(57)【要約】【課題】ノイズが目立たず、画像における物体の輪郭が明瞭で、かつ、自然な明るさの画像を得ることのできる画像処理装置を提供すること。【解決手段】入力画像は高域通過フィルタ１でフィルタリングされてノイズ低減回路２に加えられ、低い画素値の高周波ノイズが低減される。ノイズ低減回路２の出力画像は、コントラスト調整回路３でコントラストが調整された後、ＤＣ成分補正回路４によって、高域通過フィルタ１で除去されたＤＣ成分が全画素に加算されて画像の明るさが補償される。ＤＣ成分補正回路４の出力画像は、画素値混合回路５で入力画像と所定の比率で混合される。【選択図】  図１
2004362465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像を構成する各画素の画素値を変換する画像処理装置であって、
前記入力画像の低周波成分を遮断し高周波成分を出力する高域通過手段と、
予め定められた写像により前記高域通過手段から出力された高周波成分からなる画像を構成する各画素の画素値のレベルを変換する画素値変換手段と、
前記画素値変換手段によって変換された各画素の画素値に対して、所定値を加算する所定値加算手段と、を備える画像処理装置。
【請求項２】
入力画像を構成する各画素の画素値を変換する画像処理装置であって、
前記入力画像の低周波成分を遮断し高周波成分を出力する高域通過手段と、
前記高域通過手段から出力された高周波成分からなる画像を構成する各画素の画素値と、予め定められた写像によりこの画素値のレベルを変換した画素値とを対応付けたテーブルを参照して画素値のレベルを変換する画素値変換手段と、
前記画素値変換手段によって変換された各画素の画素値に対して、所定値を加算する所定値加算手段と、を備える画像処理装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の画像処理装置において、
前記画素値変換手段によって変換された各画素の画素値と、前記入力画像を構成する各画素の画素値とを、それぞれ、前記入力画像の画素値に応じた所定の割合で混合する画素値混合手段を備える画像処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の画像処理装置において、
前記画素値混合手段は、前記画素値変換手段によって変換された各画素の画素値と、前記入力画像を構成する各画素の画素値とをそれぞれ混合する際、前記入力画像の画素値の絶対値が小さいほど、前記入力画像の画素値の割合を大きくする画像処理装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の画像処理装置において、
前記画像混合手段は、前記入力画像の画像値をＺ０、前記画素値変換手段によって変換された画素値をＺ１、予め設定した定数をＴｃ（Ｔｃ＜１）として、係数Ｃ１、Ｃ２を次式
Ｃ１＝１／（１＋Ｔｃ×Ｚ０）、Ｃ２＝１−Ｃ１
により決定し、前記画像混合手段から出力される画素値Ｚが、
Ｚ＝Ｃ１×Ｚ０＋Ｃ２×Ｚ１
という関係を持つように、前記画像変換手段によって変換された各画素の画素値と、前記入力画像を構成する各画素の画素値とをそれぞれ混合する画像処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項記載の画像処理装置において、
前記画素値変換手段は、前記高域通過手段から出力された高周波成分からなる画像のノイズ成分を低減するよう、この画像を構成する各画素の画素値を変換するノイズ低減手段を有する画像処理装置。
【請求項７】
請求項６記載の画像処理装置において、
前記ノイズ低減手段は、このノイズ低減手段から出力される画素値Ｚ４が、前記高域通過手段から出力された画素値をＺ３、前記高域通過手段から出力された画素値がとり得る最大値をＺｍとして、
Ｚ４＝Ｚｍ×（｜Ｚ３｜／Ｚｍ）γ、但し、１＜γ
という関係を持つように、この画像を構成する各画素の画素値を変換する画像処理装置。
【請求項８】
請求項６記載の画像処理装置において、
前記ノイズ低減手段は、このノイズ低減手段から出力される画素値Ｚ４が、前記入力画像の画素値をＺ０、前記高域通過手段から出力された画素値をＺ３として、
写像ｆにより、
Ｚ４＝ｆ（Ｚ０）×Ｚ３
という関係を持つように、前記高域通過手段から出力された画素値Ｚ３を変換する画像処理装置。
【請求項９】
請求項６記載の画像処理装置において、
前記ノイズ低減手段は、このノイズ低減手段から出力される画素値Ｚ４が、前記入力画像の画素値をＺ０、前記高域通過手段から出力された画素値をＺ３、前記高域通過手段から出力された画素値が取り得る最大値をＺｍとして、またＣｍｉｎ、Ｃｍａｘを予め定められた定数として、係数Ｃが、
Ｃ＝Ｃｍｉｎ＋（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）×Ｚ０／Ｚｍ、但し、Ｃｍｉｎ＜Ｃｍａｘ
という関係を持ち、
Ｚ４＝Ｃ×Ｚ３
という関係を持つように、前記高域通過手段から出力された画素値Ｚ３を変換する画像処理装置。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれか一項記載の画像処理装置において、
前記画素値変換手段は、前記ノイズ低減手段によって変換された各画素から構成される画像のコントラストを調整するよう、この画像を構成する各画素の画素値を変換するコントラスト調整手段を有する画像処理装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項記載の画像処理装置において、
前記所定値加算手段が加算する前記所定値は、前記入力画像を構成する全画素の画素値の平均値である画像処理装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか一項記載の画像処理装置において、
前記所定値加算手段が加算する前記所定値は、前記入力画像以前に入力された画像を構成する全画素の画素値の平均値である画像処理装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１０のいずれか一項記載の画像処理装置において、
前記所定値加算手段が加算する前記所定値は、前記入力画像以前に入力された複数の画像を構成するそれぞれの全画素の画素値の平均値である画像処理装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１０のいずれか一項記載の画像処理装置において、
前記所定値加算手段は、前回の前記所定値をＹｎ−１、前記入力画像以前に入力された画像を構成する全画素の画素値の平均値をＸｎ−１として、今回加算する前記所定値Ｙｎが、
Ｙｎ＝Ｃ×Ｙｎ−１＋（１−Ｃ）×Ｘｎ−１、但し、０＜０＜１
という関係を持つ画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力画像を構成する各画素の画素値を変換する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１２に示すように高域通過フィルタ１１を備えた画像処理装置が知られている。同図において、入力画像データは、カメラで撮像した水平方向ｎ画素、垂直方向ｍ画素からなる画像信号を所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換し、例えば白黒画像ならば、ｎ×ｍ個の画素値をそれぞれ２５６階調でグレイレベル変換したデータである。
【０００３】
高域通過フィルタ１１は２次元ディジタルフィルタの一種であり、入力画像データについて所望の空間周波数域のデータだけを通過、或いは遮断するように、有限個のフィルタ係数を有して構成される。
【０００４】
例えば、フィルタサイズを（２ｐ＋１）×（２ｑ＋１）とした場合、フィルタリング後の画素値ｇは、次式によって表される。
【０００５】
【数１】
2004362465.tif 000003
【０００６】
但し、ｆ（ｉ，ｊ）は水平方向ｉ番目、垂直方向ｊ番目に位置する画素のレベルを表す画素値であり、ｈ（ｋ，ｌ）はその画素値に対するフィルタ係数である。このｈ（ｋ，ｌ）は、所望の周波数特性をフーリエ級数展開したときの２次元的なインパルス応答を有限個（２ｐ＋１）×（２ｑ＋１）で打ち切ったものとして求めることができる。
【０００７】
高域通過フィルタ１１は、例えば図１３に示す特定の周波数以上を通過させる周波数特性（低域遮断及び高域通過）を有する。高域通過フィルタ１１は、所望の周波数特性をフーリエ級数展開して、図１４に示すようなフィルタを設計することにより得ることができる。具体的には、高域通過フィルタ１１は、式（１）の処理を全画素について行う。
【０００８】
例えば、図１５に示すような入力画像を図１２に示す高域通過フィルタ１１を通すことにより、図１６に示すような画像が出力される。これによると、図１５の画像で画面中央の車両のリア部分がストップランプの光と太陽光で見えにくくなっているのに対し、高域通過フィルタ１１を通して低周波のオフセット分を落とした図１６の画像では、輪郭が明瞭に見えるようになっている。
【０００９】
以上説明したように、入力画像に高域通過フィルタ１１をかけることにより、画像から主に低周波の外乱を除去して事物の輪郭を強調し、よりわかりやすい出力画像を得ることができる（例えば、非特許文献１、２参照）。
【００１０】
【非特許文献１】
尾知博著「シミュレーションで学ぶディジタル信号処理」、ＣＱ出版、２００１年７月、ｐ．２３−２８
【非特許文献２】
酒井幸市著「ディジタル画像処理入門」、ＣＱ出版、２００２年１０月、ｐ．１９５−２１２
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の画像処理装置では、図１５に示す入力画像に対し、図１６に示す処理後の出力画像では、著しく明るさが減少する。
【００１２】
この課題を克服しようとして、明るさに相当するオフセットを画面全体に加えると、入力画像では画素値が低いために目立たなかったノイズが目立つようになり、また、入力画像で暗い個所も一様に明るくなって物体の輪郭が不明瞭になり、入力画像に比べて不自然な明るさの画像になる可能性がある。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ノイズが目立たず、画像における物体の輪郭が明瞭で、かつ、自然な明るさの画像を得ることのできる画像処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、入力画像を構成する各画素の画素値を変換する画像処理装置であって、前記入力画像の低周波成分を遮断し高周波成分を出力する高域通過手段と、予め定められた写像により前記高域通過手段から出力された高周波成分からなる画像を構成する各画素の画素値のレベルを変換する画素値変換手段と、前記画素値変換手段によって変換された各画素の画素値に対して、所定値を加算する所定値加算手段と、を備える。
【００１５】
この構成により、高域通過手段によって高周波成分が出力されるため、画像における物体の輪郭が明瞭になる。また、画素値変換手段によって、例えば、ノイズが低減され、所定値加算手段によって、画素値がマイナスであったために反映されていなかった情報を反映でき明るい画像が得られる。結果として、ノイズが目立たず、画像における物体の輪郭が明瞭で、かつ、自然な明るさの画像を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の画像処理装置は、入力画像を構成する各画素の画素値を変換する画像処理装置であって、前記入力画像の低周波成分を遮断し高周波成分を出力する高域通過手段と、前記高域通過手段から出力された高周波成分からなる画像を構成する各画素の画素値と、予め定められた写像によりこの画素値のレベルを変換した画素値とを対応付けたテーブルを参照して画素値のレベルを変換する画素値変換手段と、前記画素値変換手段によって変換された各画素の画素値に対して、所定値を加算する所定値加算手段と、を備える。
【００１７】
この構成により、画素値変換手段がテーブルを参照して画素値を変換するため、容易に、ノイズが目立たず、画像における物体の輪郭が明瞭で、かつ、自然な明るさの画像を得ることができる。また、画素値を変換するための処理負荷や演算器を低減することができる。
【００１８】
また、本発明の画像処理装置は、前記画素値変換手段によって変換された各画素の画素値と、前記入力画像を構成する各画素の画素値とを、それぞれ、前記入力画像の画素値に応じた所定の割合で混合する画素値混合手段を備えるものである。
【００１９】
この構成により、変換された画素値と入力画像の画素値とが、画素値混合手段によって入力画像の画素値に応じた所定の割合で混合されるため、物体の輪郭が明瞭になり、かつ、入力画像と同程度の明るさの画像が得られ、自然で違和感のない明るさの出力画像を得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の画像処理装置は、前記画素値混合手段は、前記画素値変換手段によって変換された各画素の画素値と、前記入力画像を構成する各画素の画素値とをそれぞれ混合する際、前記入力画像の画素値の絶対値が小さいほど、前記入力画像の画素値の割合を大きくするものである。
【００２１】
この構成により、入力画像において画素値の絶対値が小さい場合は出力画像における画素値も小さくなるため、入力画像における明暗を忠実に再現でき、自然で違和感のない出力画像を得ることができる。
【００２２】
また、本発明の画像処理装置は、前記画像混合手段が、前記入力画像の画像値をＺ０、前記画素値変換手段によって変換された画素値をＺ１、予め設定した定数をＴｃ（Ｔｃ＜１）として、係数Ｃ１、Ｃ２を次式Ｃ１＝１／（１＋Ｔｃ×Ｚ０）、Ｃ２＝１−Ｃ１により決定し、前記画像混合手段から出力される画素値Ｚが、Ｚ＝Ｃ１×Ｚ０＋Ｃ２×Ｚ１という関係を持つように、前記画像変換手段によって変換された各画素の画素値と、前記入力画像を構成する各画素の画素値とをそれぞれ混合するものである。
【００２３】
この構成により、入力画像の画素値の絶対値が小さい場合は、入力画像の画素値を混合する比率が小さくなり、画素値変換手段によって変換された画素値を混合する比率が大きくなるため、入力画像における明暗を忠実に再現でき、自然で違和感のない出力画像を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の画像処理装置は、前記画素値変換手段が、前記高域通過手段から出力された高周波成分からなる画像のノイズ成分を低減するよう、この画像を構成する各画素の画素値を変換するノイズ低減手段を有するものである。この構成により、高域通過手段で低周波成分が遮断されることによりノイズ成分が目立つ場合であっても、このノイズ成分を低減することができる。
【００２５】
また、本発明の画像処理装置は、前記ノイズ低減手段が、このノイズ低減手段から出力される画素値Ｚ４が、前記高域通過手段から出力された画素値をＺ３、前記高域通過手段から出力された画素値がとり得る最大値をＺｍとして、Ｚ４＝Ｚｍ×（｜Ｚ３｜／Ｚｍ）γ、但し、１＜γという関係を持つように、この画像を構成する各画素の画素値を変換するものである。
【００２６】
この構成により、高域通過手段から出力された画素値が小さい場合は、ノイズ低減手段から出力される画素値も小さくなるため、低いレベルのノイズ成分を減少することができる。
【００２７】
また、本発明の画像処理装置は、前記ノイズ低減手段は、このノイズ低減手段から出力される画素値Ｚ４が、前記入力画像の画素値をＺ０、前記高域通過手段から出力された画素値をＺ３として、写像ｆにより、Ｚ４＝ｆ（Ｚ０）×Ｚ３という関係を持つように、前記高域通過手段から出力された画素値Ｚ３を変換するものである。
【００２８】
この構成により、写像ｆによって変換された入力画像の画素値と、高域通過手段から出力された画素値とを掛けることになるため、本来の入力画像で暗かった箇所に関してノイズを強調することなく自然な映像を提供できる。
【００２９】
また、本発明の画像処理装置は、前記ノイズ低減手段は、このノイズ低減手段から出力される画素値Ｚ４が、前記入力画像の画素値をＺ０、前記高域通過手段から出力された画素値をＺ３、前記高域通過手段から出力された画素値が取り得る最大値をＺｍとして、またＣｍｉｎ、Ｃｍａｘを予め定められた定数として、係数Ｃが、Ｃ＝Ｃｍｉｎ＋（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）×Ｚ０／Ｚｍ、但し、Ｃｍｉｎ＜Ｃｍａｘという関係を持ち、Ｚ４＝Ｃ×Ｚ３という関係を持つように、前記高域通過手段から出力された画素値Ｚ３を変換するものである。
【００３０】
この構成により、入力画像の画素値に基づいて算出された係数と、高域通過手段から出力された画素値とを掛けることになるため、入力画像の画素値が大きくなるに従って、高域通過手段から出力された画素値の増幅度合いが非線形に大きくなる。結果として、入力画像の画素値が大きい部分では高域通過手段からの出力が強調され、入力画像の画素値が小さい部分ではノイズの影響を抑制できる。
【００３１】
また、本発明の画像処理装置は、前記画素値変換手段が、前記ノイズ低減手段によって変換された各画素から構成される画像のコントラストを調整するよう、この画像を構成する各画素の画素値を変換するコントラスト調整手段を有するものである。この構成により、画像のコントラストを調整することができる。
【００３２】
また、本発明の画像処理装置は、前記所定値加算手段が加算する前記所定値は、前記入力画像を構成する全画素の画素値の平均値であるものである。この構成により、画素値がマイナスであったために反映されていなかった情報を反映でき、また、画像全体の明るさを増すことができる。
【００３３】
また、本発明の画像処理装置は、前記所定値加算手段が加算する前記所定値が、前記入力画像以前に入力された画像を構成する全画素の画素値の平均値であるものである。この構成により、１画素ずつ処理しながら順次出力する場合、すなわち、予め全画素の画素値の平均値を求めることができない場合であっても、画素値がマイナスであったために反映されていなかった情報を反映でき、また、画像全体の明るさを増すことができる。
【００３４】
また、本発明の画像処理装置は、前記所定値加算手段が加算する前記所定値が、前記入力画像以前に入力された複数の画像を構成するそれぞれの全画素の画素値の平均値であるものである。この構成により、複数の画像のそれぞれの平均値がばらつく場合であっても、所定値加算手段から出力された画像のちらつきを緩和できる。
【００３５】
さらに、本発明の画像処理装置は、前記所定値加算手段が、前回の前記所定値をＹｎ−１、前記入力画像以前に入力された画像を構成する全画素の画素値の平均値をＸｎ−１として、今回加算する前記所定値Ｙｎが、Ｙｎ＝Ｃ×Ｙｎ−１＋（１−Ｃ）×Ｘｎ−１という関係を持つものである。この構成により、複数の画像のそれぞれの平均値がばらつく場合であっても、所定値加算手段から出力された画像のちらつきを緩和できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像処理装置の実施形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は、本発明の実施形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。画像処理装置は、特許請求の範囲の高域通過手段の一例に該当する高域通過フィルタ１、ノイズ低減手段の一例に該当するノイズ低減回路２、コントラスト調整手段の一例に該当するコントラスト調整回路３、所定値加算手段の一例に該当するＤＣ成分補正回路４、画素値混合手段の一例に該当する画素値混合回路５を有して構成される。なお、ノイズ低減回路２、コントラスト調整回路３およびＤＣ成分補正回路４は、画素値変換手段の一例に該当する。
【００３８】
高域通過フィルタ１は、２次元ディジタルフィルタの一種であり、入力画像データについて所望の空間周波数域のデータだけを通過、或いは遮断するように、有限個のフィルタ係数を有して構成される。高域通過フィルタ１は、例えばフィルタサイズが（２ｐ＋１）×（２ｑ＋１）で構成されて有限個のフィルタ係数を備えており、式（２）で定義される処理を行う。
【００３９】
【数２】
2004362465.tif 000004
【００４０】
ここで、ｆ（ｉ，ｊ）は水平方向ｉ番目、垂直方向ｊ番目に位置する画素のレベルを表す画素値であり、ｈ（ｋ，ｌ）はその画素値に適用するフィルタ係数である。
【００４１】
入力画像は、カメラで撮像した画像を水平方向にｎ個、垂直方向にｍ個の画素に分解し、各画素を所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換したデータであり、任意の画素における画素値をＺ０として表す。
【００４２】
高域通過フィルタ１は、式（２）によって表される処理をｎ×ｍ個の全画素について行い、空間周波数が低い信号成分の通過を遮断する。これにより、画像の輪郭が強調される。
【００４３】
ノイズ低減回路２は、高域通過フィルタ１の出力の０レベル付近に現れる高い周波数成分の正負ノイズを低減するためのものである。このノイズ成分は、カメラで撮像した元の画像にも含まれているが、高域通過フィルタ１によって低周波成分の通過を遮断したために目立ってきてしまうノイズである。なお、高域通過フィルタ１の出力に現れる高い周波数成分には、映像のシャープネスに関連するエッジ成分も含まれるが、これは振幅（レベル）が十分大きい成分である。これに対して正負ノイズは、０付近という低いレベルの成分である。
【００４４】
ノイズ低減回路２は、高域通過フィルタ１から出力される画素値Ｚ１を次の式（３）によって非線形にレベル変換し画素値Ｚ２の出力画像を得る演算器を有して構成される。
【００４５】
Ｚ２＝Ｚｍ×（｜Ｚ１｜／Ｚｍ）γ‥‥‥（３）
【００４６】
ここで、Ｚｍは入力画素値Ｚ１のとり得る最大値であり、例えば入力画素値Ｚ１が８ビットで表される場合、Ｚｍは２５５となる。また、べき数γは、γ＞１とする。
【００４７】
図２は、ノイズ低減回路２の入出力特性の例を示すもので、図中の実線で示すように、入力画素値のレベルが小さい領域で出力画素値のレベルを下げることにより、０付近という低いレベルの正負ノイズを減少することができる。
【００４８】
なお、ノイズ低減回路２は、演算器に替えてルックアップテーブルを用いて構成することもできる。即ち、入力画素値と、当該入力画素値に対して式（３）の計算を行った結果である出力画素値とを対応付けたテーブルを予め用意しておく。そして、高域通過フィルタ１から出力される画素値に基づいて当該テーブルを参照し、当該画素値に対応する出力画素値を読み出す。
【００４９】
ルックアップテーブルを用いることにより、式（３）に基づく演算を入力画素値に対応して繰り返し行わなくても済むので、処理速度の向上を図ることができると共に、演算器を削減することが可能となる。
【００５０】
ノイズ低減回路２の代わりに、出入力特性の異なるノイズ低減回路２２を使用することも可能である。ノイズ低減回路２２は、入力画像の画素値Ｚ０から式（４）によって非線形なレベル変換を施すための係数Ｃを出力する。式（４）において、Ｃｍｉｎ、Ｃｍａｘはあらかじめ定められた定数であり（Ｃｍｉｎ＜Ｃｍａｘ）、入力画像の画素値が取り得る最大値Ｚｍは２５５である。入力画像の画素値Ｚ０が０から２５５の値を取りうるので、係数Ｃは入力画像の画素値Ｚ０に応じて、ＣｍｉｎからＣｍａｘまで単調増加することになる。
【００５１】
Ｃ＝Ｃｍｉｎ＋（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）×Ｚ０／Ｚｍ‥‥‥（４）
【００５２】
次に、ノイズ低減回路２２は、式（５）に従ってその係数Ｃを高域通過フィルタ１から出力される画素値Ｚ３に乗じることで、画素値Ｚ４を出力する。
【００５３】
Ｚ４＝Ｃ×Ｚ３‥‥‥（５）
【００５４】
つまり、入力画像の画素値Ｚ０が大きくなるに従って、高域通過フィルタ１から出力される画素値Ｚ３の増幅度合いが非線形に大きくなる。例えば、Ｃｍｉｎ＝０．１，Ｃｍａｘ＝２．０とすれば、係数Ｃは、入力画像の画素値Ｚ０が０のときに０．１、Ｚ０が２５５のときに２．０となり、その増加度合いは一定ではない。
【００５５】
この処理により、ノイズ低減回路２２は、入力画像の画素値Ｚ０に応じて、その画素値が小さい部分での微小変動、つまり入力画像で暗い箇所のノイズの影響を抑制し、反面、入力画像で明るい個所では、高域通過フィルタ１通過後の出力を強調することができる。このように、入力画像の画素値Ｚ０の情報を用いることでノイズ低減回路２２を実現しても良い。
【００５６】
コントラスト調整回路３は、画像全体のコントラストを調整するためのものであり、ノイズ低減回路２から出力される画素値Ｚ２を、次の式（６）によって線形にレベル変換し、画素値Ｚ３の出力画像を得る演算器を有して構成される。
【００５７】
Ｚ３＝ａ×Ｚ２‥‥‥（６）
ここで、ａはコントラストの強度を示す画素値に依存しない定数である。
【００５８】
図３は、コントラスト調整回路３の入出力特性の例を示すもので、図中の実線で示すように、入力画素値に対してリニアな出力画素値を得ている。
【００５９】
なお、コントラスト調整回路３は入力画素値に対して非線形な出力画素値を得るようなコントラスト変換、例えばガンマ補正によってもよい。また、全体のコントラスト調整の度合いが予め決められた固定値であるような場合は、図４にその入出力特性を示すように、ノイズ低減回路２の機能をも併せ持つ一つのレベル変換回路として構成することも可能である。更に、ノイズ低減回路２の場合と同様に、ルックアップテーブルを用いて構成することもできる。
【００６０】
ＤＣ成分補正回路４は、高域通過フィルタ１によってＤＣ成分が除去されたために画素値のレベルが下がり、画像全体が暗くなってしまうこと、及び画素値が正負に振れ負の画素値をクリップして０にすると当該負の画素値を持つ画素の情報が画像に反映されなくなることを補償するためのものである。
【００６１】
このＤＣ成分補正回路４は、高域通過フィルタ１によって除去されたＤＣ成分を、コントラスト調整された画像の全画素の画素値Ｚ３にそれぞれ加える演算器を有して構成される。これにより、画像の全ての画素について画素値レベルが上がるので、画像は全体的に明るくなる。
【００６２】
なお、画素値Ｚ３に加えるＤＣ成分は、例えば、入力画像１枚を構成する全画素の画素値の平均値を算出することによって得られる。
【００６３】
本発明をハードウェアとして実施する方法として、画像全体をメモリに記録して処理する方法の他に、画像全体を記録するメモリを持たず、画像の端から１画素ずつ処理しながら順次出力する方法も考えられる。メモリを持たず１画素ずつ順次出力する場合、予め全画素の画素値の平均値を求めることができないため、画素値Ｚ３に加えるＤＣ成分として、現在の入力画像以前の入力画像、すなわち、過去の１フレームを構成する全画素の画素値の平均値を使用する。各フレームの平均値の変化の割合に対して、フレーム間隔が十分短ければ、過去のフレームの平均値を現在の入力画像の平均値として使用しても何ら問題ない。
【００６４】
しかし、各フレームの平均値が著しく変動する場合、ＤＣ成分補正回路４から出力された画像がちらついてしまう。この問題を解決するために、過去の複数フレームについて、１フレーム毎に全画素値の平均値を求め、更にフレーム毎に求められた全画素値の平均値を平均して得てもよい。また、別の方法として、過去の複数フレームにおける平均値のばらつき変動を減らす特性を持つローパスフィルタを使用してもよい。以下、このような特性を持つローパスフィルタの具体例を説明する。
【００６５】
ＤＣ成分補正回路４が現在のフレームの画素値Ｚ３ｎに加算する所定値Ｙｎは、１フレーム前の画素値Ｚ３ｎ−１に加算する所定値をＹｎ−１、１フレーム前の入力画像の全画素の平均値をＸｎ−１として、式（７）によって計算される。
【００６６】
Ｙｎ＝Ｃ×Ｙｎ−１＋（１−Ｃ）×Ｘｎ−１‥‥‥（７）
但し、Ｃは、０＜Ｃ＜１を満たす定数である。
【００６７】
上述したローパスフィルタにより、平均値のばらつき変動を抑制でき、結果としてＤＣ成分補正回路４から出力される動画像のちらつきを緩和できる。
【００６８】
画素値混合回路５は、ＤＣ成分補正回路４によって全体的に明るくなった画像について、本来暗い部分まで明るくなってしまい、画像の自然さが損なわれるのを補償するためのもので、入力画像の画素値と、ＤＣ成分補正回路４から出力される画像の画素値とを、入力画像の画素値に対応して変化する混合比率で画素毎に混合する演算回路を有して構成される。
【００６９】
画素値混合回路５の出力画素値Ｚ５は、ＤＣ成分補正回路４の出力画素値をＺ４、入力画像とＤＣ成分補正回路４の出力画像の各画素値の混合比率をそれぞれＣ１、Ｃ２としたとき、次の式（８）によって計算される。
【００７０】
Ｚ５＝Ｃ１×Ｚ０＋Ｃ２×Ｚ４‥‥‥（８）
【００７１】
画素値の混合比率Ｃ１、Ｃ２は、定数Ｔｃ（Ｔｃ＜１）を予め設定したとき、それぞれ以下の式（９）、（１０）により計算して決定される。
【００７２】
Ｃ１＝１／（１＋Ｔｃ×Ｚ０）‥‥‥（９）
Ｃ２＝１−Ｃ１‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１０）
【００７３】
図５は、Ｔｃが１／６０の時の、入力画像の画素値と混合比率の関係を示す図である。入力画像の画素値のレベルが小さい領域、即ち入力画像上で暗い部分はＣ１が大きく、画素値のレベルが大きい領域、即ち明るい部分は逆にＣ２が大きくなっていることが分かる。
【００７４】
次に、以上のように構成された画像処理装置１の動作について、図６〜図１１を参照しながら説明する。
【００７５】
まず、カメラで撮像した例えば図６に示すような画像は、高域通過フィルタ１によって式（２）に基づくフィルタリング処理が行われることにより、空間周波数の低い成分が落とされる。その結果、図７に示すような画像が得られる。
【００７６】
図６の画像では、中央の車両の後部がストップランプの光と太陽光の反射によって見えにくくなっているのに対し、高域通過フィルタ１でフィルタリングして低周波のオフセット分を落とした図７では、事物の輪郭が明瞭に見えるようになっていることが分かる。
【００７７】
高域通過フィルタ１を経て出力された画像は、次にノイズ低減回路２に入力され、式（３）に従って非線形にレベル変換される。これにより、画像に含まれる高い周波数成分の細かいノイズ成分（正負ノイズ）が低減される。
【００７８】
図８は、ノイズ低減回路２の効果を示す例であり、画面全体が若干暗くなっているものの、正負ノイズの影響による画面のざらつきが低減されていることが分かる。
【００７９】
続いて、ノイズ低減回路２の出力画像はコントラスト調整回路３に入力され、式（６）に従いリニアにレベルが変換されて画像全体のコントラストが調整される。
【００８０】
図９は、コントラスト調整回路３に図８に示すノイズ低減回路２の出力画像を入力し、式（６）における比例定数ａを２として処理した際の出力画像の例である。
【００８１】
コントラスト調整後の画像は、次にＤＣ成分補正回路４に入力されて、高域通過フィルタ１によって除去されたＤＣ成分を全画素に加えることによって、画像全体の画素値レベルが上げられる。
【００８２】
図１０は、図９に示したコントラスト調整後の画像をＤＣ成分補正回路４に入力し、ＤＣ成分の補正を行った後の画像を示すものである。ＤＣ成分補正回路４によって画像全体の画素値レベルが上げられ、画素値が負であったために情報が画像に反映されなかった画素の持つ情報がある程度復元されるとともに、全体的に明るい画像になっていることが分かる。
【００８３】
しかし、図１０の画像は全ての画素値にＤＣオフセットが乗っているので、本来の画像で暗い部分まで明るくなり、白黒画像の場合には全体が白けてしまって自然観が損なわれた画像となっている。これを解決するために、ＤＣ成分の補正を行った後の画像を画素値混合回路５に入力する。
【００８４】
画素値混合回路５は、式（８）に従って、入力画像の画素値とＤＣ成分補正回路４から出力される画像の画素値とを、入力画像の画素値に対応して変化する混合比率で、画素毎に混合する。
【００８５】
これにより、入力画像における暗い部分（画素値の低い部分）は、ＤＣ成分補正回路４の影響を少なくして過度に明るくなることが抑制され、逆に入力画像で明るい部分（画素値の高い部分）は、ＤＣ成分補正回路４の影響が強く反映されるように調整する。
【００８６】
図１１は、図６に示した入力画像と、図１０に示したＤＣ成分補正回路４の出力画像を、画素値混合回路５に入力して処理を行った後の出力画像の例である。同図で明らかなように、図６の入力画像において見えにくかった車両の後部等の輪郭が明瞭になると共に、高周波ノイズ（正負ノイズ）によるざらつき感が低減され、且つ入力画像における明暗の各部分を忠実に再現した、自然で違和感のない画像が得られている。
【００８７】
以上のように、本実施形態の画像処理装置は、高域通過フィルタ１と、低い画素値レベルの高周波ノイズを低減するノイズ低減回路２と、画像全体のコントラストを調整するコントラスト調整回路３と、高域通過フィルタ１で除去されたＤＣ成分を全画素に加算して画像の明るさを補償するＤＣ成分補正回路４と、ＤＣ成分補正回路４の出力画像と入力画像とを混合する画素値混合回路５と、を備えて構成される。
【００８８】
これにより、高域通過フィルタを経た画像でありながら、高周波ノイズによる画像のざらつき感を低減し、かつ、入力画像と同程度の明るさの画像を得ることができる。更に、入力画像で暗い部分については処理後も暗さを再現して、違和感のない自然な画像を得ることが可能となる。なお、本実施形態の画像処理装置は、固定設置されたカメラや、車両の前方、後方または側方を監視しドライバの補助的役割をする車載カメラといった様々な撮像手段によって撮影された画像の処理に利用できる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ノイズが目立たず、画像における物体の輪郭が明瞭で、かつ、自然な明るさの画像を得ることのできる画像処理装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図
【図２】実施形態に係るノイズ低減回路の入出力特性を示す図
【図３】実施形態に係るコントラスト調整回路の入出力特性を示す図
【図４】ノイズ低減回路とコントラスト調整回路の機能を併せ持つレベル変換回路の入出力特性を示す図
【図５】実施形態に係る画素値混合回路で用いる画素値混合比率の例を示す図
【図６】画像処理装置における入力画像の例を示す図
【図７】高域通過フィルタの出力画像の例を示す図
【図８】ノイズ低減回路の出力画像の例を示す図
【図９】コントラスト調整回路の出力画像の例を示す図
【図１０】ＤＣ成分補正回路の出力画像の例を示す図
【図１１】画素値混合回路の出力画像の例を示す図
【図１２】従来技術による画像処理回路の構成を示すブロック図
【図１３】高域通過フィルタの周波数特性を示す図
【図１４】２次元フィルタのフィルタ係数を示す図
【図１５】画像処理回路の入力画像の例を示す図
【図１６】高域通過フィルタの出力画像の例を示す図
【符号の説明】
１  高域通過フィルタ
２，２２  ノイズ低減回路
３  コントラスト調整回路
４  ＤＣ成分補正回路
５  画素値混合回路
【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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