JP6069593B2 - デジタル・カメラにおける広色域作業フローのための二次元色変換 - Google Patents
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Description
本願は2013年10月28日に出願された米国仮特許出願第61/896,595号の優先権を主張するものである。本願は、2013年9月27日に出願された「画像捕捉装置処理のためのスペクトル合成」という名称の米国特許出願第14/039,415号に関連する。同出願の内容はここに参照によってその全体において組み込まれる。
本発明は、画像捕捉装置のための色処理に関する。より詳細には、本発明のある実施形態は、画像捕捉装置からの正確な色出力を達成するための処理方法に関する。
本稿に記載される例示的実施形態は、カメラ色補正のための二次元変換を使う色変換に関する。デジタル・カメラ・システムにおいて、3×3行列を使う生データの伝統的な入力色変換が、分光反射率(spectral reflectance)特性をよりよく近似し、色精度を改善する二次元ルックアップテーブル(2D LUT)によって置き換えられる。色度のような信号および入力スケール因子は生のセンサー出力値に応答して生成される。色度信号および入力スケール因子は2D LUTを介して予備的出力信号および出力スケーリング因子にマッピングされる。出力色信号の最終的な集合は、予備的出力信号および出力スケール因子に応答して生成される。2D LUTは、色変換の入力および出力側両方で生成されるスペクトル応答曲線を利用することによって設計される。
序
近年、たとえば映画制作およびエピソード制作における業務環境において、いくつかの要因が、デジタル捕捉システムのより幅広い採用に寄与している。そのうちには、改善されたノイズ性能、拡張されたダイナミックレンジ機能および重要なことにはコスト効率のよいデジタル作業フロー・エコシステムの生成が含まれる。制作がデジタルに移行し続けるにつれ、より低コストのカメラ・システムが導入され、高品質のコンテンツ生成を、多くの低予算ないし中予算制作にとってアクセス可能にした。たとえば、キャノンC500、RED Epic、ARRI AlexaおよびソニーF55/F65は、広範な使用を見出すとともに、現代の映画館映画のライバルとなる品質をもつ画像を作り出した。
先に論じたように、3×3行列はカメラ・ネイティブから作業空間への色変換のための複雑さの低い解決策を提供するが、特により飽和した色について、精度が低下してしまうことがありうる。代替的に、3Dルックアップテーブル(LUT)は非線形な仕方で入力と出力のヒルベルト空間投影の間でマッピングする能力を提供するが、より高い複雑さという代償を伴い、システム・メモリ制約のため量子化アーチファクトを導入する可能性がある。多項式方法は3×3行列に対する実質的な精度向上が可能であるが、ピクセル処理の間のより高い計算量という代償を伴う。
図5は、本発明の例示的実施形態に基づく、カメラのネイティブな(または生の)RGB値(205)からCIE1931 XYZ色値(512、522、532)への2D色変換を利用する代替的な方法を描いている。図5に描かれるように、プロセスは、図2に描かれたのと同様の前処理段階(210)をもつ。計算されたネイティブの色度座標(p,q)を与えられて、2D LUT(510)および(520)はCEI1931(x,y)色度座標を出力する。(p,q)値は第三の2D LUT(530)にも適用されて、比Σout/Σを表わす
Gout=a*Rin+b*Gin+c*Bin (5)
として計算されてもよい。ここで、a,b,cは平面上の表面を定義する係数である。式(5)に基づいて、ある実施形態では、図2の色変換プロセスは図8に描かれるように単純化されることができる。それにより、(p,q)およびスケール因子(Σ)を計算することに加えて、出力G信号(Gout)が805において計算される。この実施形態は、一つ少ないLUT(緑LUTをなくす)ために805におけるいくらかの追加的な前処理(式(5)の計算)をトレードオフする。2D色変換技法を他の色空間に適用するときにも同様のアプローチに従うことができる。
本発明の実施形態は、コンピュータ・システム、電子回路およびコンポーネントにおいて構成されたシステム、マイクロコントローラ、フィールド・プログラム可能なゲート・アレイ(FPGA)または他の構成設定可能もしくはプログラム可能な論理デバイス(PLD)、離散時間またはデジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向けIC(ASIC)のような集積回路(IC)装置および/またはそのようなシステム、デバイスまたはコンポーネントの一つまたは複数を含む装置を用いて実装されてもよい。コンピュータおよび/またはICは、本稿に記載したようなカメラ色補正のための二次元変換を使う色変換に関係する命令を実行、制御または執行してもよい。コンピュータおよび/またはICは、本稿に記載したカメラ色補正のための二次元変換を使う色変換に関係する多様なパラメータまたは値の任意のものを計算してもよい。画像およびビデオ実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアおよびそれらのさまざまな組み合わせにおいて実装されうる。
このように、カメラ色補正のための二次元変換を使う色変換に関係する例示的な実施形態が記載されている。以上の明細書では、本発明の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。
いくつかの態様を記載しておく。
〔態様1〕
入力色信号に応答して色出力信号を生成する方法であって:
第一、第二および第三の入力信号を受領する段階と;
前記入力信号に応答して入力スケール因子を生成する段階と;
前記入力信号に応答して第一および第二の色度信号を生成する段階と;
前記第一および第二の色度信号を第一および第二の予備的色信号にマッピングする段階と;
前記第一および第二の色度信号を予備的スケール因子にマッピングする段階と;
前記予備的スケール因子に前記入力スケール因子を乗算することによって出力スケール因子を生成する段階と;
前記出力スケール因子および前記第一および第二の予備的色信号に応答して出力色信号の集合を生成する段階とを含む、
方法。
〔態様2〕
前記第一、第二および第三の入力信号は赤、緑および青の信号に対応する、態様1記載の方法。
〔態様3〕
前記入力スケール因子を生成する段階は前記第一、第二および第三の入力信号を足し合わせることを含む、態様1記載の方法。
〔態様4〕
前記第一および第二の色度信号を生成する段階は、
前記第一の入力信号を前記入力スケール因子で割って前記第一の色度信号を生成する段階と;
前記第二の入力信号を前記入力スケール因子で割って前記第二の色度信号を生成する段階とを含む、
態様1記載の方法。
〔態様5〕
前記第一および第二の予備的色信号がCIEのxおよびy信号に対応し、出力色信号の前記集合がCIEのX、YおよびZ信号に対応する、態様1記載の方法。
〔態様6〕
X出力色信号が、前記第一の(x)予備的色信号に前記出力スケール因子を乗算することによって生成され、Y出力色信号が、前記第二の(y)予備的色信号に前記出力スケール因子を乗算することによって生成される、態様5記載の方法。
〔態様7〕
Z出力信号を、前記出力スケール因子からX信号およびY信号を減算することによって生成することをさらに含む、態様6記載の方法。
〔態様8〕
前記第一および第二の色度信号が、反対色空間における前記第一、第二および第三の入力信号の第一および第二の色差値を含み、前記入力スケール因子が前記反対色空間における前記第一、第二および第三の生の出力信号のルーマ値を含む、態様1記載の方法。
〔態様9〕
前記第一および第二の色度信号が、HSV色空間における前記第一、第二および第三の入力信号のHおよびSの値を含み、前記入力スケール因子がHSV空間における前記第一、第二および第三の生の出力信号のVの値を含む、態様8記載の方法。
〔態様10〕
出力色信号の前記集合がR、GおよびB値を含み、RGB出力色値を生成する段階が、HSVからRGBへの色変換を使って前記出力スケーリング因子および前記第一および第二の予備的色信号を前記RGB出力値にマッピングすることを含む、態様9記載の方法。
〔態様11〕
RGB値がACES RGB値である、態様10記載の方法。
〔態様12〕
前記第一の予備的色信号は、前記第一および第二の色度信号をインデックスとする2Dルックアップテーブル(LUT)の出力に対応する、態様1記載の方法。
〔態様13〕
前記2D LUTは分光反射率データから導出される入力および出力信号を使って設計される、態様12記載の方法。
〔態様14〕
前記2Dルックアップテーブル(LUT)の生成はさらに:
反射率トレーニング・データセットに応答して前記LUTマッピング関数の出力値を生成し;
前記反射率トレーニング・データセットに応答して前記LUTマッピング関数についての入力インデックス値を生成し;
前記LUTマッピング関数の生成された入力インデックス値および出力値に基づいて面を生成し;
生成された面を、規則的にサンプリングされる格子において、ある近似基準に従って近似することによって、前記2D LUTの値を生成することを含む、
態様12記載の方法。
〔態様15〕
入力信号に応答して色出力信号を生成する方法であって、当該方法は:
第一、第二および第三の入力信号を受領する段階と;
前記入力信号に応答して入力スケール因子を生成する段階と;
前記入力信号に応答して第一および第二の色度信号を生成する段階と;
前記入力信号の線形結合として第一の出力色信号を生成する段階と;
前記第一および第二の色度信号を第一および第二の予備的色信号にマッピングする段階と;
前記第一の予備的色信号に前記入力スケール因子を乗算することによって第二の出力色信号を生成する段階と;
前記第二の予備的色信号に前記入力スケール因子を乗算することによって第三の出力色信号を生成する段階とを含む、
方法。
〔態様16〕
前記入力信号は赤(R)、緑(G)および青(B)信号に対応し、前記第一の出力色信号は緑の色出力信号に対応する、態様15記載の方法。
〔態様17〕
態様1ないし16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ている、プロセッサを有する装置。
〔態様18〕
態様1ないし16のうちいずれか一項記載の方法をコンピュータで実行するためのコンピュータ実行可能命令が記憶されている非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
Claims (18)
- 画像捕捉装置からの入力信号に応答して色出力信号を生成する方法であって:
前記画像捕捉装置から第一、第二および第三の入力信号を受領する段階と;
前記入力信号に応答して入力スケール因子(Σ)を生成する段階と;
前記入力信号に応答して第一および第二の色度信号を生成する段階と;
前記第一および第二の色度信号を第一および第二の予備的色信号にマッピングする段階であって、該マッピングは、前記第一および第二の色度信号のそれぞれ前記第一および第二の予備的色信号への二次元変換を含む、段階と;
前記第一および第二の色度信号を予備的スケール因子にマッピングする段階であって、該マッピングは、前記第一および第二の色度信号の前記予備的スケール因子への二次元変換を含む、段階と;
前記予備的スケール因子に前記入力スケール因子を乗算することによって出力スケール因子を生成する段階と;
前記出力スケール因子および前記第一および第二の予備的色信号に応答して出力色信号の集合を生成する段階とを含む、
方法。 - 画像捕捉装置からの入力信号に応答して色出力信号を生成する方法であって、当該方法は:
前記画像捕捉装置から第一、第二および第三の入力信号を受領する段階と;
前記入力信号に応答して入力スケール因子(Σ)を生成する段階と;
前記入力信号に応答して第一および第二の色度信号を生成する段階と;
前記入力信号の線形結合として第一の出力色信号(Gout)を生成する段階と;
前記第一および第二の色度信号を第一および第二の予備的色信号にマッピングする段階であって、該マッピングは、前記第一および第二の色度信号の前記第一および第二の予備的色信号への二次元変換を含む、段階と;
前記第一の予備的色信号に前記入力スケール因子を乗算することによって第二の出力色信号を生成する段階と;
前記第二の予備的色信号に前記入力スケール因子(Σ)を乗算することによって第三の出力色信号を生成する段階とを含む、
方法。 - 前記第一および第二の予備的色信号(x,y)は、前記第一および第二の色度信号をインデックスとする2Dルックアップテーブル(2D LUT)の出力に対応する、請求項1または2記載の方法。
- 前記第一、第二および第三の入力信号は赤、緑および青の信号に対応する、請求項1ないし3のうちいずれか一項記載の方法。
- 前記入力スケール因子を生成する段階は前記第一、第二および第三の入力信号を足し合わせることを含む、請求項1ないし4のうちいずれか一項記載の方法。
- 前記第一および第二の色度信号を生成する段階は、
前記第一の入力信号を前記入力スケール因子で割って前記第一の色度信号を生成する段階と;
前記第二の入力信号を前記入力スケール因子で割って前記第二の色度信号を生成する段階とを含む、
請求項1ないし5のうちいずれか一項記載の方法。 - 前記第一および第二の予備的色信号がCIEのxおよびy信号に対応し、出力色信号の前記集合がCIEのX、YおよびZ信号に対応する、請求項1記載の方法。
- X出力色信号が、前記第一の(x)予備的色信号に前記出力スケール因子を乗算することによって生成され、Y出力色信号が、前記第二の(y)予備的色信号に前記出力スケール因子を乗算することによって生成される、請求項7記載の方法。
- Z出力信号を、前記出力スケール因子からX信号およびY信号を減算することによって生成することをさらに含む、請求項8記載の方法。
- 前記第一および第二の色度信号が、反対色空間における前記第一、第二および第三の入力信号の第一および第二の色差値を含み、前記入力スケール因子が前記反対色空間における前記第一、第二および第三の生の出力信号のルーマ値を含む、請求項1記載の方法。
- 前記第一および第二の色度信号が、HSV色空間における前記第一、第二および第三の入力信号のHおよびSの値を含み、前記入力スケール因子がHSV空間における前記第一、第二および第三の生の出力信号のVの値を含む、請求項10記載の方法。
- 出力色信号の前記集合がRGB出力値を含み、出力色値の前記集合を生成する段階が、HSVからRGBへの色変換を使って前記出力スケール因子および前記第一および第二の予備的色信号を前記RGB出力値にマッピングすることを含む、請求項11記載の方法。
- RGB値がACES RGB値である、請求項11記載の方法。
- 前記2D LUTは分光反射率データから導出される入力および出力信号を使って設計される、請求項3記載の方法。
- 前記2D LUTの生成はさらに:
反射率トレーニング・データセットに応答してマッピング関数の出力値を生成し;
前記反射率トレーニング・データセットに応答して前記マッピング関数についての入力インデックス値を生成し;
前記マッピング関数の生成された入力インデックス値および出力値に基づいて面を生成し;
生成された面を、規則的にサンプリングされる格子において、ある近似基準に従って近似することによって、前記2D LUTの値を生成することを含む、
請求項3記載の方法。 - 前記入力信号は赤(R)、緑(G)および青(B)信号に対応し、前記第一の出力色信号は緑の色出力信号に対応する、請求項2記載の方法。
- 請求項1ないし16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ている、プロセッサを有する装置。
- 請求項1ないし16のうちいずれか一項記載の方法をコンピュータで実行するためのコンピュータ実行可能命令が記憶されている非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
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