JP2004246644A - 画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】カラー原画像と色合いが変わらないイラスト画像を得る。
【解決手段】カラー原画像のビデオ信号に含まれる輝度データＹに対して、ローパスフィルタ処理と輪郭強調処理とを繰り返し施し、さらに階調低減処理を行って、処理後の輝度データＹ’とカラー原画像の色差データとを合成して輪郭部分の線幅が太くかつ色相が変わらずに色数が少なくなったイラスト画像を得る。ローパスフィルタ処理により対象画素とその周囲画素の輝度レベル変化が滑らかになり、輪郭強調処理により対象画素とその周囲画素の輝度レベル変化が拡大し、階調低減処理により色数が減じられる。
【選択図】 図３
【解決手段】カラー原画像のビデオ信号に含まれる輝度データＹに対して、ローパスフィルタ処理と輪郭強調処理とを繰り返し施し、さらに階調低減処理を行って、処理後の輝度データＹ’とカラー原画像の色差データとを合成して輪郭部分の線幅が太くかつ色相が変わらずに色数が少なくなったイラスト画像を得る。ローパスフィルタ処理により対象画素とその周囲画素の輝度レベル変化が滑らかになり、輪郭強調処理により対象画素とその周囲画素の輝度レベル変化が拡大し、階調低減処理により色数が減じられる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像に任意の視覚的効果を与えるための画像処理を行う画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学的被写体像を撮像してデジタルビデオ信号に変換する電子スチルカメラが普及しており、このような電子スチルカメラはケーブルで直接に、または外部記録媒体を介して間接的に、デジタルビデオ信号をパーソナルコンピュータ等に転送することができる。パーソナルコンピュータでは被写体像をモニタにカラー画像として表示することができるだけでなく、パーソナルコンピュータにインストールされた画像処理プログラムを用いてカラー画像を加工し、その視覚的効果を変えることができる。
【０００３】
その視覚的効果を変える加工の一つとして、個々の画素の色を代表的な色に割り当てることによって、定められた色数になるように減色し、単調な色彩で表現されたイラスト画像を得ることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、個々の画素の色を最も近い限定色に割り当てると色相が回転する、即ちカラーバランスが変わるため、加工前のカラー原画像とイラスト画像とでは色合いが異なる、特に人物の肌を２、３色で表現する場合には色合いの違いが目立つことが問題であった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−７４２４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、カラー原画像と色合いが変わらないイラスト画像を得ることが課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像処理装置は、カラー原画像のビデオ信号を得る入力手段と、ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施す画像処理手段と、画像処理手段によって画像加工処理が施された輝度成分とカラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する合成手段とを備えることを特徴とする。ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施し、ビデオ信号に含まれる色差成分には画像加工処理を施さないので、カラー原画像のカラーバランスを変えることなく色数を少なくできる。
【０００８】
上記画像処理装置において、具体的には、画像加工処理は、輝度成分に対してローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを施すフィルタ処理と、輝度成分の階調数を低減する階調低減処理とを含む。このフィルタ処理によって輪郭部分の線幅が太くさせられるとともに、階調低減処理によって色数が少なくさせられる。上記フィルタ処理では、ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とがそれぞれ複数回行って、フィルタ効果を増幅してもよい。
【０００９】
上記画像処理装置において、画像処理手段は、カラー原画像の画素数を減少させた後、フィルタ処理を実行させ、フィルタ処理後に再びカラー原画像と同数の画素数に復元してもよく、これにより輪郭部分の線幅をさらに太くすることができる。画像処理手段によるカラー原画像と同数の画素数への復元は、階調低減処理の後に行われてもよいし、前記階調低減処理の前に行われてもよい。
【００１０】
また本発明に係る画像処理方法は、カラー原画像のビデオ信号を得る第１ステップと、ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施す第２ステップと、画像加工処理が施された輝度成分とカラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する第３ステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係る画像処理プログラムは、カラー原画像のビデオ信号を得る第１ステップと、ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施す第２ステップと、画像加工処理が施された輝度成分とカラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する第３ステップとを実行可能であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態である画像処理装置を適用した電子スチルカメラを示す図であって、電子スチルカメラの主要構成を示す模式図である。
電子スチルカメラ１０は、被写体からの反射光を結像する撮影光学系１２と、撮影光学系１２によって撮像面上に結像された光学的被写体像を光電変換する撮像素子、例えばＣＣＤ１４とを備える。電子スチルカメラ１０は１個のＣＣＤ１４から３原色カラー信号を得る単板式撮像方式を採用しており、ＣＣＤ１４の撮像面には、各画素毎に３原色（Ｒ、ＧまたはＢ）のカラーフィルタアレイが２次元配列されており、ＣＣＤ１４は１画素当たり１色の色情報を出力する。
【００１４】
ＣＣＤ１４から読み出された１フレーム分のアナログ画素信号は、アナログ信号処理回路１６に順次送られて、適当な信号レベルにまで増幅されてＡ／Ｄ変換され、１フレーム分のデジタルの画素信号（以下、画素データと記載する）として画像処理回路１８に送られ、内蔵メモリであるＳＤＲＡＭ２０に一旦格納される。画像処理回路１８はＳＤＲＡＭ２０と協働して上記画素データに後述する様々な画像処理を施してビデオ信号を生成する。このビデオ信号は、画像の明るさの情報である輝度信号（輝度成分）と、画像の色情報である色差信号（色差成分）とを含んでいる。このように、撮影光学系１２、ＣＣＤ１４、アナログ信号処理回路１６、画像処理回路１８およびＳＤＲＡＭ２０は、カラー原画像のビデオ信号を得る入力手段として機能する。
【００１５】
電子スチルカメラ１０は、撮像した被写体像やメニューを表示するためのモニタ、例えばＬＣＤ２２と、種々の撮影モードや撮影条件等を設定するためのスイッチ群２４と、静止画像を得るためのシャッタボタン２６とを備える。電源投入直後やスイッチ群２４によってプレビューが指示されたときには、ＣＣＤ１４による１フレーム分の撮像と、アナログ信号処理回路１６および画素処理回路１８による信号処理と、ＳＤＲＡＭ２０の画素データの書換えと、ＬＣＤ２２による画像表示とが、一定の周期で繰り返し実行され、これによりＬＣＤ２２には被写体像が動画として表示される。
【００１６】
このプレビューの状態でシャッタボタン２６が押されると、静止画撮影に必要な時間だけＣＣＤ１４が露光され、画像処理回路１８で１フレーム分のビデオ信号が生成される。ビデオ信号は所定の符号化方式に従って圧縮される、例えばＪＰＥＧ規格の圧縮画像データに変換され、メモリカード２８に記録される。このとき、ＬＣＤ２２は押下時点のビデオ信号に基づいて表示を繰り返し行い、これによりＬＣＤ２２には被写体像が静止画として表示される。メモリカード２４は、電子スチルカメラ１０に着脱自在な外部記録媒体であり、例えばコンパクトフラッシュ（登録商標）が挙げられる。制御回路３０は、例えばマイクロコンピュータであり、電子スチルカメラ１０の各部の動作全体を制御する。
【００１７】
第１実施形態の電子スチルカメラ１０は、ＣＣＤ１４の撮像により得られた画像（以下、カラー原画像と記載する）を、その輪郭部分の線幅を太くしかつ色数を少なくする画像加工処理を施して得られるイラスト画像をメモリカード２８に記録するイラスト撮影モードと、カラー原画像を上述した画像加工処理を施さずにそのままメモリカード２８に記録する通常撮影モードとを有する。イラスト撮影モードまたは通常撮影モードはスイッチ群２４の手動操作によって切替え可能であり、シャッタボタン２６の押下前に設定されたモードに基づいて画像処理回路１８の信号処理が選択される。
【００１８】
図２は画像処理回路１８における信号処理を段階的に示す模式図である。アナログ信号処理回路１６から出力された画素データ４０は、ＳＤＲＡＭ２０の所定の記憶領域に（ａ＋α）×（ｂ＋α）画素（ａ、ｂ、αは整数）分だけ格納される。ａは水平方向画素数を示し、本実施形態では２０４８である。ｂは垂直方向画素数を示し、本実施形態では１５３６である。最終的に得られる画像はａ×ｂ画素であるが、後述する画素補間処理のために画素データ４０は水平方向および垂直方向共にα画素分だけ余分に用意される。
【００１９】
画像処理回路１８は、１画素当たり１色の色情報を有する画素データ４０をＳＤＲＡＭ２０から読み出して、画素補間処理、ホワイトバランス補正処理、γ補正処理、色分離および彩度調整のためのカラーマトリクス処理を施し、１画素当たり３色の色情報を有する３原色データ４２に変換する。３原色データ４２は、ａ×ｂ画素のＲ色データ４２ｒ、ａ×ｂ画素のＧ色データ４２ｇおよびａ×ｂ画素のＢ色データ４２ｂとから成り、各色データを構成する個々の色信号はそれぞれの色濃度が２５６（＝８ビット）の階調で表された数値データである。
【００２０】
３原色データ４２はＹＣｂＣｒマトリクス処理によって画像データ４４に変換され、ＳＤＲＡＭ２０における画素データ４０の記憶領域とは異なる記憶領域に格納される。画像データ４４は、輝度信号Ｙのａ×ｂ画素分のデータ（輝度データ）４４ｙと、色差信号Ｃｂ、Ｃｒのそれぞれａ／２×ｂ画素分のデータ（色差データ）４４ｃｂ、４４ｃｒとから成る。輝度データ４４ｙを構成する個々の輝度信号Ｙは対応する画素の輝度レベルが２５６の階調で表された数値データであり、０〜２５５のいずれかの値をとる。
【００２１】
スイッチ群２４によって通常撮影モードが設定されている場合、ＳＤＲＡＭ２０に格納されている輝度データ４４ｙと、色差データ４４ｃｂおよび４４ｃｒとが画像処理回路１８に読み出されて多重され、カラー原画像のビデオ信号４８としてＬＣＤ２２に出力される。そして、ビデオ信号４８は制御回路３０にも送られ、ここで符号化処理を受けて圧縮画像データに変換され、メモリカード２８に記録される。
【００２２】
一方、スイッチ群２４によってイラスト撮影モードが設定されている場合、ＳＤＲＡＭ２０に格納されている輝度データ４４ｙは画像処理回路１８に読み出されて後述する画像加工処理が施され、画像加工処理済の輝度信号Ｙ’のデータ（輝度データ）４６ｙに変換される。そしてこの輝度データ４６ｙと、画像加工処理されていない色差データ４４ｃｂおよび４４ｃｒとが画像処理回路１８において合成され、イラスト画像のビデオ信号５０としてＬＣＤ２２に出力される。そして、ビデオ信号５０は制御回路３０にも送られ、ここで符号化処理を受けて圧縮画像データに変換され、メモリカード２８に記録される。また、イラスト撮影モードが設定されたときには、カラーマトリクス処理において彩度が通常撮影モードに比べて相対的に高くなるように設定され、これによりイラスト画像が鮮やかな色で再現され、リアル感が薄められイラスト風の度合いが強められる。
【００２３】
このように、画像処理回路１８およびＳＤＲＡＭ２０は輝度信号Ｙに画像加工処理を施す画像処理手段、および画像加工処理が施された輝度信号Ｙ’とカラー原画像の色差信号Ｃｂ、Ｃｒとを合成してイラスト画像のビデオ信号５０を得る合成手段として機能する。
【００２４】
次に図３を参照して画像加工処理について詳述する。図３は画像加工処理の処理流れを輝度レベル値の変化と共に模式的に示す図である。画像加工処理は、輝度データ４４ｙに対してローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とをそれぞれ複数回、例えば７回繰り返し施すフィルタ処理と、フィルタ処理後の輝度データ４４ｙの階調数を低減する階調低減処理とを含む。
【００２５】
ローパスフィルタ処理は、対称画素とその周囲画素との輝度レベル変化を滑らかにして細部を潰す即ちぼかす処理であり、下記に示す３×３マトリックスのフィルタ係数が設定されたローパスフィルタが用いられる。即ち、対象画素の輝度レベル値の４８／２５６を乗算した値と、その周囲８画素の輝度レベル値にそれぞれ２６／２５６を乗算した値との和を対象画素の輝度レベル値に定めるという処理をａ×ｂ個の全画素について行う。
【００２６】
【数１】
【００２７】
輪郭強調フィルタ処理は、周囲画素との輝度レベル変化を拡大し輪郭を強調する処理であり、下記に示す３×３マトリックスのフィルタ係数が設定された輪郭強調フィルタが用いられる。即ち、対象画素の輝度レベル値を４倍した値とその周囲８画素の輝度レベル値を（−０．５）倍した値との和を対象画素の輝度レベル値に加えるという処理をａ×ｂ個の全画素について行う。
【００２８】
【数２】
【００２９】
上記輪郭強調フィルタにはコアリング閾値（＝５６）が設定され、フィルタ処理によって対象画素の輝度レベル値がコアリング閾値以下になる場合には、その対象画素の輝度レベル値は元の値のままとされる。これにより、ノイズ成分の強調が防止される。また、高輝度レベル側にはクリップ値（＝８）が設定され、フィルタ処理によって対象画素の周囲との輝度レベル差がクリップ値より大きくなる場合には、その対象画素の輝度レベル値は周囲との輝度レベル差がクリップ値に等しくなる値となる。これにより、高輝度成分の強調が抑えられる。
【００３０】
カラー原画像の輪郭部分では隣合う画素間での輝度レベル差が存在し、ローパスフィルタ処理によって多少輝度レベル差が縮められるがその輪郭幅が太くなり、さらに輪郭強調フィルタ処理によって輪郭部分は相対的に黒レベルに近づけられる。フィルタ処理においては、輝度データ４４ｙに対してローパスフィルタ処理およびその後の輪郭強調フィルタ処理を７回繰り返して施しており、これにより輪郭部分の幅が太くなり、かつその輝度レベルは相対的に低くなる。即ちイラスト画像における輪郭部分の輪郭幅が太く強調されるとともに、その明度が低下して黒色に近くなることになる。
【００３１】
ローパスフィルタ処理および輪郭強調フィルタ処理の繰り返し回数は７回に限定されない。繰り返し回数を多くすると、イラスト画像における輪郭線が太くなると共に細部が省略されてベタ塗りの領域が大きくなる。繰り返し回数が少なくなると、イラスト画像における輪郭線は相対的に細く、細かい変化は省略されずに残る。従って、リアル感をなくすためには繰り返し回数を多くすればよく、カラー原画像に近づけるためには繰り返し回数を少なく設定すればよい。また第１実施形態では繰り返し回数は予め１つの値に設定されており、１パターンのフィルタ処理しか行えないが、繰り返し回数のデータを複数個用意しておき、操作者のモード選択に応じて複数パターンのフィルタ処理を選択的に行えるように構成してもよい。またさらに、ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理との順序も特に第１実施形態に限定されず輪郭強調フィルタ処理を行った後に、ローパスフィルタ処理を行っても同様の結果が得られる。
【００３２】
ローパスフィルタおよび輪郭強調フィルタのフィルタ係数は、第１実施形態に限定されないが、ノイズ成分を輪郭と見做さないように適宜両フィルタ係数が設定されることが必要である。
【００３３】
このように、第１実施形態ではローパスフィルタおよび輪郭強調フィルタを３×３という相対的に小さいマトリックスで構成して、これらを記憶する画像処理回路１８のメモリ使用量を削減し、これらフィルタを繰り返し使うことによってフィルタ効果を徐々に強めている。一般にフィルタの効果を大きくするためにはフィルタ参照領域を大きくする必要があるが、この場合画像処理回路１８の規模が大きくなる、あるいはハードウェアを使用しないでプログラムで行なう場合処理時間が長くなるため電子スチルカメラ１０のように重量や大きさが人の手で持てる程度に制限される電子機器においては上述したようなイラスト画像を生成することは実質的に不可能であった。しかしながら、本発明の第１実施形態によると、フィルタが相対的に小さいものでありメモリ使用量が少ないので、電子スチルカメラ１０等にもイラスト画像の加工機能を搭載することができる。
【００３４】
階調低減処理は、フィルタ処理を受けた後の輝度データ４４ｙの輝度レベルの階調数を低減する処理であり、図４のグラフで示す階調変換の入出力特性を持つルックアップテーブルを用いて、階調数を２５６から５に変換する。具体的には、入力値が０以上３１以下の時は出力値は０に変換され、同様に入力値が３２以上６３以下の時は出力値は９６に、入力値が６４以上１２７以下の時は出力値は１４４に、入力値が１２８以上１９１以下の時は出力値は２０８に、入力値が１９２以上２５５以下の時は出力値は２５５に変換される。従って、輝度信号Ｙ’は０、９６、１４４、２０８および２５５の５つのうちいずれかの値をとることになる。この処理により輝度データ４６ｙはその輝度レベルが５階調で表され、イラスト画像において明度による色変化が少なくなり、結果として再現される色数が減少することになる。また、細かい輝度レベル変化は無くなる。上述したように、イラスト画像の色差データＣｂ、Ｃｒはカラー原画像の色差データＣｂ、Ｃｒと同じであるため、カラー原画像と同じ色相のまま色数を減じることができる。即ち、カラー原画像が持つ本来の色味を残したままベタ塗りをしたようなイラスト画像を得ることができる。
【００３５】
第１実施形態では輝度レベルが高輝度側にシフトするような階調変換を行っており、これによりイラスト画像の明度が全体的に上げられる。図４に示す入出力特性では、輪郭と認識され得る輝度レベルであるレベル値３２未満をレベル値０に変換しており、イラスト画像のカラー再現に大きく影響する輝度レベルであるレベル値９６以上を略均等に振り分けている。なお、階調低減処理後の輝度レベル値は上記５つの値に制限されず、また階調数も５に制限されない。階調数を多くすればイラスト画像における輝度レベル変化が細かくなり、色数はあまり減少しない。階調数を少なくすれば、色数が少なくなってベタ塗りしたような色変化の乏しい画像となる。
【００３６】
画像処理回路１８は、輝度データ４４ｙに対してフィルタ処理を含む画像加工処理を行う前に、カラー原画像を解像度変換して解像度を低下させておき、画像加工処理後即ちフィルタ処理後に再び解像度変換を行ってカラー原画像と同じ解像度に復元することによって、フィルタ処理におけるフィルタ参照領域を相対的に拡大し、輪郭幅をさらに太く強調することができる。
【００３７】
図５（ａ）は、解像度を変換せずに画像加工処理のみを行った場合のカラー原画像およびイラスト画像の輝度成分を示す模式図であり、図５（ｂ）は画像加工処理の前後に解像度変換を行った場合のカラー原画像およびイラスト画像の輝度成分を示す模式図である。
【００３８】
図５（ｂ）について詳述すると、ａ（＝２０４８）×ｂ（＝１５３６）画素の輝度データ４４ｙは解像度変換処理によってその解像度が低減される。解像度変換処理では、画像領域を複数に分割して周辺データレベルに応じて線形補間するバイリニア方式、あるいは周辺データレベルに応じて３次元関数補間するバイキュービック方式等に従って、画素数がａ”（＝１７９２）×ｂ”（＝１３４４）画素にまで減少させられる。画像加工処理は、画像領域が縮小された輝度データ５２ｙに対して施される。そして、画像加工処理を受けたａ”×ｂ”画素の輝度データ５４ｙは、解像度復元処理によってその解像度が復元される。解像度復元処理では、上記と同じ方式に従う画素補間によって画素数がカラー原画像と同数のａ×ｂ画素にまで増加させられる。解像度復元処理によって得られたａ×ｂ画素の輝度データが、イラスト画像の輝度データ４６ｙとして扱われる。
【００３９】
図５（ａ）および図５（ｂ）を比較すると、被写体である円柱の輪郭線は、画像加工処理の前に解像度を低減した場合の方が太くなっている。これは画像加工処理の対象となるべき画像サイズが図５（ｂ）の場合の方が相対的に小さく、解像度変換後の輝度データ５２ｙの１画素はカラー原画像の輝度データ４４ｙの複数画素分に相当するため、フィルタ処理におけるフィルタ参照領域ＦＡ（３×３画素）が両者で同じであっても、ａ×ｂ画素の輝度データ４４ｙに対する実質的なフィルタ参照領域の大きさが異なるためである。図中、フィルタ参照領域をＦＡで示し、図５（ｂ）の場合の輝度データ４４ｙに対する実質的なフィルタ参照領域をＦａで示している。解像度低下率が大きくなる程、即ち５２ｙの画素数ａ”×ｂ”が少なくなる程、実質的なフィルタ参照領域Ｆａの相対的に大きくなり、輪郭線はさらに太くなる。
【００４０】
このように、画像加工処理の前後に解像度変換を行うことによって、画像加工処理におけるローパスフィルタ処理および輪郭強調フィルタ処理の繰り返し回数を多くすることなく輪郭線を太く強調できる。従って、繰り返し回数を多く設定して輪郭線を太く強調する場合に比べて、処理速度を向上させることができる。ここで注目すべきことは、解像度を落とす際にカラー原画像の輝度情報が失われるということである。従って、単にフィルタ処理の繰り返し回数を多く設定する場合に比べて、相対的に広い領域で細かい輝度変化を除くことができイラスト調を強調できる。
【００４１】
なお、図５（ｂ）のように画像加工処理の前後に解像度変換を行うか否かはスイッチ群２４によって設定されたモードに応じて決定され、画像処理回路１８ではスイッチ群２４によって「細線モード」が設定されていれば図５（ａ）に示すように画像加工処理のみが行われ、「太線モード」が設定されていれば図５（ｂ）に示すように画像加工処理の前後に解像度変換が行われる。
【００４２】
図６は制御回路３０において実行される画像処理プログラムのメインルーチンを示すフローチャートである。画像処理プログラムは制御回路３０の図示しないメモリにインストールされており、電子スチルカメラ１０の電源投入によって開始される。
【００４３】
まずステップＳ１０２では、種々の初期設定が行われる。この初期設定では、前回電源を切断する直前にメモリ（図示せず）に記憶された撮影条件やモード等のデータが読み出される。このとき、通常撮影モードまたはイラスト撮影モードのいずれか一方が決定され、またイラスト撮影する際に輪郭幅を決定する細線モードまたは太線モードのいずれか一方が決定される。
【００４４】
次にステップＳ１０４では、プレビューが実行される。詳しくは、ＣＣＤ１４による撮像と、ＬＣＤ２２による画像表示とが一定周期で繰り返し実行され、これによりＬＣＤ２２には被写体像が動画として表示される。このプレビュー時にスイッチ群２４の操作によってモード変更が指示されると（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０８でモード変更処理がなされ、変更されたモードに基づいて再びステップＳ１０４のプレビューが実行される。
【００４５】
ステップＳ１０６においてモード変更が指示されなかったと判定されると、続いてステップＳ１１０においてシャッタボタン２６が押されて撮影が指示されたか否かが判定される。シャッタボタン２６が押されなければステップＳ４０６において終了即ち電源の切断が指示されたか否かが判定され、指示されていなければステップＳ１０４に戻る。即ち、シャッタボタン２６が押されなければ、電源切断までプレビュー状態が続く。
【００４６】
ステップＳ１１０でシャッタボタン２４が押されて撮影が指示されると、ステップＳ１１２において撮像動作が行われる。即ち、制御回路３０は、ステップＳ１０２で設定された撮影条件またはステップＳ１０８で変更された撮影条件に応じて露光時間を算出し、その露光時間だけＣＣＤ１４に電荷を蓄積させる。そしてＣＣＤ１４から読み出された１フレーム分のアナログ画素信号は、アナログ信号処理回路１６、画像処理回路１８を経て画素データ４０（図２）としてＳＤＲＡＭ２０に格納される。
【００４７】
次のステップＳ１１４ではイラスト撮影モードであるか否かが判定され、イラスト撮影モードの時にはステップＳ２００に進んでイラスト撮影モードの画像処理が実行され、ＳＤＲＡＭ２０に格納された画素データ４０が画像処理回路１８に読み出されてイラスト画像のビデオ信号５０が生成される。ステップＳ１１４ではイラスト撮影モードでない即ち通常撮影モードであると判定されると、ステップＳ３００に進んで通常撮影モードの画像処理が実行され、ＳＤＲＡＭ２０に格納された画素データ４０が画像処理回路１８によりカラー原画像のビデオ信号４８が生成される。
【００４８】
ステップＳ２００で生成されたイラスト画像のビデオ信号５０、またはステップＳ３００において生成されたカラー原画像のビデオ信号４８は、ステップＳ４００のＪＰＥＧ方式の符号化処理により圧縮され、ステップＳ４０２においてメモリカード２８に圧縮画像データが記録される。そして、ステップＳ４０４において静止画像が一定時間だけＬＣＤ４０４に表示される。なお、ステップＳ４０４は符号化処理（ステップＳ４００）の前に行われてもよい。ステップＳ４０４のＬＣＤへの表示が完了するとステップＳ４０６において終了するか否かが判定され、終了が指示されなければステップＳ１０４のプレビューに戻り、終了が指示されればこの画像処理プログラムが終了する。
【００４９】
図７は、図６におけるイラスト撮影モードの画像処理サブルーチン（ステップＳ２００）を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０２において画素データ４０がＳＤＲＡＭ２０から画像処理回路１８に読み出され、ステップＳ２０４ではカラーマトリクス処理における彩度を通常撮影モードの時よりも相対的に高くなるように画像処理回路１８を設定する。そして、ステップＳ２０６において画素データ４０はＲＧＢ３原色データ４２に変換され、さらに輝度データ４４ｙおよび色差データ４４ｃｂ、４４ｃｒに変換され、ＳＤＲＡＭ２０に格納される。
【００５０】
ステップＳ２０８では太線モードが設定されているか否かが判定され、太線モードでない場合には細線モードであると見做されてステップＳ２１０の画像加工処理が実行され、図５（ａ）で示すように相対的に輪郭線の細いイラスト画像のビデオ信号が生成される。ステップＳ２０８で太線モードであると判定されるとステップＳ２１２の解像度変換処理、ステップＳ２１４の画像加工処理、およびステップＳ２１６の解像度復元処理が順次実行され、図５（ｂ）で示すように相対的に輪郭線の太いイラスト画像のビデオ信号が生成される。ステップＳ２１０およびステップＳ２１４の画像加工処理は実質的に同じであり、上述したようにローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを７回繰り返して、さらに階調低減処理を行うものである（図３を参照）。ステップＳ２１０またはステップＳ２１６が終了すると、このイラスト撮影モードの画像処理サブルーチンは終了し、メインルーチンに戻る。
【００５１】
以上のように、第１実施形態の画像処理装置は、電子スチルカメラ１０に組み合わされて光学的被写体像をＣＣＤ１４によって撮像してカラー原画像を得、このカラー原画像に画像加工処理を施して輪郭線が太く色数の少ないイラスト画像を得るものである。第１実施形態では、カラー原画像の輝度成分についてのみ画像処理を施すため、色相が回転せず、カラー原画像の色合いを損なうことなくイラスト画像に加工できる。また、ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを繰り返し行うことによってイラスト画像を得るので、フィルタ参照領域が相対的に小さくても、所望のイラスト効果を得る、即ち太い輪郭線とベタ塗りで表現されたイラスト画像を得ることができる。また画像加工処理の前後に解像度変換を行う場合には実質的にフィルタ参照領域を拡大することができるので、画像加工処理に要する時間を削減することができる。イラスト撮影モードでは彩度が相対的に高く設定されるので、鮮やかなイラスト画像を得ることができる。
【００５２】
なお、カラー原画像を得る入力手段としては、第１実施形態の電子スチルカメラ１０に限定されず、銀塩写真やネガフィルム等に記録された画像をビデオ信号に変換するスキャナであってもよく、この場合画像処理機能をスキャナ自体、または接続するパーソナルコンピュータ等に持たせればよい。
【００５３】
第１実施形態では、ステップＳ２１０の画像加工処理とステップＳ２１４の画像加工処理とは実質的に同じであるが、それぞれの画像加工処理におけるローパスフィルタ処理および輪郭強調フィルタ処理の繰り返し回数を互いに異ならせてもよい。また、イラスト風の度合いは２パターン（細線モードおよび太線モード）だけ用意されているが、３パターン以上あってもよい。
【００５４】
図８は、本発明の第２実施形態を示す図であって、画像処理回路１８における細線モードの画像処理（第１実施形態の図５（ａ）および図７のステップＳ２１０に相当する）の他の例を示す図である。図８は第１実施形態の図３に対応したものである。他の構成は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。
【００５５】
第２実施形態のフィルタ処理では、高周波帯域のノイズを除去するために第１ローパスフィルタ処理が行われ、次に輪郭線を太く強調するために輪郭強調フィルタ処理と第２ローパスフィルタ処理とが５回だけ繰り返されて、その後に強調されたノイズ成分を除去するために第３ローパスフィルタ処理が行われる。
【００５６】
第１ローパスフィルタ処理のフィルタ係数は第１実施形態と同じであり、第２ローパスフィルタおよび第３ローパスフィルタのフィルタ係数は下記に示すように、第１ローパスフィルタ処理のフィルタ係数に比べて中央の係数値が相対的に大きくなっている。
【００５７】
【数３】
【００５８】
第２実施形態の輪郭強調フィルタ処理は、コアリング閾値が５８ではなく１２６に設定されること以外は第１実施形態と同様である。コアリング閾値を高くすると、ノイズ除去の度合いが強められる。
【００５９】
第２実施形態では、輪郭強調フィルタ処理およびローパスフィルタ処理の順序が第１実施形態と逆で、その繰り返し回数が７ではなく５に設定される。さらにその繰り返される処理の前後にローパスフィルタ処理が行われている点が第１実施形態と異なっている。特に、最後にローパスフィルタ処理を行うことによってクリップしても残る白線、特に輪郭強調処理によって黒色の輪郭線に沿ってできる不自然な白線の出現を抑えることができる。第１実施形態の場合と比べて繰り返し回数が７から５に減少していることによって細部が潰れにくく、リアル感の残るイラスト画像が得られる。
【００６０】
第２実施形態の画像処置装置は、第１実施形態と同様、カラー原画像の輝度成分についてのみ画像処理を施すため、色相が回転せず、カラー原画像の色合いを損なうことなくイラスト画像が得られる。また、輪郭強調フィルタ処理とローパスフィルタ処理とを繰り返し行うことによってイラスト画像を得るので、フィルタ参照領域が相対的に小さくても、輪郭線が太くかつ色数の少ないイラスト画像を得ることができる。
【００６１】
図９は、本発明の第３実施形態を示す図であって、画像処理回路１８における太線モードの画像処理（図５（ｂ）および図６のステップＳ２１２〜２１６）の他の例を示す図である。他の構成は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。
【００６２】
第３実施形態のフィルタ処理では、第１ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とが７回だけ繰り返されて、その後に強調されたノイズ成分を除去するために第２ローパスフィルタ処理が行われる。第１および第２ローパスフィルタ処理のフィルタ係数は第１実施形態と同じであり、輪郭強調フィルタ処理のフィルタ係数、コアリング閾値およびクリップ値も第１実施形態と同じである。第１実施形態と異なる点はローパスフィルタ処理が最後に１回追加されている点である。
【００６３】
第１実施形態では、解像度復元処理は階調低減処理の後、即ち画像加工処理が完了した後に行われていたが、第３実施形態では画像加工処理の途中であって階調低減処理の前に解像度復元処理が実行される。解像度低減処理および解像度復元処理はフィルタ参照領域を実質的に拡大する目的で行われるので、解像度復元処理はフィルタ処理の後であればよい。
【００６４】
第１実施形態のように、階調低減処理を行なった後に解像度復元処理を行なう場合、解像度の復元は周辺データ値に応じて決められるので、最終的に得られる輝度レベルはそれらの中間値つまり階調低減処理で設定されていないレベル値になる。一方、第３実施形態のように解像度復元処理を行なった後に階調低減処理を行なう場合、第１実施形態に比べて処理すべき画素数が増加するので階調低減処理自体は処理時間が増加することになるが、全ての画素の輝度レベルを所望の設定レベル値に振分けることができる。
【００６５】
第３実施形態の画像処理装置においても、第１および第２実施形態と同様、カラー原画像の輝度成分についてのみ画像処理を施すため、色相が回転せず、カラー原画像の色合いを損なうことなくイラスト画像に加工できる。また、ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを繰り返し行うことによってイラスト画像を得るので、フィルタ参照領域が相対的に小さくても、輪郭線が太くかつ色数の少ないイラスト画像を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の画像処理装置によると、カラー原画像と色合いが変わらないイラスト画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像処理装置の第１実施形態を示す図であって、画像処理装置を適用した電子スチルカメラの主要構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す画像処理回路における信号処理を段階的に示す模式図である。
【図３】画像加工処理の処理流れを輝度レベル値の変化と共に模式的に示す図である。
【図４】階調低減処理における階調変換の入出力特性を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、解像度を変換せずに画像加工処理のみを行った場合のカラー原画像およびイラスト画像の輝度成分を示す模式図であり、図５（ｂ）は画像加工処理の前後に解像度変換を行った場合のカラー原画像およびイラスト画像の輝度成分を示す模式図である。
【図６】図１に示す制御回路において実行される画像処理プログラムのメインルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図６に示すイラスト撮影モードの画像処理サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図８】本発明の画像処理装置の第２実施形態を示す図であって、細線モードの画像処理の他の例を示す図である。
【図９】本発明の画像処理装置の第３実施形態を示す図であって、太線モードの画像処理の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電子スチルカメラ
１４ ＣＣＤ
１８ 画像処理回路
２０ ＳＤＲＡＭ
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像に任意の視覚的効果を与えるための画像処理を行う画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学的被写体像を撮像してデジタルビデオ信号に変換する電子スチルカメラが普及しており、このような電子スチルカメラはケーブルで直接に、または外部記録媒体を介して間接的に、デジタルビデオ信号をパーソナルコンピュータ等に転送することができる。パーソナルコンピュータでは被写体像をモニタにカラー画像として表示することができるだけでなく、パーソナルコンピュータにインストールされた画像処理プログラムを用いてカラー画像を加工し、その視覚的効果を変えることができる。
【０００３】
その視覚的効果を変える加工の一つとして、個々の画素の色を代表的な色に割り当てることによって、定められた色数になるように減色し、単調な色彩で表現されたイラスト画像を得ることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、個々の画素の色を最も近い限定色に割り当てると色相が回転する、即ちカラーバランスが変わるため、加工前のカラー原画像とイラスト画像とでは色合いが異なる、特に人物の肌を２、３色で表現する場合には色合いの違いが目立つことが問題であった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−７４２４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、カラー原画像と色合いが変わらないイラスト画像を得ることが課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像処理装置は、カラー原画像のビデオ信号を得る入力手段と、ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施す画像処理手段と、画像処理手段によって画像加工処理が施された輝度成分とカラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する合成手段とを備えることを特徴とする。ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施し、ビデオ信号に含まれる色差成分には画像加工処理を施さないので、カラー原画像のカラーバランスを変えることなく色数を少なくできる。
【０００８】
上記画像処理装置において、具体的には、画像加工処理は、輝度成分に対してローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを施すフィルタ処理と、輝度成分の階調数を低減する階調低減処理とを含む。このフィルタ処理によって輪郭部分の線幅が太くさせられるとともに、階調低減処理によって色数が少なくさせられる。上記フィルタ処理では、ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とがそれぞれ複数回行って、フィルタ効果を増幅してもよい。
【０００９】
上記画像処理装置において、画像処理手段は、カラー原画像の画素数を減少させた後、フィルタ処理を実行させ、フィルタ処理後に再びカラー原画像と同数の画素数に復元してもよく、これにより輪郭部分の線幅をさらに太くすることができる。画像処理手段によるカラー原画像と同数の画素数への復元は、階調低減処理の後に行われてもよいし、前記階調低減処理の前に行われてもよい。
【００１０】
また本発明に係る画像処理方法は、カラー原画像のビデオ信号を得る第１ステップと、ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施す第２ステップと、画像加工処理が施された輝度成分とカラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する第３ステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係る画像処理プログラムは、カラー原画像のビデオ信号を得る第１ステップと、ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施す第２ステップと、画像加工処理が施された輝度成分とカラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する第３ステップとを実行可能であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態である画像処理装置を適用した電子スチルカメラを示す図であって、電子スチルカメラの主要構成を示す模式図である。
電子スチルカメラ１０は、被写体からの反射光を結像する撮影光学系１２と、撮影光学系１２によって撮像面上に結像された光学的被写体像を光電変換する撮像素子、例えばＣＣＤ１４とを備える。電子スチルカメラ１０は１個のＣＣＤ１４から３原色カラー信号を得る単板式撮像方式を採用しており、ＣＣＤ１４の撮像面には、各画素毎に３原色（Ｒ、ＧまたはＢ）のカラーフィルタアレイが２次元配列されており、ＣＣＤ１４は１画素当たり１色の色情報を出力する。
【００１４】
ＣＣＤ１４から読み出された１フレーム分のアナログ画素信号は、アナログ信号処理回路１６に順次送られて、適当な信号レベルにまで増幅されてＡ／Ｄ変換され、１フレーム分のデジタルの画素信号（以下、画素データと記載する）として画像処理回路１８に送られ、内蔵メモリであるＳＤＲＡＭ２０に一旦格納される。画像処理回路１８はＳＤＲＡＭ２０と協働して上記画素データに後述する様々な画像処理を施してビデオ信号を生成する。このビデオ信号は、画像の明るさの情報である輝度信号（輝度成分）と、画像の色情報である色差信号（色差成分）とを含んでいる。このように、撮影光学系１２、ＣＣＤ１４、アナログ信号処理回路１６、画像処理回路１８およびＳＤＲＡＭ２０は、カラー原画像のビデオ信号を得る入力手段として機能する。
【００１５】
電子スチルカメラ１０は、撮像した被写体像やメニューを表示するためのモニタ、例えばＬＣＤ２２と、種々の撮影モードや撮影条件等を設定するためのスイッチ群２４と、静止画像を得るためのシャッタボタン２６とを備える。電源投入直後やスイッチ群２４によってプレビューが指示されたときには、ＣＣＤ１４による１フレーム分の撮像と、アナログ信号処理回路１６および画素処理回路１８による信号処理と、ＳＤＲＡＭ２０の画素データの書換えと、ＬＣＤ２２による画像表示とが、一定の周期で繰り返し実行され、これによりＬＣＤ２２には被写体像が動画として表示される。
【００１６】
このプレビューの状態でシャッタボタン２６が押されると、静止画撮影に必要な時間だけＣＣＤ１４が露光され、画像処理回路１８で１フレーム分のビデオ信号が生成される。ビデオ信号は所定の符号化方式に従って圧縮される、例えばＪＰＥＧ規格の圧縮画像データに変換され、メモリカード２８に記録される。このとき、ＬＣＤ２２は押下時点のビデオ信号に基づいて表示を繰り返し行い、これによりＬＣＤ２２には被写体像が静止画として表示される。メモリカード２４は、電子スチルカメラ１０に着脱自在な外部記録媒体であり、例えばコンパクトフラッシュ（登録商標）が挙げられる。制御回路３０は、例えばマイクロコンピュータであり、電子スチルカメラ１０の各部の動作全体を制御する。
【００１７】
第１実施形態の電子スチルカメラ１０は、ＣＣＤ１４の撮像により得られた画像（以下、カラー原画像と記載する）を、その輪郭部分の線幅を太くしかつ色数を少なくする画像加工処理を施して得られるイラスト画像をメモリカード２８に記録するイラスト撮影モードと、カラー原画像を上述した画像加工処理を施さずにそのままメモリカード２８に記録する通常撮影モードとを有する。イラスト撮影モードまたは通常撮影モードはスイッチ群２４の手動操作によって切替え可能であり、シャッタボタン２６の押下前に設定されたモードに基づいて画像処理回路１８の信号処理が選択される。
【００１８】
図２は画像処理回路１８における信号処理を段階的に示す模式図である。アナログ信号処理回路１６から出力された画素データ４０は、ＳＤＲＡＭ２０の所定の記憶領域に（ａ＋α）×（ｂ＋α）画素（ａ、ｂ、αは整数）分だけ格納される。ａは水平方向画素数を示し、本実施形態では２０４８である。ｂは垂直方向画素数を示し、本実施形態では１５３６である。最終的に得られる画像はａ×ｂ画素であるが、後述する画素補間処理のために画素データ４０は水平方向および垂直方向共にα画素分だけ余分に用意される。
【００１９】
画像処理回路１８は、１画素当たり１色の色情報を有する画素データ４０をＳＤＲＡＭ２０から読み出して、画素補間処理、ホワイトバランス補正処理、γ補正処理、色分離および彩度調整のためのカラーマトリクス処理を施し、１画素当たり３色の色情報を有する３原色データ４２に変換する。３原色データ４２は、ａ×ｂ画素のＲ色データ４２ｒ、ａ×ｂ画素のＧ色データ４２ｇおよびａ×ｂ画素のＢ色データ４２ｂとから成り、各色データを構成する個々の色信号はそれぞれの色濃度が２５６（＝８ビット）の階調で表された数値データである。
【００２０】
３原色データ４２はＹＣｂＣｒマトリクス処理によって画像データ４４に変換され、ＳＤＲＡＭ２０における画素データ４０の記憶領域とは異なる記憶領域に格納される。画像データ４４は、輝度信号Ｙのａ×ｂ画素分のデータ（輝度データ）４４ｙと、色差信号Ｃｂ、Ｃｒのそれぞれａ／２×ｂ画素分のデータ（色差データ）４４ｃｂ、４４ｃｒとから成る。輝度データ４４ｙを構成する個々の輝度信号Ｙは対応する画素の輝度レベルが２５６の階調で表された数値データであり、０〜２５５のいずれかの値をとる。
【００２１】
スイッチ群２４によって通常撮影モードが設定されている場合、ＳＤＲＡＭ２０に格納されている輝度データ４４ｙと、色差データ４４ｃｂおよび４４ｃｒとが画像処理回路１８に読み出されて多重され、カラー原画像のビデオ信号４８としてＬＣＤ２２に出力される。そして、ビデオ信号４８は制御回路３０にも送られ、ここで符号化処理を受けて圧縮画像データに変換され、メモリカード２８に記録される。
【００２２】
一方、スイッチ群２４によってイラスト撮影モードが設定されている場合、ＳＤＲＡＭ２０に格納されている輝度データ４４ｙは画像処理回路１８に読み出されて後述する画像加工処理が施され、画像加工処理済の輝度信号Ｙ’のデータ（輝度データ）４６ｙに変換される。そしてこの輝度データ４６ｙと、画像加工処理されていない色差データ４４ｃｂおよび４４ｃｒとが画像処理回路１８において合成され、イラスト画像のビデオ信号５０としてＬＣＤ２２に出力される。そして、ビデオ信号５０は制御回路３０にも送られ、ここで符号化処理を受けて圧縮画像データに変換され、メモリカード２８に記録される。また、イラスト撮影モードが設定されたときには、カラーマトリクス処理において彩度が通常撮影モードに比べて相対的に高くなるように設定され、これによりイラスト画像が鮮やかな色で再現され、リアル感が薄められイラスト風の度合いが強められる。
【００２３】
このように、画像処理回路１８およびＳＤＲＡＭ２０は輝度信号Ｙに画像加工処理を施す画像処理手段、および画像加工処理が施された輝度信号Ｙ’とカラー原画像の色差信号Ｃｂ、Ｃｒとを合成してイラスト画像のビデオ信号５０を得る合成手段として機能する。
【００２４】
次に図３を参照して画像加工処理について詳述する。図３は画像加工処理の処理流れを輝度レベル値の変化と共に模式的に示す図である。画像加工処理は、輝度データ４４ｙに対してローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とをそれぞれ複数回、例えば７回繰り返し施すフィルタ処理と、フィルタ処理後の輝度データ４４ｙの階調数を低減する階調低減処理とを含む。
【００２５】
ローパスフィルタ処理は、対称画素とその周囲画素との輝度レベル変化を滑らかにして細部を潰す即ちぼかす処理であり、下記に示す３×３マトリックスのフィルタ係数が設定されたローパスフィルタが用いられる。即ち、対象画素の輝度レベル値の４８／２５６を乗算した値と、その周囲８画素の輝度レベル値にそれぞれ２６／２５６を乗算した値との和を対象画素の輝度レベル値に定めるという処理をａ×ｂ個の全画素について行う。
【００２６】
【数１】
輪郭強調フィルタ処理は、周囲画素との輝度レベル変化を拡大し輪郭を強調する処理であり、下記に示す３×３マトリックスのフィルタ係数が設定された輪郭強調フィルタが用いられる。即ち、対象画素の輝度レベル値を４倍した値とその周囲８画素の輝度レベル値を（−０．５）倍した値との和を対象画素の輝度レベル値に加えるという処理をａ×ｂ個の全画素について行う。
【００２８】
【数２】
上記輪郭強調フィルタにはコアリング閾値（＝５６）が設定され、フィルタ処理によって対象画素の輝度レベル値がコアリング閾値以下になる場合には、その対象画素の輝度レベル値は元の値のままとされる。これにより、ノイズ成分の強調が防止される。また、高輝度レベル側にはクリップ値（＝８）が設定され、フィルタ処理によって対象画素の周囲との輝度レベル差がクリップ値より大きくなる場合には、その対象画素の輝度レベル値は周囲との輝度レベル差がクリップ値に等しくなる値となる。これにより、高輝度成分の強調が抑えられる。
【００３０】
カラー原画像の輪郭部分では隣合う画素間での輝度レベル差が存在し、ローパスフィルタ処理によって多少輝度レベル差が縮められるがその輪郭幅が太くなり、さらに輪郭強調フィルタ処理によって輪郭部分は相対的に黒レベルに近づけられる。フィルタ処理においては、輝度データ４４ｙに対してローパスフィルタ処理およびその後の輪郭強調フィルタ処理を７回繰り返して施しており、これにより輪郭部分の幅が太くなり、かつその輝度レベルは相対的に低くなる。即ちイラスト画像における輪郭部分の輪郭幅が太く強調されるとともに、その明度が低下して黒色に近くなることになる。
【００３１】
ローパスフィルタ処理および輪郭強調フィルタ処理の繰り返し回数は７回に限定されない。繰り返し回数を多くすると、イラスト画像における輪郭線が太くなると共に細部が省略されてベタ塗りの領域が大きくなる。繰り返し回数が少なくなると、イラスト画像における輪郭線は相対的に細く、細かい変化は省略されずに残る。従って、リアル感をなくすためには繰り返し回数を多くすればよく、カラー原画像に近づけるためには繰り返し回数を少なく設定すればよい。また第１実施形態では繰り返し回数は予め１つの値に設定されており、１パターンのフィルタ処理しか行えないが、繰り返し回数のデータを複数個用意しておき、操作者のモード選択に応じて複数パターンのフィルタ処理を選択的に行えるように構成してもよい。またさらに、ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理との順序も特に第１実施形態に限定されず輪郭強調フィルタ処理を行った後に、ローパスフィルタ処理を行っても同様の結果が得られる。
【００３２】
ローパスフィルタおよび輪郭強調フィルタのフィルタ係数は、第１実施形態に限定されないが、ノイズ成分を輪郭と見做さないように適宜両フィルタ係数が設定されることが必要である。
【００３３】
このように、第１実施形態ではローパスフィルタおよび輪郭強調フィルタを３×３という相対的に小さいマトリックスで構成して、これらを記憶する画像処理回路１８のメモリ使用量を削減し、これらフィルタを繰り返し使うことによってフィルタ効果を徐々に強めている。一般にフィルタの効果を大きくするためにはフィルタ参照領域を大きくする必要があるが、この場合画像処理回路１８の規模が大きくなる、あるいはハードウェアを使用しないでプログラムで行なう場合処理時間が長くなるため電子スチルカメラ１０のように重量や大きさが人の手で持てる程度に制限される電子機器においては上述したようなイラスト画像を生成することは実質的に不可能であった。しかしながら、本発明の第１実施形態によると、フィルタが相対的に小さいものでありメモリ使用量が少ないので、電子スチルカメラ１０等にもイラスト画像の加工機能を搭載することができる。
【００３４】
階調低減処理は、フィルタ処理を受けた後の輝度データ４４ｙの輝度レベルの階調数を低減する処理であり、図４のグラフで示す階調変換の入出力特性を持つルックアップテーブルを用いて、階調数を２５６から５に変換する。具体的には、入力値が０以上３１以下の時は出力値は０に変換され、同様に入力値が３２以上６３以下の時は出力値は９６に、入力値が６４以上１２７以下の時は出力値は１４４に、入力値が１２８以上１９１以下の時は出力値は２０８に、入力値が１９２以上２５５以下の時は出力値は２５５に変換される。従って、輝度信号Ｙ’は０、９６、１４４、２０８および２５５の５つのうちいずれかの値をとることになる。この処理により輝度データ４６ｙはその輝度レベルが５階調で表され、イラスト画像において明度による色変化が少なくなり、結果として再現される色数が減少することになる。また、細かい輝度レベル変化は無くなる。上述したように、イラスト画像の色差データＣｂ、Ｃｒはカラー原画像の色差データＣｂ、Ｃｒと同じであるため、カラー原画像と同じ色相のまま色数を減じることができる。即ち、カラー原画像が持つ本来の色味を残したままベタ塗りをしたようなイラスト画像を得ることができる。
【００３５】
第１実施形態では輝度レベルが高輝度側にシフトするような階調変換を行っており、これによりイラスト画像の明度が全体的に上げられる。図４に示す入出力特性では、輪郭と認識され得る輝度レベルであるレベル値３２未満をレベル値０に変換しており、イラスト画像のカラー再現に大きく影響する輝度レベルであるレベル値９６以上を略均等に振り分けている。なお、階調低減処理後の輝度レベル値は上記５つの値に制限されず、また階調数も５に制限されない。階調数を多くすればイラスト画像における輝度レベル変化が細かくなり、色数はあまり減少しない。階調数を少なくすれば、色数が少なくなってベタ塗りしたような色変化の乏しい画像となる。
【００３６】
画像処理回路１８は、輝度データ４４ｙに対してフィルタ処理を含む画像加工処理を行う前に、カラー原画像を解像度変換して解像度を低下させておき、画像加工処理後即ちフィルタ処理後に再び解像度変換を行ってカラー原画像と同じ解像度に復元することによって、フィルタ処理におけるフィルタ参照領域を相対的に拡大し、輪郭幅をさらに太く強調することができる。
【００３７】
図５（ａ）は、解像度を変換せずに画像加工処理のみを行った場合のカラー原画像およびイラスト画像の輝度成分を示す模式図であり、図５（ｂ）は画像加工処理の前後に解像度変換を行った場合のカラー原画像およびイラスト画像の輝度成分を示す模式図である。
【００３８】
図５（ｂ）について詳述すると、ａ（＝２０４８）×ｂ（＝１５３６）画素の輝度データ４４ｙは解像度変換処理によってその解像度が低減される。解像度変換処理では、画像領域を複数に分割して周辺データレベルに応じて線形補間するバイリニア方式、あるいは周辺データレベルに応じて３次元関数補間するバイキュービック方式等に従って、画素数がａ”（＝１７９２）×ｂ”（＝１３４４）画素にまで減少させられる。画像加工処理は、画像領域が縮小された輝度データ５２ｙに対して施される。そして、画像加工処理を受けたａ”×ｂ”画素の輝度データ５４ｙは、解像度復元処理によってその解像度が復元される。解像度復元処理では、上記と同じ方式に従う画素補間によって画素数がカラー原画像と同数のａ×ｂ画素にまで増加させられる。解像度復元処理によって得られたａ×ｂ画素の輝度データが、イラスト画像の輝度データ４６ｙとして扱われる。
【００３９】
図５（ａ）および図５（ｂ）を比較すると、被写体である円柱の輪郭線は、画像加工処理の前に解像度を低減した場合の方が太くなっている。これは画像加工処理の対象となるべき画像サイズが図５（ｂ）の場合の方が相対的に小さく、解像度変換後の輝度データ５２ｙの１画素はカラー原画像の輝度データ４４ｙの複数画素分に相当するため、フィルタ処理におけるフィルタ参照領域ＦＡ（３×３画素）が両者で同じであっても、ａ×ｂ画素の輝度データ４４ｙに対する実質的なフィルタ参照領域の大きさが異なるためである。図中、フィルタ参照領域をＦＡで示し、図５（ｂ）の場合の輝度データ４４ｙに対する実質的なフィルタ参照領域をＦａで示している。解像度低下率が大きくなる程、即ち５２ｙの画素数ａ”×ｂ”が少なくなる程、実質的なフィルタ参照領域Ｆａの相対的に大きくなり、輪郭線はさらに太くなる。
【００４０】
このように、画像加工処理の前後に解像度変換を行うことによって、画像加工処理におけるローパスフィルタ処理および輪郭強調フィルタ処理の繰り返し回数を多くすることなく輪郭線を太く強調できる。従って、繰り返し回数を多く設定して輪郭線を太く強調する場合に比べて、処理速度を向上させることができる。ここで注目すべきことは、解像度を落とす際にカラー原画像の輝度情報が失われるということである。従って、単にフィルタ処理の繰り返し回数を多く設定する場合に比べて、相対的に広い領域で細かい輝度変化を除くことができイラスト調を強調できる。
【００４１】
なお、図５（ｂ）のように画像加工処理の前後に解像度変換を行うか否かはスイッチ群２４によって設定されたモードに応じて決定され、画像処理回路１８ではスイッチ群２４によって「細線モード」が設定されていれば図５（ａ）に示すように画像加工処理のみが行われ、「太線モード」が設定されていれば図５（ｂ）に示すように画像加工処理の前後に解像度変換が行われる。
【００４２】
図６は制御回路３０において実行される画像処理プログラムのメインルーチンを示すフローチャートである。画像処理プログラムは制御回路３０の図示しないメモリにインストールされており、電子スチルカメラ１０の電源投入によって開始される。
【００４３】
まずステップＳ１０２では、種々の初期設定が行われる。この初期設定では、前回電源を切断する直前にメモリ（図示せず）に記憶された撮影条件やモード等のデータが読み出される。このとき、通常撮影モードまたはイラスト撮影モードのいずれか一方が決定され、またイラスト撮影する際に輪郭幅を決定する細線モードまたは太線モードのいずれか一方が決定される。
【００４４】
次にステップＳ１０４では、プレビューが実行される。詳しくは、ＣＣＤ１４による撮像と、ＬＣＤ２２による画像表示とが一定周期で繰り返し実行され、これによりＬＣＤ２２には被写体像が動画として表示される。このプレビュー時にスイッチ群２４の操作によってモード変更が指示されると（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０８でモード変更処理がなされ、変更されたモードに基づいて再びステップＳ１０４のプレビューが実行される。
【００４５】
ステップＳ１０６においてモード変更が指示されなかったと判定されると、続いてステップＳ１１０においてシャッタボタン２６が押されて撮影が指示されたか否かが判定される。シャッタボタン２６が押されなければステップＳ４０６において終了即ち電源の切断が指示されたか否かが判定され、指示されていなければステップＳ１０４に戻る。即ち、シャッタボタン２６が押されなければ、電源切断までプレビュー状態が続く。
【００４６】
ステップＳ１１０でシャッタボタン２４が押されて撮影が指示されると、ステップＳ１１２において撮像動作が行われる。即ち、制御回路３０は、ステップＳ１０２で設定された撮影条件またはステップＳ１０８で変更された撮影条件に応じて露光時間を算出し、その露光時間だけＣＣＤ１４に電荷を蓄積させる。そしてＣＣＤ１４から読み出された１フレーム分のアナログ画素信号は、アナログ信号処理回路１６、画像処理回路１８を経て画素データ４０（図２）としてＳＤＲＡＭ２０に格納される。
【００４７】
次のステップＳ１１４ではイラスト撮影モードであるか否かが判定され、イラスト撮影モードの時にはステップＳ２００に進んでイラスト撮影モードの画像処理が実行され、ＳＤＲＡＭ２０に格納された画素データ４０が画像処理回路１８に読み出されてイラスト画像のビデオ信号５０が生成される。ステップＳ１１４ではイラスト撮影モードでない即ち通常撮影モードであると判定されると、ステップＳ３００に進んで通常撮影モードの画像処理が実行され、ＳＤＲＡＭ２０に格納された画素データ４０が画像処理回路１８によりカラー原画像のビデオ信号４８が生成される。
【００４８】
ステップＳ２００で生成されたイラスト画像のビデオ信号５０、またはステップＳ３００において生成されたカラー原画像のビデオ信号４８は、ステップＳ４００のＪＰＥＧ方式の符号化処理により圧縮され、ステップＳ４０２においてメモリカード２８に圧縮画像データが記録される。そして、ステップＳ４０４において静止画像が一定時間だけＬＣＤ４０４に表示される。なお、ステップＳ４０４は符号化処理（ステップＳ４００）の前に行われてもよい。ステップＳ４０４のＬＣＤへの表示が完了するとステップＳ４０６において終了するか否かが判定され、終了が指示されなければステップＳ１０４のプレビューに戻り、終了が指示されればこの画像処理プログラムが終了する。
【００４９】
図７は、図６におけるイラスト撮影モードの画像処理サブルーチン（ステップＳ２００）を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０２において画素データ４０がＳＤＲＡＭ２０から画像処理回路１８に読み出され、ステップＳ２０４ではカラーマトリクス処理における彩度を通常撮影モードの時よりも相対的に高くなるように画像処理回路１８を設定する。そして、ステップＳ２０６において画素データ４０はＲＧＢ３原色データ４２に変換され、さらに輝度データ４４ｙおよび色差データ４４ｃｂ、４４ｃｒに変換され、ＳＤＲＡＭ２０に格納される。
【００５０】
ステップＳ２０８では太線モードが設定されているか否かが判定され、太線モードでない場合には細線モードであると見做されてステップＳ２１０の画像加工処理が実行され、図５（ａ）で示すように相対的に輪郭線の細いイラスト画像のビデオ信号が生成される。ステップＳ２０８で太線モードであると判定されるとステップＳ２１２の解像度変換処理、ステップＳ２１４の画像加工処理、およびステップＳ２１６の解像度復元処理が順次実行され、図５（ｂ）で示すように相対的に輪郭線の太いイラスト画像のビデオ信号が生成される。ステップＳ２１０およびステップＳ２１４の画像加工処理は実質的に同じであり、上述したようにローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを７回繰り返して、さらに階調低減処理を行うものである（図３を参照）。ステップＳ２１０またはステップＳ２１６が終了すると、このイラスト撮影モードの画像処理サブルーチンは終了し、メインルーチンに戻る。
【００５１】
以上のように、第１実施形態の画像処理装置は、電子スチルカメラ１０に組み合わされて光学的被写体像をＣＣＤ１４によって撮像してカラー原画像を得、このカラー原画像に画像加工処理を施して輪郭線が太く色数の少ないイラスト画像を得るものである。第１実施形態では、カラー原画像の輝度成分についてのみ画像処理を施すため、色相が回転せず、カラー原画像の色合いを損なうことなくイラスト画像に加工できる。また、ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを繰り返し行うことによってイラスト画像を得るので、フィルタ参照領域が相対的に小さくても、所望のイラスト効果を得る、即ち太い輪郭線とベタ塗りで表現されたイラスト画像を得ることができる。また画像加工処理の前後に解像度変換を行う場合には実質的にフィルタ参照領域を拡大することができるので、画像加工処理に要する時間を削減することができる。イラスト撮影モードでは彩度が相対的に高く設定されるので、鮮やかなイラスト画像を得ることができる。
【００５２】
なお、カラー原画像を得る入力手段としては、第１実施形態の電子スチルカメラ１０に限定されず、銀塩写真やネガフィルム等に記録された画像をビデオ信号に変換するスキャナであってもよく、この場合画像処理機能をスキャナ自体、または接続するパーソナルコンピュータ等に持たせればよい。
【００５３】
第１実施形態では、ステップＳ２１０の画像加工処理とステップＳ２１４の画像加工処理とは実質的に同じであるが、それぞれの画像加工処理におけるローパスフィルタ処理および輪郭強調フィルタ処理の繰り返し回数を互いに異ならせてもよい。また、イラスト風の度合いは２パターン（細線モードおよび太線モード）だけ用意されているが、３パターン以上あってもよい。
【００５４】
図８は、本発明の第２実施形態を示す図であって、画像処理回路１８における細線モードの画像処理（第１実施形態の図５（ａ）および図７のステップＳ２１０に相当する）の他の例を示す図である。図８は第１実施形態の図３に対応したものである。他の構成は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。
【００５５】
第２実施形態のフィルタ処理では、高周波帯域のノイズを除去するために第１ローパスフィルタ処理が行われ、次に輪郭線を太く強調するために輪郭強調フィルタ処理と第２ローパスフィルタ処理とが５回だけ繰り返されて、その後に強調されたノイズ成分を除去するために第３ローパスフィルタ処理が行われる。
【００５６】
第１ローパスフィルタ処理のフィルタ係数は第１実施形態と同じであり、第２ローパスフィルタおよび第３ローパスフィルタのフィルタ係数は下記に示すように、第１ローパスフィルタ処理のフィルタ係数に比べて中央の係数値が相対的に大きくなっている。
【００５７】
【数３】
第２実施形態の輪郭強調フィルタ処理は、コアリング閾値が５８ではなく１２６に設定されること以外は第１実施形態と同様である。コアリング閾値を高くすると、ノイズ除去の度合いが強められる。
【００５９】
第２実施形態では、輪郭強調フィルタ処理およびローパスフィルタ処理の順序が第１実施形態と逆で、その繰り返し回数が７ではなく５に設定される。さらにその繰り返される処理の前後にローパスフィルタ処理が行われている点が第１実施形態と異なっている。特に、最後にローパスフィルタ処理を行うことによってクリップしても残る白線、特に輪郭強調処理によって黒色の輪郭線に沿ってできる不自然な白線の出現を抑えることができる。第１実施形態の場合と比べて繰り返し回数が７から５に減少していることによって細部が潰れにくく、リアル感の残るイラスト画像が得られる。
【００６０】
第２実施形態の画像処置装置は、第１実施形態と同様、カラー原画像の輝度成分についてのみ画像処理を施すため、色相が回転せず、カラー原画像の色合いを損なうことなくイラスト画像が得られる。また、輪郭強調フィルタ処理とローパスフィルタ処理とを繰り返し行うことによってイラスト画像を得るので、フィルタ参照領域が相対的に小さくても、輪郭線が太くかつ色数の少ないイラスト画像を得ることができる。
【００６１】
図９は、本発明の第３実施形態を示す図であって、画像処理回路１８における太線モードの画像処理（図５（ｂ）および図６のステップＳ２１２〜２１６）の他の例を示す図である。他の構成は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。
【００６２】
第３実施形態のフィルタ処理では、第１ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とが７回だけ繰り返されて、その後に強調されたノイズ成分を除去するために第２ローパスフィルタ処理が行われる。第１および第２ローパスフィルタ処理のフィルタ係数は第１実施形態と同じであり、輪郭強調フィルタ処理のフィルタ係数、コアリング閾値およびクリップ値も第１実施形態と同じである。第１実施形態と異なる点はローパスフィルタ処理が最後に１回追加されている点である。
【００６３】
第１実施形態では、解像度復元処理は階調低減処理の後、即ち画像加工処理が完了した後に行われていたが、第３実施形態では画像加工処理の途中であって階調低減処理の前に解像度復元処理が実行される。解像度低減処理および解像度復元処理はフィルタ参照領域を実質的に拡大する目的で行われるので、解像度復元処理はフィルタ処理の後であればよい。
【００６４】
第１実施形態のように、階調低減処理を行なった後に解像度復元処理を行なう場合、解像度の復元は周辺データ値に応じて決められるので、最終的に得られる輝度レベルはそれらの中間値つまり階調低減処理で設定されていないレベル値になる。一方、第３実施形態のように解像度復元処理を行なった後に階調低減処理を行なう場合、第１実施形態に比べて処理すべき画素数が増加するので階調低減処理自体は処理時間が増加することになるが、全ての画素の輝度レベルを所望の設定レベル値に振分けることができる。
【００６５】
第３実施形態の画像処理装置においても、第１および第２実施形態と同様、カラー原画像の輝度成分についてのみ画像処理を施すため、色相が回転せず、カラー原画像の色合いを損なうことなくイラスト画像に加工できる。また、ローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを繰り返し行うことによってイラスト画像を得るので、フィルタ参照領域が相対的に小さくても、輪郭線が太くかつ色数の少ないイラスト画像を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の画像処理装置によると、カラー原画像と色合いが変わらないイラスト画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像処理装置の第１実施形態を示す図であって、画像処理装置を適用した電子スチルカメラの主要構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す画像処理回路における信号処理を段階的に示す模式図である。
【図３】画像加工処理の処理流れを輝度レベル値の変化と共に模式的に示す図である。
【図４】階調低減処理における階調変換の入出力特性を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、解像度を変換せずに画像加工処理のみを行った場合のカラー原画像およびイラスト画像の輝度成分を示す模式図であり、図５（ｂ）は画像加工処理の前後に解像度変換を行った場合のカラー原画像およびイラスト画像の輝度成分を示す模式図である。
【図６】図１に示す制御回路において実行される画像処理プログラムのメインルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図６に示すイラスト撮影モードの画像処理サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図８】本発明の画像処理装置の第２実施形態を示す図であって、細線モードの画像処理の他の例を示す図である。
【図９】本発明の画像処理装置の第３実施形態を示す図であって、太線モードの画像処理の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電子スチルカメラ
１４ ＣＣＤ
１８ 画像処理回路
２０ ＳＤＲＡＭ
Claims (8)
- カラー原画像のビデオ信号を得る入力手段と、前記ビデオ信号に含まれる輝度成分に所定の画像加工処理を施す画像処理手段と、前記画像処理手段によって前記画像加工処理が施された輝度成分と前記カラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、前記カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する合成手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
- 前記画像加工処理は、前記輝度成分に対してローパスフィルタ処理と輪郭強調フィルタ処理とを施すフィルタ処理と、前記輝度成分の階調数を低減する階調低減処理とを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
- 前記フィルタ処理において、前記ローパスフィルタ処理と前記輪郭強調フィルタ処理とがそれぞれ複数回行われることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
- 前記画像処理手段が、前記カラー原画像の画素数を減少させた後、前記フィルタ処理を実行させ、前記フィルタ処理の後に再び前記カラー原画像と同数の画素数に復元することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
- 前記画像処理手段が、前記階調低減処理の後に前記カラー原画像と同数の画素数に復元することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
- 前記画像処理手段が、前記階調低減処理の前に前記カラー原画像と同数の画素数に復元することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
- カラー原画像のビデオ信号を得る第１ステップと、前記ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施す第２ステップと、前記画像加工処理が施された輝度成分と前記カラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、前記カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する第３ステップとを備えることを特徴とする画像処理方法。
- カラー原画像のビデオ信号を得る第１ステップと、前記ビデオ信号に含まれる輝度成分に画像加工処理を施す第２ステップと、前記画像加工処理が施された輝度成分と前記カラー原画像のビデオ信号に含まれる色差成分とを合成して、前記カラー原画像に対して輪郭部分の線幅が太くかつ色数が少ないイラスト画像のビデオ信号を生成する第３ステップとを実行可能であることを特徴とする画像処理プログラム。
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