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TWI533661B - 色域轉換系統之膚色最佳化方法與裝置 - Google Patents

色域轉換系統之膚色最佳化方法與裝置 Download PDF

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TWI533661B
TWI533661B TW102116515A TW102116515A TWI533661B TW I533661 B TWI533661 B TW I533661B TW 102116515 A TW102116515 A TW 102116515A TW 102116515 A TW102116515 A TW 102116515A TW I533661 B TWI533661 B TW I533661B
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吳鴻居
林展瑞
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敦泰電子股份有限公司
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Description

色域轉換系統之膚色最佳化方法與裝置
本發明係關於影像處理之技術領域，尤指一種色域轉換系統之膚色最佳化方法及裝置。
圖1係一習知色彩增強系統100之示意圖。該色彩增強系統100係由一RGB至HSV轉換單元110、一色彩增強單元120、及一HSV至RGB轉換單元130所組成。該RGB至HSV轉換單元110係先將輸入之影像訊號的像素由RGB色域轉換至HSV色域。該色彩增強單元120則利用增益訊號S_gain(H)以增強色彩飽和度，並使用色相調整訊號H_shift(H)，以調整色相。最後該HSV至RGB轉換單元130則將訊號由HSV色域轉換至RGB色域。然而，習知色彩增強系統100在利用S_gain(H)以增強色彩飽和度的同時，膚色(skin tone)方面往往過度強化，在影像處理後使得膚色變得焦黃而不自然。
在美國US 8,265,389專利公告中，其先在 YCbCr色域進行色彩飽和度的增強，並且偵測不同顏色的陰暗處(shade of color)，再利用曝光指數(exposure index,EI)、及色溫(color temperature,D)去考量與修正增強指數(enhancement factor)，用以進行不同程度的強化，然而其未將膚色區分出來以套用不同的處理機制。
在美國US 6,904,165專利公告中，其係提出色彩增強(Color Enhancement)的方法與裝置，以在不轉換RGB色域至HSV/HSB色域的情況下，進行色彩飽和度的增強，但其亦未針對膚色特別進行處理。
在美國US 7,986,833專利公告中，其係提出色彩增強及校正(Color Enhancement and correction)的方法與裝置，以防止色彩飽和度被過度強化而導致裁減(clipping)現象之產生，其對膚色亦沒有進一步的處理，故而膚色一樣會面臨焦黃不自然的問題。因此，習知色彩增強的方法與裝置實仍有改善的空間。
本發明之目的主要係在提供一色域轉換系統之膚色最佳化方法及裝置，以使影像訊號中之人的膚色不會面臨焦黃不自然的問題。
依據本發明之一特色，本發明提出一種色域轉換系統之膚色最佳化方法，該方法包含：(A)將一影像訊號由一預定色域轉換至HSV色域，以產生一HSV色域影像訊號；(B)對該HSV色域影像訊號執行膚色最佳化處理， 以產生一調整飽和度增益；(C)依據該調整飽和度增益及一色相位移，對該HSV色域影像訊號執行色彩增強運算，以產生一色彩增強影像訊號；以及(D)將該色彩增強影像訊號由HSV色域轉換至該第一色域。
依據本發明之另一特色，本發明提出一種色域轉換系統之膚色最佳化裝置，該裝置包含一RGB至HSV轉換單元、一膚色最佳化處理單元、一色彩增強運算單元、一HSV至RGB轉換單元。該RGB至HSV轉換單元接收一影像訊，並將該影像訊號由RGB色域轉換至HSV色域，以產生一HSV色域影像訊號。該膚色最佳化處理單元連接至該RGB至HSV轉換單元，對該HSV色域影像訊號執行膚色最佳化處理，以產生一調整飽和度增益。該色彩增強運算單元連接至該膚色最佳化處理單元，依據該調整飽和度增益及一色相位移，對該HSV色域影像訊號執行色彩增強運算，以產生一色彩增強影像訊號。該HSV至RGB轉換單元，將該色彩增強影像訊號由HSV色域轉換至該RGB色域。
100‧‧‧習知色彩增強系統
110‧‧‧RGB至HSV轉換單元
120‧‧‧色彩增強單元
130‧‧‧HSV至RGB轉換單元
200‧‧‧色域轉換系統之膚色最佳化裝置
210‧‧‧RGB至HSV轉換單元
220‧‧‧膚色最佳化處理單元
230‧‧‧色彩增強運算單元
240‧‧‧HSV至RGB轉換單元
510‧‧‧平滑參數產生子單元
520‧‧‧增益調整參數產生子單元
530‧‧‧權重調整子單元
540‧‧‧邊界值儲存裝置
610‧‧‧飽和度增強運算單元
620‧‧‧色相位移運算單元
圖1係一習知色彩增強系統之示意圖。
圖2係本發明一種色域轉換系統之膚色最佳化裝置的示意圖。
圖3係HSV彩色空間的示意圖。
圖4係RGB轉換至HSV的C#程式碼之示意圖。
圖5係本發明該膚色最佳化處理單元的方塊圖。
圖6係本發明該色彩增強運算單元的方塊圖。
圖7係本發明一種色域轉換系統之膚色最佳化方法的流程圖。
圖2係本發明一種色域轉換系統之膚色最佳化裝置200的示意圖。該膚色最佳化裝置200包含一RGB至HSV轉換單元210、一膚色最佳化處理單元220、一色彩增強運算單元230、一HSV至RGB轉換單元240。
該RGB至HSV轉換單元210其接收一影像訊號，並將該影像訊號由RGB色域轉換至HSV色域，以產生一HSV色域影像訊號。
RGB色彩空間中每一個成份之間有很高的關聯性，而HSV彩色空間中每一個成份彼此之間是不相關的。相較於RGB彩色空間，HSV彩色空間比較不容易受到光線的影響，所以需要將RGB色域轉換至HSV色域，進而可以降低光線對影像所造成的影響，避免誤判的情況發生。圖3係HSV彩色空間的示意圖。其中，H(Hue)色相值：指的是顏色全彩的屬性，每種顏色對應到不同的色相值，範圍為0°~359°的角度；S(Saturation)飽和度值：定義為被白色稀釋的程度，稀釋越多表示飽和度越少，會較靠近中心點位置，範圍從0到1；V(Value)顏色明暗度：顏色越亮其明暗度越高，反之則較低，範圍從0到1。RGB與HSV之間的轉換關係公式如下 所示： 當中，H1係一暫時色相值，R、G、B分別為該影像訊號的紅色、綠色、藍色成分。
圖4係RGB轉換至HSV的C#程式碼之示意圖，熟習本發明技術可以改寫成Verilog或VHDL，以具現(implement)該RGB至HSV轉換單元210。
該膚色最佳化處理單元220連接至該RGB至HSV轉換單元210，對該HSV色域影像訊號執行膚色最佳化處理，以產生一調整飽和度增益(S_gain'(H))。
該色彩增強運算單元230連接至該膚色最佳化處理單元220及該RGB至HSV轉換單元210，依據該調整飽和度增益(S_gain'(H))及一色相位移(H_shift(H))，對該HSV色域影像訊號執行色彩增強運算，以產生一色彩增強影像訊號。
該HSV至RGB轉換單元240連接至該色彩增強運算單元230，將該色彩增強影像訊號(S'、H'、V)由HSV色域轉換至該RGB色域。
圖5係本發明該膚色最佳化處理單元220的方 塊圖。該膚色最佳化處理單元220包含一平滑參數產生子單元510、一增益調整參數產生子單元520、一權重調整子單元530、及一邊界值儲存裝置540。
邊界值儲存裝置540係儲存顏色邊界值(Hue_L,Hue_H)、飽和度邊界值(S_L,S_H)、及亮度邊界值(V_L,V_H)，以定義膚色，並供該平滑參數產生子單元510使用。其中，顏色邊界值(Hue_L,Hue_H)分別為0°及60°。飽和度邊界值(S_L,S_H)分別為0及0.7。亮度邊界值(V_L,V_H)分別為0.3及0.7。亦即，當Hue_L<Hue_skin<Hue_H、S_L<S_skin<S_H、及V_L<V_skin<V_H時，可知該對應像素係顯示一人的膚色，其中，可經由一序列匯流排而將顏色邊界值(Hue_L,Hue_H)、飽和度邊界值(S_L,S_H)、及亮度邊界值(V_L,V_H)寫入該邊界值儲存裝置540中，藉此可定義不同人種的膚色(skin tone)。
該平滑參數產生子單元510其接收該HSV色域影像訊號、顏色邊界值(Hue_L,Hue_H)、飽和度邊界值(S_L,S_H)、及亮度邊界值(V_L,V_H)，以分別產生一色相平滑參數(factor_H)、一飽和度平滑參數(factor_S)、及一亮度平滑參數(factor_V)。其中，該色相平滑參數(factor_H)係以下列公式表示： 該飽和度平滑參數(factor_S)係以下列公式表示： 亮度平滑參數(factor_V)係以下列公式表示： 當中，factor_H為該色相平滑參數，factor_S為該飽和度平滑參數，factor_V為該亮度平滑參數，H、S、V分別為該HSV色域影像訊號的顏色、飽和度、亮度成分，Hue_L、Hue_H為該顏色邊界值，S_L,S_H為該飽和度邊界值，V_L,V_H為該亮度邊界值。
該增益調整參數產生子單元520其連接至該平滑參數產生子單元510，依據該色相平滑參數(factor_H)、該飽和度平滑參數(factor_S)、及該亮度平滑參數(factor_V)，以執行平均運算，而產生一增益調整參數(alpha)。其中，該增益調整參數(alpha)係以下列公式表示： 當中，alpha為該增益調整參數。
該權重調整子單元530連接至該增益調整參數產生子單元520，以使用該增益調整參數(alpha)，對一飽和度增益(S_gain(H))及一膚色增益(Skin_gain)進行權重調整，然而產生該調整飽和度增益(S_gain'(H))。其中，該調整飽和度增益(S_gain'(H))係以下列公式表示：S_gain'(H)=(1-alpha)×S_gain+alpha×Skin_gain， 當中，S_gain'(H)為該調整飽和度增益，S_gain為該飽和度增益，Skin_gain為該膚色增益。
圖6係本發明該色彩增強運算單元230的方塊圖。該色彩增強運算單元230包含一飽和度增強運算單元610、及一色相位移運算單元620。該飽和度增強運算單元610及該色相位移運算單元620連接至該膚色最佳化處理單元220，並依據該調整飽和度增益(S_gain'(H))及該色相位移(H_shift(H))分別對該HSV色域影像訊號飽的和度值(S)、該色相值(H)進行增強及調整，而產生該色彩增強影像訊號(S'、H'、V)。其中，該色彩增強影像訊號的一飽和度值S'係以下列公式表示：S'=S×S_gain'(H)，當中，S_gain'(H)為該調整飽和度增益，S為該HSV色域影像訊號的飽和度成分。該色彩增強影像訊號的一色相值H'係以下列公式表示：H'=H+H_shift(H)，當中，H_shift(H)為該色相位移，H為該HSV色域影像訊號的色相成分。
本發明中以HSV來定義膚色範圍(skin tone range)，並對膚色(skin tone)進行保護進而調整增益值，在增強色彩飽和度的同時，膚色(skin tone)不會於習知技術中被過度強化，因此處理後使得膚色不會變得焦黃而不自然，故在提升色彩飽和度的同時，可以維持膚色的自然性，在原有的 影像處理系統中，加入一個本發明的膚色保護的機制，可以對膚色的處理進行最佳化。同時，本發明增益值的調整方法，可適用於各種色域的之影像處理系統。
圖7係本發明一種色域轉換系統之膚色最佳化方法的流程圖。該膚色最佳化方法係使用於一影像處理裝置中，以對輸入之影像訊號進行處理，於該方法中，首先步驟(A)將一影像訊號由一預定色域(RGB色域)轉換至HSV色域，以產生一HSV色域影像訊號。其中，係使用下列公式，以將該影像訊號由該預定色域轉換至該HSV色域： 當中，H1係一暫時色相值，R、G、B分別為該影像訊號的紅色、綠色、藍色成分。
步驟(B)中，對該HSV色域影像訊號執行膚色最佳化處理，以產生一調整飽和度增益(S_gain'(H))。
步驟(B)更包含(B1)、(B2)、及(B3)子步驟。於(B1)子步驟中，接收該HSV色域影像訊號、顏色邊界值(Hue_L,Hue_H)、飽和度邊界值(S_L,S_H)、及亮度邊界值(V_L, V_H)，以分別產生一色相平滑參數(factor_H)、一飽和度平滑參數(factor_S)、及一亮度平滑參數(factor_V)。其中，該色相平滑參數(factor_H)係以下列公式表示： 該飽和度平滑參數(factor_S)係以下列公式表示： 該亮度平滑參數(factor_V)係以下列公式表示： 當中，factor_H為該色相平滑參數，factor_S為該飽和度平滑參數，factor_V為該亮度平滑參數，H、S、V分別為該HSV色域影像訊號的顏色、飽和度、亮度成分，Hue_L、Hue_H為該顏色邊界值，S_L,S_H為該飽和度邊界值，V_L,V_H為該亮度邊界值。
於(B2)子步驟中，依據該色相平滑參數(factor_H)、該飽和度平滑參數(factor_S)、及該亮度平滑參數(factor_V)，以執行平均運算而產生一增益調整參數(alpha)。其中，該增益調整參數(alpha)係以下列公式表示： 當中，alpha為該增益調整參數。
於(B3)子步驟中，使用該增益調整參數(alpha)，對一飽和度增益(S_gain(H))及一膚色增益(Skin_gain)進行權重調整，而產生該調整飽和度增益(S_gain'(H))。其中，該調整飽和度增益(S_gain'(H))係以下列公式表示：S_gain'(H)=(1-alpha)×S_gain+alpha×Skin_gain，當中，S_gain'(H)為該調整飽和度增益，S_gain(H)為該飽和度增益，Skin_gain為該膚色增益。
於(C)步驟中，依據該調整飽和度增益(S_gain'(H))及一色相位移(H_shift(H))，對該HSV色域影像訊號執行色彩增強運算，以產生一色彩增強影像訊號。
步驟(C)更包含(C1)、及(C2)子步驟。於(C1)子步驟中，接收該HSV色域影像訊號、該調整飽和度增益(S_gain'(H))及該色相位移(H_shift(H))，對該飽和度值(S)進行增強運算，而產生該色彩增強影像訊號的一飽和度值S'，該色彩增強影像訊號的該飽和度值S'係以下列公式表示：S'=S×S_gain'(H)，當中，S_gain'(H)為該調整飽和度增益，S為該HSV色域影像訊號的飽和度成分。
於(C2)子步驟中，對該HSV色域影像訊號的色相值(H)進行一位移運算，而產生該色彩增強影像訊號的一色相值H'，該色彩增強影像訊號的該色相值H'係以下列公式表示：H'=H+H_shift(H)， 當中，H_shift(H)為該色相位移，H為該HSV色域影像訊號的一色相成分。
於(D)步驟中，將該色彩增強影像訊號由HSV色域轉換至該第一色域。
由前述說明可知，本發明中先將像素由RGB色域轉換至HSV色域。由於HSV模型係根據對人們自然和直覺的色彩描述來發展影像處理的理想工具，因此以HSV來定義膚色範圍(skin tone range)，並對膚色(skin tone)進行保護進而調整增益值，在增強色彩飽和度的同時，膚色(skin tone)不會如習知技術中被過度強化，藉由經本發明技術處理後，影像中的膚色不會變得焦黃而不自然，故在提升色彩飽和度的同時，可以維持膚色的自然性。因此本發明技術可以對膚色的處理進行最佳化，同時，本發明增益值的調整方法，可適用於各種色域的之影像處理系統。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
200‧‧‧色域轉換系統之膚色最佳化裝置
210‧‧‧RGB至HSV轉換單元
220‧‧‧膚色最佳化處理單元
230‧‧‧色彩增強運算單元
240‧‧‧HSV至RGB轉換單元

Claims (15)

  1. 一種色域轉換系統之膚色最佳化方法，其係使用於一影像處理裝置中，該色域轉換系統之膚色最佳化方法包含：(A)將一影像訊號由一預定色域轉換至HSV色域，用以產生一HSV色域影像訊號；(B)對該HSV色域影像訊號執行膚色最佳化處理，用以產生一調整飽和度增益，其中，步驟(B)更包含：(B1)接收該HSV色域影像訊號、顏色邊界值、飽和度邊界值、及亮度邊界值，以分別產生一色相平滑參數、一飽和度平滑參數、及一亮度平滑參數；(B2)依據該色相平滑參數、該飽和度平滑參數及該亮度平滑參數，執行平均運算，以產生一增益調整參數；以及(B3)根據該增益調整參數，用以對一飽和度增益及一膚色增益進行權重調整，進而產生該調整飽和度增益；(C)依據該調整飽和度增益及一色相位移，對該HSV色域影像訊號執行色彩增強運算，以產生一色彩增強影像訊號；以及(D)將該色彩增強影像訊號由HSV色域轉換至該第一色域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之色域轉換系統之膚色最佳化方法，其中，該色相平滑參數係以下列公式表示： 該飽和度平滑參數係以下列公式表示： 該亮度平滑參數係以下列公式表示： 當中，factor_H為該色相平滑參數，factor_S為該飽和度平滑參數，factor_V為該亮度平滑參數，H、S、V分別為該HSV色域影像訊號的顏色、飽和度、與亮度成分，Hue_L與Hue_H為該顏色邊界值，S_L與S_H為該飽和度邊界值，V_L與V_H為該亮度邊界值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之色域轉換系統之膚色最佳化方法，其中，該增益調整參數係以下列公式表示： 當中，alpha為該增益調整參數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之色域轉換系統之膚色最佳化方法，其中，該調整飽和度增益係以下列公式表示：S_gain'(H)=(1-alpha)×S_gain+alpha×Skin_gain，當中，S_gain'(H)為該調整飽和度增益，S_gain(H)為該飽和度增益，Skin_gain為該膚色增益。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之色域轉換系統之膚色最佳化方法，其中，步驟(C)更包含：(C1)接收該HSV色域影像訊號、該調整飽和度增益及該色相位移，對該HSV色域影像訊號的飽和度成分進行增強運算，而產生該色彩增強影像訊號的一飽和度值；以及(C2)對該HSV色域影像訊號的色相成分進行一位移運算，而產生該色彩增強影像訊號的一色相值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之色域轉換系統之膚色最佳化方法，其中，該色彩增強影像訊號的該飽和度值S'係以下列公式表示：S'=S×S_gain'(H)，當中，S_gain'(H)為該調整飽和度增益，S為該HSV色域影像訊號的飽和度成分，該色彩增強影像訊號的該色相值H'係以下列公式表示：H'=H+H_shift(H)，當中，H_shift(H)為該色相位移，H為該HSV色域影像訊號的色相成分。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之色域轉換系統之膚色最佳化方法，其中，該預定色域為RGB色域。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之色域轉換系統之膚色最佳化方法，其中，係使用下列公式，以將該影像訊號由該預定色域轉換至該HSV色域： 當中，H1係一暫時色相值，R、G、B分別為該影像訊號的紅色、綠色、藍色成分。
  9. 一種色域轉換系統之膚色最佳化裝置，包含： 一RGB至HSV轉換單元，其接收一影像訊號，並將該影像訊號由一RGB色域轉換至一HSV色域，進而產生一HSV色域影像訊號；一膚色最佳化處理單元，其連接至該RGB至HSV轉換單元，對該HSV色域影像訊號執行膚色最佳化處理，以產生一調整飽和度增益，其中，該膚色最佳化處理單元更包含：一平滑參數產生子單元，其接收該HSV色域影像訊號、色相邊界值、飽和度邊界值、及亮度邊界值，進而分別產生一色相平滑參數、一飽和度平滑參數、及一亮度平滑參數；一增益調整參數產生子單元，其依據該色相平滑參數、該飽和度平滑參數、及該亮度平滑參數，以執行平均運算，而產生一增益調整參數；以及一權重調整子單元，其連接至該增益調整參數產生子單元，以使用該增益調整參數，對一飽和度增益及一膚色增益進行權重調整，進而產生該調整飽和度增益；一色彩增強運算單元，其連接至該膚色最佳化處理單元及該RGB至HSV轉換單元，依據該調整飽和度增益及一色相位移，對該HSV色域影像訊號執行色彩增強運算，以產生一色彩增強影像訊號；以及一HSV至RGB轉換單元，將該色彩增強影像訊號由該HSV色域轉換至該RGB色域。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之色域轉換系統之膚色最佳化裝置，其中，該色相平滑參數係以下列公式表示： 該飽和度平滑參數係以下列公式表示： 亮度平滑參數係以下列公式表示： 當中，factor_H為該色相平滑參數，factor_S為該飽和度平滑參數，factor_V為該亮度平滑參數，H、S、V分別為該HSV色域影像訊號的顏色、飽和度、亮度成分，Hue_L、Hue_H為該顏色邊界值，S_L,S_H為該飽和度邊界值，V_L,V_H為該亮度邊界值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之色域轉換系統之膚色最佳化裝置，其中，該增益調整參數(alpha)係以下列公式表示： 當中，alpha為該增益調整參數。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之色域轉換系統之膚色最佳化裝置，其中，該調整飽和度增益(S_gain'(H))係以下列公式表示：S_gain'(H)=(1-alpha)．S_gain+alpha．Skin_gain，當中，S_gain'(H)為該調整飽和度增益，S_gain(H)為該飽和度增益，Skin_gain為該膚色增益。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之色域轉換系統之膚色最佳化裝置，其中，該色彩增強運算單元包含一飽和度增強運算單元、及一色相位移運算單元，該飽和度增強運算單元及該色相位移運算單元連接至該膚色最佳化處理單元，並依 據該調整飽和度增益及該色相位移分別對該HSV色域影像訊號進行增強及調整，而產生該色彩增強影像訊號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之色域轉換系統之膚色最佳化裝置，其中，該色彩增強影像訊號的一飽和度值S'係以下列公式表示：S'=S×S_gain'(H)，當中，S_gain'(H)為該調整飽和度增益，S為該HSV色域影像訊號的一飽和度成分，該色彩增強影像訊號的一色相值H'係以下列公式表示：H'=H+H_shift(H)，當中，H_shift(H)為該色相位移，H為該HSV色域影像訊號的一色相成分。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之色域轉換系統之膚色最佳化裝置，其中，係使用下列公式，以將該影像訊號由該RGB色域轉換至該HSV色域： 當中，H1係一暫時色相值，R、G、B分別為該影像訊號的紅色、綠色、藍色成分。
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