(57)【要約】【課題】階調表現域の上下に余裕をもっている画像の場合、濃淡変化の微妙な部分の再現性が弱くなるため、内容の確認が難しかった。【解決手段】画像処理装置として、（ａ）入力画像について、高輝度代表値と低輝度代表値を求める代表値検出部と、（ｂ）高輝度代表値から低輝度代表値を減算し、入力画像が有する階調幅を算出する階調幅算出部と、（ｃ）許容階調幅の最大値を入力画像の階調幅で除算演算し、入力画像の階調幅を許容階調幅まで増幅するのに必要な増幅率を求める増幅率演算部と、（ｄ）入力画像を構成する各画素の輝度値を、増幅率に基づき増幅する階調増幅部とを有するものを提案する。【選択図】図８
2006033520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像について、高輝度代表値と低輝度代表値を求める代表値検出部と、
前記高輝度代表値から前記低輝度代表値を減算し、前記入力画像が有する階調幅を算出する階調幅算出部と、
許容階調幅を前記入力画像の階調幅で除算演算し、入力画像の階調幅を許容階調幅まで増幅するのに必要な増幅率を求める増幅率演算部と、
前記入力画像を構成する各画素の輝度値を、前記増幅率に基づき増幅する階調増幅部と
を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理装置は、
入力画像から高域成分を除去する低域通過フィルタを有し、
前記低域通過フィルタを通過した入力画像を前記代表値検出部に供給する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像処理装置は、
入力画像の画面全体について、各輝度値の度数分布を測定する度数分布測定部を有し、
前記代表値検出部は、各輝度値について測定された度数分布のうち代表値検出用しきい値を越える輝度値の中で最も大きい輝度値を高輝度代表値とし、最も小さい輝度値を低輝度代表値とする
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像処理装置において、
前記代表値検出用しきい値は、度数分布の測定時に使用するサンプル数に基づいて設定する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の画像処理装置は、
前記増幅率演算部は、算出された増幅率を許容される増幅率の最大値と比較し、
前記算出された増幅率が前記最大値を越えない場合、算出された増幅率を前記階調増幅部に与え、
前記算出された増幅率が前記最大値を越える場合、当該最大値を増幅率として前記階調増幅部に与える
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載の画像処理装置において、
前記階調増幅部は、前記増幅率に応じて作成された階調値変換テーブルを用い、前記入力画像の階調幅を増幅する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項７】
少なくとも１フレーム分の入力画像を保持するフレームメモリと、
入力画像について、高輝度代表値と低輝度代表値を求める代表値検出部と、
前記高輝度代表値から前記低輝度代表値を減算し、前記入力画像が有する階調幅を算出する階調幅算出部と、
許容階調幅を前記入力画像の階調幅で除算演算し、入力画像の階調幅を許容階調幅まで増幅するのに必要な増幅率を求める増幅率演算部と、
前記入力画像を構成する各画素の輝度値を、前記増幅率に基づき増幅する階調増幅部と、
階調増幅後の入力画像に出力デバイスに応じたガンマ特性を与えるガンマ変換部と
を有することを特徴とする画像出力装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像出力装置において、
前記出力デバイスが印刷デバイスである
ことを特徴とする画像出力装置。
【請求項９】
請求項７に記載の画像出力装置において、
前記出力デバイスが表示デバイスである
ことを特徴とする画像出力装置。
【請求項１０】
入力画像について、高輝度代表値と低輝度代表値を求める代表値検出処理と、
前記高輝度代表値から前記低輝度代表値を減算し、前記入力画像が有する階調幅を算出する階調幅算出処理と、
許容階調幅を前記入力画像の階調幅で除算演算し、入力画像の階調幅を許容階調幅まで増幅するのに必要な増幅率を求める増幅率演算処理と、
前記入力画像を構成する各画素の輝度値を、前記増幅率に基づき増幅する階調増幅処理と
を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
画像処理装置を制御するコンピュータに、
入力画像について、高輝度代表値と低輝度代表値を求める代表値検出処理と、
前記高輝度代表値から前記低輝度代表値を減算し、前記入力画像が有する階調幅を算出する階調幅算出処理と、
許容階調幅を前記入力画像の階調幅で除算演算し、入力画像の階調幅を許容階調幅まで増幅するのに必要な増幅率を求める増幅率演算処理と、
前記入力画像を構成する各画素の輝度値を、前記増幅率に基づき増幅する階調増幅処理と
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプログラムを格納した
ことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の一つの形態は、入力画像の階調幅を増幅する機能を搭載する画像処理装置に関する。また、発明の一つの形態は、この画像処理装置を搭載する画像出力装置に関する。
また、発明の他の形態は、同機能を実現する画像処理方法、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、医療現場では、医療情報の電子化が進んでいる。これに伴い、電子撮影装置で撮影された医療診断用画像を、撮影後すぐに観察できる環境が整いつつある。
医療診断用画像には、例えばＸ線撮影画像、ＭＲ画像その他がある。また、医療診断用画像の出力装置には、例えばモニタと印刷装置がある。印刷装置としては、ランニングコストの観点からインクジェット方式が注目されている。
インクジェット方式の利点は、現像が不要であること、印刷結果が得られるまでの時間が短いこと、費用が安いこと等が挙げられる。その一方で、紙媒体に液体インクを吐出する宿命として、最高濃度値の限界が銀塩フィルムに比べて低いことが挙げられる。結果的に、階調再現のダイナミックレンジが狭くなり、微妙な階調変化での表現力がやや劣るとの問題が指摘されている。
【特許文献１】特開２００４−０４８１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、印刷対象とする画像は様々であり、撮影時の段階からコントラスト（明暗比）の弱いものもあれば、撮影時の段階でのコントラスト（明暗比）は正常であるが極端な高輝度部や低輝度部を含まず階調表現域の上下に余裕をもっている画像もある。
このような画像は当然ながら印刷結果で再現されるコントラストも弱いものとなり、濃淡が微妙に変化する部分における判断を難しくしがちである。
なお、これら再現上の問題は、医療診断用画像に限らず起こり得る。また、印刷時に限らず画面表示時にも起こり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、以上の技術的課題に着目し、以下の技術手法を提案する。
すなわち、画像処理装置として、（ａ）入力画像について、高輝度代表値と低輝度代表値を求める代表値検出部と、（ｂ）高輝度代表値から低輝度代表値を減算し、入力画像が有する階調幅を算出する階調幅算出部と、（ｃ）許容階調幅を入力画像の階調幅で除算演算し、入力画像の階調幅を許容階調幅まで増幅するのに必要な増幅率を求める増幅率演算部と、（ｄ）入力画像を構成する各画素の輝度値を、増幅率に基づき増幅する階調増幅部とを有するものを提案する。
【０００５】
なお、前述の画像処理装置は、入力画像から高域成分を除去する低域通過フィルタを有し、低域通過フィルタを通過した入力画像を代表値検出部に入力するものが望ましい。すなわち、代表値検出部の入力には、低域通過フィルタを用いて入力画像から高域成分を除去したものを与えるのが望ましい。
低域通過フィルタの通過により、入力画像中のノイズ成分その他の突発的な変動成分が除去される。結果的に、代表値検出部は、画像本来の最高輝度値に近い値を高輝度代表値として与えることができる。また、代表値検出部は、画像本来の最低輝度値に近い値を低輝度代表値として与えることができる。
【０００６】
また、前述の画像処理装置は、入力画像の画面全体について、各輝度値の度数分布を測定する度数分布測定部を有し、その代表値検出部が、各輝度値について測定された度数分布のうち代表値検出用しきい値を越える輝度値の中で最も大きい輝度値を高輝度代表値とし、最も小さい輝度値を低輝度代表値とするものが望ましい。
しきい値以上の度数分布が現れる輝度値のうちの最大値と最小値を代表値とすることにより、入力画像中のノイズ成分その他の突発的な変動成分が除去される。結果的に、代表値検出部は、画像本来の最高輝度値に近い値を高輝度代表値として与えることができる。また、代表値検出部は、画像本来の最低輝度値に近い値を低輝度代表値として与えることができる。
なお、代表値検出用しきい値は、度数分布の測定時に使用するサンプル数に基づいて設定するのが望ましい。しきい値をサンプル数に依存させることで、相対的にしきい値を定めることができる。例えば、全サンプル数を輝度値で除算して平均値を求め、その平均値の数％をしきい値に設定するのが望ましい。
【０００７】
また、前述の画像処理装置では、増幅率演算部が、算出された増幅率を許容される増幅率の最大値と比較し、算出された増幅率が最大値を越えない場合、算出された増幅率を階調増幅部に与え、算出された増幅率が最大値を越える場合、当該最大値を増幅率として階調増幅部に与えることが望ましい。
演算される増幅率に上限を定めることで、階調増幅後の画像が意味不明になるのを回避することができる。
また、前述の画像処理装置では、階調増幅部が増幅率に応じて作成された階調値変換テーブルを用い、入力画像の階調幅を増幅するのが望ましい。予め増幅率に応じて作成された入出力関係をテーブルに記録しておくことで、増幅率の変換処理に要する負荷を低減できる。
なお、画像処理装置は、画像情報を出力する画像出力装置を含むものとする。また、画像処理装置は、画像処理方法、プログラム、記録媒体としても実現できる。
【発明の効果】
【０００８】
発明に係る技術手法の採用により、原画像のコントラストに応じた強度で、出力画像のコントラストを増幅できる。結果として、原画像の階調を損なうことなく強調でき、出力画像の観察を容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、発明に係る技術手法を採用する画像処理装置の実施形態例を説明する。
なお、本明細書で特に図示又は記載されない部分には、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。
【００１０】
（Ａ）対象画像
例えば、医療診断用画像の場合、写真画像と違い、極端な高輝度や低輝度が含まれていないことが多い。このように、再現可能な階調幅に対して余裕をもって収まっている画像を、本実施例では処理対象とする。
これらの画像は、固有の階調表現域（最低輝度値から最高輝度値までの幅。階調幅ともいう。）を伸張すれば、階調の僅かな変化も同時に増幅される。結果的に、細部における輪郭がより明確になる可能性をもっている。
【００１１】
図１は、階調増幅前の画像例である。すなわち、階調表現域が再現可能な階調幅に対して余裕がある場合の画像例である。図２は、同一画像を階調増幅した後の画像例である。階調表現域の伸張により、例えばグラスの凹凸部分、ケーキの断面部分、ナプキンの皺、草花の輪郭が明確になっていることが分かる。
しかし、階調表現域の伸張処理の自動化には、画像のもつ特徴に応じて伸張量を最適化する必要がある。すなわち、階調の増幅率の加減を制御する機能が必要となる。より具体的には、入力画像の特徴を変数として定量化することが不可欠である。
【００１２】
（Ｂ）階調増幅率の制御
まず、入力画像が階調の全帯域をどれくらい占有しているのかを定量化する。すなわち、再現可能な許容階調幅Ｔmax に対する入力画像の階調幅ｔを定量化する。
階調幅ｔの値がＴmax に近いほど再現域を有効に使っていることを意味する。すなわち、コントラストが高い画像であることを表す。逆に、階調幅ｔの値が小さいほど許容階調再現域に余裕があることを意味する。すなわち、コントラストが低い画像であることを意味する。
従って、階調幅ｔの値が許容階調幅Ｔmax より小さい画像は、白と黒の濃度を飽和させないという条件で、許容階調幅Ｔmax まで階調を増幅可能であることを意味する。
【００１３】
図３に一例を示す。なお、図３（Ａ）は、入力画面の全体を表している。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すライン１の画像データ（輝度値）の変化を表している。
なお、図３（Ｂ）は、２つの細線が描かれている。上部ラインは、画像データが取り得る許容最高輝度値（２５５）を表し、下部ラインは、許容最低輝度値（０）を表している。この例における許容階調幅Ｔmax は“２２５”である。
図３（Ｂ）に示すように、ライン１に関する画像データの階調幅ｔは、許容階調幅Ｔmax に対して余裕がある。この場合、画像データの階調幅の増幅が可能である。
図３（Ｃ）は、ライン１の階調幅ｔをｋ倍して許容階調幅Ｔmax まで広げた状態を示している。
【００１４】
かかる増幅を画面全体について自動的に実行するのが本明細書で目的とする技術である。
階調増幅に使用する増幅率ｋの値は、入力画像に含まれる高輝度代表値ｍと低輝度代表値ｎとの差ｔ（階調幅ｔ）に反比例の関係で制御するのが好適である。
本例の場合、この関係を、ｋ＝Ａ×Ｔmax ／ｔの式で与える。ただし、増幅後の階調幅が許容階調幅Ｔmax を越えてしまうと、階調増幅後に画像の階調が歪んでしまう。そこで、各変数として、ｔ／Ｔmax
≦Ａ≦１の条件式を満たすものを採用する。
ここで、Ａは、階調増幅効果の調整係数である。Ａ＝ｔ／Ｔmax のとき、増幅率ｋが１となって効果がゼロとなる。また、Ａ＝1.0 のとき、階調増幅効果が最大となる。
【００１５】
以上の条件式を満たせば、階調幅ｔの増幅による飽和（許容階調幅Ｔmax を越えること）を無くすことができる。
しかし、条件式を満たすだけでは、階調増幅によって画像が不自然になる可能性がある。例えば、全画面にグレーの雲が映し出されているような画像の場合である。
このような画像の場合、階調幅ｔは一般に狭く、増幅率ｋが非常に大きくなる。
【００１６】
従って、このような画像を前式で求められた増幅率ｋで増幅すると、わずかな階調変化が極端な階調段差となって表れてしまい、増幅後の結果が逆に不自然になるおそれがある。
そこで、本発明者は、かかる過剰増幅の防止のため、増幅率ｋに上限値Ｌgainを設定する。上限値Ｌgainは、1.0 より大きい値で様々なサンプル画像を用いて経験的に求める。この上限値Ｌgainは、観察者が事後的に変更可能であるのが望ましい。
【００１７】
（Ｃ）高輝度代表値ｍと低輝度代表値ｎの検出方法
階調増幅の基本は、入力画像の全体について画像データ（輝度値）を検索し、その最大値と最小値を検出することである。
ただし、画素単位で輝度値の代表を検出する方法は、画像データに重畳するノイズ成分その他の突発的な変動値の影響を受ける可能性がある。突発的な変動値は、階調増幅に必要な最高輝度値と最低輝度値を必ずしも満足しない懸念がある。
【００１８】
そこで、本発明者は、以下の２つの検出方法を提案する。
（ａ）低域通過フィルタを通過した入力画像を検出対象とする方法
代表値を正確に検出する方法の一つとして、入力画像に含まれる高域成分を除去した状態で最高輝度値と最小輝度値を検出する方法を説明する。
ここでは、検出方法の一例として、Ｎ行×Ｎ列の画素マトリックス内にある各画素の画素データを重み付け演算し、その処理結果の総和の平均値を画素マトリクスの中心画素のローパス出力値ｐ(low) とする。
かかる演算により求められた全画素のうちの最大値を高輝度代表値ｍに、最小値を低輝度代表値ｎに設定する。
【００１９】
図４に、この検出処理の概念図を示す。図４は、３行ｘ３列の画素マトリクスによる代表値の検出処理例を示す。
図４（Ａ）は、入力画面の拡大図である。フィルタリング演算で使用する演算対象領域３を枠線で囲んで示している。なお、演算結果は、演算対象領域３の中心画素５に対応付ける。因みに、画素マトリクス内の各画素位置に対応する画素データをｐ１〜ｐ９として表す。
【００２０】
図４（Ｂ）は、演算で使用する係数マトリクスである。係数ｆ１〜ｆ９を画素マトリクスの対応する画素データに乗算する。因みに、この実施例の場合、係数ｆ１、ｆ３、ｆ７には、１／１６を設定する。また、係数ｆ２、ｆ４、ｆ６、ｆ８には、１／８を設定する。また、マトリクスの中心に対応する係数ｆ５には、１／４を設定する。すなわち、中心部に重み付ける。
この場合、画素マトリクスの中心画素のローパス出力値ｐ５(low) は、次式で与えられる。
p5(low)＝f1*p1+f2*p2+f3*p3+f4*p4+f5*p5+f6*p6+f7*p7+f8*p8+f9*p9
【００２１】
（ｂ）度数分布に基づいて代表値を検出する方法
ここでは、度数分布に基づいて代表値を決定する方法を説明する。
すなわち、入力画像の画素データを輝度値別に分類し、輝度値別に出現回数の度数分布データを求める。度数分布データは、輝度値を最小値から最大値まで順番に並べ、各輝度値に出現回数を対応付けることで得られる。
図５に、度数分布データの一例を示す。図５は、横軸に輝度値を表し、縦軸に出現頻度を表した図である。輝度値の最小値は０（ゼロ）であり、最大値は２５５である。
判定処理は、分布データの最小値から順番に、各値に対応する出現回数としきい値Ｌthとの比較によって行う。図５において、しきい値Ｌthは、横軸に並行に延びる破線で示している。
【００２２】
代表値は、しきい値Ｌthを越える出現回数を与える輝度値のうちの最小値と最大値として与える。
すなわち、輝度値の最小値０（ゼロ）から大きい方へ順番に、出現回数としきい値Ｌthとを比較し、最初にしきい値Ｌthを越えた輝度値を低輝度代表値ｎに決定する。同様に、輝度値の最大値（２５５）から小さい方へ順番に、出現回数としきい値Ｌthとを比較し、最初にしきい値Ｌthを越えた輝度値を高輝度代表値ｍに決定する。図５の場合、しきい値Ｌthを越えた輝度値の位置を縦軸に並行に延びる破線で示している。
従って、出現回数がしきい値Ｌthを越えない範囲の輝度値は無視されたことになる。勿論、この範囲には、ノイズ成分だけでなく、画像本来の最小輝度値と最大輝度値が含まれる可能性がある。
しかし、しきい値Ｌthを適切な値に設定することで、画像の再現性に影響を与えないようにできる。
【００２３】
なお、しきい値Ｌthの与え方であるが、各画像に応じて適切な値を自動的に設定できることが望ましい。この実施例では、その一例として、度数分布データを作成する際に計数可能なサンプル数を用いた与え方を説明する。
まず、入力画像の全画素の計数により、度数分布データを構成する総サンプル数Ｎsampを求める。総サンプル数が求まると、この値を出現可能な輝度値の数（この例の場合、２５６）で除算し、出現回数の平均値を求める。ここで、平均値のｋ％をしきい値Ｌthに設定する。すなわち、しきい値Ｌth＝ｋ＊（Ｎsamp／２５６）として計算する。
なお、係数ｋは、様々なサンプル画像を用いて経験的に求める。もっとも、係数ｋは、観察者が事後的に変更可能であるのが望ましい。
【００２４】
図６及び図７に、階調増幅後の輝度分布の変化を示す。図６がオリジナル画像に対応し、図７が階調増幅後の画像に対応する。
図６（Ａ）と図７（Ａ）を対比して分かるように、被写体である虎の縞模様が強調されている。
また、オリジナル画像の輝度分布は図６（Ｂ）に示すように下限と上限に余裕があるが、階調増幅した後の画像の輝度分布は図７（Ｂ）に示すように許容範囲一杯に拡大されている。
【００２５】
（Ｄ）階調増幅処理の方法
以下、階調増幅処理の方法を示す。ここでは、一例として２種類の処理方法を示す。
（ａ）増幅率の乗算演算により実現する方法
階調増幅処理は、階調ｔを用いて算出される増幅率ｋ（＝Ａ×Ｔmax ／ｔ）を各画素データに乗算することにより実現できる。
例えば、低輝度代表値ｎが０（ゼロ）かつ高輝度代表値ｍが２３０の場合、各画素データＰに２５５／２３０を乗算する。
なお、低輝度代表値ｎが０（ゼロ）でない場合には、各画素データＰからｎを減算した値に２５５／２３０を乗算する。かかるオフセット補正の実行により、許容階調幅Ｔmax を最大限に使用することができる。
【００２６】
オフセット補正の原理を図８を用いて説明する。図８（Ａ）は、入力画面の全体を表している。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すライン７の画像データ（輝度値）の変化を表している。
図８（Ｂ）の場合、高輝度側と低輝度側の両方に余裕が存在する。すなわち、許容最高輝度レベル（２５５）と高輝度代表値ｍとの間に余裕が存在し、同時に、許容最低輝度レベル（０）と低輝度代表値ｎとの間に余裕が存在する。
【００２７】
ここで、階調幅ｔは、ｔ＝ｍ−ｎである。従って、階調幅ｔを許容階調幅Ｔmax まで増幅するには、増幅率ｋ（＝Ｔmax ／（ｍ−ｎ））を各画素データに乗算すれば良い。
ただし、オフセット補正が必要である。オフセット補正を考慮した計算式は、階調増幅後の画素データをＰ、階調増幅前の画素データをｐとすると、Ｐ＝ｋ＊（ｐ−ｎ）で与えられる。
図８（Ｃ）に、階調増幅後の階調分布を示す。図８（Ｃ）に示すように、低輝度代表値ｎに対応する画素位置９の輝度値がゼロになっていることが分かる。また、高輝度代表値ｍに対応する画素位置１１の輝度値が２５５になっていることが分かる。
【００２８】
（ｂ）ルックアップテーブルを利用する方法
階調増幅処理は、画素データを入力値とするルックアップテーブルの読み出しによっても実現できる。
ルックアップテーブルは、階調増幅前の画素データを入力値とし、階調増幅後の画素データを出力値とする階調変換テーブルである。ここで、入出力関係は線形である。すなわち、線形増幅である。従って、増幅率ｋを乗算するのと同じ処理結果が得られる。
【００２９】
図９及び図１０に、ルックアップテーブルの入出力特性例を示す。
ここで、図９は、許容最高輝度レベル（２５５）と高輝度代表値ｍの間のみに余裕をもつ場合の入出力特性例である。
一方、図１０は、許容最高輝度レベル（２５５）と高輝度代表値ｍの間だけでなく、許容最低輝度レベル（０）と低輝度代表値ｎの間にも余裕をもつ場合の例である。
いずれの場合も、出力値の階調幅は、許容最低輝度レベル（０）から許容最高輝度レベル（２５５）である。
【００３０】
（Ｅ）画像処理装置（画像出力装置）の応用例
以下、前述した階調増幅技術を採用する画像処理装置の応用例を説明する。ここでは、画像処理装置を搭載した画像出力装置について説明する。画像出力装置には、表示装置や印刷装置が含まれる。
ここでは、インクジェット方式の印刷装置について説明する。
【００３１】
（１）印刷装置の構成例１
図１１に、印刷装置の構成例を示す。この実施例では、階調増幅処理を増幅率ｋの乗算処理で実現する方式について説明する。
この印刷装置は、画像バッファメモリ２１、輝度代表値検出部２３、増幅率演算部２５、調整係数メモリ２７、上限値メモリ２９、階調増幅部３１、輝度・濃度変換部３３、ガンマ変換部３５、ハーフトーニング部３７、印刷ヘッド駆動部３９を主要な構成要素として有する。
【００３２】
画像バッファメモリ２１は、少なくとも１フレーム分の入力画像を保持可能な記憶デバイスである。記憶デバイスには、例えば半導体記憶装置、ハードディスクその他の磁気記憶装置、光学式記憶装置を使用する。
なお、入力画像は、少なくとも低輝度代表値ｎと増幅率ｋとが決定されるまでの間、画像バッファメモリ２１に保持される。
代表値検出部２３は、入力画像に関する高輝度代表値ｍと低輝度代表値ｎを検出する処理デバイスである。代表値の検出には、低域通過フィルタを用いる方法や度数分布を用いる方法を適用する。
【００３３】
増幅率演算部２５は、入力画像に乗算する増幅率ｋを決定する処理デバイスである。増幅率演算部２５は、階調幅ｔ（＝ｍ−ｎ）を算出する機能と、算出された階調幅ｔで許容階調幅Ｔmax を除算して増幅率ｋを算出する機能とに対応する。すなわち、階調幅算出部と増幅率演算部としての機能に対応する。
なお、増幅率ｋの演算に必要な調整係数Ａは、調整係数メモリ２７に保持されている。効果調整係数は、印刷装置に設けられた入力装置や通信ポートを通じて調整係数メモリ２７に格納される。
また、増幅率ｋを制限する上限値Ｌgainは、上限値メモリ２９に保持されている。上限値Ｌgainも、印刷装置に設けられた入力装置や通信ポートを通じて上限値メモリ２９に格納される。
【００３４】
階調増幅部３１は、入力画像を階調増幅する処理デバイスである。図１１に示すように、階調増幅部３１は、減算器３１Ａと乗算器３１Ｂで構成される。
ここで、減算器３１Ａは、各画素の画素データから低輝度代表値ｎを減算する演算子である。減算器３１Ａは、オフセット補正回路として機能する。また、乗算器３１Ｂは、オフセット補正後の画素データに増幅率ｋを乗算する演算子である。
乗算器３１Ｂによる乗算処理により、入力画像の階調幅ｔは許容階調幅Ｔmax まで増幅される。勿論、白成分が飽和することもない。また、線形増幅であるので階調の再現力は保持される。
【００３５】
輝度・濃度変換部３３は、輝度値を例えば２５６段階の濃度データに変換する処理デバイスである。
ガンマ変換部３５は、濃度データを予め設定したガンマ特性に従って補正する処理デバイスである。ガンマ特性は、印刷デバイスや印刷媒体に応じて適切なものが選択的に使用される。
ハーフトーニング部３７は、ガンマ補正後の濃度データを量子化処理と、その際に現れる量子化誤差を周辺画素に分散する誤差拡散処理とを実行する処理デバイスである。このハーフトーニング部３７において、濃度データはインク滴数を表す量子化データに変換される。
【００３６】
印刷ヘッド駆動部３９は、ハーフトーニング部３７から入力された量子化データに基づいて、印刷ヘッドを駆動制御する処理デバイスである。制御の内容は、印刷ヘッドの構造や駆動方式に応じて周知の技術が適用される。
以上のように、階調増幅機能を印刷装置に搭載することにより、許容階調幅に対して階調幅が狭い入力画像の入力時にも、出力画像の階調を損なうことなく自動的に入力画像を強調できる。
【００３７】
（２）印刷装置の構成例２
図１２に、印刷装置の構成例を示す。この実施例では、階調増幅処理をルックアップテーブルを用いて実現する方式について説明する。
この印刷装置は、画像バッファメモリ４１、輝度代表値検出部４３、テーブルデータ生成部４５、調整係数メモリ４７、上限値メモリ４９、階調増幅部５１、輝度・濃度変換部５３、ガンマ変換部５５、ハーフトーニング部５７、印刷ヘッド駆動部５９を主要な構成要素として有する。
【００３８】
これらのうち、本実施例に特有の構成は、テーブルデータ生成部４５と階調増幅部５１である。その他の処理デバイスは、図１１に示す印刷装置の処理デバイスと同じであるため説明を省略する。
テーブルデータ生成部４５は、入力画像毎に固有のルックアップテーブルを、入力画像の特性に応じて生成する処理デバイスである。テーブルデータ生成部４５は、階調幅ｔ（＝ｍ−ｎ）を算出する機能と、算出された階調幅ｔで許容階調幅Ｔmax を除算して増幅率ｋを算出する機能とに対応する。すなわち、階調幅算出部と増幅率演算部としての機能に対応する。
【００３９】
勿論、テーブルデータ生成部４５の場合も、増幅率ｋが必要以上に大きくなるのを制限するため、算出された増幅率ｋと上限値Ｌgainとを比較する。そして、上限値Ｌgainを越えない場合には、次式を用いて入力値Ｔinに対する出力値Ｔout を順に決定する。
Ｔout
＝Ａ＊Ｔmax ＊（Ｔin−ｎ）／ｔ
ここで、Ａは調整係数である。この演算処理は、入力画像が採り得る全ての階調値について計算される。すなわち、入力値Ｔinには、最小輝度値ｎから最大輝度値ｍまでの各階調値が個別に入力され、対応する出力値Ｔout が計算される。
【００４０】
勿論、この場合もオフセット補正を考慮して入出力関係が計算される。なお、算出された増幅率ｋが上限値Ｌgainを越える場合には、前式のうちＴmax ／ｔの部分がＬgainに置換される。すなわち、次式が用いられる。
Ｔout
＝Ａ＊Ｌgain＊（Ｔin−ｎ）
テーブルデータ生成部４５は、これらの式を用いて生成された入出力関係データを階調増幅部５１に与え、そのルックアップテーブル５１Ａに保存する。
【００４１】
一方、階調増幅部５１は、入力画像の各画素データをルックアップテーブル５１Ａに与え、階調増幅後の値の読み出しを行う。すなわち、階調増幅部５１は演算処理を実行せず、入力画像の画素データを読み出しアドレスに用いた出力値Ｔout の読み出し処理のみを実行する。
このため、階調変換部５１における階調増幅処理は前述した実施例に比して高速化される。
以上のように、本実施例に係る構成を採用する場合にも、許容階調幅に対して階調幅が狭い入力画像に対して、出力画像の階調を損なうことなく自動的に入力画像を強調することができる。
【００４２】
（Ｆ）他の実施形態
（ａ）前述の実施例においては、印刷デバイスとして、インクジェット方式の印刷ヘッドを適用する場合について説明したが、レーザー方式や熱転写方式で画像を印刷する印刷デバイスにも適用できる。
（ｂ）前述の実施例における印刷装置は、印刷専用機でも良いし、他の機能も搭載する複合機でも良い。また、印刷装置の用途は、オフィスや家庭内での使用を前提としたものに限らず、医療用途を含むものとする。例えば、患部の外観画像、Ｘ線画像、エコー画像その他の医療画像の印刷用途にも適用できる。
【００４３】
（ｃ）前述の実施例では、画像出力装置について説明したが、階調増幅機能を提供する画像処理装置としても実現できる。
画像処理装置には、例えばコンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゲーム機器、スキャナ、携帯情報端末（携帯型のコンピュータ、携帯電話機、携帯型ゲーム機、電子書籍等）、時計、画像再生装置（例えば、光ディスク装置、ホームサーバー）、テレビジョン受像器、発明に係る機能を搭載した処理ボードや処理カードが含まれる。
【００４４】
（ｄ）前述の実施例では、階調増幅機能の信号処理をハードウェア的に説明したが、階調増幅機能の信号処理がファームウェアや実行プログラムによって規定される場合には、各信号処理をソフトウェア的に実現しても良い。
なお、実行プログラムは、半導体メモリ、ハードディスク、光学式記憶媒体その他の記憶媒体に格納されることが望ましい。
【００４５】
（ｅ）前述の実施例では、低域通過フィルタを３行×３列の係数マトリクスを用いて実現したが、よりサイズの大きい係数マトリクスを用いて実現しても良い。一般に、サイズを大きくするほど、高域成分を除去することができる。
（ｆ）前述の実施例には、発明の趣旨の範囲内で様々な変形例が考えられる。また、本明細書の記載に基づいて創作される各種の変形例及び応用例も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】階調増幅前の画像例を示す図である。
【図２】階調増幅後の画像例を示す図である。
【図３】階調幅の増幅原理を示す図である。
【図４】画素マトリクスと係数マトリクスの関係を示す図である。
【図５】入力画像について測定された輝度値の分布例を示す図である。
【図６】階調増幅前の画像例とその輝度分布を示す図である。
【図７】階調増幅後の画像例とその輝度分布を示す図である。
【図８】オフセット補正の原理説明図である。
【図９】高輝度側に階調の余裕がある入力画像に適用するルックアップテーブルの入出力特性を示す図である。
【図１０】低輝度側と高輝度側の両方に階調の余裕がある入力画像に適用するルックアップテーブルの入出力特性を示す図である。
【図１１】階調増幅機能を搭載する印刷装置の実施例を示す図である。
【図１２】階調増幅機能を搭載する印刷装置の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
２１、４１    画像バッファメモリ
２３、４３    輝度代表値検出部
２５、        増幅率演算部
２７、４７    調整係数メモリ
２９、４９    上限値メモリ
３１、５１    階調増幅部
３３、５３    輝度・濃度変換部
３５、５５    ガンマ変換部
３７、５７    ハーフトーニング部
３９、５９    印刷ヘッド駆動部
４５          テーブルデータ生成部
５１Ａ        ルックアップテーブル
【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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