色彩色澤色度色調色空間及用其和色擴散量化顏色的方法
2023-06-10 12:53:36 2
專利名稱：色彩色澤色度色調色空間及用其和色擴散量化顏色的方法
技術領域：
本發明涉及色彩(hue)、色澤(max)、色度(min)、色調(diff)(HMMD)色模型，特別是使用HMMD空間和色擴散量化顏色。本發明是關於通過構造色直方圖(histogram)進行圖象搜索的內容。
當前，正積極進行基於內容搜索圖象的廣泛研究。由此帶來的結果是，正在開發商業性的圖象搜索裝置/或應用程式以滿足改進圖象搜索方面的要求。例如，已提出將諸如色溫變化，外部交叉磁場，和色均勻性之類的內容用於搜索人像。對於色均勻性，首先必須量化色空間或將其表示為數字值。
在基於圖象搜索方面使用的最重要的信息是顏色信息。因此，圖象搜索裝置或應用程式的有效性能主要取決於準確的提取顏色信息的方法。
通常，可以由計算機在理論上表示的不同顏色的數目不斷地增加。然而，量化顏色的可用數目限定了可以由計算機顯示的顏色的數目。由於量化顏色的數目小於可以表示的顏色的數目，這就帶來一些問題。量化是一個當M＞＞N時從M種顏色到N種顏色的顏色變換過程，這裡M和N是正整數。
在計算機，使用基於三原色紅R，綠G，和藍B的RGB色模型表示顏色。然而，RGB空間是面向硬體並在表示顏色變化時存在限定以便能夠通過人眼感覺到這種變化。這樣，常常根據色彩H，飽和度S和值V將RGB空間轉換為面向用戶的HSV色模型，然後通過量化將其轉換回RGB空間。
由Foley和Dam發表在Addision Wesley，題目為「交互式計算機圖形的基礎」中的第613頁到第616頁；Columbia大學1997年Smith的博士論文「綜合空間和特徵的圖象系統檢索，分析和壓縮」；Virage搜尋引擎，網址www.virago.com；以及美國專利5,751,286公開了利用HSV空間的基於圖象搜索裝置或應用程式的內容；然而，甚至在HSV空間內，不同地顯示能夠由人眼感覺的顏色變化範圍。此外，HSV空間內的簡單的顏色量化不導致均勻的顏色表示。另一方面，考慮到人眼感覺的顏色變化而量化飽和向量值，量化模型的選擇比較困難並需要很多複雜的計算。這樣，使用HSV空間的圖象搜索系統的性能變壞。
因此，需要一種色空間和利用能夠考慮到人眼感覺的顏色變化進行彩色量化以及能夠均勻地劃分顏色的色空間的彩色量化方法。
因此，本發明的目的是至少解決相關領域的問題和缺陷。
本發明的一個目的是提供一種新的基於色彩，色澤(max)，色度(min)，色調(diff)，和亮度(sum)的色模型HMMD。
本發明的另一個目的是提供一種使用HMMD空間和色擴散量化顏色的方法。
本發明的再一個目的是提供一種考慮到人眼感覺的顏色變化而量化顏色的方法。
在下面的說明書中部分地陳述本發明的其他優點，目的，和特徵，其他部分通過下面的審查對於本領域的普通技術人員是顯而易見，或可從本發明的實踐中了解。本發明的目的和優點可按所附權利要求中特別指出的來實現。
為實現這些目的，根據本發明的目的，如本文所體現和描述的，根據本發明的HMMD色空間包括hue，max，min，diff和sum成份。根據本發明使用HMMD色空間和色擴散量化顏色的方法確定要變換的顏色和相鄰顏色之間的距離並使用確定的距離作為權來變換顏色。
參考下面的附圖詳細描述本發明，附圖中相同的標記數字表示相同的部件，其中
圖1表示根據本發明的HMMD色空間；圖2表示圖1的HMMD色空間的色區域；圖3表示圖1的HMMD色空間的細節圖；圖4是根據本發明的彩色坐標平面的第一實施例；圖5是根據本發明的基於圖象搜索內容的流程圖；圖6表示用於解釋本發明的一個彩色坐標平面的實例；圖7示出根據本發明使用色擴散的彩色量化方法的第一實施例；和圖8示出根據本發明使用色擴散的彩色量化方法的第二實施例。
將詳細介紹本發明的優選實施例，附圖給出其實例。
根據本發明的HMMD色模型通常由色彩，色澤(max)，色度(min)，色調(diff)，和亮度(sum)定義。這四個係數是色空間的三維坐標軸。圖1表示具有在一平面合併在一起的兩個對稱錐體這樣的形狀的HMMD模型。
實際上，三維色空間由具有繞AB軸0°～360°的角度θ的色彩h°，作為從中點O到最大圓周C的方向的標準向量ax的色調diff，作為從頂點B到最大圓周C的方向的向量的色澤max，和作為從最大圓周C到頂點A的方向的向量的色度min組成。
與中心線ax垂直的錐體的截面是具有圓平面的2維平面，這裡h的值根據截面變化。Diff是從中心O到2維平面的圓周的向量，hue是由從中心O到2維平面的圓周的2維平面上的兩個向量定義的角度θ。
當擴散具有最大圓周，即，max＝maximum{max}，min＝0，diff＝maximum{diff}的2維色空間的圓周時，如圖2所示可以顯示色彩的變化。可以通過諸如紅，黃，綠，青，藍和紫之類的純色顯示色彩的變化。此外，如果均分擴散的顏色，就完成色空間的彩色量化。下面給出HMMD模型的詳細解釋。
如圖3所示，穿過和向量並具有由兩個頂點A和B定義的邊界，以及位於最大圓周的一個點C的標準平面成為包含sum，max，min和diff的MMD平面。應注意，中心線ax是max和min的向量和(sum)。進一步，sum表示顏色從黑到白的變化的亮度。
一個MMD平面以給定的色彩θ1°顯示max，min，diff和sum，並且可以通過2維平面或連接表示黑，白和純色的三個角頂的三角形表示該MMD平面。特別是，max值控制色澤並且改變max值使色澤從黑到白和純色變化。min值控制色度並且改變min值使色度從黑和純色到白變化。diff值控制色調並且改變diff值使色調從灰到純色變化。
因此，利用色彩θ1°的MMD平面作為色空間，通過如圖4所示的彩色坐標平面進行彩色量化。參考圖4，通過與中心線ax平行的線11和12，與max向量平行的線13，以及與min向量平行的線14劃分MMD平面。通過將每個分開區域(C1-C4)內的顏色信息變換為同一值進行彩色量化。使用HMMD色空間，通過變換彩色坐標平面中等分(或不等分)區域內的顏色信息均勻地進行彩色量化。
因此，對於面向用戶的模型首先執行從RGB空間到HMMD空間的變換，然後在HMMD色空間執行量化以回到用於計算機的RGB空間。圖5表示執行RGB空間變換，彩色量化，和由此進行的圖象搜索的流程圖。
首先，通過如下的轉換程序將RGB空間變換到HMMD空間；這裡max，min，diff和sum的值從0到1變化，h值的範圍從0到360變化。此外，如果max＝min，對於非彩色未定義h。
max＝MAXIMUM{r，g，b}min＝MINIMUM{r，g，b}diff＝max－minsun＝(max＋min)/2h＝(g－b)/(max－min)*60，if(r＝max∩(g－b)＞0)(g－b)/(max－min)*60＋360，if(r＝max∩(g－b)＜0)(2.0＋(b－r))/(max－min)*360，if(g＝max)(4.0＋(r－g))/(max－min)*360，if(b＝max)通過三個程序執行彩色量化，即，灰色區的劃分，MMD空間中的彩色量化和色彩區中的彩色量化。
在灰色區的劃分中，將diff值與預定的基準值τgray比較。如果diff等於或小於基準值τgray(d≤τgray)，就將該區域確定為灰色區。基準值τgray可根據色彩變化。
理論上，如果diff＝0，即，AB軸，就顯示灰色。根據diff值和基準值之間的關係，將給定的顏色區確定為灰色區，如圖4的參考線11所示。進一步，根據sum和diff值，將灰色區劃分為幾個灰度級(Gray1-Grayn)或(Gray11-Graynm)。
在確定為灰色區的區域之外的區域執行MMD空間的彩色量化。max，min和diff值是量化的基準值。如圖4所示，一個MMD區域通過基準值11，12，13和14劃分為多個區域(C1-C4)。劃分的區域為等邊三角形，並且可以通過基於max，min和diff值的相同寬度進一步劃分為較小的三角形(Ci-Cn)。因為MMD區域已被劃分為較小的三角形，可以執行較準確的變換。
圖4表示MMD區域被劃分為四級(C1-C4)並且灰色區被劃分為MMD平面的灰色區中的Gray1-Gray4(或Gray11-Gray42)。下面是對色彩區的彩色量化的解釋。
如圖2所示，色彩區是一個以紅，綠，藍和紅為順序的連續一維空間。定義為繞AB軸的角度，根據本發明的HMMD空間中的色彩區具有與現存的HSV空間的色彩區相同的含義。色彩區可以被均分為相同的段。作為替換，也可以不均分色彩區，將RGB控制的區域給出較大的段。
特別是，為使用現存的量化方法，可以將根據本發明的色彩值h變換為h*以便與人眼感覺更一致。對於從0到360範圍的h，可以如下執行從h到h*的變換。
h*＝60×(1－cos(3/2×Rem))＋(quo)×120，這裡Rem＝(int(h)mod120)＋(h-[h])quo＝h/120一旦RGB變換到HMMD，就如上所述執行彩色量化，如圖5所示執行圖象搜索。一般地，RGB顏色被分為如圖4所示的四個灰色區和四個顏色區，並且分為12個色彩區，從而導致52個(4顏色區×12色彩區)＋4灰色區)量化色。
圖象搜索系統使用的特徵部件是52個量化色表示的全局色直方圖和局部色直方圖。全局顏色直方圖是整個圖象的每個像素中的顏色分布並表示整個輸入圖象的顏色分布。局部顏色直方圖是圖象中的一部分的顏色分布並表示在圖象的特定部分顯示的顏色分布。
提取用於每個輸入圖象像素的RGB色值，將其轉換到HMMD空間，並通過52個顏色之一在HMMD空間變換。根據變換的色值為每個圖象像素構造全局色直方圖和局部色直方圖。隨後，將輸入圖象的直方圖與目標圖象的基準直方圖進行比較。以從具有最相似的直方圖的圖象開始的順序排列圖象，由此進行與目標圖象最相似的圖象的搜索。
儘管如上所述的HMMD空間和色擴散允許均勻量化，也可以改進量化方法。例如，在圖6，位置P1的顏色由C2變換而位置P2的顏色也由C2變換。然而，因為位置P2靠近C3，由人感覺的顏色更接近於C3而不是C2。儘管如此，該彩色量化方法將顏色劃分為色空間上的n個組僅僅是將一個組變換到一個顏色。
因此，儘管接近色組邊界的顏色是相似的顏色，也可能將其變換為不同的顏色，由此影響圖象搜索系統的性能和可靠性。特別是，兩個位置接近並由人眼感覺為相似的顏色可能被變換為極不相同的顏色。結果是，大致相似的圖象可能被認為是不同的圖象。
因此，本發明提出一種彩色量化方法，該方法在彩色量化中考慮到色空間內的相鄰色能夠較好地反映人眼感覺的顏色變化。根據要變換顏色之間的距離和相鄰顏色之間的邊界線給出相鄰顏色索引的權。
圖7表示根據本發明使用色擴散的彩色量化方法。在該量化方法中，色組C2內的位置Px的顏色根據閾值Th由C2或相鄰色組C3變換。特別是，小於閾值Th的位置P1的顏色由C2變換。
然而，對於大於閾值Th的位置P2的顏色，考慮到從P2到Th測量的距離d1和從P2到相鄰色組C3的邊界線測量的距離d2而分配加權值。類似地，對於同樣大於Th的位置P3的顏色，考慮到從P3到Th測量的距離d3和從P3到相鄰色組C3的邊界線測量的距離d4而分配與P2的加權值不同的加權值。
此外，分配的加權值與到Th的距離成比例。對於P2，d2的值大於d1的值，對於P3，d4的值小於d3的值。這樣，P3比P2接近於邊界線。因此，C3內的相鄰色給出的P2的權小於P3的權。
使用上述色擴散的彩色量化方法通過增加相鄰色值＝[{Th-到相鄰色的距離}/Th]·{1/(相鄰色的數目＋1)}，這裡相鄰色的數目是滿足條件(Th-到相鄰色的距離大於零)的相鄰色的數目，和自身色值＝(1－n個相鄰色的值)來執行彩色量化。
相鄰色值是將給定加權值除以相鄰色組的局部值得到的值，而自身色值是將給定加權值除以相鄰色組的局部值得到的餘數值。例如，對於P1，從P1到相鄰色的距離大於d1＋d2的值並且P1不滿足條件(Th-到相鄰色的距離＞0)。因此，由C2變換P1。
即，假定對於P1，Th為10，d1為3以及d2為7，則C1的加權值為1。對於P2，與C2相鄰包括P2的色組僅是C3。因此，相鄰色數目為1，如下得到P2的值。
相鄰色值C3＝(10－7)/10·1/(1＋1)＝3/20，和自身色值C2＝1－3/20＝17/20。
因此，將17/20的加權值分配給C2，3/20的加權值分配給C3。
就P3而言，假定Th為10，d3為8以及d4為2，與包括P3的C2相鄰的色組同樣只有C3。因此，相鄰色數目為1。類似地，如下得到P3的值。
相鄰色值C3＝(10-2)/10·1/(1＋1)
＝2/5，和自身色值C2＝1－2/5＝3/5。
因此，將3/5的加權值分配給C2，2/5的加權值分配給C3。應注意，如果如圖7所示的色空間上的位置Px包括在C3中，則相鄰色的數目為3(C1，C2和C4)並且相應的加權值分配給C1，C2和C4。
在計算加權值時，通過使用色擴散給出與到相鄰色組的距離成比例的相鄰色組的局部(權)值執行反映人眼感覺的真實色彩的彩色量化。進一步，可以將該量化方法應用到HSV色空間或任何其他的色空間而不限於HMMD色空間。
此外，在根據本發明的使用色擴散的彩色量化中，可以通過不同的方法分配相鄰色組的索引的權。而不是使用閾值Th，可以根據量化色組的中心點指定權。即，根據要變換顏色之間的距離和包含該顏色的量化色組的中心點，以及根據該顏色和相鄰量化色組的中心點之間的距離給出相鄰色組的權。
圖8表示根據本發明使用色擴散的彩色量化方法的第二實施例。在每個量化色組C0，C1，C2和C3確定第一中心點P0，P1，P2和P3。圖8所示的量化空間表示一個色彩值的量化色空間的2維圖。然而，根據色彩量化每個量化色空間將是3維空間。這裡將中心點定義為3維空間的中心質點。
為量化點x的顏色，計算點x和包含該顏色的量化色組的中心點之間的距離，和該顏色和相鄰量化色組的中心點之間的距離。參考圖8，計算的距離可以表示如下d2＝distance(x，P2)d0＝distance(x，P0)
d1＝distance(x，P1)d3＝distance(x，P3)這裡d2是點x和包含x的量化色組C2的中心點之間的距離；d0，d1，和d3是點x和相鄰量化色組C0，C1，和C3的中心點之間的距離。
對於使用HMMD空間的量化，中心點根據hue，max值和min值如下表示P0＝{h0，max0，min0)，P1＝{h1，max1，min1)P2＝{h2，max2，min2)，和P3＝{h3，max3，min3)因此，當量化點x的顏色時，根據下面的公式分配量化色組的索引的權C0的權＝1－d0/(d0＋d1＋d2＋d3)，C1的權＝1－d1/(d0＋d1＋d2＋d3)，C2的權＝1－d2/(d0＋d1＋d2＋d3)，C3的權＝1－d3/(d0＋d1＋d2＋d3)，當計算權值時，通過使用色擴散給出與到中心點的距離成比例的相鄰色組的局部(權)值執行反映人眼感覺的真實色彩的彩色量化。
如上所述，HMMD模型和使用HMMD色空間和色擴散的彩色量化方法具有各種效用。首先，均勻分布存在於新的HMMD色空間的全部顏色，從而使顏色信息對應於人眼感覺的顏色變化。本發明僅由新的HMMD色空間上的直線劃分顏色以執行彩色量化。
另外，不需要特殊的變換，通過簡單的計算從R，G和B得到定義HMMD模型的max，min，diff和sum值，因此計算時間極短。這樣，本發明適合於數字色彩分析。
進一步，本發明能夠高速執行準確的圖象搜索和圖象分析，以及在應用圖象分析技術的面部識別，動畫搜索，MPEG和姿勢識別等的圖象處理中提取有效的顏色信息。
進一步，本發明將與色空間內的給定顏色相鄰的顏色認為是相鄰色以分配與到相鄰色的距離成比例的局部值，而不是僅在特定顏色內檢索，以此補償由於彩色量化造成的檢索誤差。因此，可以執行反映人眼感覺的顏色變化的彩色量化。這樣，本發明能夠提高基於上述內容的圖象搜索系統的性能。
最後，本發明在分配局部值時通過調整用作標準值的閾值控制量化，從而能夠執行各種色空間內的彩色量化。
上述實施例僅是示例性的並不用於限定本發明。本技術可以容易地應用到其他類型的裝置。本發明的說明書是說明性的，並不限定權利要求書的範圍。很多替換，修改，和變化對本領域的技術人員來說是顯而易見。
權利要求
1.一種具有頂點A和頂點B在圍繞AB軸的平面合併的兩個對稱錐體形狀的HMMD色模型，HMMD色模型包括hue，定義為圍繞AB軸的角度；diff，定義為從AB軸到錐體的圓周C方向上的AB軸的標準向量；max值，定義為從下錐體的頂點B到圓周C方向上的向量；min值，作為從上錐體的頂點A到圓周C方向上的向量；和sum值，定義為與AB軸相反方向上的向量。
2.如權利要求1所述的HMMD色模型，其中max值，min值，diff，和sum值在0和1之間變化；其中hue從0到360變化。
3.如權利要求2所述的HMMD色模型，其中通過下面的公式從具有(r，g，b)色值的RGB色模型變換出HMMD色模型max＝輸入的r，g，b值中的最大值；min＝輸入的r，g，b值中的最小值；diff＝max-min；sum＝(max＋min)/2hue＝(g－b)/(max－min)*60，if(r＝max∩(g－b)＞0)(g－b)/(max－min)*60＋360，if(r＝max∩(g－b)＜0)(2.0＋(b－r))/(max－min)*60，if(g＝max)(4.0＋(r－g))/(max－min)*60，if(b＝max)未定義的，if max＝min。
4.如權利要求1所述的HMMD色模型，其中max值從黑到白和純色控制色澤，min值從黑和純到白色控制色度，diff值從灰到純色控制色調，以及sum從黑到亮色控制亮度。
5.如權利要求1所述的HMMD色模型，還包括垂直並通過AB軸，以及具有由頂點A，頂點B和圓周C定義的三角形邊界的MMD平面，每個MMD平面包含max，min，diff和sum。
6.一種用於HMMD色空間的量化方法，包括步驟(a)劃分HMMD色空間的灰色區；(b)MMD平面的彩色量化；(c)色彩區的彩色量化；和(d)將每個量化區內的顏色信息變換為相同的值。
7.如權利要求6所述的方法，其中步驟(a)包括步驟將HMMD色空間的不同值與預定基準值比較；和如果diff等於或小於基準值就確定一區域為灰色區。
8.如權利要求7所述的方法，其中基準值與色彩有關。
9.如權利要求7所述的方法，其中根據HMMD色空間的sum和diff值可以將灰色區劃分為多個區域。
10.如權利要求6所述的方法，其中步驟(b)包括步驟通過至少一條平行於HMMD色空間的中心軸的直線劃分MMD空間；通過至少一條平行於HMMD色空間的max向量的直線劃分MMD空間；通過至少一條平行於HMMD色空間的min向量的直線劃分MMD空間；和其中MMD空間被分為多個等邊三角形。
11.如權利要求6所述的方法，其中步驟(c)包括將色彩區均分為相同的段的步驟。
12.如權利要求6所述的方法，其中步驟(c)包括將給出較大的段非均分色彩區分成RGB顏色控制的區域的步驟。
13.如權利要求6所述的方法，其中步驟(d)包括步驟從一個或多個相鄰量化區的邊界線確定第一量化區內的一個顏色位置的距離；如果確定距離大於從預定閾點到一個或多個相鄰量化區的邊界線測量的距離就通過量化第一區變換所屬顏色；如果確定的距離小於從預定閾點到一個或多個相鄰量化區的邊界線測量的距離就通過分配加權值到第一量化區和一個或多個相鄰量化區變換所述顏色。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述加權值與從所述顏色到閾點測量的距離成比例。
15.如權利要求6所述的方法，其中步驟(d)包括步驟確定每個量化區的中心點；從第一量化區的中心點確定第一量化區內的一個顏色位置的距離；從與第一量化區相鄰的一個或多個量化區的中心點確定該顏色位置的距離；根據確定的距離將加權值分配給第一量化區和與第一量化區相鄰的一個或多個量化區；和根據分配的加權值變換顏色。
16.如權利要求15所述的方法，其中在分配加權值的步驟中，通過公式分配權Wi=1-di/n=0mdn]]>這裡Wi是第i個量化區的權，di是從第n個量化區的中心點到第i個量化區的顏色位置的距離，dn到dm是從與第一量化區相鄰的一個或多個量化區的中心點的顏色位置的距離。
17.一種用於圖象搜索系統的方法，包括步驟輸入圖象；提取每個輸入圖象的像素的RGB包值；將RGB色值變換到HMMD色空間值；通過量化HMMD色空間將變換的RGB色值變換到相應的顏色；構造每個輸入圖象的全局色直方圖；將全局色直方圖與目標圖象的基準全局色直方圖比較；和選擇具有與基準全局色直方圖最相似的全局色直方圖的輸入圖象。
18.如權利要求17所述的方法，還包括步驟構造每個輸入圖象的局部色直方圖；將局部色直方圖與基準局部色直方圖比較；和選擇具有與基準全局色直方圖最相似的全局色直方圖以及具有與基準局部色直方圖最相似的局部色直方圖的輸入圖象。
19.如權利要求17所述的方法，還包括在選擇輸入圖象之前，以從具有最相似的全局色直方圖的圖象開始的順序排列輸入圖象的步驟。
20.一種用於具有多個色組的色空間的量化方法，包括步驟從一個或多個相鄰色組的邊界線確定第一色組的一個顏色位置的距離；如果確定的距離滿足第一預定條件就通過第一色組變換所述顏色；和如果確定的距離滿足第二預定條件就通過分配加權值到第一色組和一個或多個相鄰色組變換所述顏色。
21.如權利要求20所述的方法，其中如果確定的距離大於從預定閾點到一個或多個相鄰色組的邊界線測量的距離就通過第一色組變換所述顏色；否則通過分配加權值變換所述顏色。
22.如權利要求20所述的方法，其中所述加權值與從所述顏色到預定閾點測量的距離成比例。
23.一種用於具有多個色組的色空間的量化方法，包括步驟確定每個色組的中心點；從第一色組的中心點確定第一色組的一個顏色位置的距離；從與第一色組相鄰的一個或多個色組的中心點確定該顏色位置的距離；根據確定的距離分配加權值到第一色組和與第一色組相鄰的一個或多個色組；和根據分配的加權值變換顏色。
24.如權利要求15所述的方法，其中在分配加權值的步驟中，通過公式分配權Wi=1-di/n-0mdn]]>這裡Wi是第i個色組的權，di是從第n個量化區的中心點到第i個色組的顏色位置的距離，dn到dm是從與第一量化區相鄰的一個或多個色組的中心點的顏色位置的距離。
全文摘要
公開一種基於色彩，色澤，色調，色度和顏色的亮度的新的色模型HMMD，以及使用HMMD色空間的顏色量化方法。本發明將色空間內與給定色相鄰的顏色認為是相鄰色以便根據距離將相鄰色的索引認為是局部值。因此，本發明能夠完成接近於人眼感覺的顏色變化的彩色量化，由此能夠提高基於上述內容的圖象搜索系統的性能。
文檔編號H04N1/46GK1239794SQ9910606
公開日1999年12月29日 申請日期1999年4月29日 優先權日1998年4月29日
發明者金賢俊, 李振秀 申請人:Lg電子株式會社