JP4111980B2 - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents

Image processing apparatus and image processing method Download PDF

Info

Publication number
JP4111980B2
JP4111980B2 JP2006249281A JP2006249281A JP4111980B2 JP 4111980 B2 JP4111980 B2 JP 4111980B2 JP 2006249281 A JP2006249281 A JP 2006249281A JP 2006249281 A JP2006249281 A JP 2006249281A JP 4111980 B2 JP4111980 B2 JP 4111980B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
correction gain
luminance
pixel
corrected
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006249281A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008072450A (en
Inventor
晃三 石田
徹也 久野
俊 伊藤
正太郎 守谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2006249281A priority Critical patent/JP4111980B2/en
Priority to US12/441,245 priority patent/US8154628B2/en
Priority to PCT/JP2007/065846 priority patent/WO2008032517A1/en
Priority to EP07792489.2A priority patent/EP2061233B1/en
Publication of JP2008072450A publication Critical patent/JP2008072450A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4111980B2 publication Critical patent/JP4111980B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Image Processing (AREA)
  • Picture Signal Circuits (AREA)
  • Television Receiver Circuits (AREA)
  • Facsimile Image Signal Circuits (AREA)
  • Color Image Communication Systems (AREA)

Description

本発明は、入力画像のダイナミックレンジを適切に改善する画像処理装置及び画像処理方法に関するものである。   The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method for appropriately improving the dynamic range of an input image.

従来、画像の階調特性を改善する方法として、1画面の入力画像から同一輝度の画素の画素数を累積することによって得られる累積頻度(ヒストグラム)が、均等に分布するように階調変換を行う、ヒストグラムイコライゼーションが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as a method for improving the gradation characteristics of an image, gradation conversion is performed so that the cumulative frequency (histogram) obtained by accumulating the number of pixels of the same luminance from an input image on one screen is evenly distributed. Histogram equalization is proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、入力画像から空間的な輝度変化の加重平均を求め、求められた加重平均の対数変換値と、入力画像の対数変換値とから、改善された輝度信号を算出することで、画像のダイナミックレンジを改善させるRETINEXと呼ばれる方法が提案されている(例えば、非特許文献1及び特許文献2参照)。   Also, by calculating a weighted average of spatial luminance changes from the input image and calculating an improved luminance signal from the logarithmic conversion value of the calculated weighted average and the logarithmic conversion value of the input image, the dynamic image of the image is obtained. A method called RETINEX for improving the range has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開2002−27285号公報(段落0029−0041、図1)JP 2002-27285 A (paragraphs 0029-0041, FIG. 1) 特開2005−38119号公報(段落0028−0031、図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-38119 (paragraphs 0028-0031, FIG. 1) Z.Rahman et al., “A Multiscale Retinex For Color Rendition and Dynamic Range Compression”, XIX Proc. SPIE Vol.2847, pp.183−191, Nov.1996Z. Rahman et al. "A Multiscale Retinex For Color Rendition and Dynamic Range Compression", XIX Proc. SPIE Vol. 2847, pp. 183-191, Nov. 1996

しかしながら、前述のヒストグラムイコライゼーションでは、少なくとも1画面分の画像のヒストグラムデータを記録し、記録されたヒストグラムデータからヒストグラムの偏りを解析し、この解析結果をもとに階調特性を決める。このため、解析に使用した画像と解析結果を反映する画像との間には、1画面以上のタイミングずれが生じるので、入力画像のダイナミックレンジが適切に改善されない場合があった。例えば、動画像において、上記のような1画面以上のタイミングずれがある場合は、解析に使用した画像と解析結果を反映する画像との違いによって、解析結果を反映する画像に対して最適な階調特性を決めることができないという問題があった。   However, in the above-described histogram equalization, histogram data of an image for at least one screen is recorded, histogram bias is analyzed from the recorded histogram data, and gradation characteristics are determined based on the analysis result. For this reason, a timing shift of one screen or more occurs between the image used for the analysis and the image reflecting the analysis result, so that the dynamic range of the input image may not be improved appropriately. For example, when there is a timing shift of one or more screens as described above in a moving image, the optimal level for the image reflecting the analysis result is different depending on the difference between the image used for the analysis and the image reflecting the analysis result. There was a problem that the tonal characteristics could not be determined.

また、RETINEXを用いる方法では、加重平均を用いるための畳み込み積分及び加重平均と入力信号の対数計算などの計算処理が複雑であるので、ハードウェア(例えば、ASIC(特定用途向け集積回路)やFPGA(フィールド プログラマブル ゲート アレイ))や組込みマイコンによってRETINEXを実行する場合に、処理時間が長くなる、実装容量(ゲート規模、メモリ容量)が大きくなるという問題があった。   Further, in the method using RETINEX, calculation processing such as convolution integration for using a weighted average and logarithm calculation of the weighted average and the input signal is complicated, so that hardware (for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA) is used. (Field Programmable Gate Array)) or RETINEX is executed by an embedded microcomputer, there is a problem that processing time becomes long and mounting capacity (gate scale, memory capacity) becomes large.

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成で、入力画像のダイナミックレンジを適切に改善することができる画像処理装置及び画像処理方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus and image processing capable of appropriately improving the dynamic range of an input image with a simple configuration. It is to provide a method.

本発明の画像処理装置は、入力画像信号を画素ごとに補正して、補正後の画像信号を生成する画像処理装置であって、補正を行う画素と該補正を行う画素の周辺画素の輝度の分布を求めて出力するフィルタ手段と、前記フィルタ手段の出力から、前記補正を行う画素の補正利得を求める補正利得検出手段と、前記補正利得検出手段によって求められた前記補正利得を用いて、前記入力画像信号の画素ごとに演算を施す演算手段とを有し、前記フィルタ手段の出力は、補正を行う画素と該補正を行う画素の周辺画素の平均輝度であり、前記演算手段による前記演算は、乗算であり、前記補正利得検出手段は、前記平均輝度に前記補正利得を乗算した値が単調増加関数となるように、かつ、前記平均輝度が大きい場合には、前記補正利得が小さくなる特性であり、前記平均輝度が小さい場合には、前記補正利得が大きくなる特性を持つように、前記補正利得を算出することを特徴としている。 An image processing apparatus according to the present invention is an image processing apparatus that corrects an input image signal for each pixel and generates a corrected image signal, and the luminance of the pixels to be corrected and the peripheral pixels of the pixel to be corrected Filter means for obtaining and outputting a distribution; correction gain detecting means for obtaining a correction gain of a pixel to be corrected from the output of the filter means; and using the correction gain obtained by the correction gain detecting means, Arithmetic means for performing an operation for each pixel of the input image signal, and the output of the filter means is an average luminance of a pixel to be corrected and peripheral pixels of the pixel to be corrected, and the calculation by the calculating means a multiplier, the correction gain detecting means, so that a value obtained by multiplying the correction gain on the average luminance is monotonically increasing function, and wherein when the average luminance is large, the correction gain is small That a characteristic, wherein when the average brightness is small, so as to have a characteristic that the correction gain is increased, is characterized by calculating the correction gain.

また、本発明の画像処理方法は、入力画像信号を画素ごとに補正して、補正後の画像信号を生成する画像処理方法であって、補正を行う画素と該補正を行う画素の周辺画素の輝度の分布を求めるステップと、前記輝度の分布から、前記補正を行う画素の補正利得を求めるステップと、前記求められた前記補正利得を用いて、前記入力画像信号の画素ごとに演算を施すステップとを有し、前記輝度の分布を求めるステップにおける前記輝度の分布は、補正を行う画素と該補正を行う画素の周辺画素の平均輝度であり、前記演算を施すステップにおける前記演算は、乗算であり、前記補正利得を求めるステップにおける前記補正利得は、前記平均輝度に前記補正利得を乗算した値が単調増加関数となるように、かつ、前記平均輝度が大きい場合には、前記補正利得が小さくなる特性であり、前記平均輝度が小さい場合には、前記補正利得が大きくなる特性を持つように、前記補正利得を算出することを特徴としている。 The image processing method of the present invention is an image processing method for correcting an input image signal for each pixel to generate a corrected image signal, and includes a pixel to be corrected and a peripheral pixel of the pixel to be corrected. Obtaining a luminance distribution; obtaining a correction gain of a pixel to be corrected from the luminance distribution; and performing an operation for each pixel of the input image signal using the obtained correction gain. The luminance distribution in the step of obtaining the luminance distribution is an average luminance of pixels to be corrected and peripheral pixels of the pixel to be corrected, and the calculation in the step of performing the calculation is a multiplication There, the correction gain in the step of obtaining the correction gain, the so values above were multiplied by the correction gain average brightness is monotonically increasing function, and when the average luminance is greater Is a characteristic of the correction gain becomes smaller, wherein when the average brightness is small, so as to have a characteristic that the correction gain is increased, is characterized by calculating the correction gain.

本発明によれば、補正を行う画素の周辺画素の輝度分布に基づいて画素ごとに補正利得を求め、この補正利得を用いて補正を行う画素を補正するので、入力画像の階調特性を適切に改善することができる。   According to the present invention, the correction gain is obtained for each pixel based on the luminance distribution of the surrounding pixels of the pixel to be corrected, and the correction pixel is corrected using this correction gain. Can be improved.

また、本発明によれば、複雑な演算を行う必要が無く、計算や処理を簡素化することができるので、構成の簡素化、その結果、コスト低減を図ることができる。   Further, according to the present invention, since it is not necessary to perform a complicated calculation and calculation and processing can be simplified, the configuration can be simplified, and as a result, the cost can be reduced.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る画像処理装置(実施の形態1に係る画像処理方法を実施する装置)5の構成を概略的に示すブロック図である。図1に示されるように、実施の形態1に係る画像処理装置5は、輝度検出手段1と、フィルタ手段2と、補正利得検出手段3と、演算手段4とを有する。なお、本出願において「…手段」と呼ばれる構成は、電気回路などのハードウェア、プログラムにより動作するソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせのいずれで構成してもよい。例えば、輝度検出手段1と、フィルタ手段2と、補正利得検出手段3と、演算手段4は、マイコン(図示せず。)を用いたソフトウェアによって実現することができる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an image processing apparatus 5 (an apparatus that performs an image processing method according to Embodiment 1) 5 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the image processing apparatus 5 according to the first embodiment includes a luminance detection unit 1, a filter unit 2, a correction gain detection unit 3, and a calculation unit 4. In the present application, the configuration called “... Means” may be configured by hardware such as an electric circuit, software operated by a program, or a combination of hardware and software. For example, the luminance detection means 1, the filter means 2, the correction gain detection means 3, and the calculation means 4 can be realized by software using a microcomputer (not shown).

実施の形態1に係る画像処理装置5は、入力画像信号Xinに基づいて画素ごとに補正利得Gを算出し、算出された補正利得Gを用いて入力画像信号Xinに画素ごとに補正処理を施して、補正後の画像信号Xoutを生成する。画像処理装置5の補正処理では、例えば、固体撮像素子を用いて撮像された撮像画像のダイナミックレンジを改善する。この補正処理により、従来、黒つぶれしやすかった撮像画面内の低輝度領域のコントラストを改善し、認識性能・撮像性能を向上させることができる。 The image processing apparatus 5 according to the first embodiment, calculates a correction gain G k for each pixel based on an input image signal Xin, calculated correction gain G k correction processing for each pixel in the input image signal Xin with To generate a corrected image signal Xout. In the correction processing of the image processing device 5, for example, the dynamic range of a captured image captured using a solid-state image sensor is improved. By this correction processing, it is possible to improve the contrast and the imaging performance by improving the contrast of the low-brightness area in the imaging screen, which has been easily crushed in the past.

入力画像信号Xinは、例えば、8ビット階調で、水平640×垂直480画素に2次元配列された赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の画像信号(以下「RGB信号」と言う。)である。入力画像信号XinのR信号レベルをR(M,N)、入力画像信号XinのG信号レベルをG(M,N)、入力画像信号XinのB信号レベルをB(M,N)と表記する。ここで、Mは水平画素位置、Nは垂直画素位置を示す。   The input image signal Xin is, for example, an image signal of three colors of red (R), green (G), and blue (B) that is two-dimensionally arranged in horizontal 640 × vertical 480 pixels with 8-bit gradation (hereinafter, “RGB Signal "). The R signal level of the input image signal Xin is expressed as R (M, N), the G signal level of the input image signal Xin is expressed as G (M, N), and the B signal level of the input image signal Xin is expressed as B (M, N). . Here, M represents a horizontal pixel position, and N represents a vertical pixel position.

入力画像信号Xinは、RGB信号に限らず、YCbCr信号、L*a*b*信号、又はHSV(Hue、Saturation、Value)信号などであってもよい。画像処理装置5は、入力画像信号XinとしてYCbCr信号、L*a*b*信号、又はHSV信号を用いる場合には、各色空間の信号をRGB信号に色変換処理する色変換手段(図示せず)を備える。また、入力画像信号Xinの階調数は、上記8ビットに限定されず、静止画ファイルで用いられる10ビット又は12ビットなどの他の階調数であってもよい。さらに、入力画像信号Xinの画素数は、上記値に限定されず、水平1024×垂直960画素などの他の画素数であってもよい。   The input image signal Xin is not limited to an RGB signal, and may be a YCbCr signal, an L * a * b * signal, or an HSV (Hue, Saturation, Value) signal. When the YCbCr signal, the L * a * b * signal, or the HSV signal is used as the input image signal Xin, the image processing apparatus 5 performs color conversion means (not shown) that performs color conversion processing on each color space signal to an RGB signal. ). The number of gradations of the input image signal Xin is not limited to the above 8 bits, and may be other gradations such as 10 bits or 12 bits used in the still image file. Further, the number of pixels of the input image signal Xin is not limited to the above value, and may be another number of pixels such as horizontal 1024 × vertical 960 pixels.

輝度検出手段1は、入力画像信号Xinから輝度信号成分を求めて出力する。ITU−R BT.709規定の場合、輝度信号Yは、RGB信号から、次式(1)で求めることができる。
Y=0.299×R(M,N)+0.587×G(M,N)+0.114×B(M,N)
…(1)
なお、RGB信号から輝度信号Yを求めるための変換式は、上記式(1)に限定されず、画像処理を行うシステムが採用する色空間の規格によって規定される。また、入力画像信号Xinに輝度信号Yが含まれる場合は、輝度検出手段1は、輝度信号Yを求めるための計算を行わずに、入力画像信号Xinの輝度信号Yをフィルタ手段2に出力する。
The luminance detecting means 1 obtains a luminance signal component from the input image signal Xin and outputs it. ITU-R BT. In the case of 709, the luminance signal Y can be obtained from the RGB signal by the following equation (1).
Y = 0.299 × R (M, N) + 0.587 × G (M, N) + 0.114 × B (M, N)
... (1)
The conversion formula for obtaining the luminance signal Y from the RGB signal is not limited to the above formula (1), but is defined by the color space standard adopted by the system that performs image processing. When the input image signal Xin includes the luminance signal Y, the luminance detection unit 1 outputs the luminance signal Y of the input image signal Xin to the filter unit 2 without performing calculation for obtaining the luminance signal Y. .

フィルタ手段2は、1次元nタップの非巡回型デジタルフィルタであり、ディレイ手段6と、係数手段7と、加算手段8とを有する。ディレイ手段6は、入力画像信号Xinの輝度信号を遅延させる遅延素子DL(−1)、遅延素子DL(−1)の出力を遅延させる遅延素子DL(0)、及び遅延素子DL(0)の出力を遅延させる遅延素子DL(1)を有する。係数手段7は、遅延素子DL(−1)の出力に係数a(−1)を乗算する乗算器、遅延素子DL(0)の出力に係数a(0)を乗算する乗算器、及び遅延素子DL(1)の出力に係数a(1)を乗算する乗算器を有する。なお、タップ数nは、n=2×k+1(kは正の整数)を満たす。 The filter unit 2 is a one-dimensional n-tap acyclic digital filter, and includes a delay unit 6, a coefficient unit 7, and an addition unit 8. The delay means 6 includes a delay element DL (−1) that delays the luminance signal of the input image signal Xin, a delay element DL (0) that delays an output of the delay element DL (−1), and a delay element DL (0). A delay element DL (1) for delaying the output is included. The coefficient means 7 is a multiplier that multiplies the output of the delay element DL (−1) by a coefficient a k (−1), a multiplier that multiplies the output of the delay element DL (0) by a coefficient a k (0), and A multiplier for multiplying the output of the delay element DL (1) by a coefficient a k (1); The tap number n satisfies n = 2 × k + 1 (k is a positive integer).

フィルタ手段2は、輝度検出手段1から出力された輝度信号にフィルタ処理を施して、フィルタ処理後のフィルタ信号を出力する。図1は、タップ数nが3タップである場合を示す。なお、フィルタ手段2から出力されるフィルタ信号は、例えば、平均輝度Yavgであり、次式(2)で求めることができる。

Figure 0004111980
The filter unit 2 performs a filtering process on the luminance signal output from the luminance detecting unit 1 and outputs a filtered signal after the filtering process. FIG. 1 shows a case where the number of taps n is 3 taps. The filter signal output from the filter unit 2 is, for example, the average luminance Yavg, and can be obtained by the following equation (2).
Figure 0004111980

式(2)において、Y(−1)、Y(0)、及びY(1)はそれぞれ、補正を行う画素の1画素後の画素の輝度信号、補正を行う画素の輝度信号、及び補正を行う画素の1画素前の画素の輝度信号を示す。ここで、係数a(−1)=a(0)=a(1)=1とすると、式(2)の分母は、次式のようになる。

Figure 0004111980
In equation (2), Y (−1), Y (0), and Y (1) are the luminance signal of the pixel one pixel after the pixel to be corrected, the luminance signal of the pixel to be corrected, and the correction, respectively. The luminance signal of the pixel immediately before the pixel to be performed is shown. Here, if the coefficient a k (−1) = a k (0) = a k (1) = 1, the denominator of the equation (2) is as follows.
Figure 0004111980

したがって、式(2)により、補正を行う画素と、補正を行う画素の周辺画素の平均輝度を求めることができる。なお、「補正を行う画素の周辺画素」とは、iを所定の整数としたときに、補正を行う画素のi画素前の画素から補正を行う画素の1画素前の画素まで、及び、補正を行う画素の1画素後の画素から補正を行う画素のi画素後の画素までである。所定の整数iが1であるときには、「補正を行う画素の周辺画素」は、補正を行う画素の1画素前の画素、及び、補正を行う画素の1画素後の画素である。   Therefore, the average luminance of the pixel to be corrected and the peripheral pixels of the pixel to be corrected can be obtained by Expression (2). Note that the “peripheral pixels of the pixel to be corrected” refers to the pixel from the pixel before i pixel of the pixel to be corrected to the pixel one pixel before the pixel to be corrected when i is a predetermined integer. From the pixel one pixel after the pixel performing the pixel to the pixel after the i pixel of the pixel performing the correction. When the predetermined integer i is 1, the “peripheral pixels of the pixel to be corrected” are a pixel one pixel before the pixel to be corrected and a pixel one pixel after the pixel to be corrected.

このように1次元の非巡回型デジタルフィルタの構成を用いることで、輝度検出手段1の輝度信号Yの1次元方向のフィルタ出力を求めることができる。求められたフィルタ出力は、輝度信号Yと補正を行う画素の周辺画素の平均値を求めるように構成することで、1次元方向の明るさの分布の変化を求めることができる。よって、明るさの分布の変化に対応した補正利得を検出することができ、明るさの分布の変化を考慮した、信号のコントラストを補正することができる。また、デジタル信号処理回路としては、一般的な構成であり、回路規模の簡素化が図れ、ゲート規模削減、コスト低下の効果がある。   Thus, by using the configuration of the one-dimensional acyclic digital filter, the filter output in the one-dimensional direction of the luminance signal Y of the luminance detecting means 1 can be obtained. The obtained filter output is configured to obtain the luminance signal Y and the average value of the peripheral pixels of the pixel to be corrected, whereby the change in the brightness distribution in the one-dimensional direction can be obtained. Therefore, a correction gain corresponding to a change in brightness distribution can be detected, and a signal contrast can be corrected in consideration of a change in brightness distribution. In addition, the digital signal processing circuit has a general configuration, which can simplify the circuit scale and reduce the gate scale and reduce the cost.

タップ数nは、3タップに限らず、任意のタップ数とすることができる。タップ数を増やすことで、カットオフ周波数の特性を細かく設定することができ、また、広い範囲に及ぶ緩やかな輝度変化を検出することができる。このように、タップ数nを切替えることで、入力画像内の異なる照明条件による輝度分布の変化に応じて最適なフィルタ手段2を構成することができる。   The number of taps n is not limited to 3 taps, and can be any number of taps. By increasing the number of taps, the characteristics of the cutoff frequency can be set finely, and a gradual change in luminance over a wide range can be detected. Thus, by switching the number of taps n, the optimum filter means 2 can be configured according to the change in the luminance distribution due to different illumination conditions in the input image.

以上の説明においては、フィルタ手段2が1次元の非巡回型デジタルフィルタである場合を説明したが、フィルタ手段2は2次元の非巡回型デジタルフィルタであってもよい。2次元の非巡回型デジタルフィルタを用いることによって、入力画像の輝度の領域的な変化を検出することができる。   Although the case where the filter unit 2 is a one-dimensional acyclic digital filter has been described above, the filter unit 2 may be a two-dimensional acyclic digital filter. By using a two-dimensional acyclic digital filter, it is possible to detect a regional change in luminance of the input image.

また、フィルタ手段2は、上記式(2)に基づく平均輝度Yavgを算出する処理を行う構成に限定されず、明るさの分布の変化を求めることができる構成であれば良く、加重平均を出力する構成、ローパスフィルタを用いた構成、又はバンドパスフィルタを用いた構成等のような他の構成とすることができる。   The filter unit 2 is not limited to a configuration that performs the process of calculating the average luminance Yavg based on the above formula (2), and may be any configuration that can determine a change in brightness distribution, and outputs a weighted average. Other configurations, such as a configuration using a low-pass filter, a configuration using a band-pass filter, or the like.

補正利得検出手段3は、フィルタ手段2から出力されたフィルタ信号である平均輝度Yavgに基づいて補正利得Gを算出して出力する。補正利得Gの算出処理の詳細は、後述する。 Correction gain detecting means 3, calculates and outputs a correction gain G k based on the average luminance Yavg a filtered signal output from filter means 2. Details of the correction gain Gk calculation process will be described later.

演算手段4は、補正利得検出手段3から出力された補正利得Gが入力され、入力画像信号Xinに補正利得Gを乗算して出力する。 Calculating means 4, the correction gain G k output from the correction gain detecting means 3 is input, the input image signal Xin to be multiplied by the correction gain G k outputs.

図2は、実施の形態1に係る画像処理装置5の動作(実施の形態1に係る画像処理方法)を概略的に示すフローチャートである。図2に示されるように、実施の形態1に係る画像処理装置5は、フィルタ処理(ステップS1)、画素ごとの補正利得の演算処理(画素利得演算処理)である補正利得検出処理(ステップS2)、及び補正利得を用いて入力画像信号を補正する処理である演算処理(ステップS3)を行う。フィルタ処理(ステップS1)において、フィルタ処理手段2は入力画像信号Xinの平均輝度Yavgにフィルタ処理を施し、フィルタ処理後の輝度信号を出力する。次の補正利得検出処理(ステップS2)において、フィルタ処理手段2からの出力に応じて画素ごとの補正利得Gを求める。次の補正利得演算処理(ステップS3)において、演算手段4は補正利得検出処理(ステップS2)によって得られた補正利得Gを用いて入力画像信号Xinの演算を画素ごとに行い、補正後の画像信号Xoutを出力する。 FIG. 2 is a flowchart schematically showing the operation of the image processing apparatus 5 according to the first embodiment (image processing method according to the first embodiment). As shown in FIG. 2, the image processing apparatus 5 according to the first embodiment includes a correction process (step S2), which is a filter process (step S1), and a correction gain calculation process (pixel gain calculation process) for each pixel. ) And a calculation process (step S3) which is a process of correcting the input image signal using the correction gain. In the filter process (step S1), the filter processing unit 2 performs a filter process on the average luminance Yavg of the input image signal Xin, and outputs a luminance signal after the filter process. In the next correction gain detection process (step S2), and obtains the correction gain G k for each pixel in accordance with the output from the filter processing unit 2. Next correction gain calculation processing in (step S3), and computing means 4 performs for each pixel the operation of the input image signal Xin using the correction gain G k obtained by correcting the gain detection process (step S2), and the corrected An image signal Xout is output.

以下に、補正利得検出手段3及び演算手段4の動作を詳細に説明する。補正利得検出手段3は、例えば、次式(3)により補正利得Gを求める。

Figure 0004111980
式(3)において、Yavgは、フィルタ手段2から出力され補正利得検出手段3に入力される平均輝度を示し、Gmaxは、補正利得の最大値である最大利得を示し、Ymaxは、フィルタ手段2の最大出力である最大輝度を示す。 Hereinafter, the operations of the correction gain detection means 3 and the calculation means 4 will be described in detail. Correction gain detecting means 3, for example, obtains the correction gain G k by the following equation (3).
Figure 0004111980
In equation (3), Yavg represents the average luminance output from the filter unit 2 and input to the correction gain detection unit 3, Gmax represents the maximum gain that is the maximum value of the correction gain, and Ymax represents the filter unit 2 The maximum luminance that is the maximum output of.

最大輝度Ymaxは、画像信号のデジタル分解能(階調数)により一義的に決まる。例えば、8ビット階調の場合は、最大輝度Ymaxは255であり、10ビット階調の場合は、最大輝度Ymaxは1023である。   The maximum luminance Ymax is uniquely determined by the digital resolution (the number of gradations) of the image signal. For example, in the case of 8-bit gradation, the maximum luminance Ymax is 255, and in the case of 10-bit gradation, the maximum luminance Ymax is 1023.

最大利得Gmaxは、入力画像のダイナミックレンジを向上させ、コントラストが改善できるように、予め統計的、実験的に得られた補正利得である。γ補正を行うことで、メリハリの無いコントラストの低い画像処理であったが、補正利得を用いることで、コントラスト感の高い、画像となり、表示品位が向上する。補正利得検出手段3は、最大利得Gmaxを入力画像のレベルによらず一定値とする構成とすることができ、又は、入力画像の黒レベルと白レベルの頻度や、平均映像信号レベルなどの入力画像から得られる、画面全体や被写体の明るさ、コントラスト、輝度分布、輝度のヒストグラム、色の分布等の情報に応じて最大利得Gmaxを切替える構成とすることもできる。このように最大利得Gmaxが調整可能であることは、動画像に用いた場合に、動画像内の明るさの分布に最適な補正利得を得られ、画質の最適化を図れる。   The maximum gain Gmax is a correction gain obtained statistically and experimentally in advance so that the dynamic range of the input image can be improved and the contrast can be improved. By performing the γ correction, the image processing has no sharpness and low contrast, but by using the correction gain, an image with a high contrast feeling is obtained, and the display quality is improved. The correction gain detection means 3 can be configured so that the maximum gain Gmax is a constant value regardless of the level of the input image, or the input image frequency, the frequency of the black level and the white level, the average video signal level, etc. The maximum gain Gmax may be switched according to information such as the brightness of the entire screen and the subject, contrast, luminance distribution, luminance histogram, and color distribution obtained from the image. When the maximum gain Gmax can be adjusted in this way, when used for a moving image, a correction gain optimum for the brightness distribution in the moving image can be obtained, and the image quality can be optimized.

図3は、補正利得検出手段3から出力される補正利得Gを示すグラフであり、図4は、補正利得検出手段3から出力される補正利得Gを示す表である。図3において、横軸は、最大輝度で規格化された平均輝度Yavg/Ymaxを示し、縦軸は、補正利得Gを示す。 Figure 3 is a graph showing a correction gain G k output from the correction gain detecting means 3, FIG. 4 is a table showing a correction gain G k output from the correction gain detecting means 3. 3, the horizontal axis represents the average brightness YAVG / Ymax standardized by the maximum brightness, the vertical axis represents the correction gain G k.

図3及び図4に示されるように、最大利得Gmaxが1より大きい場合には、最大輝度で規格化された平均輝度Yavg/Ymaxが増加するにつれて(すなわち、平均輝度Yavgが増加するにつれて)、補正利得Gは最大利得Gmaxから減少し、平均輝度Yavgが最大輝度Ymaxに等しくなると(すなわち、Yavg/Ymax=1になると)、補正利得Gは1倍になる。また、最大利得Gmaxが1である場合には、補正利得Gは1倍になる。 As shown in FIGS. 3 and 4, when the maximum gain Gmax is greater than 1, as the average luminance Yavg / Ymax normalized by the maximum luminance increases (that is, as the average luminance Yavg increases), correction gain G k decreases from a maximum gain Gmax, the average luminance YAVG is equal to the maximum luminance Ymax (i.e., at the YAVG / Ymax = 1), the correction gain G k becomes 1 times. When the maximum gain Gmax is 1, the correction gain Gk is 1 time.

なお、補正利得検出手段3として、式(3)による演算を実行して補正利得Gを得る構成を説明したが、予め平均輝度Yavgに対応する補正利得Gをルックアップテーブルとして保持しておくこともできる。このようなルックアップテーブルを用いた場合には、割り算処理を行う必要が無くなるので、補正利得検出手段3における計算処理の簡素化を図ることができる。 Incidentally, as a correction gain detecting means 3 has described an arrangement for obtaining a correction gain G k by performing the operation according to equation (3) holds the correction gain G k corresponding to advance the average luminance Yavg as a look-up table It can also be left. When such a lookup table is used, it is not necessary to perform a division process, so that the calculation process in the correction gain detecting means 3 can be simplified.

図5は、実施の形態1において用いる補正利得を、最大輝度で規格化した平均輝度に乗算した値を示すグラフである。図5において、横軸は、最大輝度で規格化された平均輝度Yavg/Ymaxを示し、縦軸は、最大輝度で規格化された平均輝度Yavg/Ymaxに補正利得Gを乗算した値G×Yavg/Ymaxを示す。 FIG. 5 is a graph showing a value obtained by multiplying the correction gain used in the first embodiment by the average luminance normalized by the maximum luminance. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the average luminance Yavg / Ymax normalized by the maximum luminance, and the vertical axis indicates the value G k obtained by multiplying the average luminance Yavg / Ymax normalized by the maximum luminance by the correction gain G k. X Indicates Yavg / Ymax.

ここで、補正利得Gは、補正輝度G×Yavg/Ymaxが単調増加関数になるように求めた値である。図5には、最大利得Gmaxが1倍、3倍、5倍の場合の補正輝度G×Yavg/Ymaxを示している。補正輝度は、G×Yavg/Ymax以外の計算に基づく補正輝度を用いてもよい。図5から分かるように、最大利得Gmaxが1倍の場合は、入力画像信号Xinがそのまま出力される。図5から分かるように、最大利得Gmaxが大きくなるにつれて、低輝度側の傾きが大きく、高輝度側の傾きが小さくなる。低輝度側の傾きを大きくすることで、黒つぶれしやすい低域の信号成分を増幅して出力することができ、低輝度部のコントラストが改善できる。また、高輝度側の傾きを低輝度側に比べて1.0倍程度に小さくすることで、高輝度側の輝度信号やコントラストの信号が維持される。これにより、高輝度側が白つぶれする問題を防ぐことができ、高輝度や低輝度の信号においてもコントラスの高い信号を取り出せ、視認性の向上が図れる。 Here, the correction gain G k is a value obtained so that the correction luminance G k × Yavg / Ymax is a monotonically increasing function. FIG. 5 shows the corrected luminance G k × Yavg / Ymax when the maximum gain Gmax is 1, 3 or 5 times. As the correction luminance, a correction luminance based on a calculation other than G k × Yavg / Ymax may be used. As can be seen from FIG. 5, when the maximum gain Gmax is 1, the input image signal Xin is output as it is. As can be seen from FIG. 5, as the maximum gain Gmax increases, the slope on the low brightness side increases and the slope on the high brightness side decreases. By increasing the inclination on the low luminance side, it is possible to amplify and output a low-frequency signal component that tends to be blacked out, and to improve the contrast of the low luminance portion. Further, the luminance signal and contrast signal on the high luminance side are maintained by reducing the inclination on the high luminance side to about 1.0 times that on the low luminance side. Accordingly, it is possible to prevent the problem that the high luminance side is crushed white, and it is possible to extract a high contrast signal even in a high luminance or low luminance signal, thereby improving visibility.

図6は、実施の形態1に係る画像処理装置5による補正処理前の画像の一例を示す図であり、図7は、実施の形態1に係る画像処理装置5による補正処理後の画像の一例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an image before correction processing by the image processing device 5 according to the first embodiment, and FIG. 7 is an example of an image after correction processing by the image processing device 5 according to the first embodiment. FIG.

図6は、明るい領域、すなわち、窓の外の景色(符号DS1で示される部分)が鮮明に再現されているが、暗い領域、すなわち、室内の人物HD1などは、黒潰れに近い状態になっていることを示している。   In FIG. 6, the bright area, that is, the scenery outside the window (the part indicated by the symbol DS1) is clearly reproduced, but the dark area, that is, the indoor person HD1, etc., is almost blacked out. It shows that.

図8(a)及び(b)は、実施の形態1に係る画像処理装置において、撮像画像の明るい領域(すなわち、図6において窓を通して部屋の外が見える領域DS1)の処理に関し、図8(a)は、画素位置p0から画素位置p6までにおける規格化された輝度信号Xin/Ymaxと規格化された平均輝度Yavg/Ymaxを示す図であり、図8(b)は、図8(a)と同じ画素位置p0から画素位置p6までにおける規格化された輝度信号Xin/Ymaxと規格化された出力信号Xout/Ymaxを示す図である。   FIGS. 8A and 8B relate to processing of a bright region of a captured image (that is, the region DS1 where the outside of the room can be seen through the window in FIG. 6) in the image processing apparatus according to the first embodiment. FIG. 8A is a diagram illustrating the normalized luminance signal Xin / Ymax and the normalized average luminance Yavg / Ymax from the pixel position p0 to the pixel position p6, and FIG. 8B is a diagram illustrating FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a normalized luminance signal Xin / Ymax and a normalized output signal Xout / Ymax at the same pixel position p0 to pixel position p6.

図8(a)に破線で示されるように、入力画像信号の規格化された輝度信号Xin/Ymaxは、画素位置p1において0.6、画素位置p2において0.7、画素位置p3において0.8、画素位置p4において0.7、画素位置p5において0.8、画素位置p6において0.6である。   As indicated by a broken line in FIG. 8A, the standardized luminance signal Xin / Ymax of the input image signal is 0.6 at the pixel position p1, 0.7 at the pixel position p2, and 0. 0 at the pixel position p3. 8. 0.7 at pixel position p4, 0.8 at pixel position p5, and 0.6 at pixel position p6.

よって、図8(a)に実線で示されるように、タップ数nが3であるときには、規格化された平均輝度Yavg/Ymaxは、画素位置p1において0.66、画素位置p2において0.70、画素位置p3において0.73、画素位置p4において0.76、画素位置p5において0.70、画素位置p6において0.70となる。   Therefore, as indicated by a solid line in FIG. 8A, when the number of taps n is 3, the standardized average luminance Yavg / Ymax is 0.66 at the pixel position p1 and 0.70 at the pixel position p2. The pixel position p3 is 0.73, the pixel position p4 is 0.76, the pixel position p5 is 0.70, and the pixel position p6 is 0.70.

最大利得Gmaxが3倍であるとき、求めた平均輝度Yavgと式(3)より、補正利得Gは、画素位置p1において1.29倍、画素位置p2において1.25倍、画素位置p3において1.22倍、画素位置p4において1.19倍、画素位置p5において1.25倍、画素位置p6において1.25倍となる。このように、各画素の平均輝度Yavgを求めることで、各画素の補正利得Gを求めることができる。 When the maximum gain Gmax is three times, than the average luminance Yavg and expressions determined (3), the correction gain G k is 1.29 times the pixel position p1, 1.25 times the pixel position p2, the pixel position p3 1.22 times, 1.19 times at pixel position p4, 1.25 times at pixel position p5, and 1.25 times at pixel position p6. Thus, the correction gain Gk of each pixel can be obtained by obtaining the average luminance Yavg of each pixel.

図8(b)は、図8(a)と同じ画素位置p0から画素位置P6までにおける規格化された輝度信号Xin/Ymaxと、規格化された出力信号Xout/Ymaxを示す図である。図8(b)に破線で示されるように、入力画像信号の規格化された輝度信号Xin/Ymaxは、画素位置p1において0.6、画素位置p2において0.7、画素位置p3において0.8、画素位置p4において0.7、画素位置p5において0.8、画素位置p6において0.6である。   FIG. 8B is a diagram illustrating the normalized luminance signal Xin / Ymax and the normalized output signal Xout / Ymax at the same pixel position p0 to pixel position P6 as in FIG. 8A. As shown by a broken line in FIG. 8B, the standardized luminance signal Xin / Ymax of the input image signal is 0.6 at the pixel position p1, 0.7 at the pixel position p2, and 0. 0 at the pixel position p3. 8. 0.7 at pixel position p4, 0.8 at pixel position p5, and 0.6 at pixel position p6.

座標(M,N)の画素の利得補正した出力画像信号Xout(M,N)は、座標(M,N)の画素の入力画像信号Xin(M,N)と利得Gを用いて、次式(4)で求めることができる。
Xout(M,N)=G×Xin(M,N) …(4)
Coordinates (M, N) of the pixels of the gain corrected output image signal Xout (M, N), using the coordinates (M, N) the input image signal Xin (M, N) of pixels with a gain G k, the following It can be obtained by equation (4).
Xout (M, N) = G k × Xin (M, N) ... (4)

図8(b)に実線で示されるように、利得補正後の規格化された出力画像信号Xout/Ymaxは、画素位置p1において0.77、画素位置p2において0.88、画素位置p3において0.98、画素位置p4において0.83、画素位置p5において1.00、画素位置p6において0.75となる。   As shown by a solid line in FIG. 8B, the normalized output image signal Xout / Ymax after gain correction is 0.77 at the pixel position p1, 0.88 at the pixel position p2, and 0 at the pixel position p3. .98, 0.83 at the pixel position p4, 1.00 at the pixel position p5, and 0.75 at the pixel position p6.

なお、一般に、入力画像がRGB信号の場合は、次式(5a)、(5b)、(5c)が成り立つ。
Rout(M,N)=G×Rin(M,N) …(5a)
Gout(M,N)=G×Gin(M,N) …(5b)
Bout(M,N)=G×Bin(M,N) …(5c)
ここで、Rout(M,N)は、座標(M,N)の画素の利得補正した出力R信号であり、Rin(M,N)は、座標(M,N)の画素の入力R信号であり、Gout(M,N)は、座標(M,N)の画素の利得補正した出力G信号であり、Gin(M,N)は、座標(M,N)の画素の入力G信号であり、Bout(M,N)は、座標(M,N)の画素の利得補正した出力B信号であり、Bin(M,N)は、座標(M,N)の画素の入力B信号である。
In general, when the input image is an RGB signal, the following expressions (5a), (5b), and (5c) hold.
Rout (M, N) = G k × Rin (M, N) (5a)
Gout (M, N) = G k × Gin (M, N) (5b)
Bout (M, N) = G k × Bin (M, N) (5c)
Here, Rout (M, N) is an output R signal obtained by correcting the gain of the pixel at coordinates (M, N), and Rin (M, N) is an input R signal of the pixel at coordinates (M, N). Yes, Gout (M, N) is an output G signal obtained by correcting the gain of a pixel at coordinates (M, N), and Gin (M, N) is an input G signal of a pixel at coordinates (M, N). , Bout (M, N) is an output B signal obtained by correcting the gain of the pixel at coordinates (M, N), and Bin (M, N) is an input B signal of the pixel at coordinates (M, N).

また、一般に、入力画像が、YCbCr信号の場合は、次式(6a)、(6b)、(6c)が成り立つ。
Yout(M,N)=G×Yin(M,N) …(6a)
Cbout(M,N)=G×(Cbin(M,N)−Cbof)+Cbof
…(6b)
Crout(M,N)=G×(Crin(M,N)−Crof)+Crof
…(6c)
ここで、Yout(M,N)は、座標(M,N)の画素の利得補正した輝度信号であり、Yin(M,N)は、座標(M,N)の画素の入力輝度信号であり、Cbout(M,N)及びCrout(M,N)は、座標(M,N)の画素の利得補正した色差信号であり、Cbin(M,N)及びCrin(M,N)は、座標(M,N)の画素の入力色差信号であり、Cbof及びCrofは、色差信号を信号処理する際のオフセット量である。
In general, when the input image is a YCbCr signal, the following equations (6a), (6b), and (6c) hold.
Yout (M, N) = G k × Yin (M, N) (6a)
Cbout (M, N) = G k × (Cbin (M, N) -Cbof) + Cbof
... (6b)
Crout (M, N) = G k × (Crin (M, N) -Crof) + Crof
... (6c)
Here, Yout (M, N) is a luminance signal obtained by correcting the gain of a pixel at coordinates (M, N), and Yin (M, N) is an input luminance signal of a pixel at coordinates (M, N). , Cbout (M, N) and Crout (M, N) are color difference signals obtained by correcting the gain of the pixel at coordinates (M, N), and Cbin (M, N) and Crin (M, N) are represented by coordinates ( M, N) are input color difference signals of pixels, and Cbof and Crof are offset amounts when the color difference signals are processed.

また、式(5a)、(5b)、(5c)に示すように、RGB信号一律に同じ補正利得Gを乗算することにより、局所領域でのホワイトバランスが、ずれることなく、ダイナミックレンジを改善することができる。 Further, equation (5a), (5b), as shown in (5c), by multiplying the same correction gain G k into RGB signals uniformly, white balance in the local area, without displacement, improve the dynamic range can do.

図9(a)及び(b)は、実施の形態1に係る画像処理装置において、撮像画像の暗い領域(輝度が低い領域)HD1の処理に関し、図9(a)は、画素位置q0から画素位置q6までにおける規格化された輝度信号Xin/Ymaxと規格化された平均輝度Yavg/Ymaxを示す図であり、図9(b)は、図9(a)と同じ画素位置q0から画素位置q6までにおける規格化された輝度信号Xin/Ymaxと規格化された出力信号Xout/Ymaxを示す図である。   FIGS. 9A and 9B relate to processing of a dark region (low luminance region) HD1 of a captured image in the image processing apparatus according to Embodiment 1, and FIG. FIG. 9B is a diagram illustrating a normalized luminance signal Xin / Ymax and a normalized average luminance Yavg / Ymax up to a position q6, and FIG. 9B is a diagram illustrating a pixel position q6 from the same pixel position q0 as FIG. 9A. It is a figure which shows the standardized brightness signal Xin / Ymax and the standardized output signal Xout / Ymax.

図9(a)に破線で示されるように、入力画像の規格化された輝度信号Xin/Ymaxは、輝度が低い領域HD1内の画素位置q1において0.1、画素位置q2において0.2、画素位置q3において0.3、画素位置q4において0.2、画素位置q5において0.3、画素位置q6において0.1である。また、図9(a)に実線で示されるように、規格化された平均輝度Yavg/Ymaxは、画素位置q1において0.16、画素位置q2において0.20、画素位置q3において0.23、画素位置q4において0.26、画素位置q5において0.20、画素位置q6において0.20となる。また、補正利得Gは、画素位置q1において2.25倍、画素位置q2において2.14倍、画素位置q3において2.05倍、画素位置q4において1.97倍、画素位置q5において2.14倍、画素位置q6において2.14倍である。 As shown by a broken line in FIG. 9A, the standardized luminance signal Xin / Ymax of the input image is 0.1 at the pixel position q1 in the low-luminance region HD1, 0.2 at the pixel position q2, The pixel position q3 is 0.3, the pixel position q4 is 0.2, the pixel position q5 is 0.3, and the pixel position q6 is 0.1. Further, as indicated by a solid line in FIG. 9A, the normalized average luminance Yavg / Ymax is 0.16 at the pixel position q1, 0.20 at the pixel position q2, 0.23 at the pixel position q3, The pixel position q4 is 0.26, the pixel position q5 is 0.20, and the pixel position q6 is 0.20. Further, the correction gain G k is 2.25 times at the pixel position q1, 2.14 times at the pixel position q2, 2.05 times at the pixel position q3, 1.97 times at the pixel position q4, and 2.7 at the pixel position q5. 14 times and 2.14 times at pixel position q6.

図9(b)に実線で示されるように、入力画像の信号は、輝度信号レベルに一致しているとすると、各画素の利得補正した出力画像信号Xoutは、画素位置q1において0.23、画素位置q2において0.43、画素位置q3において0.62、画素位置q4において0.39、画素位置q5において0.64、画素位置q6において0.21となる。   As shown by a solid line in FIG. 9B, assuming that the signal of the input image matches the luminance signal level, the gain-corrected output image signal Xout of each pixel is 0.23 at the pixel position q1. The pixel position q2 is 0.43, the pixel position q3 is 0.62, the pixel position q4 is 0.39, the pixel position q5 is 0.64, and the pixel position q6 is 0.21.

図8(b)から分かるように、明るい領域DS1では、補正利得が約1.2倍と、ほぼ入力画像と同一の信号レベルの出力画像が出力される。これにより、明るい領域の画素単位のコントラストは、保持される。これに対し、図9(b)から分かるように、暗い領域HD1では、補正利得が約2倍となる。このことは、黒レベルで圧縮されていた信号レベルが、明るくなった上、暗い領域の画素単位のコントラストも増幅されていることを示している。   As can be seen from FIG. 8B, in the bright region DS1, the correction gain is about 1.2 times, and an output image having the same signal level as the input image is output. Thereby, the contrast of the pixel unit of a bright area is maintained. On the other hand, as can be seen from FIG. 9B, the correction gain is approximately doubled in the dark region HD1. This indicates that the signal level compressed at the black level becomes brighter and the contrast of the pixel unit in the dark region is also amplified.

以上に説明したように、平均輝度Yavgにより画素ごとに補正利得Gを求め、補正利得Gを画像信号に画素ごとに乗算する処理を施すことにより、暗い領域HD1は鮮明に(図7のHD2)、明るい領域DS1は、そのままのコントラストを維持する(図7のDS2)のように、ダイナミックレンジを改善できる。 As described above, the average luminance calculated correction gain G k for each pixel by YAVG, by a process of multiplying each pixel a correction gain G k in the image signal subjected, dark regions HD1 is clearly (in FIG. 7 HD2), the bright area DS1 can improve the dynamic range as in the case of maintaining the same contrast (DS2 in FIG. 7).

図10は、入力画像の各輝度レベルにおける発生頻度(度数)をヒストグラムにより示す図であり、図11は、改善された画像の各輝度レベルにおける発生頻度(度数)をヒストグラムにより示す図である。図10及び図11は、図6、図7、図8(a)、(b)、図9(a)、(b)のダイナミックレンジ改善の効果をヒストグラムにより示している。   FIG. 10 is a diagram showing the occurrence frequency (frequency) at each luminance level of the input image as a histogram, and FIG. 11 is a diagram showing the occurrence frequency (frequency) at each luminance level of the improved image as a histogram. FIGS. 10 and 11 show the effects of dynamic range improvement of FIGS. 6, 7, 8A, 9B, 9A, and 9B using histograms.

図10及び図11に示されるように、入力画像の明るい領域(図10のDS1)は、高輝度領域であるため、撮像画像は、高い輝度レベルに分布する。また、入力画像の暗い領域HD1は、低輝度領域であるため、撮像画像は、低い輝度レベルに分布する。   As shown in FIGS. 10 and 11, since the bright region (DS1 in FIG. 10) of the input image is a high luminance region, the captured image is distributed at a high luminance level. Also, since the dark area HD1 of the input image is a low luminance area, the captured image is distributed at a low luminance level.

図10及び図11に示されるように、入力画像の補正を行うと、明るい領域DS1では、補正利得が小さいため、領域DS2の高い輝度レベルに分布していた2点鎖線で示される信号は、領域DS2の実線で示される信号になるが、変化は小さい。これに対し、領域HD1の低輝度レベルに分布した2点鎖線で示される信号は、領域HD2の実線で示される信号になり、変化が大きい。   As shown in FIGS. 10 and 11, when the input image is corrected, the correction gain is small in the bright area DS1, so the signal indicated by the two-dot chain line distributed in the high luminance level of the area DS2 is Although the signal is indicated by a solid line in the region DS2, the change is small. On the other hand, the signal indicated by the two-dot chain line distributed in the low luminance level of the region HD1 becomes a signal indicated by the solid line of the region HD2, and changes greatly.

このことは、式(3)を用いた補正を行うことで、低輝度においても、高輝度においても、コントラストが改善され、低輝度側の黒つぶれが解消されること、及び、低輝度の信号が大きく高輝度側に移動することで、視認性のより、メリハリのあるダイナミックレンジが改善された画像が得られることを示している。さらに、補正を行うことで、平均輝度が中央付近に分布することになり、ダイナミックレンジの狭い表示装置(例えば、液晶ディスプレイ)においても、表示品位の向上が図れる。   This is because the correction using the expression (3) improves the contrast at low luminance and high luminance, eliminates the blackout on the low luminance side, and the low luminance signal. Indicates that an image having a sharper dynamic range than visibility can be obtained by moving to a higher luminance side. Further, by performing the correction, the average luminance is distributed near the center, and the display quality can be improved even in a display device having a narrow dynamic range (for example, a liquid crystal display).

また、実施の形態1に係る画像処理装置5によれば、補正を行う画素の周辺画素の輝度分布に基づいて、補正を行う画素のダイナミックレンジを補正するので、解析結果の反映タイミングを極力短くするができ、入力画像のダイナミックレンジを適切に改善することができる。   Further, according to the image processing apparatus 5 according to the first embodiment, the dynamic range of the pixel to be corrected is corrected based on the luminance distribution of the peripheral pixels of the pixel to be corrected, so that the reflection timing of the analysis result is made as short as possible. The dynamic range of the input image can be improved appropriately.

さらに、実施の形態1に係る画像処理装置5によれば、外付けフレームメモリを用いることなく画素単位でダイナミックレンジ拡大を実現でき、また、複雑な演算を行う必要が無く、計算や処理を簡素化することができるので、構成の簡素化、その結果、コスト低減を図ることができる。   Furthermore, according to the image processing apparatus 5 according to the first embodiment, it is possible to realize dynamic range expansion in units of pixels without using an external frame memory, and it is not necessary to perform complicated calculations, and calculation and processing are simplified. Therefore, it is possible to simplify the configuration and, as a result, reduce the cost.

実施の形態2.
図12は、本発明の実施の形態2に係る画像処理装置(実施の形態2に係る画像処理方法を実施する装置)12の構成を概略的に示すブロック図である。実施の形態2に係る画像処理装置12は、輝度検出手段1と、フィルタ手段2と、補正利得検出手段3と、乗算手段4と、オフセット検出手段9と、オフセット減算手段10と、オフセット加算手段11とを有する。図12において、図1の構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 12 is a block diagram schematically showing a configuration of an image processing apparatus 12 (an apparatus that performs the image processing method according to the second embodiment) 12 according to the second embodiment of the present invention. The image processing apparatus 12 according to the second embodiment includes a luminance detection unit 1, a filter unit 2, a correction gain detection unit 3, a multiplication unit 4, an offset detection unit 9, an offset subtraction unit 10, and an offset addition unit. 11. In FIG. 12, the same reference numerals are given to the same or corresponding components as those in FIG.

実施の形態2に係る画像処理装置12は、入力画像の信号レベルのオフセットを調整する手段を有している。オフセットは、入力画像を撮影した撮像装置(図示せず)が、逆光状態であったり、撮像装置のレンズのフレアーが画像に影響を及ぼしたり、被写体の撮像環境・条件により、信号レベルが黒浮きした状態である。   The image processing apparatus 12 according to the second embodiment has means for adjusting the offset of the signal level of the input image. The offset is such that the imaging device (not shown) that captured the input image is backlit, the lens flare of the imaging device affects the image, or the signal level is black depending on the imaging environment and conditions of the subject. It is in the state.

以下に、オフセット調整を行った場合の詳細な補正の動作を説明する。オフセット検出手段9は、入力画像Xinの最小信号を検出することで、入力画像の黒浮きの程度を示すオフセット量を求める。オフセット量Offsetは、次式(7)で求めることができる。
Offset=P×MIN(R,G,B) …(7)
ここで、MIN(R,G,B)は、入力画像RGB信号の最小値を示しており、Pは、0≦P≦1を満たす正の実数である。オフセット量Offsetは、1フレーム以上前の補正を行うために有効な1画面分の画像のR,G,B信号の最小値MIN(R,G,B)を検出し、記憶することで、自動検出することができる。
The detailed correction operation when the offset adjustment is performed will be described below. The offset detection means 9 detects the minimum signal of the input image Xin, thereby obtaining an offset amount indicating the degree of black float of the input image. The offset amount Offset can be obtained by the following equation (7).
Offset = P × MIN (R, G, B) (7)
Here, MIN (R, G, B) indicates the minimum value of the input image RGB signal, and P is a positive real number that satisfies 0 ≦ P ≦ 1. The offset amount Offset is automatically detected by storing and storing the minimum value MIN (R, G, B) of the R, G, B signal of the image for one screen effective for correcting one frame or more before. Can be detected.

図12では、オフセット検出手段9によってオフセット量Offsetを入力画像Xinから自動検出する場合の構成を示しているが、オフセット量Offsetを外部装置から入力する構成を採用することもできる。外部装置において、補正を行いたい対象の信号に対して、補正利得を向上することで、外部装置の性能改善が行える。具体的には、外部装置では、指紋、静脈、顔などのバイオメトリック認証や、形状認証、文字認識などの高度な画像処理を行い、被写体の特徴点(顔認証の場合は、顔)を検出し、特徴点の検出結果をもとに認証を行う機能を有している。外部装置においては、画像処理装置5の画像より、特徴点を有する領域と、領域内の信号レベルを検出した結果より、オフセット量Offsetを求め、設定することで、特徴点の信号を強調することが可能となる。また、特徴点の信号レベルが増大することで、外部装置の検出精度、認証率などの性能を向上させることができる。   Although FIG. 12 shows a configuration in the case where the offset amount Offset is automatically detected from the input image Xin by the offset detection means 9, a configuration in which the offset amount Offset is input from an external device may be employed. In the external device, the performance of the external device can be improved by improving the correction gain for the signal to be corrected. Specifically, the external device performs advanced image processing such as biometric authentication of fingerprints, veins, faces, etc., shape authentication, character recognition, etc., and detects feature points of the subject (face in the case of face authentication) And having a function of performing authentication based on the detection result of the feature points. In the external device, the signal of the feature point is emphasized by obtaining and setting the offset amount Offset from the result of detecting the region having the feature point and the signal level in the region from the image of the image processing device 5. Is possible. In addition, by increasing the signal level of the feature point, it is possible to improve performance such as detection accuracy and authentication rate of the external device.

オフセット減算手段10は、オフセット検出手段9で求めたオフセット量Offsetを、座標(M,N)の入力R信号Rin(M,N)、座標(M,N)の入力G信号Gin(M,N)、座標(M,N)の入力B信号Bin(M,N)のそれぞれから減算して、
Rin(M,N)−Offsetと、
Gin(M,N)−Offsetと、
Bin(M,N)−Offsetと
を出力する。
The offset subtracting means 10 calculates the offset amount Offset obtained by the offset detecting means 9 from the input R signal Rin (M, N) at coordinates (M, N) and the input G signal Gin (M, N) at coordinates (M, N). ), Subtract from each of the input B signals Bin (M, N) of coordinates (M, N),
Rin (M, N) -Offset,
Gin (M, N) -Offset,
Bin (M, N) -Offset is output.

演算手段4は、オフセット減算手段10からのオフセット量Offsetを減算した信号に、補正利得検出手段3で得た補正利得Gを乗算して、
×(Rin(M,N)−Offset)と、
×(Gin(M,N)−Offset)と、
×(Bin(M,N)−Offset)と
を出力する。
Calculating means 4, the signal obtained by subtracting the offset amount Offset from the offset subtraction means 10, by multiplying the correction gain G k obtained by correcting the gain detecting means 3,
G k × (Rin (M, N) −Offset),
G k × (Gin (M, N) −Offset),
G k × (Bin (M, N) −Offset) is output.

オフセット加算手段11は、乗算手段8からの乗算信号が入力され、オフセット減算手段10と同じオフセット量Offsetを加算して、
×(Rin(M,N)−Offset)+Offsetと、
×(Gin(M,N)−Offset)+Offsetと、
×(Bin(M,N)−Offset)+Offsetと
を出力する。
The offset addition means 11 receives the multiplication signal from the multiplication means 8, adds the same offset amount Offset as the offset subtraction means 10,
G k × (Rin (M, N) −Offset) + Offset,
G k × (Gin (M, N) −Offset) + Offset,
G k × (Bin (M, N) −Offset) + Offset is output.

オフセット減算手段10、演算手段4、及びオフセット加算手段11の処理をまとめると、次式(8a)、(8b)、(8c)のようになる。
Rout(M,N)=G×(Rin(M,N)−Offset)+Offset
…(8a)
Gout(M,N)=G×(Gin(M,N)−Offset)+Offset
…(8b)
Bout(M,N)=G×(Bin(M,N)−Offset)+Offset
…(8c)
When the processing of the offset subtracting means 10, the calculating means 4, and the offset adding means 11 is summarized, the following expressions (8a), (8b), and (8c) are obtained.
Rout (M, N) = G k × (Rin (M, N) -Offset) + Offset
... (8a)
Gout (M, N) = G k × (Gin (M, N) -Offset) + Offset
... (8b)
Bout (M, N) = G k × (Bin (M, N) -Offset) + Offset
... (8c)

オフセット補正を行わない場合、補正利得Gがオフセット量Offsetを増幅してしまい、コントラストを向上させたい信号への補正利得が減少し、全体的にコントラストの無い信号へ変換してしまう。オフセット補正を行うことで、コントラストを向上させたい信号への補正利得を増大させることができ、コントラストの高い処理が実現できる。 If you do not offset correction, the correction gain G k ends up amplifying offset Offset, it decreases the correction gain to the signal desired to improve the contrast, resulting in conversion to totally free signal contrast. By performing offset correction, it is possible to increase the correction gain for a signal whose contrast is to be improved, and to realize a process with high contrast.

なお、オフセット減算手段10とオフセット加算手段11のオフセット量は、0≦P≦1を満たす範囲で、異なる値になってもよい。特に、オフセット加算手段11のオフセット補正量Offset1をオフセット減算手段10のオフセット量Offsetに比べ小さくすることで、黒浮きが軽減される効果を有する。つまり、オフセット補正後の信号は、オフセット量Offset1により、画像の黒つぶれを防いだ上で、オフセット補正前の黒浮き分が補正され、メリハリの無い、黒信号のしまりのない画質を改善できる。つまり、黒レベルのしまった画像を得られる。オフセット加算手段11のオフセット補正量Offset1をオフセット減算手段10のオフセット量Offsetに比べ小さくする処理は、次式(9a)、(9b)、(9c)、(9d)のようになる。
Rout(M,N)=G×(Rin(M,N)−Offset)+Offset1
…(9a)
Gout(M,N)=G×(Gin(M,N)−Offset)+Offset1
…(9b)
Bout(M,N)=G×(Bin(M,N)−Offset)+Offset1
…(9c)
Offset>Offset1 …(9d)
Note that the offset amounts of the offset subtracting means 10 and the offset adding means 11 may be different values within a range satisfying 0 ≦ P ≦ 1. Particularly, by making the offset correction amount Offset1 of the offset adding means 11 smaller than the offset amount Offset of the offset subtracting means 10, there is an effect of reducing the black float. In other words, the signal after offset correction is prevented by the offset amount Offset1, and the black floating before the offset correction is corrected, and the image quality without sharpness and without black signals can be improved. That is, an image with a black level can be obtained. Processing for reducing the offset correction amount Offset1 of the offset adding means 11 as compared with the offset amount Offset of the offset subtracting means 10 is expressed by the following equations (9a), (9b), (9c), and (9d).
Rout (M, N) = G k × (Rin (M, N) -Offset) + Offset1
... (9a)
Gout (M, N) = G k × (Gin (M, N) -Offset) + Offset1
... (9b)
Bout (M, N) = G k × (Bin (M, N) -Offset) + Offset1
... (9c)
Offset> Offset1 (9d)

なお、実施の形態2において、上記以外の点は、上記実施の形態1の場合と同じである。   In the second embodiment, points other than those described above are the same as those in the first embodiment.

実施の形態2に係る画像処理装置12によれば、画像のオフセット量を検出することができ、検出したオフセット量に基づいてオフセット補正することで、低い輝度に分布した信号のコントラストを改善による画質の向上を図れる。   According to the image processing device 12 according to the second embodiment, it is possible to detect the offset amount of the image, and by performing the offset correction based on the detected offset amount, the image quality by improving the contrast of the signal distributed in the low luminance. Can be improved.

また、実施の形態2に係る画像処理装置においては、補正利得処理前のオフセット量の減算量と補正利得処理後のオフセット量の加算量を切替えることが可能であり、オフセット補正後の黒信号のしまりを向上させることができ、画質の向上を図れる。   In the image processing apparatus according to the second embodiment, it is possible to switch between the subtraction amount of the offset amount before the correction gain processing and the addition amount of the offset amount after the correction gain processing, so that the black signal after the offset correction can be switched. The margin can be improved and the image quality can be improved.

実施の形態3.
実施の形態3に係る画像処理装置は、補正利得検出手段3による補正利得算出の計算式が、上記実施の形態1において示した式(3)と異なる。具体的には、補正利得Gは、最大利得Gmaxと、最小利得Gmin、平均輝度Yavgと、最大輝度Ymaxを用いて、次式(10)により得る。

Figure 0004111980
ここで、Gminは、入力画像の高輝度信号に乗算する最小利得を示している。 Embodiment 3 FIG.
In the image processing apparatus according to the third embodiment, the calculation formula for calculating the correction gain by the correction gain detecting means 3 is different from the formula (3) shown in the first embodiment. Specifically, the correction gain G k, using the maximum gain Gmax, the minimum gain Gmin, the average luminance YAVG, the maximum luminance Ymax, obtained by the following equation (10).
Figure 0004111980
Here, Gmin represents a minimum gain that is multiplied by the high luminance signal of the input image.

図13は、式(10)の演算を行う補正利得検出手段3から出力される補正利得Gを示すグラフであり、図14は、実施の形態3において用いる補正利得を、最大輝度で規格化した平均輝度に乗算した値を示すグラフである。図14において、横軸は、最大輝度で規格化された平均輝度Yavg/Ymaxを示し、縦軸は、最大輝度で規格化された平均輝度Yavg/Ymaxに補正利得Gを乗算した値G×Yavg/Ymaxを示す。 Figure 13 is a graph showing a correction gain G k output from the correction gain detecting means 3 for calculation of the equation (10), FIG. 14, a correction gain used in the third embodiment, normalized by the maximum intensity It is a graph which shows the value which multiplied the average brightness which carried out. In FIG. 14, the horizontal axis indicates the average luminance Yavg / Ymax normalized by the maximum luminance, and the vertical axis indicates a value G k obtained by multiplying the average luminance Yavg / Ymax normalized by the maximum luminance by the correction gain G k. X Indicates Yavg / Ymax.

実施の形態3の補正利得は、Gminは、実験的、統計的な処理で得られた補正利得の最小値であり、式(1)に比べ、Yavg/Ymaxが大きくなっても、補正利得Gは、1未満の値を持つ。平均輝度が高い領域では、平均輝度を中心に画素ごとの信号レベルはばらついている。この画素ごとの信号のバラツキに対して補正利得を式(3)に比べて、小さくすることができ、高輝度部の白つぶれを防止することができる。高輝度部のコントラスト信号を白つぶれにて無くすことを防ぎ、補正利得Gminにより、圧縮してコントラスト信号を保存することができる。 The correction gain in the third embodiment is that Gmin is the minimum value of the correction gain obtained by experimental and statistical processing, and even if Yavg / Ymax is larger than that in equation (1), the correction gain G k has a value less than one. In the region where the average luminance is high, the signal level varies from pixel to pixel around the average luminance. The correction gain can be made smaller than the equation (3) with respect to the variation in signal for each pixel, and whiteout in the high-luminance portion can be prevented. It is possible to prevent the contrast signal in the high luminance portion from being lost due to white-out, and to compress and store the contrast signal with the correction gain Gmin.

なお、補正利得の特性は、図14に示されるような特性に限らず、例えば、図15又は図16に示されるような特性を持つ補正利得を実現することもできる。このような補正利得を用いることによって、表示装置(図示せず)や撮像装置の階調特性を考慮した、表示装置や撮像装置に最適なダイナミックレンジ改良を行うことができる。   The correction gain characteristic is not limited to the characteristic shown in FIG. 14, and for example, a correction gain having the characteristic shown in FIG. 15 or FIG. 16 can be realized. By using such a correction gain, it is possible to improve the dynamic range optimum for the display device and the imaging device in consideration of the gradation characteristics of the display device (not shown) and the imaging device.

また、実施の形態3において、上記以外の点は、上記実施の形態1又は2の場合と同じである。   Further, in the third embodiment, the points other than the above are the same as those in the first or second embodiment.

実施の形態3の画像処理装置5または、画像処理装置12によれば、明るさが明るい分布の高輝度信号のコントラスト情報を維持することができ、白つぶれすることを防ぐことができる。   According to the image processing device 5 or the image processing device 12 of the third embodiment, it is possible to maintain the contrast information of the high-intensity signal having a bright brightness distribution, and prevent whitening.

実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係る画像処理装置は、フィルタ手段2によるフィルタ処理の内容が、上記実施の形態1乃至3の場合と相違する。実施の形態4においては、フィルタ手段は、例えば、非線形フィルタであるイプシロンフィルタ(εフィルタ)を有している。
Embodiment 4 FIG.
In the image processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, the contents of the filter processing by the filter means 2 are different from those in the first to third embodiments. In the fourth embodiment, the filter means includes, for example, an epsilon filter (ε filter) that is a nonlinear filter.

図17は、実施の形態4におけるフィルタ手段の非線形フィルタをεフィルタで構成する場合の区間線形関数を示す図である。また、図18は、フィルタ手段として線形フィルタを用いた比較例の補正後の輝度信号レベルを示す図である。また、図19は、実施の形態4の非線形フィルタを用いた場合の補正後の輝度信号レベルを示す図である。   FIG. 17 is a diagram showing an interval linear function when the nonlinear filter of the filter means according to the fourth embodiment is configured by an ε filter. FIG. 18 is a diagram showing the luminance signal level after correction in the comparative example using a linear filter as the filter means. FIG. 19 is a diagram showing the luminance signal level after correction when the nonlinear filter of the fourth embodiment is used.

図18に示されるように、フィルタ手段として線形フィルタを用いた比較例の場合には、入力画像は平滑化されるため、領域輝度が急激に変化する領域(例えば、図18の補正前の輝度レベルは画素位置5と6の間で急激に変化している)が入力画像中に存在した場合、平均輝度Yavgは、急激な輝度変化の影響を受ける。なお、図18に示される平均輝度(フィルタ出力)は、タップ数n=5で求めた値である。   As shown in FIG. 18, in the case of the comparative example using a linear filter as the filter means, since the input image is smoothed, an area in which the area luminance changes rapidly (for example, luminance before correction in FIG. 18). If the level changes abruptly between pixel positions 5 and 6) in the input image, the average luminance Yavg is affected by the abrupt luminance change. Note that the average luminance (filter output) shown in FIG. 18 is a value obtained with the number of taps n = 5.

画素位置5では、画素位置6以降の高い輝度信号の影響を受け、画素位置1から画素位置4までの平均輝度(フィルタ出力)に比べ、平均輝度が高いレベルで出力される。平均輝度が高くなることで、補正利得は小さくなり、画素位置5の補正後の出力画像(図18における太い実線)の信号レベルは小さくなっていることが分かる。   At the pixel position 5, the average luminance is output at a higher level than the average luminance (filter output) from the pixel position 1 to the pixel position 4 due to the influence of the high luminance signal after the pixel position 6. It can be seen that as the average luminance increases, the correction gain decreases, and the signal level of the output image after correction at the pixel position 5 (thick solid line in FIG. 18) decreases.

また、画素位置6においては、平均輝度が、画素位置5以前の輝度信号の影響を受け、小さな値となる。このため、補正利得は大きくなり、補正後の出力レベル(図18における太い実線)は大きな値となる。画素間の輝度変化が激しい領域(エッジ領域)において、補正利得が大きくなることで、エッジ部の信号が強調される、アパーチャ効果によりコントラスト感を強調できる。アパーチャ効果を持つことは、写真、ディスプレイなどの観賞を目的とした画像処理や、エッジが強調された画像を用いて認識処理が可能な認識装置において、エッジ部が強調され、メリハリのある、視感度の高い、表示品位の高い画像を生成することができる。   Further, at the pixel position 6, the average luminance is influenced by the luminance signal before the pixel position 5, and becomes a small value. For this reason, the correction gain is increased, and the corrected output level (thick solid line in FIG. 18) is a large value. In a region (edge region) where the luminance change between pixels is large, the correction gain is increased, so that the contrast can be enhanced by an aperture effect in which the signal at the edge portion is enhanced. Having an aperture effect means that image processing for the purpose of viewing photographs, displays, etc. and recognition devices that can perform recognition processing using images with emphasized edges emphasize the edges and make the image look sharp. An image with high sensitivity and high display quality can be generated.

一方、微少のコントラスト差から特徴点を検出する認証装置においては、前処理において、エッジ強調をかけずに、忠実な信号を出力する必要がある。したがって、このように、輝度の変化が激しい領域が存在する場合、平均輝度において、輝度の変化を考慮する必要がある。   On the other hand, an authentication apparatus that detects a feature point from a slight contrast difference needs to output a faithful signal without applying edge enhancement in the preprocessing. Therefore, when there is a region where the luminance changes drastically as described above, it is necessary to consider the luminance change in the average luminance.

そこで、実施の形態4においては、フィルタ手段2に非線形のフィルタ特性を持たせることで、輝度の変化が激しい場合においても、前述の問題を除くことが可能となる。例えば、フィルタ手段2に非線形のεフィルタを用いる。一般に、一次のεフィルタは、次式(11)及び(12)で定義される。

Figure 0004111980
このとき、関数f(x)は、xを変数とする区間線形関数であり、次式(13)で与えられる。y(n)は、Y信号のεフィルタの出力の平均輝度を、x(n)は、n画素の輝度を示している。式(13)は、画素(n)と、平均を求める画素間(±k画素)の差分値を求める。差分値が、ε以内であれば平均値を求めるために差分値を用い、差分値がεを超える場合はα(ここでは、0)を用いる。このような処理を行うことで、急激な輝度変化を伴うエッジやノイズによる特異的に輝度が変化する場合など、輝度の急激な変化量に対して平均値が引きずられることが無く補正利得を求めることができる。
Figure 0004111980
ここで、α=0とした関数が、図17に示される区間線形関数である。 Therefore, in the fourth embodiment, by providing the filter means 2 with a non-linear filter characteristic, it is possible to eliminate the above-described problem even when the change in luminance is severe. For example, a non-linear ε filter is used for the filter means 2. In general, the first-order ε filter is defined by the following equations (11) and (12).
Figure 0004111980
At this time, the function f (x) is an interval linear function with x as a variable, and is given by the following equation (13). y (n) represents the average luminance of the output of the ε filter of the Y signal, and x (n) represents the luminance of n pixels. Equation (13) calculates a difference value between the pixel (n) and the average pixel (± k pixels) to be averaged. If the difference value is within ε, the difference value is used to obtain an average value, and if the difference value exceeds ε, α (here, 0) is used. By performing such processing, the correction gain is obtained without the average value being dragged with respect to the amount of sudden change in luminance, such as when the luminance changes specifically due to edges or noise accompanied by a sudden change in luminance. be able to.
Figure 0004111980
Here, the function with α = 0 is the interval linear function shown in FIG.

フィルタ手段2に非線形のεフィルタを用いた場合の平均輝度を図19に示す。画素位置5や画素位置6においても、入力画像の輝度の変化(傾向)を再現している。また、補正利得を演算した出力画像の信号レベルにおいても、図18の特性とは異なり、入力画像の輝度の変化(傾向)を再現できている。   FIG. 19 shows the average luminance when a nonlinear ε filter is used as the filter means 2. Also at the pixel position 5 and the pixel position 6, the change (trend) in luminance of the input image is reproduced. Also, the signal level of the output image obtained by calculating the correction gain can reproduce the change (trend) in the luminance of the input image, unlike the characteristics shown in FIG.

このように、εフィルタを用いることで、入力画像において、急峻な輝度変化の存在する画像においてもエッジ情報を保持したうえで、最適なダイナミックレンジ変換処理を実現することができる。   As described above, by using the ε filter, it is possible to realize an optimum dynamic range conversion process while retaining edge information even in an image in which an abrupt luminance change exists in an input image.

εフィルタは、コンパレータとラインメモリで構成でき、ハードウェアの実装面積の縮小、ソフトウェア処理時間の短縮化などの効果がある。   The ε filter can be composed of a comparator and a line memory, and has effects such as a reduction in hardware mounting area and a reduction in software processing time.

なお、εフィルタに限らず、領域の輝度レベルを検出することが可能な手段であれば、メジアンフィルタ、スタックフィルタなどの非線形フィルタを用いた構成でもよい。   In addition, the configuration using a non-linear filter such as a median filter or a stack filter may be used as long as it is a means capable of detecting the luminance level of the region without being limited to the ε filter.

また、実施の形態4において、上記以外の点は、上記実施の形態1乃至3の場合のいずれかと同じである。   Further, in the fourth embodiment, points other than the above are the same as those in any of the first to third embodiments.

実施の形態4の信号処理装置5、信号処理装置12によれば、フィルタ手段の出力が、エッジ情報を保持することができ、急激な輝度変化の場合のマッハ効果を抑制することができる。   According to the signal processing device 5 and the signal processing device 12 of the fourth embodiment, the output of the filter means can hold the edge information, and the Mach effect in the case of a sudden luminance change can be suppressed.

本発明の実施の形態1に係る画像処理装置(実施の形態1に係る画像処理方法を実施する装置)の構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing a configuration of an image processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention (an apparatus that performs an image processing method according to Embodiment 1). FIG. 実施の形態1に係る画像処理装置の動作(実施の形態1に係る画像処理方法)を概略的に示すフローチャートである。4 is a flowchart schematically showing an operation of the image processing apparatus according to the first embodiment (an image processing method according to the first embodiment). 実施の形態1に係る画像処理装置において用いる補正利得を示すグラフである。3 is a graph showing a correction gain used in the image processing apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1に係る画像処理装置において用いる補正利得を示す表である。6 is a table showing correction gains used in the image processing apparatus according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る画像処理装置において用いる補正利得を、規格化した平均輝度に乗算した値を示すグラフである。6 is a graph showing a value obtained by multiplying a normalized average luminance by a correction gain used in the image processing apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1に係る画像処理装置による補正処理前の画像の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of an image before correction processing by the image processing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る画像処理装置による補正処理後の画像の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of an image after correction processing by the image processing apparatus according to Embodiment 1. FIG. (a)は、図6に示される輝度の高い領域における規格化された輝度(破線)及び規格化された平均輝度(実線)を示し、(b)は、図6に示される輝度の高い領域における規格化された輝度(破線)及び規格化された出力輝度(実線)を示す図である。(A) shows the normalized luminance (broken line) and the normalized average luminance (solid line) in the high luminance region shown in FIG. 6, and (b) shows the high luminance region shown in FIG. It is a figure which shows the standardized brightness | luminance (broken line) and the standardized output brightness | luminance (solid line) in FIG. (a)は、図6に示される輝度の低い領域における規格化された輝度(破線)及び規格化された平均輝度(実線)を示し、(b)は、図6に示される輝度の低い領域における規格化された輝度(破線)及び規格化された出力輝度(実線)を示す図である。(A) shows the normalized luminance (dashed line) and the normalized average luminance (solid line) in the low luminance region shown in FIG. 6, and (b) shows the low luminance region shown in FIG. It is a figure which shows the standardized brightness | luminance (broken line) and the standardized output brightness | luminance (solid line) in FIG. 入力画像の各輝度の発生頻度(度数)をヒストグラムにより示す図である。It is a figure which shows the generation frequency (frequency) of each brightness | luminance of an input image with a histogram. 改善された画像の各輝度の発生頻度(度数)をヒストグラムにより示す図である。It is a figure which shows the generation frequency (frequency) of each brightness | luminance of the improved image with a histogram. 本発明の実施の形態2に係る画像処理装置(実施の形態2に係る画像処理方法を実施する装置)の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the structure of the image processing apparatus (apparatus which performs the image processing method which concerns on Embodiment 2) which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る画像処理装置において用いる補正利得を示すグラフである。It is a graph which shows the correction gain used in the image processing apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 実施の形態3に係る画像処理装置において用いる補正利得を、規格化した平均輝度に乗算した値を示すグラフである。10 is a graph illustrating a value obtained by multiplying a normalized average luminance by a correction gain used in the image processing apparatus according to the third embodiment. 実施の形態3に係る他の画像処理装置において用いる補正利得を、規格化した平均輝度に乗算した値を示すグラフである。10 is a graph showing a value obtained by multiplying a normalized average luminance by a correction gain used in another image processing apparatus according to the third embodiment. 実施の形態3に係る他の画像処理装置において用いる補正利得を、規格化した平均輝度に乗算した値を示すグラフである。10 is a graph showing a value obtained by multiplying a normalized average luminance by a correction gain used in another image processing apparatus according to the third embodiment. 本発明の実施の形態4に係る画像処理装置のフィルタ手段をεフィルタで構成する場合の区間線形関数を示す図である。It is a figure which shows an interval linear function in case the filter means of the image processing apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention is comprised with an epsilon filter. フィルタ手段として線形フィルタを用いた比較例の画像処理装置の補正後の輝度信号レベルを示す図である。It is a figure which shows the luminance signal level after correction | amendment of the image processing apparatus of the comparative example using a linear filter as a filter means. 実施の形態4に係る画像処理装置のフィルタ手段として非線形フィルタを用いた場合の補正後の輝度信号レベルを示す図である。It is a figure which shows the luminance signal level after correction | amendment at the time of using a nonlinear filter as a filter means of the image processing apparatus which concerns on Embodiment 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 輝度検出手段、 2 フィルタ手段、 3 補正利得検出手段、 4 演算手段、 5,12 画像処理手段、 6 ディレイ手段、 7 係数手段、 8 加算手段、 9 オフセット検出手段、 10 オフセット減算手段、 11 オフセット加算手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Luminance detection means, 2 Filter means, 3 Correction gain detection means, 4 Calculation means, 5,12 Image processing means, 6 Delay means, 7 Coefficient means, 8 Addition means, 9 Offset detection means, 10 Offset subtraction means, 11 Offset Addition means.

Claims (5)

入力画像信号を画素ごとに補正して、補正後の画像信号を生成する画像処理装置において、
補正を行う画素と該補正を行う画素の周辺画素の輝度の分布を求めて出力するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力から、前記補正を行う画素の補正利得を求める補正利得検出手段と、
前記補正利得検出手段によって求められた前記補正利得を用いて、前記入力画像信号の画素ごとに演算を施す演算手段と
を有し、
前記フィルタ手段の出力は、補正を行う画素と該補正を行う画素の周辺画素の平均輝度であり、
前記演算手段による前記演算は、乗算であり、
前記補正利得検出手段は、前記平均輝度に前記補正利得を乗算した値が単調増加関数となるように、かつ、前記平均輝度が大きい場合には、前記補正利得が小さくなる特性であり、前記平均輝度が小さい場合には、前記補正利得が大きくなる特性を持つように、前記補正利得を算出する
ことを特徴とする画像処理装置。
In an image processing apparatus that corrects an input image signal for each pixel and generates a corrected image signal,
Filter means for obtaining and outputting the luminance distribution of pixels around the pixel to be corrected and the pixels to be corrected;
Correction gain detection means for obtaining a correction gain of the pixel to be corrected from the output of the filter means;
Using the correction gain obtained by the correction gain detection means, and calculating means for calculating for each pixel of the input image signal,
The output of the filter means is the average luminance of the pixels to be corrected and the peripheral pixels of the pixels to be corrected,
The calculation by the calculation means is multiplication,
The correction gain detecting means has a characteristic that the value obtained by multiplying the average luminance by the correction gain is a monotonically increasing function, and the correction gain decreases when the average luminance is large, the average gain The image processing apparatus according to claim 1, wherein the correction gain is calculated so that the correction gain is increased when luminance is low .
前記フィルタ手段の出力をYavgとし、
前記フィルタ手段の出力の最大値Ymaxとし、
前記補正利得をGとし、
前記補正利得の最大値をGmaxとしたときに、次式
Figure 0004111980
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The output of the filter means is Yavg,
The maximum value Ymax of the output of the filter means,
The correction gain is G k ,
When the maximum value of the correction gain is Gmax,
Figure 0004111980
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
前記フィルタ手段の出力をYavgとし、
前記フィルタ手段の出力の最大値Ymaxとし、
前記補正利得をGとし、
前記補正利得の最大値をGmaxとし、
前記補正利得の最小値をGminとしたときに、次式
Figure 0004111980
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The output of the filter means is Yavg,
The maximum value Ymax of the output of the filter means,
The correction gain is G k ,
The maximum value of the correction gain is Gmax,
When the minimum value of the correction gain is Gmin,
Figure 0004111980
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
前記入力画像信号から入力画像の黒浮きの程度を示す第1のオフセット量を検出するオフセット検出手段と、
前記入力画像信号から、前記第1のオフセット量を減算するオフセット減算手段と、
前記演算手段の出力に、前記第1のオフセット量に等しいか又は前記第1のオフセット量より小さい第2のオフセット量を加算するオフセット加算手段と
を有し、
前記演算手段による前記演算は、前記オフセット減算手段の出力に対して行われる
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像処理装置。
Offset detecting means for detecting a first offset amount indicating the degree of black float of the input image from the input image signal;
Offset subtracting means for subtracting the first offset amount from the input image signal;
Offset addition means for adding a second offset amount equal to or smaller than the first offset amount to the output of the computing means;
Wherein by calculating means calculating the image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to be made to the output of said offset subtraction means.
入力画像信号を画素ごとに補正して、補正後の画像信号を生成する画像処理方法において、
補正を行う画素と該補正を行う画素の周辺画素の輝度の分布を求めるステップと、
前記輝度の分布から、前記補正を行う画素の補正利得を求めるステップと、
前記求められた前記補正利得を用いて、前記入力画像信号の画素ごとに演算を施すステップと
を有し、
前記輝度の分布を求めるステップにおける前記輝度の分布は、補正を行う画素と該補正を行う画素の周辺画素の平均輝度であり、
前記演算を施すステップにおける前記演算は、乗算であり、
前記補正利得を求めるステップにおける前記補正利得は、
前記平均輝度に前記補正利得を乗算した値が単調増加関数となるように、かつ、前記平均輝度が大きい場合には、前記補正利得が小さくなる特性であり、前記平均輝度が小さい場合には、前記補正利得が大きくなる特性を持つように、算出さる
ことを特徴とする画像処理方法。
In an image processing method for correcting an input image signal for each pixel and generating a corrected image signal,
Obtaining a luminance distribution of pixels to be corrected and peripheral pixels of the pixels to be corrected;
Obtaining a correction gain of a pixel to be corrected from the luminance distribution;
Performing a calculation for each pixel of the input image signal using the determined correction gain, and
The luminance distribution in the step of obtaining the luminance distribution is an average luminance of a pixel to be corrected and peripheral pixels of the pixel to be corrected,
The operation in the step of performing the operation is multiplication,
The correction gain in the step of obtaining the correction gain is:
The value obtained by multiplying the average luminance by the correction gain is a monotonically increasing function, and when the average luminance is large, the correction gain is reduced.When the average luminance is small, An image processing method, wherein the correction gain is calculated so as to have a characteristic of increasing the correction gain .
JP2006249281A 2006-09-14 2006-09-14 Image processing apparatus and image processing method Active JP4111980B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006249281A JP4111980B2 (en) 2006-09-14 2006-09-14 Image processing apparatus and image processing method
US12/441,245 US8154628B2 (en) 2006-09-14 2007-08-14 Image processing apparatus and imaging apparatus and method
PCT/JP2007/065846 WO2008032517A1 (en) 2006-09-14 2007-08-14 Image processing device and image processing method, and image pickup device and image pickup method
EP07792489.2A EP2061233B1 (en) 2006-09-14 2007-08-14 Image processing device and image processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006249281A JP4111980B2 (en) 2006-09-14 2006-09-14 Image processing apparatus and image processing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008072450A JP2008072450A (en) 2008-03-27
JP4111980B2 true JP4111980B2 (en) 2008-07-02

Family

ID=39293640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006249281A Active JP4111980B2 (en) 2006-09-14 2006-09-14 Image processing apparatus and image processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4111980B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5142833B2 (en) * 2008-06-04 2013-02-13 三菱電機株式会社 Image processing apparatus and image processing method
WO2010058497A1 (en) * 2008-11-21 2010-05-27 三菱電機株式会社 Image processing device and image processing method
JP4803284B2 (en) * 2009-07-08 2011-10-26 カシオ計算機株式会社 Image processing apparatus and image processing program
CN102612697B (en) * 2009-07-21 2014-10-22 高通股份有限公司 A method and system for detection and enhancement of video images
JP5569042B2 (en) * 2010-03-02 2014-08-13 株式会社リコー Image processing apparatus, imaging apparatus, and image processing method
US8526736B2 (en) 2010-10-29 2013-09-03 JVC Kenwood Corporation Image processing apparatus for correcting luminance and method thereof
US8457418B2 (en) * 2011-08-02 2013-06-04 Raytheon Company Local area contrast enhancement
EP2899688A4 (en) 2012-09-20 2016-04-27 Sharp Kk Image processing device, image display device, image capture device, image printing device, gradation conversion method, and program
JP7051536B2 (en) * 2017-09-15 2022-04-11 キヤノン株式会社 Image processing equipment, image processing methods, and programs
JP7248042B2 (en) * 2021-01-27 2023-03-29 カシオ計算機株式会社 Image processing device, image processing method and image processing program

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008072450A (en) 2008-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4111980B2 (en) Image processing apparatus and image processing method
EP2061233B1 (en) Image processing device and image processing method
KR100782845B1 (en) A digital image enhancement method and system using non-log domain illumination correction
JP4273428B2 (en) Image processing apparatus, image processing method, program for image processing method, and recording medium recording program for image processing method
EP2160020B1 (en) Image processing apparatus for performing gradation correction on subject image
KR101099401B1 (en) Image processing apparatus and computer-readable medium
US7920183B2 (en) Image processing device and digital camera
JP4279313B2 (en) Imaging apparatus and gradation conversion method in imaging apparatus
US20050226526A1 (en) Image processing device and method
EP1137267A2 (en) Device and method for image processing
JP5392560B2 (en) Image processing apparatus and image processing method
JP2004129265A (en) Method of enhancing tonal characteristic of digital image by using expansive tone scale function and compressive tone scale function
US9712797B2 (en) Image processing apparatus, image pickup apparatus, image processing method, and non-transitory computer-readable medium
US10218953B2 (en) Image processing apparatus, image processing method, and storage medium
JP2004129266A (en) Method of enhancing tonal characteristic and color characteristic of digital image by using expansive tone scale function and compressive tone scale function
JP2000156797A (en) Image processor and image processing method
JP5142833B2 (en) Image processing apparatus and image processing method
JP4024284B1 (en) Imaging apparatus and imaging method
JP3201049B2 (en) Gradation correction circuit and imaging device
JP3092397B2 (en) Imaging device
JP6335614B2 (en) Image processing apparatus, control method thereof, and program
JP4550090B2 (en) Image processing apparatus and image processing method
JP3807266B2 (en) Image processing device
KR20160001582A (en) Apparatus and method for processing image
KR20150127524A (en) Image processing apparatus and image processing method

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080115

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080408

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080408

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4111980

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120418

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120418

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140418

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250