(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各画素が輝度値を有する元画像を処理して、明るさダイナミックレンジを圧縮する画像変換方法において、
元画像の輝度の周波数の低い成分から成る低周波画像を抽出する低周波画像抽出工程と、
元画像の画素の輝度Y1に対応する低周波画像の画素の輝度Y2から、２つの係数C1、C2を求める係数決定工程と、
前記２つの係数C1、C2と、前記元画像の画素の輝度Y1と対応する前記低周波画像の画素の輝度Y2とから、対応する変換画像の画素の輝度Y3を式Y3＝C1Y1＋C2Y2により求める線形演算工程とを有し、
前記低周波画像の画素の輝度Y2の関数である前記２つの係数C1、C2はいずれも連続関数であり、
前記係数C1は正又は０であり、
前記係数C2は、輝度Y2の最小値を含む連続した第１の範囲で正、０及び負の値をとる広義の単調減少関数であり、輝度Y2の最大値を含む第２の連続した範囲で負又は０の値をとる広義の単調増加関数であることを特徴とする画像変換方法。
【請求項２】
前記２つの係数C1、C2の和が前記輝度Y2の全範囲のうちの少なくとも連続する第３の範囲において正の一定の値であることを特徴とする請求項１に記載の画像変換方法。
【請求項３】
前記２つの係数C1、C2の和が前記輝度Y2の全範囲において一定であることを特徴とする請求項２に記載の画像変換方法。
【請求項４】
前記輝度Y2の前記第３の範囲の内部である連続する第４の範囲において、前記係数C1が正の一定値であり、前記係数C2が負の一定値であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の画像変換方法。
【請求項５】
前記輝度Y2の第１の範囲において前記輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調減少関数であり、
前記輝度Y2の第２の範囲において前記輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調増加関数であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像変換方法。
【請求項６】
前記輝度Y2の前記第４の範囲及びそれを越える全ての範囲において、前記係数C1が正の一定値であることを特徴とする請求項５に記載の画像変換方法。
【請求項７】
前記２つの係数C1とC2は、前記輝度Y2の最小値を含む連続した第５の範囲においてC1が０であり、前記輝度Y2の最大値を含む連続した第６の範囲においてC2が０であり、当該２つの範囲に挟まれた範囲の連続した少なくとも一部において前記係数C1が正の一定値、前記係数C2が負の一定値であることを特徴とする請求項３に記載の画像変換方法。
【請求項８】
前記低周波画像の抽出が、各画素ラインごとの１次元方向のみにて行われることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像変換方法。
【請求項９】
各画素が輝度値を有する元画像を処理して、明るさダイナミックレンジを圧縮する画像変換装置において、
元画像の輝度の周波数の低い成分から成る低周波画像を抽出する低周波画像抽出手段と、
低周波画像抽出手段から出力された低周波画像の画素の輝度Y2に対応して、各々係数C1、C2を求める第１、第２の係数決定手段と、
当該第１、第２の係数決定手段により得られる係数C1、C2と、それに用いた前記低周波画像抽出手段から出力された低周波画像の画素の輝度Y2、及びそれに対応する元画像の画素の輝度Y1から、式Y3＝C1Y1＋C2Y2により変換画像の画素の輝度Y3を求める線形演算手段とを有し、
前記第１、第２の係数決定手段における前記係数C1、C2について、
前記低周波画像の画素の輝度Y2の関数である前記係数C1、C2はいずれも連続関数であり、
前記係数C1は正又は０であり、
前記係数C2は、輝度Y2の最小値を含む連続した第１の範囲で正、０及び負の値をとる広義の単調減少関数であり、輝度Y2の最大値を含む連続した第２の範囲で負又は０の値をとる広義の単調増加関数であることを特徴とする画像変換装置。
【請求項１０】
前記係数C1、C2の和が前記輝度Y2の全範囲のうちの少なくとも連続する第３の範囲において正の一定の値であることを特徴とする請求項９に記載の画像変換装置。
【請求項１１】
前記係数C1、C2の和が前記輝度Y2の全範囲において一定であることを特徴とする請求項１０に記載の画像変換装置。
【請求項１２】
前記輝度Y2の前記第３の範囲の内部である連続する第４の範囲において、前記係数C1が正の一定値であり、前記係数C2が負の一定値であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の画像変換装置。
【請求項１３】
前記輝度Y2の第１の範囲において前記輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調減少関数であり、
前記輝度Y2の第２の範囲において前記輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調増加関数であることを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の画像変換装置。
【請求項１４】
前記輝度Y2の前記第４の範囲及びそれを越えた範囲の全てにおいて、前記係数C1が正の一定値であることを特徴とする請求項１３に記載の画像変換装置。
【請求項１５】
前記係数C1とC2は、前記輝度Y2の最小値を含む連続した第５の範囲においてC1が０であり、前記輝度Y2の最大値を含む連続した第６の範囲においてC2が０であり、当該２つの範囲に挟まれた範囲の連続した少なくとも一部において前記係数C1が正の一定値、前記係数C2が負の一定値であることを特徴とする請求項１１に記載の画像変換装置。
【請求項１６】
前記低周波画像抽出手段における低周波画像の抽出が、各画素ラインごとの１次元方向のみにて行われることを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の画像変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各画素が濃淡を示す輝度値を有する画像の、明るさダイナミックレンジを圧縮する画像変換方法及び画像変換装置に関する。尚、本願明細書において２次元画像の輝度の「空間周波数」とは、各ライン（各行又は各列）毎の１次元の輝度の周波数をも包含する表現とする。
【０００２】
【従来の技術】
陰の領域及び日向の領域の両方を有する明暗差の大きな画像を撮像し、明るさダイナミックレンジの小さい表示装置に表示させる場合、画像中の暗部が黒つぶれしたり、明部が白飛びすることとなり、画像中の物体等の把握が困難となる。明部や暗部などの特定の輝度範囲に多くの階調を割り当てるような階調変換により、特定の輝度範囲のコントラストを向上させることはできるが、その他の輝度範囲のコントラストが低下するという問題が生じる。そこでHomomorphic Filteringと呼ばれる画像のダイナミックレンジの圧縮方法が知られている。Homomorphic Filteringにおいては、輝度の低空間周波数成分を除くか、又は抑制することにより陰日向の差や照明ムラ等の照明強度の情報を抑え、陰の領域及び日向の領域いずれにおいても画像中の物体等の把握を容易とするものである。図１８の（ａ）、（ｂ）にその概念を示す。図１８の（ａ）においては１画像の画素の輝度を取り込み、対数変換（log、９１）したのち高域濾波器（HPF、９２）で高空間周波数成分による画像データとし、逆対数変換（log-1、９３）するものである。また、図１８の（ｂ）においては１画像の画素の輝度を取り込み、対数変換（log、９１）したのち、低域濾波器（LPF、９４）で低空間周波数成分による画像データを得て、符号を反転させて低域濾波されていない対数変換（log、９１）の出力である画像データと加算器９５により加算したのち逆対数変換（log-1、９３）するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Homomorphic Filteringにおいては「低空間周波数成分」が一律に抑制されることとなり、例えば大きな白い物体（又はその表面）を撮像した画像に適用するとその画面内で大きくなるような白い物体が一律に灰色化してしまう。例えば道路標示を含む画像についてHomomorphic Filteringを適用すると、白線や横断歩道が灰色化し、道路標示の識別が極めて困難になる場合がある。これは、低空間周波数成分が抑制されることにより、高周波の白い物体よりも低周波の白い物体が相対的に暗くなるためである。低空間周波数成分として、画像の縦又は横の１方向の周波数を抑制するような簡便な方法を取る場合、特にこの問題が顕著となる。例えば画像中に縦方向の白線と横方向の白線が存在するとき、横方向に周波数分析すると、横方向の白線のみが灰色化してしまう。これは極めて違和感の大きな画像変換となる。同様の理由により、低輝度の低周波成分が明化することも有るが、白色物体の灰色化に比べ、その違和感は小さい。また、一律に低周波成分が抑制されることにより、低輝度部分においてノイズの目立つ画像となるという問題もある。これは、撮像画像のＳ／Ｎ比の小さい低輝度部分においても一律に高周波成分が相対的に強調されるためである。ダイナミックレンジの圧縮された画像の平均輝度を大きくして表示する場合、低輝度部分が明るく表示されるため、ノイズがより目立つ画像となる。
【０００４】
そこで例えば医療用撮像装置等において、特許第１５３０８３２号、２５０９５０３号、２６６３１８９号公報記載の方法が提案されている。特許第１５３０８３２号に開示の方法は、画像の濃度が大きくなるほど高周波成分の強調度合いを大きくする画像の鮮鋭化方法であり、原画像をSorg、低周波画像をSus、強調係数をβとし、式S'＝Sorg＋β(Sorg＋Sus)により、再生画像S'を得るものである。強調係数βを原画像又は低周波画像の濃度に応じて単調増加させることにより、ノイズの強調を防止している。この方法は鮮鋭化方法であるため、ノイズの強調を抑制することはできるが、原画像よりもノイズを抑制することはできない。また、ダイナミックレンジを圧縮することはできない。特許第２５０９５０３号に開示の方法は、画像信号の低空間周波数成分を用いてダイナミックレンジ圧縮用補正データを作成して、この補正データを用いて画像信号のダイナミックレンジを圧縮する方法である。ダイナミックレンジ圧縮用補正データは、画像信号に基づく信号値を閾値処理して、一方の場合は一定値とし、他方の場合は低空間周波数成分に基づいて求めるものである。つまり、画像中の明部又は暗部のいずれか一方は補正を行わないようにし、他方はダイナミックレンジを圧縮できるようにする方法である。この方法により、画像中の暗部のみでダイナミックレンジを圧縮し、明部ではダイナミックレンジを圧縮しないことにより、白い大きな物体の灰色化は防止できるが、低輝度部分でのノイズを抑制することはできない。また、明部と暗部の境界において周波数特性が急激に変化するため、儀輪郭が発生するという問題がある。特許第２６６３１８９号に開示の方法は、原画像の各画素においてその近傍の所定範囲内の画素での平均化により低周波画像を算出し、それに基づいて処理する方法である。具体的には、各画素において低周波画像の輝度を引数とする単調減少関数の出力を原画像の対応する画素の濃度値に加算することによりダイナミックレンジを圧縮する方法である。単調減少関数の特性の設定により、明部や暗部など所望の明るさ範囲のみを圧縮することができる方法である。単調減少関数の微係数を連続することにより儀輪郭の発生を防止することはできるが、原画像成分が常に一定で加算されているため、低輝度部分においてノイズを抑制することはできない。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決する為に成されたものであり、その目的は、暗部が黒つぶれすることなく、暗部のノイズが目立つことなく、画面内で大きな白い物体（又はその領域）が灰色化することのない、これらの特徴を全て併せ持つ画像変換方法又は画像変換装置を提供することである。更には、低空間周波数成分として画像の１方向（縦方向又は横方向）のような１次元の周波数のみを扱う場合においても、変換後の画像の違和感の少ない画像変換方法又は画像変換装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１乃至請求項８に記載の手段は各々本願発明の画像変換方法であり、上記の課題を解決するために成されたものである。即ち、請求項１に記載の手段によれば、各画素が輝度値を有する元画像を処理して、明るさダイナミックレンジを圧縮する画像変換方法において、元画像の輝度の周波数の低い成分から成る低周波画像を抽出する低周波画像抽出工程と、元画像の画素の輝度Y1に対応する低周波画像の画素の輝度Y2から、２つの係数C1、C2を求める係数決定工程と、２つの係数C1、C2と、元画像の画素の輝度Y1と対応する低周波画像の画素の輝度Y2とから、対応する変換画像の画素の輝度Y3を式Y3＝C1Y1＋C2Y2により求める線形演算工程とを有し、低周波画像の画素の輝度Y2の関数である２つの係数C1、C2はいずれも連続関数であり、係数C1は正又は０であり、係数C2は、輝度Y2の最小値を含む連続した第１の範囲で正、０及び負の値をとる広義の単調減少関数であり、輝度Y2の最大値を含む連続した第２の範囲で負又は０の値をとる広義の単調増加関数であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２乃至請求項６に記載の手段は請求項１の従属請求項であって、各々２つの係数C1、C2の特徴を示すものである。即ち、請求項２に記載の手段によれば、２つの係数C1、C2の和が輝度Y2の全範囲のうちの少なくとも連続する第３の範囲において正の一定の値であることを特徴とする。請求項３に記載の手段によれば、２つの係数C1、C2の和が輝度Y2の全範囲において一定であることを特徴とする。また、請求項４に記載の手段によれば、輝度Y2の第３の範囲の内部である連続する第４の範囲において、係数C1が正の一定値であり、C2が負の一定値であることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の手段によれば、輝度Y2の第１の範囲において輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調減少関数であり、輝度Y2の第２の範囲において輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調増加関数であることを特徴とする。また、請求項６に記載の手段によれば、輝度Y2の第４の範囲及びそれを越えた範囲の全てにおいて、係数C1が正の一定値であることを特徴とする。
【０００９】
請求項７に記載の手段によれば、２つの係数C1とC2は、輝度Y2の最小値を含む連続した第５の範囲においてC1が０であり、輝度Y2の最大値を含む連続した第６の範囲においてC2が０であり、当該２つの範囲に挟まれた範囲の連続した少なくとも一部において係数C1が正の一定値、係数C2が負の一定値であることを特徴とする。
【００１０】
請求項８に記載の手段は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像変換方法において、低周波画像の抽出が、各画素ラインごとの１次元方向のみにて行われることを特徴とする。
【００１１】
請求項９乃至請求項１６に記載の手段は、各々本願発明の画像変換装置であり、それぞれ請求項１乃至請求項８に記載の画像変換方法に対応するものである。即ち、請求項９に記載の手段は、各画素が輝度値を有する元画像を処理して、明るさダイナミックレンジを圧縮する画像変換装置において、元画像の輝度の周波数の低い成分から成る低周波画像を抽出する低周波画像抽出手段と、低周波画像抽出手段から出力された低周波画像の画素の輝度Y2に対応して、各々係数C1、C2を求める第１、第２の係数決定手段と、当該第１、第２の係数決定手段により得られる係数C1、C2と、それに用いた低周波画像抽出手段から出力された低周波画像の画素の輝度Y2、及びそれに対応する元画像の画素の輝度Y1から、式Y3＝C1Y1＋C2Y2により変換画像の画素の輝度Y3を求める線形演算手段とを有し、第１、第２の係数決定手段における係数C1、C2について、低周波画像の画素の輝度Y2の関数である係数C1、C2はいずれも連続関数であり、係数C1は正又は０であり、係数C2は、輝度Y2の最小値を含む連続した第１の範囲で正、０及び負の値をとる広義の単調減少関数であり、輝度Y2の最大値を含む連続した第２の範囲で負又は０の値をとる広義の単調増加関数であることを特徴とする。
【００１２】
請求項１０に記載の手段は、係数C1、C2の和が前記輝度Y2の全範囲のうちの少なくとも連続する第３の範囲において正の一定の値であることを特徴とする。請求項１１に記載の手段は、係数C1、C2の和が輝度Y2の全範囲において一定であることを特徴とする。請求項１２に記載の手段は、輝度Y2の第３の範囲の内部である連続する第４の範囲において、係数C1が正の一定値であり、C2が負の一定値であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１３に記載の手段は、輝度Y2の第１の範囲において輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調減少関数であり、輝度Y2の第２の範囲において輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調増加関数であることを特徴とする。請求項１４に記載の手段は、輝度Y2の第４の範囲及びそれを越えた範囲の全てにおいて、係数C1が正の一定値であることを特徴とする。
【００１４】
請求項１５に記載の手段は、係数C1とC2は、輝度Y2の最小値を含む連続した第５の範囲においてC1が０であり、輝度Y2の最大値を含む連続した第６の範囲においてC2が０であり、当該２つの範囲に挟まれた範囲の連続した少なくとも一部において係数C1が正の一定値、係数C2が負の一定値であることを特徴とする。
【００１５】
請求項１６に記載の手段は、請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の画像変換装置において、低周波画像抽出手段における低周波画像の抽出が、各画素ラインごとの１次元方向のみにて行われることを特徴とする。
【００１６】
【作用及び発明の効果】
元画像の画素の輝度Y1に対応する低周波画像の画素の輝度Y2から、２つの係数C1、C2を求めることで、照明強度等の低周波成分の輝度に応じて、低周波成分の抑制量を変化させることができる。また、係数C1は連続関数で正又は０、係数C2は連続関数で当該輝度Y2の最小値を含む連続した第１の範囲で正、０及び負の値をとる広義の単調減少関数、輝度Y2の最大値を含む連続した第２の範囲で負又は０の値をとる広義の単調増加関数である。よって、輝度Y2の最小値を含む、係数C2が正の部分、即ち低輝度部分においては低周波成分が元画像よりも強調されるので、元画像よりもノイズ成分を抑制することが可能となる。係数C2が単調減少する負の部分においては、輝度Y2が小さいほど低周波成分の抑制量が小さいので、撮像画像のＳ／Ｎ比が小さくなるほど高周波成分が相対的に強調されなくなるのでノイズが目立つのを防止することができる。また、輝度Y2の最大値を含む、係数C2が負又は０で単調増加する部分においては、輝度Y2が大きくなるほど低周波成分の抑制量が小さくなる。よって高輝度の低周波成分の抑制量が小さくなるので、画面内で大きな面積となる白い物体の像が灰色化することを防止することが可能な画像変換方法又は画像変換装置とすることができる（請求項１、９）。
【００１７】
また、２つの係数C1、C2の和が輝度Y2の全範囲のうちの少なくとも連続する第３の範囲において正の一定の値であるので、変換後の画像におけるゼロ空間周波数成分の伝達率が一定となるため、その範囲においてコントラストが低下するのを防止することが可能となる（請求項２、１０）。更に、輝度Y2の全範囲において係数C1、C2の和が一定であれば、低周波成分のコントラスト低下防止が全輝度範囲において可能となる（請求項３、１１）。また、輝度Y2の連続する第４の範囲において、係数C1が正の一定値であり係数C2が負の一定値であるので、当該範囲においては、低周波成分の抑制度合いが一定となるので、一定の圧縮率でダイナミックレンジを圧縮することができる。（請求項４、１２）。
【００１８】
また、輝度Y2の第１の範囲において輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調減少関数であるので、第１の範囲（低輝度部分）においては輝度Y2が小さくなるほどより低周波成分が抑制度合いが小さくなる。従って、Ｓ／Ｎ比の小さい暗部においては、相対的に高周波成分が強調される度合いが小さくなるためノイズが目立つことはなく、且つ周波数特性が連続的に変化するため違和感の無い画像となる。また、輝度Y2の第２の範囲において輝度Y2の関数C2/C1が広義の単調増加関数であるので、第２の範囲（高輝度部分）においては輝度Y2が大きくなるほど低周波成分が抑制されなくなるので高輝度の大きな領域の暗化（白色領域の灰色化）を起こさない（請求項５、１３）。尚、関数C2/C1が輝度Y2の第１の範囲において狭義の単調減少関数であり、輝度Y2の第２の範囲において狭義の単調増加関数であれば、これらの効果は尚一層顕著となる。更に、輝度Y2の第２の範囲及びそれを越えた範囲の全てにおいて、係数C1が正の一定値として、高輝度部分において輝度Y2が大きくなるほど低周波成分の抑制量を小さくすることにより、高輝度部分のコントラストを大きくすることができる（請求項６、１４）。
【００１９】
係数C1とC2は、輝度Y2の全範囲において和が正の一定値であり、輝度Y2の最小値を含む連続した第５の範囲においてC1が０、輝度Y2の最大値を含む連続した第６の範囲においてC2が０であり、当該２つの範囲に挟まれた範囲の連続した少なくとも一部において係数C1が正の一定値、係数C2が負の一定値であるようにすることによっても良い。即ち、輝度Y2の最小値を含む連続した第５の範囲において低周波成分のみを含んだ変換画像となるため、ノイズを大きく抑制することができ、低輝度部分のノイズが大きい場合に特に有効である。また、輝度Y2の最大値を含む連続した第６の範囲において低周波成分の抑制量は０となり、第６の範囲（高輝度部分）においては大きな領域の暗化（白色領域の灰色化）を起こさない。また、それらの間の領域では係数C1が正の一定値、係数C2が負の一定値であるので当該範囲においては一律に低周波成分が抑制されるので、一定の圧縮率でダイナミックレンジを圧縮することができる（請求項７、１５）。
【００２０】
上記各発明においては、低空間周波数として画像の１方向（縦方向又は横方向）のような１次元について低周波画像抽出を行う場合、低周波画像抽出を行わない方向のエッジ部分においては、低周波成分の抑制によるオーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑えることができる。即ち、より自然な変換画像となる。更に低周波画像抽出を１次元で行うことで、簡便な画像変換方法、又は簡易で高速な画像変換装置とすることができる（請求項８、１６）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例とともに説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
〔第１実施例〕
図１は本発明の第１の実施例に係る画像変換装置１０の構成を示すブロック図である。画像変換装置１０は、対数変換器１１、低周波画像抽出器１２、遅延回路１６、第１ルックアップテーブル１３−１、第２ルックアップテーブル１３−２、線形演算器１４から成る。本実施例は請求項１、２、４乃至６、８乃至１０１２乃至１４、１６の具体的な実施例に当る。また、低周波画像抽出器１２が低周波画像抽出手段に、第１ルックアップテーブル１３−１及び第２ルックアップテーブル１３−２がそれぞれ第１、第２の係数決定手段に、線形演算器１４が線形演算手段に対応する。本実施例においては、図１８のような逆対数変換９３を用いないものを示した。また、本実施例においては、１ライン毎に周波数フィルタリングを行う、高速画像変換装置を示した。尚、本実施例においては図示しない制御装置により各構成要素が制御されるものである。
【００２３】
撮像画像の各画素の輝度Y0が対数変換器１１に出力され、各輝度Y0に対し、輝度Y1＝(Y0maxlogY0)／logY0maxが計算され、低周波画像抽出器１２と遅延回路１６に出力される（図２）。ここでY0maxは、輝度Y0のとり得る値の最大値であり、この変換によりY0＝Y0maxはY1＝Y0maxに変換される。この、各画素が輝度Y1である画像を元画像と呼ぶ。各画素が輝度Y1である元画像は、次のようにして１ライン毎に変換される。
【００２４】
まず、１ライン分の輝度Y1が、低周波画像抽出器１２に読み込まれ、１ライン分の各画素の輝度をY2とする低周波画像が形成される（図３の（ａ））。ここにおいて、低周波画像の抽出は図３の（ｂ）のような周波数特性を有するコンボルーションフィルタにより実現される。こうして各画素が輝度Y2である１ライン分の低周波画像が低周波画像抽出器１２から出力される。
【００２５】
次に、低周波画像抽出器１２から各画素の輝度Y2が第１ルックアップテーブル１３−１及び第２ルックアップテーブル１３−２に順次入力される。第１ルックアップテーブル１３−１及び第２ルックアップテーブル１３−２においては、各々次の式による輝度Y2に対する係数C1、C2が記憶されている。ただし0＜g＜1とする。
【数１】
0003644421.tif 000002
【００２６】
こうして、第１ルックアップテーブル１３−１からは輝度Y2に対応する係数C1が、第２ルックアップテーブル１３−２からは輝度Y2に対応する係数C2が線形演算器１４に出力される。同時に、当該画素の輝度Y2が低周波画像抽出器１２から線形演算器１４に出力される。また、遅延回路１６は、入力された輝度Y1を、低周波画像の出力に要する時間分遅延させ、低周波画像の画素に対応する元画像の画素の輝度Y1が線形演算器１４に出力される。こうして、線形演算器１４は、式Y3＝C1Y1＋C2Y2により輝度Y3を計算して出力する。各画素がこのような輝度Y3を有する変換画像は、各画素が輝度Y1である元画像に対し、低周波成分が抑制されたものである。
【００２７】
各画素が輝度Y3の変換画像の特性について説明する。上記数１で示される、低周波画像の輝度Y2の関数である係数C1、C2及びそれらの商C2/C1のグラフを図４に示す。係数C1、C2は、Y2≦T2においてC1＋C2が一定値g（ただし0＜g＜1）であるので、この範囲においてコントラストの低下を防止することができる。また、Y2≦T1においてC2が単調減少しているので、輝度Y2が小さくなるほど低周波成分の抑制量は小さくなる。従って、高周波成分であるノイズが強調されることを防止することができる。更にY2≦T0においてC2≧０なので、元画像よりも高周波成分が抑制され、ノイズを抑制することができる。特にT1≦Y2≦T2においてC2＝g-1、C1＝1で一定であるので、一律な低周波成分抑制となり、中輝度部分において一定の圧縮率でダイナミックレンジを圧縮することができる。また、Y2≧T2においては、Y2の増加とともにC1が一定値1で、C2が負でその絶対値が小さくなるので、Y2の増加とともに低周波成分の抑制量が小さくなる。よって、高輝度の低周波成分の暗化を抑えることができ、白い大きな物体（又はその領域、明部）が灰色化することがない。
【００２８】
これを伝達特性として図５で更に説明する。C1が一定値1、C2が一定値g-1（ただし0＜g＜1）である範囲即ちY2≦T2においては、周波数伝達特性は図５の（ａ）のようになると言える。即ち、ゼロ空間周波数成分の伝達率がgであり、周波数が大きくなるほど1に近づくような、伝達率が徐々に大きくなる特性である。。
【００２９】
次に、C1＋C2が一定値gのまま、C2を正、０、負即ち、C1を小から大へと変化させると伝達特性は図５の（ｂ）のようになる。即ち、C2が正の場合は相対的に高周波成分が抑制されることとなり、C2が負の場合は相対的に低周波成分が抑制されることとなる。C1が最大1であれば、図５の（ａ）と同様の特性となる。
【００３０】
このように、本実施例の画像変換装置１０は、低輝度部分においてノイズを抑制することができ、高輝度部分において画面内で大きな白い物体（又はその領域、明部）が灰色化することがない。中輝度部分では一定の圧縮率でダイナミックレンジが圧縮されるので、明暗差の大きな画像を黒つぶれや白飛びすることなく表示することができる。また、１つの参照値（Y2）によるルックアップテーブルを用いることでメモリを少量とし、また、高速化が可能である。また、１ライン毎の低周波成分抽出を行っているので、高速化及び装置全体の小型化が可能である。本実施例において、第2ルックアップテーブル１３−２を、輝度Y2に対するC2Y2を記憶させて出力させるものとし、線形演算器１４への輝度Y2の入力を省略した構成とすることも可能である。
【００３１】
〔第２実施例〕
図６は、本発明の第２の実施例に係る画像変換装置２０の構成を示すブロック図である。本実施例の画像変換装置２０は、第１実施例の画像変換装置１０に階調変換器１５を加えたものである。階調変換器１５は、線形演算器１４の出力である変換画像の輝度Y3を階調変換してY4とするものである。階調変換器１５はルックアップテーブルで構成することができる。
【００３２】
階調変換器１５の階調変換について図７乃至図９を用いて説明する。図７は、線形演算器１４の出力である変換画像の輝度Y3において、低周波成分のダイナミックレンジが圧縮される様子を示しており、低周波画像の輝度Y2と変換画像の輝度Y3との関係を示したグラフである。今、元画像が低周波成分のみ有しているとして、元画像の輝度Y1と低周波画像の輝度Y2が一致すると考える。すると、変換画像の輝度Y3は(C1+C2)Y2とおくことができる。図７はこの仮定による低周波画像の輝度Y2と変換画像の輝度Y3との関係である。このグラフの傾きは、低周波画像の輝度Y2がT2未満のときg(0＜g＜1)であり、低周波画像の輝度Y2がT2を越えるときに1である。従って、低周波画像の輝度Y2がT2未満のときにダイナミックレンジはg倍に圧縮されていることがわかる。これは、低周波成分即ち、照明強度の成分のコントラストが低下したことを意味する。物体の反射率の成分は高周波成分であるのでそのコントラストは理想的には低下しないことになるが、実際には低周波成分も含まれるため、物体の反射率の成分のコントラストもわずかに低下する。そこで図８の実線に示すように、変換画像の輝度Y3がgT2以下のときにY4＝Y3／gとなるよう階調変換する。このときのY4とY3の関係はF(Y2)=(C1+C2)Y2としたとき、Y4=F-1(Y3)である。つまり、図７に示したY2からY3への変換関数の逆関数である。この階調変換により、低輝度部分と高輝度部分で低周波成分のコントラストを等しくすることができる。つまり、低輝度部分において、わずかに低下した物体の反射率の成分のコントラストを回復することができる。また、図８の点線に示すように、輝度Y3がgT2以下のときにY4＝Y3／gよりも傾きの小さい階調変換としても良い。この場合の階調変換の変換関数は、定数α(0＜α＜1)を用いてY4=αF-1(Y3)＋(1-α)Y3と表すことができる。αを大きくするとダイナミックレンジの圧縮率は小さくなるが、低輝度部分での物体のコントラストは大きくすることができる。逆に、αを小さくすると、ダイナミックレンジの圧縮率は大きくなるが、低輝度部分での物体のコントラストは小さくなる。
【００３３】
階調変換により、次のような効果もある。図９の（ａ）はステップ状に元画像の輝度Y1が変化している場合の、１ラインのプロフィールを、低周波画像の輝度Y2とともに示したものであり、横方向がラインの並び、縦方向が輝度（上が大）である。ここで輝度Y1及びY2が、わずかに閾値T2より低い部分に着目する。この部分の左端のステップ部分において、変換画像の輝度Y3は、図９の（ｂ）のように、アンダーシュートＵＳ3と、gT2を越えるオーバーシュートＯＳ3を生じることとなる。このオーバーシュートＯＳ3は、その左側のダイナミックレンジが圧縮されたステップ部分との差が比較的大きく視認されるため、擬似輪郭として把握されてしまう。そこで階調変換により、オーバーシュートＯＳ3の左側のダイナミックレンジをひろげた画像の輝度Y4とすることで、ステップ部分との差が比較的小さくなるため、図９の（ｃ）のように、オーバーシュートＯＳ4は目立たないものとなる。尚、経験的に、アンダーシュートＵＳ4は暗部となるため違和感は小さい。
【００３４】
〔第３実施例〕
第１実施例の変形として、低周波画像の輝度Y2の関数である係数C1、C2として、次のようなものも採用できる。
【数２】
0003644421.tif 000003
【００３５】
ここで、Y2maxはY2のとり得る値の最大値であり、γは１以上の定数である。数２は、Y3＝C1Y1＋C2Y2＝C1(Y1＋C2Y2/C1)と考え、C2Y2/C1のY2による微係数が連続となるようにしたものである。C1が一定であるときC2Y2/C1のY2による微係数の符号を反転させたものはダイナミックレンジ圧縮率であるため、輝度Y2に対してダイナミックレンジ圧縮率を連続的に変化させることができる。実際、係数C1、C2は連続であり、C2Y2/C1のY2＝T2での微係数は左側も右側も(g-1)であり一致する。C2Y2/C1のY2≧T2での微係数は次のとおりである。
【数３】
0003644421.tif 000004
【００３６】
数３から、Y2＝T2でC2Y2/C1の右側微係数はg-1である。Y2＝T2においてダイナミックレンジ圧縮率が滑らかに変化していることがわかる。γを大きくすると輝度Y2の変化に対してより急峻にダイナミックレンジ圧縮率が変化する。γ＝１であるとき、Y2≧T2においてC2=g-1であり、輝度Y2が変化してもダイナミックレンジ圧縮率は変化しない。また、数３に示した微係数は輝度Y2の増加に対して単調に増加する、即ち、ダイナミックレンジ圧縮率は単調に減少し、Y2＝Y2maxにおいてダイナミックレンジ圧縮率は０となる。従って、第１実施例と同様の効果を有する他、ダイナミックレンジ圧縮率が輝度に対して連続的に変化するため、より違和感の少ない変換画像を得ることができる。
【００３７】
〔第４実施例〕
第１実施例の変形として、低周波画像の輝度Y2の関数である係数C1、C2として、次のようなものも採用できる。本実施例は請求項１乃至４、７乃至１２、１５、１６の実施例に当たる。尚、h＞1であり、第４の範囲はT1≦Y2≦T2、第５の範囲はY2≦T0、第６の範囲はY2≧T3である。
【数４】
0003644421.tif 000005
【００３８】
数４のグラフを図１１に示す。本実施例は低周波画像の輝度Y2の全範囲において係数C1、C2の和が一定であるので、低周波成分のコントラスト低下防止が全輝度において可能となる。また、その他も第１実施例と同様の効果を有する。本実施例の係数C1、C2は、輝度Y2の各範囲において直線的に変化するので、線形演算のみで算出することができる。第１実施例のルックアップテーブル１３−１、１３−２の替わりに、２つの演算器を設けて係数C1、C2を算出する場合に、簡単な演算で高速に算出することができる。
【００３９】
〔第５実施例〕
第１実施例の変形として、低周波画像の輝度Y2の関数である係数C1、C2として、次のようなものも採用できる。本実施例は請求項１乃至１６の実施例に当たる。尚、h＞1である。
【数５】
0003644421.tif 000006
【００４０】
数５のグラフを図１２に示す。本実施例は、C2／C1が輝度Y2の各範囲において直線的に変化する例である。本実施例も、低輝度部分のノイズ抑制、高輝度部分の低周波成分の灰色化を防止するなど、第１実施例と第４実施例と同様の効果を併せ持つ。
【００４１】
〔第６実施例〕
第１実施例、第３乃至第５実施例における、第１ルックアップテーブル１３−１、第２ルックアップテーブル１３−２、線形演算器１４を１体のものとしても良い。更に第２実施例における階調変換器１５をも含めて１体としても良い。構成を図１３に示す。本実施例の画像変換装置３０は、対数変換器１１、低周波画像抽出器１２、遅延回路１６、並びに低空間周波数成分抑制演算器３１若しくはルックアップテーブル３１の構成である。低空間周波数成分抑制演算器３１を構成要素とする場合は当該空間周波数成分抑制演算器３１に係数C1、C2の演算機能並びに線形演算機能が組み込まれたものとする。或いは第２実施例と同様な効果を得るための構成とする場合は、階調変換機能をも組み込まれたものとする。また、ルックアップテーブル３１を構成要素とする場合は、２つの参照値Y1、Y2から１つの値Y3或いはY4を出力するメモリ機能を組み込まれたものとする。
【００４２】
〔第７、８、９実施例〕
第２実施例における階調変換器１５を、対数変換する前の撮像画像の輝度Y0と変換画像の輝度Y3の１フレーム毎の平均値により変換度を調整する構成としても良い。これを第７実施例として画像変換装置４０の構成を図１４に示す。階調変換器４３は、線形演算器１４の出力Y3の他、撮像画像の輝度Y0の平均値を求める平均値算出器４１の出力Y0aveと、変換画像の輝度Y3の平均値を求める平均値算出器４２の出力Y3aveをも入力される。これにより階調変化後の輝度Y4の平均を所望の値にすることができる。ここから、平均値算出器４１と平均値算出器４２の一方を省略した構成でも良い。第８実施例として、第７実施例の画像変換装置４０から平均値算出器４２を省略した画像変換装置５０の構成を図１５に、第９実施例として、第７実施例の画像変換装置４０から平均値算出器４１を省略した画像変換装置６０の構成を図１６に示す。画像変換装置５０の階調変換器５１は、線形演算器１４の出力Y3の他、撮像画像の輝度Y0の平均値を求める平均値算出器４１の出力Y0aveにより階調変化後の輝度Y4を算出する。画像変換装置６０の階調変換器６１は、線形演算器１４の出力Y3の他、変換画像の輝度Y3の平均値を求める平均値算出器４２の出力Y3aveにより階調変化後の輝度Y4を算出する。これらいずれの実施例においても係数C1、C2の決定方法は数１、２、４、５のいずれでも良い。第７及び第８実施例では、対数変換する前の撮像画像の輝度Y0の平均値Y0aveを平均値算出器４１により算出し、階調変換器４３及び５１の入力とする例を示したが、平均値算出器４１を対数変換器１１の後段に設け、対数変換後の元画像の輝度Y1の平均値を階調変換器４３及び５１の入力とすることも可能である。
【００４３】
〔第１０実施例〕
オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）付き撮像装置に接続する画像変換装置として、第１実施例の第１ルックアップテーブル、第２ルックアップテーブルに、撮像装置のＡＧＣの情報を入力構成としても良い。第１０実施例として画像変換装置７０の構成を図１７に示す。ＡＧＣ８１付き撮像装置８０と組み合わせる画像変換装置７０は、第１実施例の第１ルックアップテーブル１３−１、第２ルックアップテーブル１３−２に替えて第１ルックアップテーブル７１−１、第２ルックアップテーブル７１−２とし、各々ＡＧＣ８１からのゲイン値Gと低周波画像の輝度Y2の２つの参照値に対する係数C1、C2を記憶させておき、出力するものである。係数C1、C2の決定方法は数１、２、４、５のいずれでも良く、撮像装置８０のＡＧＣのゲイン値Gに応じて、次のように各式における閾値T0とT1を変化させる。閾値T0とT1は撮像装置のＳ／Ｎ比が小さくなる低輝度部分においてノイズを目立たなくするために、低周波成分の抑制量を小さくするY2の範囲を定めるための閾値である。この閾値を大きくし過ぎると高周波成分のコントラストが低下する輝度の範囲が広くなる。従って、閾値T0とT1は撮像画像のノイズレベルに応じた必要最小限の大きさであることが好ましい。一般に、撮像対象が暗い程ＡＧＣのゲイン値Gは大きくなり、撮像画像の輝度のノイズレベルは大きくなる。逆に、撮像対象が明るいほどＡＧＣのゲイン値Gは小さくなり、撮像画像の輝度のノイズレベルは小さくなる。そこで閾値T0とT1をＡＧＣのゲイン値Gに略比例させることにより、常に適切な輝度レベルでノイズの抑制をすることができ、ノイズの抑制が不足したり、暗部において必要以上にぼけた変換画像となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図２】対数変換器の作用を示す図。
【図３】低周波画像抽出器の作用を示す図。
【図４】本発明の第１の実施例に係る画像変換装置の線形変換における低周波画像の輝度Y2の関数である２つの係数の特性を示すグラフ図。
【図５】線形変換による周波数特性を示すグラフ図。
【図６】本発明の第２の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図７】第２実施例における階調変換器に入力される変換画像の特性を示す図。
【図８】第２実施例における階調変換器の作用を示す図。
【図９】第２実施例における階調変換器の作用を示す図。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る画像変換装置の線形変換における低周波画像の輝度Y2の関数である２つの係数の特性を示すグラフ図。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る画像変換装置の線形変換における低周波画像の輝度Y2の関数である２つの係数の特性を示すグラフ図。
【図１２】本発明の第５の実施例に係る画像変換装置の線形変換における低周波画像の輝度Y2の関数である２つの係数の特性を示すグラフ図。
【図１３】本発明の第６の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１４】本発明の第７の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１５】本発明の第８の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第９の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１７】本発明の第１０の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１８】  Homomorphic Filteringの２種類の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０  画像変換装置
１１  対数変換器
１２  低周波画像抽出器
１３−１、７１−１  第１ルックアップテーブル
１３−２、７１−２  第２ルックアップテーブル
１４  線形演算器
１５  階調変換器（ルックアップテーブル）
１６  遅延回路
４３、５１、６１  階調変換器
３１  低空間周波数成分抑制演算器（ルックアップテーブル）
４１、４２  平均値算出器
８０  ＡＧＣ機能付撮像装置
８１  ＡＧＣ
【図１】
0003644421.tif 000007
【図２】
0003644421.tif 000008
【図３】
0003644421.tif 000009
【図４】
0003644421.tif 000010
【図５】
0003644421.tif 000011
【図６】
0003644421.tif 000012
【図７】
0003644421.tif 000013
【図８】
0003644421.tif 000014
【図９】
0003644421.tif 000015
【図１０】
0003644421.tif 000016
【図１１】
0003644421.tif 000017
【図１２】
0003644421.tif 000018
【図１３】
0003644421.tif 000019
【図１４】
0003644421.tif 000020
【図１５】
0003644421.tif 000021
【図１６】
0003644421.tif 000022
【図１７】
0003644421.tif 000023
【図１８】
0003644421.tif 000024