JP2013211662A

JP2013211662A - 階調補正装置またはその方法

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Publication number: JP2013211662A
Application number: JP2012079915A
Authority: JP
Inventors: Reo Abe; 玲央安倍; Masafumi Nakao; 政史中尾
Original assignee: Eizo Corp
Current assignee: Eizo Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP5596075B2

Abstract

【課題】低品位画質の動画をレティネックス処理した場合に、低階調部の色情報が不自然な色情報となることを防止する。
【解決手段】彩度補正部３５には、入力彩度値S_inおよび照明光成分Lが与えられる。彩度軽減モードを選択する選択命令が与えられると、予め記憶された彩度軽減モードにおける関係式、具体的には、照明光成分Lが値L_LOW よりも小さい場合では、補正後の出力彩度S_OUTが小さく補正される関係式を読み出す。低品位画質の動画などでは、低階調部の色情報が損なわれがちである。レティネックス演算による階調補正を施すことにより、不自然な色情報となって見えるようになるのを阻止できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、レティネックス処理に関し、特に、HSV変換して行う補正についての階調補正に関する。

画像処理によってダイナミックレンジを圧縮する手法として、レティネックス処理（Ｒｅｔｉｎｅｘ処理）が知られている。レティネックス処理では、元の画像を、ローパスフィルタを用いて反射光成分と照明光成分に分け、照明光成分を補正する処理を行い、補正後の照明光成分と反射光成分とを合成したものを出力する。

特許文献１にはHSV色空間でレティネックス演算による階調補正をすることが開示されている(段落0073)。

このように、HSV色空間でレティネックス演算による階調補正を行うことにより、明るさ調整による色シフトを起こりにくくできる。

特表2005-515515号公報

しかし、このようなレティネックス演算による階調補正をすることにより、低階調部において階調補正前には表面化していなかった不自然な表示がなされることがある。例えば、低品位画質の動画については、低階調部の色情報が前記階調補正をすることにより不自然な色情報となって現れる。また、映画のフィルム映像をモニタ用のRGB動画データに変換する際に、低階調部分の彩度が実際よりも小さく補正されてしまう。そのため、レティネックス演算による階調補正で低階調部分が見えるようになった場合に、フィルムの場合と比べて低階調部の彩度が小さく表示されてしまう。

この発明は、上記問題を解決し、HSV色空間でのレティネックス処理を行う場合に、低階調部における彩度調整を行う彩度補正装置またはその方法を提供することを目的とする。

(1)本発明にかかる階調補正装置は、入力画像をHSV色空間画像に変換するHSV変換部、前記HSV色空間画像から照明光を分離して、この照明光成分についてレティネックス演算に基づく、階調補正を行う階調補正部、前記階調補正後のHSVデータを前記入力画像の色空間データに再変換する再変換部、を備え、HSV色空間に変換された入力画像をレティネックス演算処理により、階調補正する階調補正装置であって、前記HSV色空間に変換された入力画像の彩度データについて、前記照明光の値が小さい領域について彩度を低く調整する第１のモードと、前記照明光の値が小さい領域について彩度を高く調整する第２のモードが切り替え可能に構成されており、前記いずれかのモードを特定する選択命令が与えられると、選択されたモードに基づき、前記HSV変換部から与えられる彩度データを調整した調整後彩度データを前記再変換部に与える彩度調整部を有する。

したがって、前記照明光の値が小さい領域について、選択されたモードに応じて、彩度を高くまたは低く調整することができる。

(2)本発明にかかる階調補正装置は、前記入力画像が閾値よりも解像度が高いか否か判断し、高い場合には、前記第２のモードを選択させる選択命令を、前記彩度調整部に与える判断部を備えている。したがって、入力画像データの海堂度に応じて、前記モード自動切り替えが可能となる。

(3)本発明にかかる彩度補正装置は、HSV色空間に変換された入力画像をレティネックス演算処理により、階調補正する階調補正装置に用いる彩度補正装置であって、前記HSV色空間に変換された入力画像の彩度データが与えられると、前記入力画像の明度が閾値よりも小さい領域については、彩度を低く調整する彩度調整部を備えている。

したがって、前記入力画像の明度が前記閾値よりも小さい領域については、彩度を低く調整することができる。

(4)本発明にかかる彩度補正装置は、HSV色空間に変換された入力画像をレティネックス演算処理により、階調補正する階調補正装置に用いる彩度補正装置であって、前記HSV色空間に変換された入力画像の彩度データが与えられると、前記入力画像の明度が閾値よりも小さい領域については、彩度を高く調整する彩度調整部を備えている。

したがって、前記入力画像の明度が前記閾値よりも小さい領域については、彩度を高く調整することができる。

本明細書において、「明るさ度」とは、明るさを示す度合いをいい、実施形態では、照明光成分の値（L値）を採用したが、明度明るさを示す値であれば、これに限定されない。また、HSV色空間とは、HSV色空間はもぢろん、HLS色空間（Lが明度）やHSI色空間（Iが明度）をも含む概念である。

画像階調補正装置のブロック図である。彩度補正部２５の詳細ブロック図である。彩度強調モード、彩度軽減モードにおける照明光成分Lと係数S1、S2の関係をそれぞれ示す図である。

以下、本発明における実施形態について、図面を参照して説明する。

（１．概要）
図１に、本発明にかかる彩度補正装置を含む画像階調調整装置の概要図を示す。この実施形態においては、彩度補正部３５が彩度補正装置に該当する。

HSV色空間変換部２１は、RGB色空間からHSV色空間への変換を行う。HSV色空間からRGB色空間変換については、通常の変換式で行う。HSV色空間を用いることにより、YUV色空間による明るさ調整による彩度減少効果をなくし、視覚的に良好な明るさ補正を実現することができる。

照明光分離部２３は、エッジ保存型LPFであり、局所的な明るさの加重平均値、すなわち、照明光成分の算出を行う。ヒストグラム解析部３７は、HSV空間における入力画像と出力画像のV成分に基づいた３２分割の階調ヒストグラムを生成し、画像全体の特徴量を計算する。パラメータ自動調整部３９は、ヒストグラム解析の結果得られた画像特徴量に基づき、照明光補正量のパラメータを決定する。

照明光補正部２５は、パラメータ自動調整部３９から与えられた照明光補正量のパラメータ値および、照明光分離部２３から与えられる照明光成分Ｌから、照明光成分の低階調領域を補正する。

反射率算出部２７は、照明光分離部２３が求めた照明光成分および反射光成分（入力V値）の対数差分から、反射率を求める。求めた反射率にはそのまま出力させてもよいし、さらに、求めた反射率のゲイン調整をすることによりシャープネス効果、アンシャープネス効果を得ることもできる。

画像再合成部２９は、照明光補正部２５が演算した補正照明光成分と、反射率算出部２７が算出した反射率成分から、補正画像を演算する。レンジ補正部３１は、レンジ補正量のパラメータ値に基づき、画素のV成分のレンジ補正を行う。照明光補正部２５は局所的な明るさの補正を行い、レンジ補正部３１は画像全体に対する明るさの補正を行う。これより、画像全体におけるコントラストを最適化できる。

ヒストグラム解析部３７は、レンジ補正部３１による補正後のV値から３２分割の階調ヒストグラムを生成し、画像全体の特徴量を計算し、パラメータ自動制御部３９に与える。パラメータ自動調整部３９は、与えられた特徴量に基づきレンジ補正量のパラメータを決定する。

彩度補正部３５は、低階調領域における彩度を補正する。かかる低階調領域における彩度補正として、本実施形態においては、強調または低減のいずれかを選択させるようにした。

RGB色空間変換部３３は、H値、レンジ補正部３１から与えられたHSV色空間におけるV値、および前記彩度補正部３５から与えられた補正後のS値から、RGB色空間への変換を行う。

図１における階調補正装置１０は通常のレティネックス演算を行う階調補正装置であってもよい。

（２．詳細）
彩度補正部３５の詳細について、図２を用いて説明する。彩度補正部３５は、記憶部３、補正部５、および切換部７を備えている。記憶部３には、照明光成分Lに応じて、出力する彩度S_OUT を調整する２種類の関係式が記憶されている。一方は図３Ａに示す彩度軽減モードであり、もう一方は、図３Ｂに示す彩度強調モードである。かかる関係式の意義については後述する。

補正部５には、HSV色空間変換部２１からHSV色空間に変換されたSの値（彩度）が入力彩度値S_inとして、および、照明光分離部２３で分離された照明光成分Lの値が与えられる。切換部７（図２参照）は、この彩度軽減モードまたは彩度強調モードを選択するための選択命令が与えられる。以下では、彩度軽減モードを選択する選択命令が与えられた場合について説明する。

切換部７は、彩度軽減モードを選択する選択命令が与えられると、記憶部に記憶された彩度軽減モードのデータと補正部５を接続する。補正部５は、図３Ａに示す関係式を記憶部３から読み出す。

図３Ａに示すS倍率S1と照明光成分Lの関係は、下記式（１）で表される。

S1＝Min(iSOffset/128＋iSGain/32＊L，1）・・・（１）
iSOffsetと、iSGainは定数である。

このように、照明光成分Lが値L_LOW よりも小さい領域では、係数S1が照明光成分Lが大きくなるほど大きくなる単調増加関数で規定されている。また、照明光成分Lが値L_LOW よりも大きい領域では、係数S1＝１としている。

図２に示す補正部５はかかる係数S1を用いて、出力彩度S_OUTを式（２）で求める。

S_OUT ＝S1＊S_in ・・・（１）
このように補正されることにより、以下のような効果がある。一般に、視覚的に見づらい低階調領域の圧縮率は高い。したがって、低品位画質の動画などでは、低階調部の色情報が損なわれがちである。レティネックス演算による階調補正を行わない場合、これらの異常なディテールは、暗くて見えないので実際は問題とならない。しかし、レティネックス演算による階調補正を施すことにより、不自然な色情報となって見えるようになる。そこで、図３Aに示すように、閾値L_lowよりも照明光成分が低い低階調部分については、彩度をあえて落とすことにより、表示をグレーに近づけている。これにより画像としての不自然さを軽減することができる。したがって、圧縮された動画などを階調補正した場合に起こりうる現象を改善することができる。

つぎに、彩度強調モードについて説明する。

切換部７は、彩度強調モードを選択する選択命令が与えられると、記憶部に記憶された彩度強調モードのデータと補正部５を接続する。補正部５は、図３Ｂに示す関係式を記憶部３から読み出す。図３Bに示すS倍率S２と照明光成分Lの関係は、下記式（３）で表される。

S2＝Max(iSOffset/128−iSGain/32＊L，1）・・・（３）
すなわち、照明光成分Lが値L_LOWよりも小さい領域では、係数S2が、照明光成分Lが大きくなるほど小さくなる単調減少関数で規定した。また、照明光成分Lが値L_LOW よりも大きい領域では、係数S２＝１としている。

図２に示す補正部５はかかる係数S２を用いて、出力彩度S_OUTを式（２）で求める。

S_OUT ＝S２＊S_in ・・・（４）
このように彩度を補正することにより、モニタ表示用としてRGBデータに変換されるときに、低階調部分の彩度が落とされた画像について、より鮮やかにモニタに表示させることができる。例えば、映画のフィルム映像などはモニタ用のRGB動画データに変換する際に、低階調部分の彩度が実際よりも小さく補正されてしまう。かかる部分について、レティネックス演算による階調補正で低階調部分が見えるようになった場合に、フィルムの場合と比べて低階調部の彩度が小さく表示されてしまう。したがって、上記説明したような彩度強調モードによる補正をすることにより、低階調部分の彩度が低く補正されている動画に生ずる色つきの不足を改善することができる。

（３.他の実施形態）
本実施形態においては、照明光分離を行った照明光成分Lに基づき、補正後の彩度Sを決定した。これは、最終的な明るさ、即ち、補正後の照明光成分と彩度とをリンクさせることが最も直接的であり、かかる補正後照明光成分は、補正前照明光成分と1対1に対応しているからである。また、照明光成分でおこなうことにより、ノイズによる影響を排除できる。しかし、これに限定されず、照明光分離する前のV値により補正後の彩度を決定するようにしてもよい。

本実施形態においては、値L_LOW よりも小さい領域において、照明光成分Lと係数S1の関係を単調増加関数で定義したが、低階調部分で表示される不自然な色つきを除去できるであれば、これに限定されない。係数S2についても同様であり、値L_LOW よりも小さい領域において、照明光成分Lと係数S2の関係を単調減少関数で定義したが、低階調部分で不足している彩度を増加させられるのであれば、これに限定されない。

また、切換部７への選択命令は、手動で行ってもよいし、入力画像が低解像度の動画なのか、または映画のような高解像度の動画であるか否かを検出して、自動敵に判断するようにしてもよい。かかる判断としては、画像サイズに対する１フレームの画像のデータ量から求めることができる。また、画像データのヘッダ領域に記載されている情報を用いるようにしてもよい。

本実施形態においては、RGB色空間データをHSV色空間データへ変換する場合について説明したが、RGB系ではなく、YUV系、YCbCr系、XYZ系、Lab系などの他の色空間のデータをHSV色空間データに変換するようにしてもよい。

上記各部については、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで実現するようにしてもよい。

３５彩度補正部
３記憶部
５補正部
７切換部

Claims

入力画像をHSV色空間画像に変換するHSV変換部、
前記HSV色空間画像から照明光を分離して、この照明光成分についてレティネックス演算に基づく、階調補正を行う階調補正部、
前記階調補正後のHSVデータを前記入力画像の色空間データに再変換する再変換部、
を備え、HSV色空間に変換された入力画像をレティネックス演算処理により、階調補正する階調補正装置であって、
前記HSV色空間に変換された入力画像の彩度データについて、前記照明光の値が小さい領域について彩度を低く調整する第１のモードと、前記照明光の値が小さい領域について彩度を高く調整する第２のモードが切り替え可能に構成されており、前記いずれかのモードを特定する選択命令が与えられると、選択されたモードに基づき、前記HSV変換部から与えられる彩度データを調整した調整後彩度データを前記再変換部に与える彩度調整部を有すること、
を特徴とする階調補正装置。
請求項１の階調補正装置において、
前記入力画像が閾値よりも解像度が高いか否か判断し、高い場合には、前記第２のモードを選択させる選択命令を、前記彩度調整部に与える判断部、
を備えたことを特徴とする階調補正装置。
HSV色空間に変換された入力画像をレティネックス演算処理により、階調補正する階調補正装置に用いる彩度補正装置であって、
前記HSV色空間に変換された入力画像の彩度データが与えられると、前記入力画像の明度が閾値よりも小さい領域については、彩度を低く調整する彩度調整部、
を備えたことを特徴とする彩度補正装置。
HSV色空間に変換された入力画像をレティネックス演算処理により、階調補正する階調補正装置に用いる彩度補正装置であって、
前記HSV色空間に変換された入力画像の彩度データが与えられると、前記入力画像の明度が閾値よりも小さい領域については、彩度を高く調整する彩度調整部、
を備えたことを特徴とする彩度補正装置。
HSV色空間に変換された入力画像をレティネックス演算処理により、階調補正する階調補正方法に用いる彩度補正方法であって、
前記HSV色空間に変換された入力画像の彩度データが与えられると、前記入力画像の明度が閾値よりも小さい領域については、彩度を低く調整すること、
を特徴とする彩度補正方法。
HSV色空間に変換された入力画像をレティネックス演算処理により、階調補正する階調補正方法に用いる彩度補正方法であって、
前記HSV色空間に変換された入力画像の彩度データが与えられると、前記入力画像の明度が閾値よりも小さい領域については、彩度を高く調整すること、
を特徴とする彩度補正方法。