(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ビデオ信号の画像を金属光沢が生じているような画像に変換する画像変換装置において、
入力されたビデオ信号から輝度信号成分を抽出する輝度信号抽出手段と、
少なくとも反射光の色を設定するためのパラメータと、光源の色を設定するためのパラメータとを設定するパラメータ設定手段と、
上記輝度信号抽出手段で抽出された輝度信号と、上記パラメータ設定手段で設定された各パラメータとを用い、該輝度信号を金属光沢色を表現する色信号に変換するような演算を行う演算手段とを備え、
上記演算手段は、下記の式（１０）に基づく演算を行うことを特徴とする画像変換装置。
【数１】
0004244391.tif 000014
（ｋ0：背景光による反射の比率
ｗd：拡散反射光の係数
ｗs：鏡面反射の夫々の係数
ｋ3：鏡面反射の光源の数
ｐ：光源の入射角度
ｎ：鏡面反射の反射光の広がりの程度
ｋR、ｋG、ｋB：反射光の色を表すパラメータ
ｍR、ｍG、ｍB：色のオフセット、金属光沢の色をより自然に見せるのためのパラメータ。）
【請求項２】
更に、上記演算手段に対する入力輝度信号の振幅特性を設定するための振幅設定手段を、上記演算手段の前段に設けるようにした請求項１記載の画像変換装置。
【請求項３】
上記演算手段の後段に設けられ、上記演算手段により画像変換されたビデオ信号と入力されたビデオ信号とを下式に基づいて合成する合成手段と、
（式）
（Ｙ2−Ｙ0）Ｋ＋Ｙ0
（Ｕ2−Ｕ0）Ｋ＋Ｕ0
（Ｖ2−Ｖ0）Ｋ＋Ｖ0
（上記演算手段により画像変換されたビデオ信号：輝度信号Ｙ2、色差信号Ｕ2、Ｖ2、入力されたビデオ信号：輝度信号Ｙ0、色差信号Ｕ0、Ｖ0、Ｋ：混合比）
上記混合比Ｋを設定するキー信号を生成するキー信号生成手段と
を更に備え、
上記輝度信号Ｙ0が所定レベル以上のときに上記混合比Ｋが所定の混合比となるように上記キー信号を生成する請求項１記載の画像変換装置。
【請求項４】
入力ビデオ信号の画像を金属光沢が生じているような画像に変換する画像変換方法において、
入力されたビデオ信号から輝度信号成分を抽出するステップと、
少なくとも反射光の色を設定するためのパラメータと、光源の色を設定するためのパラメータとを設定するステップと、
上記抽出された輝度信号と、上記設定された各パラメータとを用い、該輝度信号を金属光沢色を表現する色信号に変換するような演算を行うステップとを備え、
上記演算を行うステップは、下記の式（１０）に基づく演算を行うことを特徴とする画像変換方法。
【数２】
0004244391.tif 000015
（ｋ0：背景光による反射の比率
ｗd：拡散反射光の係数
ｗs：鏡面反射の夫々の係数
ｋ3：鏡面反射の光源の数
ｐ：光源の入射角度
ｎ：鏡面反射の反射光の広がりの程度
ｋR、ｋG、ｋB：反射光の色を表すパラメータ
ｍR、ｍG、ｍB：色のオフセット、金属光沢の色をより自然に見せるのためのパラメータ。）
【請求項５】
更に、上記演算に対する振幅特性を設定するステップを含むようにした請求項４記載の画像変換方法。
【請求項６】
更に、上記演算の後に、画像変換されたビデオ信号と、入力されたビデオ信号とを合成するステップを含めるようにした請求項４記載の画像変換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力ビデオ信号の画像に対して種々の加工を施す画像特殊編集装置に用いて好適な画像変換装置に関するもので、特に、入力ビデオ画像を各種の金属光沢を持った画像に変換する画像変換装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
画像特殊編集装置は、入力ビデオ信号の画像に対して種々の加工を施すもので、従来の画像特殊編集装置で行なえる画像の特殊加工としては、画像の拡大、縮小、画像の移動、回転、画像の輪郭の強調、ぼかし、画像の色反転、色変換等がある。このような画像特殊編集装置は、ビデオ編集時に、より強い印象の画像を形成するのに用いられている。
【０００３】
更に、ビデオ編集時に施される特殊加工として、物体の質感を変えるような加工を施せることが望まれている。
【０００４】
すなわち、例えば、陶器でできているような人形があったとする。このような陶器の人形の画像は、単に、色を変えたり、輪郭を強調したり、ぼかしを加えたとしても、陶器であるという質感は基本的に変わりない。
【０００５】
このような画像に対して、例えば、金属特有の反射光が表現できれば、陶器の人形の画像を、金や銀できた人形のように見せるような加工が行なえることになる。そして、このような物体の質感を変えるような特殊加工が行なえると、原画像とは全く印象の異なる画像が再現できることになり、非常に興味深いものとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
入力画像に対して、各種の金属光沢を持った画像に変換するような特殊加工を行なうためには、そのための変換演算が必要である。すなわち、金属光沢を持った画像に変換するためには、金属特有の反射光がどのように生じているかを解析し、これに基づいて演算処理を行なうことが必要である。
【０００７】
そこで、金属光沢が生じる場合の光の反射モデルを作成し、このモデルから金属光沢を生じさせるための演算処理を考察していくことが考えられる。
【０００８】
ところが、反射光のモデルは、３次元で示されるのに対して、通常のビデオ信号は２次元の信号であり、３次元の情報をもっていない。このため、一般的な反射光のモデルを使って、金属光沢を示すような画像に変換するような加工を行なうことは困難である。
【０００９】
また、入力画像には、様々な絵柄がある。このため、絵柄によっては、金属光沢が生じるような処理を行なったのに、適切な効果が生じないような場合がある。また、例えば、入力画像の輝度の変化幅が小さいときに、画面に一様な色が付いて、金属光沢が生じない場合があり、また、反対に、色の変化幅が大きいときには、ギラギラしすぎて、滑らかさがでない場合がある。したがって、入力される信号がビデオ信号である場合には、絵柄を考慮した処理が必要である。
【００１０】
したがって、この発明の目的は、入力ビデオ信号の画像に対して金属光沢を持った画像に変換できると共に、入力画像に応じてパラメータを設定して、金属光沢を表現できる画像変換装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は、入力ビデオ信号の画像を金属光沢が生じているような画像に変換する画像変換装置において、入力されたビデオ信号から輝度信号成分を抽出する輝度信号抽出手段と、少なくとも反射光の色を設定するためのパラメータと、光源の色を設定するためのパラメータとを設定するパラメータ設定手段と、輝度信号抽出手段で抽出された輝度信号と、パラメータ設定手段で設定された各パラメータとを用い、輝度信号を金属光沢色を表現する色信号に変換するような演算を行う演算手段とを備え、演算手段は、下記の式（１０）に基づく演算を行うことを特徴とする画像変換装置である。
【数１−１】
0004244391.tif 000002
（ｋ0：背景光による反射の比率
ｗd：拡散反射光の係数
ｗs：鏡面反射の夫々の係数
ｋ3：鏡面反射の光源の数
ｐ：光源の入射角度
ｎ：鏡面反射の反射光の広がりの程度
ｋR、ｋG、ｋB：反射光の色を表すパラメータ
ｍR、ｍG、ｍB：色のオフセット、金属光沢の色をより自然に見せるのためのパラメータ。）
【００１２】
請求項２に係わる発明では、演算手段は、ルックアップテーブルで構成するようにしている。
【００１３】
請求項３に係わる発明は、演算手段に対する入力輝度信号の振幅特性を設定するための振幅設定手段を、演算手段の前段に設けるようにしている。
【００１４】
請求項４に係わる発明では、演算手段の後段に、演算手段により画像変換されたビデオ信号と入力されたビデオ信号とをキー信号に基づいて合成する合成手段を設けるようしている。
【００１５】
請求項５に係わる発明は、入力ビデオ信号の画像を金属光沢が生じているような画像に変換する画像変換方法において、入力されたビデオ信号から輝度信号成分を抽出するステップと、少なくとも反射光の色を設定するためのパラメータと、光源の色を設定するためのパラメータとを設定するステップと、抽出された輝度信号と、設定された各パラメータとを用い、輝度信号を金属光沢色を表現する色信号に変換するような演算を行うステップとを備え、演算を行うステップは、下記の式（１０）に基づく演算を行うことを特徴とする画像変換方法である。
【数２−２】
0004244391.tif 000003
（ｋ0：背景光による反射の比率
ｗd：拡散反射光の係数
ｗs：鏡面反射の夫々の係数
ｋ3：鏡面反射の光源の数
ｐ：光源の入射角度
ｎ：鏡面反射の反射光の広がりの程度
ｋR、ｋG、ｋB：反射光の色を表すパラメータ
ｍR、ｍG、ｍB：色のオフセット、金属光沢の色をより自然に見せるのためのパラメータ。）
【００１６】
一般的に、不透明物体の反射光には、拡散反射と鏡面反射とが生じる。この拡散反射と鏡面反射との反射光モデルから、不透明物体の反射光モデルが表現できる。この反射光モデルは、３次元データとなるが、入力ビデオ信号の輝度が線形に変化していると想定すると、輝度データを用いて表現できる。このようにして求められた演算式を実現する回路を設けることで、金属光沢に変換するような回路が実現できる。
【００１７】
そして、演算式を行なう回路は、ルックアップテーブルとすることで、回路が単純化すると共に、高速処理が可能となる。また、各パラメータを設定することにより、絵柄に応じて、リアルタイムで、最適な金属光沢の物体が再現できるように設定することができる。
【００１８】
この演算処理を行なう回路の前段にプリモディファイ回路を設けることで、ルックアップテーブルのダイナミックレンジを適切に設定することができる。また、キープロセッサを設けることで、輝度レベルが所定値以上の所で、金属光沢が生じるような画像となるような処理を行なうことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この発明は、入力ビデオ信号の画像を金属光沢が生じているような画像に加工できる画像変換装置に適用される。このような画像変換装置は、金属光沢が生じている物体に光が当たった場合の物体の反射光のモデルを解析し、このモデルに基づいて金属光沢を生じさせるような処理を行なうための演算式を求め、入力画像に対してこの演算式に基づく処理を行なうことで実現できると考えられる。そこで、先ず、不透明な物体に光源から出た光が当たった場合の反射について解析し、一般的な不透明物体の表示モデルを作成することにする。
【００２０】
光源から出た光が物体表面に達すると、物体表面で、反射、透過が起こる。この光源からの光の物体表面での反射には、一般に、拡散反射と鏡面反射との２種類のものが存在する。
【００２１】
拡散反射は、入射した光が表面の微粒子の層において何回も反射、屈折を繰り返すことにより、その一部が表面から放射されるという形の反射を意味する。これは、白墨、ゴム面等の表面で行なうような反射である。一方、鏡面反射は、物体の表面のみで起こる反射を意味する。鏡に光が当たったときに生じる反射は、まさに、鏡面反射である。
【００２２】
先ず、拡散反射について解析する。拡散反射の場合には、入射した光が表面の微粒子の層において何回も反射、屈折を繰り返して、その一部が表面から放射するような反射となる。このような拡散反射は、光のエネルギーの量から考えることができる。すなわち、図１に示すように、物体１０１の表面の単位面積Ｓあたりに入射する光のエネルギーの量は、入射角のコサインに比例する。したがって、光のエネルギーの量から考えると、拡散反射は、入射光強度をＩ、反射光強度をＲ、反射係数をｗd 、入射角をθとすると、
Ｒ＝ｗd cos θＩ                    （１）
として表すことができる。
【００２３】
一方、鏡面反射は、物体の表面のみで起こる反射である。図２に示すように、鏡面反射では、物体１０２に当たった入射光は、物体１０２の表面の法線に関して反対方向に反射する。更に、この反射は、表面の細かい凹凸のために散乱されて広がる。このため、図３に示すように、鏡面反射では、物体１０３に当たった入射光は、正反射方向とともに、それと角度α異なった方向にも反射する。
【００２４】
このように、鏡面反射では、正反射方向とともにそれと角度α異なった方向にも反射が生じ、その強さは、正反射方向が最も強く、角度α異なった方向への反射は、それに（cos α）n を乗じただけ減衰すると考えられる。したがって、鏡面反射は、入射光強度をＩ、反射光強度をＲ、反射係数をｗs 、正反射方向と視線方向とのなす角αとすると、
Ｒ＝ｗs （cos α）n Ｉ              （２）
として表することができる。
【００２５】
以上のように、一般的な不透明物体は、拡散反射と鏡面反射とが生じ、拡散反射及び鏡面反射は、夫々、（１）式及び（２）式で表すことができる。このことから、（１）式及び（２）式を使って、一般的な不透明物体の光の反射モデルを作成することができる。
【００２６】
更に、上述までの説明では、入射光を単なる光（明暗）として説明しているが、光源から出た光は、あるスペクトラムを持っている。このスペクトラムを持った光が物体表面で反射するとき、反射された光は、入射光のスペクトラムＩ（λ）と反射光のスペクトラムＲ（λ）とをを掛け合わせた（Ｐ（λ）＝Ｉ（λ）Ｒ（λ））なるスペクトルを持つようになる。
【００２７】
したがって、色彩を考慮すると、一般の不透明物体の表示モデルは、以下の式のように表現することができる。
【００２８】
【数１】
0004244391.tif 000004
【００２９】
但し、上式において、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は反射光の色、（Ｒ0 ，Ｇ0 ，Ｂ0 ）、（Ｒ1 ，Ｇ1 ，Ｂ1 ）は、夫々、拡散反射、鏡面反射の色、ｄ1 、ｄ2 は背景光による拡散反射及び鏡面反射の夫々の反射の係数、θは入射角、βは鏡面反射の正反射方向と視線方向とのなす角、ｗd 及びｗs は拡散反射及び鏡面反射の夫々の係数である。
【００３０】
上式により、一般的な不透明物体のモデルが表現できた。しかしながら、このモデルは、３次元のモデルである。この発明が適用される画像処理装置に供給されるビデオデータは、コンピュータグラフィックス等のような３次元の座標値を有したデータでは無く、２次元のデータである。したがって、このビデオデータからは、３次元的にどのような物体であるかを判断することができない。
【００３１】
２次元のビデオデータから３次元のビデオデータを１フレームの間（例えば、ＮＴＳＣ方式なら１／３０秒間）に形成できるような、超高速処理の画像解析機能を備えていれば、上式に基づいく処理が可能である。つまり、このような超高速処理の画像解析機能が備えられていれば、一旦、２次元の画像データから３次元の物体のモデルを作成し、その物体の各画素位置における法線の角度を決定して、上式に基づく演算処理を行なうことができる。
【００３２】
ところが、このような高速の画像解析機能を設けるのは、回路規模が増大し、コストアップとなることから、現実的ではない。しかしながら、このような高速の画像解析機能を用いずに、３次元物体の各画素点における法線と光源とがなす角θや、正反射方向と視線方向とのなす角αをリアルタイムで知ることは困難である。
【００３３】
そこで、この発明では、（３）式の拡散反射光を示す項
【００３４】
【数２】
0004244391.tif 000005
【００３５】
、及び、
【００３６】
【数３】
0004244391.tif 000006
【００３７】
を、以下に説明するように、入力輝度データから得るようにしている。このことについて、以下に詳述する。
【００３８】
１フレームの画面に、図４に示すように輝度レベルが直線的に変化する局所的なブロックがあると想定する。そして、このブロックでは、ある水平方向のラインにおいて、水平方向位置に対して輝度レベルが直線的に変化していると想定する。すなわち、このブロックにおいては、図５に示すように、水平方向の位置ｘに対して、輝度レベルＹ1 が直線的に変化している（Ｙ1 ＝ｘ）ものと想定する。このように仮定できる理由は、一般的なビデオ信号はこのような複数の局所的なブロックの集まりであると考えることができるからである。なお、図５において、横軸は水平方向の位置を示し、縦軸は輝度レベルを示す。
【００３９】
このような想定に基づいて、先ず、（３）式における拡散反射レベルの項（ｄ1 ＋ｗd cos θ) について考察する。
【００４０】
図５に示すように、入射光レベルが水平方向の位置において線形に変化しているとすると、図６に示すように、拡散反射レベルも、水平方向の位置において、入射輝度レベルと同じように線形に変化している。つまり、拡散反射レベルの項に含まれるcos θは、入射輝度レベルと同じように線形に変化し、
0004244391.tif 000007
という関係で表すことができる。但し、上式において、ｋ1 は係数である。
【００４１】
次に、このように水平位置によって拡散レベルが線形的に増加するような、３次元モデルがどのように表されるかについて考察する。
【００４２】
図７は、このような仮想物体を、３次元の直交座標系により表したものである。図７において、１１０は仮想物体を示し、１１１はその仮想物体の反射表面を示している。また、ｘ軸は水平方向位置を示し、ｚ軸は３次元的な奥方向の位置を示し、ｙ軸は紙面において上から下方向であるとする。したがって、この図７において、ｘ−ｙ平面がモニタの画面とみなせ、視線の方向がｚ軸の正方向であるとみなすことができる。
【００４３】
また、図７において、ｘ座標系において、ｘ＝０．８０、ｘ＝０．５６、ｘ＝０．２７の位置に光源があり、これらの光源１２１、光源１２２、光源１２３の方向から、仮想物体１１０の表面１１１に光が入射しているとする。
【００４４】
ここで、拡散反射のみ考えるためには、（３）式における拡散反射成分の項にあるαを定数（α＝０）と考えることにする。αは、鏡面反射において、正反射方向と視線方向とのなす角度を示すもので、拡散反射には無関係である。このように、正反射方向と視線方向の角度αを０と考えると、（３）式より、光源１２１、光源１２２、光源１２３の入射角度θ1 、θ2 、θ3 を決めることができる。
【００４５】
また、仮想物体１１０の表面１１１を示す曲線ｚ＝ｆ（ｘ）は、以下のようにして考察できる。
【００４６】
つまり、具体的には、この曲線ｚ＝ｆ（ｘ）は、図８に示すような、幾何学的な関係を考察することにより求められる。図８に示すように、物体の法線を挟んで、互いに角度θの関係で、光源と視線とが位置する。このことから、仮想物体の表面を示す曲線の傾きｚ´（＝ｆ（ｘ）の微分値）と、入射角度θとの関係は、
【００４７】
【数４】
0004244391.tif 000008
【００４８】
により示される。
【００４９】
（４）式と（５）式とから、以下の式
【００５０】
【数５】
0004244391.tif 000009
【００５１】
が得られる。
【００５２】
上式をｚについて解くと、拡散反射項レベルが直線的に増加する物体の表面形状を表すための式
【００５３】
【数６】
0004244391.tif 000010
【００５４】
を得ることができる。
【００５５】
この（７）式で示される曲線は、図６に示したように、水平方向の位置に対して輝度レベルが線形的に変化するような物体に対応する。すなわち、（７）式で表現される表面を有する３次元の仮想物体によって反射される拡散反射項の輝度レベルは、図６に示したように、水平位置の座標値に応じて線形的に変化する、ということになる。
【００５６】
次に、（３）式における鏡面反射の項（ｄ2 ＋ｗs （cos α）n ）について考察する。鏡面反射の項のみを考慮するために、（３）式における拡散反射の項にあるθ（反射角）を一定であると考える。つまり、図９Ａに示すように、どのｘ座標値においても、入射光は曲線ｚ＝ｆ（ｘ）の接線に対して一定の角度θで入射するものとする。
【００５７】
鏡面反射レベルは、（３）式に示したように、正反射方向と視線方向の角度αのコサインの値で決定される。このことから、鏡面反射レベルは、（α＝０）のときが最大となり、αの変化に伴って減少するようになる。なお、（α＝０）は、正反射方向と視線とが一致するときである。
【００５８】
この減少カーブは、（７）式によって示される反射曲線ｚ＝ｆ（ｘ）によって定義されているので、コサインカーブに準じている。つまり、図９Ｂ、図９Ｃに示すように、水平位置ｘと角度αとは、一定の関係にある。よって、角度αは、
0004244391.tif 000011
によって表すことができる。但し、ｋ3 、ｋ4 は係数である。
【００５９】
（３）式に、（８）式を、（４）式を代入すると、
【００６０】
【数７】
0004244391.tif 000012
【００６１】
のようになる（但し、係数ｋ1 は係数ｗd を含めて表現している）。以上のこのことから、上式に基づく動作を行なう回路を実現すれば、入力ビデオ信号から金属光沢が生じているような画像に変換できることになる。
【００６２】
以上のように、（９）式に基づいく演算が行なわれることにより、金属光沢が生じているような画像に変換される。つまり、図１０Ａに示すような仮想物体１２０を想定すると、拡散反射レベルが直線的に変化し、輝度レベルも直線的に変化する。この仮想物体に、例えば、３つの光源１３１、１３２、１３３から光が当たった場合を考えると、図１０Ｂに示すように、これらの３つの光源１３１、１３２、１３３により、曲線１４１、１４２、１４３で示すように、鏡面反射レベルが変化する。これらが合成された曲線１４４が鏡面反射の曲線となる。そして、拡散反射光は、直線１４５で示すように、直線的に変化している。したがって、これらを合成した曲線１４６が拡散反射と鏡面反射とを合成したものとなる。
【００６３】
この発明が適用されて画像変換装置では、以下の式
【００６４】
【数８】
0004244391.tif 000013
【００６５】
に基づく演算を行なう構成とされている。
【００６６】
なお、パラメータｋR 、ｋG 、ｋB は、反射光の色を表すパラメータである。このパラメータｋR 、ｋG 、ｋB を設定することにより、物体の色を、例えば、金色、銀色、銅色に設定できる。つまり、例えば、図１１に示すように、各モードに応じた各色のパラメータｋR 、ｋG 、ｋB が用意されている。例えば、「金色」モードに指定すると、パラメータｋR 、ｋG 、ｋB が例えば１．０、０．８、０．０に設定される。これにより、金色の物体を表示できるようになる。
【００６７】
パラメータｐと、パラメータｍR 、ｍG 、ｍB は、式（９）式における係数ｋ4 を２つに分けたようなパラメータである。パラメータｐと、パラメータｍR 、ｍG 、ｍB との違いは、パラメータｐが３原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂに対して共通のパラメータであるのに対して、パラメータｍR 、ｍG 、ｍB は、３原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの夫々に異なるパラメータを独立して設定可能とされている。つまり、（１０）式では、（９）式における係数ｋ4 を、光源の方向（角度）に関するパラメータｐと、色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に関するパラメータｍR 、ｍG 、ｍB とに分けている。
【００６８】
パラメータｐは、コサインカーブをシフトするためのパラメータである。このパラメータｐを変化させると、図９Ｂに示されるコサインカーブ曲線のピークがシフトする。例えば、ピークが左側にシフトするということは、図９Ａに示される光源の照射角度θが大きくなることを意味している。つまり、このパラメータｐは、光源の入射角度を決定するパラメータとなる。
【００６９】
パラメータｍR 、ｍG 、ｍB は、オフセット値の設定である。図１２Ａは、例えば、ｍB だけＢ信号を他の信号Ｒ及びＧに対してオフセットさせた状態を示しており、図１２Ａにおいて、１５０がＲ及びＧ信号のコサインカーブを示し、１５１がＢ信号のコサインカーブを示している。図１２Ｂはこれら２つの曲線１５０及び１５１の差分を示し、２つの曲線１５０及び１５１の差分は、コサイン曲線がピーク値の近傍では殆ど無いが、ピークから離れるにつれて、その差が大きくなる。すなわち、ピーク近傍では、Ｒ及びＧ信号に対するＢ信号の色ずれが少なく、ピークから離れるにつれて、色ずれが大きくなることを意味している。
【００７０】
このオフセット値のパラメータｍR 、ｍG 、ｍB は、金属光沢の色をより自然に見せるのために設定される。
【００７１】
例えば、銀の光沢のより自然に表現したいときには、Ｒ信号及びＧ信号に対してＢ信号の位相がずらされる。このようにすると、輝度の高い部分は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色ずれが少ないので、白に近い銀色が得られ、輝度が低くなるに従って、Ｒ信号及びＧ信号に対するＢ信号の色ずれが大きくなり、青っぽい銀色が得られる。このように、Ｒ信号及びＧ信号に対してＢ信号の位相をずらしておくと、より自然な銀の光沢を表現することができる。同様に、銅の光沢を自然に表現したいときには、Ｇ信号及びＢ信号に対してＲ信号の位相をずらされる。
【００７２】
パラメータｎは、１以外では、偶数値に設定される。ｎが１、２、４、６、すなわち、cos θ、（cos θ）2 、（cos θ）4 、（cos θ）6 の場合の鏡面反射の分布は、図１３に示すようになる。図１３に示すように、このパラメータｎを設定することにより、鏡面反射の反射光の広がりの程度が設定できる。すなわち、ｎを設定することにより、正反射方向に対して異なって方向に反射する成分の割合が設定できる。
【００７３】
以上のように、この発明が適用された画像変換装置では、（１０）式に基づいく演算が行なわれることにより、金属光沢が生じているような画像に変換される。そして、パラメータは、以下の通りとなる。
【００７４】
ｋ0 ：背景光による反射の比率
ｗd ：拡散反射光の係数
ｗs ：鏡面反射の夫々の係数
ｋ3 ：鏡面反射の光源の数
ｐ：光源の入射角度
ｎ：鏡面反射の反射光の広がりの程度
ｋR 、ｋG 、ｋB ：反射光の色を表すパラメータ
ｍR 、ｍG 、ｍB ：色のオフセット、金属光沢の色をより自然に見せるのためのパラメータ。
【００７５】
図１４は、この発明が適用された画像変換装置の一例である。この例は、上述の（１０）式に基づく演算を行なうことにより、金属光沢の画像を形成できるようにしたものである。
【００７６】
図１４において、入力端子１Ａ、１Ｂ、１Ｃに、輝度信号Ｙ0 と、色差信号Ｕ0 及びＶ0 が夫々供給される。輝度信号Ｙ0 は、プリモディファイ回路２に供給されると共に、キープロセッサ３に供給される。プリモディファイ回路２には、コントローラ４から、クリップレベルＣＬＩＰ、ゲインＧＡＩＮ、オフセットレベルＯＦＦＳＥＴが供給される。プリモディファイ回路２の出力がカラーコレクション回路５に供給される。
【００７７】
カラーコレクション回路５は、図１５に示すように、上述の（１０）式に基づく演算を行なうルックアップテーブルを備えている。すなわち、図１５に示すように、カラーコレクション回路５は、カラーコレクタ２１と、マトリクス演算回路２２とを有している。カラーコレクタ２１には、上述の演算を行なうためのアルゴリズムが納められたルックアップテーブル２３が含まれる。このカラーコレクション回路５には、コントローラ４から、パラメータ（ｋ0 ，ｗd ，ｗs ，ｋ3 ，ｐ，ｎ，ｋR ，ｋG ，ｋB ，ｍR ，ｍG ，ｍB ）が供給される。ルックアップテーブル２３は、具体的には、各パラメータ（ｋ0 ，ｗd ，ｗs ，ｋ3 ，ｐ，ｎ，ｋR ，ｋG ，ｋB ，ｍR ，ｍG ，ｍB ）と、輝度データＹ1 とに対応する演算結果が予め格納されているＲＯＭであり、そのアドレスに各パラメータ（ｋ0 ，ｗd ，ｗs ，ｋ3 ，ｐ，ｎ，ｋR ，ｋG ，ｋB ，ｍR ，ｍG ，ｍB ）と、輝度データＹ1 とを入力すると、（１０）式に基づく演算結果が出力されるようになっている。
【００７８】
カラーコレクション回路５のルックアップテーブル２３により、プリモディファイ回路２からの輝度信号Ｙ1 と、パラメータ（ｋ0 ，ｗd ，ｗs ，ｋ3 ，ｐ，ｎ，ｋR ，ｋG ，ｋB ，ｍR ，ｍG ，ｍB ）とにより、（１０）式に基づいて演算処理が行なわれる。このようにして得られた３原色信号出力ｒ，ｇ，ｂは、マトリスク演算回路２２に供給される。マトリクス回路２２で、３原色信号ｒ，ｇ，ｂから、輝度信号Ｙ2 と色差信号Ｕ2 及びＶ2 とからなるコンポーネント信号が形成される。
【００７９】
図１４におけるプリモディファイ回路２は、最適なメタル効果が施せるように、クリップ、ゲイン、オフセットを設定するものである。すなわち、カラーコレクション回路５では、上述のように、ルークアップテーブル２３を用いて演算が行なわれる。プリモディファイ回路２は、このルックアップテーブル２３で最適なメタル効果が発生できるように、クリップ、ゲイン、オフセットを調整して、最適なダイナミックレンジの設定を行なうものである。
【００８０】
カラーコレクション回路５からの輝度信号Ｙ2 、色差信号Ｕ2 、Ｖ2 は、ミックス回路６、７、８に夫々供給される。また、ミックス回路６、７、８には、入力端子１Ａ、１Ｂ、１Ｃから輝度信号Ｙ0 、色差信号Ｕ0 、Ｖ0 が夫々供給される。
【００８１】
また、ミックス回路６、７、８には、スイッチ回路９の出力が供給される。スイッチ回路９には、所定の混合比のキー信号Ｋ１と、キープロセッサ３から出力されるキー信号が供給される。このスイッチ回路９により、キープロセッサ３から出力される混合比と所定の混合比とが切り換えられる。スイッチ回路９が端子９Ａ側に設定されると、キープロセッサ３からのキー信号が選択される。端子９Ｂ側に設定されると、所定の混合比のキー信号Ｋ１が選択される。
【００８２】
キープロセッサ３は、入力輝度信号を加工して、キー信号を形成するものである。つまり、例えば、輝度信号が所定レベル以上のところや、輝度信号のエッジレベルが所定値以上のところで、キープロセッサ３からキー信号が出力される。スイッチ回路９が端子９Ａ側に設定されていると、このキープロセッサ３からのキー信号に基づいて、混合比Ｋが設定される。これにより、明るい所のみに加工を施したりすることが可能になる。
【００８３】
キープロセッサ３は、例えば、図１６に示すように構成される。図１６において、入力端子３０からの輝度信号と、ユーザが加工を行いたいレベルを示す設定値ＣＲＴとが減算回路３１に供給される。減算回路３１で、入力端子３０からの輝度信号と、ユーザが加工を行いたいレベルを示す設定値ＣＲＴとが減算される。この減算回路３１の出力は、絶対値回路３２に供給される。絶対値回路３２の出力が減算回路３３に供給される。減算回路３３には、加工を行なうレベルの範囲ｄが供給される。減算回路３３の出力がゲイン調整回路３４に供給される。ゲイン調整回路３４には、ゲインＧが与えられる。ゲイン調整回路３４の出力が加算回路３５に供給される。加算回路３５には、混合比Ｍが供給される。加算回路３５の出力は、リミッタ３６、反転回路３７を介して、ノンリニア変換回路３８に供給される。ノンリニア変換回路３８の出力が出力端子３９から出力される。
【００８４】
図１６に示す構成において、減算回路３１に供給されるレベルＣＲＴにより、ユーザが加工を行いたいレベルが設定される。入力端子３０からの輝度信号レベルがこのＣＲＴのレベル以上になると、減算回路３１から出力が現れる。この減算回路３１の出力の絶対値が絶対値回路３２で求められる。絶対値回路３２の出力が減算回路３３に供給され、減算回路３３により、加工を行なうレベルの範囲ｄが指定される。この減算回路３３の出力に対して、ゲイン調整回路３４でゲインが設定され、加算回路３５に与えられる混合比Ｍに応じて、混合比が設定される。この加算回路３５の出力は、リミッタ３６、反転回路３７を介して、ノンリニア変換回路３８に供給される。リミッタ３６は、出力が混合比の範囲内となるように制限するものである。また、反転回路３７は、加工を行なう部分と行なわない部分とを反転させるような処理を行なうものである。ノンリニア変換回路３８は、予め与えられたノンリニア変換曲線に基づいて、信号レベルの分布を変換するものである。ノンリニア変換回路３８の出力が出力端子３９から出力される。これにより、例えは、所定の輝度レベル以上のときに、所定の混合比となるようなキー信号を、出力端子３９からの出力から得ることができる。
【００８５】
図１４において、ミックス回路６、７、８で、入力端子１Ａ、１Ｂ、１Ｃからの輝度信号Ｙ0 、色差信号Ｕ0 、Ｖ0 と、カラーコレクション回路５からの輝度信号Ｙ2 、色差信号Ｕ2 、Ｖ2 とが、所定の混合比で合成される。このときの混合比は、スイッチ回路１２から出力されるキー信号により設定される。この混合比をＫとすると、ミックス回路６、７、８からは、夫々、
（Ｙ2 −Ｙ0 ）Ｋ＋Ｙ0 
（Ｕ2 −Ｕ0 ）Ｋ＋Ｕ0 
（Ｖ2 −Ｖ0 ）Ｋ＋Ｖ0 
なる出力が取り出される。
【００８６】
ミックス回路６、７、８の出力が、輝度信号出力ＹOUT 、色差信号出力ＵOUT 、ＶOUT として、出力端子１１、１２、１３から夫々出力される。
【００８７】
以上のような構成によれば、入力端子１Ａ、１Ｂ、１Ｃからの輝度信号Ｙ0 、色差信号Ｕ0 、Ｖ0 は、プリモディファイ回路２を介してカラーコレクション回路５に送られ、カラーコレクション回路５において、（１０）式に示した演算により色変換の処理が行なわれ、ミックス回路６、７、８を介して、出力される。これにより、例えば、陶器の人形を映したビデオ信号の画像を、金や銀や銅できた人形のように見せるような加工が行なえる。
【００８８】
そして、コントローラ４からカラーコレクション回路５に与えられるパラメータ（ｋ0 ，ｗd ，ｗs ，ｋ3 ，ｐ，ｎ，ｋR ，ｋG ，ｋB ，ｍR ，ｍG ，ｍB ）を画像に応じて適宜設定することにより、最適な金属光沢の画像にリアルタイムで変換することができる。
【００８９】
なお、上述の例では、（１０）式に基づく演算回路をルックアップテーブルにより構成しているが、プリモディファイ回路２を含めて、ルックアップテーブルを構成するようにしても良い。
【００９０】
上述の例では、入力ビデオ信号を、輝度信号Ｙと、色差信号Ｕ、Ｖとからなるコンポーネントビデオ信号としているが、３原色ビデオ信号を入力するようにしても良い。図１７は、３原色信号を入力するようにした場合の例を示すものである。
【００９１】
図１７において、入力端子５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃに、３原色信号Ｒ0 、Ｇ0 、Ｂ0 が夫々供給される。これらの３原色信号Ｒ0 、Ｇ0 、Ｂ0 がマトリクス回路５２に供給される。マトリクス回路５２は、３原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂから、輝度信号Ｙ0 を形成するものである。すなわち、マトリクス回路５２で、
Ｙ0 ＝０．１１Ｒ0 ＋０．３０Ｇ0 ＋０．５９Ｂ0 
なる演算が行なわれる。これにより、３原色信号Ｒ0 、Ｇ0 、Ｂ0 から輝度信号Ｙ0 が形成される。この輝度信号Ｙ0 がプリモディファイ回路５３に供給されると共に、キープロセッサ５４に供給される。
【００９２】
プリモディファイ回路５３には、コントローラ５５から、クリップレベルＣＬＩＰ、ゲインＧＡＩＮ、オフセットレベルＯＦＦＳＥＴが供給される。プリモディファイ回路５３の出力がカラーコレクション回路５６に供給される。
【００９３】
カラーコレクション回路５６は、（１０）式に基づく演算を行なうルックアップテーブルを備えている。このカラーコレクション回路５６には、コントローラ５５から、パラメータ（ｋ0 ，ｗd ，ｗs ，ｋ3 ，ｐ，ｎ，ｋR ，ｋG ，ｋB ，ｍR ，ｍG ，ｍB ）が供給される。
【００９４】
カラーコレクション回路５６のルックアップテーブルにより、プリモディファイ回路５３の出力Ｙ1 と、パラメータ（ｋ0 ，ｗd ，ｗs ，ｋ3 ，ｐ，ｎ，ｋR ，ｋG ，ｋB ，ｍR ，ｍG ，ｍB ）とにより、（１０）式に基づいて演算処理が行なわれる。このようにして得られた３原色信号出力ｒ，ｇ，ｂは、ミックス回路５７、５８、５９に供給される。
【００９５】
また、ミックス回路５７、５８、５９には、スイッチ回路６０の出力が供給される。スイッチ回路６０には、所定の混合比を設定するためのキー信号Ｋ１と、キープロセッサ５４から出力されるキー信号が供給される。このスイッチ回路６０により、キープロセッサ５４から出力されるキー信号と、所定の混合比のキー信号Ｋ１とが切り換えられる。
【００９６】
キープロセッサ５４は、入力輝度信号を加工して、キー信号を形成するものである。つまり、例えば、輝度信号が所定レベル以上のところや、輝度信号のエッジレベルが所定値以上のところで、キープロセッサ５４からキー信号が出力される。スイッチ回路６０が端子６０Ａ側に設定されると、このキー信号に基づいて、混合比が設定される。スイッチ回路６０が端子６０Ｂ側に設定されると、所定の混合比に設定される。
【００９７】
ミックス回路５７、５８、５９で、入力端子５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃからの３原色信号Ｒ0 、Ｇ0 、Ｂ0 と、カラーコレクション回路５６からの３原色信号ｒ、ｇ、ｂとが、所定の比率で合成される。ミックス回路５７、５８、５９の出力が、３原色信号の出力ＲOUT 、ＧOUT 、ＢOUT として、出力端子６１、６２、６３から夫々出力される。
【００９８】
以上のように、この発明が適用された画像変換装置では、入力ビデオ信号に対して、金属光沢が生じるような画面に変換することができる。このような画像変換装置は、例えば、編集時の特殊効果システムに組み込むことができる。
【００９９】
図１８は、この発明が適用された画像特殊編集システムの一例を示すものである。図１８において、入力端子７１に、画像処理されるビデオ信号ＶA が供給され、入力端子７２に背景となるビデオ信号ＶB が供給される。また、入力端子７３及び７４には、ビデオ信号ＶA 及びＶB の画面状での位置を定めるキー信号ＫA 及びＫB が供給される。このキー信号ＶA 及びＶB がコントローラ７７に供給される。
【０１００】
入力端子７１からのビデオ信号ＶA は、色変換回路７５に供給される。色変換回路７５は、入力ビデオ信号ＶA に対して、色変換に関する加工を行なうものである。この色変換回路７５は、図１４及び図１７で示した構成により、入力ビデオ信号の画像に対して、金属光沢を生じさせるような、加工を行なうことができる。すなわち、入力画像が陶器の人形であるとすると、この陶器の人形の画像を、金や銀できた人形のように見せるような加工が行なえる。
【０１０１】
色変換回路７５の出力が画像変換回路７６に供給される。画像変換回路７６は、画像の拡大、縮小、画像の移動、回転等の加工を行なうものである。これらの加工は、ビデオ信号を一旦フレームメモリに貯え、このフレームメモリのアドレスを制御することにより行なえる。
【０１０２】
色変換回路７５及び画像変換回路７６は、コントローラ７７により制御される。コントローラ７７には、コントロールパネル７８から入力が与えられる。このコントロールパネル７８からの入力に基づいて、色変換回路７５及び画像変換回路７６に対する各種のパラメータが生成される。このパラメータがコントローラ７７から色変換回路７５及び画像変換回路７６に供給される。
【０１０３】
色変換回路７５及び画像変換回路７６により、入力ビデオ信号ＶA に対して、各種の画像加工処理が施される。この画像加工処理されたビデオ信号は、コンバイナ７９に供給される。また、入力端子７２からのビデオ信号ＶB がコンバイナ７９に供給される。
【０１０４】
コンバイナ７９で、各種の画像加工処理が施された入力端子７１からのビデオ信号ＶA と、入力端子７２からのビデオ信号ＶB とがキー信号に基づいて合成される。この合成されたビデオ信号が出力端子８１から出力されると共に、キー信号が出力端子８２から出力される。
【０１０５】
このような特殊効果システムでは、上述のように、画像変換回路７６により、画像の拡大、縮小、画像の移動、回転等の加工を行なうことができる。更に、色変換回路７５により、色の変換や反転が行なえる他、金属光沢を生じさせるような、加工を行なうことができる。
【０１０６】
【発明の効果】
この発明によれば、入力ビデオ信号の輝度データと、設定されたパラメータとを用いて、金属光沢に変換するような演算を行なう回路が実現できる。輝度データを用いているので、２次元データを３次元データに変換するような処理が不要で、入力ビデオ信号を直接用いて、金属光沢が生じているような物体への変換が行なえる。
【０１０７】
そして、このような演算式を行なう回路がルックアップテーブルにより構成されているので、回路が単純化すると共に、高速処理が可能である。また、各パラメータを設定することにより、絵柄に応じて、リアルタイムに特性を設定することができる。
【０１０８】
更に、この演算処理を行なう回路の前段にプリモディファイ回路を設けることで、ルックアップテーブルのダイナミックレンジを設定することができる。また、キープロセッサを設けることで、輝度レベルが所定値以上の所で、金属光沢が生じるような画像となるような処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】拡散反射の説明に用いる略線図である。
【図２】鏡面反射の説明に用いる略線図である。
【図３】鏡面反射の説明に用いる略線図である。
【図４】輝度データと拡散反射との関係を説明するための略線図である。
【図５】輝度データと拡散反射との関係を説明するためのグラフである。
【図６】輝度データと拡散反射との関係を説明するためのグラフである。
【図７】輝度データと拡散反射との関係を説明するためのグラフである。
【図８】輝度データと拡散反射との関係を説明するためのグラフである。
【図９】輝度データと鏡面反射との関係を説明するためのグラフである。
【図１０】輝度データと拡散及び鏡面反射との関係を説明するためのグラフである。
【図１１】パラメータの説明に用いる略線図である。
【図１２】パラメータの説明に用いるグラフである。
【図１３】パラメータの説明に用いるグラフである。
【図１４】この発明が適用された画像変換装置の一例のブロック図である。
【図１５】この発明が適用された画像変換装置におけるカラーコレクション回路の一例のブロック図である。
【図１６】この発明が適用された画像変換装置におけるキープロセッサの一例のブロック図である。
【図１７】この発明が適用された画像変換装置の他の例のブロック図である。
【図１８】この発明が適用できる画像特殊編集システムの一例のブロック図である。
【符号の説明】
２・・・プリモディファイ回路、３・・・キープロセッサ、５・・・カラーコレクション回路、６、７、８・・・ミックス回路、２１・・・カラーコレクタ、２３・・・ルックアップテーブル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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