顏色校正方法

2023-05-12 05:19:01

專利名稱：顏色校正方法
技術領域：
本發明一般涉及數字照片圖像處理和列印領域，更具體地，涉及 當圖像中需要或期望特定的顏色時的顏色校正方法。
背景技術：
許多圖像，不管是數字捕獲的還是在傳統膠巻上的，都會與消費 者期望看見的或者與法定的顏色方案有著顏色差異或者變化。這可能 是由於例如消費者方面進行的不正確攝影設置，導致例如圖像的曝光 不足或者曝光過量、不合適的照明、膠巻類型導致的顏色場景變化、 顯影處理、列印料(stock)染色、或者使用性能差的照相機。此外， 人眼看見的可能與數字記錄的或者膠巻上記錄的顏色範圍不同。特別 地，人類視覺系統與類似色相關地並且根據照明條件來識別顏色，而 數字和膠巻攝影力圖記錄物體的實際顏色。
具有白或黑區域的圖像出現在監視器屏幕上或者在列印時可能 與消費者期望的不同。例如，用在諸如駕駛證、護照和其它標識文件
的官方文件中的攝影識別(ID)圖像被規定為具有白色背景，但它們 通常看起來具有淺色背景，不管是中性顏色(例如，白、黑或灰)還 是有色的(例如，藍色調的或紅色調的)。雪或者冰場景可能看起來 是整體藍色的。應當注意，自然界的雪和水通常確實具有藍色或綠色 色調(tint)，但是消費者期望看見更加白的雪和水。諸如森林或者 洞穴圖像的陰暗場景也通常會朝著特定的顏色失真，例如由於樹葉引 起的綠色、由於照明條件引起的紅色或黃色。其它顏色也可能與消費 者的期望有失真。
改變圖#>的顏色和明亮度(brightness)兩者的顏色平衡通常用 於試圖校正不想要的著色，但是會導致其它不可接受的著色變化。傳 統的自動場景平衡算法傾向於調整曝光，以使得圖像的平均顏色是中 性灰色，這對於許多消費者的攝影圖像是可接受的，但是對於特定的 場景或者滿足法定的著色要求是不可接受的。例如，簡單地平衡攝影 ID圖像以使得背景成為白色通常會使得對象的臉、頭髮和眼睛的著色失真，並且會使得臉變亮，從而衝去特徵。可替換地，在這樣的場景 中朝著中性灰色平衡可能會受對象衣服的著色的影響，並且例如產生 有色背景。相似地，從天空、雪或水場景中去掉一些藍色可能不適當 地從其它對象(例如，人、汽車、建築物和樹葉)中去掉了藍色調， 導致超出可接受水平的著色改變。對於具有暗陰影的圖像也是如此。 使陰影變亮或者改變陰影的顏色可能會影響整個圖像，因為使得陰影 太亮或者因為不可接受地移動了圖像的其它區域的顏色。當進行顏色
平衡以校正其它顏色的傾斜(skewing)時，會發生類似的不可接受 的結果。
照相機、錄像機或者其它成像裝置在記錄圖像期間或之後，或者 在圖像的初始處理期間，通過物理、光學或者數字處理方法，可以自 動地進行顏色平衡和其它處理技術。這樣的處理也可能不利地影響得 到的圖像，例如由於基於佔據大部分圖像的顏色而使顏色平衡傾斜， 或者增加顏色的飽和度水平使得期望中性著色的區域被影響。
在圖像中代表對象的真實顏色或者對象的期望顏色的希望顏色 的實現和顏色平衡在許多不同的行業中是重要的。攝影ID圖像、消 費者和專業照片以及廣告媒體僅僅是其中顏色極其重要的工業的一 些示例。例如，晾衣繩、食物項目、公司標誌或者運動團隊的廣告的 成功依賴於實現對象的期望的逼真著色。不管圖像的最終格式如何， 是否顯示在監視器上、列印介質上、攝影介質上還是一些其它介質， 都希望控制圖像的視覺特性。
已知調整圖像或場景的背景的方法用在文檔處理和攝影工業中。 在文檔處理中，通過強制背景變白可以去掉由複製或處理引起的偽像 (artifact ),如例如在美國專利6， 323， 957、 6， 222, 642和5, 157, 740 中所述的。在攝影工業中，特別是對於攝影識別圖像，背景與對象的 分離以及用希望的圖像或顏色來代替背景也是已知的，例如在美國專 利6, 999,1 13、 6,950,1 30、 6, 912， 31 3和5, 913， 019以及W094/26057
中所述的。變換彩色圖像信號同時保持陰影和高亮特性的方法記載在 美國專利6,278,800中。美國6,608，926描述了一種彩色底霧(color fog)校正，其中感興趣的區域在校正之前被去掉。美國專利申請公 開US 2004/0071343描述了使用LCC顏色空間轉換來校正圖像中的彩 色底霧的方法。US4928167類似地描述了使用到LCC顏色空間的轉換
6對視頻信號進行色調校正。
希望具有 一種當圖像內的特定顏色的希望值已知時校正該特定 顏色的辦法。

發明內容
本發明目的在於一種將數字圖像中的顏色調整到希望的顏色值 的方法，其中該方法包^r:
識別該圖像的至少第 一部分，其中該第 一部分包括該顏色； 分析該第 一部分以確定代表第 一部分顏色的顏色值； 確定該顏色值的顏色調整參數以將該顏色值調整到該希望的顏 色值；
將該顏色調整參數應用到該圖像的該至少第 一部分；
其中該方法還包括下列步驟中的一個或多個
在分析該第 一 部分以確定顏色值之前對該圖像的第 一 部分執行 去飽和(desaturat ion ), 並且使該顏色值再飽和(resaturate); 以及
識別該圖像的至少第二部分，其中該第二部分具有顏色值極值 (color value extreme),分析該第二部分以確定代表該顏色值極 值的顏色值，以及在確定該顏色調整參數時使用該第二部分顏色值。
可替換地，將數字圖像中的顏色調整到希望的顏色值的該方法可 以包括
識別該圖像的至少第 一部分，其中該第 一部分包括該顏色； 分析該第一部分以確定在至少一個顏色通道中的代表第一部分 顏色的顏色值；
確定該至少一個顏色通道的每一個中的顏色值的顏色調整參數， 以將該顏色值調整到希望的顏色值；
將該相應的至少一個顏色通道的每一個中的顏色調整參數應用 到該圖像的該至少第 一部分；
其中該方法還包括下列步驟中的一個或多個
在分析該第一部分以確定該至少一個顏色通道的每一個中的顏 色值之前，在該至少一個顏色通道的每一個中對該圖像的第一部分執 行去飽和，並且使該至少一個顏色通道的每一個中的顏色值再飽和；
7識別該圖像的至少第二部分，其中該第二部分具有顏色值極限
(color value extreme),分析該第二部分以確定代表該至少一個 顏色通道的每一個中的顏色值極值的顏色值，以及在確定該相應的至 少一個顏色通道的每一個的顏色調整參數時^f吏用該至少一個通道的 每一個的第二部分顏色值。
本發明還包括一種用於調整彩色圖像(color image)的系統， 其中該系統包括
計算機，其具有存儲器，用於存儲至少一個彩色圖像和至少一個 調整過的彩色圖像；
顯示器，用於顯示至少一個彩色圖像、至少一個調整過的彩色圖 像，或者顯示這二者；
輸入設備，用於接收要調整的至少一個彩色圖像，其中該輸入設 備可通信地連接到該存儲器；
輸出設備，用於該至少一個調整過的彩色圖像；
其中該計算機分析來自該輸入設備的在該存儲器中的至少 一 個
彩色圖像的至少第一部分，其中該第一部分包括要調整的顏色；分析 該第一部分以確定代表第一部分顏色的顏色值；確定該顏色值的顏色 調整參數，以將該顏色值調整到希望的顏色值；以及將該顏色調整參 數應用到存儲在存儲器中的該圖像的該至少第 一部分；以及
其中該計算機還在分析該第一部分以確定顏色值之前，對該圖像 的第一部分進行去飽和，並且使該顏色值再飽和；或者
識別該圖像的至少第二部分，其中該第二部分具有顏色值極值， 分析該第二部分以確定代表該顏色值極值的顏色值，以及在確定該顏 色調整參數時使用該第二部分顏色值。
本發明的有益效果
本發明能夠將圖像中的特定顏色調整到希望的顏色。這使得圖像 的校正能夠滿足法定規定，能夠更好地反映原始對象的實際顏色、或 者能夠調整到消費者的期望或希望。這能夠校正不合適的先前處理， 例如，成像裝置上的較差的顏色平衡和曝光設置。這可以在無需不可 接受地改變圖像內的其它顏色或明亮度水平的情況下完成。
8當結合下述說明和附圖時，本發明的上述和其它目的、特徵和優 點將變得更加顯而易見，其中在可能的時候，相同的參考標記被用於
指代圖中共有的相同特徵，其中

圖1是本發明的框圖； 圖2是本發明的第一方法的框圖； 圖3是本發明的第二方法的框圖； 圖4是本發明的第三方法的框圖5a和5b是將顏色調整參數應用到圖像的可替換方法的框圖； 圖6是RGB顏色值與線性反射率的曲線圖；以及 圖7描繪了本發明的系統。
這些圖僅僅是示範性的，通過下面的描述，本發明的其它實施例 將是顯而易見的。
具體實施例方式
本發明使得能夠將圖像中的特定顏色調整到希望的顏色。可以進 行圖像內的一個或多個顏色的調整，以更好地將輸出介質上的最終圖 像外觀與原始對象顏色、消費者對顏色的期望相匹配，或者滿足法定 要求。
眾所周知，在攝影領域中，用於代表對象顏色的顏色空間可以依 賴於用於捕獲圖像、存儲圖像、操縱圖像、或者再現(render)圖像 以輸出到例如電子顯示設備、列印介質或者攝影介質的裝備，或者可 以是預定義的、與設備無關的顏色空間。各種顏色空間的例子可以包 括但不限於，RGB (紅-綠-藍)或如sRGB顏色空間，CMY(青色-品紅 -黃色)和CMYK (青色-品紅-黃色-黑色)顏色空間的變體顏色空間， L*a*b顏色空間，亮度(luminance)-色度顏色空間(例如^f旦不限於 YCrCb) , XYZ顏色空間，和線性或對數度量(例如線性或對數反射率 (reflectance)、線性或對數輻射率(radiance)以及線性密度度 量)。每種顏色空間可以具有兩個或更多個顏色通道，每個顏色通道 用於顏色空間的每個顏色或特性(例如，亮度或明亮度)。例如，RGB 顏色空間可以;故分成三個顏色通道，每一個顏色通道用於圖〗象的每個
9片段或像素的紅色、藍色和綠色的量。對於CMYK顏色空間，可以使 用多達四個顏色通道，每一個顏色通道分別用於青色、品紅、黃色或 黑色。YCrCb顏色空間可以具有三個通道，亮度和兩個色度通道。根 據希望的顏色調整，可以使用給定顏色空間的一個或多個通道，其可 以被認為是感興趣的一個(或多個)顏色通道。可以使用所有的色度 通道。
為了調整顏色或明亮度(曝光)，顏色空間值可以被首先變換到 更易操縱的數學度量，例如線性或對數反射率、線性或對數輻射率、 或線性密度。顏色調整參數然後可以被應用到該度量的圖像像素值， 並且然後調整過的圖像可以被轉換回工作的顏色空間，或者根據需要 轉換到不同的顏色空間。例如，為了在其被存儲的RGB顏色空間和打 印機所用的CMYK顏色空間之間轉換圖像，RGB圖像可以被轉換成線性
反射率度量，根據需要進行調整以獲得希望的顏色或明亮度調整，被 轉換回RGB空間，然後被轉換到CMYK顏色空間，從而使得印表機輸 出更好地接近圖像中的希望顏色。這樣的轉換是基於假定的再現曲線 的，其中到特定顏色空間的轉換和從該特定顏色空間的轉換彼此相 反。
圖像通常被存儲為數字信息，並且被編碼成二進位數，用於由諸 如計算機之類的電子設備存儲和操縱。圖像的像素通常被認為是代表
從0. 0到1. 0的實數。為了由計算機表示為二進位數，每個顏色必須 被分配某個數量的比特作為編碼值。八比特表示(0000000到 11111111 )導致256種可能性，其等效於範圍從O到255的值。這樣， 0. 0到1. 0的原始像素值由255進行縮放，用於在8比特系統中表示。 如果需要更多的精度，則可以使用更大的比特系統，通常為12比特 系統，其中每個像素值由4095進行縮放。為了用在各種線性和對數 度量上，12比特系統達到良好的結果，不過具有較少代表比特的系統
的使用會達到可接受的結果。
下面將參照附圖來描述本發明的方法，其中相同的標記指代相同
或相似的步驟。圖l示出了本發明的概要，其中特定的可替換路徑在 圖2-4中示出。
調整圖像的顏色值的方法包括將圖像輸入到諸如計算機的具有 存儲器的系統中100。該圖像最初可以是例如來自照相機、可攜式存儲器設備、從連網的或者可通信的位置或設備傳輸的、或者從印刷物、 底片或正像膠片、或者顯影照片掃描輸入的數字圖像。可以使用任何 獲得數字圖像的方式。
在110,識別圖像的第一部分。該第一部分可以通過任何預編程 方法被自動識別，所述預編程方法例如預定位置、形狀識別、面部檢 測、模式檢測、場景檢測、圖像分割或者其它已知的自動檢測圖像主
題(subject matter)的方法。如果進4亍自動識別，則這種識別可以 在顯示器上向用戶指出，以在需要的時候進行確認或調整。可替換地， 用戶可以用滑鼠、操縱杆、觸敏屏幕、光學滑鼠或者其它已知的指示 方法通過點擊或指向屏幕上的至少一個區域以識別用戶指定的區域 來進行確定。用戶可以選擇圖像的特定點或者例如通過在感興趣的一 個或多個區域周圍畫出幾何形狀或不規則形狀，來指示一個或多個感 興趣的區域。半自動的檢測程序可以被用於修改用戶指定的區域。例 如，用戶繪製的鋸齒線可以被自動平滑。
該第一部分可以是整個圖像，或者圖像的區域，例如，圖像區域 的50%、 25%或者更少，或者可以是例如圖像的兩個角落部分的區域 的組合。如果該圖像的多於一個區域被指定為第一部分，則這些區域 可以是該圖像內鄰接的或不鄰接的區域。
一旦在110中識別了圖像的第一部分，則在130，分析該圖像的 第一部分，以確定第一部分的代表性顏色值。可以通過本領域已知的 任何方法來進行此分析。例如，可以使用直方圖來確定圖像的第一部 分的每個顏色通道中的顏色值的範圍。直方圖被認為是與像素值的出 現頻率對應的數據，而不管數據格式如何，例如曲線形式、表格形式、 或者矩陣。可以使用累積直方圖。如果使用直方圖，可以獲取感興趣 的每個顏色通道的單獨的直方圖，或者可以獲取感興趣的通道的組合
自動確定可以包括選擇直方圖的預定義百分點。該百分點可以隨著第 一部分僅包含希望的顏色值的確定性而變化。自動選擇的代表性顏色 值可以通過在顯示器上顯示顏色、或其代表性數值，而提供給用戶， 以進行確認或調整。可替換地，在圖像的第一部分的所選範圍或整個 範圍上的顏色或代表性數值可以被呈現給用戶，以選擇代表性顏色 值。也可以基於來自圖像的代表性樣本的數據來預先編程代表性顏色
ii值，從而消除了在確定步驟中為每個圖像執行直方圖或類似功能的必 要性。
在第一部分的代表性顏色值被確定之後，在170，確定該代表性
顏色值的顏色調整參數，其中顏色調整參數足以將代表性顏色值調整 到希望的顏色值。顏色調整參數可以是例如縮放因子或偏移。可以考 慮代表性顏色值、希望的顏色值和顏色空間來確定合適的顏色調整參數。
一旦顏色調整參數被確定，則在180,其可以被應用到圖像的該 至少第一部分，從而調整圖像的該至少第一部分的顏色值。顏色調整 參數可以被應用到整個圖像，或者根據需要應用到圖像的 一個或多個 所選部分。如果僅應用到圖像的一部分，可以使用各種技術中的任意 一種，包括圖像分割、形狀識別、面部才企測、才莫式衝企測和場景檢測。 例如，可以進行逐像素的分析，以確定像素的顏色值與希望顏色之間 的差。個體像素可以被改變為希望的顏色或者根據顏色調整參數被改 變；例如使用顏色調整參數的某個分數(some fraction of)來將其 值移動到更接近於希望的顏色；或者根據像素的值與希望顏色之間的 差而保持不變。
為了更好地確定代表性顏色值，希望在確定代表性顏色值之前， 首先在12G中對圖像的第一部分進行去飽和。在確定了代表性顏色值 之後，在140,然後使該代表性顏色值再飽和，以用於確定顏色調整 參數。去飽和以及再飽和允許顏色值中的極值被削弱(deemphas ize ), 這可以使得代表性顏色值的確定更精確。去飽和可以包括識別圖像的 飽和度極值，以及調節(tune)去飽和因子來計及(account for) 飽和度極值。"飽和度"是顏色值和顏色中性(color-neutral )之 間的差。在"顏色中性"中，所有顏色通道在包括具體參考白色的標 準紅綠藍(sRGB)顏色空間中都具有相同值，或者在具有不同或相同 參考白色的可替換顏色空間中具有等效顏色。sRGB在例如Stokes等 人的1996年11月5日的 "A Standard Default Color Space for the Internet-sRGB"(可以在http: 〃www/w3. org/Graphics/Color/sRGB 中找到)和Gary Starkweather的 "Colorspace Interchange Using sRGB ，， ( 可 以 在
white. Stanford.edu/ brian/psy221/reader/Starkweather. sRGBWh
12itePaper.pdf)中有所解釋。顏色中性的示例是RGB顏色空間中的參 考白色、黑色或任何灰色，以及其在可替換顏色空間中的等效色。這 裡所用的"去飽和"等術語意思是將給定的顏色值朝著顏色中性移動 或移動到顏色中性同時保持明亮度不變。"再飽和"等術語意思是將 顏色值移離顏色中性。再飽和可以是去飽和操作的準確的逆操作，去 飽和操作的近似逆操作，或者與去飽和操作不相關的操作。
為了執行去飽和或再飽和操作，其中提供圖像的顏色空間可以首 先被改變到色度-亮度顏色空間，被去飽和或再飽和，然後被轉換回 原始顏色空間。將色度值與亮度分開使得能夠更準確地調整顏色值的 色度部分，從而使得能夠更好地區分第一部分的真實顏色值和第一部 分中可能會不希望地影響代表性顏色值確定的任何特徵的顏色值。也 實現了對亮度值的任何調整的控制。例如，如果希望的顏色調整的目 標是參考白色，則希望在確定代表性顏色值之前，在去飽和期間降低 顏色通道的亮度。相似地，如果希望的顏色調整的目標是黑色，則希 望在確定代表性顏色值之前，在去飽和期間增加顏色通道的亮度。無 論在哪種情況下，將亮度值調整某個量會增加第一部分的真實顏色值 和第一部分中可能會不希望地影響代表性顏色值確定的任何特徵的 顏色值之間的差，乂人而增加去飽和的有效性，並且對於再飽和則相反。
可選地或者除了第一部分的去飽和/再飽和之外，在150,可以識 別具有重要特徵的圖像的第二部分。圖像的第二部分可以包括不希望 剪裁(clip)的顏色值，其中"剪裁"和類似術語意思是顏色值的損 失，因為其處於輸出設備能夠產生的值的範圍之外。在顏色值被剪裁 的地方，該顏色值將被顯示為該設備能夠產生的最大顏色值，而不是 實際顏色值。在圖像的特定區域的顏色或明亮度是重要的顏色值的地 方，這樣的顏色值的剪裁是不希望的。可以與識別圖像的第一部分相 同的方式來進行對包括不被剪裁的區域的圖像的第二部分的識別。
一旦圖像的第二部分被確定，則在160，在圖像的第二部分內的 顏色值極值淨皮識別。該顏色值極值可以在一個或多個單獨的顏色通道 中被確定，並且可以是在顏色調整過的圖像中希望不被剪裁的、來自 任何通道的最大或最小亮度。最大和最小值(如果都被使用的話)可 以來自相同或不同的顏色通道。選擇最大顏色值還是最小顏色值或者 選擇這二者可以基於期望處理的圖像類型被預先編程，或者可以由用
13戶選擇。再者，儘管使用實際極值通常是希望的，但是如果需要的話， 該值可以由用戶選擇或調整。
一旦顏色值極值被確定，則其與第 一部分代表性顏色值相結合使 用以在170中確定顏色調整參數，從而使得顏色調整參數不會使顏色 值極值在輸出設備的範圍之外。然後在180,顏色調整參數被應用到 圖像的至少一部分，並且在一些情況下，其被應用到整個圖像。
在確定顏色值極值時，可以對圖像的第二部分進行去飽和以及再 飽和。應當注意，可以識別圖像的多於一個的附加部分，用於確定顏 色值極值或者不應當被剪裁的可替換顏色值。任意數目的這種值可以 與圖像的第 一 部分的代表性顏色值 一 起用於確定顏色調整參數。例 如，可以確定最大和最小值二者，它們都不應當^皮剪裁。
本領域公知的其它處理方法可以被應用到圖像。例如， 一旦上述 顏色調整方法被執行或者在執行該顏色調整方法之前，可以應用圖像 的場景平衡。在顏色調整之前或之後，可以相似地進行任何其它調整。 在大多數情況下，希望在顏色調整之後進行進一步的調整，以便避免 剪裁圖像的重要區域，或者避免圖像的希望部分的顏色值改變到可接 受範圍之外。
作為本發明的示例，將說明攝影識別UD)圖像的產生。這樣的 圖像典型地需要"白色"背景。使用RGB顏色空間和8比特表示，白 色等效於所有顏色(紅綠藍)通道中的值255以及最大明亮度。總體 上或部分地，用於攝影ID圖像的任何背景實際表現為255是不太可 能的。因此，希望強迫背景的著色儘可能接近於白色而不會過度改變 對象的外觀，因為對對象的這種改變將損害圖像在識別方面的用途。
為了調整可能使用膠巻或數字攝影而拍攝的圖像，檢查圖像的數 字化版本以識別包含希望是白色的背景的至少一部分圖像。該識別可 以由搜索預定位置的程序、形狀識別、面部檢測、模式檢測、場景檢 測、圖像分割、顏色值或其它已知的自動檢測圖像主題的方法自動完 成。可替換地，操作員可以通過例如利用圖形(例如但不限於方框) 高亮顯示一部分或者利用滑鼠或在觸控螢幕上指向背景部分來選擇圖 像的該部分，
一旦該背景部分被識別，則其被分析以確定代表背景的顏色值。 這可以通過在工作顏色空間的每個顏色通道中獲取已識別的圖像的第一部分的直方圖來完成。也可以使用確定代表性顏色值的其它方 式，例如但不限於，選擇平均值或中值，或者用戶選擇的值。在攝影 ID圖像的示範性情況下，假設背景開始時接近於白色。這樣，可以基 於識別為"背景"的顏色的全部範圍是圖像的真正背景部分的確定性， 來選擇在背景的顏色值的返回的識別的範圍內的值。例如，如果圖像 的大部分(例如，圖像的一半)被用於分析背景，則其可能包括不是 背景的部分，例如對象的部分。因而，在直方圖內較接近於白色的顏
色值(例如，85%或90%的點)應當被當作圖像背景的代表性顏色。 當選擇更有可能僅代表背景的較小樣本，例如圖像的頂端部分、圖像 的一個或兩個頂角、或者用戶指定的區域時，可以取中值作為圖像背 景的代表性顏色，例如50%的點。所選擇的百分點將反比於僅分析圖 像的希望部分的確定性。根據需要，可以在每個顏色通道中取不同的 百分點，或者在所有顏色通道中取相同的百分點。
一旦每個顏色通道的代表背景顏色的顏色值被識別，則為每個顏 色通道確定顏色調整參數。顏色調整參數適於將代表性顏色值調整到 希望的顏色值。例如，如果代表性顏色值是200,並且希望的顏色值 為255,則需要1. 275的縮放因子來達到255的顏色值。每個顏色通 道的顏色調整參數可以相同或不同。如果希望每個通道的顏色調整參 數相同，則其可以從為感興趣的每個通道確定的顏色調整參數的平均 值導出。
一旦每個顏色通道的顏色調整參數被確定，則其至少被應用到圖 像的所識別部分，並且可以被應用到整個圖像。為了確信圖像的不是 背景的其它區域(這些區域可能已包括在圖像的所識別部分中)不會 不利地影響所選擇的代表性背景顏色，所選擇的圖像部分可以在獲取 直方圖之前被去飽和。圖像的所識別部分的每個顏色通道的去飽和將 按比例縮減顏色差或明亮度差，從而減少對代表性顏色值的任何影 響。 一旦選擇了每個顏色通道中的代表性顏色值，則該顏色值被再飽 和到原始顏色尺度(color scale),並且用於確定該顏色通道的顏 色調整參數。
為了確保圖像的其它重要區域不會通過應用所選的顏色調整參 數而被不適當地調整，則進一 步考慮圖像的另 一重要特徵的顏色或明 亮度等級來選擇顏色調整參數，所述重要特徵例如在攝影ID圖像的
15情況下的對象的臉。圖像的第二部分可以被再次自動地或由操作員識 別，並且該第二部分的直方圖可以被獲取。第二部分可以是圖像的兩 個或更多個區域，這些區域在圖像內可以鄰接或不鄰接。第二部分的 直方圖的目的是識別一個或多個顏色通道中的顏色值極值。在將顏色 調整參數實際應用到圖像的至少第 一部分之前，由所確定的顏色調整 參數來調整每個顏色通道的顏色值極值。如果任一具體顏色通道的調 整過的顏色值極值在顏色的可列印範圍之外，則所有顏色通道的顏色 調整參數被適當地調整，以保持顏色值極值處於顏色的可見或可列印 範圍之內，從而避免剪裁任一顏色通道中的顏色值極值。在攝影ID
圖像的示例中，這將保護人臉上的高亮部分(highlights),或者一
件衣服的明亮度，同時仍然允許將背景變白至接近於白色的顏色，甚 至變為真正的白色。
儘管上面的描述將顏色調整參數直接應用到工作顏色空間中的 圖像的顏色值，但是這可能不是希望的，其中所述工作顏色空間可能 與其中原始記錄圖像的顏色空間不同。本領域中公知的是，在調整顏 色平衡和曝光量中的一個或多個之前，將各個顏色空間中的圖像轉換 為線性或對數反射率，線性或對數輻射率，或線性密度。因而，上述
順序變為確定代表圖像的一部分的顏色值；將該顏色值轉換為例如 線性或對數反射率；基於代表性顏色值，確定線性或對數反射率度量 中的顏色調整參數；將圖像轉換為線性或對數反射率度量；在線性或 對數反射率度量中將顏色調整參數應用到圖像的至少第 一部分；以及 將圖像轉換回工作顏色空間。這些步驟可以作為如圖5a所示的一系 列操作被直接應用到該圖像，或者通過利用如圖5b所示的查找表 (LUT)應用到該圖像以提高處理效率。可以確定給定顏色空間的顏 色值和各種線性或對數度量之間的關係，如本領域所公知的。作為示 例，sRGB顏色空間的線性反射率與顏色值的曲線圖如圖6所示。
對於圖像的每個顏色通道LUT可以具有單獨的數據。為了建立供 使用的單個LUT,準備用於將圖像轉換到線性或對數反射率、線性或 對數輻射率、或者線性密度度量的第一 LUT,將顏色調整參數應用到 第一LUT,並且將調整過的LUT值轉換回工作顏色空間，從而產生可 以-故應用到圖像數據的單個LUT。每個圖像可以具有唯一的LUT。
可替換地，如果可以假定對於需要顏色調整的所有圖像而言，攝
16影條件近似相同，則可以準備"標準"LUT,以提高顏色調整過程的 效率。例如，專用於攝影ID圖像的攝影工作室或工作間應當具有照 相機相對於相關背景、對象和光源的一致放置；相一致的照明；和設
定的背景。背景的圖像可以被拍攝並且用於確定使背景看起來是白色 的合適的LUT,該LUT然後將被應用到利用該設置拍攝的所有攝影ID 圖像。這將不會計及對象的衣服或臉的飽和度或明亮度的變化並且因 此可能導致對象的一些剪裁，但是LUT可以基於使背景成為可接受的 白色的顏色調整參數，而不會過度地剪裁許多面部特徵或衣服顏色。 這可以例如根據攝影ID圖像的樣本確定，其中基於在所有取樣的攝 影ID圖像中防止剪裁所需的顏色調整參數來確定中值顏色調整參數 或適當確定的其它值。再次，可以為在相似或相同條件(例如照明和 與對象的距離)下產生的任何系列的圖像(例如水下圖像)準備這種 類型的LUT。當在逐圖像的基礎上確定顏色調整參數時將會達到最佳 結果，但是將預先編程的LUT應用到所有相似拍攝的圖像，可以實現 高效率和可靠的可接受的結果。
在顏色空間是非線性，或者在其被定義為使得參考白色具有不相 等的顏色通道值的情況下，可以在分析第一部分的調整步驟之前或者 在去飽和之前對顏色值進行歸一化，並且可以在識別代表第一部分的 顏色值之後或者在這樣的代表性顏色值的再飽和之後，轉換回原始顏 色空間。
為了簡便，任何開始的顏色空間可以被轉換到要在其中工作的另 一個顏色空間。例如，亮度-色度顏色空間可以被轉換到RGB或sRGB, 以便調整顏色值。為了計算方便，所轉換後的顏色空間可以被進一步 轉換到線性反射率或對數反射率，線性輻射率或對數輻射率，或線性 密度。
根據上面的描述應當顯而易見的是，這個過程對於保持陰影以及 高亮部分都是有用的。可以按照與將標識照片背景變為接近於白色相 似的方式來將黑色或其它暗色變為接近於希望的黑色值，由此暗色區 域中的圖像經歷變黑效果。另外，如果需要的話，可以使用這裡描述 的技術將圖像中的其它希望的顏色強制變為特定顏色，例如，使水成
為特定的藍綠色的陰影。
許多不同類型的設備可以用於實現本發明的方法，如圖7所示。例如，具有存儲器210並且能夠接受圖像數據作為輸入的任何計算機
系統200可以被用在該方法中。計算機系統的示例包括桌上型或膝上 型計算機、 一體機(kiosk)和小型實驗室(mini lab)。該計算機可 以是連網的或者獨立的。該計算機可以是成像裝置(例如照相機)的 一部分、直接連接到成像裝置、或者能夠接受來自成像裝置、可攜式 存儲器存儲設備或者諸如網際網路的網絡的輸入。根據需要，該計算機 可以包括一個或多個USB埠、串行埠、可攜式存儲器設備讀取器 或者網絡連接。
顯示器2 2 0可以用於同時或按序觀看原始彩色圖像和調整過的彩 色圖像。該顯示器可以是計算機系統的一部分，或者與計算機系統通 信以接收要顯示的圖像數據。顯示器的例子包括監視器，例如陰極射 線管(CRT)和液晶顯示器(LCD)監視器、電視機、照相機顯示屏幕、 印表機顯示屏幕、行動電話顯示屏幕和任何類型的其它顯示屏幕，包 括LCD、有機發光二極體(0LED) 、 CRT及其它。
該計算機系統可以包括或可通信地連接到輸入設備230,其中該 輸入設備能夠接受至少一個彩色圖像進行調整。該輸入設備可以可通 信地連接到計算機的存儲器。合適的輸入設備可以包括但不限於，盤 驅動器、緊湊盤(CD)驅動器、數字視頻盤(DVD)驅動器、可攜式 存儲器讀取器、通用串行總線(USB)埠、紅外埠、 wifi接收器、 光學數據掃描儀或接收器、以及諸如網際網路、廣域網(WAN)或局域 網(LAN)連接的網絡連接。
該計算機系統還可以包括用於原始或調整過的彩色圖像的輸出 設備240。該輸出設備可以是計算機系統的一部分或可通信地連結到 計算機系統。合適的輸出設備的例子包括但不限於，印表機、攝影打 印設備、複印機、可攜式存儲器設備、盤、CD、 DVD、存儲器位置或 網絡位置。合適的印表機可以包括熱印表機、噴墨印表機和雷射列印 機，不管是消費者級別、商業級別的還是專業級別的。攝影列印設備 可以包括那些通常存在於小型實驗室和攝影實驗室中的設備以及單 機設備。
一旦通過輸入設備接收到進行顏色調整的圖像並且將其放在存 儲器中，則計算機系統分析存儲器中的彩色圖像的至少第一部分，以 確定代表第 一部分顏色的顏色值。作為確定代表性顏色值的一部分，
18計算機可以在分析第 一部分以確定顏色值之前將圖像的該第 一部分去飽和，並且使該顏色值再飽和。使用該顏色值，計算機然後確定該顏色值的顏色調整參數，以將該顏色值調整到希望的顏色值。顏色調整參數可以被應用到存儲在存儲器中的圖像的該至少第 一部分。在應用顏色調整參數之前，計算機可以識別圖像的至少笫二部分，其中該第二部分具有顏色值極值；分析第二部分以確定代表該顏色值極值的顏色值；以及使用第二部分顏色值來檢查顏色調整參數，使得一旦通過該顏色調整參數調整圖像時，該顏色值極值不會被剪裁或丟失。
上述步驟中的任一步驟可以由計算機基於預先編程的指令來執行，或者可以包括用戶輸入。例如，要分析的圖像的第一部分、笫二部分和任何其它部分可以由程序來識別，所述程序例如^(旦不限於，面部識別、形狀識別、主題識別、顏色識別或圖^象分割。可替換地，第一部分、第二部分或者這二者可以是預定的區域，例如，佔據圖像內某個位置的幾何形狀。可替換地，用戶可以通過利用滑鼠來指向、觸控螢幕幕、或者畫出或拖出圍繞要被分析的指定區域的形狀，來選擇圖像的一部分進行分析。
可以基於要選擇的預設值來自動地確定圖像的 一部分的代表性顏色值。代表性顏色值可以由程序來確定，該程序考慮被取樣的圖像的該部分以及該部分代表希望的顏色值的確定性來統計地確定哪個顏色值最佳地代表該圖像部分的顏色值。代表性顏色值可以被用戶覆
蓋(override)或由用戶選擇。例如，顏色^f直或顏色^f直範圍可以祐J史字地、可視地、或者既數字地又可視地呈現給用戶，其中計算機推薦代表性顏色值或者不推薦代表性顏色值。該程序可以被設計為使得用戶可以選擇所建議的代表性顏色值，選擇所示出的顏色值之一，或者輸入可能與上述所有都不同的截然不同的顏色值。
計算機可以被編程為向用戶示出使用基於計算機產生的參數、用戶產生的參數或其某種組合的各種顏色調整參數取樣調整過的圖像，以允許用戶為預期目的選擇視覺上看起來最好的調整過的圖像，所述計算機產生的參數、用戶產生的參數是使用這裡所討論的產生參數的
各種技術產生的。
用戶也可以輸入顏色值極值。如果存在飽和度、明亮度或者這二者的極值，並且存在用戶不介意剪裁的圖像部分而其它區域更重要，則這可能是有用的。例如，在攝影ID圖像中，在面部特徵中的著色和特徵應當被保持儘可能接近於原始的著色和特徵，而衣服的著色或明亮度不是那麼重要。相反，對於時裝設計目錄，模特的面部不重要，而衣服的飽和度、色調或明亮度等級的保持會很重要。因而，包括要保持的著色或特性的圖像部分的識別可以是有用的。可替換地，這可以由計算機使用面部識別、形狀識別、主題識別、顏色識別、或圖像
分割，或者通過分析預設的識別部分(例如佔據圖像內某個部分的幾何形狀)來確定。
示例
1、攝影識別ID的調整
在RGB顏色空間中如下調整攝影ID圖像，其中在對象的襯衫上達到最大顏色值
初始 紅 《錄 藍
背景 232 228 221
對象的襯衫 242 1 17 1 34
使用上述值將背景縮放到白色(255， 255, 255 )而不考慮圖像的其餘部分，對於紅色通道需要1. 099的顏色調整參數。但是，使用這個顏色調整參數將導致對象的襯衫的三個通道中的最大顏色值(即紅色顏色值)調整過的顏色值為265，表示該顏色值將被剪裁到255。為了確保襯衫的顏色值不被剪裁，顏色調整參數被減小到1.054，從而提供如下最終值
調整過 紅 綠 藍
背景 245 240 233
對象的襯衫 255 123 141
這使得背景更白，同時保持對象襯衫的顏色值。更完整的調整識別用於每個通道的顏色調整參數，其中紅色通道的顏色調整參數是1. 099,綠色通道的是1. 118,藍色通道的是1. 154。
20然而，再次，使用這些顏色調整參數將導致對象的襯衫具有265的紅色顏色值，表示該顏色值將被剪裁到255。為了確保襯衫的顏色值不被剪裁，紅色通道的顏色調整參數被減小為1.054，提供了 245的調整過的顏色值。然後通過將相應顏色調整參數乘以修改後的紅色顏色調整參數與原始紅色顏色調整參數的比率1.054/1.099,來確定綠色和藍色通道的顏色調整參數。這提供了如下值
調整過的
背'
對象的襯衫
紅
245
255
245129
藍
245
149
2、使用線性反射率值
顏色空間的顏色值被轉換到線性反射率值，以便於操作。線性反射率、對數反射率、線性輻射率、對數輻射率、或線性密度的使用可以增加顏色調整的精度。作為示例，在使用RGB顏色空間的8比特系統中，紅色值被轉換為線性反射率，然後被調整到255。調整過的線性反射率值然後被轉換回RGB空間。
紅色 線性反射率初始值 200 0.5147希望值 255 1.0顏色調整參數 1.275 1.943
3、去飽和
去飽和確實提高了第一部分代表性顏色值的分析精度。例如，攝影識別圖像的真實背景顏色在RGB顏色空間中是(232 228 221 ),但是對象的襯衫是粉色(242 117 1 34 ),其通過產生太高的紅色通道代表性顏色值，可能會影響代表性背景顏色的分析。
為了削弱襯衫的顏色值在第 一部分分析中的重要性，鑑於襯衫在
部分代表性顏色值之前，所有通道的顏色值都被移向它們的平均值，也就是說，去飽和。可以基於圖像樣本或實驗來選擇去飽和的量，以
21便足夠地削弱任何不希望的特徵。在這種情況下，飽和度因子1/3
用於對顏色值進行去飽和，使得襯衫的粉色為(190 149 154 ),其不再具有在背景顏色的顏色值之上的任何顏色值。
4、去々包和/再々包和中的顏色空間歸一化
在具有不等值的參考白色的顏色空間中，例如具有(RN GN BN)的參考白色的RGB空間中，歸一化矩陣被包括在線性反射率轉換矩陣相乘中，用於去飽和(例如三分之一)和再飽和，如下所示，其中Rin、 Gin、 Bin是初始顏色值,R。ut、 G。ut、 B福是調整過的顏色值。
0<)1
0<)
00及wj
輸出顏色
去歸一化
0.5555 0.2222 0.2222
0.2222 0.5555 0.2222
0.2222 0.2222 0.5555
去飽和
及wQ Q
0瓜0
0
腸
腸
輸入賴色
—麵r0o -'2.3333—0.6667-0.66"0
0GW-0.66672.3333-0.66670
,加fo0做.0,6667—0.66672.333300
輸出顏色
去歸一化
00
再飽和
歸一化
所"
輸入顏色
5、去飽和/再飽和中的顏色空間轉換
在RGB顏色空間中，顏色值被轉換到亮度-色度系統中，用於去飽和，然後被轉換回RGB顏色空間，用於分析第一部分代表性顏色值。在確定代表性顏色值後，該代表性顏色值被轉換到亮度-色度系統，用於再飽和，然後被轉換回RGB顏色空間，用於確定顏色調整參數。這可以通過矩陣相乘來完成，如下所示。作為示例，示出去飽和三分之一，再々包和(乘以3)。
去飽和
0.5774—0.4082.-0.707 r、00 —-0,57740.57740.5774腸
0.57740.81650.000001/30-O,機0.8165—0.4082
0.5 74—0.40820.7071001/3-0.70710.00000.7071飾
輸出賴色 從IXC轉換到ftGfi 去炮和 從RGB轉接到LCC
其中，上述矩陣相乘等價於:
22formula see original document page 23
輸出顏色 從LCc轉換到RGfi 再飽和 從轉械到L(X 輸入顏色
其中上述矩陣相乘等價於:
formula see original document page 23輸出顏色 再飽和 輸入顏色部件列表
100輸入圖像的步驟
110識別圖像的第一部分的步驟
120將圖像的第一部分去飽和的步驟
130確定代表性色彩值的步驟
140將代表性色彩值再飽和的步驟
150識別圖像的第二部分的步驟
160確定圖像的第二部分的顏色值極值的步驟
170確定色彩調整參數的步驟
180應用色彩調整參數的步驟
200計算機系統
210存儲器
220顯示器
2 30輸入設備
240輸出設備
2權利要求
1、一種將數字圖像中的顏色調整到希望的顏色值的方法，包括識別該圖像的至少第一部分，其中該第一部分包括該顏色；分析該第一部分以確定代表第一部分顏色的顏色值；確定該顏色值的顏色調整參數以將該顏色值調整到該希望的顏色值；將該顏色調整參數應用到該圖像的該至少第一部分；其中該方法還包括下列步驟中的一個或多個在分析該第一部分以確定顏色值之前對該圖像的該第一部分執行去飽和，並且使該顏色值再飽和；以及識別該圖像的至少第二部分，其中該第二部分具有顏色值極值，分析該第二部分以確定代表該顏色值極值的顏色值，以及在確定該顏色調整參數時使用該第二部分顏色值。
2、 如權利要求l所述的方法，其中該顏色是中性顏色。
3、 如權利要求1所述的方法，其中該希望的顏色調整是變白或變愛
4、 如權利要求1所述的方法，其中該圖像的第一部分是該圖像的 全部、該圖像的預定區域、該圖像的用戶指定的區域或其組合。
5、 如權利要求1所述的方法，其中該圖像的第一部分介於該圖像 的10%到90%之間，鄰接或非鄰接。
6、 如權利要求1所述的方法，其中該圖像的第二部分不是該圖像 的第一部分。
7、 如權利要求1所述的方法，其中該圖像的第二部分是該圖像的 用戶指定的區域、預定區域或其組合。
8、 如權利要求1所述的方法，其中分析該圖像的第一部分或該圖 像的第二部分包括獲取直方圖。
9、 如權利要求1所述的方法，其中識別該圖像的第一部分或該圖 像的第二部分包括自動檢測圖像主題。
10、 如權利要求9所述的方法，其中自動檢測圖像主題包括面部檢 測、模式檢測、場景檢測或分割中的一個或多個。
11、 如權利要求l所述的方法，其中該圖像是攝影識別圖像。
12、 如權利要求l所述的方法，其中對該圖像的第一部分執行去飽和包括識別該圖像的第一部分的飽和度極值；和調節該去飽和，以計及飽和度極值。
13、 如權利要求l所述的方法，其中分析該圖像的第一部分或該圖像的第二部分包括取平均值。
14、 如權利要求l所述的方法，其中該數字圖像包括像素，以及應用顏色調整參數包括分析該圖像的該至少第 一部分中的每個像素，以確定每個像素顏色值；確定每個像素顏色值是否在距該代表性顏色值的預定範圍之內；以及將該顏色調整參數應用到距該代表性顏色值的預定範圍之內的每個像素值。
15、 一種將數字圖像中的顏色調整到希望的顏色值的方法，包括識別該圖像的至少第 一部分，其中該第 一部分包括該顏色；分析該第一部分以在至少一個顏色通道中確定代表第一部分顏色的顏色值；確定該至少一個顏色通道的每一個中的該顏色值的顏色調整參數，以將該顏色值調整到該希望的顏色值；將相應的該至少 一個顏色通道的每一個中的顏色調整參數應用到該圖像的該至少第 一 部分；其中該方法還包括下列步驟中的一個或多個在分析該第一部分以確定該至少一個顏色通道的每一個中的顏色值之前，對該至少一個顏色通道的每一個中的該圖像的第一部分執行去飽和，並且使該至少一個顏色通道的每一個中的顏色值再飽和；以及識別該圖像的至少第二部分，其中該第二部分具有顏色值極值，分析該第二部分以確定代表該至少一個顏色通道的每一個中的顏色值極值的顏色值，在確定相應的該至少一個顏色通道的每一個的顏色調整參數時使用該至少一個通道的每一個的第二部分顏色值。
16、 一種用於調整彩色圖像的系統，包括計算機，其具有存儲器，用於存儲至少一個彩色圖像和至少一個調整過的彩色圖像；顯示器，用於顯示至少一個彩色圖像、至少一個調整過的彩色圖像，或者顯示這二者；輸入設備，用於接受至少一個彩色圖像用於調整，其中該輸入設備可通信地連接到該存儲器；用於該至少 一 個調整過的彩色圖像的輸出設備；其中該計算機分析來自該輸入設備的在存儲器中的至少一個彩色圖像的至少第一部分，其中該第一部分包括要調整的顏色；分析該第一部分以確定代表第 一 部分顏色的顏色值；確定該顏色值的顏色調整參數，以將該顏色值調整到希望的顏色值；以及將該顏色調整參數應用到存儲在該存儲器中的該圖像的該至少第一部分；以及其中該計算機在分析該第 一部分以確定顏色值之前，還對該圖像的第一部分執行去飽和，並且使該顏色值再飽和；或者識別該圖像的至少第二部分，其中該第二部分具有顏色值極值，分析該第二部分以確定代表該顏色值極值的顏色值，以及在確定該顏色調整參數時使用該第二部分顏色值。
17、 如權利要求16所述的系統，其中該輸入設備是可攜式存儲器設備讀取器、網絡連接或圖像捕獲設備。
18、 如權利要求16所述的系統，其中該輸入設備是與背景和光源相關聯的圖像捕獲設備。
19、 如權利要求16所述的系統，其中該顏色值分別在兩個或更多個顏色通道中^t確定和調整。
全文摘要
描述了一種將圖像中的顏色調整到希望的顏色值的方法和裝置，其中該方法包括識別包括要被調整的顏色的圖像的至少第一部分；分析該第一部分以確定代表性顏色值；確定顏色調整參數以將該代表性顏色值調整到該希望的顏色值；將該顏色調整參數應用到該圖像的至少第一部分。該方法還可以包括在分析該第一部分以確定顏色值之前對圖像的第一部分執行去飽和，並且使該顏色值再飽和；識別具有顏色值極值的該圖像的至少第二部分，以確定代表該顏色值極值的顏色值，以及在確定該顏色調整參數時使用該第二部分的顏色值；或者這些步驟的組合。
文檔編號H04N1/407GK101513035SQ200780033224
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月4日 優先權日2006年9月6日
發明者G·J·沃爾夫, K·C·斯科特 申請人:伊斯曼柯達公司