JP2008234315A - Gradation compression method and gradation compression device for digital image - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル画像の階調圧縮方法及び階調圧縮装置に関する。 The present invention relates to a digital image gradation compression method and a gradation compression apparatus.
デジタル画像は、CRTディスプレイモニタ、液晶ディスプレイモニタ、プラズマディスプレイモニタ等の表示デバイス、プリントデバイスにより画像として再現される。しかしながら、CRTディスプレイモニタ等の表示デバイスやプリントデバイスは、それぞれ表現可能な輝度に限界がある。例えば、汎用のCRTディスプレイモニタ、液晶ディスプレイモニタの各チャンネルは、階調を8ビットで表現する。一方、デジタル画像の各チャンネルは、8ビットを超える、16ビット、24ビット等のデータを記録できる。したがって、階調が8ビットを超えるデジタル画像(以下、HDR(High Dynamic Range)デジタル画像)を汎用のCRTディスプレイモニタ等で再現するためには、HDRデジタル画像を8ビット以下のデジタル画像(以下、LDR(Low Dynamic Range)デジタル画像)に圧縮する必要がある。また、人間の眼が感知できる輝度の範囲は、汎用の表示デバイス、プリントデバイスが再現可能な輝度を遥かに超える高輝度領域まで及ぶ。したがって、汎用のCRTディスプレイで再現されたLDRデジタル画像の映像を見ると、違和感を覚えることがある。 A digital image is reproduced as an image by a display device such as a CRT display monitor, a liquid crystal display monitor, a plasma display monitor, or a print device. However, a display device such as a CRT display monitor and a print device each have a limit in the brightness that can be expressed. For example, each channel of a general-purpose CRT display monitor and a liquid crystal display monitor expresses a gradation with 8 bits. On the other hand, each channel of a digital image can record data of more than 8 bits such as 16 bits and 24 bits. Therefore, in order to reproduce a digital image with a gradation exceeding 8 bits (hereinafter referred to as HDR (High Dynamic Range) digital image) on a general-purpose CRT display monitor or the like, the HDR digital image is converted into a digital image with 8 bits or less (hereinafter referred to as “digital image”). Compression to LDR (Low Dynamic Range) digital image). In addition, the range of luminance that can be sensed by the human eye extends to a high-luminance region that far exceeds the luminance that can be reproduced by general-purpose display devices and printing devices. Therefore, when the video of the LDR digital image reproduced on a general-purpose CRT display is viewed, the user may feel uncomfortable.
従来のHDRデジタル画像の階調圧縮方法を2種類に大別すると、HDRデジタル画像の全ての画素に対して同じ圧縮関数を用いて処理するグローバルオペレータと、HDRデジタル画像の画素毎に圧縮関数が変化するローカルオペレータとがある。グローバルオペレータは、HDRデジタル画像の画素の輝度を所定の輝度値の範囲に分けて輝度ヒストグラムを作成し、この輝度ヒストグラムに基づきHDRデジタル画像の画素の輝度を圧縮する(例えば、非特許文献1参照)。一方、ローカルオペレータは、HDRデジタル画像の輝度成分とその低周波成分とを用いることにより、アナログ写真技術で用いられる覆い焼き、焼き込みに類似した効果を得る(例えば、非特許文献2参照)。
しかしながら、グローバルオペレータによりHDRデジタル画像を階調圧縮すると、デジタル画像のハイライト部分(入射光の正反射ベクトルと視覚ベクトルとがなす角度が0°〜10°付近の部分)の大きさが変動する。ハイライト部分の大きさは、対象物の材質感及び形状の曲率に影響を与える。例えば、ハイライト部分の大きさが比較的小さくなると、対象物が金属質ではなくゴム質であるかのように表現される。また、ハイライト部分の大きさが比較的大きくなると、画素が白飛びし、対象物の形状の曲率が表現できなくなる。また、グローバルオペレータによりHDRデジタル画像を階調圧縮すると、デジタル画像のシェード部分(入射光の正反射ベクトルと視覚ベクトルとがなす角度が30°以上の部分)の輝度の階調が変動する。シェード部分の輝度の階調は、対象物の形状の曲率に影響を与える。例えば、輝度の階調が緩やかになると、形状の曲率が緩やかな印象を与える。また、輝度の階調が急になると、形状の曲率が急な印象を与える。 However, when an HDR digital image is tone-compressed by a global operator, the size of the highlight portion of the digital image (the portion where the angle formed between the regular reflection vector of incident light and the visual vector is around 0 ° to 10 °) varies. . The size of the highlight portion affects the texture of the object and the shape curvature. For example, when the size of the highlight portion is relatively small, the object is expressed as if it is rubber instead of metal. In addition, when the size of the highlight portion is relatively large, the pixels are blown out and the curvature of the shape of the object cannot be expressed. Further, when the HDR digital image is subjected to gradation compression by a global operator, the luminance gradation of the shade portion of the digital image (the portion formed by the regular reflection vector of incident light and the visual vector is 30 ° or more) varies. The luminance gradation of the shade portion affects the curvature of the shape of the object. For example, when the luminance gradation becomes gentle, the shape curvature gives a gentle impression. Further, when the luminance gradation becomes steep, the curvature of the shape gives a steep impression.
ローカルオペレータによりHDRデジタル画像を階調圧縮すると、ハイライト部分の輝度のバランスが崩れ、対象物の形状の曲率に影響を与える。また、シェード部分の輝度の階調が全体的に変動し、対象物の形状の曲率に影響を与える。 When the HDR digital image is tone-compressed by a local operator, the balance of the brightness of the highlight portion is lost, and the curvature of the shape of the object is affected. In addition, the luminance gradation of the shade portion as a whole fluctuates and affects the curvature of the shape of the object.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、対象物の材質感及び形状の曲率を再現できるデジタル画像の階調圧縮方法及び階調圧縮装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a gradation compression method and a gradation compression apparatus for a digital image capable of reproducing the material texture and shape curvature of an object.
前記目的を達成するため、第1の発明は、デジタル画像の階調圧縮方法において、
デジタル画像の画素の輝度に応じて、デジタル画像の領域を高輝度領域と低輝度領域とに分割する画像領域分割工程と、
光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により前記高輝度領域の画素の輝度を階調圧縮する網膜応答圧縮工程と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention provides a gradation compression method for a digital image,
An image region dividing step for dividing the region of the digital image into a high luminance region and a low luminance region according to the luminance of the pixel of the digital image;
A retinal response compression step for gradation-compressing the luminance of the pixels in the high-luminance region according to the response characteristic of retinal cells that logarithmically sense light stimulation;
It is characterized by providing.
第2の発明は、第1の発明に係るデジタル画像の階調圧縮方法において、前記画像領域分割工程は、デジタル画像の画素の輝度に応じて、デジタル画像の領域を高輝度領域と中輝度領域と低輝度領域とに分割し、
前記網膜応答圧縮工程は、光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により前記高輝度領域及び前記中輝度領域の画素の輝度を階調圧縮し、
前記網膜応答圧縮工程により階調圧縮される前の第1の輝度と、前記網膜応答圧縮工程により階調圧縮された後の第2の輝度とを加重平均することにより、前記中輝度領域の画素の輝度を修正する中輝度領域加重平均工程を備えることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the gradation compression method for a digital image according to the first aspect, the image region dividing step is configured such that the region of the digital image is divided into a high luminance region and a medium luminance region according to the luminance of the pixel of the digital image. And divided into low brightness areas,
In the retinal response compression step, the luminance of the pixels in the high-brightness region and the medium-brightness region is grayscale-compressed according to the response characteristics of retinal cells that logarithmically sense light stimulation,
Pixels in the medium luminance region are obtained by weighted averaging the first luminance before gradation compression by the retinal response compression step and the second luminance after gradation compression by the retinal response compression step. And a medium luminance region weighted average process for correcting the luminance of the medium.
このように、前記網膜応答圧縮工程により階調圧縮される前の第1の輝度と、前記網膜応答圧縮工程により階調圧縮された後の第2の輝度とを加重平均し、前記中輝度領域の画素の輝度を修正することにより、階調圧縮後の輝度の階調を連続的につなぐことができる。 In this way, the first luminance before gradation compression by the retinal response compression step and the second luminance after gradation compression by the retinal response compression step are weighted and averaged, and the medium luminance region By correcting the luminance of these pixels, the luminance gradation after gradation compression can be continuously connected.
第3の発明は、第1又は第2の発明に係るデジタル画像の階調圧縮方法において、前記画像領域分割工程によりデジタル画像の領域を分割する前に、デジタル画像の画素の輝度を線形補正する線形補正工程を更に含むことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the gradation compression method for a digital image according to the first or second aspect, the luminance of the pixel of the digital image is linearly corrected before the region of the digital image is divided by the image region dividing step. The method further includes a linear correction step.
第4の発明は、第1〜第3いずれかの発明に係るデジタル画像の階調圧縮方法において、 前記網膜応答圧縮工程により階調圧縮される前の前記第1の輝度の対数値と前記網膜応答圧縮工程により階調圧縮された後の前記第2の輝度の対数値との入出力関係を示す入出力応答曲線の傾きが、前記第1の輝度の対数値と前記第2の輝度の対数値とが同一であるとする入出力不変直線と交差する点において、前記入出力不変直線の傾きと略一致することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the gradation compression method for a digital image according to any one of the first to third aspects of the invention, the logarithmic value of the first luminance before the gradation compression by the retinal response compression step and the retina The slope of the input / output response curve indicating the input / output relationship with the logarithmic value of the second luminance after gradation compression in the response compression step is the pair of the logarithmic value of the first luminance and the second luminance. The input / output invariant straight line substantially coincides with the slope of the input / output invariant straight line at a point where the numerical value is the same.
第5の発明は、第1〜第4いずれかの発明に係るデジタル画像の階調圧縮方法において、 L*a*b*色空間における色のベクトルの方向を維持しつつ、輝度をXYZ色空間で階調圧縮し、色調をL*a*b*色空間で相対的に保持することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the gradation compression method for a digital image according to any one of the first to fourth aspects of the invention, the luminance is maintained in the XYZ color space while maintaining the color vector direction in the L * a * b * color space. The tone compression is performed by the color tone, and the color tone is relatively maintained in the L * a * b * color space.
このように、L*a*b*色空間における色のベクトルの方向を維持しつつ、輝度をXYZ色空間で階調圧縮し、色調をL*a*b*色空間で相対的に保持することにより、対象物の色の印象を再現できる。また、完全拡散反射面の輝度(Y=100)を閾値として利用できる。 Thus, while maintaining the direction of the color vector in the L * a * b * color space, the luminance is tone-compressed in the XYZ color space, and the color tone is relatively retained in the L * a * b * color space. Thus, the color impression of the object can be reproduced. Further, the luminance (Y = 100) of the complete diffuse reflection surface can be used as a threshold value.
第6の発明は、デジタル画像の階調圧縮装置において、デジタル画像の画素の輝度に応じて、デジタル画像の領域を高輝度領域と低輝度領域とに分割する画像領域分割手段と、
光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により前記高輝度領域の画素の輝度を階調圧縮する網膜応答圧縮手段と、
を備えることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a digital image gradation compression apparatus, wherein the digital image region is divided into a high luminance region and a low luminance region in accordance with the luminance of the pixel of the digital image;
Retinal response compression means for gradation-compressing the luminance of the pixels in the high-luminance region based on response characteristics of retinal cells that logarithmically sense light stimulation;
It is characterized by providing.
本発明によれば、人間の眼が光を感じる過程をデジタル画像の階調圧縮に適用することにより、対象物の材質感及び形状の曲率を再現できるデジタル画像の階調圧縮方法及び階調圧縮装が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gradation compression method and gradation compression of a digital image which can reproduce the material texture and the curvature of a shape of an object by applying the process in which human eyes feel light to the gradation compression of a digital image. The costume is obtained.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る画像階調圧縮方法の一実施例の工程を示す工程図である。これらの工程は、例えば、マイクロコンピュータにより実現される。本実施例の画像階調圧縮方法は、図1に示すように、前処理工程10と、線形補正工程20と、画像領域分割工程30と、網膜応答圧縮工程40と、中輝度領域加重平均工程50と、色調階調圧縮工程60とからなる。本実施例の画像階調圧縮方法は、人間の眼が光を感じる過程をデジタル画像の階調圧縮方法に適用する。以下、各工程について詳説するが、最初に、人間の眼が光を感知する過程と本実施例の各工程の対応関係について説明する。
FIG. 1 is a process diagram showing the steps of an embodiment of an image gradation compression method according to the present invention. These processes are realized by, for example, a microcomputer. As shown in FIG. 1, the image gradation compression method of the present embodiment includes a
人間の眼は、明るい環境下では眼に入る光量を減らすため瞳孔が小さくなり、暗い環境下では眼に入る光量を増やすため瞳孔が大きくなる。線形補正工程20は、人間の眼が環境により瞳孔の直径を調整し眼に入る光量を調整する過程に対応する。
The human eye has a small pupil to reduce the amount of light entering the eye in a bright environment, and the pupil is large to increase the amount of light entering the eye in a dark environment. The
また、人間の眼は、視野の中に輝度の高い高輝度領域と輝度の低い低輝度領域とが存在すると、高輝度領域が映る部分の網膜細胞において光の輝度に対する感度が低下する所謂部分順応が起きる。部分順応が起きると、高輝度領域が映る部分の網膜細胞だけではなく、近接する網膜細胞でも、光の輝度に対する感度が低下する。すなわち、高輝度領域と低輝度領域との境目となる中輝度領域が映る部分の網膜細胞も、部分順応の影響を受ける。画像領域分割工程30は、部分順応が起きる高輝度領域と部分順応の影響を受ける中輝度領域と部分順応が起きない低輝度領域とに画像の領域を分割する。また、網膜応答圧縮工程40は、光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により、部分順応が起きる高輝度領域及び部分順応の影響を受ける中輝度領域の画素の輝度を階調圧縮する。また、中輝度領域加重平均工程50は、中輝度領域が受ける部分順応の影響を緩和する。以下、各工程について詳説する。
In addition, when the human eye has a high-brightness area with high brightness and a low-brightness area with low brightness in the visual field, the sensitivity to light brightness is reduced in the retinal cells where the high-brightness area appears. Happens. When partial adaptation occurs, the sensitivity to the luminance of light decreases not only in the portion of the retinal cell in which the high luminance region is reflected but also in the adjacent retinal cell. That is, the retinal cells in the portion where the medium luminance region that is the boundary between the high luminance region and the low luminance region is also affected by the partial adaptation. The image
前処理工程10は、後の各工程で必要となるデータを作成する。まず、HDRデジタル画像の色のデータを、XYZ表色系及びL*a*b*表色系の両方の表色系で用意する。XYZ表色系においては、Yの値が輝度、(X,Z)のベクトルの方向が色相、(X,Z)のベクトルの大きさが彩度を表現する。XYZ表色系は、完全拡散反射面(Perfect Reflecting Diffuser)の輝度Yを100として正規化されている。また、L*a*b*表色系においては、L*の値が明度、(a*,b*)のベクトルの方向が色相、(a*,b*)のベクトルの大きさが彩度を表現する。XYZ表色系とL*a*b*表色系との間の色変換式は、JISZ8729が規定する式を適用する。ここで、後の説明を簡略化するため、前処理工程10により作成したXYZ表色系の色のデータとL*a*b*表色系の色のデータを、それぞれ、(X0,Y0,Z0)、(L*0,a*0,b*0)と表現する。
In the
線形補正工程20は、前述したように、人間の目が環境により瞳孔の直径を調整し目に入る光量を調整する過程に対応する。
As described above, the
人間の目が対象物を見るとき、瞳孔の直径がd0からd1へ変化すると、瞳孔の面積は(d0/2)2πから(d1/2)2πへ変化する。このとき、人間の目に入る光量は、瞳孔の面積に比例するため、瞳孔の直径が変化する前の光量のd1 2/d0 2になる。瞳孔の直径がd0からd1へ変化した後の各画素の輝度Y1は、数式1により算出できる。
When the human eye viewing the object, the diameter of the pupil changes from d 0 to d 1, the area of the pupil varies (d 0/2) from 2π to (d 1/2) 2 π . At this time, since the amount of light entering the human eye is proportional to the area of the pupil, it becomes d 1 2 / d 0 2 of the amount of light before the pupil diameter changes. The luminance Y 1 of each pixel after the pupil diameter changes from d 0 to d 1 can be calculated by
瞳孔の直径d0は、線形補正工程20により補正される前のHDRデジタル画像の光量をLbkとすると、瞳孔の直径と光量との関係を示すクロフォードの式(数式2参照)から算出できる。
The diameter d 0 of the pupil, when the amount of previous HDR digital image to be corrected by the
以上のように、本実施例の線形補正工程20は、瞳孔の直径d1をユーザが入力すると、数式1に従って、HDRデジタル画像の各画素の輝度Y0をY1へ補正する。また、ユーザは、瞳孔の直径d1を入力することの代わりに、瞳孔の直径を変更しないこと、つまり各画素の輝度Y0を補正しないことを選択できる。尚、以下の説明では、説明を簡略化するため、ユーザが各画素の輝度Y0を補正しないことを選択した場合であっても、各画素の輝度をY0ではなくY1と表現する。
As described above, when the user inputs the pupil diameter d 1 , the
画像領域分割工程30は、上述したように、人間の眼の網膜細胞が部分順応する過程の一部に対応する。すなわち、画像領域分割工程30は、部分順応が起きる高輝度領域と、部分順応の影響を受ける中輝度領域と、部分順応が起きない低輝度領域とを分割する。そこで、画像領域分割工程30は、以下のステップにより、各画素を高輝度領域と、中輝度領域と、低輝度領域とに分割する。
As described above, the image
第1のステップでは、数式5に従って、各画素の輝度Y1を閾値Lextでオフセットした値LHを算出する。ここで、Lextは、画像全体に対する低輝度領域の占める割合を示すパラメータである。Lextが大きくなるほど、低輝度領域の占める割合が増える。Lextの値は、ユーザが適当な値を入力できるが、経験的に完全拡散反射面の輝度(100)とすることが好ましい。 In the first step, a value L H obtained by offsetting the luminance Y 1 of each pixel by the threshold value L ext is calculated according to Equation 5. Here, L ext is a parameter indicating the ratio of the low-luminance area to the entire image. As L ext increases, the proportion of the low luminance region increases. Although the user can input an appropriate value for the value of L ext , it is preferable to empirically set the luminance (100) of the complete diffuse reflection surface.
また、画像領域分割工程30は、高輝度領域、中輝度領域、低輝度領域以外の第4の領域を設定することができる。例えば、HDRデジタル画像が工業製品の意匠デザインである場合、色を表現する各チャンネルとは別に、αチャンネルをHDRデジタル画像に設定することにより、工業製品以外の領域、つまり背景の領域を第4の領域に設定できる。具体的には、工業製品の領域をα=1とし、背景の領域をα=0とする補助データをHDRデジタル画像に記録することにより、α=0の領域を第4の領域とする。この第4の領域は、部分順応の影響を受けない領域とし、LAの値を0とする。第4の領域を部分順応の影響を受けない領域とした理由は、工業製品の意匠デザインにおいては、ユーザが工業製品の材質感、形状の曲率に着目し、背景の材質感、形状の曲率には着目しないからである。このように、αチャンネルを設定することにより、後述する網膜応答圧縮工程40の対象となる領域を減らし、計算速度を向上できる。
The image
図2は、画像領域分割工程30によりHDRデジタル画像の領域を分割する過程の一例を示す図である。図2(a)は、本実施例の工業製品の意匠デザインである。図2(b)は、LHの分布を示す図である。図2(c)は、LAの分布を示す図である。図2(d)は、高輝度領域、中輝度領域、低輝度領域、第4の領域を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a process of dividing an HDR digital image area by the image
以上のように、本実施例の画像分割領域工程30は、第1〜第3のステップにより、各画素を少なくとも高輝度領域と、中輝度領域と、低輝度領域とに分割する。
As described above, the image dividing
網膜応答圧縮工程40は、前述のように、人間の眼の網膜細胞が部分順応する過程の一部に対応する。すなわち、網膜応答圧縮工程40は、光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により、部分順応が起きる高輝度領域及び部分順応の影響を受ける中輝度領域の画素の輝度Y1を階調圧縮する。
As described above, the retinal
人間の目の網膜細胞の応答特性は、網膜細胞の応答電圧をRとし、その網膜細胞の応答電圧Rの最大値、最小値をRmax、Rminとし、網膜細胞が受ける刺激強度をIとすると、近似的に数式7で表現できる。尚、数式7において、σはRminとRmaxとの幾何平均である準飽和定数(semi−saturation constant)、nは刺激強度Iに対する網膜細胞の応答電圧Rの増加指数である。増加指数nの値は、個人差、環境差があるが、一般的に0.7〜2.0である。 The response characteristic of the retinal cell of the human eye is that the response voltage of the retinal cell is R, the maximum and minimum values of the response voltage R of the retinal cell are R max and R min, and the stimulation intensity received by the retinal cell is I. Then, it can be approximately expressed by Equation 7. In Equation 7, σ is a semi-saturation constant that is a geometric mean of R min and R max, and n is an increase index of the response voltage R of the retinal cell to the stimulation intensity I. The value of the increase index n is generally 0.7 to 2.0, although there are individual differences and environmental differences.
網膜応答圧縮工程40においては、光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により、輝度を階調圧縮する。このとき、入出力応答曲線は、階調圧縮前後でデジタル画像の対象物の材質感、及び形状の曲率を維持するため、入出力不変直線に対して漸近することが好ましい。そこで、増加指数nの値は、以下で説明するステップにより、算出する。
In the retinal
第1のステップでは、入出力応答曲線と入出力不変直線とが交差する点(第1の輝度Y1=σ近傍)における入出力応答曲線の傾きgを、数式9を用いて最小二乗法により算出する。傾きgは、図3から明らかなように、増加指数nの関数である。尚、数式9において、Sはサンプリング数である。 In the first step, the slope g of the input / output response curve at the point where the input / output response curve intersects with the input / output invariant straight line (in the vicinity of the first luminance Y 1 = σ) is calculated by the least square method using Equation 9. calculate. The slope g is a function of the increase index n, as is apparent from FIG. In Equation 9, S is the sampling number.
このように、第1〜第2のステップにより、入出力応答曲線が入出力不変直線に漸近するときの増加指数nの値を算出する。例えば、Ymax=200、Ymin=1の場合、増加指数nの値は、図3から明らかなように、0.8487である。 Thus, the value of the increase index n when the input / output response curve asymptotically approaches the input / output invariant straight line is calculated by the first to second steps. For example, when Y max = 200 and Y min = 1, the value of the increase index n is 0.8487, as is apparent from FIG.
以上のように、本実施例の網膜応答圧縮工程40は、数式8に従って、部分順応の影響を受ける高輝度領域及び中輝度領域の各画素の輝度Y1をY2へ対数的に階調圧縮する。
As described above, the retinal
中輝度領域加重平均工程50は、前述のように、人間の眼の細胞が部分順応する過程の一部に対応する。すなわち、中輝度領域加重平均工程50は、中輝度領域が受ける部分順応の影響を緩和することに対応する。
As described above, the medium luminance region weighted
具体的には、中輝度領域について、網膜応答圧縮工程40により階調圧縮される前の第1の輝度Y1と、網膜応答圧縮工程40により階調圧縮された後の輝度Y2とを加重平均し、中輝度領域における部分順応の影響を緩和する。部分順応の影響を緩和した後の第3の輝度Y3は、数式10により算出できる。
Specifically, for the middle luminance region, the first luminance Y 1 before gradation compression by the retinal
以上のように、本実施例の中輝度加重平均工程50は、数式10に従って、中輝度領域が受ける部分順応の影響を緩和する。
As described above, the medium luminance weighted
色調階調圧縮工程60は、高輝度領域の各画素の輝度Y2、中輝度領域の各画素の輝度Y3、低輝度領域の各画素の輝度Y1を用いて、後述する各ステップによりHDRデジタル画像の色調を階調圧縮する。
The tone
第1のステップでは、高輝度領域の各画素の輝度Y2、中輝度領域の各画素の輝度Y3、低輝度領域の各画素の輝度Y1を、XYZ表色系からL*a*b*表色系に変換する。XYZ表色系とL*a*b*表色系との間の色変換式は、JISZ8729が規定する式を適用する。ここで、後の説明を簡略化するため、第1のステップにより作成したL*a*b*表色系の輝度をL*1と表現する。 In the first step, the luminance Y 2 of each pixel in the high luminance region, the luminance Y 3 of each pixel in the middle luminance region, and the luminance Y 1 of each pixel in the low luminance region are calculated from the XYZ color system by L * a * b. * Convert to color system. As a color conversion formula between the XYZ color system and the L * a * b * color system, the formula defined by JISZ8729 is applied. Here, in order to simplify the subsequent description, the luminance of the L * a * b * color system created in the first step is expressed as L * 1 .
第2のステップでは、前処理工程10により用意した各画素の色調(a0*,b0*)から階調圧縮後の色調を求める。ここでは、L*a*b*色空間が球状の均等色空間であることを利用し、(L0*,a0*,b0*)の色のベクトルの方向を保ちつつ、彩度を変更する。すなわち、輝度がL*0からL*1へ階調圧縮されたことに伴い、(a0*,b0*)のベクトルの方向、つまり色相を維持しつつ、(a0*,b0*)のベクトルの大きさ、つまり彩度をL*1/L*0倍に変更する。このように、L*a*b*色空間における色のベクトルの方向を維持しつつ、輝度をXYZ色空間で階調圧縮し、色調をL*a*b*色空間で相対的に保持することにより、対象物の色の印象を再現できる。また、完全拡散反射面の輝度(Y=100)を閾値として利用できる。
In the second step, the color tone after gradation compression is obtained from the color tone (a 0 *, b 0 *) of each pixel prepared in the
第3のステップでは、第2のステップにより作成したL*a*b*表色系のデータをXYZ表色系のデータに変換する。XYZ表色系とL*a*b*表色系との間の色変換式は、JISZ8729が規定する式を適用する。XYZ表色系に変換することにより、汎用のCRTディスプレイ等でLDRデジタル画像のデータとして利用できる。 In the third step, the L * a * b * color system data created in the second step is converted into XYZ color system data. As a color conversion formula between the XYZ color system and the L * a * b * color system, the formula defined by JISZ8729 is applied. By converting to the XYZ color system, it can be used as LDR digital image data on a general-purpose CRT display or the like.
図4は、本実施例により作成したLDRデジタル画像と比較例により作成したLDRデジタル画像とを比較した図である。ここで、比較例のHDRデジタル画像の階調圧縮方法には、非特許文献2に記載の階調圧縮方法を用いた。図4(a)は、本実施例及び比較例で階調圧縮に用いた工業用製品の意匠デザインである。図4(b)は、本実施例により作成したLDRデジタル画像の図4(a)の線A−A’における画素の輝度分布を示した図である。図4(c)は、比較例により作成したLDRデジタル画像の図4(a)の線A−A’における画素の輝度分布を示した図である。
FIG. 4 is a diagram comparing the LDR digital image created by the present embodiment and the LDR digital image created by the comparative example. Here, the gradation compression method described in
図4から明らかなように、比較例により作成したLDRデジタル画像の輝度分布は、ハイライト部分において輝度のバランスが維持できておらず、かつシェード部分において輝度の階調が全体的に高くなっている。これに対し、本実施例により作成したLDRデジタル画像の輝度分布は、ハイライト部分において輝度のバランスが維持できており、かつシェード部分において輝度の階調が一致している。 As apparent from FIG. 4, the luminance distribution of the LDR digital image created by the comparative example does not maintain the luminance balance in the highlight portion, and the luminance gradation generally increases in the shade portion. Yes. On the other hand, the luminance distribution of the LDR digital image created according to the present embodiment maintains the luminance balance in the highlight portion, and the luminance gradations match in the shade portion.
以上のように、本実施例の階調圧縮方法によりデジタル画像を階調圧縮すれば、比較例の場合と比較して、対象物の材質感及び形状の曲率を再現できた。 As described above, if the digital image is tone-compressed by the tone compression method of the present embodiment, the texture of the object and the curvature of the shape can be reproduced as compared with the comparative example.
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、本実施例のデジタル画像の階調圧縮は、HDRデジタル画像をLDRデジタル画像に階調圧縮したが、デジタル画像の階調を圧縮することに用いる限り、例えば、24ビットのHDRデジタル画像を16ビットのHDRデジタル画像に階調圧縮することに用いることもできる。 For example, the gradation compression of the digital image of the present embodiment is the gradation compression of the HDR digital image into the LDR digital image. However, as long as it is used to compress the gradation of the digital image, for example, the 24-bit HDR digital image is converted. It can also be used for gradation compression into a 16-bit HDR digital image.
また、本実施例の線形補正工程20は、瞳孔の直径の値d1をユーザが入力できる設定としたが、瞳孔の直径の二乗の比d1 2/d0 2の値をユーザが入力できる設定としても良い。瞳孔の直径の二乗の比d1 2/d0 2をユーザが入力することにより、d0を算出するステップを省略し、計算速度を向上できる。
Further, the
10 前処理工程
20 線形補正工程
30 画像領域分割工程
40 網膜応答圧縮工程
50 中間領域加重平均工程
60 色調圧縮工程
DESCRIPTION OF
Claims (6)
デジタル画像の画素の輝度に応じて、デジタル画像の領域を高輝度領域と低輝度領域とに分割する画像領域分割工程と、
光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により前記高輝度領域の画素の輝度を階調圧縮する網膜応答圧縮工程と、
を備えることを特徴とするデジタル画像の階調圧縮方法。 In the gradation compression method for digital images,
An image region dividing step for dividing the region of the digital image into a high luminance region and a low luminance region according to the luminance of the pixel of the digital image;
A retinal response compression step for gradation-compressing the luminance of the pixels in the high-luminance region according to the response characteristic of retinal cells that logarithmically sense light stimulation;
A gradation compression method for a digital image, comprising:
前記網膜応答圧縮工程は、光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により前記高輝度領域及び前記中輝度領域の画素の輝度を階調圧縮し、
前記網膜応答圧縮工程により階調圧縮される前の第1の輝度と、前記網膜応答圧縮工程により階調圧縮された後の第2の輝度とを加重平均することにより、前記中輝度領域の画素の輝度を修正する中輝度領域加重平均工程を備えることを特徴とする請求項1に記載のデジタル画像の階調圧縮方法。 The image region dividing step divides the digital image region into a high luminance region, a medium luminance region, and a low luminance region according to the luminance of the pixel of the digital image,
In the retinal response compression step, the luminance of the pixels in the high-brightness region and the medium-brightness region is grayscale-compressed according to the response characteristics of retinal cells that logarithmically sense light stimulation,
Pixels in the medium luminance region are obtained by weighted averaging the first luminance before gradation compression by the retinal response compression step and the second luminance after gradation compression by the retinal response compression step. 2. The gradation compression method for a digital image according to claim 1, further comprising a medium luminance region weighted average process for correcting the luminance of the digital image.
光の刺激を対数的に感知する網膜細胞の応答特性により前記高輝度領域の画素の輝度を階調圧縮する網膜応答圧縮手段と、
を備えることを特徴とするデジタル画像の階調圧縮装置。 An image region dividing means for dividing the region of the digital image into a high luminance region and a low luminance region according to the luminance of the pixel of the digital image;
Retinal response compression means for gradation-compressing the luminance of the pixels in the high-luminance region based on response characteristics of retinal cells that logarithmically sense light stimulation;
A gradation compression apparatus for a digital image, comprising:
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