JP2003162715A

JP2003162715A - 画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムを記録した記録媒体、並びに画像入力装置および画像出力装置

Info

Publication number: JP2003162715A
Application number: JP2001358426A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamanishi; 明山西; Shiyoubou Chiyou; 小▲忙▼ 張
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】画像中の見えにくい部分が見易くなるよう
に、画像データを補正する。【解決手段】輝度値平均算出部２では、入力されたデ
ジタル画像データから、注目画素周辺領域における輝度
値の平均値を算出し、輝度値平均値補正部４では、輝度
値の平均値を補正する。ゲイン値算出部３では、注目画
素の輝度値と輝度値の平均値とを用いてゲイン値を算出
し、輝度補正部５では、ゲイン値と輝度値の平均値の補
正値とを用いて注目画素の輝度値を補正する。彩度補正
部６では、補正前の輝度値と補正後の輝度値とを用いて
彩度値を補正する。注目画素周辺領域における輝度値の
平均値を補正することによって、画像全体のバランスを
適正に維持し、画像の細かい部分はゲイン値によって補
正することによって、見えている明るい部分を犠牲にせ
ずに、見えにくい暗い部分のみを補正することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル画像デー
タに対して適正な階調補正を行うことができる画像処理
装置および画像処理方法に関する。また、本発明は、こ
のような画像処理方法の処理手順を制御する画像処理プ
ログラムを記録した記録媒体に関する。さらに、本発明
は、このような画像処理装置の機能を備えたデジタル画
像入力装置およびデジタル画像出力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スキャナー、デジタルカメラ等のような
画像入力装置から入力されるデジタル画像データを用い
て、プリンタによって画像を印刷し、ディスプレイに画
像を表示し、またはコンピューターによってデジタル画
像データを加工する際には、画像処理装置によって、画
像の輝度を階調補正するという画像処理が、しばしば行
われる。このように画像の輝度を階調補正するための方
法としては、例えば特開平９−２００５５３１号公報に
開示されている方法（以下、従来技術１と称する）、特
開平１０−２８３４７０号公報に開示されている方法
（以下、従来技術２と称する）等が知られている。

【０００３】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、それぞれ、従
来技術１による補正処理を説明するためのグラフであ
り、横軸を輝度値、縦軸を頻度値として輝度分布が表さ
れている。この従来技術１では、図６（ａ）の輝度分布
に示すように、画像出力装置におけるダイナミックレン
ジを使い切っていないような画像データが入力される
と、まず、その画像データにおける輝度値の最小値およ
び最大値が、それぞれ、画像出力装置におけるダイナミ
ックレンジの最大値および最小値にほぼ一致するよう
に、輝度値が調整される。その結果、調整された画像デ
ータの輝度分布は、図６（ｂ）に示すように、明暗方向
（横軸方向）に引き伸ばされた形状になる。次に、図６
（ｃ）に示すように、頻度が最も高くなる輝度値（最頻
度）と、画像出力装置による出力状態が最適となる輝度
値（最適レベル）との差が求められ、最頻度の位置が最
適レベルの位置に近づくように、輝度値が補正される。
この図６（ｃ）において、補正前の輝度値を点線で示
し、補正後の輝度値を実線で示している。これによっ
て、十分なコントラストを得ることができ、好ましい明
るさを有する画像を出力することができる。

【０００４】また、図７（ａ）および図７（ｂ）は、そ
れぞれ、従来技術２による補正処理を説明するためのグ
ラフであり、横軸を輝度値、縦軸を頻度値として輝度分
布が表されている。この従来技術２では、図７（ａ）の
輝度分布に示すように、最頻度が画像出力装置における
最適レベルよりも小さいような画像データが入力される
と、図７（ｂ）に示すように、最小値が固定され、最頻
度が画像出力装置における最適レベルに一致するよう
に、入力された画像データにおける輝度値が線形変換さ
れて出力される。この図７（ｂ）において、補正前の輝
度値を点線で示し、補正後の輝度値を実線で示してい
る。これに対して、最頻度が画像出力装置における最適
レベルよりも大きいような輝度分布を有する画像データ
が入力されると、最大値が固定され、最頻度が画像出力
装置における最適レベルに一致するように、入力された
画像データにおける輝度値が線形変換されて出力する。
これによって、特性に応じて適正な階調分布が得られる
ように、画像データを補正することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術１お
よび従来技術２では、それぞれ、画像が全体的に暗い
側、または明るい側にシフトしているような場合には、
適正に補正処理を行うことができる。しかしながら、従
来技術１および従来技術２の補正方法では、例えば、夜
景、天体写真等のように、全体としては暗いが、明るい
領域（輝度が高い領域）にも有意な階調データを有す
る、といった画像の場合には、正確に補正を行うことが
できない。

【０００６】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、それぞれ、従
来技術１による補正処理の問題点を説明するためのグラ
フであり、横軸を輝度値、縦軸を頻度値として輝度分布
が表されている。この従来技術１において、図８（ａ）
の輝度分布に示すように、輝度が低い領域に最頻度と平
均値とが存在し、輝度が高い領域にもデータが存在する
ような画像データが入力された場合、画像データが画像
出力装置におけるダイナミックレンジを使い切っている
ので、図８（ｂ）に示すように、ダイナミックレンジの
調整は行われない。そして、図８（ｃ）に示すように、
最頻度の位置が最適レベルの位置に近づくように、輝度
値が補正される。この図８（ｃ）において、補正前の輝
度値を点線で示し、補正後の輝度値を実線で示してい
る。その結果、補正された画像が、画像全体として明る
くなりすぎる、という問題が生じる。

【０００７】また、図９（ａ）および図９（ｂ）は、そ
れぞれ、従来技術２による補正処理の問題点を説明する
ためのグラフであり、横軸を輝度値、縦軸を頻度値とし
て輝度分布が表されている。この従来技術２において、
図９（ａ）の輝度分布に示すように、輝度が低い領域に
最頻度が偏っており、輝度が高い領域では画像出力装置
におけるダイナミックレンジを使い切っているような画
像データが入力されると、図９（ｂ）に示すように、最
小値を固定して、最頻度が画像出力装置における最適レ
ベルに一致するように、入力された画像データにおける
輝度値が線形変換されて出力される。この図９（ｂ）に
おいて、補正前の輝度値を点線で示し、補正後の輝度値
を実線で示している。その結果、補正結果が、画像出力
装置におけるダイナミックレンジを超えて擬似輪郭が発
生する、という問題が生じる。また、リミッターを備え
ている画像出力装置では、補正を行うことができない、
という問題が生じる。

【０００８】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、夜景などのように、
輝度が低い領域の階調データが主体であって、輝度が高
い領域にも有意な階調データが存在する画像に対して
も、適正な階調補正を行うことができる、画像処理装
置、画像処理方法および画像処理プログラムを記録した
記録媒体、並びに画像入力装置および画像出力装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の画像処理装置
は、入力されたデジタル画像データから、注目画素を含
む周辺領域に対して、輝度値の平均値を算出する輝度値
平均値算出手段と、該輝度値平均値算出手段にて算出さ
れた輝度値の平均値を補正する輝度値平均値補正手段
と、注目画素の輝度値と該輝度値平均値算出手段にて算
出された輝度値の平均値とを用いてゲイン値を算出し、
該ゲイン値と該輝度値平均値補正手段にて得られた輝度
値の平均値の補正値とを用いて、注目画素の輝度値を補
正する輝度値補正手段と、注目画素に対して、入力され
たデジタル画像データの輝度値と補正後の輝度値とを用
いて、入力されたデジタル画像データの彩度値を補正す
る彩度値補正手段と、を具備しており、そのことにより
上記目的が達成される。

【００１０】上記構成によれば、注目画素を含む周辺領
域における輝度値の平均値を補正することによって、注
目画素周辺を大局的に補正することができる。また、注
目画素の輝度値と、周辺領域における輝度値の平均値と
の相対的な関係を示すゲイン値を算出し、画像の細かい
部分はゲイン値によって補正し、画像全体のバランスは
輝度値の平均値の補正値によって適正に保つことができ
るため、それぞれの役割を分担して、それらの補正結果
を合成することによって、注目画素の輝度値を補正する
ことができる。これによって、画像全体のバランスを維
持しながら、細部も良く見えるように、画像出力装置に
おけるダイナミックレンジを改善することができる。

【００１１】前記輝度値平均値補正手段は、ルックアッ
プテーブルによって、注目画素を含む周辺領域におけ
る、輝度値の平均値を補正することができる。

【００１２】上記構成によれば、画像全体の雰囲気を壊
すことなく、注目画素周辺の大まかな補正を行うことが
できる。

【００１３】前記輝度値補正手段は、注目画素の輝度値
と前記輝度値の平均値とを用いて算出されたゲイン値
と、前記輝度値の平均値の補正値とを合成することによ
って、注目画素の輝度値を補正することができる。

【００１４】上記構成によれば、画像全体の雰囲気を壊
すことなく、かつ、細部の階調を失わずに、注目画素の
輝度値を補正することができる。

【００１５】前記彩度値補正手段は、注目画素に対し
て、入力されたデジタル画像データの輝度値と補正後の
輝度値との変化率を算出し、該変化率に従って、入力さ
れたデジタル画像データの彩度値を補正することができ
る。

【００１６】上記構成によれば、補正前後において輝度
値と彩度値との比が変わるることなく、すなわち、色が
変わることなく、輝度値を補正することができる。

【００１７】本発明の画像処理方法は、入力されたデジ
タル画像データから、注目画素を含む周辺領域に対し
て、輝度値の平均値を算出するステップと、該輝度値の
平均値を補正するステップと、注目画素の輝度値と該輝
度値の平均値とを用いてゲイン値を算出し、該ゲイン値
と該輝度値の平均値の補正値とを用いて、注目画素の輝
度値を補正するステップと、注目画素に対して、入力さ
れたデジタル画像データの輝度値と補正後の輝度値とを
用いて、入力されたデジタル画像データの彩度値を補正
するステップと、を含んでおり、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１８】ルックアップテーブルによって、注目画素
を含む周辺領域における、輝度値の平均値を補正するこ
とができる。

【００１９】注目画素の輝度値と前記輝度値の平均値と
を用いて算出されたゲイン値と、前記輝度値の平均値の
補正値とを合成することによって、注目画素の輝度値を
補正することができる。

【００２０】注目画素に対して、入力されたデジタル画
像データの輝度値と補正後の輝度値との変化率を算出
し、該変化率に従って、入力されたデジタル画像データ
の彩度値を補正することができる。

【００２１】本発明の画像処理プログラムを記録した記
録媒体は、本発明の画像処理方法の処理手順を制御する
画像処理プログラムが記録されており、そのことにより
上記目的が達成される。

【００２２】本発明の画像入力装置は、本発明の画像処
理装置の機能を備えており、そのことにより上記目的が
達成される。

【００２３】本発明の画像出力装置は、本発明の画像処
理装置の機能を備えており、そのことにより上記目的が
達成される。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面に基づいて説明する。

【００２５】図１は、本発明の一実施形態である画像処
理装置の概略構成を説明するためのブロック図である。
この画像処理装置２０は、スキャナ、デジタルカメラ等
のような画像入力装置１と、プリンタ、ディスプレイ等
のような画像出力装置７との間に接続され、画像入力装
置２０から入力されたデジタル画像データを、画像出力
装置７による出力に適した状態に補正するために用いら
れる装置であり、本実施形態では、輝度値の階調補正処
理を行う例について説明する。

【００２６】この画像処理装置２０において、画像入力
装置１から入力されたデジタル画像データは、輝度値平
均値算出部２およびゲイン値算出部３に供給される。

【００２７】輝度値平均値算出部２は、画像入力装置１
から供給されたデジタル画像データから、注目画素を含
む周辺領域に対して、輝度値の平均値を算出し、ゲイン
値算出部３および輝度値平均値補正部４に出力する。

【００２８】ゲイン値算出部３は、画像入力装置１から
供給された注目画素の輝度値と、輝度値平均値算出部２
から供給された輝度値の平均値とを用いて、注目画素
の、周辺領域に対する相対的な輝度値の変化を表すゲイ
ン値を算出し、輝度値補正部５に出力する。

【００２９】輝度値平均値補正部４は、輝度値平均値算
出部２から供給された輝度値の平均値を、ルックアップ
テーブル（ＬＵＴ）を用いて補正し、輝度値補正部５に
出力する。

【００３０】輝度値補正部５は、輝度値平均値補正部４
から供給された輝度値の平均値の補正値と、ゲイン値算
出手段３から供給されたゲイン値とを用いて、注目画素
の輝度値を補正し、彩度補正部６および画像出力装置７
に出力する。

【００３１】彩度補正部６は、輝度値補正部５から供給
された注目画素の輝度値の補正値と、画像入力装置１か
ら供給された注目画素の輝度値とを用いて、注目画素の
彩度値を補正し、画像出力装置７に出力する。

【００３２】以下に、このように構成された本実施形態
の画像処理装置を用いた画像処理方法について、図２の
フローチャートに従って説明する。

【００３３】まず、ステップＳ１において、輝度値平均
値算出部２によって、画像入力装置１から供給された輝
度値から、注目画素を含む周辺領域に対して、輝度値の
平均値を算出して、ゲイン値算出部３および輝度値平均
値補正部４に出力する。

【００３４】ここで、注目画素を含む周辺領域は、例え
ば図３に斜線で示すような注目画素を中心とした半径ｒ
の円形で示される範囲として、予め指定しておくことが
できる。また、複数の領域を周辺領域として予め指定し
ておくこともでき、その場合には、それぞれの領域にお
ける輝度値の平均値を算出して、それらの算出結果の平
均値を取ることなどによって合成した結果を、注目画素
を含む周辺領域の輝度値の平均値とすることができる。

【００３５】次に、ステップＳ２において、ゲイン値算
出部３によって、ステップＳ１で算出された輝度値の平
均値と、画像入力装置１から供給された注目画素の輝度
値とを用いて、ゲイン値を算出し、輝度値補正部５に出
力する。

【００３６】このゲイン値は、注目画素の輝度値がその
周辺と比べてどの程度大きいか、小さいかを表す値であ
り、ゲイン値が大きい場合には注目画素がその周辺に比
べて明るく、小さい場合には暗いことを表している。ま
た、ステップＳ１において輝度値平均値を算出する際
に、予め指定しておく周辺領域の範囲を狭くした場合に
は、ゲイン値は注目画素周辺の細かい変化を表すことに
なり、周辺領域の範囲を広くした場合には、ゲイン値は
注目画素周辺の領域全体に対する大まかな変化を表すこ
とになる。

【００３７】ゲイン値は、例えば、 (ケ゛イン値)＝（注目画素の輝度値)/(注目画素を含む周辺領域の輝度値の平均値) ・・・（式１）によって算出することができる。

【００３８】次に、ステップＳ３において、輝度値平均
値補正部４によって、ステップＳ１で算出された輝度値
の平均値を、ＬＵＴを用いて補正し、輝度値補正部５に
出力する。本実施形態では、画像中の見えている部分で
ある明るい部分で階調が失われて画像が見え難くなるこ
とがなく、しかも、見えにくい部分である暗い部分で画
像が見易くなるように補正を行うために、図４に示すよ
うに、入力値が小さい部分に対して出力値を大きくする
ようなＬＵＴを用いて補正を行う。

【００３９】次に、ステップＳ４において、輝度値補正
部５によって、ステップＳ３で算出された輝度値の平均
値の補正値と、ステップＳ２で算出されたゲイン値とを
合成して、注目画素の輝度値を補正し、彩度補正部６お
よび画像出力装置７に出力する。

【００４０】注目画素の輝度値の補正値は、例えば、 (注目画素の輝度値の補正値）＝（輝度値の平均値の補正値)×（ケ゛イン値）・・・（式２）によって算出することができる。これによって、ゲイン
値により画像中の細かい部分の補正を行い、ＬＵＴによ
り画像全体の補正を行うことができる。

【００４１】本実施形態において、画素毎の輝度値をＬ
ＵＴに入力して補正を行った場合、図５に示すように、
輝度値に差がある入力値ａおよび入力値ｂを入力して
も、出力値ａ’および出力値ｂ’では階調差が失われる
ことがある。そこで、細かい部分の補正と画像全体の補
正とを、それぞれゲイン値による補正とＬＵＴによる補
正とに分担することによって、ＬＵＴによる補正のみで
は階調が失われる部分を適切に補正することができる。

【００４２】また、ＬＵＴへの入力値を、注目画素の輝
度値にすると、ゲイン値とＬＵＴとによって、画像の細
かい部分が二重に補正されることになる。そこで、ＬＵ
Ｔへの入力値を、注目画素の輝度値ではなく、注目画素
を含む周辺領域の輝度値の平均値とすることによって、
ＬＵＴでは画像の大まかな補正だけを行うことができ
る。

【００４３】次に、ステップＳ５において、彩度値補正
部６によって、ステップＳ４で算出された注目画素の輝
度値の補正値と、画像入力装置１から供給された注目画
素の輝度値とを用いて、注目画素の彩度値を補正し、画
像出力装置７に出力する。

【００４４】注目画素の彩度値の補正値は、例えば、 (注目画素の彩度値の補正値）＝[（輝度値の平均値の補正値)/（輝度値）] ×(彩度値) ・・・（式３）によって算出することができる。これによって、輝度値
と彩度値との比が変化しないので、画像の色を変えるこ
となく、輝度値の補正を行うことができる。

【００４５】次に、ステップＳ６において、画像内の全
ての画素について、ステップＳ１〜ステップＳ５の処理
が行われたか否かを判定し、未処理の画素があれば、ス
テップＳ１に戻って処理を繰り返し、全画素について処
理を行う。

【００４６】なお、このような画像処理は、ハードウェ
アを用いて実現することもできるが、画像処理プログラ
ムを記録した記録媒体を用いて、コンピューターによっ
て行うこともできる。また、画像処理装置２０は、画像
入力装置１または画像出力装置７に内蔵されているもの
であってもよい。

【００４７】以上、本発明の実施の形態について説明を
行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲で様々に変形して実施すること
が可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
画像中の見えている部分で階調が失われることなく、見
えにくい部分が見えるように、階調を補正することがで
きる。また、画像の状態を判定することなく、補正処理
を行うことができるため、画像の特性に依らず、安定し
て補正処理を行うことができる。さらに、補正処理の前
後で、輝度値と彩度値との比が変化しないようにするこ
とができるため、補正処理の前後で画像の色が変化する
ことを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である画像処理装置の概略
構成を説明するためのブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態である画像処理方法を説明
するためのフローチャートである。

【図３】注目画素および周辺領域の一例を示す模式図で
ある。

【図４】本発明の一実施形態において用いられるＬＵＴ
の一例を示すグラフである。

【図５】ＬＵＴの入力値を注目画素の輝度値とした場合
の問題を説明するためのグラフである。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来技術１によ
る補正処理を説明するためのグラフである。

【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、従来技術２
による補正処理を説明するためのグラフである。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来技術１によ
る補正処理の問題点を説明するためのグラフである。

【図９】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、従来技術２
による補正処理の問題点を説明するためのグラフであ
る。

【符号の説明】

１画像入力装置２輝度値平均値算出部３ゲイン値算出部４輝度値平均値補正部５輝度値補正部６彩度値補正部７画像出力装置２０画像処理装置

フロントページの続きＦターム(参考） 5B057 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC01 CE11 CE17 5C077 LL04 MP08 PP15 PP34 PP37 PP46 PQ12 PQ23 5C079 HB04 LA12 LB00 MA04 MA11 NA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力されたデジタル画像データから、注
目画素を含む周辺領域に対して、輝度値の平均値を算出
する輝度値平均値算出手段と、該輝度値平均値算出手段にて算出された輝度値の平均値
を補正する輝度値平均値補正手段と、注目画素の輝度値と該輝度値平均値算出手段にて算出さ
れた輝度値の平均値とを用いてゲイン値を算出し、該ゲ
イン値と該輝度値平均値補正手段にて得られた輝度値の
平均値の補正値とを用いて、注目画素の輝度値を補正す
る輝度値補正手段と、注目画素に対して、入力されたデジタル画像データの輝
度値と補正後の輝度値とを用いて、入力されたデジタル
画像データの彩度値を補正する彩度値補正手段と、を具
備する画像処理装置。
【請求項２】前記輝度値平均値補正手段は、ルックア
ップテーブルによって、注目画素を含む周辺領域におけ
る、輝度値の平均値を補正する請求項１に記載の画像処
理装置。
【請求項３】前記輝度値補正手段は、注目画素の輝度
値と前記輝度値の平均値とを用いて算出されたゲイン値
と、前記輝度値の平均値の補正値とを合成することによ
って、注目画素の輝度値を補正する請求項１に記載の画
像処理装置。
【請求項４】前記彩度値補正手段は、注目画素に対し
て、入力されたデジタル画像データの輝度値と補正後の
輝度値との変化率を算出し、該変化率に従って、入力さ
れたデジタル画像データの彩度値を補正する請求項１に
記載の画像処理装置。
【請求項５】入力されたデジタル画像データから、注
目画素を含む周辺領域に対して、輝度値の平均値を算出
するステップと、該輝度値の平均値を補正するステップと、注目画素の輝度値と該輝度値の平均値とを用いてゲイン
値を算出し、該ゲイン値と該輝度値の平均値の補正値と
を用いて、注目画素の輝度値を補正するステップと、注目画素に対して、入力されたデジタル画像データの輝
度値と補正後の輝度値とを用いて、入力されたデジタル
画像データの彩度値を補正するステップと、を含む画像
処理方法。
【請求項６】ルックアップテーブルによって、注目画
素を含む周辺領域における、輝度値の平均値を補正する
請求項５に記載の画像処理方法。
【請求項７】注目画素の輝度値と前記輝度値の平均値
とを用いて算出されたゲイン値と、前記輝度値の平均値
の補正値とを合成することによって、注目画素の輝度値
を補正する請求項５に記載の画像処理方法。
【請求項８】注目画素に対して、入力されたデジタル
画像データの輝度値と補正後の輝度値との変化率を算出
し、該変化率に従って、入力されたデジタル画像データ
の彩度値を補正する請求項５に記載の画像処理方法。
【請求項９】請求項５乃至請求項８のいずれかに記載
の画像処理方法の処理手順を制御する画像処理プログラ
ムが記録されている記録媒体。
【請求項１０】請求項１乃至請求項４のいずれかに記
載の画像処理装置の機能を備えた画像入力装置。
【請求項１１】請求項１乃至請求項４のいずれかに記
載の画像処理装置の機能を備えた画像出力装置。