(57)【要約】      （修正有）【課題】輝度変換処理の内容をきめ細かく調整する。【解決手段】画像処理回路１００は、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムを取得する輝度ヒストグラム取得部１０１と、前記輝度ヒストグラムに基づいて輝度変換係数αを算出する輝度変換係数算出部１０２と、輝度変換係数αに基づいて入力画像データＤＩから出力画像データＤＯを生成する輝度変換処理部１０３と、入力画像データＤＩの輝度平均値Ｙ＿ＡＶを算出する輝度平均値算出部１０４と、所定の決定基準に従って入力画像データＤＩの輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸを決定する輝度最大値決定部１０５と、入力画像データＤＩの輝度平均値Ｙ＿ＡＶに基づいて前記輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮを調整する輝度ヒストグラム調整部１０６と、入力画像データＤＩの輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸに基づいて輝度変換処理部１０３の補正強度係数βを算出する補正強度係数算出部１０７と、を有する。【選択図】図８
2012221208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像データの輝度ヒストグラムを取得する輝度ヒストグラム取得部と、
前記輝度ヒストグラムに基づいて輝度変換係数を算出する輝度変換係数算出部と、
前記輝度変換係数に基づいて前記入力画像データから出力画像データを生成する輝度変換処理部と、
前記入力画像データの輝度平均値を算出する輝度平均値算出部と、
所定の決定基準に従って前記入力画像データの輝度最大値を決定する輝度最大値決定部と、
前記入力画像データの輝度平均値に基づいて前記輝度ヒストグラムの下限値を調整する輝度ヒストグラム調整部と、
前記入力画像データの輝度最大値に基づいて前記輝度変換処理部の補正強度係数を算出する補正強度係数算出部と、
を有することを特徴とする画像処理回路。
【請求項２】
前記入力画像データの輝度平均値と前記輝度ヒストグラムの下限値とを関連付けた第１テーブルと、前記入力画像データの輝度最大値と前記補正強度係数とを関連付けた第２テーブルと、を格納するレジスタをさらに有し、
前記輝度ヒストグラム調整部は、前記輝度ヒストグラムの調整に際して前記第１テーブルを参照し、
前記補正強度係数算出部は、前記補正強度係数の算出に際して前記第２テーブルを参照することを特徴とする請求項２に記載の画像処理回路。
【請求項３】
前記第１テーブル及び前記第２テーブルの内容を書き換えるためのインタフェイス部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の画像処理回路。
【請求項４】
入力画像データの輝度ヒストグラムを取得する輝度ヒストグラム取得部と、
前記輝度ヒストグラムに基づいて輝度変換係数を算出する輝度変換係数算出部と、
前記輝度変換係数に基づいて前記入力画像データから出力画像データを生成する輝度変換処理部と、
前記入力画像データの輝度平均値を算出する輝度平均値算出部と、
前記入力画像データの輝度平均値に基づいて前記輝度ヒストグラムの下限値を調整する輝度ヒストグラム調整部と、
を有することを特徴とする画像処理回路。
【請求項５】
前記入力画像データの輝度平均値と前記輝度ヒストグラムの下限値とを関連付けたテーブルを格納するレジスタをさらに有し、
前記輝度ヒストグラム調整部は、前記輝度ヒストグラムの調整に際して前記テーブルを参照することを特徴とする請求項４に記載の画像処理回路。
【請求項６】
前記テーブルの内容を書き換えるためのインタフェイス部をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の画像処理回路。
【請求項７】
入力画像データの輝度ヒストグラムを取得する輝度ヒストグラム取得部と、
前記輝度ヒストグラムに基づいて輝度変換係数を算出する輝度変換係数算出部と、
前記輝度変換係数に基づいて前記入力画像データから出力画像データを生成する輝度変換処理部と、
所定の決定基準に従って前記入力画像データの輝度最大値を決定する輝度最大値決定部と、
前記入力画像データの輝度最大値に基づいて前記輝度変換処理部の補正強度係数を算出する補正強度係数算出部と、
を有することを特徴とする画像処理回路。
【請求項８】
前記入力画像データの輝度最大値と前記補正強度係数とを関連付けたテーブルを格納するレジスタをさらに有し、
前記補正強度係数算出部は、前記補正強度係数の算出に際して前記テーブルを参照することを特徴とする請求項７に記載の画像処理回路。
【請求項９】
前記テーブルの内容を書き換えるためのインタフェイス部をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の画像処理回路。
【請求項１０】
前記輝度ヒストグラム取得部は、モード切替信号に基づいて、一つのフレームを複数のエリアに分割して各エリア毎に前記輝度ヒストグラムを取得する第１モードと、一つのフレームを複数のエリアに分割することなく各フレーム毎に前記輝度ヒストグラムを取得する第２モードと、を切り替えることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の画像処理回路。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の画像処理回路を集積化したことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置と、前記半導体装置に前記入力画像データを供給する画像入力部と、を有することを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理回路、これを集積化して成る半導体装置、並びに、これを用いた画像処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、入力画像データに輝度変換処理（輝度ダイナミックレンジ補正処理）を施して出力画像データを生成する画像処理回路が開示・提案されている（例えば本願出願人による特許文献１や特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２００７６２号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１４２１３４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の画像処理回路は、入力画像データの輝度ヒストグラムのみに基づいて、輝度変換処理の内容（補正カーブや補正強度など）を決定する構成とされていた。そのため、上記従来の画像処理回路では、画像コンテンツの特性やユーザの嗜好に応じて輝度変換処理の内容をきめ細かく調整することが困難であった。
【０００５】
本発明は、本願の発明者により見出された上記の問題点に鑑み、輝度変換処理の内容をきめ細かく調整することが可能な画像処理回路、これを集積化して成る半導体装置、並びに、これを用いた画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る画像処理回路は、入力画像データの輝度ヒストグラムを取得する輝度ヒストグラム取得部と、前記輝度ヒストグラムに基づいて輝度変換係数を算出する輝度変換係数算出部と、前記輝度変換係数に基づいて前記入力画像データから出力画像データを生成する輝度変換処理部と、前記入力画像データの輝度平均値を算出する輝度平均値算出部と、所定の決定基準に従って前記入力画像データの輝度最大値を決定する輝度最大値決定部と、前記入力画像データの輝度平均値に基づいて前記輝度ヒストグラムの下限値を調整する輝度ヒストグラム調整部と、前記入力画像データの輝度最大値に基づいて前記輝度変換処理部の補正強度係数を算出する補正強度係数算出部と、を有する構成（第１の構成）とされている。
【０００７】
なお、上記第１の構成から成る画像処理回路は、前記入力画像データの輝度平均値と前記輝度ヒストグラムの下限値とを関連付けた第１テーブルと、前記入力画像データの輝度最大値と前記補正強度係数とを関連付けた第２テーブルと、を格納するレジスタをさらに有し、前記輝度ヒストグラム調整部は、前記輝度ヒストグラムの調整に際して前記第１テーブルを参照し、前記補正強度係数算出部は、前記補正強度係数の算出に際して前記第２テーブルを参照する構成（第２の構成）にするとよい。
【０００８】
また、上記第２の構成から成る画像処理回路は、前記第１テーブル及び前記第２テーブルの内容を書き換えるためのインタフェイス部をさらに有する構成（第３の構成）にするとよい。
【０００９】
また、本発明に係る画像処理回路は、入力画像データの輝度ヒストグラムを取得する輝度ヒストグラム取得部と、前記輝度ヒストグラムに基づいて輝度変換係数を算出する輝度変換係数算出部と、前記輝度変換係数に基づいて前記入力画像データから出力画像データを生成する輝度変換処理部と、前記入力画像データの輝度平均値を算出する輝度平均値算出部と、前記入力画像データの輝度平均値に基づいて前記輝度ヒストグラムの下限値を調整する輝度ヒストグラム調整部と、を有する構成（第４の構成）としてもよい。
【００１０】
なお、上記第４の構成から成る画像処理回路は、前記入力画像データの輝度平均値と前記輝度ヒストグラムの下限値とを関連付けたテーブルを格納するレジスタをさらに有し、前記輝度ヒストグラム調整部は、前記輝度ヒストグラムの調整に際して前記テーブルを参照する構成（第５の構成）にするとよい。
【００１１】
また、上記第５の構成から成る画像処理回路は、前記テーブルの内容を書き換えるためのインタフェイス部をさらに有する構成（第６の構成）にするとよい。
【００１２】
また、本発明に係る画像処理回路は、入力画像データの輝度ヒストグラムを取得する輝度ヒストグラム取得部と、前記輝度ヒストグラムに基づいて輝度変換係数を算出する輝度変換係数算出部と、前記輝度変換係数に基づいて前記入力画像データから出力画像データを生成する輝度変換処理部と、所定の決定基準に従って前記入力画像データの輝度最大値を決定する輝度最大値決定部と、前記入力画像データの輝度最大値に基づいて前記輝度変換処理部の補正強度係数を算出する補正強度係数算出部と、を有する構成（第７の構成）としてもよい。
【００１３】
なお、上記第７の構成から成る画像処理回路は、前記入力画像データの輝度最大値と前記補正強度係数とを関連付けたテーブルを格納するレジスタをさらに有し、前記補正強度係数算出部は、前記補正強度係数の算出に際して前記テーブルを参照する構成（第８の構成）にするとよい。
【００１４】
また、上記第８の構成から成る画像処理回路は、前記テーブルの内容を書き換えるためのインタフェイス部をさらに有する構成（第９の構成）にするとよい。
【００１５】
また、上記第１〜第９いずれかの構成から成る画像処理回路において、前記輝度ヒストグラム取得部は、モード切替信号に基づいて、一つのフレームを複数のエリアに分割して各エリア毎に前記輝度ヒストグラムを取得する第１モードと、一つのフレームを複数のエリアに分割することなく各フレーム毎に前記輝度ヒストグラムを取得する第２モードと、を切り替える構成（第１０の構成）にするとよい。
【００１６】
また、本発明に係る半導体装置は、上記第１〜第１０いずれかの構成から成る画像処理回路を集積化した構成（第１１の構成）とされている。
【００１７】
また、本発明に係る画像処理装置は、上記第１１の構成から成る半導体装置と、前記半導体装置に前記入力画像データを供給する画像入力部と、を有する構成（第１２の構成）とされている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、輝度変換処理の内容をきめ細かく調整することが可能な画像処理回路及びこれを集積化して成る半導体装置、並びに、これを用いた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】
【００１９】
【図１】本発明に係る画像処理装置の第１実施形態を示すブロック図
【図２】画像処理の全体的な流れを説明するためのタイムチャート
【図３】輝度変換係数の算出処理を説明するためのフローチャート
【図４】エリア分割の態様を説明するための模式図
【図５】仮想エリアが設定された状態を説明するための模式図
【図６】ローパスフィルタの態様を説明するための模式図
【図７】バイリニア演算について説明するための模式図
【図８】本発明に係る画像処理装置の第２実施形態を示すブロック図
【図９】輝度平均値Ｙ＿ＡＶと輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮとの相関図
【図１０Ａ】下限値ＨＭＩＮの第１設定例（Ｙ＿ＡＶ：高）を示す輝度ヒストグラム
【図１０Ｂ】下限値ＨＭＩＮの第２設定例（Ｙ＿ＡＶ：低）を示す輝度ヒストグラム
【図１１Ａ】輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸの第１決定例を示す輝度ヒストグラム
【図１１Ｂ】輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸの第２決定例を示す輝度ヒストグラム
【図１１Ｃ】輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸの第３決定例を示す輝度ヒストグラム
【図１２】輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸと補正強度係数βとの相関図
【図１３】画像入力部Ａ２の一構成例を示すブロック図
【図１４Ａ】第１モード（分割モード）選択時の補正カーブを示す模式図
【図１４Ｂ】第２モード（非分割モード）選択時の補正カーブを示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る画像処理装置の第１実施形態を示すブロック図である。第１実施形態の画像処理装置１は、撮像部１０と、輝度変換処理部１１と、輝度変換係数算出部１２と、輝度変換係数記憶部１３と、出力部１４を有する。
【００２１】
撮像部１０は、所定のレンズ群や撮像素子（例えば、ＣＭＯＳ［Complementary Metal-Oxide Semiconductor］センサやＣＣＤ［Charge Coupled Devices］センサ）等を備えており、被写体の光学像を結像させることで被写体の撮像処理（例えば３０フレーム毎秒の動画撮像）を行う。なお、撮像部１０で生成された入力画像データは、輝度変換処理部１１及び輝度変換係数算出部１２に逐次出力される。なお、入力画像データの生成手段は、撮像部１０に限定されるものではなく、その他の画像入力部（メディア再生装置や放送受信装置など）を用いても構わない。
【００２２】
輝度変換処理部１１は、撮像部１０からの入力画像データに輝度変換処理を施して出力画像データを生成する。この輝度変換処理は、入力画像データに含まれる各画素の輝度値を、輝度変換係数記憶部１３に記憶されている輝度変換係数に応じて変換することにより行われる。なお、輝度変換処理部１１で生成された出力画像データは、出力部１４に逐次出力される。
【００２３】
輝度変換係数算出部１２は、撮像部１０から入力される各フレーム毎の画像データ（入力画像）に基づいて、輝度変換処理に用いられる輝度変換係数を算出する。なお、輝度変換係数の内容及び輝度変換係数の算出方法については、後に改めて説明する。
【００２４】
輝度変換係数記憶部１３は、輝度変換係数算出部１２によって算出された輝度変換係数を、少なくとも次のフレームに係る輝度変換処理が実行されるまで記憶する。なお、この記憶内容は、輝度変換処理部１１における輝度変換処理において用いられることとなる。
【００２５】
出力部１４は、ＬＣＤ［Liquid Crystal Display］等のディスプレイ（例えば、車載モニタ）を備えており、輝度変換処理部１１によって輝度変換処理のなされた出力画像データを逐次表示する。
【００２６】
上記構成から成る画像処理装置１は、撮像部で得られた入力画像データに所定の輝度変換処理を施して出力画像データを生成し、この出力画像データに応じた映像表示を行う。
【００２７】
なお、上記構成要素のうち、輝度変換処理部１１、輝度変換係数算出部１２、及び、輝度変換係数記憶部１３については、半導体装置に集積化するとよい。
【００２８】
次に、画像処理装置１における画像処理の全体的な流れについて、図２を参照しながら説明する。
【００２９】
図２は、画像処理装置１における画像処理の全体的な流れを説明するための図である。本図に示したように、第ｎ番目のフレームに係る入力画像データが到来すると、輝度変換係数算出部１２は、入力画像データに基づいて輝度変換係数の算出を行う。これにより、第ｎ番目のフレームに基づいて定められる輝度変換係数が得られ、これが輝度変換係数記憶部１３に一旦格納される。
【００３０】
一方、輝度変換処理部１１は、到来した第ｎ番目のフレームに係る入力画像データに対して、既に輝度変換係数記憶部１３に格納されている第（ｎ−１）番目のフレームに基づいて定められた輝度変換係数を用いて輝度変換処理を施す。
【００３１】
より具体的には、ｎ番目のフレームにおける座標（ｉ，ｊ）の画素について、輝度変換処理前の輝度をＩｉｊ（ｎ）、輝度変換処理後の輝度をＯｉｊ（ｎ）とし、（ｎ−１）番目のフレームに基づいて、座標（ｉ，ｊ）の画素に対して定められた輝度変換係数をＴｉｊ（ｎ−１）とすると、各フレームの各画素に係る輝度は、下記の（１）式に基づいて、変換処理される。そして、輝度変換処理部１１にて輝度変換処理のなされた出力画像データは、出力部１４を通じて出力される。
Ｏｉｊ（ｎ）＝Ｔｉｊ（ｎ−１）×Ｉｉｊ（ｎ）    ・・・（１）
【００３２】
このように、本実施形態の画像処理装置１は、第ｎ番目のフレームに係る入力画像データに対しては、第（ｎ−１）番目のフレームに基づいて定められる輝度変換係数を用いて輝度変換処理を行う構成とされている。そのため、第ｎ番目の輝度変換係数の算出を待たずに、第ｎ番目の輝度変換処理および画像出力を実行することが可能となる。その結果、入力画像データに輝度変換処理を施した出力画像データを極力早い時期に出力することが可能となり、リアルタイムに近い画像出力が可能となる。
【００３３】
なお、第ｎ番目のフレームに係る入力画像データに対して、第（ｎ−２）番目以前のフレームに基づいて定められた輝度変換係数を用いて輝度変換処理を行うことも可能ではあるが、あまり古いフレームに基づいた輝度変換係数を用いた場合、変換処理の精度が問題となることに注意を要する。この問題は、特に、入力画像データとして動きの大きい動画データを取り扱う場合に顕著となる。また、例えば、入力画像データとして静止画データを取り扱う場合などにおいては、第ｎ番目のフレームに係る入力画像データに対して、第ｎ番目のフレームに基づいて定められた輝度変換係数を用いて輝度変換処理を行うようにしても良い。
【００３４】
次に、輝度変換係数の算出処理の内容について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３５】
図３は、画像処理装置１における輝度変換係数の算出処理を説明するためのフローチャートである。本フローチャートで例示する処理では、まず、１フレーム分の入力画像データに対してエリア分割を行う（ステップＳ１１）。
【００３６】
図４は、画像処理装置１におけるエリア分割の態様を説明するための図である。なお、本図の例では、１フレームが縦４０×横６４（＝２５６０）の画素から構成されているものとし、１エリアは８×８画素分の大きさとする。従って、エリアの総数は、縦５エリア×横８エリア＝４０エリアとなる。また、各エリアについては、左上から順に、Ａ０、Ａ１、・・・、Ａｎ、・・・、Ａ３９と称することにする。
【００３７】
エリア分割が完了したら、次に、エリア別変換係数の算出を行う（図３のステップＳ１２）。このエリア別変換係数は、エリア毎に決定されるものであり、エリア内の各画素に共通となる。なお、このエリア別変換係数の算出に際しては、フレーム全体の輝度ヒストグラムではなく、エリア毎の輝度ヒストグラムが算出された後、当該エリア毎の輝度ヒストグラムに基づいて変換係数が算出される。このようにして算出されたエリア別変換係数によれば、分割された各エリアにつき、入力画像データにおいて高頻度な輝度範囲であるほど、出力画像データにおいて広い輝度範囲が割り当てられることとなる。
【００３８】
図３のステップＳ１２では、画像領域内の全エリアについて、エリア別変換係数が算出される。すなわち、各々のエリア毎に、固有のエリア別変換係数が定まることとなる。そして、エリア別変換係数をそのまま輝度変換係数として採用し、入力画像データの輝度変換処理を実行するものとしても良い。これにより、画像全体に比べて輝度差の大きい箇所が部分的に存在していても、当該部分を含めた良好なコントラストを得ることができる。
【００３９】
ただし、エリア別変換係数は、そのエリアの外、すなわち、他のエリアに係る輝度情報は基本的に考慮されない。そのため、エリア同士の境界部分では、輝度の差が目立ち（輝度の分布が高周波となり）、滑らかさの点において良好とはいえない画像が出力されるおそれがある。そこで、本実施形態では、各エリアについて算出されたエリア別変換係数に対し、フィルタ処理等を行うこととする。この処理の内容について具体的に説明する。
【００４０】
まず、フィルタ処理等の実行に先立ち、画像領域の外部に上述したエリアと同規模の仮想エリアを設定する。
【００４１】
図５は、仮想エリア（図中のＡ４０〜Ａ６９）が設定された状態を説明するための図である。
【００４２】
そして、これらの仮想エリアＡ４０〜Ａ６９に対して、仮想のエリア別変換係数（以下では、仮想係数と呼ぶ）を設定する（図３のステップＳ１３）。なお、この仮想係数は、後述する通り、画像領域の外縁付近のエリアに対しても、通常通りフィルタ処理を実行し得るようにするためのものであり、エリア別変換係数と同様の形式をとるものである。
【００４３】
上記の仮想係数は、仮想エリアに隣り合う各エリア（画像領域の外縁に位置する各エリア）を基準として、当該仮想エリアと対称位置に存在するエリアのエリア別変換係数を参照して設定される。例えば、Ａ４１はＡ０に対してＡ８と対称であるから、Ａ４１の仮想係数は、Ａ８のエリア別変換係数と同値とする。同様に、Ａ４２はＡ１に対してＡ９と対称であるから、Ａ４２の仮想係数は、Ａ９のエリア別変換係数と同値とする。一方、四隅に位置するＡ４０はＡ０に対してＡ９と対称であるから、Ａ４０の仮想係数は、Ａ９のエリア別変換係数と同値とする。
【００４４】
なお、仮想係数の設定方法は、上述の他、例えば、画像領域の外縁（図５中の太線）に対して対称となるように設定しても良い。この場合、Ａ４１は画像領域の外縁に対してＡ０と対称であるから、Ａ４０の仮想係数は、Ａ０のエリア別変換係数と同値とする。同様に、Ａ４２は画像領域の外縁に対してＡ１と対称であるから、Ａ４２の仮想係数は、Ａ１のエリア別変換係数と同値とする。一方、四隅に位置するＡ４０は画像領域の外縁に対してＡ０と対称であるから、Ａ４０の仮想係数は、Ａ０のエリア別変換係数と同値とする。
【００４５】
このように、各仮想エリアに対して仮想係数を設定したら、次に、画像領域内の各エリアにおけるエリア別変換係数について、画像空間的にローパスフィルタをかける処理（フィルタ処理）を実行する（図３のステップＳ１４）。
【００４６】
図６は、ローパスフィルタの態様を説明するための図である。
【００４７】
これによれば、ある注目エリアについてフィルタを施す場合に、注目エリア周辺の所定範囲（この場合は上下左右の４エリア）に存在するエリアのエリア別変換係数が用いられることになる。ただし、この所定範囲の一部が画像領域からはみ出す場合、そのはみ出した部分については、その位置の仮想エリアに割り当てられた仮想係数をエリア別変換係数と仮定する。
【００４８】
例えば、エリアＡ０におけるフィルタ処理後のエリア別変換係数ａ’（０）は、以下のようになる。なお、ａ（ｎ）は、エリアＡｎ（ｎ＝０，１，８，４１，５０）における当該フィルタ処理前のエリア別変換係数を示している。また、ａ（４１）とａ（５０）は、それぞれ仮想エリアＡ４１とＡ５０における仮想係数である。
ａ´（０）＝ａ（０）／２＋{ａ（１）＋ａ（８）＋ａ（４１）＋ａ（５０）}／８
【００４９】
このようなフィルタ処理により、エリア同士の境界部分において輝度の差が目立っていた場合であっても、かかる輝度の差を軽減させることが可能となる。また、本実施形態では、ローパスフィルタとして図６に示すものを挙げたが、どの範囲までのエリアに係るエリア別変換係数を考慮するか、また、フィルタにおける各エリア毎の重み付けをどのようにするか等については、種々の態様とすることが可能である。
【００５０】
上記したフィルタ処理がなされたエリア別変換係数をそのまま輝度変換係数として採用し、入力画像データの輝度変換処理を実行するようにしても良い。しかし、本実施形態では、さらに出力画像の滑らかさを得るため、画素ごとに決定される（同一エリア内でも、各画素に共通とは限らない）画素別変換係数を算出し（図３のステップＳ１５）、これを輝度変換係数として適用する（図３のステップＳ１６）。
【００５１】
ここで、この画素別変換係数の算出方法（バイリニア演算）について、図７を参照しながら説明する。
【００５２】
図７は、バイリニア演算について説明するための図である。ある注目画素についての画素別変換係数を定めるにあたっては、当該画素の近傍に係る４個のエリアに着目する。例えば、図７における画素Ｐが注目画素であるときは、Ａ０、Ａ１、Ａ８、及び、Ａ９のエリアに着目することとなる。つまり、各エリアが一つの頂点を共有するとともに、各エリアの中心同士を結んでできる四辺形の内部に注目画素が位置する関係となるように、４個のエリアを選ぶこととする。
【００５３】
そして、注目画素Ｐの画素別変換係数は、これら４個のエリアの各々におけるフィルタ処理後のエリア別変換係数{ａ´（０）、ａ´（１）、ａ´（８）、ａ´（９）}と、注目画素Ｐの位置と、当該４個のエリアの各々における中心位置と、に係るバイリニア演算により算出される。
【００５４】
より具体的には、図７に示すように、横方向のエリア間距離をＸ、縦方向のエリア間距離をＹ、エリアＡ０の中心と注目画素Ｐとの横方向の距離をａ、同じく縦方向の距離をｂとした場合、注目画素Ｐの画素別変換係数ｐ（Ｐ）は、次のように求められる。
ｐ（Ｐ）＝｛  ａ´（０）×（Ｘ−ａ）×（Ｙ−ｂ）
＋ａ´（１）×ａ×（Ｙ−ｂ）
＋ａ´（８）×（Ｘ−ａ）×ｂ
＋ａ´（９）×ａ×ｂ                }  ／（Ｘ×Ｙ）
【００５５】
なお、当該バイリニア演算においても、注目画素が画像領域の外縁付近にある場合は、着目する４個のエリアのうちの一部が画像領域からはみ出してしまうことが考えられる。このような場合でも、先述したフィルタ処理の場合と同様、仮想エリアおよび仮想係数を設定しておくこと等により、通常のバイリニア演算が実行可能である。
【００５６】
かかる方法によって、画像領域内の全ての画素について画素別変換係数を算出し、これを各々対応する画素に関する輝度変換係数とする。これにより、エリア別変換係数に基づいてエリア同士の境界部を含めて輝度の変化が滑らかとなるように、画素別変換係数が算出される。その結果、輝度変化の不連続な部分が生じることを極力回避することが可能となり、より美しい画像を出力することが容易となる。
【００５７】
なお、上述のようにバイリニア演算を用いた場合、通常、エリア同士の境界における輝度の差がより小さくなるように画素別変換係数が算出されることになる。しかし、エリア同士の境界における輝度の差を確実に小さくさせるため、上記バイリニア演算に代えて、またはバイリニア演算に加えて、別の演算手段を適用することとしても良い。
【００５８】
また、先述の輝度変換係数記憶部１３には、エリア別変換係数（エリア毎の係数）のみを格納しておき、最終的に輝度変換係数として採用する画素別変換係数（画素毎の係数）については、輝度変換処理が実行される時に算出されるものとしてもよい。このようにすれば、画素別変換係数を格納するものに比べて、輝度変換係数記憶部１３のメモリ容量が少なくて済むようになる。
【００５９】
また、上述した「画素」については、文字通り単一の画素を「画素」とする他、例えばＲＧＢ（赤・緑・青）の各画素からなる画素群を一体として考え、「画素」として取り扱うようにしてもよい。この場合「画素の輝度」は、当該画素群における輝度の平均値等と考えることができる。
【００６０】
また、上述した「輝度変換係数」および「エリア別変換係数」は、入力画素の輝度と出力画素の輝度との関係を定めるものであり、例えば、入力時の輝度毎に定められる出力画素の輝度と入力画素の輝度との比として与えられるが、これには限定されない。
【００６１】
また、上述した「画素別変換係数」も、「輝度変換係数」や「エリア別変換係数」と同様に、入力画素の輝度と出力画素の輝度との関係を定めるものであり、例えば、入力時の輝度毎に定められる出力画素の輝度と入力画素の輝度との比として与えられるが、これに限定されるものではない。
【００６２】
上記したように、本実施形態の画像処理装置１であれば、画像全体からみると出現頻度の低い輝度（或いは輝度範囲）に係る部分が存在しても、当該部分を含めて良好なコントラストを得ることが可能となる。
【００６３】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明に係る画像処理装置の第２実施形態を示すブロック図である。第２実施形態の画像処理装置Ａは、半導体装置Ａ１と、画像入力部Ａ２と、画像出力部Ａ３と、を有する。
【００６４】
半導体装置Ａ１は、画像処理回路１００を集積化した画像処理ＩＣである。画像処理回路１００は、入力画像データＤＩに所定の画像処理を施して出力画像データＤＯを生成する。この画像処理回路１００の構成及び動作については、後ほど詳細に説明する。
【００６５】
画像入力部Ａ２は、半導体装置Ａ１に入力画像データＤＩを供給する。画像入力部Ａ２としては、撮像装置やメディア再生装置、若しくは、放送受信装置などを用いることができる。なお、上記の撮像装置としては、動画撮影を行うデジタルビデオカメラや静止画撮影を行うデジタルスチルカメラなどを用いることができる。画像入力部Ａ２として撮像装置を用いた場合、入力画像データＤＩは、撮像装置で得られた撮像画像となる。また、上記のメディア再生装置としては、各種メディア（ビデオＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ハードディスク、半導体メモリなど）の再生機能を備えたドライブ装置のほか、インターネットを介して提供される映像コンテンツの再生機能を備えたパーソナルコンピュータなどを用いることができる。画像入力部Ａ２としてメディア再生装置を用いた場合、入力画像データＤＩは、メディア再生装置で得られた再生画像となる。また、上記の放送受信装置としては、デジタルテレビジョン放送の受信装置などを用いることができる。画像入力部Ａ２として放送受信装置を用いた場合、入力画像データＤＩは、放送受信装置で得られた受信画像となる。
【００６６】
画像出力部Ａ３は、半導体装置Ａ１で所定の画像処理を施された出力画像データＤＯを表示する。なお、画像出力部Ａ３としては、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどを好適に用いることができる。
【００６７】
次に、画像処理回路１００の構成及び動作について詳細に説明する。画像処理回路１００は、輝度ヒストグラム取得部１０１と、輝度変換係数算出部１０２と、輝度変換処理部１０３と、輝度平均値算出部１０４と、輝度最大値決定部１０５と、輝度ヒストグラム調整部１０６と、補正強度係数算出部１０７と、レジスタ１０８と、インタフェイス部１０９と、を有する。
【００６８】
輝度ヒストグラム取得部１０１は、入力画像を形成する複数の画素を各々の輝度値に基づいて複数の階級（輝度範囲）に区分し、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラム（各階級に属する画素の度数分布（出現頻度））を取得する。なお、輝度ヒストグラム取得部１０１は、モード切替信号ＭＯＤＥに基づいて、一つのフレームを複数のエリアに分割して各エリア毎に輝度ヒストグラムを取得する第１モード（分割モード）と、一つのフレームを複数のエリアに分割することなく各フレーム毎に輝度ヒストグラムを取得する第２モード（非分割モード）と、を切り替えるモード切替機能を備えている。このモード切替機能については、後ほど詳細に説明する。
【００６９】
輝度変換係数算出部１０２は、輝度ヒストグラム取得部１０１で取得された輝度ヒストグラムに基づいて輝度変換処理部１０３の輝度変換係数αを算出する。より具体的に述べると、輝度変換係数算出部１０２は、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムを参照し、より度数の大きい階級（画素の出現頻度が高い階級）ほど出力画像データＤＯにおいて広い輝度範囲を割り当てるように、逆に、より度数の小さい階級（画素の出現頻度が低い階級）ほど出力画像データＤＯにおいて狭い輝度範囲を割り当てるように、輝度補正係数αの算出を行う。なお、輝度変換係数αの詳細な算出手法については、先述の第１実施形態と同様であるため、重複した説明は割愛する。
【００７０】
輝度変換処理部１０３は、輝度変換係数αに基づいて入力画像データＤＩから出力画像データＤＯを生成する。このような輝度変換処理により、出力画像の全体的なコントラストを高めて、出力画像の画質や視認性を向上させることが可能となる。また、輝度変換処理部１０３は、輝度変換処理部１０３は、輝度変換処理後の入力画像データＤＩ’（＝α×ＤＩ）と、輝度変換処理前の入力画像データＤＩと、を補正強度係数β（ただし０≦β≦１）に応じた比率（β：（１−β））で足し合わせることにより、最終的な出力画像データＤＯ（＝β×ＤＩ’＋（１−β）×ＤＩ）を生成する。その結果、補正強度係数βの値が大きいほど、輝度変換処理を強く効かせる形となり、逆に、補正強度係数βの値が小さいほど、輝度変換処理を弱く効かせる形となる。
【００７１】
輝度平均値算出部１０４は、入力画像データＤＩの輝度平均値Ｙ＿ＡＶを算出する。なお、先述のモード切替信号ＭＯＤＥに基づいて、第１モード（分割モード）が選択されている場合にはエリア毎の輝度平均値Ｙ＿ＡＶが算出され、第２モード（非分割モード）が選択されている場合にはフレーム毎の輝度平均値Ｙ＿ＡＶが算出される。
【００７２】
輝度最大値決定部１０５は、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムに応じた所定の決定基準に従って入力画像データＤＩの輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸを決定する。なお、輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸの決定手法については、後ほど詳細に説明する。
【００７３】
輝度ヒストグラム調整部１０６は、入力画像データＤＩの輝度平均値Ｙ＿ＡＶに基づいて、輝度ヒストグラム取得部１０１で取得された輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮを調整する。その際、輝度ヒストグラム調整部１０６は、入力画像データＤＩの輝度平均値Ｙ＿ＡＶと輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮとを関連付けた第１テーブルＴＢＬ１をレジスタ１０８から読み出して参照する。このように、輝度ヒストグラム取得部１０１で取得された入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムをそのまま輝度変換係数算出部１０２に送出するのではなく、入力画像データＤＩの輝度平均値Ｙ＿ＡＶに基づいて下限値ＨＭＩＮが調整された輝度ヒストグラムを輝度変換係数算出部１０２に送出することにより、画像コンテンツの内容に応じて輝度変換処理の内容をきめ細かく調整することが可能となる。なお、輝度ヒストグラム調整部１０６の動作については、後ほど詳細に説明する。
【００７４】
補正強度係数算出部１０７は、入力画像データＤＩの輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸに基づいて輝度変換処理部１０３の補正強度係数βを算出する。その際、補正強度係数算出部１０７は、入力画像データＤＩの輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸと補正強度係数βとを関連付けた第２テーブルＴＢＬ２をレジスタ１０８から読み出して参照する。このような構成とすることにより、画像コンテンツの内容に応じて輝度変換処理の内容をきめ細かく調整することが可能となる。なお、補正強度係数算出部１０７の動作については、後ほど詳細に説明する。
【００７５】
レジスタ１０８は、第１テーブルＴＢＬ１と第２テーブルＴＢＬ２を格納する。なお、第１テーブルＴＢＬ１としては、入力画像データＤＩの輝度平均値Ｙ＿ＡＶに対する輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮを離散的に設定しておき、輝度ヒストグラム調整部１０６で各離散値間を補間するようにすればよい。同様に、第２テーブルＴＢＬ２としては、入力画像データＤＩの輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸに対する輝度変換処理部１０３の補正強度係数βを離散的に設定しておき、輝度変換処理部１０３で各離散値間を補間するようにすればよい。このような構成とすることにより、第１テーブルＴＢＬ１及び第２テーブルＴＢＬ２のデータ量（延いては、レジスタ１０８の回路規模）を縮小することが可能となる。また、図８では示されていないが、レジスタ１０８には、画像処理回路１００で用いられる種々のパラメータ（先述の輝度ヒストグラム、輝度変換係数α、補正強度係数βを含む）も適宜格納される。
【００７６】
インタフェイス部１０９は、半導体装置Ａ１の外部からレジスタ１０８の内容（第１テーブルＴＢＬ１や第２ＴＢＬ２を含む）を書き換えたり読み出したりするためのフロントエンドである。このように、第１テーブルＴＢＬ１や第２テーブルＴＢＬ２の内容をユーザが任意に書き換えられる構成であれば、ユーザの嗜好に応じて輝度変換処理の内容をきめ細かく調整することが可能となる。
【００７７】
次に、輝度ヒストグラム調整部１０６の動作について詳細な説明を行う。図９は、輝度平均値Ｙ＿ＡＶと輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮとの相関図である。この相関図は、第１テーブルＴＢＬ１としてレジスタ１０８に格納されている。ただし、先にも述べたように、第１テーブルＴＢＬ１の内容は、ユーザが任意に書き換えられるものであり、図９の相関図はあくまで一例である。
【００７８】
輝度平均値Ｙ＿ＡＶと輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮとの間に、図９の相関関係が定義されている場合には、輝度平均値Ｙ＿ＡＶが高い入力画像データ（明るい入力画像）ほど、輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮが大きく設定される。
【００７９】
図１０Ａは、下限値ＨＭＩＮの第１設定例（Ｙ＿ＡＶ：高）を示す輝度ヒストグラムである。なお、白抜きの棒グラフは、輝度ヒストグラム取得部１０１で取得された生の輝度ヒストグラムを示しており、ハッチングが付された棒グラフは、輝度ヒストグラム調整部１０６によって度数が水増しされた部分を示している。このように、輝度平均値Ｙ＿ＡＶが高い入力画像データに対して、輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮを大きく設定することにより、明るい入力画像に対する補正が掛かりにくくなる。
【００８０】
一方、輝度平均値Ｙ＿ＡＶと輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮとの間に、図９の相関関係が定義されている場合には、輝度平均値Ｙ＿ＡＶが低い入力画像データ（暗い入力画像）ほど、輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮが小さく設定される。
【００８１】
図１０Ｂは、下限値ＨＭＩＮの第２設定例（Ｙ＿ＡＶ：低）を示す輝度ヒストグラムである。なお、図１０Ａと同様、白抜きの棒グラフは、輝度ヒストグラム取得部１０１で取得された生の輝度ヒストグラムを示しており、ハッチングが付された棒グラフは、輝度ヒストグラム調整部１０６によって度数が水増しされた部分を示している。このように、輝度平均値Ｙ＿ＡＶが低い入力画像データＤＩに対して、輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮを小さく設定することにより、暗い入力画像に対して強い補正が掛かることになる。
【００８２】
次に、輝度最大値決定部１０５の動作について詳細な説明を行う。輝度最大値決定部１０５は、先にも述べたように、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムに応じた所定の決定基準に従って入力画像データＤＩの輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸを決定する。このときに参照する輝度ヒストグラムとしては、輝度ヒストグラム取得部１０１で取得された輝度ヒストグラムをそのまま流用してもよいし、或いは、輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸの決定処理専用に別途の輝度ヒストグラムを取得しても構わない。
【００８３】
輝度最大値決定部１０５は、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムについて、最も度数の大きい階級を判別し、その階級を起点として輝度値の高い方向に各階級の度数チェックを順次行っていく。そして、その度数が所定の閾値ＴＨを下回る直前の階級を判別し、その階級の輝度値（例えば輝度範囲の中央値）を入力画像データＤＩの最大輝度値Ｙ＿ＭＡＸとして決定する。
【００８４】
なお、上記の閾値ＴＨは、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムが複数パターンのいずれに該当するかに応じて可変制御される。例えば、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムが図１１Ａのパターン（輝度値の低い階級から輝度値の高い階級に向けて度数がなだらかに減少していくパターン）に該当する場合には、閾値ＴＨが低く設定される。一方、入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムが図１１Ｂのパターン（明分布と暗分布が２分割されているパターン）や図１１Ｃのパターン（明分布がほとんど存在しないパターン）に該当する場合には、閾値ＴＨが高く設定される。このような構成とすることにより、画像コンテンツの内容に応じて輝度変換処理の内容をきめ細かく調整することが可能となる。
【００８５】
次に、補正強度係数算出部１０７の動作について詳細な説明を行う。図１２は、輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸと補正強度係数βとの相関図である。この相関図は、第２テーブルＴＢＬ２としてレジスタ１０８に格納されている。ただし、先にも述べたように、第２テーブルＴＢＬ２の内容は、ユーザが任意に書き換えられるものであり、図１２の相関図はあくまで一例である。
【００８６】
輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸと補正強度係数βとの間に、図１２の相関関係が定義されている場合には、輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸが高い入力画像データ（明るい入力画像）ほど補正強度係数βが小さく設定され、輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸが低い入力画像データ（暗い入力画像）ほど補正強度係数βが大きく設定される。このような設定を行うことにより、暗い入力画像に対する補正を強める一方、明るい入力画像に対する補正を弱めることができる。
【００８７】
次に、画像コンテンツに合わせたアルゴリズム選択機能（モード切替信号ＭＯＤＥに応じた動作モード切替機能）について、詳細な説明を行う。図１３は、画像入力部Ａ２の一構成例を示すブロック図である。本構成例の画像入力部Ａ２は、カメラ部Ａ２１と、ＤＶＤ再生部Ａ２２と、スイッチ部Ａ２３と、アナログ／デジタル変換部Ａ２４と、を含む。以下では、本構成例の画像入力部Ａ２を備えた画像処理装置Ａとして、カーナビゲーション装置を例に挙げて説明を行う。
【００８８】
カメラ部Ａ２１は、車両の外部を動画撮影して第１アナログ画像データを出力するビデオカメラユニットである。
【００８９】
ＤＶＤ再生部Ａ２２は、映画などの画像コンテンツが収められたＤＶＤを再生して第２アナログ画像データを出力するメディア再生ユニットである。
【００９０】
スイッチ部Ａ２３は、制御部Ａ４（ＣＰＵなど）から入力されるモード切替信号ＭＯＤＥに基づいて、カメラ部Ａ２１とＤＶＤ再生部Ａ２２のいずれか一方を選択してＡ／Ｄ変換部Ａ２４に接続する。カメラ部Ａ２１が選択されている場合には、カメラ部Ａ２１で生成された第１アナログ画像データがアナログ／デジタル変換部Ａ２４に出力されることになり、ＤＶＤ再生部Ａ２２が選択されている場合には、ＤＶＤ再生部Ａ２２で生成された第２アナログ画像データがアナログ／デジタル変換部Ａ２４に出力されることになる。
【００９１】
アナログ／デジタル変換部Ａ２４は、スイッチ部Ａ２３を介して入力される第１アナログ画像データまたは第２アナログ画像データをデジタル画像データに変換した上で、このデジタル画像データを入力画像データＤＩとして半導体装置Ａ１に出力する。
【００９２】
ところで、カメラ部Ａ２１で撮影された入力画像には、明るい領域と暗い領域が混在していることが多く、また、暗い領域に写っている物を明瞭に表示しなければならない場合もあり得る。そのため、カメラ部Ａ２１で撮影された入力画像については、入力画像を複数のエリアに分割して各エリア毎に適切な補正カーブで輝度変換処理を施すことが望ましい（図１４Ａを参照）。
【００９３】
一方、ＤＶＤ再生部Ａ２２で再生された入力画像は、基本的にコンテンツの作成者の意図に沿った映像調整がなされており、入力画像を部分的に補正してしまうと不自然な出力画像が得られるおそれがある。そのため、ＤＶＤ再生部Ａ２２で再生された入力画像については、入力画像を複数のエリアに分割することなく各フレーム毎に適切な補正カーブで輝度変換処理を施すことが望ましい（図１４Ｂを参照）。
【００９４】
そこで、先にも述べた通り、第２実施形態の画像処理回路１００において、輝度ヒストグラム取得部１０１は、制御部Ａ４から入力されるモード切替信号ＭＯＤＥに基づいて、一つのフレームを複数のエリアに分割して各エリア毎に輝度ヒストグラムを取得する第１モード（分割モード）と、一つのフレームを複数のエリアに分割することなく各フレーム毎に輝度ヒストグラムを取得する第２モード（非分割モード）と、を切り替える機能を備えている。
【００９５】
より具体的に述べると、輝度ヒストグラム取得部１０１は、制御部Ａ４によってカメラ部Ａ２１が選択されている場合には、第１モード（分割モード）で入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムの取得を行い、制御部Ａ４によってＤＶＤ再生部Ａ２２が選択されている場合には、第２モード（非分割モード）で入力画像データＤＩの輝度ヒストグラムの取得を行う。このような構成とすることにより、画像コンテンツの内容に応じて輝度変換処理の内容をきめ細かく調整することが可能となる。
【００９６】
なお、上記の第２実施形態では、種々の技術的特徴を複合的に備えた画像処理回路１００を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、種々の技術的特徴を選択的に採用することも可能である。より具体的に述べると、第２実施形態の画像処理回路１００は、輝度平均値Ｙ＿ＡＶに基づいて輝度ヒストグラムの下限値ＨＭＩＮを調整するという第１の技術的特徴と、輝度最大値Ｙ＿ＭＡＸに基づいて輝度変換処理部１０３の補正強度係数βを調整するという第２の技術的特徴と、モード切替信号に基づいて第１動作モード（分割モード）と第２動作モード（非分割モード）を切り替えるという第３の技術的特徴という３つの技術的特徴を少なくとも含んでいる。しかしながら、これらの技術的特徴については、各々単独で採用しても構わないし、或いは、いずれか２つを組み合わせても構わない。
【００９７】
＜その他の変形例＞
本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、入力画像データに輝度変換処理を施して出力画像データを生成する画像処理回路、これを集積化して成る半導体装置、並びに、これを用いた画像処理装置において、出力画像の画質や視認性を高める上で有用な技術である。
【符号の説明】
【００９９】
１    画像処理装置
１０    撮像部
１１    輝度変換処理部
１２    輝度変換係数算出部
１３    輝度変換係数記憶部
１４    出力部
Ａ    画像処理装置
Ａ１    半導体装置（画像処理ＩＣ）
Ａ２    画像入力部
Ａ２１    カメラ部
Ａ２２    ＤＶＤ再生部
Ａ２３    スイッチ部
Ａ２４    アナログ／デジタル変換部
Ａ３    画像出力部
Ａ４    制御部（ＣＰＵ）
１００    画像処理回路
１０１    輝度ヒストグラム取得部
１０２    輝度変換係数算出部
１０３    輝度変換処理部
１０４    輝度平均値算出部
１０５    輝度最大値決定部
１０６    輝度ヒストグラム調整部
１０７    補正強度係数算出部
１０８    レジスタ
１０９    インタフェイス部
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
2012221208.tif 000014
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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