JP2003281527A - コントラスト強調方法及びコントラスト強調装置 - Google Patents
コントラスト強調方法及びコントラスト強調装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/44—Receiver circuitry for the reception of television signals according to analogue transmission standards
- H04N5/57—Control of contrast or brightness
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/40—Image enhancement or restoration using histogram techniques
-
- G—PHYSICS
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- G06T5/92—Dynamic range modification of images or parts thereof based on global image properties
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヒストグラム均等化を用いたデジタル画像の
強調において、アーティファクトの発生を回避し、変更
画像をより自然な画像にする。 【解決手段】 オリジナル画像の輝度レベルの分布を示
すヒストグラムを判定し、オリジナル画像のコントラス
トの特性測定値を判定し、オリジナル画像のヒストグラ
ムを均等化し、コントラストを向上させる処理におい
て、ヒストグラムの均等化の度合いを特性測定値の関数
として変更する。
強調において、アーティファクトの発生を回避し、変更
画像をより自然な画像にする。 【解決手段】 オリジナル画像の輝度レベルの分布を示
すヒストグラムを判定し、オリジナル画像のコントラス
トの特性測定値を判定し、オリジナル画像のヒストグラ
ムを均等化し、コントラストを向上させる処理におい
て、ヒストグラムの均等化の度合いを特性測定値の関数
として変更する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル画像のコ
ントラストを強調するコントラスト強調方法に関し、特
にテレビジョン画像のコントラストを強調する方法に関
する。更に、本発明は、デジタル画像のコントラストを
向上させるコントラスト強調装置に関する。
ントラストを強調するコントラスト強調方法に関し、特
にテレビジョン画像のコントラストを強調する方法に関
する。更に、本発明は、デジタル画像のコントラストを
向上させるコントラスト強調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒストグラム均等化法（histogram equa
lization）は、単純且つ効果的な技術であるため、デジ
タル画像のコントラストを向上させる処理に広く用いら
れている。ヒストグラム均等化法は、包括的手法（glob
al approach）と局所的手法（local approach）といっ
た２つのカテゴリに分類される。尚、ここでは、演算負
荷を考慮して、包括的ヒストグラム均等化法が好ましい
と判断し、特にテレビジョン画像のコントラストの強調
に包括的ヒストグラム均等化法を用いる具体例のみを説
明する。
lization）は、単純且つ効果的な技術であるため、デジ
タル画像のコントラストを向上させる処理に広く用いら
れている。ヒストグラム均等化法は、包括的手法（glob
al approach）と局所的手法（local approach）といっ
た２つのカテゴリに分類される。尚、ここでは、演算負
荷を考慮して、包括的ヒストグラム均等化法が好ましい
と判断し、特にテレビジョン画像のコントラストの強調
に包括的ヒストグラム均等化法を用いる具体例のみを説
明する。
【０００３】ヒストグラム均等化法は、画像情報を最大
限知覚（maximal Image information perception）する
には、画像の輝度値の分布（ヒストグラム）が画像の輝
度値の範囲全体に亘って均一でなくてはならないという
原理に基づいている。ヒストグラム均等化変換曲線（hi
stogram equalization transformation curve）によっ
て画素の輝度値をマッピングすることにより、変換画像
の画素の輝度値は、ダイナミックレンジ全体に亘って可
能な限り均等に分布する。この「ヒストグラム均等化変
換曲線」を以下「ＨＥ変換曲線」と呼ぶ。
限知覚（maximal Image information perception）する
には、画像の輝度値の分布（ヒストグラム）が画像の輝
度値の範囲全体に亘って均一でなくてはならないという
原理に基づいている。ヒストグラム均等化変換曲線（hi
stogram equalization transformation curve）によっ
て画素の輝度値をマッピングすることにより、変換画像
の画素の輝度値は、ダイナミックレンジ全体に亘って可
能な限り均等に分布する。この「ヒストグラム均等化変
換曲線」を以下「ＨＥ変換曲線」と呼ぶ。
【０００４】ＨＥ変換曲線は、オリジナル画像のヒスト
グラムから得ることができる。適切なＨＥ変換曲線を生
成するために、ヒストグラム値を累算することにより、
累積ヒストグラム（cumulative histogram）、すなわち
累積分布関数（Cumulative Distribution Function：以
下、ＣＤＦともいう。）が算出される。そして、累積ヒ
ストグラムを正規化し、輝度レベルをマッピングするた
めに最適な変換関数を求める。
グラムから得ることができる。適切なＨＥ変換曲線を生
成するために、ヒストグラム値を累算することにより、
累積ヒストグラム（cumulative histogram）、すなわち
累積分布関数（Cumulative Distribution Function：以
下、ＣＤＦともいう。）が算出される。そして、累積ヒ
ストグラムを正規化し、輝度レベルをマッピングするた
めに最適な変換関数を求める。
【０００５】ここで、多くの用途において、ヒストグラ
ム均等化に基づく画像の性質の変化の度合いが好ましく
ない場合がある。すなわち、ヒストグラム均等化を行う
と、画像の明度（brightness）が大きく変化しすぎるこ
とがある。例えば、夜間に撮像された画像が昼間に撮影
された画像のように見えてしまうこともある。また、人
間の顔に対応する領域における自然な印象が損なわれる
こともある。
ム均等化に基づく画像の性質の変化の度合いが好ましく
ない場合がある。すなわち、ヒストグラム均等化を行う
と、画像の明度（brightness）が大きく変化しすぎるこ
とがある。例えば、夜間に撮像された画像が昼間に撮影
された画像のように見えてしまうこともある。また、人
間の顔に対応する領域における自然な印象が損なわれる
こともある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】欧州特許ＥＰ３８３２
６９Ａ２号「部分的画像適応化法（Regionally adaptiv
e Imaging techniques）」には、画像雑音を強調しすぎ
ることを回避するためのヒストグラムフィルタリング法
が開示されている。
６９Ａ２号「部分的画像適応化法（Regionally adaptiv
e Imaging techniques）」には、画像雑音を強調しすぎ
ることを回避するためのヒストグラムフィルタリング法
が開示されている。
【０００７】また、ワイ・ティー・キム（Y.-T.Kim.）
に付与されている米国特許第５８５７０３３号「定量化
された平均分離ヒストグラム均等化法を用いた画像強調
方法及び回路（Method for image enhancement using q
uantified mean separate histogram equalization and
a circuit thereof）」では、画像の平均値に基づいて
画像を２つのサブ画像に分割することにより、明度が極
端に変化しないようにしている。ここでは、各サブ画像
は、個々にヒストグラム均等化される。
に付与されている米国特許第５８５７０３３号「定量化
された平均分離ヒストグラム均等化法を用いた画像強調
方法及び回路（Method for image enhancement using q
uantified mean separate histogram equalization and
a circuit thereof）」では、画像の平均値に基づいて
画像を２つのサブ画像に分割することにより、明度が極
端に変化しないようにしている。ここでは、各サブ画像
は、個々にヒストグラム均等化される。
【０００８】また、ワイ・ティー・キム（Y.-T.Kim.）
に付与されている米国特許第５９２３３８３号「ヒスト
グラム均等化を用いた画像強調方法（Image enhancemen
t method using histogram equalization）」では、明
度の極端な変化を回避する更なる手法が開示されてい
る。ここでは、ヒストグラムを算出する際に、各輝度値
の出現数が所定数を超えないように制限される。しかし
ながら、この文献では、異なる画像に対して、この所定
数をどのように決定するかは開示されていない。更に、
欧州特許ＥＰ３８３２６９Ａ２号にも指摘されているよ
うに、この種の制限の結果、輝度値の範囲が小さくな
り、画像のコントラストが劣化するという問題もある。
に付与されている米国特許第５９２３３８３号「ヒスト
グラム均等化を用いた画像強調方法（Image enhancemen
t method using histogram equalization）」では、明
度の極端な変化を回避する更なる手法が開示されてい
る。ここでは、ヒストグラムを算出する際に、各輝度値
の出現数が所定数を超えないように制限される。しかし
ながら、この文献では、異なる画像に対して、この所定
数をどのように決定するかは開示されていない。更に、
欧州特許ＥＰ３８３２６９Ａ２号にも指摘されているよ
うに、この種の制限の結果、輝度値の範囲が小さくな
り、画像のコントラストが劣化するという問題もある。
【０００９】コーネリアス・エー（Cornelius A.）、エ
ム・ヤスパース（M.Jaspers）に付与されている米国特
許第５５３７０７１号「入力信号を振幅セグメント信号
に分割し、各振幅セグメント信号の値に基づいて各振幅
セグメント信号を非線形的に処理する方法及び回路（Me
thod and circuit for dividing an input signal into
amplitude segment signals and for non-linearity p
rocessing the amplitude segment signals on the bas
is of the value of each amplitude segmentsigna
l）」に開示される手法によれば、ヒストグラム均等化
における問題を改善することができる。この手法では、
ヒストグラムを複数（例えば３２個）のセグメントに分
割し、これらセグメントのヒストグラムエントリからこ
れらの平均値を減算する。続いて、これらのセグメント
に亘る積分を行う。そして、係数による重み付けを行
い、積分結果を表す曲線と単位直線（unit straight li
ne）とを混合することにより、画像コントラストが強調
される。しかしながら、この手法では、実現されるヒス
トグラム均等化の度合いが限られている。特に、コント
ラストが弱い画像に対しては、強調量が、画像の性質に
より許容される望ましい強調量に比べて遙かに少ない。
ム・ヤスパース（M.Jaspers）に付与されている米国特
許第５５３７０７１号「入力信号を振幅セグメント信号
に分割し、各振幅セグメント信号の値に基づいて各振幅
セグメント信号を非線形的に処理する方法及び回路（Me
thod and circuit for dividing an input signal into
amplitude segment signals and for non-linearity p
rocessing the amplitude segment signals on the bas
is of the value of each amplitude segmentsigna
l）」に開示される手法によれば、ヒストグラム均等化
における問題を改善することができる。この手法では、
ヒストグラムを複数（例えば３２個）のセグメントに分
割し、これらセグメントのヒストグラムエントリからこ
れらの平均値を減算する。続いて、これらのセグメント
に亘る積分を行う。そして、係数による重み付けを行
い、積分結果を表す曲線と単位直線（unit straight li
ne）とを混合することにより、画像コントラストが強調
される。しかしながら、この手法では、実現されるヒス
トグラム均等化の度合いが限られている。特に、コント
ラストが弱い画像に対しては、強調量が、画像の性質に
より許容される望ましい強調量に比べて遙かに少ない。
【００１０】欧州特許ＥＰ１０２２６７９Ａ２号には、
「画像処理システム（Image processing system）」が
開示されている。ここに開示される手法では、ヒストグ
ラムは複数のクラスタに分割され、各クラスタに対して
ヒストグラム均等化又は伸張（stretching）が実行され
る。このヒストグラムの分割は、パターンマッチング法
（pattern matching technique）に基づいて行われ、均
一なガウス分布（Gaussian and uniform distributio
n）は、個々のクラスタに分割される。しかしながら、
ヒストグラムパターンは、必ずしも均一なガウス分布を
有するとは限らず、他の種類の分布パターンも存在す
る。
「画像処理システム（Image processing system）」が
開示されている。ここに開示される手法では、ヒストグ
ラムは複数のクラスタに分割され、各クラスタに対して
ヒストグラム均等化又は伸張（stretching）が実行され
る。このヒストグラムの分割は、パターンマッチング法
（pattern matching technique）に基づいて行われ、均
一なガウス分布（Gaussian and uniform distributio
n）は、個々のクラスタに分割される。しかしながら、
ヒストグラムパターンは、必ずしも均一なガウス分布を
有するとは限らず、他の種類の分布パターンも存在す
る。
【００１１】そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなさ
れたものであり、本発明の目的は、アーティファクトの
発生を回避し、変更画像がより自然に見える、ヒストグ
ラム均等化を用いたデジタル画像のコントラスト強調方
法及びコントラスト強調装置を提供することである。
れたものであり、本発明の目的は、アーティファクトの
発生を回避し、変更画像がより自然に見える、ヒストグ
ラム均等化を用いたデジタル画像のコントラスト強調方
法及びコントラスト強調装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係るコントラスト強調方法は、それぞれ
に輝度レベルが割り当てられた複数の画素を含むデジタ
ル画像のコントラストを強調するコントラスト強調方法
において、オリジナル画像の輝度レベルの分布を示すヒ
ストグラムを判定するステップと、オリジナル画像のコ
ントラストの特性測定値を判定するステップと、オリジ
ナル画像のヒストグラムを均等化し、コントラストを向
上させるステップとを有する。ヒストグラムの均等化の
度合いは、特性測定値の関数として変更される。
めに、本発明に係るコントラスト強調方法は、それぞれ
に輝度レベルが割り当てられた複数の画素を含むデジタ
ル画像のコントラストを強調するコントラスト強調方法
において、オリジナル画像の輝度レベルの分布を示すヒ
ストグラムを判定するステップと、オリジナル画像のコ
ントラストの特性測定値を判定するステップと、オリジ
ナル画像のヒストグラムを均等化し、コントラストを向
上させるステップとを有する。ヒストグラムの均等化の
度合いは、特性測定値の関数として変更される。
【００１３】従来の手法のように全体的なヒストグラム
と均等化を行う代わりに、本発明では、部分的なヒスト
グラム均等化を実現することができる。ヒストグラム均
等化の度合いは、ヒストグラム均等化を行わない処理か
ら全体的なヒストグラム均等化を行う処理までの間で変
更され、これにより画素の輝度値は、そのダイナミック
レンジ全体に亘って可能な限り均等に分布される。本発
明では、ヒストグラム均等化の度合いは、自動的に画像
のコントラストに適応化される。オリジナル画像を分析
することにより、画像コントラストの特性測定値が算出
される。
と均等化を行う代わりに、本発明では、部分的なヒスト
グラム均等化を実現することができる。ヒストグラム均
等化の度合いは、ヒストグラム均等化を行わない処理か
ら全体的なヒストグラム均等化を行う処理までの間で変
更され、これにより画素の輝度値は、そのダイナミック
レンジ全体に亘って可能な限り均等に分布される。本発
明では、ヒストグラム均等化の度合いは、自動的に画像
のコントラストに適応化される。オリジナル画像を分析
することにより、画像コントラストの特性測定値が算出
される。
【００１４】画像のコントラストが高い場合、ヒストグ
ラム均等化は不要であり、この場合、ヒストグラム均等
化をオフにできる。一方、画像のコントラストが低い場
合、ヒストグラム均等化をオンにし、全体的なヒストグ
ラム均等化を行うことができる。画像コントラストが中
間的である場合、適正量のヒストグラム均等化が実行さ
れる。
ラム均等化は不要であり、この場合、ヒストグラム均等
化をオフにできる。一方、画像のコントラストが低い場
合、ヒストグラム均等化をオンにし、全体的なヒストグ
ラム均等化を行うことができる。画像コントラストが中
間的である場合、適正量のヒストグラム均等化が実行さ
れる。
【００１５】この方法の利点は、オリジナル画像の質が
高い場合、そのオリジナル画像にはヒストグラム均等化
が施されず、したがって質が高い画像を劣化させること
がない点にある。更に、本発明では、コントラストの強
調が適量に制限されるため、例えば人間の顔が不自然に
見えてしまうような、ヒストグラム均等化に起因するア
ーチファクトの発生を回避することができる。すなわ
ち、本発明により、ヒストグラム均等化は必要最小限に
抑制される。したがって、ヒストグラム均等化後の画像
の全体的な画質が向上する。
高い場合、そのオリジナル画像にはヒストグラム均等化
が施されず、したがって質が高い画像を劣化させること
がない点にある。更に、本発明では、コントラストの強
調が適量に制限されるため、例えば人間の顔が不自然に
見えてしまうような、ヒストグラム均等化に起因するア
ーチファクトの発生を回避することができる。すなわ
ち、本発明により、ヒストグラム均等化は必要最小限に
抑制される。したがって、ヒストグラム均等化後の画像
の全体的な画質が向上する。
【００１６】ヒストグラムは、好ましくは、変更輝度レ
ベルを算出するために、ヒストグラム均等化変換曲線に
基づいて、オリジナル画像の輝度レベルを変換すること
により、均等化される。ヒストグラム均等化変換曲線
は、オリジナル画像の輝度レベルを変更し、コントラス
トが強調された画像を生成するために使用される。ヒス
トグラム均等化関数は、輝度値の範囲内の初期の各輝度
レベルを対応するターゲット輝度レベルにマッピングす
るマッピング曲線とみなすことができる。ターゲット輝
度レベルは、画素毎に初期の輝度レベルを対応するター
ゲット輝度レベルにマッピングすることにより、画像の
コントラストが高まるように選択される。
ベルを算出するために、ヒストグラム均等化変換曲線に
基づいて、オリジナル画像の輝度レベルを変換すること
により、均等化される。ヒストグラム均等化変換曲線
は、オリジナル画像の輝度レベルを変更し、コントラス
トが強調された画像を生成するために使用される。ヒス
トグラム均等化関数は、輝度値の範囲内の初期の各輝度
レベルを対応するターゲット輝度レベルにマッピングす
るマッピング曲線とみなすことができる。ターゲット輝
度レベルは、画素毎に初期の輝度レベルを対応するター
ゲット輝度レベルにマッピングすることにより、画像の
コントラストが高まるように選択される。
【００１７】ヒストグラム均等化変換曲線は、好ましく
は、ヒストグラムを積分及び換算することにより生成さ
れる。オリジナル画像の輝度レベルの分布を示すオリジ
ナルヒストグラムの値を累積することにより、累積分布
関数（Cumulative Distribution Function：以下、ＣＤ
Ｆという。）が得られる。累積分布関数のターゲット値
の範囲は、輝度レベルの範囲に対応していないため、累
積分布関数に対する換算を行う必要がある。累積分布関
数を換算することにより、全体的なヒストグラム均等化
に適切に用いることができるヒストグラム均等化変換曲
線が得られる。
は、ヒストグラムを積分及び換算することにより生成さ
れる。オリジナル画像の輝度レベルの分布を示すオリジ
ナルヒストグラムの値を累積することにより、累積分布
関数（Cumulative Distribution Function：以下、ＣＤ
Ｆという。）が得られる。累積分布関数のターゲット値
の範囲は、輝度レベルの範囲に対応していないため、累
積分布関数に対する換算を行う必要がある。累積分布関
数を換算することにより、全体的なヒストグラム均等化
に適切に用いることができるヒストグラム均等化変換曲
線が得られる。
【００１８】ここで、特性測定値は、オリジナル画像の
輝度レベルの平均値と所定の定数との差を評価すること
により算出され、この差が大きいほど画像のコントラス
トが低いと判定する。通常、低いコントラストは、照明
が不適切であるという条件に起因し、コントラストが低
い画像は、明るすぎるか暗すぎるかのいずれかである。
このため、コントラストが低い画像の平均輝度レベル
は、通常の画像の平均輝度レベルに比べて著しく小さい
又は大きい。この平均輝度値と、例えば輝度値が０〜２
５５の範囲を取る場合は１２８といった定数との差は、
画像コントラストの特性測定値として適しており、ま
た、この値は容易に算出することができる。
輝度レベルの平均値と所定の定数との差を評価すること
により算出され、この差が大きいほど画像のコントラス
トが低いと判定する。通常、低いコントラストは、照明
が不適切であるという条件に起因し、コントラストが低
い画像は、明るすぎるか暗すぎるかのいずれかである。
このため、コントラストが低い画像の平均輝度レベル
は、通常の画像の平均輝度レベルに比べて著しく小さい
又は大きい。この平均輝度値と、例えば輝度値が０〜２
５５の範囲を取る場合は１２８といった定数との差は、
画像コントラストの特性測定値として適しており、ま
た、この値は容易に算出することができる。
【００１９】本発明の他の好ましい具体例においては、
特性測定値は、輝度レベル０から最初の主要ヒストグラ
ムピークまでの重み付けされた距離と、最後の主要ヒス
トグラムピークから最大の輝度レベルまでの重み付けさ
れた距離との差を評価することにより算出され、この重
み付けされた距離の差が大きい程画像のコントラストが
低いと判定する。このような判断基準を設けることによ
り、画像全体が暗すぎるか、明るすぎるかを判定するこ
とができる。ヒストグラムのピークが輝度レベル範囲の
中間にない場合、この画像はコントラストが低い画像で
あると知覚される。この場合、強いヒストグラム均等化
が適切である。
特性測定値は、輝度レベル０から最初の主要ヒストグラ
ムピークまでの重み付けされた距離と、最後の主要ヒス
トグラムピークから最大の輝度レベルまでの重み付けさ
れた距離との差を評価することにより算出され、この重
み付けされた距離の差が大きい程画像のコントラストが
低いと判定する。このような判断基準を設けることによ
り、画像全体が暗すぎるか、明るすぎるかを判定するこ
とができる。ヒストグラムのピークが輝度レベル範囲の
中間にない場合、この画像はコントラストが低い画像で
あると知覚される。この場合、強いヒストグラム均等化
が適切である。
【００２０】また、好ましくは、特性測定値の算出にお
いて主要ヒストグラムピーク間の空き領域の総和を考慮
し、この主要ヒストグラムピーク間の空き領域の総和が
大きい程画像のコントラストが高いと判定する。画像内
のどの画素にも割り当てられていない全ての輝度値は、
この空き領域に対応する。ヒストグラムの空き領域は、
画像の特徴を区別するのに有用である。すなわち、ヒス
トグラムのピーク間に大きな空き領域を有する画像は、
コントラストが高い画像であり、したがって、比較的弱
いヒストグラム均等化を行えばよい。このような追加的
な基準を考慮に入れることにより、ヒストグラム均等化
の度合いを少なく維持できる。
いて主要ヒストグラムピーク間の空き領域の総和を考慮
し、この主要ヒストグラムピーク間の空き領域の総和が
大きい程画像のコントラストが高いと判定する。画像内
のどの画素にも割り当てられていない全ての輝度値は、
この空き領域に対応する。ヒストグラムの空き領域は、
画像の特徴を区別するのに有用である。すなわち、ヒス
トグラムのピーク間に大きな空き領域を有する画像は、
コントラストが高い画像であり、したがって、比較的弱
いヒストグラム均等化を行えばよい。このような追加的
な基準を考慮に入れることにより、ヒストグラム均等化
の度合いを少なく維持できる。
【００２１】ここで、主要ヒストグラムピークは、好ま
しくは、ヒストグラム又はヒストグラム均等化変換曲線
の傾きが所定の閾値をどこで超えているかを判断するこ
とにより判定される。この傾きは、隣接するヒストグラ
ム値を減算することにより容易に求められる。この減算
の結果が所定の閾値を超える場合、主要ヒストグラムピ
ークが検出される。
しくは、ヒストグラム又はヒストグラム均等化変換曲線
の傾きが所定の閾値をどこで超えているかを判断するこ
とにより判定される。この傾きは、隣接するヒストグラ
ム値を減算することにより容易に求められる。この減算
の結果が所定の閾値を超える場合、主要ヒストグラムピ
ークが検出される。
【００２２】更に、好ましくは、オリジナル画像に対し
てエッジ検出処理を施すことによりエッジ画像を生成
し、特性測定値を算出する際、オリジナル画像のコント
ラストと、エッジ画像のコントラストの両方を考慮す
る。ここでは、オリジナル画像とエッジ画像の両方につ
いてヒストグラムを生成する。エッジ画像については、
エッジ周辺の画素のみを用いてヒストグラムを生成す
る。したがって、画像のエッジ程多くの情報を含まな
い、例えば背景等の均質な領域内の画素は、ヒストグラ
ムに大きな影響を与えない。ここでは、オリジナル画像
の特性測定値とエッジ画像の特性測定値といった２つの
異なる特性測定値が得られる。この場合、高いコントラ
ストを示している方の特性測定値に基づいてヒストグラ
ム均等化の度合いを制御するとよい。これにより、画像
内の均質な部分が大きい場合にヒストグラム均等化の度
合いが強くなってしまうといった問題を回避できる。
てエッジ検出処理を施すことによりエッジ画像を生成
し、特性測定値を算出する際、オリジナル画像のコント
ラストと、エッジ画像のコントラストの両方を考慮す
る。ここでは、オリジナル画像とエッジ画像の両方につ
いてヒストグラムを生成する。エッジ画像については、
エッジ周辺の画素のみを用いてヒストグラムを生成す
る。したがって、画像のエッジ程多くの情報を含まな
い、例えば背景等の均質な領域内の画素は、ヒストグラ
ムに大きな影響を与えない。ここでは、オリジナル画像
の特性測定値とエッジ画像の特性測定値といった２つの
異なる特性測定値が得られる。この場合、高いコントラ
ストを示している方の特性測定値に基づいてヒストグラ
ム均等化の度合いを制御するとよい。これにより、画像
内の均質な部分が大きい場合にヒストグラム均等化の度
合いが強くなってしまうといった問題を回避できる。
【００２３】好ましくは、ヒストグラムに対しローパス
フィルタリング処理を施した後にヒストグラム均等化変
換曲線を生成する。ローパスフィルタリングにより、ヒ
ストグラムの高周波数成分が除去される。すなわち、ロ
ーパスフィルタのカットオフ周波数以下の周波数成分及
び特にＤＣ成分のみがフィルタを通過する。これによ
り、ヒストグラムが平滑化され、ＤＣ成分及び低い周波
数成分が強調される。この平滑化されたヒストグラムを
積分することにより、ヒストグラム均等化変換曲線が生
成される。これにより、ヒストグラムの高周波変動に起
因するヒストグラム均等化変換曲線の急激な変化を回避
することができる。更に、ローパスフィルタリングによ
り、ヒストグラムからの外乱雑音（noise disturbanc
e）を除去でき、したがって、ヒストグラム均等化変換
曲線がこれらの外乱雑音によって歪むことがなくなる。
ヒストグラムの周波数スペクトルをカットオフ周波数以
下の周波数成分に制限することにより、コントラストを
過剰に強調してしまうことが回避される。
フィルタリング処理を施した後にヒストグラム均等化変
換曲線を生成する。ローパスフィルタリングにより、ヒ
ストグラムの高周波数成分が除去される。すなわち、ロ
ーパスフィルタのカットオフ周波数以下の周波数成分及
び特にＤＣ成分のみがフィルタを通過する。これによ
り、ヒストグラムが平滑化され、ＤＣ成分及び低い周波
数成分が強調される。この平滑化されたヒストグラムを
積分することにより、ヒストグラム均等化変換曲線が生
成される。これにより、ヒストグラムの高周波変動に起
因するヒストグラム均等化変換曲線の急激な変化を回避
することができる。更に、ローパスフィルタリングによ
り、ヒストグラムからの外乱雑音（noise disturbanc
e）を除去でき、したがって、ヒストグラム均等化変換
曲線がこれらの外乱雑音によって歪むことがなくなる。
ヒストグラムの周波数スペクトルをカットオフ周波数以
下の周波数成分に制限することにより、コントラストを
過剰に強調してしまうことが回避される。
【００２４】本発明の第１の具体例では、ヒストグラム
均等化の度合いは、ローパスフィルタリング処理のカッ
トオフ周波数を変化させることにより変更され、カット
オフ周波数が高い程、ヒストグラム均等化の度合いが強
くなる。
均等化の度合いは、ローパスフィルタリング処理のカッ
トオフ周波数を変化させることにより変更され、カット
オフ周波数が高い程、ヒストグラム均等化の度合いが強
くなる。
【００２５】ここで、ローパスフィルタのカットオフ周
波数を比較的高い周波数に設定したとする。この場合、
ヒストグラム内の多くの周波数成分がフィルタを通過す
る。すなわち、高い周波数成分は大きくは減衰されず、
ヒストグラムは余り変化しない。ヒストグラム均等化変
換曲線は、高周波成分を含み、したがって比較的粗く見
えるこのヒストグラムを積分し換算することにより生成
される。生成されたヒストグラム均等化変換関数は、オ
リジナル画像の輝度レベルに大きな影響を与える。この
ように、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くす
ると、略全体的なヒストグラム均等化が行われる。
波数を比較的高い周波数に設定したとする。この場合、
ヒストグラム内の多くの周波数成分がフィルタを通過す
る。すなわち、高い周波数成分は大きくは減衰されず、
ヒストグラムは余り変化しない。ヒストグラム均等化変
換曲線は、高周波成分を含み、したがって比較的粗く見
えるこのヒストグラムを積分し換算することにより生成
される。生成されたヒストグラム均等化変換関数は、オ
リジナル画像の輝度レベルに大きな影響を与える。この
ように、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くす
ると、略全体的なヒストグラム均等化が行われる。
【００２６】ここで、逆にローパスフィルタのカットオ
フ周波数を比較的低い周波数に設定したとする。この場
合、主にヒストグラムのＤＣ成分がフィルタを通過す
る。ＤＣ成分を積分し換算すると、傾きが１の線形の変
換曲線が得られる。このような傾きが１の線形の変換曲
線をヒストグラム均等化変換曲線として用いると、オリ
ジナル画像の輝度レベルは全く変化しない。すなわち、
カットオフ周波数を非常に低くすれば、オリジナル画像
は全く変化しない。したがって、ヒストグラムの高周波
成分を強く減衰させることにより、ヒストグラム均等化
の度合いを低減することができる。
フ周波数を比較的低い周波数に設定したとする。この場
合、主にヒストグラムのＤＣ成分がフィルタを通過す
る。ＤＣ成分を積分し換算すると、傾きが１の線形の変
換曲線が得られる。このような傾きが１の線形の変換曲
線をヒストグラム均等化変換曲線として用いると、オリ
ジナル画像の輝度レベルは全く変化しない。すなわち、
カットオフ周波数を非常に低くすれば、オリジナル画像
は全く変化しない。したがって、ヒストグラムの高周波
成分を強く減衰させることにより、ヒストグラム均等化
の度合いを低減することができる。
【００２７】特性測定値が高い画像コントラストを示し
ている場合、カットオフ周波数はより低い周波数にシフ
トされ、ヒストグラムはヒストグラム均等化変換曲線を
生成する前に大きく減衰され、特性測定値が低い画像コ
ントラストを示している場合、カットオフ周波数はより
高い周波数にシフトされ、ヒストグラムはヒストグラム
均等化変換曲線を生成する前に小さく減衰される。本発
明においては、高い特性測定値は、画像のコントラスト
が低いことを示している。したがって、オリジナル画像
のコントラストの関数としてヒストグラム均等化の度合
いを自動的に制御するためには、上述のカットオフ周波
数と特性測定値との直接的な対応関係を確立すればよい
ことになる。
ている場合、カットオフ周波数はより低い周波数にシフ
トされ、ヒストグラムはヒストグラム均等化変換曲線を
生成する前に大きく減衰され、特性測定値が低い画像コ
ントラストを示している場合、カットオフ周波数はより
高い周波数にシフトされ、ヒストグラムはヒストグラム
均等化変換曲線を生成する前に小さく減衰される。本発
明においては、高い特性測定値は、画像のコントラスト
が低いことを示している。したがって、オリジナル画像
のコントラストの関数としてヒストグラム均等化の度合
いを自動的に制御するためには、上述のカットオフ周波
数と特性測定値との直接的な対応関係を確立すればよい
ことになる。
【００２８】ここで、ローパスフィルタリング処理を実
行するために、例えば、フーリエ変換、好ましくは高速
フーリエ変換を実行してローパスフィルタリング処理を
周波数領域で行ってもよい。オリジナルヒストグラムを
フーリエ変換することにより、周波数領域におけるヒス
トグラムのフーリエスペクトルが得られる。このフーリ
エスペクトルが既知になると、カットオフ周波数以上の
全ての周波数成分を減衰又は除去することによりローパ
スフィルタリングを実行できる。この手法では、周波数
領域においてフィルタ特性特にカットオフ周波数を変更
できる。このようなローパスフィルタリングに代えて、
例えば順方向及び逆方向ＩＩＲフィルタを用いて、順方
向及び逆方向フィルタリングを実行してもよい。
行するために、例えば、フーリエ変換、好ましくは高速
フーリエ変換を実行してローパスフィルタリング処理を
周波数領域で行ってもよい。オリジナルヒストグラムを
フーリエ変換することにより、周波数領域におけるヒス
トグラムのフーリエスペクトルが得られる。このフーリ
エスペクトルが既知になると、カットオフ周波数以上の
全ての周波数成分を減衰又は除去することによりローパ
スフィルタリングを実行できる。この手法では、周波数
領域においてフィルタ特性特にカットオフ周波数を変更
できる。このようなローパスフィルタリングに代えて、
例えば順方向及び逆方向ＩＩＲフィルタを用いて、順方
向及び逆方向フィルタリングを実行してもよい。
【００２９】ローパスフィルタリング手段は、好ましく
は、フーリエ変換されたローパスフィルタ特性が登録さ
れているルックアップテーブルを備える。ルックアップ
テーブルには、特定の平滑化フィルタによるフーリエ変
換の結果が登録される。これにより、例えば、ルックア
ップテーブルに登録されているフーリエ変換の結果を右
にシフトするだけでカットオフ周波数を高めることがで
きる。一方、ルックアップテーブルに登録されているフ
ーリエ変換の結果を右にシフトすれば、カットオフ周波
数を低めることができる。
は、フーリエ変換されたローパスフィルタ特性が登録さ
れているルックアップテーブルを備える。ルックアップ
テーブルには、特定の平滑化フィルタによるフーリエ変
換の結果が登録される。これにより、例えば、ルックア
ップテーブルに登録されているフーリエ変換の結果を右
にシフトするだけでカットオフ周波数を高めることがで
きる。一方、ルックアップテーブルに登録されているフ
ーリエ変換の結果を右にシフトすれば、カットオフ周波
数を低めることができる。
【００３０】本発明の第２の具体例においては、ヒスト
グラム均等化の度合いは、ヒストグラム均等化変換曲線
を生成する際、第１のカットオフ周波数に対応する第１
のローパスフィルタリングされたヒストグラムと、第２
のカットオフ周波数に対応する第２のローパスフィルタ
リングされたヒストグラムとの間を補間することにより
変更される。ここでは、固定された２つのカットオフ周
波数を有する２つのローパスフィルタリングが行われ、
これらの処理を並列に行ってもよい。この第２の具体例
によれば、カットオフ周波数をシフトさせる必要がなく
なる。
グラム均等化の度合いは、ヒストグラム均等化変換曲線
を生成する際、第１のカットオフ周波数に対応する第１
のローパスフィルタリングされたヒストグラムと、第２
のカットオフ周波数に対応する第２のローパスフィルタ
リングされたヒストグラムとの間を補間することにより
変更される。ここでは、固定された２つのカットオフ周
波数を有する２つのローパスフィルタリングが行われ、
これらの処理を並列に行ってもよい。この第２の具体例
によれば、カットオフ周波数をシフトさせる必要がなく
なる。
【００３１】本発明の第３の具体例では、ヒストグラム
均等化の度合いは、ヒストグラム均等化変換曲線と、傾
きが１の線形の変換曲線との差をゲイン係数により換算
することにより変更され、ゲイン係数が小さいほどヒス
トグラム均等化の度合いが弱くなる。この具体例では、
ヒストグラム均等化変換曲線が直接変更される。ここで
は、ヒストグラム又はヒストグラム均等化変換曲線を周
波数領域に変換する必要がない。この手法では、ヒスト
グラム均等化変換曲線から傾きが１の線形の変換曲線を
減算し、求められた差を換算し、換算された曲線を傾き
が１の線形の変換曲線に加算するだけでよく、演算が単
純である。この単純な手法により、値が０〜１の範囲を
とるゲイン係数を用いて、ヒストグラム均等化の度合い
を連続的に変化させることができる。
均等化の度合いは、ヒストグラム均等化変換曲線と、傾
きが１の線形の変換曲線との差をゲイン係数により換算
することにより変更され、ゲイン係数が小さいほどヒス
トグラム均等化の度合いが弱くなる。この具体例では、
ヒストグラム均等化変換曲線が直接変更される。ここで
は、ヒストグラム又はヒストグラム均等化変換曲線を周
波数領域に変換する必要がない。この手法では、ヒスト
グラム均等化変換曲線から傾きが１の線形の変換曲線を
減算し、求められた差を換算し、換算された曲線を傾き
が１の線形の変換曲線に加算するだけでよく、演算が単
純である。この単純な手法により、値が０〜１の範囲を
とるゲイン係数を用いて、ヒストグラム均等化の度合い
を連続的に変化させることができる。
【００３２】明るさが変化してしまう問題を解決する第
１の手法では、ヒストグラム均等化の前後の画像の平均
輝度レベルの比に基づいて、ヒストグラム均等化後の画
像の輝度レベルを換算する。この平均輝度レベルの比
は、画像全体に対して１回のみ算出すればよい。
１の手法では、ヒストグラム均等化の前後の画像の平均
輝度レベルの比に基づいて、ヒストグラム均等化後の画
像の輝度レベルを換算する。この平均輝度レベルの比
は、画像全体に対して１回のみ算出すればよい。
【００３３】明るさが変化してしまう問題を解決する第
２の手法では、ヒストグラム均等化の前後の画像の平均
輝度レベルの差に基づいて、ヒストグラム均等化後の画
像の輝度レベルをシフトする。この第２の手法では、輝
度レベルの適応化に加算及び減算のみを用いるため、演
算負荷を著しく軽減できる。
２の手法では、ヒストグラム均等化の前後の画像の平均
輝度レベルの差に基づいて、ヒストグラム均等化後の画
像の輝度レベルをシフトする。この第２の手法では、輝
度レベルの適応化に加算及び減算のみを用いるため、演
算負荷を著しく軽減できる。
【００３４】明るさが変化してしまう問題を解決する第
３の手法では、ヒストグラム均等化により生じたヒスト
グラムピーク又は選択された基準点の輝度レベルのシフ
トに基づいて、ヒストグラム均等化後の画像の輝度レベ
ルをシフトする。ヒストグラムの主要ピークを追跡する
ことにより、明るさの変化の度合いを容易に検出するこ
とができる。
３の手法では、ヒストグラム均等化により生じたヒスト
グラムピーク又は選択された基準点の輝度レベルのシフ
トに基づいて、ヒストグラム均等化後の画像の輝度レベ
ルをシフトする。ヒストグラムの主要ピークを追跡する
ことにより、明るさの変化の度合いを容易に検出するこ
とができる。
【００３５】均等化変換曲線は、好ましくは、輝度レベ
ルの任意の範囲について、均等化変換曲線を傾きが１の
線形の変換曲線に置換することにより均等化変換曲線を
変更する。例えば大部分の領域が暗く、他の小さな領域
が明るい画像に対しては、包括的なヒストグラム均等化
によってもこの種の画像の暗い領域のコントラストを向
上させることができるが、このとき、明るい領域の細部
がある程度失われる可能性がある。したがって、この場
合、暗い領域のコントラストをのみを向上させ、明るい
領域の画素は、変更しない方がよい。これは、ヒストグ
ラム均等化変換曲線のうち、明るい領域に対応する部分
を傾きが１の線形の変換曲線に置換することにより実現
される。これにより、明るい領域において細部が失われ
ることが防止される。また、大部分が明るく残りの僅か
な部分が暗い画像に対してもこれと同様の処理を施すこ
とができる。
ルの任意の範囲について、均等化変換曲線を傾きが１の
線形の変換曲線に置換することにより均等化変換曲線を
変更する。例えば大部分の領域が暗く、他の小さな領域
が明るい画像に対しては、包括的なヒストグラム均等化
によってもこの種の画像の暗い領域のコントラストを向
上させることができるが、このとき、明るい領域の細部
がある程度失われる可能性がある。したがって、この場
合、暗い領域のコントラストをのみを向上させ、明るい
領域の画素は、変更しない方がよい。これは、ヒストグ
ラム均等化変換曲線のうち、明るい領域に対応する部分
を傾きが１の線形の変換曲線に置換することにより実現
される。これにより、明るい領域において細部が失われ
ることが防止される。また、大部分が明るく残りの僅か
な部分が暗い画像に対してもこれと同様の処理を施すこ
とができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るコントラスト
強調方法及びコントラスト強調装置について、図面を参
照して詳細に説明する。
強調方法及びコントラスト強調装置について、図面を参
照して詳細に説明する。
【００３７】図１Ａは、夜間に撮像された画像とこの画
像に対応するヒストグラムを示している。主要なピーク
（significant peaks）は、輝度値が１２８以下のグレ
ーレベルの領域内に存在する。この画像に対し、従来の
全体的なヒストグラム均等化（histogram equalizatio
n）を適用すると、図１Ｂに示すような変更画像が得ら
れる。この変更画像に対応するヒストグラムからわかる
ように、この処理により、主要なピークは、輝度の全範
囲に亘って分布するようになる。ここで、図１Ｂに示す
画像の明るさの印象は、十分に満足できるものではな
い。この画像は夜間に撮像されたものであるが、変更画
像は、昼間に撮像された画像のように見える。
像に対応するヒストグラムを示している。主要なピーク
（significant peaks）は、輝度値が１２８以下のグレ
ーレベルの領域内に存在する。この画像に対し、従来の
全体的なヒストグラム均等化（histogram equalizatio
n）を適用すると、図１Ｂに示すような変更画像が得ら
れる。この変更画像に対応するヒストグラムからわかる
ように、この処理により、主要なピークは、輝度の全範
囲に亘って分布するようになる。ここで、図１Ｂに示す
画像の明るさの印象は、十分に満足できるものではな
い。この画像は夜間に撮像されたものであるが、変更画
像は、昼間に撮像された画像のように見える。
【００３８】図２Ａは、他の画像を対応するヒストグラ
ムとともに示している。この画像に従来の全体的なヒス
トグラム均等化を施すことにより、図２Ｂに示すような
画像が得られる。図２Ｂに示す画像では、コントラスト
を強調しすぎたときに生じる典型的なアーティファクト
（artefact）が見られる。すなわち、この女性の顔は、
コントラストが誇張されているために不自然に見える。
このような場合、ヒストグラム均等化の度合い（amoun
t）を減らすことにより、より自然な結果が得られる。
ムとともに示している。この画像に従来の全体的なヒス
トグラム均等化を施すことにより、図２Ｂに示すような
画像が得られる。図２Ｂに示す画像では、コントラスト
を強調しすぎたときに生じる典型的なアーティファクト
（artefact）が見られる。すなわち、この女性の顔は、
コントラストが誇張されているために不自然に見える。
このような場合、ヒストグラム均等化の度合い（amoun
t）を減らすことにより、より自然な結果が得られる。
【００３９】本発明では、ヒストグラム均等化の度合い
を、自動的に画像のコントラストに適応させる。画像の
コントラストが高い場合、ヒストグラム均等化は不要で
あり、したがってヒストグラム均等化をオフにすること
ができる。一方、コントラストが低い場合、ヒストグラ
ム均等化をオンにし、全体的なヒストグラム均等化を行
う。また、画像のコントラストが中間的である場合、ヒ
ストグラム均等化の効果が適正な量となるように調整す
る。
を、自動的に画像のコントラストに適応させる。画像の
コントラストが高い場合、ヒストグラム均等化は不要で
あり、したがってヒストグラム均等化をオフにすること
ができる。一方、コントラストが低い場合、ヒストグラ
ム均等化をオンにし、全体的なヒストグラム均等化を行
う。また、画像のコントラストが中間的である場合、ヒ
ストグラム均等化の効果が適正な量となるように調整す
る。
【００４０】この方法では、まず、オリジナル画像のコ
ントラストを分析する。コントラストが低い画像では、
ヒストグラムの主要なピークは、低い輝度値の領域又は
高い輝度値の領域に集中する傾向がある。これは、照明
が不適切な条件下で画像が撮影されたため、画像のコン
トラストが低下し、画像が明るすぎる又は暗すぎること
を示している。ヒストグラムピークが中間的な輝度値の
範囲に分布している場合、この画像のコントラストは低
くは見えない。また、ヒストグラムピークが存在しない
空き領域がある場合（すなわち、その領域に対応する輝
度値を有する画素がない場合）、画像のコントラストは
高く見える。実際、画像のコントラストを高めるため
に、ヒストグラム均等化ではヒストグラムピークが存在
しない空き領域が生じるために、ヒストグラム均等化
は、このような視覚効果をサポートしている。
ントラストを分析する。コントラストが低い画像では、
ヒストグラムの主要なピークは、低い輝度値の領域又は
高い輝度値の領域に集中する傾向がある。これは、照明
が不適切な条件下で画像が撮影されたため、画像のコン
トラストが低下し、画像が明るすぎる又は暗すぎること
を示している。ヒストグラムピークが中間的な輝度値の
範囲に分布している場合、この画像のコントラストは低
くは見えない。また、ヒストグラムピークが存在しない
空き領域がある場合（すなわち、その領域に対応する輝
度値を有する画素がない場合）、画像のコントラストは
高く見える。実際、画像のコントラストを高めるため
に、ヒストグラム均等化ではヒストグラムピークが存在
しない空き領域が生じるために、ヒストグラム均等化
は、このような視覚効果をサポートしている。
【００４１】画像コントラストの特性測定値（characte
ristic measure）を算出する第１の方法では、画像コン
トラストの特性測定値Δを以下の式に基づいて算出す
る。 Δ＝ｋ０×ｍａｘ（λ０，λ２）−ｋ２×ｍｉｎ（λ０，λ２）−ｋ１×λ１ （１） ここで、λ０は輝度レベル０から最初の主要ヒストグラ
ムピークまでの距離を表し、λ２は輝度レベル２５５か
ら最後の主要ヒストグラムピークまでの距離を表し、λ
１は主要ヒストグラムピーク間でヒストグラムピークが
存在しない領域の和を表し、ｋ０、ｋ１、ｋ２は、３つ
の所定の係数を表す。これらの係数ｋ０、ｋ１、ｋ
２は、例えば１に設定してもよく、この場合、以下の式
が成り立つ。 Δ＝ｍａｘ（λ０，λ２）−ｍｉｎ（λ０，λ２）−λ１ （２） 実際には、特性測定値Δには上限及び下限を設ける必要
がある。
ristic measure）を算出する第１の方法では、画像コン
トラストの特性測定値Δを以下の式に基づいて算出す
る。 Δ＝ｋ０×ｍａｘ（λ０，λ２）−ｋ２×ｍｉｎ（λ０，λ２）−ｋ１×λ１ （１） ここで、λ０は輝度レベル０から最初の主要ヒストグラ
ムピークまでの距離を表し、λ２は輝度レベル２５５か
ら最後の主要ヒストグラムピークまでの距離を表し、λ
１は主要ヒストグラムピーク間でヒストグラムピークが
存在しない領域の和を表し、ｋ０、ｋ１、ｋ２は、３つ
の所定の係数を表す。これらの係数ｋ０、ｋ１、ｋ
２は、例えば１に設定してもよく、この場合、以下の式
が成り立つ。 Δ＝ｍａｘ（λ０，λ２）−ｍｉｎ（λ０，λ２）−λ１ （２） 実際には、特性測定値Δには上限及び下限を設ける必要
がある。
【００４２】例えば、殆どの画素が低い輝度値の範囲に
集中している場合、λ２は、λ０より大きくなり、ｍａ
ｘ（λ０，λ２）は、λ２の値となり、ｍｉｎ（λ０，
λ２）は、λ０の値となる。ｍｉｎ（λ０，λ２）を減
算しているのは、殆どの画素が輝度の中間的な範囲に分
布していることを考慮したものである。この結果、式
（１）又は式（２）に基づいて算出される特性測定値Δ
の値は、照明が適切な条件の下ではより小さくなる。ま
た、λ１を減算しているのは、ヒストグラムピークが存
在しない領域を考慮したものである。λ１≠０である場
合、特性測定値Δはより小さくなり、したがって、ヒス
トグラム均等化の度合いも減らされる。このλ１の他
に、ヒストグラム均等化の度合いは、ｋ１に大きく依存
する。ｋ１を大きくする程、ヒストグラム均等化の度合
いは小さくなる。
集中している場合、λ２は、λ０より大きくなり、ｍａ
ｘ（λ０，λ２）は、λ２の値となり、ｍｉｎ（λ０，
λ２）は、λ０の値となる。ｍｉｎ（λ０，λ２）を減
算しているのは、殆どの画素が輝度の中間的な範囲に分
布していることを考慮したものである。この結果、式
（１）又は式（２）に基づいて算出される特性測定値Δ
の値は、照明が適切な条件の下ではより小さくなる。ま
た、λ１を減算しているのは、ヒストグラムピークが存
在しない領域を考慮したものである。λ１≠０である場
合、特性測定値Δはより小さくなり、したがって、ヒス
トグラム均等化の度合いも減らされる。このλ１の他
に、ヒストグラム均等化の度合いは、ｋ１に大きく依存
する。ｋ１を大きくする程、ヒストグラム均等化の度合
いは小さくなる。
【００４３】主要ヒストグラムピークの位置は、ＨＥ変
換曲線の傾斜を分析することにより求めることができ
る。整数フォーマットＨＥ変換曲線（integer format H
E transformation curve）の傾斜が２より小さい場合、
この曲線は、オリジナルの輝度値の変更に貢献しない。
したがって、傾斜が２以上である主要ピークを検出す
る。また、ヒストグラムから同様の基準（criterion）
を得ることもできる。
換曲線の傾斜を分析することにより求めることができ
る。整数フォーマットＨＥ変換曲線（integer format H
E transformation curve）の傾斜が２より小さい場合、
この曲線は、オリジナルの輝度値の変更に貢献しない。
したがって、傾斜が２以上である主要ピークを検出す
る。また、ヒストグラムから同様の基準（criterion）
を得ることもできる。
【００４４】次に、画像コントラストの特性測定値Δを
算出する第２の方法について説明する。コントラストが
低い画像では、画像の輝度値の平均値は、通常の画像の
輝度値の平均値より極端に小さく又は大きくなる。この
画像の輝度値の平均値と定数、例えば８ビット量子化画
像では１２８と間の差を画像コントラストの特性測定値
として用いることができ、更にこの特性測定値を用いて
ヒストグラム均等化の度合いを制御することができる。
算出する第２の方法について説明する。コントラストが
低い画像では、画像の輝度値の平均値は、通常の画像の
輝度値の平均値より極端に小さく又は大きくなる。この
画像の輝度値の平均値と定数、例えば８ビット量子化画
像では１２８と間の差を画像コントラストの特性測定値
として用いることができ、更にこの特性測定値を用いて
ヒストグラム均等化の度合いを制御することができる。
【００４５】ヒストグラムは、通常、オリジナル画像か
ら生成される。ここで、１９９２年１１月ＣＶＧＩＰ：
グラフィカルモデルズアンドイメージプロセッシング
（Graphical Models and Image Processing）Ｖｏｌ．
５４，Ｎｏ．６、第４９７〜５０６頁、ジェイ・ジー・
リウ（J.-G.Leu）著「エッジ画素の強度に基づいた画像
コントラストの強調（Image contrast enhancement bas
ed on the intensitiesof edge pixels）」では、雑音
増幅の抑制とコントラストの向上の観点からは、周知の
エッジ検出処理によってオリジナル画像からエッジ画像
を検出し、エッジ画像からヒストグラムを作成する方が
効果的であることが指摘されている。この手法では、エ
ッジ位置周辺の画素のみを用いてヒストグラムを作成し
ている。したがって、画像のエッジ程多くの情報を含ま
ない、例えば背景等の均質な領域内の画素は、ヒストグ
ラムに大きな影響を与えない。このヒストグラムのエン
トリは、画像の構造に対応している。したがって、この
手法により、ヒストグラム均等化による情報の欠落を防
止することができる。更に、画像の中央領域のエッジの
みを用いてヒストグラムを求めることにより、ＰＡＬｐ
ｌｕｓテレビジョン信号（PALplus TV signal）のブラ
ックバー等の幾つかのコンテンツがヒストグラムに影響
を与えることを防ぐことができる。
ら生成される。ここで、１９９２年１１月ＣＶＧＩＰ：
グラフィカルモデルズアンドイメージプロセッシング
（Graphical Models and Image Processing）Ｖｏｌ．
５４，Ｎｏ．６、第４９７〜５０６頁、ジェイ・ジー・
リウ（J.-G.Leu）著「エッジ画素の強度に基づいた画像
コントラストの強調（Image contrast enhancement bas
ed on the intensitiesof edge pixels）」では、雑音
増幅の抑制とコントラストの向上の観点からは、周知の
エッジ検出処理によってオリジナル画像からエッジ画像
を検出し、エッジ画像からヒストグラムを作成する方が
効果的であることが指摘されている。この手法では、エ
ッジ位置周辺の画素のみを用いてヒストグラムを作成し
ている。したがって、画像のエッジ程多くの情報を含ま
ない、例えば背景等の均質な領域内の画素は、ヒストグ
ラムに大きな影響を与えない。このヒストグラムのエン
トリは、画像の構造に対応している。したがって、この
手法により、ヒストグラム均等化による情報の欠落を防
止することができる。更に、画像の中央領域のエッジの
みを用いてヒストグラムを求めることにより、ＰＡＬｐ
ｌｕｓテレビジョン信号（PALplus TV signal）のブラ
ックバー等の幾つかのコンテンツがヒストグラムに影響
を与えることを防ぐことができる。
【００４６】画像のコントラストは、オリジナル画像の
ヒストグラム又はＣＤＦから測定することができる。画
像のコントラストを高い信頼度で測定するために、ヒス
トグラムを、オリジナル画像とエッジ画像の両方から算
出してもよい。すなわち、オリジナル画像のヒストグラ
ムと、エッジ画像のヒストグラムの両方に対して、特性
測定値Δを算出する。ここで、２つの特性測定値Δの値
が異なる場合、小さい方の値を用いてヒストグラム均等
化の度合いを制御する。このように、２つの特性測定値
Δの値のうちの小さい方の値を用いることにより、画像
のコントラストを強調しすぎることを防止することがで
きる。
ヒストグラム又はＣＤＦから測定することができる。画
像のコントラストを高い信頼度で測定するために、ヒス
トグラムを、オリジナル画像とエッジ画像の両方から算
出してもよい。すなわち、オリジナル画像のヒストグラ
ムと、エッジ画像のヒストグラムの両方に対して、特性
測定値Δを算出する。ここで、２つの特性測定値Δの値
が異なる場合、小さい方の値を用いてヒストグラム均等
化の度合いを制御する。このように、２つの特性測定値
Δの値のうちの小さい方の値を用いることにより、画像
のコントラストを強調しすぎることを防止することがで
きる。
【００４７】画像の性質が過度に変化することを回避す
るためには、ヒストグラム均等化の度合いを抑制する必
要がある。これは、周波数領域のヒストグラムを変更す
ることにより実現できる。
るためには、ヒストグラム均等化の度合いを抑制する必
要がある。これは、周波数領域のヒストグラムを変更す
ることにより実現できる。
【００４８】本発明に基づき、ヒストグラム均等化の度
合いを適応化する方法を図３を用いて説明する。まず、
オリジナル画像１に対し、好ましくは高速フーリエ変換
であるフーリエ変換２を施し、オリジナル画像１の周波
数スペクトル３を求める。周波数スペクトル３は、ＤＣ
成分４と、低周波数成分５と高周波数成分６とから構成
される。ヒストグラム均等化の度合いを下げるには、高
周波数成分６をローパスフィルタリングして減衰させ
る。図３には、このとき用いるローパスフィルタの周波
数特性７も示されている。このローパスフィルタリング
により、カットオフ周波数ｆｇ以上の全ての周波数成分
が減衰され、カットオフ周波数ｆｇ以下の周波数成分は
変化しない。
合いを適応化する方法を図３を用いて説明する。まず、
オリジナル画像１に対し、好ましくは高速フーリエ変換
であるフーリエ変換２を施し、オリジナル画像１の周波
数スペクトル３を求める。周波数スペクトル３は、ＤＣ
成分４と、低周波数成分５と高周波数成分６とから構成
される。ヒストグラム均等化の度合いを下げるには、高
周波数成分６をローパスフィルタリングして減衰させ
る。図３には、このとき用いるローパスフィルタの周波
数特性７も示されている。このローパスフィルタリング
により、カットオフ周波数ｆｇ以上の全ての周波数成分
が減衰され、カットオフ周波数ｆｇ以下の周波数成分は
変化しない。
【００４９】ヒストグラム均等化の度合いは、矢印８に
示すように、カットオフ周波数ｆｇをシフトさせること
により変更することができる。高周波数成分を制限する
ことにより、画像のコントラストを過度に強調してしま
うことを避けることができる。すなわち、周波数がより
高い成分をより多く減衰させることにより、ヒストグラ
ム均等化の度合いがより少なくなる。ここで、ＤＣ成分
のみを通過させるフィルタリングを行った場合、傾きが
１の直線（unity straight line）が得られる。すなわ
ち、カットオフ周波数ｆｇの値を大きくすると、ヒスト
グラムの減衰量が少なくなり、ヒストグラム均等化の度
合いが強くなる。一方、カットオフ周波数ｆｇの値を小
さくすると、ヒストグラムの減衰量が多くなり、ヒスト
グラム均等化の度合いが弱くなる。
示すように、カットオフ周波数ｆｇをシフトさせること
により変更することができる。高周波数成分を制限する
ことにより、画像のコントラストを過度に強調してしま
うことを避けることができる。すなわち、周波数がより
高い成分をより多く減衰させることにより、ヒストグラ
ム均等化の度合いがより少なくなる。ここで、ＤＣ成分
のみを通過させるフィルタリングを行った場合、傾きが
１の直線（unity straight line）が得られる。すなわ
ち、カットオフ周波数ｆｇの値を大きくすると、ヒスト
グラムの減衰量が少なくなり、ヒストグラム均等化の度
合いが強くなる。一方、カットオフ周波数ｆｇの値を小
さくすると、ヒストグラムの減衰量が多くなり、ヒスト
グラム均等化の度合いが弱くなる。
【００５０】矢印９で示すローパスフィルタリングの結
果、周波数スペクトル１０が得られる。すなわち、この
ローパスフィルタリングにより、ＤＣ成分４と低周波数
成分５のみが残される。そして、逆フーリエ変換１１を
実行することにより、フィルタリングされたヒストグラ
ム１２が得られる。フィルタリングされたヒストグラム
１２は、オリジナルのヒストグラム１に比べて平滑化さ
れている。このローパスフィルタリングにより、ヒスト
グラム均等化は、雑音による妨害を受けづらくなる。
果、周波数スペクトル１０が得られる。すなわち、この
ローパスフィルタリングにより、ＤＣ成分４と低周波数
成分５のみが残される。そして、逆フーリエ変換１１を
実行することにより、フィルタリングされたヒストグラ
ム１２が得られる。フィルタリングされたヒストグラム
１２は、オリジナルのヒストグラム１に比べて平滑化さ
れている。このローパスフィルタリングにより、ヒスト
グラム均等化は、雑音による妨害を受けづらくなる。
【００５１】これに代えて、上述したローパスフィルタ
リング処理を順方向及び逆方向ＩＩＲフィルタにより実
行してもよく、すなわち、順方向でのフィルタリングを
行った後、フィルリングされたシーケンスを逆にして、
再びフィルタに戻してもよい。
リング処理を順方向及び逆方向ＩＩＲフィルタにより実
行してもよく、すなわち、順方向でのフィルタリングを
行った後、フィルリングされたシーケンスを逆にして、
再びフィルタに戻してもよい。
【００５２】図４Ａは、ある輝度レベルの分布、すなわ
ちヒストグラムに対する累積分布関数（Cumulative Dis
tribution Function：以下、ＣＤＦともいう。）を示し
ている。この累積分布関数を換算（scaling）すること
により、全体的なヒストグラム均等化を実行するための
ＨＥ変換関数を得ることができる。
ちヒストグラムに対する累積分布関数（Cumulative Dis
tribution Function：以下、ＣＤＦともいう。）を示し
ている。この累積分布関数を換算（scaling）すること
により、全体的なヒストグラム均等化を実行するための
ＨＥ変換関数を得ることができる。
【００５３】図４Ｂは、部分的なヒストグラム均等化を
実行するための３つの異なるＨＥ変換曲線１３、１４、
１５を示しており、これらは、図４Ａに示す累積分布関
数と同じ輝度レベル分布に対応している。曲線１５は、
カットオフ周波数が比較的低いローパスフィルタリング
により得られる強く減衰されたヒストグラムを積分する
ことにより求められている。曲線１５は、傾きが１の線
形の変換曲線（unitystraight transformation curve）
に非常に近く、したがって、画像に曲線１５を適用する
ことにより得られるヒストグラム均等化の度合いは少な
い。このＨＥ変換曲線１５は、コントラストが高い画像
に最適である。
実行するための３つの異なるＨＥ変換曲線１３、１４、
１５を示しており、これらは、図４Ａに示す累積分布関
数と同じ輝度レベル分布に対応している。曲線１５は、
カットオフ周波数が比較的低いローパスフィルタリング
により得られる強く減衰されたヒストグラムを積分する
ことにより求められている。曲線１５は、傾きが１の線
形の変換曲線（unitystraight transformation curve）
に非常に近く、したがって、画像に曲線１５を適用する
ことにより得られるヒストグラム均等化の度合いは少な
い。このＨＥ変換曲線１５は、コントラストが高い画像
に最適である。
【００５４】一方、ＨＥ変換曲線１３は、減衰量が多く
ないヒストグラムを積分することにより得られている。
このような少ない減衰量は、カットオフ周波数が高いロ
ーパスフィルタリングに対応している。画像にＨＥ変換
曲線１３を適用することにより、輝度レベルの分布は大
きく変化する。すなわち、輝度値２００は、より明るい
輝度値である輝度値約２４０にシフトする。これによ
り、コントラストが大きく強調されるため、ＨＥ変換曲
線１３は、コントラストが低い画像に最適である。すな
わち、曲線１３を用いることにより、ヒストグラム均等
化の度合いが強くなる。
ないヒストグラムを積分することにより得られている。
このような少ない減衰量は、カットオフ周波数が高いロ
ーパスフィルタリングに対応している。画像にＨＥ変換
曲線１３を適用することにより、輝度レベルの分布は大
きく変化する。すなわち、輝度値２００は、より明るい
輝度値である輝度値約２４０にシフトする。これによ
り、コントラストが大きく強調されるため、ＨＥ変換曲
線１３は、コントラストが低い画像に最適である。すな
わち、曲線１３を用いることにより、ヒストグラム均等
化の度合いが強くなる。
【００５５】本発明をハードウェアとして実現したコン
トラスト強調装置の構成を図５に示す。このコントラス
ト強調装置は、入力画像１６に対し、ヒストグラム１７
を算出する。ヒストグラム１７は、高速フーリエ変換
（fast fourier transform：以下、ＦＦＴという。）ユ
ニット１９に供給され、ＦＦＴユニット１９は、ヒスト
グラム１７の周波数スペクトルを算出して、この周波数
スペクトルを乗算器２０に供給する。乗算器２０は、こ
の周波数スペクトルをルックアップテーブル２１に記憶
されているローパスフィルタ特性に乗算する。このよう
にしてローパスフィルタリングされた周波数スペクトル
は、逆高速フーリエ変換（inverse fast fourier trans
form：以下、ＩＦＦＴという。）ユニット２２に供給さ
れる。ＩＦＦＴユニット２２は、ヒストグラムを平滑化
し、平滑化されたヒストグラムを積分器２３に供給す
る。積分器２３は、平滑化されたヒストグラムを積分
し、これにより平滑化された累積分布関数２４を生成す
る。累積分布関数２４は、換算ユニット２５において換
算され、これによりＨＥ変換曲線２６が生成される。Ｈ
Ｅ変換曲線２６は、再マッピングユニット２７におい
て、入力画像１６の再マッピングに使用される。
トラスト強調装置の構成を図５に示す。このコントラス
ト強調装置は、入力画像１６に対し、ヒストグラム１７
を算出する。ヒストグラム１７は、高速フーリエ変換
（fast fourier transform：以下、ＦＦＴという。）ユ
ニット１９に供給され、ＦＦＴユニット１９は、ヒスト
グラム１７の周波数スペクトルを算出して、この周波数
スペクトルを乗算器２０に供給する。乗算器２０は、こ
の周波数スペクトルをルックアップテーブル２１に記憶
されているローパスフィルタ特性に乗算する。このよう
にしてローパスフィルタリングされた周波数スペクトル
は、逆高速フーリエ変換（inverse fast fourier trans
form：以下、ＩＦＦＴという。）ユニット２２に供給さ
れる。ＩＦＦＴユニット２２は、ヒストグラムを平滑化
し、平滑化されたヒストグラムを積分器２３に供給す
る。積分器２３は、平滑化されたヒストグラムを積分
し、これにより平滑化された累積分布関数２４を生成す
る。累積分布関数２４は、換算ユニット２５において換
算され、これによりＨＥ変換曲線２６が生成される。Ｈ
Ｅ変換曲線２６は、再マッピングユニット２７におい
て、入力画像１６の再マッピングに使用される。
【００５６】ここで、カットオフ周波数ｆｇを特性測定
値Δに比例させることにより、又はフィルタの次数を特
性測定値Δに反比例させることにより、ヒストグラム均
等化の度合いを自動的に制御することができる。すなわ
ち、カットオフ周波数ｆｇを適応的に調整することによ
り、コントラストが異なる各画像に対してそれぞれ最適
なヒストグラム均等化の度合いを得ることができる。
値Δに比例させることにより、又はフィルタの次数を特
性測定値Δに反比例させることにより、ヒストグラム均
等化の度合いを自動的に制御することができる。すなわ
ち、カットオフ周波数ｆｇを適応的に調整することによ
り、コントラストが異なる各画像に対してそれぞれ最適
なヒストグラム均等化の度合いを得ることができる。
【００５７】本発明の第２の具体例では、２つの異なる
カットオフ周波数ｆｇ１、ｆｇ２を用いて２つのローパ
スフィルタリングを行う。これにより、２つの平滑化さ
れたヒストグラムが得られる。最も強い周波数減衰応答
は、低いカットオフ周波数及び高い画像コントラストに
対応し、最も弱い周波数減衰応答は、高いカットオフ周
波数及び低い画像コントラストに対応する。測定された
画像コントラストが中間的な値である場合、ヒストグラ
ム均等化の度合いは、最も強い周波数減衰応答と最も弱
い周波数減衰応答とを補間することにより決定される。
カットオフ周波数ｆｇ１、ｆｇ２を用いて２つのローパ
スフィルタリングを行う。これにより、２つの平滑化さ
れたヒストグラムが得られる。最も強い周波数減衰応答
は、低いカットオフ周波数及び高い画像コントラストに
対応し、最も弱い周波数減衰応答は、高いカットオフ周
波数及び低い画像コントラストに対応する。測定された
画像コントラストが中間的な値である場合、ヒストグラ
ム均等化の度合いは、最も強い周波数減衰応答と最も弱
い周波数減衰応答とを補間することにより決定される。
【００５８】本発明の第３の具体例では、オリジナルの
ヒストグラムを平滑化して得られたＨＥ変換曲線から傾
きが１の線形の変換曲線（unity straight transformat
ioncurve）を減算する。次に、この減算により求められ
た差に０〜１の範囲をとるゲイン係数を乗算し、更にこ
の積を傾きが１の線形の変換曲線（unity straighttran
sformation curve）に加算する。ここで、ゲイン係数を
変更すると、ヒストグラム均等化の度合いが変化し、こ
れにより、ヒストグラム均等化の度合いを測定された画
像コントラストに適応化することができる。
ヒストグラムを平滑化して得られたＨＥ変換曲線から傾
きが１の線形の変換曲線（unity straight transformat
ioncurve）を減算する。次に、この減算により求められ
た差に０〜１の範囲をとるゲイン係数を乗算し、更にこ
の積を傾きが１の線形の変換曲線（unity straighttran
sformation curve）に加算する。ここで、ゲイン係数を
変更すると、ヒストグラム均等化の度合いが変化し、こ
れにより、ヒストグラム均等化の度合いを測定された画
像コントラストに適応化することができる。
【００５９】上述したように、ヒストグラム均等化にお
ける問題は、ヒストグラム均等化の前後で画像の明るさ
が過剰に変化してしまうことである。以下では、この問
題を解決する方法について説明する。
ける問題は、ヒストグラム均等化の前後で画像の明るさ
が過剰に変化してしまうことである。以下では、この問
題を解決する方法について説明する。
【００６０】以下、明るさが過剰に変化してしまう問題
を解決するための第１の方法について説明する。まず、
ヒストグラム均等化の前及び後の画像の平均値を算出す
る。これらの平均値は、画像の画素の輝度値の総和を求
めることにより直接算出してもよく、ヒストグラムから
間接的に算出してもよい。平均値をヒストグラムから間
接的に算出する方法は、演算負荷の軽減の観点から優れ
ている。ここで、ヒストグラム均等化の前後の画像の輝
度値の平均値の比を用いて、ヒストグラム均等化により
得られた画像の画素の輝度値を換算する。ここで、ヒス
トグラム均等化により得られた画像がオリジナル画像よ
り明るい場合、ヒストグラム均等化により得られた画像
の全ての画素を小さく換算（down-scaled）し、逆にヒ
ストグラム均等化により得られた画像がオリジナル画像
より暗い場合、ヒストグラム均等化により得られた画像
の全ての画素を大きく換算（up-scaled）する。これに
より、ヒストグラム均等化の前後の画像の明るさを略同
じにすることができる。
を解決するための第１の方法について説明する。まず、
ヒストグラム均等化の前及び後の画像の平均値を算出す
る。これらの平均値は、画像の画素の輝度値の総和を求
めることにより直接算出してもよく、ヒストグラムから
間接的に算出してもよい。平均値をヒストグラムから間
接的に算出する方法は、演算負荷の軽減の観点から優れ
ている。ここで、ヒストグラム均等化の前後の画像の輝
度値の平均値の比を用いて、ヒストグラム均等化により
得られた画像の画素の輝度値を換算する。ここで、ヒス
トグラム均等化により得られた画像がオリジナル画像よ
り明るい場合、ヒストグラム均等化により得られた画像
の全ての画素を小さく換算（down-scaled）し、逆にヒ
ストグラム均等化により得られた画像がオリジナル画像
より暗い場合、ヒストグラム均等化により得られた画像
の全ての画素を大きく換算（up-scaled）する。これに
より、ヒストグラム均等化の前後の画像の明るさを略同
じにすることができる。
【００６１】次に、明るさが過剰に変化してしまう問題
を解決するための第２の方法について説明する。ここで
は、ヒストグラム均等化の前後の画像の輝度値の平均値
の比ではなく、これらの平均値間の差を求める。これに
より、時間がかかる除算及び乗算処理が少なくなるた
め、演算負荷が軽減される。
を解決するための第２の方法について説明する。ここで
は、ヒストグラム均等化の前後の画像の輝度値の平均値
の比ではなく、これらの平均値間の差を求める。これに
より、時間がかかる除算及び乗算処理が少なくなるた
め、演算負荷が軽減される。
【００６２】ヒストグラム均等化により得られた画像の
平均値がオリジナル画像の平均値より大きい場合、ヒス
トグラム均等化により得られた画像の全ての画素の輝度
値は、この差に相当する量だけ小さくされる。逆に、ヒ
ストグラム均等化により得られた画像の平均値がオリジ
ナル画像の平均値より小さい場合、ヒストグラム均等化
により得られた画像の全ての画素の輝度値は、この差に
相当する量だけ大きくされる。これにより、ヒストグラ
ム均等化による明るさの変化の問題を加算及び減算のみ
で解決することができる。本願発明者らによるシミュレ
ーションの結果、この種の加算及び減算によっては、情
報の欠落は観察されなかった。これは、以下のように説
明される。まず、ヒストグラム均等化の後の画像の明る
さが増した場合について検討する。この場合、オリジナ
ル画像の画素の輝度値、特に暗い画素の輝度値が増大し
たことになる。したがって、輝度値が増大した画素から
オフセット値を減算することにより、画像の性質が維持
される。一方、ヒストグラム均等化により画像の明るさ
が低下した場合、これはオリジナル画像の画素の輝度
値、特に明るい画素の輝度値が減少したことを意味す
る。したがって、この場合、画素の輝度値にオフセット
値を加算することが望まれる。このオフセット値は、ヒ
ストグラム均等化の前後の画像間の輝度値の差の平均値
として求められる。ここで、経験的に、比較的明るい画
像が良好な画像に見えるため、この輝度値の差の平均値
に正の小数点の係数（positive fractional factor）を
乗算することにより、画像の印象を向上させることがで
きる。これは、特に暗い画像に適用すると効果的であ
る。
平均値がオリジナル画像の平均値より大きい場合、ヒス
トグラム均等化により得られた画像の全ての画素の輝度
値は、この差に相当する量だけ小さくされる。逆に、ヒ
ストグラム均等化により得られた画像の平均値がオリジ
ナル画像の平均値より小さい場合、ヒストグラム均等化
により得られた画像の全ての画素の輝度値は、この差に
相当する量だけ大きくされる。これにより、ヒストグラ
ム均等化による明るさの変化の問題を加算及び減算のみ
で解決することができる。本願発明者らによるシミュレ
ーションの結果、この種の加算及び減算によっては、情
報の欠落は観察されなかった。これは、以下のように説
明される。まず、ヒストグラム均等化の後の画像の明る
さが増した場合について検討する。この場合、オリジナ
ル画像の画素の輝度値、特に暗い画素の輝度値が増大し
たことになる。したがって、輝度値が増大した画素から
オフセット値を減算することにより、画像の性質が維持
される。一方、ヒストグラム均等化により画像の明るさ
が低下した場合、これはオリジナル画像の画素の輝度
値、特に明るい画素の輝度値が減少したことを意味す
る。したがって、この場合、画素の輝度値にオフセット
値を加算することが望まれる。このオフセット値は、ヒ
ストグラム均等化の前後の画像間の輝度値の差の平均値
として求められる。ここで、経験的に、比較的明るい画
像が良好な画像に見えるため、この輝度値の差の平均値
に正の小数点の係数（positive fractional factor）を
乗算することにより、画像の印象を向上させることがで
きる。これは、特に暗い画像に適用すると効果的であ
る。
【００６３】次に、明るさが過剰に変化してしまう問題
を解決するための第３の方法について説明する。画像の
明るさの変化の問題は、ヒストグラムのピーク又は選択
された基準点（reference point）を調べることによっ
ても改善される。明るさの過剰な変化は、通常、ヒスト
グラムのピークにより生じる。ヒストグラムが比較的均
等に分布していれば、ヒストグラム均等化により、明る
さが過剰に変化することはない。したがって、ヒストグ
ラム均等化の前後におけるヒストグラムピーク又は選択
された基準点の位置シフトを検出し、この検出されたシ
フトによってヒストグラム均等化により得られた画像の
画素の輝度を修正することができる。
を解決するための第３の方法について説明する。画像の
明るさの変化の問題は、ヒストグラムのピーク又は選択
された基準点（reference point）を調べることによっ
ても改善される。明るさの過剰な変化は、通常、ヒスト
グラムのピークにより生じる。ヒストグラムが比較的均
等に分布していれば、ヒストグラム均等化により、明る
さが過剰に変化することはない。したがって、ヒストグ
ラム均等化の前後におけるヒストグラムピーク又は選択
された基準点の位置シフトを検出し、この検出されたシ
フトによってヒストグラム均等化により得られた画像の
画素の輝度を修正することができる。
【００６４】上述した３つの方法は、いずれも全ての画
素の輝度値を変更するものであり、したがって画像のコ
ントラストは変化しない。
素の輝度値を変更するものであり、したがって画像のコ
ントラストは変化しない。
【００６５】上述したように、ヒストグラム均等化は、
例えば細部が闇に「隠された」画像等、コントラストが
低い画像に対して効果を発揮する。ここで、画像には、
明るい領域と暗い領域とがある場合がある。例えば大部
分の領域が暗く、他の小さな領域が明るい画像があると
する。この画像のヒストグラムでは、主要な累積点（ma
jor accumulation）、すなわちピーク間に値が存在しな
い空間が観察される。包括的なヒストグラム均等化（gl
obal histogram equalization）によってもこの種の画
像の暗い領域のコントラストを向上させることができる
が、この場合、明るい領域の細部がある程度失われる可
能性がある。すなわち、ここでは、暗い領域のコントラ
ストを向上させることが目的であり、明るい領域の画素
は、変更しない方がよい。
例えば細部が闇に「隠された」画像等、コントラストが
低い画像に対して効果を発揮する。ここで、画像には、
明るい領域と暗い領域とがある場合がある。例えば大部
分の領域が暗く、他の小さな領域が明るい画像があると
する。この画像のヒストグラムでは、主要な累積点（ma
jor accumulation）、すなわちピーク間に値が存在しな
い空間が観察される。包括的なヒストグラム均等化（gl
obal histogram equalization）によってもこの種の画
像の暗い領域のコントラストを向上させることができる
が、この場合、明るい領域の細部がある程度失われる可
能性がある。すなわち、ここでは、暗い領域のコントラ
ストを向上させることが目的であり、明るい領域の画素
は、変更しない方がよい。
【００６６】図６は、ＨＥ変換曲線２８の置換を説明す
る図である。ここでは、輝度レベル１２８〜２５５の領
域２９におけるＨＥ変換曲線２８を対応する傾きが１の
直線３０に置換している。これにより、ＨＥ変換曲線を
平滑化した後に、この平滑化されたＨＥ変換曲線を用い
て画像の輝度レベルを変換することができる。
る図である。ここでは、輝度レベル１２８〜２５５の領
域２９におけるＨＥ変換曲線２８を対応する傾きが１の
直線３０に置換している。これにより、ＨＥ変換曲線を
平滑化した後に、この平滑化されたＨＥ変換曲線を用い
て画像の輝度レベルを変換することができる。
【００６７】これと同様の方法を大部分が明るい領域で
あり残りの僅かな領域が暗い画像に適用し、暗い領域に
おいて細部が失われることを防ぐこともできる。
あり残りの僅かな領域が暗い画像に適用し、暗い領域に
おいて細部が失われることを防ぐこともできる。
【００６８】
【発明の効果】以上のように、本発明に係るコントラス
ト強調方法は、それぞれに輝度レベルが割り当てられた
複数の画素を含むデジタル画像のコントラストを強調す
るコントラスト強調方法において、オリジナル画像の輝
度レベルの分布を示すヒストグラムを判定するステップ
と、オリジナル画像のコントラストの特性測定値を判定
するステップと、オリジナル画像のヒストグラムを均等
化し、コントラストを向上させるステップとを有し、ヒ
ストグラムの均等化の度合いは、特性測定値の関数とし
て変更される。これにより、アーティファクトの発生を
回避し、変更画像をより自然な画像にすることができ
る。
ト強調方法は、それぞれに輝度レベルが割り当てられた
複数の画素を含むデジタル画像のコントラストを強調す
るコントラスト強調方法において、オリジナル画像の輝
度レベルの分布を示すヒストグラムを判定するステップ
と、オリジナル画像のコントラストの特性測定値を判定
するステップと、オリジナル画像のヒストグラムを均等
化し、コントラストを向上させるステップとを有し、ヒ
ストグラムの均等化の度合いは、特性測定値の関数とし
て変更される。これにより、アーティファクトの発生を
回避し、変更画像をより自然な画像にすることができ
る。
【００６９】また、本発明に係るコントラスト強調装置
は、それぞれに輝度レベルが割り当てられた複数の画素
を含むデジタル画像のコントラストを強調するコントラ
スト強調装置において、オリジナル画像の輝度レベルの
分布を示すヒストグラムを判定するヒストグラム判定手
段と、オリジナル画像のコントラストの特性測定値を判
定するコントラスト判定手段と、オリジナル画像のヒス
トグラムを均等化し、コントラストを向上させるヒスト
グラム均等化手段とを備え、ヒストグラム均等化手段
は、ヒストグラムの均等化の度合いを特性測定値の関数
として変更する。これにより、アーティファクトの発生
を回避し、変更画像をより自然な画像にすることができ
る。
は、それぞれに輝度レベルが割り当てられた複数の画素
を含むデジタル画像のコントラストを強調するコントラ
スト強調装置において、オリジナル画像の輝度レベルの
分布を示すヒストグラムを判定するヒストグラム判定手
段と、オリジナル画像のコントラストの特性測定値を判
定するコントラスト判定手段と、オリジナル画像のヒス
トグラムを均等化し、コントラストを向上させるヒスト
グラム均等化手段とを備え、ヒストグラム均等化手段
は、ヒストグラムの均等化の度合いを特性測定値の関数
として変更する。これにより、アーティファクトの発生
を回避し、変更画像をより自然な画像にすることができ
る。
【図１】図１Ａは、夜間に撮像された画像と、ヒストグ
ラム均等化前の対応するヒストグラムを示す図であり、
図１Ｂは、図１Ａに示す画像に対し、従来の全体的なヒ
ストグラム均等化を行った後の画像及びヒストグラムを
示す図である。
ラム均等化前の対応するヒストグラムを示す図であり、
図１Ｂは、図１Ａに示す画像に対し、従来の全体的なヒ
ストグラム均等化を行った後の画像及びヒストグラムを
示す図である。
【図２】図２Ａは、コントラストが高い人間の顔の画像
と、ヒストグラム均等化前の対応するヒストグラムを示
す図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す画像に対し、従来
の全体的なヒストグラム均等化を行った後の画像及びヒ
ストグラムを示す図である。
と、ヒストグラム均等化前の対応するヒストグラムを示
す図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す画像に対し、従来
の全体的なヒストグラム均等化を行った後の画像及びヒ
ストグラムを示す図である。
【図３】ヒストグラム均等化前の度合いを変更するため
にオリジナルヒストグラムに対して行われるローパスフ
ィルタリングを説明する図である。
にオリジナルヒストグラムに対して行われるローパスフ
ィルタリングを説明する図である。
【図４】図４Ａは、オリジナルヒストグラムを積分する
ことにより得られる累積分布関数の具体例を示す図であ
り、図４Ｂは、ヒストグラムを部分的に均等化する平滑
化されたヒストグラム均等化変換曲線を示す図である。
ことにより得られる累積分布関数の具体例を示す図であ
り、図４Ｂは、ヒストグラムを部分的に均等化する平滑
化されたヒストグラム均等化変換曲線を示す図である。
【図５】ローパスフィルタを備える本発明に基づくヒス
トグラム均等化装置の構成例を示すブロック図である。
トグラム均等化装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】所定の輝度レベル範囲内のヒストグラム均等化
変換曲線を傾きが１の線形の変換曲線に置換する手法を
説明する図である。
変換曲線を傾きが１の線形の変換曲線に置換する手法を
説明する図である。
１ オリジナル画像、２ フーリエ変換、３ 周波数ス
ペクトル、４ ＤＣ成分、５ 低周波数成分、６ 高周
波数成分、７ 周波数特性、８ カットオフ周波数シフ
ト、９ ローパスフィルタリング、１０ 周波数スペク
トル、１１ 逆フーリエ変換、１２ フィルタリングさ
れたヒストグラム
ペクトル、４ ＤＣ成分、５ 低周波数成分、６ 高周
波数成分、７ 周波数特性、８ カットオフ周波数シフ
ト、９ ローパスフィルタリング、１０ 周波数スペク
トル、１１ 逆フーリエ変換、１２ フィルタリングさ
れたヒストグラム
フロントページの続き
(72)発明者 レイ、チューチュン
ドイツ連邦共和国 70327 シュトゥット
ゥガルト ハインリッヒ ヘルツ シュト
ラーセ １ ソニー インターナショナル
（ヨーロッパ） ゲゼルシャフト ミッ
ト ベシュレンクテル ハフツング アド
バンスド テクノロジー センター シュ
トゥットゥガルト内
(72)発明者 サルトル、ペイエルジョルジオ
ドイツ連邦共和国 70327 シュトゥット
ゥガルト ハインリッヒ ヘルツ シュト
ラーセ １ ソニー インターナショナル
（ヨーロッパ） ゲゼルシャフト ミッ
ト ベシュレンクテル ハフツング アド
バンスド テクノロジー センター シュ
トゥットゥガルト内
(72)発明者 イネスコ、ヤルシン
ドイツ連邦共和国 70327 シュトゥット
ゥガルト ハインリッヒ ヘルツ シュト
ラーセ １ ソニー インターナショナル
（ヨーロッパ） ゲゼルシャフト ミッ
ト ベシュレンクテル ハフツング アド
バンスド テクノロジー センター シュ
トゥットゥガルト内
(72)発明者 ワグナー、ペーター
ドイツ連邦共和国 70327 シュトゥット
ゥガルト ハインリッヒ ヘルツ シュト
ラーセ １ ソニー インターナショナル
（ヨーロッパ） ゲゼルシャフト ミッ
ト ベシュレンクテル ハフツング アド
バンスド テクノロジー センター シュ
トゥットゥガルト内
Ｆターム(参考） 5B057 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12
CB16 CE03 CE06 CE11 CG09
CH09 DA17 DB02 DB09 DC23
DC36
5C021 PA34 PA36 PA56 PA58 PA74
PA76 PA77 PA80 RA02 RA07
XA35 XB06 XB07
5C077 LL19 MP01 PP03 PP43 PP44
PP46 PP48 PP49 PQ12 PQ19
Claims (30)
- 【請求項１】 それぞれに輝度レベルが割り当てられた
複数の画素を含むデジタル画像のコントラストを強調す
るコントラスト強調方法において、 オリジナル画像の輝度レベルの分布を示すヒストグラム
を判定するステップと、 上記オリジナル画像のコントラストの特性測定値を判定
するステップと、 上記オリジナル画像のヒストグラムを均等化し、コント
ラストを向上させるステップとを有し、 上記ヒストグラムの均等化の度合いは、上記特性測定値
の関数として変更されることを特徴とするコントラスト
強調方法。 - 【請求項２】 上記ヒストグラムは、変更輝度レベルを
算出するために、ヒストグラム均等化変換曲線に基づい
て、オリジナル画像の輝度レベルを変換することによ
り、均等化されることを特徴とする請求項１記載のコン
トラス強調方法。 - 【請求項３】 上記ヒストグラム均等化変換曲線は、ヒ
ストグラムを積分及び換算することにより生成されるこ
とを特徴とする請求項２記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項４】 上記特性測定値は、オリジナル画像の輝
度レベルの平均値と所定の定数との差を評価することに
より算出され、該差が大きいほど画像のコントラストが
低いと判定することを特徴とする請求項１乃至３いずれ
か１項記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項５】 上記特性測定値は、輝度レベル０から最
初の主要ヒストグラムピークまでの重み付けされた距離
と、最後の主要ヒストグラムピークから最大の輝度レベ
ルまでの重み付けされた距離との差を評価することによ
り算出され、該重み付けされた距離の差が大きい程画像
のコントラストが低いと判定することを特徴とする請求
項１乃至３いずれか１項記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項６】 上記特性測定値の算出において主要ヒス
トグラムピーク間の空き領域の総和を考慮し、該主要ヒ
ストグラムピーク間の空き領域の総和が大きい程画像の
コントラストが高いと判定することを特徴とする請求項
５記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項７】 上記主要ヒストグラムピークは、ヒスト
グラム又はヒストグラム均等化変換曲線の傾きが所定の
閾値をどこで超えているかを判断することにより判定さ
れることを特徴とする請求項５又は６記載のコントラス
ト強調方法。 - 【請求項８】 オリジナル画像に対してエッジ検出処理
を施すことによりエッジ画像を生成し、上記特性測定値
を算出する際、上記オリジナル画像のコントラストと、
上記エッジ画像のコントラストの両方を考慮することを
特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載のコントラ
スト強調方法。 - 【請求項９】 上記ヒストグラムに対しローパスフィル
タリング処理を施した後に上記ヒストグラム均等化変換
曲線を生成することを特徴とする請求項１乃至８いずれ
か１項記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１０】 上記ヒストグラム均等化の度合いは、
上記ローパスフィルタリング処理のカットオフ周波数を
変化させることにより変更され、該カットオフ周波数が
高い程、ヒストグラム均等化の度合いが強くなることを
特徴とする請求項９記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１１】 上記特性測定値が高い画像コントラス
トを示している場合、上記カットオフ周波数はより低い
周波数にシフトされ、上記ヒストグラムは上記ヒストグ
ラム均等化変換曲線を生成する前に大きく減衰され、上
記特性測定値が低い画像コントラストを示している場
合、上記カットオフ周波数はより高い周波数にシフトさ
れ、上記ヒストグラムは上記ヒストグラム均等化変換曲
線を生成する前に小さく減衰されることを特徴とする請
求項１０記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１２】 上記ローパスフィルタリング処理を実
行するために、高速フーリエ変換を含むフーリエ変換を
実行して上記ローパスフィルタリング処理を周波数領域
で行い、又は順方向及び逆方向ＩＩＲフィルタリング処
理を行うことを特徴とする請求項９乃至１１いずれか１
項記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１３】 上記ヒストグラム均等化の度合いは、
上記ヒストグラム均等化変換曲線を生成する際、第１の
カットオフ周波数に対応する第１のローパスフィルタリ
ングされたヒストグラムと、第２のカットオフ周波数に
対応する第２のローパスフィルタリングされたヒストグ
ラムとの間を補間することにより変更されることを特徴
とする請求項１乃至８いずれか１項記載のコントラスト
強調方法。 - 【請求項１４】 上記ヒストグラム均等化の度合いは、
ヒストグラム均等化変換曲線と、傾きが１の線形の変換
曲線との差をゲイン係数により換算することにより変更
され、該ゲイン係数が小さいほど上記ヒストグラム均等
化の度合いが弱くなることを特徴とする請求項１乃至８
いずれか１項記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１５】 ヒストグラム均等化の前後の画像の平
均輝度レベルの比に基づいて、ヒストグラム均等化後の
画像の輝度レベルを換算することを特徴とする請求項１
乃至１４いずれか１項記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１６】 ヒストグラム均等化の前後の画像の平
均輝度レベルの差に基づいて、ヒストグラム均等化後の
画像の輝度レベルをシフトすることを特徴とする請求項
１乃至１４いずれか１項記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１７】 ヒストグラム均等化により生じたヒス
トグラムピーク又は選択された基準点の輝度レベルのシ
フトに基づいて、ヒストグラム均等化後の画像の輝度レ
ベルをシフトすることを特徴とする請求項１乃至１４い
ずれか１項記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１８】 輝度レベルの任意の範囲について、上
記均等化変換曲線を傾きが１の線形の変換曲線に置換す
ることにより該均等化変換曲線を変更することを特徴と
する請求項２記載のコントラスト強調方法。 - 【請求項１９】 それぞれに輝度レベルが割り当てられ
た複数の画素を含むデジタル画像のコントラストを強調
するコントラスト強調装置において、 オリジナル画像の輝度レベルの分布を示すヒストグラム
を判定するヒストグラム判定手段と、 上記オリジナル画像のコントラストの特性測定値を判定
するコントラスト判定手段と、 上記オリジナル画像のヒストグラムを均等化し、コント
ラストを向上させるヒストグラム均等化手段とを備え、 上記ヒストグラム均等化手段は、上記ヒストグラムの均
等化の度合いを上記特性測定値の関数として変更するこ
とを特徴とするコントラスト強調装置。 - 【請求項２０】 上記ヒストグラム均等化手段は、変更
輝度レベルを算出するために、ヒストグラム均等化変換
曲線に基づいて、オリジナル画像の輝度レベルを変換す
ることにより、ヒストグラムを均等化することを特徴と
する請求項１９記載のコントラスト強調装置。 - 【請求項２１】 上記コントラスト判定手段は、オリジ
ナル画像に対してエッジ検出処理を施すことによりエッ
ジ画像を生成するエッジ画像生成手段を備え、上記特性
測定値を算出する際、上記オリジナル画像のコントラス
トと、上記エッジ画像のコントラストの両方を考慮する
ことを特徴とする請求項１９又は２０記載のコントラス
ト強調装置。 - 【請求項２２】 上記ヒストグラム均等化手段は、上記
ヒストグラム均等化曲線を生成する前に上記ヒストグラ
ムをローパスフィルタリングするローパスフィルタリン
グ手段を備えることを特徴とする請求項１９乃至２１記
載のコントラスト強調装置。 - 【請求項２３】 上記ヒストグラム均等化の度合いは、
上記ローパスフィルタリング処理のカットオフ周波数を
変化させることにより変更され、該カットオフ周波数が
高い程、ヒストグラム均等化の度合いが強くなることを
特徴とする請求項２２記載のコントラスト強調装置。 - 【請求項２４】 上記ヒストグラム均等化手段は、上記
ヒストグラムを周波数領域に変換するフーリエ変換手段
を備え、上記ローパスフィルタリング処理を周波数領域
で行い、又は上記ヒストグラム均等化手段は、ＩＩＲフ
ィルタを備え、順方向及び逆方向ＩＩＲフィルタリング
処理により上記ローパスフィルタリング処理を行うこと
を特徴とする請求項２２又は２３いずれか１項記載のコ
ントラスト強調装置。 - 【請求項２５】 上記ローパスフィルタリング手段は、
フーリエ変換されたローパスフィルタ特性が登録されて
いるルックアップテーブルを備えることを特徴とする請
求項２２乃至２４いずれか１項記載のコントラスト強調
装置。 - 【請求項２６】 上記ヒストグラム均等化の度合いは、
上記ヒストグラム均等化変換曲線を生成する際、第１の
カットオフ周波数に対応する第１のローパスフィルタリ
ングされたヒストグラムと、第２のカットオフ周波数に
対応する第２のローパスフィルタリングされたヒストグ
ラムとの間を補間することにより変更されることを特徴
とする請求項１９乃至２１いずれか１項記載のコントラ
スト強調装置。 - 【請求項２７】 上記ヒストグラム均等化の度合いは、
ヒストグラム均等化変換曲線と、傾きが１の線形の変換
曲線との差をゲイン係数により換算することにより変更
され、該ゲイン係数が小さいほど上記ヒストグラム均等
化の度合いが弱くなることを特徴とする請求項１９乃至
２１いずれか１項記載のコントラスト強調装置。 - 【請求項２８】 ヒストグラム均等化後の画像の平均輝
度レベルがオリジナル画像の平均輝度レベルに等しくな
るように、ヒストグラム均等化により生じた明度の変化
を補償する明度補償手段を備える請求項１９乃至２７い
ずれか１項記載のコントラスト強調装置。 - 【請求項２９】 輝度レベルの任意の範囲について、上
記均等化変換曲線を傾きが１の線形の変換曲線に置換す
ることにより該均等化変換曲線を変更する均等化変換曲
線変更手段を備える請求項１９乃至２８いずれか１項記
載のコントラスト強調装置。 - 【請求項３０】 コンピュータ又はデジタルシグナルプ
ロセッサにより実行されて請求項１乃至１８いずれか１
項記載のコントラスト強調方法を実行するコンピュータ
プログラムを備えるコンピュータプログラム製品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP02004428A EP1345172A1 (en) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | Contrast enhancement for digital images |
| EP02004428.5 | 2002-02-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003281527A true JP2003281527A (ja) | 2003-10-03 |
| JP4339611B2 JP4339611B2 (ja) | 2009-10-07 |
Family
ID=27741115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003049952A Expired - Fee Related JP4339611B2 (ja) | 2002-02-26 | 2003-02-26 | コントラスト強調方法及びコントラスト強調装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7102697B2 (ja) |
| EP (1) | EP1345172A1 (ja) |
| JP (1) | JP4339611B2 (ja) |
| KR (1) | KR20030070845A (ja) |
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