JP2000207546A - デジタルカラ―画像の処理方法 - Google Patents

デジタルカラ―画像の処理方法

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  • Image Processing (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタルカラー画像の色彩度特性をより良好
に調整する。 【解決手段】 色差調整部１０は、トーンスケール関数
とデジタルカラー画像を受け取り、勾配計算部３０にお
いてデジタルカラー画像の各画素に対してトーンスケー
ル関数の局所勾配を計算し、この計算した局所勾配に基
づいて各画素に対するデジタルカラー画像の調整を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般的にはデジ
タルカラー画像処理に関し、より詳しくは、適用した輝
度トーンスケールに対し画像色差を補償するためのデジ
タルカラー画像処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、カラー画像にトーンスケール
関数を適用するいくつかの方法が存在する。第１の方法
は、原画像のカラー信号のそれぞれにトーンスケール関
数を適用する工程を含む。これは、トーンスケール関数
参照用テーブルを、赤色、緑色、青色チャネルのそれぞ
れに独立して適用することにより実行してもよい。一般
に、この方法によるトーンスケールの適用では、全体の
画像コントラストの変更と共に、色特性を有する。前述
した様にトーンスケール関数により処理した画像は各画
素の色相および彩度に影響するだろう。
【０００３】トーンスケール適用の第２の方法は、カラ
ー画像を１つの輝度信号と複数のクロミナンスチャネル
とからなる空間内に転回させる工程を含む。その後、ト
ーンスケール関数は輝度チャネルのみに適用される。処
理された画像は逆行列を適用し、変換された赤色、緑
色、青色画素値を生成することにより得られる。この方
法は各画素でオリジナルのクロミナンス信号を保存す
る。しかしながら、輝度コントラストが修正され、クロ
ミナンスコントラストが保存されるため、得られた画像
の色の彩度は人工的で不自然な外観を呈するかもしれな
い。
【０００４】この問題の解決のため、ビギアーノ（Ｖｉ
ｇｇｉａｎｏ）およびワン（Ｗａｎｇ）らは、１と、原
画像と再生画像とのＬ＊レンジの比率との中間の係数に
より、デジタルカラー画像の彩度信号をスケーリングす
る方法を提供した。（１９９２ＴＡＧＡ会報（ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ）：異なる輝度範囲の媒体間における色
のマッピングのためのアルゴリズムの比較、ｐ９５９−
９７４）。しかしながら、この解決策では、入力強度に
依存する圧縮レベルを変動させるトーンスケール関数の
処理を行うことができない。このように、入力画像の彩
度信号をスケーリングする単一の係数は、広範囲にわた
るトーンスケール関数には不適当である。
【０００５】さらに、米国特許第５，４４６，５０４号
において、ワダ（ｗａｄａ）は、画像のダイナミックレ
ンジを圧縮する際に色の彩度を補正する方法を開示して
いる。しがしながら、この方法は、入力画像ダイナミッ
クレンジと出力画像ダイナミックレンジの関係に基づ
き、再度、補正係数を決定する。
【０００６】さらに、米国特許第５，６３８，１３８号
において、ヒックマン（Ｈｉｃｋｍａｎ）は、入力画像
の輝度信号を修正し、その後、カラー成分に修正された
輝度の修正されていない輝度に対する切替率をかけて修
正カラー成分を得る工程を含む方法について説明してい
る。しかしながら、この方法もまた、トーンスケール関
数がいくつかの範囲の変動レベルのコントラスト圧縮ま
たは増大からなることを考慮していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術の方法はいずれも、処理される画素の強度値と所定の
トーンスケール関数との両方を基とする特定の色調整係
数を決定していなかった。このため、所定のトーンスケ
ール関数の局所勾配に関する係数により各画像画素の色
彩度を調整する方法が必要とされている。この発明の目
的は、トーンスケール関数を適用するために、デジタル
カラー画像の色彩度特性を補償するための優れた方法を
提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの観点によ
れば、この発明は、トーンスケール関数を受け取る工程
と、デジタルカラー画像の各画素に対するトーンスケー
ル関数の局所勾配を計算する工程と、デジタルカラー画
像から色の彩度信号を計算する工程と、計算した局所勾
配を基に各画素に対するデジタルカラー画像の色の彩度
信号を調整する工程と、を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明の観点、目的、特徴、利
点は、以下の好適な実施の形態についての詳細な説明お
よび請求の範囲および添付の図面により、より明らかに
理解され、認識されるであろう。
【００１０】以下の説明において、ソフトウエアプログ
ラムとして好ましい実施の形態においてこの発明の説明
を行う。当業者はそのようなソフトウエアと等価なもの
もハードウエアにおいて構築することができることを容
易に理解するであろう。
【００１１】図１について説明する。この図は本発明の
外観を示したものである。本発明を、典型的な赤色、緑
色および青色の画素値の２次元配列であるデジタルカラ
ー画像を利用して説明するのは有益である。この発明の
説明は如何なる解像度の画像に対しても適用することが
可能である。
【００１２】この発明の目的は、輝度コントラスト修正
に応じてカラー画像の色彩度特性の修正を行うことであ
る。カラー画像の色彩度特性は色彩度信号により表すこ
とができる。当業者は、色彩度信号が多くの方法で計算
可能であることを認識するであろう。色彩度信号として
例えば色差信号を単に原画像の画素値上で行列の乗算を
実行することにより計算してもよい。色差信号は、カラ
ーチャネルの基準チャネルに対する差異である。赤色、
緑色、青色チャネルからなる３チャネルカラー画像は、
行列乗算により、輝度チャネルおよび２つの色差チャネ
ルからなる３チャネル画像に変換してもよい。
【００１３】単一色彩度信号は、角と半径を計算して２
つの色差信号を極座標形式に変換することにより、生成
することができる。直交座標からの極座標への計算は当
業者には周知であり、ここでは説明しない。このような
変換を実行すると、色差信号の極表示の半径は色彩度信
号を表す。本発明の方法はそのような色彩度測定に基づ
いて実行しても同様にうまくいく。しかしながら、色差
信号の計算の簡便性のために、本発明の好ましい実施の
形態では色彩度特性を修正する手段として色差信号を修
正する。
【００１４】色彩度信号を計算する別の方法としては、
アール．ダブリュ．ジー．ハント博士（Ｄｒ．Ｒ．Ｗ．
Ｇ．Ｈｕｎｔ）による「色の再生」第５版において、いか
なる色の彩度の客観的な尺度も提供するＣＩＥ１９７６
彩度計算が開示されている。
【００１５】当業者はすでに、本発明は色差信号の修正
について説明しているが、別の画像カラー彩度信号につ
いて実行される同様の演算は、本発明の範囲内にあるこ
とを容易に理解するであろう。
【００１６】入力画像は色差調整部１０内に入る。色差
調整部は入力画像中の各画素の相対的な色差を、提供さ
れたトーンスケール関数に従い調節する。このトーンス
ケール関数については後述する。提供されたトーンスケ
ール関数は参照テーブルとして実装してもよく、あるい
は画像連鎖中に存在する装置の暗示色調応答であってよ
いことに注目する必要がある。色差調整部の出力はトー
ンスケール関数に対し補償するために修正された色差信
号を有する変換カラー画像である。
【００１７】次に図２について説明する。図２は色差調
整部１０の拡大図である。図２に示された好ましい実施
の形態では、入力画像は所定のトーンスケールによりま
だ修正されていないと仮定する。別の実施の形態には、
画像が色差調整部１０に移る時に画像の輝度チャネルに
トーンスケールがすでに適用されている画像への、本発
明の適用について説明される。原画像の色差信号は輝度
信号と共に、色差変成部２０により計算される。色差変
成部による色差信号の計算は行列演算により実行しても
よい。例えば、好ましい実施の形態では、輝度信号及び
２つの色差信号が以下の行列変換により入力画像の各画
素に対し決定される。
【００１８】
【数１】 ここに、Ｒ，Ｇ，Ｂは特定の画素における原画像の赤
色、緑色、青色強度を示し、Ｌは輝度信号を表し、
Ｃ1、Ｃ2は色差信号を表す。
【００１９】他の実施の形態においては、各画素に対
し、同様に行列変換を用いて、輝度信号と３つの色差信
号が決定される。
【００２０】
【数２】 ここに、Ｒ，Ｇ，Ｂは特定の画素における原画像の赤
色、緑色、青色強度を示し、Ｌは輝度信号を表し、
Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3は色差信号を表す。
【００２１】一般に、各色差信号の計算は原画像の画素
の赤色、緑色、青色強度の一次結合である。この際の係
数は、赤色、緑色、青色係数の重みの合計が０となるよ
うに決定される。
【００２２】図２に戻って、所定のトーンスケール関数
が勾配計算部３０に入力される。原画像の赤色、緑色、
青色画素値もまた、勾配計算部３０に入力される。勾配
計算部３０の目的は、処理されている現在の画素に対し
て求められる、所定のトーンスケール関数の局所勾配を
計算することである。好ましい実施の形態では、所定の
トーンスケール関数の局所勾配を計算するために使用さ
れる式は、ｍａｘ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ｍｉｎ（Ｒ，Ｇ，
Ｂ）＞１０であれば、
【数３】 これ以外の場合は、
【数４】 ここに、△：小さな値の定数。好ましい実施の形態では
△＝５。ｆ（ｘ）：トーンスケール関数の値、ｆ′：ト
ーンスケール関数の局所勾配、ｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ）：
ａ，ｂ，ｃの極大値、ｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ）：ａ，ｂ，
ｃの極小値。
【００２３】他の実施の形態として、トーンスケール関
数の勾配を以下のように計算してもよい。
【数５】 ここに、△：小さな値の定数。好ましい実施の形態では
△＝５。
【００２４】所定のトーンスケールの局所勾配を計算す
るさらに別の方法では、勾配計算部３０により以下の式
を実行してもよい。
【数６】 ここに、全ての項は前に規定した通りである。
【００２５】当業者は、所定のトーンスケール関数の局
所関数を計算する多くの他の方法を定式化できることを
理解するであろう。しかしながら、これらの他の方法間
の相違は低く、本発明における開示と大差はない。
【００２６】さらに図２について説明する。勾配計算部
３０の出力は調整係数計算部４０に移る。調整係数計算
部４０の目的は、勾配計算部３０により決定されたトー
ンスケール関数の局所勾配に基づき、色差信号に対する
スケーリング係数を決定することである。
【００２７】調整係数計算部４０は各色差信号Ｃi（ｉ
＝１，２，…）に対し、調整係数Ｈi（ｉ＝１，２，
…）を計算する。好ましい実施の形態においては、調整
係数は以下の式により計算される。
【数７】 ここに、γｉ：勾配影響係数。典型的には０から１．０
までの範囲である。好ましい実施の形態においては、す
べてのｉに対しγｉ＝０．４５である。ｆ′＝トーンス
ケール関数の計算した局所勾配であり、勾配計算部３０
の出力である。ｆ′0：公称勾配定数。好ましい実施の
形態においては、ｆ′0＝１．０。
【００２８】当業者は、調整係数を計算するために調整
係数計算部４０により実行される式の正確な定式化は、
本発明の発明の範囲内において、多くの形態をとること
ができることを理解するであろう。
【００２９】調整係数Ｈiを計算するための他の方法に
おいては、色の位置の重みである追加の項Ｋが導入され
る。
【数８】 ここに、Ｋ：色位置重み係数。
【００３０】一般に、色位置重み係数Ｋの値は、０．０
から１．０の範囲である。色位置重み係数Ｋにより、本
発明の方法で、画素の色特性に応じて変化する調整係数
Ｈiの計算が可能となる。一般に、Ｋは輝度Ｌおよび色
差Ｃi値の関数である。図５は各画素に対するＫの値を
計算するための方法としての２次元参照テーブル９０の
使用を示したものである。図５に示されるように、色位
置重み係数Ｋの値は、色差Ｃiに依存することがわか
る。図５に示された色位置重み係数Ｋの値は、下記の数
式により解析的に導いてもよい。
【数９】
【００３１】色位置重み係数Ｋを定式化することによ
り、本発明の方法では、人間の素肌と同様に着色された
画素の色差値を調整し（Ｋ〜１．０）、人間の素肌とは
異なるように着色された画素に対するオリジナルの色差
値（Ｋ〜０．０）を保存することが可能となる。この実
施の形態は、空などの飽和物体の非飽和を避けるには好
都合であることが見出されており、また一方、肌色画素
の色差値に必要な修正を見込むことができる。
【００３２】当業者は、色位置重み係数Ｋの決定は、本
発明の範囲内で多くの型式（例えば、色位置重み係数Ｋ
の決定に輝度Ｌ値依存性を導入するなど）をとることが
できることを理解するであろう。
【００３３】再度図２にもどる。調整係数計算部４０の
出力は乗算部５０に移される。乗算部５０の目的は調整
係数計算部４０の出力により色差信号のそれぞれをスケ
ーリングすることである。乗算部５０の出力であるスケ
ーリングされた色差信号はその後、補償色差信号として
示される。すなわち、 Ｃpi＝Ｃi *Ｈi （ｉ＝１，２，…） ここに、Ｃpiは乗算部５０の出力、すなわち、補償色差
信号であり、Ｃiは色差信号であり、Ｈiは調整係数計算
部４０の出力である。
【００３４】再び図２について説明する。色差変成部２
０により計算された輝度信号Ｌをトーンスケールアプリ
ケータ６０に渡してもよい。しかしながら、本発明に関
しては、本発明の適用に続く処理工程として、所定のト
ーンスケール関数を画像に適用してもよい。トーンスケ
ールアプリケータ６０は所定のトーンスケール関数のア
プリケーションを用いて輝度信号を修正する。トーンス
ケール関数を適用するために参照用テーブルを実装して
もよい。輝度信号Ｌに所定のトーンスケール関数を適用
する他の方法として、米国特許第５，０１２，３３３号
の方法を実行してもよい。これらの場合のいずれかにお
いては、トーンスケールアプリケータの信号出力は入力
輝度信号の関数である。 Ｌp＝ｆ（Ｌ） ここに、Ｌp：変換した輝度信号、すなわち、トーンス
ケールアプリケータ６０の出力。ｆ（ｘ）：ｘにおいて
求めた所定のトーンスケール関数の値。なお、所定のト
ーンスケールが画像処理経路内のデバイスの包含色調応
答を示す場合、Ｌp＝Ｌである。
【００３５】再び、図２について説明する。補償された
色差信号及び輝度信号はＲＧＢ再構成部７０に渡され
る。ＲＧＢ再構成部７０は、輝度信号及び複数の色差信
号から画像を、各画素位置で赤色、緑色及び青色強度値
を含む画像に変換する。この変換は行列を使用して達成
される。色差変成部２０により３×３行列が使用される
場合、ＲＧＢ再構成部７０により実行される変換は、単
に輝度信号と２つの色差信号のベクトルに色差変成部２
０により使用された行列の逆行列を乗じたものである。
好ましい実施の形態では、
【数１０】 ここに、Ｒp、Ｇp、Ｂpはそれぞれ、処理された赤色、
緑色、青色画素である。
【００３６】４×３行列を使用する他の実施の形態を実
行する場合、３つの色差チャネルが生成される。その場
合、ＲＧＢ再構成部７０は以下の演算を実行し、Ｒp、
Ｇp、Ｂpを生成する。
【数１１】
【００３７】一般に、ＲＧＢ再構成部７０が使用する行
列と色差変成部２０が使用する行列の積は単位行列であ
る。
【００３８】Ｒp、Ｇp、Ｂp信号はＲＧＢ再構成部７０
からの出力である。共に考慮すると、これらの３つの処
理されたカラー面は処理された画像を形成し、この画像
において、色差信号は所定のトーンスケール関数による
輝度修正に応じて修正されている。
【００３９】本発明の他の実施の形態では、色差調整部
１０への画像入力がすでに所定のトーンスケール関数に
より修正されているとすることが可能である。所定のト
ーンスケール関数は入力画像のカラーチャネルの各々
に、あるいは所定の画像の輝度チャネルのみに適用する
ようにしてもよい。所定のトーンスケール関数が入力画
像のカラーレコードのそれぞれに適用されている他の実
施の形態について図３に示す。
【００４０】図３に示されているように、色差調整部１
０への画像入力は、まず最初に色差変成部２０に渡さ
れ、輝度信号と複数の色差信号が発生する。色差変成部
２０からの色差信号出力は乗算部に渡される。乗算部
は、好ましくは、前述したように、調整係数計算部４０
による係数出力により色差チャネルのそれぞれをスケー
リングする。乗算部５０からの修正色差チャネル出力
は、色差変成部からの輝度チャネル出力と共に、ＲＧＢ
再構成部７０に渡される。ＲＧＢ再構成部７０の出力は
所定のトーンスケール関数に対し適切に調整された色差
を有する処理画像である。
【００４１】再び図３について説明する。入力画像のカ
ラーチャネルのそれぞれにすでに適用されたトーンスケ
ール関数は逆関数生成部８０に渡される。逆関数生成部
はトーンスケール関数の逆関数を生成する。関数の逆関
数を見出すことは数学においては周知の技術であり、こ
こではさらに説明することはしない。逆関数生成部８０
により生成されたトーンスケール逆関数はその後、勾配
計算部３０に渡される。勾配計算部の演算は前述のとお
りである。勾配計算部の出力は調整係数計算部４０に渡
される。調整係数計算部の演算についても前述したとお
りである。
【００４２】色差調整部１０への画像入力の輝度信号
が、画像が色差調整部１０に渡される前に所定のトーン
スケール関数により修正されている場合、入力画像の色
差信号を適当な様式で修正するために、図４に示す別の
実施の形態が実行されてもよい。
【００４３】図４に示される実施の形態は、トーンスケ
ールアプリケータ６０により入力画像の輝度信号にトー
ンスケール関数を適用するオプションがないことを除き
図２に示される好ましい実施の形態と同一である。本発
明を適用する前に、所定のトーンスケール関数により修
正された輝度信号を有するデジタルカラー画像について
本発明を作動させる場合、追加のトーンスケールアプリ
ケータ６０は余分となり、そのため、図４に示す実施の
形態からは削除された。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トーンスケール関数の局所勾配に応じて各画像の色彩度
を調整することにより、色彩度特性をより良好に調整さ
れたデジタルカラー画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかるデジタルカラー画
像の処理方法を示す概略ブロック図である。
【図２】 本発明の実施形態にかかるデジタルカラー画
像の処理方法を示すブロック図であって、色差調整部を
拡大して示した図である。
【図３】 本発明の他の実施形態にかかるデジタルカラ
ー画像の処理方法を示すブロック図であって、色差調整
部を拡大して示した図である。
【図４】 本発明の他の実施形態にかかるデジタルカラ
ー画像の処理方法を示すブロック図であって、色差調整
部を拡大して示した図である。
【図５】 本発明の実施形態にかかるデジタルカラー画
像処理方法における色位置重み係数の参照テーブルを示
す図である。
【符号の説明】
１０ 色差調整部、２０ 色差変成部、３０ 勾配計算
部、４０ 調整係数計算部、５０ 乗算部、６０ トー
ンスケールアプリケータ、７０ ＲＧＢ再構成部、８０
逆関数生成部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トーンスケール関数を受け取る工程と、 デジタルカラー画像の各画素に対しトーンスケール関数
    の局所勾配を計算する工程と、 デジタルカラー画像から色彩度信号を計算する工程と、 計算された局所勾配に応じて、各画素に対するデジタル
    カラー画像の色彩度信号を調整する工程と、 を含むことを特徴とする複数の画素を有するデジタルカ
    ラー画像の処理方法。
  2. 【請求項２】 デジタルカラー画像を輝度信号及びクロ
    ミナンスカラー信号に変換する工程と、 輝度信号をトーンスケール関数により修正する工程と、 を含むことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカラ
    ー画像の処理方法。
  3. 【請求項３】 前記トーンスケール関数の局所勾配を計
    算する工程は、 １つの画素位置での極大値及び極小値を決定する工程
    と、 極大値及び極小値の両方に対するトーンスケール関数の
    出力を決定する工程と、 極大値と極小値の差を決定する工程と、 出力極大値と出力極小値との差を決定する工程と、 極大値と極小値に対するトーンスケール関数の出力の差
    の、極大値と極小値の差に対する比率を計算する工程
    と、 を含むことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカラ
    ー画像の処理方法。
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