CN1965570A - 图像处理装置、方法和程序 - Google Patents

Abstract

提供了一种能够执行压缩以便在不恶化锐度的情况下改善对比度的图像处理装置、方法、和程序。加法器(33)通过加法器(25)至乘法器(32)计算辉度分量的相加/相减剩余量T(L)。加法器(34)将T(L)相加到原始辉度分量，以计算增益最佳辉度分量T(L)′。孔径控制器(23)基于反射增益系数计算部件(35)所确定的应用区域而执行孔径校正，该孔径校正取决于辉度分量电平。加法器(37)将T(L)′相加到孔径校正之后的纹理分量。这样，有可能获得动态范围压缩之后的亮度信号Y2。HPF(41)到加法器(43)使低电平部分的色度信号经历LPF处理。这样，有可能获得动态范围压缩之后的色度信号C2。本发明可应用于数字摄像机。

Description

图像处理装置、方法和程序

技术领域

本发明涉及一种能够适当地压缩所捕获的数字图像的图像处理设备、方法和程序。

背景技术

到目前为止，在数字图像记录设备中，例如在数字摄像机等中，利用灰度级转换的对比增强(contrast-enhanced)方法已经被认为是这样的方法，其用于适当地压缩由固态成像器件所捕获并被A/D(模拟到数字)转换的数字图像的输入范围，以便在没有损失对比感觉(光与影中的差异)和锐度(边界的清晰度)的情况下将图像转换到记录范围内。

作为这个对比增强方法的典型方法，例如，已经提出了一种色调曲线(tone-curve)调整方法，其中通过具有预定输入/输出关系的函数(接下来，称为电平转换函数)来转换图像的每个像素的像素电平；或者一种称为“直方图均衡”的方法，其中根据像素电平的频率分布而自适应地改变该电平转换函数。

当使用这些对比增强方法时，存在的问题在于，仅在图像的整个动态范围(最高电平和最低电平之间的差)中的部分亮度区域中不能改善对比度。相反地，存在的问题在于：在色调曲线调整的情况中的图像的最亮部分和最暗部分、以及在直方图均衡情况中的具有小频率分布的亮度区域附近，对比度已经降低。此外，在对比增强方法中，存在的问题在于：在包括高频信号的边缘附近的对比度也被增强，引入了不自然的放大，并因此不能防止图像质量的恶化。

因此，例如，专利文献1已经提出了这样一种技术：在保持输入图像数据之中具有像素值的急剧改变的边缘的同时，通过放大除边缘之外的部分，而在没有损失图像的锐度的情况下改善整体对比度和锐度，从而增强除边缘之外的部分。

[专利文献1]日本未审查专利申请公布No.2001-298621。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，当专利文献1的上述技术被应用到相机信号处理系统中时，问题在于处理负荷变得非常高。

此外，存在的问题在于：当该技术被应用到Y/C分离的彩色图像时，Y信号经历了合适的处理，但是对应的C信号没有经历任何处理，并因此不能获得期望的结果。

解决问题的手段

鉴于这些情况而作出了本发明，并且目标是使得有可能通过适当地压缩所捕获的数字图像来改善对比度，而没有损失锐度。

优点

利用本发明，可以适当地压缩所捕获的数字图像。具体地，有可能在不损失锐度的情况下改善对比度，并且在降低处理负荷的同时适当地压缩所捕获的数字图像。

附图说明

图1是图示应用了本发明的数字摄像机记录系统的配置的示例的图；

图2是图示了动态范围压缩部件的内部配置的示例的框图；

图3A是图示了具有边缘检测功能的LPF的边缘检测的细节的图；

图3B是图示了具有边缘检测功能的LPF的边缘检测的细节的图；

图4是图示了边缘方向上的电平的图；

图5A是图示了偏移表的示例的图；

图5B是图示了偏移表的示例的图；

图6A是图示了偏移表的又一个示例的图；

图6B是图示了偏移表的又一个示例的图；

图7A是图示了反射增益系数表的示例的图；

图7B是图示了反射增益系数表的示例的图；

图8A是图示了色度增益系数表的示例的图；

图8B是图示了色度增益系数表的示例的图；

图9是图示了确定区域的示例的图；

图10是图示了亮度信号的压缩处理的流程图；

图11是图示了色度信号的压缩处理的流程图；

图12A是图示了亮度信号的处理结果的图；

图12B是图示了亮度信号的处理结果的图；

图12C是图示了亮度信号的处理结果的图；

图13A是图示了色度信号的处理结果的图；

图13B是图示了色度信号的处理结果的图；

图14是图示了计算机配置的示例的框图。

附图标记

1数字摄像机，11固态成像器件，12相机信号处理部件、动态范围压缩部件，14记录格式处理部件，15记录介质，21具有边缘检测功能的LPF，22加法器，23孔径控制器，24微计算机，25、26加法器，27照度分量偏移表，28乘法器，29加法器，30乘法器，31照度分量偏移表，32加法器，33、34加法器，35反射增益系数计算部件，36、37加法器，38色度增益系数计算部件，39乘法器，40色度区域确定部件，41HPF，42乘法器，43加法器

具体实施方式

接下来，将结合图给出对本发明的实施例的描述。

图1是图示应用了本发明的数字摄像机1的记录系统的配置的示例的图。

固态成像器件11包括例如CCD(电荷耦合器件)、C-MOS(互补金属氧化物半导体)等，通过对拍摄的入射对象的光图像进行光电转换来生成输入图像数据S1，并将所生成的输入图像数据S1输出到相机信号处理部件12。相机信号处理部件12对固态成像器件11所输入的输入图像数据S1执行信号处理，诸如采样处理、YC分离处理等，并输出亮度信号Y1和色度信号C1到动态范围压缩部件13。

动态范围压缩部件13将相机信号处理部件12输入的亮度信号Y1和色度信号C1压缩到记录范围内，从而在不损害锐度的情况下改善对比度，并输出已压缩的亮度信号Y2和色度信号C2到记录格式处理部件14。记录格式处理部件14对动态范围压缩部件13输入的亮度信号Y2和色度信号C2执行预定的处理，诸如纠错代码的相加、和调制等，并将信号S2记录在记录介质15中。记录介质15包括例如CD-ROM(致密盘-只读存储器)、DVD(数字通用盘)、半导体存储器等。

图2是图示了动态范围压缩部件13的内部配置的示例的框图。

在图2的情况中，动态范围压缩部件13被粗略地划分为用于执行亮度信号Y1的处理的块、和用于执行色度信号C1的处理的块。此外，加法器25至34构成用于执行亮度信号Y1的暗色部分的块，而加法器22、孔径控制器23、反射增益系数计算部件35、和加法器36构成用于执行亮度信号Y1的光亮部分的块。

从相机信号处理部件12输出的亮度信号Y1被输入到具有边缘检测功能的LPF(低通滤波器)21、加法器22、孔径控制器(aper-con)23，而色度信号C1被输入到乘法器39。

具有边缘检测功能的LPF21从输入的亮度信号Y1中提取照度分量(边缘保留且平滑化的信号L)，并分别将已提取的平滑化信号L提供到加法器22、25、29和34、反射增益系数计算部件35、色度增益系数计算部件38、以及色度区域确定部件40。接下来，边缘保留且平滑化的信号L被简称为信号L。

这里，参考图3，将给出对具有边缘检测功能的LPF21的细节的描述，在这方面，在图3中，将最左上角的像素描述为(1，1)像素，并将横向的第m个和竖向的第n个像素描述为(m，n)像素。

如图3A所示，具有边缘检测功能的LPF21将处理目标设定到在所注意的像素51((4，4)像素)周围的竖7个×横7个像素。首先，具有边缘检测功能的LPF21计算(4，1)、(4，2)、(4，3)、(4，5)、(4，6)、(4，7)、(1，4)、(2，4)、(3，4)、(5，4)、(6，4)、和(7，4)的每个像素值，它们是将经历中位(median)处理的像素。

例如，当计算像素P((4，1)像素)的像素值时，使用水平方向上的一组7个像素53。例如，利用低通滤波器(1，6，15，20，15，6，1)/64来计算算术平均值。也就是说，该计算是利用像素P＝{(1，1)像素×1/64}+{(2，1)像素×6/64}+{(3，1)像素×15/64}+{(4，1)像素×20/64}+{(5，1)像素×15/64}+{(6，1)像素×6/64}+{(7，1)像素×1/64}来执行的。

接下来，具有边缘检测功能的LPF 21根据所注意的像素51和一组三个像素54(其是将进行左边的中位处理的像素)来计算中位值，并使用中央两个值的平均值作为为左边平均亮度分量64。类似地，计算上边平均亮度分量61、下边平均亮度分量62、和右边平均亮度分量63。这样，如图3B所示，获得了在所注意的像素51周围四个方向上的平均亮度分量。具有边缘检测功能的LPF21计算差值Δv、垂直方向上的平均亮度分量和差值Δh、水平方向上的平均亮度分量，并将具有较大差值(也就是说，较小的相关性)的方向确定为边缘方向。在确定边缘方向之后，比较边缘方向和所注意的像素51。

如图4所示，当所注意的像素51处于在边缘方向上的电平差值之内的范围B(也就是说，在电平L1(较高电平平均亮度分量)和电平L2(较低电平平均亮度分量)之间)中时，具有边缘检测功能的LPF21直接输出所注意的像素51。另一方面，当所注意的像素51处于在边缘方向上的电平差值之外的范围A(高于较高电平平均亮度分量的电平L1)中时，或者当所注意的像素51处于范围C(低于较低电平平均亮度分量的电平L2)中时，具有边缘检测功能的LPF21代替地输出平滑信号L(例如，通过7×7像素的低通滤波器的算术平均值)。

在这方面，在图3的示例中，处理目标设定到所注意的像素51周围的竖7个×横7个像素。然而，处理目标不限于此，并可以设定为竖9个×横9个像素、竖11个×横11个像素、或者比这些数目更大的像素。

描述将返回到图2。微计算机(mi-con)24向加法器25提供输入调整1a，其表示将从照度分量偏移表27的输入亮度电平减去的偏移量，并向乘法器26提供表示增益量的输入调整1b，其与照度分量偏移表27的输入亮度电平相乘。此外，微计算机24向加法器29提供输入调整2a，其表示将从照度分量偏移表31的输入亮度电平减去的偏移量，并向乘法器30提供表示增益量的输入调整2b，其与照度分量偏移表31的输入亮度电平相乘。此外，微计算机24向乘法器28提供增益1c，其表示与照度分量偏移表27的输出亮度电平相乘的最大增益量，并向乘法器32提供增益2c，其表示与照度分量偏移表31的输出亮度电平相乘的最大增益量。进一步地，微计算机24向反射增益系数计算部件35提供输入调整add和输出调整offset，其中所述输入调整add表示将从反射增益系数表的输入亮度电平减去的偏移量，所述输出调整offset表示与反射增益系数表的输出亮度电平相乘的增益量。

这里，微计算机24确定直方图，并调整以下值：输入调整1a、1b、2a和2b；增益1c和2c；输入调整add；和输出调整offset。可替换地，微计算机24基于来自用户的指令来调整这些值。此外，输入调整1a、1b、2a和2b、以及增益1c和2c可预先在生产过程中确定。

加法器25将从微计算机24提供的输入调整1a和从具有边缘检测功能的LPF21提供的信号L相加，并将该信号提供到乘法器26。乘法器26将从加法器25提供的信号L与从微计算机24提供的输入调整1b相乘，并将该信号提供给照度分量偏移表27。

照度分量偏移表27调整并保持偏移表的偏移量和增益量，其根据从加法器25和乘法器26提供的输入调整1a和1b来确定超低范围的亮度电平的抬升(boost)量。此外，照度分量偏移表27参考所持有的偏移表，并向乘法器28提供基于通过加法器25和乘法器26提供的信号L的亮度电平的偏移量ofst1。乘法器28将从照度分量偏移表27提供的偏移量ofst1乘以从微计算机24提供的增益1c，并将乘积提供到加法器33。

图5A图示了照度分量偏移表27所持有的偏移表的示例。在这个图中，横轴表示输入亮度电平，而竖轴表示偏移量ofst1(在下面描述的图5B也是如此)。这里，假设被归一化到8位的输入亮度电平(横轴)是图5A所示的偏移表中的x，则例如用接下来的表达式(1)来表示偏移量ofst1(竖轴)：

[表达式1]

$\mathrm{ofst}1=\left\{\begin{array}{c}\sin \left(\frac{1}{10}x\right),(0\&le;x<17)\\ 1-\mathrm{co}{s}^2(\frac{1}{42.6}x-5.1),(17\&le;x<85)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)\\ 0,(85\&le;x<255)\end{array}\right.$

图5B是用于图示照度分量偏移表27所持有的偏移表和调整参数之间的关系的图。如图5B所示，输入调整1a(图中的箭头1a)表示将从偏移表的输入亮度电平中减去的偏移量。也就是说，当输入固定时，输入调整1a是偏移表沿向右方向移动的量。输入调整1b(图中的箭头1b)表示与偏移表的输入亮度电平相乘的增益量。也就是说，当输入固定时，输入调整1b是偏移表的区域宽度的增加或减少量，并对应于要经受处理的亮度电平范围的调整。增益1c(图中的箭头1c)表示与来自偏移表的输出亮度电平相乘的最大增益量。也就是说，增益1c是偏移表的竖轴的增加或减少量，并且是对处理的抬升量直接有效的值。

将返回对图2的描述。加法器29将从微计算机24提供的输入调整2a与从边缘检测功能21提供的信号L相加，并将该相加后的信号提供到乘法器30。乘法器30将从微计算机24提供的输入调整2b和从加法器29提供的信号L相乘，并将该信号提供到照度分量偏移表31。

照度分量偏移表31调整并保持偏移表的偏移量和增益量，其基于从加法器29和乘法器30提供的输入调整2a和2b来确定低范围的亮度电平的抬升量。此外，照度分量偏移表31参考所保持的偏移表，并向乘法器32提供根据通过加法器29和乘法器30提供的信号L的亮度电平的偏移量ofst2。乘法器32用从微计算机24提供的增益2c乘以从照度分量偏移表31提供的偏移量ofst2，并将乘积提供到加法器33。

图6A图示了照度分量偏移表31所持有的偏移表示例。在这个图中，横轴表示输入亮度电平，竖轴表示偏移量ofst2(在下面描述的图6B也是如此)。这里，假设被归一化到8位的输入亮度电平(横轴)是图6A所示的偏移表中的x，则例如用接下来的表达式(2)来表示偏移量ofst2(竖轴)：

[表达式2]

$\mathrm{ofst}2=\left\{\begin{array}{c}1-\mathrm{co}{s}^2\left(\frac{1}{54}x\right),(0\&le;x<86)\\ 1-\mathrm{co}{s}^2(\frac{1}{26.6}x+7.8),(86\&le;x<128)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)\\ 0,(128\&le;x<255)\end{array}\right.$

图6B是用于图示照度分量偏移表31所持有的偏移表以及调整参数之间的关系的图。如图6B所示，输入调整2a(图中的箭头2a)表示将从偏移表的输入亮度电平中减去的偏移量。也就是说，当输入固定时，输入调整2a是偏移表在向右方向上移动的量。输入调整2b(图中的箭头2b)表示与偏移表的输入亮度电平相乘的增益量。也就是说，当输入固定时，输入调整2b是偏移表的区域宽度的增加或减少量，并对应于要经受处理的亮度电平范围的调整。增益2c(图中的箭头2c)表示与来自偏移表的输出亮度电平相乘的最大增益量。也就是说，增益2c是偏移表的竖轴的增加或减少量，并且是对处理的抬升量直接有效的值。

将返回对图2的描述。加法器33将偏移量ofst2加到偏移量ofst1上，其中偏移量ofst2是从乘法器32提供的、并确定其最大增益量被调整的低范围亮度电平的抬升量，偏移量ofst1是从乘法器28提供的、并确定其最大增益量被调整的超低范围亮度电平的抬升量，加法器33将获得的偏移量(照度分量相加/相减剩余量T(L))提供到加法器34。加法器34将从加法器33提供的照度分量相加/相减剩余量T(L)与从具有边缘检测功能的LPF21提供的信号L(原始照度分量)相加，并将获得的增益最佳照度分量(信号T(L)′)提供到加法器37。

加法器22从相机信号处理部件12所输入的亮度信号Y1(原始信号)中减去从具有边缘检测功能的LPF21提供的信号L(照度分量)，并将获得的纹理(texture)分量(信号R)提供给加法器36。

反射增益系数计算部件35参考反射增益系数表，将在超低亮度和低亮度抬升区域之外的区域确定为已抬升的亮度信号之中的自适应区域，并将其提供到孔径控制器23。此外，当反射增益系数计算部件35确定该自适应区域时，反射增益系数计算部件35根据从微计算机24提供的输入调整add和输出调整offset来调整反射增益系数表中的偏移量和增益量。

图7A图示了反射增益系数计算部件35所持有的反射增益系数表的示例。在该图中，横轴表示输入亮度电平，而竖轴表示反射增益量(在下面描述的图7B中也是如此)。图7B是图示了反射增益系数计算部件35所持有的反射增益系数表与调整参数之间的关系的图。

如图7B所示，输出调整offset(图中的箭头offset)表示与来自反射增益系数表的输出亮度电平相乘的增益量。也就是说，输出调整offset是将反射增益系数表的竖轴增加的量。调整参数A(图中的箭头A)表示用于确定孔径控制器23的最大增益量的参数。输入调整add(图中的箭头add)表示要从反射增益系数表的输入亮度电平中减去的偏移量。也就是说，当输入固定时，输入调整add是反射增益系数表在向右方向上移动的量。限制电平表示为了防止孔径控制器23增加额外的孔径信号而设置的最大限制(最大增益量)。

这里，假设被归一化到8位的输入亮度电平(横轴)是图7B所示的反射增益系数表中的x，则例如用接下来的表达式(3)来表示孔径控制量apgain(竖轴)。注意，A表示孔径控制器23的最大增益量，offset表示在反射增益系数表中向上方向上移动的量，而add表示在反射增益系数表中向右方向上移动的量。

[表达式3]

$\mathrm{apgai}{n}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{offset},(0\&le;x\&le;180)\\ \frac{A}{30}(x+\mathrm{add}-180)+\mathrm{offset},(180\&le;x\&le;120)\\ A+\mathrm{offset},(210\&le;x\&le;255)\end{array}\right.$

在这方面，当作为上面表达式(3)的计算结果的孔径控制量apgain′小于限制电平时(在图7B中用实线所示的反射增益系数表)，输出apgain′作为孔径控制量apgain。另一方面，当孔径控制量apgain′大于限制电平(在图7B中用虚线所示的反射增益系数表中其值大于限制电平的部分)，输出限制电平作为孔径控制量apgain。

将返回对图2的描述。孔径控制器23根据反射增益系数计算部件35确定的自适应区域来执行从相机信号处理部件12输入的亮度信号Y1的照度分量电平相关孔径校正，从而适合于超低亮度和低亮度的抬升区域的外部，并将该信号提供给加法器36。

加法器36将从孔径控制器23提供的已孔径校正的亮度信号与从加法器22提供的信号R(通过从原始信号减去照度分量而产生的纹理分量)相加，并将该信号提供到加法器37。加法器37将从加法器34提供的最佳增益照度分量(信号T(L)′)与从加法器36提供的孔径校正之后的纹理分量相加，并将获得的动态范围压缩之后的亮度信号Y2输出到记录格式处理部件14。

色度增益系数计算部件38参考色度增益系数表，确定在已抬升的亮度信号之中特别与具有低亮度电平的色度信号相乘的增益量，并将其提供到乘法器39。

图8A图示了色度增益系数计算部件38所持有的色度增益系数表的示例。在这个图中，横轴表示输入亮度信号，竖轴表示色度信号，而偏移1被施加在这个竖轴的值上(在下面描述的图8B中也是如此)。图8B是用于图示在色度增益系数计算部件38所持有的系数表与调整参数之间的关系。如图8B所示，调整参数B表示确定色度增益系数表的最大增益量的参数(图中的箭头B)。这里，假设被归一化到8位的输入亮度电平(横轴)是图8B所示的色度增益系数表中的x，则例如用接下来的表达式(4)来表示色度增益量cgain(竖轴)。注意，B表示色度增益系数表的最大增益量。

[表达式4]

$\mathrm{cgain}=\left\{\begin{array}{c}\frac{B}{54}\sin \left(\frac{1}{10}x\right),(0\&le;x<17)\\ \frac{B}{54}(1-\mathrm{co}{s}^2(\frac{1}{20}x-5.6),(17\&le;x<50)\\ 0,(50\&le;x<255)\end{array}\right.$

将返回对图2的描述。乘法器39将输入色度信号C1乘以从色度增益系数计算部件38提供的增益量，并将该信号提供到HPF(高通滤波器)41和加法器43。在这点上，在图8B所示的色度增益系数表中，将偏移1施加在竖轴的值上，并因此例如，当调整参数B是0.0时，直接从乘法器39输出色度信号作为输入值。

HPF41提取从乘法器39提供的色度信号的高频带分量，并将其提供到乘法器42。色度区域确定部件40选择在抬升区域的亮度信号上施加的色度信号上的、将经受LPF的区域，并将其提供到乘法器42。

图9图示了色度区域确定部件40进行选择所使用的确定区域的示例。在该图中，横轴表示输入亮度电平，而竖轴表示色度增益。如图9所示，确定区域从抬升区域到非抬升区域线性变化。通过这个方式，调整了LPF的应用。这里，假设被归一化到8位的输入亮度电平(横轴)是图9所示的确定区域中的x，则例如用接下来的表达式(5)来表示色度区域carea(竖轴)。

[表达式5]

$\mathrm{carea}=\left\{\begin{array}{c}1,(0,\&le;x<75)\\ -\frac{1}{25}x+4,(75\&le;x<100)\\ 0,(100\&le;x<255)\end{array}\right.$

将返回对图2的描述。乘法器42将从HPF41提供的高频带分量的色度信号乘以从色度区域确定部件40提供的被应用了LPF的区域，并将该信号提供到加法器43。加法器43从乘法器39所提供的色度信号中减去(也就是说，对低频带电平部分的色度信号进行LPF处理)从乘法器42提供的高频带分量的色度信号，从而减少色度噪声，并输出所获得的动态范围压缩之后的色度信号C2到记录格式处理部件14。

在图2的示例中，加法器25、乘法器26、照度分量偏移表27、和乘法器28构成了确定超低频带亮度电平的抬升量的块，而加法器29、乘法器30、照度分量偏移表31、和乘法器32构成了确定低频带亮度电平的抬升量的块。然而，这仅仅是一个示例，需要构成至少一个确定低亮度的抬升量的块，并且所述数目可以为一个或者为两个或更多(多个)。

接下来，将结合图10的流程图给出对动态范围压缩部件13所执行的亮度信号压缩处理的描述。

在步骤S1中，具有边缘检测功能的LPF21检测(图3B)相机信号处理部件12输入的图像数据中的、具有亮度信号Y1的像素值的急剧改变的边缘，在保持该边缘的同时使该亮度信号Y1平滑，并提取照度分量(信号L)。这里，如图4所示，具有边缘检测功能的LPF21根据已标出的像素51是否处于边缘方向上的电平差值(范围B)中来确定是否使亮度信号Y1平滑。在步骤S2中，加法器22从相机信号处理部件12所输入的亮度信号Y1(原始信号)中减去通过步骤S1的处理所提取的照度分量，并分离纹理分量(信号R)。

在步骤S3中，孔径控制器23根据反射增益系数计算部件35确定的自适应区域(图7B)来执行从相机信号处理部件12输入的亮度信号Y1的照度分量电平相关孔径校正，从而适合于超低亮度和低亮度的抬升区域的外部。在步骤S4中，加法器33相加偏移量ofst1(图5B)和偏移量ofst2(图6B)，并输出照度分量相加/相减剩余量T(L)，其中偏移量ofst1是通过乘法器28从照度分量偏移表27提供的，并通过调整所述偏移量、增益量、和最大增益量来确定超低频带亮度电平的抬升量，而偏移量ofst2是通过乘法器32从照度分量偏移表31提供的，并通过调整所述偏移量、增益量、和最大增益量来确定低频带亮度电平的抬升量。

在步骤S5中，加法器34相加通过步骤S1的处理而提取的照度分量和通过步骤S4的处理而计算的照度分量相加/相减剩余量T(L)，并获得增益最佳照度分量(信号T(L)′)。在步骤S6中，加法器37相加通过步骤S3的处理已经经历孔径校正的纹理分量和通过步骤S5的处理获得的增益最佳照度分量(信号T(L)′)，并获得动态范围压缩之后的输出亮度信号Y2。

通过上面的处理获得的动态范围压缩之后的输出亮度信号Y2被输出到记录格式处理部件14。

接下来，将结合图11中的流程图给出对动态范围压缩部件13所执行的色度信号压缩处理的描述。

在步骤S21中，色度增益系数计算部件38根据通过图10中的步骤S1的处理提取的亮度信号Y1的照度分量来计算在从相机信号处理部件12输入的图像数据之中的色度信号C1的放大量(增益量)(图8B)。在步骤S22中，色度区域确定部件40根据通过图10中的步骤S1的处理提取的亮度信号Y1的照度分量来选择(图9)色度信号C1的噪声减少区域(也就是，应用了LPF的区域)。

在步骤S23中，加法器43根据通过步骤S22选择的噪声减少区域，来减少乘以了增益的低亮度电平的色度信号的色度噪声，并获得动态范围压缩之后的色度信号C2。

通过上述处理获得的动态范围压缩之后的色度信号C2被输出到记录格式处理部件14。

接下来，将结合图12和13来给出当执行上面的压缩处理时的处理结果的描述。

图12A图示了当低亮度简单地经历了抬升处理、而没有考虑位压缩对从0改变到255的8位范围中的输入图像数据的影响时的、亮度分量的直方图示例。图12B图示了当本发明对从0改变到255的8位范围中的输入图像数据执行压缩处理时的亮度分量的直方图示例。图12C图示了图12A和图12B的累加直方图的示例。在图12C中，H1表示图12A的累加直方图，而H2表示图12B的累加直方图。

在简单直方图均衡的情况中，将数据集中在低亮度上(在该图中，横向方向上的左侧部分)(图12A)。相反，通过应用本发明的压缩处理，低亮度侧的像素数据适当地向右方移动，同时保持了高亮度侧的直方图形状(图中的横向方向上的右侧部分)。也就是说，如图12C所示，应理解的是，累加直方图H1和累加直方图H2在高亮度侧中几乎具有相同的形状(图中的横向方向上的右侧部分)，但是累加直方图H2比累加直方图H1移动到更右方。

图13A图示了当低亮度简单地经历了抬升处理、而没有考虑位压缩对从-128改变到127的8位范围中的输入图像数据的影响时的、色度信号的直方图示例。图13B图示了当本发明对从-128改变到127的8位范围中的输入图像数据执行压缩处理时的色度信号的直方图示例。然而，图13A和图13B图示了从-50到50的电平范围中的直方图，以便示出已抬升的电平范围的变化情况的细节。

在简单直方图均衡处理的情况中，低电平的色度分量的直方图(图中的横轴方向上的中央部分)在噪声的影响下没有改变，并且是梳状形状(图13A)。相反，通过应用本发明的压缩处理，色度分量适当地经历与亮度分量的抬升区域对应的增益上升，并减少了噪声，因此，该直方图平稳地从中心(低电平区域)改变到外侧(图13B)。

从这些结果理解的是，有可能改善对比度而没有损失锐度，并适当地压缩所捕获的数字图像。

此外，尽管在图中没有示出，但是例如当增加输入范围时，诸如10位范围等，低亮度部分也可能具有灰度级。然而，通过应用本发明的压缩处理，可能获得抬升部分具有更平滑的灰度级的图像。

如上所述，在诸如数字摄像机等的数字图像记录设备中，有可能通过应用本发明而放大除边缘之外的部分的图像数据，同时保持在固态成像器件11所捕获的数字图像上的、具有低亮度的并迄今为止难以获得对比度的部分的图像数据之中的边缘。这样，在不损失锐度的情况下改善对比度成为可能，并可能适当地将图像压缩到具有比记录范围更宽的输入范围的相机信号处理系统的亮度信号和色度信号的记录范围内。

此外，通过应用本发明，对放在亮度分量被放大的区域上的色度信号执行适当的放大。这样，有可能同时改善色度噪声的减少。因此，有可能获得没有简单地变白的自然动态范围图像。此外，通过作为偏移量的表格来保持亮度分量的放大部分，可能通过附加处理实现低亮度和超低亮度部分的抬升处理，并因此使减少处理负载成为可能。

如上所述，可以用硬件执行该系列处理，但也可以使用软件执行该系列处理。在这个情况中，例如用图14所示的计算机100实现动态范围压缩部件13。

在图14中，CPU(中央处理单元)101根据存储在ROM102中的程序或者从存储部件108加载到RAM(随机存取存储器)103的程序等执行各种处理。此外，RAM103适当地存储CPU101执行各种处理所需要的数据等。

CPU101、ROM102和RAM103通过总线104相互连接。输入/输出接口105也连接到总线104。

包括键盘、鼠标等的输入部件106、包括显示器等的输出部件107、存储部件108、和通信部件109与输入/输出接口105相连。该通信部件109通过网络执行通信处理。

驱动器110根据需要也连接到输入/输出接口105，并且适当地附上诸如磁盘、光盘、磁光盘、或半导体存储器等之类的可拆卸介质111。从其中读取的计算机程序根据需要而安装在存储部件108中。

用于记录被安装在计算机中并可通过计算机执行的程序的程序记录介质不仅包括如图14所示的可拆卸介质111，其中该可拆卸介质111包括诸如磁盘(包括软盘)、光盘(包括CD-ROM(致密盘-只读存储器)和DVD(数字通用盘))、磁光盘(包括MD(小型盘)(注册商标)、或半导体存储器等。而且该程序记录介质还包括存储程序的ROM13或者在存储部件108中包括的硬盘等，二者是在设备的主单元中以内置状态提供给用户的。

在这方面，在本说明书中，描述将在记录介质中存储的程序的步骤照例包括根据所包括的次序以时间顺序执行的处理。此外，所述步骤包括不一定是以时间顺序执行的、而是并行地或单独地执行的处理。

此外，在这个说明书中，系统表示包括多个设备的全部设备。

Claims (9)

1.一种图像处理设备，包括：

提取装置，用于在保持在输入图像之中的亮度信号的具有像素值的急剧改变的边缘的同时使亮度信号平滑，并提取照度分量；

分离装置，用于基于亮度信号和提取装置所提取的照度分量而分离纹理分量；

第一计算装置，用于基于提取装置所提取的照度分量来计算照度分量相加/相减剩余量；

第一获取装置，用于基于照度分量和该第一计算装置所计算的照度分量相加/相减剩余量而获取增益最佳照度分量；以及

第二获取装置，用于基于通过分离装置分离的纹理分量和通过第一获取装置获取的增益最佳照度分量而获取输出亮度信号。

2.根据权利要求1的图像处理设备，还包括：

第二计算装置，用于基于提取装置所提取的照度分量，而计算对输入图像之中的色度信号的色度信号放大量；

选择装置，用于基于提取装置所提取的照度分量，而选择色度信号的噪声减少区域；以及

第三获取装置，用于基于由第二计算装置所计算的色度信号放大量所放大的色度信号和选择装置所选择的噪声减少区域，而获取输出色度信号。

3.根据权利要求1的图像处理设备，

其中所述提取装置计算包括向上方向、向下方向、向左方向、和向右方向上的所注意的像素的周围像素的代表值，并基于在已计算的向上方向和向下方向中的代表值的差值和在向左方向和向右方向中的代表性的差值来检测边缘方向，并确定是否相对已检测的边缘方向对亮度信号执行平滑处理。

4.根据权利要求1的图像处理设备，还包括：

增益计算装置，用于根据提取装置所提取的照度分量来计算孔径校正的增益量；以及

校正装置，用于基于增益计算装置所计算的增益量，对分离装置所分离的纹理分量执行孔径校正。

5.根据权利要求1的图像处理设备，

其中，第一计算装置具有固定的输入/输出函数，并基于该固定的输入/输出函数来计算照度分量相加/相减剩余量。

6.根据权利要求5的图像处理设备，

其中第一计算装置具有用于可变地调整固定的输入/输出函数的调整装置。

7.根据权利要求1的图像处理设备，

其中第一计算装置包括用于输入信号的每个电平的一个处理块或多个处理块。

8.一种图像处理方法，包括：

提取步骤，用于在保持在输入图像之中的亮度信号的具有像素值的急剧改变的边缘的同时使亮度信号平滑，并提取照度分量；

分离步骤，用于基于亮度信号和通过提取步骤的处理提取的照度分量，而分离纹理分量；

第一计算步骤，用于基于通过提取步骤的处理所提取的照度分量，来计算照度分量相加/相减剩余量；

第一获取步骤，用于基于照度分量和通过第一计算步骤的处理所计算的照度分量相加/相减剩余量，来获取增益最佳照度分量；以及

第二获取步骤，用于基于通过分离步骤的处理所分离的纹理分量和通过第一获取步骤的处理获取的增益最佳照度分量，来获取输出亮度信号。

9.一种用于使计算机执行图像处理的程序，包括：

提取步骤，用于在保持在输入图像之中的亮度信号的具有像素值的急剧改变的边缘的同时使亮度信号平滑，并提取照度分量；

分离步骤，用于基于亮度信号和通过提取步骤的处理提取的照度分量，而分离纹理分量；

第一计算步骤，用于基于通过提取步骤的处理所提取的照度分量，来计算照度分量相加/相减剩余量；

第一获取步骤，用于基于照度分量和通过第一计算步骤的处理所计算的照度分量相加/相减剩余量，来获取增益最佳照度分量；以及

第二获取步骤，用于基于通过分离步骤的处理所分离的纹理分量和通过第一获取步骤的处理获取的增益最佳照度分量，来获取输出亮度信号。

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