JP2006115445A - 画像処理装置、画像処理プログラム、電子カメラ、および画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本発明の画像処理装置は、輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号と複数の色差に関する入力信号を受け、該複数の色差に関する入力信号に依存させて信号Zを作成する信号作成手段と、この信号Zを用いて変換ゲインk(Z)を作成するゲイン作成手段と、該明るさ信号に該変換ゲインk(Z)を乗じて、階調変換された明るさ信号を算出する階調変換手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
または、本発明は、電子カメラやデジタル画像処理ソフトなどに利用可能における画像処理技術に関する。
または、本発明は、デジタル画像のソフトコピー及びハードコピー装置などに利用可能な画像処理技術に関する。
Y=0.3・R+0.59・G+0,11・B
を用い、ガンマ変換特性fとして、変換後の輝度信号をY’=f(Y)で求め、
変換ゲインKを
K(Y)=f(Y)/Y
として、変換後のR’、G’、B’を、
R’=K(Y)・R、 G’=K(Y)・G、 B’=K(Y)・B
で求めている。
しかしながら、米国特許第6,677,959号明細書ではR,G,B色空間での処理は説明されているが、YCrCb空間で最適な処理方法は説明されていない。
また、本発明は、この信号Zを用いることで、色飽和などの弊害の少ない階調変換を行う技術を提供する。
本発明の画像処理装置は、輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号と複数の色差に関する入力信号を受け、
1)複数の色差に関する入力信号に依存させて信号Zを作成する信号作成手段と、
2)この信号Zを用いて変換ゲインk(Z)を作成するゲイン作成手段と、
3)明るさ信号あるいはその線形変換信号に変換ゲインk(Z)を乗じて、階調変換された明るさ信号を算出する階調変換手段とを備えたことを特徴とする。
なお好ましくは、明るさ信号はいわゆる輝度関数であり、複数の色差はいわゆる色差Cr、Cbである。
また好ましくは、明るさ信号はいわゆるCIELabの関数Lもしくはその変形であり、複数の色差はそれぞれa,bである。
なお好ましくは、信号作成手段は、複数の色差に関する入力信号をC1,C2とし、輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号をVとするとき、信号Zを、Z=V+w1・C1+w2・C2で、w1,w2の値をC1、C2の値に依存させて変更して算出する。
また好ましくは、信号作成手段は、複数の色差に関する入力信号をC1,C2とし、輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号をVとするとき、信号Zを、Z=V+w3・|C1|+w4・|C2| (ただし、w3,w4は所定定数)で算出する。
なお好ましくは、階調変換手段は、複数の色差に関する入力信号をC1,C2とし、階調変換後の色差をC1’,C2’とするとき、C1’=k(Z)・C1、C2’=k(Z)・C2により算出するか、あるいは、C1’=k1(Z)・C1、C2’=k1(Z)・C2により算出する
(ただし、k1(Z)は、Zに関して単調に変化する関数をt(Z)として、k1(Z)=k(Z)・t(Z)あるいは k1(Z)=k(t(Z))である。)
ことを特徴とする。
本発明の別の画像処理装置は、
1)R、G、B入力信号から信号Zを
Y=a1・R+a2・G+a3・B、
Cr=R−Y、
Cb=B−Yとして
Z=Y+w3・|Cr|+w4・|Cb| (ただし、w3,w4は所定定数)
で算出するか、あるいは、
Cr、Cbの大小関係に依存させて、w1,w2の値を変更して
Z=Y+w1・Cr+w2・Cbで算出する信号作成手段と、
2)この信号Zを用いてZの関数として変換ゲインk(Z)を作成するゲイン作成手段と
3)この変換ゲインを用いて変換されたR’、G’、B’信号を
R’=k(Z)・R、
G’=k(Z)・G、
B’=k(Z)・B、
により算出する階調変換手段と
を備えたことを特徴とする。
本発明の画像処理プログラムは、コンピュータを、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の信号作成手段、ゲイン作成手段、および階調変換手段として機能させる。
本発明の電子カメラは、上記[1]〜[7]のいずれか1項に記載の画像処理装置と、被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部とを備える。さらに、この電子カメラは、撮像部で生成した画像信号を、画像処理装置に入力して階調変換を実施することを特徴とする。
本発明の画像処理方法は、輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号と複数の色差に関する入力信号を受けて、次のステップを実施する。
1)該複数の色差に関する入力信号に依存させて信号Zを作成するステップ
2)この信号Zを用いて変換ゲインk(Z)を作成するステップ
3)該明るさ信号もしくはその線形変換信号に該変換ゲインk(Z)を乗じて、階調変換された明るさ信号を算出するステップ
本発明の別の画像処理方法は、次のステップを実施する。
1)R、G、B入力信号から信号Zを
Y=a1・R+a2・G+a3・B、
Cr=R−Y、
Cb=B−Yとして
Z=Y+w3・|Cr|+w4・|Cb| (ただし、w3,w4は所定定数)
で算出するか、あるいは、
Cr、Cbの大小関係に依存させて、w1,w2の値を変更して
Z=Y+w1・Cr+w2・Cbで算出するステップ
2)この信号Zを用いてZの関数として変換ゲインk(Z)を作成するステップ
3)この変換ゲインを用いて変換されたR’、G’、B’信号を
R’=k(Z)・R、
G’=k(Z)・G、
B’=k(Z)・B、
により算出するステップ
この信号Zを尺度にして階調変換を実施した場合、階調変換後の飽和現象などを低減することができる。
図1は、画像処理装置11の構成を示すブロック図である。
図1において、処理対象の画像信号は、信号作成部12および階調変換部14に入力される。この信号作成部12では、入力される画像信号から色差を含む信号Zを画素単位に生成し、この信号Zをゲイン作成部13へ出力する。ゲイン作成部13は、この信号Zを予め定められた階調変換カーブk(ガンマカーブ、硬調カーブ、軟調カーブなど・・)に当てはめて、変換ゲインk(Z)を画素単位に求める。この変換ゲインk(Z)は、画素単位に階調変換部14に与えられる。階調変換部13は、階調変換を施す画像信号の成分に、画素単位に決定される変換ゲインk(Z)を乗じることにより、画像信号の階調変換処理を実施する。画像処理装置11は、この階調変換後の画像信号を出力する。
入力画像がY,Cb,Crの場合、これはR,G,Bから次の関係式で定められている。
Y=0.299・R+0.5870・G+0.1140・B
Cr=0.5・B-0.3316・G-0.1684・R
Cb=0.5・R-0.4187・G-0.0813・B
変換ゲインk(Z)を決めるパラメータZは、入力のY,Cb,Cr値(図2のS1に対応)を用いて、RGBの大小判定を行うための条件値d1,d2,d3を求める。
R-G=d1=2.1159・Cr+0.3441・Cb
R-B=d2=1.4032・Cr-1.7718・Cb
G-B=d3=-0.7127・Cr-2.1159・Cb
なお、条件値d1,d2,d3は正負判定を行うだけなので、乗算回数を減らす為に、CrかCbの一方の係数を1にするのがよい、例えば
d1=Cr+0.1626・Cb
d2=Cr−1.2627・Cb
d3=−Cr−2.9688・Cb
とすることが好ましい。
w1=0,w2=0,
if d1>=0 then begin if d2>=0 then w1=1.402
else w2=1.7718 ; end
else begin if d3>=0 then begin w1=-0.7139 ; w2=-0.3441 ; end
else w2=1.7718 ; end;
の条件判別に基づいて、信号Zの算出に使用する係数w1,w2を決定する。この係数w1,w2を用いて、信号Zは、
Z=Y+w1・Cr+w2・Cb
となる(図2のS2に対応)。
この信号Zを用いて、予め定められた階調変換特性(例えばγカーブ、S字カーブなど)の入出力比に該当する変換ゲインk(Z)を求める(図2のS3に対応)。図3は、この変換ゲインk(Z)の例を示す図である。
Y’=k(Z)・Y、 Cr’=k(Z)・Cr、 Cb’=k(Z)・Cbにより、階調変換後の画像信号Y’Cb’Cr’を算出する(図2のS4に対応)。
なお、画像によっては階調変換後に、彩度が高くなりすぎるもしくは低くなりすぎる場合がある。その場合は色差には輝度とは別の変換ゲインk1(Z)を用いて変換するのが良い。この場合
Y’=k(Z)・Y、
C1’=k1(Z)・C1、
C2’=k1(Z)・C2、
により算出する。
k1(Z)=k(Z)・T(Z)あるいは k1(Z)=k(T(Z))
で求める。
図4は、この関数T(Z)の2つの例を示す図である。
なお、この実施形態ではY、Cr、Cbの場合を述べたが、他の輝度色差座標系の場合でも適当に係数を決めれば同様の処理が可能である。例えばCIELab座標系で計算する場合Yの代わりにL、Crの代わりにa、Cbの代わりにbを用いる事ができる。勿論、係数は上述の場合と異なってくる。
第2実施形態の画像処理装置は、第1実施形態(図1)と同じ構成のため、ここでの説明を省略する。
ここでは、入力画像がY,Cb,Crの場合で、実施形態1を更に簡単化した場合について述べる。
この場合、適当な係数w3,w4を用いて、
Z=Y+w3・|Cr|+w4・|Cb|
とする。この係数w3,w4は、階調変換時の飽和現象に、彩度(色の濃さ)がどの程度影響するかを表す係数であり、テスト画像の階調変換などから実験的または理論的に決定することができる。
この場合、信号Zは、RGBいずれかの大きな値を反映した値となる。すなわち、信号Zは、低彩度の画素(R≒G≒B)については『明るさ』を示す値となり、高彩度の画素については『突出した色成分の値』すなわち『色の濃さ』を反映した値となる。
このように、RGBの値の大きいものを主体に階調変換の明るさパラメータZを決め、これに基づいてゲインを決めるので、階調変換結果がRGBの色域範囲から外に出る場合が、単純にYを用いてゲインを設定する場合に比べて大幅に減少し、有効な階調変換結果を得ることが出来る。
なお、この実施形態ではY、Cr、Cbの場合を述べたが、他の輝度色差座標系の場合でも、その輝度色差座標系に応じて係数w3,w4を設定すれば同様の処理が可能である。例えばCIELab座標系で計算する場合Yの代わりにL、Crの代わりにa、Cbの代わりにbを用いる事ができる。
以下、信号ZとRGB色立方体との関係を説明する。
図6は、RGB色立方体の斜視図である。
図7〜図9では、説明を簡明にするため、RGB色立方体のCb=0の断面について示す。
図7では、輝度信号Yを尺度にして、輝度Yを点Aから点Bへ階調変換を行っている。この場合、R軸に近い高彩度な点A’は、RGB色立方体を飛び出した点B’に変換され、色飽和が生じてしまう。
G≦Zmax/Z
階調変換後に、RGB色立方体内にある点がRGB色立方体外に飛び出すことはない。
また、w3の決め方によっては、一部がRGB色立方体の外に出るケースが想定される。しかしながら、輝度信号Yを尺度にして階調変換を実施する場合(図7参照)に比べれば十分に色飽和が少なく、本発明の効果を失うものではない。
この図9には、更にCrの正負判別によって、Crに乗ずる信号Zの係数a1,−a2を変更する場合を示す。このように係数a1,−a2を変更することにより、上限値Zmax付近における等Z線(面)をRGB色立方体の境界面形状に一段と近づけることができる。この信号Zを尺度に用いることで、階調変換後にRGB色立方体内の点がRGB色立方体外に飛び出さず、かつ階調変換ゲインGの選択範囲をぎりぎりまで拡げることができる。
また、図9[b]の条件表に示すように、Cbが0でない場合についても、Cr,Cbの正負の条件で、係数w1,w2の値を変更してもよい。このような変化により、等Z面をRGB色立方体の境界面形状に一段と近づけることができる。
なお、ここではRGB色立方体の境界面と概略平行な面を有する等Z面になるように、信号Zの定義式のパラメータを決定しているが、実際的には、多数の変換画像を用いた実験結果に基づいて、適当な信号Zの係数を設定することが好ましい。
次に、別の実施形態について説明する。
第3実施形態は、電子カメラの実施形態である。
図10は、本実施形態の構成を示すブロック図である。
図10において、電子カメラ11には、撮影レンズ12が装着される。この撮影レンズ12の像空間には、撮像素子13の受光面が配置される。この撮像素子13は、タイミングジェネレータ22bの出力パルスによって動作が制御される。
このバッファメモリ17は、バス18に接続される。このバス18には、画像処理部19、カードインターフェース20、マイクロプロセッサ22、圧縮伸張部23、および画像表示部24が接続される。この内、カードインターフェース20は、着脱自在なメモリカード21に対するデータの読み書きを行う。また、マイクロプロセッサ22には、電子カメラ11のスイッチ群22aからユーザー操作の信号が入力される。さらに、画像表示部24は、電子カメラ11の背面に設けられたモニタ画面25に画像を表示する。
このような構成の電子カメラ11は、マイクロプロセッサ22および画像処理部19において、第1〜第2の実施形態の階調変換処理を実行する。
このような階調変換処理は、撮像時の画像データに対して実施してもよいし、メモリカード21に保存された画像データに対して後から実施してもよい。
なお、上述した実施形態の階調変換処理を、コンピュータ上で実現することもできる。この場合、画像処理プログラムを用いて、コンピュータを、第1〜第2の実施形態における信号作成部12、ゲイン作成部13、および階調変換部14として機能させればよい。
11 画像処理装置
12 信号作成部
13 ゲイン作成部
14 階調変換部
Claims (11)
- 輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号と複数の色差に関する入力信号を受け、
1)該複数の色差に関する入力信号に依存させて信号Zを作成する信号作成手段と、
2)この信号Zを用いて変換ゲインk(Z)を作成するゲイン作成手段と、
3)該明るさ信号もしくはその線形変換信号に該変換ゲインk(Z)を乗じて、階調変換された明るさ信号を算出する階調変換手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
該明るさ信号はいわゆる輝度関数であり、複数の色差はいわゆる色差Cr、Cbである
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
該明るさ信号はいわゆるCIELabの関数Lもしくはその変形であり、複数の色差はそれぞれa,bである
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記信号作成手段は、該複数の色差に関する入力信号をC1,C2とし、該輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号をVとするとき、該信号Zを、Z=V+w1・C1+w2・C2で、w1,w2の値をC1、C2の値に依存させて変更して算出する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記信号作成手段は、該複数の色差に関する入力信号をC1,C2とし、該輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号をVとするとき、該信号Zを、Z=V+w3・|C1|+w4・|C2| (ただし、w3,w4は定数)で算出する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記階調変換手段は、
該複数の色差に関する入力信号をC1,C2とし、階調変換後の色差をC1’,C2’とするとき、C1’=k(Z)・C1、C2’=k(Z)・C2により算出するか、あるいは、C1’=k1(Z)・C1、C2’=k1(Z)・C2により算出する
(ただし、k1(Z)は、Zに関して単調に変化する関数をT(Z)として、k1(Z)=k(Z)・T(Z)あるいは k1(Z)=k(T(Z))である。)
ことを特徴とする画像処理装置。 - 1)R、G、B入力信号から信号Zを
Y=a1・R+a2・G+a3・B、
Cr=R−Y、
Cb=B−Yとして
Z=Y+w3・|Cr|+w4・|Cb| (ただし、w3,w4は所定定数)
で算出するか、あるいは、
Cr、Cbの大小関係に依存させて、w1,w2の値を変更して
Z=Y+w1・Cr+w2・Cbで算出する信号作成手段と、
2)この信号Zを用いてZの関数として変換ゲインk(Z)を作成するゲイン作成手段と
3)この変換ゲインを用いて変換されたR’、G’、B’信号を
R’=k(Z)・R、
G’=k(Z)・G、
B’=k(Z)・B、
により算出する階調変換手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - コンピュータを、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の前記信号作成手段、前記ゲイン作成手段、および前記階調変換手段として機能させるための画像処理プログラム。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部とを備え、
前記撮像部で生成した画像信号を、前記画像処理装置に入力して階調変換を実施する
ことを特徴とする電子カメラ。 - 輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号と複数の色差に関する入力信号を受け、
1)該複数の色差に関する入力信号に依存させて信号Zを作成するステップと、
2)この信号Zを用いて変換ゲインk(Z)を作成するステップと、
3)該明るさ信号もしくはその線形変換信号に該変換ゲインk(Z)を乗じて、階調変換された明るさ信号を算出するステップと
を備えたことを特徴とする画像処理方法。 - 1)R、G、B入力信号から信号Zを
Y=a1・R+a2・G+a3・B、
Cr=R−Y、
Cb=B−Yとして
Z=Y+w3・|Cr|+w4・|Cb| (ただし、w3,w4は所定定数)
で算出するか、あるいは、
Cr、Cbの大小関係に依存させて、w1,w2の値を変更して
Z=Y+w1・Cr+w2・Cbで算出するステップと、
2)この信号Zを用いてZの関数として変換ゲインk(Z)を作成するステップと
3)この変換ゲインを用いて変換されたR’、G’、B’信号を
R’=k(Z)・R、
G’=k(Z)・G、
B’=k(Z)・B、
により算出するステップと
を備えたことを特徴とする画像処理方法。
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