JP3664582B2 - ホワイトバランス調整方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のパーソナルコンピュータの普及に伴い、各種の画像をデジタル画像データとしてコンピュータに入力し、種々の処理を施して出力、再生することが一般的に行われている。ここで、デジタル画像データを得る方法として、デジタルカメラにより被写体を撮像することにより得る方法、あるいは銀塩写真感光材料を用いて撮影、現像処理された画像をスキャナなどにより読み込んでデジタル化する方法がある。カラー画像の場合、このようにして得られたデジタル画像データは一般にＲＧＢ３色の濃度データの組み合わせとして表される。そして、このデジタル画像データをＣＲＴに表示したりプリントなどのハードコピーとして出力する場合、被写体上においてグレーであった物体がＣＲＴやプリント上においてもグレーに再現されるように、画像全体のホワイトバランスが調整される。
【０００３】
このようなホワイトバランスの調整方法として、例えば、デジタルカメラにおいては画像中における各画素のＲＧＢ各チャンネルごとの平均値を求め、各平均値のうち１の平均値に他の平均値が一致するように色信号のゲインを調整してホワイトバランスを調整するようにしている。また、ラボプリンタにおいては、カラーネガフイルムのＲＧＢ各チャンネルごとの平均透過率が一致するようにプリンタの光源を調整してホワイトバランスを調整するようにしている。さらに、各チャンネルごとの平均値または平均透過率を求める際に、極端に彩度が高い画素を平均値または平均透過率を求めるための演算から除外してより精度よくホワイトバランスを調整するようにした方法も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したＲＧＢ各チャンネルごとの平均値または平均透過率に基づいてホワイトバランスを調整する方法では、撮影した被写体の色に偏りがある場合にはホワイトバランスの調整を良好に行うことができず、精度が十分でなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ホワイトバランスを高精度に調整することができるホワイトバランス調整方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一般に、デジタルカメラやデジタルムービーなどにより得られる色信号（ＶＢ，ＶＧ，ＶＢ）は、ビデオ規格の関係上、下記の式（１）に示すように入射光強度（ＥＢ，ＥＧ，ＥＲ）を０．４５乗した値となっている。
【０００７】
Ｖｉ＝Ｅｉ^0.45（ｉ＝Ｂ，Ｇ，Ｒ） （１）
したがって、色信号（ＶＢ，ＶＧ，ＶＢ）の平均値Ｖｍは、下記の式（２）に示すように入射光強度（ＥＢ，ＥＧ，ＥＲ）の０．４５乗平均となる。
【０００８】
Ｖｍｉ＝（ΣＶｉ）／Ｍ＝（ΣＥｉ^0.45）／Ｍ （２）
但し、Ｍ：画素数
一方、プリンタにおいて、一般的なカラーネガフイルムの透過率Ｔｉ、濃度Ｄｉおよび入射光強度Ｅｉ（ｉ＝Ｂ，Ｇ，Ｒ）には下記の式（３）に示す関係がある。
【０００９】
−ｌｏｇＴｉ＝Ｄｉ＝０．７ｌｏｇＥｉ （３）
したがって、透過率Ｔｉの平均値である平均透過率Ｔｍは、下記の式（４）により求めることができる。
【００１０】
Ｔｍｉ＝（ΣＴｉ）／Ｍ＝（ΣＥｉ^-0.7）／Ｍ （４）
ここで、上記式（２）および（４）に示すように入射光強度のべき乗関数（Ｅｉⁿ）の平均値を色信号あるいは透過率の平均値として求める際に、べき乗の係数ｎとしては、従来より色信号および透過率に応じて０．４５および−０．７の２種類の値しか使用していない。本出願人はこの点に着目し、べき乗の係数ｐを種々変化させてｐ乗平均値を求めて、上述したようなホワイトバランスの調整を行うことにより、より高精度にホワイトバランスを調整することができることを見いだし、本発明に相当するに到ったものである。
【００１１】
すなわち、本発明によるホワイトバランス調整方法は、３以上の成分からなる、入射光強度をｎ乗して得られる色信号により構成されるカラー画像データから前記各成分毎の平均値を求め、該各平均値が互いに略一致するように前記各色信号を変換して前記カラー画像データにより表される画像のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整方法において、
前記各成分毎の平均値を、前記各成分毎の色信号を１／ｎ乗して入射光強度を求め、該入射光強度のｐ乗平均（０．５≦ｐ≦１．５、ｐは全ての成分にて共通）を求め、該ｐ乗平均した入射光強度をｎ／ｐ乗することにより求めることを特徴とするものである。
【００１２】
なお、本発明における色信号は、デジタルカメラやデジタルムービーにより得られる色信号のみならず、カラーネガフイルムを透過した光の透過率をも含む概念である。
【００１３】
本発明によるホワイバランス調整装置は、３以上の成分からなる、入射光強度をｎ乗して得られる色信号により構成されるカラー画像データから前記各成分毎の平均値を求め、該各平均値が互いに略一致するように前記各色信号を変換して前記カラー画像データにより表される画像のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整装置において、
前記平均値算出手段は、前記各成分毎の平均値を、前記各成分毎の色信号を１／ｎ乗して入射光強度を求め、該入射光強度のｐ乗平均（０．５≦ｐ≦１．５、ｐは全ての成分にて共通）を求め、該ｐ乗平均した入射光強度をｎ／ｐ乗することにより求める手段であることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によるホワイトバランス調整方法および装置においては、色信号の各成分の平均値を入射光強度のｐ乗平均として求め、これをホワイトバランスの調整に用いる平均値とするものである。ここで、与えられた色信号が入射光強度のｎ乗関数である場合には、本発明における平均値は下記の式（５）により求められる。
【００１５】
Ｖｍｉ＝ｆ（Σｆ^-1（Ｖｉ）／Ｍ）＝（（ΣＶｉ^p/n）／Ｍ）^n/p （５）
但し、ｉ＝Ｂ，Ｇ，Ｒ
Ｖｍｉ：平均値
ｆ（Ｘ）＝Ｘⁿ
Ｍ：画素数
なお、色信号が対数値の場合、上記式（５）は下記の式（６）に示すように変形される。
【００１６】
Ｖｍｉ＝ｎ／ｐ・（ｌｏｇ（Σ１０^Vi・p/n／Ｍ）） （６）
そして、各平均値のうち１の平均値に他の平均値が略一致するように各色信号を変換してホワイトバランスが調整される。ここで、係数ｐの値は本出願人による実験の結果、０．５以上１．５以下、好ましくは１．０以上１．５以下の値に設定することにより、ホワイトバランスが調整された色信号を再生した際に、カラーフェリアのない良好な画像が得られることが確認されている。したがって、本発明によるホワイトバランス調整方法および装置によりカラー画像データを変換することにより、より高精度のホワイトバランス調整を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態によるホワイトバランス調整装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の実施形態によるホワイトバランス調整装置は、画像を表すカラーデジタル画像データＳを取得するデータ取得手段１と、デジタル画像データＳを構成する色信号Ｂ，Ｇ，Ｒごとの平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍを求める平均値算出手段２と、平均値算出手段２において求められた平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍに基づいて後述するように色信号Ｂ，Ｇ，Ｒを変換する変換手段３とからなる。
【００１９】
データ取得手段１は、具体的にはデジタルカメラとの接続インタフェースやデジタルカメラ用メモリを読み取るカードリーダ、ＣＤ−Ｒなどのメディアを読み取るメディアドライブ、ネットワークから画像データを受信する通信手段（図示せず）などであり、本実施形態においてはデジタル画像データＳは真数値として表されるものである。
【００２０】
次いで、本実施形態の動作について説明する。
【００２１】
データ取得手段１により取得されたデジタル画像データＳは平均値算出手段２に入力される。平均値算出手段２においては下記の式（７）により色信号Ｂ，Ｇ，Ｒごとの平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍが求められる。
【００２２】
Ｂｍ＝（（ΣＢ^p/n）／Ｍ）^n/p
Ｇｍ＝（（ΣＧ^p/n）／Ｍ）^n/p （７）
Ｒｍ＝（（ΣＲ^p/n）／Ｍ）^n/p
但し、ｎ：ビデオ規格などにより定められるべき乗の係数であり、色信号Ｂ，Ｇ，Ｒは入射光強度のｎ乗関数として表される。
【００２３】
ｐ：べき乗の係数（０．５≦ｐ≦１．５）
Ｍ：画素数
例えば、ｐ＝１、ｎ＝０．４５とすると、式（７）は下記の式（７′）に示すように変形される。
【００２４】
Ｂｍ＝（（ΣＢ^2.2）／Ｍ）^0.45
Ｇｍ＝（（ΣＧ^2.2）／Ｍ）^0.45 （７′）
Ｒｍ＝（（ΣＲ^2.2）／Ｍ）^0.45
このようにして求められた平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍは変換手段３に入力される。変換手段３においては下記の式（８）に示すように、色信号Ｂ，Ｇ，Ｒが変換され、変換色信号Ｂ′，Ｇ′，Ｒ′（デジタル画像データＳ′）が得られる。
【００２５】
Ｂ′＝Ｂ・Ｇｍ／Ｂｍ
Ｇ′＝Ｇ・Ｇｍ／Ｇｍ （８）
Ｒ′＝Ｒ・Ｇｍ／Ｒｍ
このようにして得られた変換色信号Ｂ′，Ｇ′，Ｒ′（デジタル画像データＳ′）は、プリンタやモニタなどの再生手段に入力され可視像として再生される。
【００２６】
このように、本実施形態によるホワイトバランス調整方法および装置においては、上記式（７）に示すように、入力光強度のｎ乗の関数により表される色信号Ｂ，Ｇ，Ｒを入力光強度に変換し、係数ｐによりべき乗するとともにべき乗された入力光強度の平均値を求め、この入力光強度の平均値をｎ／ｐ乗してホワイトバランスの調整に用いる各平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍを求め、さらに、式（８）に示すように、各平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍのうち１の平均値Ｇｍに他の平均値Ｂｍ，Ｒｍが一致するように各色信号Ｂ，Ｇ，Ｒを変換してホワイトバランスを調整するようにしたものである。ここで、係数ｐの値は本出願人による実験の結果、０．５以上１．５以下、好ましくは１．０以上１．５以下の値に設定することにより、変換色信号Ｂ′，Ｇ′，Ｒ′を再生した際に、カラーフェリアのない良好な画像が得られることが確認されている。したがって、本発明によるホワイトバランス調整方法および装置によりデジタル画像データＳを変換することにより、より高精度のホワイトバランス調整を行うことができる。なお、上記式（８）により得られたデジタル画像データＳ′を富士写真フイルム社製プリンタPictorographyにて再生したところ、適切なホワイトバランスを有するプリントを得ることができた。
【００２７】
なお、上記式（８）において平均値Ｇｍの値に他の平均値Ｂｍ，Ｒｍの値が一致するように、すなわち平均値Ｇｍを基準として変換を行っているがこれに限定されるものではなく、平均値Ｂｍ，Ｒｍを基準として変換を行うようにしてもよい。
【００２８】
また、上記実施形態においてはデジタル画像データＳを真数値として扱っているが、現像済みフイルムを読み取るフイルムスキャナなどからデジタル画像データＳを取得した場合、デジタル画像データＳは対数値として表されることとなる。この場合、平均値算出手段２においては下記の式（９）に示すように平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍが求められる。
【００２９】
Ｂｍ＝ｎ／ｐ・（ｌｏｇ（Σ１０^B・p/n／Ｍ））
Ｇｍ＝ｎ／ｐ・（ｌｏｇ（Σ１０^G・p/n／Ｍ）） （９）
Ｒｍ＝ｎ／ｐ・（ｌｏｇ（Σ１０^R・p/n／Ｍ））
ここで、ｐ＝１、ｎ＝０．７とすると、式（９）は下記の式（９′）に示すように変形される。
【００３０】
Ｂｍ＝０．７・（ｌｏｇ（Σ１０^B/0.7／Ｍ））
Ｇｍ＝０．７・（ｌｏｇ（Σ１０^G/0.7／Ｍ）） （９′）
Ｒｍ＝０．７・（ｌｏｇ（Σ１０^R/0.7／Ｍ））
このようにして求められた平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍは変換手段３に入力される。変換手段３においては下記の式（１０）に示すように、色信号Ｂ，Ｇ，Ｒが変換され、変換色信号Ｂ′，Ｇ′，Ｒ′が得られる。
【００３１】
Ｂ′＝Ｂ＋（Ｇｍ−Ｂｍ）
Ｇ′＝Ｇ＋（Ｇｍ−Ｇｍ） （１０）
Ｒ′＝Ｒ＋（Ｇｍ−Ｒｍ）
このようにして得られた変換色信号Ｂ′，Ｇ′，Ｒ′（デジタル画像データＳ′）は、プリンタやモニタなどの再生手段に入力され可視像として再生される。なお、現像された富士写真フイルム社製カラーネガフイルムSuper G ACE400を、同社製スキャナFrontierにより収録し、上記式（９）および（１０）により変換を行った後、得られたデジタル画像データＳ′を同社製プリンタFrontierにて再生したところ、適切なホワイトバランスを有するプリントを得ることができた。
【００３２】
なお、上記式（１０）においては、平均値Ｇｍの値に他の平均値Ｂｍ，Ｒｍの値が一致するように、すなわち平均値Ｇｍを基準として変換を行っているがこれに限定されるものではなく、平均値Ｂｍ、Ｒｍを基準として変換を行うようにしてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態においては、デジタル画像データＳにより表される画像の全画素についての色信号Ｂ，Ｇ，Ｒの平均値Ｂｍ，Ｇｍ，Ｒｍを求めるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば画像全体を複数の領域に分割し、領域ごとの平均値を求めるようにしてもよく、あるいは画像全体の中央部分に相当する領域のみを用いた平均値を求めるようにしてもよい。
【００３４】
さらに、上記実施形態においては、色信号Ｂ，Ｇ，Ｒを入射光強度のｎ乗関数としているが、色信号と光強度との関係が分かっていればこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるホワイトバランス調整装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ データ取得手段
２ 平均値算出手段
３ 変換手段

Claims (2)

1. ３以上の成分からなる、入射光強度をｎ乗（ｎ＝０．４５）して得られる色信号により構成されるカラー画像データから前記各成分毎の平均値を求め、該各平均値が互いに略一致するように前記各色信号を変換して前記カラー画像データにより表される画像のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整方法において、
   前記各成分毎の平均値を、前記各成分毎の色信号を１／ｎ乗して入射光強度を求め、該入射光強度のｐ乗平均（０．５≦ｐ≦１．５、ｐは全ての成分にて共通）を求め、該ｐ乗平均した入射光強度をｎ／ｐ乗することにより求めることを特徴とするホワイトバランス調整方法。
2. ３以上の成分からなる、入射光強度をｎ乗（ｎ＝０．４５）して得られる色信号により構成されるカラー画像データから前記各成分毎の平均値を求め、該各平均値が互いに略一致するように前記各色信号を変換して前記カラー画像データにより表される画像のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整装置において、
   前記平均値算出手段は、前記各成分毎の平均値を、前記各成分毎の色信号を１／ｎ乗して入射光強度を求め、該入射光強度のｐ乗平均（０．５≦ｐ≦１．５、ｐは全ての成分にて共通）を求め、該ｐ乗平均した入射光強度をｎ／ｐ乗することにより求める手段であることを特徴とするホワイトバランス調整装置。

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