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ディジタル画像の補正 - イーストマン コダック カンパニー
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発明の名称 ディジタル画像の補正
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−9175(P2003−9175A)
公開日 平成15年1月10日(2003.1.10)
出願番号 特願2002−119171(P2002−119171)
出願日 平成14年4月22日(2002.4.22)
代理人 【識別番号】100077517
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 (外4名)
【テーマコード(参考)】
5B057
5C021
5C066
5C077
5C079
【Fターム(参考)】
5B057 AA11 BA02 BA30 CA01 CA08 CA12 CB01 CB08 CB12 CB16 CC02 CE02 CE06 CE11 CE17 CE18 CH08 CH18 
5C021 PA17 PA76 RB03 YA01
5C066 AA11 CA07 EA05 EC12 GA01 GA05 HA02 KE05 KP02 KP05
5C077 LL01 LL04 MP08 PP04 PP32 PP34 PP37 PP46 PP47 PP53 PQ08 PQ12 PQ18 RR11 TT09
5C079 HB01 HB04 LA14 LA23 LA31 LB00 NA02 PA08
発明者 リチャード エー シャーマン
要約 課題
あらゆるディジタル画像を用いて、その画像の影区域または暗区域の色合いまたは過大なノイズを補正する。

解決手段
オリジナルのカラー入力データは、一定の割合のそのオリジナルカラー入力データをフィルタリングされたカラー入力データで置き換えることによって前処理され、置き換えられるオリジナルのカラー入力データの割合は、予め決められた輝度入力閾値によって決定され、この前処理されたデータが使用されるデータを形成する。
特許請求の範囲
【請求項1】 影区域内のカラー画像を操作する方法であって、オリジナルのカラー入力データの輝度バージョンを生成する段階と、前記入力データの平均値を求める段階と、クロマレベルを求める段階と、予め決められたクロミナンス入力閾値と求められた前記平均値とから適応クロミナンス閾値を算出する段階と、出力画像において一定の割合の入力データをそのデータの前記輝度バージョンによって置き換える段階とを含み、前記置き換えられる入力データの割合を、前記適応クロミナンス閾値と前記クロマレベルとから決定する方法。
【請求項2】 求められた前記平均値は輝度平均値である請求項1に記載の方法。
【請求項3】 前記データの前記輝度バージョンを低域フィルタリングする請求項1に記載の方法。
【請求項4】 請求項1の前記オリジナルカラー入力データを、一定の割合の前記オリジナルカラー入力データをフィルタリングされたカラー入力データによって置き換えることによって前処理し、置き換えられる前記オリジナルカラー入力データの前記割合を、予め決められた輝度入力閾値によって決定し、前記前処理されたデータは請求項1の入力データを形成する、請求項3に記載の方法。
【請求項5】 置き換えられる前記オリジナルカラー入力データの前記割合を、前記予め決められた輝度入力閾値と前記求められた平均値とから計算した適応輝度閾値によって決定する請求項4に記載の方法。
【請求項6】 前記クロマレベルを、各色チャネルと前記輝度との間の絶対差を加算することによって求める請求項1に記載の方法。
【請求項7】 前記輝度を3つの色チャネルの間で互いに等しく重み付ける請求項6に記載の方法。
【請求項8】 前記適応閾値を、前記求められた平均値に前記予め決められた入力閾値を乗算することによって計算する請求項1に記載の方法。
【請求項9】 オンセットパラメータがデータの置換の割合を決定する請求項1に記載の方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル画像の操作に関し、特に影区域(area of shadow)の操作に関する。
【0002】
【従来の技術】プリントまたは表示を必要とするディジタル画像の割合が、家庭、オフィス、および、インターネットにおけるディジタル画像の使用の増加に伴って増大している。画像源の装置は典型的にはディジタルカメラまたはスキャナである。ディジタルカメラの場合には、情景の照度が理想よりも低いかも知れないし、または、高レベルのノイズがカメラ画像ファイルに存在し、このことが最終画像におけるノイズの多いおよび/または色付きの影を結果的に生じさせる可能性もある。プリントスキャナの場合には、オリジナルプリントの色合い(color cast)が、そのプリントのスキャンされたバージョンにおいて、許容不可能な色付きの影を生じさせる可能性もある。画像源の装置が正確な「適切にバランスのとれた」画像を提供する場合でさえ、何らかの後続の処理が色合いまたはノイズをもたらすことがある。
【0003】米国特許第4,160,264号が、影の色合いを補正するためのマトリキシング法(matrixing method)を提供する。しかし、この特許文献は、露光不足または逆光の画像のような様々な画像に関してマトリキシングが効果を及ぼす箇所を自動的に修正するための方法は提供しない。同様に、米国特許第4,160,264号は、画像の暗区域におけるノイズレベルを減少させる追加の手段も提供しない。
【0004】Adobe Photo−shopにおける「Auto−levels」と、各色の「黒」点および「白」点をピン(pin)するHPの米国特許第5,812,286号のような、低品質の画像を補正しようとする幾つかの「フィキシング(fixing)」アルゴリズムが存在する。これらの処理は、一般的に、影の色における誤りを補正するために画像全体に効果を及ぼす。さらに、プリント画像の表現を改善するために、コンピュータが、色管理とプリンタプロファイルとを使用することがますます多くなっているが、コンピュータはオリジナル画像データにおける色合いの誤りを計算に入れることが不可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ディジタルカメラ、スキャナ、または、他のあらゆる適切なソースからディジタル画像が、暗色の影領域を有する可能性がある。本発明は、あらゆるディジタル画像を用いて、その画像の影区域または暗区域内の色合いまたは過大なノイズを補正することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、暗区域内のあらゆる残留色合い(any residual dark area colourcast)を除去するためにカラーディジタル画像の影領域において作用する。本発明は画素単位で作用し、入力データの処理および/またはフィルタリングされたバージョン(filtered version)によってオリジナルデータを漸進的に置き換える。処理されるデータは、入力チャネルの単純な平均化もしくはフィルタリング、マトリックス演算、または、これら2つの組合せであってよい。本発明は、2つの主要な部分、すなわち、入力データの幾つかの処理および/またはフィルタリングされたバージョンの生成と、意思決定アルゴリズムとを含む。
【0007】本発明によって、影区域内のカラー画像を操作する方法が提供され、この方法は、オリジナルのカラー入力データの輝度バージョン(luminance version)を生成する段階と、入力データの平均値を求める段階と、クロマレベルを求める段階と、予め決められたクロミナンス入力閾値と求められた平均値とから適応クロミナンス閾値を算出する段階と、出力画像において一定の割合の入力データをそのデータの輝度バージョンによって置き換える段階とを含み、この置き換えられる入力データの割合は、適応クロミナンス閾値とクロマレベルとから決定される。
【0008】好ましい実施形態では、オリジナルのカラー入力データは、一定の割合のそのオリジナルカラー入力データをフィルタリングされたカラー入力データで置き換えることによって前処理され、置き換えられるオリジナルのカラー入力データの割合は、予め決められた輝度入力閾値によって決定され、この前処理されたデータが、上述の通りに使用される入力データを形成する。
【0009】適応閾値が、ユーザ設定閾値に画像の平均輝度レベルを乗算することによって算出されることが好ましい。
【0010】本発明は、影の区域をニュートラライジング(neutralising)することと、暗区域内のノイズを減少させることとによって、画像の外観を改善する。処理されたデータによってオリジナルデータがどの箇所で置き換えられるかを決定するために適応閾値を使用することによって、露光不足および逆光の画像を含む広範囲の平均レベルを有する画像が自動的に修正(modify)される。
【0011】次では、本発明を、一例として、添付図面を参照しながら説明する。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の概要を示す図である。
【0013】オリジナル画像の赤、緑および青チャネルからのオリジナル画像データがボックス1とボックス9とに入力される。入力される画像データは、ディジタルカメラ、スキャナ等のような任意の適切なソースからのものであってよい。様々なパラメータがオリジナルデータから求められる。これらのパラメータを後でさらに詳細に説明する。
【0014】入力データはボックス1内で画素毎に処理および/またはフィルタリングされる。閾値が、部分的に、ボックス9に入力されたオリジナルデータから求められる。これらの値がボックス9から出力されて、ボックス1に送り込まれる。入力データはこれらの閾値と比較される。処理されたデータが出力画像内のオリジナルデータと置き換えられるかどうかの選択は、求められた閾値と比較した入力データのレベルに依存する。最終出力が、暗区域内のノイズレベルとオリジナル画像の影区域に対する色合いとが減少させられている処理画像を提供する。
【0015】次に、本発明の方法をさらに詳細に説明する。
【0016】上述のように、本発明は、2つの主要部分、すなわち、入力データの幾つかの処理および/またはフィルタリングされたバージョンを生成することと、意思決定アルゴリズムとを含む。
【0017】一例を示すと、これらの段階は、(1)入力データの低域パスフィルタリングされたバージョン(low pass filtered version)を生成する段階と、(2)等しく重み付けられた輝度を生成する段階と、(3)輝度データを低域パスフィルタリングする段階(オプショナルステップ)と、(4)輝度の平均レベルを測定する段階と、(5)閾値を計算する段階と、(6)クロマレベル信号を生成する段階と、(7)意思決定アルゴリズムを実行する段階とである。
【0018】このアルゴリズムの一例は、1) 入力データが輝度閾値よりも小さいが、色閾値よりは小さくない場合、例えば、暗色である場合に、低域フィルタリングされた色でオリジナルの色を漸進的に置き換え、2) 入力データが輝度閾値と色閾値の両方よりも小さい場合、例えば、ほぼ無彩色の暗色である場合に、低域パスフィルタリングされたルマ(luma)でオリジナルデータを漸進的に置き換える。
【0019】上述のように、入力データの処理されたバージョンは、入力データのフィルタリングされたバージョンと、入力データの等しく重み付けられかつ低域パスフィルタリングされたバージョンとを含むことが可能である。
【0020】赤、緑および青チャネルは、低域パスフィルタ、典型的には円対称ガウスフィルタ(circularly symmetric Gaussian filter)によってフィルタリングされるが、他のフィルタタイプも同様に使用できる。ガウスフィルタの係数は、当業で公知である次式1によって得られる。G(x,y)は、フィルタリングされた画素(x,y)である。
【0021】
G(x,y)=(1/sigma sqrt(2π))(exp[-(x2+y2)/(2 sigma2)]) (1)典型的には、sigmaが0.7である場合に、3x3フィルタは、131383131である。
【0022】色チャネルは、次式2に示されているように、典型的には等しい重みの、輝度チャネルを与えるために互いに加えられるが、例えばテレビで使用されているように、これらのチャネルの他の重み付けが使用されることも可能である。
【0023】輝度=(赤+緑+青)/3 (2)
輝度は、別のフィルタレーションを伴う入力チャネル、または、入力チャネルのすでにフィルタリングされたバージョンを使用することが可能である。オプションとして輝度は、上述のガウスフィルタと同じガウスフィルタを使用してさらに低域パスフィルタリングされてもよいが、同様に他のフィルタタイプと帯域幅とが使用されてもよい。
【0024】様々な画像タイプにおいて適切に動作することが可能であるように、事前設定された閾値、例えばluma thresholdinとchroma thresholdinとが、適応変数を与えるようにオリジナル画像データにしたがって修正されることが可能である。本発明の好ましい実施形態では、事前設定された閾値は、輝度の平均レベル、すなわち、luma mean levelにしたがって修正される。典型的には、これは輝度チャネルから求められる。しかし、同様の適応変数が、オリジナルの入力データから、または、任意の他の導出されたチャネル(例えば、1色だけの平均レベル)から導き出されることが可能である。
【0025】典型的には、luma mean levelは、次式を使用して、適応変数であるLuma thresholdoutとChroma thresholdoutとを算出するために使用される。
【0026】
Luma thresholdout=luma thresholdin×luma mean level (3) Chroma thresholdout=chroma thresholdin×luma mean level (4)Luma thresholdinとChroma thresholdinは実験によって予め求められており、ユーザ設定値である。これらの値は0と1の間の任意の値に正規化されることが一般的である。必要に応じて、画像タイプに基づいて、上限が出力閾値に関して設定されることが可能である。
【0027】入力データのクロマレベルCLが、次式によって示されるように、各色チャネルと輝度との間の絶対差を加算することによって算出される。
【0028】
CL=(|輝度−赤|+|輝度−緑|+|輝度−青|) (5)
使用されるチャネルは、上述の式1および式2で生じさせられるチャネルであることが好ましいが、他の導出が、特定の色に対する偏りを与えるために使用されることも可能である。
【0029】画素(x,y)に関するオリジナルデータの処理データに対する比率が、2つの係数、すなわち、輝度に関するLum_F(x,y)と、クロミナンスに関するChrom_F(x,y)とによって与えられる。
Lum_F(x,y)=(Luma thresholdout-Lum(x,y)/(Luma thresholdout×Onset) (6)Chrom_F(x,y)=(Chroma thresholdout-CL(x,y))/(Chroma thresholdout×Onset) (7)処理データについての入力データの漸進的な置換が生じるレベルの範囲が、「Onset」パラメータによって設定される。「Onset」値が「1」である場合には、処理データによるオリジナルデータの完全な置換が、入力データが「0」に低下する時にだけ生じる。この場合にだけ、輝度係数とクロミナンス係数とが「1」に等しい。「Onset」値が0.5に設定される場合には、入力輝度レベルおよび入力クロマレベルが閾値の半分である時に、完全な置換が生じる。この場合には、入力輝度レベルおよび入力クロマレベルが閾値の半分とゼロとの間である時に、輝度係数およびクロミナンス係数が、本発明の適正な動作のために1に制限されなければならない。使用される「Onset」パラメータは事前の実験によって決定される。
【0030】アルゴリズムの意思決定プロセス(decision making process)は、輝度閾値とクロミナンス閾値とonsetレートとに関して、ユーザ設定され、事前設定され、または、算出されたパラメータを使用する。処理および/またはフィルタリングされた入力データのどのバージョンが使用されるかという選択は、どんなアルゴリズムが意思決定アルゴリズムの形に設計されていようとも、上述の式3および式4によって算出される通りに、閾値に比較した入力データのレベルに依存する。
【0031】これら2つのステップを組み合わせる一例が、次の2段階の式に示されている。最初に、入力データが輝度閾値よりも低下する時に、オリジナルデータOrigが、入力データのフィルタリングされたバージョン、すなわち、Filtered colによって置き換えられる。
【0032】
Stage 1 Output=Orig(1-Lum_F(x,y))+(Filtered col×Lum_F(x,y)) (8)入力データもクロマ閾値より低下するので、第1段階からの色付きデータ、すなわち、Stage 1 Outputは、最終出力を与えるために、輝度データすなわちlumaによって置換される。
【0033】
最終出力=(Stage 1 Output)(1-Chrom_F(x,y))+(luma×Chrom_F(x,y)) (9)式8および式9は、使用される意思決定アルゴリズムの結果である。これは本発明の好ましい実施形態である。クロミナンス閾値だけを使用する時には、式9だけを使用することが可能である。この場合には、式9で使用されるStage 1 OutputはオリジナルデータすなわちOrigであろう。
【0034】図2は、本発明の好ましい実施形態の処理ステップを示す。
【0035】ボックス3が、必要に応じて、画像データを赤、緑および青チャネルにフォーマットする。赤、緑および青チャネルはボックス3から出力される。これらはボックス4に送り込まれる。
【0036】3つの出力L1、L2、L3がボックス4から得られる。L1は、そのボックスに送り込まれたオリジナルのデータであり、L2は、そのオリジナルデータのフィルタリングされたバージョンであり、L3は、低域パスフィルタリングされた輝度データである。出力L1、L2、L3はボックス5に送り込まれる。出力L2およびL3は、後述するようにボックス6に送り込まれる。
【0037】ボックス5は、図3に示す意思決定アルゴリズムによって計算されるように、L1、L2、L3によって定義される通りの入力データの個々のバージョンの割合を加算する。ボックス5からの出力が最終画像であり、この最終画像では、オリジナル画像の影におけるノイズレベルが低減されている出力画像を提供するために、一定の割合のオリジナルデータが、処理されたデータによって置き換えられている。
【0038】図3は、本発明の方法の意思決定アルゴリズムを示す。
【0039】図に示すこの好ましい実施形態では、上記定義の通りのL2およびL3がボックス6の中に送り込まれる。しかし、オリジナル画像からのオリジナルの赤チャネル、緑チャネル、および、青チャネルを使用することが可能である。この好ましい実施形態では、ボックス6は上述の通りに輝度平均レベルとクロマレベルとを計算する。これらの値はボックス6から出力されてボックス7に送り込まれる。輝度閾値すなわちluma thresholdinであるL4と、クロマ閾値すなわちchromathresholdinであるL5と、onset値であるL6も、ボックス7に送り込まれる。これらの閾値は上述の通りにユーザ設定閾値である。
【0040】入力閾値は0と1の間の任意の値であることが可能であり、Luma平均は入力データの最小ディジタル値と最大ディジタル値の間の任意の値であることが可能である。典型的には、luma thresholdinおよびchroma thresholdinに関する値は、正規化されたluma平均の0.5および0.25であろう。
【0041】ボックス7は、式8および式9で最終出力画像のために使用されるオリジナルデータと処理データとの割合を決定する3つの係数を提供する。これら3つの係数はボックス5に入力されて、最終出力画像を与える。
【0042】明瞭に示すために、1つのチャネルだけしか図には示されていない。しかし、出力選択および追加プロセスが、赤、緑、青(RGB)の全てのチャネルに関して繰り返されるということが理解されるだろう。
【0043】影における色とノイズとが低減させられている画像を形成するために、上述のプロセスが画素毎に繰り返される。
【0044】本発明は、一般的に、完全なカラー画像の生成のために赤、緑および青チャネルが使用されるディジタル画像と共に使用される。しかし、本発明はこうした画像ファイルには限定されない。黄、マゼンタ、シアンおよび黒チャネルを有する画像が使用されることが可能である。
【0045】本発明を、その好ましい実施形態を参照しながら詳細に説明してきた。変型と改変とが本発明の範囲内で実現可能であることを当業者は理解するだろう。




 

 


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