JP2005529558A - 画像処理 - Google Patents
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Abstract
殆ど全ての現在のTVで、今日ではピクチャの向上のためピーキング技術が使用される。これは輝度遷移改善技術等のピーキング回路又は同様の回路を用いて輝度チャネル中でエッジが鮮鋭化されることを意味する。これによりエッジの近くの黒い部分は通常はより黒い色に、白い部分はより白い色となる。結果、ピクチャはより鮮鋭にはっきりと見える。しかしピクチャは、画像信号が輝度成分に関してのみ補正され色成分に関しては補正されていないため当該部分で「堅い」印象を与える。本発明の方法は、特にエッジの位置の領域での少なくとも1つの色成分の画像特性が色成分を増幅することで補正される入力画像信号の処理によりこれらの部分の彩度レベルを高めることを目的とする。有利には、色成分の補正は、元の局所彩度レベル、元の局所輝度レベル、又は元の画像信号とピーキングされた画像信号の間の局所的な差の関数として処理される。これは画像の鮮鋭度の改善だけでなく、特にエッジに近い位置で画像の全体の印象を改善することを目的とする。
Description
本発明は画像処理方法及び装置に関連し、また、画像表示装置に関連する。
画像処理、特にカラー画像処理は、特定の用途の目的に依存して、画質を改善するために様々な対策が適用されることが知られている幅広い分野の技術である。例えば、特許文献1は、印刷技術の要請を特に考慮に入れて、ディジタル・フルカラー複写機、カラーファクシミリ装置、及び画像ファイルシステムに特に関連して、3つの色信号から墨色(indian ink)を含む4色のレコーダ用画像信号を発生するカラー画像処理システムを提案する。
ディスプレイ用途に関する画像処理では、いくらか異なる要求がある。現在の方法の本質的な目的は、オーディオ/ビデオ(A/V)又はテレビジョン(TV)信号中のエッジの鮮鋭度を高めることである。適当な処理装置は、特許文献2に提案されており、画像のエッジの鮮鋭度を高めるためだけに、色差信号は、エッジが生じてからエッジ遷移が終わるまで、エッジが現れる前に生じた値と共に記憶される。遷移間隔の終わりに、新しい信号値への切換が行われる。
同様の一般的に知られている技術は、ピクチャを向上するのに用いられ、画像信号の輝度成分に対する補正に優先度を与える方策に限られている。今日の殆どの現在のTV又はA/V用途では、ピクチャを向上させるのにピーキング技術が用いられる。これは、ピーキング回路を用いることにより、輝度チャネル中でエッジが鮮鋭化されることを意味する。輝度遷移の位置では、エッジ位置においてオーバーシュート及び/又はアンダーシュートを発生させることによって、遷移は、より鮮鋭に見えるようにもたらされる。結果として、局所的にはコントラストが高められ、大局的には鮮鋭さの知覚性が高められる。しかしながら、観察者は、色のパフォーマンスは、ピーキング回路なしで発生されたピクチャと比較するといくらか低いという印象も持ちうる。このような印象は、画像の輝度成分に優先度が与えられていること、及び、輝度チャネル中の変化を考慮に入れるために色成分に対して、殆ど又は全く又は滅多に補償が行われないことにより、必然的に得られる結果である。実際に、局所的には、エッジ位置における輝度成分中のコントラストは、当該位置における色成分中の彩度を高めることなく、高められている。これが、観察者があまり色を知覚しない理由である。
実際に、特許文献3に記載されたもののような従来技術の提案された枠組みでは、エッジ位置の近傍で入力画像に対して彩度の更なる変化を提案することがある。しかしながら、かかる概念は画像の鮮鋭度を更に高めることを目的とするものである。全ての既知の概念は、画像の鮮鋭度の知覚を高めることに多かれ少なかれ制限されている。このために、特許文献3は、エッジの両側では局所的に出力画像の彩度が入力画像の彩度よりも小さくなるよう画像表示装置を構成することを教示する。人間の目は、特別な色変化を、特別なグレー変化ほどは鮮鋭に知覚しない。従って、色成分の存在は、知覚される鮮鋭度を低下させる。色成分がグレー成分に対して弱められるよう彩度を低下させることにより、鮮鋭度の知覚性は向上されうる。
米国特許第5,729,360号明細書
米国特許第4,581,631号明細書
米国特許第5,825,938号明細書
そこで、本発明は、鮮鋭度の向上に制限されることなく全体の画質を改善する方法及び装置を特定することを目的とする。
本発明は、独立項によって定義される。従属項は、有利な実施例を定義する。
「増幅する」の用語は、「増加する」ことも意味し、またいかなる種類の「改善する」ことも含む。「特性」は、特に、いかなる種類の信号遷移も含む。
色は、殆どの視覚化の極めて重要な部分である。視覚化のために良い色を用いることは、それらの性質及び人間の視覚の知覚特性を理解することを必要とする。従って、コンピュータソフトウエア及びハードウエア装置を利用して色の優れた知覚を可能とするよう正しい機器を導入することも重要である。
彩度(saturation)は、色のうちの色相の優勢性を指す。彩度のない色は、白から黒への、その間に全ての中間のグレーを含むグレースケールを構成する。彩度を分光的に定義すると、色のうちの他の波長と比較したときの優勢な波長の比率である。有利な実施例では、観察者には彩度についてよりよい印象が与えられる。
殆どの現在のTVでは、ピクチャを向上するためにピーキング技術が用いられる。これは、例えば輝度遷移改善技術の場合のように、ピーキング回路又はピーキングと同様の回路を用いることによって輝度チャネル中でエッジが鮮鋭化されることを意味する。かかる回路は、エッジ位置の近傍でのオーバーシュート及び/又はアンダーシュートを生じさせうる。かかる技術により、エッジの近くの黒い部分は、通常はより黒い色に近づけられ、白い部分はより白い色へ近づけられる。結果として、ピクチャの見た目は、より鮮鋭且つよりくっきりと現れる。しかしながら、ピクチャはまた、当該の部分では「堅い」印象を与え、なぜならば画像信号は輝度成分に関してのみ補正されており、色成分に関して補正されていないからである。
本発明は、従来技術の方法による鮮鋭度の向上に限られた画像から堅い印象を取り除くことが望まれていることから生じたものである。より良いピクチャは、入力信号の輝度成分に関するコントラスト要件を改善させるだけでは達成されえないことが理解されている。その代わりに、入力画像の色成分に関して彩度の質も改善される必要がある。これは、鮮鋭度及び/又はコントラストの知覚だけでなく、彩度の知覚も向上されるため、よりよい全体の印象を与える。従って、提案される概念の主な洞察は、輝度成分に関して処理されたのと同様に色成分について画像を処理することである。特に、質の改善の優先度は、入力画像の色成分に対して与えられる。有利には、輝度成分もまた改善される。画像のエッジの位置において、特に画像が輝度成分に関して補正されていれば、色成分は画像の特定の要求に従って改善される。これにより、特にエッジ位置の領域において、画像のより生き生きとした知覚性がもたらされる。
本発明の方法は、特に入力画像信号を少なくともエッジ位置の領域において処理することにより、エッジ位置の領域で彩度レベルを高めることであり、少なくとも色成分の画像特性は色成分を増幅させることにより補正される。有利には、色成分の補正は、元の局所彩度レベル、元の局所輝度レベル、又は、元の画像信号とピーキングされた画像信号の間の局所差の関数として処理される。このような対策の目的は、画像の鮮鋭度を改善させることに限られるだけでなく、特にエッジに近い位置において画像の全体の印象を改善することである。
絶え間なく開発されている形態は、色成分を処理すること及びエッジ位置領域において彩度を改善させることによりエッジ位置の全体の画質を改善させることを目指している。処理は、元の局所彩度レベル、及び/又は、元の局所輝度レベル、及び/又は、元のピクチャと「ピーキングされた」ピクチャの間の局所的な差に依存する。
最も有利には、入力画像信号は、色成分の画像特性に加えて輝度成分の画像特性を示す。輝度成分の画像特性は、輝度成分をピーキングすることにより補正される。「ピーキング」は、特にエッジ位置の近くの或る位置においてオーバーシュート及び/又はアンダーシュートを生じさせることを意味する。
エッジ位置の領域は、望ましくは、入力画像中の、特にエッジ位置を含む、エッジ位置内の、及び/又は、エッジ位置と同一の、及び/又は、エッジ位置に少なくとも部分的に重なり合う局所エリアを含む。
望ましい形態では、入力画像信号は、Y輝度成分の画像特性、U色成分の画像特性、及びV色成分の画像特性を示すYUV信号である。提案される概念は、入力画像信号が、輝度成分の画像特性、R色成分の画像特性、G色成分の画像特性、及びB色成分の画像特性を示すRGB信号である画像に適用されうる。RGB信号及び対応するYUV信号は、互いに行列演算によって変換されうる。
更なる改善では、色成分は、特にパラメータ値及び/又は一組のパラメータ値が色成分に関して特に適応されている場合は、パラメータ値及び/又は一組のパラメータ値に従って増幅される。特に、色成分は、入力画像信号の色成分の信号値に依存して増幅されうる。それに加えて、又は、それに変えて、色成分はまた、入力画像信号の輝度成分の信号値に依存して増幅されうる。望ましい改善では、色成分は、入力画像信号の実質的に補正なしの第1の画像特性、及び、輝度成分に関して補正されている入力画像信号の補正された第2の画像特性から決定される差信号値に依存して増幅される。
本発明の望ましい実施例について、添付の図面を参照して以下詳述する。図面は、望ましい実施例の詳細な説明に関して、また、従来技術と比較して、本発明の概念を明らかにするために例を示すことが意図される。本発明の考えられる望ましい実施例について図示し説明するが、もちろん、独立項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく形及び詳細についての様々な変形及び変更が容易になされうることが理解されるべきである。従って、本発明は、本願に図示及び説明されるそのままの形及び詳細に限られるのではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の全体よりも少ないものに限られるものでないことが意図される。
本発明による方法は、少なくともエッジ位置の領域において入力画像信号を処理することにより彩度レベルを高めることを目的とし、少なくとも色成分の画像特性が、増幅により、即ち色成分を改善することにより補正される。これは、色の値、色の色相、及び特に色の彩度を改善又は増幅することを含みうる。有利には、色成分補正は、元の局所彩度レベル、元の局所輝度レベル、又は元の画像信号とピーキングされた画像信号の間の局所的な差の関数として処理される。かかる方策の目的は、画像の鮮鋭度を改善させることに限られるだけでなく、特にエッジの近くの位置で画像の全体の印象を改善させることである。本発明の方法はまた、ピーキング依存色補正(PDC)とも称される。画像処理の本発明の概念の主な考えによれば、即ち処理された画像上の色の印象の見た目を入力画像に対するものと略同じものとするという考えによれば、本発明の概念の望ましい実施例では、色成分は輝度成分が変更された位置と同じ位置で補正される。
詳細な例を図1に示す。図は、輝度成分1の入力画像信号特性と、ピーキングされた輝度成分1aの画像特性とを夫々示す。また、入力画像信号の色成分2の画像特性を示す。輝度成分1の画像特性は、入力画像の第1の画像特性として使用され、一方でピーキングされた輝度成分1aの画像特性は輝度成分に関して補正された入力画像信号の第2の画像特性として使用される。上述の入力画像の第1及び第2の画像の画像特性は、輝度成分の差信号を決定するのに用いられる。原理的には、同じことが、色成分2の画像特性と、ピーキングされた色成分2aの画像特性に対して夫々適用される。色成分2の画像特性は、入力信号の第1の画像特性として用いられ、ピーキングされた色成分2aの画像特性は、色成分に関して補正された出力信号の第2の画像特性として用いられる。この特定の実施例では、ピーキングされた色成分2aは、画像処理の出力信号として用いられる。
輝度成分差信号及び色成分信号は、同調パラメータとして使用されうる。色成分は、望ましい実施例では、色成分をかかる同調パラメータの関数として増幅することにより補正されうる。いずれの差信号も、如何なる組合せでも、又は各差信号を個々にでも、更なる望ましい実施例において色成分を同調パラメータの関数として増幅させることによって補正されうるのはどの色成分であるかに依存して、適当な同調パラメータとして使用されうる。
図1中、補正された彩度の印象(曲線3)は、輝度成分1の信号特性とピーキングされた輝度成分1aの信号特性の間の絶対的な差である輝度経路の絶対的な変化に関連する。
図2に示すように、元の輝度成分(original_luminance_signal)1とピーキングされた輝度成分(peaked_luminance_signal)1aの間の差(original_luminance_signal−peaked_luminance_signal)は、同調パラメータio_difとして用いられる。本願で提案される方法の望ましい実施例では、入力画像信号の処理はエッジ位置の領域で行われ、少なくとも色成分の画像特性は、色成分を増幅することにより、特に上述の差信号io_difに依存して補正される。
エッジ位置及びその領域は、図1に示す例に関して定義されうる。エッジ位置は図1中の参照符号4によって示され、一方でエッジ位置の領域は画像中の或る間隔又は範囲に沿って延びる。かかる間隔は、輝度成分に関して下限1’及び上限1”によって制限され、一方でエッジ位置4の領域4は、色成分に関して下限2’及び上限2”により制限される。エッジ位置4の局所エリアは、境界5’及び5”によって画成されえ、図1の望ましい実施例では、輝度成分に関してはエッジ位置1’、1”の領域を、色成分に関しては2’、2”の領域を有する。しかしながら、特定の用途では、エッジ位置の領域内にのみ延びうる、局所的なエッジ位置エリア4を画成することが有利でありうる。また、エッジ位置の領域と同一であってもよい。また、エッジ位置の領域のいくらか近傍にあるが、一方の側又は他方の側に動かされているエッジ位置4の局所エリアを使用することが有利であり得る。エッジ領域を、元の輝度成分1が、或る限界内では、ピーキング輝度成分1aに等しくない領域として定義することも可能である。
図3は、図1及び図2に関して説明された差信号io_difの更なる処理を示す図である。第1の変形例では、差信号io_difは、画像の全体エネルギーを示すいくつかのパラメータの関数として選択される任意の大局的な増幅係数(global_amplification)によって変更されうる。この変形例では、かかるパラメータは、色毎の最大のエネルギー、全ての色の和、及び、画像の輝度の最大エネルギーである。かかるパラメータは、図3中、マイクロプロセッサμPに与えられ、差信号io_difを変更するために大局的な増幅係数を決定するのに用いられる。bbは、ピクチャ中の大局的なエネルギーの関数である。このように、本発明の概念の望ましい実施例は、上述の大局的な測定の意味を含むため、自動調整TV環境によく適合される。輝度信号エネルギーは、特に測定されえ、エネルギー最大輝度(energy_max_luminance)と称される。高い値は、信号中に多くの遷移が存在し、従ってセクション中の彩度が減少することを意味する。1つのフィールドで測定された色信号のエネルギー測定値は、エネルギー最大色(energy_max_color)と称される。低い値は、色遷移が最低限であり、低い補正が必要とされることを意味する。高い値は、多くの色遷移が存在し、信号中に色雑音が存在することを意味する。従って、彩度補正は再び減少される。1つのフィールド中の大局的な彩度測定は、sum_color(色の和)とも称される。高い値は、ピクチャ何に高い彩度の色があることを意味する。この場合、減少された補正が必要である。
また、図示しないが、高い彩度とされた部分は、高い係数によって補正されうるため、色信号のオーバフローを防止するために安全手段が組み込まれねばならない。
更に差信号は、図3の第2行目に示すように、ゼロから所定の最大値clを越えない逸脱の場合はゼロであるよう定義されうる。パラメタpdc_coringはclに等しく、低彩度の領域で可能な色雑音を減少させるのに用いられる。上述の操作を成す処理モジュールは、差信号io_dif、元の輝度信号original_luminance_signal及びピーキング依存信号clを入力値として使用し、また、全画像の平均エネルギーを示すパラメータ組を入力値として使用する。変更された差信号io_difは、出力値として処理される。
図3に関連して、ボックス中の最初の行はアンダーシュートを指し、最後の行はオーバーシュートを指す。色信号は、それがアンダーシュートであるかオーバーシュートであるかに依存して異なった補正がされる。
本発明の概念の図3の望ましい実施例に示すように、彩度レベルは、画像の黒い及びより暗い部分では、画像の白い及びより明るい部分よりも高められねばならない。例えば、赤色は、画像の暗い部分では画像の白い部分よりも大きく高められる。白い線の中の色は、高い輝度レベル及び低い元の彩度レベルにより、わずかに高められる。入力画像を同調し処理するための夫々のパラメータは、本発明の概念の上述の望ましい実施例に従って実施される。
従って、結論としては、望ましい実施例は、ピーキング依存色処理と称されることができ、図6及び図7に示すように知覚される色の欠徐について補正する。ピーキング依存色アルゴリズムは、輝度成分に関するピーキングの前後に輝度信号を調べる。2つの間の差の大きさは、1つ又は複数の色成分に関して彩度補正のための入力として使用される。色成分に関する彩度補正は、元の彩度に関連する。彩度補正は、輝度の元のレベルに依存する。また、望ましい実施例では、より低い彩度の補正がより高い輝度の領域に同調されることが許されており、なぜならば、さもなければピクチャはあまりにも不自然に見えるからである。これらの方策については、一般的に図3に示す。
処理のための更なるモジュールについて図4に示す。ユーザ嗜好パラメータもまた、差信号io_difを変更するのに使用されうる。これは、図3の変更に加えて、又はその変わりに行われうる。かかる方策により、又は任意の他の適当な方策により、変更された差信号は、U色成分及びV色成分に対する夫々の補正を生じさせるよう、U色成分及びV色成分を補正するための係数として使用される。図4の変形では、U色成分及びV色成分に対して同じ差信号が使用される。更なる変形例では、U色成分及びV色成分の夫々に対して特定の差信号が使用されうる。
図4の変形もまた、1つの可能な適用を示すためにのみ示されるものである。明らかに、RGB入力画像信号について、R色成分、G色成分、及びB色成分に関して同様の処理が行われうる。全ての種類のビデオTV入力もまたそのように処理されうる。
図4に関して、user_tasteは、顧客に依存して適応されうるパラメータ設定である。
図4に関して、U色成分(U_colorcomponent)及びV色成分(V_colorcomponent)は、元の入来する色信号である。ビデオ経路中のこの点において、信号は高められた彩度を有さない。補正は、元の色信号に加えられ、corrected_U及びcorrected_Vと称される。
図5に示す更なるモジュールでは、U色成分及びV色成分の入力値は、閾値と比較して更に処理される。かかる閾値は、ユーザ肌減衰及びユーザ赤減衰に関する嗜好値によって定義される。いずれの場合も、ユーザ肌減衰及びユーザ赤減衰嗜好に関して特に適応された更なるパラメータが、補正されたU色成分及びV色成分に適用される。
図示しないが、様々な実験により、赤エリア中の補正は、他の補正よりも注意深く行われねばならないことが示されている。赤エリアにおける高い補正は、すぐに「やり過ぎた」印象をもたらしうる。従って、赤補正の減衰は、更なる変更された実施例においても実施される。パラメータUser_red_attenuation_tasteは、赤領域中のピーキング依存色補正特徴の低下に関する嗜好である。User_red_area_tasteは、U/V色平面上の赤色調面の定義である。実験から、肌の色調に対する補正は、より低いレベルで補正されねばならず、さもなければピクチャはあまりにも不自然に見えることが推論されている。やはり、このために肌色調減衰が組み込まれる。パラメータuser_skin_attenuation_tasteは、肌領域中のピーキング依存色補正特徴の減少の嗜好である。User_skin_area_tasteは、U/V色平面上の肌色調面の定義である。
本発明の概念の上述の望ましい実施例の拡張的な実験の結果を図6乃至図8に示し、これらの図面は、一連の実質的に同じピクチャを示す。図6は、入力画像として使用される元のピクチャを示す図である。図7は、実質的に同じ入力画像であるが従来技術で知られているように鮮鋭度強調が適用されたものに関する処理を示す。画像は明らかに鮮鋭度が高められているが、特にエッジ位置のエリアではいくらか堅い印象を与える。これは、輝度チャネルは変化しているが色チャネルは変化していないことによるものである。鮮鋭度及び色の補正は、彩度及びコントラストのよりよい可視の印象をもたらすため、本発明のPDC方法を図8のピクチャに対して適用されている。
上述の実施例は、本発明を制限するものではなくむしろ例示するものであって、当業者は添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの他の実施例を設計することが可能となるであろう。特許請求の範囲において、括弧内に示す如何なる参照番号も、特許請求の範囲を制限するものと理解されるべきではない。「有する」「含む」の語は、特許請求の範囲に列挙した要素又は段階以外の要素又は段階を排除するものではない。要素が単数形で記載されている場合は、かかる要素が複数ある場合を排除するものではない。本発明は、いくつかの別個の要素を有するハードウエア、及び適当にプログラムされたコンピュータによって実現されうる。いくつかの手段を列挙した装置に関する請求項において、これらの手段のうちの幾つかは、特にプログラムされたマイクロプロセッサのような、同一のハードウエアアイテムによって実現されうる。いくつかの方策が互いに異なる従属項に記載されているというだけの事実は、これらの方策の組合せが利用され得ないことを示すものではない。
Claims (9)
- 入力画像を表わし、少なくとも1つの色成分の画像特性を示す入力画像信号を与える段階と、
前記入力画像中の、相違する画像特性の領域間に位置するエッジ位置の領域を検出する段階と、
前記少なくとも1つの色成分の画像特性が前記色成分を増幅することによって補正されている出力画像信号を与えるよう前記エッジ位置の領域中の前記入力画像信号を処理する段階とを有する、
画像処理方法。 - 前記色成分は、パラメータ値に従って増幅され、特に前記パラメータ値は、前記色成分に関して特に適応されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記色成分は、前記入力画像信号の前記色成分の信号値に依存して増幅されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記色成分は、前記入力画像信号の輝度成分の信号値に依存して増幅されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記色成分は、前記入力画像信号の補正なしの第1の画像特性、及び、輝度成分に関して補正されている前記入力画像信号の補正された第2の画像特性から決定される差信号値に依存して増幅されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記エッジ位置の領域において彩度レベルが高められる、請求項1記載の方法。
- 前記色成分の補正は、元の局所彩度レベル、元の局所輝度レベル、又は、元の画像信号とピーキングされた画像信号の間の局所差の関数として処理される、請求項6記載の方法。
- 入力画像を表わし、少なくとも1つの色成分の画像特性を示す入力画像信号を与える手段と、
前記入力画像中の、相違する画像特性の領域間に位置するエッジ位置の領域を検出する手段と、
前記少なくとも1つの色成分の画像特性が前記色成分を増幅することによって補正されている出力画像信号を与えるよう前記エッジ位置の領域中の前記入力画像信号を処理する手段とを有する、
画像処理装置。 - 入力画像を表わし、少なくとも1つの色成分の画像特性を示す入力画像信号を、更なる処理のために受信するよう適合された受信手段と、
前記入力画像中の、相違する画像特性の領域間に位置するエッジ位置の領域を検出するエッジ位置通知手段と、
前記少なくとも1つの色成分の画像特性が前記色成分を増幅することによって補正される、少なくとも前記エッジ位置の領域中で前記入力画像信号を処理するフィルタ手段と、
少なくとも前記入力画像信号から得られ、出力画像を表わす出力画像信号を与えるようよう適合される画像表示装置とを有する、
画像表示システム。
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