(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成する周波数分解部と、
前記周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、原画像から孤立点を除去した雑音除去画像を生成する雑音除去画像生成部と、
前記雑音除去画像のヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成する階調削減初期情報生成部と、
前記訓練データ及び前記階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により前記原画像の階調を削減する階調削減部と、
を備えることを特徴とする階調削減装置。
【請求項２】
前記雑音除去画像生成部は、前記周波数帯域成分のうち、最も高い周波数帯域成分について、第１の閾値を超える画素の階調値を１、前記第１の閾値以下の画素の階調値を０とする２値化画像を生成し、前記２値化画像の階調値が１である画素について、該画素を中心とする所定の判定領域内の階調値の合計値が第２の閾値以下である場合には、当該画素に対応する原画像の画素を孤立点と判定することを特徴とする、請求項１に記載の階調削減装置。
【請求項３】
前記周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成するグラデーション画像生成部を更に備え、
前記階調削減初期情報生成部は、前記雑音除去画像のヒストグラムに対して、前記グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを前記訓練データとして生成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の階調削減装置。
【請求項４】
原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成する周波数分解部と、
前記周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成するグラデーション画像生成部と、
前記原画像のヒストグラムに対して、前記グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成する階調削減初期情報生成部と、
前記訓練データ及び前記階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により、前記原画像の階調を削減する階調削減部と、
を備えることを特徴とする階調削減装置。
【請求項５】
前記グラデーション画像生成部は、前記周波数帯域成分の各位相位置の空間周波数スペクトルを取得して空間低周波パワーの割合を算出し、該空間低周波パワーの割合が所定のスペクトルパワー閾値を超える領域をグラデーション領域と決定することを特徴とする、請求項３又は４に記載の階調削減装置。
【請求項６】
コンピュータを、請求項１から５のいずれか一項に記載の階調削減装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原画像の階調を削減する階調削減装置及びそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人間の視覚感度は、急激に明るさの変化する高周波に対して低く、緩やかに変化する低周波に対して高い。従来、このような人間の視覚特性に基づいて検出した色テーブルを用いて階調削減（再量子化）を行う階調削減装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の階調削減装置は、具体的には、多階調画像データをガンマ補正処理がされていない状態に戻した多階調画像データに対して、まず、基準色テーブルを用いて階調削減処理を行う。誤差検出回路は、この階調削減画像データの階調削減誤差を検出し制御回路に供給する。制御回路は、階調削減誤差を所定の閾値と比較し、該閾値以上の場合は、階調削減誤差が所定の閾値以下となるまで基準色テーブルを変化させ、再度階調削減処理を行い、階調削減誤差を検出するように各部を制御する。そして、階調削減誤差が所定の閾値以下となったときの基準色テーブルを用いて、その画像の階調削減処理を行う。
【０００３】
また、画像の階調値(輝度値)ごとの度数を示すヒストグラムを調べ、階調削減を行う際に、度数が高い階調値ほど多くの階調を割り当てるようにするLloyd-Max法が知られている（例えば、非特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２１９８８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S.P.Lloyd, “Least squares quantization in PCM”, IEEE Trans. Information Theory, vol.IT-28, pp.129-136, March 1982
【非特許文献２】J.Max, “Quantizing for minimum distortion”, IEEE Trans. Information Theory, vol.IT-7, pp.7-12, March 1960
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のビット誤差丸め処理など線形階調変換による階調削減は、どの階調値においても単純な階調間引き処理による階調削減を行うため、画像劣化が大きかった。また、特許文献１に記載の階調削減装置は、どのような画像についても同じ視覚特性データに基づいて重み付けするため、画像ごとに個別に最適化することはできなかった。
【０００７】
一方、従来のLloyd-Max法は、度数が高い階調値に多くの階調を割り当てて階調削減を行うため、原画像と階調削減画像との誤差を最小化するという観点から最適な階調削減方法といえる。しかし、Lloyd-Max法では視覚的かつ信号処理の観点からは最適な階調削減とはいえなかった。なぜなら、Lloyd-Max法では例えば雑音が支配的な階調値においても、その度数が高ければ多くの階調を割り当てて階調削減を行ってしまうからである。
【０００８】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことが可能な階調削減装置及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る階調削減装置は、原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成する周波数分解部と、前記周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、原画像から孤立点を除去した雑音除去画像を生成する雑音除去画像生成部と、前記雑音除去画像のヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成する階調削減初期情報生成部と、前記訓練データ及び前記階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により前記原画像の階調を削減する階調削減部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る階調削減装置において、前記雑音除去画像生成部は、前記周波数帯域成分のうち、最も高い周波数帯域成分について、第１の閾値を超える画素の階調値を１、前記第１の閾値以下の画素の階調値を０とする２値化画像を生成し、前記２値化画像の階調値が１である画素について、該画素を中心とする所定の判定領域内の階調値の合計値が第２の閾値以下である場合には、当該画素に対応する原画像の画素を孤立点と判定することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る階調削減装置において、前記周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成するグラデーション画像生成部を更に備え、前記階調削減初期情報生成部は、前記雑音除去画像のヒストグラムに対して、前記グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを前記訓練データとして生成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る階調削減装置は、原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成する周波数分解部と、前記周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成するグラデーション画像生成部と、前記原画像のヒストグラムに対して、前記グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成する階調削減初期情報生成部と、前記訓練データ及び前記階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により、前記原画像の階調を削減する階調削減部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る階調削減装置において、前記グラデーション画像生成部は、前記周波数帯域成分の各位相位置の空間周波数スペクトルを取得して空間低周波パワーの割合を算出し、該空間低周波パワーの割合が所定のスペクトルパワー閾値を超える領域をグラデーション領域と決定することを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記階調削減装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１の階調削減装置における周波数分解部による処理を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１の階調削減装置における雑音除去画像生成部の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例１の階調削減装置における孤立点検出部による孤立点判定処理を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１の階調削減装置における孤立点検出部による孤立点除去処理を説明する図である。
【図６】本発明の実施例１の階調削減装置における階調削減初期情報生成部の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例２の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例２の階調削減装置におけるグラデーション画像生成部の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例２の階調削減装置におけるグラデーション画像生成部による処理を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例２の階調削減装置における階調削減初期情報生成部の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施例３の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施例３の階調削減装置における階調削減初期情報生成部の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
まず、本発明の実施例１の階調削減装置について説明する。実施例１の階調削減装置は、原画像の雑音を考慮して原画像の階調を削減する。図１は、実施例１の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、階調削減装置１は、周波数分解部１０と、雑音除去画像生成部２０と、階調削減初期情報生成部３０と、階調削減部４０と、を備える。
【００１９】
周波数分解部１０は、原画像を周波数分解（例えば、ウェーブレット分解）して複数の周波数帯域成分を生成し、雑音除去画像生成部２０に出力する。
【００２０】
図２は、周波数分解部１０による空間方向の周波数分解処理を説明する図である。図２では、原画像を空間方向に３階ウェーブレット分解した場合の分解図を示している。この分解図では空間周波数成分を、水平方向においては右側ほど高周波成分とし、垂直方向においては下側ほど高周波成分としている。ウェーブレット分解の階数を大きくするほど周波数帯域が細かく分解され、ｎ階ウェーブレット分解した場合、３ｎ＋１個の周波数帯域成分が生成される。なお、空間方向に加えて時間方向に周波数分解を行ってもよい。
【００２１】
雑音除去画像生成部２０は、周波数分解部１０により生成された周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、該孤立点を雑音とみなす。そして、原画像から雑音が除去された雑音除去画像を生成し、階調削減初期情報生成部３０に出力する。
【００２２】
図３は、雑音除去画像生成部２０の構成例を示すブロック図である。図３に示すように、雑音除去画像生成部２０は、孤立点検出部２０１と、再構成部２０２と、を備える。
【００２３】
孤立点検出部２０１は、周波数分解部１０により生成された周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出する。具体的には、孤立点検出部２０１は、周波数分解部１０により生成された複数の周波数帯域成分のうち、最も高い周波数帯域成分ＨＨ１について、所定の閾値Ｔｈ１を超える画素の階調値を１とし、閾値Ｔｈ１以下の画素の階調値を０とする２値化画像Ｂを生成する。閾値Ｔｈ１は、例えば周波数帯域成分ＨＨ１の非零の全階調値の中央値又は平均値とする。
【００２４】
孤立点検出部２０１は、２値化画像Ｂの階調値が１である画素について、該画素を中心とする所定の判定領域内の階調値の合計値と、所定の閾値Ｔｈ２とを比較する。２値化画像Ｂの判定領域内の階調値の合計値が閾値Ｔｈ２を超える場合には、当該画素は孤立点要素ではないと判定し、２値化画像Ｂの判定領域内の階調値の合計値が閾値Ｔｈ２以下である場合には、当該画素を孤立点要素と判定し、孤立点要素に対応する原画像の画素を孤立点と判定する。
【００２５】
図４は、孤立点検出部２０１による孤立点判定処理を説明する図である。図４に示す例では、判定領域は３×３画素である。閾値Ｔｈ２を１とすると、２値化画像Ｂの階調値が１となる画素の周囲の８画素の階調値が０であるときのみ、２値化画像Ｂの階調値が１である画素を孤立要素とみなす。よって、閾値Ｔｈ２＝１の場合、図中の画素Ｐ１は孤立点要素であると判定され、画素Ｐ２とＰ３は孤立点要素と判定されない。
【００２６】
そして、孤立点検出部２０１は、孤立点要素であると判定した画素位置について、各周波数帯域成分の階調値を０とし、孤立点要素の階調値を０とした周波数帯域成分を再構成部２０２に出力する。ただし、直流成分に雑音が含まれる場合には孤立点要素として検出されないおそれがあるため、直流成分を有する周波数帯域成分ＬＬ３については階調値を変更しないようにするのが好適である。
【００２７】
図５は、孤立点検出部２０１による孤立点除去処理を説明する図である。デシメーション有り（すなわち、周波数帯域成分の画像サイズの縮小有り）で３階ウェーブレット分解をした場合、分解階数（分解レベル）が１の周波数帯域成分（ＨＨ１，ＨＬ１,ＬＨ１）の４×４画素の領域と、分解階数が２の周波数帯域成分（ＨＨ２，ＨＬ２,ＬＨ２）の２×２画素の領域と、分解階数が３の周波数帯域成分（ＨＨ３，ＨＬ３,ＬＨ３，ＬＬ３）の１画素の領域とが対応する。図中には、同じ位相位置にある領域Ａ〜Ｊを示している。孤立点検出部２０１は、周波数帯域成分ＨＨ１のある画素ｊを孤立点と判定したとき、画素ｊを含む４×４画素の領域Ｊの階調値を０とするとともに、領域Ｊと同じ位相位置にある領域Ｂ〜Ｉの階調値を０とする。上述したように周波数帯域成分ＬＬ３の領域Ａについては階調値を変更しないようにするのが好適である。
【００２８】
なお、孤立点検出部２０１にて原画像の画素単位で孤立点（雑音）を除去することができるようにするために、周波数分解部１０にてデシメーション無し（すなわち、周波数帯域成分の画像サイズの縮小無し）で周波数分解を行い、生成される各周波数帯域成分の画像サイズを同一としてもよい。
【００２９】
再構成部２０２は、孤立点検出部２０１から入力される孤立点検出後の周波数帯域成分を用いて再構成処理を行い、雑音除去画像を生成し、階調削減初期情報生成部３０に出力する。例えば、周波数分解部１０においてｎ階ウェーブレット分解を行って周波数帯域成分を生成していた場合には、孤立点検出後の周波数帯域成分をｎ階ウェーブレット再構成する。
【００３０】
階調削減初期情報生成部３０は、雑音除去画像生成部２０により生成された雑音除去画像のヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、削減ビット数に基づく階調変換テーブルを生成する。そして、訓練データ及び階調変換テーブルを階調削減部４０に出力する。なお、削減ビット数はユーザにより指定されるものとする。
【００３１】
図６は、階調削減初期情報生成部３０の構成例を示すブロック図である。図６に示すように、階調削減初期情報生成部３０は、ヒストグラム生成部３０１と、階調変換テーブル生成部３０２と、を備える。
【００３２】
ヒストグラム生成部３０１は、雑音除去画像生成部２０により生成された雑音除去画像について階調値ごとの度数を示すヒストグラムを訓練データとして生成し、階調削減部４０に出力する。
【００３３】
階調変換テーブル生成部３０２は、階調削減ビット数に応じて階調変換テーブルを生成し、階調削減部４０に出力する。階調変換テーブルは、原画像の色深度がｎビット（階調数２ｎ）、階調削減ビット数がｍビットの場合、ｎビットを（ｎ−ｍ）ビットに線形変換する階調変換テーブルである。
【００３４】
階調削減部４０は、階調削減初期情報生成部３０により生成された訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により、原画像の階調を削減した階調削減画像を生成する。階調削減部４０は、訓練データの度数に応じて各階調の量子化ステップを決定して階調削減画像を生成した後、階調削減画像を逆階調変換して原画像と同じ階調数の画像を生成する。そして、原画像と逆階調変換した画像との差分値が所定の閾値以下となるまで、訓練データ、及び階調変換テーブルを更新し、階調削減処理を繰り返し行う。Lloyd-Max法によれば、度数の高い階調ほど量子化ステップを小さくするため、原画像と階調削減画像との誤差を小さくすることができる。Lloyd-Max法の詳細については、非特許文献１及び２を参照されたい。
【００３５】
上述したように、実施例１の階調削減装置１は、周波数分解部１０により原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成し、雑音除去画像生成部２０により周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、原画像から孤立点を除去した雑音除去画像を生成し、階調削減初期情報生成部３０により雑音除去画像のヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成し、階調削減部４０により訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により原画像の階調を削減する。
【００３６】
このように、実施例１の階調削減装置１によれば、雑音を考慮して階調変換することにより、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことができる。特に、階調削減を行う際に雑音を平滑化することで、雑音成分による主観画質劣化を低減することができる。
【００３７】
なお、上述した階調削減装置１として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができる。そのようなコンピュータは、階調削減装置１の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
【実施例２】
【００３８】
次に、本発明の実施例２の階調削減装置について説明する。実施例２の階調削減装置は、原画像のグラデーションを考慮して原画像の階調を削減する。
【００３９】
図７は、実施例２の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。図７に示すように、階調削減装置２は、周波数分解部１０と、グラデーション画像生成部５０と、階調削減初期情報生成部３１と、階調削減部４０と、を備える。実施例２の階調削減装置２は、実施例１の階調削減装置１と比較して、雑音除去画像生成部２０に代えてグラデーション画像生成部５０を備え、階調削減初期情報生成部３０に代えて階調削減初期情報生成部３１を備える点が相違する。
【００４０】
周波数分解部１０は、実施例１と同様に、原画像を周波数分解（例えば、ウェーブレット分解）して複数の周波数帯域成分を生成し、グラデーション画像生成部５０に出力する。
【００４１】
グラデーション画像生成部５０は、周波数分解部１０により生成された周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成する。そして、グラデーション画像を階調削減初期情報生成部３１に出力する。
【００４２】
図８は、グラデーション画像生成部５０の構成例を示すブロック図である。図８に示すように、グラデーション画像生成部５０は、グラデーション領域検出部５０１と、再構成部５０２と、を備える。
【００４３】
グラデーション領域検出部５０１は、周波数分解部１０により生成された周波数帯域成分の各位相位置の空間周波数スペクトルを取得して、同じ位相位置における空間低周波パワーの割合（全周波数帯域のスペクトルに対する空間低周波帯域のスペクトルの割合）を算出し、該空間低周波パワーの割合が所定のスペクトルパワー閾値を超える領域をグラデーション領域と決定する。そして、検出したグラデーション領域のみからなる画像を、再構成部５０２に出力する。
【００４４】
階調削減ビット数が大きいほど、本来階調が滑らかに変化する領域が階段状に変化する領域となり、擬似輪郭が発生する可能性が高くなる。そして、階調が階段状に変化する領域では、空間高周波パワーの割合が増す。このため、グラデーション領域検出部５０１は、階調削減ビット数が大きいほどスペクトルパワー閾値が小さくなるように決定して、グラデーション領域の検出精度を高くするのが好適である。
【００４５】
また、グラデーション領域検出部５０１は、階調削減ビット数とスペクトルパワー閾値とを対応付けた対応表を予め記憶し、対応表に基づいてスペクトルパワー閾値を決定するようにしてもよい。表１に、階調削減ビット数とスペクトルパワー閾値の対応表の一例を示す。なお、スペクトルパワー閾値は最大で１である。
【００４６】
【表１】
0005934031.tif 000002
【００４７】
図９は、グラデーション領域検出部５０１による処理を説明する図である。デシメーション有り（すなわち、周波数帯域成分の画像サイズの縮小有り）で３階ウェーブレット分解をした場合、分解階数（分解レベル）が１の周波数帯域成分（ＨＨ１，ＨＬ１,ＬＨ１）の４×４画素の領域と、分解階数が２の周波数帯域成分（ＨＨ２，ＨＬ２,ＬＨ２）の２×２画素の領域と、分解階数が３の周波数帯域成分（ＨＨ３，ＨＬ３,ＬＨ３，ＬＬ３）の１画素の領域とが対応する。図中には、同じ位相位置にある領域Ａ〜Ｊを示している。周波数帯域成分ＬＬ３の領域Ａのパワーの割合を求める際は、領域Ａ〜Ｊに対する領域Ａのパワーの割合を求めることとなる。領域Ａのパワーの割合がスペクトルパワー閾値以下である場合には、領域Ａと同じ位相位置にある領域Ｂ〜Ｉの階調値を０とする。
【００４８】
なお、グラデーション領域検出部５０１にて原画像の画素単位でグラデーション領域を検出することができるようにするために、周波数分解部１０にてデシメーション無し（すなわち、周波数帯域成分の画像サイズの縮小無し）で周波数分解を行い、生成される各周波数帯域成分の画像サイズを同一としてもよい。
【００４９】
再構成部５０２は、グラデーション領域検出部５０１から入力されるグラデーション領域検出後の周波数帯域成分を用いて再構成処理を行い、グラデーション画像を生成し、階調削減初期情報生成部３０に出力する。例えば、周波数分解部１０においてｎ階ウェーブレット分解を行って周波数帯域成分を生成していた場合には、グラデーション領域検出後の周波数帯域成分をｎ階ウェーブレット再構成する。
【００５０】
階調削減初期情報生成部３１は、原画像、及びグラデーション画像生成部５０により生成されたグラデーション画像に基づいて訓練データを生成するとともに、削減ビット数に基づく階調変換テーブルを生成する。そして、訓練データ及び階調変換テーブルを階調削減部４０に出力する。
【００５１】
図１０は、階調削減初期情報生成部３１の構成例を示すブロック図である。図１０に示すように、階調削減初期情報生成部３１は、ヒストグラム生成部３１１と、重み付け部３１２と、階調変換テーブル生成部３１３と、を備える。
【００５２】
ヒストグラム生成部３１１は、原画像について階調値ごとの度数を示すヒストグラムを生成し、重み付け部３１２に出力する。
【００５３】
重み付け部３１２は、グラデーション画像生成部５０により生成されたグラデーション画像の階調値を検出し、ヒストグラム生成部３１１により生成された原画像のヒストグラムに対して、グラデーション画像の度数が高くなるように重み付けする。そして、重み付けしたヒストグラムを訓練データとして階調削減部４０に出力する。例えば、グラデーション画像のヒストグラムの度数を、所定の１を超える値（例えば、１．２）を乗じた値に変更する。なお、度数の高い階調値ほど重みを大きくするようにしてもよい。重み付けをしたヒストグラムを訓練データとすることにより、階調削減部４０にて階調削減を行う際に、グラデーション領域により多くの階調を割り当てることができる。
【００５４】
階調変換テーブル生成部３１３は、階調削減ビット数に応じて階調変換テーブルを生成し、階調削減部４０に出力する。階調変換テーブルは、原画像の色深度がｎビット（階調数２ｎ）、階調削減ビット数がｍビットの場合、ｎビットを（ｎ−ｍ）ビットに線形変換する階調変換テーブルである。
【００５５】
階調削減部４０は、実施例１と同様に、階調削減初期情報生成部３１により生成された訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いたＬｌｏｙｄ−Ｍａｘ法により、原画像の階調を削減した階調削減画像を生成する。
【００５６】
上述したように、実施例２の階調削減装置２は、周波数分解部１０により原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成し、グラデーション画像生成部５０により周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成し、階調削減初期情報生成部３１により原画像のヒストグラムに対して、グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成し、階調削減部４０により訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により原画像の階調を削減する。
【００５７】
このように、実施例２の階調削減装置２によれば、グラデーションを考慮して階調変換することにより、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことができる。特に、階調削減を行う際にグラデーション階調に多くの階調を割り当てることで、階調復元時の擬似輪郭の発生を抑制することができる。
【００５８】
なお、上述した階調削減装置２として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができる。そのようなコンピュータは、階調削減装置２の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
【実施例３】
【００５９】
次に、本発明の実施例３の階調削減装置について説明する。実施例３の階調削減装置は、原画像の雑音及びグラデーションを考慮して原画像の階調を削減する。
【００６０】
図１１は、実施例３の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、階調削減装置３は、周波数分解部１０と、雑音除去画像生成部２０と、グラデーション画像生成部５０と、階調削減初期情報生成部３２と、階調削減部４０と、を備える。実施例３の階調削減装置３は、実施例１の階調削減装置１と比較して、グラデーション画像生成部５０を更に備え、階調削減初期情報生成部３０に代えて階調削減初期情報生成部３２を備える点が相違する。
【００６１】
周波数分解部１０は、実施例１と同様に、原画像を周波数分解（例えば、ウェーブレット分解）して複数の周波数帯域成分を生成する。そして、周波数帯域成分を雑音除去画像生成部２０及びグラデーション画像生成部５０に出力する。
【００６２】
雑音除去画像生成部２０は、実施例１と同様に、周波数分解部１０により生成された周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、該孤立点を雑音とみなす。そして、原画像から雑音が除去された雑音除去画像を生成し、階調削減初期情報生成部３２に出力する。
【００６３】
グラデーション画像生成部５０は、実施例２と同様に、周波数分解部１０により生成された周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成する。そして、グラデーション画像を階調削減初期情報生成部３２に出力する。
【００６４】
階調削減初期情報生成部３２は、雑音除去画像生成部２０により生成された雑音除去画像、及びグラデーション画像生成部５０により生成されたグラデーション画像に基づいて訓練データを生成するとともに、削減ビット数に基づく階調変換テーブルを生成する。そして、訓練データ及び階調変換テーブルを階調削減部４０に出力する。
【００６５】
図１２は、階調削減初期情報生成部３２の構成例を示すブロック図である。図１２に示すように、階調削減初期情報生成部３２は、ヒストグラム生成部３２１と、重み付け部３２２と、階調変換テーブル生成部３２３と、を備える。
【００６６】
ヒストグラム生成部３２１は、雑音除去画像生成部２０により生成された雑音除去画像について階調値ごとの度数を示すヒストグラムを生成し、重み付け部３２２に出力する。
【００６７】
重み付け部３２２は、グラデーション画像生成部５０により生成されたグラデーション画像の階調値を検出し、ヒストグラム生成部３２１により生成された雑音除去画像のヒストグラムに対して、グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けする。そして、重み付けしたヒストグラムを訓練データとして階調削減部４０に出力する。例えば、グラデーション画像の階調値の度数を、所定の１を超える値（例えば、１．２）を乗じた値に変更する。なお、度数の高いグラデーション画像の階調値ほど重みを大きくするようにしてもよい。重み付けしたヒストグラムを訓練データとすることにより、階調削減部４０にて階調削減を行う際に、グラデーション領域により多くの階調を割り当てることができる。
【００６８】
階調変換テーブル生成部３２３は、階調削減ビット数に応じて階調変換テーブルを生成し、階調削減部４０に出力する。階調変換テーブルは、原画像の色深度がｎビット（階調数２ｎ）、階調削減ビット数がｍビットの場合、ｎビットを（ｎ−ｍ）ビットに線形変換する階調変換テーブルである。
【００６９】
階調削減部４０は、実施例１と同様に、階調削減初期情報生成部３２により生成された訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いたＬｌｏｙｄ−Ｍａｘ法により、原画像の階調を削減した階調削減画像を生成する。
【００７０】
上述したように、実施例３の階調削減装置３は、周波数分解部１０により原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成し、雑音除去画像生成部２０により周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、原画像から孤立点を除去した雑音除去画像を生成し、グラデーション画像生成部５０により周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成し、階調削減初期情報生成部３２により雑音除去画像のヒストグラムに対し、グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成し、階調削減部４０により訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により、原画像の階調を削減する。
【００７１】
このように、実施例３の階調削減装置３によれば、雑音領域及びグラデーションを考慮して階調変換することにより、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことができる。特に、階調削減を行う際に、雑音を平滑化し、且つグラデーション階調に多くの階調を割り当てることで、雑音成分による主観画質劣化を低減し、且つ階調復元時の擬似輪郭の発生を抑制することができる。
【００７２】
なお、上述した階調削減装置３として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、階調削減装置３の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
【００７３】
上述の各実施形態は、個々に代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施例では周波数分解としてウェーブレット分解を用いているが、これに限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
このように、本発明は、階調を削減する任意の用途に有用である。例えば、スーパーハイビジョンのように解像度が高いため十分な光量が得られない場合に雑音成分が多くなる画像を階調削減したり、１２ビット階調を８ビット階調以下に大きく階調削減したりする用途に特に有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１，２，３  階調削減装置
１０        周波数分解部
２０        雑音除去画像生成部
３０，３１，３２  階調削減初期情報生成部
４０        階調削減部
５０        グラデーション画像生成部
２０１      孤立点検出部
２０２      再構成部
３０１，３１１，３２１  ヒストグラム生成部
３０２，３１３，３２３  階調変換テーブル生成部
３１２，３２２  重み付け部
５０１      グラデーション領域検出部
５０２      再構成部
【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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