最大分量与该最小分量的差值；

一移位器，将该减法器算出的差值除以一特定值；及

一限值器，当该移位器的除法结果＞1，该限值器以1当作该色调信号，而当该移位器的除法结果≤1，该限值器以该移位器的除法结果当作该色调信号。

7.一种饱和度调整方法，适用于接收一具有三个分量的RGB模型像素，且每一分量会落于二极值所界定的范围，该饱和度调整方法包含以下步骤：

基于一校正指示，对该像素具有的分量进行线性的色彩校正，并在使校正后的分量落于该二极值所界定的范围的条件下，决定出对应于该校正指示的一最大极值门坎和一最小极值门坎；

选择该最大极值门坎、该最小极值门坎或一饱和设定来当作该校正指示；及

利用该校正指示对该像素的所有分量进行线性的色彩校正，

其中，用以决定该等极值门坎的步骤包括以下子步骤：

从该像素的所有分量中选出一最大分量和一最小分量；

对该最大分量进行色彩校正，以决定出该最大极值门坎，来使校正后的分量不超出较大的那个极值；及

对该最小分量进行色彩校正，以决定出该最小极值门坎，来使校正后的分量不低于较小的那个极值。

8.根据权利要求7所述的饱和度调整方法，其中，用以进行线性色彩校正的步骤包括以下子步骤：

计算每一分量与一光强度的差值；

将算出的差值乘以该校正指示；及

使相乘结果加上对应分量，来得到校正后的分量。

9.根据权利要求7所述的饱和度调整方法，还包含在选定该校正指示之前的一步骤，且该步骤包括以下子步骤：

根据该像素具有的分量计算出一能反映出饱和度的色调信号；及

使该色调信号乘上该饱和设定，以获取一缓饱和信号；并且

在选定该校正指示的步骤中，进一步选择该缓饱和信号来当作该校正指示。

10.根据权利要求9所述的饱和度调整方法，其中，用以选定该校正指示的步骤包括以下子步骤：

在该饱和设定大于0时，会从该最大极值门坎、该最小极值门坎和该缓饱和信号中，取出最小者来当作该校正指示；

在该饱和设定不大于0时，以该饱和设定当作该校正指示。

11.根据权利要求9所述的饱和度调整方法，其中，用以计算该色调信号的子步骤具有以下子步骤：

提供关于该等分量的一最小分量与一光强度；

将该最小分量除以该光强度；及

使1扣掉该除法结果，来得到该色调信号。

12.根据权利要求9所述的饱和度调整方法，其中，用以计算该色调信号的子步骤具有以下子步骤：

提供关于该等分量的一最大分量与一最小分量；

计算该最大分量与该最小分量的差值；

使该差值除以一特定值；及

当该差值除以该特定值的结果＞1，以1当作该色调信号，而当该差值除以该特定值的结果≤1，以该除法结果当作该色调信号。

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