JP2004040371A - 信号処理装置及び信号処理方法およびプログラムおよび記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】色相および彩度および輝度に応じて最適な輝度補正を行えるようにする。
【解決手段】撮像素子から出力される画像信号の輝度を色相に応じて補正する機能を有する信号処理装置であって、色相を判別して色情報信号を出力する色情報判別回路５０９と、色情報信号と輝度信号とに基づいて輝度信号の補正量を設定する輝度信号補正回路５１３〜５１５とを具備する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像データに対して、色相・彩度などの色情報に応じて輝度信号補正を行なう技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の撮像装置における輝度信号作成例について説明する。
【０００３】
図２は従来の撮像装置の信号処理ユニットの構成を示すブロック図である。ＣＣＤ撮像素子５０１からの信号は、ホワイトバランス回路５０２で白のゲインが調整され、色信号作成回路５０３で色変換マトリックスや階調変換などの処理が行われ、色差信号が作成されて出力される。
【０００４】
また、輝度信号処理として、ホワイトバランス回路５０２からの信号は、輝度信号作成回路５０４で補間やエッジ強調などが行われ、輝度信号が作成される。その後、輝度ガンマ補正回路５０５によって階調変換が行われ、輝度補正回路５０６によって輝度信号の色相に応じた輝度信号補正が行われ、輝度信号として出力される。
【０００５】
上記、従来の色相に応じた輝度信号補正方法は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂに対し、ベースクリップを行った後、それらに所定の係数をかけて、その結果を輝度信号に加算することによって補正を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手法によると色差信号が大きいと補正量が大きくなる。つまり彩度が高くなるにしたがって補正量が大きくなってしまい、輝度値にかかわらず同じ彩度値ならば同じ量の補正を行ってしまうという問題点がある。
【０００７】
たとえば同じ彩度の高輝度の赤いりんごと低輝度の赤いりんごがあったとすると、高輝度のりんごに見栄えが良くなるように輝度信号補正回路において補正を行うと、低輝度のりんごでは輝度の補正量が不足してしまうため、赤くくすんだようなりんごとなってしまうといった不具合が生じてしまう。
【０００８】
また、色差信号ＵＶにゲインをかけることによって彩度をあげると、輝度信号Ｙ値が同じであったとしても、ｓＲＧＢ色空間の定義に沿ってＣＩＥ　Ｌ＊ａ＊ｂ＊に変換するとＬ＊の値が変化してしまう。
【０００９】
この現象は特に緑の色相において顕著に起こる。たとえば、高輝度の緑の色相において色差信号によって彩度をあげると、彩度を上げなかった場合に比べてＬ＊の値が高くなり、結果として蛍光色のように非常に不自然な緑になってしまう。このことは公知のｓＲＧＢ色空間の定義式からも明らかである。
【００１０】
昨今の彩度強調を強めにおこなっている撮像処理装置において、高輝度の緑が見た目よりもＬ＊が高く、低輝度の緑においては見た目よりもＬ＊の値が暗く沈んでしまう、という傾向があり、非常に不自然な画像になってしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、色相および彩度および輝度に応じて最適な輝度補正を行えるようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる信号処理装置は、撮像手段から出力される画像信号の輝度を色相に応じて補正する機能を有する信号処理装置であって、色相を判別して色情報信号を出力する色情報判別手段と、前記色情報信号と輝度信号とに基づいて該輝度信号の補正量を設定する輝度信号補正手段と、を具備することを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる信号処理装置において、前記色情報判別手段は、少なくとも１種類以上の色差信号から前記色相を判別することを特徴としている。
【００１４】
また、この発明に係わる信号処理装置において、前記輝度信号補正手段は、色差信号であるＲ−Ｙ、Ｂ−Ｙ、Ｇ−Ｙの一部又は全てと輝度信号とに基づいて前記補正量を決定することを特徴としている。
【００１５】
また、この発明に係わる信号処理装置において、前記輝度信号補正手段は、色差信号であるＲ−Ｙ、Ｇ−Ｙ、Ｂ−Ｙに対する補正係数をα、β、γとすると、
ΔＹ１＝α×（Ｒ−Ｙ）
ΔＹ２＝β×（Ｂ−Ｙ）
ΔＹ３＝γ×（Ｇ−Ｙ）
で表される式の一部または全ての和によって前記補正量を決定することを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係わる信号処理装置において、前記補正係数α、β、γは、輝度信号Ｙに応じて決定されることを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係わる信号処理装置において、前記色情報判別手段は、所定の色相を示すベクトル（ｋＣｒ，ｋＣｂ）と画像中の色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）との内積演算を少なくとも１つ以上の色相に対して行なうことを特徴としている。
【００１８】
また、この発明に係わる信号処理装置において、前記輝度信号補正手段は、前記内積演算の結果Ｐに対する補正係数をΖとすると、
ΔＹ＝Ζ×Ｐ
で表される式によって前記補正量を決定することを特徴としている。
【００１９】
また、この発明に係わる信号処理装置において、前記色差信号は、ベースクリップされた色差信号であることを特徴としている。
【００２０】
また、この発明に係わる信号処理装置において、撮影モードを設定する撮影モード設定手段をさらに具備し、前記輝度信号補正手段における補正係数を前記撮影モードに応じて変更することを特徴としている。
【００２１】
また、この発明に係わる信号処理装置において、前記撮影モード設定手段により彩度調整を行うことが指定された場合に、前記輝度信号補正手段における補正係数を変更することを特徴としている。
【００２２】
また、この発明に係わる信号処理装置において、補正係数αは、高輝度部より低輝度部において大きくする設定されていることを特徴としている。
【００２３】
また、この発明に係わる信号処理装置において、補正係数γは、高輝度部において負の係数に設定されていることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明に係わる信号処理方法は、撮像手段から出力される画像信号の輝度を色相に応じて補正するための信号処理方法であって、色相を判別して色情報信号を出力する色情報判別工程と、前記色情報信号と輝度信号とに基づいて該輝度信号の補正量を設定する輝度信号補正工程と、を具備することを特徴としている。
【００２５】
また、本発明に係わるプログラムは、上記の信号処理方法をコンピュータに実行させることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明に係わる記憶媒体は、上記のプログラムをコンピュータ読み取り可能に記憶したことを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係わる輝度補正回路について説明する。
【００２９】
図１は本実施形態の輝度補正回路の構成図である。なお、撮像装置の信号処理部の全体ブロック構成は図２に示すものと同様であり、図２とは輝度補正回路の内部構成が異なる。
【００３０】
図１において、色差信号作成回路５０９では、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ，Ｇ−Ｙを作成する。
【００３１】
それぞれの色差信号はベースクリップ（ＢａｓｅＣｌｉｐ）回路５１０によってベースクリップされる。これにより色差信号にある微小なノイズ成分の除去をおこなう。ベースクリップされた信号はクリップ（Ｃｌｉｐ）回路５１１によってクリッピング処理を行う。なお、例えば、Ｒ−Ｙの正の部分のみを通過するようなクリッピングを行うと、主に赤の色相における輝度補正を行うこともできる。つまり、このクリップ回路５１１により補正を行う色相を限定することもできる。次に、Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ，Ｇ−Ｙの補正係数をそれぞれα，β，γとすると、上記のクリップした色差信号と補正係数を乗算機５１２によって乗算演算を行い、輝度補正量を求める。なお、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ，Ｇ−Ｙに対する補正量をそれぞれΔＹ１（＝α×（Ｒ−Ｙ）），ΔＹ２（＝β×（Ｂ−Ｙ）），ΔＹ３（＝γ×（Ｇ−Ｙ））とする。
【００３２】
その後、ΔＹ１，ΔＹ２，ΔＹ３と輝度Ｙを足すことで、色相毎の輝度値補正を行うことができる。
【００３３】
次に、補正係数設定回路５１３における、Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ，Ｇ−Ｙの補正係数α，β，γの導出方法について述べる。
【００３４】
図３は輝度補正係数を算出する特性の例を示した例である。
【００３５】
本実施形態では、例えばＲ−Ｙの係数は、高輝度部においてはα＝０．０、中輝度〜低輝度部においてはα＝０．１となるように設定を行う。
【００３６】
このように、低輝度の赤の色相においては係数αを正にして輝度を上げる方向に補正することで低輝度部における赤のくすみを解消させている。
【００３７】
また、同様に緑においても、低輝度では係数γを正にして輝度を上げる方向の補正を行い、高輝度部においては係数γを負にして輝度を下げる方向の補正を行う。このように設定することで、緑の色相における高輝度部の蛍光色化が抑制され、かつ、低輝度部が沈んだ色にならないようになる。
【００３８】
このように、色相及び輝度値及び彩度に応じて補正量を調整することができ、柔軟に輝度調整が可能となる。
【００３９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係わる輝度補正回路について説明する。
【００４０】
図４は、第２の実施形態に係わる輝度補正回路の構成を示すブロック図である。基本的な構成は第１の実施形態と同一なので説明は省略する。
【００４１】
以下、第１の実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００４２】
第２の実施形態において、補正色相設定回路５１８は、最も補正したい色相を（ｋＣｒ，ｋＣｂ）の色相ベクトル形式で指定する。
【００４３】
本実施形態においては、下記３種類の色相において補正を行うものとして説明を行う。
【００４４】
色相１：（ｋＣｒ，ｋＣｂ）＝（１，０）
色相２：（ｋＣｒ，ｋＣｂ）＝（０，１）
色相３：（ｋＣｒ，ｋＣｂ）＝（−１，−１）
とする。
【００４５】
この例では、色相１は赤の色相、色相２は青の色相、色相３は緑の色相をあらわしている。もちろん、色相数は可変であっても良いし、多くても少なくても良い。
【００４６】
次に内積演算回路５１７により、上記の設定された補正色相ベクトルと色差信号の内積演算を行う。本実施形態においては、
色相１：（１，０）・（Ｃｒ，Ｃｂ）＝Ｃｒ
色相２：（０，１）・（Ｃｒ，Ｃｂ）＝Ｃｂ
色相３：（−１，−１）・（Ｃｒ，Ｃｂ）＝−Ｃｒ−Ｃｂ
となり、第１の実施形態と完全に同じではないが、ほぼ同様の色相指定であるといえる。
【００４７】
内積演算した結果は、第１の実施形態と同様にベースクリップ及びクリップ等の処理が行われ、補正係数をかけられて、輝度補正が行われる。この過程は第１の実施形態と同様である。
【００４８】
このようにすることにより、補正したい色相を自由に設定することが可能となる。
【００４９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係わる輝度補正回路について説明する。
【００５０】
図５は、第３の実施形態に係わる輝度補正回路の構成を示すブロック図である。基本的な構成は第２の実施形態と同一なので説明は省略する。
【００５１】
モード設定回路５２１はユーザや自動判別の結果によりモードを設定するためのものである。そのモード情報に基づいて、補正係数設定選択回路５２２が、輝度補正パラメータを補正係数候補５２３からモードに応じて選択し、補正係数設定回路５１８〜５２０に設定をすることで、輝度値補正が行われる。
【００５２】
このような設定は特にモード設定によって彩度を強調するような場合に有効になる。
【００５３】
図６は標準の場合の輝度補正設定例である。また、図７は彩度を強調したい場合の輝度補正設定例を示す。
【００５４】
本実施形態は第２の実施形態の回路構成を基本として説明したが、第１の実施形態の回路構成に基づいて行っても良いことは言うまでもない。
【００５５】
【他の実施形態】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【００５６】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００５７】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００５８】
以上説明したように、第１の実施形態においては、色相、彩度、輝度値に応じて最適な輝度補正を行うことが可能となる。
【００５９】
また、第２の実施形態においては、第１の実施形態に加え、補正する色相を自由に設定することが可能となる。
【００６０】
また、第３の実施形態においては、第１の実施形態または第２の実施形態の回路構成を用い、モード、特に彩度方向のモードが設定された場合に、色相・彩度・輝度値に応じて輝度補正することが可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、色相および彩度および輝度に応じて最適な輝度補正を行えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる輝度補正回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態で用いる全体の信号処理ブロック図である。
【図３】輝度補正係数特性グラフの一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる輝度補正回路の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係わる輝度補正回路の構成を示すブロック図である。
【図６】標準状態での輝度補正係数特性グラフの一例を示す図である。
【図７】彩度を強調する場合の輝度補正係数特性グラフの一例を示す図である。
【符号の説明】
５０１　撮像素子
５０２　ホワイトバランス回路
５０３　色信号作成回路
５０４　輝度信号作成回路
５０５　Ｙガンマ作成回路
５０６　輝度補正回路
５０９　色差信号作成回路
５１０　ベースクリップ作成回路
５１１　クリップ作成回路
５１２　乗算機
５１３　Ｒ−Ｙ補正係数設定回路
５１４　Ｂ−Ｙ補正係数設定回路
５１５　Ｇ−Ｙ補正係数設定回路
５１６　加算機
５１７　内積演算回路
５１８　色相１用補正色相設定回路
５１９　色相２用補正係数設定回路
５２０　色相３用補正係数設定回路
５２１　モード設定回路
５２２　補正係数設定選択回路
５２３　補正係数候補

Claims (15)

1. 撮像手段から出力される画像信号の輝度を色相に応じて補正する機能を有する信号処理装置であって、
   色相を判別して色情報信号を出力する色情報判別手段と、
   前記色情報信号と輝度信号とに基づいて該輝度信号の補正量を設定する輝度信号補正手段と、
   を具備することを特徴とする信号処理装置。
2. 前記色情報判別手段は、少なくとも１種類以上の色差信号から前記色相を判別することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記輝度信号補正手段は、色差信号であるＲ−Ｙ、Ｂ−Ｙ、Ｇ−Ｙの一部又は全てと輝度信号とに基づいて前記補正量を決定することを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
4. 前記輝度信号補正手段は、色差信号であるＲ−Ｙ、Ｇ−Ｙ、Ｂ−Ｙに対する補正係数をα、β、γとすると、
   ΔＹ１＝α×（Ｒ−Ｙ）
   ΔＹ２＝β×（Ｂ−Ｙ）
   ΔＹ３＝γ×（Ｇ−Ｙ）
   で表される式の一部または全ての和によって前記補正量を決定することを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
5. 前記補正係数α、β、γは、輝度信号Ｙに応じて決定されることを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
6. 前記色情報判別手段は、所定の色相を示すベクトル（ｋＣｒ，ｋＣｂ）と画像中の色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）との内積演算を少なくとも１つ以上の色相に対して行なうことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
7. 前記輝度信号補正手段は、前記内積演算の結果Ｐに対する補正係数をΖとすると、
   ΔＹ＝Ζ×Ｐ
   で表される式によって前記補正量を決定することを特徴とする請求項６に記載の信号処理装置。
8. 前記色差信号は、ベースクリップされた色差信号であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
9. 撮影モードを設定する撮影モード設定手段をさらに具備し、前記輝度信号補正手段における補正係数を前記撮影モードに応じて変更することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の信号処理装置。
10. 前記撮影モード設定手段により彩度調整を行うことが指定された場合に、前記輝度信号補正手段における補正係数を変更することを特徴とする請求項９に記載の信号処理装置。
11. 補正係数αは、高輝度部より低輝度部において大きくする設定されていることを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
12. 補正係数γは、高輝度部において負の係数に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
13. 撮像手段から出力される画像信号の輝度を色相に応じて補正するための信号処理方法であって、
    色相を判別して色情報信号を出力する色情報判別工程と、
    前記色情報信号と輝度信号とに基づいて該輝度信号の補正量を設定する輝度信号補正工程と、
    を具備することを特徴とする信号処理方法。
14. 請求項１３に記載の信号処理方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
15. 請求項１４に記載のプログラムをコンピュータ読み取り可能に記憶したことを特徴とする記憶媒体。

Images