(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の光源が含まれる全天球画像のデータに対して、適切な逆光補正を行う画像処理装置を提供する。【解決手段】複数の光源が含まれる全天球画像のデータを処理する画像処理装置であって、入力された全天球画像データから輝度情報を算出する輝度算出手段と、輝度情報から前記複数の光源の位置を検出する光源検出手段と、複数の光源の位置から逆光領域を検出する逆光検出手段と、全天球画像データの逆光領域に対して明るさの補正を行う逆光補正手段を有する。【選択図】図１
2016039558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源が含まれる全天球画像のデータを処理する画像処理装置であって、
入力された前記全天球画像データから輝度情報を算出する輝度算出手段と、
前記輝度情報から前記複数の光源の位置を検出する光源検出手段と、
前記複数の光源の位置から逆光領域を検出する逆光検出手段と、
前記全天球画像データの前記逆光領域に対して明るさの補正を行う逆光補正手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記光源検出手段は、前記複数の光源の輝度の強さを算出する手段を有し、
前記逆光検出手段は、前記輝度の強さから前記逆光領域の逆光度を算出する手段を有し、
前記逆光補正手段は、前記逆光度に応じて前記全天球画像データの前記逆光領域に対して明るさの補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記光源検出手段は、前記複数の光源の輝度の強さを算出する手段を有し、
前記逆光検出手段は、前記輝度の強さから前記逆光領域の逆光度を算出する手段を有し、
前記逆光補正手段は、前記逆光度を閾値として明るさの補正を行う領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
集積回路により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の画像処理装置。
【請求項５】
複数の光源が含まれる全天球画像のデータを処理する画像処理方法であって、
入力された前記全天球画像データから輝度情報を算出する輝度算出工程と、
前記輝度情報から前記複数の光源の位置を検出する光源検出工程と、
前記複数の光源の位置から逆光領域を検出する逆光検出工程と、
前記全天球画像データの前記逆光領域に対して明るさの補正を行う逆光補正工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全天球画像データを処理する画像処理装置および画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、全天球（全方位）を撮影する全天球（全方位）撮像装置が知られている。このような撮像装置を用いて撮影を行うと、全ての方向が撮影されるため光源が有る環境下においては逆光状態の領域が必ず含まれる。逆光状態の場合、主要被写体よりも背景の方が明るい状態となるため、背景の明るさを基準に露光補正やゲイン調整がなされ、主要被写体が暗く撮影されてしまう。
【０００３】
従来、このような逆光状態を適切に撮影するため、撮像画像の輝度分布などから、射影するシーンが逆光状態か否かを判定し、判定結果に応じて露出補正、ゲイン調整を適切に行う技術が既に知られている。
【０００４】
また、輝度情報を測定するためのセンサーを別途備えることなく、全天球画像データから全天球画像内に含まれる太陽の位置をパターンマッチングにより判断し、その位置から逆光領域を検出し、全天球画像データの逆光領域に対して明るさの補正を行う画像処理の技術が既に知られている（たとえば、特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光源が太陽の一つである場合には、従来の技術で適切な画像処理ができる。しかしながら、従来の技術では、たとえば室内で光源が２個以上あるような環境下において、複数の光源があることにより逆光、順光の判定ができない。その結果、従来の技術では、複数の光源がある環境下において適切な明るさの補正を行うことができない、または誤った補正を行ってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の光源が含まれる全天球画像のデータに対して、適切な逆光補正を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の光源が含まれる全天球画像のデータを処理する画像処理装置であって、入力された前記全天球画像データから輝度情報を算出する輝度算出手段と、前記輝度情報から前記複数の光源の位置を検出する光源検出手段と、前記複数の光源の位置から逆光領域を検出する逆光検出手段と、前記全天球画像データの前記逆光領域に対して明るさの補正を行う逆光補正手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の光源が含まれる全天球画像のデータに対して、適切な逆光補正を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施の形態の画像処理装置のハードウェア構成図である。
【図２】図２は、画像処理部の機能ブロック図である。
【図３】図３は、全天球画像のフォーマットを説明する図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の画像処理方法のフローチャートである。
【図５】図５は、複数の光源の検出方法を説明するための図である。
【図６】図６は、複数の光源の検出方法を説明するための図である。
【図７】図７は、光源から光が照射される領域を説明するための図である。
【図８】図８は、光源から光が照射される領域を説明するための図である。
【図９】図９は、光源から光が照射される領域を説明するための図である。
【図１０】図１０は、太陽による照射領域を表す図である。
【図１１】図１１は、照明による照射領域を表す図である。
【図１２】図１２は、複数の光源による照射領域を合成した領域を表す図である。
【図１３】図１３は、逆光領域の明るさの補正方法を説明するための図である。
【図１４】図１４は、各光源の輝度の強さを合成した様子を表す図である。
【図１５】図１５は、逆光度を表す図である。
【図１６】図１６は、逆光度を閾値として定めた補正を行う領域を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を参照して本発明に係る画像処理装置および画像処理方法の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の画像処理装置のハードウェア構成図である。図１に示すように、第１の実施の形態に係る画像処理装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１３、画像処理部１４、画像入力Ｉ／Ｆ（インターフェイス）１５、画像出力Ｉ／Ｆ１６を含んで構成され、これら各部はバス１７で接続される。
【００１２】
ＣＰＵ１１は、画像処理装置１０の全体の動作を制御すると共に必要な処理を行う。また、ＣＰＵ１１は、画像処理装置１０が画像処理部を有しない場合には逆光補正の一連の処理を行う。
【００１３】
ＲＯＭ１２は、たとえば不揮発性メモリであって、ＣＰＵ１１の制御や処理のための種々のプログラムを記憶している。ＲＡＭ１３は、ワークメモリであって、ソフトウェアや画像データの展開場所となる。
【００１４】
画像処理部１４は、ＲＡＭ１３に展開された全天球画像データを取り込んで逆光補正を行う。さらに、画像処理部１４は、逆光補正された全天球画像データを出力してＲＡＭ１３に格納する。
【００１５】
画像入力Ｉ／Ｆ１５は、全天球画像データが入力されるインターフェイス回路である。具体的には、特許文献１のように、全天球撮像装置の撮像素子で撮像したデータから全天球画像データを作成するブロックを備え、そのブロックで作成された全天球画像データを画像入力Ｉ／Ｆ１５に入力する構成であってよい。また、画像入力Ｉ／Ｆ１５は、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆが接続されてもよく、ＳＤメモリまたはＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）メモリなどの全天球画像データが保存されているストレージが接続されてもよい。
【００１６】
画像出力Ｉ／Ｆ１６は、ＲＡＭ１３にある全天球画像データを出力するインターフェイス回路である。画像出力Ｉ／Ｆ１６は、外部へ画像データを出力する機能を備えればよく、たとえばイーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆが接続されてもよく、ＳＤメモリ、またはＵＳＢメモリなどの外部ストレージが接続されてもよい。
【００１７】
つぎに、画像処理部１４について詳細に説明する。図２は、画像処理部の機能ブロック図である。図２に示すように、画像処理部１４は、画像入力部２０、輝度算出手段としての画像変換部２１、光源検出手段としての光源検知部２２、逆光検出手段としての逆光判定部２３、逆光補正手段としての逆光補正部２４、画像出力部２５を含んで構成される。
【００１８】
つぎに、画像処理装置１０の画像処理部１４の動作を説明する。はじめに、画像処理装置１０が処理する全天球画像データについて詳細に説明する。図３は、全天球画像のフォーマットを説明する図である。図３に示すように、全天球画像は、球体の中心に基準をとり、水平面において所定の方向からのなす角度を水平角度φ（φ＝０〜３６０°）、水平面に垂直な方向からのなす角度を垂直角度θ（θ＝０〜１８０°）として、平面画像に展開した画像である。全天球画像上の座標を（θ，φ）で表すと、図２の球体上の点ａは、図２の展開図上の座標（６０°，３００°）に対応する。
【００１９】
また、全天球画像データは、その座標ごとに色成分を有する。色成分の表現方法は特に限定されないが、以下において説明の簡単のため、色成分はＲＧＢとし、各成分が８ｂｉｔ、すなわち０〜２５５の間の値を有するものとする。
【００２０】
図４は、第１の実施の形態の画像処理方法のフローチャートである。以下で説明する工程によって、画像処理装置１０は入力された全天球画像データに適切な逆光補正を行う。図４に示すように、第１の実施の形態の画像処理方法は、画像取込工程としての画像の取込を行う工程（ステップ１００１）と、輝度算出工程としての画像から輝度情報を算出する工程（ステップ１００２）と、光源検出工程としての輝度情報から複数の光源の位置を検出する工程（ステップ１００３）と、逆光検出工程としての複数の光源の位置から逆光領域を検出する工程（ステップ１００４）と、逆光補正工程としての逆光領域の明るさ補正を行う工程と（ステップ１００５）と、画像出力工程としての画像を出力する工程（ステップ１００６）と、を含むものである。
【００２１】
以下、各工程について説明する。なお、各工程において示した数値は例示であり、第１の実施の形態はこの数値に限定されるものではない。
【００２２】
（画像取込工程）
はじめに、画像入力部２０は、ＲＡＭ１３に対してＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｃｃｅｓｓ）転送を行い、画像入力Ｉ／Ｆ１５から入力されて展開された全天球画像データを画像処理部１４へ取り込む。全天球画像データの画像内には、複数の光源が含まれるものとする。
【００２３】
（輝度算出工程）
画像変換部２１は、入力された全天球画像データの色成分ＲＧＢから輝度情報Ｙを算出する。輝度情報Ｙを算出する際の変換係数は規格によりさまざまであるが、一例として規格ＩＴＵ−Ｒ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ  Ｒａｄｉｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｅｃｔｏｒ）  ＢＴ．６０１の係数で算出すると以下の式（１）となる。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂは各成分の値である。
【数１】
2016039558.tif 000003
【００２４】
（光源検出工程）
光源検知部２２は、画像変換部２１より受け取った輝度情報Ｙから全天球画像データの画像内の複数の光源の位置を検出する。光源の検知は、輝度情報Ｙが最大値、すなわち輝度情報Ｙ＝２５５となる部分を光源と判定することにより行われる。ただし、たとえば事前に画像処理が施された全天球画像データを用いる場合など、画像データ内に輝度情報Ｙが２５５となる画素がない画像データが入力される場合がある。このような場合における光源の検知は、はじめに画像データ内の輝度情報Ｙの最大値を取得し、その最大値と各画素の値とを比較し、比較した画素の輝度情報Ｙが最大値と同じ値であれば光源と判定することにより行われる。なお、ノイズ等を考慮して、最大値から所定の値だけ小さい閾値を設定し、比較した画素の輝度情報Ｙが閾値より大きい場合には光源と判定する構成であってもよい。
【００２５】
図５、図６は、複数の光源の検出方法を説明するための図である。図５は室内で撮像されたものであり、窓から見える太陽と室内の電球とが全天球画像データの画像内に含まれているケースを表している。そして、光源検知部２２の判定で図６のように、太陽である光源Ｓ１と電球である光源Ｓ２とが抽出される。なお、光源と判定される画素が隣接している場合、その隣接する画素を同一光源を表すものとみなすと、その光源の中心は重心で求めることができる。以下では実施例として、光源の中心座標（θ，φ）を、光源Ｓ１は（６０，６０）、光源Ｓ２は（３０，１６５）とする。
【００２６】
（逆光検出工程）
逆光判定部２３は、光源検知部２２から入力された複数の光源の位置から全天球画像データの画像内の逆光領域を検出する。
【００２７】
はじめに、光源からの光が照射される領域を考える。照射される境界条件を求めればよいが、簡単のため以下のように求める。図７〜図９は、光源から光が照射される領域を説明するための図である。まず、図７に示すように、光源の中心座標Ａを（θ，φ）とする。このとき、光源からの光は、球体の点対称となる方向へ照射される。ここで、簡単のため、水平角度φ方向の平面Ｐ１と垂直角度θ方向の平面Ｐ２とを考える。
【００２８】
図８は、図７の平面Ｐ１を表す図である。なお、図２、図７からわかるように、図８の中心より右側は水平角度φの平面であり、図８の中心より左側は水平角度（φ＋１８０°）の平面である。図８において、光源からの光の放射角度をβとする。ここで、光源からの光が照射される領域の境界角として、開始角度をγ、終了角度をδとすると、円周角と中心角の関係および二等辺三角形の性質から、γ、δは以下の式（２）、式（３）のとおり求めることができる。
【数２】
2016039558.tif 000004
【数３】
2016039558.tif 000005
このとき、図８において光が照射される境界となる座標Ｂ１は（γ，φ）、座標Ｂ２は（δ，φ）と表すことができる。ただし、γ、δが１８０°を超えて座標Ｂ１、座標Ｂ２が図８の中心より左側に位置する場合、座標Ｂ１は（３６０−γ，φ＋１８０）、座標Ｂ２は（３６０−δ，φ＋１８０）となる。
【００２９】
同様に図９は、図７の平面Ｐ２を表す図である。なお、図９の中心より上側は垂直角度θの平面であり、図９の中心より下側は垂直角度（１８０°−θ）の平面である。ここで、光源からの光が照射される領域の境界角として、開始角度をε、終了角度をζとすると、図８の場合と同様に、ε、ζは以下の式（４）、式（５）のとおり求めることができる。
【数４】
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【数５】
2016039558.tif 000007
このとき、図９において光が照射される境界となる座標Ｂ３、座標Ｂ４は必ず図９の中心より下側に位置するため、座標Ｂ３は（１８０−θ，ε）、座標Ｂ４は（１８０−θ，ζ）となる。
【００３０】
以上のように求めた光が照射される境界となる４つの座標を直線で結んだ領域を照射領域とする。
【００３１】
ここで、実施例として、上記の逆光領域の算出方法をβ＝９０°として適応する。図１０は、太陽による照射領域を表す図である。光源Ｓ１の照射境界となる座標４点は、座標Ｂ１１（１５０，６０）、座標Ｂ１２（３０，２４０）、座標Ｂ１３（１２０，１５０）、座標Ｂ１４（１２０，３３０）となる。これを展開図に図示すると、図１０のようになり、ハッチングされた部分が照射領域となる。
【００３２】
図１１は、照明による照射領域を表す図である。光源Ｓ２の照射境界となる座標４点は、座標Ｂ２１（１２０，１６５）、座標Ｂ２２（６０，３４５）、座標Ｂ２３（１５０，２５５）、座標Ｂ２４（１５０，７５）となる。これを展開図に図示すると、図１１のようになる。ハッチングされた部分が照射領域となる。
【００３３】
図１２は、複数の光源による照射領域を合成した領域を表す図である。すなわち、図１０の光源Ｓ１による照射領域と図１１の光源Ｓ２による照射領域とを合成すると図１２の照射領域が得られる。このとき、合成した照射領域外の領域、すなわち図１２のハッチングされていない部分が逆光領域である。以上の方法により複数の光源の位置から全天球画像内の逆光領域を検出することができる。
【００３４】
（逆光補正工程）
逆光補正部２４は、逆光判定部２３からの逆光領域の情報と画像入力部２０からの全天球画像データと対応をさせて、全天球画像データの逆光領域に対して明るさの補正を行う。逆行補正は画像データの明るさを表す値をより明るくするような処理を行えばよい。図１３は、逆光領域の明るさの補正方法を説明するための図である。逆光補正は、たとえば、図１３に示すように、逆光補正する画素の色成分ＲＧＢの値に対して、一律に補正値ｏを加算すればよい。このようにすることで、逆光領域を明るくすることができる。
【００３５】
（画像出力工程）
画像出力部２５は、逆光補正を行った全天球画像データを逆光補正部２４から受け取りＲＡＭ１３に対して、ＤＭＡ転送を行う。
【００３６】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る画像処理装置１０は、入力された全天球画像データから輝度情報を算出し、輝度情報から複数の光源の位置を検出し、複数の光源の位置から逆光領域を検出し、全天球画像データの逆光領域に対して明るさの補正を行う。その結果、画像処理装置１０は、複数の光源を有する全天球画像データに対して、適切な逆光補正を行うことができる画像処理装置である。
【００３７】
（第２の実施の形態）
つぎに、第２の実施の形態に係る画像処理装置について説明する。第２の実施の形態に係る画像処理装置は、第１の実施の形態に係る画像処理装置１０と同一の構成であってよく、逆光の補正方法、すなわち画像処理部１４の動作のみが第１の実施の形態と異なる。第２の実施の形態に係る画像処理装置は、各光源の輝度の強さを算出し、それらを合成することで、より精度の高い逆光補正を行うことができる。
【００３８】
つぎに、第２の実施の形態の画像処理部１４の動作について説明する。はじめに、第１の実施の形態と同様に、画像入力部２０により画像処理部１４に全天球画像データが取り込まれ、画像変換部２１が輝度情報Ｙを算出する。
【００３９】
光源検知部２２は、第１の実施の形態と同様に輝度情報Ｙから複数の光源の位置を検出する。さらに、光源検知部２２は、複数の光源の輝度の強さを算出する。ここで、同一光源と判定される領域が広い光源は、光強度が高いと考えられる。したがって、各光源において同一光源とされた画素数をカウントし、その画素数を光源の輝度の強さとみなすことができる。
【００４０】
逆光判定部２３は、第１の実施の形態と同様に複数の光源の中心座標から照射領域を算出する。さらに、逆光判定部２３は、輝度の強さから逆光領域の逆光度を算出する。まず、算出した各光源の照射領域に各光源の輝度の強さを付加して合成する。ここで、各光源の照射領域が重なった部分は、より強く光が当たる位置であるから、各光源の輝度の強さを加算する。図１４は、各光源の輝度の強さを合成した様子を表す図である。実施例として、図１４では、太陽の輝度の強さを１０、電球の輝度の強さを７とした。なお、照射領域に入っていない領域は、輝度の強さ０と同義である。
【００４１】
このとき、逆光度は、合成した輝度の強さの最大値からその領域の輝度の強さを引いた値となる。図１５は、逆光度を表す図である。図１５に示すように、逆光領域の逆光度を求めることができる。
【００４２】
逆光補正部２４は、逆光度に応じて全天球画像データの逆光領域に対して明るさの補正を行う。逆光補正は、逆光度に応じて画素ごとに補正値ｏを決定することにより精度を高めることができる。たとえば、入力ＲＧＢのデータをｘ、出力ＲＧＢのデータをｙ、逆光度をｒ、補正の係数をｃとすると、式（６）のような補正演算を行えばよい。
【数６】
2016039558.tif 000008
つまり、補正値ｏ＝ｃｒであるから、補正値ｏが逆光度に応じて設定されており精度の高い逆光補正を行うことができる。
【００４３】
その後、画像出力部２５は、逆光補正を行った全天球画像データを逆光補正部２４から受け取りＲＡＭ１３に出力する。
【００４４】
以上のように、第２の実施の形態に係る画像処理装置は、複数の光源の輝度の強さを算出し、輝度の強さから逆光領域の逆光度を算出し、逆光度に応じて全天球画像データの逆光領域に対して明るさの補正を行う。その結果、第２の実施の形態に係る画像処理装置は、複数の光源を有する全天球画像データに対して、より適切な逆光補正を行うことができる画像処理装置である。
【００４５】
なお、逆光補正部２４は、逆光度を閾値として明るさの補正を行う領域を設定する構成としてもよい。すなわち、逆光度を閾値として、逆光度が閾値より大きい領域に対して第１の実施の形態のような補正値ｏを付加する補正方法を行う。
【００４６】
実施例である図１５において、たとえば逆光度の閾値を１５とする。図１６は、逆光度を閾値として定めた補正を行う領域を表す図である。すなわち、図１６のハッチングされた領域として逆光度が閾値を超えている領域を求めることができる。逆光補正部２４は、この領域に対して明るさの補正を行うことでより精度の高い補正を行うことができる。
【００４７】
また、上述した実施の形態において画像処理装置を画像処理用のプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などの集積回路で構成することによって、より高速な画像処理を行うことができる。
【００４８】
また、逆光領域の判定方法は、上述した方法に限られない。たとえば、検出した複数の光源に対して天球上で点対称となる位置を中心とした円形の領域を照射領域とみなし、それ以外の領域を逆光領域とすることができる。
【００４９】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  画像処理装置
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  画像処理部
１５  画像入力Ｉ／Ｆ
１６  画像出力Ｉ／Ｆ
１７  バス
２０  画像入力部
２１  画像変換部
２２  光源検知部
２３  逆光判定部
２４  逆光補正部
２５  画像出力部
Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ２４  座標
Ｐ１、Ｐ２  平面
Ｓ１、Ｓ２  光源
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特開２０１３−１９８０７０号公報
【図１】
2016039558.tif 000009
【図２】
2016039558.tif 000010
【図３】
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【図４】
2016039558.tif 000012
【図５】
2016039558.tif 000013
【図６】
2016039558.tif 000014
【図７】
2016039558.tif 000015
【図８】
2016039558.tif 000016
【図９】
2016039558.tif 000017
【図１０】
2016039558.tif 000018
【図１１】
2016039558.tif 000019
【図１２】
2016039558.tif 000020
【図１３】
2016039558.tif 000021
【図１４】
2016039558.tif 000022
【図１５】
2016039558.tif 000023
【図１６】
2016039558.tif 000024