JP2004259177A - 画像処理装置及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】不適切な露出で撮影された画像であっても、階調の連続性を保ちつつ、適切な明るさの画像に補正可能にする。
【解決手段】明るさ補正処理部13において、再生用画像データをノンリニア空間からリニア空間に変換し、リニア空間の輝度信号について全画面分を複数エリアに分割し、各エリアの相対測光値を算出する。この複数エリアから主要エリアを選択し、主要エリアとその他のエリアの平均測光値の差より逆光度を算出し、撮影条件が逆光か非逆光かを判定する。そして、逆光の場合と非逆光の場合のそれぞれにおいて明るさ補正量を決定し、この明るさ補正量によって画像データの明るさ補正を行う。次いで、補正後の画像データをノンリニア空間に変換して出力する。
【選択図】 図1
【解決手段】明るさ補正処理部13において、再生用画像データをノンリニア空間からリニア空間に変換し、リニア空間の輝度信号について全画面分を複数エリアに分割し、各エリアの相対測光値を算出する。この複数エリアから主要エリアを選択し、主要エリアとその他のエリアの平均測光値の差より逆光度を算出し、撮影条件が逆光か非逆光かを判定する。そして、逆光の場合と非逆光の場合のそれぞれにおいて明るさ補正量を決定し、この明るさ補正量によって画像データの明るさ補正を行う。次いで、補正後の画像データをノンリニア空間に変換して出力する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の明るさを補正する際に用いる画像処理装置及び方法に関し、特に、不適切な露出で撮影された画像の明るさを補正するための画像処理装置及びプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話装置や携帯端末装置などの小型の携帯型装置では、装置に内蔵されたカメラ撮像部や外部に装着するカメラユニットなどによって周囲の被写体の画像を撮影できるものが普及しつつある。最近では、このような撮影機能付きの携帯型装置によって撮影した画像を、ネットワークを介して他の携帯電話装置などに送信して受信側装置の液晶ディスプレイに表示したり、プリンタ等でプリントしたりすることができる画像配信システムが利用されるようになってきた。
【0003】
携帯電話装置や携帯端末装置などに付属するカメラは、一般にスロトボを備えていなかったり、或いはスロトボを備えていてもガイドナンバーが極めて小さいものが用いられる。また、撮像部の感度が低かったり、絞りやシャッタ速度の選択肢が少ないものが用いられる。これらの理由から、被写体の画像を適切な明るさに撮影できないことが多い。
【0004】
不適切な露出で撮影された画像の明るさを補正する方法には、従来、ヒストグラム平滑化法(又は、ヒストグラム均等化法)と呼ばれるものがある。この方法は、撮影された画像についての輝度ヒストグラムを求めた場合に、不適切に露光されたとみなされる画像では輝度分布に偏りがあるという経験則に基づいて、補正対象となる画像データの輝度ヒストグラムを平滑化して分布の偏りを低減する変換処理を行い、画像の明るさを補正するものである。
【0005】
また、画像のコントラスト及び明るさを補正する方法として、撮影された画像を複数の矩形領域に分割し、各領域について画素の明度別の頻度分布を示す明度ヒストグラムを作成してその累積値である明度変換曲線を求め、求めた明度変換曲線に基づいて各領域の画素の明度を新たな明度に変換する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−57335号公報(第7−8頁、図10)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記したヒストグラム平滑化法による画像の明るさ補正方法は、監視カメラ、ドアホンカメラ等の人物の特定を重視するような装置では効果的である。しかしながら、この従来の方法では、補正前の画像の階調を無視してヒストグラム分布の偏りを補正することによって、過度の平滑化により階調の連続性が損なわれ、その結果、階調が不自然な画像になってしまうことがあった。また、画像が逆光で撮影されたものか、順光で撮影されたものであるかの判断も困難であり、逆光撮影の画像を適切に補正できない場合があった。
【0008】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、不適切な露出で撮影された画像であっても、階調の連続性を保ちつつ、適切な明るさの画像に補正することが可能な画像処理装置及びプログラムを提供することにある。
【0009】
【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、再生用画像の画像データの明るさを補正する明るさ補正機能を有する画像処理装置であって、前記画像データをノンリニア空間からリニア空間に変換するリニア変換手段と、前記リニア空間における画像データの明るさを基に、当該画像データが逆光で撮影されたものか否かを判定する逆光判定手段と、前記画像データが逆光で撮影された場合と非逆光で撮影された場合のそれぞれに対応して明るさ補正量を決定する補正量決定手段と、前記決定された明るさ補正量によって前記画像データの明るさ補正を行う補正処理手段と、を備えたものである。
【0010】
上記構成によれば、リニア空間において逆光/非逆光それぞれの場合における明るさ補正量を決定し、この決定された明るさ補正量によって画像データの明るさ補正を行うことによって、不適切な露出で撮影された画像であっても、階調が非自然になることなく、適切な明るさの画像に補正することが可能となる。
【0011】
また、前記逆光判定手段は、前記画像データの全画面を複数のエリアに分割するエリア分割手段と、前記分割された各エリアの相対測光値を算出する測光値算出手段と、前記分割された複数のエリアのうち、主要エリアである第1領域とその他の非主要エリアである第2領域とに選別する領域選別手段と、前記第1領域と前記第2領域のそれぞれの平均測光値を算出し、これらの2つの領域の平均測光値の差によって逆光度を算出する逆光度算出手段と、を備えたものとする。
【0012】
上記構成によれば、主要エリアとその他のエリアの明るさの差によって、画像データが逆光で撮影されたものか非逆光で撮影されたものかを判定でき、それぞれの場合において適切な明るさ補正量を決定することが可能となる。
【0013】
また、前記補正量決定手段は、前記逆光判定手段により前記画像データが逆光で撮影されたものと判定された場合に、前記主要エリアの平均測光値に基づいて前記画像データの明るさ補正量を決定するものとする。
【0014】
上記構成によれば、画像データが逆光で撮影されたものである場合に、主要エリアの明るさに基づいて画像データを適切な明るさに補正することが可能となる。
【0015】
また、前記補正量決定手段は、前記逆光判定手段により前記画像データが非逆光で撮影されたものと判定された場合に、前記分割された各エリアの相対測光値に前記複数のエリア毎に定めた重み係数を乗じた値を基にして前記画像データの明るさ補正量を決定するものとする。
【0016】
上記構成によれば、画像データが非逆光で撮影されたものである場合に、分割した各エリア毎に設定された重み係数を用いて画像データを適切な明るさに補正することが可能となる。
【0017】
また、前記補正量決定手段は、前記リニア空間における対象画像データの明るさ補正量を決定し、前記補正処理手段は、前記リニア空間において前記画像データの明るさ補正を行うものであり、前記明るさ補正後の画像データをリニア空間からノンリニア空間に変換するノンリニア変換手段を備えたものとする。
【0018】
上記構成によれば、リニア空間において画像データの明るさを適切に補正することが可能となる。
【0019】
或いは、前記補正量決定手段は、前記リニア空間における対象画像データの明るさ補正量を決定し、この明るさ補正量をノンリニア空間における値に変換するものであり、前記補正処理手段は、前記ノンリニア空間において前記画像データの明るさ補正を行うものとする。
【0020】
上記構成によれば、リニア空間において明るさ補正量を決定し、ノンリニア空間において画像データの明るさを適切に補正することが可能となる。
【0021】
また、本発明は、上記いずれかに記載の画像処理装置における各手段による機能をコンピュータにより実現するための画像処理プログラムを提供する。
【0022】
上記プログラムによれば、不適切な露出で撮影された画像であっても、階調が非自然になることなく、適切な明るさの画像に補正することが可能となる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本実施形態では、撮影した画像をネットワークを介して携帯電話装置などの端末へ配信する画像配信システムにおいて適用した場合の一例を示し、画像の明るさ補正を行う画像処理装置の構成及び動作を詳述する。なお、本発明に係る画像処理プログラムは、画像処理装置における明るさ補正に関する機能をコンピュータを用いて実現するものである。
【0024】
図1は本発明の実施形態に係る画像処理装置を含む配信画像処理部の機能構成を示すブロック図である。図1においては、画像データの流れを矢印付き実線で示し、制御情報の流れを矢印付き破線で示している。
【0025】
配信画像処理部10は、配信先端末の表示部の表示画面サイズに合わせて画像を構成する画素数を変換する画素数変換部11と、画素毎の色データを撮影時の光源の色温度に応じた値に補正するホワイトバランス処理部12と、本実施形態に係る明るさ補正方法により画像の明るさ補正を行う明るさ補正処理部13と、画像のシャープネス補正を行うシャープネス補正処理部14と、画像データをJPEG形式等で圧縮処理する画像圧縮処理部15と、を有して構成される。
【0026】
この配信画像処理部10には、画像データとして、例えば配信元端末で撮影され、所定の表示手段の特性に合わせてガンマ補正等の処理が施された再生用画像の画像データが入力される。入力画像データは、画素数変換部11において配信先端末情報に基づいて配信先端末の表示部の表示画面サイズに合うように画素数が変換される。そして、ホワイトバランス処理部12で画像の各色成分のゲインが調整されてホワイトバランス補正がなされた後、明るさ補正処理部13において適正な画像の明るさ補正が行われる。この明るさ補正については後で詳述する。その後、シャープネス補正処理部14で画像に含まれるノイズ成分を除去するなどしてシャープネス処理がなされた後、画像圧縮処理部15でJPEG形式等により画像データの圧縮処理が行われる。圧縮処理された画像データは、配信用画像としてネットワークを介して携帯電話装置等の配信先端末へ配信される。
【0027】
次に、本実施形態に係る画像処理装置が適用される画像配信システムの構成例を示す。図2は本実施形態の画像処理装置が用いられる画像配信システムの概略構成を示すブロック図である。
【0028】
この画像配信システムは、移動体通信システムやインターネット等のネットワーク22に接続された画像処理装置としての機能を有する画像配信サーバ21と、カメラ付き携帯電話装置等の配信元端末23と、携帯電話装置等の配信先端末24とを有して構成される。この画像配信システムにおいて、配信元端末23で撮影した撮影画像等の再生用画像を画像配信サーバ21より配信先端末24に配信するようになっている。なお、配信元端末及び配信先端末は、本実施形態では携帯電話装置を例にして説明するが、これに限らず、ネットワーク22を介して画像配信サーバ21にアクセス可能な端末であれば、例えばPDAやPC等どのようなものでもよい。
【0029】
画像配信サーバ21は、画像処理装置の機能を有し、配信元端末23からの配信要求により転送された配信前画像(再生用画像)に対して、この元画像の特性や配信先端末24の機種等に応じた適正な画像補正処理を行って配信用画像を生成する配信画像処理部31(図1に示した配信画像処理部10に相当する)と、配信元端末23から転送された配信前画像を記憶する配信画像記憶部32と、配信先端末24の端末情報を取得する配信先端末情報入力部33と、配信用画像を配信先端末24に送信する画像送信部34とを有して構成される。
【0030】
この画像配信サーバ21は、ネットワーク22を介して、配信元端末23から撮影画像等を配信先端末24に対して配信する旨の要求があったとき、配信すべき配信前画像データ(再生用画像の画像データ)を受信して配信画像記憶部32に記憶する。また、配信先端末情報入力部33によって配信先端末24の端末情報を取得する。そして、配信画像処理部31において、後述する画像の明るさ補正処理や前記取得した配信先端末情報に基づく適正な画像補正処理を行って配信用画像を生成し、画像送信部34よりネットワーク22を介して配信先端末24に転送する。
【0031】
配信先端末24は、無線信号の変復調及び送受信を行う通信部41、通信情報や受信した画像等を表示するための液晶ディスプレイ及びその駆動回路を備えた表示デバイスからなる表示部42、電話番号や文字の入力、画像データの指定・選択を実行するボタン群からなる操作部43、電話の送受話を行うためのマイクロホンとスピーカ及び音声信号処理回路を備えた送受話部44、GPS衛星と基地局から発信される信号により位置情報を取得する現在位置認識部45、CPUやメモリ等を備えて各部の制御や信号処理を行う制御部46を有して構成される。この配信先端末24は、画像配信サーバ21から配信される適正な画像補正処理が施された画像データを通信部41で受信し、表示部42に画像表示する。
【0032】
次に、本実施形態における画像処理装置の動作として、前述した配信画像処理部10の明るさ補正処理部13において実現される画像の明るさ補正について説明する。
【0033】
図3は本実施形態に係る明るさ補正処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態では、画像データをガンマ補正等が施されたノンリニア空間からリニア空間(真数空間)に変換し、リニア空間において明るさ補正量を決定してゲイン演算処理を行う。そして、ゲイン演算処理後の画像データをノンリニア空間に変換し、明るさ補正された画像データを得るようにする。図3においては、画像データの流れを二重線で示し、補正処理時のパラメータの流れを一重線で示している。配信画像処理部10に設けられる明るさ補正処理部13は、DSP等のプロセッサや演算回路を有して構成され、本実施形態の明るさ補正処理を実行するものである。
【0034】
まず、カメラ付き携帯電話装置や携帯端末装置に付属するカメラユニットで撮影されて階調補正等が施された再生用画像の画像データ(YCrCb信号)を入力する(ステップS101)。そして、この画像データを所定の演算式に基づいてRGB信号の画像データに変換する(ステップS102)。
【0035】
次に、RGB信号に変換した画像データを明るさ補正を行うための補正対象画像データにするために、ノンリニア空間からリニア空間への変換を行い、ノンリニアな対数値(N)であるRGB信号をリニアな真数値(L)に変換する(ステップS103)。ここで、RGB信号の画像データとしては、例えばsRGB規格で規定された標準的なモニタ上に表示するための各色信号データを用いる。
【0036】
上記ノンリニア空間→リニア空間の変換は、例えば、ITU−R BT709規格で定められた光電変換特性式を利用して、次式の数1〜数3に示す演算により行うことができる。なお、数1〜数3は12ビット空間(0〜4095)における変換式の例である。
【0037】
【数1】
【数2】
【数3】
【0038】
また、明るさ補正量を求めるために、再生用画像の画像データの輝度信号(Y信号)をノンリニア空間からリニア空間へ変換し、真数値を得る(ステップS104)。なお、Y信号に代えて、RGB信号に変換した各色信号のうちのG信号を用いて、これを真数値に変換するようにしてもよい。
【0039】
続いて、画像データの全画面の画素を複数のエリアに分割する(ステップS105)。分割するエリア数は、後述するように、画像データが逆光で撮影されたものか非逆光(順光)で撮影されたものかを判定する逆光判定を行うために、少なくとも3×3=9エリアにすることが好ましい。本実施形態では、8×8=64エリアに分割した場合を説明する。図4は画像の全画面を64エリアに分割した例を示したものである。
【0040】
次に、分割した各エリアについて相対測光値を算出する(ステップS106)。この相対測光値は、当該エリアの輝度値(平均値や代表値)と目標輝度階調値との明るさの差で定義され、単位はEV値(Exposure Value)で表される。例えば、目標輝度階調値が1022の場合、あるエリアの輝度が2044(目標輝度階調値の2倍)であると、EV値は+1.0EVとなる。
【0041】
続いて、画像中の極端に明るい部分(キャッチライトなど)や暗い部分(局所的に分布する黒い被写体など)の影響を排除するために、ステップS106で算出した各エリアの相対測光値をクリップ処理する(ステップS107)。このクリップ処理において、予め設定された上限測光値を超える場合は相対測光値を強制的に上限測光値で置き換える。また、予め設定された下限測光値を下回る場合は相対測光値を強制的に下限測光値で置き換える。
【0042】
次に、画像全体の中から主要な被写体を含む主要エリアを選択し、分割した複数エリアを主要エリア(第1領域)とその他の非主要エリア(第2領域)の2つの領域に選別する(ステップS108)。本実施形態では、図4に示すように画像の中央部を主要エリア51として選択するものとする。そして、選択した主要エリアの測光値とその他の非主要エリアの測光値とを比較して逆光度を算出する(ステップS109)。ここでは、中央部の8エリアによる主要エリア51の平均測光値(相対測光値の平均値)とその他の56エリアによる非主要エリアの平均測光値とを求め、非主要エリアの平均測光値から主要エリアの平均測光値を減算することによって逆光度を算出する。すなわち、画像の中央部と周辺部の2つの領域における明るさ(平均測光値)の差を求めることになる。
【0043】
そして、ステップS109で算出された逆光度を所定の逆光判定しきい値と比較する(ステップS110)。ここでは、逆光度がしきい値より大きい場合、すなわち周辺部に比べて中央部が暗い場合に、画像が逆光で撮影されたものであると判定される。ステップS110において、逆光度がしきい値より小さく、非逆光で撮影された画像であると判定された場合は、非逆光用の明るさ補正量を決定する(ステップS111)。一方、ステップS110において、逆光度がしきい値より大きく、逆光で撮影された画像であると判定された場合は、逆光用の明るさ補正量を決定する(ステップS112)。
【0044】
ステップS111における非逆光用の明るさ補正量は、各エリアの相対測光値に各エリアで設定した重み係数を乗算したものを用いて、エリア毎の重み係数を加味した値とする。図5はエリア毎に設定された重み係数の一例を示したものである。この例では、周辺部に比べて中央部(主要エリア)に大きな重み付けを行うようにしている。
【0045】
図5において、(i,J)エリアの相対測光値をAREV(i,J)、重み係数をARWE(i,J)とすると、非逆光画像の明るさ補正量k1は、
k1=2−H
となる。ここで、Hは次式の数4により表される値である。
【0046】
【数4】
【0047】
この数4からわかるように、明るさ補正量の乗数Hは、各エリア毎に相対測光値と重み係数を掛けたものの和を、全エリアの重み係数の総和で除したものである。
【0048】
一方、ステップS112における逆光用の明るさ補正量は、逆光判定時の主要エリアの平均測光値を用いた値とする。ここで、主要エリアの平均測光値をSPEV、予め決められた逆光補正係数をGYVとすると、逆光画像の明るさ補正量k2は次式で求められる。
【0049】
k2=2SPEV × GYV × (−1)
ここで、逆光補正係数GYVは、逆光補正の度合いを調整する値であり、例えば逆光補正が強すぎる場合はGYV=0.7〜0.8程度とする。また、明るさ補正量の乗数に−1を掛けることにより、主要エリアが暗い場合は明るくなるように、明るい場合は暗くなるように補正することができる。
【0050】
次に、上記のようにして求められた明るさ補正量を用いて、ステップS103でリニア空間に変換された画像データのRGB信号に対してゲイン補正量として乗算することによって、明るさ補正を行う(ステップS113)。
【0051】
そして、明るさ補正がなされたRGB信号をリニア空間から元のノンリニア空間へ変換する(ステップS114)。このリニア空間→ノンリニア空間の変換は、例えば、ITU−R BT709規格で定められた光電変換特性式を利用して、次式の数5〜数7に示す演算により行うことができる。なお、数5〜数7は12ビット空間(0〜4095)における変換式の例である。
【0052】
【数5】
【数6】
【数7】
【0053】
さらに、明るさ補正処理後のRGB信号の画像データを所定の演算式に基づいてYCrCb信号の画像データに変換する(ステップS115)。この画像データを、適切な明るさに補正された再生用画像の画像データとして出力する(ステップS116)。
【0054】
上述した画像の明るさ補正処理を用いることにより、図1の配信画像処理部10において、不適切な露出で撮影された画像データであっても明るさ補正処理部13によって最適な明るさの画像に補正して出力することができる。例えば図2の画像配信システムにおいて、配信元端末23で撮影された再生用画像は、ネットワーク22を介して画像配信サーバ21の配信画像記憶部32に転送されて記憶され、配信画像処理部31で最適な明るさとなるよう画像データの明るさ補正がなされた後、画像送信部34よりネットワーク22を介して配信先端末24に配信される。配信された画像データは配信先端末24の通信部41で受信され、表示部42において適正な明るさの画像として表示される。または、制御部46内のメモリに適正に明るさ補正された画像データとして記録される。
【0055】
以上のように、本実施形態では、再生用画像の画像データをリニア領域に変換し、複数に分割した各エリアの相対測光値を算出する。そして、画像が逆光で撮影されたものか、非逆光で撮影されたものかを判定し、逆光/非逆光それぞれに対応した明るさ補正量を算出する。そして、算出した明るさ補正量に基づいて画像データのゲイン演算を行って明るさを補正し、元のノンリニア領域の画像データに変換する。これにより、不適切な露出で撮影された画像の明るさを、階調の連続性を保ちつつ適切な明るさに補正することができる。
【0056】
本実施形態に係る画像の明るさ補正機能を画像配信システムに適用することによって、カメラ付き携帯電話装置等の配信元端末で不適切な露出で撮影された画像データであっても、画像配信サーバの配信画像処理部において最適な明るさの画像となるように明るさ補正を行い、配信先端末へ配信することができる。携帯電話装置等の配信先端末では、最適な明るさの画像データを受信して表示、又は記録することができる。
【0057】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施し得るものである。上述した明るさ補正処理は、種々の装置における画像処理系へ適用が可能である。
【0058】
また、上記した本実施形態の明るさ補正方法では、明るさ補正をリニア空間におけるゲイン演算で行うようにしたが、画像によっては明るく補正する場合に白色近傍の情報飛びが発生したり、また暗く補正する場合に白色最大値部分の階調が損なわれてかぶりのある画像となることがある。このような不具合を回避するために、リニア空間における明るさ補正を行う際に、ルックアップテーブルを用いた変換方式を用い、白色近傍の明るさ補正量を非線型にすることによって、白色近傍の情報が保持されるようにすることが可能である。
【0059】
また、明るさ補正量の算出はリニア空間の輝度信号成分(測光値)によって行うが、明るさ補正については、算出した明るさ補正量をノンリニア空間での補正量に変換してノンリニア空間において補正することも可能である。この場合、補正対象となる画像データのリニア−ノンリニア変換を省略することができ、処理の高速化を図ることができる。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、不適切な露出で撮影された画像であっても、階調の連続性を保ちつつ、適切な明るさの画像に補正することが可能である。
【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を含む配信画像処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図2】本実施形態の画像処理装置が用いられる画像配信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図3】本実施形態に係る明るさ補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図4】本実施形態の明るさ補正処理において画像の全画面を64エリアに分割し、中央部を主要エリアとして選択した例を示す図である。
【図5】本実施形態の明るさ補正処理において画像の各エリアに設定された重み係数の例を示す図である。
【符号の説明】
10 配信画像処理部
12 ホワイトバランス処理部
13 明るさ補正処理部
14 シャープネス補正処理部
21 画像配信サーバ
22 ネットワーク
23 配信元端末
24 配信先端末
31 配信画像処理部
32 配信画像記憶部
34 画像送信部
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の明るさを補正する際に用いる画像処理装置及び方法に関し、特に、不適切な露出で撮影された画像の明るさを補正するための画像処理装置及びプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話装置や携帯端末装置などの小型の携帯型装置では、装置に内蔵されたカメラ撮像部や外部に装着するカメラユニットなどによって周囲の被写体の画像を撮影できるものが普及しつつある。最近では、このような撮影機能付きの携帯型装置によって撮影した画像を、ネットワークを介して他の携帯電話装置などに送信して受信側装置の液晶ディスプレイに表示したり、プリンタ等でプリントしたりすることができる画像配信システムが利用されるようになってきた。
【0003】
携帯電話装置や携帯端末装置などに付属するカメラは、一般にスロトボを備えていなかったり、或いはスロトボを備えていてもガイドナンバーが極めて小さいものが用いられる。また、撮像部の感度が低かったり、絞りやシャッタ速度の選択肢が少ないものが用いられる。これらの理由から、被写体の画像を適切な明るさに撮影できないことが多い。
【0004】
不適切な露出で撮影された画像の明るさを補正する方法には、従来、ヒストグラム平滑化法(又は、ヒストグラム均等化法)と呼ばれるものがある。この方法は、撮影された画像についての輝度ヒストグラムを求めた場合に、不適切に露光されたとみなされる画像では輝度分布に偏りがあるという経験則に基づいて、補正対象となる画像データの輝度ヒストグラムを平滑化して分布の偏りを低減する変換処理を行い、画像の明るさを補正するものである。
【0005】
また、画像のコントラスト及び明るさを補正する方法として、撮影された画像を複数の矩形領域に分割し、各領域について画素の明度別の頻度分布を示す明度ヒストグラムを作成してその累積値である明度変換曲線を求め、求めた明度変換曲線に基づいて各領域の画素の明度を新たな明度に変換する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−57335号公報(第7−8頁、図10)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記したヒストグラム平滑化法による画像の明るさ補正方法は、監視カメラ、ドアホンカメラ等の人物の特定を重視するような装置では効果的である。しかしながら、この従来の方法では、補正前の画像の階調を無視してヒストグラム分布の偏りを補正することによって、過度の平滑化により階調の連続性が損なわれ、その結果、階調が不自然な画像になってしまうことがあった。また、画像が逆光で撮影されたものか、順光で撮影されたものであるかの判断も困難であり、逆光撮影の画像を適切に補正できない場合があった。
【0008】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、不適切な露出で撮影された画像であっても、階調の連続性を保ちつつ、適切な明るさの画像に補正することが可能な画像処理装置及びプログラムを提供することにある。
【0009】
【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、再生用画像の画像データの明るさを補正する明るさ補正機能を有する画像処理装置であって、前記画像データをノンリニア空間からリニア空間に変換するリニア変換手段と、前記リニア空間における画像データの明るさを基に、当該画像データが逆光で撮影されたものか否かを判定する逆光判定手段と、前記画像データが逆光で撮影された場合と非逆光で撮影された場合のそれぞれに対応して明るさ補正量を決定する補正量決定手段と、前記決定された明るさ補正量によって前記画像データの明るさ補正を行う補正処理手段と、を備えたものである。
【0010】
上記構成によれば、リニア空間において逆光/非逆光それぞれの場合における明るさ補正量を決定し、この決定された明るさ補正量によって画像データの明るさ補正を行うことによって、不適切な露出で撮影された画像であっても、階調が非自然になることなく、適切な明るさの画像に補正することが可能となる。
【0011】
また、前記逆光判定手段は、前記画像データの全画面を複数のエリアに分割するエリア分割手段と、前記分割された各エリアの相対測光値を算出する測光値算出手段と、前記分割された複数のエリアのうち、主要エリアである第1領域とその他の非主要エリアである第2領域とに選別する領域選別手段と、前記第1領域と前記第2領域のそれぞれの平均測光値を算出し、これらの2つの領域の平均測光値の差によって逆光度を算出する逆光度算出手段と、を備えたものとする。
【0012】
上記構成によれば、主要エリアとその他のエリアの明るさの差によって、画像データが逆光で撮影されたものか非逆光で撮影されたものかを判定でき、それぞれの場合において適切な明るさ補正量を決定することが可能となる。
【0013】
また、前記補正量決定手段は、前記逆光判定手段により前記画像データが逆光で撮影されたものと判定された場合に、前記主要エリアの平均測光値に基づいて前記画像データの明るさ補正量を決定するものとする。
【0014】
上記構成によれば、画像データが逆光で撮影されたものである場合に、主要エリアの明るさに基づいて画像データを適切な明るさに補正することが可能となる。
【0015】
また、前記補正量決定手段は、前記逆光判定手段により前記画像データが非逆光で撮影されたものと判定された場合に、前記分割された各エリアの相対測光値に前記複数のエリア毎に定めた重み係数を乗じた値を基にして前記画像データの明るさ補正量を決定するものとする。
【0016】
上記構成によれば、画像データが非逆光で撮影されたものである場合に、分割した各エリア毎に設定された重み係数を用いて画像データを適切な明るさに補正することが可能となる。
【0017】
また、前記補正量決定手段は、前記リニア空間における対象画像データの明るさ補正量を決定し、前記補正処理手段は、前記リニア空間において前記画像データの明るさ補正を行うものであり、前記明るさ補正後の画像データをリニア空間からノンリニア空間に変換するノンリニア変換手段を備えたものとする。
【0018】
上記構成によれば、リニア空間において画像データの明るさを適切に補正することが可能となる。
【0019】
或いは、前記補正量決定手段は、前記リニア空間における対象画像データの明るさ補正量を決定し、この明るさ補正量をノンリニア空間における値に変換するものであり、前記補正処理手段は、前記ノンリニア空間において前記画像データの明るさ補正を行うものとする。
【0020】
上記構成によれば、リニア空間において明るさ補正量を決定し、ノンリニア空間において画像データの明るさを適切に補正することが可能となる。
【0021】
また、本発明は、上記いずれかに記載の画像処理装置における各手段による機能をコンピュータにより実現するための画像処理プログラムを提供する。
【0022】
上記プログラムによれば、不適切な露出で撮影された画像であっても、階調が非自然になることなく、適切な明るさの画像に補正することが可能となる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本実施形態では、撮影した画像をネットワークを介して携帯電話装置などの端末へ配信する画像配信システムにおいて適用した場合の一例を示し、画像の明るさ補正を行う画像処理装置の構成及び動作を詳述する。なお、本発明に係る画像処理プログラムは、画像処理装置における明るさ補正に関する機能をコンピュータを用いて実現するものである。
【0024】
図1は本発明の実施形態に係る画像処理装置を含む配信画像処理部の機能構成を示すブロック図である。図1においては、画像データの流れを矢印付き実線で示し、制御情報の流れを矢印付き破線で示している。
【0025】
配信画像処理部10は、配信先端末の表示部の表示画面サイズに合わせて画像を構成する画素数を変換する画素数変換部11と、画素毎の色データを撮影時の光源の色温度に応じた値に補正するホワイトバランス処理部12と、本実施形態に係る明るさ補正方法により画像の明るさ補正を行う明るさ補正処理部13と、画像のシャープネス補正を行うシャープネス補正処理部14と、画像データをJPEG形式等で圧縮処理する画像圧縮処理部15と、を有して構成される。
【0026】
この配信画像処理部10には、画像データとして、例えば配信元端末で撮影され、所定の表示手段の特性に合わせてガンマ補正等の処理が施された再生用画像の画像データが入力される。入力画像データは、画素数変換部11において配信先端末情報に基づいて配信先端末の表示部の表示画面サイズに合うように画素数が変換される。そして、ホワイトバランス処理部12で画像の各色成分のゲインが調整されてホワイトバランス補正がなされた後、明るさ補正処理部13において適正な画像の明るさ補正が行われる。この明るさ補正については後で詳述する。その後、シャープネス補正処理部14で画像に含まれるノイズ成分を除去するなどしてシャープネス処理がなされた後、画像圧縮処理部15でJPEG形式等により画像データの圧縮処理が行われる。圧縮処理された画像データは、配信用画像としてネットワークを介して携帯電話装置等の配信先端末へ配信される。
【0027】
次に、本実施形態に係る画像処理装置が適用される画像配信システムの構成例を示す。図2は本実施形態の画像処理装置が用いられる画像配信システムの概略構成を示すブロック図である。
【0028】
この画像配信システムは、移動体通信システムやインターネット等のネットワーク22に接続された画像処理装置としての機能を有する画像配信サーバ21と、カメラ付き携帯電話装置等の配信元端末23と、携帯電話装置等の配信先端末24とを有して構成される。この画像配信システムにおいて、配信元端末23で撮影した撮影画像等の再生用画像を画像配信サーバ21より配信先端末24に配信するようになっている。なお、配信元端末及び配信先端末は、本実施形態では携帯電話装置を例にして説明するが、これに限らず、ネットワーク22を介して画像配信サーバ21にアクセス可能な端末であれば、例えばPDAやPC等どのようなものでもよい。
【0029】
画像配信サーバ21は、画像処理装置の機能を有し、配信元端末23からの配信要求により転送された配信前画像(再生用画像)に対して、この元画像の特性や配信先端末24の機種等に応じた適正な画像補正処理を行って配信用画像を生成する配信画像処理部31(図1に示した配信画像処理部10に相当する)と、配信元端末23から転送された配信前画像を記憶する配信画像記憶部32と、配信先端末24の端末情報を取得する配信先端末情報入力部33と、配信用画像を配信先端末24に送信する画像送信部34とを有して構成される。
【0030】
この画像配信サーバ21は、ネットワーク22を介して、配信元端末23から撮影画像等を配信先端末24に対して配信する旨の要求があったとき、配信すべき配信前画像データ(再生用画像の画像データ)を受信して配信画像記憶部32に記憶する。また、配信先端末情報入力部33によって配信先端末24の端末情報を取得する。そして、配信画像処理部31において、後述する画像の明るさ補正処理や前記取得した配信先端末情報に基づく適正な画像補正処理を行って配信用画像を生成し、画像送信部34よりネットワーク22を介して配信先端末24に転送する。
【0031】
配信先端末24は、無線信号の変復調及び送受信を行う通信部41、通信情報や受信した画像等を表示するための液晶ディスプレイ及びその駆動回路を備えた表示デバイスからなる表示部42、電話番号や文字の入力、画像データの指定・選択を実行するボタン群からなる操作部43、電話の送受話を行うためのマイクロホンとスピーカ及び音声信号処理回路を備えた送受話部44、GPS衛星と基地局から発信される信号により位置情報を取得する現在位置認識部45、CPUやメモリ等を備えて各部の制御や信号処理を行う制御部46を有して構成される。この配信先端末24は、画像配信サーバ21から配信される適正な画像補正処理が施された画像データを通信部41で受信し、表示部42に画像表示する。
【0032】
次に、本実施形態における画像処理装置の動作として、前述した配信画像処理部10の明るさ補正処理部13において実現される画像の明るさ補正について説明する。
【0033】
図3は本実施形態に係る明るさ補正処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態では、画像データをガンマ補正等が施されたノンリニア空間からリニア空間(真数空間)に変換し、リニア空間において明るさ補正量を決定してゲイン演算処理を行う。そして、ゲイン演算処理後の画像データをノンリニア空間に変換し、明るさ補正された画像データを得るようにする。図3においては、画像データの流れを二重線で示し、補正処理時のパラメータの流れを一重線で示している。配信画像処理部10に設けられる明るさ補正処理部13は、DSP等のプロセッサや演算回路を有して構成され、本実施形態の明るさ補正処理を実行するものである。
【0034】
まず、カメラ付き携帯電話装置や携帯端末装置に付属するカメラユニットで撮影されて階調補正等が施された再生用画像の画像データ(YCrCb信号)を入力する(ステップS101)。そして、この画像データを所定の演算式に基づいてRGB信号の画像データに変換する(ステップS102)。
【0035】
次に、RGB信号に変換した画像データを明るさ補正を行うための補正対象画像データにするために、ノンリニア空間からリニア空間への変換を行い、ノンリニアな対数値(N)であるRGB信号をリニアな真数値(L)に変換する(ステップS103)。ここで、RGB信号の画像データとしては、例えばsRGB規格で規定された標準的なモニタ上に表示するための各色信号データを用いる。
【0036】
上記ノンリニア空間→リニア空間の変換は、例えば、ITU−R BT709規格で定められた光電変換特性式を利用して、次式の数1〜数3に示す演算により行うことができる。なお、数1〜数3は12ビット空間(0〜4095)における変換式の例である。
【0037】
【数1】
【数2】
【数3】
【0038】
また、明るさ補正量を求めるために、再生用画像の画像データの輝度信号(Y信号)をノンリニア空間からリニア空間へ変換し、真数値を得る(ステップS104)。なお、Y信号に代えて、RGB信号に変換した各色信号のうちのG信号を用いて、これを真数値に変換するようにしてもよい。
【0039】
続いて、画像データの全画面の画素を複数のエリアに分割する(ステップS105)。分割するエリア数は、後述するように、画像データが逆光で撮影されたものか非逆光(順光)で撮影されたものかを判定する逆光判定を行うために、少なくとも3×3=9エリアにすることが好ましい。本実施形態では、8×8=64エリアに分割した場合を説明する。図4は画像の全画面を64エリアに分割した例を示したものである。
【0040】
次に、分割した各エリアについて相対測光値を算出する(ステップS106)。この相対測光値は、当該エリアの輝度値(平均値や代表値)と目標輝度階調値との明るさの差で定義され、単位はEV値(Exposure Value)で表される。例えば、目標輝度階調値が1022の場合、あるエリアの輝度が2044(目標輝度階調値の2倍)であると、EV値は+1.0EVとなる。
【0041】
続いて、画像中の極端に明るい部分(キャッチライトなど)や暗い部分(局所的に分布する黒い被写体など)の影響を排除するために、ステップS106で算出した各エリアの相対測光値をクリップ処理する(ステップS107)。このクリップ処理において、予め設定された上限測光値を超える場合は相対測光値を強制的に上限測光値で置き換える。また、予め設定された下限測光値を下回る場合は相対測光値を強制的に下限測光値で置き換える。
【0042】
次に、画像全体の中から主要な被写体を含む主要エリアを選択し、分割した複数エリアを主要エリア(第1領域)とその他の非主要エリア(第2領域)の2つの領域に選別する(ステップS108)。本実施形態では、図4に示すように画像の中央部を主要エリア51として選択するものとする。そして、選択した主要エリアの測光値とその他の非主要エリアの測光値とを比較して逆光度を算出する(ステップS109)。ここでは、中央部の8エリアによる主要エリア51の平均測光値(相対測光値の平均値)とその他の56エリアによる非主要エリアの平均測光値とを求め、非主要エリアの平均測光値から主要エリアの平均測光値を減算することによって逆光度を算出する。すなわち、画像の中央部と周辺部の2つの領域における明るさ(平均測光値)の差を求めることになる。
【0043】
そして、ステップS109で算出された逆光度を所定の逆光判定しきい値と比較する(ステップS110)。ここでは、逆光度がしきい値より大きい場合、すなわち周辺部に比べて中央部が暗い場合に、画像が逆光で撮影されたものであると判定される。ステップS110において、逆光度がしきい値より小さく、非逆光で撮影された画像であると判定された場合は、非逆光用の明るさ補正量を決定する(ステップS111)。一方、ステップS110において、逆光度がしきい値より大きく、逆光で撮影された画像であると判定された場合は、逆光用の明るさ補正量を決定する(ステップS112)。
【0044】
ステップS111における非逆光用の明るさ補正量は、各エリアの相対測光値に各エリアで設定した重み係数を乗算したものを用いて、エリア毎の重み係数を加味した値とする。図5はエリア毎に設定された重み係数の一例を示したものである。この例では、周辺部に比べて中央部(主要エリア)に大きな重み付けを行うようにしている。
【0045】
図5において、(i,J)エリアの相対測光値をAREV(i,J)、重み係数をARWE(i,J)とすると、非逆光画像の明るさ補正量k1は、
k1=2−H
となる。ここで、Hは次式の数4により表される値である。
【0046】
【数4】
【0047】
この数4からわかるように、明るさ補正量の乗数Hは、各エリア毎に相対測光値と重み係数を掛けたものの和を、全エリアの重み係数の総和で除したものである。
【0048】
一方、ステップS112における逆光用の明るさ補正量は、逆光判定時の主要エリアの平均測光値を用いた値とする。ここで、主要エリアの平均測光値をSPEV、予め決められた逆光補正係数をGYVとすると、逆光画像の明るさ補正量k2は次式で求められる。
【0049】
k2=2SPEV × GYV × (−1)
ここで、逆光補正係数GYVは、逆光補正の度合いを調整する値であり、例えば逆光補正が強すぎる場合はGYV=0.7〜0.8程度とする。また、明るさ補正量の乗数に−1を掛けることにより、主要エリアが暗い場合は明るくなるように、明るい場合は暗くなるように補正することができる。
【0050】
次に、上記のようにして求められた明るさ補正量を用いて、ステップS103でリニア空間に変換された画像データのRGB信号に対してゲイン補正量として乗算することによって、明るさ補正を行う(ステップS113)。
【0051】
そして、明るさ補正がなされたRGB信号をリニア空間から元のノンリニア空間へ変換する(ステップS114)。このリニア空間→ノンリニア空間の変換は、例えば、ITU−R BT709規格で定められた光電変換特性式を利用して、次式の数5〜数7に示す演算により行うことができる。なお、数5〜数7は12ビット空間(0〜4095)における変換式の例である。
【0052】
【数5】
【数6】
【数7】
【0053】
さらに、明るさ補正処理後のRGB信号の画像データを所定の演算式に基づいてYCrCb信号の画像データに変換する(ステップS115)。この画像データを、適切な明るさに補正された再生用画像の画像データとして出力する(ステップS116)。
【0054】
上述した画像の明るさ補正処理を用いることにより、図1の配信画像処理部10において、不適切な露出で撮影された画像データであっても明るさ補正処理部13によって最適な明るさの画像に補正して出力することができる。例えば図2の画像配信システムにおいて、配信元端末23で撮影された再生用画像は、ネットワーク22を介して画像配信サーバ21の配信画像記憶部32に転送されて記憶され、配信画像処理部31で最適な明るさとなるよう画像データの明るさ補正がなされた後、画像送信部34よりネットワーク22を介して配信先端末24に配信される。配信された画像データは配信先端末24の通信部41で受信され、表示部42において適正な明るさの画像として表示される。または、制御部46内のメモリに適正に明るさ補正された画像データとして記録される。
【0055】
以上のように、本実施形態では、再生用画像の画像データをリニア領域に変換し、複数に分割した各エリアの相対測光値を算出する。そして、画像が逆光で撮影されたものか、非逆光で撮影されたものかを判定し、逆光/非逆光それぞれに対応した明るさ補正量を算出する。そして、算出した明るさ補正量に基づいて画像データのゲイン演算を行って明るさを補正し、元のノンリニア領域の画像データに変換する。これにより、不適切な露出で撮影された画像の明るさを、階調の連続性を保ちつつ適切な明るさに補正することができる。
【0056】
本実施形態に係る画像の明るさ補正機能を画像配信システムに適用することによって、カメラ付き携帯電話装置等の配信元端末で不適切な露出で撮影された画像データであっても、画像配信サーバの配信画像処理部において最適な明るさの画像となるように明るさ補正を行い、配信先端末へ配信することができる。携帯電話装置等の配信先端末では、最適な明るさの画像データを受信して表示、又は記録することができる。
【0057】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施し得るものである。上述した明るさ補正処理は、種々の装置における画像処理系へ適用が可能である。
【0058】
また、上記した本実施形態の明るさ補正方法では、明るさ補正をリニア空間におけるゲイン演算で行うようにしたが、画像によっては明るく補正する場合に白色近傍の情報飛びが発生したり、また暗く補正する場合に白色最大値部分の階調が損なわれてかぶりのある画像となることがある。このような不具合を回避するために、リニア空間における明るさ補正を行う際に、ルックアップテーブルを用いた変換方式を用い、白色近傍の明るさ補正量を非線型にすることによって、白色近傍の情報が保持されるようにすることが可能である。
【0059】
また、明るさ補正量の算出はリニア空間の輝度信号成分(測光値)によって行うが、明るさ補正については、算出した明るさ補正量をノンリニア空間での補正量に変換してノンリニア空間において補正することも可能である。この場合、補正対象となる画像データのリニア−ノンリニア変換を省略することができ、処理の高速化を図ることができる。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、不適切な露出で撮影された画像であっても、階調の連続性を保ちつつ、適切な明るさの画像に補正することが可能である。
【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を含む配信画像処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図2】本実施形態の画像処理装置が用いられる画像配信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図3】本実施形態に係る明るさ補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図4】本実施形態の明るさ補正処理において画像の全画面を64エリアに分割し、中央部を主要エリアとして選択した例を示す図である。
【図5】本実施形態の明るさ補正処理において画像の各エリアに設定された重み係数の例を示す図である。
【符号の説明】
10 配信画像処理部
12 ホワイトバランス処理部
13 明るさ補正処理部
14 シャープネス補正処理部
21 画像配信サーバ
22 ネットワーク
23 配信元端末
24 配信先端末
31 配信画像処理部
32 配信画像記憶部
34 画像送信部
Claims (7)
- 再生用画像の画像データの明るさを補正する明るさ補正機能を有する画像処理装置であって、
前記画像データをノンリニア空間からリニア空間に変換するリニア変換手段と、
前記リニア空間における画像データの明るさを基に、当該画像データが逆光で撮影されたものか否かを判定する逆光判定手段と、
前記画像データが逆光で撮影された場合と非逆光で撮影された場合のそれぞれに対応して明るさ補正量を決定する補正量決定手段と、
前記決定された明るさ補正量によって前記画像データの明るさ補正を行う補正処理手段と、
を備えた画像処理装置。 - 前記逆光判定手段は、
前記画像データの全画面を複数のエリアに分割するエリア分割手段と、
前記分割された各エリアの相対測光値を算出する測光値算出手段と、
前記分割された複数のエリアのうち、主要エリアである第1領域とその他の非主要エリアである第2領域とに選別する領域選別手段と、
前記第1領域と前記第2領域のそれぞれの平均測光値を算出し、これらの2つの領域の平均測光値の差によって逆光度を算出する逆光度算出手段と、
を備えた請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記補正量決定手段は、前記逆光判定手段により前記画像データが逆光で撮影されたものと判定された場合に、
前記主要エリアの平均測光値に基づいて前記画像データの明るさ補正量を決定するものである請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記補正量決定手段は、前記逆光判定手段により前記画像データが非逆光で撮影されたものと判定された場合に、
前記分割された各エリアの相対測光値に前記複数のエリア毎に定めた重み係数を乗じた値を基にして前記画像データの明るさ補正量を決定するものである請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記補正量決定手段は、前記リニア空間における対象画像データの明るさ補正量を決定し、前記補正処理手段は、前記リニア空間において前記画像データの明るさ補正を行うものであり、
前記明るさ補正後の画像データをリニア空間からノンリニア空間に変換するノンリニア変換手段を備えた請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記補正量決定手段は、前記リニア空間における対象画像データの明るさ補正量を決定し、この明るさ補正量をノンリニア空間における値に変換するものであり、前記補正処理手段は、前記ノンリニア空間において前記画像データの明るさ補正を行うものである請求項1に記載の画像処理装置。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の画像処理装置における各手段による機能をコンピュータにより実現するための画像処理プログラム。
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