(57)【要約】【課題】適切な階調補正が行われた画像データを生成する。【解決手段】原画像データに対してコントラスト伸張処理したコントラスト伸張済画像データの階調を補正する画像処理装置において、原画像データに含まれている、処理対象となる位置座標の画素値と、当該位置座標の近傍の画素値との間の微分値を算出する微分値算出部１０３と、近傍ですでに階調補正済みの画素値に微分値を加算して階調差保持画素値を算出する階調差保持画素値算出部１０５と、微分値が小さいほど、コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値に対する階調差保持画素値の比率を大きくする重みωを算出するω算出処理部１０４と、コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値と、階調差保持画素値と、を重みωで平均化処理して、処理対象となる位置座標における階調補正済みの画素値を算出する平均化処理部１０６と、を備える。【選択図】        図１
2009188605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに対してコントラスト伸張処理したコントラスト伸張済画像データの階調を補正する画像処理装置において、
前記画像データに含まれている、処理対象となる位置座標の画素値と、当該位置座標の近傍の画素値との間の微分値を算出する微分値算出部と、
前記近傍ですでに階調補正済みの画素値に前記微分値を加算して、階調差保持画素値を算出する画素値算出部と、
前記微分値が小さいほど、前記コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値に対する前記階調差保持画素値の比率を大きくする重みを算出する重み算出部と、
前記コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値と、前記階調差保持画素値と、を前記重みで平均化処理して、処理対象となる前記位置座標における階調補正済みの画素値を算出する平均化処理部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記算出部が微分値を算出の対象となる近傍の位置座標は、前記平均化処理部によりすでに画素値が決定された位置座標の４画素であること、
を特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記重み算出部は、入力される前記微分値が大きいほど出力される前記重みの値が小さくなる所定の減少関数に対して、前記微分値を入力することで、前記重みを算出すること、
を特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
画像データに対してコントラスト伸張処理したコントラスト伸張済画像データの階調を補正する画像処理方法において、
微分値算出手段が、前記画像データに含まれている、処理対象となる位置座標の画素値と、当該位置座標の近傍の画素値との間の微分値を算出する微分値算出ステップと、
画素値算出手段が、前記近傍ですでに階調補正済みの画素値に前記微分値を加算して、階調差保持画素値を算出する画素値算出ステップと、
重み算出部手段が、前記微分値が小さいほど、前記コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値に対する前記階調差保持画素値の比率を大きくする重みを算出する重み算出ステップと、
平均化処理手段が、前記コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値と、前記階調差保持画素値と、を前記重みで平均化処理して、処理対象となる前記位置座標における階調補正済みの画素値を算出する平均化処理ステップと、
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】
この発明は、画像データの階調を補正する画像処理装置、及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像データに対して、コントラスト伸張などの画像処理を行った際に、当該画素値変換の処理が全単射でない場合は、階調飛びや階調つぶれが生じやすい。
【０００３】
具体的な例としては、画像データの階調性が乏しい領域に対してコントラスト伸張を行うと、当該領域内で階調飛びが生じることが多い。このようなコントラスト伸張の処理済みの画像データに対して平滑化処理を行って、滑らかな階調を得ようとすることが考えられる。
【０００４】
このような平滑化処理を行うフィルタとしては、非特許文献１で提案されているBilateralフィルタがある。このBilateralフィルタは、エッジを保持したまま平滑化を行うフィルタであり、当該Bilateralフィルタを利用することで、画像全体がぼけることを防ぐことができる。
【０００５】
【非特許文献１】C.Tomasi,  R.Manduchi,  “Bilateral  filtering  for  gray  and  color  images.”,  Proceedings  of  the  IEEE  International  Conference  on  Computer  Vision,  pages  839-846,  January,  1998.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１で提案されているBilateralフィルタのようなエッジ保存型の平滑化フィルタを利用すると、階調飛びした部分がエッジと判断されてしまい、階調飛びが補正されにくいという問題がある。
【０００７】
つまり、このような階調飛びが生じるという問題に対して、一般的な平滑化フィルタを用いても階調飛びの補正が不十分か、あるいは画像全体の印象を崩すことになりやすい。よって、画像において近傍の画素と似た値になりやすいという画像のマルコフ性に従って画像処理を行うだけで、適切な画像を得ることは難しい。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適切な階調処理が行われた画像データを生成する画像処理装置、及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる画像処理装置は、画像データに対してコントラスト伸張処理したコントラスト伸張済画像データの階調を補正する画像処理装置において、前記画像データに含まれている、処理対象となる位置座標の画素値と、当該位置座標の近傍の画素値との間の微分値を算出する微分値算出部と、前記近傍ですでに階調補正済みの画素値に前記微分値を加算して、階調差保持画素値を算出する画素値算出部と、前記微分値が小さいほど、前記コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値に対する前記階調差保持画素値の比率を大きくする重みを算出する重み算出部と、前記コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値と、前記階調差保持画素値と、を前記重みで平均化処理して、処理対象となる前記位置座標における階調補正済みの画素値を算出する平均化処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる画像処理方法は、画像データに対してコントラスト伸張処理したコントラスト伸張済画像データの階調を補正する画像処理方法において、微分値算出手段が、前記画像データに含まれている、処理対象となる位置座標の画素値と、当該位置座標の近傍の画素値との間の微分値を算出する微分値算出ステップと、画素値算出手段が、前記近傍ですでに階調補正済みの画素値に前記微分値を加算して、階調差保持画素値を算出する画素値算出ステップと、重み算出部手段が、前記微分値が小さいほど、前記コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値に対する前記階調差保持画素値の比率を大きくする重みを算出する重み算出ステップと、平均化処理手段が、前記コントラスト伸張済画像データに含まれている画素値と、前記階調差保持画素値と、を前記重みで平均化処理して、処理対象となる前記位置座標における階調補正済みの画素値を算出する平均化処理ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、階調調整の効果を損なうことなく、階調の破綻が抑止された画像データを生成できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像処理装置、及び方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態にかかる画像処理装置１００は、入力処理部１０１と、コントラスト伸張処理部１０２と、微分値算出部１０３と、ω算出処理部１０４と、階調差保持画素値算出部１０５と、平均化処理部１０６と、階調補正画像記憶部１０７とを備える。
【００１４】
入力処理部１０１は、画像データの入力処理を行い、図示しない記憶領域に格納する。当該画像データがコントラスト伸張などの加工処理の対象となる。また、入力処理部１０１は、位置座標に対応する画像データ内の画素値を微分値算出部１０３に対して出力する。
【００１５】
本実施の形態においては、入力処理された画像データを原画像データとし、コントラスト伸張が行われた画像データをコントラスト伸張済み画像データとし、階調割れなどが生じないように最終的に階調が補正された画像データを階調補正画像データとする。
【００１６】
コントラスト伸張処理部１０２は、原画像データに対してコントラスト伸張処理を行い、コントラスト伸張済み画像データを生成する。
【００１７】
また、図２に示すように、入力処理された原画像に対してコントラスト伸張を行う場合に伸張後の線で示したように画素値の急激な変化により階調割れが生じる箇所がある。そこで、本実施の形態にかかる画像処理装置１００では、階調変化の緩急に従って調整を行うことで階調補正の線で示したような階調割れが抑止された画像データを生成することを目的としている。
【００１８】
微分値算出部１０３は、原画像データにおける、処理対象となる画素の位置座標の画素値と、当該処理対象となる画素の近傍にある画素の画素値との間の微分値（階調変化の差分）を算出する。これにより原画像による階調変化を取得することができる。
【００１９】
本実施の形態における画像処理装置１００では、コントラストの変化が小さい領域については画素間の階調変化の差分を、階調変化前の画像と同様となるように処理を行う。ただし、画素間の階調変化の差分を階調変化前の画像と同等とすると、階調変化処理による効果を損なうことになる。さらに、階調変化の差分が大きい領域については、階調変化処理が強い場合でも破綻となることは少ないと考えられる。そこで、本実施の形態にかかる画像処理装置１００では、階調変化前の画像データの画素間の微分値に基づいて、画素間の階調の変化に拘束を加えるようにする。
【００２０】
このために、まずは図３に示すように、処理対象となる画素３０１の画素値と、符号３０２で示される近傍領域Ａに含まれる画素の画素値と、の間の微分値を微分値算出部１０３が算出する。
【００２１】
階調変化を取得する対象を上述した４画素にした理由について説明する。本実施の形態における画像処理装置１００では、画像データの左端の画素値から右方向に一画素毎に階調補正処理を行い、右端まで階調補正処理が終了した場合に、一列下に下がり再び左端から右方向に一画素毎に階調補正処理を行うこととする。つまり、近傍領域Ａに含まれる画素は、処理対象である画素３０１と隣り合った８画素のうち、階調補正処理が終了している画素となる。
【００２２】
そして、処理対象となる画素の位置座標をｘ0、近傍領域Ａに含まれる画素の位置座標をｘi（i=1,…,4）とする。そして、微分値算出部１０３で出力される微分値Ｄｉｆｆiは、以下の式（１）で算出される。なお、ｇ(ｘ)は、位置座標ｘにおける原画像の画素値とする。
Ｄｉｆｆi＝ｇ(ｘ0)―ｇ（ｘi）…（１）
【００２３】
階調差保持画素値算出部１０５は、処理対象となる画素毎に、階調補正画像記憶部１０７に記憶された既に階調補正済みの近傍の画素の画素値と、算出された微分値と、に基づいて、階調差保持画素値を算出する。当該階調差保持画素値は、階調補正済みの近傍の画素の画素値に対して、微分値（画素値の差分）を加算した画素値であり、階調補正済みの画素値との間で、原画像データと同様の階調変化を保持する画素値となる。
【００２４】
図４に示された画素Ｉdst1〜Ｉdst4は、本実施の形態にかかる画像処理装置１００で階調補正済みの４画素の画素値を示している。Ｄｉｆｆ1〜Ｄｉｆｆ4は、微分値算出部１０３で算出された微分値である。
【００２５】
つまり、階調差保持画素値算出部１０５は、階調補正済みの近傍４画素の画素値、階調補正前の当該４画素と処理対象となる画素との間の微分値、及び当該４画素と処理対象となる画素との位置関係に基づいて、階調差保持画素値を算出する。
【００２６】
具体的には、原画像データの画素の位置座標ｘ0に対応する、階調補正中の画像データの位置座標をｙ０とした場合、階調差保持画素値算出部１０５は、以下の式（２）で、位置座標ｙ０における階調差保持画素値α（ｙ0）を算出することができる。当該、階調差保持画素値α（ｙ0）は、近傍４画素との間で原画像データと同程度の階調変化を保持しているため、階調割れを生じることがない画素値となる。
α（ｙ0）＝（Ｉdst1＋Ｄｉｆｆ1）×１．０／１６．０＋（Ｉdst２＋Ｄｉｆｆ２）×５．０／１６．０＋（Ｉdst３＋Ｄｉｆｆ３）×３．０／１６．０＋（Ｉdst４＋Ｄｉｆｆ４）×７．０／１６．０…（２）
【００２７】
図１に戻り、ω算出処理部１０４は、処理対象となる画素毎に、微分値算出部１０３により算出された微分値及び、図５に示すような減少関数ｆに基づき、下記に示す式（３）により重みωを算出する。
【００２８】
【数１】
2009188605.tif 000003
具体的には、式（３）のＤｉffiは、近傍領域Ａ内に存在している画素ｘi(i＝1,…,4)における微分値とする。つまり、式（３）は、上述した近傍領域Ａに含まれる４画素それぞれの画素値と処理対象となる画素の画素値と間の微分値のノルムを取り、ノルムを取った値を関数ｆに代入して、重みωを算出する。
【００２９】
本実施の形態にかかる重みωは、原画像データの階調変化の大きさに従った、コントラスト伸張済み画像データの画素値と、階調差保持画素値と、の間の優先すべき混合比率を示す値とする。
【００３０】
関数ｆは、図５に示すような減少関数とする。なお、本実施の形態においては、ｘ＝０でｆ（ｘ）＝０．９６と初期値を設定したが、初期値は１以下の値であればよい。つまり、重みωは、微分値の差が大きいほど値が小さく、差が小さいほど値が大きくなる。
【００３１】
つまり、関数ｆから算出された重みωを用いることで、最終的に作成される階調補正画像データの画素値では、微分値（階調変化）が小さいほど、階調差保持画素値の混合比率を大きくし、微分値（階調変化）が大きいほど、コントラスト伸張済み画像データの画素値の混合比率が大きくすることができる。
【００３２】
平均化処理部１０６は、重みωに従って、コントラスト伸張済み画像データに含まれている画素値と、階調差保持画素値α（ｙ0）と、の間で平均化処理を行い、平均化処理により算出された画素値を、階調補正画像記憶部１０７に書込処理を行う。当該平均化処理には式（４）を用いる。
【００３３】
Ｉdst（ｙ0）＝（１―ω）×ＩIenh(ｙ0)＋ω×α（ｙ0）…（４）
なお、Ienh(ｙ0)はコントラスト伸張済み画像データの画素値とし、Ｉdst（ｙ0）は階調補正画像データの画素値とする。
【００３４】
平均化処理部１０６の処理を画素毎に行うことで階調補正画像データを生成することができる。当該階調補正画像データは、画像全体の画素値の傾向は維持しつつ階調飛びを修正することができる。
【００３５】
階調補正画像記憶部１０７は、平均化処理部１０６により算出された画素値で構成される階調補正画像データを記憶する。
【００３６】
次に、画像処理装置１００の階調調整の全体処理の手順について、図６を用いて説明する。
【００３７】
まず、入力処理部１０１は、画像データを入力処理する（ステップＳ６０１）。
【００３８】
次に、コントラスト伸張処理部１０２は、画像データに対してコントラスト伸張し、コントラスト伸張済み画像データを生成する(ステップＳ６０２)。
【００３９】
そして、微分値算出部１０３が、処理対象となる位置座標の画素の画素値と、近傍画素の画素値との間の微分値を算出する（ステップＳ６０３）。近傍画素は、上述した処理対象の画素に隣接する４画素を示すものとする。
【００４０】
次に、ω算出処理部１０４は、微分値算出部１０３により算出された微分値及び関数ｆに基づいて、重みωを算出する（ステップＳ６０４）。
【００４１】
そして、階調差保持画素値算出部１０５は、階調補正画像データにおける、処理対象となる画素の近傍画素の画素値と、算出された微分値と、に基づいて、処理対象となる画素の階調差保持画素値α（ｙ０）を算出する（ステップＳ６０５）。
【００４２】
平均化処理部１０６は、重みωに従って、コントラスト伸張済み画像データに含まれている画素値と、階調差保持画素値α（ｙ０）と、の間で平均化処理を行う（ステップＳ６０６）。
【００４３】
そして、平均化処理部１０６は、平均化処理で算出された画素値を、階調補正画像データの画素値として、階調補正画像記憶部１０７に格納する（ステップＳ６０７）。
【００４４】
その後、入力処理部１０１が、全ての画素について階調補正処理が終了したか否か判断する（ステップＳ６０８）。終了していないと判断した場合（ステップＳ６０８：Ｎｏ）、再びステップＳ６０３から処理を開始する。
【００４５】
階調補正処理が終了したと判断した場合(ステップＳ６０８：Ｙｅｓ)、全ての処理を終了する。
【００４６】
次に、微分値算出部１０３による、ステップＳ６０３の微分値の算出処理手順について、図７を用いて説明する。
【００４７】
まず、微分値算出部１０３は、画像データのうち、処理対象となる位置座標、及びその近傍４画素から、画素値を抽出する（ステップＳ７０１）。
【００４８】
そして、微分値算出部１０３は、画像データ内の処理対象となる位置座標の画素値と、近傍４画素の画素値と、の間でそれぞれ微分値Ｄｉｆｆi(i=1,…,4)を算出する（ステップＳ７０２）。
【００４９】
次に、ω算出処理部１０４による、ステップＳ６０４の重みωの算出処理手順について、図８を用いて説明する。
【００５０】
まず、ω算出処理部１０４は、微分値Ｄｉｆｆi(i=1,…,4)の絶対値を算出する（ステップＳ８０１）。ω算出処理部１０４は、微分値Ｄｉｆｆi(i=1,…,4)の絶対値から、微分値Ｄｉｆｆi(i=1,…,4)のノルムを求め、当該ノルムを関数ｆに代入することで、重さωを算出する（ステップＳ８０２）。
【００５１】
本実施の形態にかかる画像処理装置１００による階調補正画像データの生成には重みωを利用している。この重みωは、画素値間の微分値が小さければ階調変化が保持され、微分値が大きければコントラスト伸張の効果が強く出るような値である。
【００５２】
また、本実施の形態にかかる画像処理装置１００では、微分値として一次微分値を用いたが、ｎ次微分値を用いても良く、さらにはこれら複数の微分値の組み合わせを用いても良い。
【００５３】
つまり、本実施の形態にかかる画像処理装置１００では、適切な重み付けで原画像の階調変化を保持する階調差保持画素値と、コントラスト伸張が行われた画素値とを組み合わせているため、例えば最終的に作成される階調補正画像データの画素値では、微分値（階調変化）が小さいほど、階調差保持画素値の混合比率を大きくし、微分値（階調変化）が大きいほど、コントラスト伸張済み画像データの画素値の混合比率を大きくすることができる。これにより、階調変化が緩やかな領域において階調割れを生じさせず、階調変化が急な領域ではエッジ成分等を保持している階調補正画像データを生成することが可能となった。換言すると、本実施の形態にかかる画像処理装置１００では、コントラスト伸張の効果を損なうことなく、階調の破綻が抑止された画像データを生成できる。
【００５４】
図９に示すように、上述した実施の形態の画像処理装置１００は、ハードウェア構成として、上述した処理を行う画像処理プログラムなどが格納されているＲＯＭ９０２と、ＲＯＭ９０２内のプログラムに従って画像処理装置１００の各部を制御するＣＰＵ９０１と、データの格納領域となるＲＡＭ９０３と、ネットワークに接続して通信を行う通信Ｉ／Ｆ９０４と、各部を接続するバス９０５とを備えている。
【００５５】
画像処理プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
【００５６】
この場合には、画像処理プログラムは、画像処理装置１００において上記記録媒体から読み出して実行することによりＲＡＭ９０３上にロードされ、上記ソフトウェア構成で説明した各部がＲＡＭ９０３上に生成されるようになっている。
【００５７】
また、上述した実施の形態の画像処理プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。
【００５８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、上記実施の形態の構成を組み合わせたり、上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態にかかる画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】画像データ毎に位置座標に応じた画素値の変化を示した説明図である。
【図３】処理対象となる画素と、当該画素の画素値の調整に利用する近傍の画素と、を示した説明図である。
【図４】処理対象となる画素における階調差保持画素値の算出を示した説明図である。
【図５】重みωの算出に用いる減少関数ｆを示したグラフである。
【図６】画像処理装置の階調調整の全体処理の手順を示したフローチャートである。
【図７】画像処理装置の微分値算出部による微分値の算出処理手順を示したフローチャートである。
【図８】画像処理装置のω算出処理部による重みωの算出処理手順を示したフローチャートである。
【図９】画像処理装置のハードウェア構成を示した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  画像処理装置
１０１  入力処理部
１０２  コントラスト伸張処理部
１０３  微分値算出部
１０４  ω算出処理部
１０５  階調差保持画素値算出部
１０６  平均化処理部
１０７  階調補正画像記憶部
９０１  ＣＰＵ
９０２  ＲＯＭ
９０３  ＲＡＭ
９０４  通信Ｉ／Ｆ
９０５  バス
【図１】
2009188605.tif 000004
【図２】
2009188605.tif 000005
【図３】
2009188605.tif 000006
【図４】
2009188605.tif 000007
【図５】
2009188605.tif 000008
【図６】
2009188605.tif 000009
【図７】
2009188605.tif 000010
【図８】
2009188605.tif 000011
【図９】
2009188605.tif 000012