JP2012028937A - Video signal correction apparatus and video signal correction program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a video signal correction apparatus capable of performing locally contrast correction to a low luminance portion without affecting a tone of entire video.SOLUTION: A video signal correction apparatus 1 comprises virtual radiance calculation means 20 calculating a radiance component by performing operation to a luminance component of a video signal due to reverse characteristic of camera characteristics, virtual radiance correction means 30 performing contrast correction of the radiance component by performing a convolution operation using Gaussian kernel having a plurality of sizes defined in advance for each pixel and correcting a luminance value of a pixel lower than a predetermined threshold with a coefficient defined in advance, and video pixel value conversion means 40 calculating a luminance value after video adjustment by performing an operation due to the camera characteristics to the luminance value of the pixel of the corrected luminance image and generating the video signal after correction.

Description

本発明は、映像信号のコントラスト補正を行う映像信号補正装置および映像信号補正プログラムに関する。   The present invention relates to a video signal correction apparatus and a video signal correction program that perform contrast correction of a video signal.

一般に、撮影カメラは、実世界の広大なダイナミックレンジを、ディスプレイなどのデバイスに表示するため、光学的な絞りやフィルタを調整してダイナミックレンジの圧縮を行っている。しかし、屋外のスポーツ中継などでは、日照部分とその影の部分との間に大きな輝度差がついているため、光学的な調整のみでは、高輝度域と低輝度域の双方の細部の画質(ディティール)を保ったまま表示を行うことが非常に困難である。そのため、撮影対象を高輝度側あるいは低輝度側のどちらかに限定せざるをえず、一方がよく見えるような光学的な調整を行ってきた。このとき、他方の画質は劣化することになる。
このような問題を解決するために手法(トーンリプロダクション手法)として、種々の提案がなされている(例えば、非特許文献1)。
Generally, in order to display a vast dynamic range in the real world on a device such as a display, a photographing camera adjusts an optical aperture and a filter to compress the dynamic range. However, in outdoor sports broadcasts and the like, there is a large difference in brightness between the sunshine and the shadow. Therefore, with only optical adjustment, the image quality (details) of both the high and low luminance areas is high. ) Is very difficult to display. Therefore, it has been necessary to limit the object to be photographed to either the high luminance side or the low luminance side, and optical adjustment has been performed so that one of them can be seen well. At this time, the other image quality is deteriorated.
Various proposals have been made as a technique (tone reproduction technique) for solving such a problem (for example, Non-Patent Document 1).

ここで、非特許文献1に提案されている手法(以下、従来手法という)について簡単に説明する。
従来手法では、L(x,y)を、画像中の画素(x,y)に対応する実世界の放射輝度としたとき、以下の式(1)に示す放射輝度の対数平均L′を算出する。この対数平均L′は、画像内の基準となる明るさであって、写真光学で知られるゾーンシステムの中間グレーゾーン(中間輝度域)を決めるための指標となる。
Here, a method proposed in Non-Patent Document 1 (hereinafter referred to as a conventional method) will be briefly described.
In the conventional method, when L w (x, y) is a real-world radiance corresponding to the pixel (x, y) in the image, the logarithmic average L w ′ of the radiance shown in the following equation (1) Is calculated. The logarithmic average L w ′ is a reference brightness in the image, and serves as an index for determining an intermediate gray zone (intermediate luminance region) of a zone system known in photographic optics.

Figure 2012028937
Figure 2012028937

ここで、Nは画像の画素数、δは輝度値が“0”のときに起こる計算上のアンダーフローを防ぐための微小値である。
また、従来手法は、以下の式(2)に示すスケーリングされた輝度L(x,y)を定義する。
Here, N is the number of pixels of the image, and δ is a minute value for preventing a calculation underflow that occurs when the luminance value is “0”.
Further, the conventional method defines a scaled luminance L (x, y) expressed by the following equation (2).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

ここで、aはキー値と呼ばれ、画像が主観的に明るい(ハイキー)か、暗い(ロウキー)かを決める値である。通常、キー値には、a=0.18が広く用いられる。
そして、従来手法は、以下の式(3)により、画像全体の表示範囲をスケーリングすることで、映像信号(ディスプレイ)上の仮の輝度値L(x,y)を特定する。
Here, a is called a key value, and is a value that determines whether an image is subjectively bright (high key) or dark (low key). Usually, a = 0.18 is widely used as a key value.
Then, the conventional method specifies the provisional luminance value L d (x, y) on the video signal (display) by scaling the display range of the entire image by the following equation (3).

Figure 2012028937
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これによって、ディスプレイに表示可能な0.0〜1.0倍のダイナミックレンジに輝度がスケーリングされることになる。   As a result, the luminance is scaled to a dynamic range of 0.0 to 1.0 times that can be displayed on the display.

次に、従来手法は、周辺領域の輝度値と大きく異なる画素のコントラストを強調する。
すなわち、従来手法は、複数の空間スケールsで定義された円形のガウシアンカーネルによって、前記式(2)で演算したスケーリングされた輝度値L(x,y)で特定される輝度画像を畳み込んだ結果の輝度値V(x,y,s)を用いて、以下の式(4)に示すアクティビティ(コントラスト判定の尺度)(Activity(x,y,s))を演算する。
Next, the conventional method emphasizes the contrast of pixels that are greatly different from the luminance values in the peripheral area.
That is, the conventional method convolves the luminance image specified by the scaled luminance value L (x, y) calculated by the above equation (2) with a circular Gaussian kernel defined by a plurality of spatial scales s i. Using the resulting luminance value V (x, y, s i ), the activity (scale of contrast determination) (Activity (x, y, s i )) shown in the following equation (4) is calculated.

Figure 2012028937
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ここで、φはその値を小さくするとエッジが強調される方向に働く先鋭度パラメータである。aは前記式(2)と同じキー値である。また、従来手法では、最小のsを“0.35”とし、順次1.6倍ずつ大きくすることで、8つの空間スケールs〜sを使用している。 Here, φ is a sharpness parameter that works in a direction in which the edge is emphasized when the value is reduced. “a” is the same key value as in the formula (2). In the conventional method, the minimum s i is set to “0.35”, and is sequentially increased by 1.6 times, thereby using eight spatial scales s 1 to s 8 .

そして、従来手法は、|Activity(x,y,s)|>ε(εは、コントラストの有無を判定するための閾値)を満たす、最も小さいs〜s(ここでは、sとする)で特定される輝度値V(x,y,s)を用いて、以下の式(5)により、映像信号としてのコントラスト補正後の輝度値L(x,y)を演算する。 In the conventional method, the minimum s 1 to s 8 (here, s m ) satisfying | Activity (x, y, s i ) |> ε (ε is a threshold for determining the presence or absence of contrast). The luminance value L d (x, y) after contrast correction as a video signal is calculated by the following equation (5) using the luminance value V (x, y, s i ) specified by

Figure 2012028937
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これによって、従来手法は、コントラストを保ちつつ、実世界の放射輝度分布をディスプレイのダイナミックレンジに収めることができる。   Thus, the conventional method can keep the real world radiance distribution within the dynamic range of the display while maintaining the contrast.

E.Reinhard, M.Stark, P.Shirley, and J.Ferwerda, "Photographic Tone Reproduction for Digital Images", ACM Transactions on Graphics, vol.21, no.3, pp.267-276,2002.E. Reinhard, M. Stark, P. Shirley, and J. Ferwerda, "Photographic Tone Reproduction for Digital Images", ACM Transactions on Graphics, vol. 21, no. 3, pp. 267-276, 2002.

前記した従来手法は、入力する輝度分布を実世界の放射輝度分布としているため、当該手法を、動画像に適用し実時間で処理することは、撮影カメラの光学系や電気的な信号処理、さらには、その後段の映像処理などが複雑に関係するために、現状では不可能である。
また、従来手法では、コントラスト補正を行うための演算の性質上、低輝度部分のコントラスト補正の効果を十分に得ることができないという問題がある。すなわち、従来手法は、前記式(5)において、コントラスト補正の演算を行うため、低輝度においては、分母の値“1”が大きく影響し、低輝度部分の変化を適切に表現できないという問題がある。
Since the above-described conventional method uses an input luminance distribution as a real-world radiance distribution, applying the method to a moving image and processing it in real time means that the optical system of the photographing camera or electrical signal processing, Furthermore, since the subsequent video processing and the like are complicated, it is impossible at present.
In addition, the conventional method has a problem that the effect of contrast correction in a low-luminance portion cannot be sufficiently obtained due to the nature of computation for performing contrast correction. That is, since the conventional method performs the contrast correction calculation in the equation (5), the denominator value “1” is greatly influenced at low luminance, and the change in the low luminance portion cannot be expressed appropriately. is there.

さらに、従来手法は、実世界の放射輝度分布を補正対象としているため、すでにカメラで撮影された既存の映像信号のコントラスト補正には、適用することができない。例えば、一般的にカメラで撮影された映像には、画質や表現力の向上のため、例えば、ニー補正処理によって、高輝度域を圧縮させるなどのさまざまな信号処理が行われている。このため、カメラで撮影された映像信号の輝度分布は、実世界の放射輝度分布とは異なったものとなり、従来手法をそのまま適用すると、映像全体のトーンが変化してしまうという問題がある。   Furthermore, since the conventional method is intended to correct the radiance distribution in the real world, it cannot be applied to the contrast correction of an existing video signal already captured by a camera. For example, in order to improve image quality and expressive power, for example, various signal processing such as compressing a high luminance region by knee correction processing is generally performed on video captured by a camera. For this reason, the luminance distribution of the video signal photographed by the camera is different from the radiance distribution in the real world, and if the conventional method is applied as it is, there is a problem that the tone of the entire video changes.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、カメラ撮影された映像信号に対して、映像全体のトーンに影響を与えずに、低輝度部分を局所的にコントラスト補正することが可能な映像信号補正装置および映像信号補正プログラムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and locally corrects the contrast of a low-brightness portion of a video signal captured by a camera without affecting the tone of the entire video. It is an object of the present invention to provide a video signal correction apparatus and a video signal correction program that can be used.

本発明は、前記課題を解決するために創案されたものであり、まず、請求項1に記載の映像信号補正装置は、映像信号のコントラストを補正する映像信号補正装置であって、仮想放射輝度算出手段と、フィルタ手段と、変化量算出手段と、カーネル決定手段と、輝度値選択手段と、低輝度値補正手段と、映像画素値変換手段と、を備える構成とした。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. First, the video signal correction apparatus according to claim 1 is a video signal correction apparatus for correcting the contrast of a video signal, and includes virtual radiance. The calculation unit, the filter unit, the change amount calculation unit, the kernel determination unit, the luminance value selection unit, the low luminance value correction unit, and the video pixel value conversion unit are provided.

かかる構成において、映像信号補正装置は、仮想放射輝度算出手段によって、カメラにおける信号処理された映像信号の特性を示すカメラ特性に基づいて、映像信号の輝度成分に対してカメラ特性の逆特性による演算を行うことで、信号処理前の仮想的な放射輝度成分を算出する。通常、カメラで撮影された映像信号は、ガンマ、ニーなどの信号処理によって、非線形な信号となっている。そこで、仮想放射輝度算出手段によって、映像信号に対してカメラ特性の規格から想定される、おおよその逆特性をかけることで、コントラスト算出のためには十分線形とみなすことができる輝度信号に変換することができる。   In such a configuration, the video signal correction apparatus calculates the luminance component of the video signal based on the inverse characteristic of the camera characteristic based on the camera characteristic indicating the characteristic of the video signal processed by the virtual radiance calculation unit. To calculate a virtual radiance component before signal processing. Normally, a video signal photographed by a camera is a non-linear signal by signal processing such as gamma and knee. Therefore, the virtual radiance calculation means applies the approximate inverse characteristic assumed from the camera characteristics standard to the video signal, thereby converting it into a luminance signal that can be regarded as sufficiently linear for contrast calculation. be able to.

そして、映像信号補正装置は、フィルタ手段によって、仮想放射輝度算出手段で算出された放射輝度成分に対して、画素ごとに、予め定めた複数の大きさのガウシアンカーネルにより畳み込み演算を行う。これによって、大きさの異なるガウシアンカーネルを適用した輝度値(フィルタ済輝度値)が複数生成されることになる。   Then, the video signal correction apparatus performs a convolution operation on the radiance component calculated by the virtual radiance calculation unit using the Gaussian kernel having a plurality of predetermined sizes for each pixel. As a result, a plurality of luminance values (filtered luminance values) to which Gaussian kernels having different sizes are applied are generated.

また、映像信号補正装置は、変化量算出手段によって、フィルタ手段で算出された同一画素における複数のフィルタ済輝度値において、ガウシアンカーネルの大きさの順番が隣り合うガウシアンカーネルにより算出した2組のフィルタ済輝度値ごとに変化量を算出する。   Further, the video signal correction apparatus has two sets of filters calculated by adjacent Gaussian kernels in the order of the size of the Gaussian kernels in the plurality of filtered luminance values in the same pixel calculated by the filter unit by the change amount calculation unit. A change amount is calculated for each finished luminance value.

そして、映像信号補正装置は、カーネル決定手段によって、変化量算出手段で算出された変化量が予め定めた閾値よりも大きくなる最小のガウシアンカーネルを、当該画素に適用するガウシアンカーネルとして決定する。これによって、コントラスト差が予め定めた量よりも大きくなる最小のガウシアンカーネルが決定される。   Then, the video signal correction apparatus determines, as the Gaussian kernel to be applied to the pixel, the minimum Gaussian kernel in which the change amount calculated by the change amount calculation unit is larger than a predetermined threshold by the kernel determination unit. This determines the smallest Gaussian kernel where the contrast difference is greater than a predetermined amount.

そして、映像信号補正装置は、輝度値選択手段によって、フィルタ手段で算出された同一画素における複数のフィルタ済輝度値から、カーネル決定手段で決定されたガウシアンカーネルを適用して算出されたフィルタ済輝度値を当該画素における輝度値として選択することで輝度画像を生成する。これによって、最もコントラストの効いた輝度値が選択された輝度画像が生成されることになる。   Then, the video signal correction device uses the luminance value selection unit to calculate the filtered luminance calculated by applying the Gaussian kernel determined by the kernel determination unit from the plurality of filtered luminance values in the same pixel calculated by the filtering unit. A luminance image is generated by selecting a value as a luminance value in the pixel. As a result, a luminance image in which the luminance value having the highest contrast is selected is generated.

さらに、映像信号補正装置は、低輝度値補正手段によって、輝度値が低輝度であるか否かを示す予め定めた閾値に基づいて、輝度値選択手段で生成された輝度画像において、輝度値が低輝度である画素の輝度値を予め定めた係数により補正する。これによって、部分的に低輝度部分について、コントラスト補正を行うことができる。   Further, the video signal correction device uses the low luminance value correction unit to determine whether the luminance value is generated in the luminance image generated by the luminance value selection unit based on a predetermined threshold value indicating whether the luminance value is low luminance. The luminance value of the pixel having low luminance is corrected by a predetermined coefficient. As a result, contrast correction can be performed partially on the low-luminance portion.

そして、映像信号補正装置は、映像画素値変換手段によって、低輝度値補正手段で補正された輝度画像の各画素の輝度値に対して、カメラ特性による演算を行うことで、カメラによる信号処理後の輝度値を算出し、補正後の映像信号を生成する。これによって、コントラスト補正後の映像信号に対して、カメラによって行われた映像調整によるカメラ特性を再現することができる。   Then, the video signal correction device performs the calculation based on the camera characteristics on the luminance value of each pixel of the luminance image corrected by the low luminance value correction unit by the video pixel value conversion unit, thereby performing signal processing by the camera. Is calculated, and a corrected video signal is generated. Thereby, it is possible to reproduce the camera characteristics by the video adjustment performed by the camera on the video signal after the contrast correction.

また、請求項2に記載の映像信号補正装置は、請求項1に記載の映像信号補正装置における映像信号が、放送用映像信号であるYCbCr色空間で表現される映像信号であって、色空間変換手段と、色空間逆変換手段と、をさらに備える構成とした。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the video signal correction apparatus according to the first aspect, wherein the video signal in the video signal correction apparatus according to the first aspect is a video signal expressed in a YCbCr color space that is a broadcast video signal, The conversion unit and the color space inverse conversion unit are further provided.

かかる構成において、映像信号補正装置は、色空間変換手段によって、入力された映像信号をxyY色空間の映像信号に変換する。これによって、放送用映像信号として一般的に使用されているYCbCr色空間の映像信号を、xyY色空間の映像信号に変換し、以降の処理において、色味を加味した輝度信号をコントラスト補正の対象とする。
そして、映像信号補正装置は、色空間逆変換手段によって、映像画素値変換手段で生成された補正後の映像信号を、YCbCr色空間の映像信号に逆変換する。これによって、コントラスト補正を行った映像信号を放送用の映像信号として使用することができる。
In such a configuration, the video signal correction device converts the input video signal into a video signal in the xyY color space by the color space conversion means. As a result, a video signal in the YCbCr color space that is generally used as a broadcast video signal is converted into a video signal in the xyY color space, and the luminance signal in consideration of color is subjected to contrast correction in the subsequent processing. And
Then, the video signal correction device reversely converts the corrected video signal generated by the video pixel value conversion unit into a video signal in the YCbCr color space by the color space reverse conversion unit. As a result, the contrast-corrected video signal can be used as a broadcast video signal.

また、請求項3に記載の映像信号補正装置は、請求項1または請求項2に記載の映像信号補正装置において、仮想放射輝度算出手段が、カメラ特性を、放射輝度成分LをqL/(1+pL)の輝度成分となる特性として近似したカメラ特性パラメータp,qを外部から入力し、映像信号の輝度成分Lについて、L/(q−pL)を演算することで、信号処理前の仮想的な放射輝度成分Lを算出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the video signal correction apparatus according to the first or second aspect, the virtual radiance calculation means has a camera characteristic and a radiance component L * of qL * / The camera characteristic parameters p and q approximated as the characteristic that becomes the luminance component of (1 + pL * ) are input from the outside, and the signal L is calculated by calculating L d / (q−pL d ) for the luminance component L d of the video signal. A virtual radiance component L * before processing is calculated.

かかる構成において、映像信号補正装置は、仮想放射輝度算出手段によって、カメラ特性を既知の特性として、その特性を示すカメラ特性パラメータを用いて演算を行うことで、カメラにより映像調整を行う前の輝度成分(放射輝度成分)を仮想的に生成することができる。   In such a configuration, the video signal correction apparatus uses the virtual radiance calculation means to calculate the camera characteristics as known characteristics and perform the calculation using the camera characteristic parameters indicating the characteristics, thereby obtaining the brightness before video adjustment by the camera. A component (radiance component) can be virtually generated.

また、請求項4に記載の映像信号補正装置は、請求項3に記載の映像信号補正装置において、映像画素値変換手段が、低輝度値補正手段で補正された輝度画像の各画素の輝度値をV 、仮想的な放射輝度成分をLとしたとき、カメラ特性パラメータp,qを用いて、qL/(1+pV )を演算することで、補正後の輝度値を算出することを特徴とする。 The video signal correction apparatus according to claim 4 is the video signal correction apparatus according to claim 3, wherein the luminance value of each pixel of the luminance image corrected by the video pixel value conversion means by the low luminance value correction means. Is calculated by calculating qL * / (1 + pV s * ) using camera characteristic parameters p and q, where V s * is a virtual radiance component and L * is a virtual radiance component. It is characterized by that.

かかる構成において、映像信号補正装置は、映像画素値変換手段によって、カメラ特性を既知の特性として、仮想放射輝度算出手段で行われた変換の逆変換を行うことで、コントラスト補正後の輝度成分から、カメラによる映像調整後の特性を有する輝度成分を生成することができる。   In such a configuration, the video signal correction device performs the inverse conversion of the conversion performed by the virtual radiance calculation unit using the video pixel value conversion unit with the camera characteristic as a known characteristic, so that the luminance component after contrast correction is obtained. A luminance component having characteristics after image adjustment by the camera can be generated.

さらに、請求項5に記載の映像信号補正装置は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の映像信号補正装置において、低輝度値補正手段が、補正前の輝度値をVとしたとき、閾値であるαと、係数であるβとを外部から入力し、補正前の輝度値Vが閾値αを基準として小さい場合に、V−β(1−V/α)の演算により補正後の輝度値を算出することを特徴とする。 Furthermore, the video signal correction device according to claim 5 is the video signal correction device according to any one of claims 1 to 4, wherein the low luminance value correction means sets the luminance value before correction to V *. When the threshold value α and the coefficient β are input from the outside and the luminance value V * before correction is small with reference to the threshold value α, V * −β (1−V * / α) The luminance value after correction is calculated by the above calculation.

かかる構成において、映像信号補正装置は、低輝度値補正手段によって、閾値よりも小さい輝度成分に対して係数に応じたコントラストの調整が行われることになる。これによって、局所的に低輝度成分に対してコントラスト調整を行うことが可能になる。   In such a configuration, in the video signal correction apparatus, contrast adjustment corresponding to the coefficient is performed for the luminance component smaller than the threshold value by the low luminance value correction means. This makes it possible to perform contrast adjustment locally on the low luminance component.

また、請求項6に記載の映像信号補正プログラムは、映像信号のコントラストを補正するために、コンピュータを、仮想放射輝度算出手段、フィルタ手段、変化量算出手段、カーネル決定手段、輝度値選択手段、低輝度値補正手段、映像画素値変換手段、として機能させる構成とした。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a video signal correction program comprising: a computer for virtual radiance calculation means, filter means, change amount calculation means, kernel determination means, luminance value selection means; It is configured to function as a low luminance value correction unit and a video pixel value conversion unit.

かかる構成において、映像信号補正プログラムは、仮想放射輝度算出手段によって、カメラにおける信号処理された映像信号の特性を示すカメラ特性に基づいて、映像信号の輝度成分に対してカメラ特性の逆特性による演算を行うことで、信号処理前の仮想的な放射輝度成分を算出する。
そして、映像信号補正プログラムは、フィルタ手段によって、仮想放射輝度算出手段で算出された放射輝度成分に対して、画素ごとに、予め定めた複数の大きさのガウシアンカーネルにより畳み込み演算を行う。
In such a configuration, the video signal correction program calculates the luminance component of the video signal based on the inverse characteristic of the camera characteristic based on the camera characteristic indicating the characteristic of the video signal processed by the virtual radiance calculation means. To calculate a virtual radiance component before signal processing.
Then, the video signal correction program performs a convolution operation on the radiance component calculated by the virtual radiance calculation unit by the filter unit using a Gaussian kernel having a plurality of predetermined sizes for each pixel.

また、映像信号補正プログラムは、変化量算出手段によって、フィルタ手段により算出された同一画素における複数のフィルタ済輝度値において、ガウシアンカーネルの大きさの順番が隣り合うガウシアンカーネルにより算出した2組のフィルタ済輝度値ごとに変化量を算出する。
そして、映像信号補正プログラムは、カーネル決定手段によって、変化量算出手段で算出された変化量が予め定めた閾値よりも大きくなる最小のガウシアンカーネルを、当該画素に適用するガウシアンカーネルとして決定する。
The video signal correction program also includes two sets of filters calculated by adjacent Gaussian kernels in order of magnitude of Gaussian kernels in a plurality of filtered luminance values calculated by the filter unit by the change amount calculation unit. A change amount is calculated for each finished luminance value.
Then, the video signal correction program determines, as the Gaussian kernel to be applied to the pixel, the minimum Gaussian kernel in which the change amount calculated by the change amount calculation unit is larger than a predetermined threshold value by the kernel determination unit.

そして、映像信号補正プログラムは、輝度値選択手段によって、フィルタ手段で算出された同一画素における複数のフィルタ済輝度値から、カーネル決定手段で決定されたガウシアンカーネルを適用して算出されたフィルタ済輝度値を当該画素における輝度値として選択することで輝度画像を生成する。   Then, the video signal correction program uses the luminance value selecting unit to calculate the filtered luminance calculated by applying the Gaussian kernel determined by the kernel determining unit from the plurality of filtered luminance values in the same pixel calculated by the filtering unit. A luminance image is generated by selecting a value as a luminance value in the pixel.

さらに、映像信号補正プログラムは、低輝度値補正手段によって、輝度値が低輝度であるか否かを示す予め定めた閾値に基づいて、輝度値選択手段で生成された輝度画像において、輝度値が低輝度である画素の輝度値を予め定めた係数により補正する。
そして、映像信号補正プログラムは、映像画素値変換手段によって、低輝度値補正手段によって補正された輝度画像の各画素の輝度値に対して、カメラ特性による演算を行うことで、カメラによる信号処理後の輝度値を算出し、補正後の映像信号を生成する。
Further, the video signal correction program has a luminance value in the luminance image generated by the luminance value selection unit based on a predetermined threshold value indicating whether or not the luminance value is low luminance by the low luminance value correction unit. The luminance value of the pixel having low luminance is corrected by a predetermined coefficient.
Then, the video signal correction program performs the calculation based on the camera characteristics on the luminance value of each pixel of the luminance image corrected by the low luminance value correcting unit by the video pixel value converting unit, thereby performing the signal processing by the camera. Is calculated, and a corrected video signal is generated.

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
請求項1,6に記載の発明によれば、カメラによる映像調整前の仮想的な輝度成分に対して画像全体にコントラスト補正を行うとともに、低輝度成分についてさらに部分的にコントラスト補正を行い、映像調整に応じた映像信号を生成し直すことができる。このため、本発明は、カメラ撮影された映像信号に対して、映像調整による映像全体のトーンに影響を与えずに、低輝度部分を局所的にコントラスト補正することができ、高輝度域と低輝度域の双方の細部の画質を高めることができる。
The present invention has the following excellent effects.
According to the first and sixth aspects of the invention, contrast correction is performed on the entire image with respect to the virtual luminance component before image adjustment by the camera, and contrast correction is further partially performed on the low luminance component, thereby The video signal corresponding to the adjustment can be regenerated. For this reason, the present invention can locally correct the contrast of a low-brightness portion without affecting the tone of the entire video by video adjustment for a video signal photographed by a camera, thereby reducing a high-luminance region and a low-brightness region. It is possible to improve the image quality of both details in the luminance range.

請求項2に記載の発明によれば、放送用カメラにより事前に調整された放送用映像信号に対して、すでに調整された映像全体のトーンに影響を与えずに、低輝度部分を局所的にコントラスト補正することができる。   According to the second aspect of the present invention, the low-luminance part is locally applied to the broadcast video signal adjusted in advance by the broadcast camera without affecting the tone of the already adjusted video. Contrast correction can be performed.

請求項3,4に記載の発明によれば、映像信号の調整前の放射輝度成分を、既知のカメラ特性に応じて精度よく生成することができるため、調整を行う前の映像信号に対してコントラスト補正を行うことが可能になり、映像調整による映像全体のトーンに影響を与えずに、コントラスト補正を行うことができる。
請求項5に記載の発明によれば、部分的に低輝度部分のコントラスト補正を行うことができ、従来のトーンリプロダクション手法よりも、低輝度部分の画質を向上させることができる。
According to the third and fourth aspects of the present invention, the radiance component before adjustment of the video signal can be accurately generated according to the known camera characteristics. Contrast correction can be performed, and contrast correction can be performed without affecting the tone of the entire image due to image adjustment.
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to partially perform the contrast correction of the low-luminance portion, and it is possible to improve the image quality of the low-luminance portion as compared with the conventional tone reproduction method.

本発明の実施形態に係る映像信号補正装置の構成を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the structure of the video signal correction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る映像信号補正装置の仮想放射輝度補正手段の詳細な構成を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the detailed structure of the virtual radiance correction | amendment means of the video signal correction apparatus which concerns on embodiment of this invention. カメラ特性パラメータを説明するための説明図であって、(a)は、ある設定例におけるカメラの特性曲線(カメラ特性曲線)、(b)は、カメラの特性曲線に近似させた特性曲線(仮想的カメラ特性曲線)を示す。It is explanatory drawing for demonstrating a camera characteristic parameter, Comprising: (a) is a characteristic curve (camera characteristic curve) of the camera in a certain setting example, (b) is a characteristic curve (virtual) approximated to the characteristic curve of a camera. A typical camera characteristic curve). 本発明の実施形態に係る映像信号補正装置の全体動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole operation | movement of the video signal correction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る映像信号補正装置のコントラスト補正の詳細な動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed operation | movement of the contrast correction | amendment of the video signal correction apparatus which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[映像信号補正装置の構成]
まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る映像信号補正装置の構成について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Configuration of video signal correction device]
First, the configuration of a video signal correction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

映像信号補正装置1は、映像信号の低輝度部分の輝度調整を行いつつ、映像信号全体のコントラスト補正を行うものである。この映像信号補正装置1は、カメラで撮影された映像信号を補正の対象とし、ここでは、映像信号として、YCbCrの色空間で表現される一般的な放送用映像信号を補正の対象とする。例えば、この映像信号を、ITU−R Rec.BT.709で規定された、輝度が8ビットの場合、フルレンジ信号で“16”の値を“0”、“235”の値を“1”として正規化した浮動小数のYCbCrデジタル信号とする。   The video signal correction apparatus 1 performs contrast correction of the entire video signal while adjusting the brightness of the low-brightness portion of the video signal. The video signal correction apparatus 1 uses a video signal photographed by a camera as a correction target, and here, as a video signal, a general broadcast video signal expressed in a YCbCr color space is a correction target. For example, this video signal is converted to ITU-R Rec. BT. When the luminance is 8 bits as defined in 709, it is assumed to be a floating-point YCbCr digital signal normalized by setting the value of “16” to “0” and the value of “235” to “1” in the full-range signal.

この映像信号補正装置1は、色空間変換手段10と、仮想放射輝度算出手段20と、仮想放射輝度補正手段30と、映像画素値変換手段40と、色空間逆変換手段50と、パラメータ設定手段60と、を備えている。   The video signal correction apparatus 1 includes a color space conversion unit 10, a virtual radiance calculation unit 20, a virtual radiance correction unit 30, a video pixel value conversion unit 40, a color space inverse conversion unit 50, and a parameter setting unit. 60.

色空間変換手段10は、入力された映像信号の色空間を変換するものである。ここでは、色空間変換手段10は、入力された輝度Yと、2つの色差(Cb,Cr)で構成されるYCbCr色空間の映像信号を、色度座標(x、y)と輝度Yとで構成されるxyY色空間の映像信号に変換する。   The color space conversion means 10 converts the color space of the input video signal. Here, the color space conversion means 10 converts the input luminance Y and a video signal in the YCbCr color space composed of two color differences (Cb, Cr) into chromaticity coordinates (x, y) and luminance Y. It is converted into a video signal in the xyY color space.

具体的には、色空間変換手段10は、以下の式(6)により、YCbCr色空間の映像信号を、RGB色空間の映像信号に変換し、式(7)により、RGB色空間の映像信号を、XYZ色空間の映像信号に変換する。さらに、色空間変換手段10は、以下の式(8)により、XYZ色空間の映像信号をxyY色空間の映像信号に変換する。   Specifically, the color space conversion means 10 converts a video signal in the YCbCr color space into a video signal in the RGB color space by the following formula (6), and a video signal in the RGB color space by the formula (7). Are converted into video signals in the XYZ color space. Furthermore, the color space conversion means 10 converts the video signal in the XYZ color space into the video signal in the xyY color space according to the following equation (8).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

Figure 2012028937
Figure 2012028937

Figure 2012028937
Figure 2012028937

この映像信号補正装置1は、以下で説明を行うが、輝度成分を調整することで、コントラストの補正を行う。YCbCr色空間の映像信号の輝度Yは、色味を持たない信号であるため、当該輝度のみを調整すると、高輝度においては色味のない白のみが強調された色となり、低輝度においては色味のない黒のみが強調された色となるため、適正なコントラスト補正を行うことができない。そこで、映像信号補正装置1は、色空間変換手段10によって、YCbCr色空間の映像信号を、前記式(6)〜(8)からも分かるように、色味が加味された輝度を含んだxyY色空間の映像信号に変換することとする。
なお、前記式(6)〜(8)は、各色空間の変換を分かり易く示すため、個々の変換式で表したが、前記式(6)〜(8)を1つの変換式として変換することとしてもよい。
As will be described below, the video signal correction apparatus 1 performs contrast correction by adjusting the luminance component. Since the luminance Y of the video signal in the YCbCr color space is a signal having no color, when only the luminance is adjusted, only white with no color is emphasized at high luminance, and color is low at low luminance. Since only black with no taste is an emphasized color, proper contrast correction cannot be performed. Therefore, the video signal correction apparatus 1 uses the color space conversion unit 10 to convert the video signal in the YCbCr color space into the xyY including the luminance with the color added, as can be seen from the equations (6) to (8). The video signal is converted to a color space video signal.
In addition, although said Formula (6)-(8) was expressed by each conversion formula in order to show conversion of each color space intelligibly, said Formula (6)-(8) should be converted as one conversion formula. It is good.

このように、色空間変換手段10で変換された映像信号は、仮想放射輝度算出手段20と、映像画素値変換手段40とに出力される。なお、ここでは、色空間変換手段10は、色空間変換手段10で変換された映像信号の輝度成分Yのみを仮想放射輝度算出手段20に出力し、色成分のみを映像画素値変換手段40に出力する。   In this way, the video signal converted by the color space conversion unit 10 is output to the virtual radiance calculation unit 20 and the video pixel value conversion unit 40. Here, the color space conversion unit 10 outputs only the luminance component Y of the video signal converted by the color space conversion unit 10 to the virtual radiance calculation unit 20 and only the color component to the video pixel value conversion unit 40. Output.

仮想放射輝度算出手段20は、色空間変換手段10で変換された映像信号の輝度成分から、カメラによる信号処理(映像調整)が行われる前の仮想的な放射輝度成分を算出するものである。
ここでは、仮想放射輝度算出手段20は、パラメータ設定手段60のカメラ特性パラメータ設定手段61を介して入力される、映像信号を事前に調整(ガンマ、ニーなどの信号処理)したカメラのパラメータ(カメラ特性パラメータp,q)から、逆特性の演算を行うことで、信号処理される前の映像信号の輝度成分(仮想放射輝度成分)を求める。
The virtual radiance calculation unit 20 calculates a virtual radiance component before signal processing (video adjustment) by the camera is performed from the luminance component of the video signal converted by the color space conversion unit 10.
Here, the virtual radiance calculation means 20 is input via the camera characteristic parameter setting means 61 of the parameter setting means 60, and the camera parameters (cameras) obtained by adjusting the video signal in advance (signal processing such as gamma and knee). The luminance component (virtual radiance component) of the video signal before the signal processing is obtained by calculating the inverse characteristic from the characteristic parameters p and q).

ここで、色空間変換手段10で変換された映像信号上の輝度(Y)成分をL(x,y)とし、仮想放射輝度成分をL(x,y)とする。なお、(x,y)は、2次元の画素空間座標であって、L(x,y)は輝度成分の(x,y)座標における輝度値、L(x,y)は、仮想放射輝度成分の(x,y)座標における輝度値をそれぞれ示す。
すると、カメラの事前の補正によって、輝度成分L(x,y)は、仮想放射輝度成分L(x,y)を以下の式(9)によってスケーリングされたものと仮定することができる。
Here, it is assumed that the luminance (Y) component on the video signal converted by the color space conversion means 10 is L d (x, y), and the virtual radiance component is L * (x, y). Note that (x, y) is a two-dimensional pixel space coordinate, L d (x, y) is a luminance value in the (x, y) coordinate of the luminance component, and L * (x, y) is a virtual The luminance values at the (x, y) coordinates of the radiance component are shown.
Then, with the prior correction of the camera, the luminance component L d (x, y) can be assumed to be the virtual radiance component L * (x, y) scaled by the following equation (9).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

ここで、カメラ特性パラメータp,qは、映像信号を事前に調整したカメラ特性パラメータである。
そこで、仮想放射輝度算出手段20は、前記式(9)の逆変換式である以下の式(10)により、仮想放射輝度成分L(x,y)を算出する。
Here, the camera characteristic parameters p and q are camera characteristic parameters obtained by adjusting the video signal in advance.
Therefore, the virtual radiance calculation means 20 calculates the virtual radiance component L * (x, y) by the following equation (10), which is an inverse conversion equation of the equation (9).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

この仮想放射輝度算出手段20で算出された仮想放射輝度成分L(x,y)は、仮想放射輝度補正手段30と、映像画素値変換手段40とに出力される。 The virtual radiance component L * (x, y) calculated by the virtual radiance calculation means 20 is output to the virtual radiance correction means 30 and the video pixel value conversion means 40.

ここで、図3を参照(適宜図1参照)して、仮想放射輝度算出手段20が使用するカメラ特性パラメータp,qについて説明する。図3(a)は、ある設定例におけるカメラの特性曲線(カメラ特性曲線)、図3(b)は、カメラの特性曲線に近似させた特性曲線(仮想的カメラ特性曲線)を示している。また、図3(a),(b)は、それぞれ、横軸を相対入力輝度値(u)、縦軸を表示(出力)輝度値(v)としている。なお、図3(b)には、両特性曲線を比較するため、カメラ特性曲線を破線、仮想的カメラ特性曲線を実線で示している。   Here, the camera characteristic parameters p and q used by the virtual radiance calculation means 20 will be described with reference to FIG. 3 (refer to FIG. 1 as appropriate). 3A shows a characteristic curve (camera characteristic curve) of a camera in a certain setting example, and FIG. 3B shows a characteristic curve approximated to the characteristic curve of the camera (virtual camera characteristic curve). In FIGS. 3A and 3B, the horizontal axis represents the relative input luminance value (u) and the vertical axis represents the display (output) luminance value (v). In FIG. 3B, in order to compare the two characteristic curves, the camera characteristic curve is indicated by a broken line and the virtual camera characteristic curve is indicated by a solid line.

図3(a)は、具体的な設定例として、映像信号補正装置1に入力される映像信号を撮影したカメラの設定を、表示(出力)輝度値の約95%でニーがかかり始め(ニーポイント)、相対入力輝度値が400%で表示(出力)輝度値の最大値である110%に達する場合を想定した特性曲線である。すなわち、図3(a)の特性曲線は、以下の式(11)の関数で表すことができる。   FIG. 3A shows a specific setting example in which the setting of the camera that has captured the video signal input to the video signal correction apparatus 1 starts to knee at approximately 95% of the display (output) luminance value (knee). Point) is a characteristic curve assuming that the relative input luminance value reaches 110%, which is the maximum value of the display (output) luminance value at 400%. That is, the characteristic curve of FIG. 3A can be expressed by the function of the following formula (11).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

ここで、u=0.9025の場合、v=√(0.9025)=0.95となり、表示(出力)輝度値の約95%でニーがかかり始める特性に相当する。また、u=4の場合、v=√(1.21)=1.1となり、相対入力輝度値が400%で表示(出力)輝度値の最大値である110%に達する特性に相当する。   Here, when u = 0.09025, v = √ (0.9025) = 0.95, which corresponds to the characteristic that knee starts to be applied at about 95% of the display (output) luminance value. Further, when u = 4, v = √ (1.21) = 1.1, which corresponds to the characteristic that the relative input luminance value reaches 400% when the relative luminance value reaches 400%, which is the maximum value of the display (output) luminance value.

この図3(a)のカメラ特性曲線と近似する特性曲線を、図3(b)に示す仮想的カメラ特性曲線とする。すなわち、図3(b)の仮想的カメラ特性曲線を以下の式(12)とし、図3(a)のカメラ特性曲線に近似するようにp,qをカメラ特性パラメータとして予め定めておく。   A characteristic curve that approximates the camera characteristic curve of FIG. 3A is a virtual camera characteristic curve shown in FIG. That is, the virtual camera characteristic curve of FIG. 3B is defined as the following expression (12), and p and q are determined in advance as camera characteristic parameters so as to approximate the camera characteristic curve of FIG.

Figure 2012028937
Figure 2012028937

この場合、u=4でv=1.1となり、図3(a)のカメラ特性曲線に近似する曲線となるようにp,qを決定する。例えば、この場合、p=3、q=3.575の値とすることができる。   In this case, v = 1.1 when u = 4, and p and q are determined so as to be a curve that approximates the camera characteristic curve of FIG. For example, in this case, values of p = 3 and q = 3.575 can be set.

このように、カメラにおいて行われた調整をカメラ特性パラメータとして予め設定しておくことで、仮想放射輝度算出手段20は、映像信号の輝度成分L(x,y)から、調整を行う前の仮想放射輝度成分L(x,y)を算出することができる(前記式(10)参照)。
図1に戻って、映像信号補正装置1の構成について説明を続ける。
As described above, the adjustment performed in the camera is set in advance as the camera characteristic parameter, so that the virtual radiance calculation unit 20 can perform the adjustment before the adjustment from the luminance component L d (x, y) of the video signal. The virtual radiance component L * (x, y) can be calculated (see the above formula (10)).
Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the video signal correction apparatus 1 will be continued.

仮想放射輝度補正手段30は、仮想放射輝度算出手段20で算出された仮想放射輝度成分に対してコントラストの補正を行うものである。この仮想放射輝度補正手段30は、画像全体のコントラスト補正を行うととともに、低輝度部分のコントラスト補正をより強調して行う。この仮想放射輝度補正手段30で補正された輝度値(補正輝度値)は、映像画素値変換手段40に出力される。   The virtual radiance correction unit 30 performs contrast correction on the virtual radiance component calculated by the virtual radiance calculation unit 20. The virtual radiance correction means 30 performs contrast correction for the entire image and also emphasizes contrast correction for the low-luminance portion. The luminance value (corrected luminance value) corrected by the virtual radiance correction unit 30 is output to the video pixel value conversion unit 40.

ここでは、図2を参照して、仮想放射輝度補正手段30の詳細な構成について説明する。図2に示すように、仮想放射輝度補正手段30は、フィルタ手段31(31,31,…,31)と、アクティビティ算出手段32(31,31,…,31n−1)と、カーネル決定手段33と、コントラスト補正画素選択手段34と、低輝度値補正手段35と、を備えている。 Here, the detailed configuration of the virtual radiance correction means 30 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the virtual radiance correction means 30 includes a filter means 31 (31 1 , 31 2 ,..., 31 n ) and an activity calculation means 32 (31 1 , 31 2 ,..., 31 n-1 ). A kernel determining unit 33, a contrast correction pixel selecting unit 34, and a low luminance value correcting unit 35.

フィルタ手段31は、入力された仮想放射輝度成分L(x,y)にガウシアンカーネル(ガウシアンフィルタ)を適用し、画素座標(x,y)における輝度に対して、周辺画素の輝度でガウシアンカーネルによる畳み込み演算を行うものである。このように、ガウシアンカーネルを適用することで、注目画素に近い画素ほど重みを大きくして輝度値を平滑化し、ノイズを除去することができる。 The filter unit 31 applies a Gaussian kernel (Gaussian filter) to the input virtual radiance component L * (x, y), and uses the Gaussian kernel at the luminance of the surrounding pixels with respect to the luminance at the pixel coordinates (x, y). Is used to perform a convolution operation. In this way, by applying the Gaussian kernel, it is possible to smooth the luminance value by removing the noise by increasing the weight as the pixel is closer to the target pixel.

また、ここでは、フィルタ手段31を、予め定めた大きさ(スケール)の異なるガウシアンカーネルを適用する複数のフィルタ手段31,31,…,31で構成している。なお、このフィルタ手段31の個数は任意であるが、例えば、8個とする。
このフィルタ手段31,31,…,31は、それぞれ、仮想放射輝度成分L(x,y)に対して、以下の式(13)に示すように、ガウシアンカーネルRを用いた畳み込み演算により、平滑化した輝度値(フィルタ済輝度値)V(x,y,s)を算出する。
Further, here, the filter means 31 is constituted by a plurality of filter means 31 1 , 31 2 ,..., 31 n to which Gaussian kernels having different predetermined sizes (scales) are applied. The number of the filter means 31 is arbitrary, but is eight, for example.
The filter means 31 1 , 31 2 ,..., 31 n respectively convolve the virtual radiance component L * (x, y) using a Gaussian kernel R as shown in the following equation (13). A smoothed luminance value (filtered luminance value) V * (x, y, s i ) is calculated by calculation.

Figure 2012028937
Figure 2012028937

このガウシアンカーネルRの(α)は、ガウシアンカーネルのスケールを調整するための係数であって、αは、iによらない固定値である。また、sは、個々のフィルタ手段31,31,…,31で異なる係数である。
ここでは、フィルタ手段31は係数sを用いたガウシアンカーネルR、フィルタ手段31は係数sを用いたガウシアンカーネルR、…、フィルタ手段31は係数sを用いたガウシアンカーネルRによって、それぞれ(フィルタ済)輝度値V(x,y,s)を算出する。
The (α i s i ) of the Gaussian kernel R is a coefficient for adjusting the scale of the Gaussian kernel, and α i is a fixed value independent of i. Further, s i is a coefficient that is different for each filter means 31 1 , 31 2 ,..., 31 n .
Here, the Gaussian kernel filter unit 31 1 is Gaussian kernel R 1, Gaussian kernel R 2 filter unit 31 2 using a coefficient s 2 using the coefficients s 1, ..., the filter means 31 n is using the coefficients s n The respective (filtered) luminance values V * (x, y, s i ) are calculated by R n .

また、ここでは、各ガウシアンカーネルのスケーリングをi=1から順次1.6倍の大きさにスケーリングしたカーネルを用いることとし、最小のガウシアンカーネルRにおいてs=0.35とし、sの大きさを1.6倍ずつ大きくしたカーネルとする。 Also, here, a kernel in which scaling of each Gaussian kernel is sequentially scaled to 1.6 times larger than i = 1 is used, s 1 = 0.35 in the smallest Gaussian kernel R 1 , and s i Let the kernel be 1.6 times larger.

なお、sの大きさを1.6倍ずつ大きくするのは、一般的に、人間の輝度知覚モデルをDOG(Difference of Gaussian)を用いて近似する場合、隣り合うガウシアンカーネルのスケールの比率が1.6であることに基づいている(例えば、MARR, D. 1982. Vision, a computational investigation into the human representation and processing of visual information. W H Freeman and Company, San Francisco.を参照)。 Incidentally, to increase the size of the s i by 1.6 times, generally, when approximating the human brightness perception model using DOG (Difference of Gaussian), the ratio of the scale of adjacent Gaussian kernel 1.6 (see, for example, MARR, D. 1982. Vision, a computational investigation into the human representation and processing of visual information. WH Freeman and Company, San Francisco.).

このように平滑化された輝度値V(x,y,s)は、アクティビティ算出手段32と、コントラスト補正画素選択手段34とに出力される。なお、フィルタ手段31,31,…,31のうち、スケールが近い2つのガウシアンカーネルで算出した輝度値Vを同一のアクティビティ算出手段32に出力する。例えば、フィルタ手段31,31は、同一のアクティビティ算出手段32に輝度値V(x,y,s)と輝度値V(x,y,s)とをそれぞれ出力し、フィルタ手段31,31は、同一のアクティビティ算出手段32に輝度値V(x,y,s)と輝度値V(x,y,s)とをそれぞれ出力する。同様に、フィルタ手段31n−1,31は、同一のアクティビティ算出手段32n−1に輝度値V(x,y,sn−1)と輝度値V(x,y,s)とをそれぞれ出力する。 The smoothed luminance value V * (x, y, s i ) is output to the activity calculation unit 32 and the contrast correction pixel selection unit 34. In addition, the brightness value V * calculated by two Gaussian kernels having close scales among the filter units 31 1 , 31 2 ,..., 31 n is output to the same activity calculation unit 32. For example, the filter means 31 1 and 31 2 output the brightness value V * (x, y, s 1 ) and the brightness value V * (x, y, s 2 ) to the same activity calculation means 32 1 , respectively. filter means 31 2, 31 3, and outputs the luminance value in the same activity calculation means 32 2 V * (x, y , s 2) and the luminance value V * (x, y, s 3) and, respectively. Similarly, the filter means 31 n−1 and 31 n are connected to the same activity calculation means 32 n−1 by the luminance value V * (x, y, s n−1 ) and the luminance value V * (x, y, s n). ) And.

アクティビティ算出手段(変化量算出手段)32は、フィルタ手段31において、スケール(大きさ)が異なるガウシアンカーネルで算出された輝度値(フィルタ済輝度値)に基づいて、スケールに伴う輝度値の変化の度合い(アクティビティ;変化量)を算出するものである。   The activity calculation means (change amount calculation means) 32 is used to change the luminance value associated with the scale based on the luminance value (filtered luminance value) calculated by the Gaussian kernel having a different scale (size) in the filter means 31. The degree (activity; change amount) is calculated.

ここでは、アクティビティ算出手段32を、複数のアクティビティ算出手段32,32,…,32n−1で構成している。なお、このアクティビティ算出手段32の個数は任意であるが、フィルタ手段31よりも1つ少ない数で構成される。 Here, the activity calculation means 32 is composed of a plurality of activity calculation means 32 1 , 32 2 ,..., 32 n−1 . The number of activity calculation means 32 is arbitrary, but is configured to be one less than the filter means 31.

このアクティビティ算出手段32,32,…,32n−1は、それぞれ、スケールが近いガウシアンカーネルで算出された同一画素における2つの(フィルタ済)輝度値V(x,y,s),V(x,y,si+1)を入力し、以下の式(14)により、輝度値の変化の度合い(Activity(x,y,s))を算出する。 The activity calculation means 32 1 , 32 2 ,..., 32 n−1 each have two (filtered) luminance values V * (x, y, s i ) in the same pixel calculated by a Gaussian kernel having a close scale. , V * (x, y, s i + 1 ), and the degree of change in brightness value (Activity (x, y, s i )) is calculated by the following equation (14).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

ここで、φはその値を小さくするとエッジが強調される方向に働く先鋭度パラメータである。例えば、φの値を小さくすれば、評価する輝度のスケールに対する変化量が調整され、エッジの強調をより急峻な状態にすることができる。   Here, φ is a sharpness parameter that works in a direction in which the edge is emphasized when the value is reduced. For example, if the value of φ is reduced, the amount of change with respect to the luminance scale to be evaluated is adjusted, and the edge enhancement can be made steeper.

また、aは、キー値であって、その値を小さくすると画像が主観的に暗くなる方向に働くパラメータである。
ここでは、例えば、φ=8.0、a=0.18とする。なお、この先鋭度パラメータφ,キー値aは、ここでは、予め定めた値とするが、外部からパラメータとして設定されるように構成してもよい。
また、前記式(14)は、輝度値の変化の度合いであるため、分母の“2φas −2”の項は必ずしも必要ではない。
Further, a is a key value, and is a parameter that works in a direction in which an image becomes subjectively dark when the value is decreased.
Here, for example, φ = 8.0 and a = 0.18. The sharpness parameter φ and the key value a are predetermined values here, but may be configured to be set as parameters from the outside.
Further, since the equation (14) is the degree of change in the luminance value, the denominator “2 φ as i −2 ” is not necessarily required.

なお、アクティビティ算出手段32は、フィルタ手段31,31で算出された輝度値V(x,y,s)と輝度値V(x,y,s)とから、Activity(x,y,s)を算出し、アクティビティ算出手段32は、フィルタ手段31,31で算出された輝度値V(x,y,s)と輝度値V(x,y,s)とから、Activity(x,y,s)を算出する。同様に、アクティビティ算出手段32n−1は、フィルタ手段31n−1,31で算出された輝度値V(x,y,sn−1)と輝度値V(x,y,s)とから、Activity(x,y,sn−1)を算出する。
このアクティビティ算出手段32,32,…,32n−1で算出された輝度値の変化の度合い(Activity(x,y,s))は、カーネル決定手段33に出力される。
The activity calculating means 32 1 calculates Activity (from the luminance value V * (x, y, s 1 ) and the luminance value V * (x, y, s 2 ) calculated by the filtering means 31 1 and 31 2. x, y, s 1) is calculated, the activity calculation unit 32 2, the filter unit 31 2, 31 luminance values calculated in 3 V * (x, y, s 2) and the luminance value V * (x, y , S 3 ), Activity (x, y, s 2 ) is calculated. Similarly, the activity calculation means 32 n-1 has the brightness value V * (x, y, s n-1 ) and the brightness value V * (x, y, s) calculated by the filter means 31 n-1 , 31 n. n ), Activity (x, y, s n-1 ) is calculated.
The degree of change in luminance value (Activity (x, y, s i )) calculated by the activity calculating means 32 1 , 32 2 ,..., 32 n−1 is output to the kernel determining means 33.

カーネル決定手段33は、複数のアクティビティ算出手段32(32,32,…,32n−1)で算出されたガウシアンカーネルのスケールによって異なる輝度値の変化の度合い(変化量;アクティビティ)に基づいて、どのガウシアンカーネルを適用するか否かを決定するものである。 The kernel determination unit 33 is based on the degree of change in luminance value (change amount; activity) that varies depending on the scale of the Gaussian kernel calculated by the plurality of activity calculation units 32 (32 1 , 32 2 ,..., 32 n-1 ). This determines which Gaussian kernel to apply.

このカーネル決定手段33は、複数のアクティビティ算出手段32で算出した複数の輝度値の変化の度合い(Activity)において、その変化の度合いが予め定めた閾値よりも大きくなる、スケールが最小のガウシアンカーネルを、当該画素において適用するガウシアンカーネルとして決定する。
すなわち、カーネル決定手段33は、以下の式(15)を満たすsを(m=1,2,…,n)を決定する。
The kernel determination unit 33 calculates a Gaussian kernel with the smallest scale in which the degree of change (Activity) calculated by the plurality of activity calculation units 32 is greater than a predetermined threshold. The Gaussian kernel to be applied to the pixel is determined.
That is, the kernel determination unit 33 determines s m (m = 1, 2,..., N) that satisfies the following expression (15).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

ここで、εは、輝度値が大きく変化したことを判定するための規準となる閾値である。例えば、εを“0.05”とする。なお、ここでは、閾値εを予め定めた値とするが、外部からパラメータとして設定されるように構成してもよい。
これによって、カーネル決定手段33は、ガウシアンカーネルのスケールを変えることで、コントラストの変化をより大きくするガウシアンカーネルを特定することができる。
Here, ε is a threshold value serving as a criterion for determining that the luminance value has greatly changed. For example, ε is set to “0.05”. Here, the threshold value ε is set to a predetermined value, but may be configured to be set as a parameter from the outside.
As a result, the kernel determining unit 33 can specify a Gaussian kernel that further increases the change in contrast by changing the scale of the Gaussian kernel.

このカーネル決定手段33は、決定したガウシアンカーネルを特定する識別子m(m=1,2,…,n)を、コントラスト補正画素選択手段34に出力する。ここで、識別子m(m=1,2,…,n)は、それぞれ、フィルタ手段31,…,31で適用したガウシアンカーネルを示す。 The kernel determination unit 33 outputs an identifier m (m = 1, 2,..., N) that identifies the determined Gaussian kernel to the contrast correction pixel selection unit 34. Here, an identifier m (m = 1,2, ..., n) , respectively, the filter means 31 1, ..., it shows a Gaussian kernel applied at 31 n.

コントラスト補正画素選択手段(輝度値選択手段)34は、複数のフィルタ手段31(31,31,…,31)から入力したガウシアンカーネル適用後の輝度値V(x,y,s)(m=1,2,…,n)から、カーネル決定手段33で決定したガウシアンカーネルを適用した輝度値を選択するものである。 Contrast correction pixel selecting means (luminance value selecting means) 34, a plurality of filter means 31 (31 1, 31 2, ..., 31 n) after Gaussian kernel applied input from the luminance value V * (x, y, s m ) (M = 1, 2,..., N), the luminance value to which the Gaussian kernel determined by the kernel determining means 33 is applied is selected.

このコントラスト補正画素選択手段34は、カーネル決定手段33によって決定された、コントラストの変化をより大きくするガウシアンカーネルを適用した輝度値をすべての画素について選択するため、輝度画像全体に対してコントラスト補正を行ったことになる。
このように選択された輝度値、すなわち、輝度画像全体(グローバル)にコントラストが補正された輝度値V(x,y,s)は、低輝度値補正手段35に出力される。
The contrast correction pixel selection unit 34 selects the luminance value determined by the kernel determination unit 33 to which the Gaussian kernel that increases the contrast change is applied for all the pixels, and thus performs contrast correction on the entire luminance image. It ’s gone.
Thus selected luminance values, i.e., the contrast in the entire luminance image (global) corrected luminance value V * (x, y, s m) is output to the low luminance value correcting means 35.

低輝度値補正手段35は、コントラスト補正画素選択手段34によって選択され、グローバルにコントラストが補正された輝度値V(x,y,s)で構成される輝度画像において、部分的(ローカル)に低輝度部分のコントラストを補正するものである。 The low luminance value correction means 35 is selected by the contrast correction pixel selection means 34 and is partially (local) in the luminance image composed of the luminance values V * (x, y, s m ) whose contrast is corrected globally. In addition, the contrast of the low luminance part is corrected.

なお、コントラスト補正画素選択手段34によってコントラストが補正された輝度値V(x,y,s)で構成される輝度画像は、仮想放射輝度算出手段20(図1参照)において、前記式(10)によって算出された仮想放射輝度成分L(x,y)から生成されたものである。
しかし、前記式(9)において、コントラスト補正された輝度値V(x,y,s)では、「発明が解決しようとする課題」で説明した従来手法の式(5)と同様に、低輝度部分のコントラスト補正の効果が十分でない場合がある。
Note that the luminance image composed of the luminance values V * (x, y, s m ) whose contrast has been corrected by the contrast correction pixel selection unit 34 is obtained by the virtual radiance calculation unit 20 (see FIG. 1) by the above formula ( This is generated from the virtual radiance component L * (x, y) calculated by 10).
However, in the formula (9), the contrast-corrected luminance value V * (x, y, s m ) is similar to the formula (5) of the conventional method described in “Problems to be solved by the invention”. In some cases, the contrast correction effect in the low-luminance portion is not sufficient.

そこで、低輝度値補正手段35は、図1に示すパラメータ設定手段60の補正量調整パラメータ設定手段62を介して、低輝度成分を特定する閾値(補正量調整パラメータα)と、補正量(補正量調整パラメータβ)とを設定されることで、設定された閾値を基準とした低輝度成分に対して、設定された補正を行い低輝度成分のコントラスト補正を行う。
具体的には、低輝度値補正手段35は、以下の式(16)により、低輝度部分にコントラスト補正を行った補正輝度値V (x,y,α,β)を算出する。
Therefore, the low luminance value correction means 35, via the correction amount adjustment parameter setting means 62 of the parameter setting means 60 shown in FIG. 1, the threshold value (correction amount adjustment parameter α) for specifying the low luminance component and the correction amount (correction). By setting the amount adjustment parameter β), the set correction is performed on the low luminance component based on the set threshold value, and the contrast correction of the low luminance component is performed.
Specifically, the low luminance value correcting means 35 calculates a corrected luminance value V s * (x, y, α, β) obtained by performing contrast correction on the low luminance portion by the following equation (16).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

ここで、補正量調整パラメータはα,βは、映像信号補正装置1を操作する操作者が、適宜調整可能はパラメータである。
この補正量調整パラメータαは、低輝度の基準となる閾値であって、操作者がどの低輝度成分以下の輝度値を調整したいかを示す値である。ここでは、輝度値V(x,y,s)が、設定された補正量調整パラメータαより値が小さい場合は、補正が行われることになる。
Here, the correction amount adjustment parameters α and β are parameters that can be appropriately adjusted by an operator operating the video signal correction apparatus 1.
This correction amount adjustment parameter α is a threshold value that serves as a reference for low luminance, and is a value that indicates which low luminance component or less the luminance value the operator wants to adjust. Here, the brightness value V * (x, y, s m) is, if set correction amount adjustment value than the parameter α is small, so that the correction is performed.

また、補正量調整パラメータβは、低輝度成分に対して補正を行う補正量となる係数であって、これも操作者が低輝度部分にどの程度コントラストを強くかけたいかを示す値である。この補正量調整パラメータβは、その値が大きければコントラストを強くかける方向に働き、小さければコントラストが弱くかかる方向に働く。
なお、この補正量調整パラメータはα,βは、予め設定しておくことも可能であるが、操作者が、補正された映像をリアルタイムで視覚的に確認しながら、調整を行うことも可能である。
The correction amount adjustment parameter β is a coefficient that is a correction amount for correcting the low luminance component, and is also a value indicating how much contrast the operator wants to apply to the low luminance portion. The correction amount adjustment parameter β works in a direction in which the contrast is increased if the value is large, and works in a direction in which the contrast is weak when the value is small.
The correction amount adjustment parameters α and β can be set in advance, but the operator can also perform adjustment while visually confirming the corrected image in real time. is there.

このように、仮想放射輝度補正手段30は、映像信号の輝度成分を、一旦カメラ調整を行う前の仮想放射輝度成分に変換する。そして、仮想放射輝度補正手段30は、その変換した仮想放射輝度成分に対して、輝度画像全体(グローバル)にコントラスト補正を行った後、さらに低輝度部分(ローカル)にコントラスト補正を行う。
図1に戻って、映像信号補正装置1の構成について説明を続ける。
As described above, the virtual radiance correction unit 30 converts the luminance component of the video signal into the virtual radiance component before the camera adjustment is performed once. Then, the virtual radiance correction unit 30 performs contrast correction on the entire luminance image (global) with respect to the converted virtual radiance component, and further performs contrast correction on the low luminance part (local).
Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the video signal correction apparatus 1 will be continued.

映像画素値変換手段40は、仮想放射輝度算出手段20で算出された仮想放射輝度成分L(x,y)と、仮想放射輝度補正手段30で補正された補正輝度値V (x,y,α,β)とに基づいて、カメラによって調整された後の映像信号の輝度成分に変換した補正映像信号を生成するものである。 The image pixel value conversion means 40 includes the virtual radiance component L * (x, y) calculated by the virtual radiance calculation means 20 and the corrected brightness value V s * (x, y) corrected by the virtual radiance correction means 30. Based on y, α, β), a corrected video signal converted into a luminance component of the video signal adjusted by the camera is generated.

ここでは、映像画素値変換手段40は、仮想放射輝度成分L(x,y)と、補正輝度値V (x,y,α,β)と、パラメータ設定手段60のカメラ特性パラメータ設定手段61を介して入力される、映像信号を事前に調整したカメラのパラメータ(カメラ特性パラメータp,q)とに基づいて、カメラ調整後に相当する輝度成分を生成することで、コントラスト補正された映像信号を生成する。
具体的には、映像画素値変換手段40は、以下の式(17)により、コントラスト補正された映像信号の輝度成分L (x,y,α,β)を生成する。
Here, the video pixel value converting means 40 is configured to set the virtual radiance component L * (x, y), the corrected brightness value V s * (x, y, α, β), and the camera characteristic parameter setting of the parameter setting means 60. Based on the camera parameters (camera characteristic parameters p, q) input in advance via the means 61 and adjusted in advance, the corresponding luminance component is generated after the camera adjustment, and the contrast-corrected video is generated. Generate a signal.
Specifically, the video pixel value conversion means 40 generates the luminance component L d * (x, y, α, β) of the video signal whose contrast has been corrected by the following equation (17).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

この映像画素値変換手段40で生成された輝度成分は、色成分とともに、補正映像信号として、色空間逆変換手段50に出力される。
ここで、前記式(17)の分母にコントラスト補正後の補正輝度値V (x,y,α,β)を用い、分子にコントラスト補正前の仮想放射輝度成分L(x,y)を用いる理由について簡単に説明しておく。
The luminance component generated by the video pixel value conversion means 40 is output to the color space inverse conversion means 50 as a corrected video signal together with the color components.
Here, the corrected luminance value V s * (x, y, α, β) after contrast correction is used for the denominator of the equation (17), and the virtual radiance component L * (x, y) before contrast correction is used for the numerator. The reason for using is described briefly.

現在注目する画素(x,y)を、周囲が明るい領域中で少し輝度が落ちた画素であると仮定する。この場合、仮想放射輝度補正手段30では、輝度変化に伴いスケールの小さいガウシアンカーネルが適用されたV が出力されることになる。このV は、周囲の明るい画素とのガウシアン加重平均効果によって、仮想放射輝度成分Lよりも大きな値となる。これによって、このV を前記式(17)の分母に用いることで、注目画素(x,y)の輝度値L は、もともとの輝度値よりも小さな値となる。 It is assumed that the pixel (x, y) that is currently focused on is a pixel whose luminance is slightly reduced in a bright surrounding area. In this case, the virtual radiance correction means 30 outputs V s * to which a Gaussian kernel having a small scale is applied in accordance with the luminance change. This V s * is larger than the virtual radiance component L * due to the Gaussian weighted average effect with surrounding bright pixels. Thus, by using this V s * for the denominator of the equation (17), the luminance value L d * of the target pixel (x, y) becomes a value smaller than the original luminance value.

一方、注目画素の周辺の画素は、周囲が明るいため、スケールの大きいガウシアンカーネルが適用されることになり、ガウシアン加重平均によっても、その値は元の仮想放射輝度成分Lと変わりがない。 On the other hand, since the surrounding pixels of the target pixel are bright, a Gaussian kernel having a large scale is applied, and the value is not different from the original virtual radiance component L * even by the Gaussian weighted average.

このように、映像画素値変換手段40は、前記式(17)の分母にコントラスト補正後の補正輝度値V 、分子にコントラスト補正前の仮想放射輝度成分Lを用いることで、注目画素の輝度値のみが周囲に比べて当初の輝度値よりも強く引き下げられ、コントラストを強調することができる。 Thus, the image pixel value conversion means 40 uses the corrected luminance value V s * after contrast correction as the denominator of the equation (17) and the virtual radiance component L * before contrast correction as the numerator, so that the pixel of interest Only the luminance value of is reduced more than the original luminance value compared to the surroundings, and the contrast can be enhanced.

色空間逆変換手段50は、映像画素値変換手段40で輝度成分が変換された補正映像信号の色空間を変換するものである。ここでは、色空間逆変換手段50は、映像画素値変換手段40から出力されるxyY色空間の補正映像信号を、入力された映像信号と同じYCbCr色空間の映像信号に変換する。   The color space inverse conversion means 50 converts the color space of the corrected video signal whose luminance component has been converted by the video pixel value conversion means 40. Here, the color space inverse conversion unit 50 converts the corrected video signal in the xyY color space output from the video pixel value conversion unit 40 into a video signal in the same YCbCr color space as the input video signal.

具体的には、色空間逆変換手段50は、以下の式(18)により、xyY色空間の映像信号を、XYZ色空間の映像信号に変換し、式(19)により、XYZ色空間の映像信号を、RGB色空間の映像信号に変換する。さらに、色空間逆変換手段50は、以下の式(20)により、RGB色空間の映像信号から、YCbCr色空間の映像信号に変換する。   Specifically, the color space inverse conversion means 50 converts the video signal in the xyY color space into the video signal in the XYZ color space by the following formula (18), and the video in the XYZ color space by the formula (19). The signal is converted into a video signal in the RGB color space. Further, the color space inverse conversion means 50 converts the video signal in the RGB color space into the video signal in the YCbCr color space by the following equation (20).

Figure 2012028937
Figure 2012028937

Figure 2012028937
Figure 2012028937

Figure 2012028937
Figure 2012028937

なお、前記式(18)〜(20)は、各色空間の変換を分かり易く示すため、個々の変換式で表したが、前記式(18)〜(20)を1つの変換式として変換することとしてもよい。
この色空間逆変換手段50は、色空間変換手段10の逆変換を行うものである。そこで、色空間変換手段10において、異なる色空間変換を行うのであれば、色空間逆変換手段50は、その変換に対応した逆変換を行うものとして構成することはいうまでもない。
In addition, although said Formula (18)-(20) was expressed with each conversion formula in order to show conversion of each color space intelligibly, converting said Formula (18)-(20) as one conversion formula. It is good.
The color space reverse conversion unit 50 performs the reverse conversion of the color space conversion unit 10. Therefore, if the color space conversion means 10 performs different color space conversion, it is needless to say that the color space reverse conversion means 50 is configured to perform reverse conversion corresponding to the conversion.

パラメータ設定手段60は、外部から各種パラメータを入力するものである。ここでは、パラメータ設定手段60は、カメラ特性パラメータ設定手段61と、補正量調整パラメータ設定手段62と、を備えている。   The parameter setting means 60 inputs various parameters from the outside. Here, the parameter setting unit 60 includes a camera characteristic parameter setting unit 61 and a correction amount adjustment parameter setting unit 62.

カメラ特性パラメータ設定手段61は、入力される映像信号がカメラによる信号処理によって事前に調整(信号処理)が行われたカメラの特性を示すカメラ特性パラメータp,qを入力するものである。ここで入力されたカメラ特性パラメータp,qは、仮想放射輝度算出手段20と、映像画素値変換手段40とに出力される。
なお、カメラ特性パラメータp,qについては、仮想放射輝度算出手段20において説明したため、ここでは説明を省略する。
The camera characteristic parameter setting means 61 inputs camera characteristic parameters p and q indicating the characteristics of the camera in which the input video signal is adjusted (signal processing) in advance by signal processing by the camera. The input camera characteristic parameters p and q are output to the virtual radiance calculation means 20 and the video pixel value conversion means 40.
Since the camera characteristic parameters p and q have been described in the virtual radiance calculation means 20, the description thereof is omitted here.

補正量調整パラメータ設定手段62は、低輝度部分のコントラスト補正を行うための低輝度成分を特定する閾値(補正量調整パラメータα)と、低輝度成分に対して補正を行う補正量となる係数(補正量調整パラメータβ)とを入力するものである。ここで入力された補正量調整パラメータα,βは、仮想放射輝度補正手段30に出力される。
なお、補正量調整パラメータα,βについては、仮想放射輝度補正手段30の低輝度値補正手段35(図2参照)において説明したため、ここでは説明を省略する。
The correction amount adjustment parameter setting unit 62 includes a threshold value (correction amount adjustment parameter α) for specifying a low luminance component for performing contrast correction of a low luminance portion, and a coefficient (a correction amount for correcting the low luminance component). The correction amount adjustment parameter β) is input. The correction amount adjustment parameters α and β input here are output to the virtual radiance correction means 30.
The correction amount adjustment parameters α and β have been described in the low luminance value correction unit 35 (see FIG. 2) of the virtual radiance correction unit 30 and thus will not be described here.

このように構成することで、映像信号補正装置1は、すでにカメラによってニー補正処理などの信号処理や、色補正が行われた映像信号から、画像全体にグローバルにコントラスト補正を行うとともに、さらに、低輝度部分について、部分的にコトラスト補正を行うことができる。   With this configuration, the video signal correction apparatus 1 globally performs contrast correction on the entire image from signal processing such as knee correction processing or color correction that has already been performed by the camera, and further, The contrast correction can be partially performed on the low luminance part.

この映像信号補正装置1は、一旦映像信号の輝度成分を仮想的な放射輝度成分に変換してコントラスト補正を行うため、カメラ調整を行う前の映像信号に対してコントラスト補正を行っていることになり、カメラによる調整内容への影響、すなわち、映像全体のトーンに影響を与えずに、コントラストを改善することができる。   Since the video signal correction device 1 temporarily converts the luminance component of the video signal into a virtual radiance component and performs contrast correction, the video signal correction device 1 performs contrast correction on the video signal before camera adjustment. Thus, the contrast can be improved without affecting the adjustment contents by the camera, that is, without affecting the tone of the entire image.

なお、映像信号補正装置1は、一般的なCPU、RAM、ROMなどで構成することができ、コンピュータを、前記した各手段として機能させるプログラム(映像信号補正プログラム)で実現することができる。   The video signal correction apparatus 1 can be configured by a general CPU, RAM, ROM, and the like, and can be realized by a program (video signal correction program) that causes a computer to function as each of the above-described means.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
ここでは、補正対象の映像信号をYCbCr色空間の映像信号としたが、それ以外の色空間の映像信号であっても、輝度成分を抽出できれば、本発明に適用することができる。例えば、YUV色空間の映像信号、RGB色空間の映像信号など、一般的な映像信号を用いることができる。その場合、色空間変換手段10や、色空間逆変換手段50は、それぞれの色空間に対応するように変換・逆変換すればよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment.
Here, the video signal to be corrected is a video signal in the YCbCr color space, but even a video signal in other color space can be applied to the present invention as long as the luminance component can be extracted. For example, general video signals such as video signals in YUV color space and video signals in RGB color space can be used. In this case, the color space conversion unit 10 and the color space reverse conversion unit 50 may perform conversion / inverse conversion so as to correspond to each color space.

また、ここでは、補正対象の映像信号をカラーの映像信号としたが、補正対象の映像信号が、白黒の映像信号であれば、輝度信号のみで構成されるため、色空間変換手段10や色空間逆変換手段50を構成から省略してもよい。   Here, the video signal to be corrected is a color video signal. However, if the video signal to be corrected is a black and white video signal, it is composed only of a luminance signal. The spatial inverse transform unit 50 may be omitted from the configuration.

[映像信号補正装置の動作]
次に、図4を参照(構成については適宜図1参照)して、本発明の実施形態に係る映像信号補正装置の動作について説明する。
[Operation of video signal correction device]
Next, the operation of the video signal correction apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、映像信号補正装置1は、色空間変換手段10によって、入力された映像信号の色空間を変換する(ステップS1)。ここでは、色空間変換手段10は、YCbCr色空間の映像信号を、xyY色空間の映像信号に変換する。すなわち、色空間変換手段10は、前記式(6)〜(8)によって、YCbCr色空間の映像信号をxyY色空間の映像信号に変換する。   First, the video signal correction apparatus 1 converts the color space of the input video signal by the color space conversion means 10 (step S1). Here, the color space conversion means 10 converts a video signal in the YCbCr color space into a video signal in the xyY color space. In other words, the color space conversion means 10 converts the video signal in the YCbCr color space into the video signal in the xyY color space according to the equations (6) to (8).

そして、映像信号補正装置1は、仮想放射輝度算出手段20によって、ステップS1で色空間変換されたxyY色空間の映像信号のうちの輝度成分L(x,y)を、カメラ特性パラメータ設定手段61を介して入力された、映像信号を事前に調整したカメラのカメラ特性パラメータp,qでスケーリング(逆変換)することで、仮想的な放射輝度成分L(x,y)を算出する(ステップS2)。すなわち、仮想放射輝度算出手段20は、前記式(10)によって、仮想放射輝度成分L(x,y)を算出する。 Then, the video signal correction apparatus 1 uses the virtual radiance calculation unit 20 to convert the luminance component L d (x, y) in the video signal in the xyY color space, which has been color space converted in step S1, to the camera characteristic parameter setting unit. The virtual radiance component L * (x, y) is calculated by scaling (reverse conversion) with the camera characteristic parameters p and q of the camera input in advance through 61 and adjusted in advance. Step S2). That is, the virtual radiance calculation means 20 calculates the virtual radiance component L * (x, y) by the above equation (10).

このように、仮想放射輝度算出手段20によって算出された仮想放射輝度成分L(x,y)は、映像信号を事前に調整したカメラのカメラ特性パラメータp,qでスケーリング(逆変換)されているため、カメラ調整前の映像信号の輝度成分に相当することになる。 As described above, the virtual radiance component L * (x, y) calculated by the virtual radiance calculation means 20 is scaled (reversely converted) with the camera characteristic parameters p and q of the camera obtained by adjusting the video signal in advance. Therefore, this corresponds to the luminance component of the video signal before camera adjustment.

そして、映像信号補正装置1は、仮想放射輝度補正手段30によって、ステップS2で算出された、スケーリングされた仮想放射輝度成分L(x,y)を、コントラスト補正するとともに、補正量調整パラメータ設定手段62で入力された補正量調整パラメータα,βに基づいて、低輝度部分に対して部分的にコントラストの調整を行う(ステップS3)。なお、このステップS3のコントラスト補正の動作については、後で図5を参照して詳細に説明する。 Then, the video signal correction apparatus 1 contrast-corrects the scaled virtual radiance component L * (x, y) calculated in step S2 by the virtual radiance correction means 30, and sets a correction amount adjustment parameter. Based on the correction amount adjustment parameters α and β input by the means 62, the contrast is partially adjusted for the low luminance portion (step S3). The contrast correction operation in step S3 will be described later in detail with reference to FIG.

その後、映像信号補正装置1は、映像画素値変換手段40によって、ステップS3でコントラスト補正された仮想放射成分の補正輝度値V (x,y,α,β)から、カメラ特性パラメータ設定手段61を介して入力された、映像信号を事前に調整したカメラのカメラ特性パラメータp,qでその調整を再現することで、カメラによってスケーリングされた後の映像信号の輝度成分を補正した補正映像信号を生成する(ステップS4)。すなわち、映像画素値変換手段40は、前記した式(17)によって、補正映像信号を生成する。 Thereafter, the video signal correction device 1 uses the video pixel value conversion means 40 to set the camera characteristic parameter setting means from the corrected luminance value V s * (x, y, α, β) of the virtual radiation component whose contrast has been corrected in step S3. 61. A corrected video signal that is input via 61 and corrects the luminance component of the video signal after being scaled by the camera by reproducing the adjustment with the camera characteristic parameters p and q of the camera that has been adjusted in advance. Is generated (step S4). That is, the video pixel value conversion means 40 generates a corrected video signal according to the above equation (17).

そして、映像信号補正装置1は、色空間逆変換手段50によって、ステップS4で生成された補正映像信号の色空間を変換する(ステップS5)。ここでは、色空間逆変換手段50は、xyY色空間の補正映像信号を、YCbCr色空間の補正映像信号に変換する。すなわち、色空間逆変換手段50は、前記式(18)〜(20)によって、xyY色空間の補正映像信号をYCbCr色空間の補正映像信号に変換する。   Then, the video signal correction apparatus 1 converts the color space of the corrected video signal generated in step S4 by the color space inverse conversion means 50 (step S5). Here, the color space inverse conversion means 50 converts the corrected video signal in the xyY color space into a corrected video signal in the YCbCr color space. That is, the color space inverse conversion means 50 converts the corrected video signal in the xyY color space into the corrected video signal in the YCbCr color space according to the equations (18) to (20).

以上の動作によって、映像信号補正装置1は、カメラによる映像信号の調整が行われた映像信号であっても、調整前の仮想的な映像信号に対してコントラスト補正を行うことになるため、カメラによる特性の調整に対して影響を及ぼさずに、コントラスト補正を行うことができる。   Through the above operation, the video signal correction apparatus 1 performs contrast correction on the virtual video signal before adjustment even if the video signal is adjusted by the camera. Contrast correction can be performed without affecting the adjustment of the characteristics.

(仮想放射輝度補正手段の動作)
次に、図5を参照(構成については適宜図2参照)して、仮想放射輝度補正手段30の動作について説明する。この動作は、図4のステップS3の動作に相当する。
(Operation of virtual radiance correction means)
Next, the operation of the virtual radiance correction means 30 will be described with reference to FIG. This operation corresponds to the operation in step S3 in FIG.

まず、仮想放射輝度補正手段30は、仮想放射輝度算出手段20(図1参照)で算出された仮想放射輝度成分L(x,y)に対して、複数のフィルタ手段31,31,…,31によって、大きさ(スケール)の異なるガウシアンカーネルを適用して畳み込み演算を行う(ステップS31)。すなわち、フィルタ手段31,31,…,31は、前記式(13)の畳み込み演算により、平滑化した輝度値V(x,y,s)を算出する。これによって、同一の2次元画素位置(x,y)に対して、スケールの異なるガウシアンカーネルで演算された輝度値が複数生成されることになる。 First, the virtual radiance correction means 30 applies a plurality of filter means 31 1 , 31 2 , to the virtual radiance component L * (x, y) calculated by the virtual radiance calculation means 20 (see FIG. 1). .., 31 n are used to perform convolution operations by applying Gaussian kernels having different sizes (scales) (step S31). That is, the filter means 31 1 , 31 2 ,..., 31 n calculate the smoothed luminance value V * (x, y, s i ) by the convolution operation of the equation (13). As a result, a plurality of luminance values calculated with Gaussian kernels having different scales are generated for the same two-dimensional pixel position (x, y).

そして、仮想放射輝度補正手段30は、複数のアクティビティ算出手段32,32,…,32n−1によって、スケールの大きさが近いガウシアンカーネルで算出された2つの輝度値V(x,y,s),V(x,y,si+1)から、輝度値の変化の度合い(アクティビティ:Activity(x,y,s))を算出する。すなわち、アクティビティ算出手段32,32,…,32n−1は、それぞれ、前記式(14)によりアクティビティを算出する。このアクティビティによって、画素ごとに、どのスケールのガウシアンカーネルを適用すれば、コントラスト効果を得られるのかを判定することが可能になる。 The virtual radiance correction means 30, a plurality of activity calculation means 32 1, 32 2, ..., 32 by n-1, of the two the size of the scale is calculated in nearly Gaussian kernel luminance value V * (x, The degree of change in luminance value (activity: Activity (x, y, s i )) is calculated from y, s i ), V * (x, y, s i + 1 ). That is, the activity calculation means 32 1 , 32 2 ,..., 32 n−1 each calculate an activity according to the equation (14). This activity makes it possible to determine which scale of Gaussian kernel is applied for each pixel to obtain a contrast effect.

そこで、仮想放射輝度補正手段30は、カーネル決定手段33によって、まず、最も小さいスケールsのガウシアンカーネルを適用した輝度値と、2番目に小さいスケールsのガウシアンカーネルを適用した輝度値とで求められたActivity(x,y,s)が、予め定めた閾値εよりも大きい値か否かを判定し(ステップS33)、大きければ(ステップS33でYes)、スケールsのガウシアンカーネルを適用することを決定する(ステップS34)。
同様に、Activity(x,y,s)から、Activity(x,y,sn−1)まで、順次、閾値εよりも大きい値か否かを判定し、大きくなった段階で、そのスケールのガウシアンカーネルを適用することを決定する。
Therefore, the virtual radiance correction unit 30 uses the kernel determination unit 33 to first obtain a luminance value to which the Gaussian kernel having the smallest scale s 1 is applied and a luminance value to which the Gaussian kernel having the second smallest scale s 2 is applied. the obtained Activity (x, y, s 1) it may determine whether a value greater than the threshold value ε a predetermined (step S33 1), is greater (Yes in step S33 1), Gaussian scale s 1 It is determined to apply the kernel (step S34 1 ).
Similarly, from Activity (x, y, s 2 ) to Activity (x, y, s n−1 ), it is sequentially determined whether or not the value is larger than the threshold value ε. Decide to apply the Gaussian kernel.

そして、すべてのActivityが、閾値εよりも大きな値とならなかった場合(ステップS33n−1でNo)、最大のスケールsのガウシアンカーネルを適用することを決定する(ステップS34)。
そして、仮想放射輝度補正手段30は、コントラスト補正画素選択手段34によって、ステップS34〜S34のいずれかで決定されたガウシアンカーネルを適用した輝度値を、ステップS31で演算された輝度値V(x,y,s)の中から選択する(ステップS35)。
And all Activity is, if the result is not a value larger than the threshold epsilon (No at step S33 n-1), decides to apply a Gaussian kernel of the largest scale s n (step S34 n).
Then, the virtual radiance correction unit 30 uses the luminance value V * calculated in step S31 as the luminance value to which the Gaussian kernel determined in any of steps S34 1 to S34 n is applied by the contrast correction pixel selection unit 34 . A selection is made from among (x, y, s i ) (step S35).

その後、仮想放射輝度補正手段30は、低輝度値補正手段35によって、ステップS35で選択された輝度値V(x,y,s)を、補正量調整パラメータαの値と比較する(ステップS36)。そして、輝度値V(x,y,s)が、補正量調整パラメータαの値よりも小さい場合(輝度値Vが低輝度である場合に相当)(ステップS35でYes)、輝度値Vに対して、さらにコントラスト補正(局所コントラスト補正)を行う(ステップS37)。すなわち、低輝度値補正手段35は、前記式(16)により局所コントラスト補正を行う。 Thereafter, the virtual radiance correction unit 30 compares the luminance value V * (x, y, s m ) selected in step S35 with the value of the correction amount adjustment parameter α by the low luminance value correction unit 35 (step S35). S36). When the luminance value V * (x, y, s m ) is smaller than the value of the correction amount adjustment parameter α (corresponding to the case where the luminance value V * is low luminance) (Yes in step S35), the luminance value Contrast correction (local contrast correction) is further performed on V * (step S37). That is, the low luminance value correction means 35 performs local contrast correction according to the equation (16).

以上の動作によって、仮想放射輝度補正手段30は、仮想放射輝度成分L(x,y)に対して、画像全体にコントラスト補正を行うとともに、さらに低輝度部分について局所的にコントラスト補正を行うことができる。
以上説明したように、映像信号補正装置1は、カメラ撮影された映像信号に対して、映像全体のトーンに影響を与えずに、コントラスト補正を行うことができ、さらに、低輝度部分を局所的にコントラスト補正することができる。
With the above operation, the virtual radiance correction unit 30 performs contrast correction on the entire image with respect to the virtual radiance component L * (x, y), and further locally performs contrast correction on the low luminance part. Can do.
As described above, the video signal correction apparatus 1 can perform contrast correction on the video signal captured by the camera without affecting the tone of the entire video, and further, locally applies the low-luminance portion. The contrast can be corrected.

1 映像信号補正装置
10 色空間変換手段
20 仮想放射輝度算出手段
30 仮想放射輝度補正手段
31 フィルタ手段
32 アクティビティ算出手段(変化量算出手段)
33 カーネル決定手段
34 コントラスト補正画素選択手段(輝度値選択手段)
35 低輝度値補正手段
40 映像画素値変換手段
50 色空間逆変換手段
60 パラメータ設定手段
61 カメラ特性パラメータ設定手段
62 補正量調整パラメータ設定手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Video signal correction apparatus 10 Color space conversion means 20 Virtual radiance calculation means 30 Virtual radiance correction means 31 Filter means 32 Activity calculation means (change amount calculation means)
33 Kernel determination means 34 Contrast correction pixel selection means (luminance value selection means)
35 Low luminance value correcting means 40 Video pixel value converting means 50 Color space inverse converting means 60 Parameter setting means 61 Camera characteristic parameter setting means 62 Correction amount adjustment parameter setting means

Claims (6)

映像信号のコントラストを補正する映像信号補正装置であって、
カメラにおける信号処理された前記映像信号の特性を示すカメラ特性に基づいて、前記映像信号の輝度成分に対して前記カメラ特性の逆特性による演算を行うことで、前記信号処理前の仮想的な放射輝度成分を算出する仮想放射輝度算出手段と、
この仮想放射輝度算出手段で算出された放射輝度成分に対して、画素ごとに、予め定めた複数の大きさのガウシアンカーネルにより畳み込み演算を行うことでフィルタ済輝度値を算出するフィルタ手段と、
このフィルタ手段で算出された同一画素における複数のフィルタ済輝度値において、前記ガウシアンカーネルの大きさの順番が隣り合うガウシアンカーネルにより算出した2組のフィルタ済輝度値ごとに変化量を算出する変化量算出手段と、
この変化量算出手段で算出された変化量が予め定めた閾値よりも大きくなる最小のガウシアンカーネルを、当該画素に適用するガウシアンカーネルとして決定するカーネル決定手段と、
前記フィルタ手段で算出された同一画素における複数のフィルタ済輝度値から、前記カーネル決定手段で決定されたガウシアンカーネルを適用して算出されたフィルタ済輝度値を当該画素における輝度値として選択することで輝度画像を生成する輝度値選択手段と、
輝度値が低輝度であるか否かを示す予め定めた閾値に基づいて、前記輝度値選択手段で生成された輝度画像において、輝度値が低輝度である画素の輝度値を予め定めた係数により補正する低輝度値補正手段と、
この低輝度値補正手段で補正された輝度画像の各画素の輝度値に対して、前記カメラ特性による演算を行うことで、前記信号処理後の輝度値を算出し、補正後の映像信号を生成する映像画素値変換手段と、
を備えることを特徴とする映像信号補正装置。
A video signal correction device for correcting the contrast of a video signal,
Based on the camera characteristics indicating the characteristics of the video signal that has undergone signal processing in the camera, a virtual radiation before the signal processing is performed by performing an operation based on the inverse characteristics of the camera characteristics on the luminance component of the video signal. Virtual radiance calculating means for calculating a luminance component;
Filter means for calculating a filtered luminance value by performing a convolution operation with a plurality of predetermined Gaussian kernels for each pixel for the radiance component calculated by the virtual radiance calculation means;
A change amount for calculating a change amount for each of two sets of filtered luminance values calculated by adjacent Gaussian kernels in a plurality of filtered luminance values in the same pixel calculated by the filter means. A calculation means;
Kernel determination means for determining a minimum Gaussian kernel in which the change amount calculated by the change amount calculation means is larger than a predetermined threshold as a Gaussian kernel to be applied to the pixel;
By selecting a filtered luminance value calculated by applying the Gaussian kernel determined by the kernel determining unit from a plurality of filtered luminance values at the same pixel calculated by the filtering unit as a luminance value at the pixel. A luminance value selection means for generating a luminance image;
Based on a predetermined threshold value indicating whether or not the luminance value is low luminance, in the luminance image generated by the luminance value selecting means, the luminance value of a pixel having a low luminance value is determined by a predetermined coefficient. Low luminance value correcting means for correcting;
The luminance value of each pixel of the luminance image corrected by the low luminance value correcting means is calculated according to the camera characteristics, thereby calculating the luminance value after the signal processing and generating a corrected video signal. Video pixel value conversion means for
A video signal correction apparatus comprising:
前記映像信号は、放送用映像信号であるYCbCr色空間で表現される映像信号であって、
入力された前記映像信号をxyY色空間の映像信号に変換する色空間変換手段と、
前記映像画素値変換手段で生成された補正後の映像信号を、YCbCr色空間の映像信号に逆変換する色空間逆変換手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の映像信号補正装置。
The video signal is a video signal expressed in a YCbCr color space that is a broadcast video signal,
Color space conversion means for converting the input video signal into an xyY color space video signal;
Color space reverse conversion means for reversely converting the corrected video signal generated by the video pixel value conversion means into a video signal in the YCbCr color space;
The video signal correction apparatus according to claim 1, further comprising:
前記仮想放射輝度算出手段は、
前記カメラ特性を、前記放射輝度成分LをqL/(1+pL)の輝度成分となる特性として近似したカメラ特性パラメータp,qを外部から入力し、前記映像信号の輝度成分Lについて、L/(q−pL)を演算することで、前記信号処理前の仮想的な放射輝度成分Lを算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の映像信号補正装置。
The virtual radiance calculating means includes
Camera characteristic parameters p and q approximating the camera characteristic as a characteristic in which the radiance component L * is a luminance component of qL * / (1 + pL * ) are input from outside, and the luminance component L d of the video signal 3. The video signal correction apparatus according to claim 1, wherein a virtual radiance component L * before the signal processing is calculated by calculating L d / (q−pL d ). .
前記映像画素値変換手段は、
前記低輝度値補正手段で補正された輝度画像の各画素の輝度値をV 、前記仮想的な放射輝度成分をLとしたとき、前記カメラ特性パラメータp,qを用いて、qL/(1+pV )を演算することで、補正後の輝度値を算出することを特徴とする請求項3に記載の映像信号補正装置。
The video pixel value converting means includes
When the luminance value of each pixel of the luminance image corrected by the low luminance value correcting means is V s * and the virtual radiance component is L * , qL * is used using the camera characteristic parameters p and q . The video signal correction apparatus according to claim 3, wherein a luminance value after correction is calculated by calculating / (1 + pV s * ).
前記低輝度値補正手段は、
補正前の輝度値をVとしたとき、前記輝度値が低輝度であるか否かを示す予め定めた閾値であるαと、前記係数であるβとを外部から入力し、前記補正前の輝度値Vが前記閾値αを基準として小さい場合に、V−β(1−V/α)の演算により補正後の輝度値を算出することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の映像信号補正装置。
The low luminance value correcting means is
When the luminance value before correction is V * , α that is a predetermined threshold indicating whether or not the luminance value is low luminance and β that is the coefficient are input from the outside, and before the correction, 5. The corrected luminance value is calculated by calculating V * −β (1−V * / α) when the luminance value V * is small with respect to the threshold value α. The video signal correction apparatus according to any one of the above.
映像信号のコントラストを補正するために、コンピュータを、
カメラにおける信号処理された前記映像信号の特性を示すカメラ特性に基づいて、前記映像信号の輝度成分に対して前記カメラ特性の逆特性による演算を行うことで、前記信号処理前の仮想的な放射輝度成分を算出する仮想放射輝度算出手段、
この仮想放射輝度算出手段で算出された放射輝度成分に対して、画素ごとに、予め定めた複数の大きさのガウシアンカーネルにより畳み込み演算を行うことでフィルタ済輝度値を算出するフィルタ手段、
このフィルタ手段で算出された同一画素における複数のフィルタ済輝度値において、前記ガウシアンカーネルの大きさの順番が隣り合うガウシアンカーネルにより算出した2組のフィルタ済輝度値ごとに変化量を算出する変化量算出手段、
この変化量算出手段で算出された変化量が予め定めた閾値よりも大きくなる最小のガウシアンカーネルを、当該画素に適用するガウシアンカーネルとして決定するカーネル決定手段、
前記フィルタ手段で算出された同一画素における複数のフィルタ済輝度値から、前記カーネル決定手段で決定されたガウシアンカーネルを適用して算出されたフィルタ済輝度値を当該画素における輝度値として選択することで輝度画像を生成する輝度値選択手段、
輝度値が低輝度であるか否かを示す予め定めた閾値に基づいて、前記輝度値選択手段で生成された輝度画像において、輝度値が低輝度である画素の輝度値を予め定めた係数により補正する低輝度値補正手段、
この低輝度値補正手段で補正された輝度画像の各画素の輝度値に対して、前記カメラ特性による演算を行うことで、前記信号処理後の輝度値を算出し、補正後の映像信号を生成する映像画素値変換手段、
として機能させることを特徴とする映像信号補正プログラム。
In order to correct the contrast of the video signal,
Based on the camera characteristics indicating the characteristics of the video signal that has undergone signal processing in the camera, a virtual radiation before the signal processing is performed by performing an operation based on the inverse characteristics of the camera characteristics on the luminance component of the video signal. Virtual radiance calculating means for calculating a luminance component;
Filter means for calculating a filtered luminance value by performing a convolution operation on a radiance component calculated by the virtual radiance calculation means for each pixel with a plurality of predetermined Gaussian kernels,
A change amount for calculating a change amount for each of two sets of filtered luminance values calculated by adjacent Gaussian kernels in a plurality of filtered luminance values in the same pixel calculated by the filter means. Calculation means,
Kernel determination means for determining a minimum Gaussian kernel in which the amount of change calculated by the change amount calculation means is greater than a predetermined threshold as a Gaussian kernel to be applied to the pixel;
By selecting a filtered luminance value calculated by applying the Gaussian kernel determined by the kernel determining unit from a plurality of filtered luminance values at the same pixel calculated by the filtering unit as a luminance value at the pixel. A luminance value selection means for generating a luminance image;
Based on a predetermined threshold value indicating whether or not the luminance value is low luminance, in the luminance image generated by the luminance value selecting means, the luminance value of a pixel having a low luminance value is determined by a predetermined coefficient. Low luminance value correction means for correcting,
The luminance value of each pixel of the luminance image corrected by the low luminance value correcting means is calculated according to the camera characteristics, thereby calculating the luminance value after the signal processing and generating a corrected video signal. Video pixel value conversion means
A video signal correction program characterized by functioning as
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