JP2008099170A

JP2008099170A - 画像処理装置及び画像処理方法

Info

Publication number: JP2008099170A
Application number: JP2006281248A
Authority: JP
Inventors: Naoko Kondo; 尚子近藤; Shiyoubou Chiyou; 小▲忙▼ 張
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】明度を調整する際に各基準色が明度に及ぼす影響の差異を考慮し、正の補正と負の補正で異なるパラメータを用い、色空間の著しい変化を防ぐ画像処理装置を提供する。
【解決手段】ＹＵＶ／ＹＣｒＣｂ画像について、ＵＶ／ＣｒＣｂ空間を極座標変換し、極座標空間の角度を色相として色を特定し、特定した色に対して明度・彩度・色相の調整をそれぞれ独立して行う際に、その色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する画像処理装置。複数基準色を用いて色領域を分割し、特定の色をその両側の基準色の延長と見做し、見做す程度は基準色の重み係数で表し、両基準色の調整パラメータを用いて特定色の明度・彩度・色相の調整を行う際に、各色に対して色の差を受けずに各色の明度を同じ基準で調整する。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像処理装置及び画像処理方法に関し、特に色調整回路、及び該回路を備えたテレビ、カメラ、ＤＶＤなどの映像機器に関する。

テレビなどの表示装置に入力される放送信号は、ＩＴＵ−ＲＢＴ６０１の規格が採用されており、明度Ｙ、式差Ｃｒ／Ｃｂ（またはＵＶ）とＲＧＢの関係は、式１によって表される。

式１の条件では、式差Ｃｒ／Ｃｂの値の範囲が異なっているが、デジタル信号として扱う場合には不都合があるため、正規化処理する。それを式２に示し、その逆変換を式３に示す。

Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ，Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ以下の条件である式４を満たしている。

式３によってＹＵＶ信号からＲＧＢ信号に変換されたＲＧＢ信号がディスプレーなどのモニターに入力され表示される。

モニターは、様々な画質調整機能を有している。この調整には、画質向上のためモニター側で設定される場合や、使用目的や環境もしくは個人の好みに応じて外部から設定される場合等がある。

画質調整のうち、表示色を調整する方法の１つに色の三属性を調整する方法がある。色の三属性とは『彩度』『明度』『色相』のことであり、これらはお互いに独立した３要素である。代表的なものにマンセルの表色系があり、物体色の標準として広く用いられている。

テレビにおいては、ＹＵＶ信号に対して特定の色ではなくすべての色域に対して三属性を調整する方法がある。例えば、式５のＣＯＬを１より大きくすることによって画像の彩度を上げることができ、画面は鮮やかになる。

また、特定の色に対する調整については、特許文献４に、ＲＧＢ色空間で色調整を行う方法が示されている。特許文献１には、ＹＭＣ色空間で色調整を行う方法が示されている。本発明者は、ＹＵＶ色空間で３属性を調整する方法を提案している（特許文献２、３）。
特開平７−１７０４０４号公報特願２００５−１２６１４７号特願２００６−４６７９２号特許第３１２８４２９号公報

色の個別調整については、特許文献３はＲＧＢ信号で行う方法が示されている。また、特許文献１では、特定の色に対する調整は可能であるが、ＹＭＣ空間で処理を行うものである。テレビの入力信号はＹＵＶ信号であるので、ＹＵＶ信号で処理することが望ましい。

本発明者は、ＹＵＶ色空間で３属性を調整する方法を提案した。明度の調整については、調整係数が一定であっても、各色が明度に及ぼす影響の大きさが異なる。提案の方法は、その影響の差を考慮せず明度調整をしていた。このため、実際に、各色で同じパラメータを用いて輝度を調整すると、各色ごとに異なる強度の効果が出てしまう。

また、輝度を上昇させる正の調整と、輝度を低下させる負の調整においても、同じパラメータを用いることで、調整後の色空間の分布が著しく偏ってしまう問題がある。

以上のような問題点を鑑み、各色に応じた明度の調整方法によって、異なる色であっても、同じ強度基準で調整できる方法が必要である。

本発明は、ＹＵＶ／ＹＣｒＣｂ画像において、ＣｒＣｂ／ＵＶ空間を極座標空間に変換して、極座標空間の角度を用いて色を特定し、特定した色に対して、明度、彩度及び色相調整をそれぞれ独立して同時に行う画像処理装置である。明度を調整する際に各基準色が明度に及ぼす影響の差異を考慮する。また、正の補正と負の補正で異なるパラメータを用い、色空間の著しい変化を防ぐ。

すなわち、本発明は、ＹＵＶ／ＹＣｒＣｂ画像について、ＵＶ／ＣｒＣｂ空間を極座標変換し、極座標空間の角度を色相として色を特定し、特定した色に対して明度・彩度・色相の調整をそれぞれ独立して同時に行う際に、その色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する画像処理装置である。

また、本発明は、複数基準色を用いて色領域を分割し、特定の色をその両側の基準色の延長と見做し、見做す程度は基準色の重み係数で表し、両基準色の調整パラメータを用いて特定色の明度・彩度・色相の調整を行う際に、各色に対して色の差を受けずに各色の明度を同じ基準で調整する画像処理装置である。

そして、本発明は、ノイズを防ぐために、彩度Ｄがある閾値より小さいときに重み係数をゼロとし、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する画像処理装置である。

更に、本発明は、薄い色に対して明度調整を軽くするため、明度の調整に彩度を反映させ、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する画像処理装置である。

また、本発明は、彩度と明度の調整を調整前の色相に基づいて行う際に、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する画像処理装置である。

そして、本発明は、彩度と明度の調整を調整後の色相に基づいて行う際に、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する画像処理装置である。

更に、本発明は、彩度と明度の調整を色相調整の前と後の２つのモードで行う際に、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する画像処理装置である。

また、上述した画像処理装置における明度を調整する処理を含む画像処理方法である。

本発明によれば、ＹＵＶ／ＹＣｒＣｂ画像において、ＣｒＣｂ／ＵＶ空間を極座標空間に変換して、極座標空間の角度を用いて色を特定し、特定した色に対して、明度、彩度及び色相調整をそれぞれ独立して同時に行い、明度を調整する際に各基準色が明度に及ぼす影響の差異を考慮し、正の補正と負の補正で異なるパラメータを用い、色空間の著しい変化を防ぐ画像処理装置を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の画像処理装置及び画像処理方法の実施例を説明する。入力信号の値をＹ_ｉｎ，Ｃｂ_ｉｎ，Ｃｒ_ｉｎとし、Ｃｂ−Ｃｒ座標系を以下の式６によって極座標に変換する。原点からの距離をＤ、Ｃｂ軸からの角度をθとする。

となる。以上で求めた値のうち、θは色相、Ｄは彩度であり、Ｙ_ｉｎが明度である。

特定の色を独立で調整するために、基準となる色を設定する。その数はモニターの特性や目的に合わせて任意に設定することができるが、ここではＲ，Ｇ，Ｂ，Ｃ，Ｍ，Ｙの６色とし、それぞれの色相の値をθ_ｒ，θ_ｇ，θ_ｂ，θ_ｃ，θ_ｍ，θ_ｙｅとする。Ｃｂ−Ｃｒ空間は、この基準の色によって領域に分割される。分けられた領域を図１に示す。

ＩＴＵ−ＲＢＴ６０１の規格においては、色相の値は式７に示す。

ＲＧＢＹＣＭの６色（基準色）を中心として重み係数分布を決定する。重み係数は、中心に１で、その両側の基準色に０とする。重み係数分布の形はいろいろと考えられるが、図６は２種類の曲線を示す。θ_０は中心となる純色で、θ_１，θ_２はその両側にある純色である。
例えば、中心となる色がＲであれば、その両側にある色はＭとＹｅになる。この時にθ_０＝θ_ｒ，θ_１＝θ_ｍ，θ_２＝θ_ｙｅとなる。中心Ｒに対して重みの分布範囲は図２のＳ１で示す。

ＲＧＢＹＣＭの６色は、夫々に独自の重み分布をとっても良いが、共通することが多い。

入力画素の色相は、式６から求める。得たθで入力された色がどの領域に属しているかを判定する。例えば図２にある点Ｐ（Ｃｂ_ｉｎ，Ｃｒ_ｉｎ）に対して、その色相はθ_ｐである。θ_ｐはθ_ｙｅとθ_ｒとの間にあるので、点Ｐの補正は色Ｙｅと色Ｒにしか関係ない。

点Ｐに対して、その重み係数の特定は図７に示す。Ｗｙｅは色Ｙｅの重み係数の分布で、Ｗｒは色Ｒの重み係数分布である。θ_ｐで両分布曲線と交差する処は、点Ｐにおける重み係数である。ここで、重み係数は２つある。夫々をＷ１、Ｗ２と記す。つまり、ある色に対して重み係数は２つ存在する。

実施例１を図３に表す。入力信号は、Ｙ_ｉｎ、Ｃｂ_ｉｎ、Ｃｒ_ｉｎである。極座標計算部は、Ｃｂ_ｉｎとＣｒ_ｉｎからθとＤを算出する。極座標変換は、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムを利用することが多い。重み係数計算部は、θを使って図７から重み係数を決定する。Ｄ＝０は、無彩色を意味する。Ｄがある閾値より小さいとき、重み係数Ｗ１／Ｗ２をゼロにする。Ｋｈｘ，Ｋｓｘ，Ｋｂｘは、夫々色相、彩度、明度の調整係数で、外から入力される。ここで、ｘ＝ＲＧＢＣＭＹｅである。

明度調整は、式（８），（８ａ），（８ｂ）で行う。各色に対して明度の影響度を考慮して、その明度係数ＫｂｘにＱｘを掛けて式（８ｂ）で処理する。（８ｂ）で得た係数Ｋ’ｂｘを使って、図７のような重み付けを考慮し、式（８ａ）から総合調整係数Ｋ”ｂｘを得る。ここで、明度の変動は視覚に敏感であるので、彩度の低い色で調整を軽くする必要がある。このため、Ｄをかけて彩度を反映する。最後に、得られた総合調整係数Ｋ”ｂｘで調整を行う。処理は図８に示す。図３の明度調整の詳細は図８になる。

彩度調整は、式９にて行う。彩度調整の結果Ｃｂ１とＣｒ１を色相調整に入力する。

色相調整は、式１０で行う。色相調整の入力信号は、彩度調整の結果信号を使う。

実施例２は図４に表す。実施例１では、彩度と明度の調整は調整前の色相に基づいて行っている。色相調整後の特定な色信号に対して彩度と明度調整はできない。例えば、赤信号に対して色相を２０度回転させる。同じく赤信号に対して彩度を１．５倍する処理を行う際、彩度の調整対象は色相調整前の赤信号となるので、色相調整後の赤信号に彩度調整を施すことができない。

実施例２では、色相調整用の角度を算出し、それを用いて明度と彩度の調整に適用することによって色相調整後の明度・彩度調整を実現する。

極座標計算部は、図３と同じである。重み係数計算１は、θを使って図７から重み係数を決定する。Ｄ＝０は、色無しを意味する。Ｄは、ある閾値より小さいとき、重み係数Ｗ１／Ｗ２をゼロにする。Ｋｈｘ，Ｋｓｘ，Ｋｂｘは夫々色相、彩度、明度の調整係数で、外から入力される。ここで、ｘ＝ＲＧＢＣＭＹのいずれかである。

色相調整部１は、式１２で調整後の色相θ’を算出する。

重み係数計算２は、θではなく、θ’＝Δθ＋θを使って図７から重み係数を決定する。決定した重み係数をＷ１／Ｗ２でなく、Ｗ１’／Ｗ２’を記す。Ｄ＝０は、色無しを意味する。Ｄがある閾値より小さいとき、重み係数Ｗ１／Ｗ２をゼロにする。ここで、重み係数はＬＵＴ（Ｌｏｏｋ−ｕｐＴａｂｌｅ）を利用することが多いので、重み係数計算１と重み係数計算２はＬＵＴを共用することが多い。

Ｗ１’／Ｗ２’を使って、明度調整は式（１３），（１３ａ），（１３ｂ）で行う。各色に対して明度の影響度を考慮し、その明度係数Ｋｂｘに係数Ｑｘを掛けて式（８ｂ）で処理する。（８ｂ）で得た係数Ｋ’ｂｘを使って、図７のような重み付けを考慮し、式（８ａ）から総合調整係数Ｋ”ｂｘを得る。ここで、明度の変動は視覚に敏感であるので、彩度の低い色で調整を軽くする必要がある。このためＤをかけて彩度を反映する。最後に、得られた総合調整係数Ｋ”ｂｘで調整を行う。処理は図９に示す。図４の明度調整の詳細は図９に示す。

Ｗ１’／Ｗ２’を使って、彩度調整は式１４にて行う。

Ｃｂ１とＣｒ１を使って、色相調整部２より式１５で行う。

実施例３は図５に表す。同じ回路に実施例１と実施例２の機能を同時に搭載し、制御信号Ｋｍによって重み係数を切り替えることができる。例えば、モード１（ｋｍ＝０）のときに、実施例１の処理を行い、モード２（ｋｍ＝１）のときに実施例２の処理を行うことができる。これにより、より柔軟なシステム構成ができる。

輝度の影響度を考慮する係数Ｑｘの算出を説明する。基準色である赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ），黄（Ｙｅ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ）の６色の輝度への影響度は、以下のように求められる。式２から式１６が得られる。この式から色Ｒ，Ｇ，Ｂが明度Ｙへの影響度が分かる。
Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５７８７Ｇ＋０．１１４Ｂ（16）

更に、Ｙｅ，Ｃ，Ｍは、以下の式１７で求められる。
Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ
Ｃ＝Ｇ＋Ｂ（17）
Ｍ＝Ｒ＋Ｂ

式１６、式１７から各色が明度に対する影響度は式１８に示すように求められる。貢献度の値は、Ｐｘで記す。ｘ＝ＲＧＢＣＭＹｅのいずれかである。
Ｐｒ＝０．２９９
Ｐｇ＝０．５８７
Ｐｂ＝０．１１４（18）
Ｐｙｅ＝Ｐｒ＋Ｐｇ＝０．８８６
Ｐｃ＝Ｐｇ＋Ｐｂ＝０．７０１
Ｐｍ＝Ｐｒ＋Ｐｂ＝０．４１３

各色に対して明度調整を行う時に、明度に対する影響度の大きい色に小さな調整係数を用い、影響度の小さい色に大きな調整係数を用いることで、異なる色に対して同じ割合で明度調整することができる。このときＱｘは式８ｂ、式１３ｂに示された外部からの入力値Ｋｂｘの条件によって、式１９、式２０のように決定される。
Ｋｂｘ≧０のとき
Ｑｒ＝１−Ｐｒ
Ｑｇ＝１−Ｐｇ
Ｑｂ＝１−Ｐｂ（19）
Ｑｙｅ＝１−Ｐｙｅ
Ｑｃ＝１−Ｐｃ
Ｑｍ＝１−Ｐｍ
Ｋｂｘ＜０のとき
Ｑｒ＝Ｐｒ
Ｑｇ＝Ｐｇ
Ｑｂ＝Ｐｂ（20）
Ｑｙｅ＝Ｐｙｅ
Ｑｃ＝Ｐｃ
Ｑｍ＝Ｐｍ

また、式２１、式２２とすれば、輝度の影響を考慮しながら、回路を小規模に抑えることも可能である。
Ｋｂｘ≧０のとき
Ｑｘ＝１−Ｙｉｎ（21）
Ｋｂｘ＜０のとき
Ｑｘ＝Ｙｉｎ（22）

さらに、式２３を使用しても良い。式２３に割り算があるので、ハードウエアの実現が複雑になるが、式５ｄより均一性が良い。
Ｑｒ＝１／Ｐｒ
Ｑｇ＝１／Ｐｇ
Ｑｂ＝１／Ｐｂ（23）
Ｑｙｅ＝１／Ｐｙｅ
Ｑｃ＝１／Ｐｃ
Ｑｍ＝１／Ｐｍ

YCMRGBの6色を境目とした色の領域分割の説明図。重み係数の範囲を示す説明図。色相調整前の情報を用いた彩度・明度調整手法の説明図。色相調整後の情報を用いた彩度・明度調整手法の説明図。切り替えモード付き色相・彩度・明度調整手法の説明図。 RGBYMCの6色における重み係数の説明図。特定な色相における重み係数の説明図。図３の明度調整手法の説明図。図4の明度調整手法の説明図。

Claims

ＹＵＶ／ＹＣｒＣｂ画像について、ＵＶ／ＣｒＣｂ空間を極座標変換し、極座標空間の角度を色相として色を特定し、特定した色に対して明度・彩度・色相の調整をそれぞれ独立して同時に行う際に、その色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する画像処理装置。
複数基準色を用いて色領域を分割し、特定の色をその両側の基準色の延長と見做し、見做す程度は基準色の重み係数で表し、両基準色の調整パラメータを用いて特定色の明度・彩度・色相の調整を行う際に、各色に対して色の差を受けずに各色の明度を同じ基準で調整する請求項１に記載の画像処理装置。
彩度Ｄがある閾値より小さいときに重み係数をゼロとし、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する請求項２に記載の画像処理装置。
明度の調整に彩度を反映させ、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する請求項１に記載の画像処理装置。
彩度と明度の調整を調整前の色相に基づいて行う際に、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する請求項１に記載の画像処理装置。
彩度と明度の調整を調整後の色相に基づいて行う際に、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する請求項１に記載の画像処理装置。
彩度と明度の調整を色相調整の前と後の２つのモードで行う際に、各色の明度に対する影響度に依存なく明度を調整する請求項１に記載の画像処理装置。
請求項１―７のいずれか１項に記載の画像処理装置における明度を調整する処理を含む画像処理方法。