(57)【要約】【課題】  比較的簡単な構成で、階調数の異なる画像を階調補正すること。【解決手段】  入力画像の最大輝度値で当該入力画像の各画素の輝度値を除算し（正規化部７）、その除算された輝度値をトーンカーブで補正するようにした（トーンカーブ補正演算部８）。そのため、例えば、画像データの種類や形式それぞれに対応した複数の画像処理装置を備え、それら複数の画像処理装置で階調補正する方法に比べ、比較的簡単な装置構成で、階調数の異なる画像を階調補正することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像の最大輝度値あるいは当該入力画像の階調数で表現可能な最大輝度値によって当該入力画像の各画素の輝度値を正規化処理する正規化手段と、その正規化処理された輝度値をトーンカーブで補正する補正手段を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記トーンカーブ補正手段は、前記正規化処理された輝度値を、所定の出力装置の出力階調にトーンカーブによって割り当てることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記トーンカーブ補正手段は、前記正規化処理された輝度値を「０」から「１」の範囲の数値にトーンカーブによって割り当てるようになっており、さらに、前記トーンカーブで割り当てられた数値に、前記所定の出力装置の階調数を乗算する乗算手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記所定の出力装置の階調数で表現可能な最大輝度値を検出する最大輝度値検出手段を備え、前記乗算手段は、前記トーンカーブで割り当てられた数値に、前記階調数検出手段で検出された最大輝度値を乗算することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記画像を示す画像データのデータ種類を検出するデータ種類検出手段を備え、前記補正手段は、前記正規化手段で正規化処理された輝度値を、前記データ種類検出手段で検出されたデータ種類に対応するトーンカーブで補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項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、所定の画像の階調をトーンカーブで補正する画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的なデジタルカメラの出力フォーマットとしては、例えば、ＪＰＥＧ(joint photographic experts group)のように８ビットのダイナミックレンジを持つものがある。また、より高級なデジタルカメラにあっては、ダイナミックレンジの狭さに起因する白とびや黒つぶれ、それに伴った色つぶれが生じないように、１２ビットや１３ビットのダイナミックレンジを持つＲＡＷデータを出力するものもある（特許文献１）。
【０００３】
また、フィルムスキャナの出力フォーマットとしては、例えば、ＴＩＦＦ(Tagged Image File Format)のように、１２ビットや１４ビットのダイナミックレンジを持ち、銀塩フィルムの持つ広いラチチュードや豊かな階調性を表現可能としたものがある。
一方、ＬＣＤ(liquid crystal display)やＣＲＴ(cathode-ray tube)等、従来の出力装置にあっては、８ビット程度のダイナミックレンジを持っている。また、最近の出力装置（例えば、ＰＤＰ(plasma display panel)）にあっては、１：１０００のコントラスト比、つまり、１０ビット相当のダイナミックレンジを持つものもある。
【特許文献１】特開２００１−２２３９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記ＪＰＥＧやＲＡＷデータ、ＴＩＦＦ等のように、画像データには種々の階調形式のものがあり、また、出力装置の出力階調も様々である。さらに、画像データの階調と出力装置の出力階調の間には大きな差違がある場合もある。そのため、このような出力装置に、これらの画像データを出力させるためには、画像データを出力装置側でトーンカーブ補正（階調補正）する必要が生ずる。ここで、画像データそれぞれの形式に対応した画像処理装置を備えるようにすると、装置規模が大きくなってしまう恐れがあった。
【０００５】
本発明は、上記従来の技術の未解決の問題点を解決することを目的とするものであって、比較的簡単な装置構成で、種々の階調形式の入力画像に対し、出力装置の出力階調に適合した画像を出力することができる画像処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、第１の発明である画像処理装置は、入力画像の最大輝度値あるいは当該入力画像の階調数で表現可能な最大輝度値によって当該入力画像の各画素の輝度値を正規化処理する正規化手段と、その正規化処理された輝度値をトーンカーブで補正する補正手段を備えたことを特徴とする。ここで、正規化処理とは、入力画像の最大輝度値あるいは当該入力画像の階調数で表現可能な最大輝度値がトーンカーブの入力側の最大値と一致するように、前記入力画像の輝度値を補正する処理である。
【０００７】
また、第２の発明である画像処理装置にあっては、前記トーンカーブ補正手段は、前記正規化処理された輝度値を、所定の出力装置の出力階調にトーンカーブによって割り当てることを特徴とする。なお、出力装置としては、ＬＣＤやＣＲＴ、ＰＤＰ、プロジェクタ、プリンタ等を挙げることができる。
この第１及び第２の発明によれば、トーンカーブによる補正前に、入力画像の各画素の輝度値の大きさを前記トーンカーブの入力側の最大値以下とすることができる。そのため、出力装置の出力階調に割り当てるトーンカーブを用いることで、例えば、画像データそれぞれの形式に対応した画像処理装置を備える方法に比べ、簡単な装置構成で、種々の階調形式の入力画像に対し、出力装置の出力階調に適合した画像を出力することができる。
【０００８】
さらに、第３の発明である画像処理装置にあっては、前記トーンカーブ補正手段は、前記正規化処理された輝度値を「０」から「１」の範囲の数値にトーンカーブによって割り当てるようになっており、さらに、前記トーンカーブで割り当てられた数値に、前記所定の出力装置の階調数を乗算する乗算手段を備えたことを特徴とする。
また、第４の発明である画像処理装置にあっては、前記所定の出力装置の階調数を検出する最大輝度値検出手段を備え、前記乗算手段は、前記トーンカーブで割り当てられた数値に、前記階調数検出手段で検出された最大輝度値を乗算することを特徴とする。
【０００９】
この第３及び第４の発明によれば、出力装置が変更されても、トーンカーブによる補正後に適切な数値を乗算でき、階調数の異なる画像を適切に階調補正することができる。
さらに、第５の発明である画像処理装置にあっては、前記画像を示す画像データのデータ種類を検出するデータ種類検出手段を備え、前記補正手段は、前記正規化手段で正規化処理された輝度値を、前記データ種類検出手段で検出されたデータ種類に対応するトーンカーブで補正することを特徴とする。
【００１０】
この第５の発明によれば、例えば、表示対象となる画像の生成時に、画像を表示装置に適切に表示させるための階調補正が行われている場合には、階調の比率を保持させるトーンカーブで補正させることができ、また、そのような階調補正が行われていない場合には、画像を表示装置に適切に表示させるためのトーンカーブで補正させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の画像処理装置の実施形態として、任意の画像データを表示可能な表示体等の表示ユニットを備えたテレビ受像器に適用した例を、図面に基づいて説明する。
即ち、このテレビ受像器１にあっては、テレビ放送で受信した画像を表示させることができ、また、メモリーカード内の画像の最大輝度値によって当該画像の各画素の輝度値をそれぞれ除算し、その除算された輝度値を「０」から「１」の範囲の数値に割り当てるトーンカーブに基づいて補正し、そのトーンカーブで割り当てられた数値に、前記表示体の出力階調数を乗算することで、前記画像を階調補正し、その結果、前記表示体に前記画像を適切に表示させることができるようにした。
【００１２】
＜テレビ受像器の構成＞
図１は、本実施形態のテレビ受像器の内部構成を示すブロック図である。この図１に示すように、テレビ受像器１は、メモリーカードユニット２、階調補正用演算処理装置３及び表示ユニット４を含んで構成される。
【００１３】
メモリーカードユニット２は、前面視左端の下部に配され、デジタルカメラやフィルムスキャナで撮像された画像データ、つまり、ＪＰＥＧ形式（拡張子「ＪＰＧ」）やＲＡＷ形式（拡張子「ＲＡＷ」）、ＴＩＦＦ形式（拡張子「ＴＩＦＦ」）の画像データを格納するメモリーカード（不図示）を挿脱可能に構成される。そして、メモリーカードユニット２は、メモリカード（不図示）が挿入されると、その挿入されたメモリーカード（不図示）から画像データを読み出し、その画像データを階調補正用演算処理装置３に出力する。
【００１４】
また、階調補正用演算処理装置３は、マイクロコンピュータとその周辺部品とを備えている。そして、階調補正用演算処理装置３は、メモリーカードユニット２から画像データが出力されると、まず、その画像データが示す画像の各画素の輝度値を読み出し、それらの輝度値から最大輝度値を検出し、その最大輝度値で、前記各画素の輝度値それぞれを除算する。次いで、前記画像データのデータ種類に対応するトーンカーブ（前記除算された輝度値を「０」から「１」の範囲に割り当てるトーンカーブ）を選択し、その選択されたトーンカーブで前記除算された輝度値「０」〜「１」それぞれを補正する。そして、その補正された輝度値「０」〜「１」に表示ユニット４の表示体（後述）の出力階調数を乗算し、その乗算結果から整数部を検出し、その検出結果を表示ユニット４に出力する。具体的には、階調補正用演算処理装置３は、図２に示すように、専用のハードウェアによる装置と図示しないマイクロコンピュータのソフトウエア形態とによって、輝度値読出部５、最大値検出部６、正規化部７、トーンカーブ補正演算部８、出力階調数乗算部９及び整数化部１０を含んで構成する。
【００１５】
輝度値読出部５は、メモリーカードユニット２から出力される画像データが示す画像の各画素の輝度値を読み出し、それら輝度値の大きさと前記画像の階調を示す情報（以下、「輝度値情報」とも呼ぶ。）を最大値検出部６と正規化部７とのそれぞれに出力する。
また、最大値検出部６は、輝度値読出部５から出力される輝度値情報の最大輝度値（例えば、「１０２３」、「４０９５」あるいは「９０００」）を検出し、その最大輝度値を示す情報（以下、「最大輝度値情報」とも呼ぶ。）を正規化部７に出力する。
【００１６】
さらに、正規化部７は、最大値検出部６から出力される最大値情報が示す最大輝度値で、輝度値読出部５から出力される輝度値情報が示す各画素の輝度値それぞれを除算する。つまり、各画素の輝度値が「０」から「１」の範囲の数値となるように、当該輝度値を正規化するようになっている。そして、正規化部７は、その除算された輝度値を示す情報（以下、「除算輝度値情報」とも呼ぶ。）を、トーンカーブ補正演算部８に出力する。
【００１７】
また、トーンカーブ補正演算部８は、まず、「０」から「１」の範囲を、同じく「０」から「１」の範囲に割り当てるトーンカーブ群のうちから、メモリーカードユニット２から出力される画像データの拡張子（「ＪＰＧ」「ＴＩＦＦ」「ＲＡＷ」）に対応するトーンカーブを選択する。次いで、トーンカーブ補正演算部８は、その選択されたトーンカーブで、正規化部７から出力される除算輝度値情報が示す各輝度値を補正し、その補正された輝度値を示す情報（以下、「補正輝度値情報」とも呼ぶ。）を出力階調数乗算部９に出力する。ここで、図３に示すように、トーンカーブ群は、正規化部７から出力される除算輝度値情報が示す輝度値が「０」のときに補正値が「０」となり、除算輝度値情報が示す輝度値が「１」のときに補正値が「１」となる。そして、拡張子「ＪＰＧ」に対応したトーンカーブは、除算輝度値情報が示す輝度値が「０」〜「１」のときに、その輝度値の増加に伴って補正値がリニアに増加するようになっている。即ち、ＪＰＥＧ形式の画像データが示す画像は、デジタルスチルカメラによって生成されたときに、階調の平均値やコントラストの度合いの補正等、つまり、前記画像を表示体（後述）に適切に表示させるための階調補正が行われているので、階調の比率を保持させるトーンカーブが用いられる。
【００１８】
また、拡張子「ＴＩＦＦ」に対応したトーンカーブは、除算輝度値情報が示す輝度値が「０」〜「１」のときに、その輝度値の増加と共に次第に増加傾きを小さくしながら増加する上に凸の曲線で表れる。さらに、拡張子「ＲＡＷ」に対応したトーンカーブは、除算輝度値情報が示す輝度値が「０」〜「１」のときに、拡張子「ＴＩＦＦ」に対応したトーンカーブよりも補正値が大きく、前記輝度値の増加と共に次第に増加傾きを小さくしながら増加する上に凸の曲線で表れる。つまり、ＲＡＷ形式の画像データが示す画像は、デジタルカメラのＣＣＤ等の撮像素子から出力される電圧値そのものであり、デジタルカメラによって、表示体（後述）に適切に表示させるための階調補正が行われていないので、各画素の輝度値の平均値やコントラストの度合いを補正させるトーンカーブが用いられる。
【００１９】
さらに、出力階調数乗算部９は、図２に示すように、トーンカーブ補正演算部８から出力される補正輝度値情報が示す各輝度値「０」〜「１」それぞれに、表示ユニット４の表示体（不図示）の出力階調数（例えば一定値「１０００」）を乗算し、その乗算された輝度値を示す情報（以下、「乗算輝度値情報」とも呼ぶ。）を整数化部１０に出力する。
また、整数化部１０は、出力階調数乗算部９から出力される乗算輝度値情報が示す各輝度値の整数部（当該輝度値から小数点以下を切り捨てた残り数値）を各画素の輝度値とするラスタデータ（以下、「補正画像データ」とも呼ぶ。）を表示ユニット４に出力する。
【００２０】
さらに、表示ユニット４は、図１に示すように、前面側の中央部に配され、テレビ放送で受信した画像に加え、任意の画像データが示す画像を所定の階調（例えば、「１０００」階調）で表現可能な表示体（不図示、例えば、プラズマディスプレイ）を含んで構成される。そして、表示ユニット４は、階調補正用演算処理装置３（整数化部１０）から補正画像データが出力されると、その出力された補正画像データを表示体に表示させる。
【００２１】
＜テレビ受像器の具体的な動作＞
次に、本実施形態のテレビ受像器１の動作を、具体的状況に基づいて詳細に説明する。
まず、被写体をデジタルカメラで撮像し、１２ビットの階調（４０９５階調）のＲＡＷ形式の画像データを生成させ、その生成させた画像データをデジタルカメラのメモリーカード（不図示）に格納させた後、図１に示すように、利用者が、そのメモリーカード（不図示）をメモリーカードユニット２に挿入したとする。すると、メモリーカードユニット２によって、その挿入されたメモリーカード（不図示）から画像データが読み出され、その読み出された画像データが階調補正用演算処理装置３の輝度値読出部５に出力される。
【００２２】
そして、輝度値読出部５によって、図２に示すように、メモリーカードユニット２から出力された画像データが示す画像の各画素の輝度値が読み出され、その読み出された輝度値と前記画像の階調を示す情報（輝度値情報）が最大値検出部６と正規化部７とのそれぞれに出力される。また、最大値検出部６によって、その出力された輝度値情報から前記画像の最大輝度値、例えば「３９９９」が検出され、その検出された最大輝度値「３９９９」を示す情報（最大値情報）が正規化部７に出力される。さらに、正規化部７によって、その出力された最大値情報が示す最大輝度値「３９９９」で、前記出力された輝度値情報が示す各画素の輝度値それぞれが除算（正規化）され、その正規化された輝度値「０」〜「１」を示す情報（除算輝度値情報）が、トーンカーブ補正演算部８に出力される。
【００２３】
また、トーンカーブ補正演算部８によって、図３に示すように、前記画像データの拡張子「ＲＡＷ」に対応するトーンカーブ、つまり、階調の平均値やコントラストの度合いを補正させるためのトーンカーブが選択され、その選択されたトーンカーブで、前記出力された除算輝度値情報が示す各輝度値「０」〜「１」が補正され、その補正された輝度値「０」〜「１」を示す情報（補正輝度値情報）が、出力階調数乗算部９に出力される。
【００２４】
さらに、出力階調数乗算部９によって、その出力された補正輝度値情報が示す各輝度値「０」〜「１」に、表示ユニット４の表示体（不図示）の出力階調数「１０００」が乗算され、その乗算された輝度値「０」〜「１０００」（小数部を含む数値）を示す情報が整数化部１０に出力される。また、整数化部１０によって、その出力された情報が示す各階調の整数部が各画素の輝度値とされたラスタデータ（補正画像データ）が表示ユニット４に出力される。そして、表示ユニット４によって、その出力された補正画像データが、表示体（不図示）の表現可能な階調全体を利用して表示体（不図示）に表示される。
【００２５】
このように、本実施形態のテレビ受像器１にあっては、トーンカーブによる補正前に、輝度値の大きさを「１」以下、つまり、前記トーンカーブの入力側の最大値以下とし、また、トーンカーブによる補正後に、表示体の出力階調数を乗算することで、画像データの階調を表示体の出力階調に割り当てるようにした。そのため、例えば、画像データそれぞれの形式に対応した画像処理装置を備える方法に比べ、簡単な装置構成で、種々の階調形式の画像データに対し、表示体の出力階調に適合した画像を出力することができる。即ち、１６、１２、１０ビット相当、従来の８ビット等、様々な入力画像を最適な階調で表示することが可能となる。なお、「相当」と記述したのは、例えば、１６ビット画像においても、その最大値が例えば１００００であってもよいことを意味する。このように、本発明は、出力階調数が異なる表示装置において、階調数の異なる複数の入力画像を最適な階調で表示可能とし、入力画像のビット数、最大値に依存しない画像処理装置を実現した。
【００２６】
またその際、画像データのデータ種類ＪＰＥＧ、ＴＩＦＦ、ＲＡＷに対応するトーンカーブで輝度値を補正するようにした。そのため、例えば、表示対象となる画像の生成時に、その画像を表示体（不図示）に適切に表示させるための階調補正が行われている場合には、階調の比率を保持させるトーンカーブで補正させることができ、また、そのような階調補正が行われていない場合には、画像を表示体に適切に表示させるためのトーンカーブで補正させることができ、その結果、画像の階調をより適切に補正することができる。
【００２７】
以上、図１の階調補正用演算処理装置３、図２の最大値検出部６及び正規化部７が特許請求の範囲に記載の正規化手段を構成し、以下同様に、図１の階調補正用演算処理装置３、図２のトーンカーブ補正演算部８が補正手段及びデータ種類検出手段を構成する。
なお、本発明の画像処理装置は、上記実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００２８】
例えば、上記実施形態では、トーンカーブ補正前に、表示対象となる画像の最大輝度値で当該画像の各画素の輝度値を除算する例を示したが、これに限られるものではない。例えば、表示対象となる画像の階調数を検出し、その検出された階調数で表現可能な最大輝度値で当該画像の各画素の輝度値を除算するようにしてもよい。なお、階調数を検出する方法としては、表示対象となる画像の画像データの生成時に、当該画像の階調数を示すタグを付けておき、そのタグを参照することで前記階調数を検出する方法や、画像データのデータ種類から検出する方法等を挙げることができる。
【００２９】
また、表示対象となる画像の画像データのデータ種類を拡張子に基づいて検出する例を示したが、これに限られるものではない。例えば、画像データの生成時に、画像データに対応するファイルを添付し、その添付されたファイルを参照することで画像データのデータ種類を検出するようにしてもよい。また、例えば、ＴＩＦＦやＥＸＩＦファイルによるデータ種類を示すタグを参照して、前記データ種類を検出するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、トーンカーブで補正された輝度値に一定値を乗算する例を示したが、これに限られるものではない。例えば、本発明の画像処理装置をパソコンに適用して、そのパソコンによる画像の出力先が変更されるたび、つまり、ディスプレイやプロジェクタ、プリンタ等に、出力装置が変更されるたびに、その出力装置の出力階調数を検出し、その検出された出力階調数をトーンカーブで補正された輝度値に乗算するようにしてもよい。そのようにすれば、例えば、出力装置が変更されても、トーンカーブによる補正後に適切な数値を乗算することができ、階調数の異なる画像を適切に階調補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態におけるテレビ受像器の内部構成を示すブロック図である。
【図２】図１の階調補正用演算処理装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】トーンカーブ群を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１はテレビ受像器、２はメモリーカードユニット、３は表示ユニット、４は階調補正用演算処理装置、５は輝度値読出部、６は最大値検出部、７は正規化部、８はトーンカーブ補正演算部、９は出力階調数乗算部、１０は整数化部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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