JPWO2017203941A1 - 画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば輝度信号Yと色差信号Cb,CrからなるYCbCr信号を用いる場合、色差信号Cb,Crを数画素単位で1つの信号とする等、データ間引きによるデータ量の削減が行われる。
Cbは、B信号から輝度Yを減算した(B−Y)に定数を乗算した信号に相当し、CrはR信号から輝度Yを減算した(R−Y)に定数を乗算した信号に相当する。
なお、YCbCrはYPbPrとして記載する場合もあるが、実質的にはYCbCRもYPbPrも同一の色信号である。なおYUVとして表現する場合もある。
YCbCr信号の伝送や記録の際には、信号量の削減処理が行われる場合がある。具体的には、色差(Cb,Cr)成分を間引く方法が使用される場合が多い。人間の目は色の変化よりも明るさの変化に敏感であり、輝度成分Yは削減することなく、色差成分CbCrの情報量を間引いてデータ量を削減する処理が広く行われている。
(1)4:4:4サンプリング
各画素のYCbCr各信号を間引かず全て保持する形式のサンプリング形式である
(2)4:2:2サンプリング
各画素のYCbCr信号中、輝度信号であるY信号は全画素について保持するが、色差信号であるCbCr信号は、水平方向に1つおきに保持する。
一般的な業務用ビデオに採用されている方式である。印刷や表示等の再生時には1垂直ラインの色差信号CbCrを2つの垂直ラインの色差信号CbCrとして利用する。
各画素のYCbCr信号中、輝度信号であるY信号は全画素について保持するが、色差信号であるCbCr信号は、4画素単位で1つのみ保持する。
具体的には、1フレーム目の奇数番目の走査線ではCb信号のみを取得し、偶数番目の走査線ではCr信号を取得、2フレーム目の奇数番目の走査線では逆にCr信号のみを取得し、偶数番目の走査線ではCb信号のみを取得する。このように、CbCr信号を走査線ごとに間引いて取得する。再生時には、例えば色差信号のない画素位置の色差信号を走査線の隣接画素位置の色差信号を用いて補間する。
家庭用デジタルビデオの主流方式であり、DVDなどで利用されるMPEG圧縮フォーマット、AVCHDなどのフォーマットで利用される。
前述したように、輝度信号Yではなく、色差信号CbCrをサブサンプルする理由は、視覚は輝度に比べて色差の変化に鈍感であるためである。
この特許文献1には、補正対象画素の近傍画素領域と、隣接する垂直ライン画素、または水平画素ラインの画素領域の相似度を算出し、相似度に応じて、画素値寄与率を調整した画素値合成により補正画素値を算出する構成を開示している。
画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力画像とし、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインを算出し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きを算出し、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する信号補正部を有する画像処理装置にある。
画像処理装置において実行する画像処理方法であり、
信号処理部が、
入力画像として、画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインを算出し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きを算出し、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する画像処理方法にある。
画像処理装置において画像処理を実行させるプログラムであり、
信号処理部に、
入力画像として、画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインの算出処理と、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きの算出処理と、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する処理を実行させるプログラムにある。
具体的には、画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力画像とし、入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインを算出し、入力画像の補正対象画素の画素位置を含み、グローバル領域内の領域であり、グローバル領域より小さいローカル領域の輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きを算出し、輝度ローカル傾きに補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して補正対象画素の補正画素値を算出する。例えば、乗算値に、ローカル領域の端部の補正対象信号画素値を加算して補正画素値を算出する。
これらの処理により、サブサンプル画像のバンディング現象を低減し、高画質化を実現する装置、方法が実現される。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
ラムの詳細について説明する。なお、説明は以下の項目に従って行う。
1.サブサンプル画像の概要について
2.本開示の画像処理装置の構成と処理について
2−1.色空間変換部の実行する処理について
2−2.信号補正部の実行する処理について
2−3.出力信号生成部の実行する処理について
3.画像処理装置の実行する画像処理シーケンスについて
4,画像処理装置のハードウェア構成例について
5.本開示の構成のまとめ
まず、サブサンプル画像の概要について説明する。
前述したように、画像データの転送や記録処理に際して、データ量を削減するため、各画素単位の信号の一部を間引いたデータを生成することが行われる。
例えば輝度信号Yと色差信号Cb,CrからなるYCbCr信号を用いる場合、色差信号Cb,Crを数画素単位で1つの信号とする等、データ間引きによるデータ量の削減が行われる。
Cbは、B信号から輝度Yを減算した(B−Y)に定数を乗算した信号に相当し、CrはR信号から輝度Yを減算した(R−Y)に定数を乗算した信号に相当する。
なお、YCbCrはYPbPrとして記載する場合もあるが、実質的にはYCbCRもYPbPrも同一の色信号である。なおYUVとして表現する場合もある。
YCbCr信号の伝送や記録の際には、信号量の削減処理が行われる場合がある。具体的には、色差(Cb,Cr)成分を間引く方法が使用される場合が多い。人間の目は色の変化よりも明るさの変化に敏感であり、輝度成分Yは削減することなく、色差成分CbCrの情報量を間引いてデータ量を削減する処理が広く行われている。
広く利用されているサンプリング形式としては、図1に示すように、以下の種類がある。
各画素のYCbCr各信号を間引かず全て保持する形式のサンプリング形式である
(2)4:2:2サンプリング
各画素のYCbCr信号中、輝度信号であるY信号は全画素について保持するが、色差信号であるCbCr信号は、水平方向に1つおきに保持する。
一般的な業務用ビデオに採用されている方式である。印刷や表示等の再生時には1垂直ラインの色差信号CbCrを2つの垂直ラインの色差信号CbCrとして利用する。
各画素のYCbCr信号中、輝度信号であるY信号は全画素について保持するが、色差信号であるCbCr信号は、4画素単位で1つのみ保持する。
具体的には、1フレーム目の奇数番目の走査線ではCb信号のみを取得し、偶数番目の走査線ではCr信号を取得、2フレーム目の奇数番目の走査線では逆にCr信号のみを取得し、偶数番目の走査線ではCb信号のみを取得する。このように、CbCr信号を走査線ごとに間引いて取得する。再生時には、例えば色差信号のない画素位置の色差信号を走査線の隣接画素位置の色差信号を用いて補間する。
家庭用デジタルビデオの主流方式であり、DVDなどで利用されるMPEG圧縮フォーマット、AVCHDなどのフォーマットで利用される。
前述したように、輝度信号Yではなく、色差信号CbCrをサブサンプルする理由は、視覚は輝度に比べて色差の変化に鈍感であるためである。
図2に示す(1)画像は、上述した4:2:0サンプリングに従った符号化データから生成した表示画像データの例である。
前述したように、4:2:0サンプリング方式は、各画素のYCbCr信号中、輝度信号であるY信号は全画素について保持するが、色差信号であるCbCr信号は、4画素単位で1つのみ保持する設定としたサンプリング方式である。
図2(2)に示すYCbCr各信号中、輝度信号(Y)は、左側(p側)から、次第に高くなり、太陽部分でピークとなり、その後右方向(q方向)に進むに従って低下している。
色差信号(Cb,Cr)は、輝度信号(Y)ほどの大きな変化は見られない。
図3(1),(2)は図2(1),(2)と同様の画像とYCbCr各信号のpqラインに沿ったレベル変化を示すグラフである。
すなわち、(1)画像の太陽部分における色差信号Cb,Crの信号レベルの変化を詳細に示すグラフである。
これは、4:2:0サンプリング方式によって色差信号Cb,Cr信号値が欠落した画素位置に、補間処理によって隣接画素位置のCb,Cr信号値をそのままコピーした結果を反映したものである。
このようなコピー処理によって、本来、なめらかに信号レベルが変化する画像領域において、連続2画素で同一画素値が設定されてしまい、結果として、図3(2)に示すような階段状の信号レベル変化が発生する。
このような階段状の信号レベル変化が、画像を観察した場合に縞模様、すなわちバンディングとして認識されることになる。
以下、このような画質劣化を低減させる本開示の構成と処理について説明する。
本開示の画像処理装置は、例えば図3を参照して説明した問題点を解決する画像処理を実行する。
具体的には、輝度信号と色差信号からなる画像信号、例えばYCbCr(あるいはYPbPr,YUV)画像信号において、色差信号が各画素単位ではなく、複数画素単位で1つの信号に間引きされた画像信号、すなわちサブサンプル画像を入力し、この入力画像の全画素にYCbCrの各信号を設定した出力画像を生成する。
上述のように、本開示の画像処理装置は、サブサンプル画像に対する従来の補間処理において発生していた問題点を解決する。
すなわち、先に図3を参照して説明した補間処理において発生するバンディングを低減した画質劣化の少ない高品質の出力画像を生成する。
図4は、本開示の画像処理装置の構成例を示す図である。
図4に示すように、画像処理装置100は、色空間変換部101、信号補正部102、出力信号生成部103を有する。
従って、先に図3を参照して説明したバンディングが発生する低品質な画像である。
なお、各処理部の具体的な処理については、図5以下を参照して、後段で説明する。
なお、RGB画像12は、入力画像11であるサブサンプルYCbCr画像に基づいて生成された画像であり、画像構成画素の一部のRGB値は、隣接画素の画素値をそのままコピーした画素値として設定される。
すなわち、信号補正部102に入力されるRGB画像12は、図3を参照して説明したバンディング現象を持つ低品質の画像である。
信号補正部102は、この低品質のRGB画像12の画像補正を実行して、バンディングを低減させた高品質なRGB画像を生成する。
すなわち、図4に示す高品質RGB画像(Rout,Gout,Bout)13を生成して出力する。
出力信号生成部103は、高品質RGB画像123のRGB色空間をYCbCr色空間に変換する色空間変換処理を実行する。
すなわち、図4に示す高品質YCbCr画像(Yout,Cbout,Crout)14を生成して出力する。
この高品質YCbCr画像14は、元の入力画像11に存在したパンディングが低減された高品質な画像である。
まず、図4に示す画像処理装置100の色空間変換部101の実行する処理について、図5を参照して説明する。
従って、先に図3を参照して説明したバンディングが発生する低品質な画像である。
具体的には、図5、および以下の(式1)に示すマトリクスを用いた演算処理による色空間変換処理を実行する。
例えば、ITU−R BT.709方式に従った変換には以下の(式2)のマトリクスが用いられる。
RGB画像12は、信号補正部102に入力される。
次に信号補正部102の実行する処理の具体例について、図6以下を参照して説明する。
すなわち、信号補正部102に入力されるRGB画像12は、図3を参照して説明したバンディングが表れる低品質の画像である。
信号補正部102は、この低品質のRGB画像12の画像補正を実行して、バンディングを低減した高品質なRGB画像を生成する。
すなわち、図4に示す高品質RGB画像(Rout,Gout,Bout)13を生成して出力する。
図6〜図10は、信号補正部102の実行する処理を時系列の処理ステップとして説明する図である。図11は、例外処理について説明する図である。
図6を参照して、信号補正部102の実行する最初の処理ステップであるステップS21の処理について説明する。
信号補正部102は、色空間変換部101の生成画像であるRGB画像12のRGB画素値の補正を実行する。
RGB画像12から、補正対象画素を1つずつ選択して、選択した補正対象画素について、RGB画素値の補正処理を実行する。
なお、図6に示す例では、補正対象画素は、RGB画像12の水平ラインPQ上の座標(x,y)の画素であるとする。
さらに、信号補正部102は、入力画像(サブサンプルYCbCr画像)11についても、水平ラインpq上の補正対象画素(x,y)の左右に参照画素領域(x−n,y)〜(x+m,y)の画素の輝度値(Y)を取得する。
横軸に画素位置、縦軸に画素値を設定したグラフである。
水平ラインpq上の補正対象画素(x,y)の左右の参照画素領域(x−n,y)〜(x+m,y)の各画素の画素値をグラフとして示している。
これは、RやBの画素値が、サブサンプル画像である入力画像、すなわち、サブサンプルYCbCr画像の色差情報CbCrのコピー画素値を用いて生成されていることに起因する。
一方、RB画素は、CbCr信号の寄与率が高いため、元々CbCr信号にあるコピー画素値に基づく信号平坦部がそのまま反映されてしまう。
この信号平坦部は、図3(3)を参照して説明した階段状の画素値変化に相当しバンディング現象の要因となる。
次に、図7を参照して、信号補正部102の実行する次の処理ステップであるステップS22の処理について説明する。
さらに、RGB各画素について、輝度Yに対するグローバル傾きの比率(グローバルゲイン)[GainR(G),GainG(G),GainB(G)]を算出する。
入力画像11から取得した輝度値(Y)と、色空間変換部101の生成画像であるRGB画像12から取得したRGB画素値のグラフである。
横軸に画素位置、縦軸に画素値を設定したグラフである。
水平ラインpq上の補正対象画素(x,y)の左右の参照画素領域(x−n,y)〜(x+m,y)の各画素の画素値をグラフとして示している。
画素値変化率(グローバル傾き)は、図7のグラフ中のΔY(G),ΔR(G),ΔG(G),ΔB(G)である。
具体的には、例えば、参照領域の2つの両端画素の画素値の差分を、画素値変化率(グローバル傾き)[ΔY(G),ΔR(G),ΔG(G),ΔB(G)]として算出することが可能である。
具体的には、以下の式に従って、RGB対応のグローバルゲインを算出する。
GainR(G)=ΔR(G)/ΔY(G)
GainG(G)=ΔG(G)/ΔY(G)
GainB(G)=ΔB(G)/ΔY(G)
次に、図8〜図10を参照して、信号補正部102の実行する次の処理ステップであるステップS23の処理について説明する。
図8〜図10に示す処理は、信号補正部102が実行する補正対象画素(x,y)の補正画素値(Rout,Gout,Bout)の算出処理である。
図8は、補正画素値Routの算出処理を説明する図である。
図9は、補正画素値Goutの算出処理を説明する図である。
図10は、補正画素値Boutの算出処理を説明する図である。
なお、ローカル傾きは、前述した参照領域(グローバル領域)内の領域であり、グローバル領域より小さいローカル領域の画素値変化率(ローカル傾き)[ΔY(L)]である。
具体的には、例えば、補正対象画素(x,y)と隣接画素(x−1,y)の輝度Yの差分を画素値変化率(ローカル傾き)[ΔY(L)]として算出することができる。
図8の下部には、信号補正部102の実行する3つの処理ステップS23a,S23b,S23cを示している。
信号補正部102は、補正対象画素(x,y)位置の輝度Yと、同一水平ライン上の隣接画素の輝度Yを取得し、これら2つの輝度の画素値変化率(ローカル傾き)[ΔY(L)]を算出する。
図8に示す例では、
補正対象画素(x,y)と、同じ水平ライン上の隣接画素(x−1,y)を選択し、これら2つの画素の画素値(輝度値(Y))の差分を、輝度(Y)のローカル傾き[ΔY(L)]として算出する。
補正対象画素(x,y)について、輝度Yのローカル傾き[ΔY(L)]に、Rグローバルゲイン[GainR(G)]を乗算して、グローバルゲインのローカル適用データを算出する。
図のステップS23bに示すように、以下の演算式により乗算値、すなわちグローバルゲイン・ローカル適用データを算出する。
グローバルゲイン・ローカル適用データ=ΔY(L)×GainR(G)
この乗算結果は、図に示すように、補正対象画素(x,y)の補正画素値Rout(x,y)と、隣接画素(x−1,y)のR画素値との差分に相当する。
補正対象画素(x,y)の補正画素値Rout(x,y)を以下の式に従って算出する。
Rout(x,y)=R(x−1,y)+(ΔY(L)×GainR(G))
補正対象画素(x,y)の隣接画素(x−1,y)のR画素値[R(x−1,y)]に、グローバルゲイン・ローカル適用データ[ΔY(L)×GainR(G)]を加算する算出式である。
この加算式により、補正対象画素(x,y)の補正画素値Rout(x,y)を算出する。
図9の下部には、信号補正部102の実行する3つの処理ステップS23a,S23b,S23cを示している。
信号補正部102は、補正対象画素(x,y)位置の輝度Yと、同一水平ライン上の隣接画素の輝度Yを取得し、これら2つの輝度の画素値変化率(ローカル傾き)[ΔY(L)]を算出する。
図9に示す例では、
補正対象画素(x,y)と、同じ水平ライン上の隣接画素(x−1,y)を選択し、これら2つの画素の画素値(輝度値(Y))の差分を、輝度(Y)のローカル傾き[ΔY(L)]として算出する。
補正対象画素(x,y)について、輝度Yのローカル傾き[ΔY(L)]に、Gグローバルゲイン[GainG(G)]を乗算して、グローバルゲインのローカル適用データを算出する。
図のステップS23bに示すように、以下の演算式により乗算値、すなわちグローバルゲイン・ローカル適用データを算出する。
グローバルゲイン・ローカル適用データ=ΔY(L)×GainG(G)
この乗算結果は、図に示すように、補正対象画素(x,y)の補正画素値Gout(x,y)と、隣接画素(x−1,y)のG画素値との差分に相当する。
補正対象画素(x,y)の補正画素値Gout(x,y)を以下の式に従って算出する。
Gout(x,y)=G(x−1,y)+(ΔY(L)×GainG(G))
補正対象画素(x,y)の隣接画素(x−1,y)のG画素値[G(x−1,y)]に、グローバルゲイン・ローカル適用データ[ΔY(L)×GainG(G)]を加算する算出式である。
この加算式により、補正対象画素(x,y)の補正画素値Gout(x,y)を算出する。
図10の下部には、信号補正部102の実行する3つの処理ステップS23a,S23b,S23cを示している。
信号補正部102は、補正対象画素(x,y)位置の輝度Yと、同一水平ライン上の隣接画素の輝度Yを取得し、これら2つの輝度の画素値変化率(ローカル傾き)[ΔY(L)]を算出する。
図10に示す例では、
補正対象画素(x,y)と、同じ水平ライン上の隣接画素(x−1,y)を選択し、これら2つの画素の画素値(輝度値(Y))の差分を、輝度(Y)のローカル傾き[ΔY(L)]として算出する。
補正対象画素(x,y)について、輝度Yのローカル傾き[ΔY(L)]に、Bグローバルゲイン[GainB(G)]を乗算して、グローバルゲインのローカル適用データを算出する。
図のステップS23bに示すように、以下の演算式により乗算値、すなわちグローバルゲイン・ローカル適用データを算出する。
グローバルゲイン・ローカル適用データ=ΔY(L)×GainB(G)
この乗算結果は、図に示すように、補正対象画素(x,y)の補正画素値Bout(x,y)と、隣接画素(x−1,y)のB画素値との差分に相当する。
補正対象画素(x,y)の補正画素値Bout(x,y)を以下の式に従って算出する。
Bout(x,y)=B(x−1,y)+(ΔY(L)×GainB(G))
補正対象画素(x,y)の隣接画素(x−1,y)のB画素値[B(x−1,y)]に、グローバルゲイン・ローカル適用データ[ΔY(L)×GainB(G)]を加算する算出式である。
この加算式により、補正対象画素(x,y)の補正画素値Bout(x,y)を算出する。
図11は、信号補正部102の詳細構成を示す図である。
図11に示すように、信号補正部102は、補正画素選択部201、輝度(Y)グローバル傾き(ΔY(G))算出部202、RGBグローバルゲイン算出部203、輝度(Y)ローカル傾き(ΔY(L))算出部204、補正画素値算出部205を有する。
なお、補正対象画素は、色空間変換部101の生成したRGB画像の構成画素の全画素について、順次、選択して行う。
ただし、例えば、サブサンプル画像である入力YCbCr画像の構成画素情報として、CbCrのコピー画素値設定位置が、入力画像の属性情報として記録されている場合は、属性情報からコピー画素位置情報を取得し、その画素位置のみを処理対象として選択してもよい。
すなわち、以下の処理である。
(ステップS21)
補正対象画素(x,y)の周囲の広めの参照領域(例えば10画素程度)を適用して、輝度値(Y)と画素値(RGB)、これらの画素値のグローバル傾き[ΔY(G),ΔR(G),ΔG(G),ΔB(G)]を算出する。
すなわち、以下の処理である。
(ステップS22)
輝度値(Y)と画素値(R)、これら2つのグローバル傾きの比率であるグローバルゲインを算出する。
GainR(G)=ΔR(G)/ΔY(G)
GainG(G)=ΔG(G)/ΔY(G)
GainB(G)=ΔB(G)/ΔY(G)
すなわち、以下の処理である。
(ステップS23a)
補正対象画素(x,y)位置の輝度Yと、同一水平ライン上の隣接画素の輝度Yを取得し、これら2つの輝度の画素値変化率(ローカル傾き)[ΔY(L)]を算出する。
すなわち、以下の処理である。
(ステップS23b)
補正対象画素(x,y)について、輝度Yのローカル傾き[ΔY(L)]に、RGBのグローバルゲイン[GainR(G),GainG(G),GainB(G)]を乗算して、グローバルゲインのローカル適用データを算出する。
ΔY(L)×GainR(G)
ΔY(L)×GainG(G)
ΔY(L)×GainB(G)
補正対象画素(x,y)の隣接画素(x−1,y)のRGB画素値[R(x−1,y),G(x−1,y),B(x−1,y)]に、グローバルゲイン・ローカル適用データ[ΔY(L)×GainR(G),ΔY(L)×GainG(G),ΔY(L)×BainR(G)]を加算して、補正画素値RGBout(x,y)を算出する。
Rout(x,y)=R(x−1,y)+(ΔY(L)×GainR(G))
Gout(x,y)=G(x−1,y)+(ΔY(L)×GainG(G))
Bout(x,y)=B(x−1,y)+(ΔY(L)×GainB(G))
この例外処理について、図12を参照して説明する。
このような画素値設定は、画素位置(x,y)と画素位置(x−1,y)との間に被写体境界等のエッジが存在する可能性が高いことを示すものである。
このような画素値が設定されている領域について、図6〜図11を参照して説明した画素値補正処理を実行すると、補正対象画素(x,y)の画素値と、隣接画素(x−1,y)の画素値との差分が小さくなり、結果としてエッジが不明瞭なぼやけた画像になってしまうと想定される。
具体的には、例えば、予めしきい値Thを設定し、
隣接画素の画素値差分:|K(x,y)−K(x−1,y)|がしきい値Th以下の場合にのみ図8〜図10を参照して説明した画素値補正を実行する設定とする。
ただし、K=Y,またはR,またはG,またはBである。
|K(x,y)−K(x−1,y)|≦Th
上記判定式が成立するか否かを判定し、成立する場合にのみ画素値補正を実行する。
ただし、K=Y,またはR,またはG,またはB、
である。
次に、図4に示す画像処理装置100の出力信号生成部103の実行する処理について、図13を参照して説明する。
具体的には、図13、および以下の(式3)に示すマトリクスを用いた演算処理による色空間変換処理を実行する。
この上記(式3)に適用するマトリクス(行列)も従来から知られる既存の色空間変換処理用マトリクスが適用可能であり、各係数m11〜m33も既知の値が適用できる。
この高品質YCbCr画像14は、信号補正部102の生成した高品質RGB画像13の色特性と同様の色特性を有しており、バンディングの低減された高品質画像である。
次に、図14、図15に示すフローチャートを参照して、本開示の画像処理装置の実行する画像処理シーケンスについて説明する。
図14、図15に示すフローに従った処理は、例えば画像処理装置内のメモリに格納されたプログラムに従って、画像処理装置のプログラム実行機能を持つCPU等を備えたデータ処理部において実行される処理である。
各ステップの処理について説明する。
まず、ステップS301において、処理対象とする画像を入力する。
入力画像は、図4に示す画像処理装置100の色空間変換部101に入力される。
具体的には、色差情報の欠落したサブサンプル画像であるYCbCr画像を色空間変換部101に入力する。
図1を参照して説明した4:2:2サブサンプル画像や、4:2:0サブサンプル画像等のサブサンプル画像に基づいて、CbCr画素値の設定されていない画素位置に隣接のCbCr画素値をコピーして生成された画像である。
従って、先に図3を参照して説明したバンディングが発生する低品質な画像である。
次に、ステップS302において、色空間変換部101は、入力画像のYCbCr色空間をRGB色空間へ変換する色空間変換を実行し、RGB画像信号を生成する。
この色空間変換処理は、例えばマトリクス変換によって実行される。
具体的には、先に図5を参照して説明したように、前述の(式1)に示すマトリクスを用いた演算処理による色空間変換処理を実行する。
ステップS303〜S309の処理は、図4に示す信号補正部102が実行する処理である。
まず、信号補正部102は、ステップS303において、色空間変換部101の生成したRGB画像から補正画素を選択する。
この処理は、図11に示す信号補正部102の補正画素選択部201の実行する処理である。
ただし、前述したように、例えば、サブサンプル画像である入力YCbCr画像の構成画素情報として、CbCrのコピー画素値設定位置が、入力画像の属性情報として記録されている場合は、属性情報からコピー画素位置情報を取得し、その画素位置のみを処理対象として選択してもよい。
以下の説明において補正対象画素は、補正対象画素(x,y)として説明する。
ステップS304〜S305の処理は、図11に示す信号補正部102の輝度(Y)グローバル傾き算出部202と、RGBグローバルゲイン算出部203の実行する処理である。
GainR(G)=ΔR(G)/ΔY(G)
GainG(G)=ΔG(G)/ΔY(G)
GainB(G)=ΔB(G)/ΔY(G)
ステップS306の処理は、図11に示す信号補正部102の輝度(Y)ローカル傾き算出部204の実行する処理である。
すなわち、以下の処理である。
補正対象画素(x,y)位置の輝度Yの水平ライン上の隣接画素との画素値変化率(ローカル傾き)[ΔY(L)]を算出する。
ただし、前述のグローバル傾きよりも小さい画素領域であることが必要である。
ステップS307において、信号補正部102は、ステップS306において算出した補正対象画素(x,y)位置の輝度Yの水平ライン上の隣接画素との画素値変化率(ローカル傾き)[ΔY(L)]が規定のしきい値(TH1)以下であるか否かを判定する。すなわち、
ΔY(L)≦TH1
上記判定式を満足するか否かを判定する。
一方、上記判定式を満足しない場合は、ステップS308の補正画素値算出処理を実行することなく、ステップS309に進む。
このステップS307におけるNo判定処理は、先に図12を参照して説明した例外処理に相当する。
ステップS307において、
ΔY(L)≦TH1
上記判定式を満足すると判定された場合は、ステップS308に進み、補正対象画素(x,y)の補正画素値を算出する。
この処理は、図11に示す信号補正部102の補正画素値算出部205の実行する処理である。
すなわち、以下の処理である。
補正対象画素(x,y)について、輝度Yのローカル傾き[ΔY(L)]に、RGBのグローバルゲイン[GainR(G),GainG(G),GainB(G)]を乗算して、グローバルゲインのローカル適用データを算出する。
ΔY(L)×GainR(G)
ΔY(L)×GainG(G)
ΔY(L)×GainB(G)
Rout(x,y)=R(x−1,y)+(ΔY(L)×GainR(G))
Gout(x,y)=G(x−1,y)+(ΔY(L)×GainG(G))
Bout(x,y)=B(x−1,y)+(ΔY(L)×GainB(G))
ステップS309において、信号補正部102は、画像の全画素の処理が終了したか否かを判定する。
なお、予め補正対象画素が限定されている場合は、その補正対象画素の処理が終了したか否かを判定する。
処理終了と判定した場合は、ステップS310に進む。
未処理画素がある場合は、ステップS303に戻り、未処理画素について、ステップS303以下の処理を実行する。
ステップS309において、補正処理終了と判定された場合、ステップS310に進む。
ステップS310の処理は、図4に示す出力信号生成部103の実行する処理である。
具体的には、図13、すなわち前述の(式3)に示すマトリクスを用いた演算処理による色空間変換処理を実行する。
この高品質YCbCr画像14は、信号補正部102の生成した高品質RGB画像13の色特性と同様の色特性を有しており、バンディングの低減された高品質画像である。
次に、図16を参照して、本開示の画像処理装置のハードウェア構成例について説明する。
本開示の画像処理装置は、画像を入力して画像を出力する画像処理装置であり、ハードウェアに実装して実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。図16は、本開示の一連の処理をソフトウェアプログラムとして実現し、そのプログラムを実行する画像処理装置としてのコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
なお、上述した実施例では、YCbCr信号に対する処理として説明したが、先に説明したように、本願の処理は、YUV,YPbPr各信号に対しても適用できる。
以上、特定の実施例を参照しながら、本開示の実施例について詳解してきた。しかしながら、本開示の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本開示の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
(1) 画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力画像とし、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインを算出し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きを算出し、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する信号補正部を有する画像処理装置。
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算した乗算値に、前記輝度ローカル傾きを算出したローカル領域の端部の補正対象信号画素値を加算して前記補正画素値を算出する(1)に記載の画像処理装置。
前記ローカル領域の信号の傾きは、前記ローカル領域の両端画素の画素値差分に相当する(1)または(2)に記載の画像処理装置。
前記YCbCr画像信号をRGB画像信号に変換する色空間変換部を有し、
前記信号補正部は、
前記色空間変換部の生成したRGB画像信号のRGB画素値を補正対象信号として、前記YCbCr画像信号の輝度(Y)信号を用いて、RGB各画素値の補正画素値を算出する(1)〜(4)いずれかに記載の画像処理装置。
マトリクス変換による色空間変換処理を実行する(5)に記載の画像処理装置。
前記信号補正部の生成した補正RGB画像信号の色空間変換処理を実行して補正YCbCr信号を生成する出力信号生成部を有する(5)または(6)に記載の画像処理装置。
前記色空間変換部の生成したRGB画像信号のRGB画素値を補正対象信号として、
前記RGB画像信号のグローバル領域のRGB各信号の傾きと、前記YCbCr画像信号の輝度(Y)信号の傾きとの比率であるRGB各信号対応グローバルゲインを算出し、
前記輝度ローカル傾きに前記RGB各信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して補正後のRGB画素値を算出する(5)〜(7)いずれかに記載の画像処理装置。
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算した乗算値に、前記隣接画素の画素値を加算して前記補正画素値を算出する(9)に記載の画像処理装置。
補正対象画素の画素値と隣接画素の画素値との差分が既定しきい値以下の場合に、前記補正対象画素の補正画素値算出処理を実行し、
前記差分が既定しきい値より大きい場合には、前記補正対象画素の補正画素値を算出しない(1)〜(10)いずれかに記載の画像処理装置。
信号処理部が、
入力画像として、画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインを算出し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きを算出し、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する画像処理方法。
信号処理部に、
入力画像として、画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインの算出処理と、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きの算出処理と、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する処理を実行させるプログラム。
具体的には、画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力画像とし、入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインを算出し、入力画像の補正対象画素の画素位置を含み、グローバル領域内の領域であり、グローバル領域より小さいローカル領域の輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きを算出し、輝度ローカル傾きに補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して補正対象画素の補正画素値を算出する。例えば、乗算値に、ローカル領域の端部の補正対象信号画素値を加算して補正画素値を算出する。
これらの処理により、サブサンプル画像のバンディング現象を低減し、高画質化を実現する装置、方法が実現される。
102 信号補正部
103 出力信号生成部
201 補正画素選択部
202 輝度(Y)グローバル傾き(ΔY(G))算出部
203 RGBグメローバルゲイン算出部
204 輝度(Y)ローカル傾き(ΔY(L))算出部
205 補正画素値算出部
501 CPU
502 ROM
503 RAM
504 バス
505 入出力インタフェース
506 入力部
507 出力部
508 記録部
509 通信部
510 ドライブ
511 リムーバブルメディア
Claims (13)
- 画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力画像とし、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインを算出し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きを算出し、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する信号補正部を有する画像処理装置。 - 前記信号補正部は、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算した乗算値に、前記輝度ローカル傾きを算出したローカル領域の端部の補正対象信号画素値を加算して前記補正画素値を算出する請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記グローバル領域の信号の傾きは、前記グローバル領域の両端画素の画素値差分に相当し、
前記ローカル領域の信号の傾きは、前記ローカル領域の両端画素の画素値差分に相当する請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記グローバル領域は、補正対象画素を含む水平ラインの複数の隣接画素によって構成される領域である請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記入力画像は、色差信号Cb,Crを間引きしたYCbCr画像信号であり、
前記YCbCr画像信号をRGB画像信号に変換する色空間変換部を有し、
前記信号補正部は、
前記色空間変換部の生成したRGB画像信号のRGB画素値を補正対象信号として、前記YCbCr画像信号の輝度(Y)信号を用いて、RGB各画素値の補正画素値を算出する請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記色空間変換部は、
マトリクス変換による色空間変換処理を実行する請求項5に記載の画像処理装置。 - 前記画像処理装置は、さらに、
前記信号補正部の生成した補正RGB画像信号の色空間変換処理を実行して補正YCbCr信号を生成する出力信号生成部を有する請求項5に記載の画像処理装置。 - 前記信号補正部は、
前記色空間変換部の生成したRGB画像信号のRGB画素値を補正対象信号として、
前記RGB画像信号のグローバル領域のRGB各信号の傾きと、前記YCbCr画像信号の輝度(Y)信号の傾きとの比率であるRGB各信号対応グローバルゲインを算出し、
前記輝度ローカル傾きに前記RGB各信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して補正後のRGB画素値を算出する請求項5に記載の画像処理装置。 - 前記ローカル領域は、補正対象画素と該補正対象画素の隣接画素の2画素からなる領域である請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記信号補正部は、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算した乗算値に、前記隣接画素の画素値を加算して前記補正画素値を算出する請求項9に記載の画像処理装置。 - 前記信号補正部は、
補正対象画素の画素値と隣接画素の画素値との差分が既定しきい値以下の場合に、前記補正対象画素の補正画素値算出処理を実行し、
前記差分が既定しきい値より大きい場合には、前記補正対象画素の補正画素値を算出しない請求項1に記載の画像処理装置。 - 画像処理装置において実行する画像処理方法であり、
信号処理部が、
入力画像として、画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインを算出し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きを算出し、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する画像処理方法。 - 画像処理装置において画像処理を実行させるプログラムであり、
信号処理部に、
入力画像として、画素値の間引き位置に隣接画素値をコピーしたサブサンプル画像を入力し、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含む複数の連続画素からなるグローバル領域の補正対象信号の傾きと、輝度信号の傾きとの比率である補正対象信号グローバルゲインの算出処理と、
前記入力画像の補正対象画素の画素位置を含み前記グローバル領域内の領域であり、前記グローバル領域より小さいローカル領域の前記輝度信号の傾きである輝度ローカル傾きの算出処理と、
前記輝度ローカル傾きに前記補正対象信号グローバルゲインを乗算し、乗算結果を適用して前記補正対象画素の補正画素値を算出する処理を実行させるプログラム。
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