[发明专利]真实彩色光线的虚拟放大

说明书

技术领域

本发明涉及增强彩色数字图象的方法。尤其是，该方法在不超出图像的固有动态范围的条件下采用一种换算函数以改变图像内三原色(RGB)像点的色彩强度。

背景技术

如果有人想拍摄教堂上的雕花玻璃窗，那么其所得到的图像以现代审美口味来看就比较暗。这样就会丧失雕花玻璃的实际美感。而且，尽管摄影师可以通过缩小摄影装置的光圈来增大图像的景深，但是这样做会牺牲聚光量并且也会导致图像色彩暗淡。而且，由于静态的成像设备只能使用预定的光圈和曝光时间记录图像，所以对于明暗之间有巨大差异的图像只能采取折中的方式，根据或明或暗区域不同而进行调节对胶片或录影带的曝光度，试图适当地显示出其中的细节。而图像增强方法对采用上述方式获得的图像比较有利。

观察者的通常反应是希望使得暗区变得明亮一些，从而将肉眼难以辨认的细节显示出来。当采用增亮处理时，现有技术会导致一种或两种不理想的效果：或者色彩被过度而接近于灰色(想象象一扇近似黑白的且严重褪色的雕花玻璃窗)；或者较为明亮的区域在色彩和其它一些方面会极度失真，以致于完全模糊。失真的区域可能会是最令人关注一些部位，例如面部的一些细节。

传统的数字图像处理方法在需要实际水准的增亮时会有这些相同的问题。需要采用“标准”增强来使得图像变亮(即使其淡出)然后对色彩进行放大。这种方案仅仅是一种近似解法，且仅仅对本来就不是太差的图像起作用。如果采用相当大的照明度，图像的色彩就会严重失真。

在Kou等人(以下称“Kuo”)的美国专利US5982926中，Kou建议，彩色图像，特别是源于录象制品的图像，通过将RGB色彩空间转换成HSV模型色彩空间可以较为有效地增强彩色图像。之后所有的操作都可以在转换后的HSV色彩空间上进行。一旦处于HSV色彩空间中，接着Kuo就将色彩信息(即色度(Hue))从其余的图像成分(饱和度和亮度)中隔离并清除掉。Kou建议，在不导致色彩或色度(Hue)成分失真的情况下可以增强饱和度和亮度成分。Kou的彩色图像是由HSV色彩空间内的一些像素来表示的。一旦转换之后，Kuo就会将HSV色彩空间反向转换成RGB色彩空间，始终要求该过程有效进行。在优选实施例中，Kuo会调节纯度(V)和饱和度(S)。概括来说，Kuo会首先将RGB色彩空间转换成HSV模型色彩空间，分别将纯度V和饱和度S代入两个时序变换函数，并最终将转变成的HSV色彩空间反向转换回到RGB色彩空间以便显示图像。

令人起敬的是，申请人声明饱和度的控制确实会影响色彩，并且Kuo的技术没有使得真实色彩增强。彩色照片具有三个色彩自由度，即红R、绿G以及兰B，而黑白照片则只有一个自由度。对这三个值进行任何转换都会产生另外三个值，其中每个值都含有一个色彩成分而不仅仅是一个单一的色彩值(即色度(Hue))，还含有两个其它独立的结构成分(即，饱和度和亮度)。对于色彩，在感觉上色度比饱和度更重要，但是，饱和度也是一个色彩成分。对象点的饱和度进行调节会导致象点中RGB的比例发生变化，并由此而导致其色彩发生变化。如果饱和度发生变化，例如略微使图像变得明亮，其结果会和录影装置或照相机所拍摄到的处于比较明亮或曝光度较强的条件下的真实世界的物体的图像有所不同。

而且，需要注意的是，Kuo强调且试图使得计算方面的经常性开支或费用最小化。不幸的是，Kuo除了要对HSV像素要进行调节(通常是两项)外，他还引入了RGB-HSV以及HSV-RGB这两次转换。从RGB色彩空间到HSV色彩空间的转换以及反向转换都涉及到使用计算强度较大的数学函数。

因此，这就证明需要一种能够在图像增强过程中保持每个象点的真实色彩而进行高效计算的方法。

本发明就是要通过提供一种技术来解决这些问题，采用这种技术，无论所需要将图像增亮到何种程度，无论亮度的特性如何，图像中所有象点的色彩在任何条件下都能得到保全。

发明概述

本发明的作用是对数字影象记录器所拍摄到的光线进行虚拟放大。这就意味着，一旦采用本发明对所拍摄的图像进行处理，被处理图像中的每个象点就会被改变，就象数字图像记录器对该象点采用了不同的聚光能力或过程一样，包括模拟使用较大的光圈或较长的聚光时间。这种得到改进的聚光过程可以统一地施加到整个被处理图像上或者对象点进行逐个改变。由于保证不会超过数字记录器的动态范围、在最初的RGB色彩空间进行操作、并且对彩色象点中的各个R、G以及B值进行相同地处理，所以，虚拟光线放大方法能保护原始图像的真实色彩。