JP2001202509A - 雑音低減及び色調スケール調整を行なうディジタル画像処理方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の制御パラメータで、雑音低減フィルタ
と色調スケール調整アルゴリズムの両方を同時に制御す
る計算的に単純なディジタル画像方法を提供することを
目的とする。 【解決手段】 ディジタル画像を処理する方法は、雑音
制御パラメータを指定する段階と、ディジタル画像中の
雑音を低減させるためにディジタル画像を処理するため
の雑音制御パラメータを使用する段階と、ディジタル画
像の色調スケールを調整するためにディジタル画像を処
理するための雑音制御パラメータを使用する段階とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は概して画像処理の分
野に関連し、更に特定的には雑音低減処理段階と、色調
スケール関数処理段階の適用の両方を用いた画像処理シ
ステムに関連する。

【０００２】

【従来の技術】典型的なディジタルイメージングシステ
ムは、３つの主要構成要素、即ち、ソースのディジタル
画像を生成する機構、ディジタル画像データを処理する
機構、画像を視覚化する機構を含む。多くのディジタル
イメージングシステムは、最終的に表現される出力の視
覚的な質を向上するよう設計される１つ以上の画像処理
方法、又はアルゴリズムを使用する。特に、関心となる
２つの画像処理方法は、存在する雑音の量を低減させる
方法と処理された画像の色調スケールを調整する方法で
ある。一般的に、同一のディジタルイメージングシステ
ムにおいてこれらの２つの種類の画像処理方法が用いら
れる場合、各方法は別々に最適化される。幾つかのディ
ジタルイメージングシステムでは、雑音低減方法の適用
は、色調スケール調整方法の最適化に影響を与えうる。

【０００３】ディジタルイメージングシステムにおいて
用いられる雑音低減フィルタの一例は、Jong-Sen Leeに
よる機関誌記事Digital Image Smoothing and the Sigm
a filter, Computer Vision, Graphics, and Image Pro
cessing Vol 24, P.255-269,1983に記載されるシグマフ
ィルタである。これは、中心画素の周りの矩形の窓から
サンプリングされる非線形画素平均技術を用いる雑音低
減フィルタである。局所近傍における画素は、その画素
と中心画素との差に基づいて、数値的な平均に含まれる
か、又は、排除される。数学的には、ｐ_ijは中心画素ｐ
_mnの周りの局所周囲の画素を表わし、ｑ_mnは雑音が除去
された画素を表わし、εは通常は予想される雑音標準偏
差の２倍に設定される定数を表わすとすると、シグマフ
ィルタは、 ｑ_mn＝Σ_ijａ_ijｐ_ij／Σ_ijａ_ij 及び ｜ｐ_ij−ｐ_mn｜＜＝ε のとき ａ_ij＝１ ｜ｐ_ij−ｐ_mn｜＞ε のとき ａ_ij＝０ と表わせる。局所画素は、関心画素を中心とする矩形領
域からサンプリングされる。

【０００４】シグマフィルタは、優位な雑音源がガウス
加法的雑音である場合のディジタル画像処理適用のため
に設計されたものである。信号依存雑音源は、εパラメ
ータを信号強度の関数とすることによって容易に組み込
まれうる。しかしながら、信号独立雑音の場合と信号依
存雑音の場合の両方において、最適な結果を得るため
に、予想される雑音標準偏差は既知でなくてはならな
い。シグマフィルタの強度は、フィルタのεパラメータ
及び窓サイズを変更することによって変更される。処理
される画像中に存在する雑音の量は、開始画像中の雑音
の量、制御パラメータの設定値、画像内容の構造に依存
して変化する。空間的な変化の少ない領域では、雑音レ
ベルの変化は大きく、一方、多くの構造を含む領域で
は、雑音特性に対する変化は非常に小さい。雑音低減フ
ィルタとしてのシグマフィルタは、同一システム中の色
調スケール調整アルゴリズムと共に使用されうる。しか
しながら、Jong-Sen Leeの文献は、ディジタルイメージ
ングシステムにおける他の画像処理アルゴリズムと共に
シグマフィルタを用いることについて記載していない。

【０００５】米国特許第５，１３４，５７３号で、Good
winは、ディジタル式に走査された写真フィルムシステ
ムについて色調スケールを調整する方法について記載し
ている。この方法は、従来の写真フィルム製品の写真応
答を線形化するよう設計される色調スケール関数を適用
することにより全体の画像コントラストを改善すること
が記載されている。Goodwinは、幾つかの制御パラメー
タに依存する色調スケール関数を構築するための数学的
な式を開示している。数学的な式は、一般化された写真
フィルム製品を適応させるよう設計されたものである。
最適な結果を達成するために、制御パラメータは、所与
のフィルム製品のためのフィルム応答特性に従って設定
されねばならない。記載された制御パラメータのうちの
１つは、ディジタル画像中に存在する雑音レベルに対す
る感度がある。雑音感応制御パラメータを制御する方法
は記載されていない。写真フィルムの種類に基づいて、
雑音感応制御パラメータについての或る範囲の値が与え
られているだけである。更に、ディジタルイメージング
システムにおいて使用される他の画像処理方法との可能
な相互作用についても記載されていない。雑音低減方法
が、色調スケール調整方法を有するディジタルイメージ
ングシステムにおいて用いられた場合、雑音感応制御パ
ラメータの最適値は変化する。

【０００６】Lee外による米国特許第５，６３３，５１
１号は、走査された放射線ディジタルイメージングシス
テムのための色調スケール関数を構築することを含む色
調スケール調整方法を記載する。方法は、開始ディジタ
ル画像中に存在する雑音の大きさを画素コード値の関数
として推定する段階を含む。画像雑音を推定する２つの
主な方法、即ち、（１）異なる露光での均一なパッチの
グレースケールを写真撮影するオフライン方法、及び、
（２）開始画像の均一に露光された領域をサンプリング
するオンライン方法である。第１の雑音推定方法は、写
真フィルム製品とスキャナの組合せの雑音性質を特徴付
ける。第２の方法は、開始画像の画素データから雑音を
直接推定する。ディジタルイメージングシステムにおい
て使用される他の画像処理方法との可能な相互作用につ
いては記載されていない。この色調スケール調整方法を
含むディジタルイメージングシステムにおいて雑音低減
方法が用いられた場合、開始ディジタル画像の雑音特性
は変更される。雑音特徴を推定するオンライン方法はそ
れでも作用するが、この方法は必要とされる空間フィル
タリングのため、計算的に厳しいものである。

【０００７】殆どのディジタルイメージングシステム
は、多数の画像処理方法の最適化を整合させるものでは
ない。多数の画像処理動作を最適化する１つのアプロー
チは、１９９７年１２月２日にCottrell外に対して発行
された米国特許第５，６９４，４８４号に記載されてい
る。Cottrell外は、一連の選択された画像処理動作を受
けている画像の知覚的な質を自動的に最適化させる画像
処理システムを提供している。システムは、画像処理動
作、アーキテクチャ、及び、知的（インテリジェント）
制御の組からなる。これらの要素は、画像が生成される
ソース特徴のプロファイルと、出力装置特徴のプロファ
イルと、画像処理動作が（個々に又は共同で）知覚され
た画質に対して与える影響を考慮に入れる。個々の画像
処理動作についての制御パラメータは、対象の計量（鮮
鋭度、粒子、色調、色等）に関連する数学的な式に基づ
いて画質計量（単一の数値的な質）を最適化することに
よって変更される。

【０００８】Cottrell外によって記載される方法では、
雑音低減処理動作と色調スケール処理動作の個々の制御
パラメータ間には直接的な関係はない。個々の制御パラ
メータについての値は、画質計量が最適値に達するまで
有用な範囲に亘って変更される。この方法は、多数のパ
ラメータ順列を評価するためのかなりの計算資源を必要
とする。

【０００９】実際的なディジタルイメージングシステム
では、利用可能な計算資源は制限されている。従って、
画像処理動作の１つとして雑音低減フィルタを使用する
ディジタルイメージングシステムでは、計算資源を節約
するために雑音低減の量を変更することが有利である。
ディジタルイメージングシステムにおいて最適制御パラ
メータ設定値と色調スケール調整アルゴリズムの両方が
用いられる場合、雑音低減の量を変更することにより、
その両方を変化させうる。雑音低減フィルタ制御パラメ
ータと色調スケール調整制御パラメータの間で直接的且
つ単純な関係が決定されうる場合、Cottrell外及びLee
外によって記載されるような計算的に複雑な方法が改善
されうる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って、単一の制御パ
ラメータで、雑音低減フィルタと色調スケール調整アル
ゴリズムの両方を同時に制御する計算的に単純な方法が
要請されている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
要請に応ずるために、雑音制御パラメータを指定する段
階と、ディジタル画像中の雑音を低減させるためにディ
ジタル画像を処理するための雑音制御パラメータを使用
する段階と、ディジタル画像の色調スケールを調整する
ためにディジタル画像を処理するための雑音制御パラメ
ータを使用する段階とを含む、ディジタル画像を処理す
る方法が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】ディジタル画像は、１つ以上のデ
ィジタル画像チャネルからなる。各ディジタル画像チャ
ネルは、画素の２次元配列からなる。各画素値は、画素
の幾何学的領域に対応して画像捕捉装置によって受光さ
れる光の量に関連する。カラー画像適用のために、ディ
ジタル画像は、一般的には、赤、緑、及び、青のディジ
タル画像チャネルからなる。例えば、シアン、マゼン
タ、イエローのディジタル画像チャネルといった他の形
態も実施される。単色適用では、ディジタル画像は、１
つのディジタル画像チャネルからなる。動き画像適用
は、ディジタル画像の時間的なシーケンスであると考え
られる。当業者は、本発明が上述の全ての適用に付いて
のディジタル画像に適用されうるが、これらに制限され
るものではないことを認識するであろう。本発明は、デ
ィジタル画像チャネルを行及び列に配置される画素値の
２次元配列として説明されるが、当業者は、本発明は同
等の効果を有するモザイク状（直線的でない）配列に適
用されうることを認識するであろう。本発明は雑音除去
された画素値で元の画素値を置き換えることを記載して
いるが、当業者はまた、雑音除去された画素値を有する
新しいディジタル画像を形成し、元の画素値を保持する
ことも自明であることを認識するであろう。

【００１３】本発明は、パーソナルコンピュータ又は専
用ディジタル画像処理コンピュータといったコンピュー
タハードウエア上で実行されるソフトウエアプログラム
として実施されうる。図１を参照するに、以下の説明
は、画像捕捉装置１０、画像プロセッサ１２、及び、画
像出力装置１４を含むディジタルイメージングシステム
に関連する。このシステムは、モニタ１６と、キーボー
ドといった操作者入力装置１８とを含みうる。例えば、
図１は、画像捕捉装置１０が、カラーネガティブ又はリ
バーサルフィルム上にシーンを捕捉する従来の写真フィ
ルムカメラと、フィルム上の現像された画像を走査し、
ディジタル画像を生成するフィルムスキャナ装置であ
る、ディジタル写真仕上げシステムを示しうる。画像プ
ロセッサ１２は、写真印画、画面のソフトコピー等とい
った意図される出力装置又は媒体上に見た目の良い画像
を生成するようディジタル画像を処理する手段を提供す
る。画像プロセッサ１２は、捕捉媒体及び／又は捕捉装
置１０によって画像に導入された雑音を補正するようデ
ィジタル画像を処理する。画像プロセッサ１２はまた、
出力装置１４によって見た目の良い画像が生成されるよ
う画像の色調トーンを調整する。以下、処理段階間の相
互作用について詳述する。

【００１４】図２を参照するに、本発明の望ましい実施
例は、雑音低減プロセッサ２０に続いて色調スケール調
整プロセッサ２２を使用する。ディジタル画像は、出力
上に、雑音が低減されたディジタル画像を生成する雑音
低減プロセッサ２０に入力される。この雑音が低減され
たディジタル画像は、雑音が低減され色調スケールが調
整されたディジタル画像を生成する色調スケール調整プ
ロセッサ２２に入力される。本発明のため、雑音が低減
され色調スケールが調整されたディジタル画像は、雑音
制御プロセッサと色調スケール調整プロセッサの両方が
少なくとも１つの雑音制御パラメータによって制御され
ているときに、雑音低減プロセッサと色調スケール調整
プロセッサの両方によって処理されたディジタル画像と
して定義される。

【００１５】多くの実際のディジタルイメージングシス
テムでは、他の画像処理プロセッサが含まれる必要があ
ることに注意すべきである。これらの他の画像処理プロ
セッサがディジタル画像を入力として受け入れ、出力上
にディジタル画像を生成する限り、画像処理チェーンの
うちの雑音低減プロセッサと色調スケール調整プロセッ
サの間に１つ以上のこれらのタイプの画像処理プロセッ
サが挿入されうる。図３を参照するに、雑音低減プロセ
ッサ２０の後であり色調スケール調整プロセッサ２２の
前の位置に、追加的なプロセッサ２４が挿入されてい
る。追加的なプロセッサ２４は、例えばディジタル画像
の空間的な細部を先鋭化又は向上させるよう設計された
空間フィルタである。

【００１６】本発明の他の実施例は、雑音低減プロセッ
サ２０と色調スケール調整プロセッサ２２の動作の順序
を逆にしたものであり、図４に示されている。ディジタ
ル画像は、出力上に色調スケール調整されたディジタル
画像を生成する色調スケール調整プロセッサ２２に入力
される。雑音低減プロセッサ２０は、色調スケール調整
されたディジタル画像をディジタル画像入力として受け
入れ、出力上に雑音低減され色調スケール調整されたデ
ィジタル画像を生成する。追加的なプロセッサ２４は、
雑音低減プロセッサ２０の前であり色調スケール調整プ
ロセッサ２２の後の位置に挿入されている。

【００１７】図５に示される本発明の他の実施例では、
追加的なプロセッサ２４は、雑音低減プロセッサ２０及
び色調スケール調整プロセッサ２２の両方の前の位置に
挿入されている。追加的なプロセッサ２４は、入力上に
ディジタル画像を受信し、出力上にディジタル画像を生
成するため、追加的なプロセッサは、雑音低減プロセッ
サ２０及び色調スケール調整プロセッサ２２の前又は後
に配置されうる。

【００１８】再び図２を参照するに、画像プロセッサ
は、雑音低減プロセッサ２０及び色調スケール調整プロ
セッサ２２を含む。これらの両方のプロセッサは、同一
の雑音制御パラメータを受信する。

【００１９】［雑音制御パラメータ］本発明の望ましい
実施例では、雑音制御パラメータは、画像プロセッサ１
２に入力されるディジタル画像中に存在する雑音の量に
基づいて設定される。１２ビット量子化ディジタル画像
では、画素値は０乃至４０９５である。標準偏差計量に
よって測定される画素当たりの雑音の量の平均によって
特徴付けられるディジタル画像ソースの場合、画素当た
りの雑音の量の平均が１５以下であるディジタル画像ソ
ースは、値１の雑音制御パラメータ値に割り当てられ
る。画素当たりの雑音の量の平均が１５よりも大きく、
４０以下であるディジタル画像ソースには、値２の雑音
制御パラメータ値が割り当てられる。画素当たりの雑音
の量の平均が４０よりも大きいディジタル画像ソースに
は、値３の雑音制御パラメータ値が割り当てられる。こ
れらの割り当ては、システムについての雑音の相対的な
大きさに基づく。絶対的なレベルは、ソース画像の数値
的な範囲に基づいて調整されえ、ディジタル画像ソース
を低い媒体で高い雑音内容のディジタル画像ソースに割
り当てるために経験的に導出される。

【００２０】本発明の望ましい実施例は、雑音制御パラ
メータを設定するために、各画像ソースに対して予め定
義された画素当たりの雑音の平均値を用いる。予め定義
された画素当たりの雑音の平均値のテーブルは、各フィ
ルムタイプについて１つずつ得られる。例えば、雑音低
減プロセッサ２０へ入力されるディジタル画像がフィル
ムタイプＡであれば、フィルムＡに対する対応する予め
定義された画素当たりの雑音の平均値が検索される。検
索された予め定義された画素当たりの雑音の平均値に基
づいて、１、２、又は、３の雑音制御パラメータが発生
される。システムによってサポートされる各フィルムタ
イプは、対応する記憶された予め定義された画素当たり
の雑音の平均値を有し、従って対応する雑音制御パラメ
ータを有する。実際のシステムでは、全ての製造される
フィルムタイプ、又はディジタルカメラといった他のデ
ィジタル画像の源がサポートされるわけではない。予め
定義された画素当たりの雑音の平均値が存在しないディ
ジタル画像については、雑音制御パラメータのデフォル
ト値として１が選択される。

【００２１】予め定義された画素当たりの雑音の平均値
は、任意のディジタル画像ソースのために生成されう
る。一般的には、雑音値を発生させるために、多数の均
一な反射のパッチのテストターゲットが撮影される。画
像ソースが写真フィルム製品であれば、捕捉装置１０に
よってディジタル画像が生成される。全体的な標準偏差
値は、テストターゲット画像中の画素値の標準偏差を計
算する自動化ソフトウエアプログラム又はユーザ支援ソ
フトウエアプログラムのいずれかを適用することによっ
て計算される。導出される標準偏差値は、予め定義され
た画素当たりの雑音の平均値を構成する。

【００２２】或いは、雑音は、Lee外の米国特許第５，
６３３，５１１号に記載されるように任意のディジタル
画像から推定されうる。Lee外は、ディジタル画像の画
素値を使用することによりディジタル画像中に存在する
予想雑音量を推定する方法を記載する。この方法は、計
算時間がかかり、近似的なものにすぎない。しかしなが
ら、ディジタル画像中に存在する雑音の量を近似する方
法は、雑音制御パラメータを設定するために本発明と共
に使用されうる。この本発明の他の実施例は、予め定義
された画素当たりの雑音の平均値のテーブルが維持され
る必要がないという利点を有する。

【００２３】Lee外によれば、ディジタル画像中に存在
する予想雑音量を推定する方法は以下の通りである。実
際の画像の変化を雑音の変動と区別するため、雑音が信
号に依存することに基づいて、画像雑音を画素コード値
の関数として推定することが必要である。各画素のエッ
ジ勾配は、ディジタル画像中のビジー領域と均一な領域
を区別するために計算される。予想雑音量の値は、ディ
ジタル画像の均一な領域からサンプリングされたものと
して標準偏差から推定される。雑音低減プロセッサ２０
と色調スケール調整プロセッサ２２を整合させるために
必要とされる雑音制御パラメータは、本発明の望ましい
実施例に記載されるのと同じ方法で、計算された予め定
義された画素当たりの雑音の平均値から計算される。

【００２４】予め定義された画素当たりの雑音の平均値
はディジタル画素値から計算され、雑音制御パラメータ
は予め定義された画素当たりの雑音の平均値から導出さ
れるため、雑音制御パラメータは入力ディジタル画像か
ら直接導出される。

【００２５】本発明の他の実施例では、雑音制御パラメ
ータを決定するためにＩＳＯ写真速度値が使用される。
例えば、ＩＳＯ写真速度値が１００よりも小さければ、
雑音制御パラメータは値１に設定される。１００以上で
８００よりも小さい対応するＩＳＯ写真速度値では、雑
音制御パラメータは値２に設定される。８００以上の対
応するＩＳＯ写真速度値では、雑音制御パラメータは値
３に設定される。図１を参照するに、ＩＳＯ写真速度値
は、捕捉装置１０から、又はキーボード１８を介して操
作者から得られる。ＩＳＯ写真速度値は、ディジタル画
像に直接含まれる情報ではない。これは、画像メタデー
タ（ディジタル画像に対応する追加的な情報）の一例で
ある。従って、本発明のこの他の実施例は、画像メタデ
ータに基づいて雑音制御パラメータを設定する場合の一
例である。

【００２６】本発明の他の実施例によれば、雑音制御パ
ラメータは、モニタ１６上に表示されるディジタル画像
の視覚的な観察に基づいてキーボード１８を介して操作
者によって設定される。雑音制御パラメータは画像ソー
スの予想雑音レベルに数値的に関連付けられうるため、
キーボードの操作者は表示されている画像の雑音の量を
視覚的に評価し、適当な雑音制御パラメータの設定を選
択しうる。 ［雑音低減プロセッサ］雑音制御パラメータは、雑音低
減の度合い（雑音低減を全く適用しない場合を含む）を
変化させるため、雑音低減プロセッサによって使用され
る。これは、多数の雑音低減フィルタから選択するこ
と、又は異なる形態で用いられる単一の雑音低減フィル
タを用いることによって達成されうる。例えば、高いレ
ベルの雑音を含むディジタル画像、例えば高速写真フィ
ルム上に捕捉される画像のために、メディアンフィルタ
が適用されうる。低いレベルの雑音を含むディジタル画
像、問えば低速写真フィルム上に捕捉される画像のため
には、シグマフィルタが望ましい。本発明の望ましい実
施例は、雑音制御パラメータの値に基づいて２つの異な
る雑音低減フィルタ間の切換えを行なう。図６に示され
るように、雑音低減プロセッサは、例えば異なる形態の
シグマフィルタ２８及び２８’を含み、フィルタ２８’
は、フィルタ２８、メディアンフィルタ３０、及び雑音
制御パラメータによって制御されるスイッチ２６よりも
多くの雑音低減を与える。雑音制御パラメータが１であ
れば、ディジタル画像を処理するためにシグマフィルタ
２８が用いられる。雑音制御パラメータが２であれば、
シグマフィルタ２８’が用いられる。雑音制御パラメー
タが３であれば、ディジタル画像を処理するためにメデ
ィアンフィルタが用いられる。

【００２７】本発明の他の実施例は、雑音低減の量を変
化させるために異なる形態を構成する異なる同調フィル
タパラメータ設定値を有する、シグマフィルタといった
単一の雑音低減フィルタを使用する。これは、雑音低減
フィルタを全く使用しないという選択を含む。雑音制御
パラメータは、雑音低減フィルタの形態のうちの１つを
選択するために使用される。

【００２８】シグマフィルタは、Jong-Sen Leeによる機
関誌記事Digital Image Smoothingand the Sigma filte
r, Computer Vision, Graphics, and Image Processing
Vol 24, P.255-269, 1983において、処理されたディジ
タル画像の視覚的な見かけを向上させるための雑音低減
フィルタとして記載されている。サンプリングされる局
所領域、即ちｎが行方向又は列方向に含まれる画素の長
さを表わすとすると、ｎ×ｎの画素領域に含まれる画素
の値は、中心画素、又は関心画素の値と比較される。サ
ンプリングされる局所領域中の各画素には、関心画素の
値と局所領域画素値との絶対差に基づいて、１又はゼロ
の重み係数が与えられる。画素値の差の絶対値が閾値ε
以下であれば、重み係数は１に設定される。定数εは、
予想雑音標準偏差の２倍に設定される。

【００２９】数学的には、ｐ_ijはサンプリングされる局
所領域に含まれるｉｊ番目の画素を表わし、ｐ_mnは第ｍ
列第ｎ行に配置される関心画素の値を表わすとし、ａ_ij
は重み係数を表わすとし、ｑ_mnは雑音が除去された画素
を表わすとすると、雑音が低減された画素値の計算の式
は、 ｑ_mn＝Σ_ijａ_ijｐ_ij／Σ_ijａ_ij 及び ｜ｐ_ij−ｐ_mn｜＜＝ε のとき ａ_ij＝１ ｜ｐ_ij−ｐ_mn｜＞ε のとき ａ_ij＝０ と表わせる。一般的には、中心画素を中心とするその周
りの矩形のサンプリング領域が、局所画素値をサンプリ
ングするために変更される添え字ｉ及びｊと共に使用さ
れる。

【００３０】σ_nは中心画素値ｐ_mnにおいて評価される
ソース画像の雑音標準偏差を表わすとすると、信号依存
の雑音特徴は、 ε＝Ｓfacσ_n（ｐ_mn） で表わされるεについての式に組み込まれる。パラメー
タＳfacは、本発明により雑音低減の度合いを変更する
ために使用されるスケールファクタである。次に、２つ
の和を割り算することにより、雑音が低減された画素値
ｑ_mnが計算される。処理は、ディジタル画像チャネルに
含まれる幾つか、又は、全ての画素について、また、デ
ィジタル画像中に含まれる幾つか、又は、全てのディジ
タル画像チャネルについて完了するまで行われる。雑音
が低減された画素値は、雑音が低減されたディジタル画
像を構成する。

【００３１】図７を参照するに、入力としてディジタル
画像を受信するシグマフィルタ２８が示される。入力パ
ラメータスケールファクタＳfac、窓サイズパラメー
タ、入力としての雑音テーブルは、シグマフィルタ２８
を異なる形態にセットアップするために使用される。例
えば、シグマフィルタを、２．０と３．０のスケールフ
ァクタで使用することにより、２つの異なる形態が構成
される。シグマフィルタ２８は、ディジタル画像画素デ
ータを処理し、出力上に雑音が低減されたディジタル画
像を生成する。

【００３２】メディアンフィルタは、ディジタル画像中
に存在する雑音を低減させるための雑音低減フィルタと
して使用されうる。メディアンフィルタで生成される雑
音が低減された画素値は、一般的には、関心画素を中心
とするその周りのサンプリング領域から得られる値の統
計的な平均を計算することによって導出される。一般的
には、ｎが行方向又は列の方向のいずれかの画素の長さ
を表わす場合に、ｎ×ｎの矩形の窓サイズが選択され
る。雑音低減の度合いは、窓サイズによって制御され
る。より大きい窓サイズを用いることにより、ディジタ
ル画像からより多くの雑音が除去される。

【００３３】［色調スケール調整プロセッサ］図８を参
照するに、色調スケール調整プロセッサ２２は、複数の
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３４，３６，３８を含
む。色調スケール選択器３２は、色調スケールアプリケ
ータ４０への入力としてこれらのＬＵＴのうちの１つを
選択する。色調スケールアプリケータ４０は、ディジタ
ル画像を受け入れ、ディジタル画像に対してＬＵＴを適
用し、それにより色調スケール調整されたディジタル画
像が生成される。雑音が低減されたディジタル画像もま
たディジタル画像であるため、雑音が低減されたディジ
タル画像が色調スケール調整プロセッサ２２によって受
信されれば、出力上に雑音が低減され色調スケールが調
整されたディジタル画像が生成される。

【００３４】色調スケール調整プロセッサ２２に含まれ
るＬＵＴは、様々な色調スケール量を出力ディジタル画
像に分け与えるよう設計される。例えば、本発明の望ま
しい実施例のために選択される３つの色調スケールＬＵ
Ｔは、入力ディジタル画像のコントラストを変更するよ
う設計される。コントラストの向上の理想的なレベル
は、入力ディジタル画像に含まれる雑音の量に依存す
る。このように、本発明は、雑音制御パラメータを通じ
て実行される雑音低減の量と色調スケール調整の量を整
合させる。

【００３５】本発明の望ましい実施例は、ディジタル画
像の色調スケールを調整するためにＬＵＴを使用する。
ＬＵＴは、出力値のためのテーブルを、各入力画素値に
ついて１つ有する。処理される画素値は、入力画素値
を、入力画素値に対応する出力値で置き換えることによ
って得られる。計算上、ＬＵＴはディジタル画像の色調
スケールを調整するための最も効率的な方法である。し
かしながら、色調スケールの調整が数学的な式で表現さ
れうるのであれば、色調スケール調整は、ソフトウエア
論理部において対応する数学的な式を計算することによ
って行なわれうる。

【００３６】本発明の望ましい実施例は、１９９２年７
月２８日にGoodwinに対して発行された米国特許第５，
１３４，５７３号に記載される方法から導出されるディ
ジタル画像の色調スケールを調整するＬＵＴを生成する
方法を用いる。特に、この特許は、写真フィルムの非線
形感光度応答を補償するディジタル画像の色調スケール
を調整する方法を記載する。この方法は、任意の非線形
画像捕捉装置の色調スケールを調整するために適応され
うる。この方法の数学的な面は、ＬＵＴを構築するため
に使用される。構築方法の説明として、Goodwinは、最
適な数学的パラメータは入力ディジタル画像に含まれる
予想雑音量に依存して変化することを記載している。Go
odwinによって記載される方法で生成されるＬＵＴのう
ちの１つを適用することにより、元々は僅かな光を受け
ていた画像領域のコントラストが高められたディジタル
画像が生ずる。

【００３７】Goodwinによる方法では、カラーネガティ
ブ写真フィルム上に捕捉されたディジタル画像の線形感
光度応答範囲は、写真フィルムの自然感光度応答を反転
させるための数式を用いて構築されたＬＵＴを適用する
ことによって増加されうるとされている。特に、対数露
光に対するフィルムの標準的な密度の（Ｄ−logＥ）曲
線のトウ部（僅かな光を受光する画像領域に対応）とシ
ョルダー部（過剰な量の光を受光する画像領域に対応）
の対比が示される。図９を参照するに、Goodwinの方法
では、パラメータγは論理上は写真フィルム感光度曲線
のトウ部及びショルダー部を生じさせるコントラストの
調整を表わし、これは、ΔＤ１は２つの略等しい露光か
ら実際のフィルムに生ずる密度差を表わし、ΔＤ２は同
じ２つの露光から線形化されたフィルムに生ずる対応す
る密度差を表わすとすると、

【００３８】

【数１】 によって表わされる。パラメータγは、各密度レベルに
おいてディジタル画像に適用されるコントラスト調整値
を表わす。しかしながら、Ｄ−logＥ曲線のショルダー
部及びトウ部では、勾配がゼロに近づくと、ΔＤ１は０
に近づき、コントラスト調整値は無制限に増加し、無限
大に近づく。これは、処理されるディジタル画像の雑音
特性を増幅させ、目障りな雑音を生じさせる。従って、
コントラスト調整値は、ディジタル画像中に存在する予
想雑音に感応性があるように制御される必要がある。許
される最大コントラスト調整値は、パラメータγ_maxに
よって指定される。γ_max以下のコントラスト調整値
は、徐々に１へ戻るよう低減される。その場合、Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄを最大コントラスト調整値に依存する定数で
あるとすると、以下の式、

【００３９】

【数２】 によって表わされるγ’によって、パラメータγが置き
換えられる。入力ディジタル画像中に含まれる予想雑音
量は、最適パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びγ_maxの選択
に影響を与える。

【００４０】Goodwinの方法は、γ_maxを下回るコントラ
スト調整値についてあまり複雑でない数式を与えること
によって本発明により変更されうる。γ_maxよりも小さ
いγの場合、パラメータＫが最小値１．０への関数の収
束速度を与える場合、以下の式、

【００４１】

【数３】 によって表わされる簡単な関数的な関係によって与えら
れるγ’によって、パラメータγを置き換える。本発明
の望ましい実施例では、Ｋは０．５に設定される。

【００４２】色調スケールＬＵＴのパラメータＫ及びγ
_maxは、Lee外による米国特許第５，６３３，５１１号に
記載されるように画素データ中の雑音の自動推定から直
接導出されうる。これは、ディジタル画像の画素値に基
づいてディジタル画像の色調スケールを調整する一例で
ある。

【００４３】本発明の望ましい実施例は、雑音低減フィ
ルタ方法の選択と、色調スケール調整方法の最適パラメ
ータ値とを整合させる。表１は、雑音制御パラメータ
と、実行される雑音低減量及び実行される色調スケール
調整量を制御する対応するパラメータを示す。特に、雑
音制御パラメータ値が１である場合、１１×１１の窓サ
イズを有するシグマフィルタ雑音フィルタが用いられ、
Ｓfacパラメータは１．２５に設定され、γ_max色調スケ
ールパラメータは４に設定される。雑音制御パラメータ
値が２である場合、１１×１１の窓サイズを有するシグ
マフィルタ雑音フィルタが用いられ、Ｓfacパラメータ
は１．５に設定され、γ_max色調スケールパラメータは
６に設定される。雑音制御パラメータ値が３である場
合、３×３画素の窓サイズを有するメディアンフィルタ
が用いられ、γ_max色調スケールパラメータは８に設定
される。

【００４４】

【表１】 図１０は、図８に示される色調スケール調整プロセッサ
に含まれるＬＵＴ３４、３６、３８を表わす色調スケー
ル調整曲線４２、４４、４６の族の一例を示す図であ
る。これらは、０％の補正（直線によって表わされる
か、又は、γ_maxは１に等しい）から１００％の補正
（フィルム感光度の制限のない反転）までの範囲であ
る。

【００４５】図１１は、色調スケール調整ＬＵＴが連続
色調スケール調整関数発生器４８によって構築される本
発明の他の実施例を示す図である。この場合、色調スケ
ール調整ＬＵＴの離散した予め定義されたインスタンス
を与えるのではなく、ＬＵＴは雑音制御パラメータに基
づいて各処理されたディジタル画像のために発生され
る。色調スケール調整関数発生器４８は、ディジタル画
像入力に適用されるＬＵＴが予め定義されていないこと
を除き、本発明の望ましい実施例において色調スケール
調整ＬＵＴを計算するのと同じ方法を用いる。

【００４６】本発明は、スキャナ、ディジタル画像を処
理するようプログラムされたコンピュータ、及び、サー
マルプリンタ又はインクジェットプリンタ等の出力装置
といったディジタル画像のソースを含む画像処理システ
ムにおいて実施されることが望ましい。本発明の方法
は、本発明の方法の段階を実施するためのコンピュータ
コードを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
を含むコンピュータプログラム製品として販売されう
る。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例えば、
磁気ディスク（例えばフロッピー（登録商標）ディス
ク）又は磁気テープといった磁気記憶媒体、光ディスク
又は光テープといった光記憶媒体、バーコード、ランダ
ムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み出し専用メモリ
（ＲＯＭ）といった固体電子記憶装置、又は、コンピュ
ータプログラムを記憶するために使用される任意の他の
物理的な装置又は媒体を含みうる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、複雑なデータ処理を必
要とすることなく、雑音低減と色調スケール調整値との
間で最適な均衡が達成されるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するのに適した画像処理システム
を示すブロック図である。

【図２】本発明による画像処理方法を示すブロック図で
ある。

【図３】追加的な処理を含む本発明による画像処理方法
を示すブロック図である。

【図４】追加的な処理を含む本発明による画像処理方法
を示すブロック図である。

【図５】追加的な処理を含む本発明による画像処理方法
を示すブロック図である。

【図６】本発明の雑音低減処理を示すブロック図であ
る。

【図７】本発明の望ましい実施例によって使用されるシ
グマフィルタの入力及び出力を示すブロック図である。

【図８】本発明の色調スケール調整方法を示すブロック
図である。

【図９】望ましい色調スケール調整を示すグラフであ
る。

【図１０】色調スケール調整値の族を示すグラフであ
る。

【図１１】本発明の色調調整方法の他の実施例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０ 画像捕捉装置 １２ ディジタル画像プロセッサ １４ 出力装置 １６ モニタ １８ キーボード ２０ 雑音低減プロセッサ ２２ 色調スケール調整プロセッサ ２６ 雑音低減選択器 ２８ シグマフィルタ ３０ メディアンフィルタ ３２ 色調スケール選択器 ３４ 色調スケールＬＵＴ ３６ 色調スケールＬＵＴ ３７ 色調スケールＬＵＴ ４０ 色調スケールアプリケータ ４８ 色調スケール調整関数発生器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）雑音制御パラメータを指定する段
   階と、 （ｂ）ディジタル画像中の雑音を低減させるために上記
   ディジタル画像を処理するための雑音制御パラメータを
   使用する段階と、 （ｃ）上記ディジタル画像の色調スケールを調整するた
   めに上記ディジタル画像を処理するための雑音制御パラ
   メータを使用する段階とを含む、 ディジタル画像を処理する方法。
2. 【請求項２】 上記色調スケールは、上記雑音制御パラ
   メータを用いて複数の色調スケールＬＵＴから１つを選
   択し、上記選択されたＬＵＴを上記ディジタル画像に適
   用することによって調整される、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 上記色調スケールの調整は、色調スケー
   ル調整関数を生成しこれを上記ディジタル画像に適用す
   るために、上記雑音制御パラメータに応答的である、請
   求項１記載の方法。