JP5476793B2 - 元画像のダイナミックレンジの圧縮方法と装置及びデジタルカメラ - Google Patents
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Description
本発明に係る元画像のダイナミックレンジを圧縮する装置は、トーンマッピングプロセッサ100であり、縮小画像計算モジュール11と、ルックアップテーブル計算モジュール12と、マッピングモジュール13とにより構成される。トーンマッピングのプロセス全体は、以下となる。まず、縮小画像計算モジュール11により、入力画像に対応する縮小画像を算出する。その後、ルックアップテーブル計算モジュール12により、縮小画像の特長に基づいて、マッピング用のルックアップテーブルを算出する。前記ルックアップテーブルは、元ダイナミックレンジ(ハイダイナミックレンジ)からメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を有する。最後に、マッピングモジュール13により、ルックアップテーブルに基づいて、入力画像の各ポイントのマッピング値を算出し、変換後の画像のダイナミックレンジを、画像を再現するメディアのダイナミックレンジに適用させる。ここでは、元の入力画像でなく、縮小画像を用いてルックアップテーブルを算出するのは、トーンマッピングの処理速度を速くするためである。
縮小画像計算モジュール11は、ダウンサンプリングモジュール21と、量子化モジュール22と、輝度計算モジュール23とを含む。入力画像のサイズは、ダウンサンプリングモジュール21によって、例えば3468×2776から320×240に縮小される。その後、量子化モジュール22は、縮小画像のそれぞれのピクセルを18ビット/チャンネルから8ビット/チャンネルに量子化する。最後に、輝度計算モジュール23は数5より、縮小画像の全てのピクセルの輝度値を算出する。
ルックアップテーブルモジュール12は、統計特徴計算モジュール31と、パラメータ計算モジュール32と、ルックアップテーブル生成モジュール33とを含む。統計特徴計算モジュール31は、縮小画像の輝度の最小値(Min_Y)、最大値(Max_Y)および平均値(Average_Y)を算出する。その後、パラメータ計算モジュール32は、数6、数7及び数8により、一組のパラメータを算出する。最後に、ルックアップテーブル生成モジュール33は、該一組のパラメータによりマッピング用のルックアップテーブルを生成する。
縮小画像のダイナミックレンジ(本実施例では8ビット/チャンネル、0-255)は、三つの範囲に分割される。本発明は、異なる範囲に対して、異なる方法によってルックアップテーブルを生成する。モジュール41は、レンジ(0,Min_Y)内の値(0からMin_Yの範囲の値)を(0,LowR)に線形マッピングするルックアップテーブルを生成する。モジュール42は、レンジ(Max_Y,255)内の値を(HighR,4096)に線形マッピングするルックアップテーブルを生成する。モジュール43は、数9により、レンジ(Min_Y, Max_Y)内の値を、(LowR, HighR)にマッピングするルックアップテーブルを生成する。
マッピングモジュール13は、入力された画像のそれぞれのピクセルについてマッピングを行う。各ピクセルのそれぞれのチャンネル(R,Gr,Gb,B)の値Lに対して、まず、モジュール51によりそれを18ビットから8ビットに量子化し、対応するルックアップテーブル中の第一点P1=L≫10を得る。ルックアップテーブル中の対応する第二点はP2=P1+1となる。次に、モジュール52はルックアップテーブルからP1、P2に対応するマッピング値L’1とL’2を見つけ、最後に、モジュール53はL’1とL’2に対して線形補間で補間を行うことによりLに対応するマッピング値L’を算出する。
デジタルカメラは、本発明に係るダイナミックレンジの圧縮装置の一実施例である。まず、被写体からの光線は、光学システム101を通って、電荷結合素子(CCD)103に照射する。機械式シャッター102は、光学システム101とCCD103の間に設置され、光線がCCD103に照射することを阻止できる。光学システム101と機械式シャッターとは、ステッピングモーターに駆動される。
104 相関二重サンプリング(CDS)回路
105 アナログデジタル(A/D)変換器
106 ステッピングモーター
107 タイマー信号発生器
108 画像処理回路
109 セントラルプロセッシングユニット(CPU)
110 ランダムアクセスメモリ(RAM)
111 リードオンリーメモリ(ROM)
112 シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ(SDRAM)
113 圧縮/解凍回路
114 メモリカード
115 操作ユニット
116 液晶ディスプレー(LCD)
Claims (18)
- 元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法であって、
入力された元画像に対して量子化及びダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得るステップ1と、
前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出するステップ2であって、前記ルックアップテーブルは前記元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するステップ2と、
前記元画像の各ピクセル値を、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするステップ3と、
を含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記ステップ1は、
前記元画像に対してダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像のサイズに対して縮小された画像を得るステップa1と、
前記縮小された画像に対して量子化を行うことにより、前記縮小された画像の各ピクセルの各チャンネルの値であるビット数を減少して前記縮小画像を得るステップa2と、
前記縮小画像における各ピクセルが対応するR、G、B値により、前記縮小画像における各ピクセルの輝度値を算出するステップa3と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ステップ2は、
前記縮小画像における各ピクセルの最小輝度値と、最大輝度値と、平均輝度値とを算出するステップb1と、
前記最小輝度値と、前記最大輝度値と、前記平均輝度値とにより、所定の経験式に基づいて第一パラメータFactorと、第二パラメータLowRと、第三パラメータHighRとを算出するステップb2と、
前記第一パラメータFactorと、前記第二パラメータLowRと、前記第三パラメータHighRとに基づいて前記マッピング関係を求め、前記ルックアップテーブルを生成するステップb3と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ステップb3の前記マッピング関係は、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける0と前記最小輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける0と前記第二パラメータLowRとの間に線形マッピングすることと、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最大輝度値と前記縮小画像の最大理論輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第三パラメータHighRと前記メディアのダイナミックレンジのメディア最大値との間に線形マッピングすることと、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングすること、
を含む、
ことを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、数10により、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングし、
ことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 前記ステップ3のマッピングでは、
前記元画像よりカレントピクセルを選択し、前記ルックアップテーブルの前記縮小画像のダイナミックレンジから、前記カレントピクセルの一つのチャンネルの値に最も近い二つの数値を得るステップc1と、
前記マッピング関係に基づいて、前記ルックアップテーブルの前記メディアのダイナミックレンジから、前記二つの数値に対応する二つのマッピング値を得るステップc2と、
前記二つのマッピング値の間で線形補間を行うことにより、前記カレントピクセルの前記チャンネルの値が前記メディアのダイナミックレンジにおけるマッピングされた最終マッピング値を得るステップc3と、
前記ステップc1と、前記ステップc2と、前記ステップc3とにより、前記元画像における各ピクセルの各チャンネルの値の最終マッピング値を得るステップc4と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ステップb2の前記経験式は、数11、数12及び数13を含み、
ことを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 前記各ピクセルの異なる色のチャンネルの値に対して、同じ前記ルックアップテーブルを用いてマッピングを行う、
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 元画像のダイナミックレンジを圧縮する装置であって、
入力された元画像に対して量子化及びダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得る縮小画像計算モジュールと、
前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出するルックアップテーブル計算モジュールであって、前記ルックアップテーブルは前記元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するルックアップテーブル計算モジュールと、
前記元画像の各ピクセル値を、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするマッピングモジュールと、
を含む、
ことを特徴とする装置。 - 前記縮小画像計算モジュールは、
前記元画像に対してダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像のサイズに対して縮小された画像を得るダウンサンプリングモジュールと、
前記縮小された画像に対して量子化を行うことにより、前記縮小された画像の各ピクセルにおける各チャンネルの値であるビット数を減少して前記縮小画像を得る量子化モジュールと、
前記縮小画像における各ピクセルが対応するR、G、B値により、前記縮小画像における各ピクセルの輝度値を算出する輝度計算モジュールと、
を含む、
ことを特徴とする請求項9に記載の装置。 - 前記ルックアップテーブル計算モジュールは、
前記縮小画像における各ピクセルの最小輝度値と、最大輝度値と、平均輝度値とを算出する統計特徴計算モジュールと、
前記最小輝度値と、前記最大輝度値と、前記平均輝度値とにより、所定の経験式に基づいて第一パラメータFactorと、第二パラメータLowRと、第三パラメータHighRとを算出するパラメータ計算モジュールと、
前記第一パラメータFactorと、前記第二パラメータLowRと、前記第三パラメータHighRとに基づいて前記マッピング関係を求め、前記ルックアップテーブルを生成するルックアップテーブル生成モジュールと、
を含む、
ことを特徴とする請求項9に記載の装置。 - 前記ルックアップテーブル生成モジュールにより求められた前記マッピング関係は、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける0と前記最小輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける0と前記第二パラメータLowRとの間に線形マッピングすることと、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最大輝度値と前記縮小画像の最大理論輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第三パラメータHighRと前記メディアのダイナミックレンジのメディア最大値との間に線形マッピングすることと、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングすること、
を含む、
ことを特徴とする請求項11に記載の装置。 - 前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、数14により、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングし、
ここで、Lは前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値である、
ことを特徴とする請求項12に記載の装置。 - 前記マッピングモジュールにより行われたマッピングでは、
前記元画像よりカレントピクセルを選択し、前記ルックアップテーブルの前記縮小画像のダイナミックレンジから、前記カレントピクセルの一つのチャンネルの値に最も近い二つの数値を得るステップc1と、
前記マッピング関係に基づいて、前記ルックアップテーブルの前記メディアのダイナミックレンジから、前記二つの数値に対応する二つのマッピング値を得るステップc2と、
前記二つのマッピング値の間で線形補間を行うことにより、前記カレントピクセルの前記チャンネルの値が前記メディアのダイナミックレンジにおけるマッピングされた最終マッピング値を得るステップc3と、
前記ステップc1と、前記ステップc2と、前記ステップc3とにより、前記元画像における各ピクセルの各チャンネルの値の最終マッピング値を得るステップc4と、
を含む、
ことを特徴とする請求項9に記載の装置。 - 前記パラメータ計算モジュールにより使用された前記経験式は、数15、数16及び数17を含み、
ことを特徴とする請求項11に記載の装置。 - 前記各ピクセルの異なる色のチャンネルの値に対して、同じ前記ルックアップテーブルを用いてマッピングを行う、
ことを特徴とする請求項14に記載の装置。 - 元画像のダイナミックレンジを圧縮するデジタルカメラであって、
前記デジタルカメラは、CPUと、ROMと、RAMとを含み、
前記ROMは、
入力された元画像に対して量子化及びダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得る縮小図計算モジュールと、
前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出するルックアップテーブル計算モジュールであって、前記ルックアップテーブルは元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するルックアップテーブル計算モジュールと、
前記元画像の各ピクセル値を、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするマッピングモジュールと、
を含む、
ことを特徴とするデジタルカメラ。 - 前記各モジュールは、前記RAMにロードされ、前記CPUにより実行される、
ことを特徴とする請求項17に記載のデジタルカメラ。
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