專利名稱：一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于視頻及圖像的特效處理及合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抑制前景顏色
溢出和控制混合亮度的方法。本發(fā)明尤其適用于高質(zhì)量、高效率的視頻或圖像的特效處理 及合成中。
背景技術(shù)：
在圖像或視頻處理軟件中，將圖像或視頻中某一類顏色摳掉會(huì)遇到一個(gè)問題一 些背景顏色會(huì)溢到鍵的邊緣，比如典型拍攝環(huán)境在一個(gè)藍(lán)色背景中，由于燈光等因素，藍(lán)色 會(huì)濺到拍攝對(duì)象(主持人)的邊緣如衣服，臉頰等?，F(xiàn)有方法在摳像并與背景進(jìn)行混合后 無法消除這些藍(lán)色溢出，就造成了不真實(shí)的效果。 如果鍵邊緣的亮度比背景還要暗，這樣混合后邊緣會(huì)出現(xiàn)明顯的不真實(shí)感，這個(gè) 問題在傳統(tǒng)色鍵器也是沒有辦法很好解決的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種效果好、簡單、易優(yōu)化的抑 制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種抑制前景顏色溢出和控制混 合亮度的方法，包括以下步驟 (1)針對(duì)輸入圖像所在的YUV空間，壓縮V值使UV空間成為一個(gè)正方形空間，調(diào)整 溢出顏色、平衡顏色和輸入圖像中每個(gè)像素在壓縮后的UV空間中的V值，并獲得溢出顏色 的角度angle ; (2)將輸入圖像所有像素顏色和平衡顏色在UV空間旋轉(zhuǎn)-angle角度，調(diào)整輸入圖 像所有像素和平衡顏色的U、 V值； (3)根據(jù)溢出范圍和混合邊緣確定輸入圖像溢出區(qū)域的臨界點(diǎn)和調(diào)整系數(shù)，對(duì)大 于臨界點(diǎn)的像素進(jìn)行調(diào)整； (4)將輸入圖像中所有像素的顏色在UV空間旋轉(zhuǎn)angle角度，調(diào)整旋轉(zhuǎn)后所有像 素的U、V值； (5)將UV空間反壓縮回原空間，調(diào)整輸入圖像的所有像素的V值。
如上所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，步驟(1)中壓縮V值 使UV空間成為一個(gè)正方形空間，調(diào)整溢出顏色和輸入圖像中每個(gè)像素在壓縮后的UV空間 中的V值采用的公式為V = VXM/N，其中等號(hào)右邊的V表示壓縮前的V值，等號(hào)右邊的V表 示壓縮后的V值，M為U的最大值，N為V的最大值，N大于M。 如上所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，步驟(2)中調(diào)整輸入 圖像所有像素和平衡顏色的U、V值采用的公式為
pu' = puX cos (-angle) _pvX sin (-angle)，
pv' = puX sin (—angle)+pvX cos (—angle);
bu' = buX cos (-angle) _bvX sin (-angle)，
bv' = buX sin (-angle)+bvX cos (-angle); 其中，pu、pv為調(diào)整前輸入圖像中像素的U、V值，pu' 、pv'為調(diào)整后輸入圖像中 像素的U、V值；bu、bv為調(diào)整前平衡顏色的U、V值，bu' 、bv'為調(diào)整后平衡顏色的U、V值。
如上所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，步驟(3)中確定輸入 圖像溢出區(qū)域的臨界點(diǎn)fRange的公式為fRange = umaxX spill range/10+umaxXblend edge/100，其中umax表示YUV空間中U的最大值，spillrange表示溢出范圍，blend edge 表示混合邊緣。 如上所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，步驟(3)中確定輸入 圖像溢出區(qū)域的調(diào)整系數(shù)frange的公式為frange = umaxXspill range。
如上所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，步驟(3)中對(duì)大于臨 界點(diǎn)的像素進(jìn)行調(diào)整的方法為 當(dāng)pu' > (-fRange)時(shí)，pu〃 = (pu' _m) X (l-mrange/10); 當(dāng)pu' > (-fRange)并且(pu' +frange)/麗x XhueX2 > 1時(shí)，pv〃 = 0 ; 當(dāng)pu ' > (-fRange)并且(pu ' +frange)/麗x XhueX 2 < = 1時(shí)，pv 〃 =
pv' X (l-(pu' +frange)/umaxXhueX2)。 Uout = pu" +bu' X (pu' +frange)/umax ; Vout = pv" +bv' X (pv' +frange)/umax ; 當(dāng)pu ' > (-fRange)并且blend l麗> 0時(shí)，Yout = py+(l_py) Xblend lumaX (pu' +frange)/2/umax+(l_py) Xblend edgeXO. 005 5 當(dāng)pu ' > (-fRange)并且blend l麗< =0時(shí)，Yout = py+pyXblend lumaX (pu' +frange)/2/umax+pyXblend edgeXO. 005; 其中，pu〃和pv〃表示調(diào)整后像素的U、V值，Uout、Vout、Yout表示加上平衡顏色
后的YUV值，range表示溢出范圍，hue表示溢出色調(diào)，blend l咖a表示混合亮度。 如上所述的 一 種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，
步驟(4)中，先將Uout、 Vout旋轉(zhuǎn)angle角度，然后按照公式pu '"=
UoutX cos (angle)_VoutX sin(angle)， pv ' 〃 = UoutX sin(angle)+VoutX cos(angle)，
調(diào)整所有像素的U、V值，其中pu' 〃 、pv' 〃為調(diào)整后像素的U、V值。 如上所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，步驟(5)中將UV空間
反壓縮回原空間，調(diào)整輸入圖像的所有像素的V值采用的公式為V = VXN/M。 本發(fā)明所述方法，通過先對(duì)UV空間進(jìn)行壓縮以及對(duì)像素顏色進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后再對(duì)像
素進(jìn)行調(diào)整，然后再恢復(fù)到原角度和原空間的方式，不僅對(duì)溢出顏色抑制和邊緣亮度處理
的效果較好，而且該方法簡單，非常容易優(yōu)化。


圖1是具體實(shí)施方式
中所述方法流程圖； 圖2是具體實(shí)施方式
中所述方法的幾何意義示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。 圖1出示了本實(shí)施方式所述的抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法流程，主 要包括以下步驟 (1)首先選則溢出顏色，然后設(shè)定溢出范圍、溢出色調(diào)、平衡顏色、混合亮度、混合 邊緣。 溢出顏色(spill color)是指圖像中要抑制的主顏色，溢出范圍(spill range) 是指用來控制鍵邊緣要抑制顏色的范圍，溢出色調(diào)(spill hue)是指用來控制主顏色的偏 移，平衡顏色(balance color)是指要摻入的平衡色，混合亮度(blendl咖inance)是指用 來控制鍵邊界的亮度，混合邊緣(blend edge)是指控制鍵邊界的范圍。
(2)將輸入圖像中的像素值由BGR空間變換到Y(jié)UV空間，壓縮V值使UV空間成為 一個(gè)正方形空間。在壓縮后的UV空間中，調(diào)整溢出顏色、平衡顏色和輸入圖像中每個(gè)像素 的V值，然后獲得溢出顏色的角度angle。壓縮V值可以采用公式V = VXM/N。其中，等號(hào) 左側(cè)的V表示壓縮后的V值，等號(hào)右側(cè)的V表示壓縮前的V值；M為U的最大值，M = 0. 436 ; N為壓縮前V的最大值，V = 0.615。采用上述公式計(jì)算壓縮后的UV空間中溢出顏色和輸 入圖像中每個(gè)像素的V值。 參照?qǐng)D2。假設(shè)溢出顏色的YUV空間分量值分別為ky、ku、kv，將點(diǎn)(ku， kv)到原點(diǎn)
的距離記為m，m=V&2 +/tv2 。將點(diǎn)(ku， kv)的角度記為angle,即溢出顏色的角度，angle =atan2 (kv， ku)。 (3)將輸入圖像所有像素顏色和平衡顏色在UV空間旋轉(zhuǎn)-angle角度，調(diào)整輸入圖 像所有像素和平衡顏色的U、 V值。 參照?qǐng)D2。假設(shè)輸入圖像中每個(gè)像素P在YUV空間的分量值分別為py、pu、pv(pv 為壓縮后的值)。平衡顏色在YUV空間的分量值分別為by、bu、bv(bv為壓縮后的值)。為 了便于計(jì)算，需要將每個(gè)像素顏色以及平衡顏色旋轉(zhuǎn)-angle角度，使原點(diǎn)和點(diǎn)(ku， kv)確 定的直線與U軸重合。 旋轉(zhuǎn)-angle角度是指以原點(diǎn)為定點(diǎn)，沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)angle角。 旋轉(zhuǎn)后輸入圖像中每個(gè)像素P以及平衡顏色的U、V值可采用如下公式計(jì)算 pu' = puX cos (-angle) _pvX sin (-angle); pv' = puX sin (-angle) +pvX cos (-angle)。 bu' = buX cos (-angle) _bvX sin (-angle); bv' = buX sin (-angle) +bvX cos (-angle)。 計(jì)算后得到輸入圖像旋轉(zhuǎn)之后的像素(pu' ，pv')，以及旋轉(zhuǎn)后的平衡顏色 (bu' ，bv')。 (4)根據(jù)溢出范圍和混合邊緣確定輸入圖像溢出區(qū)域的臨界點(diǎn)fRange和調(diào)整系 數(shù)frange，對(duì)大于臨界點(diǎn)的像素進(jìn)行調(diào)整。 該步驟的幾何意義可參照?qǐng)D2，在原點(diǎn)和點(diǎn)(ku， kv)確定的直線上，根據(jù)溢出范 圍和混合邊緣確定出的位置作該直線的垂線，直線與垂線的交點(diǎn)為邊界控制點(diǎn)(即臨界點(diǎn) fRange)。邊界控制點(diǎn)所確定的垂線左邊是不需要調(diào)整的區(qū)域，右邊區(qū)域到Umax確定的區(qū) 域(即圖2中兩條平行的垂線之間的區(qū)域)是需要調(diào)整的區(qū)域。
確定溢出區(qū)域臨界點(diǎn)和調(diào)整系數(shù)可采用如下公式 f Range = umax X spill range/10+umaxX blend edge/100; frange = umaxX spill range。 其中，umax表示YUV空間分量中U最大值為0. 436。 確定了溢出區(qū)域臨界點(diǎn)和調(diào)整系數(shù)后，對(duì)輸入圖像中大于臨界點(diǎn)的像素根據(jù)如下 公式重新計(jì)算U、V、Y值，并將U、V結(jié)果加上平衡顏色。不大于臨界點(diǎn)的像素，即pu' < = (-fRange)，保持原值。 當(dāng)pu' > (-fRange)時(shí)，pu〃 = (pu' _m) X (l_mrange/10); 當(dāng)pu' > (-fRange)并且(pu' +frange)/umaxXhueX2 > 1時(shí)，pv" = 0 ; 當(dāng)pu ' > (-fRange)并且(pu ' +frange)/麗x XhueX 2 < = 1時(shí)，pv 〃 =
pv' X (l-(pu' +frange)/umaxXhueX2)。 Uout = pu" +bu' X (pu' +frange)/umax ; Vout = pv 〃 +bv' X (pv' +frange) /umax ; 當(dāng)pu ' > (-fRange)并且blend l麗> 0時(shí)，Yout = py+(l_py) Xblend lumaX (pu' +frange)/2/umax+(l_py) Xblend edgeXO. 005 5 當(dāng)pu ' > (-fRange)并且blend l麗< =0時(shí)，Yout = py+pyXblend lumaX (pu' +frange)/2/umax+pyXblend edgeXO. 005。 上述公式中，pu〃和pv〃表示輸入圖像中每個(gè)像素經(jīng)重新計(jì)算后的U、V值，Uout、 Vout、 Yout表示加上平衡顏色后的YUV值，range表示溢出范圍，hue表示溢出色調(diào)，blend l咖a表示混合亮度。 (5)將調(diào)整后像素的顏色在UV空間旋轉(zhuǎn)angle角度，即向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)angle 角度，調(diào)整像素的U、V值；并將V值反壓縮使UV空間恢復(fù)成原來的長方形空間，調(diào)整像素的 V值。 先將Uout、 Vout旋轉(zhuǎn)angle角度回到原坐標(biāo)系下，根據(jù)如下公式調(diào) 整像素的U、 V值，pu ' 〃 = Uout X cos (angle)-Vout X sin (angle) ， pv ' 〃 = Uout X sin (angle)+VoutX cos (angle)。然后將V值反壓縮，SP令V = VXN/M。等號(hào)右邊的 V此處表示壓縮前的pv' 〃 ，等號(hào)左邊的V此處表示壓縮后的pv' 〃 。
(6)最后將Yout、pu' 〃 、pv' 〃變回到BGR空間，得到最終圖像。
為了提高上述方法的實(shí)現(xiàn)效率，優(yōu)選采用intel的SMD增強(qiáng)指令集SSE2。由于 SSE2可以進(jìn)行整數(shù)或者浮點(diǎn)的矢量計(jì)算，所以可以同時(shí)計(jì)算多個(gè)像素的值。另外由于SSE2 指令很容易實(shí)現(xiàn)掩模計(jì)算，使得在計(jì)算像素值時(shí)沒有任何條件分支語句，從而也提高了速 度。 試驗(yàn)結(jié)果表明在一臺(tái)主頻為2. 5GHz的處理器上，計(jì)算一幅720x 576大小圖像 (BGRA空間)的像素值只需要4.5ms。如果再利用多核或超線程技術(shù)，將計(jì)算平均分配到每 個(gè)核上面或者硬件線程上，則一個(gè)四核的CPU處理上述圖像只需要1. 5ms左右。
本發(fā)明并不限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得 出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。
權(quán)利要求
一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，包括以下步驟(1)針對(duì)輸入圖像所在的YUV空間，壓縮V值使UV空間成為一個(gè)正方形空間，調(diào)整溢出顏色、平衡顏色和輸入圖像中每個(gè)像素在壓縮后的UV空間中的V值，并獲得溢出顏色的角度angle；(2)將輸入圖像所有像素顏色和平衡顏色在UV空間旋轉(zhuǎn)-angle角度，調(diào)整輸入圖像所有像素和平衡顏色的U、V值；(3)根據(jù)溢出范圍和混合邊緣確定輸入圖像溢出區(qū)域的臨界點(diǎn)和調(diào)整系數(shù)，對(duì)大于臨界點(diǎn)的像素進(jìn)行調(diào)整；(4)將輸入圖像中所有像素的顏色在UV空間旋轉(zhuǎn)angle角度，調(diào)整旋轉(zhuǎn)后所有像素的U、V值；(5)將UV空間反壓縮回原空間，調(diào)整輸入圖像的所有像素的V值。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，其特征在于 步驟(1)中壓縮V值使UV空間成為一個(gè)正方形空間，調(diào)整溢出顏色和輸入圖像中每個(gè)像素 在壓縮后的UV空間中的V值采用的公式為V = VXM/N，其中等號(hào)右邊的V表示壓縮前的V 值，等號(hào)左邊的V表示壓縮后的V值，M為U的最大值，N為V的最大值，N大于M。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，其特征在 于，步驟(2)中調(diào)整輸入圖像所有像素和平衡顏色的U、V值采用的公式為pu' = puX cos (-angle) _pvX sin (-angle)， pv' = puX sin (-angle)+pvX cos (-angle); bu' = buX cos (-angle) _bvX sin (-angle)， bv' = buX sin (-angle)+bvX cos (-angle);其中，pu、pv為調(diào)整前輸入圖像中像素的U、V值，pu' 、pv'為調(diào)整后輸入圖像中像素 的U、V值；bu、bv為調(diào)整前平衡顏色的U、V值，bu' 、bv'為調(diào)整后平衡顏色的U、V值。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，其特征在 于步驟(3)中確定輸入圖像溢出區(qū)域的臨界點(diǎn)fRange的公式為fRange = umaxX spill range/10+umaxXblend edge/100，其中umax表示YUV空間中U的最大值，spill range表 示溢出范圍，blend edge表示混合邊緣。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，其特征在于 步驟(3)中確定輸入圖像溢出區(qū)域的調(diào)整系數(shù)frange的公式為frange = umaxXspill rangeo
6. 如權(quán)利要求5所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，其特征在于， 步驟(3)中對(duì)大于臨界點(diǎn)的像素進(jìn)行調(diào)整的方法為當(dāng)pu' > (-fRange)時(shí)，pu〃 = (pu' _m) X (l-mrange/10); 當(dāng)pu' > (-fRange)并且(pu' +frange)/麗xXhueX 2 > 1時(shí)，pv" = 0 ; 當(dāng)pu '> (-fRange)并且(pu ' +frange)/umaxXhueX2 < = 1時(shí)，pv 〃 = pv' X (l-(pu' +frange)/umaxXhueX2) 5Uout = pu" +bu' X (pu' +frange)/umax ; Vout = pv" +bv' X (pv' +frange)/umax ;當(dāng)pu ' > (-fRange)并且blend l麗> 0時(shí)，Yout = py+(l_py) XblendlumaX (pu' +frange)/2/umax+(l_py) Xblend edgeXO. 005 5當(dāng)pu ' > (_fRange) 并 且blend luma < = 0時(shí)，Yout = py+pyXblend lumaX (pu' +frange)/2/umax+pyXblend edgeXO. 005;其中，pu〃和pv〃表示調(diào)整后像素的U、V值，Uout、Vout、Yout表示加上平衡顏色后的 YUV值，range表示溢出范圍，hue表示溢出色調(diào)，blend luma表示混合亮度。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，其特 征在于步驟(4)中，先將Uout、 Vout旋轉(zhuǎn)angle角度，然后按照公式pu ' 〃 = UoutX cos (angle)_VoutX sin(angle)， pv ' 〃 = UoutX sin(angle)+VoutX cos(angle)， 調(diào)整所有像素的U、V值，其中pu' 〃 、pv' 〃為調(diào)整后像素的U、V值。
8. 如權(quán)利要求2所述的一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，其特征在于 步驟(5)中將UV空間反壓縮回原空間，調(diào)整輸入圖像的所有像素的V值采用的公式為V二 VXN/M。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑制前景顏色溢出和控制混合亮度的方法，屬于視頻及圖像的特效處理及合成技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先壓縮V值使UV空間成為一個(gè)正方形空間，調(diào)整溢出顏色和輸入圖像中每個(gè)像素在壓縮后的UV空間中的V值，獲得溢出顏色角度angle；然后將輸入圖像所有像素顏色和平衡顏色在UV空間旋轉(zhuǎn)-angle角度，調(diào)整輸入圖像所有像素和平衡顏色的U、V值；再根據(jù)溢出范圍和混合邊緣確定輸入圖像溢出區(qū)域的臨界點(diǎn)和調(diào)整系數(shù)，對(duì)大于臨界點(diǎn)的像素進(jìn)行調(diào)整；最后將輸入圖像中所有像素的顏色在UV空間旋轉(zhuǎn)angle角度，調(diào)整旋轉(zhuǎn)后所有像素的U、V值；將UV空間反壓縮回原空間，調(diào)整輸入圖像的所有像素的V值。
文檔編號(hào)H04N9/70GK101764911SQ20081023899
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者劉鐵華, 孫季川, 見良, 鄭鵬程 申請(qǐng)人:新奧特(北京)視頻技術(shù)有限公司