JP2004166182A - ホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法 - Google Patents

Abstract

【目的】ＹＩＱ色座標の物理特性を利用して偏差推定を簡略化し、色温度変化による影響を受けないホワイトバランスポイントの偏差推定方法を提供する。
【解決手段】画像センサーに基づいて、白点平面の法線方向がＹＩＱ色座標のＹＱ平面およびＹＩ平面のうち１つとの間に第１角度を有し、法線方向が元のＹ軸との間に第２角度を有する白点平面を決定するステップと、第１・２角度に基づき座標回転して、法線方向が回転したＹＩＱ色座標のＹ軸方向と一致することにより白点平面が回転後のＹ軸と垂直となり、かつ白点Ｙ座標値を有するステップと、ＹＩＱ色座標が記述するＹＩＱ画像データを得るステップと、第１・２角度に基づき、同様な座標回転演算を行って、ＹＩＱ画像データを回転後のＹＩＱ色座標にまで回転させるとともに、１つの画像Ｙ座標値を得るステップと、画像Ｙ座標値と白点Ｙ座標値との差値を計算して白点偏差を推定するステップとから構成される。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像彩度の補正技術に関し、特に、カラー画像感知手段のホワイトバランスポイント補正に用いられる、ホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像処理および感知撮影技術の発展、そして、情報流通方式の変革にともない、今日の日常生活においては、画像撮影装置が欠くことのできない情報ツールとなっている。例えば、撮影された画像を、別な場所で改めて放映鑑賞することができたり、デジタル画像撮影技術の発展により、画像が画素を単位として、デジタル方式で保存ならびに表示することができたりする。さらに、いくつかのデジタル画像撮影装置、例えば、デジタルカメラまたはデジタルビデオなどの画像撮影装置も日増しに普遍的なものとなっている。従って、カラー画像が、日常生活において、回避することのできない情報となっている。
【０００３】
カラー画像については、基本的に３原色である赤Ｒと緑Ｇと青Ｂとが混合されて構成されるものである。黒体放射効果を考慮しなければ、図１に示したように、ＲＧＢ色座標により記述する時、等量の赤Ｒと緑Ｇと青Ｂとを混合した後の光が白点を構成する。そして、異なる混合組成により、異なる色彩が発生する。白点（１，１，１）および黒点（０，０，０）の沿線については、グレイラインで表示される。
【０００４】
しかしながら、実際の画像センサーの特性を考慮する時、白点について、図１では記述することができない。画像センサーの特性として、センサーを構成するハードウェアおよび色彩に対する反応（ｒｅｓｐｏｎｓｅ）の程度の差異などが含まれるからである。また、センサーが異なる光源、例えば自然光あるいは人工光源において、色温度（ｃｏｌｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の影響を受けて、異なる色彩反応が発生するからである。例えば、光源の色温度が２８５０Ｋと低くなると、彩度が橙色へ向かう傾向を示し、光源の色温度が８５００Ｋと高くなると、彩度が藍色へ向かう傾向を示す。このような彩度偏差により、いずれも色彩の忠実度を失う結果となる。
【０００５】
従って、どのようにして各色温度における白点を正確に探し出し、現在の彩度とホワイトバランスポイントとの偏差程度を推定して、色彩を補正するかが色彩補正のポイントの１つとなっている。
【０００６】
従って、彩度理論が研究発展した後には、多くの異なる色座標が提案されて、異なる特性につき彩度を記述している。よく見かける色座標としては、ＲＧＢ色座標のほかに、ＣＹＭ，ＣＹＭＫ，ＨＳＩ，ＨＳＶ，ＹＣｂＣｒ，ＹＵＶ，ＹＩＱなどの色座標があり、相互間で一定の変換マトリックスにより変換を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ホワイトバランスの問題を解決するために、従来技術においては、一般にＹＣｂＣｒ色座標を採用して彩度分析を行っている。そして、一般に、ＪＰＥＧ画像は、ＹＣｂＣｒ色座標の記述により、比較的良好な圧縮効果が得られる。ＹＣｂＣｒ色座標（Ｙ：明度 ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ、Ｃｂ：青色成分 ｂｌｕｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ、Ｃｒ：赤色成分 ｒｅｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）において、その白点の特性は、図２に示したように、その白点の色温度にともなう変化が湾曲した曲面で記述されることである。ある明度について言えば、高い色温度から低い色温度へが曲線であり、異なる明度の時には曲線の湾曲状況が絶えず変化するので、不規則な曲面を構成するものとなる。ＹＣｂＣｒ色座標において、１つの数式によりこの白点曲面を記述することは、容易なことではない。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、ＹＩＱ色座標の物理特性を利用してホワイトバランスポイントの偏差推定を簡略化するとともに、環境の色温度変化による影響を受けない、ホワイトバランスポイントの偏差推定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、所望の目的を達成するために、この発明にかかるホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法は、画像センサーの特性に基づき、ＹＩＱ色座標の１白点平面を決定するものであって、白点平面の法線方向がＹＩＱ色座標のＹＱ平面およびＹＩ平面のうち１つとの間に第１角度を有し、法線方向が元のＹ軸との間に第２角度を有するステップと、第１角度ならびに第２角度に基づき、座標回転演算を行って、回転後のＹＩＱ色座標を得るものであって、法線方向が回転後のＹＩＱ色座標のＹ軸方向と一致することにより、白点平面が回転後のＹ軸と垂直となり、かつ白点Ｙ座標値を有するステップと、ＹＩＱ色座標が記述するＹＩＱ画像データを得るステップと、第１角度ならびに第２角度に基づき、同様な座標回転演算を行って、ＹＩＱ画像データを回転後のＹＩＱ色座標にまで回転させるとともに、１つの画像Ｙ座標値を得るステップと、画像Ｙ座標値と白点Ｙ座標値との差値を計算して、白点偏差を推定するステップとから構成される。
【００１０】
同様に、この発明にかかるホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法は、単一平面上に色温度関数として配置される複数個の白点平面を有する第１色座標を選択するステップと、第１色座標を１つの選択された軸に垂直な白点平面にまで回転させて、白点が前記選択された軸の実質的に同一な座標値を有するものとするステップと、変換された１つの色彩点につき選択された軸の１座標値を得るステップと、白点の前記座標値および選択された軸間の差値により白点偏差を得るステップとから構成される。
【００１１】
同じく、この発明にかかるホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法は、画像センサーの特性に基づき、ＹＩＱまたはＹＵＶ色座標の１白点平面を決定するものであって、白点平面が法線方向を有するステップと、回転演算を行い、白点平面の法線をＹＩＱまたはＹＵＶ色座標の１座標軸に向けるものであって、白点平面が座標軸に垂直かつ１つの白点１次元座標値を有するステップと、ＹＩＱまたはＹＵＶ色座標に記述されるＹＩＱまたはＹＵＶ画像データを得るステップと、同様に回転演算を行って、ＹＩＱまたはＹＵＶ画像データを回転させるとともに、画像１次元座標値を得るステップと、画像１次元座標値ならびに白点１次元座標値間の差値を計算して、白点偏差を推定するステップとから構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
この発明の主要な特徴の１つは、ＹＩＱ色座標のホワイトバランスポイントに対する物理特性を利用して、ホワイトバランスポイントの偏差推定を簡略化するとともに、環境の色温度変化による影響を受けない、ホワイトバランスポイントの偏差推定方法を提供することである。
【００１３】
既に、ホワイトバランスポイントの色彩に対する重要性については上述したが、これまでの従来技術では、補正したい彩度のホワイトバランスポイントとの偏差値を推定して補正を行う、有効かつ正確な方法が提出されていない。その主要な原因は、推定結果が色温度により変化してしまい、誤差および誤認を発生させることにある。
【００１４】
この発明は、多くの異なる色彩空間（ｃｏｌｏｒ ｓｐａｃｅ）または色座標を検討した結果、ＹＩＱ色座標には特殊な物理現象があり、利用可能であることに気が付いたものである。先ず、ＹＩＱ色座標には３軸あって、彩度の３成分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を代表しており、Ｙ軸が明度を表し、Ｉ軸が同位相成分（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を表し、Ｑ軸が直角位相成分（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を表している。ＹＩＱ色座標とＲＧＢ色座標との変換関係は、下記の数１および数２の通りである。
【００１５】
【数１】

【数２】

【００１６】
ＹＩＱ色座標は、図３に示す通りである。また、ＹＩＱ色座標に類似したものとして、ＹＵＶ色座標があるが、その差異は、Ｙ軸に沿って特定角度、つまりＩ＝０．７４Ｖ−０．２７Ｕ，Ｑ＝０．４８Ｖ＋０．４１Ｕだけ回転したものである。
【００１７】
従って、この発明は、以下に記述する特性においてもＹＵＶ色座標空間に適用できるものである。ここでは、ＹＩＱ色座標についてのみ記述するが、公知の色座標には多くの異なるフォーマットが存在しており、相互間には一定の変換関係がある。この発明は、少なくともＹＩＱまたはＹＵＶ色座標につき方法を提出するものであるが、その他の任意の色座標は、いずれもＹＩＱまたはＹＵＶ色座標に変換して、この発明にかかる推定方法を実施できるものとなる。
【００１８】
図３（ａ）において、白点は、色温度および明度の違いにより、ＹＩＱ色座標において白点平面１００を形成することができる。色温度は、直線的な色温度軸に沿って変化し、ある色温度、例えばＴ２である時に、白点と黒点とで白点グレイライン１０２を構成する。従って、これらの白点グレイライン１０２により白点平面１００が構成される。この白点平面１００は、法線方向１０４を有しており、この白点平面１００に垂直なものである。
【００１９】
白点平面１００または法線方向１０４は、ＹＩＱ色座標において傾斜を有している。この傾斜ぐあいは、画像センサーの特性パラメーターならびに操作条件によって決定されるものであり、それは、公知な方法、例えば計測により決定できる。この発明は、白点平面１００の傾斜程度を決定する必要があるが、白点平面１００をいかにして得るかは、特定の方法に限定するものではない。
【００２０】
白点平面１００の法線方向１０４は、ＹＩＱ色座標中の３軸であるＹ，Ｉ，Ｑとそれぞれ夾角を有している。白点平面１００を記述する数式には、多くのバリエーションがある。この発明においては、色温度効果を含む白点平面１００を明確な数式によりＹＩＱ色座標において表現することができる。従って、補正したい色彩画像点、例えば１つの画素または画像の１領域が、ＹＩＱ色座標において白点平面１００と一定の距離を有する時、距離の大小および方向に基づいて補正の程度を推定、あるいは任意の補正方式により補正することができる。例えば、距離に基づいて重み（ｗｅｉｇｈｔ）を与えて、統計または分析などを行うことができる。
【００２１】
この発明は、白点平面１００を得るために、ＹＩＱ色座標を利用して色彩を記述するものである。このようにして、彩度の白点偏差の推定方法は、簡略化されることができ、分析される色彩点と白点平面１００との距離を計算するだけで良いものとなる。その後、色彩補正モデルに基づいて重みを与えてから分析を行う。そして、上述した白点平面１００との距離は、３次元で計算され、その演算は少し複雑である。そこで、この発明においては、さらに簡略化する方法を提供するものである。
【００２２】
前述したように、図３（ａ）において、白点平面１００は、１つの法線方向１０４を有するが、その数学的な球面座標について言えば、α角とβ角とを有し、例えばＹ軸をＺ軸とする。一般に、Ｙ，Ｉ，Ｑのうち任意の一軸をＺ軸とすることができる。この発明にかかる図３（ａ）の方式は、１つの選択例である。また、図３（ｂ）に示したように、Ｙ軸の物理量はプラス値である。例えば、オーバーフロー（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）を防止するために、白点平面１００をＹ軸のマイナス方向へ例えば距離ｄだけオフセットすることもできる。また、回転後に再補正することもできる。これらは、いずれも設計上のバリエーションであって、白点平面１００に対する相対距離の推定に影響を及ぼすものではない。
【００２３】
図４において、色彩点と白点平面１００との距離を容易に得るために、回転演算を行って、法線方向１０４とＹ軸とを一致する方向へと調整することができる。数学的には、オイラー（Ｅｕｌｅｒ）角の回転方式により達成することができる。図４（ａ）において、Ｙ軸をα角だけ回転させるが、この時、座標をＹ′Ｉ′Ｑ′で記述する。図４（ｂ）において、Ｉ′軸をβ角だけ回転させるが、この時、座標をＹ″Ｉ″Ｑ″で記述する。また、必要があれば、さらにＹ″軸を回転させて、ＹＩＱおよびＹＵＶ間の変換を行うこともできる。但し、この発明においては、白点平面との距離を得るだけでよく、従って、ＹＩＱ色座標およびＹＵＶ色座標のいずれにも適用することができるが、３回目の回転が絶対に必要な訳ではない。
【００２４】
図４（ａ）および（ｂ）における回転を経て、法線方向１０４とＹ″軸方向とを一致した方向とする。この時、白点平面とＹ″軸とが垂直になる。図５において、白点平面１００′は、Ｉ″Ｑ″平面と平行である。白点平面１００′は、Ｙ″軸のｄ′位置５００に位置している。ここで、図３（ｂ）を参照すれば、白点平面１００′が予めＹ軸上を距離ｄだけオフセットされており、回転後にｄだけオフセットして図５のｄ′位置５００となる。もしも、ｄ＝０ならばｄ′＝０である。ｄ′は、Ｙ″軸上での白点平面１００′の位置を表している。従って、Ｙ″Ｉ″Ｑ″座標の色彩点と白点平面１００′との距離を計算する時、Ｙ″軸座標値とｄ′とを比較するだけで良い。図６において、Ｙ″軸座標上、白点平面１００′はｄ′に位置している。分析補正される色彩点は、白点平面１００′からΔｄ１またはΔｄ２だけオフセットしている。色補正モデルに基づいて、オフセットの大小および偏差方向により適切な重みを付与するが、もしもオフセットを行わなければ、ｄ′＝０である。
【００２５】
実際の演算について、以下に例を挙げると、オフセット（ｏｆｆｓｅｔ）ｄを中心点１２８に設定すれば、実際にＹＩＱを記述する数値範囲は、Ｙ＝［０， ２５５］，Ｉ＝［−１２８， １２７］，Ｑ＝［−１２８， １２７］となり、数１により次の数３を得ることができる。
【００２６】
〔数３〕
Ｙ＝（７７Ｒ＋１５０Ｇ＋２９Ｂ）／２５６
Ｉ＝（１２８Ｒ−５９Ｇ−６９Ｂ）／２５６
Ｑ＝（５２Ｒ−１２８Ｂ＋７６Ｂ）／２５６
【００２７】
次に、Ｙ軸に対して１回目の回転を数４の通り行う。
【００２８】
〔数４〕
Ｙ′＝Ｙ−１２８
Ｉ′＝Ｉｃｏｓα＋Ｑｓｉｎα
Ｑ′＝−Ｉｓｉｎα＋Ｑｃｏｓα
【００２９】
Ｑ軸に対して２回目の回転を行うとともに、距離ｄ＝１２８を数５の通り行う。
【００３０】
〔数５〕
Ｙ″＝Ｙ′ｃｏｓβ＋Ｉ′ｓｉｎβ＋１２８
Ｉ″＝−Ｙ′ｓｉｎβ＋Ｉ′ｃｏｓβ
Ｑ″＝Ｑ′
【００３１】
回転後には、白点偏差の距離を簡単な演算により得ることができるので、ハードウェアの設計において簡略化が可能となり比較器だけさえ有れば得ることができる。従って、色彩または彩度の自動補正用の回路設計を大幅に簡略化することができる。
【００３２】
以上のごとく、この発明を好適な実施形態により開示したが、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ならびに修正が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
上記構成により、この発明にかかるホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法は、少なくとも上述したＹＩＱまたはＹＵＶ色座標のホワイトバランスポイントに対する特殊な物理特性を利用して白点平面を構成することができ、しかも白点平面が色温度変化効果を含んでいるので、白点偏差程度の推定が、色彩点と白点平面との距離を計算するだけで良いものにまで簡略化することができる。また、回転演算を利用することにより距離の演算をＹ″軸上の１次元演算に変換するものであるから、ハードウェアの回路設計を簡略化することができ、正確な自動色補正機能を達成することができる。さらに、この発明は、Ｉ軸またはＱ軸をＺ軸とするものに適用することもでき、その回転方法は同一である。また、回転順序も変更可能であり、白点平面の法線方向とＺ軸との方向とを回転により一致させるだけで良い。従って、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＧＢ色座標を示す図である。
【図２】色温度により変化するＹＣｂＣｒ色座標における白点曲面を示す図である。
【図３】（ａ）は、この発明にかかるＹＩＱ色座標において形成される白点平面を示す説明図であり、（ｂ）は、その白点平面をＹ軸方向へｄだけオフセットした状態を示す説明図である。
【図４】この発明にかかる白点平面の法線方向に基づき２次元座標回転を行うメカニズムを示す説明図である。
【図５】この発明にかかる座標回転後の新しい座標空間における白点平面の位置を示す説明図である。
【図６】この発明にかかる回転後のＹ軸上での白点平面の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１００，１００′ 白点平面
１０２ 白点グレイライン
１０４ 白点平面の法線方向
５００ 白点平面のＹ″値

Claims (3)

1. 画像センサーの特性に基づき、ＹＩＱ色座標の１白点平面を決定するものであって、前記白点平面の法線方向が前記ＹＩＱ色座標のＹＱ平面およびＹＩ平面のうち１つとの間に第１角度を有し、前記法線方向が元のＹ軸との間に第２角度を有するステップと、
   前記第１角度ならびに前記第２角度に基づき、座標回転演算を行って、回転後のＹＩＱ色座標を得るものであって、前記法線方向が前記した回転後のＹＩＱ色座標のＹ軸方向と一致することにより、前記白点平面が前記した回転後のＹ軸と垂直となり、かつ白点Ｙ座標値を有するステップと、
   前記ＹＩＱ色座標が記述するＹＩＱ画像データを得るステップと、
   前記第１角度ならびに前記第２角度に基づき、同様な座標回転演算を行って、前記ＹＩＱ画像データを前記した回転後のＹＩＱ色座標にまで回転させるとともに、１つの画像Ｙ座標値を得るステップと、
   前記画像Ｙ座標値と前記白点Ｙ座標値との差値を計算して、白点偏差を推定するステップと
   を具備するホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法。
2. 単一平面上に色温度関数として配置される複数個の白点平面を有する第１色座標を選択するステップと、
   前記第１色座標を１つの選択された軸に垂直な前記白点平面にまで回転させて、前記白点が前記選択された軸の実質的に同一な座標値を有するものとするステップと、
   変換された１つの色彩点につき前記選択された軸の１座標値を得るステップと、
   前記白点の前記座標値および前記選択された軸間の差値により白点偏差を得るステップと
   を具備するホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法。
3. 画像センサーの特性に基づき、ＹＩＱまたはＹＵＶ色座標の１白点平面を決定するものであって、前記白点平面が法線方向を有するステップと、
   回転演算を行い、前記白点平面の前記法線を前記ＹＩＱまたはＹＵＶ色座標の１座標軸と垂直にするものであって、前記白点平面が前記座標軸に垂直かつ１つの白点１次元座標値を有するステップと、
   前記ＹＩＱまたはＹＵＶ色座標に記述されるＹＩＱまたはＹＵＶ画像データを得るステップと、
   同様に前記回転演算を行って、前記ＹＩＱまたはＹＵＶ画像データを回転させるとともに、画像１次元座標値を得るステップと、
   前記画像１次元座標値ならびに前記白点１次元座標値間の差値を計算して、白点偏差を推定するステップと
   を具備するホワイトバランスポイントの白点偏差推定方法。

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