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技術 画像処理方法

出願人 イーストマンコダックカンパニー
発明者 ジョンアランウェルディ
出願日 2001年2月5日 (19年3ヶ月経過) 出願番号 2001-028619
公開日 2001年9月7日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2001-243459
状態 未査定
技術分野 イメージ入力 画像処理 FAX画像信号回路 カラー画像通信方式
主要キーワード 低周波変動 測定透過率 標準偏差計算 当業技術分野 結合判定 独立情報 品質結果 平均特性
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年9月7日)のものです。
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図面 (3)

課題

特殊なスキャナを必要とせず通常の走査手段によって良好な品質結果を与える画像処理方法を提供する。

解決手段

複数のチャネル入力信号が未知記録信号ベルと未知の信号感度関数であり、未知の信号感度の影響を除去する重み値を決定するために各チャネルの記録信号と感度サンプリングし測定するステップを含み、この重み値を使用して入力信号をさらに処理して未知の記録レベル信号を表す出力信号を形成する。

概要

背景

未知で且つ変化する信号及び感度を伴う1つより多いチャネルを取り込むシステムの一例は、フィルムスキャナによって空間的にサンプリングされたカラーフィルタアレイ(CFAフィルムである。人間の色知覚のために必要な赤、緑、及び青のチャネル情報を取り込むCFAフィルムは少なくとも3つの着色化学種を含んでおり、そこから赤、緑、及び青のチャネル情報が復号される。CFAフィルムは直接視認及び/または光学焼き付けのために設計することができる。しかし、CFA構造は画像品質劣化させる。

CFAフィルムはヨーロッパ特許第935168号に開示されている。カラー・フィルタ・アレイは、不規則に配置された着色樹脂粒子を備えている。CFAフィルムの電気光学走査によって獲得された情報の独立チャネルの数が、望ましい情報チャネル数の少なくとも2倍マイナス1である場合、各走査ピクセル位置で、同様に着色されたCFA要素によって占められた合計サブピクセル領域相対感度)と空間的に一致するように形成された信号(光度の関数として光学処理の際形成される銀または他の光変調化学種)の量を共に決定することができる。2倍マイナス1は各ピクセルの領域制約から生じる。すなわちそれは、全ての独立サブピクセルCFA要素の領域の合計が有効走査口径またはピクセル領域に等しいということである。こうしたシステムの1つが米国特許出願第09/808,791号で説明されているが、そこでは独立情報の望ましいチャネルの2倍の数が獲得され、同様に着色されたCFA要素によって満たされた合計サブピクセル領域の元で形成された銀の量と、同様に着色されたCFA要素によって満たされた合計サブピクセル領域との両方を本質的に(ビット深さの範囲内で)判定する。

しかし、既存の走査システムの大部分は、この結合判定を行うために必要な独立情報のこうした余分のチャネルを獲得する能力を有さない。以下の画像処理方法を利用することで、獲得された情報の独立チャネルの数が望ましい情報チャネルの数に等しい電気光学走査から、同様に着色されたCFA要素によって満たされた合計サブピクセル領域の元で形成された銀の量と、同様に着色されたCFA要素によって満たされた合計サブピクセル領域とを決定することができる。

3チャネル・システムの場合、各ピクセル位置(p,q)での解決すべき問題は次のように表すことができる。
Cm1(p,q)=X1(p,q)C1(p,q) (1a)
Cm2(p,q)=X2(p,q)C2(p,q) (1b)
Cm3(p,q)=X3(p,q)C3(p,q) (1c)
X1(p,q)+X2(p,q)+X3(p,q)=1.0 (1d)
ここでCmiはi番目色チャネル測定透過率であり、Xiはi番目の色のサブピクセルCFA要素の対象として含まれる有効走査ピクセル領域の割合であり、Ciは各ピクセル位置(p,q)でのi番目のチャネルに関する望ましい記録画像信号である。単純化するために、(p,q)は以下の等式には明示的に含まれないが、全ての等式はピクセル位置の関数であることが理解される。

簡単な想定は、ローカル領域中の各チャネルiについて、対象として含まれるピクセル領域の平均割合であるXiの値は一定で走査画像全体にわたって観察される平均割合に等しく、それらの割合は既知であるというものである。

概要

特殊なスキャナを必要とせず通常の走査手段によって良好な品質結果を与える画像処理方法を提供する。

複数のチャネル入力信号が未知の記録信号ベルと未知の信号感度の関数であり、未知の信号感度の影響を除去する重み値を決定するために各チャネルの記録信号と感度をサンプリングし測定するステップを含み、この重み値を使用して入力信号をさらに処理して未知の記録レベル信号を表す出力信号を形成する。

目的

残念ながら、この一定状態を達成するためには、過度低域通過濾過が必要であり、その結果空間解像度と画像品質が低下する。画像品質の改善をもたらす代替想定が利用されることがある。色イメージングの技術分野でよく行われているもう1つのアプローチは、3つの測定信号、例えば赤、緑、及び青を、1つの輝度と2つのクロミナンス信号といった信号に変換することである。輝度は、全て合計が1になる正の重みを伴う赤、緑、及び青の一次結合として大まかに定義される。2つのクロミナンス信号は、合計が0になる重みを伴う色情報の独立した表示として大まかに定義される。テレビ・システムで使用される重みの組合せは次のようになる。

効果

実績

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請求項1

複数のチャネル入力信号から出力信号を形成する方法であって、前記入力信号未知記録信号ベルと未知の信号感度との両方の関数であり、サンプリングされた各チャネル入力信号について、前記記録信号と前記信号感度との積をサンプリングし測定するステップと、各サンプリング位置で、前記未知の信号感度の影響を除去するチャネル重み値を決定するステップと、前記決定されたチャネル重み値を使用して前記複数のチャネル入力信号をさらに処理して、前記未知の記録信号レベルを表す出力信号を形成するステップとを含む、複数のチャネル入力信号から出力信号を形成する方法。

請求項2

前記さらに処理するステップは、nをチャネルの数とし、kiが前記重み値を表し、Cmiが前記記録信号と前記信号感度の測定された前記積を表す時、等式

請求項

ID=000003HE=010 WI=051 LX=0345 LY=1200を使用して擬似ルーマ信号を形成し、その等式を使用して前記未知の信号を決定するステップを含む、請求項1記載の方法。

技術分野

0001

本発明は複数のチャネル入力信号から出力信号を形成する画像処理方法に関し、特に、各サンプル位置で、情報の1つより多いチャネルが取り込まれ、チャネル信号及び感度の両方が未知で且つ変化するシステムサンプリングする結果生じる劣化を除去する方法に関する。

背景技術

0002

未知で且つ変化する信号及び感度を伴う1つより多いチャネルを取り込むシステムの一例は、フィルムスキャナによって空間的にサンプリングされたカラーフィルタアレイ(CFAフィルムである。人間の色知覚のために必要な赤、緑、及び青のチャネル情報を取り込むCFAフィルムは少なくとも3つの着色化学種を含んでおり、そこから赤、緑、及び青のチャネル情報が復号される。CFAフィルムは直接視認及び/または光学焼き付けのために設計することができる。しかし、CFA構造は画像品質を劣化させる。

0003

CFAフィルムはヨーロッパ特許第935168号に開示されている。カラー・フィルタ・アレイは、不規則に配置された着色樹脂粒子を備えている。CFAフィルムの電気光学走査によって獲得された情報の独立チャネルの数が、望ましい情報チャネル数の少なくとも2倍マイナス1である場合、各走査ピクセル位置で、同様に着色されたCFA要素によって占められた合計サブピクセル領域相対感度)と空間的に一致するように形成された信号(光度の関数として光学処理の際形成される銀または他の光変調化学種)の量を共に決定することができる。2倍マイナス1は各ピクセルの領域制約から生じる。すなわちそれは、全ての独立サブピクセルCFA要素の領域の合計が有効走査口径またはピクセル領域に等しいということである。こうしたシステムの1つが米国特許出願第09/808,791号で説明されているが、そこでは独立情報の望ましいチャネルの2倍の数が獲得され、同様に着色されたCFA要素によって満たされた合計サブピクセル領域の元で形成された銀の量と、同様に着色されたCFA要素によって満たされた合計サブピクセル領域との両方を本質的に(ビット深さの範囲内で)判定する。

0004

しかし、既存の走査システムの大部分は、この結合判定を行うために必要な独立情報のこうした余分のチャネルを獲得する能力を有さない。以下の画像処理方法を利用することで、獲得された情報の独立チャネルの数が望ましい情報チャネルの数に等しい電気光学走査から、同様に着色されたCFA要素によって満たされた合計サブピクセル領域の元で形成された銀の量と、同様に着色されたCFA要素によって満たされた合計サブピクセル領域とを決定することができる。

0005

3チャネル・システムの場合、各ピクセル位置(p,q)での解決すべき問題は次のように表すことができる。
Cm1(p,q)=X1(p,q)C1(p,q) (1a)
Cm2(p,q)=X2(p,q)C2(p,q) (1b)
Cm3(p,q)=X3(p,q)C3(p,q) (1c)
X1(p,q)+X2(p,q)+X3(p,q)=1.0 (1d)
ここでCmiはi番目色チャネル測定透過率であり、Xiはi番目の色のサブピクセルCFA要素の対象として含まれる有効走査ピクセル領域の割合であり、Ciは各ピクセル位置(p,q)でのi番目のチャネルに関する望ましい記録画像信号である。単純化するために、(p,q)は以下の等式には明示的に含まれないが、全ての等式はピクセル位置の関数であることが理解される。

0006

簡単な想定は、ローカル領域中の各チャネルiについて、対象として含まれるピクセル領域の平均割合であるXiの値は一定で走査画像全体にわたって観察される平均割合に等しく、それらの割合は既知であるというものである。

0007

0008

ここでlpf(Cmi)は、上記の平均割合が一定になるように十分に低域通過された、Cmi測定値の低域通過部である。サンプル画像低域通過フィルタリング当業技術分野で周知であり、例えば有限インパルス応答(FIR)フィルタをサンプル信号に適用することで達成される。

発明が解決しようとする課題

0009

残念ながら、この一定状態を達成するためには、過度の低域通過濾過が必要であり、その結果空間解像度と画像品質が低下する。画像品質の改善をもたらす代替想定が利用されることがある。色イメージングの技術分野でよく行われているもう1つのアプローチは、3つの測定信号、例えば赤、緑、及び青を、1つの輝度と2つのクロミナンス信号といった信号に変換することである。輝度は、全て合計が1になる正の重みを伴う赤、緑、及び青の一次結合として大まかに定義される。2つのクロミナンス信号は、合計が0になる重みを伴う色情報の独立した表示として大まかに定義される。テレビ・システムで使用される重みの組合せは次のようになる。

0010

L=.30C1+.59C2+.11C3 (3a)
B−L=−.30C1−.59C2+.89C2 (3b)
R−L=.70C1−.59C2−.11C3 (3c)
ここでLは輝度を表す信号でありB−LとR−Lは2つのクロミナンスを表す信号である。Lの重み係数は全て正であり合計が1になる。B−LとR−Lの重み係数は合計が0になる。この例では、C1=R(赤)、C2=G(緑)、及びC3=B(青)である。人間の視覚系の特性のために、良好な画像品質を維持したまま、クロミナンス信号を輝度信号より相当に大きく低域通過濾過することが可能である。等式(1)によって記述された未知の信号、未知の感度の体系にこの変換を適用すると、改善された画像、すなわち、高周波色ノイズのない画像が生じる。色フィルタ・アレイによるノイズはある着色領域で低減される。しかし、大部分の画像はCFAノイズと着色モトル低周波ノイズ)を欠点として有している。高周波CFAノイズは、等式(3a)の変換と、L信号の低域通過濾過がないことによる非着色ノイズとして明白である。CFAが低周波電力を有するならば、結果として得られるクロミナンス信号は、上記で説明された画像処理の後復元される画像に着色モトル(低周波ノイズ)を与えることになる。等式(3)の全ての変換信号が均等に低域通過濾過されたならば、その結果は、線形システム理論の応用によって、等式(2)によって表される信号の低域通過濾過によって達成されるものと同等になるだろう。

0011

本発明の目的は、上記で言及された問題を回避し、特殊なスキャナを必要とせず通常の走査手段によって良好な品質結果を与える画像処理の方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0012

本発明によれば、入力信号が未知の記録信号ベルと未知の信号感度両方の関数である複数の前記チャネル入力信号から出力信号を形成する方法が提供される。この方法は、サンプリングされた各チャネル入力信号について記録信号と信号感度の積をサンプリングし測定するステップと、各サンプリング位置で、未知の信号感度の影響を除去するチャネル重み値を決定するステップと、決定されたチャネル重み値を使用して複数のチャネル入力信号をさらに処理して、未知の記録信号レベルを表す出力信号を形成するステップとを含む。

0013

本発明による多重チャネル走査と画像処理を利用することで、CFA構造による本質的に全ての画像品質劣化を除去することができる。

発明を実施するための最良の形態

0014

本発明の方法は、擬似ルーマ信号を生成する第1ステップ(図1参照)で開始され、次に、色信号を形成するステップ(図2参照)が続く。概略的には、図1を参照すると、ステップS1で画像が走査されて各チャネルからサンプルが抽出される。ステップSで各サンプルが空間的に変換される。ステップS2は必須のステップではなく、本発明の方法の中にはこのステップが省略されるものもある。使用される本発明の方法に応じて、高域通過または低域通過フィルタが使用されることがある。ステップS3で重み値が決定される。重み値を決定するために使用される近傍は、空間的変換の際に使用されるものと同じ近傍である必要はないということに注意することは重要である。以下詳細に説明される方法Aでは、重み値を決定するために使用される近傍は1つのピクセルを対象として含む。ステップS4では、各チャネルから抽出されたサンプルとステップS3で決定された重み値を使用して擬似ルーマ等式が形成される。

0015

擬似ルーマ信号は、次の等式を満足するCi(i=1〜3)信号の何らかの合計として定義される。
擬似ルーマ=k1C1+k2C2+k3C3 (4)
ここでk値、すなわちチャネル重みは、合計が1になるよう制約されている、すなわち次式である。

0016

k1+k2+k3=1.0 (5)
多くの場合そうであり、人間の視覚系の場合もそうであるように、画像信号色が小さな近傍(少数のピクセル)内で一定である場合、各ピクセル位置について適当な値のkiが選択されればCFAによるノイズを除去できることが示される。一定の色、CCiはCiのある割合、即ち次式で定義される。

0017

CCi=Ci/(C1+C2+C3) (6)
ここでCiは透過率である。一定の色がある領域で維持される場合、計算される擬似ルーマがその領域のXiと無関係になるようにkiの値を調整することができる。kiの値に対するさらに別の制約は次式を規定するものである。
k1C1=k2C2=k3C3 (7)
kiの値が上記の二つの等式(等式(7))を達成するように調整される時、未知の信号感度比率、すなわちXiの影響は、一定の色が想定されるその領域で除去される。上記の等式(7)に等式(1)及び(4)を代入すると次式となる。

0018

k1Cm1=X1k1C1 (8a)
k2Cm2=X2k2C2=X2k1C1 (8b)
k3Cm3=X3k3C3=X3k1C1 (8c)
等式(8a)から(8c)を加算すると次式となる。
k1Cm1+k2Cm2+k3Cm3=(X1+X2+X3)k1C1=k1C1=k2C2=k
3C3 (9a)
または等式(4)と結合すると次式となる。

0019

擬似ルーマ=3(k1Cm1+k2Cm2+k3Cm3) (9b)
ここでX1+X2+X3=1である。kiのこうした値を発見できれば、未知の信号(Ci)と擬似ルーマは測定された透過率値Cmiから完全に決定できる。kiのこうした値を決定する様々な方法が存在する。
kiの決定−方法A
kiの値を計算する第1の方法は、測定透過率値、Cmiの低域通過濾過部から決定される一定の色を想定することである。この方法は、望ましい信号Ciが測定透過率値Cmiの単純な低域通過濾過によって決定される上記で引用した先行技術の例とは異なっており、以下説明されるように、低域通過濾過測定透過率の逆を使用して重みkiが形成され、次にそれを使用して擬似ルーマと、最終的には着色画像が形成される。kiの値は次のように計算される。

0020

k1=lpf(Cm2)lpf(Cm3)/[lpf(Cm1)lpf(Cm2)+l
pf(Cm1)lpf(Cm3)+lpf(Cm2)lpf(Cm3)] (10
a)
k2=lpf(Cm1)lpf(Cm3)/[lpf(Cm1)lpf(Cm2)+l
pf(Cm1)lpf(Cm3)+lpf(Cm2)lpf(Cm3)] (10
b)
k3=lpf(Cm1)lpf(Cm2)/[lpf(Cm1)lpf(Cm2)+l
pf(Cm1)lpf(Cm3)+lpf(Cm2)lpf(Cm3)] (10
c)
ここでlpf(Cmi)は測定透過率Cmiの低域通過濾過部である。擬似ルーマは、等式(10a)〜(10c)からのkiの値を使用して等式(9)及び(4)によって計算できる。この方法は擬似ルーマ信号に対するCFAからのノイズ影響を最小にする。lpf(Cmi)値はCFAからの低周波変動を伝えるが、ki値中の低周波変動の影響は、等式(10a〜c)の正規化及び平均特性のため、lpf(Cmi)値中の低周波変動が有する影響よりはるかに小さい。さらに、ki値の合計は1になるので(等式(5)参照)、擬似ルーマ信号の高周波成分と総合的なダイナミックレンジは劣化しない。

0021

kiの決定−方法B
kiの値を計算する別の方法は、空間近傍内で高域通過測定信号間の比が一定であり、この一定性からの何らかの偏差はCFA変調に起因するものであると想定することである。この想定は、測定透過率値、Cmi中の高周波電力が最小になるようにkiの値を修正することによって実現される。第1に、高域通過信号、HPi、が、FIRまたは他のデジタル濾過手段を利用することで形成される。

0022

HP1=hpf(Cm1) (11a)
HP2=hpf(Cm2) (11b)
HP3=hpf(Cm3) (11c)
高空間周波数電力FPは次式のように定義される。

0023

0024

等式(12)は、kiの値に関する偏導関数(partial derivatives)を取り、結果として得られる連立方程式解くことで最小になる。等式(12)の簡単な検査によって、全てのki値が0に等しいならば、HFPは最小になる。しかしこれは、ki値の合計が1に等しいことを要求する等式(5)に反する。等式(5)及び(12)を使用してk3を消去すると次式が生じる。

0025

0026

等式(13)は、k1及びk2に関する偏導関数を取り、k1及びk2について次の等式を解くことで最小になる。

0027

0028

k3は等式(14)、及び等式(5)からk1及びk2の既知の値によって決定される。k3の代わりにk1またはk2を消去するよう選択することによって等式(13)と同様の等式が形成される。これを適用すると、kiのわずかに異なった値が得られる。この方法を拡張すると、等式(5)の制約によってk1、k2、またはk3が消去される時形成される3組のki値を形成しそれらを平均することになる。

0029

kiの決定−方法C
kiの値を計算する更に別の方法は、近傍中の標準偏差値、SDiが、等式(5)の制約を受けるki値による測定信号の重み付けによって等しくなると想定することである。

0030

0031

ここでnは、SDiの値の評価に使用される近傍中のピクセルの数である。Cmi(av)はこの領域中のCmiの平均値である。最も一般的な意味では、等式(15a)〜(15c)を修正して、標準偏差計算に対する近傍のメンバの影響に不均等に重みを付けることができる。標準偏差を等しくし等式(5)と等式(15a)〜(15c)を満足するkiの値は次式である。

0032

k1=SD2SD3/(SD1SD2+SD1SD3+SD1SD2) (16a)
k2=SD1SD3/(SD1SD2+SD1SD3+SD1SD2) (16b)
k3=SD1SD2/(SD1SD2+SD1SD3+SD1SD2) (16c)
この方法を拡張すると、Cmiの値の空間濾過部に基づいて標準偏差を計算することになる。例えば、(方法Bで説明されたように)Cmiの広域通過濾過を使用してSDiの値を次式のように形成することができる。

0033

SD1=sqrt{(HP1−HP1(av)]**2)/(n−1)} (1
7a)
SD2=sqrt{(HP2−HP2(av)]**2)/(n−1)} (1
7b)
SD3=sqrt{(HP3−HP3(av)]**2)/(n−1)} (1
7c)
ここでHPi(av)はこの領域のHPiの平均値で、通常0である。

0034

業者は上記の方法の組合せがさらに別の方法を提示することを認識するだろう。さらに、近傍の定義は広範で、適応型可変型及び他の動的近傍を含むことが認識されるだろう。さらに、近傍がこうした組合せの何れかで同じである必要はなく、使用される何れかのFIRフィルタ空間範囲が近傍の空間範囲と同じである必要もない。

0035

上記で説明された方法またはそれらの組合せの何れか1つによってkiの値を決定すると、等式(9b)を応用することで各サンプル位置の擬似ルーマを決定することができる。復元擬似ルーマ信号は輝度を表す信号を提供するが、飽和した色は、(等式(3a)の応用の結果得られる)真の輝度信号が計算される場合より低い値を有する。

0036

未知の信号を推定する方法
次に擬似ルーマ等式と決定された重み値を使用して未知の信号を決定することができる(図2のステップ5参照)。ステップ5に入力されるステップS3aの重み値は、ステップS4で擬似ルーマ等式を決定するために使用されたものと同じ重み値である必要はない。すなわち、擬似ルーマ等式と色信号を決定するために同じ重み値を使用することは必須ではない。

0037

近傍における色の一定性の想定を利用する等式(7)の簡単な応用を使用して、Ciの値の推定を決定することができる。
擬似ルーマ=k1C1+k2C2+k3C3 (4)
k1C1=k2C2=k3C3 (7)
擬似ルーマ=3(k1Cm1+k2Cm2+k3Cm3) (9b)
C1=[擬似ルーマ]/[3k1]=Cm1+k2Cm2/k1+k3Cm3/k1 (1
8a)
C2=[擬似ルーマ]/[3k2]=k1Cm1/k2+Cm2+k3Cm3/k2 (1
8b)
C3=[擬似ルーマ]/[3k3]=k1Cm1/k3+k2Cm2/k3+Cm3 (1
8c)
当業者が認識するように、上記で説明された方法は信号及び/または計算手段中のノイズに影響されやすい比率を含む。ノイズからの影響を低減するために、低域通過濾過、メディアン濾過、範囲制限/しきい値処理といった様々な周知の方法が上記の計算の何れかに適用される。

0038

説明された方法は等式(1)によって記述されるような未知の信号と未知の信号感度を伴う任意のシステムのために使用できる。等式(2)は3チャネル・システムについて書かれているが、当業者が認識するように、本方法は、各チャネルの未知の信号感度の合計が周知であり(等式(1d))、画像が、未知の信号の数の合計の半分に未知の感度の数を加えたものに等しい数のチャネルで測定される(等式(1a)〜(1c))。

0039

本明細書で教示された多重チャネル走査と画像処理を利用することで、CFA構造による画像品質劣化を本質的に全て除去することができる。説明された方法は、フィルム平面の有効サンプリング口径がCFAの要素のフィーチャ・サイズより大きいCFAシステムに適用される。本発明はそのいくつかの好適実施形態を参照して詳細に説明された。当業者が理解するように、変形及び修正が本発明の範囲内で行われることがある。

図面の簡単な説明

0040

図1擬似ルーマ信号を形成する方法を示す流れ図である。
図2色信号を形成する方法を示す流れ図である。

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