(57)【要約】【課題】本発明の目的は、カラー画素を有するカラーデジタル画像からカラー・エイリアジング・アーチファクトを低減する方法を提供することである。【解決手段】本発明の方法は、カラーデジタル画像から輝度信号及びクロミナンス信号を供給する段階と、境界を有するテクスチャ範囲及び非テクスチャ範囲に画像を分離するためにそのような輝度信号及びクロミナンス信号を用いる段階と、クロミナンス信号及びテクスチャ範囲マッピングをダウンサンプリングする段階と、テクスチャ範囲の境界及びクロミナンス信号に応じてテクスチャ範囲においてクリーニングされたクロミナンス信号を生成する段階と、クロミナンス信号に応じて非テクスチャ範囲においてクリーニングされたクロミナンス信号を生成する段階と、ノイズをクリーニングされたクロミナンス信号をアップサンプリングする段階と、カラー・エイリアジング・アーチファクトを低減したカラーデジタル画像を生成するために輝度信号及びアップサンプリングされたノイズクリーニング済みクロミナンス信号を用いる段階と、から構成される方法である。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー画素を有するカラーデジタル画像からカラー・エイリアジング・アーチファクトを低減する方法であって：
（ａ）カラーデジタル画像から輝度信号及びクロミナンス信号を供給する段階；
（ｂ）境界を有するテクスチャ範囲及び非テクスチャ範囲に画像を分離するためにそのような輝度信号及びクロミナンス信号を用いる段階；
（ｃ）クロミナンス信号及びテクスチャ範囲マッピングをダウンサンプリングする段階；
（ｄ）テクスチャ範囲の境界及びクロミナンス信号に応じてテクスチャ範囲においてクリーニングされたクロミナンス信号を生成する段階；
（ｅ）クロミナンス信号に応じて非テクスチャ範囲においてクリーニングされたクロミナンス信号を生成する段階；
（ｆ）ノイズをクリーニングされたクロミナンス信号をアップサンプリングする段階；並びに
（ｇ）カラー・エイリアジング・アーチファクトを低減したカラーデジタル画像を生成するために輝度信号及びアップサンプリングされたノイズクリーニング済みクロミナンス信号を用いる段階；
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、段階（ｃ）は解像度が低減されたカラーデジタル画像を生成するために複数の時間が提供される、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、段階（ｄ）において、平均化されたカラー画素はノイズクリーニングされる画素のクロミナンス値に対応するクロミナンス値をもつように、クロミナンス信号におけるカラー画素が選択される、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、段階（ｅ）において、平均化されたカラー画素はノイズクリーニングされる画素のクロミナンス値に対応するクロミナンス値をもつように、クロミナンス信号におけるカラー画素が選択される、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、段階（ｆ）はオリジナルの解像度のカラーデジタル画像を生成するために複数の時間が提供される、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
カラーデジタル画像を画像処理するための方法であって、処理されたカラーデジタル画像からカラー・エイリアジング・アーチファクトを最小化することを含む方法であり：
（ａ）入力カラーデジタル画像に関して修正された新しいカラーデジタル画像を生成するために入力カラーデジタル画像を画像処理する段階；
（ｂ）少なくとも１つの低解像度カラーデジタル画像を生成するために入力カラーデジタル画像又は新しいカラーデジタル画像におけるカラー画素の数を減少させる段階；
（ｃ）低解像度カラーデジタル画像を輝度及びクロミナンスコンテンツをもつカラー空間に変換する段階；
（ｄ）対象である隣接するカラー画素におけるクロミナンス値を平均化することにより低解像度カラーデジタル画像のクロミナンスコンテンツにおけるエイリアジング・アーチファクトを減少させる段階であって、対象であるカラー画素に隣接して平均化されたカラー画素は近傍における画像テクスチャの度合いに関係する、段階；
（ｅ）エイリアジングを減少されたクロミナンス信号を高解像度に補間する段階；並びに
（ｆ）処理されたデジタル画像においてカラー・エイリアジング・アーチファクトが減少されるように入力カラー画像又は新しいカラーデジタル画像のどちらかであるカラーデジタル画像を生成するためにオリジナルの輝度信号及び補間されたクロミナンス信号を用いる段階；
から構成されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーデジタル画像におけるエイリアジング・アーチファクトを低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーデジタルカメラに見られる１つのノイズのタイプは、例えば、衣類のツィードパターンのような、高い空間周波数領域において低周波で濃い色のパターンとして現れる。これらのパターンは、カラーモアレパターン
【外１】
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又はカラーモアレと呼ばれ、大きく、ゆっくり変化する波打ったパターンをそれと異なる空間的に込み入った領域に生成する。カラーモアレパターンは又、クロミナンス・エイリアジング・パターン（ｃｈｒｏｍｉｎａｎｃｅ　ａｌｉａｓｉｎｇ　ｐａｔｔｅｒｎ）、又は単純にクロミナンス・エイリアジングと呼ばれる。
【０００３】
デジタル画像においてカラーモアレパターンを低減するための従来技術における方法は数多くある。それらの中には、先ず第１にカラーモアレを生じさせるエアリアジングを回避するために、デジタルカメラにおいて光学的ブラーフィルタを用いるカラーモアレパターン低減方法について説明している多くのパターンがある。しかしながら、それらのブラーフィルタは又、画像の真の空間的細部をぼやけさせ、続く画像処理方法により回復不可能になってしまうこととなる。
【０００４】
幾つかの取り組みは、特に、クロミナンス・ノイズ・アーチファクト（ｃｈｒｏｍｉｎａｎｃｅ　ｎｏｉｓｅ　ａｒｔｉｆａｃｔ）を低減又は削除するためのデジタル画像処理方法を扱っている。デジタルカメラの特許の１つの種類においては、高周波数のクロミナンス・ノイズ・アーチファクトを低減又は排除するためにカラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）補間操作の改良について開示している。他の種類の特許においては、クロミナンス・ノイズ・アーチファクトを低減又は排除するためにＣＦＡ補間操作を伴う異なる画素形状を用いることを教示している。しかしながら、これらの技術は高周波数のクロミナンスノイズに対処するものであり、一般に、低周波数のカラーモアレに対して効果的ではない。
【０００５】
クロミナンス・ノイズ・アーチファクトを伴うデジタル画像を取り込み、画像をＣＩＥＬＡＢ（ＣＩＥ国際標準）等の輝度−クロミナンス空間に変換し、次いで、画像をオリジナルのカラー空間に変換して戻す、という周知の技術が公開文献に掲載されている。このような操作は、クロミナンスノイズに対処するために用いられる標準的な技術である。この取り組みに伴う１つの障害は、クロミナンス・ノイズ・アーチファクトと真のクロミナンスシーンの細部の間のブラーリング段階において識別できないことである。従って、画像における鮮明な着色縁部は、ブラーリングがより強力になるにつれ、色が滲み始める。通常は、色の滲みは、殆どの低周波数カラーモアレが画像から取り除かれる前に、許容され難くなる。又、何れかの次の画像処理がその画像に関してなされた場合、色滲みの視認性を増幅させる可能性がある。この取り組みの第２の障害は、小さく固定的なブラーカーネルは、色滲みの問題を含むようにすることが常に必要とされる。しかしながら、低周波数のカラーモアレに対処するためには、大きいブラーカーネルが、所望のノイズクリーニングを達成することが必要とされる。
【０００６】
Ａｄａｍｓ等（欧州特許第１２０２２２０２Ａ２号明細書（特許文献１）は、色の滲みを最小化し、低周波数のカラーモアレを低減するために適応可能でエッジ反応性ブラーカーネルを用いるカラーアーチファクト低減方法を開示している。この方法は、上述した殆どの問題に対応し、演算の点で強化され、今日の市販されているデジタルカメラにおいて現在利用可能であるものに比較してより多い演算資源を必要とする。
【０００７】
【特許文献１】
欧州特許第１２０２２２０２Ａ２号明細書
【発明が解決しようとする課題】
デジタル画像においてカラーモアレパターンを低減するための従来技術における方法においては、上述のように、低周波数のカラーモアレに対して効果的ではない、低周波数のカラーモアレに対して効果的ではない、色滲みの視認性を増幅させる、大きいブラーカーネルは所望のノイズクリーニングを達成することが必要とされる、多い演算資源を必要とする、等の問題点がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、カラーデジタル画像におけるエイリアジング・アーチファクトを低減するために効果的な方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、低周波数カラーモアレパターンに関して効果的であるカラーデジタル画像におけるカラー・エイリアジング・アーチファクトを低減し、色の滲みを防ぎ、限られた演算環境において十分単純な演算を実行することである。
【００１０】
この目的は、カラー画素を有するカラーデジタル画像からカラー・エイリアジング・アーチファクトを低減する方法であって：
（ａ）カラーデジタル画像から輝度信号及びクロミナンス信号を供給する段階；
（ｂ）境界を有するテクスチャ範囲及び非テクスチャ範囲に画像を分離するためにそのような輝度信号及びクロミナンス信号を用いる段階；
（ｃ）クロミナンス信号及びテクスチャ範囲マッピングをダウンサンプリングする段階；
（ｄ）テクスチャ範囲の境界及びクロミナンス信号に応じてテクスチャ範囲においてクリーニングされたクロミナンス信号を生成する段階；
（ｅ）クロミナンス信号に応じて非テクスチャ範囲においてクリーニングされたクロミナンス信号を生成する段階；
（ｆ）ノイズをクリーニングされたクロミナンス信号をアップサンプリングする段階；並びに
（ｇ）カラー・エイリアジング・アーチファクトを低減したカラーデジタル画像を生成するために輝度信号及びアップサンプリングされたノイズクリーニング済みクロミナンス信号を用いる段階；
から構成される方法により達成される。
【００１１】
本発明の優位性は、エイリアジング・アーチファクトを減少させるばかりでなく、ノイズクリーニングされたクロミナンス信号を生成するように、輝度信号及びクロミナンス信号を用いることである。
【００１２】
本発明の他の優位点には次のような内容がある。即ち、演算方法の複雑さを低減することにより演算時間が著しく減少され、大きく効果的な近傍と共に非常に積極的なノイズクリーニングが画像の大部分がコンピュータの記憶装置に常駐することなく実行されることが可能であり、画像におけるエッジの細部が処理中に保護されて保存され、本発明は画像の初期のカラー空間表示に敏感ではない即ち画像を規定するために用いられるＲＧＢ、ＣＭＹ、ＣＭＹＧ又は他のカラー空間において同等にうまく作用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に従った実施形態を示すブロック図である。本発明の方法はフルカラー画像を用いて開始する（ブロック１０）。この画像は標準的な赤、緑及び青（ＲＧＢ）カラー表示に基づくものであると仮定する。画像はＲＧＢ空間からＵ空間に変換される（ブロック１２）。ここで用いるようなＵ空間は次の式により定義される。
【００１４】
【数１】
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【００１５】
【数２】
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Ｕ空間画像に関する第１演算はテクスチャ画像を生成することである（ブロック１４）。テクスチャ画像は、“ランダム”又は擬似ランダム高周波数要素を有する画像と定義される。標準的なシグマフィルタリング方法の改良をテクスチャ画像を生成するために用いる。図２を参照されたい。画像における各々の（中央の）画素（ブロック４４）のために、積算及びカウンティングレジスタが初期化される（ブロック３２）。各々の隣接画素（ブロック３４）を、隣接画素の値と中央の画素の値の間の差を求めることにより一つずつ調べる（ブロック３６）。この差の絶対値が、ブロック３８における所定の閾値より小さいか又は等しい場合、符号の付いたその差の値は加え合わされて積算合計を得て且つ対応するカウントの増加を得る（ブロック４０）。（中央の画素の寄与はこのスキームにおいては常に０になることに留意されたい。しかしながら、隣のカウントは中央の画素を含む必要がある。従って、このカウントは０ではなく１に対して初期化される。）
一旦、隣接画素が処理されると、中央画素に対するテクスチャの値はカウントにより除された合計の絶対値となる（ブロック４２）。各々のカラーチャンネル（Ｙ、Ｃ１及びＣ２）は、対応するテクスチャ画像のチャンネルを生成するために分離して処理される。テクスチャ画像フィルタは、３ｘ３の四角形支持範囲及び固定した閾値を用いる。８ビットのｓＲＧＢ画像のために、全ての３つのチャンネルに対する閾値はうまく作用することが確認された。
図３を参照するに、次いで、シングルチャンネルのテクスチャ画像を生成する（ブロック４８）ために、３つのテクスチャ画像のカラーチャンネル（ブロック４４）がブロック４６において合計される。
【００１６】
図１を再度参照するに、次の演算は、画像のクロマチャンネルとテクスチャ画像をダウンサンプルすることである（ブロック１６）。“ダウンサンプリング”は、より少ない画素を生成するように、現在用いられているグリッドよりまばらなグリッドにおいてリサンプリングすることを意味する。ダウンサンプリングは３分の１である。実際のサブサンプリングに先立ち、画像平面は、次の式３で与えられる標準的な３ｘ３カーネルを用いてブラーされる（アンチエイリアジングフィルタを用いて畳み込む）。
【００１７】
【数３】
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ここで、クロマチャンネルに対してはｋ＝４であり、テクスチャ画像に対してはｋ＝１である。好ましい実行は、標準的方法において１次元カーネルを用いるツーパス演算である。次いで、データは全ての第３画素によりサブサンプリングされるため、全ての第３画素のみがブラーされる必要がある（これは、行と列に対して当てはまる）。
【００１８】
一旦、テクスチャ画像がダウンサンプリングされる（即ち、配置済みの全ての３つ一組の画素においてブラーされる）と、テクスチャマップがテクスチャ画像を閾値化することによりせいせいされる（ブロック１８）。８ビットｓＲＧＢがぞうに対しては、閾値として６０がうまく作用することが確認された。このようにして、６０より大きいか又は６０に等しい全てのテクスチャ画像に対して、テクスチャマップ値が１に設定される。それ以外の場合は、テクスチャマップは０に設定される。その結果はバイナリテクスチャマップである。テクスチャマップが１に設定される位置はテクスチャのポテンシャル範囲を表す。テクスチャマップが０に設定される位置は非テクスチャのポテンシャル範囲を表す可能性がある。
【００１９】
テクスチャマップの外観検査は、画像のテクスチャ範囲に加えて、更に誤ったテクスチャ検出によるより小さい孤立クラスタがあることを示す。（これらは、タイプＩのエラーとして基本統計において説明される。）更に、テクスチャ範囲には小さいギャップ（０）がある。（これらは、統計的なタイプＩＩのエラーである。）これらのエラーの大部分を削減するために、簡単な幾何学的な操作のセットを実行する（ブロック２０）。図４を参照されたい。
【００２０】
先ず、５ｘ５の拡大操作（ブロック５２）をテクスチャマップ（ブロック５０）において実行する。（これは、オリジナル画素データ解像度におけるまだらな１３ｘ１３操作に等しいものとして考えることが可能である。）テクスチャマップはバイナリであるため、位置において必要とされる各々の画素の全ては支持範囲におけるマップ値の全てを合計され、その合計が０より大きい場合、中心マップ値は１に設定される。その拡大の後、ブロック５２の結果に関して、再び、侵食操作が実行される（ブロック５４）。（これは、オリジナルの画素データ解像度におけるまばらな１９ｘ１９支持範囲における操作に等しい。）テクスチャマップはバイナリであるため、所定の支持範囲内のマップ値の全てを合計するのみが必要である。その合計が４９（＝７２）より小さい場合は、中央の画素を０に設定する。その結果は、クリーニングされたテクスチャマップである（ブロック５６）。
【００２１】
画像画素データはクリーニングされる準備ができている。これは、先ず、テクスチャマップにより修正されたようにサブサンプリングされたクロマデータをブラーリングすることによりなされる（ブロック２２、図１）。図５を参照されたい。画素のテクスチャマップ値が０である（ブロック５８）場合、画素のクロマ値は変更なくそのままにされる（ブロック６０）。テクスチャマップ値が１であるそれらの画素に対する第１段階は支持範囲内のテクスチャマップの値を合計することである（ブロック６２）。ブロック６２において、支持範囲は、一般のｎｘｎ範囲としてそのまま変更されない。画像処理のアーチファクトの観点から、ｎを３以上の何れかの奇数に設定することができる。ｎの値が大きくなるにつれ、ノイズのクリーニングが更に生じる。テクスチャマップを使用するため、大きい支持範囲を用いることに対する画像処理アーチファクトによる不利益はない。もちろん、より大きい支持範囲を用いるための実行時間による不利益はある。本発明の好ましい実施形態においては、重大な実行時間の不利益がもたらされることなく、３、５及び７の値が成功裏に試された。一旦、ｎ＝７の値が用いられると、そのままにされた残りの色のモアレパターンは殆ど取り除くことができない。ｎ＝７は、オリジナル画素データ解像度における１９ｘ１９のまだらな支持画素に対応する。支持範囲の境界線内の全ての画素を用いることは必要ではない。（非適用性）クモ型支持範囲は、殆ど全てのノイズクリーニングポテンシャルを実現し、このとき僅かな演算を必要とするのみである。
【００２２】
図６は、ｎ＝７の場合のクモ型支持範囲である。ノイズクリーニング能力の減少に対応して、ｎは５又は３に減少される。ｎの値に関して決定が下されると、クモ型隣接画素の範囲内の対応する画素は４ｎ−３になる。再び図５を参照するに、支持範囲（ＳＴ）内のテクスチャマップ値の合計が４ｎ−３に等しい（ブロック６６）場合、各々のクロマチャンネルに対して、クリーニングされたクロマ値を生成するために対応する４ｎ−３のクロマ値を平均化する（ブロック７０）。ＳＴが４ｎ−３より小さい場合、クロマ値の平均化操作は１つの付加的段階である。先ず、対応するテクスチャマップ値が１である全てのクロマ値を合計する（ブロック６８）。ブロック６８において、この合計が、中央のクロマ値と量（４ｎ−３−ＳＴ）の積に加えられる。これは、結果として得られる４ｎ−３であるクロマ値をもたらす。ここで、これを４ｎ−３で除して、クリーニングされたクロマ値を生成する（ブロック７０）。この付加的処理段階は、テクスチャ化範囲の境界において画像処理アーチファクトを減少させる。
【００２３】
まさに実行されたクリーニングは、テクスチャ化範囲における画素のみに影響を与える。又、画像の非テクスチャ化範囲がクリーニングされるために、クロマチャンネルの簡単なシグマフィルタリングを、シグマフィルタブロック２４（図１参照）において実行することが可能である。簡単な３ｘ３支持範囲（オリジナルの画素範囲における９ｘ９）を用いるクロマチャンネルのシグマフィルタリングは、非常に少ない実行時間又は画素アーチファクトの不利益により適切なノイズ低減がもたらすことができる。
【００２４】
図７は、このクロマクリーニング段階を示すチャートである。中央の画素の周りの各々の画素に対して（ブロック７２）、２つの加算レジスタとカウントレジスタは、レジスタ初期化ブロック７４において先ず初期化される。各々の隣接画素と中央画素の間のクロミナンスにおける絶対差分を差分ブロック７６において演算する。両方のクロマチャンネルの値は、画素が比較ブロック７８におけるクリーニング演算に含まれるように、閾値の範囲内になければならない。この条件を満足する場合、合計化範囲及びカウント化範囲はレジスタ更新ブロック８０において適切に更新される。ノイズののった画像に対しては、閾値１０が適切である。平均化されたカラー画素がノイズクリーニングされる画素のクロミナンス値に対応するクロミナンス値を有するように、クロミナンス信号におけるカラー画素を選択し且つ修正する。
【００２５】
アップサンプルブロック２６は、オリジナルの画素解像度に戻すためにノイズクリーニングされたクロマ値を３分の１にアップサンプリングする（図１参照）。“アップサンプリング”は、更に多くの画素を生成するように現在用いられているものより更に細かいグリッドに関して再びサンプリングすることを意味する。これは簡単な双線形補間を用いて実行される。まさにダウンサンプリングに先行するブラーリング操作の場合のように、一次元線形補間のツーパス操作として行うことが可能である。この補間のカーネルは次の式４により与えられる。
【００２６】
【数４】
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補間された画素の位置は角括弧（［］）によりマークされる。補間カーネルは、必要に応じて、標準的方法において水平軸又は垂直軸について反映される。
【００２７】
図１における最終段階は、式２を用いて、画像をＵ空間からＲＧＢ空間に変換して戻す（ブロック２８）ことである。結果として得られる画像はカラー・エイリアジング・アーチファクトの減少を伴っている（ブロック３０）。
【００２８】
コンピュータプログラムプロダクトは１つ又はそれ以上の記憶媒体であって、例えば、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク）又は磁気テープ等の磁気記憶媒体、光ディスク、光テープ又は機械読み取り可能バーコード等の光記憶媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等の固体電子記憶デバイス、或いは本発明の実施形態に従った方法を実行するために１つ又はそれ以上のコンピュータを制御するための指令を有する演算プログラムを記憶するために用いられる何れかの他の物理デバイス又は媒体から構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概観的なブロック図である。
【図２】中間的なテクスチャ画像の個々のチャンネルの生成を説明するためのフローチャートである。
【図３】最終的なシングルチャンネルのテクスチャ画像の生成を説明するためのフローチャートである。
【図４】テクスチャマップクリーニングプロセスのブロック図である。
【図５】画像のテクスチャ部分をクリーニングするクロミナンス値を説明するフローチャートである。
【図６】７ｘ７クモ型画素近傍についての図である。
【図７】画像の非テクスチャ部分のクロミナンス値をクリーニングするクロミナンス値を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０　　フルカラー画像を用いて開始する
１２　　ＲＧＢ空間からＵ空間に変換
１４　　テクスチャ画像の生成
１６　　クロマチャンネルとテクスチャ画像のダウンサンプリング
１８　　テクスチャマップの生成
２０　　テクスチャマップのクリーニング
２２　　テクスチャマップを用いたクロマチャンネルのブラーリング
２４　　シグマフィルタを用いたクロマチャンネルのクリーニング
２６　　クロマチャンネルのアップサンプリング
２８　　Ｕ空間からＲＧＢ空間に変換
３０　　カラーモアレ低減画像
３２　　積算及びカウンティングレジスタの初期化
３４　　各々の隣接画素に対して
３６　　隣接画素の値と中央の画素の値の間の差を求める
３８　　差を判定する
４０　　積算合計、カウント数増加を得る
４２　　テクスチャ値を得る
４４　　画像における各々の（中央の）画素
４６　　合計
４８　　テクスチャ画像（シングルチャンネル）
５０　　テクスチャマップ
５２　　５ｘ５拡大
５４　　７ｘ７侵食
５６　　クリーニングされたテクスチャマップ
５８　　テクスチャマップ値
６０　　ブラーリングされた画素のクロマ値をスキップする
６２　　ｎｘｎ支持範囲（ＳＴ）のテクスチャマップ値を合計する
６４　　ｎｘｎ支持範囲（ＳＣ１，ＳＣ２）の（テクスチャマップのクロマ）値を合計する
６６　　支持範囲の値ＳＴがＳＴ＜４ｎ−３であるかどうか判定する
６８　　クロマ値の平均化操作を行う
７０　　新しいクロマ値を演算する
７２　　中央の画素の周りの各々の隣接画素に対して
７４　　加算レジスタとカウントレジスタを初期化する
７６　　各々の隣接画素と中央画素の間のクロミナンスの絶対差分を演算する
７８　　２つのクロマチャンネルの絶対差分を判定する
８０　　合計化範囲及びカウント化範囲を更新する
８２　　２つのチャンネルの新しいクロミナンス値を得る
【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６】
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【図７】
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