JP6742732B2 - 輝度分布と動きとの間のトレードオフに基づいてシーンのhdr画像を生成する方法 - Google Patents
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Description
− 動きが考慮されない;
− 完全なHDRヒストグラムが構築されることを必要とするので、動画(ビデオ)に対して実用的でない。これは、過度に多くの喪失フレームを生じさせることになり、故に、最終結果が低フレームレートとなる。
現在露出と、現在フレームの画素の色の第1の輝度分布と、これらの画素の動きによって重み付けられたこれらの画素の色の第2の輝度分布との関数として、次フレームに関する露出を設定することであり、動きは、先行フレームとの比較でこれらの画素に関して評価される、設定することと、
設定された露出の下で次フレームをキャプチャすることと、
次フレームを、HDR画像へと、少なくとも現在フレームと融合することと
を有する。
特に先行フレームをキャプチャし且つ現在露出の下で現在フレームをキャプチャするよう、シーンを撮像する順次のフレームをキャプチャするように構成されたフレームセンサと、
プロセッサであり、
現在露出と、現在フレームの画素の色の第1の輝度分布と、それらの画素の動きによって重み付けられたそれらの画素の色の第2の輝度分布との関数として、次フレームに関する露出を設定し、動きは、先行フレームとの比較でそれらの画素に関して評価され、
フレームセンサにより、設定された露出の下での次フレームのキャプチャを引き起こし、
次フレームを、HDR画像へと、少なくとも現在フレームと融合する
ように構成されたプロセッサと
を有する。
現在フレームfiすなわちキャプチャされた最後のフレームの全ての画素の色の輝度値から、それ自体は既知の手法で、輝度ヒストグラムHfulliが計算される。この計算は画素の動きを考慮に入れない。
現在フレームfiと先行フレームfi−1との間の動き比較からそれ自体既知の手法で計算される動きフィールドから、現在フレームfiと同じサイズを有する動き振幅マップMiが提供される。このマップMiの各画素が動き振幅値を有する。画素の動き振幅は、先行フレームfi−1から現在フレームfiまでにその画素が動いた距離を表す。動き振幅値は好ましくは、0(動きなし)と1(現在フレームでの最大の動き)との間に正規化される。この動きフィールドは、例えば、Fabrice Urban等による“a real-time multi-dsp motion estimator for mpeg-4 h. 264 avc high definition video encoding”なるタイトルの論文(2009年,Journal of Real-Time Image Processing,4(1),pp.23−31)に開示されている動き推定方法を用いて計算される。
必ずしも必要ではないが好ましくは上述のステップ1と同じ方法を用いて、ステップ2で決定された動き領域MRiに属する画素の色の、Hmotioniと称する輝度ヒストグラムが計算される。これが意味することは、動き領域MRiに属する画素のみがこの輝度ヒストグラムHmotioniに考慮されるということである。
− 画像の全ての画素に関するHfulli
− ヌルではない動き加重を持ち動き領域MRiの部分と見なされる画素のみを考えるHmotioni
という2つの輝度ヒストグラムを有する。これが意味することは、Hmotioniにカウントされる画素は、Hfulliにもカウントされるということである。
次フレームfi+1に関するこの露出Ei+1を概算するため、とりわけ必要なのは、現在フレームfiに関する露出の値と、先行イテレーションによって(あるいは、初期化ステップによって)提供される露出変化の好適方向diri+1の値である。
a.現在フレームfiの露出Eiが既にシーン全体の露出範囲をキャプチャしており、その場合において、Ei+1←Ei及びdiri+2=ダウン(何故なら、初期条件に実効的に戻ろうとしているからである)。現在の露出Eiがシーンのダイナミックレンジを十分にキャプチャしているかをテストするため、フル画像ヒストグラムHfulliのNfull個の瓶のうちの最初の瓶と最後の瓶とが取られる。瓶の総数Nfullを有するヒストグラムに関し、瓶の値Hfulli(0)及びHfulli(Nfull−1)が瓶閾値hに対してテストされる。全てのフレームに対して概して共通なものであるこの閾値の値は、典型的に、フレーム内の画素の総数のうちの小さい割合であり、例えば1%であるが、ゼロになるように選択されることも可能である。現在フレームは、以下の条件:
Hfulli(0)<h、且つHfulli(Nfull−1)<h
が満たされる場合に、シーンのダイナミックレンジをキャプチャしていると見なされる。
b.2つの条件:
− fi+1がfiと十分な重なりを有する
− fi+1が十分な有用な画素をキャプチャしている
を満たす露出設定Ei+1を見出すことができる。
c.そのような露出Ei+1が存在せず(例えば、シーンの照度分布が二峰性であり且つ露出Eiがそれらの2つのモードの中間にあるため)、その場合、2つの考え得る露出変化方向のうちの一方で十分な露出重なりを保ちながら、与えられた露出変化方向で可能な最大露出刻みを選択する。
ステップ1で提供されたHfulliのみを用いて次フレームに関する当初露出設定Einiti+1を計算し、diri+2の計算に関してステップ5で後述するのと同じプロセスに従って先行イテレーション(又は初期化ステップ)から計算された方向diri+1に露出を変化させる。
この概算では、好ましくは、現在フレームfiのどれだけ多くの画素が、異なる状況においてオーバー露出又はアンダー露出である色を有するかを検討し、それに従って次フレームfi+1のための露出を調整する。
− オーバー露出に関し、diri+1=アップであるとき、thrmotion=throver,minと設定し、そして
− アンダー露出に関し、diri+1=ダウンであるとき、thrmotion=thrunder,minと設定する。throver,min及びthrunder,minの値は、表1の最初の行に提案されている。
− オーバー露出に関し、diri+1=アップであるとき、thrmotion=throver,maxと設定し、そして
− アンダー露出に関し、diri+1=ダウンであるとき、thrmotion=thrunder,maxと設定する。throver,max及びthrunder,maxの値は、表1の最後の行に提案されている。
Cmotion,i(Zthr,motion,i)≦thrmotion
Cfull,i(Zthr,motion,i)≦thrfull
である場合にのみ、最終的な調整された閾輝度値Zthr,iがZthr,motion,iに設定される。
Cmotion,i(Zthr,full,i)≦thrmotion
Cfull,i(Zthr,full,i)≦thrfull
である場合にのみ、最終的な調整された閾輝度値Zthr,iがZthr,full,iに設定される。
diri+1=アップである場合、図3に示した決定木に従って、次フレームfi+1のための露出Ei+1の最終見積もりを得る。diri+1=ダウンである場合には、図4に示した決定木に従って、次フレームfi+1のための露出Ei+1の最終見積もりを得る。これらの決定木によれば、結論は、Ei+1=Einiti+1、又はEi+1=Eadji+1の何れかである。なお、これらの決定木は現在フレームfiの露出Eiを考慮に入れている。
この方向diri+2は、“後続”フレームfi+2が“次”フレームfi+1の露出Ei+1よりも長い(“アップ”)露出時間でキャプチャされるべきか、短い(“ダウン”)露出時間でキャプチャされるべきかを決定する。次の繰り返しで後続フレームfi+2に関する露出が好ましく変化(アップ又はダウン)されるべき方向diri+2は、サブステップ4.3で使用されたものと同じ決定木に従って決定される。図3及び4を再び参照されたい。
センサ110が、上述のステップ4でプロセッサ120によって調整された露出Ei+1に関するデータを受信する。次いで、この露出Ei+1の下でセンサが次フレームfi+1をキャプチャする。そして、このキャプチャされたフレームfi+1に関する画像データが、メモリ130に伝達されて格納される。
上述のステップ1乃至6の第1の繰り返しの後、キャプチャの終了まで、ステップ1乃至6の、他の後続の繰り返しが同様に実行される。Qはシーケンスのフレームの総数であるとして、繰り返しごとに、同じシーンをそれぞれの露出E0、E1、E2、…、Ei−1、Ei、Ei+1、…、EQ−1の下で撮像する連続したフレームf0、f1、f2、…、fi−1、fi、fi+1、…、fQ−1がメモリ130に格納される。
上述のようなQフレームのキャプチャの後、例えばこれらのフレームを異なる露出を有する連続したフレームのシリーズにグループ化するため及び各シリーズのフレームをシーンのHDR画像へとそれ自体は既知の手法で融合するためなどの後処理ステップが、プロセッサ120によって適用される。好ましくは、第1のシリーズの第2のフレームが、第1のシリーズに続く第2のシリーズの第1のフレームであるように、各々のシリーズが2つの連続したフレームを有するとともに、各々のフレームが2つのシリーズに属する。
本発明に従った方法は以下の利点を有する:
− 生成されるHDRビデオシーケンスのダイナミックレンジが最大化されながら、これらのシーケンスにおける動きアーティファクトが最小化される;
− 当該方法のオンライン部分、すなわち、上述のステップ1乃至6の繰り返しでキャプチャされるほぼ全てのフレームが、後処理の後にHDRフレームをもたらし、HDRビデオシーケンスを生成するその他の方法においてのような高フレームレートのカメラの必要性を取り除く;
− 所与のHDR画像に関して最小必要数の露出のキャプチャであり、故に、シーンが多数の露出を必要としない場合、それらはキャプチャされないことになる;
− 当該方法は、特に、限られた処理能力を有するモバイル装置に合わせて設計される。
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
シーンのHDR画像を生成する方法であって、前記シーンを撮像する現在フレームが現在露出の下でキャプチャされており、前記シーンを撮像する先行フレームが前記現在フレームの前にキャプチャされており、当該方法は、
前記現在露出と、前記現在フレームの画素の色の第1の輝度分布と、前記画素の動きによって重み付けられた前記画素の色の第2の輝度分布との関数として、次フレームに関する露出を設定することであり、前記動きは、前記先行フレームとの比較で前記画素に関して評価される、設定することと、
前記設定された露出の下で前記次フレームをキャプチャすることと、
前記次フレームを、HDR画像へと、少なくとも前記現在フレームと融合することと
を有する、HDR画像を生成する方法。
(付記2)
前記次フレームに関する前記露出は、前記現在フレームに関する露出変化の好適方向の関数としても設定される、付記1に記載のHDR画像を生成する方法。
(付記3)
前記次フレームに続くフレームに関する露出変化の好適方向を決定すること、を有する付記2に記載のHDR画像を生成する方法。
(付記4)
前記次フレームに関する露出を設定することは、前記第1の輝度分布に基づくが前記第2の輝度分布には基づかない当初露出の概算と、前記第2の輝度分布に基づく調整された露出の概算と、前記次フレームに関する前記露出の値として前記当初露出と前記調整された露出との間で選択を行うように適応された、前記次フレームに関する前記露出の最終的な見積もりとを有する、付記1乃至3の何れか一に記載のHDR画像を生成する方法。
(付記5)
特に先行フレームをキャプチャし且つ現在露出の下で現在フレームをキャプチャするよう、シーンを撮像する順次のフレームをキャプチャするように構成されたフレームセンサと、
プロセッサであり、
前記現在露出と、前記現在フレームの画素の色の第1の輝度分布と、前記画素の動きによって重み付けられた前記画素の色の第2の輝度分布との関数として、次フレームに関する露出を設定し、前記動きは、前記先行フレームとの比較で前記画素に関して評価され、
前記フレームセンサにより前記設定された露出の下での前記次フレームのキャプチャを引き起こし、
前記次フレームを、HDR画像へと、少なくとも前記現在フレームと融合する
ように構成されたプロセッサと、
を有するHDR画像キャプチャ装置。
(付記6)
前記プロセッサはまた、前記次フレームに関する前記露出を、前記現在フレームに関する露出変化の好適方向の関数としても設定するように構成されている、付記5に記載のHDR画像キャプチャ装置。
(付記7)
前記プロセッサはまた、前記次フレームに続くフレームに関する露出変化の好適方向を決定するように構成されている、付記6に記載のHDR画像キャプチャ装置。
(付記8)
前記プロセッサはまた、前記次フレームに関する露出を設定することが、前記第1の輝度分布に基づくが前記第2の輝度分布には基づかない当初露出の概算と、前記第2の輝度分布に基づく調整された露出の概算と、前記次フレームに関する前記露出の値として前記当初露出と前記調整された露出との間で選択を行うように適応された、前記次フレームに関する前記露出の最終的な見積もりとを有するように構成されている、付記5乃至7の何れか一に記載のHDR画像キャプチャ装置。
Claims (8)
- シーンの高ダイナミックレンジ(HDR)画像を生成する方法であって、前記シーンを撮像する現在フレームが現在露出の下でキャプチャされており、前記シーンを撮像する先行フレームが前記現在フレームの前にキャプチャされており、当該方法は、
前記現在露出と、前記現在フレームの画素の色の第1の輝度分布及び前記画素の動きによって重み付けられた前記画素の色の第2の輝度分布に基づいて得た閾輝度値の関数として、次フレームに関する露出を設定することであり、前記動きは、前記先行フレームとの比較で前記画素に関して評価される、設定することと、
前記設定された露出の下で前記次フレームをキャプチャすることと、
前記次フレームを、HDR画像へと、少なくとも前記現在フレームと融合することと
を有する、HDR画像を生成する方法。 - 前記次フレームに関する前記露出は、前記現在フレームに関する露出変化の好適方向の関数としても設定される、請求項1に記載のHDR画像を生成する方法。
- 前記次フレームに続くフレームに関する露出変化の好適方向を決定すること、を有する請求項2に記載のHDR画像を生成する方法。
- 前記次フレームに関する露出を設定することは、前記第1の輝度分布に基づくが前記第2の輝度分布には基づかない当初露出の概算と、前記第2の輝度分布に基づく調整された露出の概算と、前記次フレームに関する前記露出の値として前記当初露出と前記調整された露出との間で選択を行うように適応された、前記次フレームに関する前記露出の最終的な見積もりとを有する、請求項1乃至3の何れか一項に記載のHDR画像を生成する方法。
- 高ダイナミックレンジ(HDR)画像キャプチャ装置であって、
先行フレーム及び現在露出の下での現在フレームを含む、シーンを撮像する順次のフレームをキャプチャするように構成されたフレームセンサと、
プロセッサであり、
前記現在露出と、前記現在フレームの画素の色の第1の輝度分布及び前記画素の動きによって重み付けられた前記画素の色の第2の輝度分布に基づいて得た閾輝度値の関数として、次フレームに関する露出を設定し、前記動きは、前記先行フレームとの比較で前記画素に関して評価され、
前記フレームセンサにより前記設定された露出の下での前記次フレームのキャプチャを引き起こし、
前記次フレームを、HDR画像へと、少なくとも前記現在フレームと融合する
ように構成されたプロセッサと、
を有するHDR画像キャプチャ装置。 - 前記プロセッサはまた、前記次フレームに関する前記露出を、前記現在フレームに関する露出変化の好適方向の関数としても設定するように構成されている、請求項5に記載のHDR画像キャプチャ装置。
- 前記プロセッサはまた、前記次フレームに続くフレームに関する露出変化の好適方向を決定するように構成されている、請求項6に記載のHDR画像キャプチャ装置。
- 前記プロセッサはまた、前記次フレームに関する露出を設定することが、前記第1の輝度分布に基づくが前記第2の輝度分布には基づかない当初露出の概算と、前記第2の輝度分布に基づく調整された露出の概算と、前記次フレームに関する前記露出の値として前記当初露出と前記調整された露出との間で選択を行うように適応された、前記次フレームに関する前記露出の最終的な見積もりとを有するように構成されている、請求項5乃至7の何れか一項に記載のHDR画像キャプチャ装置。
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