JP2002117400A - 画像補正方法および装置ならびに画像補正プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー画像を自動でむらのない自然な画像に
補正する。 【解決手段】 画像補正装置は、カラー画像を入力する
画像入力部１と、画像入力部１に接続され、画像の背景
色を検出する背景色検出部２と、画像入力部１および背
景色検出部２に接続され、背景画素の輝度が均一になる
ように入力画像の輝度を補正する輝度補正部３と、輝度
補正部３に接続され、輝度補正後の画像を出力する画像
出力部４とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像補正方法およ
び装置ならびに画像補正プログラムを記録したコンピュ
ータ読取可能な記録媒体に関し、特に、カラーで表現さ
れた画像をむらのない見やすい画像に補正する画像補正
方法および装置ならびに画像補正プログラムを記録した
コンピュータ読取可能な記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル画像の取り扱いにおいて厄介な
ものの１つに、「むら」の問題がある。「むら」とは、
画像中において本来同一輝度で均一であるはずの箇所に
存在する輝度変化であり、ノイズの一種でもある。これ
は画像信号を取得するＣＣＤ（Charge-Coupled Device
s）カメラや画像信号を表示するＬＣＤ（Liquid Crysta
lDisplay）における各素子の特性の違いや、被写体を撮
影したり原稿を読み取ったりする際の光量のむらにより
発生する。原稿読取装置において発生するむらに対して
は、標準白板によるシェーディング補正が一般に行われ
ている。これは、均一濃度の標準白色板をあらかじめ読
取り、その読取値に基づく各画素の補正係数を入力画像
信号に乗じて、均一濃度の原稿を読取った際には全画素
の読取値が等しくなるように補正するものである。

【０００３】しかし、一般にカメラを用いて被写体を撮
影する際には光源が一定ではないため、光量によるむら
を防ぐことはできない。また、バックライトの光量にむ
らがあるＬＣＤの表示画面を撮影した際にもむらが生じ
る。このような場合には、光量や素子に関する情報を用
いることなく、すでにむらが生じている画像からむらを
除去する補正方法が必要となる。

【０００４】このような問題に対し、例えば特開平９−
２５９２８１号公報では、画像情報内のむら成分を検出
し、処理を行う方法が提案されている。これによると、
まず入力画像にメディアンフィルタの一種をかけ、むら
成分を含むノイズ成分を取除いた、均一濃度の画像を得
る。この画像と入力画像との差を求めると、むら成分の
み分離することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平９−２
５９２８１号公報で提案されるむらの検出方法では、画
像全体に平滑化フィルタをかけるため、全体的にぼけた
画像になってしまう。そのため、画像を用いて対象物を
検査する画像検査装置等にはよいが、補正後の画像を画
面に表示したり、印刷物に印刷したりして利用する際に
は見た目に不都合が生じる。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、カラー画像を自動でむらの
ない自然な画像に補正する画像補正方法および装置なら
びに画像補正プログラムを記録したコンピュータ読取可
能な記録媒体を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のある局面に従う
画像補正方法は、カラー画像中にあるむらを修正する。
画像補正方法は、カラー画像の背景色を検出するステッ
プと、カラー画像の背景色の輝度が均一になるように輝
度補正を行うステップとを含む。

【０００８】カラー画像の背景色を自動的に検出し、背
景画素の輝度が均一になるように自動的に輝度補正し、
画像中にむらのない自然な画像に補正することができ
る。

【０００９】好ましくは、カラー画像の背景色を検出す
るステップは、色空間中において、複数の代表色の各々
について、予め定められた類似度以上の色を有する画素
を同じクラスタに分類するステップと、各クラスタを画
素数順に並べるステップと、クラスタの並び順およびク
ラスタの画素数に基づいて、複数の背景色を検出するス
テップとを含む。

【００１０】さらに好ましくは、カラー画像の背景色の
輝度が均一になるよう輝度補正を行うステップは、背景
色のクラスタに属する各画素に補正倍率を設定するステ
ップと、各画素の補正倍率に対し、たたみ込み演算を行
うステップと、背景色以外のクラスタに属する画素のう
ち、補正倍率が未定な画素に補正倍率を設定するステッ
プと、設定した補正倍率で各画素の輝度補正を行うステ
ップとを含む。

【００１１】さらに好ましくは、たたみ込み演算を行う
ステップは、予め複数要素の和を要素とするテーブルを
作成するステップと、テーブルに基づいて、畳み込み演
算値を求めるステップとを含む。

【００１２】これにより、畳み込み演算の高速化が図ら
れる。本発明の他の局面に従う画像補正装置は、カラー
画像中にあるむらを修正する。画像補正装置は、カラー
画像の背景色を検出する背景色検出部と、背景色検出部
に接続され、カラー画像の背景色の輝度が均一になるよ
うに輝度補正を行う輝度補正部とを含む。

【００１３】カラー画像の背景色を自動的に検出し、背
景画素の輝度が均一になるように自動的に輝度補正し、
画像中にむらのない自然な画像に補正することができ
る。

【００１４】本発明のさらに他の局面に従うコンピュー
タ読取可能な記録媒体は、カラー画像の背景色を検出す
るステップと、カラー画像の背景色の輝度が均一になる
ように輝度補正を行うステップとをコンピュータに実行
させる画像補正プログラムを記録している。

【００１５】カラー画像の背景色を自動的に検出し、背
景画素の輝度が均一になるように自動的に輝度補正し、
画像中にむらのない自然な画像に補正することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の実施の
形態に係る画像補正装置は、カラー画像を入力する画像
入力部１と、画像入力部１に接続され、画像の背景色を
検出する背景色検出部２と、画像入力部１および背景色
検出部２に接続され、背景画素の輝度が均一になるよう
に入力画像の輝度を補正する輝度補正部３と、輝度補正
部３に接続され、輝度補正後の画像を出力する画像出力
部４とを含む。

【００１７】画像入力部１は例えばスキャナ、複写機、
カメラなどの画像読取装置であり、あらかじめ読み取っ
た画像が格納されたＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read
OnlyMemory）、ハードディスク、光磁気ディスクなどの
メディアを読み取る装置や、半導体メモリなどであって
もよい。

【００１８】画像出力部４は例えばＣＲＴ（Cathode Ra
y Tube）ディスプレイやＬＣＤなどの画像表示装置であ
り、プリンタなどの画像出力装置であってもよいし、Ｆ
ＡＸ（ファクシミリ）などの通信装置であってもよい
し、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc Recordable）、ハードデ
ィスク、フロッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディ
スクなどのメディアに画像を書き込む装置や半導体メモ
リなどであってもよい。

【００１９】背景色検出部２および輝度補正部３はコン
ピュータ（図示せず）とそのコンピュータ上で実行され
るソフトウェアプログラムにより実現される。

【００２０】図２を参照して、画像補正装置による画像
補正処理について説明する。ユーザは、画像入力部１を
利用して、カラー画像をデジタルカメラ等で入力する
（Ｓ１）。背景色検出部２は、入力画像の背景色を検出
する（Ｓ２）。輝度補正部３は、背景画素の輝度が均一
になるように輝度を補正する（Ｓ３）。画像出力部４
は、輝度補正後の画像を出力する（Ｓ４）。

【００２１】図３を参照して、図２のＳ２の処理につい
て詳細に説明する。背景色検出部２は、色情報をもとに
画像をクラスタリングし、類似した色同士を同じクラス
タに分類する（Ｓ２１）。背景色検出部２は、各クラス
タを画素数の多い順に並べる（Ｓ２２）。並べる方法は
一般的に知られた方法であるので、その説明はここでは
繰返さない。背景色検出部２は、画素数で上位一定割合
に属するクラスタの色を背景色とする（Ｓ２３）。

【００２２】図４を参照して、図３のＳ２１の処理につ
いて詳細に説明する。背景色検出部２は、画像中の各画
素に対し、色情報を用いてヒストグラムを作成する（Ｓ
２１１）。これにより、出現頻度の高い色はヒストグラ
ム中でピークとなって現れる。

【００２３】図５を参照して、各画素のＲ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）成分はそれぞれ４ビット、すなわちそ
れぞれ１６階調で表現される。すると画像中すべての画
素はそれぞれ１２ビット、すなわち４０９６色で表され
る。一般的なカラー画像はＲ、Ｇ、Ｂ各成分８ビットで
表現されていることが多いが、このような前処理を行う
ことにより、色の細かいばらつきを吸収するとともに、
ヒストグラム作成の処理時間を短縮することができる。
この色情報を用いてヒストグラムを作成する。

【００２４】背景色検出部２は、ヒストグラム中のピー
クを検出し、該当する色を１つのクラスタとして分類す
る（Ｓ２１２）。この色をＣ１とする。

【００２５】背景色検出部２は、ヒストグラム中のほか
の色すべてをＣ１と比較し、その類似度を計算する。類
似度には、各画素をＲ、Ｇ、Ｂ各成分を要素とする３次
元ベクトルとしたときの２つのベクトルがなす角度およ
び２つのベクトル間のユークリッド距離を用いる。次式
（１）は２つのベクトルａ、ｂのなす角度θのｃｏｓθ
を計算する式である。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、（ａ，ｂ）は２つのベクトルの内
積、|ａ|および|ｂ|はそれぞれのベクトルの大きさであ
る。式（１）の値が大きいほど類似度は高くなる。

【００２８】次式（２）は２つのベクトルａ、ｂのユー
クリッド距離Ｄを計算する式である。

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、ｒ_a、ｇ_a、ｂ_aはベクトルａの
Ｒ、Ｇ、Ｂ成分をそれぞれ表わし、ｒ_b、ｇ_b、ｂ_bはベ
クトルｂのＲ、Ｇ、Ｂ成分をそれぞれ表わす。式（２）
の値が小さいほど類似度は高くなる。

【００３１】背景色検出部２は、ｃｏｓθがあるしきい
値ｈ１より大きく、かつユークリッド距離Ｄがあるしき
い値ｈ２より小さければ、色Ｃ１との類似度が高いとみ
なし（Ｓ２１３でＹＥＳ）、その色をＣ１と同じクラス
タに分類する（Ｓ２１４）。しきい値ｈ１、ｈ２はオペ
レータが指定する。すべての色と色Ｃ１との比較が終了
して、まだクラスタに分類されていない色があれば（Ｓ
２１３でＮＯ、Ｓ２１５でＹＥＳ）、出現頻度の高い色
をヒストグラムから新たに検出し、該当する色を新たに
１つのクラスタとして分類し、同様の処理を行う。これ
をすべての色がいずれかのクラスタに分類されるまで繰
り返す。

【００３２】なお、ここではＲ、Ｇ、Ｂ各成分を要素と
する３次元ベクトルのなす角度とユークリッド距離とを
類似度として用いたが、各色成分の差の絶対値をそれぞ
れ求め、その和を類似度として用いてもよいし、その他
の統計量を用いてもよい。また、他の色空間において類
似度の計算を行ってもよい。

【００３３】図６を参照して、Ｓ２３について説明す
る。これはＳ２２でクラスタを並べた結果を表にしたも
のである。「画素数（％）」は、画像全体の画素数に対
するクラスタに含まれる画素数の割合を示している。こ
こで、上位一定割合の画素を背景色と決定する。ただ
し、その割合はオペレータが指定する。図６では上位８
０％を背景色とし、クラスタ１およびクラスタ２に属す
る色が背景色として決定されている。このようにして、
背景色が複数であっても背景画素を決定することができ
る。なお、画像の背景色を検出する装置は背景色検出部
２に限らず、他の装置を用いてもよいし、オペレータが
背景色を指定してもよい。

【００３４】図７を参照して、図２のＳ３の処理につい
て詳細に説明する。輝度補正部３は、背景色検出部２で
検出された背景色のクラスタに属する画素の輝度がクラ
スタ内で均一になるように、各画素に補正倍率を設定す
る（Ｓ３１）。各画素の輝度はＲ，Ｇ，Ｂ成分から計算
される。Ｒ，Ｇ，Ｂ成分のうち最大値を輝度値としても
よいし、最大の成分と最小の成分を足して２で割った値
を輝度値としてもよい。次式（３）は各画素に補正倍率
Ｐ（ｘ，ｙ）を設定するための式である。

【００３５】 Ｐ（ｘ，ｙ）＝Ｇ／Ｉ（ｘ，ｙ） …（３） ただし、Ｇは目標輝度、Ｉ（ｘ，ｙ）は各画素の輝度値
である。目標輝度はクラスタ内の画素の平均輝度でもよ
いし、最大輝度または最小輝度でもよいし、オペレータ
が指定してもよい。各画素のＲ，Ｇ，Ｂ各成分にこの補
正倍率をかけることにより、背景色のクラスタに属する
画素の輝度は均一になる。

【００３６】輝度補正部３は、輝度の局所的な変化に左
右されないようにするため、決定した背景色の補正倍率
に対し、たたみ込み演算を行う（Ｓ３２）。輝度補正部
３は、背景色以外の画素で補正倍率が未定の画素に補正
倍率を設定する（Ｓ３３）。輝度補正部３は、設定した
補正倍率で各画素の輝度を計算し、輝度補正を行う（Ｓ
３４）。次式（４）は各画素の補正後の輝度値Ｉ′
（ｘ，ｙ）を計算する式である。

【００３７】 Ｉ′（ｘ，ｙ）＝Ｐ（ｘ，ｙ）×Ｉ（ｘ，ｙ） …（４） 図８および図９を参照して、図７のＳ３２の処理につい
て詳細に説明する。図８を参照して、輝度補正部３は、
Ｓ３１で求めた補正倍率Ｐ（ｘ，ｙ）を要素とするセル
からなるテーブルＴｌを作成する。各セルの配置は画素
の並びと同一とし、背景色のクラスタに属さない画素に
対応するセルは空白にしておく。次に、図９を参照し
て、輝度補正部３は、テーブル中の各セルに対して周辺
（２ｍ＋１）×（２ｎ＋１）セルの補正倍率の平均を求
め、その値をそれぞれセルの値としたテーブルＴ２を新
たに作成する。次式（５）は補正倍率Ｐ（ｘ，ｙ）の平
均値Ｐ′（ｘ，ｙ）を求めるための式である。

【００３８】

【数３】

【００３９】ただし、ｗは各セルの周辺（２ｍ＋１）×
（２ｎ＋１）セルのうち空白であるセルの数であり、空
白セルの補正倍率Ｐ（ｘ，ｙ）は０として計算する。テ
ーブルＴ１において空白であったセルについてもこの処
理は行われる。周辺（２ｍ＋１）×（２ｎ＋１）セルが
すべて空白であったセルは、テーブルＴ２でも空白にし
ておき、Ｓ３３で補正倍率を求める。

【００４０】図１０を参照して、Ｓ３２の処理は以下の
手法により処理時間を短縮することができる。図１０
（ａ）を参照して、まず図８と同様に、Ｓ３１で求めた
補正倍率Ｐ（ｘ，ｙ）を要素とするセルからなるテーブ
ルＴｌを作成する。図１０（ｂ）を参照して、次に、テ
ーブルＴｌと同じ大きさの高速化用テーブルＴ３を作成
する。次式（６）はテーブルＴ３の各セルの値Ｌ（ｘ，
ｙ）を求める式である。

【００４１】

【数４】

【００４２】すなわち注目セルと、その左側のセルすべ
ての補正倍率Ｐを加算したものがＬとなり、図１０
（ａ）に示す斜線部分のセルの補正倍率Ｐを加算したも
のに相当する。ただし、空白セルの補正倍率Ｐ（ｘ，
ｙ）は０として計算する。また、このとき注目セルとそ
の左側すべてのセルのうち、空白でないセルの数ＮＬ
（ｘ，ｙ）をカウントし、テーブルＴ１と同じ大きさの
高速化用テーブルＴ５（図示せず）を作成しておく。

【００４３】続いて、テーブルＴｌの各セルに対して周
辺（２ｍ＋１）×（２ｎ＋１）セルの平均をテーブルＴ
３およびテーブルＴ５を用いて求め、その値をそれぞれ
セルの値としたテーブルＴ２を新たに作成する。式
（７）は補正倍率Ｐ（ｘ，ｙ）の平均値Ｐ′（ｘ，ｙ）
を求める式である。

【００４４】

【数５】

【００４５】これを図示したものが図１０（ｂ）であ
る。この手法を用いることにより、計算量を少なくする
ことができ、処理時間を短縮することができる。

【００４６】また、ステップＳ３２は以下の手法によっ
ても処理時間を短縮することができる。図１１（ａ）を
参照して、まず図８と同様に、Ｓ３１で求めた補正倍率
Ｐ（ｘ，ｙ）を要素とするセルからなるテーブルＴ１を
作成する。図１１（ｂ）を参照して、次に、テーブルＴ
１と同じ大きさの高速化用テーブルＴ４を作成する。式
（８）はテーブルＴ４の各セルの値Ｓ（ｘ，ｙ）を求め
る式である。

【００４７】

【数６】

【００４８】すなわち注目セルと、その左側かつ上側の
セルすべての補正倍率Ｐを加算したものがＳとなり、図
１１（ａ）で示す斜線部分を加算したものに相当する。
ただし、空白セルの補正倍率Ｐ（ｘ，ｙ）は０として計
算する。また、このとき注目セルとその左側かつ上側の
すべてのセルのうち、空白でないセルの数ＮＳ（ｘ，
ｙ）をカウントし、テーブルＴ１と同じ大きさの高速化
用テーブルＴ６（図示せず）を作成しておく続いて、テ
ーブルＴ１の各セルに対して周辺（２ｍ＋１）×（２ｎ
＋１）セルの平均を、テーブルＴ４およびテーブルＴ６
を用いて求め、その値をそれぞれセルの値としたテーブ
ルＴ２を新たに作成する。式（９）は補正倍率Ｐ（ｘ，
ｙ）の平均値Ｐ′（ｘ，ｙ）を求める式である。

【００４９】

【数７】

【００５０】これを図で示したものが図１１（ｂ）であ
る。この手法を用いることにより、さらに計算量を少な
くすることがでさ、処理時間を短縮することができる。

【００５１】図１２を参照して、図７のＳ３３の処理に
ついて説明する。補正倍率が未定のセルに対し、その周
辺で補正倍率が設定されているセルを探索し、上下左右
４方向それぞれについて最も近いセルに設定された補正
倍率Ｐ′（ｘ，ｙ−ｉ）、Ｐ′（ｘ，ｙ＋ｊ）、Ｐ′
（ｘ−ｋ，ｙ）、Ｐ′（ｘ＋ｌ，ｙ）の平均をそのセル
の補正倍率Ｐ′（ｘ，ｙ）とする。

【００５２】Ｓ３３の処理の代わりに、他の手法を用い
て補正倍率を求めてもよい。例えば、注目セルの上下左
右および斜め方向の計８方向それぞれについて最も近い
セルに設定された補正倍率を求め、それらの平均を補正
倍率としてもよいし、周辺ｍ×ｎセルの平均値を補正倍
率としてもよいし、補正倍率が設定されている最近隣の
セルの値を補正倍率としてもよい。

【００５３】以上説明したように、本実施の形態による
と、カラー画像の背景色が自動的に検出され、背景画素
の輝度が均一になるように自動的に輝度補正し、画像中
にむらのない自然な画像に補正することができるように
なる。

【００５４】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明によると、カラー画像の背景色を
自動的に検出し、背景画素の輝度が均一になるように自
動的に輝度補正し、画像中にむらのない自然な画像に補
正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る画像補正装置のハ
ードウェア構成を示すブロック図である。

【図２】 画像補正処理のフローチャートである。

【図３】 図２のステップＳ２の詳細フローチャートで
ある。

【図４】 図３のステップＳ２１の詳細フローチャート
である。

【図５】 図４のステップＳ２１１を説明する図であ
る。

【図６】 図３のステップＳ２３を説明する図である。

【図７】 図２のステップＳ３の詳細フローチャートで
ある。

【図８】 図７のステップＳ３２を説明する図である。

【図９】 図７のステップＳ３２を説明する図である。

【図１０】 図７のステップＳ３２の処理時間を短縮す
る方法を説明する図である。

【図１１】 図７のステップＳ３２の処理時間を短縮す
る方法を説明する図である。

【図１２】 図７のステップＳ３３を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 画像入力部、２ 背景色検出部、３ 輝度補正部、
４ 画像出力部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名古 和行 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 岩崎 圭介 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5B057 BA02 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC02 CE09 CE11 CH07 CH09 DA08 DB02 DB06 DB09 DC23 5C066 AA01 AA05 CA05 CA13 CA17 EC03 GA05 GA33 JA03 5C077 LL04 MP08 PP08 PP15 PP31 PP37 PP68 PQ12 PQ19 PQ20 PQ23 SS05 TT09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラー画像中にあるむらを修正する画像
   補正方法であって、 前記カラー画像の背景色を検出するステップと、 前記カラー画像の背景色の輝度が均一になるように輝度
   補正を行うステップとを含む、画像補正方法。
2. 【請求項２】 前記カラー画像の背景色を検出する前記
   ステップは、 色空間中において、複数の代表色の各々について、予め
   定められた類似度以上の色を有する画素を同じクラスタ
   に分類するステップと、 各クラスタを画素数順に並べるステップと、 クラスタの並び順およびクラスタの画素数に基づいて、
   複数の背景色を検出するステップとを含む、請求項１に
   記載の画像補正方法。
3. 【請求項３】 前記カラー画像の背景色の輝度が均一に
   なるよう輝度補正を行う前記ステップは、 背景色のクラスタに属する各画素に補正倍率を設定する
   ステップと、 各画素の補正倍率に対し、たたみ込み演算を行うステッ
   プと、 背景色以外のクラスタに属する画素のうち、補正倍率が
   未定な画素に補正倍率を設定するステップと、 設定した補正倍率で各画素の輝度補正を行うステップと
   を含む、請求項１に記載の画像補正方法。
4. 【請求項４】 たたみ込み演算を行う前記ステップは、 予め複数要素の和を要素とするテーブルを作成するステ
   ップと、 前記テーブルに基づいて、畳み込み演算値を求めるステ
   ップとを含む、請求項３に記載の画像補正方法。
5. 【請求項５】 カラー画像中にあるむらを修正する画像
   補正装置であって、 前記カラー画像の背景色を検出する背景色検出部と、 前記背景色検出部に接続され、前記カラー画像の背景色
   の輝度が均一になるように輝度補正を行う輝度補正部と
   を含む、画像補正装置。
6. 【請求項６】 カラー画像の背景色を検出するステップ
   と、 前記カラー画像の背景色の輝度が均一になるように輝度
   補正を行うステップとをコンピュータに実行させる画像
   補正プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録
   媒体。