JPH11505357A - ピクセルレベルの明度調整のための装置および方法 - Google Patents
ピクセルレベルの明度調整のための装置および方法Info
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Abstract
(57)【要約】
高解像度画像のピクセルの輝度IMHIを調整するための方法は,8×8ブロックのようなスーパーピクセルにピクセルをグループ分けすることにより原主題の低解像度画像を形成する。低解像度輝度補正値δLOが,スーパーピクセルの輝度をあらかじめ定められた暗しきい値TDと予め定められた明しきい値TBの双方と比較することにより各スーパーピクセルに対して決定される。前記低解像度輝度補正値δLOを修正して,スーパーピクセルのアイラインドの形成と各アイランド中のスーパーピクセル間でδLOを円滑にすることにより各スーパーピクセルに対してδ’LOを生成する。最終的に,高解像輝度補正値δLOが,δHIがピクセル輝度IMHIと低解像度輝度補正値δLOの双方の函数として一連の数学的コンピュータ処理により生成されるようにしながら,輝度IMHIをTDとTBの双方に比較することにより原主題の高解像画像のピクセルに対して計算される。原画像の各ピクセルは対応する高解像度輝度補正値δHIにより調整され,輝度調整画像が再現される。
Description
【発明の詳細な説明】
ピクセルレベルの明度調整のための装置および方法
発明の分野
本発明は,一般的に写真画像の質を増大させるための方法と装置に関するもの
であり,より詳しくは,ピクセルレベルの明度調整によりデジタル画像を向上す
ることに関するものである。
発明の背景
画像を得ようとするものは誰でも,原主題もしくは情景,あるいは原主題もし
くは情景の少なくとも最も重要であると考えられる状態を忠実に再現する永久記
録を持ちたいと考える。再現の質はハードコピーを原情景と視覚的に比較するこ
とにより判定される。この判定をするにあたって,観察者はハードコピーの様々
な点の明るさを原情景の対応する点の明るさと部分的に比較し,そして再現性の
質について主観的意見を形づくる。題材の正確なトーンの再現は,ハードコピー
の各点の明るさが原情景の対応する点の明るさのトーンに等しいことを必要とす
る。しかし,技術に熟知した者が良く知るように,題材の正確なトーンの再現を
達成するのは非常に困難なことであり,容易なことでない。というのは,プリン
タからのハードコピー媒体,および他の装置(電子カメラ,スキャナー,モニタ
ー等のような)からのメディアは概して原画が作られた明るさレベル以下の明る
さレベルで観測されるからである。即ち,原写真は通常,原情景のそれの約1/
100以下である。また,大部分のハードコピーもしくは電子メディアは,通常
自然に存在するトーンの範囲を捉える性能に限界がある。それにもかかわらず,
媒質上で感知できる画像の明るさが原情報の明るさに類似して現れるなら,主題
のトーンの満足な再現が部分的には得られる。
先の条件が満足されることを保証することは,部分的に,情景の輝度範囲を媒
質のトーンスケールに正確にマッチングさせること,強調されるべき特定の情景
の性質,全体的な情景の照明条件,および媒質再現特性を考慮に入れること。情
景の輝度範囲を媒質のトーンスケールに合わせる問題はジェームス・アール・ロ
イアック(James R.Boyack)及びアンドリュー.ケー.ジエンガ
ー(Andrew K.Juenger)により1995年3月31日に出願さ
れた米国特許出願第08/414,750号の情景解析方法で述べられている。
特に,画像がブロックに分割され,そしてある複数のブロックは区画に結合され
る。平均輝度ブロック値は各ブロックに対して決定され,そして各区画について
,最大および最小平均輝度ブロック値の間の差が決定される。もし,差が予め定
められたしきい値を越えるなら,その区画はアクティブ区画と呼ばれ,平均輝度
区画値が最大および最小平均輝度ブロック値から求められる。画像の全てのアク
ティブ区画は平均輝度区画値に対してヒストグラムにプロットされ,それから,
ヒストグラムは,対象の平均輝度区画値が目的のアプリケーションのトーン再現
性能に対応する目的のウィンドーの中に落ちるようにある決められた規範により
シフトされる。情景解析の結果は大きいスケールの輝度調整により画像の明るさ
の全体的バランスをとることができる。
典型的な静止画像のある領域は,情景解析に従う輝度調整を必要とする。これ
らの調整はディテールのロスおよび続く画像品質の低下を防ぐために画像におい
て対象の特徴的な領域をハイライトして強調する。例えば,明領域に近接して大
きく濃淡を付けられた領域をもつ情景は,暗もしくは明領域の一方もしくは双方
の画像品質の低下なしに現像もしくは表示することが困難である。このタイプの
輝度調整は,1993年8月10日にミユニイ・ウオーバ(Munib Wob
er)に発行された米国特許第5,235,434号に記載されている。
その米国特許第5,235,434号の方法は画像補償ステージに関する第1
のパスを含み,画像は複数のピクセル群に分割され,各群はスーパーピクセルと
称される。各スーパーピクセルは個々に処理され,全てが予め定められた暗もし
くは明しきい値を越えるものの集りであるスーパーピクセルの大きいグループ(
例えば領域)の部分であるかどうかが決められる。各スーパーピクセルは,与え
られたスーパーピクセルの中にある全てのピクセルに対するSIZE値とAVE
RAGE輝度値が与えられる。
画像補償ステージの第2パスにおいて,スーパーピクセルの各領域に対する輝
度調整量は,対応するSIZEとAVERAGE値の双方に関係して決定される
。
小および中間領域に対して,スーパーピクセルの境界に沿って人工物の発生する
のを防ぐために円滑函数が適用される。
さらに,輝度調整は,ピクセルレベルにおいてもときに必要である。かくして
,本発明は,大きい領域の輝度平均に依存しないデジタル画像のピクセルレベル
輝度調整に対する改良された装置および方法に向けられる。これと他の目的は,
以下の記載,図面および特許請求の範囲から見て明らかになる。
発明の要約
高解像度画像におけるピクセルの輝度IMHIを調整するための方法は,8×8
ブロックのようなスーパーピクセルにピクセルをグループ分けすることにより原
情景の低解像度画像をまず形成する。低解像度輝度補正値δLOは,予め定められ
た暗しきい値TDおよびあらかじめ定められた明しきい値TBの双方にスーパーピ
クセルの輝度を比較することにより各スーパーピクセルに対して決定される。低
解像度ルミネッセンス補正値δLOはスーパーピクセルのアイランドを形成し,そ
して各アイランド中のスーパーピクセル間でδLOを円滑化することによりスーパ
ーピクセルに対してδ’LOを生成するように修正される。最終的に,原高解像度
画像の各ピクセルについて、高解像度輝度補正値δHIが各ピクセルの輝度IMHI
をTD,TBの両者と比較することにより得られる。ここで、δHIはピクセル輝度
IMHIと低解像度輝度補正値δLOとの関数として、一連の数学的演算により得ら
れることを銘記すべきである。原画像の各ピクセルは、対応する高解像度輝度補
正値δHIにより調整され、それにより輝度調整された画像が生成される。
図面の簡単な説明
第1図は,本発明に従うピクセルレベル輝度調整のための装置を含む情景のデ
ジタル画像データを圧縮するためのシステムのブロック図である。
第2図は,ピクセルレベル輝度調整のための本発明の方法のブロック図である
。
第3図は,ある与えられた暗しきい値TDより低い輝度値をもつスーパーピク
セルを明るくするための第2図の方法のブロック100の部分のフロー図である
。
第4図は,ある与えられた明しきい値TBより高い輝度値をもつスーパーピク
セルを暗くするための第2図の方法のブロック100の部分のフロー図である。
第5A図〜第5E図は,1から5のSIZE(i,j)値に対応する異なる大
きさのスーパーピクセルを示す。
第6図は第2図の方法のブロック200のフロー図である。
第7A図は画像のSIZEI値(i,j)を示す図である。
第7B図は画像のDOMAIN値(i,j)を示す図である。
第8図は第2図の方法のブロック300のフロー図である。
第9図は,高解像度ピクセル輝度IMHI(m,n)が暗しきい値TDより大き
くかつ明しきい値TBより小さい時に生じるブロック330の中のステップのフ
ロー図である。
第10図は,高解像度ピクセルに対してAVGBとAVGDのレベルをセットす
るためのブロック360の中のステップのフロー図である。
第11図は,ピクセルの輝度IMHI(m,n)が暗しきい値TDより小さい時
に高解像度ピクセルを明るくするためのブロック340の中のステップのフロー
図である。
第12図は,ピクセルの輝度IMHI(m,n)が明しきい値TBより大きい時
に高解像度ピクセルを暗くするためのブロック340の中のステップのフロー図
である。
望ましい実施例の詳細な説明
1.ピクセルレベル輝度調整のシステム
第1図は,画像12をとりこみし,後で表示するためにその画像を圧縮し記憶
して,その記憶された画像を復号して,原画像表示するシステム10の望ましい
1実施例である。図において,画像12は図示のように周囲光(矢印16)によ
り照明されて地面に影を映す木14を含む。対象20は影18の中にある。図示
の画像12は大きいダイナミックレンジをもつ。対象20は部分的にもしくは完
全に影18の中にあって,もし本発明がなければ,いくつかの情報は通常失われ
る。対象20は明領域(図示せず)にあっても良く,そして発明の原理は,後に
説明されるように対象を可視にするのにも同様に適用できることが理解されるで
あろう。
画像12はCCDカメラ22のような入力装置によりとりこまれる,そして画
像処理装置もしくは圧縮段階24により処理される。カメラ22はデジタル画像
信号を生成する圧縮段階24のアナログ−デジタルコンバータ26に直接接続さ
れる。記憶装置28はデータを受信して記憶し,そして中央処理装置30は画像
信号を記憶装置28にクロックし,かつ他の装置の動作を制御する。
記憶画像データはデジタル情報を一連の係数に変換するDCT32離散コサイ
ン変換器に供給される。変換されたデータは,それ以後,良い画像品質に比較的
重要でないと考えられるある種の高周波係数を除去する視感度マトリックスフィ
ルタ34に結合される。例えば,人の目にすぐに感じられないような,高周波カ
ラー情報がフィルターで取り除かれて,情報が後の処理のために単純化される。
変換されてフィルターされたデジタルデータは,その後,離散的な有効レベルの
ある与えられた範囲にデジタルデータの選択されたレベルを収める量子化装置3
6で量子化される。量子化データは,それから公知の符号化技術により量子化デ
ータを圧縮するハフマンコード化装置により符号化される。もし必要なら,ハフ
マンコード化装置以外の符号化アルゴリスムが使用できることが理解されるべき
である。符号化された情報は,それからスタティックRAM(SRAM)40の
ような記憶装置に記憶される。
もし,望まれるなら,後の時点で,SRAM40の情報は,適当な伝送路43
により画像処理装置もしくは伸張段階42に与えられる。ここに,ハフマン復合
化装置44は逆量子化装置46に結合されるデータを復合する。本発明に従って
,記憶装置48に記憶されるデータは,画像補償段階50に結合される。画像補
償段階50は電気的に影18の中にある画像12の各ピクセルの明るさを選択的
に調整するように本発明の方法に従ったデータを処理し,それにより画像を増強
し,失われた情報を取り戻す。補償されたデータは逆DCT手段52によりデジ
タルデータに変換される。デジタルデータは,表示装置56に結合されるデジタ
ル−アナログコンバータ54によりアナログ信号に変換される。原画像12の修
正された画像は,増強されて表示装置54において,木16’および影18’と
共に,増強され明瞭に見える対象20’を含む画像12’として再生される。圧
縮段階42のCPU58は図示のように各種装置を制御し,後述の如くデータを
処理する。
第1図に図示される全システム10は,計算量を減らして画像12を選択的に
調整する処理をスピードアップするように設計された処理技術を使用する。画像
圧縮段階50において,各ブロックのピクセルは,DCT32により変換されて
一連の係数の形態の情報となる。本発明で使用される技術に従えば,DCT領域
の各ブロックのピクセルの第1係数は,DC(直流)値として表わされ,ピクセ
ルの近似的明るさレベルを表わす。データが伸張されるとき,同様のフォーマッ
トに記憶される。もし,DC値が暗しきい値TDと明しきい値TBとにより定義さ
れるような明るさの許容レベル内にあるなら,そのブロックのピクセルの輝度レ
ベルは修正されない。ある条件下で,もし,DC値が明レベルの許容範囲外にあ
るなら,ピクセルは輝度情報を引き出すように修正される。本発明に従えば,記
憶装置48に記憶されているピクセルの各ブロックに対してDCT領域において
DC値(すなわち,輝度値)をδLOだけ修正もしくは選択的に変更するアルゴリ
スムもしくは処理が使用される。
画像補償段階50は,圧縮段階24において,視感度マトリックスフィルタ3
4と量子化装置36との間もしくは直接にA/Dコンバータ26の後に接続して
も有効に使用できることを理解するべきである。これは,特に,画像圧縮能力を
持たない複数の受信器にTV画像のような修正された画像を形成して送信するこ
とが望まれるような場合に有効である。
修正された画像は伸張段階42においてさらに画像調整を必要とすることなく
簡単に伸張される。
2.ピクセルレベル輝度調整の方法
本発明のピクセルレベル輝度調整方法は,第2図に示されるように3つの部分
から構成されると考えられる。第1の部分100は,パラメータSIZE(i,
j)とδLOを決定する。SIZE(i,j)は輝度S0(i,j)を持つ特定の
スーパーピクセルをテストするのに使用されるスーパーピクセルの領域のサイズ
を決定する整数値であり,それは必要な輝度調整量を評価するのに考慮される。
スーパーピクセルの低解像度輝度値IMLO(i,j)とスーパーピクセルの低解
像度輝度補正値δLOはそれぞれ米国特許第5,235,434号で計算される値
S0(i,j)とAVERAGE(i,j)に等しい。低解像度輝度補正値δLO
は,各スーパーピクセルについて計算され,そのスーパーピクセル内の各低解像
度ピクセルに適用される。本発明の輝度調整方法の第2の部分は,輝度調整を必
要とするピクセルのアイランドを生成し,生成されたアイランドに基づいて修正
された低解像度輝度補正値δ’LOを決定する。本発明の輝度調整方法の第3の部
分は,高解像度輝度補正値δHIを計算し,高解像度画像IMHIの各ピクセルに対
する輝度値にそれを加算して高解像度輝度調整された画像IM’HIを生成する。
第1部分,ブロック100の詳細ステップは,スーパーピクセル輝度S0(i
,j)と暗しきい値TDと比較することによりS1(i,j)を決定するための
第3図に示され3ステップと,スーパーピクセル輝度S0(i,j)と明しきい
値TBを比較することによりS1(i,j)を決定するための第4図に示される
ステップを含む。いいかえると,低解像度画像IMLOのS0(i,j)は,スー
パーピクセルが暗すぎて明るくすることが必要とされるかどうかをテストする第
3図のステップと,スーパーピクセルが明るすぎて暗くする必要があるかどうか
をテストする第4図のステップとの両者を通じてテストする必要がある。
方程式(1)は,対象とするスーパーピクセルの輝度レベルが許容可能な範囲に
あるかどうかを決定するのに有効である。S0(i,j)は,X行,とY列を含
む低解像度画像のi行,j列に,(0≦i<X,0≦j<Yi,j,XおよびY
は整数)の対象スーパーピクセルの輝度として定義される。方程式(1)において
定義されようにS1(i,j)は,スーパーピクセルの輝度S0(i,j)があ
る決められた輝度しきい値より大きいか,等しいか,小さいかどうかの指標であ
る。
方程式(1)で有用な第1のしきい値は,ある与えられたスーパーピクセルに対
して許容可能な最小輝度として定義される暗しきい値TDである。方程式(1)の他
の有用なしきい値は,ある与えられたスーパーピクセルに対して許容できる最大
輝度として定義される明しきい値TBである。任意のスーパーピクセルの輝度値
が暗しきい値TD以下である時,そのスーパーピクセルの輝度は暗しきい値TDの
方向に向かって引き上げられる。同様に,任意のスーパーピクセルの輝度値が明
しきい値TBより大きい時,スーパーピクセルの輝度値は明しきい値TB
に向かって引き下げられる。値S1(i,j)は負,正もしくは0として定義さ
れる。もし,輝度S0(i,j)が暗しきい値TDに比較され,その時,S1(
i,j)の正の値はスーパーピクセルの輝度が暗しきい値TD以下であり,S0
(i,j)は引き上げられなければならないことを意味する。もし,輝度S0(
i,j)が明しきい値TBに比較され,その時,S1(i,j)の負の値はスー
パーピクセルの輝度が明しきい値TBより上にあり,S0(i,j)を引き下げ
ねばならないことを意味する。
第2図のブロック100は第1に,第3図のステップに従って対象のスーパー
ピクセルを明るくすることを必要とするかどうかを決定する。もし,S1(i,
j)がゼロより小さいか,あるいは等しければ,その時,スーパーピクセルの輝
度S0(i,j)は,ある定められた暗しきい値TDより大きいか,あるいは等
しく,そのスーパーピクセルに対してルミネッセンス調整は必要でない。低解像
度輝度補正値δLOとSIZE(i,j)はともにブロック132においてゼロに
等しくセットされる。しかし,もしS1(i,j)がブロック120においてゼ
ロより大きければ,その時輝度S0(i,j)は暗しきい値TDより低く,スー
パーピクセルは明るくしなければならない。この時点で,どの程度の明るさが必
要であるかを決定する必要である。これは,そのスーパーピクセルの回りの領域
を大きくする,すなわち,対象のスーパーピクセルを囲むピクセルの検索の半径
を大きくして,ブロック122,124,126,128において、回りの低解
像度ピクセルの各々を暗しきい値TDについて個々にテストすることによりなさ
れる。スーパーピクセルに対する平均低解像度輝度補正値δLOは,ブロック13
4,136,138,140において,回りの全ての低解像度ピクセルの輝度を
平均することによって決められる。
ブロック122は,第5B図に示されるように3×3グループの全低解像度ピ
クセルに対してゼロより大きいかどうかを確かめる。もし,ブロック122にお
いて第5B図の低解像度ピクセルについて一つでも否であれば,ブロック134
において,SIZE(i,j)は1に等しくセットされ,低解像度輝度補正値δLO
はS1(i,j)に等しくセットされる。もしブロック122において第5B
図の全低解像度ピクセルについて真であれば,ブロック124において,回り
の低解像度ピクセルの大きいグループについてテストされる。もし,ブロック1
24において第5C図のピクセルについて一つでも否であれば,その時ブロック
136においてSIZE(i,j)を2に等しくセットし,そして低解像度輝度
補正値δLOは方程式(2)に従って3×3領域内で全低解像度ピクセルの値の1/
9に等しい値にセットする。
もし,ブロック124において第5C図の全ピクセルに対して真であれば,ブ
ロック126においてさらに大きい回りの低解像度ピクセルのグループについて
テストする。もし,ブロック126において,第5D図の低解像度ピクセルにつ
いて1つでも否であれば,ブロック138においてSIZE(i,j)を3に等
しくセットし,低解像度輝度補正値δLOは方程式(3)に従って5×5領域の全低
解像度ピクセルの平均値に等しい値にセットされる。
もし,ブロック126において,第5D図の全ピクセルに対して真であれば,
ブロック128において,更に大きい回りの低解像度ピクセルのグループについ
てテストする。もし,ブロック128において,第5E図の低解像度ピクセルの
1つでも否であれば,ブロック140においてSIZE(i,j)を4に等しく
セットし,低解像度輝度補正値δLOは方程式(4)に従って,7×7の領域の全低
解像度ピクセルの平均値に等しい値にセットされる。
もし,ブロック128において第5E図の全低解像度ピクセルについて真であ
れば,ブロック130においてはSIZE(i,j)を5に等しくセットし,そ
して,方程式(5)に示される9×9の全低解像度ピクセルの平均値に等しい値に
低解像輝度補正値δLOをセットする。
ブロック132,134,136,138および140の出力は,方程式(6)
で与えられるような円滑化函数を生成するブロック142に供給される。
輝度S0(i,j)は,次の式で与えられるように円滑化函数に従って調整さ
れる。
S0(i,j)=S0(i,j)+{SMOOTH(k)*δLO(i,j)}
スーパーピクセルが暗すぎ,そして,明るくされる必要があるかどうかが決定
され(第3図に対応して上記で説明したように)ると,その次に,スーパーピク
セルが明るすぎて暗くする必要があるかどうかを決定しなければならない。これ
は,第4図のフロー図に従ってなされる。ブロック150において,もしS1(
i,j)がゼロより大きいか等しければ,その時スーパーピクセル輝度S0(i
,j)はある定められた明るさのしきい値TBより大きいか等しく,輝度調整は
そのスーパーピクセルに対して必要でない。低解像度輝度補正δLOとSIZE(
i,j)はともにブロック162においてゼロに等しい。しかし,もし,S1(
i,j)がブロック150においてゼロより小さければ,その時輝度S0(i,
j)は明しきい値TBより大きく,スーパーピクセルは暗くされねばならない。
このときは,どの程度に暗くする必要があるかを対象のスーパーピクセルに対し
て決定する。これは,対象のスーパーピクセルを囲むピクセルのサーチ半径を大
きくすることによりスーパーピクセルを囲む近領域のサイズを大きくし,それか
らブロック152,154,156と158において,周囲の各低解像度ピクセ
ルを個々に明しきい値TSについて判定することによりなされる。対象のスーパ
ーピクセルに対するブロック164,166,168,170と160における
平均低解像度輝度補正値δLOはスーパーピクセルの全低解像度ピクセルの
輝度を平均することにより決定される。
ブロック152は,第5B図において示されるように3×3グループの全低解
像度ピクセルに対してゼロより小さい。もし,ブロック152がこれらのピクセ
ルの一つでも偽であれば,その時,SIZE(i,j)は−1に等しくセットさ
れ,そして低解像度輝度補正値δLOはブロック164でS1(i,j)に等しく
セットされる。もし,ブロック152が第5B図の全低解像度ピクセルについて
真であれば,大きい領域の周辺低解像度ピクセルについてブロック154を判定
する。ブロック154は,第5C図の25の全低解像度ピクセルに対してS1が
ゼロより小さいかを判定する。もし,ブロック154が第5C図の全低解像度ピ
クセルの1つでも偽であれば,その時ブロック166は−2に等しくSIZE(
i,j)をセットし,そして低解像度輝度補正値δLOを,方程式(2)に従って3
×3領域の中の全低解像度ピクセルの値の1/9に等しくセットする。
もし,ブロック154が第5C図の全低解像度ピクセルに対して真であれば,
その時,低解像度ピクセルを囲む大きいグループはブロック156で判定される
。もし,ブロック156が第5D図の低解像度ピクセルの一つでも偽であれば,
その時,ブロック168はSIZE(i,j)を−3に等しくセットし,そして
低解像度輝度補正値δLOを方程式(3)に従って全5×5の低解像度ピクセルの平
均値に等しくセットする。もしブロック156が第5D図の全ピクセルに対して
真であれば,その時,低解像度ピクセルを囲む大きいグループはブロック158
で判定される。ブロック158は第5図Eの低解像度ピクセルのひとつでも偽で
あれば,その時ブロック170はSIZE(i,j)を−4に等しくセットし,
そして低解像度輝度補正値δLOは方程式(4)に従って7×7の低解像度のピクセ
ルの平均値に等しくセットする。もし,ブロック158が第5E図の全ピクセル
に対して真であれば,その時,ブロック160はSIZE(i,j)を−5に等
しくセットし,そして方程式(5)で示されるように9×9の全低解像度ピクセル
の平均値に等しくセットする。
ブロック162,164,166,168と170への出力は全て方程式(6)
で与えられるような円滑化函数を生成するブロック173に供給される。輝度S
0(i,j)はその時
S0(i,j)=S0(i,j)+SMOOTH(k)*δLO(i,j)を満
足ようにブロック172で調整される。
第6図で示される本発明の輝度調整方法の第2の部分200は,修正された低
解像度輝度補正値δ’LOを決定するのと同様に全てが輝度調整を要求する隣接領
域のアイランドを生成する。第1に,SIZE(i,j)はブロック202の各
領域に対して2進化される。例えば,DOMAIN(i,j)には次のルールに
従って0もしくは1に等しい値が与えられる,すなわち,もしSIZE(i,j
)=0であば,その時DOMAIN(i,j)は0に等しく,もしSIZE(i
,j)≠0であれば,DOMAIN(i,j)は1に等しくされる。言い換える
と,DOMAIN(i,j)は輝度補正を必要とするスーパーピクセルのロケー
ションにおいて1にセットされる。この例は第7A図と第7B図に示される。第
7A図は画像のスーパーピクセルに対するSIZE値を示し,そして第7B図は
スーパーピクセルに対して対応するDOMAIN値を示す。例えば,第7A図は
領域704の1要素に対して値SIZE=−3を示す。第7B図のブロック70
4の対応する要素は値DOMAIN=1を持つ。というのは上記の規則に従って
,SIZE≠0であるからである。第7A図の領域704の他の要素は値SIZ
E=−2を持ち,そして再び,上記のルールに従って,SIZE≠0で第7B図
のブロック704の対応する要素は値DOMAIN=1を持つ。第7A図の各ス
ーパーピクセルに対するSIZEの2進化の結果は第7B図のスーパーピクセル
DOMAIN値として示される。
ブロック208は例えば,DOMAIN(i,j)=1である隣接領域のアイ
ランドを生成して番号付け,即ちラベルする。もし,アイランドのあらゆる要素
が1もしくはそれ以上のアイランドの他要素に接続されるならば,それらのスー
パーピクセルの集合はアイランドを形成する。第7B図は,各アイランドがある
数でラベルされる3つのアイランド(この場合,702,704と706)の場
合を例として示す。第7B図のISLANDUM706は4つの隣接要素即ちス
ーパーピクセルのアイランドである。ISLANDUM704は2つの隣接スー
パーピクセルのアイランドである。ISLANDUM704は二つのスーパーピ
クセルのアイランドである。そして,ISLANDUM702は一つのスーパー
ピクセルのアイランドである。
各アイランドを生成してラベルを付けした後,ブロック210は2つのラベル
付けされたパラメータISLANSIZEとAVGISLを生成する。ISLAN
DSIZEは各アイランドに対して計算され,そして与えられたアイランド内で
SIZE(i,j)の最大値により定義される。
ここに(i,j)∈ISLANDUMである。例えば,示されるように,もし
第7A図のISLANDUM706の4つの要素が1,3,2と2の値をもつな
らば,その時,ISLANDUM706についてはISLANDSIZE=3で
ある。値AVGISLが,各別々のアイランドについて計算され,そしてアイラン
ドにおいて要素数により分割された各アイランドに対する低解像度輝度補正値δLO
の和として定義される。数学的に各ISLANDUMに対して,
ここに(i,j)∈ISLANDUMである。
ブロック212において,修正された低解像度輝度補正値δ’LOは画像の隣接
領域間で円滑な遷移を与えるための円滑化函数を使用して生成される。そのよう
な円滑化函数の一つは方程式(9)に示される。
ここに,Rは1より小さい有理数である。このように,各領域に対する修正低
解像輝度補正値δ’LOは次のように定義される。
本発明の輝度調整方法の第3の部分300は,第8図に詳細に示され,高解像
度ピクセル画像IMHIに対する輝度IMHI(m,n)に加算される。高解像度補
正値δHIを計算し,それにより高解像度輝度調整画像IM’HIを生成する。ここ
に,0≦m<XDIMおよび0≦n<YDIMである。定数XDIM,YDIM
,TD,TB,SLOPEBとSLOPEDはブロック320で初期化される。XD
IMの値は画像の高解像度ピクセルの列の全数である。TDは予め定められた暗
しきい値である。TBは予め定められた明しきい値である。SLOPEBはTBよ
り大きい輝度をもつ明るいピクセルと調整されたピクセルの間の遷移もしくは円
滑化に関係する。そしてSLOPEDはTBより大きい輝度をもつ暗いピクセルと
隣接ピクセル間の遷移もしくは円滑化に関係する。
高解像度の画像の各ピクセルは,ブロック332と322の間のループを介し
てブロック300で判定される。変数mとnは,ブロック332の条件が真にな
るまでループを通じて各パスの後のブロック322もしくは332のいずれかで
インクリメントされ,ブロック332の条件が真になった時点において,画像の
中のあらゆるピクセルの判定を終り処理はブロック340に進む。
もし,決定ブロック324で判定される位置(m,n)にある対象のピクセル
が,SIZE=0の領域の中にあるなら,その時ピクセルの輝度IMHI(m,n
)は暗しきい値TDより大きいかもしくは等しくかつ明しきい値TBより小さいか
もしくは等しい。この後の処理はブロック330に続く。しかし,もし,ブロッ
ク324において,SIZE≠0であるなら,その時ブロック326はSIZE
>0かどうかを確かめる。もし,ブロック326が真であれば,その時,与えら
れた高解像度ピクセルの輝度IMHI(m,n)が低すぎるのであり(例えば,暗
しきい値TDより小さい)そして高解像度ピクセルはブロック340で明るくさ
れる。もし,ブロック326が偽であれば,その時SIZE<0であって与えら
れた高解像度ピクセルの輝度IMHI(m,n)が高すぎるのであり(例えば,し
きい値TBより大きい),その時ピクセルはブロック350で暗くされる。一度
,高解像度画像IMHIの各ピクセルが上記のように処理されると,全ての適切な
補正値δHIを含み,完全な画像をブロック328で再生することができる。
第9図は,高解像度ピクセルの輝度が暗しきい値TDより大きいかもしくは等
しくかつ明しきい値TBより小さいか等しい時のブロック330に含まれるステ
ップである。ブロック360はAVGBとAVGDの双方をゼロにセットし,そし
て高解像度画像IMHI{XDIM,YDIM}の各ピクセルに対して特定の近
傍でループする。AVGDは判定されたピクセルがSIZE=0とSIZE=1
の間の遷移領域にあることを示す変数である。AVGBは判定されるピクセルが
SIZE=0とSIZE=−1の間の遷移領域の中にあることを示す変数である
。AVGDとAVGB共に対応するδLOの値に非ゼロをセットされる。ブロック3
60の詳細は第10図に示され,ここにAVGBおよびAVGDともにブロック3
61でまずゼロに初期化される。決定ブロック362は,3×3の近傍のピクセ
ルの平均輝度AVGD(主体の高解像度ピクセルがその中央に置かれる)が低解
像度輝度補正値δLOより小さいかどうかを決定する。もし,ブロック362が真
であれば,その時平均輝度AVGDはブロック366において低解像度補正値δL O
に等しくセットされる。もし,ブロック362が偽であれば,その時決定ブロ
ック364は3×3近傍のピクセルの平均輝度AVGBが低解像度輝度補正値δL O
よ大きいかどうかを決定する。もし,ブロック364が真であれば,その時,
平均輝度AVGBはブロック368で低解像度補正値δLOに等しくセットされる
。
一度,AVGBとAVGDがブロック360にセットされると,その時,第9図
に示される決定ブロック371はAVGD≠0もしくはAVGB≠0のいずれかで
あるかどうかを決定する。もしブロック371が偽であれは,その時処理はブロ
ック332に続く。しかし,もしブロック371が真であれば,その時変数PD
とPBはブロック370にセットされる。PDは対象のピクセルと暗しきい値TD
の間の輝度の差の評価値である。
変数FK,FK5,FK1,PDおよびPBがピクセル間の滑らかな遷移を保証
するためにδLOをフェザーリングするのに使用される。フェザーリングは画像の
部分をなめらかに結合することとして定義され,例えば,その間の滑らかな遷移
を確実にし乍ら画像の部分を積分することを言う。FK,FK1およびFK5は
異なるSIZE値をもつ領域の中でのフェザーリングとし使用される。
一度,PDとPBがブロック370にセットされると,決定ブロック372はピ
クセル輝度値IMHI(m,n)が暗しきい値TDより小さくかつPDより小さいか
もしくは等しいかどうかを決定する。もしブロック372が真であれば,その時
ブロック376はAVGDにより高解像度ピクセル輝度値IMHI(m,n)を調
整する。もしブロック372が真であれば,その時,決定ブロック373は高解
像度ピクセル輝度値IMHI(m,n)が暗しきい値TDより小さくかつPDより大
きいかどうかを決定する。もしブロック373が真であれば,ブロック377は
修正暗レベル輝度平均MODAVGDによりピクセル輝度IMHI(m,n)を調
整する。
もしブロック373が偽であれば,その時決定ブロック374はピクセル輝度
値IMHI(m,n)が明しきい値TBより大きくかつPBより大きいかもしくは等
しいかどうかを決定する。もしブロック374が真であれば,その時ブロック3
78は平均明レベル輝度AVGBによりピクセル輝度値IMHI(m,n)を調整
する。もし,ブロック374が偽であれば,決定ブロック375はピクセル輝度
値IMHI(m,n)が明しきい値TBより大きくかつPBより小さいかどうかを決
定する。もし,ブロック375が真であれば,ブロック379は修正輝度平均M
ODAVGBによりピクセル輝度値IMHI(m,n)を調整する。
もし,ブロック375が真であれば,方法はブロック332で続けられる。
第8図に戻って,もし高解像度ピクセルの輝度値が暗すぎれば,例えば,暗し
きい値TD以下であれば,その時そのピクセルはδHIによりその輝度レベルを上
げることによりブロック340で明るくされる。動作の詳細は,第11図のフロ
ー図で示される。ブロック380はFK=abs(SIZE(i,j));FK
1=(FK−1)/4;FK5=(FK−5)/4;およびPD=TD−(δLO/
SLOPED)をセットする。これらの変数の全部は予め定義されている。
決定ブロック382において,もし対象の高解像度輝度値が暗しきい値TDよ
り小さくかつPDより小さいかもしくは等しければ,その時ブロック386は元
の輝度値にδLOを加えることにより輝度値を調整する。もし,ブロック382の
判定が偽であれば,決定ブロック384は輝度が暗しきい値TDより小さくかつ
PDより大きいかどうかを確かめる。もしブロック384が真であれば,ブロッ
ク387はIMHI(m,n)にMODδLO1を加えることにより対応するピクセ
ルの輝度値を調整する。
ブロック384が偽であるなら,決定ブロック385は高解像度ピクセル輝度
がしきい値TDより大きいかもしくは等しくかつSIZE≧1かどうかを決定す
る。もしブロック385が真であれば,その時高解像度ピクセル輝度は元のピク
セル輝度にMODδLO2を加えることにより調整する。
もしブロック385が偽で有れば,その時処理は332に続く。
もし,高解像度ピクセルの輝度値が明るすぎるなら,例えば,明しきい値TB
以上であれば,その時そのピクセルはその輝度レベルを引き下げることによりブ
ロック350で暗くされる。この動作の詳細は,第12図のフロー図で示される
。ブロック390はFK=abs(SIZE(i,j));FK1=(FK−1
)/4;そしてFK5=(FK−5)/4をセットする。また,PB=TB−(δLO
/SLOPEB)である。
決定ブロック392は,高解像度ピクセル輝度が明しきい値TBより大きくか
つPBより大きいかもしくは等しいかどうかを決定する。もし,ブロック392
が真であれば,高解像度ピクセル輝度はブロック395の高解像度ピクセル輝度
にδLOを加えることにより調整される。もし,ブロック392が偽でれば,決定
ブロック393は高解像度ピクセル輝度が明しきい値TBより大きくかつPBより
小さいかどうかを決定する。もしブロック393が真であれば,その時高解像度
ピクセル輝度は,元のピクセル輝度値に修正補正値MODδLO3を加えることに
よりブロック396で調整される。
もしブロック393が真でなければ,決定ブロック394はピクセル輝度が明
しきい値TBより小さいかもしくは等しくかつSIZE≦−1かどうかを決定す
る。もしブロック394が真であれば,そのとき高解像度ピクセル輝度は,元の
高解像度ピクセル輝度に修正された補正値MODδLO4を加えることによりブロ
ック397で調整される。
もしブロック394が偽であれば,処理はブロック332に進む。
本発明の方法の第3の部分300は,元の各ピクセルに対して高解像度補正値
δHIを計算すること(第2図に示されるように)に注目されたい。画像の各ピク
セルは,この後に,δHIにより調整されて新しい輝度値調整された画像が形成さ
れる。高解像度補正値δHIは明細書と図面を通して多くの異なる方法で定義され
ることが理解される。例えば,第9図で,δHIはブロック376のAVGD,ブ
ロック377のMODAVGD,ブロック378のAVGBおよびブロック379
のMODAVGBとして定義される。第11図と第12図において,δHIはブロ
ック386と395でδLOとして定義され,ブロック387と396においてM
ODδLO1として,そしてブロック388と394においてMODδLO2として定
義される。
現在において考えられる望ましい実施例で本発明が説明されたが,本発明から
離れることなくさまざまな変更と修正ができることが発明に熟達したものにあき
らかであり,そして請求の範囲は本発明の精神と範囲において各種の変更と修正
をも含むことを意図する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.スーパーピクセルにピクセルをグループ化することにより高解像度画像に ついての低解像度画像を形成し, 予め定められたしきい値を越える輝度値を持つ選択された該スパーピクセルに 対して,各選択された該スーパーピクセルを囲むスーパーピクセルの平均輝度値 によりゼロでない低解像度輝度補正値δLOを生成し, 各隣接する選択された該スーパーピクセルのアイランドを形成することにより 各選択された該スーパーピクセルに対して修正された低解像度輝度補正値δLO’ を生成し,そして各アイランド内の隣接する選択された該スーパービクセル間で 円滑化処理δLOを行い, 各該ピクセルの輝度値IMHIを該予め定められたしきい値と比較することによ り高解像度画像の各ピクセルに対して高解像度輝度補正値δHIを生成し,そして IMHIおよびδLOの双方の函数としてδHIを生成し, そして各該ピクセルの輝度値IMHIと対応する高解像度輝度補正値δHIとを結 合することにより輝度値を調整された画像を生成する各ステップを含むことを特 徴とする高解像度画像のピクセル輝度値IMHIを調整する方法。 2.予め定められた該しきい値は暗しきい値TDと明しきい値TBの一つである ことを特徴とする請求項1に記載の高解像度画像のピクセル輝度値IMHIを調整 する方法。 3.予め定められたピクセルのクラス分けに従ってスーパーピクセルに該ピク セルをグループ化することにより該画像の低解像度バージョンを作成し, 各スーパーピクセルの輝度値を予め定められたしきい値と比較することにより 各該スーパーピクセルに対して低解像度補正値δLOを生成し, 近傍のスーパーピクセル間で円滑化処理することにより各該ピクセルに対して 修正された低解像度補正値δLO’を生成し, 該対応するスーパーピクセルの輝度値およびδLOの双方の函数として該ピクセ ルの各々に対して高解像度補正値δHIを生成し,そして 各ピクセルに対してδHIと輝度値を結合することにより画像のピクセルの調整 された輝度値を生成することの各ステップを含むことを特徴とする画像の輝度し きい値を調整する方法。 4.予め定められた該しきい値は暗しきい値TDおよび明しきい値TBの一つで あることを特徴とする請求項3に記載の画像の輝度しきい値を調整する方法。 5.ピクセルをスーパーピクセルにグループ化することにより高解像度画像に ついて低解像度画像を形成するための手段と, 各該選択されたスーパーピクセルを囲むスーパーピクセルの平均輝度値により ,予め定められたしきい値を越える輝度値を持つ選択された該スーパーピクセル に対してゼロでない低解像度輝度補正値δLOを生成するための手段と, 隣接する該選択されたスーパーピクセルのアイランドを形成することにより各 該選択されたスーパーピクセルに対して修正された低解像度補正値δLO’を生成 し,そして各アイランド内の該隣接する選択されたスーパーピクセル間でδLOを 円滑化するための手段と, 画像の各該ピクセルの輝度値IMHIを該予め定められたしきい値と比較するこ とにより高解像度画像の各ピクセルに対して輝度高解像度輝度補正値δHIを生成 し,そして対応する値IMHIとδLOの双方の函数としてδHIを生成するための手 段と, 各該ピクセルの該輝度値IMHIを対応する高解像度輝度補正値δHIと結合する ことにより輝度を調整された画像を生成するための手段と,を含むことを特徴と する画像のピクセルレベル輝度調整システム。 6.該予め定められたしきい値は暗しきい値TDと明しきい値TBの一つである ことを特徴とする請求項5に記載の画像のピクセルレベル輝度調整システム。
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