CN104620280A - 图像处理装置、图像显示装置、图像摄像装置、图像印刷装置、灰度变换方法及程序 - Google Patents

图像处理装置、图像显示装置、图像摄像装置、图像印刷装置、灰度变换方法及程序 Download PDF

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CN104620280A
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Abstract

本发明的一形态所涉及的图像处理装置具备：根据输入图像来计算照明光分布的第1照明光分布计算部、根据第1照明光分布计算部计算出的照明光分布来进行灰度变换的第1灰度变换部、计算由第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的照明光分布的第2照明光分布计算部、以及根据所述第2照明光分布计算部来进行灰度变换的第2灰度变换部，其中，使第1照明光分布计算部的参考像素区域大于第2照明光分布计算部的参考像素区域。

Description

图像处理装置、图像显示装置、图像摄像装置、图像印刷装置、灰度变换方法及程序
技术领域
本发明是涉及图像处理装置、图像显示装置、图像摄像装置、图像印刷装置、灰度变换方法、以及程序的技术，尤其涉及提升图像的视觉辨别性的图像处理技术。
本申请基于2012年9月20日在日本提出申请的特愿2012-206866号和2012年9月25日在日本提出申请的特愿2012-211022号来主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
作为进行图像的对比度增强、动态范围压缩的处理，有灰度变换技术。对比度增强是按照明度高的像素的明度变得更高、且明度低的像素的明度变得更低的方式进行灰度变换，由此使图像整体的对比度得以提升的处理。在进行对比度增强的情况下，一般拥有LUT(Look Up Table；查找表)，使输出灰度值对应于输入灰度值，由此来实现。
此外，动态范围压缩是按照图像的明度的最大值与最小值的幅值变窄的方式进行灰度变换的处理。在进行动态范围压缩的情况下，也通过拥有将HDR(High Dynamic Range；高动态范围)图像的灰度值设为输入灰度值、且将动态范围压缩后的灰度值设为输出灰度值的LUT来实现。所谓HDR图像，是指具有比通常的监视器可显示的标准动态范围大的动态范围的图像。
另外，在输入图像不是HDR图像的情况下，具有压缩亮部区域的灰度来提升暗部区域的视觉辨别性的效果。
但是，在使用了上述的对比度增强处理的情况下，有时暗部区域以及亮部区域的灰度会饱和。此外，在通过动态范围压缩来提升暗部区域的视觉辨别性的情况下，有时亮部区域的灰度会饱和。
因而，作为在降低亮部区域的饱和的同时提升暗部区域的视觉辨别性的方法，在专利文献1中公开了计算亮度分布并按每个像素来进行灰度变换的方法。
根据专利文献1所涉及的发明，针对输入图像而由平均化滤波器对亮度值进行平均化，根据图像处理的关注像素的平均亮度来计算图像处理的修正增益。此时，平均亮度和修正增益的关系成为单调减少的关系。根据专利文献1所涉及的发明，基于输入图像的各像素的包含周边的平均亮度来进行灰度变换，因此各像素和其周边像素的修正增益变为相近的值，因此能够维持对比度。此外，通过减小亮部区域灰度的修正增益，增大暗部区域灰度的修正增益，由此来降低亮部区域的饱和，提升暗部区域的视觉辨别性。
此外，近年来，具备大型画面的电视接收机已被商品化。由于伴随着画面的大型化而耗电量增加，因此降低耗电量备受期待。此外，在以所谓的平板终端、智能手机为首的小型的便携式终端装置中，在使能供应蓄电池所蓄积的电力的时间持续的基础上也降低耗电量较为重要。
在专利文献2中记载了如下内容，即，通过增强亮度信号分量，从而在不有损图像显示装置的画面的表观上的明亮度的情况下降低背光的光量，以使图像显示装置的耗电量降低。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-72450号公报
专利文献2：日本特开2004-246099号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据专利文献1所涉及的方法，为使在维持与周边像素的局部对比度的同时提升暗部区域的视觉辨别性，而提高暗部区域的明度。由此，有时图像整体的对比度感会下降。其原因在于，为使暗部区域的明度变高，在观察图像整体时，明暗的分布变少。在此，所谓“对比度感”，是指图像整体的全局明暗差、图像中的亮部和暗部的分布、所关注的被摄体中的明暗的分布等、与观察图像的人实际上从图像接受到的对比度相关的主观感觉。
此外，若对于原本明亮的图像执行专利文献1所涉及的方法，则亮部区域的明亮度只是有微小提升，视觉辨别性没有提升，仅减少了图像整体的对比度感。
在专利文献2所记载的图像显示方法中，虽然可谋求耗电量的降低，但有时图像的对比度会下降而有损视觉辨别性。
因而，本发明提供一种能生成提升对比度感且提高视觉辨别性的图像的图像处理装置、图像显示装置、图像摄像装置、图像印刷装置、灰度变换方法、以及程序。
用于解决课题的手段
本发明的一形态所涉及的图像处理装置具备：第1照明光分布计算部，其针对输入图像的各像素，计算以该像素为中心的给定区域即第1区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第1照明光分布；第1修正系数计算部，其针对所述输入图像的各像素，基于所述第1照明光分布来计算第1修正系数，该第1修正系数是在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度单调减少的系数；第1灰度变换部，其根据所述第1修正系数来变换所述输入图像的各像素的灰度值，由此来进行所述输入图像的灰度变换；第2照明光分布计算部，其针对由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第1区域小的区域即第2区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第2照明光分布；第2修正系数计算部，其针对由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素，基于所述第2照明光分布来计算第2修正系数，该第2修正系数是相对于照明光强度单调增加的系数；以及第2灰度变换部，其根据所述第2修正系数来变换由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素的灰度值，由此来执行由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的灰度变换。
在所述图像处理装置中也可以构成为，所述第1修正系数计算部针对所述输入图像的各像素，基于所述第1照明光分布来计算第1修正系数，该第1修正系数是在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度单调减少、且在照明光强度小于给定阈值时相对于照明光强度单调增加的系数。
在所述图像处理装置中也可以构成为，所述第1修正系数计算部以及所述第2修正系数计算部分别计算所述第1修正系数以及所述第2修正系数，以使输出图像的灰度的平均值变得比所述输入图像的灰度的平均值大。
在所述图像处理装置中也可以构成为，所述第1照明光分布计算部针对输入图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第2区域大的区域即多个第1区域中的明亮度，由此来计算多个所述第1照明光分布；所述第1修正系数计算部针对所述输入图像的各像素，基于多个所述第1照明光分布来计算所述第1修正系数。此外，也可以构成为，所述第2照明光分布计算部针对由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第1区域小的区域即多个第2区域中的明亮度，由此来计算多个所述第2照明光分布；所述第2修正系数计算部针对由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素，基于多个所述第2照明光分布来计算所述第2修正系数。
在所述图像处理装置中也可以构成为，所述第1修正系数计算部计算所述第1修正系数，以使针对照明光强度最大的像素的所述第1修正系数成为1。此外，也可以构成为，所述第2修正系数计算部计算所述第2修正系数，以使针对照明光强度最大的像素的所述第2修正系数成为1。
所述图像处理装置也可以具备：计算方法存储部，其存储多个所述第1修正系数的计算方法和多个所述第2修正系数的计算方法；以及计算方法选择部，其从所述计算方法存储部所存储的计算方法之中将所述第1修正系数的计算方法和所述第2修正系数的计算方法各选择一个。在此情况下，也可以构成为，所述第1修正系数计算部使用由所述计算方法选择部选择出的所述第1修正系数的计算方法来计算所述第1修正系数。此外，也可以构成为，所述第2修正系数计算部使用由所述计算方法选择部选择出的所述第2修正系数的计算方法来计算所述第2修正系数。
在所述图像处理装置中也可以构成为，所述计算方法选择部按照利用者的指示，从所述计算方法存储部所存储的计算方法之中将所述第1修正系数的计算方法和所述第2修正系数的计算方法各选择一个。
所述图像处理装置也可以还具备：图像解析部，其解析所述输入图像或者所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像。在此情况下，也可以构成为，所述计算方法选择部按照所述图像解析部的解析结果，从所述计算方法存储部所存储的计算方法之中分别选择一个所述第1修正系数的计算方法和所述第2修正系数的计算方法。
此外，本发明的另一形态所涉及的图像显示装置具备：上述图像处理装置、以及显示由所述第2灰度变换部进行灰度变换后的图像的图像显示部。
在所述图像显示装置中也可以构成为，所述第1修正系数计算部以及所述第2修正系数计算部根据所述图像显示部的明亮度来分别计算所述第1修正系数以及所述第2修正系数。
在所述图像显示装置中，所述图像显示部也可以具备放出光的照明部。在此情况下，也可以构成为，所述第1修正系数计算部以及所述第2修正系数计算部针对所述照明部放出的光的光量，分别计算：伴随着所述光量相对于所述照明部所能放出的光的最大光量的比率即输出系数的减少而所述第1修正系数与所述第2修正系数之积增加的所述第1修正系数以及所述第2修正系数。
在所述图像显示装置中也可以构成为，所述第1修正系数计算部以及所述第2修正系数计算部分别计算使所述输出系数、所述第1修正系数和所述第2修正系数之积为1或者比1大的所述第1修正系数以及所述第2修正系数。
所述图像显示装置也可以还具备：计算所述输入图像的灰度值所涉及的统计量的图像解析部、以及基于由所述图像解析部计算出的统计量来计算所述输出系数的照明装置控制部。
在所述图像显示装置中也可以构成为，所述第1修正系数计算部以及所述第2修正系数计算部，基于作为所述输出系数的、针对将所述图像显示部显示图像的显示区域进行分割后的多个部分区域的各个区域而计算出的输出系数，来分别计算所述第1修正系数以及所述第2修正系数。
所述图像显示装置也可以还具备：图像修正部，其预先按照每个像素来存储用于表示所述部分区域所对应的每个光源的亮度和灰度值的关系的修正系数，并基于所述修正系数来修正由第2灰度变换部进行灰度变换后的灰度值。
此外，本发明的另一形态所涉及的图像摄像装置具备上述图像处理装置、以及拍摄所述输入图像的摄像元件。
此外，本发明的另一形态所涉及的图像印刷装置具备上述图像处理装置、以及印刷由所述第2灰度变换部进行灰度变换后的图像的图像印刷部。
此外，本发明的另一形态所涉及的灰度变换方法包含：针对输入图像的各像素，计算以该像素为中心的给定区域即第1区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第1照明光分布的步骤；针对所述输入图像的各像素，基于所述第1照明光分布来计算第1修正系数的步骤，该第1修正系数是在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度单调减少的系数；根据所述第1修正系数来变换所述输入图像的各像素的灰度值，由此来进行所述输入图像的灰度变换的步骤；针对所述灰度变换后的图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第1区域小的区域即第2区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第2照明光分布的步骤；针对所述灰度变换后的图像的各像素，基于所述第2照明光分布来计算第2修正系数的步骤，该第2修正系数是相对于照明光强度单调增加的系数；以及根据所述第2修正系数来变换所述灰度变换后的图像的各像素的灰度值，由此来进行所述灰度变换后的图像的灰度变换的步骤。
此外，本发明的另一形态所涉及的程序用于使计算机执行下述步骤：针对输入图像的各像素，计算以该像素为中心的给定区域即第1区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第1照明光分布的步骤；针对所述输入图像的各像素，基于所述第1照明光分布来计算第1修正系数的步骤，该第1修正系数是在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度单调减少的系数；根据所述第1修正系数来变换所述输入图像的各像素的灰度值，由此来进行所述输入图像的灰度变换的步骤；针对所述灰度变换后的图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第1区域小的区域即第2区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第2照明光分布的步骤；针对所述灰度变换后的图像的各像素，基于所述第2照明光分布来计算第2修正系数的步骤，该第2修正系数是相对于照明光强度单调增加的系数；以及根据所述第2修正系数来变换所述灰度变换后的图像的各像素的灰度值，由此来进行所述灰度变换后的图像的灰度变换的步骤。
发明效果
根据本发明的形态，图像处理装置能够提升输入图像中的暗部区域的视觉辨别性而且也能提升对比度感。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的图像处理装置的构成的概要框图。
图2是表示第1实施方式所涉及的图像处理装置的动作的流程图。
图3是表示第1照明光分布计算部计算出的照明光分布Y1的示例的图。
图4是表示照明光分布和修正系数的关系的示例的图。
图5是表示使用修正系数进行了灰度变换时的局部区域的像素值的状态的示例的图。
图6是表示第1灰度变换部所输出的图像的示例的图。
图7是表示第2照明光分布计算部计算出的照明光分布Y2的示例的图。
图8是表示照明光分布和修正系数的关系的图。
图9是表示使用修正系数进行了灰度变换时的局部区域的像素值的状态的示例的图。
图10是表示从第2灰度变换部输出的图像的示例的图。
图11是表示具备第1实施方式所涉及的图像处理装置的图像显示装置的构成的概要框图。
图12是表示具备第1实施方式所涉及的图像处理装置的图像摄像装置的构成的概要框图。
图13是表示具备第1实施方式所涉及的图像处理装置的图像印刷装置的构成的概要框图。
图14是表示本发明的第2实施方式所涉及的图像处理装置的构成的概要框图。
图15是表示本发明的第3实施方式所涉及的图像处理装置的构成的概要框图。
图16是表示本发明的第4实施方式所涉及的图像处理装置的构成的概要框图。
图17是表示本发明的第5实施方式所涉及的图像显示装置的构成的概要图。
图18是表示输入图像信号的灰度值的一例的概念图。
图19是表示输入图像的亮度的一例的概念图。
图20是表示输入图像的亮度的其他示例的概念图。
图21是表示输出图像信号的灰度值的一例的概念图。
图22是表示进行了灰度变换的情况下的输出图像的亮度的一例的概念图。
图23是表示第5实施方式所涉及的图像处理部的构成的概要图。
图24是表示本发明的第6实施方式所涉及的图像摄像装置的构成的概要图。
图25是表示本发明的第7实施方式所涉及的照明装置的光源的配置例的图。
图26是表示第7实施方式所涉及的图像显示部的像素的配置例的图。
图27是表示输出图像的亮度的一例的概念图。
图28是表示输出图像信号的灰度值的一例的概念图。
图29是表示本发明的第8实施方式所涉及的图像显示装置的构成的概要图。
图30是表示输出图像信号的灰度值的其他示例的概念图。
图31是表示照明装置的亮度的示例的概念图。
图32是表示输出图像的亮度的其他示例的概念图。
图33是表示经修正的输出图像信号的灰度值的一例的概念图。
图34是表示经修正的输出图像的亮度的一例的概念图。
图35是表示第8实施方式所涉及的光源和像素的配置的一例的概念图。
图36是表示第8实施方式所涉及的光源和像素的配置的其他示例的概念图。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，使用附图来详细地说明本发明的第1实施方式。
图1是表示第1实施方式所涉及的图像处理装置100的构成的概要框图。
本实施方式所涉及的图像处理装置100具备：第1照明光分布计算部101、第1修正系数计算部102、第1灰度变换部103、第2照明光分布计算部104、第2修正系数计算部105、以及第2灰度变换部106，对输入图像S1进行图像处理，输出通过图像处理而获得的图像。
图像处理装置100通过基于CPU(Central Processing Unit；中央处理单元)或GPU(Graphics Processing Unit；图形处理单元)的软件处理、基于ASIC(Application Specific Integrated Circuit；专用集成电路)或FPGA(Field Programmable Gate Array；现场可编程门阵列)的硬件处理来进行图像处理。
第1照明光分布计算部101基于输入图像S1来计算表示输入图像S1的各像素的照明光强度的照明光分布Y1(第1照明光分布)。
第1修正系数计算部102基于照明光分布Y1，按照输入图像S1的每个像素，来计算在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度而单调减少、且在照明光强度小于给定阈值时相对于照明光强度而单调增加的修正系数α(第1修正系数)。另外，在本实施方式中，“单调减少”在x1＜x2的情况下是指成为f(x1)≥f(x2)的关系(广义单调减少、单调非增加)。
第1灰度变换部103通过在输入图像S1的各像素的灰度值上相乘修正系数α，由此来进行输入图像S1的灰度变换。
第2照明光分布计算部104基于第1灰度变换部103进行灰度变换后的图像，来计算表示该图像的各像素的照明光强度的照明光分布Y2(第2照明光分布)。
第2修正系数计算部105基于照明光分布Y2，按照第1灰度变换部103进行灰度变换后的图像的每个像素，来计算相对于照明光强度而单调增加的修正系数β(第2修正系数)。另外，在本实施方式中，“单调增加”在x1＜x2的情况下是指成为f(x1)≤f(x2)的关系(广义单调增加、单调非减少)。
第2灰度变换部106通过在第1灰度变换部103进行灰度变换后的图像的各像素的灰度值上相乘修正系数β，由此来执行第1灰度变换部103进行灰度变换后的图像的灰度变换。如此，第2灰度变换部106生成输出图像T1。
其次，说明第1实施方式所涉及的图像处理装置100的动作。
图2是表示第1实施方式所涉及的图像处理装置100的动作的流程图。
首先，第1照明光分布计算部101计算被输入至图像处理装置100的输入图像S1的照明光分布Y1，并将结果输出给第1修正系数计算部102(步骤S1)。具体而言，第1照明光分布计算部101基于照明光分布在图像内连续地变化这一假定，对各像素的明亮度Y进行平均化，由此来计算照明光分布Y1。另外，在本实施方式中，明亮度Y也可以根据例如红色R、绿色G、蓝色B的各色的像素值而计算为Y＝0.299×R+0.587×G+0.114×B。此外，为使计算简化，也可以通过Y＝R+G+B、Y＝0.25×R+0.5×G+0.25×B等来计算。进而，也可以将红色、绿色、蓝色的像素值的最大值(HSV色彩空间所示的明度)作为明亮度Y来使用。
第1照明光分布计算部101所进行的明亮度Y的平均化，使用的是例如输入图像S1的各像素及其周边像素的平均值、或者加权平均等。另外，进行平均化的区域(第1区域)，在用户注视显示器时，优选是在该区域内能比较明亮度的程度的大小，因此根据所假定的视觉距离和显示器尺寸来适当设定。
图3是表示第1照明光分布计算部101计算出的照明光分布Y1的示例的图。
若图3(a)所示的图像作为输入图像S1被输入至图像处理装置100，则第1照明光分布计算部101通过以第1区域对图3(a)所示的输入图像S1的各像素进行平均化，由此来计算照明光分布Y1。另外，若将计算出的照明光分布Y1变换为图像，则如图3(b)所示。
其次，第1修正系数计算部102基于第1照明光分布计算部101计算出的照明光分布Y1，来计算在照明光强度为给定阈值Yth以上时相对于照明光强度而单调减少、且在照明光强度小于给定阈值Yth时相对于照明光强度而单调增加的修正系数α(步骤S2)。
也就是说，第1修正系数计算部102，在照明光分布Y1的照明光强度大的情况下、即具有充足的照明光且被摄体被拍摄得明亮的情况下，由于被摄体的视觉辨别性充分，因此将修正系数α设为较小的值。另一方面，第1修正系数计算部102，在照明光分布Y1的照明光强度小的情况下、即照明光不充足且被摄体被拍摄得较暗的情况下，由于被摄体的视觉辨别性较低，因此将修正系数α设为较大的值。由此，能够增大暗部区域的灰度值以使视觉辨别性得以提升。
此外，第1修正系数计算部102将针对照明光分布Y1的照明光强度变得小于给定阈值Yth的区域的修正系数α设为较小的值。例如，在Y1小于Yth且接近于0的区域，将α设定为比1小的值。在输入图像S1之中照明光分布Y1的照明光强度非常低的区域，在摄影时会产生暗部噪声，因噪声有可能无法判别被摄体的信息。为此，通过减小修正系数α，由此以较小的修正系数对噪声进行灰度变换，从而能够降低噪声变得显著这一情况。
如此，第1修正系数计算部102通过使修正系数α根据照明光分布Y1所表示的各像素中的照明光强度变化，由此来计算用于维持局部对比度而且提升暗部区域的视觉辨别性的修正系数α。其原因在于，通过对明亮度Y进行平均化来计算照明光分布Y1的照明光强度，由此相邻的两个像素的照明光分布Y1的照明光强度变为相近的值，针对相邻的两个像素的修正系数α也变为相邻的值。也就是说，针对相邻的两个像素的修正系数α变为相近的值，从而变换前的两个像素的灰度值的关系作为变换后也相似的这种关系而被保持。因此，通过使用照明光分布Y1来决定修正系数α，从而无需压缩明亮区域的灰度等的图像质量劣化，能够在维持局部对比度的同时进行灰度变换。
另外，第1修正系数计算部102将针对照明光分布Y1的照明光强度成为最大值的像素的修正系数α设为1。其中，第1修正系数计算部102按照在最亮的像素的灰度值上相乘修正系数α所得的灰度值变得比在其他像素的灰度值上相乘修正系数α所得的灰度值大的方式，来设定修正系数α。
图4是表示照明光分布Y1和修正系数α的关系的示例的图。
如图4(a)所示，在照明光分布Y1的照明光强度为阈值Yth时，修正系数α成为最大值。并且，在照明光分布Y1的照明光强度小于阈值Yth的情况下，修正系数α相对于照明光强度而单调增加。另一方面，在照明光分布Y1的照明光强度为阈值Yth以上的情况下，修正系数α相对于照明光强度而单调减少。
另外，在照明光分布Y1的照明光强度变大的区域，也可以使修正系数α饱和至特定值。也就是说，在照明光分布Y1的照明光强度小的情况下，将修正系数α相对于照明光强度的斜率设为0以上，在照明光分布Y1的照明光强度大的情况下，将修正系数α相对于照明光强度的斜率设为0以下，由此来实现。
此外，第1修正系数计算部102为了计算修正系数α，也可以使用图4(b)所示那样的函数。在图4(b)中，相对于照明光分布Y1的照明光强度而设定了修正系数α的最大值αmax。如此设定修正系数α的最大值，从而能够防止被过度修正。照明光分布Y1的照明光强度和修正系数α的关系虽然能够适当设定，但是如此设置最大值也能够适当设定。如此，决定照明光分布Y1的照明光强度和修正系数α的关系，从而能够以除噪声多的暗部灰度之外的灰度而使各像素变得明亮。在此，通过将照明光分布的灰度值Y和修正系数α的关系作为LUT来设定，从而修正系数α的计算变得容易，所以优选。
其次，第1灰度变换部103对于输入图像S1使用修正系数α来进行灰度变换处理(步骤S3)。按照输入灰度值P0和输出灰度值P1的关系成为P1＝P0×α的方式，来进行灰度变换。此外，在为红色、绿色、蓝色等彩色图像的情况下，第1灰度变换部103通过对各个颜色相乘同一修正系数α，从而能够使各颜色之比即色相不发生变化地进行变换。除此之外，第1灰度变换部103也能够将输入图像S1的各像素变换为HSV色彩空间，仅对明度分量相乘修正系数α等，对各色彩空间的明亮度分量进行灰度变换。
图5是表示使用修正系数α进行了灰度变换时的局部区域的像素值的状态的示例的图。
在此，横轴表示图像内的位置，纵轴表示像素值。图5(a)为输入图像S1的像素值的状态，图5(b)为第1灰度变换部103所输出的图像的像素值的状态。由于他们均为局部区域，因此照明光分布大致相同，即修正系数也大致相同。因此，从图5(a)至图5(b)的变化成为在维持细微的像素值变动不变的状态下区域的明亮度得以提升这样的变化。
图6是表示第1灰度变换部103所输出的图像的示例的图。
图6所示的第1灰度变换部103所输出的图像与图2(a)所示的输入图像S1相比较，成为在维持局部对比度的同时提升了暗部区域的视觉辨别性的图像。另外，作为图像整体的印象，成为整体变得明亮这样的图像处理。如此，在对明亮度进行平均化所计算的照明光强度为给定阈值以上时，使用相对于照明光强度而单调减少的系数即修正系数α来进行灰度变换，从而能够维持局部对比度而且提升暗部区域的视觉辨别性。
其次，第2照明光分布计算部104基于由第1灰度变换部处理过的图像来计算照明光分布Y2(步骤S4)。另外，第2照明光分布计算部104与第2照明光分布计算部104同样地，通过由第1灰度变换部处理过的图像的各像素及其周边像素的平均值、或者加权平均等来对明亮度进行平均化。在此，假设第2照明光分布计算部104用于平均化的区域(第2区域)比第1照明光分布计算部101用于平均化的第1区域小。其原因在于，通过基于第2灰度变换部106的灰度变换来增强图像的局部对比度。
图7是表示第2照明光分布计算部104计算出的照明光分布Y2的示例的图。
若第1灰度变换部103输出图6所示的图像，则第2照明光分布计算部104以第2区域对图6所示的图像的各像素进行平均化，由此来计算照明光分布Y2。另外，若将计算出的照明光分布Y2变换为图像，则如图7所述。如此，照明光分布Y2较之于图3(b)所示的照明光分布Y1，进行平均化的区域小，因此模糊量变小。也就是说，关注像素对于照明光分布Y2的影响变大。
此外，第1照明光分布计算部101中使用的明亮度的计算方法、和第2照明光分布计算部104中使用的明亮度的计算方法也可以设为相同。其原因在于，在使用照明光分布来进行灰度变换时，不是通过颜色而是通过明亮度来变换，从而降低被摄体的反射率(颜色)的影响，因此通过使明亮度的计算方法共同化，从而能够降低基于变换的像素的颜色的差异所引起的影响，因此优选。
其次，第2修正系数计算部105基于由第2照明光分布计算部104计算出的照明光分布Y2来计算相对于照明光强度而单调增加的修正系数β(步骤S5)。如上述，第2照明光分布计算部104用于计算照明光分布Y2的第2区域比第1照明光分布计算部101用于计算照明光分布Y1的第1区域小。因此，第2灰度变换部106进行考虑到比由第1灰度变换部103维持处理的局部对比度而变化了的区域窄的区域的变换。
图8是表示照明光分布Y2和修正系数β的关系的图。
第2修正系数计算部105将针对照明光分布Y2的照明光强度成为最大值的像素的修正系数β设为1。其中，第2修正系数计算部105按照在最亮的像素的灰度值上相乘修正系数β所得的灰度值变得比在其他像素的灰度值上相乘修正系数β所得的灰度值大的方式，来设定修正系数β。另外，照明光分布的值大的区域以及照明光分布的值小的区域也可以使得修正系数饱和。
其次，第2灰度变换部106使用由第2照明光分布计算部104计算出的照明光分布Y2来对第1灰度变换部103进行过灰度变换的图像进行灰度变换(步骤S6)。按照输入灰度值P1和输出灰度值P2的关系成为P2＝P1×β的方式，来进行灰度变换。此外，在为红色、绿色、蓝色等彩色图像的情况下，第2灰度变换部106通过对各个颜色相乘同一修正系数β，从而能够使各颜色之比即色相不发生变化地进行变换。除此之外，第2灰度变换部106也能够将输入图像的各像素变换为HSV色彩空间，仅对明度分量相乘修正系数β等，对各色彩空间的明亮度分量进行灰度变换。
另外，如图8所示，由于修正系数β为1以下的值，因此修正系数β的乘法运算成为减小输入图像的像素值那样的灰度变换。也就是说，第2灰度变换部106通过修正系数β的乘法运算来增强由第1灰度变换部103维持的局部对比度。例如，所考虑的关注像素的周边像素的区域变得最小的时候是将照明光分布Y2设为关注像素的明亮度、且将所参考的周边像素的区域设为0而不进行平均化之时。此时，各像素间的修正系数仅由关注像素的明亮度来决定，在相邻的像素中相互不受影响。因此，如果相邻的像素间的明亮度差异较大，则修正系数β也差异较大，如果像素间的明亮度相近，则修正系数β也相近。由此，局部对比度被增强。
图9是表示使用修正系数β进行了灰度变换时的局部区域的像素值的状态的示例的图。
在此，横轴表示图像内的位置，纵轴表示像素值。图9(a)为第1灰度变换部103所输出的图像的像素值的状态，图9(b)为第2灰度变换部106所输出的图像的像素值的状态。如图9所示，在计算照明光分布Y2时所参考的第2区域比第1区域小，因此各像素的变动变大，局部对比度被增强。
此外，本实施方式所涉及的第2修正系数计算部105虽然设定了使灰度值变小这样的修正系数β，但第1修正系数计算部102按照输入图像S1变亮的方式来设定修正系数α，因此不会出现图像整体变得极暗这种情形。
也就是说，第1修正系数计算部102以及第2修正系数计算部105需要考虑修正系数α和修正系数β的相互的大小来设定修正系数α以及修正系数β。例如，列举按照除了照明光分布的暗部区域之外修正系数α和修正系数β之积变为1以上的方式来设定修正系数α和修正系数β的方法。除此之外，列举按照比照明光分布的可取值的中心大的值的修正系数α和修正系数β之积变为1以上的方式来设定修正系数α和修正系数β的方法。
图10是表示从第2灰度变换部106输出的图像的示例的图。
图10所示的第2灰度变换部106所输出的图像与图6所示的第1灰度变换部103所输出的图像相比较，成为局部对比度被增强的图像。此外，图10所示的第2灰度变换部106所输出的图像与图2(a)所示的输入图像S1相比，成为暗部区域的视觉辨别性得以提升而且局部对比度得以提升的图像。
如此，相对于通过第1灰度变换部103的处理使图像整体的对比度下降的图像，通过第2灰度变换部106的处理来提升局部对比度，从而能够使图像整体的对比度得以提升。由此，图像处理装置100能够生成提升暗部区域的视觉辨别性且具有对比度感的图像。
如以上所说明的那样，根据本实施方式的图像处理装置100，通过进行利用了照明光分布的灰度变换，从而能够使暗部区域的视觉辨别性得以提升，并且使局部对比度得以提升，能够生成恰当的图像。
以下，说明第1实施方式所涉及的图像处理装置100的用途。
图11是表示具备第1实施方式所涉及的图像处理装置100的图像显示装置110的构成的概要框图。
图像显示装置110除了第1实施方式所涉及的图像处理装置100之外还具备图像显示部111。
图像显示部111显示图像处理装置100所生成的图像。图像显示部111能够通过液晶显示器、有机EL显示器等各种显示设备来构成。由此，能够实现可以显示提升暗部区域的视觉辨别性并且提升了局部对比度的视觉辨别性高的高图像质量的图像的图像显示装置110。在此，γ修正、颜色变换、轮廓增强等一般图像处理，能够在向图像处理装置100输入图像之前、或者从图像处理装置100输出图像之后适当执行。
图12是表示具备第1实施方式所涉及的图像处理装置100的图像摄像装置120的构成的概要框图。
图像摄像装置120除了第1实施方式所涉及的图像处理装置100之外还具备图像显示部111、摄像元件121和图像存储部122。
摄像元件121由CCD(Charge Coupled Device；电荷耦合器件)等摄像设备构成，将拍摄到的图像作为输入图像S1而输出至图像处理装置100。此时，输入图像S1适当进行去马赛克等一般图像处理之后被输入至图像处理装置100。
图像处理装置100所生成的图像传递至图像显示部111、图像存储部122，显示图像或者存储图像。图像存储部122能够由闪存、硬盘等各种存储设备来构成。由此，能够实现可以摄影提升暗部区域的视觉辨别性并且提升了局部对比度的视觉辨别性高的高图像质量的图像的图像摄影装置。在此，γ修正、颜色变换、轮廓增强等一般图像处理能够在从图像处理装置100输出图像之后适当执行。
图13是表示具备第1实施方式所涉及的图像处理装置100的图像印刷装置130的构成的概要框图。
图像印刷装置130除了第1实施方式所涉及的图像处理装置100之外还具备图像印刷部131。
图像印刷部131印刷图像处理装置100所生成的图像。图像印刷部131能够由喷墨式打印机、激光打印机等各种印刷设备来构成。由此，能够实现可以显示提升暗部区域的视觉辨别性并且提升了局部对比度的视觉辨别性高的高图像质量的图像的图像印刷装置130。在此，γ修正、颜色变换、轮廓增强等一般图像处理能够在向图像处理装置100输入图像之前、或者从图像处理装置100输出图像之后适当执行。
(第2实施方式)
图14是表示第2实施方式所涉及的图像处理装置200的构成的概要框图。
在第1实施方式中，说明了第1照明光分布计算部101以及第2照明光分布计算部104分别计算一个照明光分布的情况。第2实施方式所涉及的第1照明光分布计算部201以及第2照明光分布计算部204使用大小不同的多个区域来分别计算多个照明光分布。
第1照明光分布计算部201以及第2照明光分布计算部204分别计算两个种类的照明光分布。此时，按照第1照明光分布计算部201用于平均化的多个第1区域之中最小的区域变得比第2照明光分布计算部204用于平均化的多个第2区域之中最大的区域还大的方式，来决定第1区域以及第2区域。
第1修正系数计算部202以及第2修正系数计算部205将根据各照明光分布计算的修正系数之积或者之和设为修正系数α以及修正系数β。
由此，第1灰度变换部203能够调整维持局部对比度的区域。也就是说，第1灰度变换部203可以实现维持更小区域的对比度的变换。这由于通过在较小的区域计算照明光分布，从而能够在暗部区域小时以较大的修正系数来完成变换，因此适于暗部区域小时的视觉辨别性提升。
此外，第2灰度变换部206能够调整对局部对比度进行增强的频率。也就是说，第2灰度变换部206作为相邻的像素间的变动少的对比度增强，能够进一步增强每个小区域的对比度。这由于能够增强局部对比度并且降低过度增强噪声的情形，因此适于噪声多的图像。如此一来，第2灰度变换部206生成输出图像T2。
另外，在本实施方式中，虽然说明了第1照明光分布计算部201和第2照明光分布计算部204分别计算多个照明光分布的情况，但并不限于此。例如，也可以只有第1照明光分布计算部201或第2照明光分布计算部204的任一者计算多个照明光分布。
(第3实施方式)
图15是表示第3实施方式所涉及的图像处理装置300的构成的概要框图。
在第1实施方式中，说明了第1修正系数计算部102以及第2修正系数计算部105基于预先规定的一种计算方法来计算修正系数α以及修正系数β的情况。第3实施方式所涉及的第1修正系数计算部302以及第2修正系数计算部305从多种计算方法之中确定适当的计算方法，并使用该计算方法来计算修正系数α以及修正系数β。
图像处理装置300除了与第1实施方式所涉及的图像处理装置100相同的构成之外还具备图像解析部307、计算方法存储部308和计算方法选择部309。
图像解析部307对输入图像S1和由第1灰度变换部303进行了灰度变换后的图像进行解析。图像解析部307例如对平均亮度、暗部区域的像素数、亮度直方图等进行解析。
计算方法存储部308将第1修正系数计算部302用于计算修正系数α的LUT(计算方法)以及第2修正系数计算部305用于计算修正系数β的LUT存储多个。另外，该多个LUT使修正系数的大小不同，也就是，使亮到何种程度不同。
计算方法选择部309基于图像解析部307的解析结果来确定用于计算修正系数α的LUT以及用于计算修正系数β的LUT。例如，计算方法选择部309在输入图像S1的平均亮度低、暗部区域的像素数多、亮度直方图偏靠暗部区域侧等情况下，选择用于计算使暗部区域变得更亮的修正系数α的LUT。另一方面，计算方法选择部309在输入图像S1的平均亮度高、暗部区域的像素数少、亮度直方图偏靠亮部区域侧等情况下，选择用于计算使暗部区域稍微变亮的修正系数α的LUT。
此外，例如计算方法选择部309在第1灰度变换部303进行过灰度变换的图像的对比度低、高频分量少、亮度直方图有偏倚等情况下，选择用于计算进一步增强局部对比度的修正系数β的LUT。另一方面，计算方法选择部309在第1灰度变换部103进行过灰度变换的图像的对比度高、高频分量多、亮度直方图无偏倚等情况下，选择用于计算稍微增强局部对比度的修正系数β的LUT。
第2灰度变换部306进行与第1实施方式的第2灰度变换部106相同的处理，来生成输出图像T3。
如此，根据进行了图像解析的结果，若使照明光分布计算时的参考周边像素的区域发生变化，则能选择更适于输入图像S1的LUT，故优选。
另外，在本实施方式中，说明了计算方法存储部308存储LUT作为修正系数的计算方法的情况，但并不限于此，也可以存储将例如照明光强度作为输入并将修正系数作为输出的函数等其他计算方法。
(第4实施方式)
图16是表示第4实施方式所涉及的图像处理装置400的构成的概要框图。
在第3实施方式中，说明了基于图像解析部307的解析结果来选择用于计算修正系数α以及修正系数β的LUT的情况。第4实施方式所涉及的图像处理装置400按照利用者的指示来选择用于计算修正系数α以及修正系数β的LUT。
图像处理装置400取代第3实施方式所涉及的图像处理装置300的图像解析部307而具备输入部407。
输入部407受理利用者的指示的输入。
并且，计算方法选择部409按照输入部所受理的利用者的指示，来选择计算方法存储部408所存储的修正系数α以及修正系数β的计算方法。
第2灰度变换部406进行与第1实施方式的第2灰度变换部106相同的处理，来生成输出图像T4。
另外，在本实施方式中，说明了计算方法存储部408存储LUT作为修正系数的计算方法的情况，但并不限于此，也可以存储将例如照明光强度作为输入并将修正系数作为输出的函数等其他计算方法。
(第5实施方式)
以下，参考附图来说明本发明的第5实施方式。
图17是表示本实施方式所涉及的图像显示装置140的构成的概要图。
图像显示装置140构成为包括图像处理装置500以及图像显示部141。
图像处理装置500构成为包括照明装置控制部501、图像处理部502以及图像解析部503。图像处理部502对应于第1实施方式的图像处理装置100。
照明装置控制部501基于从图像解析部503输入的图像解析结果R1来规定图像显示部141的照明装置(未图示)的光量，生成控制照明装置的照明装置控制信号C1以获得规定的光量。照明装置控制信号C1例如为表示输出系数γ的信号。输出系数γ是照明装置放射光的光量相对于该照明装置所能够放射的最大光量的比率。照明装置控制部501将所生成的照明装置控制信号C1输出至图像处理部502以及图像显示部141。
在图像处理部502中，从照明装置控制部501输入照明装置控制信号C1，从图像解析部503输入图像解析结果R1。图像处理部502基于照明装置控制信号C1和图像解析结果R1，对输入至图像处理装置500的输入图像信号S2进行灰度变换来生成输出图像信号T5。输入图像信号S2对应于第1～第4实施方式的输入图像S1。输入图像信号S2是表示包含预先规定的多个像素的图像的信号，是表示每个像素的灰度值的信号。灰度值是表示其值越大则显示得越亮、其值越小则显示得越暗的值。在此，即便照明装置所放射的光量与预先规定的基准值(例如最大值)不同，图像处理部502也进行灰度变换以使得显示于图像显示部141的图像的视觉辨别性、对比度不下降。图像处理部502将所生成的输出图像信号T5输出至图像显示部141。
图像处理部502也可以通过配备于图像显示装置140的CPU(CentralProcessing Unit；中央处理单元)、GPU(Graphics Processing Unit；图形处理单元)等硬件执行程序，由此来实现。此外，图像处理部502例如也可以由ASIC(Application Specific Integrated Circuit；专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array；现场可编程门阵列)等硬件来构成。
图像显示部141显示从图像处理部502输入的输出图像信号T5所表示的图像。图像显示部141例如为液晶显示器(Liquid Crystal Display；液晶显示器)。图像显示部141将上述的照明装置作为背光等光源来具备，将对该照明装置放射出的光进行调制后的图像光作为图像来显示。照明装置也可以具备例如冷阴极荧光管(CCFL：Cold Cathode Fluorescent Lamp；冷阴极荧光灯)、或者发光二极管(LED：Liquid Emitting Diode；液体发光二极管)。作为LED，既可以具备放射白色光的白色LED，也可以具备分别放射不同颜色光的LED、例如分别放射红、绿、蓝各颜色光的LED的组合。
照明装置被设置的位置在图像显示部141中既可以为显示图像的图像显示面的背面，也可以为图像显示面的外缘的一部分例如端部。
照明装置基于从照明装置控制部501输入的照明装置控制信号C1来控制所放射的光量。
图像解析部503计算被输入至图像处理装置500的输入图像信号S2的灰度值的统计量。由此来解析输入图像。图像解析部503所计算的统计量例如有平均亮度、方差、暗部区域的像素数、亮度直方图等。平均亮度为给出像素间的亮度的平均的灰度值。所谓暗部区域，是指由灰度值比预先规定的阈值(例如最大值的1/4)小的像素构成的区域。所谓亮度直方图，是指分别属于预先规定的灰度值的范围的像素数的集合。图像解析部503将计算出的统计量作为图像解析结果R1而输出至照明装置控制部501以及图像处理部502。
另外，在本实施方式中，也可以具备照明装置光量选择部(未图示)。照明装置光量选择部预先设定了多个光量的候选值，受理利用者所进行的操作输入来选择所设定的候选值之中的一个。照明装置光量选择部生成控制照明装置的照明装置控制信号C1以获得所选择的候选值的光量，并将所生成的照明装置控制信号C1输出至图像处理部502以及图像显示部141。
此外，图像解析部503也可以是照明装置控制部501或者图像处理部502之中的任一者或两者的构成。
(灰度变换的概念)
其次，说明图像处理部502所进行的灰度变换的概念。
图像处理部502在灰度变换中使输入图像信号S2的灰度值的平均值增加且增强局部对比度。所谓局部对比度，是指以某像素为基准而处于预先规定的范围内的亮度的空间变动。此外，所谓局部对比度，也是指以某像素为基准而处于预先规定的范围内的每个像素的灰度值的空间变动。由此，即便是使照明装置的光量少于预先规定的基准值的情况，也能够缓和图像显示部141所显示的图像的视觉辨别性和对比度的下降。
图18是表示输入图像信号S2的灰度值的一例的概念图。
图18在横轴上示出一个水平方向的线上的像素的位置，在纵轴示出灰度值。原点O为图像显示部141的图像显示面上的1点例如左上端。图2所示的灰度值1801表示输入图像信号S2的灰度值。灰度值1801表示越是处于远离原点O的位置上的像素则灰度值变得越大的趋势。
图19是表示输入图像的亮度的一例的概念图。
图19在横轴示出一个水平方向的线上的像素的位置，在纵轴示出亮度。亮度是图像显示部141从各像素放射的光的明亮度的程度，依赖于每个像素的信号值(灰度值)和照明装置的光量。在图18、图19中，表示每个像素的明亮度的程度的“亮度”和表示信号值的“灰度值”相互被区分示出。
图19所示的亮度1901是每个像素的信号值为图18所示的灰度值1801、且照明装置的光量为最大值的情况下的亮度。亮度1901也表示越是处于远离原点的位置上的像素则亮度变得越大的趋势。
图20是表示输入图像的亮度的其他示例的概念图。
图20在横轴示出一个水平方向的线上的像素的位置，在纵轴示出亮度。图20中实线所示的亮度2001是每个像素的信号值为图18所示的值、且照明装置的光量为最大值的3/4的情况下的亮度。为了进行比较，在图20中用虚线来表示亮度1901(参考图19)。
亮度2001的最大值比亮度1901(参考图19)的最大值(MAX)低。此外，亮度2001的平均值、局部变动(对比度)也分别比亮度1901的平均值、局部变动小。
如此，如果单纯地使照明装置的光量减少，则亮度及其局部变动变小，图像的视觉辨别性、对比度会下降。
与之相对，图像处理部502对输入图像信号S2进行灰度变换来生成输出图像信号T5。
图21是表示输出图像信号T5的灰度值的一例的概念图。
图21在横轴示出一个水平方向的线上的像素的位置，在纵轴示出灰度值。图21的实线所示的灰度值2101表示进行了灰度变换的情况下的输出图像信号T5的灰度值。为了进行比较，在图21中用虚线来表示灰度值1801(参考图18)。图21表示在灰度变换中增大低灰度区域中的灰度值的平均值、且从低灰度区域至高灰度区域为止针对灰度值整体来增强了局部对比度的情形。所谓低灰度区域，是指取比预先规定的灰度值(例如灰度值的最大值的一半的值)低的灰度值的像素的区域。所谓高灰度区域，是指取比预先规定的灰度值高的灰度值的像素的区域。
图22是表示进行了灰度变换的情况下的输出图像的亮度的一例的概念图。
图22在横轴示出一个水平方向的线上的像素的位置，在纵轴示出亮度。图22所示的亮度2201是每个像素的信号值为图21所示的灰度值2101、且照明装置的光量为最大值的3/4的情况下的图像显示部141所显示的图像的亮度。
若与亮度1901(参考图19)进行比较，则亮度2201在低灰度区域中平均亮度变高。这表示暗部区域的视觉辨别性得以提升。此外，尽管使照明装置的光量减少得比最大值少，但在亮度2201下遍及从低灰度区域至高灰度区域为止的整体，局部对比度变高。因而，虽然亮度2201的最大值变得比亮度1901的最大值小，但却可获得在人类视觉上可明亮得察觉的效果。这起因于，在人类的视角特性中存在将所注视的注视点处的亮度与注视点的周边的亮度之差、即对比度作为明亮度来察觉的特性。在本实施方式中，通过利用该视觉特性，从而能够使照明装置的光量减少，由此可获得即便使亮度的最大值下降所察觉的明亮度也不会下降的效果。
(图像处理部的构成)
其次，说明本实施方式所涉及的图像处理部502的构成。
图23是表示本实施方式所涉及的图像处理部502的构成的概要图。
图像处理部502构成为包括第1照明光分布计算部5021、第1修正系数计算部5022、第1灰度变换部5023、第2照明光分布计算部5024、第2修正系数计算部5025以及第2灰度变换部5026。在此，本实施方式的图像处理部502对应于第1实施方式的图像处理装置100。由于图像处理部502的内部构成与图像处理装置100的内部构成相同，因此针对同一内部构成将省略说明。
第1照明光分布计算部5021基于被输入至图像处理部502的输入图像信号S2，按照每个像素来计算照明光分布Y1(第1照明光分布)。第1照明光分布计算部5021将计算出的照明光分布Y1输出至第1修正系数计算部5022。
第1修正系数计算部5022基于从第1照明光分布计算部5021输入的照明光分布Y1，按照每个像素来计算修正系数α。第1修正系数计算部5022将计算出的修正系数α输出至第1灰度变换部5023以及第2修正系数计算部5025。
第1灰度变换部5023基于从第1修正系数计算部5022输入的修正系数α，对被输入至图像处理部502的输入图像信号S2进行灰度变换处理，来生成第1灰度变换图像信号。第1灰度变换部5023将进行灰度变换处理所生成的第1灰度变换图像信号输出至第2照明光分布计算部5024以及第2灰度变换部5026。
第2照明光分布计算部5024基于从第1灰度变换部5023输入的第1灰度变换图像信号，按照每个像素来计算照明光分布Y2(第2照明光分布)。第2照明光分布计算部5024将计算出的照明光分布Y2输出至第2修正系数计算部5025。
第2修正系数计算部5025基于从第2照明光分布计算部5024输入的照明光分布Y2，按照每个像素来计算修正系数β。
第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025还考虑到从照明装置控制部501输入的照明装置控制信号C1所表示的输出系数γ来分别规定修正系数α和修正系数β。
在此，第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025按照伴随着输出系数γ的减少而修正系数α和修正系数β之积增加的方式来分别规定修正系数α和修正系数β。例如，第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025也可以在除了由照明光分布Y1和照明光分布Y2的灰度值比预先规定的值低的像素构成的区域即暗部区域之外的像素的区域中，按照输出系数γ、修正系数α以及修正系数β之积分别成为1以上的方式来分别规定修正系数α和修正系数β。
此外，第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025也可以在照明光分布Y1、照明光分布Y2的灰度值比各自的中心值低的像素的区域中，按照输出系数γ、修正系数α以及修正系数β之积成为1以上的方式来分别规定修正系数α和修正系数β。所谓中心值，是指照明光分布Y1和照明光分布Y2的灰度值可取的各自的最大值和最小值的中心的值。
如此一来，第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025联动地规定输出系数γ、修正系数α以及修正系数β。由此，因为输出图像的亮度变高、或者输出图像的亮度的下降被抑制，所以可避免图像整体变得极暗而有损视觉辨别性。
另外，第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025也可以按照照明装置的光量被设定为比基准值小的值的情况下的平均亮度变得与照明装置的光量被设定为基准值的情况下的平均亮度相同、或变得比其高的方式，来分别规定修正系数α、β的值。
第2修正系数计算部5025将计算出的修正系数β输出至第2灰度变换部5026。
第2灰度变换部5026使用从第2修正系数计算部5025输入的修正系数β，对从第1灰度变换部5023输入的第1灰度变换图像信号进行灰度变换处理，来生成第2灰度变换图像信号。第2灰度变换部5026将进行灰度变换处理所生成的第2灰度变换图像信号作为输出图像信号T5而输出至图像显示部141。
如在第1实施方式中所说明过的那样，第2照明光分布计算部5024中的第2区域比第1照明光分布计算部5021中的第1区域小。因而，在第2灰度变换部5026中，考虑比第1灰度变换部5023维持局部对比度进行了灰度变换的区域窄的区域中的灰度值，来进行灰度变换。由此，输出图像中的局部对比度被增强。例如，第2照明光分布计算部5024进行平均化的像素的区域(第2区域)最小的情况是从关注像素没有预先规定的区域内的周边像素而不被进行平均化的情况。此时，各像素的修正系数β仅由关注像素的明亮度来决定，不受周边像素(相邻像素)的明亮度的影响。因此，如果相邻的像素间的明亮度之差相差较大，则修正系数β也相差较大，如果相邻的像素间的明亮度之差相近似，则修正系数β也相近似。由于第2区域比第1区域小，修正系数β根据照明光分布Y2的灰度值而单调增加，因此局部对比度被增强。
另外，第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025也可以按照从图像解析部503输入的图像解析结果R1所表示的平均亮度或者方差越小则修正系数α与修正系数β之差越大的方式，来分别规定修正系数α和修正系数β。由此，在输出图像中对比度的增强程度变高。因而，被利用者察觉的明亮度变亮。例如，在修正系数α、β分别为1.5、0.8的情况下，在修正系数α、β分别为2.0、0.6的情况下，修正系数α和β之积均为1.2。两者之间进行灰度变换所得的输出图像信号T5的信号值的平均值大致相同。相对于此，后者较之于前者，局部对比度的增强程度变高，因此视觉辨别性得以提升。
(修正系数α、β的计算例)
其次，说明在第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025中用于分别计算修正系数α、β的构成例。
在第1修正系数计算部5022中预先存储有用于计算修正系数α的LUT(Look Up Table、查找表)。所谓LUT，是指输入值和输出值被建立了对应的信息。其用途并不限于信号值的变换。在第1修正系数计算部5022所存储的LUT中，作为输入值的照明光分布Y1的灰度值和作为输出值的修正系数α被建立对应。因此，第1修正系数计算部5022也可以从LUT读出与被输入的照明光分布Y1的灰度值对应的修正系数α，并将读出的修正系数α输出至第1灰度变换部5023。
也可以在第1修正系数计算部5022中存储有多个LUT。在各个LUT中，作为与输入值建立了对应的输出值，修正系数α的大小分别不同。也就是说，在LUT间，通过灰度变换使输出像素的明亮度发生何种程度变化不同。
在此，第1修正系数计算部5022基于从图像解析部503输入的图像解析结果R1即统计量或者从照明装置控制部501输入的照明装置控制信号C1所表示的输出系数γ，来选择多个LUT之中的任一者。例如，在平均亮度比预先规定的值低的情况、暗部区域的像素数比预先规定的数量多的情况、亮度直方图中亮度分布偏靠比预先规定的值低的区域的情况、或者输出系数γ比预先规定的值小的情况等下，第1修正系数计算部5022选择使暗部区域变得更明亮的LUT。所谓使暗部区域变得更明亮的LUT，例如是指照明光分布Y1的灰度值比预先规定的值小的值(暗部区域)、和比1大的值且比预先规定的值大的修正系数α被建立了对应的LUT。
在平均亮度比预先规定的值高的情况、暗部区域的像素数比预先规定的值少的情况、亮度直方图中亮度分布偏靠比预先规定的值高的区域的情况、或者输出系数γ比基准值小且比预先规定的值大的情况等下，第1修正系数计算部5022选择使暗部区域稍微变亮的LUT。所谓使暗部区域稍微变亮的LUT，例如是指照明光分布Y1的灰度值比预先规定的值小的值(暗部区域)、和比1大且比预先规定的值小的修正系数α被建立了对应的LUT。此外，该修正系数α是同一照明光分布Y1的灰度值中比使暗部区域变得更亮的LUT所涉及的修正系数α小的值。
第2修正系数计算部5025基于从图像解析部503输入的图像解析结果R1、从照明装置控制部501输入的照明装置控制信号C1或者第1修正系数计算部5022选择出的LUT，来选择多个LUT之中的任一者。参考第1修正系数计算部5022中选择出的LUT的原因在于，如上所述在规定修正系数β之际除了输出系数γ之外还参考修正系数α。
例如，在第1灰度变换图像中的对比度低的情况、高频分量少的情况、亮度直方图有偏倚的情况、或者输入图像中高灰度区域较多的情况等下，第2修正系数计算部5025选择进一步增强局部对比度的LUT。在此，图像解析部503也可以取代输入图像信号S2而对第1灰度变换部5023所生成的第1灰度变换图像信号计算统计量。对比度是否低，例如基于预先规定的范围中的灰度值的最大值与最小值之差是否小于预先规定的值来进行判断。高频分量是否少，基于比预先规定的空间频率高的高频分量下的功率值相对于比该空间频率低的低频分量下的功率值的比值(功率比)是否少于预先规定的值来进行判断。亮度直方图是否有偏倚，基于以一定间隔被分割的亮度的每个范围的度数中的最大值相对于最小值的比值是否大于预先规定的值来进行判断。高灰度区域是否多，基于灰度值(信号值)比预先规定的值大的像素的比例是否大于预先规定的比例来进行判断。
所谓进一步增强局部对比度的LUT，例如是指与高灰度区域的灰度值的增加相伴的修正系数β的增加率更大的LUT。如上所述，当输入图像中高灰度区域较多的情况下，选择进一步增强局部对比度的LUT的原因在于，使照明装置的光量小于基准值，从而即便亮度下降也不有损视觉辨别性。
此外，在对比度高的情况、高频分量多的情况、或者亮度直方图无偏倚的情况等下，第2修正系数计算部5025选择稍微增强局部对比度的LUT。所谓稍微增强局部对比度的LUT，例如是指与高灰度区域的灰度值的增加相伴的修正系数β的增加率更小的LUT。该LUT中的高灰度区域的灰度值的变化所伴随的修正系数β的增加率，比上述的增强局部对比度的LUT中的高灰度区域的灰度值的增加所伴随的修正系数β的增加率要小。
因此，第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025能够基于对输入图像信号S2、第1灰度变换图像信号进行解析后的灰度值的统计值，来分别选择实现适当灰度变换的LUT。
另外，上述的LUT也可以与第1修正系数计算部5022、第2修正系数计算部5025不同地被存储在图像显示装置140所具备的计算方法存储部(未图示)中。在此情况下，第1修正系数计算部5022从计算方法存储部之中选择与统计量、输出系数γ相应的LUT，在选择出的LUT中读出与灰度值对应的修正系数α或者β。
此外，第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025也可以基于利用者所进行的操作输入来分别选择LUT，并使用选择出的LUT所涉及的修正系数α或者β。进而，照明装置控制部501也可以基于利用者所进行的操作输入来选择输出系数γ。在此情况下，第1修正系数计算部5022也可以基于选择出的输出系数γ来规定修正系数α，第2修正系数计算部5025也可以使用选择出的输出系数γ和由第1修正系数计算部5022计算出的修正系数α而如上述那样规定修正系数β。
(进行平均化的区域的调整)
在上述的说明中，在第2照明光分布计算部5024中，虽然以对第1灰度变换图像信号中所包含的每个像素的信号值进行平均化的像素的区域(第2区域)为固定值作为前提，但也可以根据图像解析结果R1是可变的。
如上所述，图像解析部503对从第1灰度变换部5023输入的第1灰度变换图像信号计算统计值，并将计算出的统计值输出至第2照明光分布计算部5024。
在第2照明光分布计算部5024中预先存储多种第2区域的大小(例如像素数)。例如，在第1灰度变换图像中的对比度低的情况、高频分量少的情况、亮度直方图有偏倚的情况等下，在第2照明光分布计算部5024中选择更小的第2区域。由此，通过灰度变换可获得直至高频分量为止对比度被增强的输出图像。例如，在第1灰度变换图像中的对比度高、高频分量多、亮度直方图无偏倚情况等下，第2照明光分布计算部5024选择更大的第2区域。由此，通过灰度变换可获得高频分量下的对比度被维持、增强的程度被抑制的输出图像。从而，能够根据第1灰度变换图像的信号值的分布来调整输出图像的高频分量的对比度的增强的程度，使得输出像素的视觉辨别性得以提升。
在上述中，虽然以第1照明光分布计算部5021计算的照明光分布Y1、第2照明光分布计算部5024计算的照明光分布Y2分别为一种的情况为例来进行了说明，但是在本实施方式中并不限于此。例如，第1照明光分布计算部5021计算的照明光分布Y1、第2照明光分布计算部5024计算的照明光分布Y2也可以分别为多种，例如2种。也可以第1修正系数计算部5022计算基于各个照明光分布Y1而算出的修正系数α的全部或一部分的平均值，第1灰度变换部5023使用计算出的平均值来进行灰度变换。也可以第2修正系数计算部5025计算基于各个照明光分布Y2而算出的修正系数β的全部或一部分的平均值，第2灰度变换部5026使用计算出的平均值来进行灰度变换。
此外，在第1照明光分布计算部5021计算多种照明光分布Y1的情况下，将这多种之中第1区域最小的区域称作第1参考图像区域。第2照明光分布计算部5024在计算照明光分布Y2之际将对每个像素的信号值进行平均化的像素的区域(第2区域)规定为小于第1参考图像区域。在计算多种照明光分布Y2的情况下，将这多种之中第2区域最大的区域称作第2参考图像区域。由此，第2参考图像区域被规定为小于第1参考图像区域。
第1照明光分布计算部5021分别选择大小不同的第1区域的全部或者一部分，从而能够通过灰度变换来调整局部对比度被维持的区域的大小。如上所述，第1照明光分布计算部5021也可以基于从图像解析部503输入的统计值来选择第1区域。若鉴于在第1区域内修正系数α大致近似为恒定值，暗部区域中的修正系数α取比其他区域中的修正系数α大的值，则通过第1灰度变换部5023所进行的灰度变换，在更小的区域内对比度被维持。因而，即便是小的暗部区域，视觉辨别性也得到提升。
另一方面，第2照明光分布计算部5024分别选择大小不同的第2区域的全部或者一部分，从而能够通过灰度变换来调整增强局部对比度的空间频率。如上所述，第2照明光分布计算部5024也可以基于从图像解析部503输入的统计值来选择第2区域。鉴于在比第2区域宽的区域内修正系数β非偶然性变动，故对比度被增强，则能够通过第2灰度变换部5026所进行的灰度变换来增强更小区域内的局部对比度。此外，针对接近零的灰度值，修正系数β在灰度变换中降低灰度值，因此在灰度值为零附近所分布的噪声不会被过度增强的方面上也是优选的。
另外，第1照明光分布计算部5021和第2照明光分布计算部5024也可以取代基于分别从图像解析部503输入的统计值来分别选择第1区域和第2区域这一动作，而变更这些区域的大小。
此外，第1照明光分布计算部5021也可以根据输入图像信号S2的分辨率来变更第1区域的大小。在此，第1照明光分布计算部5021例如按照与输入图像信号S2的分辨率即显示区域的一边的像素数成比例的方式来规定第1区域的一边的像素数。同样地，第2照明光分布计算部5024也可以根据第1灰度变换图像信号的分辨率来变更第2区域的大小。在此，第2照明光分布计算部5024例如按照与其分辨率成比例的方式来规定第2区域的一边的像素数。由此，与输入图像的分辨率无关地对比度被维持或者被增强的局部区域的大小变为相同，能够使提升图像质量的效果变为同等。
(输出系数γ的决定方法)
其次，说明照明装置控制部501中的输出系数γ的决定方法。
如上所述，照明装置控制部501基于从图像解析部503输入的图像解析结果R1所表示的统计值来决定输出系数γ。例如，输入图像的信号值的平均值越大，则照明装置控制部501越将输出系数γ规定为更大的值。输入图像的信号值的平均值越小，则照明装置控制部501越将输出系数γ规定为更小的值。但是，被规定的输出系数γ是0至1之间的实数。由此，在输入图像信号S2的信号值大、且将照明装置的光量设定为小于基准值的情况下，即便进行灰度变换也能够避免被显示于图像显示部141的图像的亮度下降的问题。
此外，照明装置控制部501也可以基于灰度直方图来规定输出系数γ。例如，在高灰度区域和低灰度区域的像素数比其中间的区域(中间灰度区域)中的像素数多的情况下，照明装置控制部501将输出系数γ规定为根据给出光量的基准值的值而预先规定的范围内的值。由此，亮度的最大值的下降被抑制，因此能够降低以给出高亮度的高灰度区域为主的图像质量的劣化。即便是信号值的平均值与该情况相同或者近似时，照明装置控制部501也能够构成为中间灰度区域中的像素数越多则越将输出系数γ的值规定为更小的值。即便使照明装置的光量少于基准值，也能不使亮度的最大值下降地增强局部对比度来进行灰度变换。由此，在不有损视觉辨别性且能降低耗电量的方面是优选的。
如以上所说明的那样，本实施方式针对输入图像的各像素来计算以该像素为中心的给定区域即第1区域中的明亮度的平均值，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第1照明光分布，并基于第1照明光分布、和照明光强度比给定阈值大时相对于照明光强度而单调减少的第1修正系数，来变换输入图像的各像素的灰度值。进而，本实施方式针对变换输入图像而得到的图像的各像素来计算以该像素为中心的比第1区域小的区域即第2区域中的灰度值的平均值，由此来计算表示灰度变换后的图像中的照明光强度的分布的第2照明光分布，并基于第2照明光分布和相对于照明光强度而单调减少的第2修正系数，来对变换后的图像的灰度值进行变换。此外，在本实施方式中，对伴随着显示图像的图像显示部所具备的照明部的光量所涉及的输出系数的减少而第1修正系数和第2修正系数之积增加的第1修正系数和第2修正系数进行计算。
由此，在灰度变换中图像信号的局部对比度被增强，暗部区域的视觉辨别性得以提升。此外，即便使照明装置的光量比基准值少，也可获得与其光量为基准值的情况同样的视觉辨别性，能够降低耗电量。
(第6实施方式)
其次，说明本发明的第6实施方式。
图24是表示本实施方式所涉及的图像摄像装置150的构成的概要图。针对与第5实施方式的图像显示装置140(参考图17)相同的构成，赋予相同的标号并援引说明。
图像摄像装置150构成为除了图像处理装置500之外还包括摄像元件151、图像显示部152以及图像存储部153。
摄像元件151拍摄被摄体的图像，并生成表示拍摄到的图像的原图像信号。摄像元件151构成为包括例如CCD(Charge Coupled Device；电荷耦合元件)等摄像设备。摄像元件151针对所生成的图像信号进行去马赛克(de-mosaic)等一般图像处理，并将所生成的信号作为输入图像信号S2而输出至图像处理装置500的图像处理部502以及图像解析部503。所谓去马赛克，是指对原图像信号中不存在的颜色信息进行补充来生成表示彩色图像的图像信号的处理。
对于图像显示部152，从照明装置控制部501输入照明装置控制信号C1，并将输出图像信号T5从图像处理部502输入。图像显示部153基于照明装置控制信号C1所表示的输出系数γ来调整照明装置的光量，并显示输出图像信号T5所表示的图像。
在图像存储部153中，存储有从图像处理部502输入的输出图像信号T5。图像存储部153构成为包括例如闪存、硬盘等存储设备。
由此，能够实现可以摄影提升暗部区域的视觉辨别性并且提升了局部对比度的视觉辨别性高的高图像质量的图像的图像摄像装置150。图像摄像装置150也可以针对图像处理部502所输出的输出图像信号T5执行伽马修正、颜色变换、轮廓增强等一般图像处理。
另外，上述的第1修正系数计算部5022和第2修正系数计算部5025也可以作为一体化的修正系数计算部来构成。此外，第1修正系数计算部5022也可以作为第1灰度变换部5023的一部分来包含。此外，第2修正系数计算部5025也可以作为第2灰度变换部5026的一部分来包含。
如以上所说明的那样，根据本实施方式，能够获得与上述第5实施方式同样的效果。
(第7实施方式)
其次，说明本发明的第7实施方式。
本实施方式所涉及的图像显示装置(未图示)的概要构成与图像显示装置140(参考图17)相同。但是，本实施方式所涉及的图像显示部141(参考图17)具备多个光源作为照明装置。该图像显示部141能够按照显示图像的显示面被分割后的多个区域的各区域，独立地控制各个光源所放射的光量。
图25是表示本实施方式所涉及的照明装置的光源的配置例的图。
在图25中，横长的长方形的外框表示照明装置的外框。
外框的内部中的二维平面内所排列的圆分别表示光源。外框的左上端的光源2500是照明装置所具备的多个光源之中的一个。
另外，在本实施方式中，能独立地控制光量的单位既可以为一个光源的每个，也可以为预先规定的数量的多个光源的每个。此外，多个光源也可以被配置在照明装置的上下左右的端部的全部或者一部分中的一维的线段上。
图26是表示本实施方式所涉及的图像显示部141的像素的配置例的图。
在图26中，横长的长方形的外框表示图像显示部141中的图像显示面的外框。外框的内部中的二维平面内所排列的细密的四边形分别表示像素。在图26的左上端被涂盖的区域2600是与可独立地控制光量的光源2500对应的区域。即，区域2600是主要从光源2500供应光的区域。区域2600所显示的图像的明亮度主要根据光源2500的光量来控制。
因此，在本实施方式中，照明装置控制部501(参考图17)按照每个光量控制区域来决定光量。所谓光量控制区域，是指与能独立地控制光量的光源的各单位对应的区域。即，光量控制区域相当于将显示图像的显示区域分割为多个的部分区域的各个区域。照明装置控制部501例如基于被输入至图像处理装置500的输入图像信号S2，按照每个光量控制区域来计算照明光分布。照明装置控制部501将对属于各个光量控制区域的信号值进行平均化所得的灰度值作为照明光分布来计算。所计算出的照明光分布越大，则照明装置控制部501越规定大的输出系数γ。照明装置控制部501例如在计算出的照明光分布比预先规定的值大的情况下，按照其光量控制区域所涉及的光源的光量变得比基准值多的方式来规定输出系数γ。照明装置控制部501在所计算出的照明光分布比预先规定的值小的情况下，按照其光量控制区域所涉及的光源的光量变得比基准值少的方式来规定输出系数γ。
但是，在基准值为预先规定的最大值、且所计算出的照明光分布比预先规定的值大的情况下，照明装置控制部501按照其光量控制区域所涉及的光源的光量成为基准值的方式来规定输出系数γ。
也就是说，在图像处理部502(参考图23)中，第1修正系数计算部5022基于输入图像信号S2的照明光分布Y1和按照每个光量控制区域而规定的修正系数γ来计算修正系数α，第1灰度变换部5023使用修正系数α来对输入图像信号S2进行灰度变换。此外，第2修正系数计算部5025基于第一灰度变换信号的照明光分布Y2和按照每个光量控制区域而规定的修正系数γ来计算修正系数β，第2灰度变换部5026使用修正系数β来对第1灰度变换信号进行灰度变换。
在照明装置控制部501所计算出的照明光分布小的光量控制区域内，照明装置的光量变得比基准值小，但图像处理部502针对该区域如上述那样进行灰度变换，从而局部对比度被增强且视觉辨别性良好的图像被显示于图像显示部152。
(针对耗电量)
其次，说明本实施方式所涉及的图像显示装置140的耗电量。
在本实施方式中，按照多个光量控制区域的每个区域来独立地控制照明装置所具备的光源的光量，一并进行图像处理部502中的灰度处理。不有损视觉辨别性，较之于一样控制所有光源的光量的情况能够削减耗电量。其原因在于，在本实施方式中，能够降低照明光分布的灰度值低的光量控制区域所涉及的光源的光量。
一般而言，若输入图像信号S2的信号值较大，则当过于减少光源的光量时，即便进行灰度变换，亮度也会低于所期待的亮度。因而，当使光源的光量极端地减少时，有可能损害视觉辨别性。在一样控制所有光源的光量的情况下，针对所有光源无法使光量极端地减少，耗电量的削减量受到限制。
相对于此，在本实施方式中，在照明光分布的灰度值高的光量控制区域(亮部区域)内光量的下降被抑制，在照明光分布的灰度值低的光量控制区域(暗部区域)内使光量充分地下降。由此，在亮部区域内亮度被维持在较高的状态，相对于此，与暗部区域对应的光源的光量被更大幅度地降低。
另外，照明装置控制部501也可以基于光量控制区域内的对比度来规定输出系数γ。输出系数γ是如上述那样控制光源的光量的参数。在此，照明装置控制部501按照每个光量控制区域，基于输入图像信号S2的灰度值来计算表示局部对比度的程度的指标值。作为该指标值，例如有灰度值的最大值与最小值的差分、灰度值的方差等。计算出的指标值所表示的局部对比度越强，照明装置控制部501越规定进一步减少光源的光量的输出系数γ。照明光分布的灰度值即便是相同的值，也是局部对比度强的光量控制区域较之于局部对比度弱的光量控制区域，光源的光量更少。因而，能够按照每个光量控制区域维持输出图像的视觉辨别性的同时减少光源的光量来降低耗电量。
一般而言，灰度值越大、或者光源的光量越多，则亮度变得越高。在此，示出输出像素的亮度的一例。
图27是表示输出图像的亮度的一例的概念图。
在图27中，横轴表示灰度值，纵轴表示亮度。在图27中，曲线2700是表示光量为基准值的情况下的亮度的曲线。该曲线2700所示的亮度代表所期待的亮度。曲线2701是表示光量为基准值的1/4的情况下的亮度的曲线。在此，灰度值X1在光量为基准值的情况下，作为亮度的值而获得MAX/4的灰度值。MAX是在光量为基准值、且灰度值为其最大值XMAX的情况下所得的亮度的值。在光量为基准值的1/4、且灰度值为其最大值XMAX的情况下，作为亮度的值也获得MAX/4。即，图27表示即便使光量减少至基准值的1/4，通过将X1的灰度值灰度变换为最大值XMAX，作为所期待的亮度的值也可获得MAX/4。
但是，如上述，局部对比度强的区域，尤其是灰度值比周边像素的灰度值非偶然性高的像素在人类的视觉特性上被明亮地察觉。在此，示出输出图像信号T5的灰度值的一例。
图28是表示输出图像信号T5的灰度值的一例的概念图。
图28在横轴示出像素的位置，在纵轴示出灰度值。原点为图像显示部141的图像显示面上的1点例如左上端。在图28的中央部，示出比其他灰度值显著大的灰度值。相对于此，其他灰度值较之于最大值XMAX而取接近0的小值。即，图28所示的灰度值的分布表示在暗部区域内包含具有比其他灰度值显著大的灰度值的像素。在这种情况下，若减少光源的光量，则具有该大灰度值的像素以比所期待的亮度低的亮度来显示。但是，该灰度值与周边的灰度值之差即局部对比度大。因而，具有该大灰度值的像素在人类的视觉上被明亮地察觉。
这样，根据本实施方式，基于作为输出系数的、针对将显示图像的显示区域进行了分割后的多个部分区域的各个区域而计算的输出系数，来计算第1修正系数和第2修正系数。即，按照与能独立地控制光量的多个光源分别对应的各个区域，基于图像信号来计算照明光分布，并基于所计算出的照明光分布来控制光量。此外，基于所计算出的照明光分布来进行灰度变换。由此，能够增强输出图像的局部对比度，即便使光源的光量比基准值少，也能提升暗部区域的视觉辨别性。此外，通过减少光源的光量，从而能够进一步降低耗电量。
(第8实施方式)
其次，说明本发明的第8实施方式。
说明本实施方式所涉及的图像显示装置160的构成。
图29是表示本实施方式所涉及的图像显示装置160的构成的概要图。
图像显示装置160构成为包括图像处理装置600以及图像显示部161。图像处理装置600构成为包括照明装置控制部601、图像处理部602、图像修正部603以及图像解析部604。
图像处理部602以及图像解析部604分别具备与图像处理部502以及图像解析部503(参考图17)同样的构成。照明装置控制部601与第7实施方式所涉及的照明装置控制部501同样地，基于从图像解析部604输入的图像解析结果R2所表示的统计量来规定照明装置所具备的多个光源的光量。照明装置控制部601针对该多个光源来规定用于获得按照每个可独立地控制的光源而规定的光量的输出系数γ。照明装置控制部601将表示输出系数γ的照明装置控制信号C2输出至图像处理部602、图像显示部161以及图像修正部603。
以下，主要说明与上述的实施方式的差异点。
图像修正部603针对从图像处理部602输入的输出图像信号，基于从照明装置控制部601输入的照明装置控制信号C2来进行修正处理。图像修正部603所进行的修正处理，在从图像处理部602直接输入了输出图像信号时是降低图像显示部161所显示的输出图像的亮度不均的处理。所谓“亮度不均”，是指光量控制区域所对应的光源与像素的位置关系引起的亮度的变化，仅利用每个像素的灰度值是无法说明的。针对“亮度不均”的示例、降低“亮度不均”的处理将在后面叙述。图像修正部603将通过修正处理而修正后的输出图像信号T6输出至图像显示部161。
(输出图像信号的亮度的示例)
在此，说明从图像处理部602输入的输出图像信号的灰度值的示例。
图30是表示输出图像信号的灰度值的其他示例的概念图。
图30在横轴示出像素的位置，在纵轴示出灰度值。横轴的正下方所示的两根双箭头分别表示光量控制区域3000、3001。光量控制区域3000、3001彼此相邻地配置。即，横轴所示的像素分别是属于光量控制区域3000、3001当中的任一者的像素。
在图30所示的示例中，属于光量控制区域3000的像素的灰度值分别是较之于最大值XMAX更接近零的值。相对于此，属于光量控制区域3001的像素的灰度值分别是较之于零更接近最大值XMAX的值。在光量控制区域3000和3001之间，灰度值有显著的差异。
其次，说明照明装置的亮度的示例。
图31是表示照明装置的亮度的示例的概念图。
图31在横轴示出像素的位置，在纵轴示出照明装置的亮度。横轴的正下方所示的两根双箭头分别表示上述的光量控制区域3000、3001。
该示例所示的亮度是在较之于光量控制区域3000所涉及的光源而光量控制区域3001所涉及的光源的光量更多的情况下获得的照明装置的亮度分布。图31所示的亮度在光量控制区域3000和3001之间光量不同，在光量控制区域3000和3001的边界处缓慢变化。该变化比图30所示的灰度值的变化缓慢。即，边界附近的照明装置的亮度受到相邻的多个光量控制区域所涉及的光源放射的光的影响，该光量控制区域的边界附近处的亮度将发生缓慢变化。该亮度的变化为“亮度不均”。
其次，说明输出图像的亮度的其他示例。
图32是表示输出图像的亮度的其他示例的概念图。
在图32中，纵轴表示输出图像的亮度，横轴表示像素的位置，横轴的正下方所示的箭头分别表示光量控制区域3000、3001，横轴和横轴的正下方所示的箭头与图30、31中的箭头相同。在该示例中，各光源的光量与图31所示的示例相同，输出图像信号与图30所示的示例相同。
图32所示的亮度在光量控制区域3000和3001之间的边界，值的变化的程度最显著。但是，该值的变化比图30所示的灰度值的变化缓慢。该缓慢的亮度变化作为“亮度不均”而产生。
因此，图像修正部603例如按照增强跨越光量控制区域的边界的灰度值的差分的方式来进行修正处理。由此，相邻的光量控制区域所涉及的光源放射的光所带来的影响得以降低。因而，在光量控制区域间的光量的差分所引起的“亮度不均”得以降低。
其次，说明修正后的输出图像信号T6的灰度值的一例。
图33是表示修正后的输出图像信号T6的灰度值的一例的概念图。
在图33中，纵轴、横轴、横轴的正下方所示的箭头分别与图30中的箭头相同。
图33所示的灰度值是针对具有图30所示的灰度值的输出图像信号进行修正处理而生成的信号的灰度值。在图33中，属于光量控制区域3000的像素的灰度值越接近与光量控制区域3001的边界则越减少。相对于此，属于光量控制区域3001的像素的灰度值越接近与光量控制区域3000的边界则越增加。其结果，跨越光量控制区域3000和3001之间的边界的灰度值的差分被增强。在此，跨越该边界的灰度值的平均值在修正处理前后几乎没有变化。
其次，说明修正后的输出图像所涉及的亮度的一例。
图34是表示修正后的输出图像的亮度的一例的概念图。
在图34中，纵轴、横轴、横轴的正下方所示的箭头分别与图31中的箭头相同。
图34所示的亮度是图33所示的输出图像信号T6所涉及的输出图像的亮度。在图34中，在光量控制区域3000和3001之间的边界，亮度的变化与图30中的灰度值的变化相同，都较为陡峭。即，图34表示按照在光量控制区域3000和3001之间的边界处增强灰度值的变化的方式来进行修正处理，从而能够降低进而消除图32所示的“亮度不均”。例如，在图像修正部603中预先存储将图31所示的每个像素的亮度换算成灰度值的修正系数，对于每个像素的灰度值除以所存储的修正系数，从而能够实现修正处理。此外，在图像修正部603中预先存储使图33所示的每个像素的灰度值进行了归一化的修正系数，对于每个像素的灰度值乘以所存储的修正系数，从而也能够实现修正处理。
在本实施方式中，也可以针对某光量控制区域所涉及的光源(光源的位置)而预先取得表示每个像素(像素的位置)的亮度的关系的亮度信息。图像修正部603按照降低该亮度信息所表示的“亮度不均”的方式，对输出图像信号进行修正处理。图像修正部603在修正处理中，例如参考预先存储的LUT，对输出图像信号中所包含的每个像素的灰度值进行灰度变换。如后述，即便在一个光量控制区域中，也会因像素的位置而使得从光源到达的光的强度不同，故产生亮度的差异。像素的位置的不同所引起的亮度的差异也是亮度不均的一个形态。即，在灰度变换中，预先按照每个像素取得补偿亮度差异的修正系数，图像修正部603将在灰度变换中取得的修正系数与灰度值相乘。
在此，示出本实施方式所涉及的光源和像素的配置的一例。
图35是表示本实施方式所涉及的光源和像素的配置的一例的概念图。
图35(a)表示光源3500和与光源3500对应的光量控制区域3501。表示光量控制区域3501的四边形中所包含的多个细密的四边形分别表示像素。光源3500被配置在光量控制区域3501的大致中央。
图35(b)表示每个像素的亮度的一例。在图35(b)中，横轴表示像素的位置，纵轴表示亮度。图35(b)所示的亮度是经过图35(a)的线段3502的每个像素的亮度。图35(b)中的各像素的水平方向的位置与图35(a)中的各像素的水平方向的位置建立了对应。在图35(b)中，在光源3500的中央亮度最高，在靠近其中央的像素中亮度的变化平缓。相对于此，在靠近光量控制区域3501的端部的像素中，亮度的变化显著，近似零。
因此，图像修正部603将在遍及光量控制区域整体而为恒定的灰度值、恒定的光量(输出系数γ、例如1)的基础上提供亮度不依赖于像素(位置)而成为恒定(平坦)的灰度值的每个像素的修正系数，作为LUT来预先存储。在图像修正部603中，从所存储的LUT之中读出每个像素的修正系数，按照输出图像信号中所包含的每个像素来相乘灰度值和所读出的修正系数，由此来进行灰度变换。进而，图像修正部603在变换后的灰度值上进一步相乘输出系数γ。
在上述中以相乘修正系数的情况为例来进行了说明，但也可以在图像修正部603中取代上述修正系数而存储该修正系数的倒数。在此情况下，在图像修正部603中，在灰度变换中对于灰度值除以所存储的倒数。
另外，如上所述，特别在光量控制区域的边界附近的像素中，除了该像素所属于的光量控制区域所涉及的光之外，还照射不同的光量控制区域所涉及的光源放射的光。因此，图像修正部603也可以对带来不同的光量控制区域所涉及的光源所引起的亮度的分量的灰度值进行合成来计算合成值，并按照所计算出的合成值给出目标亮度的方式来进行灰度变换。由此，不同的光量控制区域所涉及的光源所引起的“亮度不均”的影响被降低。
在此，说明本实施方式所涉及的光源和像素的配置的其他示例。
图36是表示本实施方式所涉及的光源和像素的配置的其他示例的概念图。
在图36中，四个圆分别表示光源3600、3602、3604、3606。分别在中心包含四个圆的四边形的区域是与光源3600、3602、3604、3606分别对应的光量控制区域3601、3603、3605、3607。在此，对在光量控制区域3601的右下端用斜线涂盖的小四边形的区域所涉及的像素3608进行关注。
在像素3608中，除了该像素所属的光量控制区域3601所涉及的光源3600之外，还照射光源3602、3604、3606放射的光。
图像修正部603预先测量根据所关注的光量控制区域而预先规定的范围的其他光量控制区域(例如相邻光量控制区域)的各个区域所涉及的光源所带来的亮度。预先在一定的灰度值、光量(输出系数γ、例如1)的基础上按照所关注的光量控制区域中的每个像素(关注像素)来进行测量。被测量的亮度(亮度的分量)表示相对于关注像素中的亮度而其他光量控制区域的各个区域所涉及的光源放射的光所带来的影响的程度。在图像修正部603中，对于将在给定的光量的基础上测量出的亮度换算成灰度值所得的合成系数(修正系数)，按照各像素以及其他光量控制区域的每个光源，作为LUT而预先存储。此外，图像修正部603将合成值和给出目标亮度的灰度值(目标灰度值)建立对应地预先存储至LUT。合成值是将在给定的光量的基础上从其他光量控制区域到达的光所带来的亮度换算成灰度值的值。
图像修正部603按照所关注的光量控制区域中的每个像素、其他光量控制区域的每个光源，从所存储的LUT之中读出合成系数。图像修正部603将读出的合成系数与输出系数γ相乘，来计算其他光量控制区域的每个光源的亮度的分量。图像修正部603遍及其他光量控制区域而相加所计算出的亮度的分量，计算作为其总和的合成值。图像修正部603从LUT之中读出与所计算出的合成值对应的目标灰度值，由此来进行灰度变换。
由此，其他光量控制区域的每个光源的亮度的影响被修正为目标亮度，因此在光量控制区域的边界附近易于发生的“亮度不均”得以降低。
另外，在一样控制照明装置的光量的图像显示装置140(参考图17)中也可引起输出图像的“亮度不均”。该“亮度不均”例如起因于光源的输入输出特性的个体差、光量控制区域与对应的光源的位置关系。因此，在图像显示装置140中也可以具备上述的图像修正部603，并将针对图像处理部502所生成的输出图像信号进行上述修正处理后的输出图像信号输出至图像显示部141。
由此，能够降低“亮度不均”。
在本实施方式中，也可以在图像修正部603中针对输入图像信号S2进行上述修正处理，并将进行修正处理后的输入图像信号输出至图像处理部602。图像处理部602将所生成的输出图像信号输出至图像显示部161。但是，由于基于进行修正处理后的输入图像信号来计算照明光分布，因此不同于原始的输入图像信号S2而受到与关注像素不同的像素的灰度值的影响。为此，图像处理部602如上述那样仅基于原始的输入图像信号S2的灰度值来进行处理是优选的。
如此，在本实施方式中，预先按照每个像素来存储表示部分区域(光量控制区域)所对应的每个光源的亮度和灰度值的关系的修正系数，并基于修正系数来修正已进行过灰度变换的灰度值。由此，能够降低部分区域所对应的光源和像素的位置关系所引起的亮度的变化(亮度不均)，从而显示视觉辨别性优异的输出图像。
另外，也可以由计算机来实现上述的实施方式中的图像处理装置100、200、300、400、500、600、图像显示装置110、140、160、图像摄像装置120、150、以及图像印刷装置130的一部分或者全部。在此情况下，也可以通过将用于实现该控制功能的程序记录在计算机可读的记录介质中，使计算机系统读入并执行该记录介质中记录的程序，由此来实现。另外，在此提及的“计算机系统”，是指图像处理装置、图像显示装置、图像摄像装置、或者图像印刷装置所内置的计算机系统，假设包括OS、外围设备等硬件。此外，所谓“计算机可读的记录介质”，是指软盘、磁光盘、ROM、CD-ROM等可移动介质、计算机系统所内置的硬盘等存储装置。进而，“计算机可读的记录介质”也可以包含：如经由因特网等网络、电话线路等通信线路来发送程序的情况下的通信线那样短时间内动态地保持程序的介质；如此时成为服务器、客户端的计算机系统内部的易失性存储器那样一定时间内保持程序的介质。此外，上述程序既可以用于实现前述的功能的一部分，也可以进一步通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合来实现前述的功能。
在通过程序来实现上述第1～第8实施方式的情况下，若使根据所输入的图像来计算照明光分布时的参考像素区域可变，则能够削减处理量，因此优选。在同一场景拍摄同一视角的被摄体的情况下，如果以高分辨率的图像来拍摄，则被摄体的像素数变多，如果以低分辨率的图像来拍摄，则被摄体的像素数变少。另一方面，被摄体占据图像的面积无论分辨率如何均为相同的值。即，若根据图像的分辨率使参考像素区域可变，则能够根据占据图像的面积来计算照明光分布，这具有如下效果，即，无论输入图像的分辨率如何，均使维持、增强对比度的局部区域变为相同，可获得同样的图像质量提升效果。
此外，也可以将上述的实施方式中的图像处理装置100、200、300、400、500、600、图像显示装置110、140、160、图像摄像装置120、150、以及图像印刷装置130的一部分或者全部作为LSI(Large ScaleIntegration；大规模集成电路)等集成电路来实现。图像处理装置、图像显示装置、图像摄像装置、以及图像印刷装置的各功能块既可以单独地进行处理器化，也可以集成一部分或者全部来进行处理器化。此外，集成电路化的手法并不限于LSI，也可以通过专用电路或者通用处理器来实现。此外，随着半导体技术的进步，当出现代替LSI的集成电路化的技术时，也可以使用基于该技术的集成电路。
以上，参考附图来详细地说明本发明的一实施方式，但具体构成并不限于上述，能在不脱离本发明主旨的范围内进行各种设计变更等。
工业实用性
本发明适用于液晶电视、移动电话、数码相机、个人计算机、平板型个人计算机、打印机等。
符号说明
100、200、300、400、500、600  图像处理装置
101、201、301、401、5021  第1照明光分布计算部
102、202、302、402、5022  第1修正系数计算部
103、203、303、403、5023  第1灰度变换部
104、204、304、404、5024  第2照明光分布计算部
105、205、305、405、5025  第2修正系数计算部
106、206、306、406、5026  第2灰度变换部
110、140、160  图像显示装置
111  图像显示部
120、150  图像摄像装置
121、151  摄像元件
122、153  图像存储部
130  图像印刷装置
131  图像印刷部
141、152、161  图像显示部
154  图像修正部
307  图像解析部
308  计算方法存储部
309  计算方法选择部
407  输入部
408  计算方法存储部
409  计算方法选择部
501、601  照明装置控制部
502、602  图像处理部
503、604  图像解析部

Claims (15)

1.一种图像处理装置，具备：
第1照明光分布计算部，其针对输入图像的各像素，计算以该像素为中心的给定区域即第1区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第1照明光分布；
第1修正系数计算部，其针对所述输入图像的各像素，基于所述第1照明光分布来计算第1修正系数，该第1修正系数是在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度单调减少的系数；
第1灰度变换部，其根据所述第1修正系数来变换所述输入图像的各像素的灰度值，由此来进行所述输入图像的灰度变换；
第2照明光分布计算部，其针对由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第1区域小的区域即第2区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第2照明光分布；
第2修正系数计算部，其针对由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素，基于所述第2照明光分布来计算第2修正系数，该第2修正系数是相对于照明光强度单调增加的系数；和
第2灰度变换部，其根据所述第2修正系数来变换由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素的灰度值，由此来执行由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的灰度变换。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，
所述第1修正系数计算部针对所述输入图像的各像素，基于所述第1照明光分布来计算第1修正系数，该第1修正系数是在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度单调减少、且在照明光强度小于给定阈值时相对于照明光强度单调增加的系数。
3.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，其中，
所述第1修正系数计算部以及所述第2修正系数计算部分别计算所述第1修正系数以及所述第2修正系数，以使输出图像的灰度的平均值变得比所述输入图像的灰度的平均值大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像处理装置，其中，
所述第1照明光分布计算部针对输入图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第2区域大的区域即多个第1区域中的明亮度，由此来计算多个所述第1照明光分布，
所述第1修正系数计算部针对所述输入图像的各像素，基于多个所述第1照明光分布来计算所述第1修正系数，
所述第2照明光分布计算部针对由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第1区域小的区域即多个第2区域中的明亮度，由此来计算多个所述第2照明光分布，
所述第2修正系数计算部针对由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像的各像素，基于多个所述第2照明光分布来计算所述第2修正系数。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的图像处理装置，其中，
所述第1修正系数计算部计算所述第1修正系数，以使针对照明光强度最大的像素的所述第1修正系数成为1，
所述第2修正系数计算部计算所述第2修正系数，以使针对照明光强度最大的像素的所述第2修正系数成为1。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像处理装置，其中，
所述图像处理装置还具备：
计算方法存储部，其存储多个所述第1修正系数的计算方法和多个所述第2修正系数的计算方法；和
计算方法选择部，其从所述计算方法存储部所存储的计算方法之中将所述第1修正系数的计算方法和所述第2修正系数的计算方法各选择一个，
所述第1修正系数计算部使用由所述计算方法选择部选择出的所述第1修正系数的计算方法来计算所述第1修正系数，
所述第2修正系数计算部使用由所述计算方法选择部选择出的所述第2修正系数的计算方法来计算所述第2修正系数。
7.根据权利要求6所述的图像处理装置，其中，
所述计算方法选择部按照利用者的指示，从所述计算方法存储部所存储的计算方法之中将所述第1修正系数的计算方法和所述第2修正系数的计算方法各选择一个。
8.根据权利要求6所述的图像处理装置，其中，
所述图像处理装置还具备：图像解析部，其对所述输入图像或者由所述第1灰度变换部进行灰度变换后的图像进行解析，
所述计算方法选择部按照所述图像解析部的解析结果，从所述计算方法存储部所存储的计算方法之中将所述第1修正系数的计算方法和所述第2修正系数的计算方法各选择一个。
9.一种图像显示装置，具备：
权利要求1所述的图像处理装置；和
图像显示部，其显示由所述第2灰度变换部进行灰度变换后的图像。
10.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中，
所述第1修正系数计算部以及所述第2修正系数计算部根据所述图像显示部的明亮度来分别计算所述第1修正系数以及所述第2修正系数。
11.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中，
所述图像显示部具备放出光的照明部，
所述第1修正系数计算部以及所述第2修正系数计算部针对由所述照明部放出的光的光量，分别计算所述第1修正系数以及所述第2修正系数，其中，伴随着所述光量相对于所述照明部所能放出的光的最大光量的比率即输出系数的减少，所述第1修正系数与所述第2修正系数之积增加。
12.一种图像摄像装置，具备：
权利要求1所述的图像处理装置；和
摄像元件，其拍摄所述输入图像。
13.一种图像印刷装置，具备：
权利要求1所述的图像处理装置；和
图像印刷部，其印刷由所述第2灰度变换部进行灰度变换后的图像。
14.一种灰度变换方法，包含：
针对输入图像的各像素，计算以该像素为中心的给定区域即第1区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第1照明光分布的步骤；
针对所述输入图像的各像素，基于所述第1照明光分布来计算第1修正系数的步骤，该第1修正系数是在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度单调减少的系数；
根据所述第1修正系数来变换所述输入图像的各像素的灰度值，由此来进行所述输入图像的灰度变换的步骤；
针对所述灰度变换后的图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第1区域小的区域即第2区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第2照明光分布的步骤；
针对所述灰度变换后的图像的各像素，基于所述第2照明光分布来计算第2修正系数的步骤，该第2修正系数是相对于照明光强度单调增加的系数；和
根据所述第2修正系数来变换所述灰度变换后的图像的各像素的灰度值，由此来进行所述灰度变换后的图像的灰度变换的步骤。
15.一种程序，其中，用于使计算机执行下述步骤：
针对输入图像的各像素，计算以该像素为中心的给定区域即第1区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第1照明光分布的步骤；
针对所述输入图像的各像素，基于所述第1照明光分布来计算第1修正系数的步骤，该第1修正系数是在照明光强度为给定阈值以上时相对于照明光强度单调减少的系数；
根据所述第1修正系数来变换所述输入图像的各像素的灰度值，由此来进行所述输入图像的灰度变换的步骤；
针对所述灰度变换后的图像的各像素，计算以该像素为中心的比所述第1区域小的区域即第2区域中的明亮度，由此来计算表示所述输入图像中的照明光强度的分布的第2照明光分布的步骤；
针对所述灰度变换后的图像的各像素，基于所述第2照明光分布来计算第2修正系数的步骤，该第2修正系数是相对于照明光强度单调增加的系数；和
根据所述第2修正系数来变换所述灰度变换后的图像的各像素的灰度值，由此来进行所述灰度变换后的图像的灰度变换的步骤。
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