JP6058183B2 - 高ダイナミックレンジ画像のエンコード、デコードおよび表現のための方法、装置および媒体 - Google Patents
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Description
本願は、2011年4月15日に出願された米国仮特許出願第61/476,174号および2011年10月28日に出願された米国特許仮出願第61/552,868号の優先権を主張する。両出願はここに参照によりその全体において組み込まれる。
本発明は、概括的には画像処理に、詳細には高ダイナミックレンジ画像のエンコード、デコードおよび表現に関する。
1.概観
2.HDR画像エンコーダ
3.ホワイトバランス補正
4.HDR画像デコーダ
5.例示的なプロセス・フロー
6.実装機構――ハードウェアの概観
7.等価物、拡張、代替その他。
この概観は、本発明の可能な実施形態のいくつかの側面の基本的な記述を呈示する。この概観は、可能な実施形態の諸側面の包括的または網羅的な要約ではないことを注意しておくべきである。さらに、この概観は、可能な実施形態の特に重要な諸側面または諸要素を特定するものとも、個別的には該可能な実施形態の、一般には本発明のいかなる範囲を確定するものとも理解されることは意図されていないことを注意しておくべきである。この概観は、単に例示的な可能な実施形態に関係するいくつかの概念を凝縮され簡略化された形式で呈示するものであり、単に、後述する例示的な可能な諸実施形態のより詳細な記述に対する概念的な序章として理解されるべきである。
図1は、本発明のいくつかの可能な実施形態に基づく例示的なHDR画像エンコーダを示している。いくつかの可能な実施形態では、HDR画像エンコーダは、一つまたは複数のコンピューティング装置によって実装され、入力HDR画像を、標準に基づくまたは独自の画像フォーマットにおけるTM画像およびHDR再構成データにエンコードするための画像処理技法を実装するソフトウェアおよび/またはハードウェア・コンポーネントをもって構成されている。
ある例示的な実施形態では、量子化後、HDR再構成データは、三組の二次元データH、UおよびVを有する(図1におけるLogYtおよびCbCr 158)。HDR再構成データ中のこれらの組のデータは、(例示的なYUV色空間のルミナンス・チャネルにおける)ルミナンス比値および(例示的なYUV色空間のクロマ差チャネルにおける)残差値を含む単一のYCbCrコンテナ144(たとえばYUV画像)内に、あたかも(たとえばYUV)画像をなすかのように保存/記憶されてもよい。終わりには、二つの画像が得られてもよい。一つはRGB色空間でのトーンマッピングされた画像であり、他方はYUV色空間でのHUV画像である。トーンマッピングされた画像は、黒修正(黒修正110)後および/または任意的な脱飽和(たとえば150)を用いた、TMO 106の出力(R'G'B' 108)であってもよい。トーンマッピングされた画像およびHUV画像はいずれも、8ビット・データを有していてもよく、たとえばJPEG標準の圧縮方法を使って圧縮されてもよい。HDR再構成データは、アプリケーション・セグメント(APP SEG 146)において、トーンマッピングされた画像とともに、単一の画像ファイルにおいて出力されてもよい。単一の画像ファイルは、標準に基づくまたは独自の画像ファイル・フォーマット(たとえばJPEG-HDR)であってもよい。アプリケーション・セグメントは、(たとえばJPEG規格で定義されるような)画像ファイル・フォーマットでのマーカー・フィールド(たとえばAPP11マーカー)であってもよい。一例では、TM画像は、JPEG圧縮後にベース画像(RGB TM Base 148)をなし、HUV画像は、出力HDR(たとえば156)画像ファイル中のAPP11マーカーのようなアプリケーション・セグメント(APP SEG 146)においてTMベース画像に添付される。
しばしば、ユーザーはデジタル・カメラで画像を取り込み、取り込まれた画像から導出されるHDR画像をレンダリングすることが望まれる。画像を取り込むカメラのカメラRAWフォーマットがわかっていたとすると、高いクロマ忠実度でHDR画像を生成することが可能であることがありうる。しかしながら、事後ホワイトバランス処理は、少なくとも二つの理由のため、標準的なJPEGを使って正しく実行するのは難しいことがある。(1)レンダリングされる色空間からセンサー色に戻す厳密なマッピングがわかっていない、(2)異なる色チャネルに対してクランピングが不均等に適用されている。もとのセンサー値に線形に関係する色空間にどのようにしてたどり着くかを知ることなく、ホワイトバランス補正はうまくできない。
JPEG-HDRは、高ダイナミックレンジ画像の格納を可能にするためにJPEG規格の拡張として作成された。JPEG-HDRについての既存のフォーマットでは、JPEG-HDRは事実上、ホワイトバランス補正に影響する二つの画像チャネル――つまり、基本層の(トーンマッピングされた)JPEG画像と、較正された線形色空間を復元するために利用されうる残差層――をもち、それによりカメラRAWの利点の多くを与える。追加的なダイナミックレンジは、実のところ、システムに、色値を、基本層においてレンダリングされるものを超えて補正することを許容する。しかしながら、HDRについてさえしばしばそうであるように、取り込まれたレンジがシーン値のフル・レンジをカバーしない場合には、いくらかの追加的な情報を加えることが望ましいことがある。
図2は、本発明のいくつかの可能な実施形態に基づく例示的なHDR画像デコーダを示している。ある例示的な実施形態では、HDR画像デコーダは、一つまたは複数のコンピューティング装置によって実装され、トーンマッピングされたベースRGB画像およびHDR再構成データを含むHDR画像データ(図2ではHDR 202として表されている)をデコードするための画像処理技法を実装するソフトウェアおよび/またはハードウェア・コンポーネントをもって構成されている。ある例示的な実施形態では、HDR再構成データは、ルミナンス比値、CbおよびCr残差値および上記データに関係するパラメータおよび補助データをいう。ある例示的な実施形態では、HDR画像デコーダによってデコードされる画像データは、ある画像フォーマット(たとえばJPEG-HDR)での画像ファイル中にある。
図3のAは、本発明のある可能な実施形態に基づく例示的なプロセス・フローを示している。いくつかの可能な実施形態では、(たとえば図1に示されるような)HDR画像エンコーダのような一つまたは複数のコンピューティング装置がこのプロセス・フローを実行してもよい。HDR画像エンコーダは、JPEG画像エンコーダのような標準に基づく画像エンコーダに一つまたは複数の新たな処理ブロックを加えることによって、および/または一つまたは複数の既存の処理ブロックを修正することによって実装されてもよい。ブロック302では、HDR画像エンコーダは、高ダイナミックレンジ(HDR)画像を受け取る。ある例示的な実施形態では、HDR画像は、固定小数点画像または浮動小数点画像の一方である。ある例示的な実施形態では、HDR画像は、JPEG、JPEG-2000、MPEG、AVI、TIFF、BMP、GIFFまたは他の画像フォーマットの一つでエンコードされている。
ある実施形態によれば、本稿に記載される技法は、一つまたは複数の特殊目的コンピューティング装置によって実装される。特殊目的コンピューティング装置は、本技法を実行するよう固定構成とされていてもよいし、あるいは一つまたは複数の特定用途向け集積回路(ASIC)またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)のような、本技法を実行するよう持続的にプログラムされたデジタル電子デバイスを含んでいてもよいし、あるいはファームウェア、メモリ、他の記憶または組み合わせにおけるプログラム命令に従って本技法を実行するようプログラムされた一つまたは複数の汎用ハードウェア・プロセッサを含んでいてもよい。そのような特殊目的コンピューティング装置は、カスタムの固定構成論理、ASICまたはFPGAをカスタムのプログラミングと組み合わせて本技法を達成してもよい。特殊目的コンピューティング装置はデスクトップ・コンピュータ・システム、ポータブル・コンピュータ・システム、ハンドヘルド装置、ネットワーキング装置または本技法を実装するために固定構成および/またはプログラム論理を組み込んでいる他の任意の装置であってもよい。
以上の明細書では、本発明の可能な諸実施形態について、実装によって変わりうる数多くの個別的詳細に言及しつつ述べてきた。このように、何が本発明であるか、何が出願人によって本発明であると意図されているかの唯一にして排他的な指標は、この出願に対して付与される特許の請求項の、その後の訂正があればそれも含めてかかる請求項が特許された特定の形のものである。かかる請求項に含まれる用語について本稿で明示的に記載される定義があったとすればそれは請求項において使用される当該用語の意味を支配する。よって、請求項に明示的に記載されていない限定、要素、属性、特徴、利点もしくは特性は、いかなる仕方であれかかる請求項の範囲を限定すべきではない。よって、明細書および図面は制約する意味ではなく例示的な意味で見なされるべきものである。
〔態様1〕
高ダイナミックレンジ(HDR)画像を受領する段階と;
HDR画像に基づいて生成されたトーンマッピングされた(TM)画像を受領する段階であって、前記TM画像は、前記TM画像とルミナンス比画像からでは回復できない一つまたは複数の色改変を含む、段階と;
前記HDR画像のルミナンス値を、個々のピクセルごとに前記TM画像のルミナンス値で割ることによって、個々のピクセルごとにルミナンス比値を計算する段階と;
前記ルミナンス比値を前記HDR画像に適用して再マッピングされた画像を生成する段階と;
前記再マッピングされた画像および前記TM画像に基づいて、ある色空間の色チャネルにおける残差値を決定する段階と;
HDR再構成データとともに前記TM画像を出力する段階であって、前記HDR再構成データは、前記ルミナンス比値および前記残差値から導出される、段階とを含む、
方法。
〔態様2〕
前記再マッピングされた画像および前記TM画像の少なくとも一方を異なる色空間から前記残差の前記色空間に変換する段階をさらに含む、態様1記載の方法。
〔態様3〕
前記色空間がYCbCr色空間であり、前記色空間の前記色チャネルがCb色チャネルおよびCr色チャネルを含む、態様1記載の方法。
〔態様4〕
前記色空間の前記色チャネルにおける残差値が、前記色チャネルにおける、前記再マッピングされた画像から導出された第一のピクセル値と、前記色チャネルにおける、前記TM画像から導出された第二のピクセル値との間の差として計算される、態様3記載の方法。
〔態様5〕
前記TM画像中の前記一つまたは複数の色改変の少なくとも一つが、一つまたは複数のピクセルにおけるクリッピングまたは色相改変の一方によって引き起こされる、態様1記載の方法。
〔態様6〕
前記HDR再構成データが、前記ルミナンス比値および前記色空間の前記色チャネルにおける前記残差値から導出される量子化された値をもつ残差画像を含む、態様1記載の方法。
〔態様7〕
前記HDR再構成データが、前記量子化された値の範囲を指定するパラメータをさらに含む、態様6記載の方法。
〔態様8〕
前記HDR再構成データが、画像ファイルのアプリケーション・セグメントに格納され、前記TM画像は前記画像ファイルにおけるベース画像となる、態様1記載の方法。
〔態様9〕
前記画像ファイルがJPEG-HDRフォーマットである、態様1記載の方法。
〔態様10〕
前記HDR画像に対して一つまたは複数の健常性チェックを実行する段階をさらに含む、態様1記載の方法。
〔態様11〕
前記TM画像中の任意の数のピクセルに対する、任意のトーンマッピング処理器を用いた任意のトーンマッピング処理および/または任意の色改変を許容することをさらに含む、態様1記載の方法。
〔態様12〕
前記TM画像中のゼロ、一または複数の色チャネル・ゼロ値をゼロまたは閾値より小さな値で置き換える段階をさらに含む、態様1記載の方法。
〔態様13〕
前記HDR画像、前記TM画像または前記再マッピングされた画像のうちの少なくとも一つに色空間変換を適用する段階をさらに含む、態様1記載の方法。
〔態様14〕
前記TM画像と前記再マッピングされた画像との間のルミナンス残差値がみなゼロである、態様1記載の方法。
〔態様15〕
前記HDR画像が固定小数点画像または浮動小数点画像の一方である、態様1記載の方法。
〔態様16〕
前記HDR画像に対するトーンマッピング処理器によって要求される前処理動作を実行する段階をさらに含み、前記前処理動作は、色空間変換、ガンマ・エンコード、ガンマ・デコード、ダウンサンプリングまたはアップサンプリングのうちの一つである、態様1記載の方法。
〔態様17〕
前記TM画像において実行されているガンマ・エンコードに関係する情報を受領し、前記色空間の色チャネルにおける前記残差値を決定する前に、前記TM画像に対してガンマ・エンコードの逆処理を実行して中間TM画像を生成することをさらに含む、態様1記載の方法。
〔態様18〕
前記HDR画像がJPEG、JPEG-2000、MPEG、AVI、TIFF、BMP、GIFFまたは他の画像フォーマットのうちの一つでエンコードされる、態様1記載の方法。
〔態様19〕
トーンマッピングされた(TM)ベース画像およびHDR再構成データを含む画像ファイルをパースする段階であって、前記HDR再構成データは、量子化されたルミナンス比値および色空間の色チャネルにおける量子化された残差値を含み、前記TMベース画像は、該TMベース画像とルミナンス比画像からでは復元できない一つまたは複数の色改変を含んでいる、段階と;
前記量子化されたルミナンス比値および前記色空間の前記色チャネルにおける前記量子化された残差値に関係する量子化パラメータを抽出する段階と;
少なくとも部分的に前記量子化パラメータに基づいて、前記量子化されたルミナンス比値および前記量子化された残差値をルミナンス比値および前記色空間の前記色チャネルにおける残差値に変換する段階と;
前記TMベース画像と、前記ルミナンス比値および前記色空間の前記色チャネルにおける残差値とを使ってHDR画像を再構成する段階とを含む、
方法。
〔態様20〕
前記画像ファイルが標準に基づく画像デコーダを用いてパースされる、態様19記載の方法。
〔態様21〕
前記量子化されたルミナンス比および前記量子化された残差値が残差画像中に格納されており、前記残差画像および前記TMベース画像が共通の手順を使って量子化解除および圧縮解除される、態様19記載の方法。
〔態様22〕
前記TMベース画像が、任意の数のピクセルに対する、任意のトーンマッピング処理器を用いた任意のトーンマッピング処理および/または任意の色改変の結果を含む、態様19記載の方法。
〔態様23〕
前記HDR画像が固定小数点画像または浮動小数点画像の一方である、態様19記載の方法。
〔態様24〕
色空間変換、ガンマ・エンコード、ガンマ・デコード、ダウンサンプリングまたはアップサンプリングのうちのあるアクションを実行する段階をさらに含む、態様19記載の方法。
〔態様25〕
前記画像ファイルがJPEG、JPEG-2000、MPEG、AVI、TIFF、BMP、GIFFまたは他の画像フォーマットのうちの一つである、態様19記載の方法。
〔態様26〕
トーンマッピングされた(TM)ベース画像およびHDR再構成データを画像ファイル中にエンコードする段階を含む方法であって、前記HDR再構成データは量子化されたルミナンス比値およびある色空間の色チャネルにおける量子化された残差値を含み、前記TMベース画像は、前記TMベース画像とルミナンス比画像からでは復元できない一つまたは複数の色改変を含む、
方法。
〔態様27〕
トーンマッピングされた(TM)画像およびHDR再構成データを含む画像ファイルを伝送する段階を含む方法であって、前記HDR再構成データは量子化されたルミナンス比値およびある色空間の色チャネルにおける量子化された残差値を含み、前記TMベース画像は、前記TMベース画像とルミナンス比画像からでは復元できない一つまたは複数の色改変を含む、
方法。
〔態様28〕
画像ファイルをトーンマッピングされた(TM)画像およびHDR再構成データにデコードする段階を含む方法であって、前記HDR再構成データは量子化されたルミナンス比値およびある色空間の色チャネルにおける量子化された残差値を含み、前記TMベース画像は、前記TMベース画像とルミナンス比画像からでは復元できない一つまたは複数の色改変を含む、
方法。
〔態様29〕
前記画像ファイルが、アプリケーション・セグメント内に色残差値を格納することをサポートするJPEG-HDRフォーマットである、態様25ないし27のうちいずれか一項記載の方法。
〔態様30〕
態様1、19、26、27または28のうちいずれか一項記載の方法を実行するよう構成された、プロセッサを有する装置。
〔態様31〕
一つまたは複数のプロセッサによって実行されたときに、態様1、19、26、27または28のうちいずれか一項記載の方法の実行を引き起こすソフトウェア命令を含むコンピュータ可読記憶媒体。
〔態様32〕
初期画像データに対してホワイトバランス補正を実行する方法であって、前記初期画像データはトーンマッピングされた(TM)画像データおよび残差画像データを含み、前記残差画像データはさらに高ダイナミックレンジ(HDR)画像データと、実効線形センサー値およびホワイトバランス乗数を含み、当該方法は:
前記残差画像データから前記実効線形センサー値および前記ホワイトバランス乗数を復元する段階と;
前記実効線形センサー値および前記初期画像データからセンサー色空間値を生成して第一の中間画像データを形成する段階と;
各色チャネルについて、前記第一の中間画像データにホワイトバランス乗数を適用して第二の中間画像データを生成する段階と;
前記初期画像データから利用可能なHDR画像データがなければ、第二の中間画像データを、最大色チャネル値の最小にクランピングして第三の中間画像データを形成する段階と;
クランピングが実行されなかった場合、前記第二の中間画像データを目標モニタ色空間に変換して最終的な画像データを形成する段階と;
クランピングが実行された場合、前記第三の中間画像データを目標モニタ色空間に変換して最終的な画像データを形成する段階とを含む、
方法。
〔態様33〕
前記初期画像データがJPEG-HDRフォーマットでフォーマットされている、態様32記載の方法。
〔態様34〕
前記初期画像データが、RGB色チャネルのそれぞれにおいて取り込まれるHDRについての上センサー・レンジを含む、態様33記載の方法。
〔態様35〕
前記上センサー・レンジが、ホワイトバランス乗数および行列を含み、前記行列はさらに実効線形センサー値を含む、態様34記載の方法。
〔態様36〕
前記最終的な画像データは画像エンコーダのHDR経路に入力される、態様35記載の方法。
〔態様37〕
初期画像データを処理する方法であって;
前記初期画像データを入力する段階と;
センサー色空間データおよびホワイトバランス乗数を入力する段階と;
前記画像データについて新たな白色点が想定される場合、新たなホワイトバランス乗数を計算して現在のホワイトバランス乗数を生成する段階と;
前記画像データ中の各ピクセルについて、前記初期画像データを、前記センサー色空間に戻して第一の中間画像データにする変換をする段階と;
前記中間画像データ中の各色チャネルについて、前記現在のホワイトバランス乗数を適用して第二の中間画像データを生成する段階と;
前記第二の中間画像データを、すべての色チャネル最大値の最小値量にクランピングして第三の中間画像データを生成する段階と;
前記第三の中間画像データを所望されるモニタ色空間に変換して第四の中間画像データを生成する段階とを含む、
方法。
〔態様38〕
前記第四の中間画像データがトーンマッピング処理器に入力される、態様37記載の方法。
〔態様39〕
前記初期画像データが、画像取り込み装置によって取り込まれ、さらに、前記画像取り込み装置のカメラRAWデータが利用可能でない、態様37記載の方法。
〔態様40〕
前記画像取り込み装置が複数の色チャネルにおいて画像データを取り込むことができ、さらに、少なくとも二つの前記色チャネルが、黒から白への勾配に沿った異なるルミナンス値において飽和する、態様39記載の方法。
〔態様41〕
高ダイナミックレンジ(HDR)画像を受領する段階と;
前記HDRデータに対してホワイトバランス補正を処理する段階と;
前記HDR画像に基づいて生成されたトーンマッピングされた(TM)画像を受領する段階であって、前記TM画像は、前記TM画像とルミナンス比画像からでは回復できない一つまたは複数の色改変を含む、段階と;
前記HDR画像のルミナンス値を、個々のピクセルごとに前記TM画像のルミナンス値で割ることによって、個々のピクセルごとにルミナンス比値を計算する段階と;
前記ルミナンス比値を前記HDR画像に適用して再マッピングされた画像を生成する段階と;
前記再マッピングされた画像および前記TM画像に基づいて、ある色空間の色チャネルにおける残差値を決定する段階と;
HDR再構成データとともに前記TM画像を出力する段階であって、前記HDR再構成データは、前記ルミナンス比値および前記残差値から導出される、段階とを含む、
方法。
〔態様42〕
トーンマッピングされた(TM)ベース画像およびHDR再構成データを含む画像データを含む画像ファイルをパースする段階であって、前記HDR再構成データは、量子化されたルミナンス比値、色空間の色チャネルにおける量子化された残差値、ホワイトバランス乗数および実効線形センサー値を含み、前記TMベース画像は、該TMベース画像とルミナンス比画像からでは復元できない一つまたは複数の色改変を含んでいる、段階と;
前記量子化されたルミナンス比値および前記色空間の前記色チャネルにおける前記量子化された残差値に関係する量子化パラメータを抽出する段階と;
少なくとも部分的に前記ホワイトバランス乗数および実効線形センサー値に基づいて、前記画像データのホワイトバランスを補正する段階と;
少なくとも部分的に前記量子化パラメータに基づいて、前記量子化されたルミナンス比値および前記量子化された残差値をルミナンス比値および前記色空間の前記色チャネルにおける残差値に変換する段階と;
前記TMベース画像と、前記ルミナンス比値および前記色空間の前記色チャネルにおける残差値とを使ってHDR画像を再構成する段階とを含む、
方法。
〔態様43〕
態様32、37、41または42のうちいずれか一項記載の方法を実行するよう構成された、プロセッサを有する装置。
〔態様44〕
一つまたは複数のプロセッサによって実行されたときに、態様32、37、41または42のうちいずれか一項記載の方法の実行を引き起こすソフトウェア命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体。
Claims (11)
- 高ダイナミックレンジ(HDR)画像をデコードする方法であって:
ベース画像およびHDR再構成画像を含む画像ファイルをパースする段階であって、前記HDR再構成画像は、前記ベース画像と前記HDR画像との間のルーマ比に関するピクセル値を有するルーマ比成分画像および前記HDR画像に前記ルーマ比を適用して得られる画像と前記ベース画像との間の差に関するピクセル値を有する一つまたは複数の残差クロマ成分画像を含む、段階と;
前記ベース画像および前記HDR再構成画像を使って出力HDR画像を生成する段階とを含む、
方法。 - 前記ベース画像がトーンマッピングされた画像である、請求項1記載の方法。
- 前記画像ファイル中の前記ベース画像がJPEG画像を含み、前記HDR再構成画像が、少なくとも一つのJPEGセグメント・マーカーを使って前記ベース画像によって分離である、請求項1記載の方法。
- 前記ルーマ比成分画像が量子化された対数比ピクセル値を含む、請求項1記載の方法。
- 前記一つまたは複数の残差クロマ成分画像が規格化され、量子化された残差クロマ・ピクセル値を含む、請求項1記載の方法。
- 前記ベース画像がJPEGデコードを使ってデコードされる、請求項3記載の方法。
- 前記出力HDR画像を生成する段階がさらに:
前記量子化された対数比ピクセル値に関係する量子化パラメータを受領する段階と;
少なくとも前記量子化されたパラメータに基づいて、前記量子化された対数比ピクセル値を、量子化されていない比ルーマ値に変換する段階とを含む、
請求項4記載の方法。 - 前記出力HDR画像を生成する段階がさらに:
前記量子化された残差クロマ・ピクセル値に関係する量子化パラメータを受領する段階と;
少なくとも前記量子化されたパラメータに基づいて、前記量子化された残差クロマ・ピクセル値を、中間的な残差クロマ・ピクセル値に変換する段階と;
前記中間的な残差クロマ・ピクセル値に、前記ベース画像の対応するルミナンス値をかけることによって規格化されていないクロマ・ピクセル値を生成する段階と
を含む、
請求項5記載の方法。 - 高ダイナミックレンジ画像(HDR)をデコードするデコーダであって、当該デコーダはプロセッサを有しており、前記プロセッサは:
ベース画像およびHDR再構成画像を含む画像ファイルをパースする段階であって、前記HDR再構成画像は、前記ベース画像と前記HDR画像との間のルーマ比に関するピクセル値を有するルーマ比成分画像および前記HDR画像に前記ルーマ比を適用して得られる画像と前記ベース画像との間の差に関するピクセル値を有する一つまたは複数の残差クロマ成分画像を含む、段階と;
前記ベース画像および前記HDR再構成画像を使って出力HDR画像を生成する段階とを行なうための命令を実行するよう構成されている、
デコーダ。
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