JP2004072191A

JP2004072191A - 画像補正装置

Info

Publication number: JP2004072191A
Application number: JP2002225108A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Nakamura; 中村　治彦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】処理を高速化するとともに、適切な補正を行って良好な画像を得る。
【解決手段】個々のピクセルのＲ、Ｇ、Ｂデータから、最大値の色データを抽出する最大色データ抽出手段と、個々のピクセルのＲ、Ｇ、Ｂデータに対して、乗算するために必要となる倍率を設定する倍率設定手段と、設定された倍率に基づいて、個々のピクセルのＲ、Ｇ、Ｂデータを乗算する色データ乗算手段と、抽出された色データが、色データ乗算手段で乗算された後に、ＭＡＸ値である２５５を超えているか否かを判断するＭＡＸ値比較手段と、ＭＡＸ値を超えた場合に抽出された色データの値を２５５に設定して、他の色データとともに倍率を再度計算し直す色データ再計算手段と、再計算結果を各色データの値として設定する色データ設定手段とを備える。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つのピクセルがＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つのデータで構成されるフルカラー画像を補正するための画像補正装置に関し、特に、逆光において影となる部分を明るくするとともに、明るい部分のつぶれを少なくし、さらに、全体的に暗い画像を明るくする画像補正フィルタを用いた画像補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、逆光に対処するための画像補正方法や、暗い画像を明るくするための画像補正方法が、種々提案されている。このような従来の画像補正方法には、例えば、次に説明する２種類のものがある。
【０００３】
第１の方法は、画面を幾つかに分割して、分割された部分のそれぞれの明るさを求め、それぞれの分割部分の中で、明るさが平均値より暗い部分が存在した場合に、その暗い部分を逆光部分として、暗い部分が明るくなるように全体的に明るさを増すような処理を行う方法である。
【０００４】
第２の方法は、色データを使用して処理すると、色相回りが発生するため、一旦、色データを輝度データに変換し、変換された輝度データを使用して、図３に示すようなトーンカーブに従って処理を行い、再度、輝度データから色データに変換する方法である。
【０００５】
また、カラーテレビジョン信号における暗部のコントラスト強調を行う方法として、特開平４−２９８１９２号公報に記載された技術がある。この技術では、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号のうちの最も大きい値をとる信号を検出して、その検出信号レベルに応じて、輝度信号と色信号の少なくとも一方の利得を制御するようになっている。図４、図５を用いて、この画像補正方法を簡単に説明する。
【０００６】
特開平４−２９８１９２号公報に記載された画像補正方法では、図４に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色信号は、２つの色差信号（Ｃ０、Ｃ１）および輝度信号（Ｙ）用マトリクス回路１〜３にそれぞれ加えられ、各々の輝度信号および色信号に合成される。この２つの色差信号は、変調回路５で直交変調されて色信号となる。
【０００７】
一方、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号は、最大値検出回路４にも入力される。この最大値検出回路４は、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号のうちの最もレベルの高い信号を判定し、当該信号のレベルを出力する。最大値検出回路４の出力は、輝度、色信号のゲインを制御するためのゲイン制御回路６に加えられる。
【０００８】
このゲイン制御回路６の特性を図５に示す。なお、図５において、横軸を最大色信号レベルとし、縦軸を増幅率とする。
【０００９】
ゲイン制御回路６は、図５に示すように、最大色信号のレベルが低いときには増幅率を１倍以上とし、またこのレベルが定格レベル（１００％）に達したときには増幅率を１倍とするような特性を有しており、この特性に基づいて、輝度および色信号ゲイン制御信号を出力する。この輝度および色信号ゲイン制御信号は、乗算回路７、８に加えられる。
【００１０】
乗算回路８には、被乗算信号として輝度信号が、また乗算回路７には、被乗算信号として色信号が入力されており、ゲイン制御信号６の制御に基づいて信号の増幅が行われる。このように増幅された輝度、色信号は、加算回路９で加算されて、複合カラー信号となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１の方法では、暗い部分が画像の大半を占めている場合や、暗い部分と明るい部分がはっきりと分かれている場合には、効果が得られないという問題があった。
【００１２】
また、上述した第２の方法では、輝度データに一旦変化し、その後、色データに戻すことから、処理に時間がかかるという問題があるとともに、トーンカーブの設定によっては、偽輪郭が発生するという問題があった。
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、全体的に暗い画像を明るく補正したり、逆光下で撮影された画像に対して、逆光において影となる部分を明るくするとともに、明るい部分のつぶれを少なくすることができ、また、色相回りを極力抑えることができ、さらに高速処理を行うことができる画像補正装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像補正装置は、１つのピクセルがＲ、Ｇ、Ｂの３つの色データで構成されるフルカラー画像を補正するための画像補正装置において、
個々のピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータから、値が最大の色データを抽出するための最大色データ抽出手段と、個々のピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータに対して、乗算するために必要となる倍率を設定するための倍率設定手段と、前記倍率設定手段で設定された倍率に基づいて、個々のピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータを乗算するための色データ乗算手段と、前記最大色データ抽出手段により抽出された色データが、前記色データ乗算手段で乗算された後に、Ｒデータ、Ｇデータ、ＢデータのＭＡＸ値である２５５を超えているか否かを判断するためのＭＡＸ値比較手段と、前記ＭＡＸ値比較手段においてＭＡＸ値を超えていると判断された場合に、前記最大色データ抽出手段によって抽出された色データの値を２５５に設定するとともに、２５５に設定した場合の倍率を再計算し、さらに他の２つの色データを当該倍率で再計算するための色データ再計算手段と、前記色データ再計算手段における再計算結果を各色データの値として設定するための色データ設定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る画像補正装置は、最終的に出力された処理後画像と現画像とを予め設定された合成比率で合成するための現画像合成手段を備え、色相回りおよび暗い部分を補正した際の画像の不自然感を低減させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る画像補正装置は、色データを輝度信号に変換することなく色データのみを使用することを特徴とする。
【００１７】
なお、上述した特開平４−２９８１９２号公報に記載された技術は、カラーテレビジョン信号における低輝度部分の補正処理に関するものであり、本発明に係る画像補正装置のように、１つのピクセルがＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータで構成されるフルカラー画像における低輝度部分の補正処理を行う技術とは大きな違いがある。
【００１８】
また、上述した特開平４−２９８１９２号公報に記載された技術と本発明に係る画像補正装置では、Ｒデータ、Ｇデータ、Ｂデータのうちの最も大きいデータを検出する部分については共通するが、本発明に係る画像補正装置は、検出したデータを基準に、輝度信号と、色信号の利得を制御する構成ではなく、検出したデータそのものの利得を変化させ、かつ他の色データもこれと同じ比率で利得を変化させることによって、低輝度部分の補正を行っているため、高速な処理が可能であり、構成ブロックも少なくすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る画像補正装置では、最終的に、元画像と変換後の画像を、予め設定した比率で合成することにより、補正後の低輝度部分の色相変化を抑えていることも大きな特徴となっている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明に係る画像補正装置の実施形態を説明する。
【００２１】
本発明に係る画像補正装置は、フルカラー画像の動画や静止画を取り込むための画像取り込み手段と、取り込まれた入力画像を保持するための画像メモリと、入力画像に対して、明るさ補正を含む種々の画像処理を施すための画像処理手段と、画像処理が施された画像データを出力するための出力手段とを含んで構成され、画像処理を担う各機能手段は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによるハードウェア資源と、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）と、予め作成された画像処理プログラム等によって具現化されるものである。
【００２２】
図１は、任意のピクセルに対して、本発明の実施形態に係る画像処理装置で用いる画像補正アルゴリズムを実行する際の手順を示すフローチャートである。また、図２は、図１に示す画像補正アルゴリズムを全ピクセルに対して実行した後に出力される画像と、現画像とを合成するための現画像合成手段の構成を示すブロック図である。
【００２３】
まず、本発明の実施形態に係る画像処理装置における処理の手順を説明する。なお、図１における各処理ステップの実行手段が、画像処理を担う各機能手段となっている。
【００２４】
本発明の実施形態に係る画像処理装置では、図１に示すように、入力された１つのピクセルがＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色データ（Ｒデータ、Ｇデータ、Ｂデータ）で構成されるフルカラー画像において、任意のピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータから、最大値の色データを抽出する（Ｓ１）。
例えば、Ｒデータ、Ｇデータ、Ｂデータの各値が、Ｒデータ＝８０、Ｇデータ＝２０、Ｂデータ＝３０（以下Ｒ、Ｇ、Ｂ（８０，２０，３０）と記載する）となっている場合に、最大値の色を抽出すると、Ｒ（赤）となる。
【００２５】
次に、乗算倍率を設定し（Ｓ３）、設定された値を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色データに対して乗算処理を行う（Ｓ２）。
ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のデータ対して同じ倍率で乗算しているのは、色相を変化させないで明るさを増すためである。なお、通常用いられる手法では、色データから輝度データに変換した後に処理を行うが、本実施形態に係る画像補正装置では、処理を高速に行うために、あえて色データのみを用いて処理を行っている。
【００２６】
例えば、各色データがＲ、Ｇ、Ｂ（８０，２０，３０）であり、乗算倍率設定処理（Ｓ３）で設定された値が「３」の場合には、次の計算が行われる。
【００２７】
Ｒデータ　＝　８０×３　＝　２４０
Ｇデータ　＝　２０×３　＝　６０
Ｂデータ　＝　３０×３　＝　９０
よって、
Ｒ、Ｇ、Ｂ（２４０，６０，９０）
となる。
【００２８】
次に、ステップＳ１で抽出された色に対してステップＳ２を実行した後に、色データの値が「２５５」を超えている否かを判断する（Ｓ４）。上記した例では、ステップＳ１で抽出された色はＲ（赤）であり、ステップ２を実行した後のＲ（赤）データの値は「２４０」であることから、処理を終了する。
したがって、上述した処理を実行した後のＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータの値は次のようになる。
【００２９】
処理前　Ｒ、Ｇ、Ｂ（８０，２０，３０）
処理後　Ｒ、Ｇ、Ｂ（２４０，６０，９０）
【００３０】
次に、他の例を用いて、上述した処理を説明する。
例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ（１００，５０，２０）の場合には、ステップＳ１で抽出される色は、Ｒ（赤）となる。次に、ステップＳ２では、Ｒデータ、Ｇデータ、Ｂデータが３倍されるので、
Ｒデータ　＝　１００×３　＝　３００
Ｇデータ　＝　５０×３　＝　１５０
Ｂデータ　＝　２０×３　＝　６０
すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂ（３００，１５０，６０）
となる。
【００３１】
次に、ステップＳ４では、ステップＳ１で抽出された色、すなわちＲ（赤）の値が、「２５５」を超えているか否かを判断する。ここで、Ｒデータの値が「３００」であり「２５５」を超えた値となっている。この場合は、Ｒデータを色データのＭＡＸ値である「２５５」とした後に、色データの再計算処理を行う（Ｓ５）。
【００３２】
すなわち、ステップ５では、次のような計算を行っている。
【００３３】
Ｒ、Ｇ、Ｂ（１００，５０，２０）のＲデータの値が「２５５」に設定されるので、倍率は２５５÷１００　＝　２．５５となる。
【００３４】
ここで重要なのは、明るいピクセルほど、倍率が小さくなるということである。このような処理を施すことにより、明るい部分のつぶれを抑えることが可能となる。
【００３５】
この倍率を用いて、残りのＧデータとＢデータを乗算すると、結果は、次のようになる。
【００３６】
Ｇデータ　＝　５０×２．５５　≒　１２７
Ｂデータ　＝　２０×２．５５　＝　５１
よって、ステップＳ５の処理を実行した後の結果は、
Ｒ、Ｇ、Ｂ（２５５，１２７，５１）
となり、処理を終了する。
【００３７】
したがって、上述した処理を実行した前後のＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータの値は次のようになる。
【００３８】
処理前　Ｒ、Ｇ、Ｂ（１００，５０，２０）
処理後　Ｒ、Ｇ、Ｂ（２５５，１２７，５１）
上述した処理を全てのピクセルに対して行うことにより、暗い部分が明るくなり、明るい部分のつぶれを抑えた画像が出力されることになる。
【００３９】
しかし、上述した処理を行っただけでは、色相回り、および暗い部分を補正（持ち上げた）際の画像が不自然となってしまう。そこで、出力された画像に対して、現画像を合成することにより平均化している。
【００４０】
図２を用いて、出力された画像と現画像とを合成する処理を説明する。
【００４１】
現画像は、乗算処理（Ａ１）において、全てのピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータが２倍されて、次の合成処理（Ａ２）に用いられる。一方、出力画像は、そのまま合成処理（Ａ２）に用いられる。合成処理（Ａ２）では、出力画像と現画像の対応する全てのピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータを加算した後、平均化している。
【００４２】
例えば、出力画像の任意のピクセルが、Ｒ、Ｇ、Ｂ（２５５，１２７，５１）であり、そのピクセルに対応する現画像のピクセルが、Ｒ、Ｇ、Ｂ（１００，５０，２０）である場合に、現画像のピクセルに対して乗算処理（Ａ１）が実行されると、
Ｒデータ　＝　１００×２　＝　２００
Ｇデータ　＝　５０×２　＝　１００
Ｂデータ　＝　２０×２　＝　４０
すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂ（２００，１００，４０）
となる。
【００４３】
次に、合成処理（Ａ２）において、出力画像のピクセルと現画像のピクセルを加算した後、平均化する（現画像：出力画像　＝　２：１の割合で合成を行う）。
【００４４】
すなわち、最終画像ピクセル＝（乗算処理後の現画像ピクセル＋出力画像ピクセル）÷３
の式より
最終画像のＲデータ　＝　（２００＋２５５）÷３　≒　１５２
最終画像のＧデータ　＝　（１００＋１２７）÷３　≒　７６
最終画像のＢデータ　＝　（４０＋５１）÷３　≒　３０
となり、最終画像のピクセルは
Ｒ、Ｇ、Ｂ（１５２，７６，３０）
となる。
【００４５】
数式的には、乗算倍率設定（Ｓ３）で設定された倍率、あるいは色データ再計算処理（Ｓ５）で用いる倍率をＸとした場合に、
最終画像ピクセル　＝　（入力画像ピクセル×（２＋Ｘ））÷３
で表すことができる。
【００４６】
上述した処理の結果から、全体的に暗い画像を明るくしたり、逆光下で撮影された画像に対して、逆光において影となる部分を明るくするとともに、明るい部分のつぶれを少なくすることができ、また色相回りも極力抑えられることができ、さらに高速な処理を行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係る画像補正装置によれば、１つのピクセルがＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色データで構成されるフルカラー画像において、全体的に暗い画像を明るくしたり、逆光下で撮影された画像に対して、逆光において影となる部分を明るくするとともに、明るい部分のつぶれを少なくすることが可能となる。
【００４８】
また、本発明に係る画像補正装置によれば、色相回り、および暗い部分を補正した際の画像の不自然感を抑えることができる。
【００４９】
また、本発明に係る画像補正装置によれば、画像補整処理を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像処理装置で用いる画像補正アルゴリズムを実行する際の手順を示すフローチャートである。
【図２】現画像合成手段の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の技術におけるトーンカーブの説明図である。
【図４】従来の画像補正装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の画像補正装置におけるゲイン制御回路の特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　色信号用マトリクス回路（Ｃ０）
２　　色信号用マトリクス回路（Ｃ１）
３　　輝度信号用マトリクス回路（Ｙ）
４　　最大値検出回路
５　　変調回路
６　　ゲイン制御回路
７　　乗算回路
８　　乗算回路
９　　加算回路

Claims

１つのピクセルがＲ、Ｇ、Ｂの３つの色データで構成されるフルカラー画像を補正するための画像補正装置において、
個々のピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータから、値が最大の色データを抽出するための最大色データ抽出手段と、
個々のピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータに対して、乗算するために必要となる倍率を設定するための倍率設定手段と、
前記倍率設定手段で設定された倍率に基づいて、個々のピクセルのＲデータ、Ｇデータ、Ｂデータを乗算するための色データ乗算手段と、
前記最大色データ抽出手段により抽出された色データが、前記色データ乗算手段で乗算された後に、Ｒデータ、Ｇデータ、ＢデータのＭＡＸ値である２５５を超えているか否かを判断するためのＭＡＸ値比較手段と、
前記ＭＡＸ値比較手段においてＭＡＸ値を超えていると判断された場合に、前記最大色データ抽出手段によって抽出された色データの値を２５５に設定するとともに、２５５に設定した場合の倍率を再計算し、さらに他の２つの色データを当該倍率で再計算するための色データ再計算手段と、
前記色データ再計算手段における再計算結果を各色データの値として設定するための色データ設定手段とを備えたことを特徴とする画像補正装置。
最終的に出力された処理後画像と現画像とを予め設定された合成比率で合成するための現画像合成手段を備え、
色相回りおよび暗い部分を補正した際の画像の不自然感を低減させることを特徴とする請求項１記載の画像補正装置。
色データを輝度信号に変換することなく色データのみを使用することを特徴とする請求項１または２記載の画像補正装置。