CN105993170A - 图像处理装置、摄像装置、图像处理方法以及图像处理程序 - Google Patents

Abstract

一种图像处理装置，具有：增益计算部(31)和增益相乘部(32)，它们针对由多个颜色信号的像素构成的输入图像，以不使饱和度和色相发生变化的方式，按照与每个像素的信号值对应的强度进行信号强调；以及伽马校正部(33)，其根据伽马强调度比基本伽马转换曲线弱的弱伽马转换曲线，按照每个像素对进行了信号强调的多个颜色信号进行灰度转换，上述基本伽马转换曲线是在不进行信号强调的情况下，以使得输出时的中间灰度区域成为适当的信号值的方式进行转换的伽马转换曲线。

Description

图像处理装置、摄像装置、图像处理方法以及图像处理程序

技术领域

本发明涉及能够对由多个颜色信号的像素构成的图像进行灰度转换的图像处理装置、摄像装置、图像处理方法以及图像处理程序。

背景技术

以往提出有对拍摄所得的图像进行灰度转换以便在显示装置中显示适当灰度的图像或者利用打印装置打印适当灰度的图像的技术。

但是，在所输入的图像由多个颜色信号构成的情况下，当按照各个颜色信号的每一个进行灰度转换时，饱和度和色相会发生变化。即，这是因为由于伽马转换为非线形的转换，所以例如当对所输入的3原色的信号RGB进行伽马转换γ()时，转换前的颜色信号比R：G：B和转换后的颜色信号比γ(R)：γ(G)：γ(B)通常不一致，在伽马转换γ()中饱和度和色相成为无法被保存的量。

因此，提出了虽然进行亮度成分的灰度转换，但是对饱和度和色相则抑制变化的技术。

例如，日本特许公报第2748678号记载的技术根据多个颜色信号R、G、B，首先制作亮度信号Y，并根据亮度信号Y与对亮度信号Y进行了伽马转换后的信号Y’的比Y’/Y来计算校正系数K。而且，通过将计算出的校正系数K分别与多个颜色信号R、G、B相乘，计算灰度转换后的颜色信号R’、G’、B’。由于这样乘以共同的校正系数K后的灰度转换后的颜色信号R’、G’、B’的颜色信号比R’：G’：B’与灰度转换前的颜色信号比R：G：B相同，所以，饱和度和色相不会因灰度转换而发生变化。

此外，日本专利公报第5248928号记载的技术将图像分割为多个区域，计算各个区域的平均亮度值，平均亮度值越大，将动态范围扩大率设定得越大。而且，动态范围扩大率越大，使用对高亮度区域越进行压缩并对中亮度区域越进行级别放大的灰度曲线。并且，动态范围扩大率越大且高亮度区域的数量越多，越增大增益校正量、光圈值校正量、快门速度校正量和曝光值校正量中的至少一个。在该公报所记载的技术中，这样对动态范围进行扩大。

伽马转换曲线(例如，上述日本特许公报第5248928号所记载的伽马转换曲线)是以下形状：通常越是低亮度区域，斜率越大，随着向高亮度区域行进，斜率逐渐变小。当使用这样的伽马转换曲线进行灰度转换时，尤其是在伽马转换曲线的斜率变小的高亮度侧，容易产生饱和度下降。

首先，在无彩色的R＝G＝B的情况下，转换前的颜色信号比R：G：B和转换后的颜色信号比γ(R)：γ(G)：γ(B)均为1：1：1而相等。

与此相对，在颜色信号R、G、B中的至少一个颜色信号的信号值与其他颜色信号的信号值不同的有彩色的情况下，当利用上述伽马转换曲线进行灰度转换时，信号值最高的颜色信号的放大率接近1而成为比较小的值，但是信号值低的颜色信号的放大率远远大于1，所以颜色信号比在转换前后不相等。因此，虽然饱和度和色相发生变化，但是尤其是关于饱和度，由于颜色信号比接近1：1：1，所以可知接近无彩色。

与此相对，在上述日本特许公报第2748678号记载的技术中，虽然由于维持转换前后的颜色信号比而能够避免高亮度灰度区域的饱和度下降，但是由于对于低亮度灰度区域和中间灰度区域也无需维持灰度转换前的色彩平衡，所以产生以下折衷：在低亮度灰度区域和中间灰度区域中在RGB各个颜色的每一个的灰度转换中无法获得如原来期待的适合于监视器显示的颜色再现。

本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种无需尽可能使低亮度灰度区域和中间灰度区域的颜色再现下降，就能够抑制高亮度灰度区域的饱和度下降的图像处理装置、摄像装置、图像处理方法和图像处理程序。

发明内容

用于解决问题的手段

本发明的一个方式的图像处理装置具有：信号强调部，其针对由多个颜色信号的像素构成的输入图像，以不使饱和度和色相发生变化的方式，按照与每个像素的信号值对应的强度进行信号强调；以及伽马校正部，其根据伽马强调度比基本伽马转换曲线弱的弱伽马转换曲线，按照每个像素对由上述信号强调部进行了信号强调的多个颜色信号进行灰度转换，上述基本伽马转换曲线是在不进行上述信号强调部的信号强调的情况下，以使得输出时的中间灰度区域成为适当的信号值的方式进行转换的伽马转换曲线。

本发明的一个方式的摄像装置具有：摄像光学系统，其对被摄体像进行成像；摄像部，其拍摄由上述摄像光学系统成像的被摄体像并生成图像信号；以及上述图像处理装置，其将由上述摄像部生成的图像信号作为上述输入图像。

本发明的一个方式的图像处理方法具有：信号强调步骤，针对由多个颜色信号的像素构成的输入图像，以不使饱和度和色相发生变化的方式，按照与每个像素的信号值对应的强度进行信号强调；以及灰度转换步骤，根据伽马强调度比基本伽马转换曲线弱的弱伽马转换曲线，按照每个像素对通过上述信号强调步骤进行了信号强调的多个颜色信号进行灰度转换，上述基本伽马转换曲线是在不进行上述信号强调步骤的信号强调的情况下，以使得输出时的中间灰度区域成为适当的信号值的方式进行转换的伽马转换曲线。

本发明的一个方式的图像处理程序用于使计算机执行以下步骤：信号强调步骤，以不使饱和度和色相发生变化的方式，以与每个像素的信号值对应的强度对由多个颜色信号的像素构成的输入图像进行信号强调；以及灰度转换步骤，在不进行上述信号强调步骤的信号强调的情况下，根据伽马强调度比基本伽马转换曲线弱的弱伽马转换曲线，按照每个像素对通过上述信号强调步骤进行了信号强调的多个颜色信号进行灰度转换，其中，在基本伽马转换曲线中，以使得输出时的中间灰度区域成为适当的信号值的方式进行转换。

附图说明

图1是示出本发明实施方式1的图像处理装置的结构的框图。

图2是示出上述实施方式1的图像处理部的结构的框图。

图3是示出上述实施方式1的灰度转换部的结构的框图。

图4是示出上述实施方式1的基本伽马转换曲线γ0(x)和弱伽马转换曲线γ1(x)的例子的线图。

图5是示出上述实施方式1中的、使用基本伽马转换曲线γ0(x)对有彩色的信号进行灰度转换时的各个颜色信号的增益的例子的图。

图6是示出上述实施方式1中的函数f(x)的函数形状的线图。

图7是示出在上述实施方式1中按照每个颜色信号使用函数f(x)计算出的增益的例子的线图。

图8是示出上述实施方式1中的作为函数f(x)的近似的函数Knee(x)的形状的线图。

图9是示出在上述实施方式1中使用函数Knee(x)的情况下的、增益g相对于输入信号值x的变化的线图。

图10是示出上述实施方式1的图像处理装置的图像处理的流程图。

图11是示出上述实施方式1的图像处理装置的灰度转换处理的流程图。

图12是示出本发明实施方式2的摄像装置的结构的框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

[实施方式1]

图1至图11是示出本发明的实施方式1的图，图1是示出图像处理装置的结构的框图。

该图像处理装置例如具有：存储器接口(存储器I/F)12、总线13、JPEG处理部14、SDRAM15、图像处理部16、操作部17、闪存18和微型计算机19。

存储器I/F12进行来自记录介质11的图像数据的读出，还根据需要进行向记录介质11的图像数据的写入。

其中，在记录介质11中记录有在摄像装置等中拍摄出的由多个颜色信号(在本实施方式中，假设RGB信号来进行以下的说明，但是不限于此)构成的彩色的图像数据，作为例如RAW图像数据或者作为按照JPEG压缩方式进行了压缩的JPEG图像数据。该记录介质11例如由存储卡或盘状记录介质等构成，能够在存储器I/F12上拆装。所以，记录介质11无需是图像处理装置固有的结构。

总线13是用于将在图像处理装置内的某个部位产生的各种数据或控制信号传输到图像处理装置内的其他部位的传输通道。本实施方式中的总线13与存储器I/F12、JPEG处理部14、SDRAM15、图像处理部16和微型计算机19连接。

JPEG处理部14按照JPEG压缩方式对经由存储器I/F12从记录介质11读出的JPEG图像数据进行压缩，将压缩后的图像数据存储到SDRAM15。此外，JPEG处理部14还进行由图像处理部16进行了处理的图像数据的压缩。在该情况下，JPEG处理部14从SDRAM15读出图像处理后的图像数据，按照JPEG压缩方式进行压缩。根据微型计算机19的控制，经由例如存储器I/F12将压缩后的图像数据记录到记录介质11中。

如上所述，SDRAM15是临时存储图像数据等各种数据的存储部。在从记录介质11读出的图像数据是非压缩的RAW图像数据的情况下，不经过JPEG处理部14的解压缩处理，从存储器I/F12经由总线13存储到该SDRAM15中。

图像处理部16对从SDRAM15读出的图像数据进行各种图像处理，将处理后的图像数据再次存储到SDRAM15。之后将参照图2，对该图像处理部16的结构进行说明。

操作部17用于进行针对该图像处理装置的各种的操作输入，在该图像处理装置由例如个人计算机等构成的情况下，由键盘、鼠标、触摸面板等各种输入设备构成。能够经由该操作部17，进行图像处理的开始和结束的指示或者包含后述的灰度转换的图像处理涉及的各种设定等。

闪存18是非易失性存储由微型计算机19执行的处理程序和该图像处理装置涉及的各种信息的记录介质。其中，作为由闪存18进行存储的信息的一例，可举出在灰度转换处理中使用的伽马转换曲线等图像处理装置的动作所需的各种参数。由该闪存18进行存储的信息通过微型计算机19读取。另外，虽然这里以闪存18为例进行了列举，但是也可以使用硬盘和其他记录介质。

微型计算机19例如构成为CPU，是统一控制该图像处理装置的控制部。在由用户从操作部17进行操作输入后，微型计算机19按照存储在闪存18中的处理程序，从闪存18读入处理所需的参数，执行与操作内容相应的各种序列。

接着，图2是示出图像处理部16的结构的框图。

图像处理部16构成为包含：OB减法部21、白平衡校正部22、同时化处理部23、颜色矩阵运算部24和灰度转换部25。

在图像数据为例如包含有效像素区域的图像数据和光学黑体(OB)区域的图像数据的RAW图像数据的情况下，OB减法部21通过从有效像素区域的图像数据中减去OB区域的图像数据，来降低暗时噪声。此外，在已经对处理对象的图像数据完成OB减法处理的情况下，跳过该处理。

白平衡校正部22进行以下处理：通过对图像数据的R成分、G成分和B成分分别进行增益调整，来调整白平衡。该白平衡调整不仅能够通过自动处理进行，还能够经由操作部17由用户手动进行。

同时化处理部23进行以下同时化处理(也称作去马赛克处理)：例如，通过根据周边像素来求出在关注像素中不存在的颜色成分并进行插值，从而从1个像素中仅存在RGB成分内的1个颜色成分的拜尔排列的图像数据转换为所有像素全部具有RGB的3个颜色成分的图像数据。

颜色矩阵运算部24对同时化处理后的图像数据进行颜色矩阵运算。

灰度转换部25进行灰度转换，使得整个图像的灰度性变得恰当，尤其是使得中间灰度区域的信号值变为适当的输出值范围的信号值。

接着，图3是示出灰度转换部25的结构的框图。

该灰度转换部25具有：增益计算部31、增益相乘部32和伽马校正部33。

首先，增益计算部31和增益相乘部32构成信号强调部，该信号强调部针对由多个颜色信号的像素构成的输入图像，以不使饱和度和色相发生变化的方式，按照与每个像素的信号值对应的强度进行信号强调。

即，增益计算部31根据按照每个像素而输入的颜色信号Rin、Gin、Bin的信号值，计算增益g。

此外，增益相乘部32将按照每个像素而输入的颜色信号Rin、Gin、Bin的每一个与由增益计算部31对该像素计算出的增益g相乘，输出增益相乘后的颜色信号Rg、Gg、Bg。

伽马校正部33根据表示灰度转换特性的伽马转换曲线，对所输入的颜色信号Rg、Gg、Bg进行灰度转换，输出颜色信号Rout、Gout、Bout。

之后将参照图4～图7，对该灰度转换部25的作用更详细地进行说明。

首先，图4是示出基本伽马转换曲线γ0(x)和弱伽马转换曲线γ1(x)的例子的线图。

灰度转换通常不变更信号的动态范围，而是将某个信号值的输入信号转换为其他信号值的输出信号。其中，虽然在灰度转换中，可以使输入信号的动态范围和输出信号的动态范围发生变化，但是这时同时进行灰度转换和动态范围扩大(或者动态范围缩小)变得太过了，所以作为纯粹的灰度转换，只需考虑不变更动态范围的情况就足够了(如果想要使动态范围发生变化，只要作为与灰度转换不同的处理进行即可)。

因此，在图4中，设x轴表示的输入信号的动态范围和y轴表示的输出信号的动态范围为同一个闭区间[0，Cmax]。其中，动态范围的下限值为0，上限值为Cmax(0<Cmax)。作为具体示例，在信号值为取0～1023的10位信号的情况下，动态范围的上限值Cmax为1023。

而且，图4所示的基本伽马转换曲线γ0(x)是用于将输入到灰度转换部25的颜色信号Rin、Gin、Bin灰度转换为适当的灰度的(如上所述，尤其是如中间灰度区域的信号值成为适当的输出值范围的信号值那样的)颜色信号Rout、Gout、Bout的曲线。其中，变数x表示输入信号值。

假设该基本伽马转换曲线γ0(x)以闭区间[0，Cmax]为定义域，与通常的伽马转换曲线大致同样满足如下的数式1、2所示的各个性质和如开区间(0，Cmax)中的数式3、4所示的各个性质(其中，更准确来说，在半开区间[0，Cmax)中满足数式3)。

[式1]

γ0(0)＝0

[式2]

γ0(Cmax)＝Cmax

[式3]

γ0’(x)>0

[式4]

γ0”(x)<0

其中，符号“’”表示一阶微分，符号“””表示二阶微分。

数式1、2表示基本伽马转换曲线γ0(x)的边界条件，更详细而言，表示未通过灰度转换来变更信号的动态范围(例如，不存在如将0～1023的动态范围限制为100～900的动态范围的情况)的边界条件。此外，数式3表示在信号值的大小关系中未产生反转(在曲线上不存在负的斜率的部分，输入信号的信号值的大小关系在输出信号中也被维持)的情况。并且，数式4表示基本伽马转换曲线γ0(x)为向上凸的曲线形状，且是对中间灰度区域的信号值进行提高的转换特性的形状的情况。

基本伽马转换曲线γ0(x)由于通过原点(0，0)和点(Cmax，Cmax)并向上凸，所以在开区间(0，Cmax)中，位于比表示无转换的直线y＝x靠上的位置，并且由于斜率为正，所以位于比y＝Cmax靠下的位置(即，x<γ0(x)<Cmax)。这样，可知基本伽马转换曲线γ0(x)在除数式1、2所示的边界条件以外的中间值处也满足针对输出信号的动态范围的必要条件，并以闭区间[0，Cmax]为值域。

图5是示出使用基本伽马转换曲线γ0(x)对有彩色的信号进行灰度转换时的各个颜色信号的增益的例子的图。其中，有彩色的信号是多个颜色信号(这里为RGB信号)内的至少一个颜色信号取与其他颜色信号不同的信号值的信号。

在该图5中示出颜色信号的信号值为Rin>Gin>Bin的例子(即，红颜色成分最强的信号的例子)。

基本伽马转换曲线γ0(x)的增益g0(x)如下述数式5所示，用输出信号值γ0(x)与输入信号值x的比表示。

[式5]

g0(x)＝γ0(x)/x

而且，由于基本伽马转换曲线γ0(x)是满足数式1～4的条件的向上凸的曲线，所以增益g0(x)成为如图5所示的单调减小的函数，由于如数式2所示动态范围的上限值Cmax的输入值和输出值一致，所以是在动态范围的上限值Cmax处增益为1的函数(另外，虽然在动态范围的下限中，输入值和输出值也一致且为0，但是由于增益是作为极限值被求出的γ0’(0)，所以成为大于1的值)。

在如图5所示的增益g0(x)的情况下，由于利用最高的增益g0b＝g0(Bin)对信号值最小的颜色信号Bin进行放大，利用最低的增益g0r＝g0(Rin)对信号值最大的颜色信号Rin进行放大，且颜色信号之间的比接近1，所以可知饱和度下降(另外，利用中间的增益g0g＝g0(Gin)对中间的颜色信号Gin进行放大。此外，通常，色相也发生若干变化。)。

因此，在本实施方式中，如下构成灰度转换部25。

首先，将伽马强调度比上述这样的基本伽马转换曲线γ0(x)弱的弱伽马转换曲线γ1(x)设定为至少满足数式6、7所示的各个性质和开区间(0，Cmax)中的数式8～10所示的各个性质的曲线(与上述的数式3同样，更准确来说，将弱伽马转换曲线γ1(x)设定为在半开区间[0，Cmax)中满足数式8)。

[式6]

γ1(0)＝0

[式7]

γ1(Cmax)＝Cmax

[式8]

γ1’(x)>0

[式9]

γ1”(x)<0

[式10]

γ0(x)>γ1(x)>x

其中，数式6～9表示弱伽马转换曲线γ1(x)满足与数式1～4所示的基本伽马转换曲线γ0(x)的性质同样的各个性质的情况。

此外，数式10表示弱伽马转换曲线γ1(x)的伽马强调度比基本伽马转换曲线γ0(x)弱。这里是指以下情况：伽马强调度弱的曲线是利用表示无转换的直线y＝x来进行接近的曲线。

而且，如下述数式11所示，将基本伽马转换曲线γ0(x)分解为如图4所示的弱伽马转换曲线γ1(x)与如图6所示的函数f(x)的合成函数。

[式11]

γ0(x)＝γ1(f(x))＝γ1·f(x)

其中，符号“·”表示合成函数。此外，图6是表示函数f(x)的函数形状的线图。

在该情况下，根据如图4所示的基本伽马转换曲线γ0(x)和弱伽马转换曲线γ1(x)，如下述数式12所示，计算出函数f(x)。

[式12]

f(x)＝γ1^(-1)·γ0(x)

其中，符号“^(-1)”表示逆函数。

这样，按照如果在通过函数f(x)对输入信号值x进行转换以后，还通过弱伽马转换曲线γ1(x)进行转换，则获得与通过基本伽马转换曲线γ0(x)对输入信号值x进行了转换时相同的结果的方式，对函数f(x)确定了函数形状。

该函数f(x)满足以下各个性质。

首先，在x＝0时，数式11的左边从数式1变为0。另一方面，如数式8所示，弱伽马转换曲线γ1(x)为单调增加函数，所以在闭区间[0，Cmax]中变为γ1(x)＝0仅是数式6所示的x＝0时。因此，函数f(x)满足以下数式13的性质。

[式13]

f(0)＝0

同样，在x＝Cmax时，数式11的左边从数式2变为Cmax。另一方面，弱伽马转换曲线γ1(x)根据其单调增加性，在闭区间[0，Cmax]变为γ1(x)＝Cmax仅是数式7所示的x＝Cmax时。因此，函数f(x)满足以下数式14的性质。

[式14]

f(Cmax)＝Cmax

此外，由于根据数式10，γ0(x)>γ1(x)，如数式8所示，γ1(x)为单调增加函数，所以γ0(x)＝γ1(y)的y必须大于x，参照数式11可知函数f(x)在开区间(0，Cmax)满足下述数式15的性质的情况。

[式15]

f(x)>x

并且，对函数f(x)的导出函数f’(x)为在开区间(0，Cmax)满足下述数式16所示的性质的单调增加函数的情况进行说明。

[式16]

f’(x)>0

这里，如果假设在开区间(0，Cmax)内存在f’(x)≦0的区间、即函数f(x)的斜率为0或者负的区间，则由于如数式8所示，γ1’(x)为狭义的单调增加函数，所以在使用正的微小量Δx时，存在满足下述数式17的x。

[式17]

γ1(f(x+Δx))≦γ1(f(x))

由于该数式17的左边为γ0(x+Δx)，右边为γ0(x)，所以在基本伽马转换曲线γ0(x)中存在广义的单调减小区间，这与数式3所示的定义矛盾。因此，可知函数f(x)的导出函数f’(x)满足数式16。

并且，以使得将如下述数式18所示的函数f(x)除以x后的函数g(x)(另外，该函数g(x)是施加通过函数f(x)对输入信号值x进行了转换时的增益的函数)

[式18]

g(x)＝f(x)/x

在开区间(0，Cmax)单调减小的方式设定了弱伽马转换曲线γ1(x)。

例如，由符号“^”表示取幂，在0<p0<p1<1时，基本伽马转换曲线γ0(x)为x^(p0)时的弱伽马转换曲线γ1(x)的一例如下述数式19所示。

[式19]

γ1(x)＝x^(p1)

这时，函数g(x)如下述数式20所示，导出函数g’(x)如下述数式21所示。

[式20]

g(x)＝f(x)/x＝x^{(p0/p1)-1}

[式21]

g’(x)＝{f(x)/x}’

＝{(p0/p1)-1}x^{(p0/p1)-2}

在该数式21中，由于{(p0/p1)-1}<0，所以可知函数g(x)＝f(x)/x单调减小。

这样，由于在弱伽马转换曲线γ1(x)中限定的数式6～10的条件比较宽松，所以在满足这些条件的范围内，还能够选择如函数g(x)＝f(x)/x为单调减小函数那样的弱伽马转换曲线γ1(x)。

增益计算部31使用这样的函数f(x)，如下计算增益g。即增益计算部31首先计算被以像素为单位输入的颜色信号Rin、Gin、Bin内的最大的信号值Cin。接着，增益计算部31通过将计算出的最大的信号值Cin代入到数式18的下述数式22来计算增益g，将计算出的增益g输出到增益相乘部32。

[式22]

g＝f(Cin)/Cin

参照数式15可知，通过该数式22计算出的增益g在开区间(0，Cmax)取大于1的值。

增益相乘部32如下述数式23所示将所输入的颜色信号Rin、Gin、Bin的每一个与从增益相乘部32输入的相同增益g相乘，计算增益相乘后的颜色信号Rg、Gg、Bg。

[式23]

Rg＝g×Rin

Gg＝g×Gin

Bg＝g×Bin

这里如果假设使用函数f(x)，按照每个颜色信号Rin、Gin、Bin计算增益gr、gg、gb，则如图7所示，分别成为不同的值，使饱和度和色相发生变化。其中，图7是示出按照每个颜色信号使用函数f(x)计算出的增益的例子的线图。

与此相对，由于在如数式23所示的由增益相乘部32进行的增益相乘处理中，处理前的颜色信号比Rin：Gin：Bin和处理后的颜色信号比Rg：Gg：Bg相等，所以饱和度和色相不会发生变化。

之后，利用伽马校正部33，如下述数式24所示，根据图4所示的弱伽马转换曲线γ1(x)进行灰度转换。

[式24]

Rout＝γ1(Rg)

Gout＝γ1(Gg)

Bout＝γ1(Bg)

这里，如数式11所示，通过函数f(x)对输入信号值x进行转换，并且通过弱伽马转换曲线γ1()对转换结果进行了转换后的结果γ1(f(x))与仅通过基本伽马转换曲线γ0()对输入信号值x进行了转换后的结果γ0(x)相等。与此相对，在如数式23所示将根据最大的信号值Cin如数式22所示地计算出的增益g与各个颜色信号Rin、Gin、Bin相乘的情况下，非最大的信号值的颜色信号Xin(Xin为Rin、Gin、Bin中的任意一个，并满足Xin<Cin)变为如下。

首先，由于施加基于函数f(x)的增益的函数g(x)如上所述为单调减小函数，所以下述数式25所示的关系成立。

[式25]

g＝f(Cin)/Cin<f(Xin)/Xin

因此，如下述数式26所示，

[式26]

f(Xin)＝{f(Xin)/Xin}×Xin

>{f(Cin)/Cin}×Xin＝g×Xin

，将增益g与输入值Xin相乘时的值小于通过函数f(x)对输入值Xin进行了转换时的值。

由于弱伽马转换曲线γ1如数式8所示为单调增加函数，所以在f(Xin)>g×Xin的情况下，下述数式27成立。

[式27]

γ0(Xin)＝γ1(f(Xin))>γ1(g×Xin)

因此，可知非最大的信号值的颜色信号Xin的增益在进行数式23和数式24的处理时小于仅进行基本伽马转换曲线的处理时，抑制了给饱和度(和色相)带来的变化。

另外，使用如图8所示的函数Knee(x)代替使用如图6所示的函数f(x)，作为增益计算部31的增益g计算的变形例。其中，图8是示出作为函数f(x)的近似的函数Knee(x)的形状的线图。

该函数Knee(x)是使函数f(x)与折线形状近似的函数，虽然这里列举了折曲点(xk，yk)位于函数f(x)上的例子，但是可以使用如与函数f(x)例如最小平方近似那样的形状的折线(该情况中的折曲点通常为从函数f(x)上偏离的位置)，还可以使用通过其他适当的方法与函数f(x)近似的折线。此外，这里使用仅存在1个折曲点的折线，但是可以使用存在多个折曲点的折线。

图9示出使用函数Knee(x)的情况下的、增益g相对于输入信号值x的变化的线图。

当使用函数Knee(x)时，增益g如图所示发生线性变化，所以增益计算部31能够对于任意的输入信号值x，通过简单的运算来计算增益g。因此，如图8和图9所示的变形例在要求处理的高速性的图像处理装置或者处理能力较低的具有微型计算机19的图像处理装置(例如，在如之后参照图12所说明的应用于摄像装置的图像处理装置的处理能力有时低于由个人计算机等构成的图像处理装置)中，存在实用性高的优点。

接着，图10是示出图像处理装置中的图像处理的流程图。

在根据微型计算机19的控制开始该处理后，OB减法部21进行从有效像素区域的图像数据中减去OB区域的图像数据的OB减法处理(步骤S1)。

接着，白平衡校正部22进行调整各个颜色成分的增益的白平衡校正，使得白色部分能够看起来为白色(步骤S2)。

并且，同时化处理部23进行以下同时化处理：对在关注像素中不存在的颜色成分进行插值(步骤S3)。

而且，颜色矩阵运算部24对同时化处理后的图像数据进行颜色矩阵运算(步骤S4)。

之后，灰度转换部25进行如参照图11进行说明的灰度转换处理(步骤S5)，从该处理返回未图示的主处理。

接着，图11是示出图像处理装置中的灰度转换处理的流程图。该灰度转换处理是根据微型计算机19的控制主要由灰度转换部25来进行的。

在进入该处理后，灰度转换部25进行每个像素的颜色信号Rin、Gin、Bin的读入、即依次将构成图像数据的各个像素设定为关注像素，进行所设定的关注像素的颜色信号Rin、Gin、Bin的读入(步骤S11)。

增益计算部31计算所读入的颜色信号Rin、Gin、Bin内的最大的信号值Cin(步骤S12)。

并且，增益计算部31如上述的数式22所示，根据最大的信号值Cin来计算增益g，将计算出的增益g输出到增益相乘部32(步骤S13)。

如上述数式23所示，增益相乘部32将所输入的颜色信号Rin、Gin、Bin的每一个与从增益相乘部32输入的相同的增益g相乘，计算增益相乘后的颜色信号Rg、Gg、Bg(步骤S14)。这时，如上所述，处理后的颜色信号Rg、Gg、Bg的饱和度和色相与处理前相比未发生变化。

而且，如上述的数式24所示，伽马校正部33根据如图4所示的伽马强调度比基本伽马转换曲线γ0(x)弱的弱伽马转换曲线γ1(x)来进行灰度转换(步骤S15)。这时，如上所述，与使用基本伽马转换曲线γ0(x)的情况相比，能够抑制饱和度和色相的变化。

之后，判定是否结束关于构成图像数据的全部像素的处理(步骤S16)，在未结束的情况下返回到步骤S11，对下一个像素进行上述这样的处理。

此外，在步骤S16中判定为对全部像素的处理已结束的情况下，从该处理返回到图10所示的处理。

根据这样的实施方式1，由于设置成以不使饱和度和色相发生变化的方式对输入图像进行了信号强调以后，根据伽马强调度比基本伽马转换曲线γ0(x)弱的弱伽马转换曲线γ1(x)对多个颜色信号进行灰度转换，所以无需尽可能使低亮度灰度区域和中间灰度区域的颜色再现下降，就能够抑制高亮度灰度区域的饱和度下降。

这时，由于信号强调部以与每个像素的信号值对应的强度，更详细而言按照每个像素计算对于多个颜色信号内的取最大的信号值的颜色信号的增益，通过将计算出的增益应用于该像素的全部颜色信号，进行信号强调，所以能够防止信号强调后的颜色信号超出颜色的再现区域的情况。

并且，由于信号强调部根据满足数式13、14、16，如f(x)/x单调减小那样的性质的函数f(x)，利用如数式22所示计算出的增益g进行信号强调，所以不会缩小各个颜色信号的动态范围。

而且，由于使用如数式12所示计算出的函数f(x)，所以能够使来自灰度转换部25的输出信号为与通过基本伽马转换曲线γ0(x)进行了灰度转换的情况大致同样的、适当的颜色再现的低亮度灰度区域和中间灰度区域的信号。

[实施方式2]

图12是示出本发明的实施方式2的图，且是示出摄像装置的结构的框图。在该实施方式2中，对与上述实施方式1相同的部分标注相同标号等并适当省略说明，主要仅对不同点进行说明。

本实施方式将上述的实施方式1的图像处理装置应用于例如数字照相机等摄像装置。

即，本实施方式的摄像装置除了图1所示的图像处理装置的结构以为，还具有：镜头41、镜头驱动部42、镜头驱动控制部43、摄像元件44、摄像电路45、A/D转换部46、LCD驱动器47和LCD48。

镜头41是用于使被摄体像在摄像元件44上成像的摄像光学系统，具有对焦镜头和光圈等。

镜头驱动部42驱动镜头41的对焦镜头来进行对焦调整，驱动镜头41的光圈使数值孔径发生变化。

镜头驱动控制部43根据来自微型计算机19的指令，控制镜头驱动部42使其进行镜头41的驱动。

摄像元件44是具有2维状排列的多个像素，拍摄由镜头41成像的被摄体像并生成模拟的图像信号的摄像部。本实施方式的摄像元件44构成为例如将原色拜尔排列的滤色片配置于二维状排列的多个像素的前表面的单板式的摄像元件。另外，摄像元件44当然不限于单板式的摄像元件，也可以为例如在基板厚度方向上对颜色成分进行分离的层叠式的摄像元件。

摄像电路45进行以下等处理：根据所设定的ISO感光度，对从摄像元件44读出的模拟图像进行放大。

A/D转换部46将由摄像电路45进行了处理的模拟图像A/D转换为数字图像。

这样，应用于摄像装置的图像处理装置将由作为摄像部的摄像元件44生成的图像信号作为输入图像。

此外，LCD驱动器47根据微型计算机19的控制，对LCD48进行驱动以显示图像等。

LCD48是显示由该摄像装置拍摄的图像、摄像装置涉及的操作菜单和各种信息等的监视器。

在这样的结构中，微型计算机19作为曝光条件设定部发挥作用，根据从摄像元件44输出的图像信号，计算适当曝光条件，该适当曝光条件包含摄像元件44进行摄像时的曝光时间、镜头41的光圈值和与从摄像元件44输出的图像信号的放大率对应的ISO感光度。而且，微型计算机19在ISO感光度小于规定值的情况下设定计算出的适当曝光条件，在为规定值以上的情况下设定比计算出的适当曝光条件更抑制曝光过度的曝光条件(所谓的曝光不足的曝光条件)。这是因为，在例如夜景等在整个画面中较暗的部分较多的被摄体的情况下，暗部和照明照到的亮部之间的亮度差较大，亮部容易成为曝光过度。

因此，在ISO感光度为规定值以上的情况下，即在被摄体的亮度越需要敏化越暗的情况下，灰度转换部25以提升曝光不足的图像的中间灰度区域的方式进行灰度转换。由此，能够以防止高亮度区域的曝光过度的方式表现灰度，并且能够以更适当的明亮度来观察中间灰度区域和低亮度区域。

另外，虽然在上述中确定了是否根据ISO感光度来抑制曝光过度，但是取而代之，可以对是否根据亮度直方图来抑制曝光过度进行确定。在该情况下，微型计算机19作为曝光条件设定部发挥作用，首先，根据从摄像元件44输出的图像信号，计算适当曝光条件，该适当曝光条件包含摄像元件44进行摄像时的曝光时间和镜头41的光圈值。而且，微型计算机19计算被摄体的亮度直方图，根据计算出的亮度直方图，在判定为被摄体的曝光过度部分的比率小于规定值的情况下设定计算出的适当曝光条件，在判定为规定值以上的情况下设定比计算出的适当曝光条件更抑制曝光过度的曝光条件。

此外，在图像是在抑制曝光过度的曝光条件下拍摄出的图像的情况下，微型计算机19将拍摄所得的图像数据和表示在抑制曝光过度的曝光条件下拍摄出的情况的识别信息记录到记录介质11，作为例如图像文件。由此，从记录介质11读入图像文件的外部的图像处理装置能够对在抑制曝光过度的曝光条件下拍摄出的图像进行适当的灰度转换。

根据这样的实施方式2，在具有摄像光学系统和摄像部的摄像装置中，也能够实现与上述实施方式1大致同样的效果。

此外，在摄像时，根据例如ISO感光度或者亮度直方图，设定减轻曝光过度的曝光条件，所以能够抑制高亮度灰度区域的饱和度下降的情况。

并且，通过与图像数据一起记录表示在抑制曝光过度的曝光条件下拍摄的情况的识别信息，也能够在外部的图像处理装置中适当进行灰度转换处理。

另外，上述的各部可以构成为电路。而且，任意电路只要能够发挥相同的功能，则可以作为单一的电路进行安装，当然也可以安装为组合了多个电路的任意电路。并且，任意电路不限于构成为用于发挥目标功能的专用电路，当然可以为通过使通用电路执行处理程序来发挥目标功能的结构。

此外，上述主要对图像处理装置和具有图像处理装置的功能的摄像装置进行了说明，但是可以是与图像处理装置进行同样处理的图像处理方法，还可以是用于使计算机与图像处理装置执行同样处理的图像处理程序、能够通过记录该图像处理程序的计算机来读取的非暂时性记录介质等。

并且，本发明不仅限于上述实施方式，在实施阶段可以在不脱离其主旨的范围内对结构要素进行变形使其具体化。此外，能够通过上述实施方式公开的多个结构要素的适当组合形成各种发明的方式。例如，可以从实施方式所示的全部结构要素中删除几个结构要素。并且，可以适当组合不同实施方式的结构要素。这样，当然能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种变形和应用。

本申请以2015年1月6日在日本申请的日本特愿2015-001054号为优先权主张的基础进行申请，上述所公开的内容在本申请说明书、权利要求书、附图中被引用。

Claims (9)

1.一种图像处理装置，其特征在于，具有：

信号强调部，其针对由多个颜色信号的像素构成的输入图像，以不使饱和度和色相发生变化的方式，按照与每个像素的信号值对应的强度进行信号强调；以及

伽马校正部，其根据伽马强调度比基本伽马转换曲线弱的弱伽马转换曲线，按照每个像素对由上述信号强调部进行了信号强调的多个颜色信号进行灰度转换，上述基本伽马转换曲线是在不进行上述信号强调部的信号强调的情况下，以使得输出时的中间灰度区域成为适当的信号值的方式进行转换的伽马转换曲线。

2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，

上述信号强调部按照每个像素计算对于多个颜色信号内的取最大信号值的颜色信号的增益，并将该增益应用于该像素的全部颜色信号，来进行信号强调。

3.根据权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于，

上述信号强调部通过针对构成上述输入图像的全部像素分别进行如下的处理，来进行信号强调：该处理是将利用函数f(x)、按照g＝f(Cin)/Cin而计算出的增益g应用于某个像素的全部颜色信号，其中上述函数f(x)是如下的函数：

在设颜色信号的动态范围的下限值为0、上限值为Cmax、该某个像素的多个颜色信号内的取最大值的颜色信号的信号值为Cin时，满足以下条件：

f(0)＝0

f(Cmax)＝Cmax

f’(x)>0，

且f(x)/x单调减小。

4.根据权利要求3所述的图像处理装置，其特征在于，

在将上述基本伽马转换曲线表示为γ0(x)、上述弱伽马转换曲线表示为γ1(x)、该弱伽马转换曲线γ1(x)的逆函数表示为γ1^(-1)(x)时，上述函数f(x)被计算为

f(x)＝γ1^(-1)·γ0(x)。

5.一种摄像装置，其特征在于，具有：

摄像光学系统，其对被摄体像进行成像；

摄像部，其对由上述摄像光学系统成像的被摄体像进行摄像而生成图像信号；以及

权利要求1所述的图像处理装置，其将由上述摄像部生成的图像信号作为上述输入图像。

6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，该摄像装置还具有：

曝光条件设定部，其根据从上述摄像部输出的图像信号，计算包含上述摄像部进行摄像时的曝光时间、上述摄像光学系统的光圈值、与从上述摄像部输出的图像信号的放大率对应的ISO感光度的适当曝光条件，在上述ISO感光度小于规定值的情况下设定上述适当曝光条件，在上述ISO感光度为规定值以上的情况下设定比上述适当曝光条件更抑制死白的曝光条件。

7.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，该摄像装置还具有：

曝光条件设定部，其根据从上述摄像部输出的图像信号，计算包含上述摄像部进行摄像时的曝光时间和上述摄像光学系统的光圈值的适当曝光条件，并且计算被摄体的亮度直方图，根据计算出的亮度直方图，在判定为被摄体的死白部分的比率小于规定值的情况下，设定上述适当曝光条件，在判定为被摄体的死白部分的比率在规定值以上的情况下设定比上述适当曝光条件更抑制死白的曝光条件。

8.一种图像处理方法，其特征在于，具有：

信号强调步骤，针对由多个颜色信号的像素构成的输入图像，以不使饱和度和色相发生变化的方式，按照与每个像素的信号值对应的强度进行信号强调；以及

灰度转换步骤，根据伽马强调度比基本伽马转换曲线弱的弱伽马转换曲线，按照每个像素对通过上述信号强调步骤进行了信号强调的多个颜色信号进行灰度转换，上述基本伽马转换曲线是在不进行上述信号强调步骤的信号强调的情况下，以使得输出时的中间灰度区域成为适当的信号值的方式进行转换的伽马转换曲线。

9.一种图像处理程序，其中，该图像处理程序用于使计算机执行：

信号强调步骤，针对由多个颜色信号的像素构成的输入图像，以不使饱和度和色相发生变化的方式，按照与每个像素的信号值对应的强度进行信号强调；以及

灰度转换步骤，根据伽马强调度比基本伽马转换曲线弱的弱伽马转换曲线，按照每个像素对通过上述信号强调步骤进行了信号强调的多个颜色信号进行灰度转换，上述基本伽马转换曲线是在不进行上述信号强调步骤的信号强调的情况下，以使得输出时的中间灰度区域成为适当的信号值的方式进行转换的伽马转换曲线。