(57)【要約】彩度を正確に評価することが可能な画像を短時間で提供することを目的として、本発明の画像処理装置（１）は、入力された画像の少なくとも一部の注目領域における各画素の輝度値を取得する輝度取得部（３）と、該輝度取得部（３）によって取得された輝度値に基づいて、画像における輝度値間の大小関係を維持しつつ、注目領域における画素の輝度値の分布範囲を狭めるように、各画素の輝度値を補正する輝度補正部（４）とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像の少なくとも一部の注目領域における各画素の輝度値を取得する輝度取得部と、
該輝度取得部によって取得された輝度値に基づいて前記各画素の輝度値を補正する輝度補正部とを備え、
該輝度補正部は、前記画像における輝度値間の大小関係を維持しつつ、前記注目領域における画素の輝度値の分布範囲を狭めるように、前記各画素の輝度値を補正する画像処理装置。
【請求項２】
前記輝度補正部は、前記注目領域において最大輝度値が最小輝度値の２倍以下となるように、前記各画素の輝度値を補正する請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記輝度補正部によって輝度値が補正された前記注目領域の平均輝度値を算出する平均輝度算出部と、
該平均輝度算出部によって算出された前記平均輝度値に基づいて、前記輝度補正部によって前記輝度値が補正された前記各画素の彩度を算出する彩度算出部とを備える請求項１または請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記輝度取得部によって取得された輝度値の中から所定の閾値以上の輝度値を除外する輝点除外部を備え、
前記輝度補正部は、前記輝点除外部によって前記所定の閾値以上の輝度値が除外された輝度値に基づいて、前記各画素の輝度値を補正する請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記入力された画像内に前記注目領域を設定する注目領域設定部を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像内の注目画素の色と該注目画素の周辺画素の色との関係に基づいて各画素の色を補正する画像処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。観察者が感じる注目画素の見た目の色は、周辺画素の色に応じて変化する。このような錯視を加味することによって、注目画素の色を適切に評価することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９８９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の画像処理装置においては、注目画素毎に周辺画素の決定と補正色の計算とを実行する必要があるため、計算量が膨大となって処理時間が長くなるという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、彩度の正確な評価が可能な画像を短時間で提供することができる画像処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、入力された画像の少なくとも一部の注目領域における各画素の輝度値を取得する輝度取得部と、該輝度取得部によって取得された輝度値に基づいて前記各画素の輝度値を補正する輝度補正部とを備え、該輝度補正部は、前記画像における輝度値間の大小関係を維持しつつ、前記注目領域における画素の輝度値の分布範囲を狭めるように、前記各画素の輝度値を補正する画像処理装置を提供する。【０００６】
本発明によれば、画像内の注目領域の各画素の輝度値が輝度取得部によって取得され、注目領域の全画素の輝度値が所定の範囲内に分布するように、画像の輝度値が輝度補正部によって補正される。これにより、注目領域における輝度値間の差が低減された画像が得られる。画像内の各画素の見た目の彩度は、その画素の周辺画素の輝度値に依存する。したがって、輝度補正部によって補正された画像においては、注目領域内の各画素の彩度を、その周辺画素の輝度値による影響を低減しながら見た目で正確に評価することができる。さらに、画像の補正に必要な処理は輝度値の簡単な計算のみであるので、処理時間が短くて済む。【０００７】
上記発明においては、前記輝度補正部は、前記注目領域において最大輝度値が最小輝度値の２倍以下となるように、前記各画素の輝度値を補正してもよい。
このようにすることで、注目領域内の各画素の実際の彩度と見た目の彩度との関係が、周辺画素の輝度値に依らずに一定となる。したがって、注目領域内の各画素の彩度をさらに正確に評価することができる。【０００８】
上記発明においては、前記輝度補正部によって輝度値が補正された前記注目領域の平均輝度値を算出する平均輝度算出部と、該平均輝度算出部によって算出された前記平均輝度値に基づいて、前記輝度補正部によって前記輝度値が補正された前記各画素の彩度を算出する彩度算出部とを備えていてもよい。
このようにすることで、輝度値が補正された画像の各画素の彩度を定量的に評価することができる。【０００９】
上記発明においては、前記輝度取得部によって取得された輝度値の中から所定の閾値以上の輝度値を除外する輝点除外部を備え、前記輝度補正部は、前記輝点除外部によって前記所定の閾値以上の輝度値が除外された輝度値に基づいて、前記各画素の輝度値を補正してもよい。
このようにすることで、画像内の注目領域に、被写体に存在する塵埃等に起因する高輝度の輝点が存在する場合、該輝点における輝度値が輝度取得部によって取得された輝度値の中から除外される。これにより、画像の輝度値をより適切に補正することができる。【００１０】
上記発明においては、前記入力された画像内に前記注目領域を設定する注目領域設定部を備えていてもよい。
このようにすることで、画像内の任意の領域を注目領域に設定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、彩度の正確な評価が可能な画像を短時間で提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像処理装置の機能を示すブロック図である。
【図２Ａ】輝度補正部によって作成された原画像の輝度値のヒストグラムである。
【図２Ｂ】輝度補正部によって補正された図２Ａのヒストグラムである。
【図３】輝度値と見た目の彩度との関係を示すグラフである。
【図４】図１の画像処理装置の変形例を示すブロック図である。
【図５】輝度補正部による輝度値の補正処理の変形例を説明する輝度値のヒストグラムである。
【図６】輝度補正部による輝度値の補正処理のもう１つの変形例を説明する輝度値のヒストグラムである。
【図７】輝度補正部による輝度値の補正処理のもう１つの変形例を説明するトーンカーブである。
【図８】輝度補正部による輝度値の補正処理のもう１つの変形例を説明するガンマカーブである。
【図９】輝度補正部による輝度値の補正処理のもう１つの変形例を説明する輝度値のヒストグラムである。
【図１０】図１の画像処理装置のもう１つの変形例の機能を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態に係る画像処理装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る画像処理装置１は、図１に示されるように、外部から原画像が入力される入力部２と、原画像の輝度値を算出する輝度取得部３と、原画像の輝度値を補正する輝度補正部４と、輝度値が補正された原画像（補正画像）を外部に出力する出力部５とを備えている。
【００１４】
画像処理装置１は、例えば、汎用のコンピュータであり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＲＡＭのような主記憶装置と、補助記憶装置とを備えている。補助記憶装置は、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体であり、画像処理プログラムを記憶している。ＣＰＵが、補助記憶装置から主記憶装置に画像処理プログラムを呼び出して該画像処理プログラムを実行することによって、輝度取得部３および輝度補正部４の機能が実現されるようになっている。あるいは、画像処理装置１は、輝度取得部３および輝度補正部４による後述の処理をそれぞれ実行する専用のハードウェア（ＡＳＩＣ）を備えていてもよい。
【００１５】
入力部２は、例えば、顕微鏡や内視鏡のような観察装置（図示略）に接続され、該観察装置から入力部２を介して原画像が画像処理装置１に入力されるようになっている。
出力部５は、例えば、表示部（図示略）に接続され、未処理の原画像または輝度補正部４によって処理された補正画像を出力画像として表示部へ出力する。
【００１６】
輝度取得部３は、原画像から該原画像内の所定の注目領域における全画素の輝度値を取得し、取得された輝度値の中から最小輝度値Ｖｍｉｎおよび最大輝度値Ｖｍａｘを選択する。次に、輝度取得部３は、最小輝度値Ｖｍｉｎに対する最大輝度値Ｖｍａｘの比Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎを計算する。
【００１７】
以下、原画像の全領域が注目領域に設定されている場合について説明する。ただし、注目領域は、原画像内の一部の領域であってもよく、例えば、原画像内の中央の領域が注目領域に設定されていてもよい。
【００１８】
輝度補正部４は、輝度取得部３によって算出された比Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎの値が２よりも大きい場合には、原画像に対して後述する輝度値の補正処理を実行する。一方、輝度補正部４は、輝度取得部３によって算出された比Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎの値が２以下である場合には、原画像に対して輝度値の補正処理を実行しない。
【００１９】
輝度値の補正処理において、輝度補正部４は、図２Ａに示されるように、原画像の全画素の輝度値のヒストグラムを作成する。次に、輝度補正部４は、最大輝度値Ｖｍａｘおよび最小輝度値Ｖｍｉｎに基づいて、比Ｖｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’が２以下となる分布幅ΔＷ’＝Ｖｍａｘ’−Ｖｍｉｎ’を算出し、図２Ｂに実線で示されるように、ヒストグラムの輝度値の分布幅ΔＷ＝Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎを分布幅ΔＷ’まで圧縮する。Ｖｍａｘ’は、補正後の最大輝度値であり、Ｖｍａｘよりも小さい。Ｖｍｉｎ’は、補正後の最小輝度値であり、Ｖｍｉｎよりも大きい。これにより、輝度補正部４は、原画像における輝度値間の大小関係を維持しながら、補正前よりも補正後の方が輝度値の分布範囲が狭くなるように、原画像の輝度値を補正する。輝度補正部４は、原画像の各画素の輝度値を補正された輝度値に置換することによって補正画像を生成し、補正画像を出力部５へ送信する。
【００２０】
次に、このように構成された画像処理装置１の作用について説明する。
原画像が観察装置から入力部２を介して画像処理装置１へ入力されると、まず、輝度取得部３によって、原画像の比Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎが算出される。比Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎは、原画像内の輝度値間の差の大きさを表す値である。次に、輝度補正部４によって、比Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎに基づいて原画像の輝度値の補正処理の要否が判断される。
【００２１】
原画像内の輝度値間の差が小さく、比Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎが２以下である場合には、補正処理は不要と判断され、画像処理装置１に入力された原画像は、未処理のまま出力部５を介して表示部に出力され、表示部に表示される。
一方、原画像内における輝度値間の差が大きく、比Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎが２よりも大きい場合には、輝度補正部４によって、比Ｖｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’が２以下となるように原画像の輝度値が補正される。この場合、補正画像が、出力部５を介して表示部に出力され、表示部に表示される。
【００２２】
ここで、画像の彩度と輝度値との関係について説明する。
色は、明度、彩度および色相の３つの要素を有する。図３は、画像内の観察対象の画素（ターゲット）と該ターゲットの周辺画素（バックグラウンド）との明るさの比と、画像を観察する観察者が感じるターゲットの見た目の明度、彩度および色相との関係を示したグラフである。横軸は、ターゲットの輝度値Ｉｔに対するバックグラウンドの輝度値Ｉｂの比Ｉｂ／Ｉｔを示し、縦軸は、見た目の明度、彩度および色相を示している。
【００２３】
図３に示されるように、比Ｉｂ／Ｉｔが０．５未満の範囲においては、バックグラウンドの明るさがターゲットの見た目の彩度に与える影響は大きく、実際の彩度が同一であったとしても、バックグラウンドが暗い程、ターゲットの見た目の彩度が高くなる傾向がある。これに対し、比Ｉｂ／Ｉｔが０．５以上の範囲においては、バックグラウンドの明るさがターゲットの見た目の彩度に与える影響は小さく、ターゲットの実際の彩度に対して当該ターゲットの見た目の彩度がバックグラウンドの明るさに依らずに略一定となる。
【００２４】
本実施形態において、表示部に表示される出力画像の比Ｖｍａｘ／ＶｍｉｎまたはＶｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’は２以下である。すなわち、出力画像内の全てのターゲットに関して、比Ｉｂ／Ｉｔは必ず０．５以上となる。したがって、観察者が、表示部に表示された出力画像内の任意の複数の箇所の色を比較する場合に、実際の彩度が等しい色を彩度の等しい色として認識し、実際の彩度が異なる色を彩度の異なる色として認識することができる。
【００２５】
このように、原画像内の輝度値間の差が大きい場合には、輝度値の分布範囲を狭めて比Ｖｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’が２以下となるように輝度値を補正することによって、各画素の実際の彩度を見た目で正確に評価することができる出力画像を観察者に提供することができるという利点がある。さらに、画像処理装置１による処理は、簡単な輝度値の計算のみであるので、原画像が入力されてから出力画像が出力されるまでに要する時間が短くて済むという利点がある。
【００２６】
なお、本実施形態においては、図４に示されるように、原画像内に注目領域を設定する注目領域設定部６をさらに備え、輝度補正部４が、注目領域設定部６によって設定された注目領域における比Ｖｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’が２以下となるように、原画像の輝度値を補正してもよい。
【００２７】
この場合、表示部に設けられたタッチパネルやスタイラスペン等の入力デバイス（図示略）を用いて、観察者が表示部に表示された原画像内の任意の領域を注目領域に指定することができるようになっている。注目領域設定部６は、入力デバイスから、操作者によって指定された領域の位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて原画像に対して注目領域を設定する。これにより、観察者の観察目的に対してより適した注目領域を設定することができる。
【００２８】
また、本実施形態においては、図４に示されるように、輝度取得部３によって取得された原画像の輝度値の中から所定の閾値以上の輝度値を除外する輝点除外部９をさらに備えていてもよい。この場合、輝度取得部３は、所定の閾値以上の輝度値が除外された残りの輝度値の中から最小輝度値Ｖｍｉｎおよび最大輝度値Ｖｍａｘを選択し、輝度補正部４は、所定の閾値以上の輝度値が除外された残りの輝度値を用いてヒストグラムを作成する。
【００２９】
被写体に存在する塵埃等に起因して、原画像内に、周辺領域よりも極端に高い輝度値を有する輝点が発生することがある。このような場合には、輝点の輝度値を除外した輝度値の中から最大輝度値Ｖｍａｘを選択することによって、輝度補正部４による輝度値の補正をより適切に行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態においては、輝度補正部４が、図５に示されるように、輝度取得部３によって取得された輝度値から注目領域の平均輝度値Ｖａｖｅを算出し、算出された平均輝度値Ｖａｖｅを中心にヒストグラムの輝度値の分布幅ΔＷを分布幅ΔＷ’へ圧縮してもよい。図５において、破線が原画像のヒストグラムを示し、実線が補正画像のヒストグラムを示している。
このようにすることで、原画像の平均輝度値Ｖａｖｅと補正画像の平均輝度値Ｖａｖｅ’とは等しいので、原画像に対する補正画像の明るさの変動を防ぐことができる。
【００３１】
具体的には、輝度補正部４は、平均輝度値Ｖａｖｅよりも高輝度側に分布する輝度値には圧縮係数αを乗算し、平均輝度値Ｖａｖｅよりも低輝度側に分布する輝度値には圧縮係数βを乗算する。圧縮係数α，βは、下式に従って算出される。
圧縮係数α＝所定の分布幅×０．５／（最大輝度値Ｖｍａｘ−平均輝度値Ｖａｖｅ）
圧縮係数β＝所定の分布幅×０．５／（平均輝度値Ｖａｖｅ−最小輝度値Ｖｍｉｎ）
【００３２】
あるいは、輝度補正部４が、図６に示されるように、最大輝度値Ｖｍａｘの値を維持しつつ、最大輝度値Ｖｍａｘよりも小さい輝度値をより大きい輝度値へ補正するようにヒストグラムの分布幅ΔＷを圧縮してもよい。図６において、破線が原画像のヒストグラムを示し、実線が補正画像のヒストグラムを示している。この場合、原画像に対して補正画像の明るさが低下することがない。
具体的には、下式に従って原画像の輝度値Ｖから補正画像の輝度値Ｖ’が得られる。
Ｖ’＝最大輝度値Ｖｍａｘ−（最大輝度値Ｖｍａｘ−Ｖ）×圧縮係数γ
【００３３】
また、本実施形態においては、輝度補正部４が、ヒストグラムにおける輝度値の分布幅ΔＷ’を圧縮することによって輝度値を補正することとしたが、輝度値の補正方法はこれに限定されるものではなく、他の方法を用いてもよい。
例えば、図７に示されるように、最小輝度値Ｖｍｉｎおよび最大輝度値Ｖｍａｘが比Ｖｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’が２以下となる輝度範囲内に収まるように原画像のトーンカーブを変更することによって、輝度値を補正してもよい。図７において、破線が原画像のトーンカーブを示し、実線が補正画像のトーンカーブを示している。変更後のトーンカーブは、直線であってもよく、円弧状またはＳ字状の曲線であってよい。
【００３４】
あるいは、原画像にガンマカーブが適用される場合には、輝度補正部４は、図８に示されるように、このガンマカーブの特性を利用して、比Ｖｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’が２以下となる輝度範囲まで原画像の輝度値を全体的にシフトさせることによって、原画像の輝度値を補正してもよい。あるいは、輝度補正部４は、原画像のガンマカーブのゲインを調整することによって輝度値を補正してもよい。
このようにしても、簡単な画像処理のみで補正画像を生成することができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、輝度補正部４が、注目領域の最小輝度値Ｖｍｉｎ’および最大輝度値Ｖｍａｘ’の両方が、比Ｖｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’が２以下となる輝度範囲内に収まるように、原画像の輝度値を補正することとしたが、これに代えて、図９に示されるように、注目領域の最小輝度値Ｖｍｉｎ’および平均輝度値Ｖａｖｅ’が比Ｖｍａｘ’／Ｖｍｉｎ’が２以下となる輝度範囲内に収まるように、原画像の輝度値を補正してもよい。図９において、破線が原画像のヒストグラムを示し、実線が補正画像のヒストグラムを示している。この場合、図４の注目領域設定部６によって、観察者が原画像内の所望の領域を注目領域に設定可能であることが好ましい。
このようにしても、実際の彩度を見た目で正確に評価することができる出力画像を提供することができる。
【００３６】
具体的には、輝度補正部４は、注目領域の平均輝度値Ｖａｖｅおよび最小輝度値Ｖｍｉｎに基づいて圧縮係数εを算出し、下式に従って、補正画像の階調値Ｖ’を算出する。
圧縮係数ε＝（平均輝度値Ｖａｖｅ／２）／（平均輝度値Ｖａｖｅ−最小輝度値Ｖｍｉｎ）
Ｖ’＝（Ｖ−Ｖａｖｅ）×ε＋Ｖａｖｅ
【００３７】
また、本実施形態においては、図１０に示されるように、補正画像の注目領域における平均輝度値を算出する平均輝度算出部７と、該平均輝度算出部７によって算出された平均輝度値に基づいて補正画像の少なくとも注目領域における各画素の彩度を算出する彩度算出部８とをさらに備えていてもよい。
【００３８】
平均輝度算出部７は、補正画像の注目領域における全画素の輝度値の平均値を平均輝度値として算出する。
彩度算出部８は、例えば、ＣＩＥＣＡＭ（ＣＩＥ色の見えモデル）０２を用い、補正画像の各画素の彩度として、実際の彩度（絶対量）であるカラフルネスと、見た目の彩度（相対量）であるクロマおよび飽和度の値とを算出する。これにより、補正画像の各画素の彩度を、見た目のみならず定量的に評価することができる。
【００３９】
ここで、ＣＩＥＣＡＭ０２による各画素の彩度の計算にはバックグラウンドの輝度値が必要である。彩度算出部８は、全ての画素の彩度の計算において、平均輝度算出部７によって算出された平均輝度値をバックグラウンドの輝度値として用いる。補正画像における輝度値間の差異は低減されているので、実際の輝度値に代えて平均輝度値を用いたとしても、各画素の彩度を正確に算出することができる。さらに、計算量を大幅に低減することができる。
【００４０】
彩度算出部８は、補正画像の画素を、算出された彩度の値毎に色分けすることによって、補正画像内の彩度の空間的な分布を示す彩度マップを作成し、出力部５を介して表示部へ出力してもよい。このようにすることで、観察者は、補正画像の実際の彩度および／または見た目の彩度の分布を視覚的に容易に認識することができる。
【００４１】
原画像が、生体を撮影した生体画像である場合には、彩度算出部８は、所定の閾値以上の彩度を有する画素を抽出してもよい。補正画像には、彩度算出部８によって抽出された画素と対応する画素を示すマーカが付される。
血液は、脂肪や血管等に比べて高い彩度を有する。したがって、彩度に基づいて生体内の出血領域を抽出し、出血領域にマーカが付された補正画像を観察者に提供することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  画像処理装置
３  輝度取得部
４  輝度補正部
６  注目領域設定部
７  平均輝度算出部
８  彩度算出部
９  輝点除外部
【図１】
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【図２Ａ】
2016199234.tif 000004
【図２Ｂ】
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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】
2016199234.tif 000010
【図８】
2016199234.tif 000011
【図９】
2016199234.tif 000012
【図１０】
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【国際調査報告】
2016199234.tif 000014
2016199234.tif 000015
2016199234.tif 000016