JPH08251432A

JPH08251432A - 実時間画像強調技法

Info

Publication number: JPH08251432A
Application number: JP8005687A
Authority: JP
Inventors: Shyh-Shiaw Kuo; クオシー−シアウ; Minakanagurki V Ranganath; ヴィ．ランガナスミナカナガーキ
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1996-09-27
Also published as: EP0723364A2; EP0723364A3; KR960030039A; EP0723364B1; US5982926A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、画像強調技法である、特に原文及
び、またはカラー精密画像における実時間画像強調方法
に関する。【解決手段】ビデオ処理システムに取り込んだ画像に
実時間で、本発明である変換関数を適用させ、従来得ら
れる画像より色の再現性や鮮明さを改善した。改善した
画像強調方法は、従来のビデオ処理システム上で示され
る。これらの方法は、人間の眼で知覚した画像の状態を
改善する及び、または計算機解析に対し画像をより好ま
しく描画するために操作する。最初の実施例では、画像
の色忠実性を損なうことなくカラー画像が強調される。
２番目の実施例では、画像のボケを減少し明暗領域のコ
ントラストを増加させることで光学的グレイ濃淡文書画
像が強調される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に画像強調
技法に関し、特に原文論理カラー精密画像に対し実時間
画像強調を実施することに関するものである。

【０００２】

【従来技術の説明】画像強調とは、要求した画像データ
値が巧みに処理される過程である。そのような処理は、
人間によって知覚した画像の状態を改善するためおよ
び、または画像の機械的解析に対してそのデータをより
好ましく描画する方向に向けられている。複数の画像強
調過程は、複数の修正過程の一つの目的が画像に関して
再生成した画像の忠実度およびまたは精密度を改善する
ためであるという点において複数の画像修正過程から区
別される。これに対し、複数の強調過程は、人間に見え
る知覚対象および、または計算機解析に対する処理した
画像の適合性の上で、より強調するよう位置付けてい
る。

【０００３】様々な画像強調過程は、知覚した明瞭度、
明るさ、および／または画像の品質を改善するために対
して開発された。これらの画像強調過程は、これらの画
像が正確に再び生成されたものであるかに関係なく、人
間の目によりのぞましい画像を描画することを試みる。
しばしば、ゆがんだ画像が、原画像の完全な再生成した
コピーよりも人間の目により好ましい画像がある。たと
えば、露出過度もしくは露出不足が画像のエッジに合成
された場合、結果として得ている画像は、概してその様
な露出不足もしくは露出過度がない画像よりより好まし
いものとして知覚される。

【０００４】多くの従来技術画像強調過程が、濃淡画像
の改善に集中しているが、カラー領域へのこれらの処理
の方向性拡張は、品位の落ちたもしくはやや適さない画
像に帰着する。現時点では、カラー画像に関して使用で
きる注目に値する最も適した画像強調技法は不足してい
る。カラー画像の広範囲にわたる普及、マルチメディア
アプリケーションの人気の増大、計算機装置の急激な増
加、そしてＨＤＴＶの開発のすべてが、改善したカラー
画像強調手法に対する要求の増加の一因となっている。
そのような画像強調方法は、カラー画像に関して用いる
ことに対して最適化されるべきで、かつ単にカラー領域
に対してグレー濃淡手段の再構築であるべきではない。
さらに、その様な画像強調方法は、現存のハードウエア
プラットフォームで用いる実時間の操作であるべきであ
る。

【０００５】各個々の色成分に対して今あるモノクロ画
像強調アルゴリズムを適用することでカラー画像を改善
することが可能であったとしても、結果としての画像
は、適切に強調されていない。モノクロ画像強調アルゴ
リズムが適用された後に、Ｒ．Ｇ．Ｂ成分を重ねて見た
場合、画像ゆがみが結果としてあらわれる。さらに、そ
れら成分の関連性を考慮にいれないで、Ｒ．Ｇ．Ｂ成分
が無関係に処理されるならば、画像ゆがみだけが結果と
してあらわれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の多くの画像強調
技術は、グレイレベル画像を対象にしたものであった。
これらの技法をカラー画像に適用した場合、カラーゆが
みを引き起こしてしまう事が多い。従って、本発明はカ
ラー画像の特性に対応した変換関数を適用することで、
人間の眼で知覚される画像の状態を改善する方法を提供
することである。

【０００７】

【本発明の概要】改善した複数の画像強調方法は、従来
のビデオ処理システム上で示される。これらの方法は、
人間の眼が知覚した画像の状態を改善するためおよび、
または計算機解析に対しこらの画像を改善することを実
時間で行う。最初の実施例は、画像の色再現性を落さず
にカラー画像を強調する。２番目の実施例は、画像のボ
ケを減少させ、明暗間のコントラストを増加させ、かつ
従来のブロック型圧縮アルゴリズムによって導入される
画像人工物の除去によりグレイレベル原文画像を強調す
る。

【０００８】最初の実施例によれば、カラー画像は、Ｈ
ＳＶ空間（色相、彩度、輝度）中の多くの画素によっ
て、再表現される。そのカラー画像は、輝度値と彩度値
の全範囲を示す。画像は、輝度成分に対して第一変換関
数を彩度成分に対して第二変換関数を適用することで強
調される。その第一変換関数は、原画像の輝度値範囲を
ビデオ処理システム内で有効な輝度値の全範囲に相当す
るよう変換する。第二変換関数は、原画像の彩度値範囲
をビデオ処理システム内で有効な彩度値の全範囲に相当
するよう変換する。それら変換関数は、完全に最適化し
た輝度と彩度成分を持っている強調した画像を提供す
る。強調した画像は、ビデオ処理システムの輝度と彩度
の有効ダイナミックレンジを最適に割り当てることによ
って得られる。彩度と輝度は、カラーゆがみを混入させ
ずに領域の両端に寄せる強調が行われる。

【０００９】

【本発明の実施例】ここに示した画像強調手法は、人間
によって知覚したおよび、または計算機解析に対しより
好ましく描するために画像の状態を改善する方向に向け
らている。最初の実施例は、画像の忠実性を落とすこと
なくカラー画像を強調し、かつ第２番目の実施例は、ボ
ケを減少させ明暗領域のコントラストを増加させること
によって光学的走査したグレイレベル文書画像を強調す
る。現在存在しているビデオ処理システムは、実時間に
おいてここで示した画像強調方法を実施できる。好まし
いビデオ処理システムであるＡＴ＆Ｔピカソ静止画電話
とその様な従来型ビデオ電話の両方の装置は、マイクロ
プロセッサーと画像メモリーを含んでいる。ＡＴ＆Ｔピ
カソ静止画電話は、継続中の米国出願第０８／２０２６
０８号で開示される。

【００１０】最初の実施例に関し、カラー画像は、ＲＧ
Ｂ（赤、緑、青）カラー空間中よりもＨＳＶ（色相、彩
度、輝度）カラー空間中の方が非常により効果的に強調
されることができる。ＨＳＶカラー空間中では、その色
情報（色相）が分離されそして残っている画像成分（彩
度と輝度）から取り除かれる。この方法によれば、彩度
と輝度は、カラー（色相）成分にゆがみを混入すること
なく可能な限り最大限まで強調されるであろう。いくつ
かのカラー画像は、ＨＳＶ（色相、彩度、輝度）カラー
空間内で大部分の画素によって再表現される。例えば、
よく知られている方法は、従来のＮＴＳＣＳＥＣＡＭ，
ＲＧＢもしくはＰＡＬビデオ信号をＨＳＶカラー空間に
変換するために用いられる。いくつかの場合、この変換
過程は相対的で単純な計算を実行することで実現されて
いるが、他の場合は、非線形数学的操作が要求される。
そのような非線形操作は、計算上高くつくものになる。
このような理由から、すぐ下の記載では、他のカラー空
間内の画像強調が論じられた後、ＨＳＶカラー空間の環
境内で画像強調を考慮される。

【００１１】どのカラー画像も彩度と輝度の有限範囲を
示す。さらにＨＳＶ空間内で、これらの彩度と輝度値が
画像の個々の複数成分として区別される。従来のビデオ
処理システムは、輝度値の有限範囲と同様に彩度の有限
範囲も処理するための機能が備えらている。しかしなが
ら、画像が表わしている輝光値の範囲が、必ずしも従来
のビデオ処理システムに備わっている輝度値の全体のダ
イナミックレンジと同一である必要はない。同様に画像
中に表われる彩度値の範囲は、処理することを目的とし
て従来のビデオ処理システムに備えられている複数の彩
度値の全ダイナミックレンジと必ずしも同一にする必要
はない。

【００１２】概して、ビデオ処理システムの有効なダイ
ナミックレンジは、カラー画像中の輝度と彩度値のレン
ジより非常に広い範囲におよぶ。このことから、もし画
像に画像強調方法が用いられなければ、ビデオ処理シス
テムの有効ダイナミックレンジの一部分しか使用さない
ことになる。画像が露出不足であるならば、輝度値がビ
デオシステムの有効ダイナミックレンジの一方に集中
し、かつダイナミックレンジの残っている部分は、相対
的にあまり利用されない。画像が露出過度ならば、輝度
値は他の部分に集中させられ、かつダイナミックレンジ
の残っている部分は、同様に使用されない。

【００１３】第一変換関数は、ビデオ処理システムの有
効輝度値ダイナミックレンジを適切に利用するために画
像の輝度値に適用される。第二変換関数は、ビデオ処理
システムの有効、彩度値ダイナミックレンジを適切に利
用するために画像の彩度値に適用される。原画像の色相
は、変更されない。第一関数の目的は、ビデオ処理シス
テムによって与えられる輝度値のダイナミックレンジを
原カラー画像中の輝度値のダイナミックレンジに相当す
るよう適切に割り当てることである。第二関数の目的
は、ビデオ処理システムによって与えられる彩度値のダ
イナミックレンジを原カラー画像内の含まれた彩度値の
ダイナミックレンジに対応するよう適切に割り当てる。

【００１４】第一変換関数は、４つの輝度値ポイントで
定められた３つの実質的線形領域を持っている２次元内
の区分的線形マッピング関数である。第一次元は、輝度
入力値を意味し、かつ第２次元は、輝度出力値を意味す
る。第一輝度値点は、与えられた画像の最小輝度値を表
わし、第二輝度値点は、この画像の最大輝度値を表わ
し、かつ第三と第四輝度値点は、第一と第二の中間値に
よって選択される。第三と第四輝度値点に対する特別な
値の選択は、与えられた画像の露出の程度によって定ま
る。

【００１５】さて、図１を参照する。カラー画像の輝度
成分のマッピングに対応する変換関数のグラフ。画像強
調は、輝度成分に対して、区分的線形マッピング関数１
０２を用いて画像の輝度値を変換することにより実施さ
れる。区分的線形マッピング関数は、３つの線区間から
なる。１０４，１０６，１０８。線区間１０４は、ｖｍ
ｉｎとｖｌｏｗｅｒ間によって定義され、１０６は、ｖ
ｌｏｗｅｒとｖｕｐｐｅｒ点によって定義され、１０８
は、ｖｍａｘとｖｕｐｐｅｒ点によって定義される。ｖ
ｍｉｎとｖｍａｘは、最大最小輝度レベルを表わす。ｖ
ｌｏｗｅｒとｖｕｐｐｅｒは輝度レベルの低い、中位、
高い範囲に対し、ダイナミックレンジアロケーションを
決める。

【００１６】原画像の輝度値範囲をｖｍｉｎとｖｍａｘ
に対して分類する。ｖｌｏｗｅｒとｖｕｐｐｅｒは、そ
ののち、強調される画像の特性に基づいて、与えられた
画像に対して画像強調を最適化するため選択される。例
えば、強調しようとする原画像が露出不足ならばｖｌｏ
ｗｅｒとｖｕｐｐｅｒは低い輝度レベルの方へ強調する
方向で選ばれるべきである。この様に、ビデオ処理シス
テムの有効ダイナミックレンジの大部分は、低い輝度レ
ンジに割り当てられるべきである。その様な割り当て
は、相対的にｖｍｉｎに近い値になるｖｌｏｗｅｒを選
び、かつｖｍａｘから相対的に遠い値になるｖｕｐｐｅ
ｒを選ぶことで達成される。この方法で、高輝度レベル
は圧縮され、低輝度レベルは伸張される。

【００１７】原画像が、露出過度ならば、相対的にｖｍ
ａｘに近くなるようｖｌｏｗｅｒは、相対的にｖｍｉｎ
から遠くなるようにされるべきである。この方法で、低
い輝度レベルは圧縮され、かつ高い輝度レベルは伸張さ
れる。ビデオ処理システムのダイナミックレンジの大部
分が、高輝度レベルに割り当てられる。

【００１８】図１は、後に記載される第二変換関数と画
像彩度値に関して同様なマッピングをする関数１０３を
含む。

【００１９】図２と図３に関して、複数の特有な計算
は、ｖｕｐｐｅｒとｖｌｏｗｅｒが強調される画像に対
して輝度値ヒストグラムを作成することにより実施され
るものである。そのようなヒストグラムは、次に示すｖ
ｍｉｎからｖｍａｘの範囲で、サブレンジの大部分に向
かって与えられた画像中に表われる輝度値の範囲を分類
する。サブレンジの大部分のそれぞれに対し、このサブ
レンジ中で複数の輝度値を持つ画像の画素数が決定され
る。ヒストグラムの第１モーメントは、ヒストグラムの
重心である様に概念付けされる。その重心は、下記の
［数１］によって計算される。

【数１】Ｉ_i は、特有な輝度レベルを表わし、ｈ_i は、輝度レベ
ルＩ_i を持つ画素数であり、かつＮは輝度レベル（複数
のサブレンジ）の全数である。例えば、輝度レベル３０
１（図３）は、輝度レベル１（Ｉ₁）を再表現するよう
概念化され、輝度レベル３０３は、輝度レベル２
（Ｉ₂）を再表現するよう概念化され、かつ輝度レベル
３１９は、輝度レベル１０（Ｉ₁₀）を再表現するよう概
念化される。この例で、１０個の輝度レベル（次の１０
個のサブレンジ）があり、Ｎは１０に等しい。

【００２０】図２は、大部分がピクセル２０１，２０
３，２０５から成る典型的なカラー画像２０７における
輝度成分を表わしたものである。それぞれの画素２０
１，２０３，２０５は、その画素に対する輝度成分を表
わす特有な値に関連づけられる。例えば、２０１は白
で、相対的に輝度の高い値として表わされるように決め
られ、対角線で表わされている２０３は、２０１から２
０５の中間輝度値を表わしている。

【００２１】図３は、図２のカラー画像２０７に対する
輝度成分の相対的分布を示す輝度値ヒストグラムであ
る。その輝度値ヒストグラムは、特有な輝度値を持つ与
えられれている画像の画素数を示す。Ｙ軸に画素単位に
おける出現度数を、Ｘ軸は輝度レベルを表わす。図２と
図３の例で、１０個の異なった輝度値が画像の画素輝度
値を表現するのに使用される。図３に関して、一番低い
輝度値は３０１（白）で表わされ、複数の中間輝度値
は、輝度値３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，
３１３，３１５および３１７によって再表現され、そし
て一番高い輝度値は、輝度値３１９（黒）で再表現され
る。図３の輝度値ヒストグラムから、カラー画像２０７
は、４８個の輝度値３０１、１４個の輝度値３０３、２
２個の輝度値３０５などを含んでいるのがわかる。輝度
値ヒストグラムの第１モーメントは、本例における画素
の多くを含んでいる輝度値で、全部で４８個の画素を持
つ輝度値３０１である。

【００２２】輝度値ヒストグラムの第１モーメントは、
与えられた画像の相対的露出不足もしくは過度を示すよ
うに与える。第１モーメントは、露出不足画像に対し
て、ｖｍｉｎ（図１）により近くなり、露出過度画像に
対しては、ｖｍａｘに近づく。輝度値ヒストグラム（図
３）の第１モーメントに基づけば、２つの輝度レベルｖ
ｌｏｗｅｒとｖｕｐｐｅｒは、第１モーメントがｖｍｉ
ｎにだんだん近づくように計算され、ｖｕｐｐｅｒは増
加し、ｖｌｏｗｅｒは減少する。第１モーメントがｖｍ
ａｘに段々近づくにつれ、ｖｕｐｐｅｒは減少し、ｖｌ
ｏｗｅｒは増加する。

【００２３】ビデオ処理システムの全ダイナミックレン
ジが〔ＶＭＩＮ，ＶＭＡＸ〕によって与えられるように
し、輝度の最小、最大値に相当するＶＭＩＮとＶＭＡＸ
がビデオシステム内で表現される。その場合ビデオシス
テムは、ビデオディスプレイを構成し、ＶＭＩＮとＶＭ
ＡＸは、あえて表示されている最小と最大輝度値に対応
するよう選ばれる。ｖｍｉｎとｖｌｏｗｅｒ間の輝度値
は、ＶＬＯＷＥＲ＝ＶＭＩＮ＋｛（ｖｌｏｗｅｒ−ｖｍ
ｉｎ）／３｝の関係を持つ〔ＶＭＩＮ，ＶＬＯＷＥＲ〕
の範囲に線形的に分類される。ｖｌｏｗｅｒとｖｕｐｐ
ｅｒ間の輝度値は、線形的にＶＵＰＰＥＲ＝ＶＭＡＸ＋
｛（ｖｍａｘ−ｖｕｐｐｅｒ）／３｝の関係を持つ〔Ｖ
ＬＯＷＥＲ，ＶＵＰＰＥＲ〕の範囲に分類される。ｖｕ
ｐｐｅｒとｖｍａｘ間の輝度値は、線形的に〔ＶＵＰＰ
ＥＲ，ＶＭＡＸ〕の範囲に分類される。ＶＵＰＰＥＲと
ＶＬＯＷＥＲに対する前式の分母が、３という値を含む
ところが注目すべき点である。この値は実際の目的に対
して示される。例えば、２．５や３．７の様な３からず
れている値が用いられる。さらに、異なる値（即ち、
４．０）が、ＶＬＯＷＥＲの分母（即ち、２．３）にお
いて利用された値に相対してＶＵＰＰＥＲの分母におい
て利用される。

【００２４】すぐ前の文節で示した様な複数の輝度値の
分類は、与えられれたビデオ処理システムのダイナミッ
クレンジの適当な配置を、強調されるべき画像に表われ
る複数の輝度値の実際の範囲にする。

【００２５】第２変換関数は、原画像の複数の彩度成分
を強調画像のための彩度成分に変換することに用いられ
る。この第２変換関数は、原画像の複数の彩度成分を表
わしている彩度ヒストグラムに伸長手続が与えられるこ
とにより決定される。第一彩度値地点ｓｍｉｎは、画像
の最少彩度値を再び表わし、かつ第二彩度値地点ｓｍａ
ｘは、画像の最大彩度値を再び表わす。

【００２６】彩度の上限Ｓｕｐｐｅｒは、その彩度レベ
ルの様に定義され、そのレベルから彩度ヒストグラムの
下での範囲で、その彩度の最大値ｓｍａｘは、画像内の
全画素数の小さな割合に等しい。たとえば、好ましい百
分率は、およそすべての画素数の０．５％になる。ｓｍ
ｉｎからｓｕｐｐｅｒの範囲内の複数の彩度成分は、ビ
デオ処理システム内で有効な彩度値〔ＳＭＩＮ，ＳＭＡ
Ｘ〕の全ダイナミックレンジに線形的に分類されれる。
この方法において、複数の画素の彩度値中の小さなばら
つきは、強調した画像の完全性を損ねないで無視され
る。

【００２７】第１，第２変換関数を用いて、原画像の輝
度と彩度値が修正される。画像の複数の色相成分は、変
わらず、原画像から強調画像に同じ成分が残る。原画像
の輝度値もカラー彩度値と同様に任意に選択したビデオ
処理システムの操作環境において使用に対して最大限実
行できる強調がされた。その結果は、カラーゆがみの混
入がない最適な強調したカラー画像になる。

【００２８】いくつかのシステムアプリケーションで
は、画像強調を実施するビデオ処理システムの有効ダイ
ナミックレンジを決めることが不可能なことがある。た
とえば、ビデオ処理システムのダイナミックレンジ特性
がわからない、もしくは、それぞれ違った特性をもつ多
くの任意に選択したビデオ処理システムのいくつかを用
いて画像強調を実施する場合である。その様な適用にお
いて、第１、第２変換関数の異なる組み合せを各ビデオ
処理システムに対し適用することが出来、ここで各変換
関数の組は、各ビデオ処理システムに対して最適化され
る。あるいはまた、任意に決めた変換関数の１組が適用
され、ここでその関数は、たとえその関数がそのあるシ
ステムで全く使用に適さなくてもビデオ処理システムの
広い範囲に対して有用な変換を与えるため選択される。

【００２９】第一、第二変換関数に関係して前記文節中
で示したその複数の技法は、たとえそのような適用が必
ずしも複数の最適な結果をもたらさなくてもＨＳＶ以外
のカラー空間に適用される。他のカラー空間をＨＳＶに
領域に変換する過程は、しばしば計算上集約的で、極端
に位置しているシステムを要求する。ＮＴＳＣビデオ信
号を用いて通信するビデオ電話の様ないくつかのシステ
ム応用については、要求される計算は好ましくない非常
に高価なハードウェアを要求する。

【００３０】非ＨＳＶカラー空間をＨＳＶ領域へ変換す
る過程は、計算の複雑さに加えて他の問題を招く。ある
カラー空間の確かな複数の色が、他のカラー空間では物
理的に実現されない。例えば、従来のＮＴＳＣビデオ信
号のＹＣｂＣｒカラー空間でいくつかの色が、ＲＧＢカ
ラー空間では補色に変換されてしまう。そのような補色
は、物理的には実現されない。

【００３１】非ＨＳＶカラー空間をＨＳＶ領域に変換す
る場合の前記の複数の困難を考慮して、一つの手段が従
来ＮＴＳＣＹＣｂＣｒカラー空間内でカラー画像を直接
に強調することとして示される。この手段は、実時間で
操作しそして、ＮＴＳＣフォーマットでカラー画像記録
するどのビデオ装置にも適用される。

【００３２】従来のＮＴＳＣ信号の輝度（Ｙ）成分は、
ＨＳＶカラー画像の輝度成分に関して前記で示した複数
の手続に続いて強調される。色差成分ＣｂとＣｒは、輝
度（Ｙ）成分のような同じ量によって修正されると、カ
ラー彩度は、原画像中の様に同じものが残る。カラー彩
度が同じ値で残るという事実が当業者に対し知られジェ
ィ・フォーリー（Ｊ．Ｆｏｌｅｙ）著「コンピューター
グラフィックス原理と実施」アディソン・ウェスリー
（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ）出版，１９９１に開
示されている数学的誘導を通して確認することが出来
る。しかしながら、最適なカラー画像を強調するために
画像の彩度成分は、さらに画像の彩度を改善するために
修正出来る。

【００３３】画像中のカラー情報数の検出は、ＣｂとＣ
ｒ成分のヒストグラムの広がりの量を決めることで実施
される。ヒストグラムの広がりが与えられたしきい値例
えば大体２３より小さい場合は、その後文書画像は、グ
レイレベル画像のように扱われ、輝度成分だけが強調さ
れる。

【００３４】原文画像強調に対する一つの可能なアプロ
ーチは、Ｙヒストグラムを最大有効ダイナミックレンジ
にまで引き伸ばすことで、それにより画像コントラスト
を強調している。この試みが画像を改善しても、さらに
複数の改善が可能である。ここで示した手段によれば、
文書画像の背景グレイレベルは決められる。複数の原文
画像は一般的に離散グレイレベルの相対的な限られた数
を含んでいて、文字が黒で白い背景の２値文書や他の様
な場合でも同様である。背景グレイレベルは、Ｙ（輝
度）ヒストグラム内で有効ピークを示す。そのような輝
度ヒストグラムは、輝度値ヒストグラムに似かよってい
る。Ｙ（輝度）ヒストグラム内のピークは、ピーク検知
信号が、負から正へ変化する０のところでのグレイレベ
ルを確認することにより検出される。そのピーク検出信
号は、累積ヒストグラムと平滑化した累積ヒストグラム
の違いを計算することで生成され、その平滑化の度合
は、ピーク検知の感度を決定している。

【００３５】ＮＴＳＣ画像の複数の彩度成分は、色差成
分ＣｂとＣｒを修正し、強調された輝度成分Ｙの量より
多い量によって強調される。言い換えると、変換関数の
傾きを色差成分（色差変換関数）に適用したことが変換
関数の傾きを輝度成分（輝度変換関数）に適用したこと
より多くなるべきである。輝度信号成分が、相対的に大
きい範囲に修正される場合、このことは、原画像が相対
的に不飽和であることを示す。その輝度成分変換関数に
よる修正は、原画像中において彩度の量に反比例してい
る。このことから、彩度が相対的に低い場合、彩度は、
彩度が相対的に高い環境に関連して比例するように増加
されるべきである。

【００３６】増加されるべき彩度の量を調べる１つの手
段として、輝度変換関数の線形性から偏差を計算するこ
とによる方法がある。図１に関連して、輝度出力を表わ
すＹ軸を今輝度出力レベルを表わすように概念化され、
かつＸ軸が今輝度入力レベルを表わす様に概念化され
る。多くの輝度レベルのそれぞれに対し、区分的線形マ
ッピング関数１０２と１０３の間で絶対的な差が求めら
れる。輝度レベルの全てに対する複数の絶対的な差は、
その後Ｄｅｖによって示される線形性から来る全ての偏
差を得るために総計される。そののち、以下の式がｉｎ
ｃｒの値を計算するために用いられる。ｉｎｃｒは、増
加されるべき複数の色差成分による量を決めるために用
いられる。１．０＜（ｉｎｃｒ＝Ｄｅｖ／８０００）≦
２．０。分母において８０００の値は、例証の目的を示
す代表的な値である。複数の他の数字で表わした値、た
とえば有効な動作だけを提供する７０００の様な値が８
０００の位置内のその分母に適用される。

【００３７】図６を参照すると、カラー画像のＣｒ色差
成分をマッピングする変換関数をグラフに再表現したも
ので、そして図７は、カラー画像のＣｒ色差成分をマッ
ピングすることに対する変換関数をグラフに再表現した
ものである。範囲〔ｖｌｏｗｅｒ，ｖｕｐｐｅｒ〕（図
１）に対する区分的線形マッピング関数１０２（図６，
７）の傾きは、色差変換関数の傾きを求めるため、ｉｎ
ｃｒが掛けられる。原画像の色差の実際の最小、最大レ
ベルは、（図６及び７）の全色差成分ダイナミックレン
ジに分類される。Ｃｒ（図６）とＣｂ（図７）の両方に
対する色差レベル１２８に相当する白点１０５は、色差
変換関数によってそれ自身に分類される。輝度と色差変
換関数を用いて、原画像の輝度と色差成分値はＹＣｂＣ
ｒカラー空間内で直接的に最適な強調した画像を生成す
るために変換される。ＹＣｂＣｒカラー空間は、従来の
ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ論理ＮＴＳＣビデオ信号の環境で用
いられる。

【００３８】ここで示した他の実施例は、グレイレベル
原文論理文書画像を画像のぼけを減少させ、画像の明暗
領域間のコントラストを増加させることによって強調す
るものである。これらのグレイレベル画像は、たとえば
ＮＴＳＣＹＣｂＣｒカラー空間内に再表現される。文書
画像強調の主な目的は、文書の可読性を増すことであ
る。文書の可読性は、画像の輝度成分によって決まるの
で、この手段は、輝度（Ｙ）成分を強調することに主眼
を置いている。与えられた画像の色情報が非常に制限さ
れている場合は、色差成分ＣｂとＣｒは、いくつかの処
理を必要としない。そうでない場合は、ＣｂとＣｒは、
すぐ上記の文節で示した様に処理される。

【００３９】本例の目的に対して、背景グレイレベルを
表現するＹヒストグラム内の１つのピークが、検出され
なければならない。この検出過程は、原文書（即ち、原
文画像）が高いグレイレベル背景を持っているかあるい
は低いグレイレベル背景を持っているかに依存する。高
いグレイレベル背景に対しては、ヒストグラム内の最大
濃淡レベルから始めて、ヒストグラム内で出現する最初
のピークは、背景グレイレベルである。低いグレイレベ
ル背景に対しては、ヒストグラム内の最小濃淡レベルか
ら開始してヒストグラム内の最初のピークは背景グレイ
レベルである。

【００４０】本例の目的に対して、原文画像がｙｂｋｇ
の様に示した高いグレイレベル背景を持つ。以上の様な
状態で、背景グレイレベルの位置決めに対する選択は、
単にＹヒストグラムの高いグレイレベル端から最初のピ
ークを示すためだけである。しかしながら、Ｙヒストグ
ラムは従来の平滑化手法を用いて最初に平滑化されるべ
きで、さもなくば、検索過程は、実際の背景グレイレベ
ルを表わすより大きなピークを完全に欠落するとともに
相対的なブレを有する局部範囲内でピークを位置づけ
る。

【００４１】その文書の最小前景値は、ｙｍｉｎとして
示され、その低いグレイレベルの端からＹヒストグラム
を調べることにより決めることが出来る。検索している
間、その最初のわずかな最小値は、全画素数のわずかな
割合に依存しているので無視される。このわずかな割合
は、実例のように０．１％の付近にあり、これにより原
文画像の観察された複数のグレイレベルの中でその方法
が相対的にわずかな複数のブレを省くことを可能とす
る。

【００４２】原文画像のコントラストは、Ｙ（輝度）成
分を〔ｙｍｉｎ，ｙｂｋｇ〕から〔ＹＭＩＮ，ＹＭＡ
Ｘ〕にマッピングすることによって強調される。これは
ビデオ処理システムの最少と最大Ｙ値であるＹＭＩＮと
ＹＭＡＸの範囲においてである。Ｙ値をマッピングする
以前に、アンシャープマスキングとして当業者に知られ
ている技法が、原文画像から多くのブレを取り除くため
全体画像のＹ成分に適用される。しきたり通りにこの鮮
鋭化操作は、人間の眼に対し非常に好ましくない“か
さ”の出現を文字周辺に引き起こす。これらのカサは、
背景グレイレベルｙｂｋｇ以上の画素値内の行き過ぎ量
によって引き起こされ、それら複数のカサは、Ｙ値〔ｙ
ｍｉｎ，ｙｂｋｇ〕から〔ＹＭＩＮ，ＹＭＡＸ〕へマッ
ピングした後に、当業者に知られている標準的な複数の
方法によって簡単に取り除くことが出来る。アンシャー
プマスキングを画像に適用する前にマッピング関数が決
められるべきであり、そうでなければ、背景レベルが正
確に検知出来ずそして複数のカサがもはや除去出来なく
なるということに留意する。

【００４３】ここで示した原文画像強調方法に基づい
て、実際の原文画像の特性を考慮に入れ、方法は、画像
から効果的にボケを除去しコントラストを最大限にす
る。さらに、原文画像と強調画像が現在知られている様
な技術であるＪＰＥＧのようなフォーマットに圧縮され
ている場合は、相対的に少ないブロック化人工物が強調
画像に表われる。ブロック化人工物が少ない理由は、強
調画像がより均一な背景と複数の前景グレイレベルを含
むからである。原文画像強調方法が、ＹＣｂＣｒカラー
空間の環境で述べられているにもかかわらず、その方法
だけは他のカラー空間に対しても適用される。

【００４４】図４は、カラー画像強調手続の動作をここ
で実例となるカラー画像を差し絵として表わしたもので
ある。ここで示した方法の効果を試行するために、実証
画像４００の品質を手で劣化させてテスト画像４０２が
与えられた。実例画像４００とテスト画像４０２は、Ｙ
ＣｂＣｒカラー空間におけるものである。最初の強調画
像４０４は、変換関数をテスト画像４０２のＹ成分に対
してだけ適用される時に得られる強調画像である。前記
で予測された様に強調した画像４０４の色は、相対的に
テスト画像４０２に対して強調されていない。

【００４５】２番目の強調した画像４０６は、変換関数
をテスト画像４０２の輝度と色差成分に適用した時に得
られる画像である。様々なカラー成分間の相互作用によ
って引き起こされたカラーゆがみがはっきりと観察され
る。カラー補正機構のいくつかのタイプは、様々なカラ
ー成分間の相互作用を説明し、かつそのようなカラーゆ
がみを取り除くために用いらなければならない。

【００４６】３番目の強調した画像４０８は、市販画像
処理ソフトウェアパッケージのいずれをも用いられた時
に得られる画像である。これらのソフトウェアパッケー
ジは、一般的に様々なカラー成分間の相互作用の原因と
なるカラーゆがみを補正する機構を含んでいる。たと
え、色がゆがんでいなくても、これらの従来技術ソフト
パッケージは最適な強調画像を提供しない。

【００４７】テスト画像４０２は、図１−３に関連して
以上に記載したようにここで示した方法を用いて最適に
強調され得る。その様な最適に強調された画像は、図４
中に示される。実施画像４００で各強調画像４０４，４
０６，４０８，４１０を比較すると、ここで示したそれ
ら複数の方法は、コントラストと色彩度を最大限実用的
なレベルにまで強調することが観察される。さらに、こ
こで示した複数の方法はカラーゆがみを供給しない。

【００４８】図５は、実例となる光学的に走査された文
書にここで示した複数のグレイスケール画像強調手続の
適用を表わすさし絵である。原文画像５００は、ＡＴ＆
Ｔピカソ静止画電話から得た原文画像の一部である。Ａ
Ｔ＆Ｔピカソ静止画電話は係属中の米国特許出願第０８
／２０２６０８号に示される。強調画像５０２は、前記
に示したように、アンシャープマスキングによって従属
したＹヒストグラム伸長プロセスを用いるために準備し
たものである。コントラストは最適化されないことが観
察され、かつ複数のカサがマスキング過程によって混入
される。強調した画像５０４は、上記で示したマッピン
グ関数を用いるために準備されそして検出した背景グレ
イレベルから生成された。いくつかのボケが表われてい
るところが注目された点である。強調した画像５０６
は、ここで示した複数の手段を用いるために準備され
た。画像のコントラストが最適化され、不鮮明になって
いるのが除去されたのが観察される。

【図面の簡単な説明】

【図１】カラー画像の輝度成分のマッピングに対する関
数をグラフ化した図である。

【図２】多くの画像からなる典型的なカラー画像に対す
る輝度成分を表わした図である。

【図３】図２の画像に対する輝度成分の相対的分布を示
すヒストグラムである。

【図４】実例となる画像にここで示した複数のカラー画
像強調手続きの実施を表わした図である。

【図５】実例となる光学的走査した文書に対するここで
示した複数のグレイスケール画像強調手段の適用を表わ
した図である。

【図６】カラー画像のＣｒ色度のマッピングに対する変
換関数をグラフ化した図である。

【図７】カラー画像のＣｂ色度のマッピングに対する変
換関数をグラフ化した図である。

【符号の説明】

４００原画像４０２手で品質を落とした画像４０４Ｙ成分に対する変換関数の適用４０６輝度、色差成分に対する変換関数の適用４０８市販画像処理ソフトウェアを使って強調した画
像

フロントページの続き (72)発明者ミナカナガーキヴィ．ランガナスアメリカ合衆国 07738 ニュージャーシィ，リンクロフト，リスクコート６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】輝度値のダイナミックレンジ及び彩度値
のダイナミックレンジを表わすために装備されたビデオ
処理システムを用いてカラー画像を強調する方法であっ
て、ＨＳＶ（色相、彩度および輝度）カラー空間における複
数の画素によって有限の範囲の輝度値および彩度値を有
するカラー画像を表わすステップと、第１の変換関数を該有限の範囲の輝度値に適用し、かつ
第２の変換関数を該有限の範囲の彩度値に適用するステ
ップであって、該第１の変換関数は、該第１の有限の範
囲の輝度値を輝度値の全ダイナミックレンジに対応する
よう変換するものであり、該第２の変換関数は、該有限
の範囲の彩度値を彩度値の全ダイナミックレンジに対応
するよう変換するものであるステップを含み、これにより、該第１および第２の変換関数が、十分に最
適化された輝度値および彩度値を有する強調された画像
を提供するものであるカラー画像を強調する方法。
【請求項２】請求項１に記載された方法であって、該
第１の変換関数が４つの輝度値地点により規定される３
つの実質的に線形な領域を有する２つの次元における区
分的線形マッピング関数であり、該第１の次元が該有限
範囲の輝度値を表わし、そして該第２の次元が、輝度値
のダイナミックレンジを表わすものである方法におい
て、さらに第１の輝度値地点を画像における最小輝度に
よって表わされるものと規定するステップと、第２の輝度値地点を画像における最大輝度値により表わ
されるものと規定するステップと、該第１の次元における該第１および第２の輝度値地点間
の値を有する第３および第４の輝度値地点を選択するス
テップとを含むものであるカラー画像を強調する方法。
【請求項３】請求項２に記載された方法であって、該
区分的線形マッピング関数が第１、第２および第３の線
区画から成り、該第１の線区間が点ｖｍｉｎおよびｖｌ
ｏｗｅｒにより規定され、該第２の線区画が点ｖｌｏｗ
ｅｒおよびｖｕｐｐｅｒにより規定され、そして該第３
の線区画が点ｖｕｐｐｒおよびｖｍａｘにより規定され
るものであり、ｖｍｉｎが画像における最小輝度値であ
り、ｖｍａｘが画像における最大輝度値であるような方
法において、さらに画像の相対的な露出過度もしくは露
出不足に基づいてｖｌｏｗｅｒおよびｖｕｐｐｅｒを選
択するステップを含み、画像が相対的に露出不足である場合は、ｖｌｏｗｅｒが
ｖｍｉｎに相対的に接近する様に選択され、そしてｖｕ
ｐｐｅｒがｖｍａｘから相対的に遠ざかる様に選択さ
れ、これにより高輝度値を圧縮し、かつ低輝度値を伸張
し、そして画像が相対的に露出過度の場合は、ｖｕｐｐ
ｅｒがｖｍａｘに相対的に接近するように選択され、そ
してｖｌｏｗｅｒがｖｍｉｎから相対的に遠ざかる様に
選択され、これにより、より低い輝度値を圧縮し、かつ
より高い輝度値を伸張するようになっているカラー画像
を強調する方法。
【請求項４】請求項３に記載された方法において、ｖｕｐｐｅｒおよびｖｌｏｗｅｒをｖｍｉｎおよびｖｍ
ａｘからの範囲を複数副範囲に分割することにより強調
されるべき画像について輝度値ヒストグラムを発生する
ステップであって、該複数の副範囲の各々について、こ
の副範囲における輝度値を有する画像の画素数が計算さ
れ、該輝度値ヒストグラムの重心が第１のモーメントと
して規定され、かつ画像の相対的な露出過度もしくは露
出不足に関する表示となり、該第１のモーメントは、露
出不足の画像についてはｖｍａｘよりもｖｍｉｎに対し
て相対的により接近しており、露出過度の画像について
はｖｍｉｎよりもｖｍａｘに対して相対的により接近し
ているようになっているステップと、該第１のモーメントが次第にｖｍｉｎに接近するにつれ
てｖｕｐｐｅｒが増加しｖｌｏｗｅｒが減少し、そして
該第１のモーメントが次第にｖｍａｘに接近するにつ
れ、ｖｕｐｐｅｒが減少しｖｌｏｗｅｒが増加するよう
にｖｌｏｗｅｒおよびｖｕｐｐｅｒを選択するステップ
とを遂行することにより計算するものであるカラー画像
を強調する方法。
【請求項５】請求項４に記載されたステップにおい
て、該ビデオ処理システム強度値の全ダイナミックレンジを
〔ＶＭＩＮ，ＶＭＡＸ〕として規するステップであっ
て、ＶＭＩＮが該ビデオ処理システムにおいて表わされ
得る最小輝度値に実質的に相当するものであり、ＶＭＡ
Ｘが該ビデオ処理システムにおいて表わされ得る最大輝
度値に実質的に相当するものであるステップと、該第１の次元におけるｖｍｉｎおよびｖｌｏｗｅｒの範
囲における輝度値を該第２次元におけるＶＭＩＮおよび
ＶＬＯＷＥＲの範囲における輝度値に線形にマッピング
するステップであって、ＶＬＯＷＥＲがＶＭＩＮ＋｛（ｖｌｏｗｅｒ−ｖｍｉ
ｎ）／ｍ｝に等しく、ｍが２ないし４の近似範囲におけ
る実数であるようなステップと、該第１の次元におけるｖｌｏｗｅｒおよびｖｕｐｐｅｒ
の範囲における輝度値を該第２の次元におけるＶＬＯＷ
ＥＲおよびＶＵＰＰＥＲの範囲における輝度値に線形に
マッピングするステップとを遂行することにより、ｖｕ
ｐｐｅｒおよびｖｌｏｗｅｒを計算するものであるカラ
ー画像を強調する方法。
【請求項６】請求項５に記載された方法において、該ビデオ処理システムは、ビデオ表示デバイスから成り
そしてＶＭＩＮおよびＶＭＡＸは該ビデオ表示デバイス
上で表示され得る最小および最大輝度値に対応するよう
選択されるもであるカラー画像を強調する方法。
【請求項７】請求項５に記載された方法において、原画像の彩度成分を強調された画像の彩度成分に変換す
るために第２の変換関数が用いられるものであるカラー
画像を強調する方法。
【請求項８】請求項７に記載された方法において、該第２の変換関数は、カラー画像の彩度成分を表わす彩
度ヒストグラムに、ヒストグラム伸長手段を適用するこ
とにより決定されるもであるカラー画像を強調する方
法。
【請求項９】請求項８に記載された方法において、該
ヒストグラム伸長手続は、画像における最小彩度値を表
わす第１の彩度値点ｓｍｉｎおよび画像における最大彩
度値を表わす第２の彩度値地点ｓｍａｘを選択するステ
ップを含むものであるカラー画像を強調する方法。
【請求項１０】請求項９に記載された方法において、
彩度の上限ｓｕｐｐｅｒは、そレベルから彩度の最大レ
ベルｓｍａｘの彩度ヒストグラムの下の面積が画像にお
ける画素の総数の小さなパーセンテージに等しくなるそ
の彩度レベルとして規定されるものであるカラー画像を
強調する方法。
【請求項１１】請求項１０に記載された方法におい
て、該小さなパーセンテージは、画像中の画素の総数の
０．５％に近似的に等しいものであるカラー画像を強調
する方法。
【請求項１２】請求項１０に記載された方法におい
て、ｓｍｉｎないしｓｕｐｐｅｒの範囲における彩度成
分は、ビデオ処理システムにおいて利用できる彩度値の
全ダイナミックレンジ〔ＳＭＩＮ，ＳＭＡＸ〕に線形マ
ッピングされ、これにより画素の彩度値における小さな
ばらつきが、強調された画像の品質を損ねることなく無
視される様になっているカラー画像を強調する方法。
【請求項１３】請求項１０に記載された方法におい
て、画像の輝度値は強調された画像輝光値を提供するた
め、第１の変換関数を用いて修正され、そして画像の彩
度値は強調された画像彩度値を提供するため第１の変換
関数を用いて修正され、そして画像の彩度値は強調され
た画像彩度値を提供するために該第２変換関数を用いて
修正されるものであるカラー画像を強調する方法。
【請求項１４】請求項１３に記載された方法におい
て、強調されるべき画像の色相成分が強調された画像の
色相成分を構成するものであるカラー画像を強調する方
法。