JPH0355078B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子画像処理における彩度補正方法、
さらに詳細には２次元の原画を三原色に対し行、
列方向に光電走査し、得られる画像信号を輝度信
号と２つの色差信号に変換し、輝度信号を電子コ
ントラスト処理により変調させる電子画像処理に
おける彩度補正方法に関する。

［従来の技術］ 上述したような変換は原理的にビデオ技術の分
野で知られている。例えば色ひずみなど受光系に
基づく色誤差があつたり、変換中、誤つた色、ひ
ずみ等が起つて、補償しなければならないような
場合電子的な手段を用いて色補正が行われてい
る。また、電子画像処理において、ある像の彩度
やカラーコントラストを強調したり、あるいはこ
れらを写真記録材の特性に光学的に合わせたりす
ることが行われる。電子的な色補正の原理は、例
えば「色測定とカラーテレビ（Farbmetvik und
Farbfernsehen）」ラング（Lang）著第326〜334
頁並び431頁以下オーデンブルク（Oldenbourug）
出版社及び「デジタル画像処理（Digital Image
Processing）」プラツト（Pratt）著、第50〜90及
び155〜161頁ジヨン・ウイリー・アンド・サイズ
社（John Wiley＆Sons）に記載されている。

電子画像処理において、輝度系でコントラスト
を調節（強調）したりあるいは重み付けをしたり
することが行われているが、それにより全体の処
理系のグラデーシヨンを写真記録材にマツチング
させたり（全体的なコントラスト調節）、また所
定の画像部分のコントラストを強調したり（局所
的なコントラスト調節）を行つている。このよう
にして画像を鮮鋭にすることが可能である。

このような方法の原理は詳細には、「デジタル
画像処理（Digital Bildverarbeitung）」ヴアー
ル（Wahl）著、スプリンガー（Springer）出版
社及び上述のプラツト著の「デジタル画像処理」
に記載されている。

カラーの原画を複製したり（ポジ、カラーポ
ジ）或いはカラーのネガの原画からカラーのポジ
を作る場合、電子画像処理並びに色補正回路を用
いる割合がだんだん多くなつている。これに対し
てはヨーロツパ特許出願第70680号、131430号、
168818号、米国特許第4661843号を参照のこと。
原理的には原画を行および列方向に沿つてサンプ
リングし（走査し）、それにより得られた信号を
所定の基準に従つて変調するものである。１つの
画像あるいはフレームを決める画像信号は２値化
され、デジタルメモリあるいは中間メモリに格納
される。このような原画のサンプリングは通常連
続的に三原色、即ち赤、緑、青（RGB）に対し
て行なわれる。

経験によれば最適なポジの画像を複製するには
次の画像パラメータを調節しなければならず、ま
た調節できるようになつている。

(a) カラーバランス (b) 彩度（色飽和度） (c) コントラスト（グラデーシヨン） ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、しばしばこれらのパラメータを互いに
独立には調節することが出来ないという問題が発
生する。例えばグラデーシヨンを調節すると、彩
度が変わつてしまう。この理由によりビデオ技術
分野ではRGB画像信号を１つの輝度信号と色の
情報のみを有する２つの色差信号に変換してい
る。電子画像処理では、輝度系においてコントラ
スト処理を行うと色差系の彩度の影響を与えるこ
とがわかつている。このような彩度の変化は画像
品質に対する要求が高い時には許容出来ないもの
となる。特に輝度を強調した時（輝度信号の増幅
度を大きくした時）画像の非飽和が発生し、一方
輝度を減少すると画像はより飽和したように見え
てしまう（彩度が大きくなる）。

従つて、本発明の目的は画像の彩度と、コント
ラスト特性を完全に分離し、良好な色補正をする
ことが可能な電子画像処理における彩度補正方法
を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はこのような目的を達成するために、電
子コントラスト処理前と処理後のそれぞれの輝度
信号を求め、その商と各色差信号を掛算にそれに
より輝度減少に伴う彩度の増加並びに輝度増加に
伴う彩度の減少を自動的に補正する構成を採用し
た。

［作用］ グラデーシヨンの調節並びにマツチングのため
には、輝度系における比較的大きなコントラスト
変化が必要となることがしばしばである。このよ
うなコントラスト変化に伴う、視覚的に目立ち画
像を劣化させる彩度の変化が本発明により防止す
ることが可能になる。

画像信号を輝度あるいは光濃度を特徴づける輝
度信号と色の情報を含む２つの色差信号に変換す
るために、好ましくはテレビジヨン技術で知られ
ているRGBからYUVへの変換が用いられる。

また、本発明では画像の品質をさらに向上させ
るために、上述した商に補正係数Ｋが掛算され、
この補正係数は商の値が小さい場合には比較的大
きく、また大きな値の場合には減少するように設
定される。このようにして輝度を大きく変化させ
なくても小さな変化で（小さなコントラスト強
調）でより大きな彩度補正を行うことが可能とな
る。これは彩度の差に関する人間の目の心理的に
決まる知覚能力に対応するものである。

このように本発明の方法によれば、コントラス
ト処理によつて変調される輝度信号に従つて自動
的に、即ち外部的な入力や調節を必要とすること
なく自動的に彩度補正を行なうことが可能とな
る。このような彩度の自動調節により表現される
画像の色印象はコントラスト処理によつても影響
を受けないようにすることが可能になる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に従い本発明を詳細に
説明する。

第１図に図示したように原画が読取装置（スキ
ヤナー）１を用いて垂直線に沿つて読み取られる
ので、各画素、即ちピクセルごとに電子画像信号
が得られる。読取装置１は、画像表面を垂直方向
に一定速度で移動する水平線に沿つて配置された
CCDからなるラインセンサから構成される。サ
ンプリングは赤、緑、青（RGB）の三原色に対
して順次行われる。このために色フイルタが
CCDラインセンサと原画間の光路に挿入される。

光電的にサンプリングされた画像は、ライン
（水平）あたり2048個の画素と、垂直ラインあた
り1024個の画素から構成されるので、各原画は全
体として2048×1024の画素（ピクセル）から構成
され、その各々の画素に対してそれぞれ三原色
RGBの値が付与される。図示されていないが、
補正回路を設けることにより、各CCD素子の感
度の相違や暗電流などCCDに特有な誤差を補正
することが出来る。その後補正された画像信号が
デジタル化される。続いて第１図で一点鎖線のブ
ロツク２で図示したように実際の電子画像処理が
行なわれる。

画像処理回路の最後のユニツトは画像出力装置
３であり、この実施例の場合陰極線（CRT）プ
リンタとして構成される。このプリンタは電子画
像信号を光学画像に戻し、例えばカラーネガペー
パーのような写真記録材を露光する。このプリン
タによる光学画像の形成は電子画像信号の変換に
より、点（ビツト）で構成されることになる。従
つて原理的に、各ピクセルに対して画像処理を行
い、原画の座標に対応する記録材の座標にそれを
出力させることが出来る。

実際の画像処理は、入力装置５を介して外部か
ら制御される画像処理ユニツト４において行われ
る。画像処理ユニツト４の前段および後段におい
て、画像信号は各メモリ６，７に格納される。こ
のような中間メモリを設けることにより、プリン
タ３はメモリ７から情報を出力して画像を描かせ
ることが出来ると同時に、新しい画像がメモリ６
に読み込まれ画像処理ユニツト４により処理され
る。基本的な３つの操作、即ち読取装置１による
サンプリング、画像処理ユニツト４における画像
処理およびプリンタ３による画像記録を分離する
ことが出来る。画像処理ユニツト４で処理され、
記録しようとする画像をモニターメモリ８からな
る中間メモリに格納し、それをモニタ９上に表示
させることが出来る。これらのブロツクは画像処
理装置２の一部として分類されている。

本発明は主として画像のマツチング並びに画像
の強調を行うために電子処理をすることであり、
その場合、最終的な評価基準として視覚的な印象
が基本となつている。具体的には画像処理装置は
以下に述べる機能を有している。

(a) カラーバランスの調節 (b) 多段にわたる彩度の調節 (c) グラデーシヨンの画像に従つた調節 (d) 画像鮮鋭度の改良 画像処理機能の詳細を第２図を用いて説明す
る。重要な特徴は画像鮮鋭度を改良するために全
体的なコントラスト処理あるいは局所的なコント
ラスト処理を同時に行う時に、画像に従つて彩度
を自動的に補正することである。

第２図に図示したように画像処理装置は１０〜
１７で示した回路部分を有する。画像メモリ６に
格納された画像信号は画像信号の色の側部への流
出（クロストーク）を補正する機能を行うカラー
マトリツクス回路１０に入力される。カラーマト
リツクス回路には、例えばPROM（プログラマブ
ル・リード・オンリ・メモリ）のようなプログラ
ムされたメモリが設けられており、このメモリに
は各原画信号Ａ（ｘ，ｙ）に関連してそれぞれ補
正された画像信号A′（ｘ，ｙ）が対応づけられて
いる。このようにテーブルとしてプログラムされ
たメモリを以下参照テーブルという。上述した色
補正は、各三原色データから成る画像信号がメモ
リ６の出力になつて初めて並列に得られるので、
そのメモリ６に入力される以前の段階では実施す
ることが出来ない。逆対数回路１１の参照テーブ
ルを用いて濃度が線形な画像信号の真数（逆対
数）がとられるので、その後透明度が線形な画像
信号が得られる。

カラーバランス調節器（FBL）１２を用いて
例えば色ひずみのようなシステムに起因しないよ
うな色ずれを補償することが出来、また標準化さ
れたグレースケール（無彩色スケール）から意図
してずらすことを行うことが出来る。次の回路１
３においてRGB画像信号が色に無関係な１つの
輝度信号Ｙと、輝度に無関係な２つの色差信号
Ｕ，Ｖに変換される。この変換は良く知られてい
るように Ｙ＝0.3R＋0.6G＋0.1B Ｕ＝Ｂ−Ｙ Ｖ＝Ｒ−Ｙ の式に従つて行われる。

この変換には透明度が線形な信号が存在してい
ることが前提となる。彩度補正回路１４には色差
信号Ｕ，Ｖのみが入力され、この回路によりコン
トラスト処理後に行われる輝度信号Y′に従つて
彩度が自動的に補正される。それとは無関係に入
力装置５に設けられたキーを介して彩度を複数段
にわたつて前もつて選択しておくことが出来る。
輝度信号Ｙは第２図の下方部分に図示したコント
ラスト調節回路１５に入力されグラデーシヨンの
補正あるいはマツチング（全体的なコントラスト
処理）並びに局所的な高周波数成分を有する画像
部分の強調（局所的なコントラスト処理）が行わ
れる。変調された色差ならびに輝度信号は上述し
た式の逆関数に従つて回路１６において対応する
RGB信号に逆変換される。続いてこれらのRGB
信号の対数が対数回路１７において求められるの
で、以下の信号処理においては再び濃度が線形な
画像信号が得られるようになる。

RGBからYUVへの変換はビデオ技術において
用いられているものであり、本発明における電子
画像処理にも有効であることがわかつている。ま
た、純粋な輝度信号Ｙを色情報を含んだ色差信号
Ｃ１，Ｃ２を用いる他の変換方法もある。これら
の中で特にIHS変換並びにlab変換が知られてい
る。これらの詳細は例えば上述したプラツト著の
「デジタル画像処理」の84〜87頁を参照するとよ
い。説明を簡単にするために以下の例では常に
RGBからYUVへの変換が用いられることを前提
にしておく。

次に実施例を参照してコントラスト調節回路１
５によつて行われた輝度に従つた彩度の補正の仕
方を説明する。対応する回路はコントラスト調節
回路１５に接続される彩度補正回路１４であり、
その機能について以下に説明する。

輝度色差系においては、色空間は輝度軸Ｙと２
つの色差軸Ｕ，Ｖにより定義される。従つて色ベ
クトルＦは輝度あるいは光濃度を定める成分Ｙと
色情報のみを有する２つの色差成分Ｕ，Ｖから構
成される。

第３図には輝度と色差に基く色空間とその輝度
成分Ｙ１、色差成分Ｕ１，Ｖ１に分けられる色ベ
クトルＦ１が図示されている。座標の原点（Ｙ＝
０，Ｕ＝０，Ｖ＝０）は無彩色点あるいはグレー
点に対応する。ベクトルＦ１と色調が同じで輝度
が異なる全ての色値はベクトルＦ１と一致する直
線Ｇ上に存在する。ベクトルＦ１に定数ｋを掛算
することにより色差ベクトルＣ１を長くすると
（新しい色差ベクトルＣ２）、色調は同じであるが
彩度は増加する。従つて彩度の低い色はＵ，Ｖの
色差表面の原点近くにあり、一方かなり飽和度の
高い彩度はそれから遠ざかることになる。彩度の
大きな色差ベクトルＣ２は第３図の色調線Ｇのベ
クトルＦ２に対応する。一方、色ベクトルＦ１か
ら開始し単に輝度をΔYだけ変化し、色素成分Ｕ
１，Ｖ１を一定に保つと、F′の点で終わる。色素
ベクトルＣ２に対応して彩度を同時に増加させた
時のみ色調線Ｇ上にのる正しい色ベクトルＦ２が
得られる。

このことは所定の画像部分で輝度を増大させる
とこの増加部分での彩度の減少が起こり、逆に輝
度を減少させると対応する画像部分の彩度が大き
くなることを意味する。第２図の輝度系統で示し
たようなコントラスト処理を行うと、もしそれに
対応した手段を設けないならば彩度は違つたもの
となつてしまう。

この問題は彩度補正回路を設けることによつて
解決することが出来る。この回路により第３図で
輝度信号Ｙ１からＹ２に増大させると、色ベクト
ルの終点はF′ではなくＦ２にすることが出来る。
ベクトルＦ１，Ｃ１あるいはＦ２，Ｃ２に対し三
角形の法則を用いると、 ｜F1／F2｜＝Y1／Y2＝｜C1／C2｜＝｜
U1／U2＝V1／V2 の式が得られる。これにより、 U2＝U1・（Y2／Y1） V2＝V1・（Y2／Y1） このようにして両方の色差成分Ｕ１，Ｖ１が同
じ係数Ｙ２／Ｙ１で掛算された場合、正しい彩度
補正が行われる。この操作により、表現される色
の印象（色調および彩度）は、所定の画像領域で
輝度を意図して変える多様なコントラスト処理を
行つた場合でも不変にすることが出来る。即ち、
輝度減少に伴う彩度和の増大並びに輝度増大に伴
う彩度の減少を自動的に補正することが出来る。

第２図のコントラスト調節回路１５による原画
に対する全体のコントラスト評価においては、し
ばしば第４図に図示したようなＳ字型の特性が用
いられる。このＳ字型のカーブの意味は、小さな
Ｙ１の値に対しては輝度を減少させ（領域）、
大きなＹ１の値に対しては輝度を増大させる（領
域）ことである。さらに交差する中央の領域に
おいてもコントラストの強調が行われる。明瞭に
するためにＹからY′への変換を１：１の割合で
行う45度の線が描かかれている。上述した彩度補
正を行わないと、比較的薄暗い画像部分１では過
剰な彩度となり、また比較的明るい像領域では
彩度が不足する。このような彩度のずれを第５図
に図示した回路を用いて補償することが出来る。

変換回路１３によるRGB画像信号のYUV信号
への変換、並びにコントラスト調節回路１５並び
に彩度補正回路１４を用いて補正された輝度並び
に色差信号Y′，U′，V′の逆変換は既に第２図を
参照して説明した。コントラスト調節回路１５は
例えば第４図に図示した特性に従つて輝度信号を
変調する。元の輝度信号はコントラスト調節回路
１５に入力される前に逆数値（１／Y1）を形成
する割算回路１８に入力される。この逆数値は、
乗算回路１９においてコントラスト調節回路１５
において得られた輝度信号Y′（この場合Ｙ２）と
掛算される。さらに他の乗算回路２０において２
つの元の色差信号Ｕ，Ｖ（この場合Ｕ１，Ｖ１）
が乗算回路１９の出力信号、即ちＹ２／Ｙ１と掛
算される。このようにして変調された色差信号
Ｕ，Ｖが上述したように逆変換回路１６において
逆変換される。

実際には色差系の変調範囲は限定されているの
で、１つあるいは両方の色差系で彩度を増大させ
るとRGB系に関する境界に達し、あるいはそれ
を越えてしまう場合が生ずる。このようなオーバ
ーシユートは色調に対して好ましくない変化を起
こし、異なる色を発生させてしまうことがある。
このような問題は乗算回路１９，２０間に挿入さ
れる非線形な第７図に示した変換素子２１を用い
て解決することが出来る。この変換素子は輝度の
比Ｙ２／Ｙ１に対し補正係数ｋを掛けた数値にす
る。この補正係数ｋはＹ２／Ｙ１の値が小さい時
には比較的大きくなり、またその値が大きくなる
に従つて減少する値に選ばれる。

例えば第６図に図示したように、最初の領域
S1においては係数ｋ＝１となり、また第２の領
域S2ではｋ＝0.5に選ばれ、また続く第３の領域
S3では領域は水平となる。この手段により強い
彩度補正に伴う色ずれを最小限にすることが出来
る。

具体的には変換素子２１は第６図に図示したよ
うな準線形特性に従つてプログラムされる参照テ
ーブルによつて実現される。傾斜が減少する折れ
曲がつた特性の代わりに、第６図で点線で示した
ように凸状に湾曲する曲線を用いることが出来
る。

コントラスト評価に関しては、全ての画素に対
し第４図に図示したような特性を用いた処理が行
われる（全体的なコンンラスト処理）。コントラ
スト調節回路１５にさらに絞り補正を設けるよう
にし、細かい画像を出ている部分の変換並びに画
像鮮鋭度を改良することも出来る。これは高周波
部分（画像の単位距離あたりのピクセル値の変化
の割合が大きい部分）のコントラストを増大させ
ることである。全体のコントラスト処理と異なり
この場合には局所的なコントラスト処理が行われ
る。局所的なコントラスト処理は通常輝度系統で
行われるので、第５図あるいは第７図に示した彩
度補正を行うのが好ましい。

上述した回路はデジタル信号処理をもとにして
いるが、第５図および第７図に図示した原理をア
ナログ回路を用いて実現できることは勿論であ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、輝度減少
に伴う彩度の増大並びに輝度増加に伴う彩度の減
少を自動的に補正するようにしているのでコント
ラスト処理を行つた場合でも画像の劣化を伴うよ
うな彩度の移動を防止することが出来、高画質の
画像を再生することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実現する処理系統の構
成を示したブロツク図、第２図は画像処理部分の
詳細な構成を示すブロツク図、第３図は輝度、色
差の色空間における色ベクトルを説明した説明
図、第４図は電子コントラスト処理に用いられる
特性を示した特性図、第５図は輝度に従つて彩度
の補正を行う原理を示したブロツク図、第６図は
準線形特性に従つて彩度補正を行う原理を示した
特性図、第７図は第６図の特性をもとにして行う
彩度補正の変形例を示したブロツク図である。 １……読取装置、３……プリンタ、４……画像
処理ユニツト、６，７……メモリ、８……モニタ
ーメモリ、８……モニタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２次元の原画を三原色に対し行、列方向に光
   電走査し、得られる画像信号を輝度信号Ｙと２つ
   の色差信号Ｃ１，Ｃ２に変換し、輝度信号を電子
   コントラスト処理により変調させる電子画像処理
   における彩度補正方法において、 前記電子コントラスト処理前と処理後のそれぞ
   れの輝度信号Ｙ１，Ｙ２を求め、その商Ｙ２／Ｙ
   １と各色差信号Ｃ１，Ｃ２を掛算し、それにより
   輝度減少に伴う彩度の増加並びに輝度増加に伴う
   彩度の減少を自動的に補正するようにしたことを
   特徴とする電子画像処理における彩度補正方法。 ２ 前記三原色に対する画像信号が輝度信号Ｙ、
   ２つの色差信号Ｕ，Ｖに変換され、前記２つの色
   差信号が前記電子コントラスト処理の前後におけ
   る輝度信号の商Ｙ２／Ｙ１と掛算される特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記商Ｙ２／Ｙ１が補正係数Ｋで掛算され、
   この補正係数は商Ｙ２／Ｙ１の値が小さい場合に
   は大きく、またその商の値が大きくなるにつれて
   減少するように選ばれる特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。