JP3958708B2 - Gamma correction method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガンマ補正方法に係り、特にルックアップテーブルを使用してデジタル画像信号をガンマ補正するようにしたガンマ補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、R,G,Bの3種類の色信号の階調特性を揃えるガンマ補正回路は、色信号別に設けられており、またネガフイルムとリバーサルフイルムとを被写体とする場合には、合計6つのガンマ補正回路が設けられている(特許文献1)。
【0003】
また、撮影時の露光がアンダーもしくはオーバーなネガ画像は、階調特性が異なり、ガンマ特性も異なる。そこで、特許文献1に記載の信号処理回路では、シーンによるガンマ特性の違いを補償するために可変ガンマを用いた画像信号処理を行っている。この信号処理は、アナログ処理で、ニー特性をもつガンマ補正回路の前段及び後段にそれぞれ可変ゲイン増幅回路を設け、これらの可変ゲイン増幅回路のゲインを調整することによりガンマを変えるようにしている。
【0004】
【特許文献1】
特開平4−107082号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガンマ補正回路は、R,G,Bの各信号処理系に設けられており、処理回路が多く複雑になるという問題がある。また、ルックアップテーブルを使用してR,G,Bデジタル画像信号をガンマ補正する場合にも、各色信号別にそれぞれルックアップテーブルを準備する必要があり、ガンマ特性を変更する場合には、更に多くのルックアップテーブルを準備しなければならないという問題がある。更に、原画像の種類、例えばネガフイルムの画像かリバーサルフイルムの画像かによってフイルムのもっているガンマが異なるため、別個のルックアップテーブルを準備しなければならないという問題がある。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、1つのルックアップテーブルによって種々のガンマ補正を行うことができ、色再現や階調特性に優れた画像処理を行うことができるとともにメモリ容量を低減することができるガンマ補正方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1に係るガンマ補正方法は、予めネガフイルムのもっているガンマに基づいて入力信号の階調に応じたガンマ補正値を記憶するルックアップテーブルを準備し、ネガフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、該デジタル画像信号の階調に基づいて前記ルックアップテーブルからガンマ補正値を読み出し、この読み出したガンマ補正値を前記デジタル画像信号から減算することにより該デジタル画像信号をガンマ補正し、リバーサルフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、該デジタル画像信号の階調を白黒反転した階調に基づいて前記ルックアップテーブルに記憶されているガンマ補正値を読み出し、この読み出したガンマ補正値を前記デジタル画像信号に加算することにより該デジタル画像信号をガンマ補正することを特徴としている。
【0008】
即ち、1つのルックアップテーブルをネガフイルム及びリバーサルフイルムの画像を示すデジタル画像信号の両方のガンマ補正に使用できるようにしている。即ち、予めネガフイルム又はリバーサルフイルムのうちのいずれか一方のフイルムのもっているガンマに基づいて入力信号の階調に応じたガンマ補正値を記憶するルックアップテーブルを準備し、他方のフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、そのデジタル画像信号の階調を白黒反転した階調に基づいて前記ルックアップテーブルに記憶されているガンマ補正値を読み出すようにしている。
【0009】
請求項1に係るガンマ補正方法は、予めリバーサルフイルムのもっているガンマに基づいて入力信号の階調に応じたガンマ補正値を記憶するルックアップテーブルを準備し、リバーサルフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、該デジタル画像信号の階調に基づいて前記ルックアップテーブルからガンマ補正値を読み出し、この読み出したガンマ補正値を前記デジタル画像信号に加算することにより該デジタル画像信号をガンマ補正し、ネガフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、該デジタル画像信号の階調を白黒反転した階調に基づいて前記ルックアップテーブルに記憶されているガンマ補正値を読み出し、この読み出したガンマ補正値を前記デジタル画像信号から減算することにより該デジタル画像信号をガンマ補正することを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るガンマ補正方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【0013】
図1は本発明が適用されるフイルムスキャナの一実施例を示す要部ブロック図である。このフイルムスキャナは、主として照明用の光源10、撮影レンズ12、CCDラインセンサ14、アナログアンプ16、A/Dコンバータ18、デジタル信号処理回路20、モータ31、キャプスタン32及びピンチローラ33を含むフイルム駆動装置、中央処理装置(CPU)40等を備えている。
【0014】
光源10は、フイルムカートリッジ50内から引き出される現像済みのネガフイルム52を図示しない赤外カットフィルタを介して照明し、フイルム52を透過した透過光は、撮影レンズ12を介してCCDラインセンサ14の受光面に結像される。
【0015】
CCDラインセンサ14は、フイルム搬送方向と直交する方向に1024画素分の受光部が配設されており、CCDラインセンサ14の受光面に結像された画像光は、R,G,Bフィルタが設けられて各受光部で電荷蓄積され、光の強さに応じた量のR,G,Bの信号電荷に変換される。このようにして蓄積されたR,G,Bの電荷は、CCD駆動回路15から加えられる1ライン周期のリードゲートパルスが加えられると、シフトレジスタに転送されたのちレジスタ転送パルスによって順次電圧信号として出力される。また、このCCDラインセンサ14は、各受光部に隣接してシャッターゲート及びシャッタードレインが設けられており、このシャッターゲートをシャッターゲートパルスによって駆動することにより、受光部に蓄積された電荷をシャッタードレインに掃き出すことができる。即ち、このCCDラインセンサ14は、CCD駆動回路15から加えられるシャッターゲートパルスに応じて受光部に蓄積する電荷を制御することができる、いわゆる電子シャッター機能を有している。
【0016】
上記CCDラインセンサ14から読み出されたR,G,B電圧信号は、図示しないCDSクランプによってクランプされてアナログアンプ16に加えられ、ここで後述するようにゲインが制御される。アナログアンプ16から出力される1コマ分のR,G,B電圧信号は、A/Dコンバータ18によって点順次のR,G,Bデジタル画像信号に変換されたのち、デジタル信号処理回路20によって後述する白バランス、黒バランス、ネガポジ反転、ガンマ補正等が行われ、YCC変換回路35によって輝度信号Yとクロマ信号Cr,Cb に変換される。そして、輝度信号Yとクロマ抑圧回路36を経由したクロマ信号Cr,Cb は、図示しない画像メモリに記憶される。
【0017】
尚、画像メモリに記憶された1コマ分の輝度信号Yとクロマ信号Cr,Cb は、繰り返し読み出され、D/Aコンバータによってアナログ信号に変換されたのち、エンコーダでNTSC方式の複合映像信号に変換されてモニタTVに出力される。これにより、モニタTVによってフイルム画像を見ることができるようになる。
【0018】
フイルム駆動装置は、フイルムカートリッジ50のスプール50Aと係合し、そのスプール50Aを正転/逆転駆動するフイルム供給部と、このフイルム供給部から送出されるフイルム52を巻き取るフイルム巻取部と、フイルム搬送路に配設され、フイルム52をモータ31によって駆動されるキャプスタン32とピンチローラ33とで挟持してフイルム52を所望の速度で搬送する手段とから構成されている。尚、上記フイルム供給部は、フイルムカートリッジ50のスプール50Aを図1上で時計回り方向に駆動し、フイルム先端がフイルム巻取部によって巻き取られるまでフイルムカートリッジ50からフイルム52を送り出すようにしている。また、CPU40は、モータ回転数/方向制御回路34を通じてモータ31の正転/逆転、起動/停止、パルス幅変調によるフイルム搬送速度の制御を行うことができる。
【0019】
さて、フイルムカートリッジ50がカートリッジ収納部(図示せず)にセットされ、フイルムカートリッジ50からフイルム52が送り出されてフイルム先端がフイルム巻取部の巻取軸に巻き付けられると(フイルムローディングが完了すると)、フイルム52が一定速度で搬送される。これにより、フイルム画像のスキャンが行われ、CCDラインセンサ14、アナログアンプ16及びA/Dコンバータ18を介して積算ブロック41に点順次のR,G,Bデジタル画像信号が取り込まれる。
【0020】
積算ブロック41は、R,G,Bデジタル画像信号毎に所定の積算エリアのデジタル画像信号の階調(本実施例では、9ビット(0〜511)の階調)を積算し、その積算エリアの平均階調を求め、1画面に付き5000〜10000点数の積算エリアの各階調データを作成する。更に、積算ブロック41は、順次作成される階調データに基づいて各階調毎の度数をカウントし、この度数が階調データの総点数に対して設定された閾値TH(本実施例では総点数の1%)を越えた場合にはカウントを停止する。即ち、積算ブロック41は、図2に示すように0〜511までの全ての階調に対して最大閾値THまでカウントした簡易ヒストグラム(図2中の斜線で示すヒストグラム)を作成し、CPU40に出力する。尚、上記閾値THを越える度数をカウントしないことにより、カウンタのビット数を大幅に低減することができる。また、図2上で2点鎖線は、総点数をカウントした場合の本来のヒストグラムである。
【0021】
CPU40は、図2に示した簡易ヒストグラムの階調の小さい方から度数を順次累算し、その累算度数が前記閾値THと一致又は最初に越えたときの階調を基準最小値としてR,G,B毎に求めるとともに、簡易ヒストグラムの階調の大きい方から度数を順次累算し、その累算度数が前記閾値THと一致又は最初に越えたときの階調を基準最大値としてR,G,B毎に求める。
【0022】
次に、白バランス、黒バランス、ネガポジ反転、ガンマ補正等を行うデジタル信号処理回路20について説明する。
【0023】
先ず、白バランス及び黒バランスを合わせるために使用するオフセット値、ゲイン量の算出方法について説明する。
【0024】
CPU40は、前記R,G,B毎に求めた基準最大値に基づいてR,G,B毎のオフセット値を算出するとともに、基準最大値及び基準最小値に基づいてR,G,B毎のゲイン量を算出する。即ち、Rの基準最大値をRref max 、基準最小値をRref min とすると、上記オフセット値及びゲイン量は、次式、
オフセット値=511−Rref max …(1)
ゲイン量=511/(Rref max −Rref min ) …(2)
により算出する。
【0025】
尚、式(1)、(2)は、Rに関するものであるが、他の色チャンネルも同様にして算出する。また、ここでは、R,G,Bデジタル画像信号は9ビットとして表しており、511はその最大値である。
【0026】
そして、スキャン時にA/Dコンバータ18から出力されるオリジナルRorg に対して、次式、
R1=Rorg +オフセット値 …(3)
に示すようにRのオフセット値を加算することによって黒点オフセットされたデジタル画像信号R1を得ることができる。G,Bのオリジナルについても同様の処理を行うことににより、R,G,Bデジタル画像信号のピーク値(ポジ画像の黒)が一致させられる(図3(A)参照)。
【0027】
続いて、上記オフセットされたデジタル画像信号R1に対して、次式、
R2=511−R1 …(4)
の演算を実行することにより、ネガポジ反転が行われる(図3(B)参照)。
【0028】
次に、ネガポジ反転されたデジタル画像信号R2に対して、式(2)で求めたゲイン量を、次式に示すように乗算することにより、
R3=R2×ゲイン量 …(5)
R,G,Bデジタル画像信号の他方のピーク値(ポジ画像の白)が一致させられる(図3(C)参照)。
【0029】
最後に、ゲイン量が乗算されたR,G,Bデジタル画像信号にそれぞれ異なるガンマ補正を行うことにより、グレーが合わせられる(図3(D)参照)。
【0030】
次に、上記ガンマ補正について更に詳細に説明する。
【0031】
先ず、図4に示すようにガンマ補正をする際の基準となるルックアップテーブル(以下、ベースLUTという)を準備する。
【0032】
このベースLUTは、ネガフイルムがもっているガンマの曲線とブラウン管に出力される映像信号がもっているガンマ(一般的にはγ=0.45)の曲線との差分を示すガンマ補正値が各階調毎に記憶されている。尚、入出力特性を示す実際のルックアップテーブル(以下、実際のLUTという)は、図4(A)に示すように関数y=xからベースLUT(ガンマ補正値)を差し引いたものである。
【0033】
また、ベースLUTに対して、ガンマゲインを乗算することにより、ベースLUTを変化させることができる(図4(B)参照)。これにより1つのベースLUTから適宜のガンマゲインを乗算することにより、R,G,B毎にガンマ補正値が伸長又は圧縮されたLUTを得ることができる。尚、図4(C)は、関数y=xからそれぞれR,G,B毎にガンマ補正値が伸長又は圧縮されたLUTを差し引くことにより得られるR,G,B毎の実際のLUTである。
【0034】
従って、前述した式(3)〜(5)によって白バランス及び黒バランスが合わされ、ネガポジ反転された点順次のR,G,Bデジタル画像信号に対してガンマ補正を行う場合には、点順次のR,G,Bデジタル画像信号に基づいて前記ベースLUTから順次ガンマ補正値を読み出し、そのガンマ補正値にR,G,B毎のガンマゲインを乗算して適宜伸長又は圧縮したガンマ補正値を求め、点順次のR,G,Bデジタル画像信号から色別に伸長又は圧縮したガンマ補正値を減算することにより点順次で各色別にガンマ補正を行うことができる。
【0035】
ところで、上記ベースLUTの特徴は、図4(A)に示したようにガンマ補正値が単一の符号(この実施例では正の値)のみをもっていることである。これにより、ベースLUTに乗算するガンマゲインを変えると、図4(C)に示すように実際のLUTは全階調にわたって変動することになる。これに対し、図5(B)に示すベースLUTのようにガンマ補正値が正負両方の符号を持つ場合には、ゼロクロス点をもつことになる。このゼロクロス点はいかなるガンマゲインを乗算しても変化しない不動点(図5(A))となってしまい、良好に調子を制御することができない。
【0036】
また、図6は、関数y=xからベースLUTを差し引いた実際のLUTと、その実際のLUTの隣合う差分値の頻度分布を示している。同図に示すように、実際のLUTの隣合う差分値は、ノイズレベルよりも小さい所定値(この実施例では4)以下に抑えられている。即ち、実際のLUTの隣合う差分値(微分値、傾き)を大きくしすぎると、撮像系のノイズや、ネガの粒状を目立たせる方向に作用するため、これを避けるために上記のように差分値を制限し、S/Nの向上を図っている。
【0037】
更に、図7に示すように実際のLUTは、ベースLUTに乗算するガンマゲインの大きさに応じて入出力特性が変わり、ガンマゲインが所定値以上になると、単調増加性が失われる。例えば、ガンマゲインが1.2の場合には、実線で示す実際のLUTは破線で示すようになり、単調増加性は保たれているが、ガンマゲインが1.4の場合には、実線で示す実際のLUTは一点鎖線で示すようになり、単調増加性が失われる。
【0038】
従って、本発明では、ガンマゲインの可変範囲を実際のLUTが単調増加する範囲内とし、これによりガンマ補正が良好に行われるようにしている。尚、単調増加性が失われるガンマゲインの値は、ベースLUTによって異なる。
【0039】
図8は図1に示したデジタル信号処理回路20の内部構成を含むブロック図である。このデジタル信号処理回路20は上述したデジタル信号処理を行うもので、主として加算器21、22、24、乗算器23、26、及びベースLUT25から構成されている。加算器21には、A/Dコンバータ18から点順次のR,G,Bデジタル画像信号CMPAD が入力している。尚、デジタル画像信号CMPAD は、所定のクロックにしたがって時系列的にR,G,B,Gと流れている。
【0040】
一方、CPU40は、式(1)及び(2)に示したようにR,G,B毎にオフセット値(Roffset, Goffset,Boffset)及びゲイン量(Rwbgain, Gwbgain,Bwbgain)を算出して記憶するとともに、R,G,B毎にガンマゲイン(Rgamgain,Ggamgain,Bgamgain )を記憶している。また、これらのオフセット値等は、各コマ毎に記憶されている。そして、アドレスデコーダ42によってスキャンしようとするコマに対応するオフセット値等が選択され、図8中のINTDATA によってR,G,Bのオフセット値はレジスタ43R,43G,43Bに格納され、R,G,Bのゲイン量はレジスタ44R,44G,44Bに格納され、R,G,Bのガンマゲインはレジスタ45R,45G,45Bに格納される。尚、これらのレジスタには、1コマ分のR,G,Bデジタル画像信号が処理されるまで保持される。
【0041】
レジスタ43R,43G,43Bに格納されたオフセット値(Roffset, Goffset,Boffset)はマルチプレクサ46に加えられており、マルチプレクサ46の他の入力には、前記所定のクロックを分周して作成されたタイミング信号INTCOLSL0,1が加えられている。マルチプレクサ46は、タイミング信号INTCOLSL0,1によって3つのオフセット値からいずれか1つのオフセット値を選択し、この選択したオフセット値をデジタル信号処理回路20の加算器21の他の入力に出力する。
【0042】
同様にして、マルチプレクサ47は、レジスタ44R,44G,44Bから入力する3つのゲイン量(Rwbgain, Gwbgain,Bwbgain)のうちの1つのゲイン量を選択し、この選択したゲイン量を乗算器23に出力し、また、マルチプレクサ48は、レジスタ45R,45G,45Bから入力する3つのガンマゲイン(Rgamgain,Ggamgain,Bgamgain )からいずれか1つのガンマゲインを選択し、この選択したガンマゲインを乗算器26に出力する。
【0043】
一方、加算器21には前述したようにデジタル画像信号CMPAD が入力しており、加算器21はデジタル画像信号CMPAD とオフセット値とを加算する。これにより、黒点オフセットされたデジタル画像信号が得られる(式(3)、図3(A)参照)。
【0044】
加算器21から出力される黒点オフセットされたデジタル画像信号は、加算器22の負入力に加えられ、加算器22の正入力には白ピークレベルを示す値(511)が加えられており、加算器22は511から黒点オフセットされたデジタル画像信号を減算する。これによりネガポジ反転されたデジタル画像信号が得られる(式(4)、図3(B)参照)。
【0045】
続いて、ネガポジ反転されたデジタル画像信号は、乗算器23に加えられる。乗算器23の他の入力にはマルチプレクサ47からゲイン量が加えられており、乗算器23は2入力を乗算することにより、R,G,Bデジタル画像信号のポジ画像の白を合わせる(式(5)、図3(C)参照)。
【0046】
次に、乗算器23から出力されるデジタル画像信号は、加算器24及びベースLUT25に加えられる。ベースLUT25は、図4(A)に示したように入力信号の階調に応じたガンマ補正値を有しており、入力するデジタル画像信号の階調に応じたガンマ補正値を読み出し、このガンマ補正値を乗算器26に出力する。乗算器26の他の入力にはマルチプレクサ48からガンマゲインが加えられており、乗算器23は2入力を乗算することにより、R,G,Bデジタル画像信号の色別のガンマ補正値を生成し、これを加算器24の負入力に出力する。
【0047】
加算器24は入力するR,G,Bデジタル画像信号から各色別に伸長又は圧縮されたガンマ補正値を減算する。これによりガンマ補正された正規のR,G,Bデジタル画像信号RGBGgam が得られる。
【0048】
尚、露光の異なるネガは、被写体輝度に対する階調特性が異なり、ガンマ特性も異なる。従って、ネガの露光量に応じてベースLUTを変化させる必要がある。そこで、ネガの露光量に応じて前述した色別のガンマゲイン(Rgamgain,Ggamgain,Bgamgain )を変化させるようにすれば、ネガの露光量に応じたガンマ補正を行うことができる。
【0049】
さて、上述したガンマ補正方法は、1つのベースLUTを用い、R,G,B毎にガンマゲインを変えてR,G,B信号の中間調のグレーを合わせているが、ハイライト部及びシャドー部においては、グレーをガンマゲインのみで合わせるのは困難である。なぜならば、ガンマゲインは中間調を合わせるように決定されるからである。その結果、ハイライト部及びシャドー部は完全には一致せず、特にハイライト部における不一致に伴う色付きは悪い印象を与える。
【0050】
そこで、本発明では、以下に示すような信号処理を行ってハイライト部及びシャドー部における色付きを低減するようにしている。
【0051】
即ち、図1のデジタル信号処理回路20から出力されるガンマ補正されたR,G,Bデジタル画像信号は、YCC変換回路35に加えられる。YCC変換回路35は、入力するR,G,Bデジタル画像信号に基づいて、次式の演算を行うことによりR,G,B信号から輝度信号Y及びクロマ信号Cr ,Cb のYCC変換を行う。
【0052】
Y ={(R/2+R/8)+(G+G/8)+B/4}/2 …(6)
Cr =K1(R−G)+K2(B−G) …(7)
Cb =K3(R−G)+K4(B−G) …(8)
尚、K1,K2,K3,K4は定数である。
【0053】
YCC変換回路35によってYCC変換された輝度信号Y及びクロマ信号Cr ,Cb は、クロマ抑制回路36に加えられる。クロマ抑制回路36は可変増幅器から構成されており、図9に示すように輝度信号の階調に応じてクロマゲインを可変させる。即ち、輝度信号が大きいハイライト部では、クロマゲインを1よりも小さくし、同様に輝度信号が小さいシャドー部もクロマゲインを1よりも小さくし、これによりハイライト部及びシャドー部におけるクロマ信号Cr ,Cb を抑圧するようにしている。尚、ハイライト部及びシャドー部以外では、クロマゲインを1にし、入力するクロマ信号Cr ,Cb をそのまま出力する。
【0054】
このようにクロマ信号Cr ,Cb を抑圧することにより、ハイライト部及びシャドー部における色付きを低減することができる。
【0055】
次に、前述したネガフイルム用のベースLUTを利用して、リバーサルフイルム用のLUTを作成する方法について説明する。
【0056】
この場合には、ネガフイルム用のベースLUTからガンマ補正値を読み出す際に、逆側から読み出すようにする。例えば、ベースLUTに0〜511の階調別にガンマ補正値が記憶されている場合に、リバーサルフイルムの画像信号の階調が0,1,2…の場合には、前記ベースLUTにおいて511,510,509…の階調に対応して記憶されているガンマ補正値を読み出すようにする。このようにして読み出すことにより、実質的に図10(B)に示すようなベースLUTから読み出すことになる。また、リバーサルフイルムの実際のLUTは、図10(A)に示すように関数y=xに、図10(B)に示すベースLUTを加算したものである。
【0057】
次に、リバーサルフイルムの画像を撮像した場合の信号処理について、図8のデジタル信号処理回路20を参照しながら説明する。
【0058】
先ず、加算器21でデジタル画像信号CMPAD からR,G,B毎のオフセット値を減算し、黒レベルを合わせる。尚、上記オフセット値は、R,G,B毎の基準最小値である。そして、黒点オフセットされたデジタル画像信号は、ネガポジ反転するための加算器22をそのまま通過させる。続いて、加算器22を通過したデジタル画像信号は、乗算器23でR,G,B毎のゲイン量が乗算され、白ピークが合わされる。
【0059】
次に、乗算器23から出力されるデジタル画像信号は、加算器24及びベースLUT25に加えられる。ベースLUT25では、入力するデジタル画像信号の階調を白黒反転した階調に応じたガンマ補正値が読み出され、このガンマ補正値を乗算器26に出力する。乗算器26の他の入力にはマルチプレクサ48から中間調のグレーを合わせるためのガンマゲインが加えられており、乗算器26は2入力を乗算することにより、R,G,Bデジタル画像信号の色別のガンマ補正値を生成し、これを加算器24に出力する。
【0060】
加算器24は入力するR,G,Bデジタル画像信号と各色別に伸長又は圧縮されたガンマ補正値とを加算する。これによりガンマ補正された正規のR,G,Bデジタル画像信号RGBGgam が得られる。
【0061】
尚、上記実施例ではネガフイルム用のベースLUTをリバーサルフイルム用に適用する場合について説明したが、これに限らず、リバーサルフイルム用のベースLUTをネガフイルム用に適用することもできる。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るガンマ補正方法によれば、1つのベースLUT及びデジタル信号処理回路をネガフイルム及びリバーサルフイルムの画像を示すデジタル画像信号の両方のガンマ補正に応用することができる。また、ベースLUTにガンマゲインを乗算することにより種々のガンマ補正値を発生させるようにしたため、1つのベースLUTで済み、メモリ容量も少なくて済むという利点がある。更に、ベースLUTから読み出したガンマ補正値を伸長又は圧縮するためのガンマゲインの変動範囲を、実際のLUT曲線の単調増加性が保たれるまでとしたため、調子が反転することもなく自然な画像の再生ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明が適用されるフイルムスキャナの一実施例を示す要部ブロック図である。
【図2】図2は基準最大値及び基準最小値の求め方を説明するために用いたヒストグラムである。
【図3】図3(A)乃至(D)はそれぞれ図1のデジタル信号処理回路の各部における処理内容を示すグラフである。
【図4】図4(A)乃至(C)はそれぞれガンマ補正方法を説明するために用いたグラフである。
【図5】図5(A)及び(B)はそれぞれは不動点をもった実際のLUT及びベースLUTを示すグラフである。
【図6】図6は実際のLUTとその実際のLUTの隣合う差分値の頻度分布を示すグラフである。
【図7】図7はガンマゲインの大きさによって実際のLUTが変動する変動範囲を説明するために用いたグラフである。
【図8】図8は図1のデジタル信号処理回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図9】図9は図1のクロマ抑圧回路を説明するために用いた輝度レベルに対するクロマゲインを示す図である。
【図10】図10(A)及び(B)はそれぞれはリバーサルフイルムの画像に対する実際のLUT及びベースLUTを示すグラフである。
【符号の説明】
10…光源、12…撮影レンズ、14…CCDラインセンサ、15…CCD駆動回路、18…A/Dコンバータ、20…デジタル信号処理回路、21、22、24…加算器、23、26…乗算器、25…ベースLUT、31…モータ、35…YCC変換回路、36…クロマ抑圧回路、40…中央処理装置(CPU)、41…積算ブロック、42…アドレスデコーダ、43R〜45B…レジスタ、46、47、48…マルチプレクサ、50…フイルムカートリッジ、52…ネガフイルム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gamma correction method, and more particularly to a gamma correction method in which a digital image signal is gamma corrected using a lookup table.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a gamma correction circuit for adjusting the gradation characteristics of three types of color signals of R, G, and B has been provided for each color signal. In addition, when a negative film and a reversal film are used as subjects, a total of six gamma correction circuits are provided. A gamma correction circuit is provided (Patent Document 1).
[0003]
In addition, negative images with underexposure or overexposure at the time of shooting have different gradation characteristics and different gamma characteristics. Therefore, in the signal processing circuit described in
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-107082
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional gamma correction circuit is provided in each of the R, G, and B signal processing systems, and there is a problem that the number of processing circuits is complicated. In addition, when the R, G, B digital image signals are gamma-corrected using the look-up table, it is necessary to prepare a look-up table for each color signal. There is a problem that a lookup table must be prepared. Furthermore, since the gamma of the film differs depending on the type of the original image, for example, the image of the negative film or the image of the reversal film, there is a problem that a separate lookup table must be prepared.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances. Various gamma corrections can be performed with a single lookup table, image processing with excellent color reproduction and gradation characteristics can be performed, and memory capacity can be achieved. An object of the present invention is to provide a gamma correction method capable of reducing the above.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, gamma correction method according to
[0008]
That is, one look-up table can be used for gamma correction of both the digital image signal indicating the image of the negative film and the reversal film. In other words, a look-up table for storing a gamma correction value corresponding to the gradation of the input signal based on the gamma of either the negative film or the reversal film is prepared in advance, and the image of the other film is stored. At the time of gamma correction of the digital image signal obtained by imaging, the gamma correction value stored in the lookup table is read based on the gradation obtained by reversing the gradation of the digital image signal.
[0009]
The gamma correction method according to
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a gamma correction method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0013]
FIG. 1 is a principal block diagram showing an embodiment of a film scanner to which the present invention is applied. This film scanner mainly includes a
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The R, G, B voltage signals read from the
[0017]
Note that the luminance signal Y and chroma signals C r and C b for one frame stored in the image memory are repeatedly read out and converted into analog signals by a D / A converter, and then an NTSC composite video by an encoder. It is converted into a signal and output to the monitor TV. As a result, the film image can be viewed on the monitor TV.
[0018]
The film drive device engages with the
[0019]
Now, when the
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
Next, the digital
[0023]
First, a method for calculating an offset value and a gain amount used for matching the white balance and the black balance will be described.
[0024]
The
Offset value = 511−R ref max (1)
Gain amount = 511 / (R ref max −R ref min ) (2)
Calculated by
[0025]
Equations (1) and (2) relate to R, but other color channels are calculated in the same manner. Here, the R, G, B digital image signals are represented as 9 bits, and 511 is the maximum value.
[0026]
For the original R org output from the A /
R1 = R org + offset value (3)
As shown in FIG. 5, by adding the offset value of R, it is possible to obtain the digital image signal R1 offset by the black point. By performing the same process for the originals G and B, the peak values of the R, G and B digital image signals (black in the positive image) are matched (see FIG. 3A).
[0027]
Subsequently, for the offset digital image signal R1, the following equation:
R2 = 511-R1 (4)
The negative / positive inversion is performed by executing the above calculation (see FIG. 3B).
[0028]
Next, by multiplying the negative and positive digital image signal R2 by the gain amount obtained by the equation (2) as shown in the following equation,
R3 = R2 × gain amount (5)
The other peak value (white of the positive image) of the R, G, B digital image signals is matched (see FIG. 3C).
[0029]
Finally, gray is adjusted by performing different gamma corrections on the R, G, B digital image signals multiplied by the gain amount (see FIG. 3D).
[0030]
Next, the gamma correction will be described in more detail.
[0031]
First, as shown in FIG. 4, a lookup table (hereinafter referred to as a base LUT) serving as a reference for performing gamma correction is prepared.
[0032]
This base LUT stores a gamma correction value indicating the difference between the gamma curve of the negative film and the gamma curve (generally γ = 0.45) of the video signal output to the CRT for each gradation. Has been. Note that an actual lookup table (hereinafter referred to as an actual LUT) showing input / output characteristics is obtained by subtracting a base LUT (gamma correction value) from a function y = x as shown in FIG.
[0033]
Further, the base LUT can be changed by multiplying the base LUT by a gamma gain (see FIG. 4B). Thus, by multiplying an appropriate gamma gain from one base LUT, an LUT in which the gamma correction value is expanded or compressed for each of R, G, and B can be obtained. 4C is an actual LUT for each of R, G, and B obtained by subtracting the LUT in which the gamma correction value is expanded or compressed for each of R, G, and B from the function y = x. .
[0034]
Therefore, when gamma correction is performed on the dot sequential R, G, B digital image signals in which the white balance and the black balance are combined by the above-described equations (3) to (5) and the negative / positive inversion is performed, Gamma correction values are sequentially read out from the base LUT based on the R, G, B digital image signals, and gamma correction values obtained by appropriately expanding or compressing the gamma correction values by multiplying the gamma correction values by R, G, B are obtained, By subtracting the gamma correction value expanded or compressed for each color from the dot sequential R, G, B digital image signal, it is possible to perform gamma correction for each color in a point sequential manner.
[0035]
Incidentally, the characteristic of the base LUT is that the gamma correction value has only a single sign (positive value in this embodiment) as shown in FIG. As a result, when the gamma gain multiplied by the base LUT is changed, the actual LUT fluctuates over all gradations as shown in FIG. On the other hand, when the gamma correction value has both positive and negative signs as in the base LUT shown in FIG. 5B, it has a zero cross point. This zero cross point becomes a fixed point (FIG. 5A) that does not change even if any gamma gain is multiplied, and the tone cannot be controlled well.
[0036]
FIG. 6 shows the frequency distribution of the actual LUT obtained by subtracting the base LUT from the function y = x and the difference value adjacent to the actual LUT. As shown in the figure, the adjacent difference value of the actual LUT is suppressed to a predetermined value (4 in this embodiment) which is smaller than the noise level. That is, if the adjacent difference value (differential value, slope) of the actual LUT is made too large, it will act in a direction that makes the imaging system noise and negative grain noticeable. The value is limited to improve the S / N.
[0037]
Furthermore, as shown in FIG. 7, in the actual LUT, the input / output characteristics change according to the magnitude of the gamma gain multiplied by the base LUT, and the monotonic increase is lost when the gamma gain exceeds a predetermined value. For example, when the gamma gain is 1.2, the actual LUT indicated by the solid line is indicated by the broken line, and the monotonic increase is maintained, but when the gamma gain is 1.4, the actual LUT indicated by the solid line is maintained. The LUT is shown by a one-dot chain line, and the monotonic increase is lost.
[0038]
Therefore, in the present invention, the variable range of the gamma gain is set within a range in which the actual LUT monotonously increases, so that the gamma correction is favorably performed. Note that the value of the gamma gain at which the monotonic increase is lost differs depending on the base LUT.
[0039]
FIG. 8 is a block diagram including the internal configuration of the digital
[0040]
On the other hand, as shown in the equations (1) and (2), the
[0041]
[0042]
Similarly, the
[0043]
On the other hand, the digital image signal CMPAD is input to the
[0044]
The black point offset digital image signal output from the
[0045]
Subsequently, the negative / positive inverted digital image signal is applied to the
[0046]
Next, the digital image signal output from the
[0047]
The
[0048]
Note that negatives with different exposures have different gradation characteristics with respect to subject brightness and different gamma characteristics. Therefore, it is necessary to change the base LUT according to the exposure amount of the negative. Therefore, if the aforementioned gamma gain (R gamgain, G gamgain, B gamgain ) for each color is changed according to the exposure amount of the negative, the gamma correction corresponding to the exposure amount of the negative can be performed.
[0049]
The gamma correction method described above uses a single base LUT, and changes the gamma gain for each of R, G, and B to adjust the gray levels of R, G, and B signals. In, it is difficult to match gray with only gamma gain. This is because the gamma gain is determined so as to match halftones. As a result, the highlight portion and the shadow portion do not completely match, and the coloring associated with the mismatch in the highlight portion gives a bad impression.
[0050]
Therefore, in the present invention, the following signal processing is performed to reduce coloring in the highlight portion and the shadow portion.
[0051]
That is, the gamma-corrected R, G, B digital image signal output from the digital
[0052]
Y = {(R / 2 + R / 8) + (G + G / 8) + B / 4} / 2 (6)
C r = K1 (RG) + K2 (BG) (7)
Cb = K3 (RG) + K4 (BG) (8)
K1, K2, K3, and K4 are constants.
[0053]
The luminance signal Y and the chroma signals C r and C b YCC converted by the
[0054]
By suppressing the chroma signals C r and C b in this way, coloring in the highlight portion and the shadow portion can be reduced.
[0055]
Next, a method of creating a reversal film LUT using the above-described negative film base LUT will be described.
[0056]
In this case, when reading the gamma correction value from the negative film base LUT, it is read from the opposite side. For example, when a gamma correction value is stored for each gradation of 0 to 511 in the base LUT, and the gradation of the image signal of the reversal film is 0, 1, 2,..., 511, 510 in the base LUT. , 509..., The gamma correction values stored corresponding to the gradations are read out. By reading in this way, the data is substantially read from the base LUT as shown in FIG. The actual LUT of the reversal film is obtained by adding the base LUT shown in FIG. 10 (B) to the function y = x as shown in FIG. 10 (A).
[0057]
Next, signal processing when a reversal film image is captured will be described with reference to the digital
[0058]
First, the
[0059]
Next, the digital image signal output from the
[0060]
The
[0061]
In the above-described embodiment, the case where the negative film base LUT is applied to the reversal film has been described. However, the present invention is not limited to this, and the reversal film base LUT can also be applied to the negative film.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the gamma correction method according to the present invention, one base LUT and digital signal processing circuit can be applied to gamma correction of both a digital image signal indicating an image of a negative film and a reversal film. Further, since various gamma correction values are generated by multiplying the base LUT by the gamma gain, there is an advantage that only one base LUT is required and the memory capacity is small. In addition, the gamma gain fluctuation range for expanding or compressing the gamma correction value read from the base LUT is set until the monotonic increase of the actual LUT curve is maintained, so that the natural image is not reversed. Can play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principal block diagram showing an embodiment of a film scanner to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a histogram used to explain how to obtain a reference maximum value and a reference minimum value.
FIGS. 3A to 3D are graphs showing the processing contents in each part of the digital signal processing circuit of FIG.
FIGS. 4A to 4C are graphs used for explaining a gamma correction method, respectively.
FIGS. 5A and 5B are graphs showing an actual LUT and a base LUT each having a fixed point, respectively.
FIG. 6 is a graph showing a frequency distribution of an actual LUT and a difference value adjacent to the actual LUT.
FIG. 7 is a graph used for explaining a variation range in which an actual LUT varies depending on the magnitude of a gamma gain.
FIG. 8 is a block diagram showing a detailed configuration of the digital signal processing circuit of FIG. 1;
FIG. 9 is a diagram showing chroma gain with respect to the luminance level used to explain the chroma suppression circuit of FIG. 1;
FIGS. 10A and 10B are graphs showing an actual LUT and a base LUT for a reversal film image, respectively.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
ネガフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、該デジタル画像信号の階調に基づいて前記ルックアップテーブルからガンマ補正値を読み出し、この読み出したガンマ補正値を前記デジタル画像信号から減算することにより該デジタル画像信号をガンマ補正し、
リバーサルフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、該デジタル画像信号の階調を白黒反転した階調に基づいて前記ルックアップテーブルに記憶されているガンマ補正値を読み出し、この読み出したガンマ補正値を前記デジタル画像信号に加算することにより該デジタル画像信号をガンマ補正することを特徴とするガンマ補正方法。Pre Negafuiru has a beam based on the gamma prepare a lookup table for storing a gamma correction value corresponding to the gray level of the input signal,
At the time of gamma correction of a digital image signal obtained by capturing a negative film image, a gamma correction value is read from the lookup table based on the gradation of the digital image signal, and the read gamma correction value is used as the digital image signal. Gamma correction of the digital image signal by subtracting from
When the gamma correction of a digital image signal obtained by capturing an image of the reversal film reads the gamma correction value based on the grayscale that tone reversal gradation of the digital image signal stored in the look-up table, the A gamma correction method comprising gamma correction of a digital image signal by adding the read gamma correction value to the digital image signal .
リバーサルフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、該デジタル画像信号の階調に基づいて前記ルックアップテーブルからガンマ補正値を読み出し、この読み出したガンマ補正値を前記デジタル画像信号に加算することにより該デジタル画像信号をガンマ補正し、At the time of gamma correction of a digital image signal obtained by capturing a reversal film image, a gamma correction value is read from the lookup table based on the gradation of the digital image signal, and the read gamma correction value is used as the digital image signal. Gamma correction of the digital image signal by adding to
ネガフイルムの画像を撮像して得られるデジタル画像信号のガンマ補正時には、該デジタル画像信号の階調を白黒反転した階調に基づいて前記ルックアップテーブルに記憶されているガンマ補正値を読み出し、この読み出したガンマ補正値を前記デジタル画像信号から減算することにより該デジタル画像信号をガンマ補正することを特徴とするガンマ補正方法。At the time of gamma correction of a digital image signal obtained by imaging a negative film image, the gamma correction value stored in the lookup table is read based on the gradation obtained by reversing the gradation of the digital image signal in black and white. A gamma correction method, wherein the digital image signal is gamma corrected by subtracting the read gamma correction value from the digital image signal.
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