JP4478358B2 - ディジタル画像の輝度調整のためのディジタル画像処理方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には画像処理の分野に関し、そして、特にディジタル画像の輝度特性を調整する画像処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くのディジタル画像システムは、３つの主な構成要素の、原ディジタル画像を発生する機構、ディジタル画像データを処理する機構、及び、画像を視覚化する機構を有する。そのような多くのディジタル画像システムは、最終的な表現される出力の視覚品質を改善するために設計された、１つ以上の画像処理方法又はアルゴリズムを有する。特に、対象の画像処理方法は、ディジタル画像の全体的なバランス又は輝度を調整する方法である。
【０００３】
Ｊ．ＨｕｇｈｅｓとＪ．Ｋ．Ｂｏｗｋｅｒにより１９６９年４月／５月の画像技術で発行された記事の自動カラー印刷技術には、写真紙にカラーネガティブフィルムを印刷する自動的な方法が記載されている。この記事では、Ｈｕｇｈｅｓ他は、その方法を、当時の広く行われた方法と、即ち大きな領域の透過濃度（ＬＡＴＤ）と比較する。全体的なフィルムのネガの色をに検知するＬＡＴＤ法は、単一色により支配されている自然のシーンの色バランスを予測するのに失敗すると記載されている。ＬＡＴＤ測定は、シーンが赤、緑及び青の物体でランダムなサンプリングで構成されているときにのみ信頼性がある。Ｈｕｇｈｅｓ他により記載された新しい方法は、合理的な空間の細部をを分解できる赤、緑及び青色検知ラインスキャナでフィルムのネガを走査するステップと、赤色信号から緑色信号を減算し且つ赤色信号から青色信号を減算して２つの色差信号を発生するステップと、色差信号の空間微分を形成するステップと、色の活性を示さない画像領域を除去することによりフィルムのネガの平均色バランスを計算し、且つ、プリントの全体の色を調整するために色バランスの計算を使用して写真紙にフィルムのネガを露光するステップとを有する。ＨｕｇｈｅｓとＢｏｗｋｅｒにより採用された差分動作は、隣接信号値の減算の計算、即ちグラディエント信号を形成することを含む。ＨｕｇｈｅｓとＢｏｗｋｅｒは、空間的な活性度及びそれらの領域でありそうであることを示す画像の領域間のリンクを、色バランスの良好な推定値であるとして認識した。
【０００４】
Ｋｒａｆｔ他の米国特許番号５，０１６，０４３は、写真光学的プリンタに関する色バランス化と輝度バランス化を行う方法を開示する。開示では、写真フィルムネガオリジナルが領域により光電子的に走査され、そして、各走査領域に対して３色濃度が決定される。各走査領域は、高解像度走査システムで発生された複数の光電子的応答値を有する。走査領域の詳細なコントラストを記述する詳細なコントラストパラメータは、複数の光電子的応答値から得られた最大値と最小値を見つけることにより計算される。各走査領域に対する詳細なコントラストパラメータは、露光量の決定のために、走査領域の色濃度と共に評価される。これらの露光値は、写真フィルムネガを通して写真紙に送られる光の量を制御するのに使用され、そして、写真フィルムサンプルの平均濃度に関連する。特に、濃度の補正では、詳細なコントラストの高い走査領域は、低濃度コントラストの領域よりも濃いと考えられ、一方色補正は丁度反対に行われる。
【０００５】
Ｔ．Ｔｅｒａｓｈｉｔａ他の米国特許番号４，９８４，０１３は、オリジナルネガを光電子的に赤、緑及び青色感度で走査するステップと、隣接画素値の赤、緑及び青色信号に対する色濃度差を計算するステップと、色濃度差値をしきい値と比較するステップと、色差値に基づき画素が物体か又は背景の何れかに属するかを分類するステップと、画素の物体領域からサンプルされた統計的な量に基づき印刷露光を計算するステップとを有するカラー写真フィルムネガに対する露光の量を計算する方法を開示する。代わりに、この方法は、色濃度差値を構成するために色クロミナンス信号を使用することを開示する。Ｔｅｒａｓｈｉｔａにより開示されたこの方法は、印刷露光制御のための輝度バランスを計算するのに空間微分を使用するアイデアを拡張することにより、ＨｕｇｈｅｓとＢｏｗｋｅｒにより開示された原理の上に構築する。しかし、Ｔｅｒａｓｈｉｔａにより開示された方法は、ディジタル画像の輝度を調整するための方法を教示しない。更に、輝度信号よりも色及び/又はクロミナンス信号をもとにする画素分類の公式化は、この方法をノイズに対してさらに影響を受けやすくする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の全ての方法は、輝度修正を得るための基礎信号として、赤、緑及び、青色画像チャネル又は、色チャネル差を使用する。赤、緑及び、青色画像チャネルから得られた又は輝度修正情報を得るために直接的に検知された輝度チャネルの使用は、従来技術で既知でありそして何年も行われてきている。これらの全ての方法において、緑色光の寄与は通常は赤色光の寄与よりも大きいか又は等しい。これらの全ての方法は良好に動作するが、青色画像チャネル情報は、赤又は緑色画像チャネルの何れかと同じ程度には、輝度情報の予測性に寄与しない。更に加えて、赤色画像チャネルは、緑色チャネルよりも良好な予測性を生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、輝度予測情報を得るために赤色チャネル情報の改善された予測性を利用するために、緑色チャネルよりも赤色チャネルを更に強調しかつ、青色チャネルよりも緑色チャネルを更に強調する、赤、緑及び、青色画像チャネルから得られる画像信号を得ることである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ディジタル画像は１つ又はそれ以上ディジタル画像チャネルを有する。各ディジタル画像チャネルは、画素の２次元配列よりなる。各画素値は画素の幾何学的領域に対応する画像捕捉装置により受信された光の量に関連する。カラー画像アプリケーションに対しては、ディジタル画像は典型的には、赤、緑及び、青色ディジタル画像チャネルよりなる。例えば、シアン、マゼンタ及び黄色画像チャネルのような他の構成も、利用される。動画像アプリケーションに対しては、ディジタル画像の時間シーケンスと考えられる。当業者は、本発明は、制限はされないが上述のどのようなアプリケーションのディジタル画像に対しても適用できると認識される。
【０００９】
本発明は、ローとコラムに配置された画素値の２次元配列としてディジタル画像を記述するが、当業者は、モザイク（非直線形）にも適用できることは理解される。当業者は、本発明は、オリジナル画素値を輝度調整された画素値で置換することを記述するが、新たな画像を輝度調整された画素値で形成し且つオリジナル画素値を維持することはありふれている。
【００１０】
図１は、本発明を示す輝度−クロミナンスモジュール１１０のブロック図を示す。赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネル（それぞれアイテム１１１，１１２及び、１１３）を有するソースディジタル画像は、輝度−クロミナンスモジュール１１０の入力として示されている。擬似輝度信号発生器１１５は、赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルを受信しそして、擬似輝度ディジタル画像チャネルを発生する。クロミナンス信号発生器１１６は、赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルを受信しそして、２つのクロミナンスディジタル画像チャネル１１９を発生する。赤−緑ディジタル画像チャネルとクロミナンスディジタル画像チャネルの使用を以下に詳細に説明する。本発明の重要な特徴は、青色ディジタル画像チャネルからの寄与無し又はほとんど無しで、擬似輝度ディジタル画像チャネルを発生するために、赤と緑色ディジタル画像チャネルを使用することである。シーン輝度を予測するために分析されるときに、擬似輝度ディジタル画像チャネルは、青色ディジタル画像チャネルからの大きな寄与を含む赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルの他の組合せよりも良い。
【００１１】
ディジタル画像システムアプリケーションの一般的な説明
本発明は、コンピュータハードウェアで実行される。図２を参照すると、以下の説明は、画像捕捉装置１０、ディジタル画像プロセッサ２０、画像出力装置３０、一般的な制御コンピュータ４０を有するディジタル画像システムに関する。システムは、コンピュータコンソールや紙プリンタのようなモニタ装置５０を有する。システムはキーボード又はマウスポインタのような、オペレータに対する入力装置制御も含む。更に、ここで使用されるように、本発明は、コンピュータプログラムの形式デ実行されても良く、そして、コンピュータメモリ装置４５即ち、例えば、（フロッピーディスクのような）磁気ディスク又は磁気テープのような磁気蓄積媒体、光ディスク、光テープ又は、機械読出し可能なバーコードのような光蓄積媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読出し専用メモリ（ＲＯＭ）のような固体電子蓄積装置、又は、コンピュータプログラムを蓄積するのに採用されている他の物理装置又は媒体を含む、コンピュータ読出し可能な蓄積媒体に蓄積されても良い。本発明を説明する前に、本発明は、パーソナルコンピュータのような、既知のコンピュータシステムで実行されることが好ましいということを注意することは理解を容易にする。
【００１２】
複数の捕捉装置１０が示され、本発明は、種々の画像化装置から得られるディジタル画像に対して使用できることを示す。例えば、図２は、画像捕捉装置１０がカラーネガ又はスライドフィルム上にシーンを捕捉する従来の写真フィルムカメラであるディジタル現像システムと、フィルム上に現像された画像を走査するフィルムスキャナを示し、ディジタル画像を発生する。ディジタル画像プロセッサ２０は、意図された出力装置又は媒体上に、気に入る画像を発生するためにディジタル画像を処理する手段を提供する。複数の画像出力装置３０が示され、本発明は、ディジタル写真プリンタ及びソフトウェアコピーディスプレイを含む種々の出力装置と共に使用されることを示す。ディジタル画像プロセッサ２０は、気に入る画像が画像出力装置３０に発生されるように、全体の輝度及び／又はディジタル画像の階調度を調整するためにディジタル画像を処理する。これらの処理ステップ間の相互作用を以下に詳細に説明する。
【００１３】
インターネットに基づくディジタル画像システムアプリケーションの一般的な説明
本発明は、制限はされないが、ワールドワイドウェブを介してアクセスされるインターネットのようなコンピュータネットワークを解して接続された複数のコンピュータと共に利用される。本発明の実行に関連するディジタル画像処理手順の一部として、２つの中心的な構成要素が具体化される。１）ソースディジタル画像内に含まれている画素値から得られる輝度バランス値の計算、と２）輝度を調整するために輝度バランス値を使用するソースディジタル画像の変換である。１つ又は両方のこれらの中心的な構成要素は、単一のコンピュータ内で実現されるが、しかし、輝度バランス値の計算とこの値に基づく変換は異なるコンピュータで実行することも可能である。
【００１４】
図３に示す図は、コンピュータネットワーク４５を介して共に接続された図２に示す２つのコンピュータシステムを示す。図３を参照すると、１つのコンピュータシステムがディジタル画像プロセッサ２０に接続された画像捕捉装置１０と共に示され、一方他のコンピュータシステムがディジタル画像プロセッサ２０に接続された画像出力装置３０共に示されている。画像捕捉装置１０は、接続されたディジタル画像プロセッサ２０により受信され且つ処理されるディジタル画像を発生する。ディジタル画像プロセッサ２０内で輝度バランス値画計算される。ソースディジタル画像と輝度バランス値は、コンピュータネットワーク４５を介して、第２のコンピュータシステムに転送される。第２のコンピュータシステムのディジタル画像プロセッサ２０は、ソースディジタル画像を受信し、そして、画像出力装置３０で気に入る画像が出力されるように、ディジタル画像の全体的な輝度を調整するのに輝度バランス値を使用する。
【００１５】
図３には２つのコンピュータシステムが示されているが、本発明は、２つ以上で実行してもよい。本発明は、ソースディジタル画像を捕捉する第１のコンピュータシステムと、ソースディジタル画像が第２のコンピュータシステムにより受信されそして輝度バランス値を計算し、第３のコンピュータシステムが輝度バランス値とソースディジタル画像を受信しディジタル画像の輝度を調整し、第４のコンピュータシステムが輝度調整されたディジタル画像を受信し処理されたディジタル画像の視覚的表示を行うことにより実行することが可能である。
【００１６】
輝度バランス値はメタデータの例であり、即ち、ディジタル画像に関連する非画素情報の１つである。画像メタデータは、制限はされないが、どのようにディジタル画像を捕捉したか、写真家の注釈のようなディジタル画像の意味の文脈を追加し、又は、ディジタル画像に関する分析情報を追加するというような目的で使用される。本発明は、ディジタル画像の輝度を調整する画像メタデータを異なるコンピュータシステムで使用することを可能とするために、コンピュータネットワークを介していくつかの画像メタデータのとして輝度バランス値を送信する。
【００１７】
カメラ露光システムアプリケーションの一般的な説明
本発明は、露光制御の構成要素として、写真カメラ内で利用されても良い。写真カメラシステムの例は、制限はされないが、写真フィルムカメラ、ディジタルスチルフレームカメラ、ビデオカメラ、ディジタルビデオカメラ及び、動画カメラを含む。図４を参照すると、ディジタル写真カメラが示され、これは、開口装置１１、レンズ１２、時間積分装置１３、感光性記録装置１４、感光性モニタ装置１５、露光制御装置１６及び、ディジタル画像プロセッサ２０を有する。
【００１８】
シーン光分布は、レンズ１２により、オリジナルシーンの焦点面を形成する感光性記録装置１４上に焦点が合わされる。感光性記録装置１４は、光を受けそして、画像化された光分布の強度を記録する。感光性記録装置１４は、制限はされないが、写真フィルム又は、固体ＣＣＤ画像電子装置である。感光性記録装置１４により受信された光の量は、開口装置１１と時間積分装置１３により調整される。開口装置１１は、レンズ１２の光通過部分の実効直径を変化させることにより、光の量を調整する。時間積分装置１３は、焦点の合わされた光が感光性記録装置１４上に残る時間の長さ変化させることにより、受信された光の量を調整する。写真フィルムカメラに関しては、時間積分装置１３は画像化動作中は開きそれ以外は閉じているシャッタである。露光制御装置１６は、開口装置１１と時間積分装置１３の両方を調整する。写真フィルムカメラシステムでは、感光性モニタ装置１５は、写真フィルムと比較して減少した空間解像度感度を伴なう電子的感光装置である。又感光性モニタ装置１５に、感光性要素の検知された電気的応答をディジタル画素値に変換する手段も含まれている。ディジタルスチルフレームカメラシステムに関しては、写真フィルムカメラシステムと同様に、感光性モニタ装置１５は別の装置であり、又は、感光性記録装置１４それ自身である。何れのシステムに関しても、感光性モニタ装置１５はディジタル画像プロセッサ２０により受信されるソースディジタル画像を発生する。
【００１９】
露光制御装置１６は、ディジタル画像プロセッサ２０から輝度バランス値を受信する。写真カメラシステムは、露光制御装置１６が輝度バランス値を適切に変換するように較正されねばならない。露光制御装置は、感光性記録装置１４の速度Ｓｖの知識を有する。露光制御装置１６は、以下の数学的な関係に従って、開口装置１１の直径と感光性記録装置１４の露光時間長を調整する。
Ａｖ＋Ｔｖ＝Ｂｖ＋Ｓｖ
ここで、開口値Ａｖは、以下の式、
Ａｖ＝ｌｏｇ_２（Ｆｎ^２）
により与えられ、ここでＦｎ項はレンズ開口の写真Ｆ値であり、値Ｔｖは式、
Ｔｖ＝ｌｏｇ_２（τ）
により与えられ、ここでτ項は、時間積分装置１３の調整された秒での露光時間長であり、項Ｓｖは以下の式、
Ｓｖ＝ｌｏｇ_２（πｓ）
により与えられる速度値であり、ここで、ｓは感光性記録装置１４のＩＳＯ写真速度定格である。輝度値Ｂｖは、以下の式、
Ｂｖ＝Ｃ_１ｂ＋Ｃ_０
ここで、Ｃ_１とＣ_０は、数値較正定数であり、ｂはディジタル画像プロセッサ２０から受信された輝度バランス値を示す。
【００２０】
露光制御装置は１つ以上の動作モードを有しても良いが、しかし、２つのモードが最も有益である。開口Ａｖモードでは、露光制御装置１６は、カメラの操作者に対して開口値Ａｖを設定することを可能とし、同時に露光制御装置１６は式、
Ｔｖ＝Ｂｖ＋Ｓｖ−Ａｖ
による時間値Ｔｖを設定する。時間Ｔｖモードでは、露光制御装置１６はカメラの操作者に対して、時間値Ｔｖを設定することを可能とし、同時に露光制御装置１６は式、
Ａｖ＝Ｂｖ＋Ｓｖ−Ｔｖ
による開口値Ａｖを設定する。本発明は、カメラ露光を決定する複雑な関係と共に使用できる。
【００２１】
本発明の代わりの実施例では、感光性モニタ装置１５は単一要素フォトセルである。赤−緑波長強調の光学的フィルタが、感光性モニタ装置１５とシーン光分布位置の間に配置される。単一要素フォトセルの出力は、上述のような輝度バランス値を発生する。
【００２２】
プリンタ露光システムアプリケーションの一般的な説明
本発明は、コンピュータハードウェアで実行される。図５を参照すると、以下の説明は光学的印刷システムに関連する。写真フィルム画像３１は、写真画像の空間密度分布に関連するソースディジタル画像を発生する、フィルムスキャナ３２により受信される。本発明で使用される写真画像の幾つかの例は、写真フィルムネガ、写真スライドフィルムスライド及び、反射紙印刷である。このソースディジタル画像は、輝度バランス値を発生するディジタル画像プロセッサ２０により受信される。ディジタル画像プロセッサ２０は、入力制御装置６０からの操作者制御の下で、汎用制御コンピュータ４０に接続される。モニタ装置５０は、光学的印刷システムに関する診断情報を表示する。写真画像は、露光中に写真画像を適所に保持する、ゲート装置３６に内に配置される。ランプハウス３４は、写真画像３１を通して送られそしてレンズ１２により写真受容体３８上に焦点が合わされる照明源を提供する。本発明の好適な実施例は、写真受容体３８として写真紙を使用するが、しかし、本発明は、制限はされないが、写真フィルムネガ又は、写真スライドフィルムのような他の形式の写真受容体を用いても実行できる。時間積分装置１３は、ランプハウス３４からの焦点が合わされたビームが写真受容体３８を露光することを可能とする可変の時間長の間に、シャッタを開閉する。露光制御装置１６は、ディジタル画像プロセッサ２０から輝度バランス値を受信する。露光制御装置１６は、時間積分装置のシャッタが開放している時間長を調整するために輝度バランス値を使用する。
【００２３】
露光制御装置１６は、ランプハウス３４の強度と写真受容体３８の写真感度に対して較正されねばならない。適切な印刷露光に対して要求される時間長ｔの数学的関係は、
【００２４】
【数１】

により与えられる。ここで、Ｄ_１Ｄ_２Ｄ_３及び、Ｄ_０は数値較正定数であり、ｂは輝度バランス値である。
【００２５】
本発明の代わりの実施例では、単一要素フォトセル感光性モニタ装置１５が、写真画像３１を検知するのに使用される。赤−緑波長強調光学的フィルタが、フォトセルと写真画像３１の間の位置に適所に配置される。単一要素フォトセルの出力は、上述の輝度バランス値を発生する。
【００２６】
ディジタル画像プロセッサ２０の一般的な説明
図２に示すディジタル画像プロセッサ２０を、図６に更に詳細に示す。本発明により採用されているディジタル画像プロセッサ２０の一般的な形式は、画像処理モジュールの従属接続されたチェインである。ソースディジタル画像は、処理されたディジタル画像を出力に発生するディジタル画像プロセッサ２０により受信される。ディジタル画像プロセッサ２０内に含まれている各画像処理モジュールは、ディジタル画像を受信し、ディジタル画像を変更し、又は、ディジタル画像からある情報を得て、そして、その出力ディジタル画像を次の画像処理モジュールに送る。本発明は他の画像処理モジュールと共に使用されることができることを示すために、ディジタル画像プロセッサ２０内の第１と最後の処理モジュールとして、２つの改善変換モジュール２２が示されている。改善変換モジュール２２の例は、制限はされないが、空間の細部をシャープにするように設計されたモジュール、ノイズを除去するように設計されたモジュール、色改善するように設計されたモジュール、及び、ディジタル画像の階調を改善するように設計されたモジュールを含んでも良い。
【００２７】
好適なディジタル画像プロセッサ２０
本発明により採用されている画像処理プロセッサの縦続接続されたチェインを図７に示す。捕捉装置１０により発生されたソースディジタル画像は、色変換モジュール２４により受信される。色変換モジュール２４により発生された出力ディジタル画像は、対数変換モジュール２６により受信される。対数変換モジュール２６により発生された出力ディジタル画像は、輝度階調モジュール１００により受信される。輝度階調モジュール１００により発生された出力ディジタル画像は、図２に示すディジタル画像プロセッサ２０により処理された、処理されたディジタル画像を構成する。
【００２８】
色変換モジュール２４の詳細
本発明の実効性に影響を与える捕捉装置１０により発生されたディジタル画像の特徴は、カラーディジタル画像を発生する捕捉装置に関連する色空間メトリック（基準）である。典型的には、捕捉装置１０は、感光性変換要素により受信された色の付された光の相対的な量を決定する３つの色スペクトルフィルタを統合する。色変換が、輝度階調モジュール１００に与える前にディジタル画像に与えられるならば、スペクトルフィルタの特徴に従って、本発明では良い結果が得られる。しかし、色変換の適用は本発明を実行するのに要求はされないが、色変換が入力及び／又は出力装置のスペクトル特性に基づいて与えられるならば、最適な結果が得られる。
【００２９】
本発明により採用されている色変換法は、３掛ける４マトリクス変換である。この変換は、入力カラー画素値の線形結合として新たなカラー画素値を発生する。入力カラー画像は赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルより構成される。各ディジタル画像チャネルは、同数の画素を有する。Ｒ_ｉｊ，Ｇ_ｉｊ及び、Ｂ_ｉｊは、ｉ番目のローとｊ番目のコラムに配置された赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルに対応する画素値を参照する。Ｒ’_ｉｊ，Ｇ’_ｉｊ及び、Ｂ’_ｉｊが、出力カラーディジタル画像の変換された画素値を参照するとする。入力と出力画素値に関連する３掛ける４マトリクス変換は、以下のようである。
【００３０】
【数２】

ここで、τ_ｍｎ項は、３掛ける４マトリクス変換の係数である。これらの１２の数は、捕捉装置１０のスペクトルと図２に示す意図された画像出力装置３０に特定である。
【００３１】
ディジタル画像に色変換を適用するための異なる方法が存在し、例えば、３次元ＬＵＴは大きな計算コストではあるが、より良い結果を達成する。τ_１０、τ_２０、及び、τ_３０がゼロに設定されている場合には、単純化された３掛ける３マトリクスとなる。本発明の目的のために、３掛ける３マトリクス変換、３掛ける４マトリクス変換及び、３次元ＬＵＴは、全て色変換の例である。
【００３２】
対数変換プロセッサ２６の詳細
本発明の実効性に影響を与える捕捉装置１０により発生されたディジタル画像の特性は、ディジタル画像を発生する捕捉装置に関連するコード値領域である。典型的には、捕捉装置１０は、画像化された光をアナログ電気信号に変換する感光性変換要素を統合する。アナログディジタル変換器装置は、アナログ電気信号を、ディジタルコード値の組みに変換するのに使用される。これらのディジタルコード値は、捕捉装置１０により発生された出力ディジタル画像の数値画素値を構成する。捕捉装置１０のコード値領域特性は、出力ディジタルコード値と受信された光の入力強度値との間の関係を記述する。
【００３３】
多くの感光性変換器要素は、線形特性応答を有し、即ち、発生された電気的なアナログ信号は、受信された光の強度に線形に比例する。多くのアナログディジタル変換器装置は線形特性応答を有し、即ち、発生されたディジタルコード値は、受信された電気的アナログ信号の強度に線形に比例する。線形変換器要素と線形アナログディジタル変換器が捕捉装置により採用される場合には、結果の出力コード値は、受信された光の強度と線形な関係を有する。このように、この線形な関係を示す捕捉装置により発生されたディジタル画像は、元の光の強度と線形な関係を有する数値画素値を有する。そのようなディジタル画像は、線形コード値領域特性を有すると呼ぶ。
【００３４】
本発明は、線形コード値領域特性を有するディジタル画像に適用される。しかし、入力ディジタル画像が対数的コード領域特性を有する場合でも、即ち、数値画素値が元の光の強度と対数関係を有する場合でも、本発明は良い結果が得られる。図７に示す対数変換モジュール２６は、輝度階調モジュール１００へ入力されるディジタル画像のコード値領域特性を変更するのに採用される。対数変換モジュール２６は、ＬＵＴのインデックスに対して対数関係を有する数値が配置されたルックアップテーブル（ＬＵＴ）変換を発生する。ｐ_ｉｊはｉ番目のローとｊ番目のコラムに配置されたディジタル画像チャネルに対応する画素値を参照する。ｐ’_ｉｊはＬＵＴ変換で発生された出力カラーディジタル画像の変換された画素値を参照する。入力と出力画素値に関連するＬＵＴ変換は、以下のようである。
ｐ’_ｉｊ＝ＬＵＴ[ｐ_ｉｊ]
ここで、[ ]表記は、ＬＵＴインデックス化動作、即ち、出力画素値ｐ’_ｉｊは、入力画素値ｐ_ｉｊにより与えられるインデックスでＬＵＴに蓄積された数値により与えられることを示す。ＬＵＴに蓄積された値は以下の数学的関係で
計算される。
ＬＵＴ[ｋ]＝Ｌ_０＋Ｌ_１ｌｏｇ（ｋ＋ｋ_０）
ここで、Ｌ_０とＬ_１はスケールを決定するのに使用され、出力画素値と定数ｋ_０はゼロの対数を計算することを避けるのに使用される。
【００３５】
対数変換モジュール２６により行われる数学的な動作は、単一値化関数変換の例であり、即ち、各入力値は、単一の対応する値を有する。この動作は、コンピュータハードウェア又はソフトウェア内の連続する数学的動作（加算、対数、乗算、加算）として実行される。しかし、大きなディジタル画像に対しては、同じ動作は、ＬＵＴ変換として、更に計算的に効率的に実行される。本発明の目的のために。ＬＵＴ動作と数学的動作の連続は対数的な変換と呼ばれる。
【００３６】
輝度階調モジュール１００の好適な実施例の詳細
図７に示す輝度階調モジュール１００は、更に詳細に図８に示されている。輝度階調モジュール１００は、暗すぎるか又は明るすぎるかを決定するためにソースディジタル画像を分析し、対応する輝度階調関数ＬＵＴを発生し、そして、木輝度調整されたディジタル画像を発生するために、輝度階調関数ＬＵＴをソースディジタル画像に適用する。
【００３７】
図８を参照すると、ソースディジタル画像チャネルの、赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルに対応する３つのチャネルは、輝度−クロミナンスモジュール１１０により受信される。モジュールは、３つのディジタル画像チャネル、擬似輝度ディジタル画像チャネル、及び、２つのクロミナンスディジタル画像チャネルを発生する。擬似輝度ディジタル画像チャネルは、擬似輝度ディジタル画像チャネルを発生するパクセル化（ｐａｘｅｌｉｚａｔｉｏｎ）モジュール１２０により受信される。輝度変換モジュール１３０は、パクセル化された擬似輝度ディジタル画像チャネルとソースディジタル画像チャネルを受信し、そして、輝度調整されたディジタル画像チャネルを発生する。輝度調整されたディジタル画像チャネルは、図２，３及び４に示す、処理されたディジタル画像としても参照される輝度調整されたディジタル画像を構成する。
【００３８】
輝度−クロミナンスモジュール１１０の詳細
図８に示す階調輝度モジュールの分析フェーズは、ＧＭとＩＬにより示される擬似輝度ディジタル画像チャネルと２つのクロミナンスディジタル画像チャネルより構成される、ソースディジタル画像の擬似輝度／クロミナンス、又はＬＣＣディジタル画像、バージョンを発生するために、輝度−クロミナンスモジュール１１０を採用する。輝度−クロミナンスモジュール１１０は、赤色、緑色及び青色画素値を、擬似輝度及びクロミナンス画素値に変換するために３ｘ３マトリクス変換を採用する。Ｒ_ｉｊ、Ｇ_ｉｊ及び、Ｂ_ｉｊは、ｉ番目のローとｊ番目のコラムに配置された赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルに対応する画素値を参照するとする。Ｌ_ｉｊ、ＧＭ_ｉｊ及び、ＩＬ_ｉｊは、出力ＬＣＣディジタル画像のそれぞれの、変換された擬似輝度、第１のクロミナンス及び、第２のクロミナンス画素値を参照するとする。入力と出力画素値に関連する３ｘ３マトリクス変換は以下のようである。
Ｌ_ｉｊ＝０．６０Ｒ_ｉｊ＋０．４０Ｇ_ｉｊ＋０．００Ｂ_ｉｊ
ＧＭ_ｉｊ＝−０．２５Ｒ_ｉｊ＋０．５０Ｇ_ｉｊ−０．２５Ｂ_ｉｊ
ＩＬ_ｉｊ＝−０．５０Ｒ_ｉｊ＋０．５０Ｂ_ｉｊ
本発明の代わりの実施例は、以下の数学公式を使用する。
Ｌ_ｉｊ＝０．５０Ｒ_ｉｊ＋０．４８Ｇ_ｉｊ＋０．０２Ｂ_ｉｊ
ＧＭ_ｉｊ＝−０．２５Ｒ_ｉｊ＋０．５０Ｇ_ｉｊ−０．２５Ｂ_ｉｊ
ＩＬ_ｉｊ＝−０．５０Ｒ_ｉｊ＋０．５０Ｂ_ｉｊ
減少された青色チャネルの寄与と増加された赤色チャネルの寄与を有することを特徴とする擬似輝度信号を使用することの優位点は、シーン輝度予測の目的のための予測性の増加である。輝度信号又は、擬似輝度チャネルへの赤色、緑色及び青色チャネルの寄与の異なる混合で構成された擬似輝度信号に関して動作する空間フィルタの実験は、青色チャネル成分の寄与がゼロに減少されたときに、良い結果を示した。シーン輝度予測性能への影響は、青色チャネル成分が、０．３３３から０．０へ減少するにつれて徐々に起こる。０．０から０．１０範囲への係数のような、青色チャネル寄与の他の係数は、より良い輝度予測性能を発生する。
【００３９】
多くのアルゴリズムの青色チャネルに対する標準的な係数は０．１１に設定され、赤色係数は０．３０そして、緑色係数は０．５９に設定される。輝度信号に対するこの赤色、緑色及び青色チャネル寄与の混合は、おおよそ人間の視覚応答と一致する。従って、青色チャネル係数を０．１１以下に設定することは実際には使用されていなかった。本発明は、改善された輝度予測性能の結果となる０．１１以下の青色チャネル係数を使用する。例えば、色差信号の、輝度信号でない、画像信号を使用する輝度予測法が開示される。しかし、輝度予測法の目的で、赤色、緑色及び青色係数が全てゼロより大きいか又は等しく、青色係数は０．１１以下の擬似輝度信号の使用は、本発明に唯一である。また、赤色、緑色及び青色係数が全てゼロより大きいか又は等しく、青色係数は０．１１以下で且つ、赤色チャネル係数が緑色チャネル係数よりも大きいか又は等しい、擬似輝度信号の使用は、本発明に唯一である。
【００４０】
本発明の好適な実施例は、０．６０の赤色係数、０．４０の緑色係数及び、０．０の青色係数を使用する。係数は、画像データベースと、空間フィルタを使用する異なる輝度予測法の範囲を伴なう実験により得られた。最適化の詳細とことなる空間フィルタの詳細を以下に，更に詳細に説明する。当業者は、本発明は、上述の係数値以外の改善された輝度予測性能で実行できることは認識される。
【００４１】
擬似輝度ディジタル画像チャネルへの無視できる青色チャネルの寄与で、輝度ディジタル画像チャネルは、黄色ディジタル画像チャネルが赤色と緑色成分により構成されるので、黄色ディジタル画像チャネルと考えられる。しかし、少量の青色チャネル寄与で、擬似輝度信号は黄色信号から区別される。
【００４２】
本発明は、目に見えるスペクトラムに関する赤色、緑色及び青色項を使用する。当業者は、ディジタル画像の赤色ディジタル画像チャネルに対応する信号は、主に、目に見えるスペクトラムのより長い波長から寄与されることは認識する。この説明により、目に見えるスペクトラムの短波長と中波長は赤色ディジタル画像チャネルに対応する信号に寄与しないことを意味することを意図するものではない。しかしながら、赤色ディジタル画像チャネルへの目に見えるスペクトラムの大部分は、より長い目に見える波長からである。同様に、青色ディジタル画像チャネルは、主に、目に見えるスペクトラムの短波長から寄与され、そして、緑色ディジタル画像チャネルは、主に、目に見えるスペクトラムの中波長から寄与される。
【００４３】
当業者には、本発明は、画像のディジタル化（例えば、走査された写真フィルム画像）前にスペクトルフィルタで擬似輝度信号を構成することにより行われ得ることはことも理解されよう。
【００４４】
パクセル化モジュール１２０の詳細
輝度階調モジュール１００の本発明の好適な実施例を図８に示す。ソースディジタル画像の３つのディジタル画像チャネル（赤、緑及び青）は、ＧＭとＩＬで示される擬似輝度ディジタル画像チャネルと２つのクロミナンスディジタル画像チャネルを含む、ＬＣＣディジタル画像を発生する、輝度−クロミナンスモジュール１１０へ入力される。ＬＣＣディジタル画像は、パクセル化された擬似輝度ディジタル画像チャネル、パクセル化されたＧＭディジタル画像チャネル及び、パクセル化されたＩＬディジタル画像チャネルを有するパクセル化されたＬＣＣディジタル画像を発生する、パクセル化モジュール１２０により受信される。輝度シーンバランスモジュール１３０は、パクセル化ＬＣＣディジタル画像と赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルを受信し且つ、輝度調整されたディジタル画像を発生する。
【００４５】
図９を参照すると、パクセル化モジュール１２０の図は、２０４８垂直画素と３０７２水平画素を特徴とする例示のソースディジタル画像チャネルを示す。ソースディジタル画像チャネルの全ての画素が出力パクセル化ディジタル画像チャネルを発生するために使用されるわけではない。内部画素領域１２２が、画像領域の中心５６．２パーセントから選択される。これは、ソースディジタル画像チャネルの７５パーセントの寸法の画素領域に対応する。示された例示の画像に対しては、内部画素領域１２２は、２０３４画素の水平寸法と、１５３６画素の垂直寸法を有する。出力パクセル化ディジタル画像チャネルは、３６水平及び２４垂直画素を含む。各出力パクセル化ディジタル画像チャネルは、ソースディジタル画像チャネル内のパクセル領域１２４に対応する。
【００４６】
パクセル領域内に含まれる複数の画素値から１つの画素値を計算する多くの方法が存在する。画素平均は、その係数計算設計により本発明の好適な実施例により使用される方法である。ｐ_ｉｊは、パクセル領域に対応する画素値を表し、ｑ_ｍｎは、パクセル化されたディジタル画像チャネルのｍ番目のローとｎ番目のコラムに配置された計算された画素値である。ｐｉｊの値は
【００４７】
【数３】

により与えられる。ここで、Ｎは、パクセル領域内に含まれる画素の数を示す。図９に示された例に対しては、パクセル領域は、Ｎの値を４０９６に等しくする６４ｘ６４画素値を有する。パクセル化処理は、空間的なフィルタ畳み込みに続いて画素サブサンプリング処理により達成される。本発明により使用されるこの方法は、計算的に更に効率が高い。
【００４８】
輝度階調モジュール１００の代わりの実施例の詳細
輝度階調モジュール１００の本発明の代わりの実施例を図１０に示す。ソースディジタル画像の３つのディジタル画像チャネル（赤、緑及び青）は、ＧＭとＩＬにより示される擬似輝度ディジタル画像チャネルと２つの２つの擬似クロミナンスディジタル画像チャネルＬＣＣディジタル画像を発生する輝度−クロミナンスモジュール１１０に入力される。ＬＣＣディジタル画像は、擬似輝度ディジタル画像チャネル、パクセル化されたＧＭディジタル画像チャネル及びパクセル化されたＩＬディジタル画像チャネルを有するパクセル化されたＬＣＣディジタル画像を発生する、パクセル化モジュール１２０により受信される。輝度シーンバランスモジュール１３０は、パクセル化されたＬＣＣディジタル画像と擬似輝度ディジタル画像チャネルを受信し、そして、輝度調整された擬似輝度ディジタル画像チャネルを発生する。ＧＭ及びＩＬディジタル画像チャネルと輝度調整された擬似輝度ディジタル画像チャネルは、輝度調整されたディジタル画像を発生するＲＧＢ変換器１４０へ入力される。
【００４９】
輝度変換モジュール１３０の詳細
輝度変換モジュール１３０の詳細を図１１に示す。パクセル化されたＬＣＣディジタル画像は、輝度バランス値ψ、即ち、ソースディジタル画像の好適な平均輝度に対応する数値を発生する、輝度シーンバランスモジュール１５０により受信され且つ分析される。輝度バランス値ψと基準グレー値ρは、輝度階調機能を計算する階調関数発生器１６０により受信される。階調関数アプリケータ１７０は、１つ又はそれ以上のソースディジタル画像チャネルと輝度階調関数を受信し、そして、輝度階調関数をソースディジタル画像チャネルに与える。処理されたディジタル画像チャネルは、バランスされたディジタル画像チャネルと呼ばれる。階調関数アプリケータ１７０の好適な実施例の実行は、赤色、緑色及び青色ディジタル画像チャネルを受信し、そして、赤色、緑色及び青色のバランスされたディジタル画像チャネルを発生する。
【００５０】
基準グレー値ρは、ディジタル画像システムにより採用されている構成手順に依る数値定数である。それは、輝度調整の必要のないディジタル画像の好適な輝度に対応する画素値を表す。基準グレー値ρに等しい構成された輝度バランス値ψを有する本発明で処理されたこのようなディジタル画像は、輝度調整が必要ない。基準グレー値ρを決定する最も良い方法は、適切に露光された捕捉装置で発生されたディジタル画像が好適な又は最適な表現を発生するように、出力装置制御を調整することを有する。
【００５１】
輝度バランス値ψと基準グレー値ρの間の数値差は、輝度の変化又は必要な輝度調整の量を示す。この量は、輝度シフト値δと呼び、式
δ＝ρ−ψ
で与えられる。ソースディジタル画像チャネル画素値ｐ_ｉｊを出力のバランスされたディジタル画像値ｐ’_ｉｊに関連させる数学公式は、
ｐ’_ｉｊ＝ｐ_ｉｊ＋δ
により与えられる。階調関数発生器１６０と階調関数アプリケータ１７０の組合せにより行われる輝度調整は、単一値関数変換の例である。即ち、各入力値は出力値に対応する単一値を有する。この動作はコンピュータハードウェア又はソフトウェア内で加算又は減算動作として実行される。しかし、大きなディジタル画像に対しては、同じ動作が、ＬＵＴ変換として、更に計算的に効率よく実行される。輝度調整ＬＵＴは、
ＬＵＴ[ｋ]＝ｋ＋δ
として計算され、ここで、画素値の全範囲に及ぶ値を仮定する。階調関数アプリケータ１７０は、ＬＵＴを、
ｐ’_ｉｊ＝ＬＵＴ[ｐ_ｉｊ]
としてディジタル画像チャネルの画素値に与える。ここで、[ ]表記は、ＬＵＴのインデックス化動作を示し、即ち、出力画素値ｐ’_ｉｊは入力画素値ｐ_ｉｊにより与えられるインデックスでＬＵＴに蓄積された数値により与えられる。階調関数発生器１６０により発生されたＬＵＴは、階調関数の実行を構成する。当業者は、本発明は線形輝度階調関数に制限されないがしかし、ディジタル画像の輝度とコントラスト特性を同時に変更する更に複雑な階調関数、即ち非線形階調関数も使用できることは認識される。
【００５２】
輝度シーンバランスモジュール１５０の詳細
図１２を参照すると、輝度シーンバランスモジュール１５０は１つ又はそれ以上の輝度予測モジュール２００を有し、その各々は輝度予測値λを発生する。個々の輝度予測モジュール２００からの輝度予測値は、Ｍ個のモジュールに対して１，２，．．．，Ｍと番号が付され、そして、発生される輝度予測値は、λ_１，λ_２，．．．λ_Ｍとして示される。輝度予測値は、図１１に示す階調関数発生器１６０により受信される単一の出力輝度バランス値ψを発生するために、輝度予測発生器２０５により結合される。
【００５３】
図１２に示される図は、３つの輝度予測モジュール２００を示し、本発明は、他の輝度予測モジュールと共に使用できることを示す。２つの輝度予測モジュール２００が、本発明の好適な実施例は単一の輝度予測モジュール２００を採用することが破線で示されている。他の輝度予測モジュールの例示的な方法は、制限はされないが、数学的平均、統計的メジアン、最大、最小又は、画素の最大と画素の最小の平均を計算することを含む。輝度予測発生器２０５により発生される輝度バランス値ψは、
ψ＝α_０＋λ_１−λ_１ｏ
により与えられる数学的関係で計算される。ここで、λ_１は輝度予測モジュール２００により計算された輝度予測値であり、λ_１ｏは輝度予測値オフセットと呼ばれる数値定数であり、α_０は輝度バランス値オフセットと呼ばれる数値定数である。
【００５４】
輝度予測値オフセットλ_１ｏは、基準グレー値ρと輝度予測モジュール２００により発生されたλ_１の予測値の間の差をあらわす、数値定数である。λ_１ｏの値を決定する最も良い方法は、ディジタル画像のデータベースを捕捉し、ディジタル画像のデータベースを処理し且つ計算されたディジタル画像のハードコピープリント表現を作成し、ディジタル画像のプリント表現を最適化する人間の画像品質判断の組みを有し、最適化されたプリント表現と計算されたプリント表現の間の差に基づくλ_１ｏの値を設定する較正手順を含む。
【００５５】
図２を参照すると、テストディジタル画像の組みは、捕捉装置１０により発生され、本発明を採用するディジタル画像プロセッサ２０で処理され、そして、ハードコピープリントが画像出力装置３０で各テスト画像に対して発生される。Ｎのテスト画像の組みに対して、λ_１ｏとα_０の値に対して、一時的にゼロに設定される。各ディジタル画像は、ディジタル画像プロセッサ２０で処理され、そして、輝度バランス値ψ_１，．．．ψ_Ｎが発生される。ψのこれらの計算された値は、Ｂ_１， ，Ｂ_Ｎで示されるアルゴリズムバランス値の組みと呼ばれる。人間の画像品質判断の組みは、ハードコピープリントを見て、そして、各テスト画像プリントの輝度に関する判断を行う。各ディジタル画像は、各テスト画像に対して最良の全体的な輝度が得られるまで、各判断により変更されたα_０の値で再度印刷を行う。各テスト画像に対する輝度バランス値ψは、各画像品質判断に対して記録され、且つ、画像品質判断の組みを亘るψ値は、各テスト画像に対して平均化される。Ｎのテスト画像の組みに対して、Ｎの平均輝度バランス値ψ_１，．．．ψ_Ｎの組みが発生される。ψの最適化された値は、Ａ_１，，Ａ_Ｎで示される目標バランス値の組みと呼ばれる。平均輝度予測値オフセットλ_１ｏの値は、目標バランス値とアルゴリズムバランス値の間の差を考慮して、公式
【００５６】
【数４】

により計算される。上述の式当り設定されるλ_１ｏの値とゼロに設定された輝度バランス値オフセットα_０で、システムは、平均品質画像判断の輝度の嗜好に較正される。λ_１ｏの実際の値は、基準グレー値ρの値と人間の画像品質判断の嗜好に依存する。
【００５７】
輝度バランス値オフセットα_０は、異なる画像化アプリケーション又は個人的な嗜好に調整されることができる輝度嗜好を表す。平均輝度予測値オフセットλ_１ｏに対する上述の較正方法で、輝度バランス値オフセットα_０の値はゼロに設定される。しかし、本発明を採用する図２に示すディジタル画像システムの操作者が、輝度予測値オフセットλ_１ｏの値を決定するのに使用される画像品質判断の画像品質輝度嗜好と異なる画像品質輝度嗜好を有する場合には、操作者は、輝度バランス値オフセットα_０の値の変更を選択できる。モニタ装置５０上に表現されたディジタル画像を見ている間に又は画像出力装置３０により発生されたハードコピープリントを見ることにより、走者者は、入力制御装置６０を介してα_０の値の変更を指示できる。輝度バランス値オフセットα_０の変更は、システムにより処理される各個々のディジタル画像に対して唯一に行われ又は、全てのディジタル画像に対して一度設定される。
【００５８】
図１２を参照すると、本発明の代わりの実施例は、複数の輝度予測モジュール２００を有する。複数の輝度予測値λ_ｉから輝度バランス値ψの値を計算するために、輝度予測発生器２０５による本発明により採用されている以下の数学的式は、
ψ＝α_０＋Σ_ｉα_ｉ（λ_ｉ−λ_ｉｏ）
により与えられ、ここで、λ_ｉはｉ番目の輝度予測モジュール２００の輝度予測値を示し、λ_ｉｏは対応する輝度予測値オフセットを示し、α_ｉはｉ番目の輝度予測値λ_ｉに対応する輝度予測係数を示し、そして、α_０は輝度バランス値オフセットを示す。本発明のこの代わりの実施例に対しては、輝度予測値オフセットλ_ｉｏの値は、本発明の好適な実施例で使用されているのと同じ較正法により決定される。各輝度予測値オフセットは、対応する輝度予測係数は１に設定されそして、他の輝度予測係数はゼロに設定されて決定される。
【００５９】
輝度予測係数α_ｉの値は、直線回帰により決定される。Ｎのテスト画像の組みに対しては、λ_１ｉ，．．．，λ_Ｎｉにより示される輝度予測値λ_ｉの組みが発生される。値の２次元配列として示されているように、輝度予測値λ_１ｉ，．．．，λ_Ｎｉは、Ｎ掛けるＭ輝度予測マトリクス[λ]を構成する。目標バランス値Ａ_１，，Ａ_Ｎは、Ｎ掛ける１マトリクス[Ａ]を構成する。Ｍの輝度予測モジュール２００の組みに対しては、対応するＭの輝度予測係数α_１，．．．，α_Ｍは、Ｍ掛ける１マトリクス[α]を構成する。目標バランス値、輝度予測値及び、輝度予測係数ｓに関連するマトリクス式は、
[Ａ]＝[λ][α]
で与えられ、ここに、マトリクス[Ａ]と[λ]は既知であり、マトリクス[α]は知られていない。マトリクス[α]の値は、以下の数学的公式、
[α]＝[[λ] ^t[λ]]^-1[λ] ^t [Ａ]
により、与えられる。ここで、[λ]マトリクス要素は、
【００６０】
【数５】

により与えられ、ここで、λ_ｋｉは、ｋ番目のテスト画像とｉ番目の輝度予測モジュール２００を示し、[ ] ^t表記はマトリクス転置操作を示し、[ ] ^−１表記は逆マトリクス操作を示す。輝度予測係数α_１，…，α_Ｍの値は、[α]マトリクスの要素により与えられる。輝度バランス値オフセットα_０は、直線回帰には影響されない。輝度バランス値オフセットα_０の値は、システム操作者により選択される。
【００６１】
本発明の第２の代わりの実施例は、輝度予測発生器２０５により輝度バランス値ψを計算するために以下の数学公式、
ψ＝α_０＋Σ_ｉα_ｉλ_ｉ
を使用する。ここで、[λ]マトリクス要素は、
【００６２】
【数６】

により与えられる。ここで、要素λ_ｋｉはｋ番目のテスト画像とｉ番目の輝度予測モジュール２００に対する輝度予測値を示し、α_ｉはｉ番目の輝度予測値λ_ｉに対応する輝度予測係数を表し、α_０は輝度バランス値オフセットを表す。
【００６３】
輝度予測係数α_ｉは、
[Ａ]＝[λ][α]
により与えられる直線回帰式により決定される。ここで、マトリクス[Ａ]と[λ]は既知であり、[α]は知られていない。マトリクス[α]の値は以下の数学公式
[α]＝[[λ] ^t[λ]]^-1[λ] ^t [Ａ]
により、与えられる。ここで、[ ] ^t表記はマトリクス転置操作を示し、[ ] ^−１表記は逆マトリクス操作を示す。輝度予測係数α_１，…，α_Ｍの値は、[α]マトリクスの要素により与えられる。輝度バランス値オフセットα_０は、直線回帰により与えられる。輝度バランス値オフセットα_０は、システム操作者により選択される。
【００６４】
輝度予測モジュール２００の詳細
空間重みマスクは、数値重み係数の２次元配列である。空間重みマスクの数値重み係数は、画素位置の相対的な重要度に関連する。空間重みマスクは、ディジタル画像チャネルの画素値の相対的な重要度を及び、も水漬けるためにディジタル画像チャネルと共に使用される。
【００６５】
図１３を参照すると、ガウスマスク発生器２５０は、パクセル化され擬似輝度ディジタル画像チャネルと同じ空間寸法で、ガウス空間重み付けマスクを発生する。本発明に従って、重み係数は、２つ以上の可能な値を有する本発明の好適な実施例では、ガウス重みマスクの重み係数は、以下の２次元ガウス公式
【００６６】
【数７】

で計算された連続する数値範囲を有する０．０から１．０の範囲である。ここで、ξ_ｉｊは、ｉ番目のローとｊ番目のコラムに位置するガウス重み係数値を示し、ｉ_０とｊ_０はガウス関数の中心の垂直及び水平インデックスを表し、σ_ｉとσ_ｊは、水平及び垂直が薄標準偏差値を示し、そして、Ｋは、周辺画素位置に対する中心画素位置の相対的な重要性を調整する数値定数である。
【００６７】
ガウス関数中心の配置は、処理されている対応するディジタル画像の向きに依存する。向きが未知ならば、数値定数ｉ_０はガウス空間重みマスクの垂直寸法の２分の１に設定される。同様に、数値定数ｊ_０はガウス空間重みマスクの水平寸法の２分の１に設定される。このような図９に示す来示のディジタル画像に対して、数値定数ｉ_０は０から３５の画素インデックス範囲を仮定すると１７．５に設定される。同様に、数値定数ｊ_０は０から２３の画素インデックス範囲を仮定すると１１．５に設定される。参考のために、０水平と０垂直の画素インデックスは、図９に示すパクセル化された擬似輝度ディジタル画像の左上部過度に対応するガウス空間重みマスクの上部を表す。ディジタル画像の向きが知られている場合には、ガウス関数の中心はガウス空間重みマスクの低部に向かって６０パーセントの位置に配置される。上述の例に対して、ｉ_０の値は１７．５に設定され、そして、ｊ_０の値は１３．８に設定される。
【００６８】
本発明の好適な実施例は、パラメータＫに対して０．２５の値を使用する。これは、中心画素対周辺画素に関して約３対１の重み比を達成する。多くのディジタル画像での実験は、この値は良好に動作する値であることを示す。σ_ｉとσ_ｊの値は、他数のディジタル画像の実験を通して経験的に設定される。本発明は、σ_ｉとσ_ｊの値の範囲で良好に動作するが、最良の結果は、それぞれのガウス空間重みマスク寸法の２５パーセントのσ_ｉとσ_ｊで達成される。例えば、２４ローと３６コラムの寸法に対しては、σ_ｉの値は６．０に設定され、そして、σ_ｊの値は９．０に設定される。
【００６９】
図１３は、本発明の好適な実施例に採用されている輝度予測モジュール２００の詳細を示す。グラディエント計算器２１０は、パクセル化されたＬＣＣディジタル画像のパクセル化された擬似輝度ディジタル画像チャネルを受信する。パクセル化された擬似輝度ディジタル画像チャネル内の対象の各画素に対しては、
ｇ_１，ｇ_２，．．．，ｇ_ｎ
により与えられるグラディエント画素値の組みは、対象の画素の周りの小さな局部隣接画素内に位置する画素値を使用して計算される。本発明の好適な実施例は、３掛ける３の局部隣接画素を使用する。本発明ののために、グラディエント画素値は、２つの画素値の間差の絶対値として数学的に定義される。本発明は、対数コード値領域特性により特徴付けられる画素データを使用する。本発明が線形項ド値領域特性を特徴とする画素データと共に実行される場合には、グラディエント画素値の定義は、２つの画素値の比により与えられる。
【００７０】
グラディエント画素値計算は空間活動度の測定であり、計算は、画素変調又は、対象の画素の周りの画素の小局部領域内での画素値の変化性に関連する。他の空間活動度測定の例は、制限はされないが、対象の画素の周りの画素に対して計算された標準偏差と平均偏差を含む。
【００７１】
本発明は、１つ以上の空間活動度を計算する方法を採用する。参照として、次の方法が、Ｐ．Ａ．Ｄｏｎｄｅｓ及びＡ．Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄにより、１９８２年のＩＥＥＥパターン分析及び機械知能、Ｖｏｌ．ＰＡＭＩ−４、Ｎｏ．１、第７９−８４頁の論文、グレーレベルと局部高活動度に基づく画素分類（Ｐｉｘｅｌ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｒａｙ ｌｅｖｅｌａｎｄ ｌｏｃａｌ ｂｕｓｙｎｅｓｓ）で開示されている。グラディエント画素値の組みは、対象の画素値と局部隣接画素内の個々の画素の間の画素差の絶対値を計算することにより発生される。対象の画素ｅの周りの３掛ける３画素領域に対しては、
【００７２】
【数８】

３掛ける３画素領域内の８画素は対象の画素を除外するので、８つのグラディエント画素値が計算される、このように、個々のグラディエント画素値に対する数学公式は、
【００７３】
【数９】

により与えられ、ここでｅは、ｉ番目のローとｊ番目のコラムに配置された画素ｐ_ｉｊの値を表す。５掛ける５の隣接画素に対しては、２４のグラディエント画素値が計算される。グラディエント画素値の組みの計算は差を構成する２つの画素を必要とするので、パクセル化された擬似輝度ディジタル画像チャネルの周辺にある対象の画素は、グラディエント画素値の組みの中に、少ない数のグラディエント画素値を発生する。
【００７４】
本発明の代わりの実施例は、予め定義された局部隣接画素内の隣接画素の水平及び垂直画素差を計算することによりグラディエント画素値の組みを形成する。３掛ける３の局部隣接画素に対しては、６水平及び６垂直グラディエント画素値が、合計で１２のグラディエント画素値に対して計算される。このように、個々の垂直グラディエント画素値に対する数学公式は、
【００７５】
【数１０】

により与えられ、そして、水平グラディエント画素値は、
【００７６】
【数１１】

により与えられる。
【００７７】
グラディエント画素値の組みは、グラディエント画素値の組みを階数順に即ち昇順か又は降順にソートする、最小検出器２２０により受信される。一旦、グラディエント画素値の組みがソートされると、組みから階数順の、例えば、最小、最大又は、メジアンのような統計が得られる。本発明の好適な実施例は、最小階数順序統計を使用する。階数順序統計品質は、
Ｇ_ｒｏ＝ＭＩＮ（ｇ_１，ｇ_２，．．．，ｇ_ｎ）
により示される階数順序グラディエント画素値Ｇ_ｒｏと呼ばれる。最小及び最大階数順序統計は、実際にグラディエント画素値の組みをソートすることなしに得られる特別な場合である。
【００７８】
本発明の代わりの実施例は、予め定義された局部隣接画素内の隣接する画素の、水平の合計と垂直の合計の差を計算することにより、２つのグラディエント画素値を形成する。３掛ける３局部隣接画素に対しては、水平及び垂直グラディエント画素値が計算される。２つのグラディエント画素値に対する数学公式は、
【００７９】
【数１２】

及び、
【００８０】
【数１３】

である。この代わりの実施例に対する計算された階数順序グラディエント画素値Ｇ_ｒｏは、
Ｇ_ｒｏ＝ＭＩＮ（ｇ_１，ｇ_２）
で与えられる。
【００８１】
本発明の代わりの実施例は、対象の画素値の周りの局部隣接画素内で、最小と最大の画素値を計算することにより、階数順序グラディエント画素値Ｇ_ｒｏを計算することを有する。対象の画素ｅを中心とする３掛ける３画素領域は、
【００８２】
【数１４】

であり、階数順序グラディエント画素値Ｇ_ｒｏは
【００８３】
【数１５】

により与えられる。
【００８４】
階数順序グラディエント画素値Ｇ_ｒｏは、対象の画素の周りの局部領域に対する空間活動度の測定値を表す。階数順序グラディエント画素値Ｇ_ｒｏは、
【００８５】
【数１６】

により与えられる階数順序グラディエント画素値Ｇ_ｒｏの関数として公式化される重み係数
【００８６】
【外１】

を発生するグラディエントマスク発生器２３０により使用される。ここで、γ（）はガウスの積分としてのガンマ関数により与えられる。関数γ（）は、
【００８７】
【数１７】

により与えられる単一値関数変換である。ここで、ｙ_０は最小重み階数であり、ｘ_ｍａｘは、変数ｘの最大横座標値を表し、ｘ_ｔは、遷移パラメータを表しそして、σ_ｘは遷移レートパラメータを表す。本発明に従って、重み係数は２値以上と仮定することができる。
【００８８】
ｙ_０は１に設定され、ｘ_ｔは５０に設定され、ｘ_ｍａｘは１００に設定され、そして、σ_ｘは１０に設定されて計算された、ガンマ関数ｇ（ｘ）が図１４に示されている。図１４に示すガンマ関数のグラフからわかるように、遷移パラメータｘ_ｔは、屈曲点又は、ガンマ関数の最大傾斜の点を決定する。遷移レートパラメータσ_ｘは屈曲点でのガンマ関数の傾斜を決定する。
【００８９】
重み係数
【００９０】
【外２】

は、パクセル化された擬似輝度ディジタル画像チャネル内の各画素に対して計算される。このように、
【００９１】
【外３】

は、ｉ番目のローとｊ番目のコラムに位置する画素に対して計算される。重み係数にこの２次元配列は、空間重みマスクを形成する。グラディエントマスク発生器２３０により発生された重みマスクは、グラディエント空間重みマスクと呼ばれる。本発明の好適な実施例は、０より大きいか又は０に等しく且つ、１より小さいか又は１に等しい値に制限された重み係数
【００９２】
【外４】

で占められたグラディエント空間重みマスクを使用する。当業者は、本発明は、１を超える範囲の重み係数
【００９３】
【外５】

で動作することは理解される。特に重み係数
【００９４】
【外６】

の高速実行は、０から４０９５の範囲の整数値を使用することに関連する。
【００９５】
本発明の代わりの実施例は、重み係数
【００９６】
【外７】

として直接的に好適な実施例で記載される静的なグラディエント画素値を使用する。この実行のための数学公式は、
【００９７】
【数１８】

で与えられる。
【００９８】
重み付けされた平均計算器２４０
図１３に示す、空間重み付け平均器２４０は、グラディエントマスク発生器２３０からグラディエント空間重みマスクを受信し、ガウシャンマスク発生器２５０からガウス空間空間重みマスクを受信し、そして、パクセル化モジュール１２０からパクセル化擬似輝度ディジタル画像チャネルを受信する。輝度予測値λは、以下の数値積分式
【００９９】
【数１９】

を通して、空間重み付け平均器２４０により発生される。ここで、ｉとｊは画素インデックスのローとコラムを表し、ｐ_ｉｊは擬似輝度ディジタル画像チャネルの値を表し、
【０１００】
【外８】

は、グラディエント重み係数を表し、そして、ξ_ｉｊはガウス空間重み係数を表す。輝度予測値λは、ディジタル画像の平均輝度の良好な推定値を構成する画素値の空間的に重み付けされた平均を表す。
【０１０１】
図１３に示されているグラディエントマスク発生器２３０により使用されるグラディエントしきい値γに対する最適値は、図２に示すディジタル画像プロセッサ２０の実行の印刷エラーの標準偏差を最小化することにより決定される。Ｎのテスト画像の組に対して、輝度予測値の組みλ_ｊは発生され、λ_１，．．．，λ_Ｎで示され、１つのλ値は各テスト画像に対してである。較正処理で使用される目標バランス値Ａ_１，，Ａ_Ｎの組みは、呼出される。バランスエラー値ε_１，，ε_Ｎの組みは、
ε_ｊ＝λ_ｊ−Ａ_ｊ
のように輝度予測値から目標バランス値を減算することにより発生される。ここで、インデックスｊは、ｊ番目のテスト画像を示す。グラディエントしきい値γは、バランスエラー値ε_１，，ε_Ｎの最小の統計的な標準偏差が見つかるまで変更される。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によって、輝度予測情報を得るために赤色チャネル情報の改善された予測性を利用するために、緑色チャネルよりも赤色チャネルを更に強調しかつ、青色チャネルよりも緑色チャネルを更に強調する、赤、緑及び、青色画像チャネルから得られる画像信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用される赤−緑色ディジタル画像チャネルの形成を示すブロック図である。
【図２】本発明を実行するのに適する画像処理システムのブロック図を示す図である。
【図３】本発明を実行するのに適するインターネットコンピュータ画像処理システムのブロック図を示す図である。
【図４】本発明を実行するのに適するカメラ露光システムのブロック図を示す図である。
【図５】本発明を実行するのに適する印刷露光システムのブロック図を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に従った画像処理を示すブロック図である。
【図７】本発明の好適な実施例に従った画像処理を示すブロック図である。
【図８】本発明の好適な実施例に従った輝度階調モジュールを示すブロック図である。
【図９】本発明に従ったパクセル化モジュールを説明するのに有益な図である。
【図１０】本発明の代わりの実施例に従った階調輝度を示すブロック図である。
【図１１】本発明に従った輝度変換モジュールを示すブロック図である。
【図１２】本発明に従った輝度シーンバランス変換モジュールを示すブロック図である。
【図１３】本発明に従った輝度予測モジュールを示すブロック図である。
【図１４】本発明に従った重み係数を計算するのに使用するガンマ関数の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 画像捕捉装置
１１ 開口装置
１２ レンズ
１３ 時間積分装置
１４ 感光性記録装置
１５ 感光性モニタ装置
１６ 露光制御装置
２０ ディジタル画像プロセッサ
２２ 改善変換モジュール
２４ 色変換モジュール
２６ 対数変換モジュール
３０ 画像出力装置
３１ 写真画像
３２ フィルムスキャナ
３４ ランプハウス
３６ ゲート装置
３８ 写真受容体
４０ 汎用制御コンピュータ
４５ コンピュータネットワーク
５０ モニタ装置
６０ 入力制御装置
７０ コンピュータメモリ装置
１００ 輝度階調モジュール
１１０ 輝度−クロミナンスモジュール
１１１ 赤色ディジタル画像チャネル
１１２ 緑色ディジタル画像チャネル
１１３ 青色ディジタル画像チャネル
１１５ 擬似輝度信号発生器
１１６ クロミナンス信号発生器
１１８ 赤−緑ディジタル画像チャネル
１１９ クロミナンスディジタル画像チャネル
１２０ パクセル化モジュール
１２２ 内部画素領域
１２４ パクセル領域
１３０ 輝度変換モジュール
１４０ ＲＧＢ変換器
１５０ 輝度シーンバランスモジュール
１６０ 階調関数発生器
１７０ 階調関数アプリケータ
２００ 輝度予測モジュール
２０５ 輝度予測発生器
２１０ グラディエント計算器
２２０ 最小検出器
２３０ グラディエントマスク発生器
２４０ 空間重み付け平均器
２５０ ガウシャンマスク発生器

Claims (3)

1. オリジナル画像の輝度バランス値を計算する方法であって、
   ａ）以下の関係、
   Ｌ＝αＲ＋βＧ＋δＢ、ここでＲ，Ｇ，Ｂはオリジナル画像の赤色、緑色、及び青色成分を表し、且つα≧β＞δ≧０かつδ＜０．１１、に従って、オリジナル画像から１つの擬似輝度値（Ｌ）を発生するステップと、
   ｂ）輝度予測値と輝度バランス値オフセットとの加算値に基づき輝度バランス値を計算するステップとを有し、
   前記輝度予測値は、対象の画素値と前記対象の画素値の周りの局部隣接画素内の画素値との差分に基づくグラディエント重み係数が画素ごとに重み付けされ、さらに、対象画素位置の相対的重要度を示すガウス空間重み係数が画素ごとに重み付けされた擬似輝度画素値の平均である方法。
2. 最終画像を発生する方法であって、
   ａ）以下の関係、
   Ｌ＝αＲ＋βＧ＋δＢ、ここでＲ，Ｇ，Ｂはオリジナル画像の赤色、緑色、及び青色成分を表し、且つα≧β＞δ≧０かつδ＜０．１１、に従って、オリジナル画像から１つの擬似輝度値を発生するステップと、
   ｂ）輝度予測値と輝度バランス値オフセットとの加算値に基づき輝度バランス値を計算するステップと、
   ｃ）前記輝度バランス値と、輝度調整の必要のないディジタル画像の輝度に対応する画素値を示す基準グレー値との差分及びオリジナル画像に基づいて最終画像を発生するステップとを有し、
   前記輝度予測値は、対象の画素値と前記対象の画素値の周りの局部隣接画素内の画素値との差分に基づくグラディエント重み係数が画素ごとに重み付けされ、さらに、対象画素位置の相対的重要度を示すガウス空間重み係数が画素ごとに重み付けされた擬似輝度画素値の平均である方法。
3. オリジナル画像の輝度バランス値を計算する装置であって、
   ａ）以下の関係、
   Ｌ＝αＲ＋βＧ＋δＢ、ここでＲ，Ｇ，Ｂはオリジナル画像の赤色、緑色、及び青色成分を表し、且つα≧β＞δ≧０かつδ＜０．１１、に従って、オリジナル画像から１つの擬似輝度値（Ｌ）を発生する手段と、
   ｂ）輝度予測値と輝度バランス値オフセットとの加算値に基づき輝度バランス値を計算する手段とを有し、
   前記輝度予測値は、対象の画素値と前記対象の画素値の周りの局部隣接画素内の画素値との差分に基づくグラディエント重み係数が画素ごとに重み付けされ、さらに、対象画素位置の相対的重要度を示すガウス空間重み係数が画素ごとに重み付けされた擬似輝度画素値の平均である装置。

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