JP3921499B2 - カラー画像信号処理方法及びそれを用いたカラー画像信号処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像信号処理技術に関し、より詳細には、肌色の色相回りを抑制できるカラー画像信号処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ固体撮像素子などを用いたデジタルスチルカメラの分野において、画素数が飛躍的に増加し、銀塩写真と遜色ない解像度が得られるなど著しい進歩を見せている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、色再現性に関しては、銀塩写真には及ばない状況にある。特にデジタルスチルカメラはダイナミックレンジが狭く、オーバー露光になると色相が大きく変化するいわゆる色相回りが起こりやすいという問題点があった。人間の肌色が黄色味を帯びる色相回りは、肌色の色再現性という観点から特に問題となっていた。
【０００４】
本発明の目的は、肌色の色相回りを抑制できるカラー画像信号処理技術を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、（ａ）原色系又は補色系の画像信号データを取り込む工程と、（ｂ）前記画像信号データをＹ−Ｃｒ−Ｃｂ空間上の輝度Ｙのデータ及び色差Ｃｒ，Ｃｂのデータに変換する工程と、（ｃ）少なくとも式（１）から式（４）までのいずれか１組の式を用いて色差マトリックス演算を行う演算工程とを含むカラー画像信号処理方法が提供される。ここで、Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ／Ｋ＋Ｃｂ×Ｂ，Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ（１）、Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ）／Ｋ，Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ（２）、Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ（３）、Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ，Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ（４）である。但し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは色差マトリックス係数であり、ＫはＹの関数であり、かつ、０よりも大きい補正係数である。Ｋは、色差比Ｈ（＝Ｃｒ'／Ｃｂ'）が輝度Ｙによらず一定になるように決められる。Ｃｒ'及びＣｂ'は補正後の色差である。
【０００６】
上記のカラー画像信号処理方法によれば、色差マトリックス演算に用いられる式において、色差比Ｈ（＝Ｃｒ'／Ｃｂ'）が輝度によらず一定となるように輝度Ｙに依存したＫを決めたので、肌色に関するオーバー露光時又はアンダー露光時の色相回りの影響が抑制される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、原色系分光感度を有するＣＣＤ固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラを例にして、肌色に関する色相回りについて図１から図３までを参照して説明する。図１は、デジタルスチルカメラのγ変換カーブを示す。図２は、最終的に出力される画像の輝度信号（最大出力輝度／出力輝度）を原シーンの輝度（原シーン輝度；単位は任意）に対してプロットしたグラフである。尚、図２は縦軸、横軸ともに対数目盛でプロットしている。図２のグラフを特性曲線と称する。図３は、肌色の色度点をａ*−ｂ*座標上に示したグラフである。尚、実際には、ａ*−ｂ*平面に対する法線方向に、明度Ｌ*の軸が存在するが、図３では省略している。
【０００８】
デジタルスチルカメラのＲ，Ｇ，Ｂの各分光感度にて取り込んだ入力画像情報をＡ／Ｄ変換して１０ビットのデジタル画像データを得る。得られたデジタル画像データをγ変換し、８ビットの出力デジタル画像信号を得た。
【０００９】
図１は、入力を横軸とし、出力を縦軸としたγ変換カーブである。図１に示すように、入力の増加に伴って出力も単調に増加することがわかる。
【００１０】
図２に示すように、最終的に出力される画像の輝度信号値と、原シーンの輝度信号値との関係を両方とも対数目盛でプロットすると、ほぼ直線の関係が得られる。この特性曲線が直線であり輝度信号が飽和しない限りは、どのような色であっても露光量にかかわらず出力画像中での色相は一定である。
【００１１】
しかしながら、例えば露光量が増加していくと、原色系の場合、まずＲ，Ｇ，Ｂのいずれかの出力信号が飽和する。Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれかの出力信号が飽和すると、色相回りが生じる。
【００１２】
図３に、ａ*−ｂ*座標上での肌色の色度点を示す（原色系の場合）。図３において、黒丸で示した点が、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれも飽和を起こしていない適正露光量（適正露光値）での肌色の色度点である。この適正露光量での肌色の色度点を基準値とする。この基準値よりも１／１６倍のアンダー露光（黒塗りの矢印で示す。）から８倍のオーバー露光（白抜きの矢印で示す。）までの範囲について、２の１／６乗倍ずつ露光量を変化させていき、その際の肌色の色度点を×印で示し、×印を線で結んだ。
【００１３】
図３に示すように、適正露光量の範囲においては、肌色の色度点はａ*−ｂ*平面上においてａ*及びｂ*の両者ともに正の値をとる。露光量をオーバー側に変化させると、ａ*の増加に伴ってｂ*も増加する。適正露光量を越える、ある露光量（第１露光量：Ｙ１）において肌色の色度点はａ*−ｂ*平面上において左方向に曲がる。これは、Ｒ信号が飽和（これ以上露光量を増加させてもＲ出力値が増加しない現象）したために起こる現象である。さらに露光量を増加させることにより肌色はＹ（黄色）Ｇ（緑）味の方向に進む。第１露光量Ｙ１よりも大きい第２露光量Ｙ２において、肌色の色度点はａ*−ｂ*平面上において右下方向に急に方向を変える。この時点でＧ信号が飽和するからである。従って、この時点以後は、Ｂ信号のみが飽和していないことになり、肌色は黄色である。いわゆる黄飛びが生じる。Ｂ信号も飽和すると、ａ*＝ｂ*＝０となり、白色になる。
【００１４】
以上の現象を以下のようにまとめて表現することができる。
【００１５】
固体撮像素子を含むカラー画像撮像装置において、カラー画像はＲ，Ｇ，Ｂの原色系或いはＹ，Ｍ，Ｃ，Ｇ，Ｗなどの補色系の分光感度にて取り込まれる。これらの分光感度にて取り込まれる信号は、露光量が大きいといわゆる飽和レベルに達し、それ以上の露光量であっても出力信号値は一定となる。この飽和現象は多くの場合、全ての分光感度で同時に起こるわけではない。例えば、ある一つの分光感度の出力値のみが飽和すると、それ以上の露光量では飽和した色の信号成分が不足することになる。これが色相回りの原因となる。
【００１６】
特に、画質の向上が著しいデジタルスチルカメラやデジタルムービーにおいても、上記の色相回りが生じる。とりわけ肌色の黄変が目立つ。カメラにＡＥ（オート露出機構）が付属しており、これに従って適正露光を行ったとしても、色相回りが発生することがある。特に晴天時の太陽光下での撮影においては、太陽光が強く跳ね返った部分で色相回りが生じやすい。
【００１７】
以上の実験結果に基づき、発明者は以下のような考察を行った。図４及び図５を参照して発明者の考察について説明する。図４は、様々な肌に関して色差比Ｈ（＝Ｃｒ／Ｃｂ）の輝度Ｙ依存性を調べた模式的なグラフである。図５は、様々な肌に関して、輝度Ｙを変化させた場合に得られる色差比Ｈを、輝度Ｙ＝Ｙ0（適正露光値における輝度）における色差比Ｈ0で正規化した値を示す模式的なグラフである。
【００１８】
一般にカメラは適正露光量において肌色が肌色として記録されるように設計されている。Ｒ，Ｇ，Ｂ（又はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｇ，Ｗ）信号は、カメラ内部での信号処理装置によってγ変換された後、輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）に変換される。さらに、Ｃｒ，Ｃｂには彩度強調や色相調節の目的で色差マトリックス演算が行われる。色差マトリックス演算は、一般的に以下の▲１▼、▲２▼を用いて行われる。
【００１９】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ ▲１▼
Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ ▲２▼
尚、式▲１▼及び▲２▼において、ＡからＤまでは色差マトリックス係数である。これらの係数を適切な値とすることにより、適正なＣｒ'、Ｃｂ'の値を得ることができる。尚、Ｃｒ，Ｃｂ，Ｃｒ'，Ｃｂ'はいずれも無彩色の時には０となる。
【００２０】
図４は、様々な肌の例としてＰ１、Ｐ２及びＰ３について、色差比Ｈ（＝Ｃｒ／Ｃｂ）と輝度Ｙとの関係を示している。図４に示すように、肌Ｐ１、Ｐ２及びＰ３のそれぞれに関して、所定の輝度Ｙにおける色差比Ｈの絶対値は異なる。
【００２１】
しかしながら、ある輝度までは、輝度Ｙに対して色差比Ｈはほぼ一定の値を示し、輝度が所定の値（図４では２００程度）を超えると色差比が大きくなるという傾向は、全ての肌Ｐ１からＰ３に関して同じであることを発見した。
【００２２】
図５は、様々な肌に関して、輝度Ｙと正規化された色差比Ｈ／Ｈ0との関係を示すグラフである。輝度が所定の値（図５では２００）までは、様々な肌Ｐ１からＰ３に関しての正規化された色差比Ｈ／Ｈ0は、１付近の値を有する。その後、正規化された色差比Ｈ／Ｈ0は、１付近から急激に低下する。図５に示すように、輝度ＹとＨ0で正規化された色差比Ｈ／Ｈ0とは、様々な肌に関してほぼ共通して１つの曲線で表せることがわかった。
【００２３】
図５より、各輝度Ｙにおける正規化された色差比Ｈ／Ｈ0を求めることができる。この値をＫ値と称する。各輝度ＹにおけるＫ値を図５より求め、色差Ｃｒ又はＣｂをＫ値により補正すれば、図４において破線Ｐ１'からＰ３'までで示したように、色差比Ｈが一定値からずれはじめる輝度（図４における輝度２００）よりも高い輝度においても色差比Ｈを一定値にすることができる。
【００２４】
すなわち、上記▲１▼式及び▲２▼式に基づく色差マトリックス演算に代えて、下記のイ又はロの方法いずれかを用いれば、高い輝度においても演算後の色差比を一定にでき、色相回りを低減できる。
【００２５】
変更イ：▲１▼式の代わりに下記の（１）又は（２）のいずれかの演算式にてＣｒ'を求める。
【００２６】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ／Ｋ＋Ｃｂ×Ｂ （１）
又は
Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ）／Ｋ （２）
変更ロ：▲２▼式の代わりに下記の（３）又は（４）のいずれかの演算式にてＣｂ'を求める。
【００２７】
Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ （３）
又は
Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ （４）
ＡからＤまでは色差マトリックス係数である。尚、ＡとＤとは対角項であり、ＡとＤとにより彩度の強調を調整する。ＢとＣとは非対角項であり、ＢとＣとにより色相を調整する。Ｋ値は、輝度Ｙの関数であり、かつ、０よりも大きい値である。
【００２８】
以下、Ｋ値の算出法について具体的に説明する。
【００２９】
まず、アンダー露光からオーバー露光までの露光量の広い範囲にわたって、人間の肌色のＹ，Ｃｂ，Ｃｒの値を求める。これらの値は、デジタルスチルカメラなどにより実際に撮影して求めることも可能であり、或いは、下記の（５）式を用いた計算により求めることも可能である。
【００３０】
Ｓｎ＝∫ＳＫＩＮ（λ）・Ｐ（λ）・ＳＥＮＳｎ（λ）・Ｅ・ｄλ （５）
但し、ＳＫＩＮ（λ）は、人間の肌の分光反射率であり、λは３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光の波長を表す。Ｐ（λ）は、撮影光源（一般的には太陽光）の分光放射エネルギー分布である。ＳＥＮＳｎ（λ）は、カメラのｎ番目の分光感度であり、Ｓｎはｎ番目の分光感度の出力値である。Ｅは、露光量倍率、すなわち適正露光量に対する比である。
【００３１】
例えば、原色系（ＲＧＢ）の場合、ＲＧＢのそれぞれの出力値をＳｒ、Ｓｇ及びＳｂとすると、これらの出力値Ｓｒ、Ｓｇ及びＳｂは以下の式で表される。
【００３２】
Ｓ1（＝Ｓｒ）＝∫ＳＫＩＮ（λ）・Ｐ（λ）・Ｓｒ（λ）・Ｅ・ｄλ （５−１）
Ｓ2（＝Ｓｇ）＝∫ＳＫＩＮ（λ）・Ｐ（λ）・Ｓｇ（λ）・Ｅ・ｄλ （５−２）
Ｓ3（＝Ｓｂ）＝∫ＳＫＩＮ（λ）・Ｐ（λ）・Ｓｂ（λ）・Ｅ・ｄλ （５−３）
上記の式で表されるように、Ｓ1＝Ｓｒ、Ｓ2＝Ｓｇ、Ｓ3＝Ｓｂである。補色系の場合にも、上記の式に準じる。尚、原色系の場合はｎ＝３となるが、補色系の場合には、ｎ＝３或いはｎ＝４となる。
【００３３】
波長λとして３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの範囲内で上記（５）式に基づく積分を行った。（５）式より求めたＳｎの値を用いて、カメラの設計仕様として定められている信号処理の手順に従って計算を進めることにより、Ｙ，Ｃｒ，Ｃｂの値を求めることができる。
【００３４】
尚、上記の信号処理の内容がどのような内容であっても良い。信号処理の内容として、一般的には、ホワイトバランスをとるためのゲイン調整、γ変換、Ｙ−Ｃｒ−Ｃｂ変換、などの演算処理が含まれる。さらに、Ａ／Ｄ変換や同時化などの処理も含まれる。尚、同時化とは、例えば単板式の固体撮像素子において、各ＲＧＢの３種類の色信号を得るための補間処理を行うことを指す。
【００３５】
尚、カメラ撮影によりＹ，Ｃｒ，Ｃｂを求め、それに基づいてＫ値を求める場合でも、計算によりＹ，Ｃｒ，Ｃｂを求め、それに基づいてＫ値を求める場合でも、色差マトリックス演算は省略しても良い。
【００３６】
次に、求めたＣｒとＣｂとから、上述のように色差比Ｈ＝Ｃｒ／Ｃｂを求める。色差比Ｈを、飽和していない時の適正露光付近のあるＹの値における色差比Ｈ0で正規化して、Ｋ値を求める。
【００３７】
Ｋ＝Ｈ／Ｈ0 （６）
尚、Ｋ値は、輝度Ｙに依存して変化する値（Ｙの関数）である。前述のように、肌色は、まずオーバー露光側でＲの飽和により赤味が不足し、黄色味が強くなる。これは、｜Ｈ｜が小さくなることを意味する。（６）式より、輝度Ｙが適正露光時のＹよりも高くなると、Ｋは小さくなる。すなわち、オーバー露光時の肌色の色相回りの程度をＫ値で表すことができる。Ｋ＝１である限り、肌色の色相はほぼ変化しないと言える。すなわち、式（１）から（４）までの少なくともいずれかを演算式として用いれば、露光量に依存せずに色差比Ｈ（＝Ｃｒ／Ｃｂ）はほぼ一定の値をとり、肌色の色相はほぼ一定に保たれる。
【００３８】
一方、アンダー露光の場合においても、肌色の色相が変化してしまう問題がある。このような場合にも、上記の技術を用いることにより色相回りの影響を修正することができる。すなわち、アンダー露光の場合でも露光量の変化により肌色の色相が変化してしまう場合には、輝度Ｙの最小値Ｙminから適正露光における値Ｙ0までの範囲においても、オーバー露光の場合と同様にＫ値を求めれば良い。求めたＫ値を上記の式（１）から式（４）までのいずれかに代入することにより補正し、新たなＣｒ'或いはＣｂ'を求めることができる。アンダー露光の場合に、色相回りの問題が生じていない場合には、適正露光値での輝度Ｙ0以下の範囲ではＫ＝１とし、オーバー露光側においてのみ上記の色相修正を行えばよい。
【００３９】
式（１）や式（２）はＣｒを高輝度域で大きくするものであり、色域外にはみ出す場合がある。そのために極めて高い輝度で肌が黄色になる現象（黄変）は改善されるが完全ではない。従って、もとより黄変が小さい特性曲線、即ち原シーンの高輝度域により伸ばした特性曲線の場合に用いると良い。
【００４０】
また、式（３）や式（４）はＣｂを高輝度域で小さくするものであり、色域外にはみ出すことはなく、色相回りは完全に直せる。但し、高輝度域の黄色系統の彩度がやや落ちる。
【００４１】
さらに、式（１）又は式（２）のいずれかと、式（３）又は式（４）のいずれかを組み合わせて色差マトリックス演算を行っても良い。２つの式を組み合わせずにいずれか一方の係数のみを用いると、肌色以外の一般色に対して好ましくない影響がでる場合には、組み合わせた式を用いることが特に有効である。
【００４２】
この場合には、Ｃｒ'に用いるＫ１とＣｂ'に用いるＫ２は、Ｋ１×Ｋ２＝Ｋとなる関係を保って分割するのであればどのように分割しても良い。もちろん、演算処理による負担を軽減するという意味では、いずれか一方の係数のみを用いる方が好ましいので、色再現性の向上と演算処理の簡単化とのトレードオフになる。また、式（１）や式（２）は、係数Ｋでのわり算になっているが、Ｋの逆数を用いた掛け算でも良い。
【００４３】
尚、上記の式（１）から（４）までの演算として、例えば輝度ＹとＫ値との関係を示すルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いて演算を行っても良い。或いは、例えば式（１）の場合、輝度Ｙと色差Ｃｒの値から直接Ｃｒ’の値を読み出す２次元ＬＵＴを用いても良い。ルックアップテーブルを用いることにより、信号処理時間の短縮、カメラの製造コストの低減が可能である。
【００４４】
以上に説明したカラー画像信号処理技術に用いて実際に信号処理を行う手順を原色系を例にとって図６を参照して説明する。
【００４５】
まず、ステップＳ１において、Ｒ，Ｇ，Ｂの信号を得る。次に、ステップＳ２において、ＲＧＢ信号にγ変換を施す。ステップＳ３に示すように、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ及びＣｂが得られる。
【００４６】
ステップＳ５において、式（１）から（４）までのいずれかの色差マトリックス演算を行う。図６においては、式（１）を用いた場合の例を示している。ステップＳ５により求められたＹ，Ｃｂ'，Ｃｒ'の値に基づいてステップＳ７においてカラー画像を生成する。
【００４７】
以上の工程によりカラー画像データを生成すれば、肌色の色相回りは低減する。
【００４８】
尚、上記の処理手順においては、肌色と肌色以外の色とで同じ色差マトリックス演算を行った。ステップＳ４において肌色を識別して、肌色はステップＳ５、その他の色はステップＳ７に示す処理を行っても良い。
【００４９】
ルックアップテーブルを用いる場合には、ステップＳ４及びステップＳ５においてルックアップテーブルを参照することにより、肌色の識別や輝度Ｙと色差Ｃｒ（又はＣｂ）の値からＣｒ'（又はＣｂ'）の値を引き出す処理を行えば良い。
【００５０】
肌色だけに限定して上記の演算を行う場合の肌色の識別は、具体的には、輝度Ｙ、色差Ｃｒ及びＣｂの色空間上の肌色の範囲を限定することで行うことができる。その中でも、Ｋ値が１以外の値をとる輝度Ｙの範囲のみに肌色の範囲指定を限定することができる。
【００５１】
上記のような限定を行えば、例えば式（３），（４）の場合に生じる高輝度領域における黄色の彩度の低下を防ぐことが可能である。
【００５２】
又、もちろん、Ｋ＝１の輝度範囲において演算を除外しておいても良い。
【００５３】
尚、肌色は、Ｃｒ＞０であり、かつＣｂ＜０である。従って、Ｃｒ＞０であり、かつＣｂ＜０であるという限定のみにより演算を行うことも可能である。また、Ｃｒ＞０であり、かつＣｂ＜０の限定の境界の内外における急激な色の変化を防ぐために、境界の付近においては演算の係数Ｋ値を徐々に１に近づけることもできる。このことは、肌の範囲をより狭く限定する場合においても、同様に行うことができる。
【００５４】
以下、図７からから図９までを参照して本発明の第１の実施の形態によるカラー信号処理技術について説明する。図７は、Ｃｒ／Ｃｂ値を輝度Ｙに対してプロットしたグラフであり、併せてａ*−ｂ*色度図上での色相角θの輝度依存性を示す図である。図８は、図７により求めたＣｒ／Ｃｂ値を正規化して求めたＫ値の輝度依存性を示す図である。図９は、ａ*−ｂ*色度図上での肌色の色度点を示す図である。
【００５５】
図７に示すように、Ｃｒ／Ｃｂ比及び色相角θは輝度Ｙに対してほぼ同じ相関関係を有していることがわかる。輝度Ｙが所定の値（図７では約２２０）を越えるまでは、Ｃｒ／Ｃｂ比及び色相角θはほぼ一定の値を示す。輝度が所定の値を超えると、Ｃｒ／Ｃｂ比及び色相角θは、急激に大きくなる。
【００５６】
図８に示すように、適正露光時におけるＣｒ／Ｃｂ比により正規化した場合のＣｒ／Ｃｂ比は、輝度が２００程度までは、ほぼ一定の値"１"をとる。輝度が２００を越えるとＫ値は急激に小さくなる。各輝度の値に対して、図８に示すグラフよりＫ値を求め、以下に示す（７）、（８）式に上記のＫ値を代入することにより、Ｃｂの補正を行った。Ｃｒは通常の色差マトリックス演算を行った。
【００５７】
Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ （７）
Ｃｒ’＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ （８）
尚、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値は、色差マトリックスの係数であり、当初からデジタルカメラに設定されている値である。或いは、Ｋによる補正込みで改めて最適化した係数としても良い。
【００５８】
図９に、露光量を変化させながら、上記式（７）及び（８）に示す式を用いてカラー画像信号処理を行った場合の、ａ*−ｂ*座標上での色度点を示す。図３に示す従来例に比べて明らかに色相回りが抑制されており、肌色に関する色再現性が向上していることがわかる。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施の形態によるカラー画像信号処理技術について図１０から図１４までを参照して説明する。図１０はγ変換カーブを示す。図１１は特性曲線を示す。原シーンの輝度は、第１の実施の形態によるカラー画像信号処理技術の場合の４倍（１００×４＝４００）高い輝度まで原信号を取り込んでいる。Ａ／Ｄ変換後には１２ビットとし、γ変換後には１０ビットとした。図１２は、肌色の色度点を従来法により求めた場合の、ａ*−ｂ*座標上に示したグラフである。図１３は、Ｋ値の輝度依存性を示す図である。図１４は、図１３により求めたＫ値に基づいて信号処理を行った場合の肌色の色度点をａ*−ｂ*座標上に示したグラフある。
【００６０】
図１０に示すように、Ａ／Ｄ変換後の入力は１２ビット、γ変換後の出力は１０ビットである。図１１に示すように、アンダー側（低輝度側）は、第１の実施の形態による技術の場合と同様に直線である。オーバー側（高輝度側）では、第１の実施の形態による技術の場合の４倍の高輝度まで原シーンを取り込んでおり、特性曲線は下に凸の曲線を描く。図１２に示すように、従来法（上記▲１▼式及び▲２▼式を用いて演算する方法）を用いると、肌色に関する色相回りが生じており、オーバー露光でＹＧ（黄緑）味の肌色、アンダー露光でＲ（赤）味の肌色になっていることがわかる。この場合の色相回りは特性曲線の曲がりに起因するものである。
【００６１】
図１３に、第１の実施の形態による技術と同様の技術を用いて求めたＫ値の輝度依存性を示す。アンダー露光側においてＫ値が１以上の値を示していることがわかる。次に、図１３に示すグラフより求めたＫ値に基づき、以下の（９）式及び（１０）式を用いてカラー画像信号処理を行った。
【００６２】
Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ） （９）
Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ （１０）
尚、ＡからＤまでは、色差マトリックスの係数であり、デジタルスチルカメラにおいて用いられていた値である。Ｋは各輝度Ｙの関数である。
【００６３】
図１４に示すように、上記のカラー画像処理技術を用いて得られた画像のａ*−ｂ*座標上での肌色の色度点の露光量依存性は、図１２に示す特性とは異なり、色相回りの少ない良好な特性を示すことがわかる。
【００６４】
本実施の形態によるカラー画像信号処理技術を用いることにより、デジタルスチルカメラの内部の信号処理アルゴリズムによらず、肌色の色相回りを抑制することができる。但し、Ｋ値は信号処理アルゴリズムにより異なる値を有する。特に、Ｋ値はγ変換特性に大きく左右される。また、一般に原シーンの輝度を高輝度まで取り込めば取り込むほど、飽和は起こりにくく、肌は飛びにくくなるが、このような場合でも、本発明によるカラー画像信号処理技術は有効である。尚、高輝度まで信号を取り込むと、ＳＮ比が低下して画像のざらつきが生じやすくなる。高輝度まで取り込めないような場合でも、上記の実施の形態によるカラー画像信号処理技術は有効である。色相回りが生じやすい撮影光源である太陽光下においてＫ値を得るのが好ましいが、他の撮影光源によって得ることも可能である。尚、Ｋ値の輝度依存性を考慮したことによる肌色の色相回りの低減の効果は、そのＫ値を決めた撮影光源下においてのみ有効なわけではなく、他の光源下で撮影した場合でも効果を得ることができる。どの撮影光源の場合でも、ホワイトバランス（ＷＢ）をとることが前提であるが、実際にはホワイトバランスが少し崩れていても、本発明の効果は発揮され、肌色の色再現性は良好である。
【００６５】
本発明の第３の実施の形態によるカラー画像データ処理技術を用いた印刷装置について図１５を参照して説明する。図１５はプリンタなどの印刷装置の構造を簡略化した機能ブロック図である。
【００６６】
図１５に示す印刷装置Ａは、画像データ入力部１と、カラー画像信号処理部３と、画像印刷部５とを有している。
【００６７】
画像データ入力部１は、ＲＧＢなどの画像データを入力するためのインタフェイス部であり、例えばデジタルスチルカメラによって得られたＲＧＢ信号を取り込む。パーソナルコンピュータＰＣなどを介して画像データを取り込む場合や、デジタルスチルカメラから直接取り込む場合がある。
【００６８】
カラー画像信号処理部３は、画像データ入力部１から取り込んだ画像データに対して、信号変換処理によりＲＧＢ画像データをＹ，Ｃｒ，Ｃｂに変換し、最終的にＹ，Ｃｒ'，Ｃｂ'信号を得る。
【００６９】
画像印刷部５は、得られたＹ，Ｃｒ'，Ｃｂ'信号に基づいて、カラー画像を印刷する。
【００７０】
上記のカラープリンタにおいては、肌色に関する色相回り低減のための処理がなされているため、色再現性の良好なカラー画像を印刷することができる。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施の形態の変形例によるカラー画像データ処理技術を用いた表示装置について図１６を参照して説明する。図１６は画像モニタなどの表示装置の構造を簡略化した機能ブロック図である。
【００７２】
図１６に示す表示装置Ｂは、画像データ入力部１１と、カラー画像信号処理部１３と、画像表示部１５とを有している。
【００７３】
画像データ入力部１１は、ＲＧＢなどの画像データを入力するためのインタフェイス部であり、例えばデジタルスチルカメラによって得られたＲＧＢ信号を取り込む。パーソナルコンピュータＰＣなどを介して画像データを取り込む場合や、デジタルスチルカメラから直接取り込む場合がある。
【００７４】
カラー画像信号処理部１３は、画像データ入力部１１から取り込んだ画像データをＹ，Ｃｒ，Ｃｂに変換し、最終的にＹ，Ｃｒ'，Ｃｂ'信号を得る。画像表示部１５は、得られたＹ，Ｃｒ'，Ｃｂ'信号に基づいて、カラー画像をモニタなどに表示する。
【００７５】
図６に示すカラー画像信号処理を、コンピュータ上で行うためのソフトウェアを用いて行っても良い。また、適正露光時の肌色の輝度Ｙよりも小さな輝度でのＫ値を全て１として計算を行っても良い。
【００７６】
上記のカラー画像表示装置においては、肌色に関する色相回り低減のための処理がなされているため、色再現性の良好なカラー画像を表示することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態について例示したが、上記例示は制限的な意味を有さない。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００７８】
【発明の効果】
デジタルスチルカメラなどにおいて用いられるカラー画像信号処理技術において、肌色が撮影照明光の強い部分で黄飛び（色相回り）することを抑制することができる。また、デジタルスチルカメラなどのカラー撮像装置を用いて撮影した画像を表示又は印刷する際に、肌色の黄飛びを修正して色再現性良くカラー画像を表示、印刷することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合のγ変換カーブを示す図である。
【図２】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合の原シーンの輝度と出力輝度との関係を示す特性曲線を示す図である。
【図３】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合の肌色の色度点を示す図である。
【図４】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合の肌色の色差比の輝度依存性を示す図であり、様々な肌色についての依存性を示す図である。
【図５】 適正露光時の色差比により正規化した色差比（Ｋ値）の輝度依存性を示す図である。
【図６】 適正露光時の色差比により正規化した色差比（Ｋ値）の輝度依存性を用いて色差マトリックス演算を行う場合のカラー画像処理技術を用いた処理手順を示すフローチャート図である。
【図７】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合のＣｒ／Ｃｂ比と色相角の輝度依存性を示す図である。
【図８】 本発明の第１の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合のＫ値の輝度依存性を示す図である。
【図９】 本発明の第１の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合の肌色の色度点を示す図である。
【図１０】 本発明の第２の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合のγ変換カーブを示す図であり、第１の実施の形態による技術よりも４倍の高輝度までの範囲について示した図である。
【図１１】 本発明の第２の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合の原シーンの輝度と出力輝度との関係を示す特性曲線を示す図である。
【図１２】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合の、肌色の色度点を示す図である。
【図１３】 本発明の第２の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合のＫ値の輝度依存性を示す図である。
【図１４】 本発明の第２の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合の肌色の色度点を示す図である。
【図１５】 本発明の第３の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いたカラープリンタの機能ブロック図である。
【図１６】 本発明の第３の実施の形態の変形例によるカラー画像処理技術を用いた画像表示装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
Ａ カラープリンタ
Ｂ 表示部
１、１１ 画像データ入力部
３、１３ カラー画像信号処理部
５ 画像印刷部
１５ 画像表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像信号処理技術に関し、より詳細には、肌色の色相回りを抑制できるカラー画像信号処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ固体撮像素子などを用いたデジタルスチルカメラの分野において、画素数が飛躍的に増加し、銀塩写真と遜色ない解像度が得られるなど著しい進歩を見せている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、色再現性に関しては、銀塩写真には及ばない状況にある。特にデジタルスチルカメラはダイナミックレンジが狭く、オーバー露光になると色相が大きく変化するいわゆる色相回りが起こりやすいという問題点があった。人間の肌色が黄色味を帯びる色相回りは、肌色の色再現性という観点から特に問題となっていた。
【０００４】
本発明の目的は、肌色の色相回りを抑制できるカラー画像信号処理技術を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、（ａ）原色系又は補色系の画像信号データを取り込む工程と、（ｂ）前記画像信号データをＹ−Ｃｒ−Ｃｂ空間上の輝度Ｙのデータ及び色差Ｃｒ，Ｃｂのデータに変換する工程と、（ｃ）少なくとも式（１）から式（４）までのいずれか１組の式を用いて色差マトリックス演算を行う演算工程とを含むカラー画像信号処理方法が提供される。ここで、Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ／Ｋ＋Ｃｂ×Ｂ，Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ（１）、Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ）／Ｋ，Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ（２）、Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ（３）、Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ，Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ（４）である。但し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは色差マトリックス係数であり、ＫはＹの関数であり、かつ、０よりも大きい補正係数である。Ｋは、色差比Ｈ（＝Ｃｒ'／Ｃｂ'）が輝度Ｙによらず一定になるように決められる。Ｃｒ'及びＣｂ'は補正後の色差である。
【０００６】
上記のカラー画像信号処理方法によれば、色差マトリックス演算に用いられる式において、色差比Ｈ（＝Ｃｒ'／Ｃｂ'）が輝度によらず一定となるように輝度Ｙに依存したＫを決めたので、肌色に関するオーバー露光時又はアンダー露光時の色相回りの影響が抑制される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、原色系分光感度を有するＣＣＤ固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラを例にして、肌色に関する色相回りについて図１から図３までを参照して説明する。図１は、デジタルスチルカメラのγ変換カーブを示す。図２は、最終的に出力される画像の輝度信号（最大出力輝度／出力輝度）を原シーンの輝度（原シーン輝度；単位は任意）に対してプロットしたグラフである。尚、図２は縦軸、横軸ともに対数目盛でプロットしている。図２のグラフを特性曲線と称する。図３は、肌色の色度点をａ*−ｂ*座標上に示したグラフである。尚、実際には、ａ*−ｂ*平面に対する法線方向に、明度Ｌ*の軸が存在するが、図３では省略している。
【０００８】
デジタルスチルカメラのＲ，Ｇ，Ｂの各分光感度にて取り込んだ入力画像情報をＡ／Ｄ変換して１０ビットのデジタル画像データを得る。得られたデジタル画像データをγ変換し、８ビットの出力デジタル画像信号を得た。
【０００９】
図１は、入力を横軸とし、出力を縦軸としたγ変換カーブである。図１に示すように、入力の増加に伴って出力も単調に増加することがわかる。
【００１０】
図２に示すように、最終的に出力される画像の輝度信号値と、原シーンの輝度信号値との関係を両方とも対数目盛でプロットすると、ほぼ直線の関係が得られる。この特性曲線が直線であり輝度信号が飽和しない限りは、どのような色であっても露光量にかかわらず出力画像中での色相は一定である。
【００１１】
しかしながら、例えば露光量が増加していくと、原色系の場合、まずＲ，Ｇ，Ｂのいずれかの出力信号が飽和する。Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれかの出力信号が飽和すると、色相回りが生じる。
【００１２】
図３に、ａ*−ｂ*座標上での肌色の色度点を示す（原色系の場合）。図３において、黒丸で示した点が、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれも飽和を起こしていない適正露光量（適正露光値）での肌色の色度点である。この適正露光量での肌色の色度点を基準値とする。この基準値よりも１／１６倍のアンダー露光（黒塗りの矢印で示す。）から８倍のオーバー露光（白抜きの矢印で示す。）までの範囲について、２の１／６乗倍ずつ露光量を変化させていき、その際の肌色の色度点を×印で示し、×印を線で結んだ。
【００１３】
図３に示すように、適正露光量の範囲においては、肌色の色度点はａ*−ｂ*平面上においてａ*及びｂ*の両者ともに正の値をとる。露光量をオーバー側に変化させると、ａ*の増加に伴ってｂ*も増加する。適正露光量を越える、ある露光量（第１露光量：Ｙ１）において肌色の色度点はａ*−ｂ*平面上において左方向に曲がる。これは、Ｒ信号が飽和（これ以上露光量を増加させてもＲ出力値が増加しない現象）したために起こる現象である。さらに露光量を増加させることにより肌色はＹ（黄色）Ｇ（緑）味の方向に進む。第１露光量Ｙ１よりも大きい第２露光量Ｙ２において、肌色の色度点はａ*−ｂ*平面上において右下方向に急に方向を変える。この時点でＧ信号が飽和するからである。従って、この時点以後は、Ｂ信号のみが飽和していないことになり、肌色は黄色である。いわゆる黄飛びが生じる。Ｂ信号も飽和すると、ａ*＝ｂ*＝０となり、白色になる。
【００１４】
以上の現象を以下のようにまとめて表現することができる。
【００１５】
固体撮像素子を含むカラー画像撮像装置において、カラー画像はＲ，Ｇ，Ｂの原色系或いはＹ，Ｍ，Ｃ，Ｇ，Ｗなどの補色系の分光感度にて取り込まれる。これらの分光感度にて取り込まれる信号は、露光量が大きいといわゆる飽和レベルに達し、それ以上の露光量であっても出力信号値は一定となる。この飽和現象は多くの場合、全ての分光感度で同時に起こるわけではない。例えば、ある一つの分光感度の出力値のみが飽和すると、それ以上の露光量では飽和した色の信号成分が不足することになる。これが色相回りの原因となる。
【００１６】
特に、画質の向上が著しいデジタルスチルカメラやデジタルムービーにおいても、上記の色相回りが生じる。とりわけ肌色の黄変が目立つ。カメラにＡＥ（オート露出機構）が付属しており、これに従って適正露光を行ったとしても、色相回りが発生することがある。特に晴天時の太陽光下での撮影においては、太陽光が強く跳ね返った部分で色相回りが生じやすい。
【００１７】
以上の実験結果に基づき、発明者は以下のような考察を行った。図４及び図５を参照して発明者の考察について説明する。図４は、様々な肌に関して色差比Ｈ（＝Ｃｒ／Ｃｂ）の輝度Ｙ依存性を調べた模式的なグラフである。図５は、様々な肌に関して、輝度Ｙを変化させた場合に得られる色差比Ｈを、輝度Ｙ＝Ｙ0（適正露光値における輝度）における色差比Ｈ0で正規化した値を示す模式的なグラフである。
【００１８】
一般にカメラは適正露光量において肌色が肌色として記録されるように設計されている。Ｒ，Ｇ，Ｂ（又はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｇ，Ｗ）信号は、カメラ内部での信号処理装置によってγ変換された後、輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）に変換される。さらに、Ｃｒ，Ｃｂには彩度強調や色相調節の目的で色差マトリックス演算が行われる。色差マトリックス演算は、一般的に以下の▲１▼、▲２▼を用いて行われる。
【００１９】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ ▲１▼
Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ ▲２▼
尚、式▲１▼及び▲２▼において、ＡからＤまでは色差マトリックス係数である。これらの係数を適切な値とすることにより、適正なＣｒ'、Ｃｂ'の値を得ることができる。尚、Ｃｒ，Ｃｂ，Ｃｒ'，Ｃｂ'はいずれも無彩色の時には０となる。
【００２０】
図４は、様々な肌の例としてＰ１、Ｐ２及びＰ３について、色差比Ｈ（＝Ｃｒ／Ｃｂ）と輝度Ｙとの関係を示している。図４に示すように、肌Ｐ１、Ｐ２及びＰ３のそれぞれに関して、所定の輝度Ｙにおける色差比Ｈの絶対値は異なる。
【００２１】
しかしながら、ある輝度までは、輝度Ｙに対して色差比Ｈはほぼ一定の値を示し、輝度が所定の値（図４では２００程度）を超えると色差比が大きくなるという傾向は、全ての肌Ｐ１からＰ３に関して同じであることを発見した。
【００２２】
図５は、様々な肌に関して、輝度Ｙと正規化された色差比Ｈ／Ｈ0との関係を示すグラフである。輝度が所定の値（図５では２００）までは、様々な肌Ｐ１からＰ３に関しての正規化された色差比Ｈ／Ｈ0は、１付近の値を有する。その後、正規化された色差比Ｈ／Ｈ0は、１付近から急激に低下する。図５に示すように、輝度ＹとＨ0で正規化された色差比Ｈ／Ｈ0とは、様々な肌に関してほぼ共通して１つの曲線で表せることがわかった。
【００２３】
図５より、各輝度Ｙにおける正規化された色差比Ｈ／Ｈ0を求めることができる。この値をＫ値と称する。各輝度ＹにおけるＫ値を図５より求め、色差Ｃｒ又はＣｂをＫ値により補正すれば、図４において破線Ｐ１'からＰ３'までで示したように、色差比Ｈが一定値からずれはじめる輝度（図４における輝度２００）よりも高い輝度においても色差比Ｈを一定値にすることができる。
【００２４】
すなわち、上記▲１▼式及び▲２▼式に基づく色差マトリックス演算に代えて、下記のイ又はロの方法いずれかを用いれば、高い輝度においても演算後の色差比を一定にでき、色相回りを低減できる。
【００２５】
変更イ：▲１▼式の代わりに下記の（１）又は（２）のいずれかの演算式にてＣｒ'を求める。
【００２６】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ／Ｋ＋Ｃｂ×Ｂ （１）
又は
Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ）／Ｋ （２）
変更ロ：▲２▼式の代わりに下記の（３）又は（４）のいずれかの演算式にてＣｂ'を求める。
【００２７】
Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ （３）
又は
Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ （４）
ＡからＤまでは色差マトリックス係数である。尚、ＡとＤとは対角項であり、ＡとＤとにより彩度の強調を調整する。ＢとＣとは非対角項であり、ＢとＣとにより色相を調整する。Ｋ値は、輝度Ｙの関数であり、かつ、０よりも大きい値である。
【００２８】
以下、Ｋ値の算出法について具体的に説明する。
【００２９】
まず、アンダー露光からオーバー露光までの露光量の広い範囲にわたって、人間の肌色のＹ，Ｃｂ，Ｃｒの値を求める。これらの値は、デジタルスチルカメラなどにより実際に撮影して求めることも可能であり、或いは、下記の（５）式を用いた計算により求めることも可能である。
【００３０】
Ｓｎ＝∫ＳＫＩＮ（λ）・Ｐ（λ）・ＳＥＮＳｎ（λ）・Ｅ・ｄλ （５）
但し、ＳＫＩＮ（λ）は、人間の肌の分光反射率であり、λは３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光の波長を表す。Ｐ（λ）は、撮影光源（一般的には太陽光）の分光放射エネルギー分布である。ＳＥＮＳｎ（λ）は、カメラのｎ番目の分光感度であり、Ｓｎはｎ番目の分光感度の出力値である。Ｅは、露光量倍率、すなわち適正露光量に対する比である。
【００３１】
例えば、原色系（ＲＧＢ）の場合、ＲＧＢのそれぞれの出力値をＳｒ、Ｓｇ及びＳｂとすると、これらの出力値Ｓｒ、Ｓｇ及びＳｂは以下の式で表される。
【００３２】
Ｓ1（＝Ｓｒ）＝∫ＳＫＩＮ（λ）・Ｐ（λ）・Ｓｒ（λ）・Ｅ・ｄλ （５−１）
Ｓ2（＝Ｓｇ）＝∫ＳＫＩＮ（λ）・Ｐ（λ）・Ｓｇ（λ）・Ｅ・ｄλ （５−２）
Ｓ3（＝Ｓｂ）＝∫ＳＫＩＮ（λ）・Ｐ（λ）・Ｓｂ（λ）・Ｅ・ｄλ （５−３）
上記の式で表されるように、Ｓ1＝Ｓｒ、Ｓ2＝Ｓｇ、Ｓ3＝Ｓｂである。補色系の場合にも、上記の式に準じる。尚、原色系の場合はｎ＝３となるが、補色系の場合には、ｎ＝３或いはｎ＝４となる。
【００３３】
波長λとして３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの範囲内で上記（５）式に基づく積分を行った。（５）式より求めたＳｎの値を用いて、カメラの設計仕様として定められている信号処理の手順に従って計算を進めることにより、Ｙ，Ｃｒ，Ｃｂの値を求めることができる。
【００３４】
尚、上記の信号処理の内容がどのような内容であっても良い。信号処理の内容として、一般的には、ホワイトバランスをとるためのゲイン調整、γ変換、Ｙ−Ｃｒ−Ｃｂ変換、などの演算処理が含まれる。さらに、Ａ／Ｄ変換や同時化などの処理も含まれる。尚、同時化とは、例えば単板式の固体撮像素子において、各ＲＧＢの３種類の色信号を得るための補間処理を行うことを指す。
【００３５】
尚、カメラ撮影によりＹ，Ｃｒ，Ｃｂを求め、それに基づいてＫ値を求める場合でも、計算によりＹ，Ｃｒ，Ｃｂを求め、それに基づいてＫ値を求める場合でも、色差マトリックス演算は省略しても良い。
【００３６】
次に、求めたＣｒとＣｂとから、上述のように色差比Ｈ＝Ｃｒ／Ｃｂを求める。色差比Ｈを、飽和していない時の適正露光付近のあるＹの値における色差比Ｈ0で正規化して、Ｋ値を求める。
【００３７】
Ｋ＝Ｈ／Ｈ0 （６）
尚、Ｋ値は、輝度Ｙに依存して変化する値（Ｙの関数）である。前述のように、肌色は、まずオーバー露光側でＲの飽和により赤味が不足し、黄色味が強くなる。これは、｜Ｈ｜が小さくなることを意味する。（６）式より、輝度Ｙが適正露光時のＹよりも高くなると、Ｋは小さくなる。すなわち、オーバー露光時の肌色の色相回りの程度をＫ値で表すことができる。Ｋ＝１である限り、肌色の色相はほぼ変化しないと言える。すなわち、式（１）から（４）までの少なくともいずれかを演算式として用いれば、露光量に依存せずに色差比Ｈ（＝Ｃｒ／Ｃｂ）はほぼ一定の値をとり、肌色の色相はほぼ一定に保たれる。
【００３８】
一方、アンダー露光の場合においても、肌色の色相が変化してしまう問題がある。このような場合にも、上記の技術を用いることにより色相回りの影響を修正することができる。すなわち、アンダー露光の場合でも露光量の変化により肌色の色相が変化してしまう場合には、輝度Ｙの最小値Ｙminから適正露光における値Ｙ0までの範囲においても、オーバー露光の場合と同様にＫ値を求めれば良い。求めたＫ値を上記の式（１）から式（４）までのいずれかに代入することにより補正し、新たなＣｒ'或いはＣｂ'を求めることができる。アンダー露光の場合に、色相回りの問題が生じていない場合には、適正露光値での輝度Ｙ0以下の範囲ではＫ＝１とし、オーバー露光側においてのみ上記の色相修正を行えばよい。
【００３９】
式（１）や式（２）はＣｒを高輝度域で大きくするものであり、色域外にはみ出す場合がある。そのために極めて高い輝度で肌が黄色になる現象（黄変）は改善されるが完全ではない。従って、もとより黄変が小さい特性曲線、即ち原シーンの高輝度域により伸ばした特性曲線の場合に用いると良い。
【００４０】
また、式（３）や式（４）はＣｂを高輝度域で小さくするものであり、色域外にはみ出すことはなく、色相回りは完全に直せる。但し、高輝度域の黄色系統の彩度がやや落ちる。
【００４１】
さらに、式（１）又は式（２）のいずれかと、式（３）又は式（４）のいずれかを組み合わせて色差マトリックス演算を行っても良い。２つの式を組み合わせずにいずれか一方の係数のみを用いると、肌色以外の一般色に対して好ましくない影響がでる場合には、組み合わせた式を用いることが特に有効である。
【００４２】
この場合には、Ｃｒ'に用いるＫ１とＣｂ'に用いるＫ２は、Ｋ１×Ｋ２＝Ｋとなる関係を保って分割するのであればどのように分割しても良い。もちろん、演算処理による負担を軽減するという意味では、いずれか一方の係数のみを用いる方が好ましいので、色再現性の向上と演算処理の簡単化とのトレードオフになる。また、式（１）や式（２）は、係数Ｋでのわり算になっているが、Ｋの逆数を用いた掛け算でも良い。
【００４３】
尚、上記の式（１）から（４）までの演算として、例えば輝度ＹとＫ値との関係を示すルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いて演算を行っても良い。或いは、例えば式（１）の場合、輝度Ｙと色差Ｃｒの値から直接Ｃｒ’の値を読み出す２次元ＬＵＴを用いても良い。ルックアップテーブルを用いることにより、信号処理時間の短縮、カメラの製造コストの低減が可能である。
【００４４】
以上に説明したカラー画像信号処理技術に用いて実際に信号処理を行う手順を原色系を例にとって図６を参照して説明する。
【００４５】
まず、ステップＳ１において、Ｒ，Ｇ，Ｂの信号を得る。次に、ステップＳ２において、ＲＧＢ信号にγ変換を施す。ステップＳ３に示すように、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ及びＣｂが得られる。
【００４６】
ステップＳ５において、式（１）から（４）までのいずれかの色差マトリックス演算を行う。図６においては、式（１）を用いた場合の例を示している。ステップＳ５により求められたＹ，Ｃｂ'，Ｃｒ'の値に基づいてステップＳ７においてカラー画像を生成する。
【００４７】
以上の工程によりカラー画像データを生成すれば、肌色の色相回りは低減する。
【００４８】
尚、上記の処理手順においては、肌色と肌色以外の色とで同じ色差マトリックス演算を行った。ステップＳ４において肌色を識別して、肌色はステップＳ５、その他の色はステップＳ７に示す処理を行っても良い。
【００４９】
ルックアップテーブルを用いる場合には、ステップＳ４及びステップＳ５においてルックアップテーブルを参照することにより、肌色の識別や輝度Ｙと色差Ｃｒ（又はＣｂ）の値からＣｒ'（又はＣｂ'）の値を引き出す処理を行えば良い。
【００５０】
肌色だけに限定して上記の演算を行う場合の肌色の識別は、具体的には、輝度Ｙ、色差Ｃｒ及びＣｂの色空間上の肌色の範囲を限定することで行うことができる。その中でも、Ｋ値が１以外の値をとる輝度Ｙの範囲のみに肌色の範囲指定を限定することができる。
【００５１】
上記のような限定を行えば、例えば式（３），（４）の場合に生じる高輝度領域における黄色の彩度の低下を防ぐことが可能である。
【００５２】
又、もちろん、Ｋ＝１の輝度範囲において演算を除外しておいても良い。
【００５３】
尚、肌色は、Ｃｒ＞０であり、かつＣｂ＜０である。従って、Ｃｒ＞０であり、かつＣｂ＜０であるという限定のみにより演算を行うことも可能である。また、Ｃｒ＞０であり、かつＣｂ＜０の限定の境界の内外における急激な色の変化を防ぐために、境界の付近においては演算の係数Ｋ値を徐々に１に近づけることもできる。このことは、肌の範囲をより狭く限定する場合においても、同様に行うことができる。
【００５４】
以下、図７からから図９までを参照して本発明の第１の実施の形態によるカラー信号処理技術について説明する。図７は、Ｃｒ／Ｃｂ値を輝度Ｙに対してプロットしたグラフであり、併せてａ*−ｂ*色度図上での色相角θの輝度依存性を示す図である。図８は、図７により求めたＣｒ／Ｃｂ値を正規化して求めたＫ値の輝度依存性を示す図である。図９は、ａ*−ｂ*色度図上での肌色の色度点を示す図である。
【００５５】
図７に示すように、Ｃｒ／Ｃｂ比及び色相角θは輝度Ｙに対してほぼ同じ相関関係を有していることがわかる。輝度Ｙが所定の値（図７では約２２０）を越えるまでは、Ｃｒ／Ｃｂ比及び色相角θはほぼ一定の値を示す。輝度が所定の値を超えると、Ｃｒ／Ｃｂ比及び色相角θは、急激に大きくなる。
【００５６】
図８に示すように、適正露光時におけるＣｒ／Ｃｂ比により正規化した場合のＣｒ／Ｃｂ比は、輝度が２００程度までは、ほぼ一定の値"１"をとる。輝度が２００を越えるとＫ値は急激に小さくなる。各輝度の値に対して、図８に示すグラフよりＫ値を求め、以下に示す（７）、（８）式に上記のＫ値を代入することにより、Ｃｂの補正を行った。Ｃｒは通常の色差マトリックス演算を行った。
【００５７】
Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ （７）
Ｃｒ’＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ （８）
尚、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値は、色差マトリックスの係数であり、当初からデジタルカメラに設定されている値である。或いは、Ｋによる補正込みで改めて最適化した係数としても良い。
【００５８】
図９に、露光量を変化させながら、上記式（７）及び（８）に示す式を用いてカラー画像信号処理を行った場合の、ａ*−ｂ*座標上での色度点を示す。図３に示す従来例に比べて明らかに色相回りが抑制されており、肌色に関する色再現性が向上していることがわかる。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施の形態によるカラー画像信号処理技術について図１０から図１４までを参照して説明する。図１０はγ変換カーブを示す。図１１は特性曲線を示す。原シーンの輝度は、第１の実施の形態によるカラー画像信号処理技術の場合の４倍（１００×４＝４００）高い輝度まで原信号を取り込んでいる。Ａ／Ｄ変換後には１２ビットとし、γ変換後には１０ビットとした。図１２は、肌色の色度点を従来法により求めた場合の、ａ*−ｂ*座標上に示したグラフである。図１３は、Ｋ値の輝度依存性を示す図である。図１４は、図１３により求めたＫ値に基づいて信号処理を行った場合の肌色の色度点をａ*−ｂ*座標上に示したグラフある。
【００６０】
図１０に示すように、Ａ／Ｄ変換後の入力は１２ビット、γ変換後の出力は１０ビットである。図１１に示すように、アンダー側（低輝度側）は、第１の実施の形態による技術の場合と同様に直線である。オーバー側（高輝度側）では、第１の実施の形態による技術の場合の４倍の高輝度まで原シーンを取り込んでおり、特性曲線は下に凸の曲線を描く。図１２に示すように、従来法（上記▲１▼式及び▲２▼式を用いて演算する方法）を用いると、肌色に関する色相回りが生じており、オーバー露光でＹＧ（黄緑）味の肌色、アンダー露光でＲ（赤）味の肌色になっていることがわかる。この場合の色相回りは特性曲線の曲がりに起因するものである。
【００６１】
図１３に、第１の実施の形態による技術と同様の技術を用いて求めたＫ値の輝度依存性を示す。アンダー露光側においてＫ値が１以上の値を示していることがわかる。次に、図１３に示すグラフより求めたＫ値に基づき、以下の（９）式及び（１０）式を用いてカラー画像信号処理を行った。
【００６２】
Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ） （９）
Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ （１０）
尚、ＡからＤまでは、色差マトリックスの係数であり、デジタルスチルカメラにおいて用いられていた値である。Ｋは各輝度Ｙの関数である。
【００６３】
図１４に示すように、上記のカラー画像処理技術を用いて得られた画像のａ*−ｂ*座標上での肌色の色度点の露光量依存性は、図１２に示す特性とは異なり、色相回りの少ない良好な特性を示すことがわかる。
【００６４】
本実施の形態によるカラー画像信号処理技術を用いることにより、デジタルスチルカメラの内部の信号処理アルゴリズムによらず、肌色の色相回りを抑制することができる。但し、Ｋ値は信号処理アルゴリズムにより異なる値を有する。特に、Ｋ値はγ変換特性に大きく左右される。また、一般に原シーンの輝度を高輝度まで取り込めば取り込むほど、飽和は起こりにくく、肌は飛びにくくなるが、このような場合でも、本発明によるカラー画像信号処理技術は有効である。尚、高輝度まで信号を取り込むと、ＳＮ比が低下して画像のざらつきが生じやすくなる。高輝度まで取り込めないような場合でも、上記の実施の形態によるカラー画像信号処理技術は有効である。色相回りが生じやすい撮影光源である太陽光下においてＫ値を得るのが好ましいが、他の撮影光源によって得ることも可能である。尚、Ｋ値の輝度依存性を考慮したことによる肌色の色相回りの低減の効果は、そのＫ値を決めた撮影光源下においてのみ有効なわけではなく、他の光源下で撮影した場合でも効果を得ることができる。どの撮影光源の場合でも、ホワイトバランス（ＷＢ）をとることが前提であるが、実際にはホワイトバランスが少し崩れていても、本発明の効果は発揮され、肌色の色再現性は良好である。
【００６５】
本発明の第３の実施の形態によるカラー画像データ処理技術を用いた印刷装置について図１５を参照して説明する。図１５はプリンタなどの印刷装置の構造を簡略化した機能ブロック図である。
【００６６】
図１５に示す印刷装置Ａは、画像データ入力部１と、カラー画像信号処理部３と、画像印刷部５とを有している。
【００６７】
画像データ入力部１は、ＲＧＢなどの画像データを入力するためのインタフェイス部であり、例えばデジタルスチルカメラによって得られたＲＧＢ信号を取り込む。パーソナルコンピュータＰＣなどを介して画像データを取り込む場合や、デジタルスチルカメラから直接取り込む場合がある。
【００６８】
カラー画像信号処理部３は、画像データ入力部１から取り込んだ画像データに対して、信号変換処理によりＲＧＢ画像データをＹ，Ｃｒ，Ｃｂに変換し、最終的にＹ，Ｃｒ'，Ｃｂ'信号を得る。
【００６９】
画像印刷部５は、得られたＹ，Ｃｒ'，Ｃｂ'信号に基づいて、カラー画像を印刷する。
【００７０】
上記のカラープリンタにおいては、肌色に関する色相回り低減のための処理がなされているため、色再現性の良好なカラー画像を印刷することができる。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施の形態の変形例によるカラー画像データ処理技術を用いた表示装置について図１６を参照して説明する。図１６は画像モニタなどの表示装置の構造を簡略化した機能ブロック図である。
【００７２】
図１６に示す表示装置Ｂは、画像データ入力部１１と、カラー画像信号処理部１３と、画像表示部１５とを有している。
【００７３】
画像データ入力部１１は、ＲＧＢなどの画像データを入力するためのインタフェイス部であり、例えばデジタルスチルカメラによって得られたＲＧＢ信号を取り込む。パーソナルコンピュータＰＣなどを介して画像データを取り込む場合や、デジタルスチルカメラから直接取り込む場合がある。
【００７４】
カラー画像信号処理部１３は、画像データ入力部１１から取り込んだ画像データをＹ，Ｃｒ，Ｃｂに変換し、最終的にＹ，Ｃｒ'，Ｃｂ'信号を得る。画像表示部１５は、得られたＹ，Ｃｒ'，Ｃｂ'信号に基づいて、カラー画像をモニタなどに表示する。
【００７５】
図６に示すカラー画像信号処理を、コンピュータ上で行うためのソフトウェアを用いて行っても良い。また、適正露光時の肌色の輝度Ｙよりも小さな輝度でのＫ値を全て１として計算を行っても良い。
【００７６】
上記のカラー画像表示装置においては、肌色に関する色相回り低減のための処理がなされているため、色再現性の良好なカラー画像を表示することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態について例示したが、上記例示は制限的な意味を有さない。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００７８】
【発明の効果】
デジタルスチルカメラなどにおいて用いられるカラー画像信号処理技術において、肌色が撮影照明光の強い部分で黄飛び（色相回り）することを抑制することができる。また、デジタルスチルカメラなどのカラー撮像装置を用いて撮影した画像を表示又は印刷する際に、肌色の黄飛びを修正して色再現性良くカラー画像を表示、印刷することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合のγ変換カーブを示す図である。
【図２】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合の原シーンの輝度と出力輝度との関係を示す特性曲線を示す図である。
【図３】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合の肌色の色度点を示す図である。
【図４】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合の肌色の色差比の輝度依存性を示す図であり、様々な肌色についての依存性を示す図である。
【図５】 適正露光時の色差比により正規化した色差比（Ｋ値）の輝度依存性を示す図である。
【図６】 適正露光時の色差比により正規化した色差比（Ｋ値）の輝度依存性を用いて色差マトリックス演算を行う場合のカラー画像処理技術を用いた処理手順を示すフローチャート図である。
【図７】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合のＣｒ／Ｃｂ比と色相角の輝度依存性を示す図である。
【図８】 本発明の第１の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合のＫ値の輝度依存性を示す図である。
【図９】 本発明の第１の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合の肌色の色度点を示す図である。
【図１０】 本発明の第２の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合のγ変換カーブを示す図であり、第１の実施の形態による技術よりも４倍の高輝度までの範囲について示した図である。
【図１１】 本発明の第２の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合の原シーンの輝度と出力輝度との関係を示す特性曲線を示す図である。
【図１２】 一般的なカラー画像処理技術を用いた場合の、肌色の色度点を示す図である。
【図１３】 本発明の第２の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合のＫ値の輝度依存性を示す図である。
【図１４】 本発明の第２の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いた場合の肌色の色度点を示す図である。
【図１５】 本発明の第３の実施の形態によるカラー画像処理技術を用いたカラープリンタの機能ブロック図である。
【図１６】 本発明の第３の実施の形態の変形例によるカラー画像処理技術を用いた画像表示装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
Ａ カラープリンタ
Ｂ 表示部
１、１１ 画像データ入力部
３、１３ カラー画像信号処理部
５ 画像印刷部
１５ 画像表示部
Claims (11)
- （ａ）原色系又は補色系の画像信号データを取り込む工程と、
（ｂ）前記画像信号データをＹ−Ｃｒ−Ｃｂ空間上の輝度Ｙのデータ及び色差Ｃｒ，Ｃｂのデータに変換する工程と、
（ｃ）少なくとも式（１）から式（４）までのいずれか１組の式を用いて色差マトリックス演算を行う演算工程と
を含むカラー画像信号処理方法。
【数１】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ／Ｋ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ（１）
【数２】
Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ）／Ｋ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ （２）
【数３】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ（３）
【数４】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ （４）
但し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは色差マトリックス係数であり、ＫはＹの関数であり、かつ、０よりも大きい補正係数である。Ｋは、色差比Ｈ（＝Ｃｒ'／Ｃｂ'）が輝度Ｙによらず一定になるように決められる。Ｃｒ'及びＣｂ'は補正後の色差である。 - 露光量を変えることで肌色の色差比Ｈ＝Ｃｒ／Ｃｂの輝度Ｙ依存性を算出し、さらに式（５）によって算出したＫを用いて前記色差マトリックス演算を行う工程を含む
請求項１に記載のカラー画像信号処理方法。
【数５】
Ｋ＝（Ｃｒ／Ｃｂ）／（Ｃｒ／Ｃｂ）Y=Y0 （５）
但し、（Ｃｒ／Ｃｂ）Y=Y0 は、適正露光時の色差比である。 - 前記式（１）から（５）までの演算工程のうち少なくともいずれかが、前記式（１）から（５）までに記載の係数又は変数間の相関関係を表したルックアップテーブルを参照することによって行われる工程を含む
請求項１又は２に記載のカラー画像信号処理方法。 - 前記演算工程を肌色に限定して行う
請求項１から３までのいずれか１項に記載のカラー画像信号処理方法。 - 原色系又は補色系の画像信号データを取り込むデータ取り込み手段と、
前記画像信号データを、Ｙ−Ｃｒ−Ｃｂ空間上の輝度Ｙ及び色差Ｃｒ，Ｃｂのデータに変換するデータ変換手段と、
少なくとも式（１）から式（４）までのいずれか１組の式を用いて色差マトリックス演算を行う演算手段と
を含むカラー画像信号処理装置。
【数１】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ／Ｋ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ（１）
【数２】
Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ）／Ｋ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ （２）
【数３】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ（３）
【数４】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ （４）
但し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは色差マトリックス係数であり、ＫはＹの関数であり、かつ、０よりも大きい補正係数である。Ｋは、色差比Ｈ（＝Ｃｒ'／Ｃｂ'）が輝度Ｙによらず一定になるように決められる。Ｃｒ'及びＣｂ'は補正後の色差である。 - 露光量を変えることで肌色の色差比Ｈ＝Ｃｒ／Ｃｂの輝度Ｙ依存性を算出し、さらに式（５）によって算出したＫを用いて前記色差マトリックス演算を行う演算手段を含む
請求項５に記載のカラー画像信号処理装置。
【数５】
Ｋ＝（Ｃｒ／Ｃｂ）／（Ｃｒ／Ｃｂ）Y=Y0 （５）
但し、（Ｃｒ／Ｃｂ）Y=Y0 は、適正露光時の色差比である。 - 前記演算手段のうちの少なくともいずれかが、前記式（１）から（５）までに記載の係数又は変数間の相関関係を表したルックアップテーブルを参照する手段を含む
請求項５又は６に記載のカラー画像信号処理装置。 - 画像データ入力部と、
請求項５から７までのいずれか１項に記載のカラー画像信号処理装置を備えた画像データ処理部と、
該画像データ処理部により処理された画像データに基づいて画像を印刷する画像印刷部と
を備えたカラープリンタ。 - 画像データ入力部と、
請求項５から７までのいずれか１項に記載のカラー画像信号処理装置を備えた画像データ処理部と、
該画像データ処理部により処理された画像データを表示する画像データ表示部と
を備えるカラー画像表示装置。 - 原色系又は補色系の画像信号データを取り込む手順と、
前記画像信号データをＹ−Ｃｒ−Ｃｂ変換する手順と、
少なくとも式（１）から式（４）までのいずれか１組の式を用いて色差マトリックス演算を行う手順と
を含む画像信号処理手順をコンピュータに実行させるプログラム。
【数１】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ／Ｋ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ（１）
【数２】
Ｃｒ'＝（Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ）／Ｋ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ （２）
【数３】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ×Ｋ（３）
【数４】
Ｃｒ'＝Ｃｒ×Ａ＋Ｃｂ×Ｂ， Ｃｂ'＝（Ｃｒ×Ｃ＋Ｃｂ×Ｄ）×Ｋ （４）
但し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは色差マトリックス係数であり、ＫはＹの関数であり、かつ、０よりも大きい補正係数である。Ｋは、色差比Ｈ（＝Ｃｒ'／Ｃｂ'）が輝度Ｙによらず一定になるように決められる。Ｃｒ'及びＣｂ'は補正後の色差である。 - 露光量を変えることで肌色の色差比Ｈ＝Ｃｒ／Ｃｂの輝度Ｙ依存性を算出し、さらに式（５）によって算出したＫを用いて前記色差マトリックス演算を行う演算手順を含む
請求項１０に記載のプログラム。
【数５】
Ｋ＝（Ｃｒ／Ｃｂ）／（Ｃｒ／Ｃｂ）Y=Y0 （５）
但し、（Ｃｒ／Ｃｂ）Y=Y0 は、適正露光時の色差比である。
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