JP2005284534A - Method for converting image of high dynamic range into image of low dynamic range and device related to the method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は画像処理方法及びその関連装置に関し、特に高ダイナミックレンジ画像を低ダイナミックレンジ画像に変換する方法及びその関連装置に関する。 The present invention relates to an image processing method and related devices, and more particularly to a method of converting a high dynamic range image into a low dynamic range image and related devices.
ダイナミックレンジとは、画面の輝度の最大値と最小値との比率である。CRTまたは液晶ディスプレイのダイナミックレンジはおよそ250:1であり、可視色域の半分を占めている。しかし、人間の視覚系は10000:1を超えるダイナミックレンジを有する。一定の明るさという条件があれば、人間は10000種類の色を区別できる。なお、CGI(コンピューター作像)の画像強度値の最大値と最小値は3000:1である。 The dynamic range is the ratio between the maximum value and the minimum value of the screen brightness. The dynamic range of a CRT or liquid crystal display is approximately 250: 1 and occupies half of the visible color gamut. However, the human visual system has a dynamic range exceeding 10,000: 1. If there is a condition of constant brightness, humans can distinguish 10,000 colors. Note that the maximum and minimum image intensity values of CGI (computer image formation) are 3000: 1.
通常表示装置が表示する画像は256階調のグレイレベルに対応する。即ち、それぞれのカラーチャンネル(R、G、B)は8ビットで定められることである。したがって、グレイレベルの最小値は0であって最大値は255である。前述によれば、実景のダイナミックレンジは表示装置が表示できるダイナミックレンジをはるかに超えていることがわかる。 The image displayed by the normal display device corresponds to 256 gray levels. That is, each color channel (R, G, B) is defined by 8 bits. Therefore, the minimum value of the gray level is 0 and the maximum value is 255. According to the foregoing, it can be seen that the dynamic range of the actual scene far exceeds the dynamic range that can be displayed by the display device.
ダイナミックレンジの高い画像は通常、高ダイナミックレンジ画像(以下HDR画像と略する)と呼ばれる。従来の技術によれば、HDR画像を直接に取り込んで表示する方法はない。HDR画像を取り込む技術は現存しているが、同じ画面には多重露光を行わなければならないため、同じ画面でも相違した複数の画像はとられる(露光条件の相違によって画像も相違する)。続いて、複数の画像を従来のアルゴリズムで組み合わせることによって、画面の真の放射輝度レベルを求めるとともにそのHDR画像を取り込む。 An image with a high dynamic range is usually called a high dynamic range image (hereinafter abbreviated as HDR image). According to the prior art, there is no method for directly capturing and displaying an HDR image. Although a technique for capturing an HDR image currently exists, since multiple exposures must be performed on the same screen, a plurality of different images are taken even on the same screen (the images differ depending on the exposure conditions). Subsequently, by combining a plurality of images with a conventional algorithm, the true radiance level of the screen is obtained and the HDR image is captured.
HDR画像を取り込んだ後、画像の保存は問題となる。現存の画像形式は通常、従来の表示装置に適用する。前述の通りに、8ビットで画像のカラーチャンネルを保存することによって表示装置を正確に駆動する。ただし、従来の画像形式はHDR画像に適しないので、HDR画像に適する画像形式は続々と開発される。デジタル画像のダイナミックレンジを増大するには、各カラーチャンネルのビット数を増加するのが普通である。例えば、LogLuvはピクセルごとに4バイトを使用する。そのうち輝度Yの対数値を暗号化するには2バイト、LUVカラースペースのUチャンネルとVチャンネルを暗号化するには2バイトをそれぞれ使用する。 After capturing an HDR image, storing the image becomes a problem. Existing image formats usually apply to conventional display devices. As described above, the display device is driven accurately by storing the color channel of the image in 8 bits. However, since conventional image formats are not suitable for HDR images, image formats suitable for HDR images are developed one after another. To increase the dynamic range of a digital image, it is common to increase the number of bits for each color channel. For example, LogLuv uses 4 bytes per pixel. Of these, 2 bytes are used to encrypt the logarithmic value of luminance Y, and 2 bytes are used to encrypt the U channel and V channel of the LUV color space.
その次、HDR画像を利用して画面を表示装置に再現するためのトーンマッピングは必要である。トーンマッピングはHDR画像に記録される輝度値を低ダイナミックレンジの輝度値に変換して低ダイナミックレンジの表示装置を駆動する。したがって、トーンマッピングの主な目的は、ダイナミックレンジを表示装置に適するように圧縮することである。周知の通り、調子再現曲線(TRC)または調子再現演算子(TRO)はいずれもHDR画像に適用する。調子再現曲線を例にすれば、各ピクセルは現在の輝度値から表示装置が表示できるダイナミックレンジ内にある表示強度に変わる。調子再現曲線は空間分布と無関係である変換関数に対応し、HDR画像におけるピクセルはいずれも同じ変換関数によって処理される。一方、調子再現演算子は空間的関係を利用して各ピクセルの輝度を調整する。即ち、ピクセルの輝度が異なっても表示装置のダイナミックレンジ内に同じ表示強度に対応する可能性がある。 Next, tone mapping for reproducing the screen on the display device using the HDR image is necessary. Tone mapping converts a luminance value recorded in an HDR image into a luminance value of a low dynamic range and drives a display device of a low dynamic range. Thus, the main purpose of tone mapping is to compress the dynamic range to suit the display device. As is well known, either the tone reproduction curve (TRC) or the tone reproduction operator (TRO) is applied to the HDR image. Taking the tone reproduction curve as an example, each pixel changes from the current luminance value to a display intensity within a dynamic range that can be displayed by the display device. The tone reproduction curve corresponds to a transformation function that is independent of the spatial distribution, and every pixel in the HDR image is processed by the same transformation function. On the other hand, the tone reproduction operator adjusts the luminance of each pixel using a spatial relationship. That is, even if the luminance of the pixels is different, there is a possibility that the same display intensity can be accommodated within the dynamic range of the display device.
トーンマッピングはHDR画像の表示品質を調整することもできる。例えば、トーンマッピングは肉眼の反応を模擬することができる。HDR画像は露光条件が異なる複数の画像によって組み合わせられたもので、人間の視覚効果を含まない。しかし人間の視覚系は、例えば、明るくなれば実景がまぶしくなり、暗くなれば実景がぼやけるなど、さまざまな視覚効果を感知できる。よって、従来のトーンマッピングはHDR画像から処理された低ダイナミックレンジ画像(以下LDR画像と称する)に人間の視覚効果を添加する。表示装置に表示されるLDR画像は実景に対応するが、このような視覚効果を添加することによって、画像品質の低下は不可避である。のみならず、視覚効果の添加は複雑な演算を要求するので、処理速度を遅らせる。 Tone mapping can also adjust the display quality of the HDR image. For example, tone mapping can mimic the reaction of the naked eye. The HDR image is a combination of a plurality of images with different exposure conditions and does not include human visual effects. However, the human visual system can detect various visual effects, for example, the brighter the scene becomes dazzling and the darker the scene becomes blurred. Therefore, the conventional tone mapping adds a human visual effect to a low dynamic range image (hereinafter referred to as an LDR image) processed from an HDR image. The LDR image displayed on the display device corresponds to a real scene, but by adding such a visual effect, the image quality is inevitably deteriorated. In addition, the addition of visual effects requires complex computations, thus slowing down the processing speed.
この発明は前述の問題を解決するため、HDR画像を相応のLDR画像に変換する方法及び装置を提供することを課題とする。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for converting an HDR image into a corresponding LDR image.
この発明はHDR画像をLDR画像に変換する方法を提供する。HDR画像はそれぞれ第一輝度値に対応する複数のピクセルを有する。当方法は、(a)ピクセルの対応する第一輝度値を、第一輝度値の第一輝度範囲より小さい第二輝度範囲を有する第二輝度値に変換し、(b)視覚効果をLDR画像に添加しないフィルム複写関数を利用して、ピクセルの対応する第二輝度値を複数の第三輝度値にマッピングしてLDR画像を生じさせるなどのステップを含む。 The present invention provides a method for converting an HDR image into an LDR image. Each HDR image has a plurality of pixels corresponding to the first luminance value. The method includes (a) converting a corresponding first luminance value of a pixel to a second luminance value having a second luminance range that is less than the first luminance range of the first luminance value, and (b) converting the visual effect into an LDR image. Using a film copy function that is not added to the image, mapping the corresponding second luminance value of the pixel to a plurality of third luminance values to produce an LDR image, and the like.
この発明は更に画像処理システムを提供する。当システムは、それぞれ第一輝度値に対応する複数のピクセルを有するHDR画像を生じさせるための画像発生器と、ピクセルの対応する第一輝度値を、第一輝度値の第一輝度範囲より小さい第二輝度範囲を有する第二輝度値に変換すると同時に、フィルム複写関数を利用して、ピクセルの対応する第二輝度値を複数の第三輝度値にマッピングし、視覚効果を添加せずにLDR画像を生じさせる画像処理ロジックとを含む。 The present invention further provides an image processing system. The system includes an image generator for generating an HDR image having a plurality of pixels each corresponding to a first luminance value, and a corresponding first luminance value for the pixel is less than a first luminance range of the first luminance value. At the same time as converting to a second luminance value having a second luminance range, the film copying function is used to map the corresponding second luminance value of the pixel to a plurality of third luminance values, and LDR without adding visual effects. Image processing logic for generating an image.
この発明はフィルム複写S曲線を利用して、視覚効果を含まないリアルなLDR画像を生じさせる。フィルム複写S曲線を利用することによって、輝度値が中間輝度範囲にあるピクセルのコントラストは最適化される。なお、フィルム複写S曲線はあらかじめ定義されるものであってトーンマッピング途中で計算する必要がないため、画像処理効能は向上される。 The present invention utilizes film copy S curves to produce realistic LDR images that do not include visual effects. By using the film copy S curve, the contrast of pixels whose luminance value is in the intermediate luminance range is optimized. Since the film copy S curve is defined in advance and does not need to be calculated during tone mapping, the image processing efficiency is improved.
かかる方法及び装置の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照にして以下に説明する。 In order to detail the features of such a method and apparatus, a specific example is given and described below with reference to the drawings.
図1を参照する。図1はこの発明によるトーンマッピングのフローチャートである。図1によれば、ステップ100において、HDR画像をロードする。HDR画像は前述の通りに、露光条件が異なる複数の画像からなるので、そのダイナミックレンジは表示装置が表示できるダイナミックレンジを超えている。そのため、HDR画像のダイナミックレンジは表示装置に適するように圧縮しなければならない。なお、人間の視覚系は絶対輝度より局所的な輝度変化に敏感であるので、ステップ102において全体階調圧縮でダイナミックレンジを圧縮して全体照度差を低める。演算の複雑さを解消するため、以下のような空間不変演算子を使用することが可能である。
Please refer to FIG. FIG. 1 is a flowchart of tone mapping according to the present invention. According to FIG. 1, in
続いて、ステップ104においてヒストグラム等化を行い、画像のコントラストを改善する。ヒストグラム等化は調整された画像のヒストグラムを均一ヒストグラムに変換する。ヒストグラムを等化するには累積度数分布P(b)が必要であれば、その定義は以下の通りである。
Subsequently, in
しかし、半分以上のピクセル輝度値が0.2*Ldmaxを下回る場合、小さい輝度範囲[0,0.2*Ldmax]は表示装置の表示輝度値の半分しか占めないので、調整された画像のコントラストは過度に強調されるおそれがある。例えば、ピクセル間の輝度差がヒストグラム等化によって拡大されるとともに、画像は不自然になる。そのため、ステップ106において、画像コントラストの異常拡大を防止するためのヒストグラム調整は行われる。ヒストグラム調整は上限条件で画像コントラストを制限する。その上限条件は以下の通りである。
However, if more than half of the pixel luminance values are below 0.2 * L dmax , the small luminance range [0, 0.2 * L dmax ] occupies only half of the display luminance value of the display device, so the adjusted image The contrast may be excessively emphasized. For example, the luminance difference between pixels is enlarged by histogram equalization, and the image becomes unnatural. Therefore, in
ステップ108において、フィルム複写S曲線でマッピング演算を行うことによって、ステップ110において最終のLDR画像を生じさせる。図3を参照する。図3はこの発明によるフィルム複写S曲線の一例を表す説明図である。S曲線10は写真フィルムの感光反応曲線に対応する。図3によれば、中間範囲(10〜1000)の入力輝度値は出力輝度値のほぼ全体を占める。言い換えれば、フィルム複写S曲線10は画像の中間範囲輝度領域のコントラストを増加する。したがって、高輝度領域と低輝度領域との間のコントラストは縮小され、最終のLDR画像の品質は向上される。
In
この発明によるトーンマッピングはHDR画像をLDR画像に変換する画像処理システムに適用する。図4を参照する。図4はこの発明による画像処理システムのブロック図である。画像処理システム20は画像発生器22と画像処理ロジック24とを含む。画像発生器22は高ダイナミックレンジ画像を生じさせ、画像処理ロジック24はトーンマッピングを行ってHDR画像をLDR画像に変換するものである。例えば、画像処理システム20はデジタルカメラであり、画像発生器22は入射光を取り込んで画像を生じさせるCCD(電荷結合素子)モジュールと、CCDモジュールの露光を制御するシャッターを含む。画像発生器22はCCDモジュールで撮像してから、シャッターで露光状態が異なる複数の画像を生じさせる。続いて、画像発生器22は従来の技術によって複数の画像をHDR画像として組み合わせる。
The tone mapping according to the present invention is applied to an image processing system that converts an HDR image into an LDR image. Please refer to FIG. FIG. 4 is a block diagram of an image processing system according to the present invention.
続いて、画像処理ロジック24でHDR画像を処理する。画像処理ロジック24は前述のステップ102、104、106、108を行い、要求通りのLDR画像を生じさせる。画像処理ロジック24は簡単なフィルム複写関数を使用するデジタルシグナルプロセッサー(DSP)であるため、関連の演算は複雑ではない。一般に、デジタルカメラは画像をプレビューするための小型LCDディスプレイを含む。画像処理ロジック24は簡単なフィルム複写関数を使用するので、優れている画像処理効能を有するのみならず、使用者は即時にLCDディスプレイでLDR画像をプレビューできる。なお、視覚効果を含まない高品質のLDR画像は得られる。
Subsequently, the HDR image is processed by the
この発明のその他の実施例において、画像発生器22は撮像して露光条件が異なる複数の画像を生じさせるのみで、HDR画像への変換は画像処理ロジック24によって行われる。同じく、画像処理ロジック24は前述のステップ102、104、106、108を行い、要求通りのLDR画像を生じさせる。
In another embodiment of the invention, the
実施例1と同じく、画像処理システム20はデジタルカメラであり、画像発生器22と画像処理ロジック24は同じハウジング内にある。しかし、画像処理システム20が複数の独立した装置からなることも可能である。例えば、画像発生器22はデジタルカメラであり、画像処理ロジック24はホストコンピューターである。この場合は、画像発生器22の出力画像データを外部の画像処理ロジック24に送信してから、後続の画像処理を実行する。
As in the first embodiment, the
以上はこの発明に好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。 The above is a preferred embodiment of the present invention and does not limit the scope of the present invention. Therefore, any modifications or changes that can be made by those skilled in the art, which are made within the spirit of the present invention and have an equivalent effect on the present invention, shall belong to the scope of the claims of the present invention. To do.
この発明はフィルム複写S曲線を利用して、視覚効果を含まないリアルなLDR画像を生じさせるものであり、フィルム複写S曲線は画像のコントラストを最適化するのみならず、画像処理効能を向上させる。 The present invention uses a film copy S curve to produce a realistic LDR image that does not include visual effects. The film copy S curve not only optimizes the contrast of the image, but also improves image processing effectiveness. .
10 フィルム複写S曲線
20 画像処理システム
22 画像発生器
24 画像処理ロジック
10 Film
Claims (10)
(a)ピクセルの対応する第一輝度値を、第一輝度値の第一輝度範囲より小さい第二輝度範囲を有する第二輝度値に変換し、
(b)視覚効果をLDR画像に添加しないフィルム複写関数を利用して、ピクセルの対応する第二輝度値を複数の第三輝度値にマッピングしてLDR画像を生じさせるなどのステップを含むことを特徴とするHDR画像をLDR画像に変換する方法。 In a method for converting a high dynamic range (HDR) image to a low dynamic range (LDR) image, the HDR image has a plurality of pixels each corresponding to a first luminance value, the method comprising:
(A) converting the corresponding first luminance value of the pixel into a second luminance value having a second luminance range smaller than the first luminance range of the first luminance value;
(B) using a film copying function that does not add a visual effect to the LDR image, and mapping the corresponding second luminance value of the pixel to a plurality of third luminance values to produce an LDR image. A method of converting a characteristic HDR image into an LDR image.
(c)ヒストグラム等化を行ってピクセルの第二輝度値を調整するステップを含むことを特徴とする請求項1記載のHDR画像をLDR画像に変換する方法。 The method further comprises:
2. The method of converting an HDR image into an LDR image according to claim 1, further comprising the step of: (c) adjusting the second luminance value of the pixel by performing histogram equalization.
第二輝度値に対応するピクセルの総数が予定限度を超えないようにするステップを含むことを特徴とする請求項2記載のHDR画像をLDR画像に変換する方法。 The step (c) further includes
3. The method of converting an HDR image into an LDR image according to claim 2, comprising the step of preventing the total number of pixels corresponding to the second luminance value from exceeding a predetermined limit.
それぞれ第一輝度値に対応する複数のピクセルを有するHDR画像を生じさせるための画像発生器と、
ピクセルの対応する第一輝度値を、第一輝度値の第一輝度範囲より小さい第二輝度範囲を有する第二輝度値に変換すると同時に、フィルム複写関数を利用して、ピクセルの対応する第二輝度値を複数の第三輝度値にマッピングし、視覚効果を添加せずにLDR画像を生じさせる画像処理ロジックとを含むことを特徴とする画像処理システム。 The image processing system
An image generator for producing an HDR image having a plurality of pixels each corresponding to a first luminance value;
Converting the corresponding first luminance value of the pixel into a second luminance value having a second luminance range that is less than the first luminance range of the first luminance value, and simultaneously utilizing the film copy function, And an image processing logic for mapping the luminance value to a plurality of third luminance values and generating an LDR image without adding a visual effect.
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