(57)【要約】【課題】入力画像の階調分布が一部分に集中している場合や、分布の中心が高階調部や低階調部にある場合でも階調分布の形状を崩すことなく、また階調分布の中心が大きく変化しない階調補正をすることができる画像処理装置を提供する。【解決手段】入力画像信号の色成分毎の階調ヒストグラムを算出し、階調ヒストグラムの最大値、及び最小値を算出し、算出した最大値から色成分毎の階調補正最大値を算出し、最小値から算出した最小値から色成分毎の階調補正最小値を算出し、最大値が調補正最大値に、また最小値が階調補正最小値になるように色成分毎に階調分布を広げることで階調補正を行う。【選択図】図１
2006128986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像信号の色成分毎の階調分布情報を算出する階調ヒストグラム算出手段と、
前記階調ヒストグラム算出手段により算出された色成分毎の階調ヒストグラムの最大値を算出する最大値算出手段と、前記階調ヒストグラム算出手段により算出された色成分毎の階調ヒストグラムの最小値を算出する最小値算出手段と、
前記最大値算出手段から算出した最大値から色成分毎の階調補正最大値を算出する階調補正最大値算出手段と、前記最小値算出手段から算出した最小値から色成分毎の階調補正最小値を算出する階調補正最小値算出手段と、
前記最大値算出手段から算出した最大値が調補正最大値に、また前記最小値算出手段から算出した最小値が階調補正最小値になるように色成分毎に階調分布を広げる階調補正手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記最大値算出手段は、階調ヒストグラムにおいて入力画像信号の取り得るダイナミックレンジの最大値から階調を順次減らして階調毎の画素数を累積加算し、その累積値が予め設定された画素数を越えた時の階調値を最大値として算出し、
前記最小値算出手段は、階調ヒストグラムにおいて入力画像信号の取り取り得るダイナミックレンジの最小値から階調を順次増やして階調毎の画素数を累積加算し、その累積値が予め設定された画素数を越えた時の階調値を最小値として算出する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記最大値算出手段は、入力画像信号の色成分毎の階調ヒストグラムの最大値を算出し、算出した色成分毎の階調ヒストグラムの最大値で最も大きな値を最大値とし、前記最小値算出手段が、入力画像信号の色成分毎の階調ヒストグラムの最小値を算出し、算出した色成分毎の階調ヒストグラムの最小値で最も小さな値を最小値とすることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記階調補正最大値算出手段は、前記最大値算出手段から算出した階調ヒストグラムの最大値が予め定めた第１の閾値以上の場合には前記最大値を前記ダイナミックレンジの最大値とし、それ以外の場合には前記最大値から予め定めた変換式を用いて階調補正最大値を計算し、
前記階調補正最小値算出手段は、前記最小値算出手段から算出した階調ヒストグラムの最小値が予め定めた第２の閾値以下の場合には前記最小値を前記ダイナミックレンジの最小値とし、それ以外の場合には前記最小値から予め定めた変換式を用いて階調補正最小値を計算する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項５】
入力画像信号の階調補正前の平均輝度値を算出する階調補正前平均輝度値算出手段と、階調補正後の平均輝度値を算出する階調補正後平均輝度算出手段と、前記階調補正前平均輝度値と前記階調補正後平均輝度値とから輝度補正量を算出する輝度補正量算出手段と、前記輝度補正量算出手段により階調補正後の画像信号の輝度を補正する輝度補正手段とを有し、階調補正後の平均輝度値を階調補正前の平均輝度値と同一にすることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項６】
入力画像が水中画像かどうかを判断する水中画像判断手段を有し、前記水中画像判断手段により入力画像が水中画像と判断された場合にのみ、赤色成分の階調補正最大値をダイナミックレンジの最大値に近づけることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項７】
入力画像から色差信号を算出する色差信号算出手段と、色差信号の平均値を算出する色差平均値算出手段とを有し、色差信号の平均値により前記水中画像判断手段にて水中画像の判断を行うことを特徴とする請求項６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、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、カメラ付き携帯電話、プリンターなどの画像機器に適応される技術であって、画像信号の階調性の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から入力画像信号の階調を補正する方法として、入力画像信号の階調の最大値、及び最小値を検出し、検出された階調の最大値及び最小値が画像信号系のダイナミックレンジの最大値及び最小値になるように階調分布を広げることで階調補正を行う方法がある。この方法では階調の最大値と最小値の差が小さい場合、すなわち分布幅が小さい場合には階調補正量が大きくなりすぎるため、階調飛び、ノイズの増加等の画質低下が生じる場合がある。そこで分布幅に応じて最大値、最小値の補正を行うことで階調補正量を制限し、階調補正を行う方法がある（例えば特許文献1参照）。
【０００３】
この従来例を図１３に示し、その概要を以下に示す。従来例では、入力画像である多値画像の輝度ヒストグラムを作成し（Ｓ１３０２）、次に輝度ヒストグラム分布の上限値（Ｈｉポイント）、下限値（Ｌｏポイント）、及び上限値と下限値の差である分布幅と演算し（Ｓ１３０３）、コントラスト過大対策（Ｓ１３０４）にて分布幅が所定の分布幅下限値を下回る場合には分布幅下限値に応じて上限値、及び下限値を再度設定し直し、設定した上限値、下限値が多値画像の最大分布幅になるような補正テーブルを生成し（Ｓ１３０５）、補正テーブルに基づいて画像補正を行う処理が行われていた（Ｓ１３０６）。
【特許文献１】特開２００１−１４８７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来例のように階調補正を行う場合、分布幅に応じて上限値と下限値を再設定するため、分布幅が小さく分布の中心が高階調部または低階調部にある場合には、階調の中心が大きく変化したり、階調分布の形状が大きく変化したりする場合があった。
【０００５】
例えば図１４（ａ）のように高階調部分に階調分布の中心がある場合と、図１５（ａ）のように低階調部分に階調分布の中心がある場合、上限値（Ｈｉポイント）及び下限値
（Ｌｏポイント）はそれぞれ新Ｈｉポイント、新Ｌｏポイントに補正され、新Ｈｉポイントが階調の最大値に、また新Ｌｏポイントが階調の最小値になるように階調分布を広げる処理が行われ、図１４（ａ）は図１４（ｂ）に、図１５（ａ）は図１５（ｂ）に示すように階調補正される。図１４，１５において点線は階調の中心を表す線であり、補正前と補正後の中心の差をΔＴとしている。従来例では分布幅で階調補正量が決定されるため、図１４のように高階調部分に階調の中心がある場合には、低階調側に大きく階調が広がりΔＴの値が大きくなることから、階調の中心が大きく移動してしまうことがわかる。また分布形状も大きく変化してしまう。
【０００６】
また図１５のように低階調部分に階調の中心がある場合には、高階調側に大きく階調が広がりΔＴの値が大きくなることから、分布の中心が高階調側に大きく移動してしまうことがわかる。また分布形状も大きく変化してしまう。
【０００７】
階調補正により階調の中心が大きく移動すると画像の明るさが大きく変化してしまう現象が発生し、また階調の分布形状が大きく変化すると、階調飛び、ノイズ増加等の問題が発生するため、いずれも画質の低下が生じていた。
【０００８】
階調の分布幅が小さい値となる代表的な画像として例えば水中画像がある。水中画像の場合階調分布が色成分毎に大きく異なり、図１６から図１９に示すような特性となる。図１６は水中画像の赤色成分階調分布、図１７は水中画像の緑色成分階調分布、図１８は水中画像の青色成分階調分布、図１９は水中画像の輝度成分の階調分布をあらわしており、水中画像では赤色成分が水により吸収されるため、赤色成分が極端に低階調部に集中して分布していることがわかる。そのため従来例のように輝度分布から階調補正を行っても赤色成分に対して十分な階調補正ができない場合があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、色成分毎に入力画像の階調ヒストグラムの最大値、及び最小値を算出し、階調ヒストグラムの最大値から階調補正最大値を算出し、階調ヒストグラムの最小値から階調補正最小値を算出し、階調ヒストグラムの最大値が調補正最大値に、また階調ヒストグラムの最小値が階調補正最小値になるように階調分布を広げることで、階調分布が一部分に集中している場合でも最適な補正をすることができ、また入力画像が水中画像の場合でも最適な補正ができる階調補正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の画像処理装置は、入力画像信号の色成分毎の階調分布情報を算出する階調ヒストグラム算出手段と、前記階調ヒストグラム算出手段により算出された色成分毎の階調ヒストグラムの最大値を算出する最大値算出手段と、前記階調ヒストグラム算出手段により算出された色成分毎の階調ヒストグラムの最小値を算出する最小値算出手段と、前記最大値算出手段から算出した最大値から色成分毎の階調補正最大値を算出する階調補正最大値算出手段と、前記最小値算出手段から算出した最小値から色成分毎の階調補正最小値を算出する階調補正最小値算出手段と、前記最大値算出手段から算出した最大値が調補正最大値に、また前記最小値算出手段から算出した最小値が階調補正最小値になるように色成分毎に階調分布を広げる階調補正手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明の画像処理装置の最大値算出手段は、階調ヒストグラムにおいて入力画像信号の取り得るダイナミックレンジの最大値から階調を順次減らして階調毎の画素数を累積加算し、その累積値が予め設定された画素数を越えた時の階調値を最大値として算出し、
前記最小値算出手段は、階調ヒストグラムにおいて入力画像信号の取り取り得るダイナミックレンジの最小値から階調を順次増やして階調毎の画素数を累積加算し、その累積値が予め設定された画素数を越えた時の階調値を最小値として算出する、
ことを特徴とする。
【００１２】
また本発明の画像処理装置の最大値算出手段は、入力画像信号の色成分毎の階調ヒストグラムの最大値を算出し、算出した色成分毎の階調ヒストグラムの最大値で最も大きな値を最大値とし、前記最小値算出手段が、入力画像信号の色成分毎の階調ヒストグラムの最小値を算出し、算出した色成分毎の階調ヒストグラムの最小値で最も小さな値を最小値とすることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の画像処理装置の階調補正最大値算出手段は、前記最大値算出手段から算出した階調ヒストグラムの最大値が予め定めた第１の閾値以上の場合には前記最大値を前記ダイナミックレンジの最大値とし、それ以外の場合には前記最大値から予め定めた変換式を用いて階調補正最大値を計算し、前記階調補正最小値算出手段は、前記最小値算出手段から算出した階調ヒストグラムの最小値が予め定めた第２の閾値以下の場合には前記最小値を前記ダイナミックレンジの最小値とし、それ以外の場合には前記最小値から予め定めた変換式を用いて階調補正最小値を計算する、ことを特徴とする。
【００１４】
また本発明の画像処理装置は、入力画像信号の階調補正前の平均輝度値を算出する階調補正前平均輝度値算出手段と、階調補正後の平均輝度値を算出する階調補正後平均輝度算出手段と、前記階調補正前平均輝度値と前記階調補正後平均輝度値とから輝度補正量を算出する輝度補正量算出手段と、前記輝度補正量算出手段により階調補正後の画像信号の輝度を補正する輝度補正手段とを有し、階調補正後の平均輝度値を階調補正前の平均輝度値と同一にすることを特徴としたものである。
【００１５】
また本発明の画像処理装置は、入力画像が水中画像かどうかを判断する水中画像判断手段を有し、前記水中画像判断手段により入力画像が水中画像と判断された場合にのみ、赤色成分の階調補正最大値をダイナミックレンジの最大値に近づけることを特徴としたものである。
【００１６】
また本発明の画像処理装置は、入力画像から色差信号を算出する色差信号算出手段と、色差信号の平均値を算出する色差平均値算出手段とを有し、色差信号の平均値により前記水中画像判断手段にて水中画像の判断を行うことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の画像処理装置によれば、階調分布が一部分に集中している場合や、分布の中心が高階調部や低階調部にある場合でも階調分布の形状を崩すことなく、また階調分布の中心が大きく変化することなく階調補正をすることができる。
【００１８】
また本発明の画像処理装置によれば、入力画像にノイズがある場合でも正確に階調ヒストグラムの最大値及び最小値が算出できるため、正確な階調補正をすることができる。
【００１９】
また本発明の画像処理装置によれば、入力画像信号の色信号毎に階調の最大値、最小値を算出し、算出した色信号毎の最大値で最も大きな値を最大値とし、色信号毎の最小値で最も小さな値を最小値として補正を行うことにより、色成分毎の階調補正量が同一となるため、ホワイトバランスを崩すことなく階調補正をすることができる。
【００２０】
また本発明の画像処理装置によれば、階調補正最大値算出手段が階調の最大値に比例して階調補正最大値を算出し、また階調補正最小値算出手段が階調の最小値に比例して階調補正最小値を算出するため、入力画像の最大値、最小値に応じて階調補正を行うことができるため、階調分布が一部分に集中している場合や、分布の中心が高階調部や低階調部にある場合でも階調分布の中心が大きく変化することなく、また階調分布の形状を崩すことなく階調補正を行うことができる。
【００２１】
また本発明の画像処理装置によれば、階調補正前と階調補正後の輝度平均値を算出し、階調補正後の輝度値を階調補正前の輝度値と同一にすることができるので、階調補正により輝度が変化することを防止することができる。
【００２２】
また本発明の画像処理装置によれば、入力画像が水中画像と判断された場合にのみ、赤色成分の階調補正最大値をダイナミックレンジの最大値に近づけることにより、赤色成分の階調補正量を大きくすることができるため、赤色成分が少ない水中画像に適した階調補正を行うことができる。
【００２３】
また本発明の画像処理装置によれば、水中画像かどうかの判断を色差信号の平均値により算出するため、簡便な方法で水中画像の階調補正を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の画像処理装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は本発明の第１の実施例における画像処理装置の構成を示すブロック図を示すものである。
【００２６】
図１において、１０１は入力画像信号の階調ヒストグラムを算出する階調ヒストグラム算出手段、１０２は階調ヒストグラムの最大値を算出する最大値算出手段、１０３は階調ヒストグラムの最小値を算出する最小値算出手段、１０４は最大値から階調補正最大値を算出する階調補正最大値算出手段、１０５は最小値から階調補正最小値を算出する階調補正最小値算出手段、１０６は階調補正手段である。以下入力画像が８ビットの場合についてその動作を説明する。
【００２７】
まず入力画像信号から階調ヒストグラム算出手段１０１にて階調ヒストグラムを色成分毎に算出する。階調ヒストグラムは入力画像の階調分布をあらわし、例えば図２のようにあらわされる。図２において横軸は階調レベル、縦軸は階調毎の画素の分布数をあらわしている。またＰ１は階調分布の最小値、Ｐ２は階調分布の最大値をあらわしている。
【００２８】
次に最大値算出手段１０２及び最小値算出手段１０３にて階調分布の最大値、及び最小値を算出する。以下その算出方法について説明する。
【００２９】
最大値算出手段１０２では、階調分布の最大値を算出する。階調分布の最大値は、階調レベルの最大値である２５５から階調レベルの最小値である０に向かって階調分布数を調べ、最初に階調の分布がある階調レベルを最大値として算出する。なお最大値を算出する際に、図２のように高階調部にノイズがある場合にはノイズ部分を最大値と算出してしまい誤動作する場合があるため、階調レベルの２５５から０に向かって階調毎の分布数を累積加算し、その累積値が閾値を越える時の階調レベルを最大値として算出するようにしてもよい。ノイズ部分は分布数が少ないため、累積加算することによりノイズ部分を無視して真の最大値Ｐ２を算出することができる。なお閾値は全階調分布数の数％の数値とし、通常１％前後の値となるが、この値に限るものではない。
【００３０】
最小値算出手段１０３では、階調分布の最小値を算出する。階調分布の最小値は、階調レベルの最小値である０から階調レベルの最大値である２５５に向かって階調分布数を調べ、最初に階調の分布がある階調レベルを最小値として算出する。なお最小値を算出する際に、図２のように低階調部にノイズがある場合にはノイズ部分を最小値と算出してしまい誤動作する場合があるため、階調レベルの０から２５５向かって階調毎の分布数を累積加算し、その累積値が閾値を越える時の階調レベルを最小値として算出するようにしてもよい。ノイズ部分は分布数が少ないため、累積加算することによりノイズ部分を無視して真の最小値Ｐ１を算出することができる。なお閾値は全階調分布数の数％の数値とし、通常１％前後の値となるが、この値に限るものではない。
【００３１】
次に色成分毎に階調補正最大値算出手段１０４及び階調補正最小値算出手段１０５にて階調分布を広げるための目標値である階調補正最大値、階調補正最小値を算出する。階調補正により階調分布が階調補正最大値と階調補正最小値の間に分布するように広げられる。この階調補正最大値、階調補正最小値の算出方法が本発明の最も大きな特徴である。
【００３２】
階調の最小値をＰ１、最大値をＰ２、階調補正最小値をＱ１、階調補正最大値をＱ２とした場合、各々の関係は図３に示すようになる。階調補正により、最小値Ｐ１は階調補正最小値Ｑ１に、最大値Ｐ２は階調補正最大値Ｑ２となるように階調分布が広げられる。一般的に入力画像信号が８ビットの場合には、階調補正最小値Ｑ１を０とし、階調補正最大値Ｑ２を２５５とし階調補正を行うが、本発明では階調補正最大値Ｑ２を、最大値算出手段１０２にて算出した階調の最大値Ｐ２により算出し、階調補正最小値Ｑ１を最小値算出手段１０３にて算出した階調の最小値Ｐ１により算出するという特徴がある。従って従来技術のように高階調部分に階調分布の中心がある場合や（図１４）、低階調部分に階調分布の中心がある場合（図１５）に階調の中心が大きく移動したり、分布形状が大きく変化してしまう不具合は発生しない。階調補正最大値、及び階調補正最小値の算出方法について以下に説明する。
【００３３】
まず階調補正最大値の算出方法について説明する。階調補正最大値は階調の最大値に比例した値となる。階調の最大値がダイナミックレンジの最大値に近い場合には、階調補正最大値はダイナミックレンジの最大値、あるいは最大値に近い値を取り、階調の最大値が小さくなるにつれて小さな値を取るようにする。最大値と階調補正最大値との関係の一例を図４に示す。
【００３４】
図４において横軸は階調の最大値を表し、縦軸は階調補正最大値をあらわす。最大値が十分に大きい場合には階調補正最大値は入力画像が取り得るダイナミックレンジの最大値となる。図４の例では最大値が２３０を越える値の場合には階調補正最大値を２５５とする。最大値が小さくなるにつれ階調補正最大値も小さな値をとり、例えば最大値が１００の時には階調補正最大値は１７５となる。なお図に示しているように、最大値がある値以下の場合には階調補正最大値も一定の値とするようにしてもよい。このようにすると最大値が極端に小さい値の場合に、過度の階調補正となるのを防止できる。図４の例では最大値が１００以下の場合には階調補正最大値は１７５の固定値となる。また図４の場合には最大値に対する階調補正最大値が直線的に変化するようにしているが、二次曲線、三次曲線等の曲線にしてもよい。
【００３５】
次に階調補正最小値の算出方法について説明する。階調補正最小値は階調の最小値に比例した値となる。階調の最小値がダイナミックレンジの最小値に近い場合には、階調補正最小値はダイナミックレンジの最小値、あるいは最小値に近い値を取り、階調の最小値が大きくなるにつれて大きな値を取るようにする。最小値と階調補正最小値との関係の一例を図５に示す。
【００３６】
図５において横軸は最小値をあらわし、縦軸は階調補正最小値をあらわしている。最小値が十分に小さい場合には階調補正最小値はダイナミックレンジの最小値をとる。図５の例では最小値が２０より小さい場合には階調補正最小値を０とする。最小値が大きくなるにつれ階調補正最小値も大きな値をとり、例えば最小値が１５０の時には階調補正最小値は７５となる。なお階調補正最大値の算出と同様に、最小値がある値以上の場合には階調補正最小値も一定の値になるようにしてもよい。このようにすることで最小値が極端に大きい値の場合に、過度の階調補正となるのを防止できる。図５の場合には最小値が１５０を越えた場合、階調補正最小値は７５の固定値となる。また図５の場合、最小値に対する階調補正最小値が直線的に変化するようにしているが、二次曲線、三次曲線等の曲線にしてもよい。
【００３７】
以上のように最小値Ｐ１とその階調補正目標値である階調補正最小値Ｑ１、最大値Ｐ２とその階調補正目標値である階調補正最大値Ｑ２とを算出できたので、次に補正前のＰ１からＰ２に分布する階調が、Ｑ１からＱ２に分布するように階調補正を階調補正手段１０６にて行う。階調補正手段１０６では階調の最小値Ｐ１、最大値Ｐ２、階調補正最小値Ｑ１、階調補正最大値Ｑ２の値から階調補正を次式にて行う。
【００３８】
Ｙ＝（Ｑ２−Ｑ１）／（Ｐ２−Ｐ１）＊（Ｘ−Ｐ１）＋Ｑ１
ここでＸは補正前の階調レベル、Ｙは補正後の階調レベルをあらわしており、補正前の階調レベルと補正後の階調レベルの関係は図６のようになる。
【００３９】
このようにして階調補正を行った一例を図７，図８に示す。図７（ａ）は高階調部に分布が偏っている画像の階調補正前の階調分布を示しており、最小値Ｐ１から最大値Ｐ２にかけて階調が分布している。図７（ｂ）は本発明にもとづいて階調補正を行った結果であり、階調補正最小値Ｑ１から階調補正最大値Ｑ２にかけて階調が分布している。点線は階調の中心を示しており、補正前の階調の中心と補正後の階調分布の中心との差をΔＴとしている。図７を見てわかるようにΔＴの値は従来例の図１４で示した値より小さい値となっていることがわかる。このように低階調への伸長が制限されるため、分布の中心が低階調側に大きく移動するのを防止できると共に、分布形状が大きく変化することを防止することができる。
【００４０】
また図８は図７で示した例とは反対に低階調部に分布が偏っている画像の場合の補正結果を示している。図８（ａ）は階調補正前の階調分布、図８（ｂ）は階調補正後の階調分布を示している。補正前の階調の中心と補正後の階調分布の中心との差ΔＴを見てわかるように、ΔＴの値は従来例の図１５で示した値より小さい値となっていることがわかる。このように高階調への伸長が制限されるため、分布の中心が高階調側に大きく移動するのを防止できると共に、分布形状が大きく変化することを防止することができる。
【００４１】
以上説明した方法により入力画像の色成分毎に階調補正を行うが、入力画像信号が赤色、緑色、青色のカラー信号である場合には、赤色、緑色、青色個別に階調の最大値、最小値、階調補正最大値、階調補正最小値を算出し、赤色、緑色、青色個別に階調を補正することになる。また色成分としてプリント系ではイエロー、マゼンタ、シアンが入力画像信号となるが、同様な処理により階調補正を行うことができる。
【００４２】
また赤色、緑色、青色毎の階調補正量を同一にすることで、ホワイトバランスを維持したまま階調補正を行える。その場合の処理方法について図９のフローチャートを用いて説明する。
【００４３】
まず赤色、緑色、青色信号毎に階調ヒストグラムを算出する（Ｓ９０２）。次に赤色、緑色、青色毎に最大値、最小値を算出する（Ｓ９０３，Ｓ９０４）。算出した赤色、緑色、青色の最大値で最も大きな値を最大値Ａとして採用する（Ｓ９０５）。さらに算出した赤色、緑色、青色の最小値で最も小さな値を最小値Ｂとして採用する（Ｓ９０６）。
【００４４】
算出した最大値Ａから階調補正最大値を算出し（Ｓ９０７）、さらに最小値Ｂから階調補正最小値を算出する（Ｓ９０８）。このようにして算出した、最大値、階調補正最大値、最小値、階調補正最小値から赤色、緑色、青色に階調補正を行う（Ｓ９０９）。このようにすると各色毎の階調補正量が同一となるため、ホワイトバランスを崩すことなく階調補正を行うことができる。
【００４５】
また階調補正前後の輝度の平均値を算出し、階調補正により入力画像信号の輝度が変化した場合、輝度補正手段により入力画像信号の輝度の平均値と出力画像信号の輝度の平均値が一致するように補正してもよい。入力画像信号の階調ヒストグラムが低階調側、あるいは高階調側に偏っている場合、階調補正により画像信号の輝度の平均が大きく変化する場合がある。このような場合には階調補正により逆に画質が低下する場合がある。そこで階調補正により画像の輝度が変化した場合、階調補正前の輝度に戻すことにより画質の低下を防止することができる。この場合の処理方法について図１０を用いて説明する。
【００４６】
図１０において、階調補正前輝度平均値算出手段１００１にて階調補正前の輝度の平均値を算出する。次に階調補正後輝度平均値算出手段１００２にて階調補正後の輝度の平均値を算出する。輝度補正量算出手段１００３では階調補正前の輝度の平均値と、階調補正後の輝度の平均値とが一致するような輝度の補正量を算出する。例えば階調補正前の平均輝度値をＬ、階調補正後の平均輝度値をＭとし、輝度の補正をガンマ補正により行う場合には、
Ｌ＝Ｍγ
となるようなガンマ補正係数γを算出し、ガンマ補正により輝度の補正を行う。この場合ガンマ補正係数は次式にて算出される。
【００４７】
γ＝ｌｏｇＬ／ｌｏｇＭ
輝度補正手段１００４では、階調補正手段１０６で階調補正された信号から輝度成分を抽出し、その輝度成分に対して、算出したガンマ補正係数γにてガンマ補正を行う。
このように階調補正前の輝度値と階調補正後の輝度値とを同一にすることにより、輝度の低下による画質の低下を防止することができる。
【００４８】
また図１１に示すように、入力画像が水中画像かどうかを判断し、水中画像である場合には赤色成分の階調補正最大値を大きい値に設定して階調補正を行うようにしてもよい。前述したように水中画像では、水により赤色成分が吸収され、赤色成分が小さい値となり、図１６〜図１９に示すような分布特性となる。図１６は赤色成分の階調分布特性、図１７は緑色成分の階調分布特性、図１８は青色成分の階調分布特性の一例を示している。そこで赤色成分の階調補正最大値をより大きな値とすることにより、赤色成分に対して大きな階調補正量がかかるため、水中画像に対して最適な階調補正を行うことができる。
【００４９】
図１１において、１１０１は色差信号算出手段であり、１１０２は色差平均値算出手段、１１０３は水中画像判断手段である。水中画像の判断は、入力画像信号の色差信号の平均値を算出し、その平均値により行う。以下その判断方法について説明する。
【００５０】
色差信号は画像信号の赤色成分をＲ、緑色成分をＧ、青色成分をＢとしその輝度成分をＹとしたとき、
Ｃｒ＝Ｒ−Ｙ
Ｃｂ＝Ｂ−Ｙ
であらわされるＣｒ，Ｃｂである。通常の画像の場合Ｃｒ，Ｃｂ共に０を中心として分布しているが、水中の場合には図１２に示すように青色領域に分布する。図１２において、斜線で示した領域は入力画像の色差信号の分布を示している。そこでＣｒ，Ｃｂの平均値を算出し、その平均値が青色領域の値ならば水中と判断する。例えばＣｒ成分の平均値が−２０より小さく、さらにＣｂ成分の平均値が−２０から２０までの値の場合、水中と判断する。水中と判断した場合には赤色成分の階調補正最大値をダイナミックレンジの最大値に近づける処理を行う。例えば図４にて算出した階調補正最大値に３０を加算したものを階調補正最大値とすることでダイナミックレンジの最大値に近づける。このようにすることで赤色成分をより大きく階調補正するため、より最適な階調補正を行うことができる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態１においては  階調ヒストグラムの最大値及び最大値から算出した階調補正最大値と、階調ヒストグラムの最小値及び最小値から算出した階調補正最小値とから階調補正を行うため、入力画像の階調分布が一部分に集中している場合や、分布の中心が高階調部や低階調部にある場合でも階調分布の形状を崩すことなく、また階調分布の中心が大きく変化しない階調補正をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明にかかる画像処理装置は、階調ヒストグラムの最大値及び最大値から算出した階調補正最大値と、階調ヒストグラムの最小値及び最小値から算出した階調補正最小値とから入力画像信号の特性に合わせて階調補正を行うことができるため、各種入力装置の画像処理装置として有用であり、特に水中画像のように入力画像信号の階調分布が一部分しか分布していない場合や、分布に偏りがある場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における画像処理装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における階調ヒストグラムをあらわす図
【図３】本発明の実施の形態１における階調補正方法の説明図
【図４】本発明の実施の形態１における階調最大値と階調補正最大値の関係図
【図５】本発明の実施の形態１における階調最小値と階調補正最小値の関係図
【図６】本発明の実施の形態１における階調補正特性を示す図
【図７】本発明の実施の形態１における階調補正結果を示す図
【図８】本発明の実施の形態１における階調補正結果を示す図
【図９】本発明の実施の形態１における同一補正量による階調補正方法のフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態１における輝度補正を行う場合の画像処理装置のブロック図
【図１１】本発明の実施の形態１における水中画像の階調補正を行う場合の画像処理装置のブロック図
【図１２】本発明の実施の形態１における水中画像の色成分分布図
【図１３】従来の画像処理装置についてのフローチャート
【図１４】従来の画像処理装置についての説明図
【図１５】従来の画像処理装置についての説明図
【図１６】水中画像の階調特性図
【図１７】水中画像の階調特性図
【図１８】水中画像の階調特性図
【図１９】水中画像の階調特性図
【符号の説明】
【００５４】
１０１  階調ヒストグラム算出手段
１０２  最大値算出手段
１０３  最小値算出手段
１０４  階調補正最大値算出手段
１０５  階調補正最小値算出手段
１０６  階調補正手段
１００１  階調補正前輝度平均値算出手段
１００２  階調補正後輝度平均値算出手段
１００３  輝度補正量算出手段
１００４  輝度補正手段
１１０１  色差信号算出手段
１１０２  色差平均値算出手段
１１０３  水中画像判断手段
【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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【図１９】
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