(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法であって、
入力された元画像に対して量子化及びダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得るステップ１と、
前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出するステップ２であって、前記ルックアップテーブルは前記元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するステップ２と、
前記元画像の各ピクセル値を、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするステップ３と、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステップ１は、
前記元画像に対してダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像のサイズに対して縮小された画像を得るステップa1と、
前記縮小された画像に対して量子化を行うことにより、前記縮小された画像の各ピクセルの各チャンネルの値であるビット数を減少して前記縮小画像を得るステップa2と、
前記縮小画像における各ピクセルが対応するR、G、B値により、前記縮小画像における各ピクセルの輝度値を算出するステップa3と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ２は、
前記縮小画像における各ピクセルの最小輝度値と、最大輝度値と、平均輝度値とを算出するステップb1と、
前記最小輝度値と、前記最大輝度値と、前記平均輝度値とにより、所定の経験式に基づいて第一パラメータFactorと、第二パラメータLowRと、第三パラメータHighRとを算出するステップb2と、
前記第一パラメータFactorと、前記第二パラメータLowRと、前記第三パラメータHighRとに基づいて前記マッピング関係を求め、前記ルックアップテーブルを生成するステップb3と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップb3の前記マッピング関係は、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける0と前記最小輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける0と前記第二パラメータLowRとの間に線形マッピングすることと、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最大輝度値と前記縮小画像の最大理論輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第三パラメータHighRと前記メディアのダイナミックレンジのメディア最大値との間に線形マッピングすることと、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングすること、
を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、数１０により、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングし、
【数１０】
0005476793.tif 000011
ここで、Lは前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値である、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ３のマッピングでは、
前記元画像よりカレントピクセルを選択し、前記ルックアップテーブルの前記縮小画像のダイナミックレンジから、前記カレントピクセルの一つのチャンネルの値に最も近い二つの数値を得るステップc1と、
前記マッピング関係に基づいて、前記ルックアップテーブルの前記メディアのダイナミックレンジから、前記二つの数値に対応する二つのマッピング値を得るステップc2と、
前記二つのマッピング値の間で線形補間を行うことにより、前記カレントピクセルの前記チャンネルの値が前記メディアのダイナミックレンジにおけるマッピングされた最終マッピング値を得るステップc3と、
前記ステップc1と、前記ステップc2と、前記ステップc3とにより、前記元画像における各ピクセルの各チャンネルの値の最終マッピング値を得るステップc4と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップb2の前記経験式は、数１１、数１２及び数１３を含み、
【数１１】
0005476793.tif 000012
【数１２】
0005476793.tif 000013
【数１３】
0005476793.tif 000014
ここで、Medium_Rangeは前記メディアのダイナミックレンジであり、Min_Yは前記最小輝度値であり、Max_Yは前記最大輝度値であり、Average_Yは前記平均輝度値であり、ｆは出力画像全体の輝度をコントロールするためのパラメータである、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記各ピクセルの異なる色のチャンネルの値に対して、同じ前記ルックアップテーブルを用いてマッピングを行う、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
元画像のダイナミックレンジを圧縮する装置であって、
入力された元画像に対して量子化及びダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得る縮小画像計算モジュールと、
前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出するルックアップテーブル計算モジュールであって、前記ルックアップテーブルは前記元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するルックアップテーブル計算モジュールと、
前記元画像の各ピクセル値を、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするマッピングモジュールと、
を含む、
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記縮小画像計算モジュールは、
前記元画像に対してダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像のサイズに対して縮小された画像を得るダウンサンプリングモジュールと、
前記縮小された画像に対して量子化を行うことにより、前記縮小された画像の各ピクセルにおける各チャンネルの値であるビット数を減少して前記縮小画像を得る量子化モジュールと、
前記縮小画像における各ピクセルが対応するR、G、B値により、前記縮小画像における各ピクセルの輝度値を算出する輝度計算モジュールと、
を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ルックアップテーブル計算モジュールは、
前記縮小画像における各ピクセルの最小輝度値と、最大輝度値と、平均輝度値とを算出する統計特徴計算モジュールと、
前記最小輝度値と、前記最大輝度値と、前記平均輝度値とにより、所定の経験式に基づいて第一パラメータFactorと、第二パラメータLowRと、第三パラメータHighRとを算出するパラメータ計算モジュールと、
前記第一パラメータFactorと、前記第二パラメータLowRと、前記第三パラメータHighRとに基づいて前記マッピング関係を求め、前記ルックアップテーブルを生成するルックアップテーブル生成モジュールと、
を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記ルックアップテーブル生成モジュールにより求められた前記マッピング関係は、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける0と前記最小輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける0と前記第二パラメータLowRとの間に線形マッピングすることと、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最大輝度値と前記縮小画像の最大理論輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第三パラメータHighRと前記メディアのダイナミックレンジのメディア最大値との間に線形マッピングすることと、
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングすること、
を含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、数１４により、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングし、
【数１４】
0005476793.tif 000015
ここで、Lは前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記マッピングモジュールにより行われたマッピングでは、
前記元画像よりカレントピクセルを選択し、前記ルックアップテーブルの前記縮小画像のダイナミックレンジから、前記カレントピクセルの一つのチャンネルの値に最も近い二つの数値を得るステップc1と、
前記マッピング関係に基づいて、前記ルックアップテーブルの前記メディアのダイナミックレンジから、前記二つの数値に対応する二つのマッピング値を得るステップc2と、
前記二つのマッピング値の間で線形補間を行うことにより、前記カレントピクセルの前記チャンネルの値が前記メディアのダイナミックレンジにおけるマッピングされた最終マッピング値を得るステップc3と、
前記ステップc1と、前記ステップc2と、前記ステップc3とにより、前記元画像における各ピクセルの各チャンネルの値の最終マッピング値を得るステップc4と、
を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記パラメータ計算モジュールにより使用された前記経験式は、数１５、数１６及び数１７を含み、
【数１５】
0005476793.tif 000016
【数１６】
0005476793.tif 000017
【数１７】
0005476793.tif 000018
ここで、Medium_Rangeは前記メディアのダイナミックレンジであり、Min_Yは前記最小輝度値であり、Max_Yは前記最大輝度値であり、Average_Yは前記平均輝度値であり、ｆは出力画像全体の輝度をコントロールするためのパラメータである、
ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記各ピクセルの異なる色のチャンネルの値に対して、同じ前記ルックアップテーブルを用いてマッピングを行う、
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
元画像のダイナミックレンジを圧縮するデジタルカメラであって、
前記デジタルカメラは、CPUと、ROMと、RAMとを含み、
前記ROMは、
入力された元画像に対して量子化及びダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得る縮小図計算モジュールと、
前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出するルックアップテーブル計算モジュールであって、前記ルックアップテーブルは元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するルックアップテーブル計算モジュールと、
前記元画像の各ピクセル値を、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするマッピングモジュールと、
を含む、
ことを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１８】
前記各モジュールは、前記RAMにロードされ、前記CPUにより実行される、
ことを特徴とする請求項１７に記載のデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像処理とデジタルカメラに関し、特に、入力画像のダイナミックレンジを再現用メディアのダイナミックレンジにマッピングし、画像をメディアに再現するための元画像のダイナミックレンジの圧縮方法と装置及びデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像処理と撮影分野において、ダイナミックレンジが輝度範囲とも呼ばれ、シーン又は画像にある最も高い輝度と最も低い輝度の比を指すものである。従来の撮像装置と画像表示装置、例えば、デジタルカメラとパソコンディスプレのダイナミックレンジは、自然シーンのダイナミックレンジより小さい。そこで、シーン中の全ての細部が見られるようにするために、ダイナミックレンジの圧縮又は変換技術が必要となる。このような技術は、トーンマッピング（tone  mapping）とも呼ばれている。
【０００３】
撮影分野では、トーンマッピングを実現できる技術がすでに開発されている。このような技術は、グローバル方法とローカル方法の２種類に分けられる。グローバル方法は、画像の各ピクセルを独立に処理する方法である。グローバル方法では、一般的に、画像全体の特徴を考慮し、単調なマッピング曲線を得てから、入力画像の各ピクセルをこの曲線によって出力画像にマッピングさせる。ローカル方法では、通常、人間の視覚システムの特性を模倣する。例えば、人間の目は、画像全体としてシーンに適応しているのではなく、注目点のローカル特性に基づいてシーンに適応しているという合理的な仮説がある。入力画像の各ピクセルの出力画像における値は、各ピクセル付近のローカル画像特性によって決められる。ローカル方法に比べ、グローバル方法は、計算速度がより速く、コンピュータにおいてリアルタイムに実現できる。しかし、ダイナミックレンジが極めて大きいシーンに対して、グローバル方法は、一部の細部を見落とす場合がある。これに対し、ローカル方法は、シーン中の各細部をより上手に反映できるが、グローバル方法に比べ、計算速度がより遅く、画像に欠陥、例えば、ハレーションを生じやすい。
【０００４】
トーンマッピングを行う従来技術（例えば、米国特許第７１３６０７３号）では、異なる関心領域に対して異なるパラメータによりトーンマッピングを行う。ユーザの関心領域を見つけるために、眼球追跡方法とスキャン径路検出方法がある。ここでは、眼球追跡方法は撮影者の眼球運動を追跡するために用いられる。しかし、この技術は、異なる領域に対して異なるトーンマッピングパラメータを使う場合、領域の境界に不連続な輝度変化が生じやすいとの欠点がある。また、関心領域の検出は簡単でなく、関心領域の誤検出は、画像全体の変換に失敗を招くことがある。また、眼球追跡には追加の装置が必要となるので、デジタルカメラのコストを増加するデメリットもある。
【０００５】
もう一つのトーンマッピングを行う従来技術（例えば、米国特許第７０４６８５８号）では、画像の異なる領域間の大きなコントラスト比の差を圧縮するが、異なる領域間の小さなコントラスト比の差は保持する方法が提案されている。該技術では、ローカルコントラスト比に対して、ハード閾値（4：1）を設ける。ローカルコントラスト比が該ハード閾値を超える場合、ローカルコントラスト比が4：1に圧縮される。しかし、ローカルコントラスト比がとっても大きい画像に対して、ハード閾値による圧縮法は、画像の質を悪くさせることがある。また、ローカルコントラスト比の計算自体も時間がかかるので、この技術の応用が制限される。
【０００６】
撮像装置又は表示装置のダイナミックレンジと、自然シーンのダイナミックレンジとの間には、大きな差が存在している。デジタルカメラやコンピュータディスプレで自然シーンを再現するために、トーンマッピング技術により自然シーンのダイナミックレンジを圧縮することが必要となる。また、デジタルカメラの進化に伴って、画像解像度が高くなりつつある。本発明の実施にあたり、以下のことが分った。即ち、現在のデジタルカメラは約1000万画素の画像を撮ることができるが、コンピュータと比べて、デジタルカメラのプロセッサとメモリの性能は低い。従って、ダイナミックレンジ圧縮技術をデジタルカメラに応用する場合、解像度の大きな画像とデジタルカメラの低処理能力との間の問題を解決できるように、トーンマッピングの処理速度を速くするための他の技術が必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、デジタルカメラが比較的低い処理能力で解像度が大きな画像を処理し、解像度が大きな画像とデジタルカメラの低処理能力との間の問題を解決することができる、元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法と装置及びデジタルカメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の一側面によれば、元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法が提供される。この方法は、入力された元画像に対して量子化およびダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得るステップ１と、前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出するステップ２であって、前記ルックアップテーブルは前記元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するステップ２と、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像の各ピクセル値を、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするステップ３と、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法である。
【０００９】
好ましくは、前記ステップ１は、前記元画像に対してダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像のサイズに対して縮小された画像を得るステップa1と、前記縮小された画像に対して量子化を行うことにより、前記縮小された画像の各ピクセルの各チャンネルの値であるビット数を減らして前記縮小画像を得るステップa2と、前記縮小画像における各ピクセルが対応するR、G、B値により、前記縮小画像における各ピクセルの輝度値を算出するステップa3と、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法である。
【００１０】
好ましくは、前記ステップ２は、前記縮小画像における各ピクセルの最小輝度値と、最大輝度値と、平均輝度値とを算出するステップb1と、前記最小輝度値と、前記最大輝度値と、前記平均輝度値とにより、所定の経験式に基づいて第一パラメータFactorと、第二パラメータLowRと、第三パラメータHighRとを算出するステップb2と、前記第一パラメータFactorと、前記第二パラメータLowRと、前記第三パラメータHighRとに基づいて前記マッピング関係を得て前記ルックアップテーブルを生成するステップb3と、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法である。
【００１１】
好ましくは、前記ステップb3において、前記マッピング関係は、前記縮小画像のダイナミックレンジにおける0と前記最小輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける0と前記第二パラメータLowRとの間に線形マッピングすることと、前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最大輝度値と前記縮小画像の最大理論輝度値との間の値を、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第三パラメータHighRと前記メディアのダイナミックレンジのメディア最大値との間に線形マッピングすることと、前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最小輝度値と前記最大輝度値との間の値を、数１により、前記メディアのダイナミックレンジにおける前記第二パラメータLowRと前記第三パラメータHighRとの間にマッピングすることと、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法であって、ここで、Lは前記縮小画像のダイナミックレンジにおける前記最大輝度値と前記最小輝度値との間の値である、元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法。
【数１】
0005476793.tif 000002
【００１２】
好ましくは、前記ステップ３のマッピングでは、前記元画像よりカレントピクセルを選択し、前記ルックアップテーブルの前記縮小画像のダイナミックレンジから、前記カレントピクセルの一つのチャンネルの値に最も近い二つの数値を得るステップc1と、前記マッピング関係に基づいて、前記ルックアップテーブルの前記メディアのダイナミックレンジから、前記二つの数値に対応する二つのマッピング値を得るステップc2と、前記二つのマッピング値の間で線形補間を行うことにより、前記カレントピクセルの前記チャンネルの値が前記メディアのダイナミックレンジにおけるマッピングされた最終マッピング値を得るステップc3と、前記ステップc1と、ステップc2と、ステップc3とにより、前記元画像における各ピクセルの各チャンネルの値の最終マッピング値を得るステップc4と、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法である。
【００１３】
好ましくは、前記ステップb2において、前記経験式は、数２、数３及び数４であることを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法であって、ここで、Medium_Rangeは前記メディアのダイナミックレンジであり、Min_Yは前記最小輝度値であり、Max_Yは前記最大輝度値であり、Average_Yは前記平均輝度値であり、ｆは出力画像全体の輝度をコントロールするためのパラメータである、元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法である。
【数２】
0005476793.tif 000003
【数３】
0005476793.tif 000004
【数４】
0005476793.tif 000005
【００１４】
好ましくは、各ピクセルの異なる色のチャンネルの値に対して、同じ前記ルックアップテーブルを用いてマッピングを行うことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する方法である。
【００１５】
本発明の他の側面によれば、元画像のダイナミックレンジを圧縮する装置が提供される。この装置は、入力された元画像に対して量子化およびダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得る縮小画像計算モジュールと、前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出して、前記ルックアップテーブルは元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するルックアップテーブル計算モジュールと、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像の各ピクセル値を、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするマッピングモジュールと、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する装置である。
【００１６】
好ましくは、前記縮小画像計算モジュールは、前記元画像に対してダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像のサイズに対して縮小された画像を得るダウンサンプリングモジュールと、前記縮小された画像に対して量子化を行うことにより、前記縮小された画像の各ピクセルにおける各チャンネルの値であるビット数を減らして前記縮小画像を得る量子化モジュールと、前記縮小画像における各ピクセルが対応するR、G、B値により、前記縮小画像における各ピクセルの輝度値を算出する輝度計算モジュールと、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する装置である。
【００１７】
好ましくは、前記ルックアップテーブル計算モジュールは、前記縮小画像における各ピクセルの最小輝度値と、最大輝度値と、平均輝度値とを計算する統計特徴計算モジュールと、前記最小輝度値と、前記最大輝度値と、前記平均輝度値とにより、所定の経験式に基づいて第一パラメータFactorと、第二パラメータLowRと、第三パラメータHighRとを算出するパラメータ計算モジュールと、前記第一パラメータFactorと、前記第二パラメータLowRと、前記第三パラメータHighRとに基づいて、前記マッピング関係を求め、前記ルックアップテーブルを生成するルックアップテーブル生成モジュールと、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮する装置である。
【００１８】
本発明の他の側面によれば、元画像のダイナミックレンジを圧縮するデジタルカメラが提供される。このデジタルカメラは、CPUと、ROMと、RAMとを含み、前記ROMは、入力された元画像に対して量子化およびダウンサンプリングを行うことにより、前記元画像に対応する縮小画像を得る縮小図計算モジュールと、前記縮小画像に基づいてルックアップテーブルを算出し、前記ルックアップテーブルは元画像のダイナミックレンジからメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を具備するルックアップテーブル計算モジュールと、前記ルックアップテーブルに基づいて、前記元画像の各ピクセル値を、前記元画像のダイナミックレンジから前記メディアのダイナミックレンジにマッピングするマッピングモジュールと、を含むことを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮するデジタルカメラである。
【００１９】
好ましくは、前記各モジュールは、前記RAMにロードされ、前記CPUにより実行されることを特徴とする元画像のダイナミックレンジを圧縮するデジタルカメラである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の実施例による効果は、次の通りである。
【００２１】
本発明では、元入力画像ではなく、縮小画像によりルックアップテーブルを算出することによって、トーンマッピングのプロセス全体の処理速度を速め、解像度の大きな画像とデジタルカメラの低処理能力との間の問題を解決することができる。
【００２２】
本発明では、縮小画像によりルックアップテーブルを算出すると共に、ルックアップテーブルが解像度の大きな画像（元の入力画像）にあるすべてのピクセルを考慮することができるように、縮小画像の輝度範囲（Min_Y,  Max_Y）内に位置しない値にも、マッピング空間を割り当てる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態におけるトーンマッピング方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態における縮小画像計算モジュールのフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態におけるルックアップテーブルモジュールのフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態におけるルックアップテーブル生成モジュールのフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態におけるマッピングモジュールのフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態におけるマッピングの変換曲線を示す図である。
【図７】本発明の実施形態におけるダイナミックレンジの圧縮装置のハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、トーンマッピングプロセッサ100全体のフローチャートである。
本発明に係る元画像のダイナミックレンジを圧縮する装置は、トーンマッピングプロセッサ100であり、縮小画像計算モジュール11と、ルックアップテーブル計算モジュール12と、マッピングモジュール13とにより構成される。トーンマッピングのプロセス全体は、以下となる。まず、縮小画像計算モジュール11により、入力画像に対応する縮小画像を算出する。その後、ルックアップテーブル計算モジュール12により、縮小画像の特長に基づいて、マッピング用のルックアップテーブルを算出する。前記ルックアップテーブルは、元ダイナミックレンジ（ハイダイナミックレンジ）からメディアのダイナミックレンジへのマッピング関係を有する。最後に、マッピングモジュール13により、ルックアップテーブルに基づいて、入力画像の各ポイントのマッピング値を算出し、変換後の画像のダイナミックレンジを、画像を再現するメディアのダイナミックレンジに適用させる。ここでは、元の入力画像でなく、縮小画像を用いてルックアップテーブルを算出するのは、トーンマッピングの処理速度を速くするためである。
【００２６】
図2は、縮小画像計算モジュール１１のフローチャートである。
縮小画像計算モジュール11は、ダウンサンプリングモジュール21と、量子化モジュール22と、輝度計算モジュール23とを含む。入力画像のサイズは、ダウンサンプリングモジュール21によって、例えば3468×2776から320×240に縮小される。その後、量子化モジュール22は、縮小画像のそれぞれのピクセルを18ビット／チャンネルから8ビット／チャンネルに量子化する。最後に、輝度計算モジュール23は数５より、縮小画像の全てのピクセルの輝度値を算出する。
【数５】
0005476793.tif 000006
【００２７】
図3は、ルックアップテーブルモジュール12のフローチャートである。
ルックアップテーブルモジュール12は、統計特徴計算モジュール31と、パラメータ計算モジュール32と、ルックアップテーブル生成モジュール33とを含む。統計特徴計算モジュール31は、縮小画像の輝度の最小値（Min_Y）、最大値（Max_Y）および平均値（Average_Y）を算出する。その後、パラメータ計算モジュール32は、数６、数７及び数８により、一組のパラメータを算出する。最後に、ルックアップテーブル生成モジュール33は、該一組のパラメータによりマッピング用のルックアップテーブルを生成する。
【数６】
0005476793.tif 000007
【数７】
0005476793.tif 000008
【数８】
0005476793.tif 000009
【００２８】
ここで、数６及び数7におけるMedium_Rangeは、画像を再現するメディアのダイナミックレンジである。本実施例では、入力された18ビット／チャンネルの画像を12ビット／チャンネルの画像にマッピングするので、Medium_Rangeは4096である。数６と数７にあるパラメータ10、100は、経験により設定され、ほかの実施例では変更されてもよい。本実施例において、入力された画像に対応する縮小画像（8ビット／チャンネル）の最小値が10である場合、LowRの値は4096/100＝40になる。数８にあるパラメータｆは、ユーザによって入力されるパラメータであり、出力画像全体の輝度の調整に使われる。ｆは大きくなるほど、出力画像は明るくなる。本実施例において、ｆ値は-10から10の間にある。数８にあるパラメータ10、30は経験により設定され、異なる実施例では変更されてもよい。
【００２９】
図4は、ルックアップテーブル生成モジュール３３のフローチャートである。
縮小画像のダイナミックレンジ（本実施例では8ビット／チャンネル、0-255）は、三つの範囲に分割される。本発明は、異なる範囲に対して、異なる方法によってルックアップテーブルを生成する。モジュール41は、レンジ（0,Min_Y）内の値(0からMin_Yの範囲の値)を（0,LowR）に線形マッピングするルックアップテーブルを生成する。モジュール42は、レンジ（Max_Y,255）内の値を（HighR,4096）に線形マッピングするルックアップテーブルを生成する。モジュール43は、数９により、レンジ（Min_Y,  Max_Y）内の値を、（LowR,  HighR）にマッピングするルックアップテーブルを生成する。
【数９】
0005476793.tif 000010
【００３０】
本発明では、計算速度を速めるために、縮小画像によりルックアップテーブルを算出する。しかし、縮小画像は、入力された大きな画像をダウンサンプリングおよび量子化することによって得られるため、縮小画像中の最小輝度値と最大輝度値は、必ずしも入力画像中の最小輝度値と最大輝度値と対応しているとは限らない。ルックアップテーブルが入力画像のすべてのピクセルの値に対応できるように、本発明では、入力画像中で、縮小画像の輝度範囲内（Min_Y,  Max_Y）に位置しない値に、他のマッピング空間を割り当てる。
【００３１】
図5は、マッピングモジュール13のフローチャートである。
マッピングモジュール13は、入力された画像のそれぞれのピクセルについてマッピングを行う。各ピクセルのそれぞれのチャンネル（R,Gr,Gb,B）の値Lに対して、まず、モジュール51によりそれを18ビットから8ビットに量子化し、対応するルックアップテーブル中の第一点P1＝L≫10を得る。ルックアップテーブル中の対応する第二点はP2=P1+1となる。次に、モジュール52はルックアップテーブルからP1、P2に対応するマッピング値L’1とL’2を見つけ、最後に、モジュール53はL’1とL’2に対して線形補間で補間を行うことによりLに対応するマッピング値L’を算出する。
【００３２】
なお、本発明において、計算時間とメモリを節約するために、異なる画像チャンネルに対して、同じルックアップテーブルによりマッピングを行う。
【００３３】
図6は、マッピングの変換曲線を示す図である。
【００３４】
図7は、デジタルカメラ1000のハードウェア構成を示す図である。
デジタルカメラは、本発明に係るダイナミックレンジの圧縮装置の一実施例である。まず、被写体からの光線は、光学システム101を通って、電荷結合素子（CCD）103に照射する。機械式シャッター102は、光学システム101とCCD103の間に設置され、光線がCCD103に照射することを阻止できる。光学システム101と機械式シャッターとは、ステッピングモーターに駆動される。
【００３５】
CCD103は、撮像領域に形成された光学画像を電子信号に変換し、かつ該電子信号をアナログ画像信号として出力させる。CCD103から出力される画像信号は、相関二重サンプリング（CDS）回路に送られ、ノイズ成分の除去処理が行われる。その後、A/D変換器105によりデジタル信号に変換され、最後に、画像処理回路108に出力される。
【００３６】
画像処理回路108は、各種の画像処理、例えば、YCrCb変換（Yは輝度成分、Crは赤との色差成分、Cbは青との色差成分）、ホワイトバランス、コントラスト修正、エッジ強調、色変換などのために、デジタル画像信号を一時的にSDRAM112に保存する。ホワイトバランスは、画像の色密度を調整するために用いられる。画像処理後の画像信号は、液晶ディスプレー116に出力され表示される。
【００３７】
画像データは、圧縮／解凍回路113により圧縮／解凍された後、メモリカード114に保存される。ここで、圧縮／解凍回路１１３は、操作ユニット115からの操作に応じて、画像処理回路108から出力される画像データを圧縮し、メモリカード114に出力する。また、メモリカード114から読み出した画像データを解凍し、画像処理回路108へ送る。
【００３８】
デジタルカメラ1000は、コンピュータプログラムに基づいて各種の計算を行うCPU109を含む。また、CPU109は、タイマー信号発生器１０７を介して、CCD103と、CDS回路104と、A／D変換器105とにタイマー信号を提供する。さらに、CPU109は、画像処理回路108と、圧縮／解凍回路113と、メモリカード114とをコントロールする。
【００３９】
デジタルカメラ1000は、さらにリードオンリーメモリ（ROM）111とランダムアクセスメモリ（RAM）110とを含む。ROM111とRAM110との間にはバスにより接続される。ROM111はコンピュータプログラムの保存に用いられ、RAM110は各種の処理操作にワークエリアとデータ保存領域を提供する。
【００４０】
トーンマッピング操作がデジタルカメラ1000に行われる場合、システムはまずトーンマッピングプログラム（縮小画像計算モジュール、ルックアップテーブル計算モジュール、マッピングモジュールなどを含む）をROM111からRAM110にロードし、そして、そのプログラムを実行する。トーンマッピングプログラムはまず、SDRAM112に一時的に保存される画像データを取得し、そして、縮小画像計算モジュール11と、ルックアップテーブル計算モジュール12と、マッピングモジュール13とをそれぞれ実行する。これにより生成された、メディア（液晶ディスプレー116）のダイナミックレンジに適用できる画像が最終的にはSDRAM112に保存される。
【００４１】
本発明の実施例による効果は次の通りである。
【００４２】
本発明では、元入力画像ではなく、縮小画像によりルックアップテーブルを算出することによって、トーンマッピングのプロセス全体の処理速度を速め、解像度の大きな画像とデジタルカメラの低処理能力との間の問題を解決することができる。
【００４３】
本発明では、縮小画像によりルックアップテーブルを算出すると共に、ルックアップテーブルが大きな画像（元の入力画像）にあるすべてのピクセルを考慮することができるように、縮小画像の輝度範囲（Min_Y,  Max_Y）内に位置しない値にも、マッピング空間を割り当てる。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００４５】
１０３  電荷結合素子（CCD）
１０４  相関二重サンプリング（CDS）回路
１０５  アナログデジタル（A/D）変換器
１０６  ステッピングモーター
１０７  タイマー信号発生器
１０８  画像処理回路
１０９  セントラルプロセッシングユニット（CPU）
１１０  ランダムアクセスメモリ（RAM）
１１１  リードオンリーメモリ（ROM）
１１２  シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（SDRAM）
１１３  圧縮／解凍回路
１１４  メモリカード
１１５  操作ユニット
１１６  液晶ディスプレー（LCD）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図６】
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