JP2006121669A - 可逆の色変換を用いてモザイク状画像データをエンコードするためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 これらの新しいチャネルは、矩形サンプリンググリッドに対応するので、圧縮などの処理ステップにはるかに順応する。一実施形態では、元のモザイクパターンピクセルから新しい4チャネル色空間への変換を、整数演算で可逆にすることができる。これにより、モザイク状(例えば未加工、または未加工の電荷結合素子CCD)画像のための効率的なロスレス画像圧縮システムの実装が可能になる。
【選択図】 図5A
Description
図1に、本発明を実施することのできる適したコンピューティングシステム環境100の一例を示す。コンピューティングシステム環境100は、適したコンピューティング環境の一例にすぎず、本発明の使用または機能の範囲についていかなる限定を意図するものでもない。またコンピューティング環境100は、この例示的な動作環境100に示すコンポーネントの任意の1つまたは組合せに関していかなる依存や要件を有するものとも解釈すべきではない。
以下のセクションで、本発明によるシステムおよび方法について詳細に述べる。
本発明は、モザイク状サンプリングパターン(ベイヤーカラーフィルタアレイ[1]によって生成されるものなど)の画像ピクセル値を、矩形サンプリングパターンに対応する4つの色チャネルにマップする新しい色空間を備える。これらの新しいチャネルは、矩形サンプリンググリッドに対応するので、圧縮などの処理ステップにはるかに順応する。
・ Yチャネルは、マクロピクセル中の元の4つの値すべてのまさに平均であり、緑の貢献は50%、RおよびBの貢献は25%である。したがって、Yはルミナンスチャネル(luminance channel)と見なすことができる。つまり、Yは画像のグレースケール情報を含む。Yのダイナミックレンジは、元のG1、G2、R、Bピクセルのそれぞれのダイナミックレンジと同じである。
・ Dg、Co、Cgはすべて色チャネルである。マクロピクセルが値G1=G2=R=Bを有する場合、このマクロピクセルはまさにグレーレベルであり、Dg=Co=Cg=0である。
・ Dgは「差分緑(difference green)」チャネルである。元画像のピクセル値が平滑であるほど、望まれるように、Dgピクセルの値は小さい。
・ 以前のYCoCg色空間設計[9]と同様、Cgは「過剰緑(excess green)」チャネルである。式2でわかるように、元の緑の値は、ルミナンスY、差分緑Dg、過剰緑Cgだけから再構築することができる。Coは、オレンジのチャネルのようなものである(完全にそうではないが)。というのは、入力ピクセルがR=最大値およびB=最小値を有するときに値Coは最大であり、中間点がオレンジである赤と黄色の間の色相(color hue)(緑の値によって決まる)に対応するためである。
本発明の新しい4チャネル色空間変換の主要なアプリケーションの1つは、未加工(ベイヤーモザイク状)画像のロスレス圧縮である。このためには、元の{R,G1,G2,B}ピクセルを圧縮のために変換後の{Y,Dg,Co,Cg}ピクセルにマップできる必要があるだけでなく、圧縮後に、デコードされた{Y,Dg,Co,Cg}ピクセルを元の{R,G1,G2,B}値に正確にマップし直す必要がある。
PTCコーデック[7][9]で使用されるYCoCg−R変換と同様、本発明の整数可逆の4チャネル色変換を、YDgCoCg−R変換と呼ぶ。すべての元のピクセル値と変換ピクセル値が整数であることを考えると、正および逆YDgCoCg−R変換は、次の擬似コードによって指定される。
Co=R−B;
Dg=G2−G1;
u=B+(Co>>1); (3)
v=G1+(Dg>>1);
Cg=v−u;
Y=u+(Cg>>1);
YDgCoCg−R逆変換:
u=Y−(Cg>>1);
v=u+Cg;
G1=v−(Dg>>1); (4)
B=u−(Co>>1);
G2=G1+Dg;
R=B+Co;
いくつかのアプリケーションでは、整数演算で正確な可逆性を維持する必要はないが、それでもやはり、ベイヤーモザイク状画像と、等価な4色チャネル表現との間で効率的なマッピングを望む場合がある。一例はロッシー圧縮である。つまり、図5Aおよび5Bと同様だが、エンコーダおよびデコーダがロッシーなシステムである。このようなシステムは、デジタルカメラ中でベイヤーモザイク状CCDセンサによって生成された画像のロッシー圧縮を行う効率的な方法となる可能性がある。これは、最初にモザイク除去(demosaicing)(補間)フィルタを適用して、得られた3チャネルRGB画像をJPEGなどのロッシー圧縮器でエンコードする従来のアプローチよりもよい結果につながる可能性がある。
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[10] P. Lux, ”A novel set of closed orthogonal functions for picture coding,” Arch. Elek. Uebertragung, vol. 31, pp. 267274, 1977.
110 コンピュータ
120 処理ユニット
121 システムバス
130 システムメモリ
131 ROM
132 RAM
133 BIOS
134 オペレーティングシステム
135 アプリケーションプログラム
136 その他のプログラムモジュール
137 プログラムデータ
140 非リムーバブル不揮発性メモリインターフェース
141 ハードディスクドライブ
144 オペレーティングシステム
145 アプリケーションプログラム
146 その他のプログラムモジュール
147 プログラムデータ
150 リムーバブル不揮発性メモリインターフェース
151 磁気ディスクドライブ
152 リムーバブルな不揮発性の磁気ディスク
155 光ディスクドライブ
156 リムーバブルな不揮発性の光ディスク
160 ユーザ入力インターフェース
161 マウス
162 キーボード
163 カメラ
164 画像
165 カメラ/マイクロフォンインターフェース
168 マイクロフォン
170 ネットワークインターフェース
171 ローカルエリアネットワーク
172 モデム
173 ワイドエリアネットワーク
180 リモートコンピュータ
181 メモリ記憶デバイス
185 リモートアプリケーションプログラム
190 ビデオインターフェース
191 モニタ
195 出力周辺インターフェース
196 プリンタ
197 スピーカ
202 ピクセル値
302 ベイヤーモザイク状画像
502 エンコーダ
504 チャネルスプリッタ
506 4チャネルダイレクト色変換
508 ロスレスエンコーダ
510 マルチプレクサ
514 デコーダ
516 デマルチプレクサ
518 ロスレスデコーダ
520 4チャネルインバース色変換
522 チャネルコンバイナ
802 エンコーダ
804 チャネルスプリッタ
806 4チャネルダイレクト色変換
808 ロッシーエンコーダ
810 マルチプレクサ
814 デコーダ
816 デマルチプレクサ
818 ロッシーデコーダ
820 4チャネルインバース色変換
822 チャネルコンバイナ
Claims (36)
- モザイク状画像データをエンコードするための方法であって、
未加工の電荷結合素子(CCD)画像データを入力するプロセス動作と、
前記未加工CCDデータを、マクロピクセルベースで赤(R)、第1の緑(G1)、第2の緑(G2)、青(B)チャネルに分割するプロセス動作であって、各マクロピクセルは、対角線上で隣接する第1の緑および第2の緑のピクセルと、対角線上で隣接する赤と青のペアのピクセルR、Bとのセットを備えるプロセス動作と、
前記赤、第1の緑、第2の緑、青チャネルを、Y、Dg、Co、Cg色空間チャネルに変換するプロセス動作であって、それぞれが前記元画像の4分の1のサイズの画像を表し、各マクロピクセルにつき、前記Yチャネルはルミナンスを表し、Dgは前記第1の緑ピクセルと前記第2の緑ピクセルとの差分を表し、前記CoおよびCgチャネルは色チャネルであるプロセス動作と、
前記Y、Dg、Co、Cgチャネルのそれぞれをエンコーダで別個にエンコードするプロセス動作と
を備えることを特徴とする方法。 - エンコーディング後に前記Y、Dg、Co、Cgチャネルを組み合わせるプロセス動作をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記組み合わされたY、Dg、Co、Cgチャネルを記憶ファイルに出力するプロセス動作をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記組み合わされたY、Dg、Co、Cgチャネルをビットストリームとして出力するプロセス動作をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記変換は、整数演算による正確な逆が達成されるように計算されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記変換は、各マクロピクセルにつき、
前記赤ピクセル引く前記青ピクセルとしてCoを計算するプロセス動作と、
前記第2の緑ピクセル引く前記第1の緑ピクセルとしてDgを計算するプロセス動作と、
前記青ピクセル足すCoとして第1の中間変数uを計算するプロセス動作と、
前記第1の緑ピクセル足すDgとして第2の中間変数vを計算するプロセス動作と、
前記第2の中間変数v引く前記第1の中間変数uとしてCgを計算するプロセス動作と、
前記第1の中間ピクセルu足すCgとしてYを計算するプロセス動作と
によって計算されることを特徴とする請求項6に記載の方法。 - モザイク状画像データをデコードするための方法であって、
組み合わされたY、Dg、Co、Cgチャネルを入力するプロセス動作と、
前記組み合わされたチャネルを別個のY、Dg、Co、Cgチャネルに分割するプロセス動作と、
前記Y、Dg、Co、Cgチャネルのそれぞれをデコーダでデコードするプロセス動作と、
前記Y、Dg、Co、Cgチャネルを赤、第1の緑、第2の緑、青チャネルに変換するプロセス動作と、
前記赤、第1の緑、第2の緑、青チャネルを組み合わせてモザイク状カラー画像に出力するプロセス動作と
を備えることを特徴とする方法。 - 前記変換は、各マクロピクセルにつき、
Y引くCgとして第1の中間変数uを計算するプロセス動作と、
前記第1の中間変数u足すCgとして第2の中間変数vを計算するプロセス動作と、
前記第2の中間変数v引くDgとして第1の緑ピクセルを計算するプロセス動作と、
前記第1の中間変数u引くCoとして青ピクセルを計算するプロセス動作と、
前記第1の緑ピクセル足すDgとして第2の緑ピクセルを計算するプロセス動作と、
前記青ピクセル足すCoとして赤ピクセルを計算するプロセス動作と
によって計算されることを特徴とする請求項8に記載の方法。 - 3色空間の画像を4色空間に変換するための方法であって、
緑(G)ピクセルの数が赤(R)および青(B)ピクセルの2倍であり、緑ピクセル同士、および赤と青の各ペアが対角線上で隣接する3色空間の画像を入力することと、
前記3色空間の画像をマクロピクセルに分割することであって、各マクロピクセルは、対角線上で隣接する第1の緑および第2の緑のピクセルG1、G2と、対角線上で隣接する赤と青のペアのピクセルR、Bとのセットを含むことと、
各マクロピクセルにつき、前記R、G1、G2、Bピクセルを4色空間Y、Dg、Co、Cgにマップして4つのサブ画像を得ることであって、それぞれが専らY、Dg、Co、Cgピクセルだけでそれぞれ構成され、Yはルミナンスを表し、Dgは前記G1とG2ピクセルとの差分を表し、CoおよびCgは色を表すことと、
前記Y、Dg、Co、Cgサブ画像のそれぞれを別個に圧縮することと、
前記圧縮されたサブ画像を組み合わせることと
を備えることを特徴とする方法。 - 前記サブ画像のそれぞれはロスレスエンコーダで圧縮されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記組み合わされた圧縮サブ画像をファイルに保存するプロセス動作をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記組み合わされた圧縮サブ画像をビットストリームに出力するプロセス動作をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 請求項11に記載の方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有することを特徴とするコンピュータ可読媒体。
- 4色空間の画像を3色空間に変換するための方法であって、
Y、Dg、Co、Cg色空間の画像を入力することと、
前記Y、Dg、Co、Cg色空間の画像をY、Dg、Co、Cgチャネルに分割することと、
前記Y、Dg、Co、Cgチャネルのそれぞれをデコードすることと、
前記デコードされたY、Dg、Co、CgチャネルをR、G1、G2、Bチャネルに変換することと、
前記R、G1、G2、Bチャネルを組み合わせてカラー画像を得ることと
を備えることを特徴とする方法。 - カラー画像をデコードする方法であって、前記カラー画像は、
未加工の電荷結合素子(CCD)画像データを入力するプロセス動作と、
前記未加工CCDデータを、マクロピクセルベースで赤(R)、第1の緑(G1)、第2の緑(G2)、青(B)チャネルに分割するプロセス動作であって、各マクロピクセルは、対角線上で隣接する第1の緑および第2の緑のピクセルと、対角線上で隣接する赤と青のペアのピクセルR、Bとのセットを備えるプロセス動作と、
前記赤、第1の緑、第2の緑、青チャネルを、Y、Dg、Co、Cg色空間チャネルに変換するプロセス動作であって、それぞれが前記元の画像の4分の1のサイズの画像を表し、各マクロピクセルにつき、前記Yチャネルはルミナンスを表し、Dgは前記第1の緑ピクセルと前記第2の緑ピクセルとの差分を表し、前記CoおよびCgチャネルは色チャネルであるプロセス動作と、
前記Y、Dg、Co、Cgチャネルのそれぞれをエンコーダで別個にエンコードし、前記Y、Dg、Co、Cgチャネルを組み合わせるプロセス動作と
によってエンコードされ、
前記方法は、
Y、Dg、Co、Cg色空間の画像を入力するプロセス動作と、
前記Y、Dg、Co、Cgの画像をY、Dg、Co、Cgチャネルに分割するプロセス動作と、
前記使用されたエンコードの逆を使用して前記Y、Dg、Co、Cgチャネルのそれぞれを別個にデコードするプロセス動作と、
前記デコードされたY、Dg、Co、CgチャネルをR、G1、G2、Bチャネルに変換するプロセス動作と、
前記R、G1、G2、Bチャネルを組み合わせてカラー画像を得るプロセス動作と
を備えることを特徴とする方法。 - 変換行列の列をスケールしてデコーディング計算を単純化することを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 変換行列の行をスケールしてエンコーディング計算を単純化することを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 未加工ベイヤー画像をエンコードするためのシステムであって、
未加工ベイヤー画像データを入力することと、
前記未加工ベイヤー画像データを、マクロピクセルベースで赤(R)、第1の緑(G1)、第2の緑(G2)、青(B)チャネルに分割することであって、各マクロピクセルは、対角線上で隣接する第1の緑および第2の緑のピクセルと、対角線上で隣接する赤と青のペアのピクセルR、Bとのセットを備えることと、
前記赤、第1の緑、第2の緑、青チャネルを、Y、Dg、Co、Cgチャネルに変換することであって、各チャネルは前記元の画像の4分の1のサイズの画像を表し、Yはルミナンスであり、Dgは前記第1の緑ピクセルと前記第2の緑ピクセルとの差分であり、前記CoおよびCgチャネルは色チャネルであることと、
前記Y、Dg、Co、Cgチャネルのそれぞれをエンコードすることと
を備えることを特徴とするシステム。 - 前記R、G1、G2、Bチャネルは、各マクロピクセルにつき、
前記赤ピクセル引く前記青ピクセルとしてCoを計算することと、
前記第2の緑ピクセル引く前記第1の緑ピクセルとしてDgを計算することと、
前記青ピクセル足すCoとして第1の中間変数uを計算することと、
前記第1の緑ピクセル足すDgとして第2の中間変数vを計算することと、
前記第2の中間変数v引く前記第1の中間変数uとしてCgを計算することと、
前記第1の中間ピクセルu足すCgとしてYを計算することと
によって、Y、Dg、Co、Cgチャネルに変換されることを特徴とする請求項29に記載のシステム。 - 前記チャネルは、2つの入力xおよびyが2つの出力(x+y)/2およびx−yにマップされる2入力2出力のラダー演算子の繰返しの適用を用いて変換されることを特徴とする請求項31に記載のシステム。
- 未加工ベイヤー画像をデコードするためのシステムであって、
Y、Dg、Co、Cgの画像を入力することと、
前記画像をY、Dg、Co、Cgチャネルに分割することと、
エンコードプロセスの逆を使用して前記Y、Dg、Co、Cgチャネルのそれぞれをデコードすることと、
前記デコードされたY、Dg、Co、Cgチャネルを赤、第1の緑、第2の緑、青チャネルに変換することと、
前記赤、第1の緑、第2の緑、青チャネルを組み合わせてカラー画像を得ることと
を備えることを特徴とするシステム。 - 前記デコードされたY、Dg、Co、Cgチャネルは、各マクロピクセルにつき、
Y引くCgとして第1の中間変数uを計算することと、
前記第1の中間変数u足すCgとして第2の中間変数vを計算することと、
前記第2の中間変数v引くDgとして第1の緑ピクセルを計算することと、
前記第1の中間変数u引くCoとして青ピクセルを計算することと、
前記第1の緑ピクセル足すDgとして第2の緑ピクセルを計算することと、
前記青ピクセル足すCoとして赤ピクセルを計算することと
によって、R、G1、G2、Bチャネルに変換されることを特徴とする請求項33に記載のシステム。 - 前記チャネルは、2つの入力xおよびyが2つの出力(x+y)/2およびx−yにマップされる2入力2出力のラダー演算子の繰返しの適用を用いて変換されることを特徴とする請求項35に記載のシステム。
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