JP4439832B2 - 画像の取得方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の取得方法に係り、特に、バンド間相関を利用した高ダイナミックレンジ画像の取得方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットのブロードバンド化に伴い、インターネットを介した電子商取引システムが実現しつつある。電子商取引では正確な色再現、質感再現が求められており、従来からマルチスペクトル画像を用いた正確な色再現を行う研究が進められている。
【０００３】
しかし、上記した従来の方法では、光沢成分の強い物体を撮影する際、高輝度領域をレンジ内に収めるために、相対的に低輝度な領域に対応する画素では量子化誤差が大きくなり、十分な精度でのスペクトル推定が困難であるので、これを解決するために高ダイナミック画像法が求められている。
【０００４】
そこで、従来は、高輝度領域の物体をレンジに収めるため、高ｂｉｔｓのＣＣＤを持つカメラを用いて撮影していた。または、シャッタースピードをかえて撮影し合成することにより高ダイナミックレンジ画像を取得していた。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｐａｕｌ Ｅ．Ｄｅｂｅｖｅｃ ａｎｄ Ｊｉｔｅｎｄｒａ Ｍａｌｉｋ． Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｒａｄｉａｎｃｅ Ｍａｐｓ ｆｒｏｍ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ．Ｉｎ ＳＩＧＧＲＡＰＨ ９７，Ａｕｇｕｓｔ １９９７．３６９−３７８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高輝度領域の物体をレンジに収めるための高ｂｉｔｓカメラは高価であり、また、シャッタースピードをかえて撮影・合成するためには、多くの画像を要するため、実用的ではなかった。
【０００７】
本発明では、上記状況に鑑みて、通常の低ｂｉｔｓのＣＣＤカメラを用いて、できるだけ少数回の撮影によって、高ダイナミックレンジ画像を撮影することができる画像の取得方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕画像の取得方法において、光沢成分の強い物体を撮影する際、物体の色を表す内部反射成分をカメラのレンジ内に収めて撮影し、光沢成分が飽和していないバンドにおいて、光沢部の内部反射成分と表面反射成分の双方の和である光沢部の画素値と、内部反射成分である光沢部の近傍の光沢成分のない画素値との差を取り、表面反射成分を分離し、この分離した表面反射成分から光沢成分が飽和したバンドの表面反射成分を、各バンドにおけるカメラのセンサ応答の比であるバンド間相関を用いて推定することにより、レンジに収まらない光沢部分の分光反射率を推定し、高ダイナミックレンジ画像を取得することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
本発明は、光沢成分の強い物体を撮影する際、物体の色を表す内部反射成分をカメラのレンジ内に収めて撮影し、レンジに収まらない光沢成分（高輝度領域）を他のバンドから推定することにより、高ダイナミックレンジデータを取得するものである。ここで光沢成分は表面反射成分とみなすことができ、光沢成分の各バンドにおける相関比は一定である。そのため、表面反射成分をレンジ内に１バンドでも収めることができれば、レンジ内に収まらない他バンドの表面反射成分を推定することが出来る。なお、本発明では、各バンドにおけるカメラのセンサ応答の比をバンド間相関と呼ぶ。
【００１１】
まず、バンド間相関について説明する。
【００１２】
ｉバンド目のカメラの分光感度をＳi （λ）、カメラに入射する光の分光放射分布をｌ（λ）、物体の分光反射率をｏ（λ）とすると、カメラのセンサ応答ｖi は、
【００１３】
と表せる。カメラの分光感度Ｓi （λ）が既知であるとすると、カメラに入射する光の分光放射分布が分かればカメラのセンサ応答Ｖｉを求めることができる。ａバンド目のカメラのセンサ応答ｖa と、ｂバンド目のカメラのセンサ応答ｖb の相関を、
【００１４】
と定義する。但し、ここでは簡略化のためバンド数を２として考える。ここで、物体の分光反射率ｏ（λ）が全ての波長で等しいとき、すなわち物体からの分光反射輝度ｌ（λ）ｏ（λ）が照明光の分光分布と等しい場合、センサ応答ｖa と、センサ応答ｖb は、
【００１５】
【００１６】
と書ける。ここで、ｃは定数である。
【００１７】
この際、相関ρa,b は、ａバンド目の分光感度Ｓa （λ）とｂバンド目の分光感度Ｓb （λ）のみに依存し、相関ρa,b が既知であるため、センサ応答ｖa ，ｖb の一方の値が既知であれば他のセンサ応答を推定することができる。
【００１８】
本発明では、物体の分光反射率ｏ（λ）が、全ての波長で等しいときの相関ρa,b をバンド間相関（Ｉｎｔｅｒ−Ｂａｎｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）と呼ぶ。センサ応答のバンド間における相関性、即ちバンド間相関を用いることにより、多バンド撮影を行った際、その中の１バンドがレンジ内に収まれば、他のバンドのセンサ応答を推定することが可能となる。
【００１９】
しかし、実際には、物体の分光反射率ｏ（λ）は各画素ごとに異なり未知であるため、物体からの分光反射輝度ｌ（λ）ｏ（λ）は未知であり、バンド間相関を求めることができない。しかし、ここでレンジに収まらない高輝度領域に対応する画素に注目すると、極端に強い表面反射成分が観測される。表面反射成分は、物質特有の分光反射率の影響を受けず、照明の分光分布と等しい。そのため表面反射成分と内部反射成分を分離し、レンジに収まらない表面反射成分をバンド間相関により推定することにより、高輝度領域に対応する画素を推定することが可能となる。
【００２０】
図１は本発明にかかるバンド間相関の概念図である。
【００２１】
まず、反射光成分の分離について説明する。
【００２２】
バンド間相関は、光源と同じ分光放射輝度を有する表面反射成分に強く存在するため、表面反射成分と内部反射成分を分離することにより、精度の高い光沢成分の推定が実現できる。本発明では、近傍画素を用いた反射成分分離法を提案する。
【００２３】
そこで、近傍画素による反射成分分離法について説明する。
【００２４】
図２は本発明にかかる近傍画素による反射成分分離法の概念図、図３は本発明にかかる近傍画素による反射成分分離のフローチャートである。
【００２５】
以下は光沢成分が飽和したバンドの画像から内部反射成分を分離する方法である。
【００２６】
一枚の画像から表面反射成分を分離するためには、まず、光沢成分が飽和したバンドの画素値から内部反射成分を決定する必要がある。そこで、近傍画素間では内部反射成分が類似していると仮定し、光沢成分のない近傍画素の画素値すなわち内部反射成分を飽和した画素値の内部反射成分とした。
【００２７】
次に、光沢成分が飽和していないバンドの画素値と近傍から得られた内部反射成分との差を取り、表面反射成分のみを分離する。
【００２８】
この分離した表面反射成分から飽和している他のバンドの表面反射成分をバンド間相関により推定し、レンジに収まらない光沢部分の分光反射率を推定し高ダイナミックレンジマルチバンド画像を取得することができる。
【００２９】
次に、本発明の高ダイナミックレンジ画像の取得方法についてシミュレーションによる精度検証実験を行ったので説明する。
【００３０】
本発明の画像取得方法の有効性を確認するため、仮想的に計算機上で撮影シミュレーションを行うことにより精度検証実験を行い、ここでは、光沢感を付加した仮想マクベス色票を用いたシミュレーションを行った。
【００３１】
図４は本発明にかかる表面反射成分を付加したマクベス色票の作成方法の説明図である。
【００３２】
マクベス色票１１の偶数番号（２、４、６、…）の分光反射率に、可視領域における分光反射率が０．３である表面反射成分１２を付加してテストデータ１３とした。表面反射成分付加前のマクベス色票１１の各々のパッチを撮影した際の画素の成分は、内部反射成分のみから構成される。そのため、このマクベス色票１１のみを撮影した画素値を内部反射成分とみなすことができ、テストデータ１３より付加した表面反射成分１２を完全に分離することができる。
【００３３】
図５は従来手法〔図５（ａ）参照〕と本発明の手法〔図５（ｂ）参照〕のシミュレーションのフローチャートである。
【００３４】
このシミュレーションによる精度検証実験では、図５（ａ）に示すように、従来手法では５バンド全て全画素がレンジ内に収まるように撮影を行う。
【００３５】
一方、図５（ｂ）に示すように本発明手法では、白色板がレンジ内に収まる（表面反射成分は飽和）ように撮影した５バンドの撮影画像と、全画素がレンジ内に収まる（表面反射成分が飽和しない）ように撮影した１バンドの撮影画像の合計６バンドで分光反射率の推定を行う。両手法により推定した分光反射率の平均ＲＭＳＥ、標準の光Ｄ６５光源下での平均ΔＥ９４色差をオリジナルのマクベス色票の分光反射率と比較することにより推定精度の比較を行う。
【００３６】
その結果は、以下のようである。
【００３７】
テストデータに対する従来手法と本発明手法の分光反射率の平均ＲＭＳＥ、標準の光Ｄ６５での光源下での平均ΔＥ９４色差、最大ΔＥ９４色差を表１に、標準の光Ｄ６５光源下での各色のＥ９４色差を図６に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
これより明らかなように、本発明手法では従来手法に比べ、高い精度で分光反射率が推定されている。これは、従来手法が高輝度な表面反射成分もレンジ内に収めるため、表面反射成分を付加していない低輝度なパッチの階調性が乏しくなり、従来手法の推定精度が落ちたためと考えられる。これらの結果から、表面反射成分、内部反射成分を正確に分離することができれば、本発明手法により高い精度で分光反射率を推定することができ、高ダイナミックレンジ画像が取得できるといえる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４２】
（Ａ）通常の低ｂｉｔｓのＣＣＤカメラを用いて、できるだけ少数回の撮影によって、高ダイナミックレンジ画像を撮影することができる。
【００４３】
（Ｂ）近傍画素の画素値から内部反射成分を推定し、表面反射成分を分離してバンド間相関を用いることにより、光沢感の強い物体を任意光源下において正確に再現することができる。
【００４４】
（Ｃ）電子商取引において正確な色再現、質感再現を簡便かつ安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるバンド間相関の概念図である。
【図２】 本発明にかかる近傍画素による反射成分分離法の概念図である。
【図３】 本発明の近傍画素による反射成分分離のフローチャートである。
【図４】 本発明にかかる表面反射成分を付加したマクベス色票の作成方法の説明図である。
【図５】 従来手法〔図５（ａ）参照〕と本発明の手法〔図５（ｂ）参照〕のシミュレーションのフローチャートである。
【図６】 本発明にかかる標準の光Ｄ６５光源下での各色のＥ９４色差を示す図である。
【符号の説明】
１１ マクベス色票
１２ 表面反射成分
１３ テストデータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の取得方法に係り、特に、バンド間相関を利用した高ダイナミックレンジ画像の取得方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットのブロードバンド化に伴い、インターネットを介した電子商取引システムが実現しつつある。電子商取引では正確な色再現、質感再現が求められており、従来からマルチスペクトル画像を用いた正確な色再現を行う研究が進められている。
【０００３】
しかし、上記した従来の方法では、光沢成分の強い物体を撮影する際、高輝度領域をレンジ内に収めるために、相対的に低輝度な領域に対応する画素では量子化誤差が大きくなり、十分な精度でのスペクトル推定が困難であるので、これを解決するために高ダイナミック画像法が求められている。
【０００４】
そこで、従来は、高輝度領域の物体をレンジに収めるため、高ｂｉｔｓのＣＣＤを持つカメラを用いて撮影していた。または、シャッタースピードをかえて撮影し合成することにより高ダイナミックレンジ画像を取得していた。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｐａｕｌ Ｅ．Ｄｅｂｅｖｅｃ ａｎｄ Ｊｉｔｅｎｄｒａ Ｍａｌｉｋ． Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｒａｄｉａｎｃｅ Ｍａｐｓ ｆｒｏｍ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ．Ｉｎ ＳＩＧＧＲＡＰＨ ９７，Ａｕｇｕｓｔ １９９７．３６９−３７８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高輝度領域の物体をレンジに収めるための高ｂｉｔｓカメラは高価であり、また、シャッタースピードをかえて撮影・合成するためには、多くの画像を要するため、実用的ではなかった。
【０００７】
本発明では、上記状況に鑑みて、通常の低ｂｉｔｓのＣＣＤカメラを用いて、できるだけ少数回の撮影によって、高ダイナミックレンジ画像を撮影することができる画像の取得方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕画像の取得方法において、光沢成分の強い物体を撮影する際、物体の色を表す内部反射成分をカメラのレンジ内に収めて撮影し、光沢成分が飽和していないバンドにおいて、光沢部の内部反射成分と表面反射成分の双方の和である光沢部の画素値と、内部反射成分である光沢部の近傍の光沢成分のない画素値との差を取り、表面反射成分を分離し、この分離した表面反射成分から光沢成分が飽和したバンドの表面反射成分を、各バンドにおけるカメラのセンサ応答の比であるバンド間相関を用いて推定することにより、レンジに収まらない光沢部分の分光反射率を推定し、高ダイナミックレンジ画像を取得することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
本発明は、光沢成分の強い物体を撮影する際、物体の色を表す内部反射成分をカメラのレンジ内に収めて撮影し、レンジに収まらない光沢成分（高輝度領域）を他のバンドから推定することにより、高ダイナミックレンジデータを取得するものである。ここで光沢成分は表面反射成分とみなすことができ、光沢成分の各バンドにおける相関比は一定である。そのため、表面反射成分をレンジ内に１バンドでも収めることができれば、レンジ内に収まらない他バンドの表面反射成分を推定することが出来る。なお、本発明では、各バンドにおけるカメラのセンサ応答の比をバンド間相関と呼ぶ。
【００１１】
まず、バンド間相関について説明する。
【００１２】
ｉバンド目のカメラの分光感度をＳi （λ）、カメラに入射する光の分光放射分布をｌ（λ）、物体の分光反射率をｏ（λ）とすると、カメラのセンサ応答ｖi は、
と表せる。カメラの分光感度Ｓi （λ）が既知であるとすると、カメラに入射する光の分光放射分布が分かればカメラのセンサ応答Ｖｉを求めることができる。ａバンド目のカメラのセンサ応答ｖa と、ｂバンド目のカメラのセンサ応答ｖb の相関を、
と定義する。但し、ここでは簡略化のためバンド数を２として考える。ここで、物体の分光反射率ｏ（λ）が全ての波長で等しいとき、すなわち物体からの分光反射輝度ｌ（λ）ｏ（λ）が照明光の分光分布と等しい場合、センサ応答ｖa と、センサ応答ｖb は、
と書ける。ここで、ｃは定数である。
【００１７】
この際、相関ρa,b は、ａバンド目の分光感度Ｓa （λ）とｂバンド目の分光感度Ｓb （λ）のみに依存し、相関ρa,b が既知であるため、センサ応答ｖa ，ｖb の一方の値が既知であれば他のセンサ応答を推定することができる。
【００１８】
本発明では、物体の分光反射率ｏ（λ）が、全ての波長で等しいときの相関ρa,b をバンド間相関（Ｉｎｔｅｒ−Ｂａｎｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）と呼ぶ。センサ応答のバンド間における相関性、即ちバンド間相関を用いることにより、多バンド撮影を行った際、その中の１バンドがレンジ内に収まれば、他のバンドのセンサ応答を推定することが可能となる。
【００１９】
しかし、実際には、物体の分光反射率ｏ（λ）は各画素ごとに異なり未知であるため、物体からの分光反射輝度ｌ（λ）ｏ（λ）は未知であり、バンド間相関を求めることができない。しかし、ここでレンジに収まらない高輝度領域に対応する画素に注目すると、極端に強い表面反射成分が観測される。表面反射成分は、物質特有の分光反射率の影響を受けず、照明の分光分布と等しい。そのため表面反射成分と内部反射成分を分離し、レンジに収まらない表面反射成分をバンド間相関により推定することにより、高輝度領域に対応する画素を推定することが可能となる。
【００２０】
図１は本発明にかかるバンド間相関の概念図である。
【００２１】
まず、反射光成分の分離について説明する。
【００２２】
バンド間相関は、光源と同じ分光放射輝度を有する表面反射成分に強く存在するため、表面反射成分と内部反射成分を分離することにより、精度の高い光沢成分の推定が実現できる。本発明では、近傍画素を用いた反射成分分離法を提案する。
【００２３】
そこで、近傍画素による反射成分分離法について説明する。
【００２４】
図２は本発明にかかる近傍画素による反射成分分離法の概念図、図３は本発明にかかる近傍画素による反射成分分離のフローチャートである。
【００２５】
以下は光沢成分が飽和したバンドの画像から内部反射成分を分離する方法である。
【００２６】
一枚の画像から表面反射成分を分離するためには、まず、光沢成分が飽和したバンドの画素値から内部反射成分を決定する必要がある。そこで、近傍画素間では内部反射成分が類似していると仮定し、光沢成分のない近傍画素の画素値すなわち内部反射成分を飽和した画素値の内部反射成分とした。
【００２７】
次に、光沢成分が飽和していないバンドの画素値と近傍から得られた内部反射成分との差を取り、表面反射成分のみを分離する。
【００２８】
この分離した表面反射成分から飽和している他のバンドの表面反射成分をバンド間相関により推定し、レンジに収まらない光沢部分の分光反射率を推定し高ダイナミックレンジマルチバンド画像を取得することができる。
【００２９】
次に、本発明の高ダイナミックレンジ画像の取得方法についてシミュレーションによる精度検証実験を行ったので説明する。
【００３０】
本発明の画像取得方法の有効性を確認するため、仮想的に計算機上で撮影シミュレーションを行うことにより精度検証実験を行い、ここでは、光沢感を付加した仮想マクベス色票を用いたシミュレーションを行った。
【００３１】
図４は本発明にかかる表面反射成分を付加したマクベス色票の作成方法の説明図である。
【００３２】
マクベス色票１１の偶数番号（２、４、６、…）の分光反射率に、可視領域における分光反射率が０．３である表面反射成分１２を付加してテストデータ１３とした。表面反射成分付加前のマクベス色票１１の各々のパッチを撮影した際の画素の成分は、内部反射成分のみから構成される。そのため、このマクベス色票１１のみを撮影した画素値を内部反射成分とみなすことができ、テストデータ１３より付加した表面反射成分１２を完全に分離することができる。
【００３３】
図５は従来手法〔図５（ａ）参照〕と本発明の手法〔図５（ｂ）参照〕のシミュレーションのフローチャートである。
【００３４】
このシミュレーションによる精度検証実験では、図５（ａ）に示すように、従来手法では５バンド全て全画素がレンジ内に収まるように撮影を行う。
【００３５】
一方、図５（ｂ）に示すように本発明手法では、白色板がレンジ内に収まる（表面反射成分は飽和）ように撮影した５バンドの撮影画像と、全画素がレンジ内に収まる（表面反射成分が飽和しない）ように撮影した１バンドの撮影画像の合計６バンドで分光反射率の推定を行う。両手法により推定した分光反射率の平均ＲＭＳＥ、標準の光Ｄ６５光源下での平均ΔＥ９４色差をオリジナルのマクベス色票の分光反射率と比較することにより推定精度の比較を行う。
【００３６】
その結果は、以下のようである。
【００３７】
テストデータに対する従来手法と本発明手法の分光反射率の平均ＲＭＳＥ、標準の光Ｄ６５での光源下での平均ΔＥ９４色差、最大ΔＥ９４色差を表１に、標準の光Ｄ６５光源下での各色のＥ９４色差を図６に示す。
【００３８】
【表１】
これより明らかなように、本発明手法では従来手法に比べ、高い精度で分光反射率が推定されている。これは、従来手法が高輝度な表面反射成分もレンジ内に収めるため、表面反射成分を付加していない低輝度なパッチの階調性が乏しくなり、従来手法の推定精度が落ちたためと考えられる。これらの結果から、表面反射成分、内部反射成分を正確に分離することができれば、本発明手法により高い精度で分光反射率を推定することができ、高ダイナミックレンジ画像が取得できるといえる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４２】
（Ａ）通常の低ｂｉｔｓのＣＣＤカメラを用いて、できるだけ少数回の撮影によって、高ダイナミックレンジ画像を撮影することができる。
【００４３】
（Ｂ）近傍画素の画素値から内部反射成分を推定し、表面反射成分を分離してバンド間相関を用いることにより、光沢感の強い物体を任意光源下において正確に再現することができる。
【００４４】
（Ｃ）電子商取引において正確な色再現、質感再現を簡便かつ安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるバンド間相関の概念図である。
【図２】 本発明にかかる近傍画素による反射成分分離法の概念図である。
【図３】 本発明の近傍画素による反射成分分離のフローチャートである。
【図４】 本発明にかかる表面反射成分を付加したマクベス色票の作成方法の説明図である。
【図５】 従来手法〔図５（ａ）参照〕と本発明の手法〔図５（ｂ）参照〕のシミュレーションのフローチャートである。
【図６】 本発明にかかる標準の光Ｄ６５光源下での各色のＥ９４色差を示す図である。
【符号の説明】
１１ マクベス色票
１２ 表面反射成分
１３ テストデータ
Claims (1)
- 光沢成分の強い物体を撮影する際、物体の色を表す内部反射成分をカメラのレンジ内に収めて撮影し、光沢成分が飽和していないバンドにおいて、光沢部の内部反射成分と表面反射成分の双方の和である光沢部の画素値と、内部反射成分である光沢部の近傍の光沢成分のない画素値との差を取り、表面反射成分を分離し、該分離した表面反射成分から光沢成分が飽和したバンドの表面反射成分を、各バンドにおけるカメラのセンサ応答の比であるバンド間相関を用いて推定することにより、レンジに収まらない光沢部分の分光反射率を推定し、高ダイナミックレンジ画像を取得することを特徴とする画像の取得方法。
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