JP2007534060A - 画像を低ダイナミックレンジから高ダイナミックレンジに変換する方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
輝度(Y)に関連するカラーモデル値において持ち、かつ低いビット深度をクロミナンス(I,Q)に関連するカラーモデル値において持つように構成することができる。
・飽和領域のエッジからの特定画素の距離;
・飽和領域のサイズ;
・飽和領域の直ぐ外側の画素群のカラー値の勾配;
・特定画素のカラー値の一時的な動作;
・特定画素に対応する他のカラー値の動作;そして
・飽和領域を取り囲むレンズフレアパターンの存在。
調整済みカラーモデル値は画像の高ビット深度表示を形成し、この高ビット深度表示を使用して後続の処理や表示を行なうことができる。
る。すなわち、飽和領域における個々の画素のY値は、異なる量だけ調整することができる。好適には、飽和領域(群)における個々の画素のY値に対する更なる調整は、画像データの一つ以上の特性に従って決定される。適切な画像データ特性の例として、
・飽和領域のエッジからの特定画素の距離;
・飽和領域のサイズ;
・飽和領域の直ぐ外側の画素群のカラー値の勾配;
・特定画素のカラー値の一時的な動作;
・特定画素に対応する他のカラー値の動作;そして
・飽和領域を取り囲むレンズフレアパターンの存在;
を挙げることができる。
。例えば、ブロック122において走査されるY値が8ビットのビット深度を持つ場合、上側飽和閾値Sthは250のY値レベルに対応させることができる。他のアプリケーションでは、上側飽和閾値Sthは真の飽和閾値(すなわち、8ビットのビット深度に関して255のY値レベル)とすることができる。本記述では、かつ添付の請求項においては、特に断らない限り、飽和領域は、注目するカラーモデル値が上側飽和閾値を上回る領域を指すものとして理解されるべきであり、厳密な意味での飽和に制限されるものとして捉えられてはならない。
ると、飽和領域における画素群のY値を更にブロック130において調整する。図1Bの特定の例示としての実施形態では、ブロック130における更なる調整では、飽和領域(群)における画素群のY値をブロック132において更にスケーリングする。この技術分野の当業者であれば、スケーリング以外の調整方法を或る実施形態において使用することができることが分かるであろう。飽和領域(群)における画素群のY値をブロック132においてスケーリングする処理では、飽和領域(群)における画像情報の或る部分を再構成することにより、HDR画像全体の見栄えを良くしようとする。図3B,3Cの例示としての走査ライン310、及び図2Cに示され、かつ走査及びスケーリングされたY値の範囲について考察すると、ブロック112におけるスケーリング及びブロック114におけるオフセット付加によって余裕104が生じて、Y値を飽和領域312,314において更に上側にスケーリングすることができることが明らかである。
・飽和領域のエッジからの特定画素の距離;
・飽和領域のサイズ;
・飽和領域の直ぐ外側の画素群におけるY値の勾配;
・特定画素のY値の一時的な動作;
・特定画素に対応する他のカラー値の動作;そして
・飽和領域を取り囲むレンズフレアパターンが存在。
に相関させることができる。これらのスケーリング係数を計算するための放物型方程式の例として次式を挙げることができる。
いない走査ライン310の領域312,314(図3C)と比較することにより分かる。
図5は、領域312’,314’におけるスケーリングにより放物線の形状が得られることを示している。
)をスケーリングすることができる。
コントラストを理想状態において感知することができる。しかしながら、当該輝度レベルで普通に見ている状態では、感知可能な最小輝度コントラストはずっと大きい。従って、スケーリング係数(そして特に、最大スケーリング係数Lv)は、ユーザが平均化により生じる空間変化の影響を知覚することができるということが不可能になるように選択することができる。更に、上に議論したように、異なる軸に沿って走査され、かつスケーリングされる画像データのY値は、「ブラーによる平均化」を使用して合成することができ、これにより、図6Bに示す非常に急激な空間変化を小さくすることができる。
用することができる画像の特徴の例は、他のカラーモデル値のレベルである。例えば、YIQカラーモデルでは、I及びQカラーモデル値のレベルを使用してY値に関するスケーリング係数を決定し易くすることができる。この方法は特に、輝度情報の或る部分がR,G,及びBカラーモデル値の各々に含まれる構成のRGBカラーモデルのようなカラーモデルに適用することができる。
・本明細書において記載する方法では、画像データを多数の手順を使用して処理する。上に提示した説明では、画像データの全てを利用することができ、かつ画像データをリアルタイムで処理する必要はないと仮定する。或る環境においては、画像データの全てを利用することができる訳ではない。更に、画像データはリアルタイム処理を必要とする場合がある。この技術分野の当業者であれば、上に記載した手順は異なる順番で実行することができる、またはこれらの手順は部分的に、ループ状に繰り返すように実行することができることが分かるであろう。例えば、方法100’では、画像データを飽和領域に関して全て走査する処理(ブロック122)、画像データを走査した後に画像データをスケーリングする処理(ブロック132)、次に画像データを表示する(または、画像データに更に処理を施す)処理(ブロック140)について記述している。画像の一部分(例えば、一つの走査ライン)を走査し、画像の当該部分をスケーリングし、次に画像の当該部分を、画像全体の走査及びスケーリングを完了する前に表示すると有用である。画像の一部分を
走査し、スケーリングし、そして表示した後、プロセスはループを描いて戻って画像の次の部分を走査し、スケーリングし、そして表示することができる。この方法は、例えば画像データの全てを利用することができる訳ではない、または画像データをリアルタイムで処理する必要がある場合に使用することができる。別の例として、スケーリング方法400では、複数の画素のY値に関するスケーリング係数をブロック420において決定する処理、次にこれらの画素のY値を実際にブロック430においてスケーリングする処理について記述している。この技術分野の当業者であれば、或る環境においては、特定画素に関するスケーリング係数を決定し、次に個々の画素を、次の画素に関するスケーリング係数を決定する前にスケーリングすることが有用であることが分かるであろう。
・上に記載した方法の内の幾つかの方法では、スケーリング係数を1次方程式または放物型方程式を使用して計算する。この技術分野の当業者であれば、他の関数を使用してスケーリング係数を計算することができることが分かるであろう。好適には、このような関数は極値を飽和領域内に有する。
・上に記載した図1Bの方法100’では、飽和領域(群)における画素群のY値をスケーリングを行なうことによって(ブロック132)更に調整する処理(ブロック130)について記述している。この技術分野の当業者であれば、他の調整方法を選択して、飽和領域(群)における画素群のY値をブロック130において調整する処理を実行することができることが分かるであろう。例えば、個々の画素に関するスケーリング係数を決定するのではなく、ブロック130では、飽和領域における画素群に関して所望のY値を求め、次に飽和画素のY値を所望のY値に、飽和しているY値を所望のY値で置き換えることにより調整することができる。この技術分野の当業者であれば、所望のY値を上述のスケーリング係数に関連付けることができることが分かるであろう。一の例では、Sthを飽和閾値とする場合に、所望のY値(D(x))を上述のスケーリング係数L(x)に、D(x)=SthL(x)に従って関連付ける。別の例では、ブロック130において、飽和領域における個々の画素に関するY値をどのくらい上昇させれば飽和閾値Sthを上回るかを求め、次に上昇分を個々の画素に関するY値に加算する。
・本明細書に記載する方法は画素当たり少数の処理ステップしか含まず、かつ当該方法をリアルタイムで実行することができる。従って、本明細書に記載する方法は、種々の画像処理システムにおいて種々の異なる環境で実行することができる。本発明を制限しないこのような環境の例としてソフトウェアを挙げることができ、ソフトウェアは:画像編集プログラムの一部分として含まれる;コンピュータのグラフィックカードに搭載される;ビデオディスプレイ(例えば、テレビジョンまたはコンピュータモニタ)内部の専用信号処理ユニットの一部分として含まれる;DVDプレーヤの一部分として含まれる;テレビチューナの一部分として含まれる;スキャナの一部分として含まれる;そしてデジタルカメラまたは同様の撮像装置の一部分として含まれる。一の特定の実施形態では、本発明の方法及びシステムを使用して、テレビジョンユニットがそれ相応の処理能力を備える場合に、標準のNTSCテレビ信号のダイナミックレンジを広げることができる。
・本明細書に記載する方法の全てにおいて、飽和領域における画素群に関するスケーリング係数を、画像データの種々の特徴に基づいて推定しようとする。これらの方法では、人手の介入がないことを前提とする。最初に低ダイナミックレンジで撮像された写真のデジタル画像化のような或るアプリケーションでは、ヒトが特定画素に関連するスケーリング係数を選択し、微調整し、そして/または操作することが可能になる。
・本明細書において議論する走査及びスケーリング方法は全て、カラーモデル値の上側境界での飽和に関連する形で記載されている。上に記載した走査及びスケーリング方法は、カラーモデル値の下側境界で使用することもできる。例えば、ブロック120において行なわれる走査(例えば、走査方法200)では、Y値が所定の下側飽和閾値を下回る「下側境界飽和領域(lower boundary saturation threshold)」を探し出すこともできる。この下側飽和閾値を下回る画素群のY値は、縮小スケーリング係数(fractional scaling factors)をブロック125において、上側境界飽和領域に関して本明細書において記載したスケーリング方法
のいずれかと同様の方法に従って使用してスケーリングすることができる。好適には、ブロック115において取り入れるオフセットの絶対値は、画像データのY値をゼロ値から、下側境界飽和領域での縮小スケーリングを可能にする量だけ離れるように変位させるために十分な大きさである。
・上に間単に述べたように、本明細書において議論する例示としての方法及びシステムは、YIQカラーモデルで表現される画素群のY値(輝度)に関連する形で記載されている。この技術分野の当業者であれば、本明細書に記載する方法を他のカラーモデル値(すなわち、I及びQ)に適用することもでき、かつ本明細書に記載する方法を、例えばRGB,CMY,CMYK,YCbCr,YUV,HSV,及びHSLのような他のカラーモデルに適用することもできることが分かるであろう。本明細書に記載する方法を、カラーモデル値の線形合成または非線形合成のようなカラーモデル値の合成に適用することもできる。或る実施形態では、カラーモデル値の合成を使用して適切な調整量を求め、次に調整量を個々のカラーモデル値に適用する。
・上に記載した一の特定の方法では、最大スケーリング係数Lv(及び、可能であれば最大スケーリング係数Lvの位置)を、飽和領域の直ぐ外側の画素群に関するY値の勾配に基づいて決定する。上述の方法は、飽和領域の前の勾配、及び飽和領域の後の勾配を求める特定の方法(等式(4)及び(5))を含んでいる。これらの勾配を求める他の方法を使用することができる。本発明を制限しない例示としてのこのような勾配を求める方法を次のような等式で表わすことができる。
Claims (34)
- 画像データを低ビット深度表示から高ビット深度表示に変換する方法であって、
飽和領域における画素群を特定する工程であって、飽和領域における個々の各画素のカラーモデル値が、上側飽和閾値を上回る状態、及び下側飽和閾値を下回る状態の内の一方の状態である前記工程と、
飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を該当する調整量によって調整する工程であって、各調整量の絶対値は、該当する画素と飽和領域のエッジとの間の画素の数によって少なくとも部分的に変わる前記工程と、
からなる方法。 - 飽和領域における画素群を、画像データの画素群のカラーモデル値を第1走査軸に沿って走査して、飽和領域の一つのエッジの始点画素、及び飽和領域の別のエッジの終点画素、を求めることにより特定する請求項1記載の方法。
- 各調整量の絶対値を、該当する画素と飽和領域のエッジとの間の画素の数の関数に少なくとも部分的に基づいて決定し、前記関数は極値を飽和領域に有する請求項1乃至2のいずれか一項に記載の方法。
- 飽和領域における画素群を、画像データの画素群のカラーモデル値を第1走査軸に沿って走査して、飽和領域の一つのエッジの始点画素、及び飽和領域の別のエッジの終点画素を求めることにより特定する請求項3記載の方法。
- 前記関数の極値は始点画素と終点画素との間のほぼ中間に位置する請求項4記載の方法。
- 前記関数は、始点画素と終点画素との間のほぼ中間に位置する頂点を有する放物線を含む請求項5記載の方法。
- 極値における前記関数の絶対値は、始点画素と終点画素との間の画素の数によって少なくとも部分的に変わる請求項4乃至6のいずれか一項に記載の方法。
- 極値における前記関数の絶対値は、始点画素のカラーモデル値と始点画素の前の少なくとも一つの画素のカラーモデル値との間の勾配、及び終点画素のカラーモデル値と終点画素の後の少なくとも一つの画素のカラーモデル値との間の勾配の内の少なくとも一つに基づいて決定される請求項4乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記関数は、始点画素から、始点画素と終点画素との間のほぼ中間に位置する画素に向かって直線的に上昇し、そして前記関数は、始点画素と終点画素との間のほぼ中間に位置する前記画素から終点画素からに向かって直線的に下降する、請求項5記載の方法。
- 前記関数は、始点画素及び終点画素の内の少なくとも一つにおいて1となる請求項4乃至9のいずれか一項に記載の方法。
- 各調整量の絶対値を、始点画素と終点画素との間の画素の数に少なくとも部分的に基づいて決定する請求項2記載の方法。
- 各調整量の絶対値を、始点画素のカラーモデル値と始点画素の前の少なくとも一つの画素のカラーモデル値との間の勾配、及び終点画素のカラーモデル値と終点画素の後の少なくとも一つの画素のカラーモデル値との間の勾配の内の少なくとも一つに基づいて決定する請求項2記載の方法。
- 極値の位置を、始点画素のカラーモデル値と始点画素の前の少なくとも一つの画素のカラーモデル値との間の勾配、及び終点画素のカラーモデル値と終点画素の後の少なくとも一つの画素のカラーモデル値との間の勾配の内の少なくとも一つに基づいて決定する請求項4記載の方法。
- 各調整量の絶対値を、飽和領域における画素の数に少なくとも部分的に基づいて決定する、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の方法。
- 各調整量の絶対値を、飽和領域のエッジに位置する少なくとも一つの画素のカラーモデル値と飽和領域の外側の少なくとも一つの画素のカラーモデル値との間の勾配に少なくとも部分的に基づいて決定する請求項1乃至14のいずれか一項に記載の方法。
- 各調整量の絶対値を、該当する画素に関するカラーモデル値が前の時点で一時的にとった一つ以上の値に少なくとも部分的に基づいて決定する、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の方法。
- 各調整量の絶対値を、該当する画素に関する一つ以上の他のカラーモデル値に少なくとも部分的に基づいて決定する、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の方法。
- 各調整量の絶対値を、飽和領域を取り囲むレンズフレアパターンを検出する処理、及びレンズフレアパターンのモデルを使用して飽和領域における画素群のカラーモデル値を予測する処理に少なくとも部分的に基づいて決定する、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の方法。
- 最初に画像データの画素群のカラーモデル値を調整して画像データの中間の高ビット深度表示を行ない、そして飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を調整する処理を中間の高ビット深度表示の画素群に対して実行する、請求項1乃至18のいずれか一項に記載の方法。
- 最初に画像データの画素群のカラーモデル値を調整する処理は、画像データの画素群のカラーモデル値をスケーリングする処理、及び画像データの画素群のカラーモデル値にオフセットを持たせる処理の内の少なくとも一つの処理を含む請求項19記載の方法。
- 画像データの画素群のカラーモデル値をスケーリングし、そして画像データの画素群のカラーモデル値に対するスケーリングは、画像データの画素群に対して均一である請求項20記載の方法。
- 飽和領域における画素群を特定する処理は中間の高ビット深度表示の画素群に対して行なわれる請求項19記載の方法。
- 画像データの画素群のカラーモデル値を第1走査軸に沿って走査する処理では、画素ライン内の一つ以上の更に別の飽和領域に関する始点画素及び終点画素を求め、一つ以上の更に別の飽和領域における個々の各画素のカラーモデル値は、上側飽和閾値を上回る状態、及び下側飽和閾値を下回る状態の内の一方の状態である請求項2及び4乃至13のいずれか一項に記載の方法。
- 一つ以上の更に別の飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を該当する調整量によって調整し、一つ以上の更に別の飽和領域の各々における各画素に関する各調整量の絶対値は、該当する画素と、更に別の飽和領域の始点画素及び更に別の飽和領域の終点
画素の内の少なくとも一つの画素との間の画素の数によって少なくとも部分的に変わる請求項23記載の方法。 - 画像データの複数の画素ラインに関するカラーモデル値を第1走査軸に沿って繰り返し走査し、そして各飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を、画像全体が第1走査軸に沿って走査され、そして調整されてしまうまで調整する、請求項2,4乃至13、及び23乃至24のいずれか一項に記載の方法。
- 画像データの複数の画素ラインに関するカラーモデル値を第2走査軸に沿って繰り返し走査し、そして各飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を、画像全体が第2走査軸に沿って走査され、そして調整されてしまうまで調整する、請求項25記載の方法。
- 第1走査軸に沿って走査され、かつ調整された画像データのカラーモデル値を、第2走査軸に沿って走査され、かつ調整された画像データのカラーモデル値と合成して高ビット深度表示を行なう請求項26記載の方法。
- カラーモデル値を合成する処理では、第1走査軸に沿って走査され、かつ調整された画像データのカラーモデル値と、第2走査軸に沿って走査され、かつ調整された画像データのカラーモデル値との平均を取る請求項27記載の方法。
- カラーモデル値を合成する処理では、第1走査軸に沿って走査され、かつ調整された画像データのカラーモデル値と、第2走査軸に沿って走査され、かつ調整された画像データのカラーモデル値との平均を取って中間値を取得し、そして中間値を有する一つ以上の隣接画素から成るグループをブラー処理して高ビット深度表示を行なう請求項27記載の方法。
- 飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を、飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を該当するスケーリング係数によってスケーリングすることにより調整する、請求項1乃至29のいずれか一項に記載の方法。
- カラーモデル値は、他のカラーモデル値を数学的に合成した値を含む請求項1乃至30のいずれか一項に記載の方法。
- 飽和領域における個々の画素のカラーモデル値を調整した後、更に、画像データの画素群の全てのカラーモデル値を調整して、高ビット深度表示のカラーモデル値の範囲を最大にする、請求項1乃至31のいずれか一項に記載の方法。
- コンピュータ読み取り可能な命令を記録した媒体を備えるコンピュータプログラム製品であって、プロセッサがこれらの命令を実行すると、これらの命令によってプロセッサが、画像データを低ビット深度表示から高ビット深度表示に変換する方法を実行し、前記方法では、
飽和領域における画素群を特定し、飽和領域における個々の各画素のカラーモデル値が、上側飽和閾値を上回る状態、及び下側飽和閾値を下回る状態の内の一方の状態であり、そして
飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を該当する調整量によって調整し、各調整量の絶対値は、該当する画素と飽和領域のエッジとの間の画素の数によって少なくとも部分的に変わる、
コンピュータプログラム製品。 - 画像データ処理システムであって、前記システムは、画像データを低ビット深度表示から高ビット深度表示に変換するプロセッサを備え、前記プロセッサは、
飽和領域における画素群を特定し、飽和領域における個々の各画素のカラーモデル値が、上側飽和閾値を上回る状態、及び下側飽和閾値を下回る状態の内の一方の状態であり、そして
飽和領域における個々の画素の各々のカラーモデル値を該当する調整量によって調整し、各調整量の絶対値は、該当する画素と飽和領域のエッジとの間の画素の数によって少なくとも部分的に変わる、ように構成される、
システム。
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