(57)【要約】  本発明は、輝度画像から明るさ画像に変換する際の演算負荷を軽減できる画像変換装置および画像変換プログラムを提供することを目的とする。そのため、本発明では、まず、輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する（Ｓ２）。次に、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する（Ｓ４）。次に、輝度の値が明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する（Ｓ５）。
2006132014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する分解手段と、
予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手段と、
前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する合成手段とを備えた
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項２】
輝度画像のウェーブレット分解をＮ回（Ｎは自然数）行い、(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成する分解手段と、
予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手段と、
前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換された(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ回行い、明るさ画像を生成する合成手段とを備えた
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像変換装置において、
前記分解手段は、直交系のウェーブレットを用いて前記ウェーブレット分解を行い、
前記合成手段は、前記直交系のウェーブレットを用いて前記ウェーブレット合成を行う
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像変換装置において、
前記直交系のウェーブレットは、略対称な形状の関数である
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の画像変換装置において、
前記合成手段が生成した前記明るさ画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ'個（Ｊ'は２以上の整数）のサブバンド画像を生成する第２の分解手段と、
前記関係に基づいて、前記第２の分解手段が生成した前記サブバンド画像の画素ごとに前記明るさ感の値を前記輝度の値に変換する第２の変換手段と、
前記第２の変換手段によって前記明るさ感の値が前記輝度の値に変換されたＫ'個（Ｋ'は２以上の整数；Ｋ'≦Ｊ'）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、輝度画像を生成する第２の合成手段とを備えた
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の画像変換装置において、
前記合成手段が生成した前記明るさ画像のウェーブレット分解をＮ'回（Ｎ'は自然数）行い、(３Ｎ'＋１)個のサブバンド画像を生成する第２の分解手段と、
前記関係に基づいて、前記第２の分解手段が生成した前記サブバンド画像の画素ごとに前記明るさ感の値を前記輝度の値に変換する第２の変換手段と、
前記第２の変換手段によって前記明るさ感の値が前記輝度の値に変換された(３Ｎ'＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ'回行い、輝度画像を生成する第２の合成手段とを備えた
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項７】
輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する分解手順と、
予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手順と、
前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する合成手順と
をコンピュータに実行させるための画像変換プログラム。
【請求項８】
輝度画像のウェーブレット分解をＮ回（Ｎは自然数）行い、(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成する分解手順と、
予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手順と、
前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換された(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ回行い、明るさ画像を生成する合成手順と
をコンピュータに実行させるための画像変換プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光環境の設計に好適な画像変換装置および画像変換プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明器具の配置などに応じて作り出される光環境（つまり空間の輝度分布）のシミュレーションが行われている。そして、この照明シミュレーションによって予測された輝度分布の画像は、光環境の設計時に、参照画像として利用されている。
ところが、人間の明るさの感覚（本明細書では「明るさ感」という）は、輝度の値とは直接対応していない。例えば、輝度画像の中の対象領域より周辺領域の方が低輝度の場合と、逆に周辺領域の方が高輝度の場合を比較すると、対象領域の輝度は同じであっても、前者の方が対象領域を“明るい”と感じるはずである。なお、明るさ感は、明るさ知覚と呼ばれることもある。【０００３】
このため、上記の照明シミュレーションによって正確な輝度分布を予測し、得られた輝度分布の画像を参照しても、光環境の設計時に、その光環境を充分に検討することはできなかった。対象領域の輝度が同じでも周辺領域の輝度によって対象領域の明るさ感が変わるからである。
そこで近年、光環境の充分な検討のために、輝度画像の中の対象領域の明るさ感を定量的に予測することが望まれるようになってきた。そして、本発明者は、現実の空間のように輝度分布が複雑な場合でも、対象領域の明るさ感を高い精度で定量的に予測できる方法を提案した（例えば特許文献１を参照）。さらに、この方法を拡張すれば、輝度画像から明るさ画像に変換することもできる。
【特許文献１】特開２００４−６１１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来の方法では、輝度画像から明るさ画像に変換する際の演算負荷が膨大であり、明るさ画像を得るために長い計算時間が必要であった。
本発明の目的は、輝度画像から明るさ画像に変換する際の演算負荷を軽減できる画像変換装置および画像変換プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の画像変換装置は、輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する分解手段と、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手段と、前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する合成手段とを備えたものである。【０００６】
本発明の他の画像変換装置は、輝度画像のウェーブレット分解をＮ回（Ｎは自然数）行い、(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成する分解手段と、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手段と、前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換された(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ回行い、明るさ画像を生成する合成手段とを備えたものである。【０００７】
また、前記分解手段は、直交系のウェーブレットを用いて前記ウェーブレット分解を行い、前記合成手段は、前記直交系のウェーブレットを用いて前記ウェーブレット合成を行うことが好ましい。
また、前記直交系のウェーブレットは、略対称な形状の関数であることが好ましい。
また、前記合成手段が生成した前記明るさ画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ'個（Ｊ'は２以上の整数）のサブバンド画像を生成する第２の分解手段と、前記関係に基づいて、前記第２の分解手段が生成した前記サブバンド画像の画素ごとに前記明るさ感の値を前記輝度の値に変換する第２の変換手段と、前記第２の変換手段によって前記明るさ感の値が前記輝度の値に変換されたＫ'個（Ｋ'は２以上の整数；Ｋ'≦Ｊ'）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、輝度画像を生成する第２の合成手段とを備えることが好ましい。【０００８】
また、前記合成手段が生成した前記明るさ画像のウェーブレット分解をＮ'回（Ｎ'は自然数）行い、(３Ｎ'＋１)個のサブバンド画像を生成する第２の分解手段と、前記関係に基づいて、前記第２の分解手段が生成した前記サブバンド画像の画素ごとに前記明るさ感の値を前記輝度の値に変換する第２の変換手段と、前記第２の変換手段によって前記明るさ感の値が前記輝度の値に変換された(３Ｎ'＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ'回行い、輝度画像を生成する第２の合成手段とを備えることが好ましい。【０００９】
本発明の画像変換プログラムは、輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する分解手順と、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手順と、前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する合成手順とを備えたものである。【００１０】
本発明の他の画像変換プログラムは、輝度画像のウェーブレット分解をＮ回（Ｎは自然数）行い、(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成する分解手順と、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手順と、前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換された(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ回行い、明るさ画像を生成する合成手順とをコンピュータに実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の画像変換装置および画像変換プログラムによれば、輝度画像から明るさ画像に変換する際の演算負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の画像変換装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２】画像変換の手順を示すフローチャートである。
【図３】ウェーブレット分解を説明する図である。
【図４】ウェーブレット分解によって生成されるサブバンド画像の説明図である。
【図５】輝度と明るさ感との関係を表す係数の一例を示す図である。
【図６】係数処理後のサブバンド画像の説明図である。
【図７】明るさ感の評価尺度を説明する図である。
【図８】精度の評価で使用した各パターンを説明する図である。
【図９】明るさ感の実測に用いる実験装置の構成を示す概略図である。
【図１０】図８の各パターンを用いたときの明るさ感の予測精度を示す図である。
【図１１】対象領域の大きさによる明るさ感（実測値）の変化を説明する図である。
【図１２】対象領域の大きさによる明るさ感（実測値）の変化を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の画像変換装置１０（図１）は、画像変換プログラムがインストールされたコンピュータであり、処理対象の入力画像(例えば輝度画像)や処理結果の出力画像(例えば明るさ画像)を記憶するメモリ１０Ａと、図２に示すフローチャートの手順にしたがって画像変換の演算処理を実行する演算部１０Ｂとで構成される。コンピュータに画像変換プログラムをインストールするには、画像変換プログラムが記録された記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭなど）を用いれば良い。または、インターネットを介してダウンロード可能な搬送波（画像変換プログラムを含む）を用いても良い。【００１４】
画像変換装置１０は、図２のステップＳ１において、輝度画像（図３(ａ)）をメモリ１０Ａに取り込む。輝度画像は、任意の照明シミュレーションによって予測された空間の輝度分布に関わるディジタル画像であり、輝度の実数値の空間依存性を表している。照明シミュレーションとは、例えば室内で照明器具の配置などに応じて作り出される光環境のシミュレーションのことである。また、照明シミュレーションに限らず、ＣＣＤカメラを使って輝度画像を取り込むこともできる。【００１５】
次に、画像変換装置１０の演算部１０Ｂは、輝度画像の各画素値の対数を計算した後、ステップＳ２の処理に進む。ステップＳ２では、直交ウェーブレット（例えばsymlet6）を用い、輝度画像（対数画像）のウェーブレット分解を行うことによって、図３(ｂ)に示す−１レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ(-1),ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1)を生成する。サブバンド画像ＬＬ(-1)は、輝度画像における輝度変化の低周波成分を抽出したものであり、輝度画像の近似画像と考えることができる。その他のサブバンド画像ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1)は、それぞれ、輝度画像における輝度変化のうち、垂直方向の高周波成分,水平方向の高周波成分,斜め方向の高周波成分を抽出したものである。サブバンド画像ＬＬ(-1),ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1)の画素数は、輝度画像の画素数の１/４である。【００１６】
次に（ステップＳ３）、画像変換装置１０は、上記のウェーブレット分解を最低レベルまで行ったか否かを判断し、最低レベルに達していない場合はステップＳ２の処理に戻って、レベルを１つずつ下げながらウェーブレット分解を繰り返す。本実施形態では、最低レベルを例えば−１１レベルとする。この場合、ステップＳ２の処理（ウェーブレット分解）の繰り返し回数は、１１回となる。【００１７】
２回目のウェーブレット分解は、−１レベルから−２レベルへのウェーブレット分解であり、−１レベルの低周波成分のサブバンド画像ＬＬ(-1)に対して行われる。その結果、図３(ｃ)に示す−２レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ(-2),ＨＬ(-2),ＬＨ(-2),ＨＨ(-2)が生成される。サブバンド画像ＬＬ(-2)は、サブバンド画像ＬＬ(-1)における輝度変化の低周波成分を抽出したものであり、サブバンド画像ＬＬ(-1)と同様、輝度画像の近似画像と考えることができる。その他のサブバンド画像ＨＬ(-2),ＬＨ(-2),ＨＨ(-2)は、それぞれ、サブバンド画像ＬＬ(-1)における輝度変化のうち、垂直方向の高周波成分,水平方向の高周波成分,斜め方向の高周波成分を抽出したものである。【００１８】
１回目のウェーブレット分解（図３(ａ)→(ｂ)）と比べて、２回目のウェーブレット分解（図３(ｂ)→(ｃ)）では、より周波数の低い（粗い）輝度変化を抽出することができる。３回目以降のウェーブレット分解でも同様に、−２レベルの低周波成分のサブバンド画像ＬＬ(-2)から−３レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ(-3),ＨＬ(-3),ＬＨ(-3),ＨＨ(-3)が生成され（図３(ｄ)）、レベルを下げるごとに、より粗い輝度変化が抽出されていく。そして、−１１レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ(-11),ＨＬ(-11),ＬＨ(-11),ＨＨ(-11)が生成されると、画像変換装置１０は、次のステップＳ４に進む。【００１９】
この時点で、１１回のウェーブレット分解が繰り返し行われたことになり、図４に示す３４個のサブバンド画像ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1),ＨＬ(-2),ＬＨ(-2),ＨＨ(-2),……,ＬＬ(-11),ＨＬ(-11),ＬＨ(-11),ＨＨ(-11)が生成されて、画像変換装置１０のメモリ１０Ａに記憶される。
次に（ステップＳ４）、画像変換装置１０の演算部１０Ｂは、予め定めた輝度と明るさ感との関係（例えば図５に示す各レベルの係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)）に基づいて、次のような係数処理を行い、図４に示すサブバンド画像ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1),ＨＬ(-2),ＬＨ(-2),ＨＨ(-2),……,ＬＬ(-11),ＨＬ(-11),ＬＨ(-11),ＨＨ(-11)の画素ごとに、輝度の値を明るさ感の値に変換する。【００２０】
具体的には、−１１レベルの係数β(-11)を用いた次式(１)にしたがって、−１１レベルの低周波成分のサブバンド画像ＬＬ(-11)の画素値（輝度の値）を、明るさ感の値（サブバンド画像ＬＬ'(-11)の画素値）に変換する。
ＬＬ'(-11)の画素値 ＝ β(-11)×(ＬＬ(-11)の画素値)＋4.653435  …(１)
サブバンド画像ＬＬ'(-11)は、最終的に求めるべき明るさ画像の−１１レベルの低周波成分に相当する。【００２１】
また、−Ｎレベル（Ｎ＝１〜１１）の係数α(-N)を用いた次式(２)〜(４)にしたがって、−Ｎレベルの高周波成分のサブバンド画像ＨＬ(-N),ＬＨ(-N),ＨＨ(-N)の画素値（輝度の値）を、明るさ感の値（サブバンド画像ＨＬ'(-N),ＬＨ'(-N),ＨＨ'(-N)の画素値）に変換する。サブバンド画像ＨＬ'(-N),ＬＨ'(-N),ＨＨ'(-N)は、最終的に求めるべき明るさ画像の−Ｎレベルの高周波成分に相当する。【００２２】
ＨＬ'(-N)の画素値 ＝ α(-N)×(ＨＬ(-N)の画素値)  …(２)
ＬＨ'(-N)の画素値 ＝ α(-N)×(ＬＨ(-N)の画素値)  …(３)
ＨＨ'(-N)の画素値 ＝ α(-N)×(ＨＨ(-N)の画素値)  …(４)
上記のような式(１)〜(４)による係数処理（ステップＳ４）は、元の輝度画像から抽出された様々な周波数の輝度変化が明るさ感に及ぼす効果（つまり係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)）を加味する処理である。【００２３】
その結果、画像変換装置１０のメモリ１０Ａには、図６に示すサブバンド画像ＨＬ'(-1),ＬＨ'(-1),ＨＨ'(-1),……,ＬＬ'(-11),ＨＬ'(-11),ＬＨ'(-11),ＨＨ'(-11)が記憶される。なお、サブバンド画像ＬＬ'(-11)の画素値（明るさ感の値）は、均一輝度での明るさ感（Ｂｕ）に対応する。サブバンド画像ＨＬ'(-N),ＬＨ'(-N),ＨＨ'(-N)の画素値（明るさ感の値）は、輝度の対比効果による明るさ感（Ｂｃ）に対応する。図５の係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)の決定については最後に説明する。【００２４】
次に（ステップＳ５）、画像変換装置１０の演算部１０Ｂは、ステップＳ２で用いたものと同じ直交ウェーブレット（例えばsymlet6）を用いて、図６に示す−１１レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ'(-11),ＨＬ'(-11),ＬＨ'(-11),ＨＨ'(-11)のウェーブレット合成を行う。このウェーブレット合成により、１つ上のレベル（−１０レベル）の低周波成分のサブバンド画像ＬＬ'(-10)を生成することができる。【００２５】
次に（ステップＳ６）、上記のウェーブレット合成を原画像（ここでは図３(ａ)の輝度画像）のレベルまで行ったか否かを判断し、原画像のレベルに達していない場合はステップＳ５の処理に戻って、レベルを１つずつ上げながらウェーブレット合成を繰り返す。本実施形態では、最低レベルが−１１レベルなので、ステップＳ５の処理（ウェーブレット合成）の繰り返し回数は、１１回となる。【００２６】
２回目のウェーブレット合成は、−１０レベルから−９レベルへのウェーブレット合成であり、１回目のウェーブレット合成によって生成されたサブバンド画像ＬＬ'(-10)と、図６に示す−１０レベルの３個のサブバンド画像ＨＬ'(-10),ＬＨ'(-10),ＨＨ'(-10)とを用いて行われる。その結果、１つ上のレベル（−９レベル）の低周波成分のサブバンド画像ＬＬ'(-9)を生成することができる。【００２７】
３回目以降のウェーブレット合成も同様に行われ、１０回目のウェーブレット合成によって生成された−１レベルのサブバンド画像ＬＬ'(-1)と、図６に示す−１レベルの３個のサブバンド画像ＨＬ'(-1),ＬＨ'(-1),ＨＨ'(-1)とに基づいて、原画像のレベル（０レベル）の低周波成分のサブバンド画像（つまり明るさ画像）が生成されると、画像変換装置１０は、図２の画像変換の演算処理を終了する。【００２８】
このようにして輝度画像（図３(ａ)）から変換された明るさ画像の画素値（明るさ感の値）は、図７に示す評価尺度の数値（１〜１３）として得られる。このため、明るさ画像の画素値（１〜１３）に対応する形容詞（非常に暗い〜非常に明るい）を知ることで、人間の感覚に適応した“明るさ感”を把握することができる。図７の評価尺度は、光環境の設計の分野で一般的に使われている明るさ感の形容詞（非常に暗い〜非常に明るい）に対し、便宜的に、数値（１〜１３）を割り振ったものである。
（精度の評価）
本実施形態の画像変換装置１０による変換精度を評価するため、輝度画像（図３(ａ)）から変換された明るさ画像の画素値（予測値）と、後述の被験者実験による実測値との比較を行う。【００２９】
評価用の輝度画像として用意されたパターンは、図８(ａ)に示すように、輝度の異なる２つの領域（対象領域,周辺領域）を有し、対象領域の大きさが可変である（視角０.１°,０.５°,１°,２°,５°,１０°,１５°,２０°,３０°,６０°,１８０°）。さらに、対象領域の輝度[ｃｄ/ｍ2]、および対象領域と周辺領域との輝度比Ｃ（＝対象輝度/周辺輝度）を、図８(ｂ)に示すような組み合わせで変化させる。そして、これらのパターンを用いて評価を行う。【００３０】
各々のパターンにおける対象領域の明るさ感の予測値は、上述した図２に示すフローチャートの手順にしたがって画像変換装置１０が求める。
また、各パターンにおける対象領域の明るさ感の実測は、図９(ａ),(ｂ)に示す実験装置を用いて行われる。実験装置は、図９(ａ)に示すように、視界１８０°を覆う乳白色のパネル１１と、パネル１１の中央部から外側に向けて取り付けられた黒紙の筒１２と、筒１２の先端部に取り付けられた昼白色の蛍光ランプ１３と、筒１２の他方（パネル１１側）の端部に取り付けられたフィルム１５と、パネル１１の外側全体に設けられた多数の蛍光灯１４とで構成されている。【００３１】
この実験装置を用いた明るさ感の測定は、暗幕で遮光された部屋の中で、周辺領域の輝度を蛍光灯１４の光量によって調整し、対象領域の輝度を蛍光ランプ１３の光量によって調整し、対象領域の大きさを調整しながら行った。また、対象領域近傍の周辺領域の輝度は、フィルム１５の透過率を変化させることで調整した。被験者は、眼鏡などによる補正視力を含む正常視力１.０以上を持つ２０代の男女９名である。実際の測定は、評価が安定するように、各々のパターンごとに２〜３回（／１名）行った。多種類のパターンは、各々、被験者に対してランダムに提示した。【００３２】
また、この実験装置を用いた明るさ感の測定とは、被験者が各々の感覚にしたがい、提示された各パターンの対象領域の明るさ感として、図７の評価尺度の数値（１〜１３）から１つを選択するものである。被験者ごとに選択された評価尺度の数値は、各パターンごとに平均化され、得られた平均値を“実測値”とする。
上記のようにして求められた各々のパターンの明るさ感の予測値と実測値との比較を図１０に示す。図１０の横軸は実測値を表し、縦軸は予測値を表している。図１０から分かるように、各々のパターンの実測値と予測値との組み合わせを表す点(◆)は、ほぼ４５°ライン上に集まっている。誤差は、評価尺度での±１程度である。また、Ｒ２乗で９２％の十分な説明力を示している（Ｒ＝０.９５９５８２）。【００３３】
以上の結果から、本実施形態の画像変換装置１０における画像変換の演算処理（図２）は、充分に高精度なものと言うことができる。つまり、本実施形態の画像変換装置１０によれば、輝度分布が複雑な場合でも、輝度画像の中の対象領域の明るさ感を高い精度で定量的に予測することができる。
さらに、本実施形態の画像変換装置１０によれば、図２のステップＳ２のウェーブレット分解とステップＳ５のウェーブレット合成とを組み合わせて（つまりいわゆる離散ウェーブレット変換の手法を応用して）、輝度画像から明るさ画像に変換するため、その際の演算負荷を軽減することができる。したがって、従来と比較して非常に短い時間で高速に輝度画像から明るさ画像を得ることができる。【００３４】
また、本実施形態の画像変換装置１０によれば、直交ウェーブレットを用いてウェーブレット分解とウェーブレット合成とを行う（図２のステップＳ２,Ｓ５）ため、画像変換の演算処理における誤差を非常に小さくすることができる。したがって、上記のような輝度画像から明るさ画像への変換を行った後に、同じ直交ウェーブレットを用いて明るさ画像から輝度画像への逆変換を行うことにより、元の輝度画像に戻すことができる。つまり、画像変換装置１０によれば、輝度画像と明るさ画像との双方向変換を高速に行うことが可能となる。【００３５】
ここで、明るさ画像から輝度画像への逆変換について説明する。この逆変換の処理は、上記の変換処理（図２〜図６）の説明において、輝度画像を明るさ画像に置き換え、明るさ画像を輝度画像に置き換え、かつ、図２のステップＳ４の係数処理を次の式(５)〜(８)にしたがって行うようにしたものである。明るさ画像の−Ｎレベルのサブバンド画像を、ＬＬ'(-N),ＨＬ'(-N),ＬＨ'(-N),ＨＨ'(-N)とする。また、輝度画像の−Ｎレベルのサブバンド画像を、ＬＬ(-N),ＨＬ(-N),ＬＨ(-N),ＨＨ(-N)とする。【００３６】
ＬＬ(-11)の画素値 ＝｛(ＬＬ'(-11)の画素値)−4.653435｝÷β(-11)  …(５)
ＨＬ(-N)の画素値 ＝ (ＨＬ'(-N)の画素値)÷α(-N)  …(６)
ＬＨ(-N)の画素値 ＝ (ＬＨ'(-N)の画素値)÷α(-N)  …(７)
ＨＨ(-N)の画素値 ＝ (ＨＨ'(-N)の画素値)÷α(-N)  …(８)
この式(５)〜(８)による係数処理でも、様々な周波数の輝度変化が明るさ感に及ぼす効果（つまり係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)）を加味している。【００３７】
なお、ウェーブレット分解によって生成されるサブバンド画像ＬＬ'(-1),…は、明るさ画像における明るさ変化の低周波成分や高周波成分を抽出したものである。サブバンド画像ＬＬ(-11)の画素値（輝度の値）は、均一輝度に対応する。サブバンド画像ＨＬ(-N),ＬＨ(-N),ＨＨ(-N)の画素値（輝度の値）は、輝度の対比効果に対応する。
上記のような逆変換の処理は、事前に輝度画像から変換した明るさ画像に適用してもよいし、何らかの方法で新たに生成した明るさ画像に適用してもよい。前者の場合には、輝度画像から明るさ画像に変化する際と同じ直交ウェーブレットを用いることが好ましい。また、明るさ画像から輝度画像への逆変換の際、ウェーブレット合成が終わった時点での輝度画像は、各画素が対数値を示している。このため、各画素値を実数値に戻す計算を行って、最終的な輝度画像とすることが好ましい。【００３８】
本実施形態の画像変換装置１０では、輝度画像のウェーブレット分解を行ったときに、式(１)〜(４)を用いてサブバンド画像の画素値（輝度の値）を明るさ感の値に変換して、変換後のサブバンド画像のウェーブレット合成を行うことにより、明るさ画像を生成することができる。また、明るさ画像のウェーブレット分解を行ったときには、式(５)〜(８)を用いてサブバンド画像の画素値（明るさ感の値）を輝度の値に変換し、変換後のサブバンド画像のウェーブレット合成を行うことにより、輝度画像を生成することができる。【００３９】
さらに、本実施形態の画像変換装置１０では、上記のような輝度画像と明るさ画像との双方向変換を高速に行うことができるため、次のような照明設計や照明制御などを効率よく実現できる。
従来の照明設計は、照度を使った照明設計であり、紙面に書かれた文字などの見やすさを保証できるが、室内の雰囲気を作るための照明や吹き抜け空間の壁照明、ライトアップの照明など（光によって作り出される明るさ分布）の設計にはほとんど対応できない。しかし、本実施形態によれば、明るさ画像の画素値（明るさ感）を直接操作しながら、それを実現する照明光の物理量（輝度）を得ることができる。このため、照明器具の出力・配光・位置などをデザイナーが思い描いた通りに設計することが可能となる。この場合には、画像変換（双方向変換）の演算処理をＣＧ作成ソフトに組み込むことが考えられる。【００４０】
また、近年、省エネルギーの観点から、室内への自然光の導入が各方面で検討されている。その際、自然光の導入に応じて人工照明の光量を調整する必要がある。従来は、照度計により自然光の導入の程度を測定していたので、人工照明の光量を適切に調整することが難しかった。しかし、本実施形態によれば、ＣＣＤカメラを使ってリアルタイムで輝度画像を取り込み、これを明るさ画像（人の見え方を直接表現する画像）に変換することができるため、明るさ画像の画素値（明るさ感の値）に応じて人工照明を調整することにより、自然光と人工照明との組み合わせによる最適な光環境を実現できる。この場合には、画像変換（双方向変換）の演算処理を自然光利用のための制御システムに組み込むことが考えられる。【００４１】
さらに、上記した人工照明の調整に限らず、窓のブラインドの傾き調整や、様々な機器のモニタ装置の出力調整、ＰＣプロジェクタの出力調整などにも、同様の制御システムを用いることができる。
また、本実施形態の画像変換装置１０によれば、輝度画像や明るさ画像のウェーブレット分解やウェーブレット合成を行う際（図２のステップＳ２,Ｓ５）、直交ウェーブレットとして略対称な形状の関数（例えばsymlet6）を用いたので、人間の目の明るさ感の特性（明るさ感の対比効果は視野の中心に対して対称で方向性を持たないという特性）に適した変換を行うことができる。
（補足）
最後に、図５の係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)の決定について説明する。【００４２】
そのために輝度画像として用意したパターンは、上記の図８(ａ),(ｂ)と同じである。
各パターンの明るさ感の実測値を例えば輝度比１００と輝度比０.３について図示すると、図１１,図１２のようになる。図１１,図１２の横軸は対象領域の大きさ( deg’)を表す対数軸であり、縦軸は明るさ感の実測値を表している。図１１,図１２の“×”,“▲”,“■”,“●”,“◆”は、対象領域の輝度が３０００,３００,３０,３,０.３[ｃｄ/ｍ2]の実測値に対応する。【００４３】
図１１から分かるように、輝度比＞１（対象領域の方が高輝度）の場合、対象領域が大きくなると、明るさ感は低下する傾向を示す。また、図１２から分かるように、輝度比＜１（対象領域の方が低輝度）の場合には、傾向が逆であり、対象領域が大きくなると、明るさ感は増加する。
また、対象領域の大きさが“∞”とは、各パターンの対象領域の視角１８０°に対応する。つまり、対象輝度が視界１８０°全体に均一に分布している状態のことである。このため、対象領域の大きさが“∞”のときの実測値は、均一輝度での明るさ感（Ｂｕ）に対応する。【００４４】
さらに、輝度の対比効果による明るさ感（Ｂｃ）は、対象領域の大きさが“∞”のときの実測値（図１１,図１２のＢｕ参照）と有限のときの実測値との差に相当すると考えることができる。図１１のように輝度比＞１（対象領域の方が高輝度）の場合、輝度の対比効果による明るさ感Ｂｃは“プラス”の値を持ち、図１２のように輝度比＜１（対象領域の方が低輝度）の場合、輝度の対比効果による明るさ感Ｂｃは“マイナス”の値を持つことになる。【００４５】
そこで、各パターンの明るさ感の実測値（図１１,図１２）を用い、直交ウェーブレットとして symlet6 を用いる場合を想定し、また、輝度画像の解像度（１画素あたりの視角）が約０.１°の場合を想定して、その実測値を重回帰分析することにより、図５の係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)の値を決定することができる。また、同時に、式(１),(５)の定数項の値（4.653435）も決定することができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、直交ウェーブレットとして例えば symlet6 を用いたが、本発明はこれに限定されない。その他にも、略対称な形状の関数（例えばsymlet4,8など）を用いて同様の計算を行うこともできる。ただし、symlet6 以外の関数を用いる場合には、輝度と明るさ感との関係を表す係数として図５や式(１),(５)とは異なる値を改めて求めることが必要となる。求め方は、上記と同じである。【００４６】
さらに、上記した実施形態では、輝度画像から明るさ画像への変換時と、明るさ画像から輝度画像への逆変換時とで、同じ直交ウェーブレットを用いたが、異なる直交ウェーブレットを用いてもよい。この場合には、それぞれの直交ウェーブレットごとに適切な係数（輝度と明るさ感との関係）が存在するため、上記の方法で適切な係数を求めて画像変換の演算処理に用いることが必要となる。【００４７】
また、上記した実施形態では、直交ウェーブレットを用いたが、非直交ウェーブレットを用いる場合にも、本発明を適用できる。この場合には、各々の関数が独立ではないため、ウェーブレット合成の際に近似計算が必要となる。
ただし、分解に使うウェーブレットと合成に使うウェーブレットとを適切に組み合わせることによって完全に復元が可能なウェーブレット（すなわち双直交ウェーブレット）を用いる場合には、分解／合成の各ウェーブレットが非直交であっても近似計算は不要となる。したがって、双直交ウェーブレットを用いる場合でも、上記の直交ウェーブレットを用いる場合と同様に、画像変換の演算処理における誤差を非常に小さくすることができ、輝度画像と明るさ画像との双方向変換を高速に行うことが可能となる。このように、本発明は、分解／合成のウェーブレットが、それぞれ直交系を構成する場合に限らず、両者を組み合わせたときに直交系を構成する場合（双直交）にも、有効であり、同様の効果を奏する。【００４８】
さらに、上記した実施形態では、ウェーブレット分解を−１１レベルまで行ったが、本発明はこれに限定されない。最低レベルは画像変換の要求精度に応じて設定すればよい。また、原画像（例えば輝度画像）のサイズが小さく、−１１レベルに達する前の段階でサブバンド画像が１画素となった場合には、その時点でウェーブレット分解を終了すればよい。何れにしても、ウェーブレット分解を終了したときの最低レベルが−１１レベルとは異なる場合、式(１),(５)の計算に代えて、次の式(９),(１０)の計算を、最低レベルの低周波成分のサブバンド画像（ＬＬ）の画素ごとに行えばよい。式(９),(１０)では、最低レベルを−Ｍレベルとした。【００４９】
ＬＬ'(-M)の画素値 ＝ β(-M)×(ＬＬ(-M)の画素値)＋4.653435  …(９)
ＬＬ(-M)の画素値 ＝｛(ＬＬ'(-M)の画素値)−4.653435｝÷β(-M) …(１０)
また、サブバンド画像が１画素となってもウェーブレット分解を継続し、−１１レベルとなった時点でウェーブレット分解を終了しても構わない。この場合の係数処理は、上記の式(１)〜(８)を用いて行われる。【００５０】
さらに、輝度と明るさ感との関係を表す係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)の値と式(１),(５)の定数項の値は、直交ウェーブレットの種類ごとに求める他、原画像（例えば輝度画像）の解像度を変更した場合には、その解像度ごとに求めることが好ましい。
また、上記した実施形態では、画像変換プログラムがインストールされたコンピュータを画像変換装置１０とする例で説明したが、本発明はこれに限定されない。画像変換装置１０を専用のハードウェア（ＬＳＩ）によりチップ化してもよい。チップ化することにより、照明制御などのリアルタイム制御が可能となる。【００５１】
さらに、上記した実施形態では、輝度画像から明るさ画像への変換時に、輝度画像の各画素値（実数値）の対数値を計算した後でウェーブレット分解を行い、明るさ画像から輝度画像への逆変換時に、ウェーブレット合成直後の輝度画像の各画素値（対数値）の実数値を計算して最終的な輝度画像を生成したが、本発明はこれに限定されない。上記のような対数の計算は視覚系の非線形性を考慮した計算であり、対数の他に例えば１／３乗などのPower Functionを用いても、同様の効果を得ることができる。Power Functionは、均等知覚空間の表現に合わせて設定すればよい。【００５２】
また、上記した実施形態では、明るさ知覚について、絶対尺度による心理評価実験の結果を用いたが、閾値（違いを認識できるか否かの境界の値）などを用いて尺度化してもよい。
さらに、上記した実施形態では、画像の解像度を約０.１°に設定したが、本発明はこれに限定されない。０.１°以外の解像度（例えばより高解像度）に設定しても構わない。ただし、解像度の設定を変える場合には、知覚尺度との対応関係（係数）を解像度ごとに求めることが必要になる。【００５３】
また、上記した実施形態では、ウェーブレット分解の回数をＮ回（Ｎは自然数）とし、Ｎ回のウェーブレット分解によって(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成し、その後、これら全てのサブバンド画像の係数処理を行って、処理後のサブバンド画像の全て（３Ｎ＋１個）をウェーブレット合成した（Ｎ回）が、本発明はこれに限定されない。係数処理後のサブバンド画像のうち(３Ｎ＋１)個より少ない任意の複数個をウェーブレット合成してもよい。ただし、係数処理後のサブバンド画像の全てをウェーブレット合成に用いる方が正確な変換を行うことができ、輝度画像と明るさ画像との双方向変換が可能となる。【００５４】
さらに、上記した実施形態では、１回のウェーブレット分解によって４個のサブバンド画像を生成したが、本発明はこれに限定されない。１回のウェーブレット分解によって生成されるサブバンド画像の数が２個以上であれば、本発明を適用できる。同様に、１回のウェーブレット合成によって４個のサブバンド画像から１つ上のレベルのサブバンド画像を生成したが、２個以上のサブバンド画像から上のレベルのサブバンド画像を生成してもよい。【００５５】
また、上記した実施形態では、輝度画像と明るさ画像との双方向変換時にウェーブレット分解の回数を同じ回数（例えば１１回）にしたが、本発明はこれに限定されない。輝度画像から明るさ画像への変換時に行うウェーブレット分解の回数と、明るさ画像から輝度画像への逆変換時に行うウェーブレット分解の回数とを、異なる回数に設定しても構わない。
【図１】
2006132014.tif 000003
【図２】
2006132014.tif 000004
【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】
2006132014.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月14日(2006.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する分解手段と、
予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手段と、
前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する合成手段とを備えた
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項２】
輝度画像のウェーブレット分解をＮ回（Ｎは自然数）行い、(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成する分解手段と、
予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手段と、
前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換された(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ回行い、明るさ画像を生成する合成手段とを備えた
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像変換装置において、
前記分解手段は、直交系のウェーブレットを用いて前記ウェーブレット分解を行い、
前記合成手段は、前記直交系のウェーブレットを用いて前記ウェーブレット合成を行う
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像変換装置において、
前記直交系のウェーブレットを数列｛ａ（ｋ）｝k=1,2,3,…で表した場合、その数列｛ａ（ｋ）｝k=1,2,3,…は、ａ（ｋ）≒ａ（ｎ−ｋ）なる数ｎが存在するような構成をしている
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の画像変換装置において、
前記合成手段が生成した前記明るさ画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ'個（Ｊ'は２以上の整数）のサブバンド画像を生成する第２の分解手段と、
前記関係に基づいて、前記第２の分解手段が生成した前記サブバンド画像の画素ごとに前記明るさ感の値を前記輝度の値に変換する第２の変換手段と、
前記第２の変換手段によって前記明るさ感の値が前記輝度の値に変換されたＫ'個（Ｋ'は２以上の整数；Ｋ'≦Ｊ'）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、輝度画像を生成する第２の合成手段とを備えた
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の画像変換装置において、
前記合成手段が生成した前記明るさ画像のウェーブレット分解をＮ'回（Ｎ'は自然数）行い、(３Ｎ'＋１)個のサブバンド画像を生成する第２の分解手段と、
前記関係に基づいて、前記第２の分解手段が生成した前記サブバンド画像の画素ごとに前記明るさ感の値を前記輝度の値に変換する第２の変換手段と、
前記第２の変換手段によって前記明るさ感の値が前記輝度の値に変換された(３Ｎ'＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ'回行い、輝度画像を生成する第２の合成手段とを備えた
ことを特徴とする画像変換装置。
【請求項７】
輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する分解手順と、
予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手順と、
前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する合成手順と
をコンピュータに実行させるための画像変換プログラム。
【請求項８】
輝度画像のウェーブレット分解をＮ回（Ｎは自然数）行い、(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成する分解手順と、
予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手順と、
前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換された(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ回行い、明るさ画像を生成する合成手順と
をコンピュータに実行させるための画像変換プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光環境の設計に好適な画像変換装置および画像変換プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明器具の配置などに応じて作り出される光環境（つまり空間の輝度分布）のシミュレーションが行われている。そして、この照明シミュレーションによって予測された輝度分布の画像は、光環境の設計時に、参照画像として利用されている。
【０００３】
ところが、人間の明るさの感覚（本明細書では「明るさ感」という）は、輝度の値とは直接対応していない。例えば、輝度画像の中の対象領域より周辺領域の方が低輝度の場合と、逆に周辺領域の方が高輝度の場合を比較すると、対象領域の輝度は同じであっても、前者の方が対象領域を“明るい”と感じるはずである。なお、明るさ感は、明るさ知覚と呼ばれることもある。
【０００４】
このため、上記の照明シミュレーションによって正確な輝度分布を予測し、得られた輝度分布の画像を参照しても、光環境の設計時に、その光環境を充分に検討することはできなかった。対象領域の輝度が同じでも周辺領域の輝度によって対象領域の明るさ感が変わるからである。
【０００５】
そこで近年、光環境の充分な検討のために、輝度画像の中の対象領域の明るさ感を定量的に予測することが望まれるようになってきた。そして、本発明者は、現実の空間のように輝度分布が複雑な場合でも、対象領域の明るさ感を高い精度で定量的に予測できる方法を提案した（例えば特許文献１を参照）。さらに、この方法を拡張すれば、輝度画像から明るさ画像に変換することもできる。
【特許文献１】特開２００４−６１１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記した従来の方法では、輝度画像から明るさ画像に変換する際の演算負荷が膨大であり、明るさ画像を得るために長い計算時間が必要であった。
【０００７】
本発明の目的は、輝度画像から明るさ画像に変換する際の演算負荷を軽減できる画像変換装置および画像変換プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の画像変換装置は、輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する分解手段と、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手段と、前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する合成手段とを備えたものである。
【０００９】
本発明の他の画像変換装置は、輝度画像のウェーブレット分解をＮ回（Ｎは自然数）行い、(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成する分解手段と、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手段と、前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換された(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ回行い、明るさ画像を生成する合成手段とを備えたものである。
【００１０】
また、前記分解手段は、直交系のウェーブレットを用いて前記ウェーブレット分解を行い、前記合成手段は、前記直交系のウェーブレットを用いて前記ウェーブレット合成を行うことが好ましい。
【００１１】
また、前記直交系のウェーブレットは、略対称な形状の関数であることが好ましい。
【００１２】
また、前記合成手段が生成した前記明るさ画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ'個（Ｊ'は２以上の整数）のサブバンド画像を生成する第２の分解手段と、前記関係に基づいて、前記第２の分解手段が生成した前記サブバンド画像の画素ごとに前記明るさ感の値を前記輝度の値に変換する第２の変換手段と、前記第２の変換手段によって前記明るさ感の値が前記輝度の値に変換されたＫ'個（Ｋ'は２以上の整数；Ｋ'≦Ｊ'）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、輝度画像を生成する第２の合成手段とを備えることが好ましい。
【００１３】
また、前記合成手段が生成した前記明るさ画像のウェーブレット分解をＮ'回（Ｎ'は自然数）行い、(３Ｎ'＋１)個のサブバンド画像を生成する第２の分解手段と、前記関係に基づいて、前記第２の分解手段が生成した前記サブバンド画像の画素ごとに前記明るさ感の値を前記輝度の値に変換する第２の変換手段と、前記第２の変換手段によって前記明るさ感の値が前記輝度の値に変換された(３Ｎ'＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ'回行い、輝度画像を生成する第２の合成手段とを備えることが好ましい。
【００１４】
本発明の画像変換プログラムは、輝度画像のウェーブレット分解を行い、Ｊ個（Ｊは２以上の整数）のサブバンド画像を生成する分解手順と、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手順と、前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換されたＫ個（Ｋは２以上の整数；Ｋ≦Ｊ）のサブバンド画像のウェーブレット合成を行い、明るさ画像を生成する合成手順とを備えたものである。
【００１５】
本発明の他の画像変換プログラムは、輝度画像のウェーブレット分解をＮ回（Ｎは自然数）行い、(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成する分解手順と、予め定めた輝度と明るさ感との関係に基づいて、前記サブバンド画像の画素ごとに輝度の値を明るさ感の値に変換する変換手順と、前記変換手段によって前記輝度の値が前記明るさ感の値に変換された(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像のウェーブレット合成をＮ回行い、明るさ画像を生成する合成手順とをコンピュータに実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の画像変換装置および画像変換プログラムによれば、輝度画像から明るさ画像に変換する際の演算負荷を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態の画像変換装置１０（図１）は、画像変換プログラムがインストールされたコンピュータであり、処理対象の入力画像(例えば輝度画像)や処理結果の出力画像(例えば明るさ画像)を記憶するメモリ１０Ａと、図２に示すフローチャートの手順にしたがって画像変換の演算処理を実行する演算部１０Ｂとで構成される。コンピュータに画像変換プログラムをインストールするには、画像変換プログラムが記録された記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭなど）を用いれば良い。または、インターネットを介してダウンロード可能な搬送波（画像変換プログラムを含む）を用いても良い。
【００１９】
画像変換装置１０は、図２のステップＳ１において、輝度画像（図３(ａ)）をメモリ１０Ａに取り込む。輝度画像は、任意の照明シミュレーションによって予測された空間の輝度分布に関わるディジタル画像であり、輝度の実数値の空間依存性を表している。照明シミュレーションとは、例えば室内で照明器具の配置などに応じて作り出される光環境のシミュレーションのことである。また、照明シミュレーションに限らず、ＣＣＤカメラを使って輝度画像を取り込むこともできる。
【００２０】
次に、画像変換装置１０の演算部１０Ｂは、輝度画像の各画素値の対数を計算した後、ステップＳ２の処理に進む。ステップＳ２では、直交ウェーブレット（例えばsymlet6）を用い、輝度画像（対数画像）のウェーブレット分解を行うことによって、図３(ｂ)に示す−１レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ(-1),ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1)を生成する。サブバンド画像ＬＬ(-1)は、輝度画像における輝度変化の低周波成分を抽出したものであり、輝度画像の近似画像と考えることができる。その他のサブバンド画像ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1)は、それぞれ、輝度画像における輝度変化のうち、垂直方向の高周波成分,水平方向の高周波成分,斜め方向の高周波成分を抽出したものである。サブバンド画像ＬＬ(-1),ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1)の画素数は、輝度画像の画素数の１/４である。
【００２１】
次に（ステップＳ３）、画像変換装置１０は、上記のウェーブレット分解を最低レベルまで行ったか否かを判断し、最低レベルに達していない場合はステップＳ２の処理に戻って、レベルを１つずつ下げながらウェーブレット分解を繰り返す。本実施形態では、最低レベルを例えば−１１レベルとする。この場合、ステップＳ２の処理（ウェーブレット分解）の繰り返し回数は、１１回となる。
【００２２】
２回目のウェーブレット分解は、−１レベルから−２レベルへのウェーブレット分解であり、−１レベルの低周波成分のサブバンド画像ＬＬ(-1)に対して行われる。その結果、図３(ｃ)に示す−２レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ(-2),ＨＬ(-2),ＬＨ(-2),ＨＨ(-2)が生成される。サブバンド画像ＬＬ(-2)は、サブバンド画像ＬＬ(-1)における輝度変化の低周波成分を抽出したものであり、サブバンド画像ＬＬ(-1)と同様、輝度画像の近似画像と考えることができる。その他のサブバンド画像ＨＬ(-2),ＬＨ(-2),ＨＨ(-2)は、それぞれ、サブバンド画像ＬＬ(-1)における輝度変化のうち、垂直方向の高周波成分,水平方向の高周波成分,斜め方向の高周波成分を抽出したものである。
【００２３】
１回目のウェーブレット分解（図３(ａ)→(ｂ)）と比べて、２回目のウェーブレット分解（図３(ｂ)→(ｃ)）では、より周波数の低い（粗い）輝度変化を抽出することができる。３回目以降のウェーブレット分解でも同様に、−２レベルの低周波成分のサブバンド画像ＬＬ(-2)から−３レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ(-3),ＨＬ(-3),ＬＨ(-3),ＨＨ(-3)が生成され（図３(ｄ)）、レベルを下げるごとに、より粗い輝度変化が抽出されていく。そして、−１１レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ(-11),ＨＬ(-11),ＬＨ(-11),ＨＨ(-11)が生成されると、画像変換装置１０は、次のステップＳ４に進む。
【００２４】
この時点で、１１回のウェーブレット分解が繰り返し行われたことになり、図４に示す３４個のサブバンド画像ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1),ＨＬ(-2),ＬＨ(-2),ＨＨ(-2),……,ＬＬ(-11),ＨＬ(-11),ＬＨ(-11),ＨＨ(-11)が生成されて、画像変換装置１０のメモリ１０Ａに記憶される。
【００２５】
次に（ステップＳ４）、画像変換装置１０の演算部１０Ｂは、予め定めた輝度と明るさ感との関係（例えば図５に示す各レベルの係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)）に基づいて、次のような係数処理を行い、図４に示すサブバンド画像ＨＬ(-1),ＬＨ(-1),ＨＨ(-1),ＨＬ(-2),ＬＨ(-2),ＨＨ(-2),……,ＬＬ(-11),ＨＬ(-11),ＬＨ(-11),ＨＨ(-11)の画素ごとに、輝度の値を明るさ感の値に変換する。
【００２６】
具体的には、−１１レベルの係数β(-11)を用いた次式(１)にしたがって、−１１レベルの低周波成分のサブバンド画像ＬＬ(-11)の画素値（輝度の値）を、明るさ感の値（サブバンド画像ＬＬ'(-11)の画素値）に変換する。
【００２７】
ＬＬ'(-11)の画素値 ＝ β(-11)×(ＬＬ(-11)の画素値)＋4.653435 …(１)
サブバンド画像ＬＬ'(-11)は、最終的に求めるべき明るさ画像の−１１レベルの低周波成分に相当する。
【００２８】
また、−Ｎレベル（Ｎ＝１〜１１）の係数α(-N)を用いた次式(２)〜(４)にしたがって、−Ｎレベルの高周波成分のサブバンド画像ＨＬ(-N),ＬＨ(-N),ＨＨ(-N)の画素値（輝度の値）を、明るさ感の値（サブバンド画像ＨＬ'(-N),ＬＨ'(-N),ＨＨ'(-N)の画素値）に変換する。サブバンド画像ＨＬ'(-N),ＬＨ'(-N),ＨＨ'(-N)は、最終的に求めるべき明るさ画像の−Ｎレベルの高周波成分に相当する。
【００２９】
ＨＬ'(-N)の画素値 ＝ α(-N)×(ＨＬ(-N)の画素値) …(２)
ＬＨ'(-N)の画素値 ＝ α(-N)×(ＬＨ(-N)の画素値) …(３)
ＨＨ'(-N)の画素値 ＝ α(-N)×(ＨＨ(-N)の画素値) …(４)
上記のような式(１)〜(４)による係数処理（ステップＳ４）は、元の輝度画像から抽出された様々な周波数の輝度変化が明るさ感に及ぼす効果（つまり係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)）を加味する処理である。
【００３０】
その結果、画像変換装置１０のメモリ１０Ａには、図６に示すサブバンド画像ＨＬ'(-1),ＬＨ'(-1),ＨＨ'(-1),……,ＬＬ'(-11),ＨＬ'(-11),ＬＨ'(-11),ＨＨ'(-11)が記憶される。なお、サブバンド画像ＬＬ'(-11)の画素値（明るさ感の値）は、均一輝度での明るさ感（Ｂｕ）に対応する。サブバンド画像ＨＬ'(-N),ＬＨ'(-N),ＨＨ'(-N)の画素値（明るさ感の値）は、輝度の対比効果による明るさ感（Ｂｃ）に対応する。図５の係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)の決定については最後に説明する。
【００３１】
次に（ステップＳ５）、画像変換装置１０の演算部１０Ｂは、ステップＳ２で用いたものと同じ直交ウェーブレット（例えばsymlet6）を用いて、図６に示す−１１レベルの４個のサブバンド画像ＬＬ'(-11),ＨＬ'(-11),ＬＨ'(-11),ＨＨ'(-11)のウェーブレット合成を行う。このウェーブレット合成により、１つ上のレベル（−１０レベル）の低周波成分のサブバンド画像ＬＬ'(-10)を生成することができる。
【００３２】
次に（ステップＳ６）、上記のウェーブレット合成を原画像（ここでは図３(ａ)の輝度画像）のレベルまで行ったか否かを判断し、原画像のレベルに達していない場合はステップＳ５の処理に戻って、レベルを１つずつ上げながらウェーブレット合成を繰り返す。本実施形態では、最低レベルが−１１レベルなので、ステップＳ５の処理（ウェーブレット合成）の繰り返し回数は、１１回となる。
【００３３】
２回目のウェーブレット合成は、−１０レベルから−９レベルへのウェーブレット合成であり、１回目のウェーブレット合成によって生成されたサブバンド画像ＬＬ'(-10)と、図６に示す−１０レベルの３個のサブバンド画像ＨＬ'(-10),ＬＨ'(-10),ＨＨ'(-10)とを用いて行われる。その結果、１つ上のレベル（−９レベル）の低周波成分のサブバンド画像ＬＬ'(-9)を生成することができる。
３回目以降のウェーブレット合成も同様に行われ、１０回目のウェーブレット合成によって生成された−１レベルのサブバンド画像ＬＬ'(-1)と、図６に示す−１レベルの３個のサブバンド画像ＨＬ'(-1),ＬＨ'(-1),ＨＨ'(-1)とに基づいて、原画像のレベル（０レベル）の低周波成分のサブバンド画像（つまり明るさ画像）が生成されると、画像変換装置１０は、図２の画像変換の演算処理を終了する。
【００３４】
このようにして輝度画像（図３(ａ)）から変換された明るさ画像の画素値（明るさ感の値）は、図７に示す評価尺度の数値（１〜１３）として得られる。このため、明るさ画像の画素値（１〜１３）に対応する形容詞（非常に暗い〜非常に明るい）を知ることで、人間の感覚に適応した“明るさ感”を把握することができる。図７の評価尺度は、光環境の設計の分野で一般的に使われている明るさ感の形容詞（非常に暗い〜非常に明るい）に対し、便宜的に、数値（１〜１３）を割り振ったものである。
（精度の評価）
本実施形態の画像変換装置１０による変換精度を評価するため、輝度画像（図３(ａ)）から変換された明るさ画像の画素値（予測値）と、後述の被験者実験による実測値との比較を行う。
【００３５】
評価用の輝度画像として用意されたパターンは、図８(ａ)に示すように、輝度の異なる２つの領域（対象領域,周辺領域）を有し、対象領域の大きさが可変である（視角０.１°,０.５°,１°,２°,５°,１０°,１５°,２０°,３０°,６０°,１８０°）。さらに、対象領域の輝度[ｃｄ/ｍ2]、および対象領域と周辺領域との輝度比Ｃ（＝対象輝度/周辺輝度）を、図８(ｂ)に示すような組み合わせで変化させる。そして、これらのパターンを用いて評価を行う。
【００３６】
各々のパターンにおける対象領域の明るさ感の予測値は、上述した図２に示すフローチャートの手順にしたがって画像変換装置１０が求める。
【００３７】
また、各パターンにおける対象領域の明るさ感の実測は、図９(ａ),(ｂ)に示す実験装置を用いて行われる。実験装置は、図９(ａ)に示すように、視界１８０°を覆う乳白色のパネル１１と、パネル１１の中央部から外側に向けて取り付けられた黒紙の筒１２と、筒１２の先端部に取り付けられた昼白色の蛍光ランプ１３と、筒１２の他方（パネル１１側）の端部に取り付けられたフィルム１５と、パネル１１の外側全体に設けられた多数の蛍光灯１４とで構成されている。
【００３８】
この実験装置を用いた明るさ感の測定は、暗幕で遮光された部屋の中で、周辺領域の輝度を蛍光灯１４の光量によって調整し、対象領域の輝度を蛍光ランプ１３の光量によって調整し、対象領域の大きさを調整しながら行った。また、対象領域近傍の周辺領域の輝度は、フィルム１５の透過率を変化させることで調整した。被験者は、眼鏡などによる補正視力を含む正常視力１.０以上を持つ２０代の男女９名である。実際の測定は、評価が安定するように、各々のパターンごとに２〜３回（／１名）行った。多種類のパターンは、各々、被験者に対してランダムに提示した。
【００３９】
また、この実験装置を用いた明るさ感の測定とは、被験者が各々の感覚にしたがい、提示された各パターンの対象領域の明るさ感として、図７の評価尺度の数値（１〜１３）から１つを選択するものである。被験者ごとに選択された評価尺度の数値は、各パターンごとに平均化され、得られた平均値を“実測値”とする。
【００４０】
上記のようにして求められた各々のパターンの明るさ感の予測値と実測値との比較を図１０に示す。図１０の横軸は実測値を表し、縦軸は予測値を表している。図１０から分かるように、各々のパターンの実測値と予測値との組み合わせを表す点(◆)は、ほぼ４５°ライン上に集まっている。誤差は、評価尺度での±１程度である。また、Ｒ２乗で９２％の十分な説明力を示している（Ｒ＝０.９５９５８２）。
【００４１】
以上の結果から、本実施形態の画像変換装置１０における画像変換の演算処理（図２）は、充分に高精度なものと言うことができる。つまり、本実施形態の画像変換装置１０によれば、輝度分布が複雑な場合でも、輝度画像の中の対象領域の明るさ感を高い精度で定量的に予測することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態の画像変換装置１０によれば、図２のステップＳ２のウェーブレット分解とステップＳ５のウェーブレット合成とを組み合わせて（つまりいわゆる離散ウェーブレット変換の手法を応用して）、輝度画像から明るさ画像に変換するため、その際の演算負荷を軽減することができる。したがって、従来と比較して非常に短い時間で高速に輝度画像から明るさ画像を得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態の画像変換装置１０によれば、直交ウェーブレットを用いてウェーブレット分解とウェーブレット合成とを行う（図２のステップＳ２,Ｓ５）ため、画像変換の演算処理における誤差を非常に小さくすることができる。したがって、上記のような輝度画像から明るさ画像への変換を行った後に、同じ直交ウェーブレットを用いて明るさ画像から輝度画像への逆変換を行うことにより、元の輝度画像に戻すことができる。つまり、画像変換装置１０によれば、輝度画像と明るさ画像との双方向変換を高速に行うことが可能となる。
【００４４】
ここで、明るさ画像から輝度画像への逆変換について説明する。この逆変換の処理は、上記の変換処理（図２〜図６）の説明において、輝度画像を明るさ画像に置き換え、明るさ画像を輝度画像に置き換え、かつ、図２のステップＳ４の係数処理を次の式(５)〜(８)にしたがって行うようにしたものである。明るさ画像の−Ｎレベルのサブバンド画像を、ＬＬ'(-N),ＨＬ'(-N),ＬＨ'(-N),ＨＨ'(-N)とする。また、輝度画像の−Ｎレベルのサブバンド画像を、ＬＬ(-N),ＨＬ(-N),ＬＨ(-N),ＨＨ(-N)とする。
【００４５】
ＬＬ(-11)の画素値 ＝｛(ＬＬ'(-11)の画素値)−4.653435｝÷β(-11) …(５)
ＨＬ(-N)の画素値 ＝ (ＨＬ'(-N)の画素値)÷α(-N) …(６)
ＬＨ(-N)の画素値 ＝ (ＬＨ'(-N)の画素値)÷α(-N) …(７)
ＨＨ(-N)の画素値 ＝ (ＨＨ'(-N)の画素値)÷α(-N) …(８)
この式(５)〜(８)による係数処理でも、様々な周波数の輝度変化が明るさ感に及ぼす効果（つまり係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)）を加味している。
【００４６】
なお、ウェーブレット分解によって生成されるサブバンド画像ＬＬ'(-1),…は、明るさ画像における明るさ変化の低周波成分や高周波成分を抽出したものである。サブバンド画像ＬＬ(-11)の画素値（輝度の値）は、均一輝度に対応する。サブバンド画像ＨＬ(-N),ＬＨ(-N),ＨＨ(-N)の画素値（輝度の値）は、輝度の対比効果に対応する。
【００４７】
上記のような逆変換の処理は、事前に輝度画像から変換した明るさ画像に適用してもよいし、何らかの方法で新たに生成した明るさ画像に適用してもよい。前者の場合には、輝度画像から明るさ画像に変化する際と同じ直交ウェーブレットを用いることが好ましい。また、明るさ画像から輝度画像への逆変換の際、ウェーブレット合成が終わった時点での輝度画像は、各画素が対数値を示している。このため、各画素値を実数値に戻す計算を行って、最終的な輝度画像とすることが好ましい。
【００４８】
本実施形態の画像変換装置１０では、輝度画像のウェーブレット分解を行ったときに、式(１)〜(４)を用いてサブバンド画像の画素値（輝度の値）を明るさ感の値に変換して、変換後のサブバンド画像のウェーブレット合成を行うことにより、明るさ画像を生成することができる。また、明るさ画像のウェーブレット分解を行ったときには、式(５)〜(８)を用いてサブバンド画像の画素値（明るさ感の値）を輝度の値に変換し、変換後のサブバンド画像のウェーブレット合成を行うことにより、輝度画像を生成することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態の画像変換装置１０では、上記のような輝度画像と明るさ画像との双方向変換を高速に行うことができるため、次のような照明設計や照明制御などを効率よく実現できる。
【００５０】
従来の照明設計は、照度を使った照明設計であり、紙面に書かれた文字などの見やすさを保証できるが、室内の雰囲気を作るための照明や吹き抜け空間の壁照明、ライトアップの照明など（光によって作り出される明るさ分布）の設計にはほとんど対応できない。しかし、本実施形態によれば、明るさ画像の画素値（明るさ感）を直接操作しながら、それを実現する照明光の物理量（輝度）を得ることができる。このため、照明器具の出力・配光・位置などをデザイナーが思い描いた通りに設計することが可能となる。この場合には、画像変換（双方向変換）の演算処理をＣＧ作成ソフトに組み込むことが考えられる。
【００５１】
また、近年、省エネルギーの観点から、室内への自然光の導入が各方面で検討されている。その際、自然光の導入に応じて人工照明の光量を調整する必要がある。従来は、照度計により自然光の導入の程度を測定していたので、人工照明の光量を適切に調整することが難しかった。しかし、本実施形態によれば、ＣＣＤカメラを使ってリアルタイムで輝度画像を取り込み、これを明るさ画像（人の見え方を直接表現する画像）に変換することができるため、明るさ画像の画素値（明るさ感の値）に応じて人工照明を調整することにより、自然光と人工照明との組み合わせによる最適な光環境を実現できる。この場合には、画像変換（双方向変換）の演算処理を自然光利用のための制御システムに組み込むことが考えられる。
【００５２】
さらに、上記した人工照明の調整に限らず、窓のブラインドの傾き調整や、様々な機器のモニタ装置の出力調整、ＰＣプロジェクタの出力調整などにも、同様の制御システムを用いることができる。
【００５３】
また、本実施形態の画像変換装置１０によれば、輝度画像や明るさ画像のウェーブレット分解やウェーブレット合成を行う際（図２のステップＳ２,Ｓ５）、直交ウェーブレットとして略対称な形状の関数（例えばsymlet6）を用いたので、人間の目の明るさ感の特性（明るさ感の対比効果は視野の中心に対して対称で方向性を持たないという特性）に適した変換を行うことができる。
（補足）
最後に、図５の係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)の決定について説明する。
【００５４】
そのために輝度画像として用意したパターンは、上記の図８(ａ),(ｂ)と同じである。
【００５５】
各パターンの明るさ感の実測値を例えば輝度比１００と輝度比０.３について図示すると、図１１,図１２のようになる。図１１,図１２の横軸は対象領域の大きさ( deg’)を表す対数軸であり、縦軸は明るさ感の実測値を表している。図１１,図１２の“×”,“▲”,“■”,“●”,“◆”は、対象領域の輝度が３０００,３００,３０,３,０.３[ｃｄ/ｍ2]の実測値に対応する。
【００５６】
図１１から分かるように、輝度比＞１（対象領域の方が高輝度）の場合、対象領域が大きくなると、明るさ感は低下する傾向を示す。また、図１２から分かるように、輝度比＜１（対象領域の方が低輝度）の場合には、傾向が逆であり、対象領域が大きくなると、明るさ感は増加する。
【００５７】
また、対象領域の大きさが“∞”とは、各パターンの対象領域の視角１８０°に対応する。つまり、対象輝度が視界１８０°全体に均一に分布している状態のことである。このため、対象領域の大きさが“∞”のときの実測値は、均一輝度での明るさ感（Ｂｕ）に対応する。
【００５８】
さらに、輝度の対比効果による明るさ感（Ｂｃ）は、対象領域の大きさが“∞”のときの実測値（図１１,図１２のＢｕ参照）と有限のときの実測値との差に相当すると考えることができる。図１１のように輝度比＞１（対象領域の方が高輝度）の場合、輝度の対比効果による明るさ感Ｂｃは“プラス”の値を持ち、図１２のように輝度比＜１（対象領域の方が低輝度）の場合、輝度の対比効果による明るさ感Ｂｃは“マイナス”の値を持つことになる。
【００５９】
そこで、各パターンの明るさ感の実測値（図１１,図１２）を用い、直交ウェーブレットとして symlet6 を用いる場合を想定し、また、輝度画像の解像度（１画素あたりの視角）が約０.１°の場合を想定して、その実測値を重回帰分析することにより、図５の係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)の値を決定することができる。また、同時に、式(１),(５)の定数項の値（4.653435）も決定することができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、直交ウェーブレットとして例えば symlet6 を用いたが、本発明はこれに限定されない。その他にも、略対称な形状の関数（例えばsymlet4,8など）を用いて同様の計算を行うこともできる。ただし、symlet6 以外の関数を用いる場合には、輝度と明るさ感との関係を表す係数として図５や式(１),(５)とは異なる値を改めて求めることが必要となる。求め方は、上記と同じである。
【００６０】
さらに、上記した実施形態では、輝度画像から明るさ画像への変換時と、明るさ画像から輝度画像への逆変換時とで、同じ直交ウェーブレットを用いたが、異なる直交ウェーブレットを用いてもよい。この場合には、それぞれの直交ウェーブレットごとに適切な係数（輝度と明るさ感との関係）が存在するため、上記の方法で適切な係数を求めて画像変換の演算処理に用いることが必要となる。
【００６１】
また、上記した実施形態では、直交ウェーブレットを用いたが、非直交ウェーブレットを用いる場合にも、本発明を適用できる。この場合には、各々の関数が独立ではないため、ウェーブレット合成の際に近似計算が必要となる。
【００６２】
ただし、分解に使うウェーブレットと合成に使うウェーブレットとを適切に組み合わせることによって完全に復元が可能なウェーブレット（すなわち双直交ウェーブレット）を用いる場合には、分解／合成の各ウェーブレットが非直交であっても近似計算は不要となる。したがって、双直交ウェーブレットを用いる場合でも、上記の直交ウェーブレットを用いる場合と同様に、画像変換の演算処理における誤差を非常に小さくすることができ、輝度画像と明るさ画像との双方向変換を高速に行うことが可能となる。このように、本発明は、分解／合成のウェーブレットが、それぞれ直交系を構成する場合に限らず、両者を組み合わせたときに直交系を構成する場合（双直交）にも、有効であり、同様の効果を奏する。
【００６３】
さらに、上記した実施形態では、ウェーブレット分解を−１１レベルまで行ったが、本発明はこれに限定されない。最低レベルは画像変換の要求精度に応じて設定すればよい。また、原画像（例えば輝度画像）のサイズが小さく、−１１レベルに達する前の段階でサブバンド画像が１画素となった場合には、その時点でウェーブレット分解を終了すればよい。何れにしても、ウェーブレット分解を終了したときの最低レベルが−１１レベルとは異なる場合、式(１),(５)の計算に代えて、次の式(９),(１０)の計算を、最低レベルの低周波成分のサブバンド画像（ＬＬ）の画素ごとに行えばよい。式(９),(１０)では、最低レベルを−Ｍレベルとした。
【００６４】
ＬＬ'(-M)の画素値 ＝ β(-M)×(ＬＬ(-M)の画素値)＋4.653435 …(９)
ＬＬ(-M)の画素値 ＝｛(ＬＬ'(-M)の画素値)−4.653435｝÷β(-M) …(１０)
また、サブバンド画像が１画素となってもウェーブレット分解を継続し、−１１レベルとなった時点でウェーブレット分解を終了しても構わない。この場合の係数処理は、上記の式(１)〜(８)を用いて行われる。
【００６５】
さらに、輝度と明るさ感との関係を表す係数α(-1),α(-2),……,α(-11),β(-11)の値と式(１),(５)の定数項の値は、直交ウェーブレットの種類ごとに求める他、原画像（例えば輝度画像）の解像度を変更した場合には、その解像度ごとに求めることが好ましい。
【００６６】
また、上記した実施形態では、画像変換プログラムがインストールされたコンピュータを画像変換装置１０とする例で説明したが、本発明はこれに限定されない。画像変換装置１０を専用のハードウェア（ＬＳＩ）によりチップ化してもよい。チップ化することにより、照明制御などのリアルタイム制御が可能となる。
【００６７】
さらに、上記した実施形態では、輝度画像から明るさ画像への変換時に、輝度画像の各画素値（実数値）の対数値を計算した後でウェーブレット分解を行い、明るさ画像から輝度画像への逆変換時に、ウェーブレット合成直後の輝度画像の各画素値（対数値）の実数値を計算して最終的な輝度画像を生成したが、本発明はこれに限定されない。上記のような対数の計算は視覚系の非線形性を考慮した計算であり、対数の他に例えば１／３乗などのPower Functionを用いても、同様の効果を得ることができる。Power Functionは、均等知覚空間の表現に合わせて設定すればよい。
【００６８】
また、上記した実施形態では、明るさ知覚について、絶対尺度による心理評価実験の結果を用いたが、閾値（違いを認識できるか否かの境界の値）などを用いて尺度化してもよい。
【００６９】
さらに、上記した実施形態では、画像の解像度を約０.１°に設定したが、本発明はこれに限定されない。０.１°以外の解像度（例えばより高解像度）に設定しても構わない。ただし、解像度の設定を変える場合には、知覚尺度との対応関係（係数）を解像度ごとに求めることが必要になる。
【００７０】
また、上記した実施形態では、ウェーブレット分解の回数をＮ回（Ｎは自然数）とし、Ｎ回のウェーブレット分解によって(３Ｎ＋１)個のサブバンド画像を生成し、その後、これら全てのサブバンド画像の係数処理を行って、処理後のサブバンド画像の全て（３Ｎ＋１個）をウェーブレット合成した（Ｎ回）が、本発明はこれに限定されない。係数処理後のサブバンド画像のうち(３Ｎ＋１)個より少ない任意の複数個をウェーブレット合成してもよい。ただし、係数処理後のサブバンド画像の全てをウェーブレット合成に用いる方が正確な変換を行うことができ、輝度画像と明るさ画像との双方向変換が可能となる。
【００７１】
さらに、上記した実施形態では、１回のウェーブレット分解によって４個のサブバンド画像を生成したが、本発明はこれに限定されない。１回のウェーブレット分解によって生成されるサブバンド画像の数が２個以上であれば、本発明を適用できる。同様に、１回のウェーブレット合成によって４個のサブバンド画像から１つ上のレベルのサブバンド画像を生成したが、２個以上のサブバンド画像から上のレベルのサブバンド画像を生成してもよい。
【００７２】
また、上記した実施形態では、輝度画像と明るさ画像との双方向変換時にウェーブレット分解の回数を同じ回数（例えば１１回）にしたが、本発明はこれに限定されない。輝度画像から明るさ画像への変換時に行うウェーブレット分解の回数と、明るさ画像から輝度画像への逆変換時に行うウェーブレット分解の回数とを、異なる回数に設定しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施形態の画像変換装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２】画像変換の手順を示すフローチャートである。
【図３】ウェーブレット分解を説明する図である。
【図４】ウェーブレット分解によって生成されるサブバンド画像の説明図である。
【図５】輝度と明るさ感との関係を表す係数の一例を示す図である。
【図６】係数処理後のサブバンド画像の説明図である。
【図７】明るさ感の評価尺度を説明する図である。
【図８】精度の評価で使用した各パターンを説明する図である。
【図９】明るさ感の実測に用いる実験装置の構成を示す概略図である。
【図１０】図８の各パターンを用いたときの明るさ感の予測精度を示す図である。
【図１１】対象領域の大きさによる明るさ感（実測値）の変化を説明する図である。
【図１２】対象領域の大きさによる明るさ感（実測値）の変化を説明する図である。
【国際調査報告】
2006132014.tif 000015
2006132014.tif 000016
2006132014.tif 000017
2006132014.tif 000018