(57)【要約】【課題】画像データに対して施す階調補正の補正量を簡易的に導出する。【解決手段】コンピュータＰＣは、画像データの階調値のヒストグラムを生成する。そして、ヒストグラムの両端から階調値を走査し、ヒストグラムの左端部の面積ＬＳおよび右端部の面積ＲＳがそれぞれヒストグラムの総面積Ｓの１６％になるように２つの階調値ｉ，ｊを求める。画像データの階調値の分布が、正規分布に従うと仮定すると、階調値ｉからｊの範囲が標準偏差σの２倍に相当するため、このような方法により、標準偏差の推定値である散らばり度合いを求めることができる。しかし、画像データの階調値はすべて正規分布に従うものとはいえないため、散らばり度合いには誤差が含まれる。そのため、散らばり度合いを量子化することにより、階調補正量を求める。こうすることにより、階調補正量を簡易的に導出することが可能となる。【選択図】  図３
2004274641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに対して階調補正を施す際の補正量を導出する階調補正量導出装置であって、
画像データを構成する各画素の階調値の度数分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と
前記ヒストグラムを一端部分、中央部分、他端部分の３つの部分に分割することとなる２つの階調値を、前記ヒストグラムの総面積に対する前記一端部分および他端部分の面積の割合がそれぞれ所定の割合Ｓ１となるように、または、前記総面積に対する前記中央部分の面積の割合が所定の割合Ｓ２となるように、求める分割階調値導出部と、
前記２つの階調値に基づき、前記画像データを構成する各画素の階調値の散らばり度合いを求める散らばり度合い導出部と、
前記散らばり度合いに応じて前記画像データの階調補正量を求める階調補正量導出部と、
を備える階調補正量導出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の階調補正量導出装置であって、
前記散らばり度合い導出部は、次式またはこれと等価な式により前記散らばり度合いを算出する、階調補正量導出装置。
（散らばり度合い）＝（ｊ−ｉ）／Ｔ；
ただし、ｉ，ｊ（ｉ＜ｊ）は前記２つの階調値を表し、
前記Ｔは前記Ｓ１，Ｓ２の設定値に応じて定まる定数であって、
１５％≦Ｓ１≦１７％、または、６６％≦Ｓ２≦７０％、の時、Ｔ＝２；
Ｓ１＝５％  、または、        Ｓ２＝９０％、の時、Ｔ＝４；
２％  ≦Ｓ１≦３％  、または、９４％≦Ｓ２≦９６％、の時、Ｔ＝６；
とする。
【請求項３】
請求項１に記載の階調補正量導出装置であって、
前記散らばり度合い導出部は、予め、前記散らばり度合いの最大値および最小値の少なくとも一方が設定されており、
前記最大値が設定されている場合には、前記求めた散らばり度合いが前記最大値を越えた場合に、該求めた散らばり度合いを該最大値とし、
前記最小値が設定されている場合には、前記求めた散らばり度合いが前記最小値未満となった場合に、該求めた散らばり度合いを該最小値とする、階調補正量導出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の階調補正量導出装置であって、
前記階調補正量導出部は、前記散らばり度合いを量子化し、該量子化した散らばり度合いに応じて前記階調補正量を導出する、階調補正量導出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の階調補正量導出装置であって、
前記分割階調値導出部は、前記２つの階調値を、前記総面積に対する前記一端部分および他端部分の面積の割合がそれぞれ所定の割合Ｓ１となるように求め、
該分割階調値導出部は、
前記ヒストグラムの両端から該ヒストグラムの内側に向けて階調値を順次走査し、該走査した階調値に対応する度数をそれぞれ前記一端部分および他端部分について順次加算していくことにより該一端部分および他端部分の面積を求める、階調補正量導出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の階調補正量導出装置であって、
前記分割階調値導出部は、前記走査する走査量の最小値および最大値の少なくとも一方が予め設定されており、
前記最小値が予め設定されている場合には、前記走査量が前記最小値に達する前に、前記求めた面積の割合が前記所定の割合Ｓ１となった場合に、該最小値に基づき前記２つの階調値の少なくとも一方を求め、
前記最大値が予め設定されている場合には、前記走査量が前記最大値を超えても、前記求めた面積の割合が前記所定の割合Ｓ１とならない場合に、該最大値に基づき前記２つの階調値の少なくとも一方を求める、階調補正量導出装置。
【請求項７】
請求項１に記載の階調補正量導出装置であって、
前記分割階調値導出部は、前記２つの階調値を、前記総面積に対する前記中央部分の面積の割合が所定の割合Ｓ２となるように求め、
該分割階調値導出部は、
前記ヒストグラム内を、前記階調値の平均値から前記ヒストグラムの一端および他端にかけて順次走査し、該走査した階調値に対応する度数を加算していくことにより前記中央部分の面積を求める、階調補正量導出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の階調補正量導出装置であって、
前記分割階調値導出部は、前記走査する走査量の最小値および最大値の少なくとも一方が予め設定されており、
前記最小値が予め設定されている場合には、前記走査量が前記最小値に達する前に、前記求めた面積の割合が前記所定の割合Ｓ２となった場合に、該最小値に基づき前記２つの階調値を求め、
前記最大値が予め設定されている場合には、前記走査量が前記最大値を超えても、前記求めた面積の割合が前記所定の割合Ｓ２とならない場合に、該最大値に基づき前記２つの階調値を求める、階調補正量導出装置。
【請求項９】
画像データに対して階調補正を施す際の補正量を導出する階調補正量導出方法であって、
コンピュータが、画像データを構成する各画素の階調値の度数分布を表すヒストグラムを生成する工程と
コンピュータが、前記ヒストグラムを一端部分、中央部分、他端部分の３つの部分に分割することとなる２つの階調値を、前記ヒストグラムの総面積に対する前記一端部分および他端部分の面積の割合がそれぞれ所定の割合Ｓ１となるように、または、前記総面積に対する前記中央部分の面積の割合が所定の割合Ｓ２となるように、求める工程と、
コンピュータが、前記２つの階調値に基づき、前記画像データを構成する各画素の階調値の散らばり度合いを求める工程と、
コンピュータが、前記散らばり度合いに応じて前記画像データの階調補正量を求める工程と、
を含む階調補正量導出方法。
【請求項１０】
画像データに対して階調補正を施す際の補正量を導出するためのコンピュータプログラムであって、
画像データを構成する各画素の階調値の度数分布を表すヒストグラムを生成する機能と
前記ヒストグラムを一端部分、中央部分、他端部分の３つの部分に分割することとなる２つの階調値を、前記ヒストグラムの総面積に対する前記一端部分および他端部分の面積の割合がそれぞれ所定の割合Ｓ１となるように、または、前記総面積に対する前記中央部分の面積の割合が所定の割合Ｓ２となるように、求める機能と、
前記２つの階調値に基づき、前記画像データを構成する各画素の階調値の散らばり度合いを求める機能と、
前記散らばり度合いに応じて前記画像データの階調補正量を求める機能と、
をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データに施す階調補正に関し、詳しくは、階調補正を施す際の補正量を導出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタルスチルカメラ等の普及に伴い、ユーザが自ら撮影した画像データの階調補正を行う機会が増えている。階調補正とは、画像のコントラストやＲＧＢ各チャンネルの輝度値を調整する画像処理のことをいう。階調補正は、コンピュータ上で動作するフォトレタッチソフトウェア等を用いて行うことができる。しかし、階調補正を行うためには、トーンカーブの調整や補正量の数値入力など煩雑な操作を行う必要があり、初心者が効果的な補正を行うには困難な場合があった。
【０００３】
そこで、以下に挙げる特許文献等では、画像の輝度分布の標準偏差を求め、これを利用することにより自動的に効果的な補正を行う技術が提案されている。輝度分布の標準偏差を求めるためには、一般的には次式（１）が用いられる。式（１）では、σが標準偏差を表し、Ｙｐはｐ番目の画素の輝度値、Ｙｍが輝度の平均値、ｎが画素数を表している。
【０００４】
【数１】
2004274641.tif 000003
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２０８０３４号公報
【特許文献２】
特開平１０−１９８８０２号公報
【特許文献３】
特開平６−２５３１７６号公報
【非特許文献１】
塚田章，馬場欣哉，佐々木和男  著  「視覚系の動作曲線を用いたコントラスト強調法」  映像情報メディア学会誌  Ｖｏｌ．５５  Ｎｏ．１１（２００１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、式（１）を用いて標準偏差を求めるためには、輝度の平均値や平方根の演算、各画素の輝度と輝度平均値との差を求める繰り返し演算等が必須であり、計算量の増大を招いていた。そのため、多くの画像を階調補正する場合には、特に多くの時間を要することとなっていた。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、画像データに対して施す階調補正の補正量を簡易的に導出することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するため、本発明を次のように構成した。すなわち、画像データに対して階調補正を施す際の補正量を導出する階調補正量導出装置であって、
画像データを構成する各画素の階調値の度数分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と
前記ヒストグラムを一端部分、中央部分、他端部分の３つの部分に分割することとなる２つの階調値を、前記ヒストグラムの総面積に対する前記一端部分および他端部分の面積の割合がそれぞれ所定の割合Ｓ１となるように、または、前記総面積に対する前記中央部分の面積の割合が所定の割合Ｓ２となるように、求める分割階調値導出部と、
前記２つの階調値に基づき、前記画像データを構成する各画素の階調値の散らばり度合いを求める散らばり度合い導出部と、
前記散らばり度合いに応じて前記画像データの階調補正量を求める階調補正量導出部と、を備えることを要旨とする。
【０００９】
本発明では、ヒストグラムを構成する３つの部分の面積がそれぞれ所定の割合Ｓ１もしくはＳ２となる２つの階調値に基づき、階調値の「散らばり度合い」を求める。「散らばり度合い」とは、標準偏差を推定した値をいう。散らばり度合いは、Ｓ１に基づいて求めてもよいし、Ｓ２に基づいて求めてもよい。また、双方を併用してもよい。一般的に、ヒストグラムの面積と標準偏差σとの間には以下に述べるように一定の相関関係があることが知られている。従って、本発明を上記のような構成とすることにより、上記式（１）のような厳密な計算を行うことなく、簡易的に標準偏差を推定し、階調補正量を導出することができる。
【００１０】
ここで、ヒストグラムの面積と標準偏差σの関係について述べる。ある標本データのヒストグラムが正規分布に従うとき、次のような関係が成り立つことが知られている。
【００１１】
（Ａ）標本データの平均値から±１σ以内にヒストグラムの約６８％の面積が集まる。
（Ｂ）標本データの平均値から±２σ以内にヒストグラムの約９０％の面積が集まる。
（Ｃ）標本データの平均値から±３σ以内にヒストグラムの約９５％の面積が集まる。
【００１２】
そこで、画像データの階調値の分布が正規分布に従うと仮定する。そして、前記２つの階調値の範囲内に存在するヒストグラムの中央部分が上記（Ａ）の場合における−１σから＋１σの範囲内に、上記（Ｂ）の場合における−２σから＋２σの範囲内に、上記（Ｃ）の場合における−３σから＋３σの範囲内にあるとすると、標準偏差σの推定値である散らばり度合いは、次式もしくはこれと等価な式により推定することができる。
【００１３】
（散らばり度合い）＝（ｊ−ｉ）／Ｔ；
ただし、ｉ，ｊ（ｉ＜ｊ）は前記２つの階調値を表し、
前記Ｔは前記Ｓ１，Ｓ２の設定値に応じて定まる定数であって、
１５％≦Ｓ１≦１７％、または、６６％≦Ｓ２≦７０％、の時、Ｔ＝２；
Ｓ１＝５％  、または、        Ｓ２＝９０％、の時、Ｔ＝４；
２％  ≦Ｓ１≦３％  、または、９４％≦Ｓ２≦９６％、の時、Ｔ＝６；
とする。なお、前記Ｔの取り得る値は、２，４，６に限られず、Ｓ１およびＳ２の値によっては、奇数やその他の実数となる場合もある。
【００１４】
上記構成の階調補正量導出装置において、
前記散らばり度合い導出部は、予め、前記散らばり度合いの最大値および最小値の少なくとも一方が設定されており、
前記最大値が設定されている場合には、前記求めた散らばり度合いが前記最大値を越えた場合に、該求めた散らばり度合いを該最大値とし、
前記最小値が設定されている場合には、前記求めた散らばり度合いが前記最小値未満となった場合に、該求めた散らばり度合いを該最小値とするものとしてもよい。
【００１５】
画像には様々な種類の画像があり、その階調値の分布がすべて正規分布に従うとは一概に言えない。そのため、求めた散らばり度合いと標準偏差には大きな誤差が生じる場合がある。そこで、このような構成とすることにより、すべての散らばり度合いを最小値と最大値の範囲内に収められるため、標準偏差との誤差を抑制することができ、適切な階調補正量を導出することができる。最小値や最大値は、様々な画像データの散らばり度合いを実際に求めて、これに基づく階調補正を行い、その効果に基づいて実験的に定めればよい。
【００１６】
上記構成の階調補正量導出装置において、
前記階調補正量導出部は、前記散らばり度合いを量子化し、該量子化した散らばり度合いに応じて前記階調補正量を導出するものとしてもよい。
【００１７】
量子化とは、ある範囲内の値をその範囲の代表値へ変換することである。こうすることにより、求めた散らばり度合いに誤差が含まれていてもその平準化を図ることが可能となる。
【００１８】
上記構成の階調補正量導出装置において、
前記分割階調値導出部は、前記２つの階調値を、前記総面積に対する前記一端部分および他端部分の面積の割合がそれぞれ所定の割合Ｓ１となるように求め、
該分割階調値導出部は、
前記ヒストグラムの両端から該ヒストグラムの内側に向けて階調値を順次走査し、該走査した階調値に対応する度数をそれぞれ前記一端部分および他端部分について順次加算していくことにより該一端部分および他端部分の面積を求めるものとしてもよい。
【００１９】
こうすることにより、厳密な標準偏差の算出には必須となる階調値の平均値を算出することなく、散らばり度合いを求めることができる。従って、計算量の削減を図ることが可能となる。
【００２０】
また、かかる構成において、
前記分割階調値導出部は、前記走査する走査量の最小値および最大値の少なくとも一方が予め設定されており、
前記最小値が予め設定されている場合には、前記走査量が前記最小値に達する前に、前記求めた面積の割合が前記所定の割合Ｓ１となった場合に、該最小値に基づき前記２つの階調値の少なくとも一方を求め、
前記最大値が予め設定されている場合には、前記走査量が前記最大値を超えても、前記求めた面積の割合が前記所定の割合Ｓ１とならない場合に、該最大値に基づき前記２つの階調値の少なくとも一方を求めるものとしてもよい。
【００２１】
画像データの階調値に偏りがある場合や度数のピークが複数あるような場合には、ヒストグラムは正規分布に従わない。このようなヒストグラムでは、その端（裾野）から走査を行うと、一端部分や他端部分の面積がなかなか所定の割合Ｓ１にならない場合や、すぐに所定の割合Ｓ１に達してしまう場合などがある。そのため、このような構成により走査量を一定の範囲内に収めるものとすれば、生成したヒストグラムに偏り等が生じていても好適な補正量を導出することが可能となる。
【００２２】
上記構成の階調補正量導出装置において、
前記分割階調値導出部は、前記２つの階調値を、前記総面積に対する前記中央部分の面積の割合が所定の割合Ｓ２となるように求め、
該分割階調値導出部は、
前記ヒストグラム内を、前記階調値の平均値から前記ヒストグラムの一端および他端にかけて順次走査し、該走査した階調値に対応する度数を加算していくことにより前記中央部分の面積を求めるものとしてもよい。このような構成によっても平均値の算出は必要になるが、散らばり度合い簡易的に求めることが可能となる。
【００２３】
かかる構成においても、
前記分割階調値導出部は、前記走査する走査量の最小値および最大値の少なくとも一方が予め設定されており、
前記最小値が予め設定されている場合には、前記走査量が前記最小値に達する前に、前記求めた面積の割合が前記所定の割合Ｓ２となった場合に、該最小値に基づき前記２つの階調値を求め、
前記最大値が予め設定されている場合には、前記走査量が前記最大値を超えても、前記求めた面積の割合が前記所定の割合Ｓ２とならない場合に、該最大値に基づき前記２つの階調値を求めるものとすれば、生成したヒストグラムに偏り等が生じていても好適な補正量を導出することが可能となる。
【００２４】
本発明において上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。また、本発明は、上述した階調補正量導出装置としての構成以外にも、階調補正量の結果を用いて画像データに階調補正を施す階調補正装置として構成してもよい。また、例えば、コンピュータが階調補正量を導出する方法や、階調補正量を導出するためのプログラム。かかるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても実現することができる。いずれの構成においても、上述した各態様を適宜、適用可能である。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ハードディスク等の種々の媒体を利用することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）階調補正システムの全体構成：
（Ａ２）階調補正プログラムのソフトウェア構成：
（Ａ３）階調補正処理：
Ｂ．第２実施例：
【００２６】
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）階調補正システムの全体構成：
図１は、階調補正システム１００の全体構成を示す説明図である。階調補正システム１００は、画像データを生成するためのデジタルスチルカメラＤＣと、画像データに階調補正を施すためのパーソナルコンピュータＰＣ（以下、単に「コンピュータＰＣ」と記載する。）と、画像を印刷するプリンタＰＴによって構成されている。
【００２７】
デジタルスチルカメラＤＣによって撮影された画像は、ＵＳＢケーブルやメモリカード等を介してコンピュータＰＣに入力される。コンピュータＰＣは、入力された画像を解析して、その画像に適した階調補正を行う。
【００２８】
コンピュータＰＣは、階調補正を行う際に導出した階調補正量を画像ファイルＧＦに記録することもできる。例えば、Ｅｘｉｆ規格に準拠したＪＰＥＧファイルであれば、そのヘッダのＭａｋｅｒＮｏｔｅタグに階調補正量を記録することができる。こうすることによって、例えば、メモリカードから直接画像ファイルを入力可能なプリンタがあれば、ヘッダに記録された補正量を参照することにより、プリンタ側で階調補正を実行することができる。その他、コンピュータＰＣは、導出した補正量を画像データと別体のデータベース等に画像データと関連付けて記録することなどもできる。
【００２９】
コンピュータＰＣは、ＣＰＵ１１０やＲＡＭ１２０、ＲＯＭ１３０、ハードディスク１４０、ＵＳＢインタフェース１５０、ＣＲＴコントローラ１６０等が所定のバス１７０を介して接続されることにより構成されている。ＲＯＭ１３０にはＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）が記録されている。ＢＩＯＳは、コンピュータＰＣの電源投入時に各種ハードウェアの初期化などを行うためのプログラムである。ハードディスク１４０には、オペレーティングシステムや、画像データに階調補正を行うための階調補正プログラムがインストールされている。ＣＰＵ１１０は、ＲＡＭ１２０をワークエリアとして用いることにより、これらのプログラムを実行する。ＵＳＢインタフェース１５０には、デジタルスチルカメラＤＣやプリンタＰＴ等を接続することができる。
【００３０】
（Ａ２）階調補正プログラムのソフトウェア構成：
図２は、階調補正プログラムのソフトウェア構成を示すブロック図である。階調補正プログラムは、画像データ入力部２１０と、階調補正量導出部２２０と、階調補正部２３０と、画像出力部２４０とを備えている。
【００３１】
画像データ入力部２１０は、デジタルスチルカメラＤＣから画像データを入力する。本実施例では、画像データの入力元をデジタルスチルカメラＤＣとしたが、これに限定されず、例えば、ビデオカメラやスキャナ等の画像出力装置、メモリカード、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等の各種記録媒体、インターネットやネットワーク上のサーバ等から入力するものとしてもよい。
【００３２】
階調補正量導出部２２０は、画像データ入力部２１０によって入力した画像データを解析して、その画像データに適した階調補正量を求める。階調補正量導出部２２０は、内部的に、ヒストグラム生成部２２１と、分割階調値算出部２２２と、散らばり度合い算出部２２３と、階調補正量決定部２２４とを備えている。
【００３３】
ヒストグラム生成部２２１は、画像データを構成する各画素の階調値の度数分布を表すヒストグラムを生成する。階調値とは、グレースケールの画像であれば輝度のことをいい、ＲＧＢの３原色に基づき構成されている画像データであれば、その各チャンネルの画素値をいう。本実施例では、説明の簡単のため、階調値は輝度を表すものとして説明する。ヒストグラムは、視覚に表されるように生成してもよいし、ＲＡＭ１２０上に不可視的に生成してもよい。
【００３４】
図３は、生成したヒストグラムの一例である。ここでは、画像データの階調値の分布が正規分布に従うものと仮定した。横軸は、階調値を表し、縦軸は、その階調値に該当する画素数（度数）を表している。
【００３５】
一般的に、ある標本データが正規分布に従うとき、標準偏差σと標本データには次の関係が成り立つことが知られている。
（Ａ）標本データ全体の約６８％のデータが、標本データの平均値から±１σ以内の値である。
（Ｂ）標本データ全体の約９０％のデータが、標本データの平均値から±２σ以内の値である。
（Ｃ）標本データ全体の約９５％のデータが、標本データの平均値から±３σ以内の値である。
【００３６】
このような関係を、図３で示したヒストグラムに当てはめると、ヒストグラムの中央部の面積ＣＳが、ヒストグラムの総面積の約６８％、約９０％、約９５％となるような２つの階調値ｉ，ｊを求めれば、階調値の標準偏差が推定できることとなる。もちろん、ヒストグラムの左端部の面積ＬＳ、右端部の面積ＲＳがそれぞれ約１６％、約５％、約２．５％となるように階調値ｉ，ｊを求めてもよい。分割階調値算出部２２２はこのような方法により、階調値ｉ，ｊを求める。
【００３７】
散らばり度合い算出部２２３は、分割階調値算出部２２２によって求めた階調値ｉ，ｊを用いて、次式により標準偏差の推定値である「散らばり度合い」を求める。
上記（Ａ）の場合、  （散らばり度合い）＝（ｊ−ｉ）／２  …（２）；
上記（Ｂ）の場合、  （散らばり度合い）＝（ｊ−ｉ）／４  …（３）；
上記（Ｃ）の場合、  （散らばり度合い）＝（ｊ−ｉ）／６  …（４）；
【００３８】
図４は、上記式（２）（３）に基づき求めた散らばり度合いの誤差を示す実験結果である。散らばり度合いは、階調値の分布が正規分布に従うものと仮定して求める値であるが、実際の画像データの階調値は必ずしもそのような分布になるとは限らない。そのため、散らばり度合いには誤差が含まれることになる。そこで、上記式（２）（３）の場合について、どちらが精度よく散らばり度合いを求めることができるかを確認するため実験を行った。実験にはそれぞれ３６枚のサンプル画像を用いた。図４（ａ）は、式（２）に従って中央部の面積ＣＳを６８％として散らばり度合いを求めた実験結果である。横軸は、標準偏差に対する散らばり度合いの誤差を表し、縦軸は、サンプル画像の数（頻度）を表している。一方、図４（ｂ）は、上記式（３）に従って中央部の面積ＣＳを９０％として散らばり度合いを求めた実験結果である。これらの図では、横軸の０付近に度数が集中するほど散らばり度合いの誤差が少ないといえる。従って、中央部の面積ＣＳを６８％とするほうが、９０％とするよりも高い精度で散らばり度合いを算出可能であることがわかる。そこで、本実施例では、上記式（２）に従って、散らばり度合いを算出するものとした。
【００３９】
こうして散らばり度合いを求めた結果、その値が４０未満となった場合には、一律に４０とし、８０を超えた場合には、一律に８０とすることとする。かかる補正の意義について説明する。
【００４０】
図５は、７０枚のサンプル画像について以上のような方法により散らばり度合いを求め、その分布を示した実験結果である。図の横軸は、散らばり度合いを表し、縦軸はサンプル画像の数（頻度）を表している。図示するように、散らばり度合いが８０以上となるような画像はほぼ存在しなかった。一方、実際にこの散らばり度合いに基づき画像データを階調補正してみたところ、散らばり度合いが４０以下の場合には、その効果をほとんど確認できなかった。そこで、散らばり度合いの最大値を８０、最小値を４０と制限するものとした。こうすることによって、散らばり度合いに大きな誤差が生じたとしても一応の階調補正量を求めることが可能となる。
【００４１】
ここで、説明を図２に戻す。図示する階調補正量決定部２２４は、以上のようにして求めた散らばり度合いに応じて階調補正量を決定する。決定に際しては、量子化テーブル２２５を用いる。図６は、散らばり度合いと階調補正量の対応関係を示すグラフである。横軸が散らばり度合いを表し、縦軸が階調補正量を表す。図６（ａ）は（散らばり度合い）＝（標準偏差）である場合の理想的な対応関係を表しており、図示する曲線は次式によって与えられる。
【００４２】
（階調補正量）＝Ｂ（Ａ−σ）α  …（５）；
ただし、指数αや定数Ａ，Ｂは、実験的に求める値である。
【００４３】
しかし、上述したように散らばり度合いには誤差が含まれるため、式（５）に従って階調補正を行っても、その効果が期待よりも大きすぎたり小さすぎたりする場合がある。そこで、本実施例では、図６（ｂ）で示すように、散らばり度合いを量子化することにより、その誤差を吸収するものとした。量子化とは、ある範囲内の値をその範囲の代表値へ変換することである。量子化には、図７で示す量子化テーブルを用いるものとした。
【００４４】
図２に示す階調補正部２３０は、階調補正量導出部２２０によって求めた階調補正量に基づき、画像データに対して階調補正を行う。階調補正にはいわゆるトーンカーブを用いる。図８は、かかる補正に用いるトーンカーブの一例を示す説明図である。図の横軸が補正前の階調値であり、縦軸が補正後の階調値を表す。破線は、階調補正量が０の場合のトーンカーブである。階調補正量が０の場合は、補正する必要が無いため、補正前と補正後の階調値が同じになるためトーンカーブは直線となる。一方、実線は、階調補正値を大きくした場合のトーンカーブである。本実施例では、このように、階調補正量が大きくなるに従い、トーンカーブの中央部の勾配が大きくなるものとした。
【００４５】
最後に、図２に示す画像出力部２４０は、階調補正を行った画像データのモニタへの表示や印刷処理を行う。なお、以上で説明した階調補正プログラムの各機能ブロックは、その一部または全部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００４６】
（Ａ３）階調補正処理：
図９は、階調補正処理のフローチャートである。本処理は、コンピュータＰＣのＣＰＵ１１０が階調補正プログラムを実行することにより行う処理である。まず、ＣＰＵ１１０は、画像データを入力（ステップＳ１００）し、そのヒストグラムを生成する（ステップＳ１１０）。
【００４７】
次に、ＣＰＵ１１０はヒストグラムの総面積Ｓを求める（ステップＳ１２０）。ヒストグラムの総面積Ｓは、画像データを構成する画素数と同じであるため、画像の横の解像度と縦の解像度との積を求めれば、ヒストグラムの総面積Ｓを求めることとなる。もちろん、ヒストグラムの度数を全て加算することにより求めてもよい。
【００４８】
次に、ＣＰＵ１１０は、ヒストグラムの左端部の面積ＬＳが総面積Ｓに対して１６％となるような階調値ｉを探し（ステップＳ１３０）、更に、ヒストグラムの右端部の面積ＲＳが総面積Ｓに対して１６％となるような階調値ｊを探す（ステップＳ１４０）。階調値ｉ，ｊの詳細な求め方は後述する。
【００４９】
次に、ＣＰＵ１１０は、上記ステップＳ１３０およびＳ１４０で求めた階調値ｉ，ｊと、式（２）に基づき、散らばり度合いを算出する（ステップＳ１５０）。そして、求めた散らばり度合いから量子化テーブルを用いて階調補正量を導出する（ステップＳ１６０）。
【００５０】
最後に、ＣＰＵ１１０は、導出した階調補正量に基づき階調補正処理を行い（ステップＳ１７０）、階調補正を行った画像をモニタやプリンタに出力し（ステップＳ１８０）、本処理を終了する。
【００５１】
図１０は、上記ステップＳ１３０において階調値ｉを求める際の詳細なフローチャートである。まず、ＣＰＵ１１０は必要なパラメータの初期化を行う（ステップＳ２００）。具体的には、ヒストグラムの階調値を走査するための走査量ｘを０とし、左端部の面積ＬＳを０とする。次に、ヒストグラムの左端から頻度を順次加算することにより左端部の面積ＬＳを算出する（ステップＳ２１０）。面積ＬＳは、ある階調値ｙにおける頻度をｈ（ｙ）とすると、次式により求めることができる。
【００５２】
ＬＳ＝ＬＳ＋ｈ（ｘ＋（左端の階調値））  …（６）；
【００５３】
次に、ＣＰＵ１１０は、求めた面積ＬＳがヒストグラムの総面積Ｓの１６％未満であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。１６％未満の場合（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）には、更に、走査量ｘが所定の最大値Ｍａｘ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。最大値Ｍａｘ未満であれば（ステップＳ２３０：Ｎｏ）、走査量ｘをインクリメントし（ステップＳ２４０）、処理をステップＳ２１０に戻す。上記ステップＳ２３０において走査量ｘが最大値Ｍａｘ以上と判定した場合には（ステップＳ２３０：Ｙｅｓ）、走査量ｘを最大値Ｍａｘとする（ステップＳ２５０）。
【００５４】
一方、上記ステップＳ２２０において面積ＬＳが総面積Ｓの１６％以上となった場合（ステップＳ２２０：Ｎｏ）には、走査量ｘが所定の最小値Ｍｉｎ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２６０）。Ｍｉｎ未満であれば（ステップＳ２６０：Ｙｅｓ）、走査量ｘを最小値Ｍｉｎとする（ステップＳ２７０）。Ｍｉｎ以上であれば（ステップＳ２６０：Ｎｏ）、次のステップに進む。
【００５５】
最後に、以上で求めた走査量ｘにヒストグラムの左端の階調値を加算することにより、階調値ｉが求まる（ステップＳ２８０）。
【００５６】
図１１は、上記階調補正処理のステップＳ１４０において階調値ｊを求める際の詳細なフローチャートである。階調値ｊは、右端部の面積ＲＳをヒストグラムの右端から走査を行うことにより求める。図示するように、かかるフローチャートは、図１０を用いて説明した階調値ｉを求める方法とほぼ同様のため、詳細な説明は省略する。
【００５７】
ここで、図１０および図１１における走査量ｘの最大値Ｍａｘおよび最小値Ｍｉｎについて説明する。図５では、求めた散らばり量が最小値４０、最大値８０の範囲内に収まるように制限すると説明した。しかし、階調値ｉ，ｊを求める際に、走査量ｘの範囲を制限することによって結果的に散らばり量が４０から８０の間に収まるように調整するものとしてもよい。こうすることによって、階調値ｉ，ｊを迅速に求めることができるからである。散らばり量が４０から８０に収まるような走査量ｘは、次のようにして求めることができる。
【００５８】
図３のヒストグラムにおいて、左端からの走査量をｘ、右端からの走査量を同じくｘ、階調値の最大値を２５６とすると、標準偏差σは、
２σ＝２５６−（ｘ＋ｘ）；
σ＝１２８−ｘ；
と表すことができる。このような方法により求める標準偏差σは推定値であるため、
（散らばり度合い）＝１２８−ｘ；
と表すことができる。散らばり度合いを４０から８０の範囲に収めるようにするために、上記式にこれらの値を当てはめると、
４０≦１２８−ｘ≦８０；
となる。従って、走査量ｘの最小値Ｍｉｎは４８、最大値Ｍａｘは８８と求めることができる。もちろん、最小値と最大値はこのように厳密な値としなくても、例えば、最小値を４０、最大値を８０、あるいは、最小値を５０、最大値を９０、などとしてもよい。
【００５９】
以上で説明した第１実施例によれば、標準偏差の推定値である散らばり度合いを簡易的に求めることにより高速に階調補正量を導出することができる。また、ヒストグラムの両端から走査を行うことにより階調値ｉ，ｊを求めるため、標準偏差の計算に必須の平均値の算出が不要となり、より計算を簡略化することが可能となる。
【００６０】
Ｂ．第２実施例：
図１２は、第２実施例としての階調補正処理のフローチャートである。第１実施例では、ヒストグラムの総面積に対する左端部と右端部の面積の割合によって散らばり量を求めるものとしたが、第２実施例では、中央部の面積の割合によって散らばり量を求める。かかるフローチャートでは、図示するステップＳ３３０およびステップＳ３６０の処理が、第１実施例で説明した図９のフローチャートと相違する。しかし、その他の工程は同一であるため、ここでは、この２つの工程における処理のみを説明する。
【００６１】
図１３は、図１２のステップＳ３３０において階調値ｉ，ｊを求める際の詳細なフローチャートである。まず、ＣＰＵ１１０は、画像データの平均階調値を求め（ステップＳ４００）、必要なパラメータの初期化を行う（ステップＳ４１０）。具体的には、平均階調値からヒストグラムの両端方向に階調値を走査するための走査量ｘを０とし、中央部の面積ＣＳを０とする。次に、ヒストグラム内の平均階調値から頻度を順次加算することにより中央部の面積ＣＳを算出する（ステップＳ４２０）。面積ＣＳは、ある階調値ｙにおける頻度をｈ（ｙ）とすると、次式により求めることができる。
【００６２】
ＣＳ＝ＣＳ＋ｈ（（平均階調値）−ｘ−１）＋ｈ（（平均階調値）＋ｘ）  …（７）；
【００６３】
次に、ＣＰＵ１１０は、面積ＣＳがヒストグラムの総面積Ｓの６８％未満であるか否かを判定する（ステップＳ４３０）。６８％未満の場合（ステップＳ４３０：Ｙｅｓ）には、更に、走査量ｘが所定の最大値Ｍａｘ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４４０）。走査量ｘが最大値Ｍａｘ未満であれば（ステップＳ４４０：Ｎｏ）、走査量ｘをインクリメントし（ステップＳ４５０）、処理をステップＳ４２０に戻す。走査量ｘが最大値Ｍａｘ以上であれば（ステップＳ４４０：Ｙｅｓ）、走査量ｘを最大値Ｍａｘとする（ステップＳ４６０）。
【００６４】
一方、上記ステップＳ４３０において中央部の面積ＣＳが総面積Ｓの６８％以上となった場合（ステップＳ４３０：Ｎｏ）には、走査量ｘが所定の最小値Ｍｉｎ未満であるか否かを判定する（ステップＳ４７０）。Ｍｉｎ未満であれば（ステップＳ４７０：Ｙｅｓ）、走査量ｘを最小値Ｍｉｎとする（ステップＳ４８０）。Ｍｉｎ以上であれば（ステップＳ４７０：Ｎｏ）、次のステップに進む。
【００６５】
最後に、以上で求めた走査量ｘから、次式（８）（９）により階調値ｉ，ｊをそれぞれ求め（ステップＳ４９０）、本処理は終了する。
【００６６】
ｉ＝（平均階調値）−ｘ−１  …（８）；
ｊ＝（平均階調値）＋ｘ      …（９）；
【００６７】
図１４は、図１２のステップＳ３６０における階調補正処理のトーンカーブを示す説明図である。第１実施例では、最大階調値の中間値付近でトーンカーブの勾配を変化させるものとした。しかし、本実施例では、上記処理のステップＳ４００で求めた平均階調値を利用し、図示するように、平均階調値付近でトーンカーブの勾配を変化させるものとした。こうすることにより、より効果的な階調補正を行うことが可能となる。
【００６８】
以上、第２実施例について説明したが、かかる第２実施例によっても、標準偏差の推定値である散らばり度合いを簡易的に求めることにより、高速に階調補正量を導出することが可能となる。
【００６９】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】階調補正システムの全体構成を示す説明図である。
【図２】階調補正プログラムのソフトウェア構成を示すブロック図である。
【図３】ヒストグラムの一例である。
【図４】散らばり度合いの誤差を示す実験結果である。
【図５】７０枚のサンプル画像についての散らばり度合いの分布を示した実験結果である。
【図６】散らばり度合いに応じた階調補正量の対応関係を示すグラフである。
【図７】量子化テーブルである。
【図８】トーンカーブの一例を示す説明図である。
【図９】階調補正処理のフローチャートである。
【図１０】階調値ｉを求める際の詳細なフローチャートである。
【図１１】階調値ｊを求める際の詳細なフローチャートである。
【図１２】第２実施例としての階調補正処理のフローチャートである。
【図１３】階調値ｉ，ｊを求める際の詳細なフローチャートである。
【図１４】階調補正処理のトーンカーブを示す説明図である。
【符号の説明】
１００…階調補正システム
１１０…ＣＰＵ
１２０…ＲＡＭ
１３０…ＲＯＭ
１４０…ハードディスク
１５０…ＵＳＢインタフェース
１６０…ＣＲＴコントローラ
１７０…バス
２１０…画像データ入力部
２２０…階調補正量導出部
２３０…階調補正部
２４０…画像出力部
２２１…ヒストグラム生成部
２２２…分割階調値算出部
２２３…算出部
２２４…階調補正量決定部
２２５…量子化テーブル
ＤＣ…デジタルスチルカメラ
ＧＦ…画像ファイル
ＰＣ…コンピュータ
ＰＴ…プリンタ
【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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