JP2014033272A - 画像処理装置、デジタルカメラ、画像処理プログラムおよび画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力色空間の色域内にある色を色域外に補正してしまうことを防止すること。
【解決手段】画像処理装置１００は、輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きを取得する傾き取得手段１０４と、補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、補正対象色の輝度および、彩度または色差と第１の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出手段１０４と、入力値をルックアップテーブルへ入力して補正値を取得する補正値取得手段と、補正値に基づいて、補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方を補正する補正手段１０４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理装置、デジタルカメラ、画像処理プログラムおよび画像処理方法に関する。

輝度色差分離空間であるＹＵＶ空間において、画像データに対して階調補正を行う画像処理方法が知られている（特許文献１参照)。

特開２０００−１８８７６８号公報

画像データを出力する色空間（出力色空間）が例えばＲＧＢ空間など複数の原色で表される色空間である場合、上記従来技術のように輝度色差分離空間において輝度階調補正を行うと、出力色空間の色域内にあった色が色域外となってしまう可能性がある。また、彩度補正を行った際も、同様に、出力色空間の色域内にあった色が色域外となってしまう可能性がある。このように出力色空間の色域内にあった色が色域外となると、出力色空間に変換されたときに色域境界値にクリップされるため、色相が回転したり色がつぶれたりする（飽和する）という問題があった。

（１）請求項１に記載の発明による画像処理装置は、輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きを取得する傾き取得手段と、補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、補正対象色の輝度および、彩度または色差と第１の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出手段と、入力値をルックアップテーブルへ入力して補正値を取得する補正値取得手段と、補正値に基づいて、補正対象色の輝度および、色差または彩度の少なくとも一方を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
（２）請求項７に記載の発明による画像処理装置は、輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きと、黒色点および最大彩度点を通る第２の直線の傾きとを取得する傾き取得手段と、補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、補正対象色の輝度および、彩度または色差と第２の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出手段と、入力値をルックアップテーブルへ入力して補正値を取得する補正値取得手段と、補正値と第１の直線の傾きとに基づいて、補正対象色の輝度および、色差または彩度の少なくとも一方を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
（３）請求項１４に記載の発明によるデジタルカメラは、被写体像を撮像する撮像手段と、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の画像処理装置と、を備え、画像処理装置は、撮像手段により撮像された画像に対して補正処理を行うことを特徴とする。
（４）請求項１５に記載の発明による画像処理プログラムは、コンピュータを、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の画像処理装置として機能させることを特徴とする。
（５）請求項１６に記載の発明による画像処理方法は、輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きを取得する傾き取得工程と、補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、補正対象色の輝度および、彩度または色差と第１の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出工程と、入力値をルックアップテーブルへ入力して補正値を取得する補正値取得工程と、補正値に基づいて、補正対象色の輝度および、色差または彩度の少なくとも一方を補正する補正工程と、を備えることを特徴とする。
（６）請求項１７に記載の発明による画像処理方法は、輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きと、黒色点および最大彩度点を通る第２の直線の傾きとを取得する傾き取得工程と、補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、補正対象色の輝度および、彩度または色差と第２の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出工程と、入力値をルックアップテーブルへ入力して補正値を取得する補正値取得工程と、補正値と第１の直線の傾きとに基づいて、補正対象色の輝度および、色差または彩度の少なくとも一方を補正する補正工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、出力色空間の色域内にある色を色域外に補正してしまうことを防止することができる。

本発明の一実施の形態による画像処理装置（デジタルカメラ）の構成例を説明するブロック図である。 出力色空間の色域形状を説明する図である。 出力色空間の色域形状を説明する図である。 階調カーブを説明する図である。 画像処理の流れを説明するフローチャートである。 階調補正軸を説明する図である。 彩度補正軸を説明する図である。 コンピュータを例示する図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による画像処理装置１００の構成を例示するブロック図である。本実施形態では、画像処理装置１００としてデジタルカメラを用いる例を説明する。デジタルカメラ１００は、操作部材１０１と、撮像レンズ１０２と、撮像素子１０３と、制御装置１０４と、メモリカードスロット１０５と、モニタ１０６とを備える。操作部材１０１は、使用者によって操作される種々の入力部材、例えば電源ボタン、レリーズボタン、ズームボタン、メニューボタンなどを含む。

撮像レンズ１０２は、被写体像を撮像素子１０３の撮像面に結像するように配置されている。撮像レンズ１０２は、図１では代表して１枚のレンズで表しているが、実際は複数の光学レンズから構成される。

撮像素子１０３は、例えばＣＭＯＳイメージセンサなどによって構成される。撮像素子１０３は、撮像レンズ１０２で結像される被写体像を撮像し、得られた画像信号を制御装置１０４へ出力する。撮像素子１０３には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）がBayer配列されたカラーフィルタが形成されている。このため、デジタルカメラ１００で取得される画像の色は、機器依存のＲＧＢ表色系で表される。

制御装置１０４は、ＣＰＵ、メモリ、およびその他の周辺回路により構成され、デジタルカメラ１００が行う撮影動作を制御する。制御装置１０４を構成するメモリには、ＳＤＲＡＭやフラッシュメモリが含まれる。ＳＤＲＡＭは揮発性のメモリであって、制御装置１０４がプログラム実行時にプログラムを展開するためのワークメモリとして使用される。また、ＳＤＲＡＭは、データを一時的に記憶するためのバッファメモリとしても使用される。一方、フラッシュメモリは不揮発性のメモリであって、制御装置１０４が実行するプログラムや、プログラム実行時に読込まれる種々のパラメータなどを記憶する。

メモリカードスロット１０５は、記憶媒体としてのメモリカードを挿入するためのスロットである。制御装置１０４は、撮影処理を行うことによって生成した画像ファイルを、メモリカードスロット１０５に挿入されているメモリカードへ書込んで記録する。また、制御装置１０４は、メモリカードスロット１０５に挿入されているメモリカード内に記録されている画像ファイルを読込む。

モニタ１０６は、デジタルカメラ１００の背面に搭載された液晶モニタ（いわゆる背面モニタ）である。当該モニタ１０６には、メモリカードに記録されている画像ファイルに基づく再生画像や、デジタルカメラ１００を設定するための設定メニューなどが表示される。また、使用者が操作部材１０１を操作してデジタルカメラ１００を、背面液晶を使用する撮影モードに設定すると、制御装置１０４は、撮像素子１０３から時系列で取得した画像の表示用画像データをモニタ１０６に出力する。これにより、モニタ１０６にスルー画を表示することもできる。

ところで、人間の明るさの知覚に近い色空間として、輝度色差分離空間であるＹＣＣ空間や均等色空間であるＣＩＥＬＡＢ等の色空間が知られている。これらの色空間では、色相を保ったまま階調や彩度を補正することが容易であるため、画像処理によく用いられる。

画像データを出力する色空間（出力色空間）が、輝度色差分離空間ではなく、ＲＧＢ表色系のような複数の原色で表される色空間である場合、ＹＣＣ空間やＣＩＥＬＡＢ空間における出力色空間の色域形状は、等色相面において、図２に示すように、黒色点Ｂｐと白色点Ｗｐと最大彩度点Ｃｐとを結んだ三角形に近くなる。なお、図２において、縦軸が輝度（Ｙ）であり、横軸が彩度（Ｃ）である。ＹＣＣ空間では、Ｙ軸方向が輝度を表し、ＣｂＣｒ面での原点まわりの角度が色相を表す。つまり、Ｙ軸を含んでＣｂ軸あるいはＣｒ軸と一定の角度をなす平面上の色はみな同じ色相となり、これを等色相面と呼んでいる。等色相面ではＹ軸からの距離が彩度を表している。また、黒色点Ｂｐは、出力色空間で表現しうる最も輝度が低い色を示し、白色点Ｗｐは、出力色空間で表現しうる最も輝度が高い色を示す。最大彩度点Ｃｐは、各色相において出力色空間で表現しうる最も彩度が高い色を示す。

また、出力色空間の等色相面での色域形状は、色相によって異なる。これは、最大彩度点Ｃｐにおける輝度が色相によって異なるためである。例えば、赤や青は黄色より暗く感じられるため、図３に示すように、赤や青の最大彩度点Ｃｐにおける輝度は、黄色の最大彩度点Ｃｐにおける最大輝度より低い。また、有彩色の最大彩度点Ｃｐの輝度は、無彩色の最大輝度（すなわち白色点Ｗｐ）よりも低い。

階調補正は、例えば、図４に示すように、階調補正前の値（Ｉｎｐｕｔ）と階調補正後の値（Ｏｕｔｐｕｔ）との関係を示すＳ字の階調カーブＴｃを用いて行われる。なお、図４の階調カーブＴｃでは、最小値を０とし、最大値を１として、Ｉｎｐｕｔが正規化されているとする。例えばＹＣＣ空間を用いて階調補正を行う場合に、無彩色の輝度について調整された階調カーブＴｃを有彩色に対して適用すると、赤や青の様な色相では、高彩度色の輝度が低いため、階調補正によって高彩度色の輝度がさらに低く補正されてしまい、高彩度色が暗く表現されてしまう。

また、この階調補正の結果、元々色域内にあった色が色域外に出てしまう可能性がある。このように色域外に出てしまった色は、出力色空間に変換されると出力色空間の色域境界値にクリップされてしまうため、色相が回転したり、色がつぶれたりする（飽和する）などの不具合が生じる。例えば、高彩度の黄色においてＢ成分が負値から０にクリップされるとオレンジに色相が回ったり、高輝度の肌色が黄色く変化したりするなどの不具合が生じてしまう。

一方、彩度強調などの補正をＹＣＣ空間で行う場合も、輝度によって最大彩度が異なるため、色域境界付近の色については色域外に強調されてしまう可能性がある。したがって、この場合も、出力色空間に変換されると出力色空間の色域境界値にクリップされてしまうため、色相が回転したり、色がつぶれたりする（飽和する）などの不具合が生じる。

そこで本実施形態のデジタルカメラ１００では、上述した不具合を防止しながら階調補正や彩度補正を行うようになっている。以下、このような階調補正および彩度補正について、具体的に説明する。図５は、本実施形態における階調補正や彩度補正を含む画像処理の流れを説明するフローチャートである。なお、この画像処理は、制御装置１０４のメモリに記憶された画像処理プログラムに従って制御装置１０４が実行する処理である。

図５のステップＳ１において、制御装置１０４は、撮像素子１０３から読み出されたＲＧＢ画像データを取得する。そして制御装置１０４は、このＲＧＢ画像データに対して、補間、ホワイトバランス、ノイズ除去などの処理を施して、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２において制御装置１０４は、ステップＳ１で処理が施されたＲＧＢ画像データを、撮像素子１０３固有のＲＧＢ空間から、階調補正および彩度補正を行うための色空間であるＹＣＣ空間に変換して、ステップＳ３へ進む。この変換は、画像を出力する色空間（出力色空間）として例えばｓＲＧＢ空間を利用する場合、以下の式（１）〜（３）により行われる。なお、以下の式（１）〜（３）において、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、式（１）の入力値（上記ＲＧＢ画像データ）である。（Ｒ_１，Ｇ_１，Ｂ_１）は、式（１）の出力値且つ式（２）の入力値である。（Ｒ_２，Ｇ_２，Ｂ_２）は、式（２）の出力値且つ式（３）の入力値である。（Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ）は、式（３）の出力値である。また、Ｍ_{ＲＧＢ２ＸＹＺ}は、撮像素子１０３固有のＲＧＢ空間からＸＹＺ空間（例えばＣＩＥ １９６４ ＸＹＺ）へ変換するための変換マトリックスであり、撮像素子１０３の分光感度特性や撮影時の照明条件などに基づいて決定される。また、Ｍ_{ＸＹＺ２ｓＲＧＢ}は、ＸＹＺ空間からｓＲＧＢ空間へ変換するための変換マトリックスである。また、ＬＵＴ１は、標準のｓＲＧＢ空間におけるγ変換を行うためのルックアップテーブルである。また、Ｍ_{ｓＲＧＢ２ＹＣＣ}は、ｓＲＧＢ空間からＹＣＣ空間へ変換するための変換マトリックスである。

ステップＳ３において制御装置１０４は、ステップＳ２で変換されたＹＣｂＣｒ画像データにおいて、１画素ごとに色相を算出して、ステップＳ４へ進む。なお、色相は、例えばＣｂとＣｒとの比や、ＣｒまたはＣｂと、ＣｒおよびＣｂの絶対値を用いた彩度近似値との比に基づいて算出される。

ステップＳ４において制御装置１０４は、ＹＣｂＣｒ画像データの１画素ごとに、ステップＳ３で算出した色相の等色相面における出力色空間（ｓＲＧＢ空間）の色域形状を算出する。

上述したように、ＹＣＣ空間における等色相面において、出力色空間（ｓＲＧＢ空間）の色域を表すと、図６に示すように、黒色点Ｂｐと白色点Ｗｐと最大彩度点Ｃｐとを結んだ三角形で近似して表すことができる。なお、図６において、縦軸が輝度（Ｙ）であり、横軸が彩度（Ｃ）である。また図６では、黒色点Ｂｐの輝度および彩度を（０，０）とし、白色点Ｗｐの輝度および彩度を（１，０）として、各画素の輝度および彩度が正規化されているとする。ステップＳ４では、各画素の色相について、等色相面における輝度色度座標上における、白色点Ｗｐと最大彩度点Ｃｐとを通る第１の直線Ｌ１の傾き（以下、第１の傾きと呼ぶ）ｐｄｙ１と、黒色点Ｂｐと最大彩度点Ｃｐとを通る第２の直線Ｌ２の傾き（以下、第２の傾きと呼ぶ）ｐｄｙ２とを、対象画素の色相における出力色空間の色域形状として算出する。なお、ｐｄｙ１およびｐｄｙ２は、それぞれ絶対値であるとする。

ここで、赤、黄、緑における第１の傾きｐｄｙ１は、それぞれ反対色であるシアン、青、マゼンタにおける第２の傾きｐｄｙ２と等しい。一方、赤、黄、緑における第２の傾きｐｄｙ２は、それぞれ反対色であるシアン、青、マゼンタにおける第１の傾きｐｄｙ１と等しい。そこで、制御装置１０４内のメモリ（不図示）には、少なくとも３色（例えば赤、黄、緑）において、それぞれ第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２が予め記録されている。制御装置１０４は、このメモリに記録された赤、黄、緑における第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２に基づいて、シアン、青、マゼンタにおける第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２についても求めることができる。

ステップＳ４では、この計６色（赤、黄、緑、シアン、青、マゼンタ）のうち、対象画素の色相に隣接する２色相における第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２からの補間により、対象画素の色相における第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２を算出する。例えば、対象画素の色相が緑からシアンの間にある場合は、メモリに記録された赤における第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２を用いて、シアンにおける第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２を求める。そして、このシアンにおける第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２と、メモリに記録された緑における第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２を、対象画素の色相と緑およびシアンとの差分を考慮して重み付けして、対象画素の色相における第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２を算出する。

このようにして制御装置１０４は、ＹＣｂＣｒ画像データの１画素ごとに、その画素の色相における第１の傾きｐｄｙ１および第２の傾きｐｄｙ２を算出して、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５において制御装置１０４は、ＹＣｂＣｒ画像データに対して階調補正を行う。この階調補正では、輝度（Ｙ）軸に沿って補正するのではなく、図６に示すように、補正を行う画素の色（補正対象色）の等色相面において、補正対象色の輝度および彩度を示す点（補正対象色点）Ｔｐと黒色点Ｂｐとを結ぶ第３の直線Ｌ３に沿って輝度および彩度が変化するように補正する。

この階調補正について具体的に説明する。なお、以下の説明において、ＹＣｂＣｒ画像データは、Ｙの最小値（最小輝度）を０とし、Ｙの最大値（最大輝度）を１として正規化された値を用いている。まず、制御装置１０４は、対象画素のＣｂ値およびＣｒ値から、次式（４）により、対象画素の彩度Ｃの近似値を算出する。式（４）における除算（／４）はビットシフトを用いて対応してもよい。
C = (｜Cb｜+｜Cr｜+｜Cb + Cr｜+｜Cb - Cr｜)/4 …（４）

なお、処理負荷を軽くしつつ良好な彩度近似値を算出するため、式（４）を用いたが、処理負荷に余裕がある場合は、次の式（５）を用いたり、式（４）、（５）以外の式で彩度を算出したりしてもよい。
C = (Cb²+ Cr²)^1/2 …（５）

次に、制御装置１０４は、第３の直線Ｌ３を軸とする座標系（以下、階調補正座標系と呼ぶ）における補正対象色点Ｔｐの座標値を階調補正パラメータyGainInとして算出する。この階調補正座標系は、黒色点Ｂｐの座標値が０であり、第３の直線Ｌ３と第１の直線Ｌ１との交点Ｐ_３１の座標値が１であり、黒色点Ｂｐから交点Ｐ_３１へ向かう方向に座標値が大きくなる座標系であるとする。具体的には、制御装置１０４は、対象画素の輝度Ｙおよび彩度Ｃと第１の傾きｐｄｙ１とを用いて、次式（６）により、階調補正パラメータyGainInを算出する。
yGainIn = Y + C * pDy1 …（６）

すなわち、補正対象色点Ｔｐが黒色点Ｂｐ上にあればyGainIn＝０となり、補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_３１上にあればyGainIn＝１となる。また、補正対象色点Ｔｐが黒色点Ｂｐと交点Ｐ_３１との間にある場合は、０＜yGainIn＜１となり、補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_３１に近くなるほどyGainInは１に向かって大きくなり、補正対象色点Ｔｐが黒色点Ｂｐに近くなるほどyGainInは０に向かって小さくなる。また、補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_３１よりも黒色点Ｂｐから遠い場合には、yGainIn＞１となる。この場合、補正対象色点Ｔｐは出力色空間の色域外に位置している。

次に、制御装置１０４は、階調補正ゲインyGainを求める。階調補正ゲインyGainとは、階調補正前の輝度（Input）に対する階調補正後の輝度（Output）の比（Output/Input）である。階調補正ゲインyGainは、例えば、Inputに対して上述した図４のＳ字の階調カーブTcを用いて階調補正が行われるように設定されている。また、階調補正ゲインyGainは、Inputが０以上１以下である場合にはInputに階調補正ゲインyGainを乗算した値であるOutputが０以上１以下となるように設定されており、色域内の色は色域内に変換される。なお、Inputが１より大きい場合にはOutputが１より小さくなるように設定することで、色域外の色も色域内に圧縮してもよい。

制御装置１０４のメモリには、Inputを入力すると、このように設定された階調補正ゲインyGainを出力するルックアップテーブルＬＵＴ２が予め記録されている。制御装置１０４は、このルックアップテーブルＬＵＴ２を用いて、次式（７）により階調補正ゲインyGainを算出する。すなわち、階調補正パラメータyGainInをルックアップテーブルＬＵＴ２の入力値として階調補正ゲインyGainを求める。
yGain = LUT2(yGainIn) …（７）

次に、制御装置１０４は、次式（８）〜（１１）により、対象画素のＹＣｂＣｒおよび彩度Ｃに対して、それぞれ階調補正ゲインyGainを乗算することで、階調が補正されたＹ_１Ｃｂ_１Ｃｒ_１および彩度Ｃ_１を算出する。
Y_１ = Y * yGain …（８）
Cb_１ = Cb * yGain …（９）
Cr_１ = Cr * yGain …（１０）
C_１ = C * yGain …（１１）

この結果、補正対象色点Ｔｐが黒色点Ｂｐと交点Ｐ_３１との間にある場合は、黒色点Ｂｐと交点Ｐ_３１との間で第３の直線Ｌ３に沿って補正が行われる。これにより、出力色空間の色域内の画素について、色域内で階調補正を行うことができる。したがって、出力色空間の色域内の画素が色域外に変換されることがないので、出力色空間に変換した時に出力色空間の色域境界値にクリップされて色相回転が生じるという不具合を防止することができる。

また、ルックアップテーブルＬＵＴ２の入力値をＹとするのではなく、第１の傾きｐｄｙ１を用いて正規化した階調補正パラメータyGainInとしたことで、高彩度色については輝度を上げる補正を行うことができるので、特に赤や青などの輝度が低い高彩度色について輝度を下げる補正が行われてしまうことを防止できる。したがって、有彩色と無彩色とで同じ階調カーブＴｃを用いても階調補正を弊害なく行うことができ、簡易で高性能な色処理を行うことができる。

また、第１の傾きｐＤｙ１を用いて階調補正パラメータyGainInを算出し、ルックアップテーブルＬＵＴ２の入力値としたので、処理負荷の重い除算処理を行わなくても、出力色空間の色域形状に応じてルックアップテーブルＬＵＴ２の入力値を補正することができ、色相によらずに１つの階調カーブＴｃを用いて階調補正を行うことができる。なお、式（４）では、４による除算が入るが、これはビットシフトの手法を用いれば非常に小さな負荷で実現できる。

以上のように制御装置１０４は、ＹＣｂＣｒ画像データの各画素に対して上記階調補正を行うと、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６において制御装置１０４は、ステップＳ５の階調補正後の画像データ（Ｙ_１Ｃｂ_１Ｃｒ_１）に対して、彩度補正を行う。この彩度補正では、彩度（Ｃ）軸に沿って補正するのではなく、図７に示すように、補正対象色点Ｔｐを通り且つ第１の直線Ｌ１に平行である第４の直線Ｌ４に沿って輝度および彩度が変化するように補正する。

この彩度補正について具体的に説明する。まず、制御装置１０４は、第４の直線Ｌ４を軸とする座標系（以下、彩度補正座標系と呼ぶ）における補正対象色点Ｔｐの座標値を彩度補正パラメータcGainInとして算出する。この彩度補正座標系では、第２の直線Ｌ２と第４の直線Ｌ４との交点Ｐ_４２の座標値が１であり、第４の直線Ｌ４と輝度（Ｙ）軸（すなわち黒色点Ｂｐと白色点Ｗｐとを通る直線）との交点Ｐ_４Ｙから交点Ｐ_４２へ向かう方向に座標-値が大きくなる座標系であるとする。具体的には、制御装置１０４は、対象画素の輝度Ｙ_１および彩度Ｃ_１と第２の傾きｐｄｙ２とを用いて、次式（１２）により、彩度補正パラメータcGainInを算出する。
cGainIn = 1 -Y_１ + pDy2 * C_１ …（１２）

すなわち、補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_４２上にあればcGainIn＝１となる。また、補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_４Ｙと交点Ｐ_４２との間にある場合は、cGainIn＜１となり、補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_４２に近くなるほどcGainInは１に向かって大きくなり、補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_４Ｙに近くなるほどcGainInは小さくなる。また、補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_４２よりも交点Ｐ_４Ｙから遠い場合には、cGainIn＞１となる。この場合、補正対象色点Ｔｐは出力色空間の色域外に位置している。

次に、制御装置１０４は、彩度補正ゲインcGainを求める。彩度補正ゲインcGainとは、彩度補正前の彩度（Input）に対する彩度補正後の彩度（Output）の比（Output/Input）である。彩度補正ゲインcGainは、例えば、Inputに対して上述した図５と同様のＳ字状である彩度カーブを用いて彩度補正が行われるように設定されている。また、彩度補正ゲインcGainは、Inputが０以上１以下である場合にはInputに彩度補正ゲインcGainを乗算した値であるOutputが０以上１以下となるように設定されており、色域内の色は色域内に変換される。なお、Inputが１より大きい場合にもOutputが１より小さくなるように設定することで、色域外の色も色域内に圧縮してもよい。

制御装置１０４のメモリには、Inputを入力すると、このように設定された彩度補正ゲインcGainを出力するルックアップテーブルＬＵＴ３が予め記録されている。制御装置１０４は、このルックアップテーブルＬＵＴ３を用いて、次式（１３）により彩度補正ゲインcGainを算出する。すなわち、彩度補正パラメータcGainInをルックアップテーブルＬＵＴ３の入力値として彩度補正ゲインcGainを求める。
cGain = LUT3(cGainIn) …（１３）

次に、制御装置１０４は、対象画素のＹ_１およびＣ_１と第１の傾きｐｄｙ１と彩度補正ゲインcGainとに基づいて、次式（１４）により、彩度が補正されたＹ_２を算出する。また制御装置１０４は、次式（１５）〜（１６）により、対象画素のＣｂ_１Ｃｒ_１に対して、それぞれ彩度補正ゲインcGainを乗算することで、彩度が補正されたＣｂ_２Ｃｒ_２を算出する。
Y_２ = Y_１ - C_１ * (cGain-1) * pDy1 …（１４）
Cb_２ = Cb_１ * cGain …（１５）
Cr_２ = Cr_１ * cGain …（１６）

この結果、第４の直線Ｌ４上において補正対象色点Ｔｐが交点Ｐ_４Ｙと交点Ｐ_４２との間にある場合は、交点Ｐ_４Ｙと交点Ｐ_４２との間で第４の直線Ｌ４に沿って補正が行われる。これにより、出力色空間の色域内の画素について、色域内で彩度補正を行うことができる。したがって、出力色空間の色域内の画素が色域外に変換されることがないので、出力色空間に変換した時に出力色空間の色域境界値にクリップされて色相回転が生じるという不具合を防止することができる。

また、第２の傾きｐＤｙ２を用いて彩度補正パラメータcGainInを算出し、ルックアップテーブルＬＵＴ３の入力値としたので、処理負荷の重い除算処理を行わなくても、出力色空間の色域形状に応じてルックアップテーブルＬＵＴ３の入力値を正規化することができ、色相によらずに１つの彩度カーブを用いて彩度補正を行うことができる。

以上のように制御装置１０４は、ＹＣｂＣｒ画像データの各画素に対して上記彩度補正を行うと、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７において制御装置１０４は、ガマットマッピングのレベル（すなわち色域の圧縮度合い）を設定して、ステップＳ８へ進む。具体的に制御装置１０４は、ステップＳ５およびＳ６で算出した階調補正パラメータyGainInおよび彩度補正パラメータcGainInのヒストグラムを作成し、このヒストグラムから、yGainIn＞１またはcGainIn＞１となる（すなわち出力色空間の色域外である）画素数の分布を求める。そして、この出力色空間の色域外である画素数の分布に応じてガマットマッピングレベルを設定する。例えば、出力色空間の色域外である画素数が多いほど、ガマットマッピングレベルを大きく設定し、出力色空間の色域外である画素数が少ないほど、ガマットマッピングレベルを小さく設定する。

なお、ガマットマッピングレベルは、ユーザにより設定された色再現モード（彩度強調モード、または、彩度は強調せず階調感を重視する階調感重視モードなど）に応じて調整してもよい。例えば、階調を残すより高彩度で飽和気味でも全体の彩度感を重視する彩度強調モードの場合には、ガマットマッピングレベルを最低（すなわちガマットマッピングを行わない）に設定し、階調感重視モードの場合には、ガマットマッピングレベルを上記ヒストグラムに応じて設定する。

ステップＳ８において制御装置１０４は、ステップＳ７で設定したガマットマッピングレベルに応じて、色域を圧縮するための色域圧縮カーブを選択する。なお、色域圧縮カーブは、色域圧縮前の値と色域圧縮後の値との関係を示す曲線であり、種々のガマットマッピングレベルに応じて複数用意されている。制御装置１０４は、当該選択した色域圧縮カーブを用いて、ステップＳ６の彩度補正後のＹＣｂＣｒ画像データの色域を圧縮変換し、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９において制御装置１０４は、ステップＳ８のガマットマッピング後のＹＣｂＣｒ画像データを、公知の変換式を用いて出力色空間（ここではｓＲＧＢ空間）の値へ変換して、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０において制御装置１０４は、ステップＳ９で出力色空間に変換した画像データを、出力ファイルフォーマットに従ってエンコーディングを行い、メモリカードスロット１０５に挿入されているメモリカードへ記録して、図５の処理を終了する。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）デジタルカメラ１００は、輝度色差分離空間（ＹＣＣ空間）における補正対象色を含む等色相面において、白色点Ｗｐおよび最大彩度点Ｃｐを通る第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１を取得する制御装置１０４と、補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルＬＵＴ２の入力値（階調補正パラメータyGainIn）を、補正対象色の輝度および、彩度または色差と第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１とに基づいて算出する制御装置１０４と、入力値をルックアップテーブルＬＵＴ２へ入力して補正値（階調補正ゲインyGain）を取得する制御装置１０４と、補正値に基づいて、補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方を補正する制御装置１０４と、を備える。これにより、出力色空間の色域形状に応じて補正対象色を補正することができるので、出力色空間の色域内にある色を色域外に補正してしまうことを防止することができる。

（２）上記（１）のデジタルカメラ１００において、補正対象色は、上記補正により、補正対象色を含む等色相面において黒色点Ｂｐと補正対象色点Ｔｐとを通る第３の直線Ｌ３に沿って輝度および彩度が変化するように補正されるように構成した。これにより、例えば赤や青などの輝度が低い高彩度色について暗く補正されることなく適切に階調を補正できる。

（３）上記（２）のデジタルカメラ１００において、制御装置１０４は、補正対象色の輝度および、色差または彩度と第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１とに基づいて、第３の直線Ｌ３を軸とする階調補正座標系における補正対象色点Ｔｐの座標値（階調補正パラメータyGainIn）を算出し、ルックアップテーブルＬＵＴ２の入力値とするように構成した。これにより、処理負荷をかけずに出力色空間の色域形状に応じて補正することができる。

（４）上記（３）のデジタルカメラ１００において、ルックアップテーブルＬＵＴ２が出力する補正値（階調補正ゲインyGain）は、補正前の輝度に対する補正後の輝度の比であり、制御装置１０４は、補正対象色の輝度および、色差または彩度の少なくとも一方のそれぞれに対して補正値を乗算することにより、補正対象色の輝度および、色差または彩度の少なくとも一方を補正するように構成した。これにより、用いるルックアップテーブルＬＵＴ２が１つでよいので、補正後の輝度および、色差または彩度の少なくとも一方をそれぞれ出力する複数のルックアップテーブルを用いる場合と比較して、メモリの容量を節約することができる。

（５）上記（４）のデジタルカメラ１００において、階調補正座標系では、第１の直線Ｌ１と第３の直線Ｌ３との交点Ｐ_３１の座標値が基準値（１）であり、且つ黒色点Ｂｐから交点Ｐ_３１に向かう方向に座標値が大きくなり、ルックアップテーブルＬＵＴ２では、入力値が基準値（１）以下である場合には、入力値（Input）に補正値（yGain）を乗算した値（Output）が基準値（１）以下となるように、入力値と補正値とが対応付けられているように構成した。これにより、出力色空間の色域内にある色を色域内で補正することができる。

（６）上記（１）〜（５）のデジタルカメラ１００において、少なくとも３色相以上の色相における第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１を記憶するメモリをさらに備え、制御装置１０４は、メモリに記憶された第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１からの補間により、補正対象色の色相における第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１を取得するように構成した。このように、少なくとも３色相における第１の直線の傾きｐｄｙ１を記憶すればよいので、多数の色相における第１の直線の傾きｐｄｙ１を記憶する場合と比較してメモリの容量を節約することができる。

（７）デジタルカメラ１００は、輝度色差分離空間（ＹＣＣ空間）における補正対象色を含む等色相面において、白色点Ｗｐおよび最大彩度点Ｃｐを通る第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１と、黒色点Ｂｐおよび最大彩度点Ｗｐを通る第２の直線Ｌ２の傾きｐｄｙ２とを取得する制御装置１０４と、補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルＬＵＴ３の入力値（彩度補正パラメータcGainIn）を、補正対象色の輝度および、彩度または色差と第２の直線Ｌ２の傾きｐｄｙ２とに基づいて算出する制御装置１０４と、入力値cGainInをルックアップテーブルＬＵＴ３へ入力して補正値（彩度補正ゲインcGain）を取得する制御装置１０４と、補正値cGainと第１の直線の傾きｐｄｙ１とに基づいて、補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方を補正する制御装置１０４と、を備える。これにより、出力色空間の色域形状に応じて補正対象色を補正することができるので、出力色空間の色域内にある色を色域外に補正してしまうことを防止することができる。

（８）上記（７）のデジタルカメラ１００において、補正対象色は、上記補正により、補正対象色を含む等色相面において補正対象色点Ｔｐを通り且つ第１の直線Ｌ１と平行である第４の直線Ｌ４に沿って輝度および彩度が変化するように補正されるように構成した。これにより、出力色空間の色域内にある色を色域外に補正することなく、彩度補正を行うことができる。

（９）上記（８）のデジタルカメラ１００において、制御装置１０４は、補正対象色の輝度および、彩度または色差と第２の直線の傾きｐｄｙ２とに基づいて、第４の直線Ｌ４を軸とする彩度補正座標系における補正対象色点Ｔｐの座標値を算出し、ルックアップテーブルＬＵＴ３の入力値とするように構成した。これにより、処理負荷をかけずに出力色空間の色域形状に応じて補正することができる。

（１０）上記（９）のデジタルカメラ１００において、ルックアップテーブルＬＵＴ３が出力する補正値（彩度補正ゲインcGain）は、補正前の彩度に対する補正後の彩度の比であり、制御装置１０４は、補正対象色の彩度または色差の少なくとも一方に対して補正値cGainを乗算することにより補正対象色の彩度または色差の少なくとも一方を補正し、補正値cGainと第１の直線の傾きｐｄｙ１とに基づいて補正対象色の輝度を補正するように構成した。これにより、用いるルックアップテーブルＬＵＴ３が１つでよいので、補正後の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方をそれぞれ出力する複数のルックアップテーブルを用いる場合と比較して、メモリの容量を節約することができる。

（１１）上記（１０）のデジタルカメラ１００において、彩度補正座標系では、第２の直線Ｌ２と第４の直線Ｌ４との交点Ｐ_４２の座標値が基準値（１）であり、且つ黒色点Ｂｐおよび白色点Ｗｐを通る第５の直線（輝度軸）と第４の直線Ｌ４との交点_４Ｙから、第２の直線Ｌ２と第４の直線Ｌ４との交点Ｐ_４２へ向かう方向に座標値が大きくなり、ルックアップテーブルＬＵＴ３では、入力値が基準値（１）以下である場合には、入力値（input）に補正値cGainを乗算した値（output）が基準値（１）以下となるように、入力値と補正値とが対応付けられているように構成した。これにより、出力色空間の色域内にある色を色域内で補正することができる。

（１２）上記（７）〜（１１）のデジタルカメラ１００において、少なくとも３色相以上の色相における第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１と第２の直線Ｌ２の傾きｐｄｙ２とを記憶するメモリをさらに備え、制御装置１０４は、メモリに記憶された第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１および第２の直線Ｌ２の傾きｐｄｙ２からの補間により、補正対象色の色相における第１の直線Ｌ１の傾きｐｄｙ１および第２の直線Ｌ２の傾きｐｄｙ２を取得するように構成した。このように、少なくとも３色相における第１および第２直線の傾きｐｄｙ１およびｐｄｙ２を記憶すればよいので、多数の色相における第１および第２の直線の傾きｐｄｙ１およびｐｄｙ２を記憶する場合と比較してメモリの容量を節約することができる。

（変形例１）
上述した実施の形態では、出力色空間としてｓＲＧＢ空間を用いる例について説明した。しかしながら、出力色空間として、ＡｄｏｂｅＲＧＢやその他の多原色色空間を用いるようにしてもよい。

（変形例２）
上述した実施の形態では、階調補正および彩度補正を行う色空間としてＹＣＣ空間を用いる例について説明した。しかしながら、階調補正および彩度補正を行う色空間として、ＣＩＥＬＡＢ空間やＨＳＶ空間など、その他の輝度色差（彩度）分離空間を用いるようにしてもよい。

（変形例３）
上述した実施の形態の画像処理では、上記階調補正および上記彩度補正を両方実行する例について説明したが、上記階調補正または上記彩度補正のいずれかを実行するようにしてもよい。

（変形例４）
上述した実施の形態では、デジタルカメラ１００に画像処理装置を搭載する例を説明したが、画像処理装置をパーソナルコンピュータによって構成するようにしてもよい。また図８に示すパーソナルコンピュータ２００に図５に例示したフローチャートの処理を行うプログラムを実行させることにより、画像処理装置を構成してもよい。プログラムをパーソナルコンピュータ２００に取込んで使用する場合には、パーソナルコンピュータ２００のデータストレージ装置にプログラムをローディングした上で、当該プログラムを実行させることによって画像処理装置として使用する。

パーソナルコンピュータ２００に対するプログラムのローディングは、プログラムを格納したＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体２０１をパーソナルコンピュータ２００にセットして行ってもよいし、ネットワークなどの通信回線２０２を経由する方法でパーソナルコンピュータ２００へローディングしてもよい。通信回線２０２を経由する場合は、通信回線２０２に接続されたサーバー（コンピュータ）２０３のハードディスク装置２０４などにプログラムを格納しておく。プログラムは、記憶媒体２０１や通信回線２０２を介する提供など、種々の形態のコンピュータプログラム製品として供給することができる。

なお、パーソナルコンピュータ２００が処理対象として入力する（ステップＳ１）ＲＧＢ画像は、いわゆるＲＡＷデータ（すなわち、撮像素子１０２の受光光量に対して線形階調のＲＧＢ画像）である。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。また、上記実施形態に各変形例の構成を適宜組み合わせてもかまわない。

１００…デジタルカメラ、１０１…操作部材、１０２…撮像レンズ、１０３…撮像素子、１０４…制御装置、１０５…メモリカードスロット、１０６…モニタ

Claims (17)

1. 輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きを取得する傾き取得手段と、
   前記補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差と前記第１の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出手段と、
   前記入力値を前記ルックアップテーブルへ入力して前記補正値を取得する補正値取得手段と、
   前記補正値に基づいて、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 請求項１に記載の画像処理装置において、
   前記補正対象色は、前記補正により、前記補正対象色を含む等色相面において黒色点と前記補正対象色点とを通る第３の直線に沿って輝度および彩度が変化するように補正されることを特徴とする画像処理装置。
3. 請求項２に記載の画像処理装置において、
   前記入力値算出手段は、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差と前記第１の直線の傾きとに基づいて、前記第３の直線を軸とする補正座標系における前記補正対象色点の座標値を算出し、当該座標値を、前記ルックアップテーブルの入力値とすることを特徴とする画像処理装置。
4. 請求項３に記載の画像処理装置において、
   前記ルックアップテーブルが出力する前記補正値は、前記補正前の輝度に対する前記補正後の輝度の比であり、
   前記補正手段は、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方のそれぞれに対して前記補正値を乗算することにより、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方を補正することを特徴とする画像処理装置。
5. 請求項４に記載の画像処理装置において、
   前記補正座標系では、前記第１の直線と前記第３の直線との交点の座標値が基準値であり、且つ前記黒色点から前記交点に向かう方向に座標値が大きくなり、
   前記ルックアップテーブルでは、前記入力値が前記基準値以下である場合には、前記入力値に前記補正値を乗算した値が前記基準値以下となるように、前記入力値と前記補正値とが対応付けられていることを特徴とする画像処理装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像処理装置において、
   少なくとも３色相以上の色相における第１の直線の傾きを記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記傾き取得手段は、前記記憶手段に記憶された第１の直線の傾きからの補間により、前記補正対象色の色相における第１の直線の傾きを取得することを特徴とする画像処理装置。
7. 輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きと、黒色点および前記最大彩度点を通る第２の直線の傾きとを取得する傾き取得手段と、
   前記補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差と前記第２の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出手段と、
   前記入力値を前記ルックアップテーブルへ入力して前記補正値を取得する補正値取得手段と、
   前記補正値と前記第１の直線の傾きとに基づいて、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
8. 請求項７に記載の画像処理装置において、
   前記補正対象色は、前記補正により、前記補正対象色を含む等色相面において前記補正対象色点を通り且つ前記第１の直線と平行である第４の直線に沿って輝度および彩度が変化するように補正されることを特徴とする画像処理装置。
9. 請求項８に記載の画像処理装置において、
   前記入力値算出手段は、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差と前記第２の直線の傾きとに基づいて、前記第４の直線を軸とする補正座標系における前記補正対象色点の座標値を算出し、当該座標値を前記ルックアップテーブルの入力値とすることを特徴とする画像処理装置。
10. 請求項９に記載の画像処理装置において、
    前記ルックアップテーブルが出力する前記補正値は、前記補正前の彩度に対する前記補正後の彩度の比であり、
    前記補正手段は、前記補正対象色の彩度または色差の少なくとも一方に対して前記補正値を乗算することにより前記補正対象色の彩度または色差の少なくとも一方を補正し、前記補正値と前記第１の直線の傾きとに基づいて前記補正対象色の輝度を補正することを特徴とする画像処理装置。
11. 請求項１０に記載の画像処理装置において、
    前記補正座標系では、前記第２の直線と前記第４の直線との交点の座標値が基準値であり、且つ前記黒色点および前記白色点を通る第５の直線と前記第４の直線との交点から、前記第２の直線と前記第４の直線との交点へ向かう方向に座標値が大きくなり、
    前記ルックアップテーブルでは、前記入力値が前記基準値以下である場合には、前記入力値に前記補正値を乗算した値が前記基準値以下となるように、前記入力値と前記補正値とが対応付けられていることを特徴とする画像処理装置。
12. 請求項７〜１１のいずれか１項に記載の画像処理装置において、
    少なくとも３色相以上の色相における第１の直線の傾きと第２の直線の傾きとを記憶する記憶手段をさらに備え、
    前記傾き取得手段は、前記記憶手段に記憶された第１の直線の傾きおよび第２の直線の傾きからの補間により、前記補正対象色の色相における第１の直線の傾きおよび第２の直線の傾きを取得することを特徴とする画像処理装置。
13. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像処理装置と、
    請求項７〜１２のいずれか一項に記載の画像処理装置と、
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
14. 被写体像を撮像する撮像手段と、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の画像処理装置と、
    を備え、
    前記画像処理装置は、前記撮像手段により撮像された画像に対して前記補正処理を行うことを特徴とするデジタルカメラ。
15. コンピュータを、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の画像処理装置として機能させることを特徴とする画像処理プログラム。
16. 輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きを取得する傾き取得工程と、
    前記補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差と前記第１の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出工程と、
    前記入力値を前記ルックアップテーブルへ入力して前記補正値を取得する補正値取得工程と、
    前記補正値に基づいて、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方を補正する補正工程と、
    を有することを特徴とする画像処理方法。
17. 輝度色差分離空間における補正対象色を含む等色相面において、白色点および最大彩度点を通る第１の直線の傾きと、黒色点および前記最大彩度点を通る第２の直線の傾きとを取得する傾き取得工程と、
    前記補正対象色の輝度および彩度を補正するための補正値を出力するルックアップテーブルの入力値を、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差と前記第２の直線の傾きとに基づいて算出する入力値算出工程と、
    前記入力値を前記ルックアップテーブルへ入力して前記補正値を取得する補正値取得工程と、
    前記補正値と前記第１の直線の傾きとに基づいて、前記補正対象色の輝度および、彩度または色差の少なくとも一方を補正する補正工程と、
    を有することを特徴とする画像処理方法。

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