(57)【要約】【課題】　ハロー現象を回避，あるいは少なくとも減少させることができるデジタル画像データのコントラストを修正する画像処理方法を提供する。【解決手段】　本発明は，デジタル画像データのコントラストを自動的に修正する画像処理方法であって；上記デジタル画像データのデジタル画像信号に基づいて，少なくとも１つの低周波信号成分と少なくとも１つの高周波信号成分が形成され，上記低周波信号成分は特性曲線によって修正され，修正された低周波信号成分に再び高周波信号成分が加算される。このとき煩わしいアーチファクト，いわゆるハローの発生を防止するために，修正される低周波信号成分の形成は，高周波画像成分に従って行われる。【選択図】　　図１
2004118841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　デジタル画像データのコントラストを自動的に修正するデジタル画像データの画像処理方法であって；
　前記デジタル画像データの画像信号から少なくとも１つの低周波信号成分と少なくとも１つの高周波信号成分が形成され，
　前記低周波信号成分は特性曲線によって修正され，
　前記修正された低周波信号成分に，前記形成された高周波信号成分が加算されることを含み；
　前記修正される前の低周波信号成分は，デジタル画像データから得られた高周波画像成分に応じて形成されることを特徴とする，デジタル画像データの画像処理方法。
【請求項２】
　前記低周波信号成分を形成するフィルタの周波数は，前記高周波画像成分に従って変化されることを特徴とする，請求項１に記載のデジタル画像データの画像処理方法。
【請求項３】
　前記低周波信号成分を形成するフィルタの周波数は，前記高周波画像成分の局所的な周波数スペクトルに従って変化されることを特徴とする，請求項２に記載のデジタル画像データの画像処理方法。
【請求項４】
　前記高周波画像成分の領域内で，低周波信号成分に高周波信号成分が加算されることを特徴とする，請求項１に記載のデジタル画像データの画像処理方法。
【請求項５】
　前記高周波画像成分は，エッジ検出方法によって求められることを特徴とする，請求項１〜４のいずれか１項に記載のデジタル画像データの画像処理方法。
【請求項６】
　前記高周波画像成分は，デジタル画像データのフーリエ変換から求められることを特徴とする，請求項１〜４のいずれか１項に記載のデジタル画像データの画像処理方法。
【請求項７】
　前記高周波画像成分は，圧縮されたデジタル画像データから求められることを特徴とする，請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタル画像データの画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は，デジタル画像データのコントラストを自動的に修正するデジタル画像データの画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　デジタル画像データは，極めて大きい輝度差を有することが多く，上記デジタル画像データを印画紙上に再現することは極めて難しい。上記印画紙等の材料は，非常にわずかなコントラストの範囲しか持たないからである。従って，この種の画像をコピーした場合は，明るい領域においては露出過度となり，暗い領域においては露出不足となる。そのような場合，上記コピーの該当する露出不足ないし露出過度の領域内における細部に関しては，極めて認識しにくいか，あるいは全く認識できない。その古典的な例は，極端に明るい背景を有する陰になった門アーチの写真撮影である。デジタル画像データからこのようなコピーを行う場合の印刷された画像に対する強いコントラスト写真の品質を改良するために，コントラストを修正する方法が開発された。
【０００３】
　特に，デジタル画像のグローバルコントラスト（グラデーション）が修正される方法がＤＥ３６２９４０９Ａ１に記載されている。上記コントラストの修正方法は，デジタル画像データを周波数に関してフィルタリングすることに基づいている。その周波数フィルタリングによって画像データはローパス成分とハイパス成分に分割される。グローバルコントラストを最適にするために，ローパス信号は，非線形のグラデーションラインに従って修正される。このように修正されたローパス信号は，その後再びハイパス信号に加算される。このとき，例えば画像内に含まれる細部の情報を鮮明にするため，ハイパス信号も同様に修正される場合があるが，コントラストの修正に関しては，通常ローパス成分において実現される。ハイパス成分はグローバルな画像量に影響を与えることを許さないからである。
【０００４】
　しかし，コントラストを修正するため，上記のような画像処理方法を使用すると，所定のモチーフにおいては望ましくない結果を引き起こすことが明らかにされている。例えば，平均的な濃度の背景の前にある暗いモチーフは，画像のコントラストが修正されると，この暗いモチーフを中心に極めて明るい縁が発生するように再現され，その縁はモチーフからずっと離れて初めて背景の濃度に適合される。上記の現象は，その見かけに基づいて「ホワイトハロー（ｗｈｉｔｅ　ｈａｌｏ）」とも称される。また，これとは逆の濃度配置において，平均的な濃度の背景の前に所定の明るいモチーフを再現しようとする場合には，「ホワイトハロー」同様のいわゆる「ブラックハロー」がもたらされる可能性がある。
【０００５】
　この問題は，印画紙上に写真フィルムを複写する場合のコントラスト修正方法においてすでに知られている。この従来の方法では，コントラストは，局所的なコピー光の作用によって修正される。即ち，デジタル的に生成されたマスクを伴うネガをＬＥＤが照射することによって実現される。その場合に上記マスクは，コピーすべきモチーフの著しく不鮮明な反転画像を複写する。
【０００６】
　上記方法において，ハロー現象（ホワイトハローまたはブラックハロー）は，このハロー現象をもたらす極めて強い明／暗移行がマスク内でわずかにシフトされることによって解決される。上記シフトは，印画紙が極めて強く露光される領域，あるいは，極めてわずかしか露光されない領域において行われる。これらの領域において印画紙の感度は，濃度推移に対して極めてわずかだからである。このことによって，強いコントラスト移行は，濃度のほとんど見えない領域へのシフトをもたらす。この種の方法は，例えばＤＥ１９７０３０６３Ｃ２に記載されている。しかし，望ましくないハロー現象を防止するためのこの処置は，ＤＥ３６２９４０９Ａ１に記載されているような，デジタル画像データのための画像処理方法では利用できない。著しい明／暗移行において修正することのできた不鮮明なマスクは，この方法においては明確に計算されないからである。
【発明の開示】
【０００７】
　従って本発明の課題は，デジタル画像データのコントラストを修正する画像処理方法によって，上述した「ハロー」現象を回避，あるいは少なくとも減少させることができるようにすることである。
【０００８】
　この課題は，本発明によれば，請求項１の特徴を有するデジタル画像データのコントラストを修正する画像処理方法によって解決される。
【０００９】
　本発明によれば，コントラストを修正するため，デジタル画像の画像処理方法の内部で行われるローパス形成は，デジタル画像データの高周波成分に従って行われる。大振幅，高周波数の信号が発生する画像領域内では，画像情報におけるコントラストの強い変わり目が存在する。従来のコントラスト修正方法においては，上記コントラストの変わり目が大きいこの領域内にハロー現象が発生する。この煩わしい現象は，デジタル画像データのコントラスト修正においても同様に発生することが明らかにされている。これが，コントラストの変わり目の領域における過剰補償によってもたらされることも明らかになった。
【００１０】
　本発明によると，この過剰補償は，問題となる箇所の領域において，画像信号の修正される低周波信号成分（以下，ローパス成分またはローパス信号とも言う。）に画像信号の高周波信号成分（以下，ハイパス成分またはハイパス信号とも言う。）が加算されることによって防止，または少なくとも減少される。コントラスト修正を行うために，上記のように修正されたローパス信号が減少され，再びハイパス信号と一体化された場合に，過剰補償を著しく削減し，特に理想的な場合には防止することができる。この結果は，コントラストの変わり目の領域内において，ハイパス成分をローパス成分に付加し，不鮮明なマスクの代わりに鮮明なマスクが形成されることによって得られる。即ち，コントラストの変わり目または分割線の各側において，分割線の他の側を支配する濃度のネガティブな影響を受けずに，コントラストを局所的に変化させることができる。本発明によれば，所定のローパス形成に相当する平均化は，分割線の領域内ではわずかな画像データ点にわたってだけ行われる。従って分割線は，理想的な場合には（全ハイパス成分を取り入れて）正確に再現される。
【００１１】
　本発明によれば，ローパス信号の形成は，コントラストの変わり目が大きい領域における，ローパス信号を形成するために使用されるフィルタ周波数が，濃度の均質な画像領域における場合と異なるように選択されて成されることが望ましい。従って，コントラストを修正する場合，局所的なコントラスト範囲に従って，局所的に変化されたフィルタ周波数がローパス信号成分を形成するために使用される。すでに知られているコントラストを修正する画像処理方法と同様に，このローパス信号は，高周波信号成分を形成するために使用され，そのローパス信号は削減された後に高周波信号成分と一緒にされる。
【００１２】
　本発明の他の好ましい実施形態では，低周波信号成分の形成は従来のように一定のフィルタ周波数で行われる。しかし，コントラストの変わり目を有する領域内においては，ローパス信号に，このローパス信号より高周波の成分が加算され，このように修正されたローパス信号のコントラストの削減が行われる。この措置は，特に，画像処理方法の枠内において画像信号が高周波成分と低周波成分に分割されるだけでなく，さらに中周波の信号成分が分割される場合に効果的である。このような場合，好ましくは，中周波の信号成分は，画像データ内にコントラストの変わり目が存在するときに低周波の信号に加算される。
【００１３】
　特に好ましい実施形態においては，高周波画像成分，即ち，修正過程の中でローパス信号が形成されるコントラストの変わり目は，いわゆるエッジ検出方法を用いて求められる。一般に，画像内容内のエッジの検出は，デジタル画像データの画像処理方法における画像鮮鋭化の範囲で行われている。より鮮明で，より精密な画像印象を生じさせるために，デジタル画像処理の枠内で上記エッジは急峻にされる。従って，高周波画像成分を求めるための付加的な計算の手間は，画像鮮鋭化によってすでに求められているエッジの情報が利用されればわずかになる。この場合，単に，重要な周波数領域のエッジを選択するだけですむ。
【００１４】
　しかし，特に画像鮮鋭化を行おうとしていない場合，あるいは画像処理ステップ「鮮鋭化」が画像処理ステップ「コントラスト修正」の後に初めて行われる場合には，このエッジ情報は存在しない。この場合，高周波画像成分は，画像データのフーリエ変換から求めることができる。
【００１５】
　また，デジタル画像データのフーリエ変換は，比較的面倒な計算ステップを必要とするので，本発明の特に好ましい実施形態は，高周波画像成分を圧縮された形式の画像データから求めることにある。そのため，上記圧縮された画像データは，画像データの周波数スペクトルが存在するまで解凍され，場所空間への逆変換が行われる前に解凍が停止される。コード化後に得られる周波数スペクトル内の画像データは，ブロックに分割されて，そのブロックが所定の画像位置に対応づけられる。多数の高い周波数で表されるブロック内では，該当する画像領域内に多数のコントラストの変わり目が観察される。
【００１６】
　本発明によれば，上記ブロックの画像データは，周波数の高い領域内において，ゼロだけを有するブロックとは異なる周波数フィルタでフィルタリングされる。従って，ローパス信号を形成するためのフィルタ周波数は，圧縮された画像データのブロック内部の高い周波数の占有に従って選択される。ここでは圧縮された画像データの利用は特に効果的である。これは，フーリエ変換のような面倒な計算ステップを行わずに，周波数スペクトルを評価することができるからである。
【００１７】
　本発明の他の詳細と利点は，図面を用いて詳細が明確になる実施例の説明に関連して本願の従属請求項から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
　図１は，本発明が実現されている，デジタル画像データを自動コントラスト修正する画像処理方法のシーケンスの概観を示している。処理すべき圧縮された詳細な画像データは，図中のステップ１ではバイナリ形式で存在する。画像処理ステップ２においては，上記画像データがデコードされる。このデコード処理の枠内において，入力されたビットストリーム，一次元のベクトルは，様々な値を有する二次元のマトリクスに逆変換される。正確には，デコード後の３つのマトリクスとしては，輝度のためのＹ−成分，色のためのＣｂ−成分および他の色のためのＣｒ−成分が存在する。この種のデコード方法は知られており，市販のソフトウェアとして手に入れることができる。現在普及しているＪＰＥＧ方法で圧縮された画像データの場合では，マトリクスの各々は８×８値を有するブロックに分割されている。
【００１９】
　本実施例においての例としてＪＰＥＧ方法を使用しているが，本発明は，圧縮された画像データが周波数スペクトルで存在し，画像データセット内の場所に対する対応づけが可能な他の圧縮方法においても使用される。即ち，本発明は，ＪＰＥＧ２０００で圧縮された画像データにも使用することができる。前提としては，ＪＰＥＧにより圧縮された画像データの場合がそうであるように，マトリクス内部のブロックの位置が，初期画像における付属の画像データを定めることのできる位置に相当することである。
【００２０】
　この圧縮方法においては，各ブロックは，ＤＣ−成分を有しており，そのＤＣ−成分はブロック平均値を有し，かつブロック内で左上に位置している。この成分は，８×８ブロックの領域内の画像濃度について定めている。マトリクスの他の値であるＡＣ−成分は周波数値であって，ここでは，より低い周波数のＡＣ−成分はＤＣ−成分の近傍に位置し，より高い周波数のＡＣ−成分はブロック端縁に位置する。従って，周波数はＤＣ−成分に対して離れた位置ほど高くなる。
【００２１】
　例えば，ブロックの右下の象限にゼロしかない場合，それは，このブロックに相当する画像領域内に，それぞれ分析されたマトリクスに従って，大きい色差または輝度差が発生していないことを意味している。それに対してＡＣ−成分の高い値が，ＤＣ−成分とは逆の端縁に集まっている場合には，該当する位置における画像内容はコントラストの変わり目を含んでいることを意味する。マトリクス内のＡＣ−成分，Ｙ−成分の高い値は著しい輝度差があることを示す。従って，本発明において問題となる画像箇所を示唆しており，その画像箇所においてはコントラスト修正の際にハロー現象の危険が極めて大きい。色成分を再現するマトリクス内の高いＡＣ−成分は，色コントラストの修正を行おうとする場合に重要である。これに対して画像輝度におけるコントラスト修正のみが問題である場合は，Ｙ成分のマトリクスに注目するだけで十分である。このようにしてブロック内のＡＣ−成分が有する値から，輝度内の不均衡，即ち高周波画像成分が求められる。これはステップ３で実施される。
【００２２】
　従って，どのブロック内で画像情報がほぼ濃度均質であるか，そしてどのブロック内に画像内容における輝度の不均質が示されるかが分かることになる。この情報は，ステップ４においてローパスフィルタリングのためのフィルタ周波数を形成するために利用される。このフィルタ周波数は，極めて均質な画像データを表すブロックの領域内では，極めて低い周波数が選択されるので，ローパス信号内には極めて低い周波数が含まれることになる。これに対して端縁領域内に極めて高いＡＣ−成分を有するブロックによって表される画像データにおいては，フィルタ周波数は極めて高い周波数が選択されるので，形成すべきローパス信号は高い周波数を比較的大きい割合で含むことになる。従ってステップ５で画像データが圧縮された後にステップ６で形成されるローパス信号は，均質な画像領域内では画像を極めて不鮮明に再現し，それに対してコントラストの変わり目を有する画像領域においては，画像内容が比較的鮮明な複写を生じる。また，ローパス信号を画像信号全体から差し引きすることによって，ステップ７ではハイパス信号が導き出される。
【００２３】
　ステップ８においては，ステップ６で形成されたローパス信号に非線形の特性曲線が供給され，本来のコントラスト修正が行われる。この修正によって画像信号のローパス成分全体が削減され，コントラスト範囲が著しく減少される。最後の画像処理ステップ９において，この削減されたローパス信号に再びハイパス信号が加算される。加算によって，コントラストが削減された全体信号が得られ，その全体信号内にはハイパス信号によって表される画像内容の詳細情報がそのまま含まれている。特にこの全体信号の画像データは，障害となるハロー現象を示さない。コントラストの変わり目の領域内におけるローパス成分は非常に高い周波数を有しており，それによりここではローパス成分が元の全体信号の推移を非常によく表している。このことにより，上記ハロー現象は回避される。この関係は，他の実施例を説明した後に，図３と４で詳細に説明する。
【００２４】
　図２に示される他の実施例においては，本発明に基づくローパス形成に使用することのできる他の好ましい方法が説明されている。本方法においては，圧縮されていないデジタル画像データを元にしており，ステップ１１でそれを受け入れる。ステップ１２において，上記画像データは，前もって選択されたフィルタ周波数によりハイパス信号とローパス信号に分割される。画像処理ステップ１３において，ハイパス信号内でコントラストの変わり目，いわゆるエッジが検出される。ここでのコントラスト検出方法は，画像処理の，特に画像鮮鋭化の分野で十分に知られている。画像鮮鋭化に使用されるこのエッジ検出方法の結果は，好ましくは他にも利用される。普及している画像処理として，エッジ検出方法は，ステップ１４において，ハイパス信号の鮮鋭化を行うためにも利用される。それぞれ画像処理を実現するソフトウェアとハードウェアの構成に従って，上述した順序でステップを実施することが効果的であるが，これらのステップとそれより以下のステップとを他の順序で，あるいは互いに並列に行うことも効果的である。
【００２５】
　上記に続く順序では，画像処理ステップ１５において，ローパス信号を他の低い信号と中心信号に分割している。それによってコントラストを修正するための低い信号が得られ，その低い信号は画像の最も低い周波数のみを有しており，かつコントラスト範囲の極端な修正を許す。中心信号にも同様に影響を与えることはできるが，中心信号はその元の形式のままにしておくこともできる。このように多数の高い信号，中心信号および低い信号に分割することは，画像データのコントラスト調節および鮮鋭度調節において差別化された処置が望まれるような，幾つかの画像処理方法においても使用される。
【００２６】
　本発明によれば，画像処理ステップ１６において，エッジとして認識された画像領域内で中心信号の成分がローパス信号に加算される。従って，コントラスト修正のために，エッジに依存する，即ち画像内容に依存するローパス信号が得られる。このときのローパス信号はコントラストの変わり目の領域内では，より高い周波数も有している。ステップ１７において，ステップ１６で修正されたこのローパス信号は，非線形の特性曲線で乗算されることによりコントラスト範囲が減少される。従って，コントラストが削減されたローパス信号成分が得られ，本発明によれば，上記コントラストの変わり目の領域内に含まれた高周波成分に基づいてエッジの推移を比較的鮮明に再現する。
【００２７】
　修正されたローパス信号を形成するために使用された中心信号の成分は，画像処理ステップ１８において，低い信号および中心信号を，修正されたハイパス信号と一緒にする前に再び考慮されなければならない。上記ローパス信号を形成するために使用された中心信号の成分が二重に入り込むことを防止するため，この成分は中心信号から引き算される。そして，画像処理ステップ１９において，鮮明にされたハイパス信号と，修正され，コントラストが削減されたローパス信号と，適合された中心信号とが加算されることによって改良された全体信号が得られる。
【００２８】
　上記の方法では，元の信号を任意の数の周波数成分に分割することによって，任意に拡張することができる。これらの周波数成分は，それぞれ達成すべき画像結果に応じて鮮鋭化され，あるいはその範囲が減少され，その周波数成分に供給される特性曲線の選択だけに依存する。このとき，本発明によれば，好ましくは周波数成分を形成する場合に，それぞれ一定のフィルタ値は使用されず，それぞれの帯域のためのフィルタ周波数は，高周波画像成分ないしコントラストの変わり目またはエッジに従って形成される。図２に示す実施例において提案された方法では，コントラストの変わり目の領域内において極めて大きい範囲，特に多数の周波数帯域の信号成分をまとめることによって拡張することができる。
【００２９】
　図３と図４を参照し，ハロー現象の問題を解決するため，コントラスト修正の枠内において，本発明に基づく高周波画像成分に関係づけられたローパス形成がどのような作用を有しているか，を概略的に説明する。ここでは，ハロー現象の発生を理解するため，画像内容の輝度プロファイル内におけるコントラストの変わり目の推移が概略的に示される。この種の不連続な濃度推移３１は図３に見られる。自動的なコントラスト修正方法の範囲内で，例えば周波数フィルタリングによってローパス信号３２が形成される。このローパス信号３２は，オリジナル濃度信号３１から引き算されるので，結果としてハイパス成分３３が残る。画像データのコントラスト補償を行うため，従来の方法においては，ローパス成分が非線形の特性曲線により乗算されてローパス成分３２が減少される。本発明を説明するための簡略化された概略図において，ローパス信号は例えば一定の特性曲線２／３で乗算され，減少されたローパス信号３４が形成される。
【００３０】
　コントラスト範囲が減少された上記ローパス信号３４にハイパス信号３３が加算され，このように生成された画像信号においては，詳細な情報はそのまま含まれているが，例えば顔の濃い影におけるネガティブに感じさせる大面積コントラストは減少されている。即ち，コントラスト削減された関数３５が得られる。このコントラスト削減された濃度推移３５においては，もはや出力信号３１のような一定の濃度推移は示されず，エッジの周辺ではそれぞれ一定の濃度値を上回りまたは下回る。この，いわゆる過剰補償は，画像においてはエッジに沿った煩わしいハローとして認められる。従って，それが現れた画像は，それが均質な画像領域に対して迫って見えるので特に煩わしく感じられる。
【００３１】
　コントラスト修正の際に，エッジに依存するローパス信号を使用することによって，この現象を回避することができる。本発明によれは，エッジ，即ち著しい高周波画像成分の領域内で，ローパス信号には，フィルタ周波数が高くセットされることにより，あるいはローパス信号にハイパス信号の成分が加算されることによって，著しい高周波の成分が供給される。エッジから離れた画像成分においては純粋な低周波のローパス信号が形成される。このときフィルタ周波数は，場合によっては，従来の方法におけるフィルタ周波数よりも低く選択することもできる。
【００３２】
　本発明に基づく上記措置においては，図４に示すオリジナルの画像信号４１から，ローパス信号４２が得られる。そのローパス信号は，図３に示すローパス信号３２よりもより明確にコントラストの変わり目のエッジを再現している。このローパス信号４２を元のデータ４１から引き算すると，ハイパス信号４３が得られ，そのハイパス信号の下降は直接の周囲領域に制限されている。本発明に基づく上記措置において得られる削減されたローパス信号は，図４に符号４４で示されている。この削減されたローパス信号４４が，次にハイパス信号４３に加算され，コントラストを減少された画像信号４５が得られる。コントラストの変わり目の領域内における上記のようなより高周波のローパス信号成分によって，エッジは均質な画像領域内へは深く引き込まれないので，画像信号４５に見られるように，まだ存在している過剰補償は図３に示す従来の方法よりもずっと狭い。
【００３３】
　ローパス信号にさらに高周波の成分を加算すると，過剰補償の程度をさらに制限することができる。従って画像の印象としては，エッジの周囲に濃度を下回り，あるいは上回る，極めて狭い領域のみが生じる。しかし，目は，より大きなコントラストの変わり目へ固定されるので，上記のような小さい（狭い）下回りないし上回りは，それらが均質な濃度領域内へ深く入り込まない限り知覚されない。従って図３に概略的に示した煩わしいハロー現象は，図４に概略的に示した本発明に基づくコントラスト修正のための，エッジに依存したローパス形成を行う方法によって，著しく制限することができる。これによって，コントラスト範囲が著しく制限された場合でも，コントラストの変わり目における煩わしい結果物は見えなくなる。
【００３４】
　上述した方法は，もちろん，デジタル画像の輝度成分に使用するのと同様に，色成分にも使用することができる。これは，出力装置においてあまりにも少ない色段階しか提供されない場合に必要となる，色コントラストの修正においても，本発明に基づく方法を効果的に使用することができる。
【００３５】
　以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】圧縮されたデジタル画像データを本発明に基づいてコントラスト修正する方法のフローチャートである。
【図２】画像を鮮明にする方法と組み合わせた，本発明に基づくコントラスト修正方法のフローチャートである。
【図３】本発明に従って解決されたハロー発生の問題を説明する図表である。
【図４】本発明に従って解決されたハロー発生の問題を説明する図表である。
【図１】
2004118841.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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