JP2005079624A - 画像処理装置および方法並びにプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】 画像のダイナミックレンジを圧縮する際の処理時間を短縮する。
【解決手段】 画像解析部23がAE処理された画像S1を解析してダイナミックレンジを圧縮するための圧縮テーブルの傾きを求めるための係数Ph,Psを求め、圧縮テーブル生成部24が圧縮テーブルT0を生成する。補正量算出部25が圧縮テーブルT0の傾きが所定のしきい値よりも大きいか否かを判定し、この判定が肯定されると、ダイナミックレンジ圧縮処理により画像S2に含まれる細かなテクスチャのつぶれが大きくなるため、画像S2のボケ画像を用いて補正量C0を算出する。この判定が否定されると、画像に含まれる細かなテクスチャのつぶれが小さいため、画像S2を用いて補正量C0を算出する。圧縮処理部26は補正量C0により画像S2のダイナミックレンジを圧縮して処理済み画像データS3を得る。
【選択図】 図1

Description

本発明は、画像のダイナミックレンジを、画像を出力する例えばプリンタ等の出力デバイスのダイナミックレンジに収まるように圧縮する画像処理装置および方法並びに画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。
従来より、デジタルカメラ等の撮像装置により被写体を撮影することにより取得された画像や、ネガフイルム、リバーサルフイルム等の写真フイルムや印刷物等に記録された画像を光電的に読み取ることにより得られた画像をプリンタ等の再生装置において再生することが行われている。このように画像を再生装置において再生する場合において、画像上の明部および/または暗部がつぶれてしまうことを防止するために、画像のダイナミックレンジが再生装置のダイナミックレンジ内に収まるように、画像のダイナミックレンジを圧縮することが行われている。
このようなダイナミックレンジ圧縮方法において、画像に対してローパスフィルタによるフィルタリング処理を施して、画像中の空間周波数が低い構造物のみを表すボケ画像を作成し、ボケ画像を用いてダイナミックレンジを圧縮することにより、画像に含まれる明部および暗部内の細かなテクスチャのコントラストを残しつつも、画像の明部および暗部の双方のつぶれを抑える方法が提案されている(特許文献1参照)。
また、ボケ画像を用いてダイナミックレンジを圧縮する際に、フィルタのラインメモリを節約するためにIIRフィルタを用いるようにした方法(特許文献2参照)、および処理済み画像のエッジに現れるアーチファクトを抑制するために、周波数帯域が異なる複数のボケ画像を生成し、生成した複数のボケ画像の積算信号を用いてダイナミックレンジを圧縮する手法(特許文献3参照)が提案されている。
特開平9−130609号公報 特開平9−182093号公報 特開平10−75364号公報
しかしながら、上記特許文献2,3に記載された方法においては、フィルタのラインメモリを節約できたり、処理済み画像の画質を向上させることができるものの、ダイナミックレンジを圧縮するための演算量が多く、処理に長時間を要するものとなっている。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、画像のダイナミックレンジを圧縮する際の処理時間を短縮することを目的とする。
本発明による画像処理装置は、画像を表す画像データに基づいて、該画像のダイナミックレンジを圧縮するための補正量を算出する補正量算出手段と、該補正量により前記画像データを補正して前記画像のダイナミックレンジを圧縮する処理を含む画像処理を前記画像に施すことにより、ダイナミックレンジが圧縮された処理済み画像を得る処理手段とを備えた画像処理装置において、
前記画像処理による画像の変化量が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記補正量算出手段は、前記判定が肯定された場合、前記画像のボケ画像を生成して該ボケ画像から前記補正量を算出し、前記判定が否定された場合、前記画像から前記補正量を算出する手段であることを特徴とするものである。
なお、本発明による画像処理装置においては、前記判定手段を、前記ダイナミックレンジを圧縮する際の圧縮率の大きさ、該補正量を算出する際に用いられる圧縮テーブルの傾きの大きさ、および前記画像処理がAE処理を含む場合における濃度補正量の大きさを前記画像の変化量として、前記判定を行う手段としてもよい。
本発明による画像処理方法は、画像を表す画像データに基づいて、該画像のダイナミックレンジを圧縮するための補正量を算出し、該補正量により前記画像データを補正して前記画像のダイナミックレンジを圧縮する処理を含む画像処理を前記画像に施すことにより、ダイナミックレンジが圧縮された処理済み画像を得る画像処理方法において、
前記画像処理による画像の変化量が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定し、
前記判定が肯定された場合、前記画像のボケ画像を生成して該ボケ画像から前記補正量を算出し、前記判定が否定された場合、前記画像から前記補正量を算出することを特徴とするものである。
なお、本発明による画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本発明によれば、ダイナミックレンジ圧縮処理を含む画像処理による画像の変化量が所定のしきい値よりも大きいか否かが判定される。そして、この判定が肯定されると、ダイナミックレンジ圧縮処理により画像に含まれる細かなテクスチャのつぶれが大きくなるため、上記特許文献1に記載されたように画像のボケ画像が生成されてボケ画像からダイナミックレンジの補正量が算出される。一方、上記判定が否定されると、画像処理による画像の変化量は小さく、画像に含まれる細かなテクスチャのつぶれも小さいため、ボケ画像ではなく画像からダイナミックレンジの補正量が算出される。このため、画像処理による画像の変化量が小さい場合には、ボケ画像を用いて補正量を算出する場合と比較して演算量を低減することができ、これによりダイナミックレンジ圧縮処理を含む画像処理を画像に施す際の処理時間を短縮することができる。
また、画像のダイナミックレンジを圧縮する際の圧縮率、ダイナミックレンジを圧縮するための補正量を算出する際に用いられる圧縮テーブルの傾きの大きさ、および画像処理がAE処理を含む場合における明るさ補正量の大きさのいずれかを画像の変化量とすることにより、画像の変化量が所定のしきい値よりも大きいか否かの判定を簡易に行うことができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態による画像処理装置の構成を示す概略ブロック図である。図1に示すように、本実施形態による画像処理装置は、RGBの各色データからなるカラー画像を表す画像データS0の入力を受け付ける画像入力部1、画像データS0に対してダイナミックレンジ圧縮処理を含む画像処理を施して処理済み画像データS3を得る画像処理部2および処理済み画像データS3を再生するプリンタやモニタ等の画像出力部3とを備える。なお、本実施形態においては、画像出力部3を処理済み画像データS3のプリントPを得るプリンタとする。
画像入力部1は、メディアに記録された画像データS0をメディアから読み出すメディアドライブや、ネットワーク経由で送信された画像データS0の入力を受け付ける各種インターフェースからなる。なお、画像データS0はデジタルカメラ等の撮像装置により取得されたものであってもよく、フイルムや原稿に記録された画像を光電的に読み出すことにより取得されたものであってもよい。また、本実施形態においては8ビットの画像データS0が入力されるものとする。
画像処理部2は、画像データS0のビット数を8ビットから10または12ビットに変換してビット変換された画像データS1を得るビット変換部21、画像データS1に対してAE処理を施してAE処理が施された画像データS2を得るAE処理部22、画像データS2により表される画像(以下画像についても同様に参照符号S2を用いる)を解析して、ダイナミックレンジを圧縮する圧縮テーブルT0の傾きを求めるための係数を算出する画像解析部23、画像解析部23が算出した係数に基づいて、画像S0のダイナミックレンジを圧縮する圧縮テーブルT0を生成する圧縮テーブル生成部24、圧縮テーブル生成部24が生成した圧縮テーブルT0によりダイナミックレンジの補正量C0を算出する補正量算出部25、および補正量C0により画像S2のダイナミックレンジを圧縮して処理済み画像データS3を得る圧縮処理部26を備える。
ビット変換部21は、画像データS0のビット数を、8ビットよりも大きい10または12ビットに変換してビット数が変換された画像データS1を得る。
AE処理部22は、画像データS1により表される画像(以下画像についても参照符号S1を用いる)から肌色の領域を顔領域として検出し、顔領域があらかじめ定められた適切な明るさとなるように、画像S1の全画素に所定値を加減算することにより、AE処理が施された画像データS2を得る。これにより、例えば画像S1の各画素から所定値を減算する場合には、図2に示すように、画像S1の濃度の全体が低減されることとなる。なお、AE処理の方法はこれに限定されるものではなく、公知の各種方法を適用することができる。
画像解析部23は、以下のようにして画像S2の圧縮率を設定する。まず、画像解析部23は、下記の式(1)により画像S2の各画素の濃度Yを算出する。なお、R0,G0,B0は、画像S2の各画素のRGBデータである。
Y=0.3125R0+0.3750G0+0.3125B0 (1)
次いで画像解析部23は濃度Yのヒストグラムを求める。図3は濃度YのヒストグラムHを示す図である。画像解析部23は、ヒストグラムHにおいて、ハイライト側およびシャドウ側からの累積相対度数が3%を示す濃度をそれぞれ画像データS2のハイライト濃度Yhおよびシャドウ濃度Ysとして求める。
一方、画像解析部23には画像出力部3が再生可能な最低濃度Dminおよび最高濃度Dmaxの情報が入力されており、画像解析部23は、ハイライト濃度Yhと最低濃度Dminとを比較して、ハイライト濃度Yhの方が最低濃度Dminよりも低い場合には、あらかじめ設定されている基準濃度Y0を中心として、ハイライト濃度Yhが最低濃度Dmin内に収まるようにするための圧縮テーブルT0の傾きを求める係数Phを算出する。一方、画像解析部23は、シャドウ濃度Ysと最高濃度Dmaxとを比較して、シャドウ濃度Ysの方が最高濃度Dmaxよりも高い場合には、あらかじめ設定されている基準濃度Y0を中心として、シャドウ濃度Ysが最高濃度Dmax内に収まるようにするための圧縮テーブルT0の傾きを求める係数Psを算出する。具体的には、下記の式(2)および(3)に示すように係数Ph,Psを算出する。
Ph=(Dmin−Y0)/(Yh−Y0) (2)
Ps=(Dmax−Y0)/(Ys−Y0) (3)
ここで、基準濃度Y0の値としては、例えば画像S0に含まれる被写体が人物である場合、肌色と略同一の濃度である0.50〜0.70の間の値(ビット数に対する割合として)、好ましくは0.6に設定される。
なお、ハイライト濃度Yhが最低濃度Dmin内に収まる場合には係数Phは算出されず、シャドウ濃度Ysが最高濃度Dmax内に収まる場合には係数Psは算出されない。
圧縮テーブル生成部24は、画像解析部23が設定した係数Ph,Psに基づいて圧縮テーブルT0を生成する。図4は圧縮テーブルの例を示す図である。図4に示すように圧縮テーブルT0において、Y0は上述した基準濃度であり、直線部分の傾きはハイライト側(すなわち基準濃度Y0よりも左側)ではPh−1、シャドウ側(すなわち基準濃度Y0よりも右側)ではPs−1となっている。
なお、画像解析部23において、係数Psが算出されなかった場合は図5に示すようにハイライト部のみを圧縮する圧縮テーブルT0が生成される。また、係数Phが算出されなかった場合には図6に示すようにシャドウ部のみを圧縮する圧縮テーブルT0が生成される。本実施形態においては、図4に示すようにシャドウ部およびハイライト部の双方を圧縮する圧縮テーブルT0が生成されたものとする。
ここで、圧縮テーブルT0において、傾きが変化する部分(すなわち基準濃度Y0の点)が不連続であると、処理済み画像にアーチファクトが生じる場合があるため、傾きが連続するような関数を設定することにより、アーチファクトの発生を防止することができる。
補正量算出部25は、上述した式(1)により画像S2の各画素の濃度Yを算出する。そして、生成された圧縮テーブルT0のハイライト側の傾きの大きさ|Ph−1|がしきい値Th1より大きくかつシャドウ側の傾きの大きさ|Ps−1|がしきい値Th2より大きいかを判定する。そして、この判定が肯定された場合には、ダイナミックレンジを圧縮することにより、ダイナミックレンジ圧縮処理により画像S2に含まれる細かなテクスチャのつぶれが大きくなるため、画像S2に対して所定サイズのローパスフィルタによるフィルタリング処理を施して、ボケ濃度Y′からなるボケ画像S2′を得る。ここで、ローパスフィルタのサイズが小さ過ぎると鮮鋭度が不自然に強調されたり、エッジ部分のオーバーシュートが目立つようになってしまう。一方、顔等の主要な被写体が小さいときにボケマスクの効果があまり現れなかったり、演算量が多くなって装置の規模が大きくなってしまうという欠点が生じる。このため、本実施形態においてはこのようなことが生じないようにローパスフィルタのサイズを設定する。
そして、ボケ濃度Y′を用いて圧縮テーブルT0を参照して得られる値LutDR(Y′)をダイナミックレンジの補正量C0として算出する。
一方、上記判定が否定された場合には、ダイナミックレンジ圧縮処理による画像S2の変化量は小さく、画像S2に含まれる細かなテクスチャのつぶれも小さいため、ボケ濃度Y′ではなく、濃度Yを用いて圧縮テーブルT0を参照して得られる値LutDR(Y)をダイナミックレンジの補正量C0として算出する。
圧縮処理部26は、画像データS2に対して補正量算出部25が算出した補正量C0に基づいてダイナミックレンジ圧縮処理を施す。具体的には、下記の式(4)〜(6)に示すように、画像S2の各画素のRGB各色データR0,G0,B0に対して、補正量C0を加算することにより、処理済みのRGB各色データR1,G1,B1を得る。
R1=R0+C0 (4)
G1=G0+C0 (5)
B1=B0+C0 (6)
そして圧縮処理部26は、処理済みのRGB各色データR1,G1,B1からなる処理済み画像データS3を画像出力部3に出力する。
これにより、図2に示すように、基準濃度Y0を中心として画像S2のハイライト側の濃度が高められ、シャドウ側の濃度が低められることにより、画像S2のダイナミックレンジが圧縮される。
画像出力部3は、処理済み画像データS3のビット数を8ビットに変換してプリント出力して処理済み画像のプリントPを得る。
次いで、本実施形態の動作について説明する。図7は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、画像入力部1が画像データS0の入力を受け付ける(ステップS1)。次いで、ビット変換部21が画像データS0のビット数を変換して画像データS1を得(ステップS2)、AE処理部22が画像データS1をAE処理して画像データS2を得る(ステップS3)。そして、画像解析部23が係数Ph,Psを算出し(ステップS4)、圧縮テーブル生成部24が係数Ph,Psに基づいて圧縮テーブルT0を生成する(ステップS5)。
次いで、補正量算出部25が画像S2の各画素の濃度Yを算出し(ステップS6)、圧縮テーブルT0のハイライト側の傾きの大きさ|Ph−1|がしきい値Th1より大きくかつシャドウ側の傾きの大きさ|Ps−1|がしきい値Th2より大きいかを判定する(ステップS7)。ステップS7が肯定されると濃度Yのボケ濃度Y′からなるボケ画像S2′を生成し(ステップS8)、圧縮テーブルT0を参照してボケ濃度Y′からダイナミックレンジの補正量C0を算出する(ステップS9)。一方、ステップS7が否定されると濃度Yからダイナミックレンジの補正量C0を算出する(ステップS10)。
そして圧縮処理部26が補正量C0により画像S2のダイナミックレンジを圧縮して処理済み画像データS3を得(ステップS11)、画像出力部3が処理済み画像データS3をプリント出力し(ステップS12)、処理を終了する。
このように、本実施形態においては、圧縮テーブルT0のハイライト側の傾きの大きさ|Ph−1|がしきい値Th1より大きくかつシャドウ側の傾きの大きさ|Ps−1|がしきい値Th2より大きいか否かを判定し、この判定が肯定された場合には画像S2のボケ画像S2′を生成してボケ濃度Y′からダイナミックレンジの補正量C0を算出し、否定された場合には画像S2のボケ画像S2′を生成することなくダイナミックレンジの補正量C0を算出するようにしたものである。このため、圧縮テーブルT0の傾きが小さく、ダイナミックレンジ圧縮処理による画像の変化量が小さい場合には、ボケ濃度Y′から補正量C0を算出する場合と比較して演算量を低減することができ、これによりダイナミックレンジ圧縮処理を施す際の処理時間を短縮することができる。
なお、上記実施形態においては、圧縮テーブルT0のハイライト側の傾きの大きさ|Ph−1|がしきい値Th1より大きくかつシャドウ側の傾きの大きさ|Ps−1|がしきい値Th2より大きい場合に、ボケ濃度Y′からダイナミックレンジの補正量C0を算出しているが、圧縮テーブルT0のハイライト側の傾きの大きさ|Ph−1|がしきい値Th1より大きいかまたはシャドウ側の傾きの大きさ|Ps−1|がしきい値Th2より大きい場合に、ボケ濃度Y′からダイナミックレンジの補正量C0を算出してもよい。なお、図5に示すように、ハイライト側のダイナミックレンジを圧縮する圧縮テーブルT0が求められた場合には、ハイライト側の傾きの大きさ|Ph−1|がしきい値Th1より大きいか否かを判定し、図6に示すようにシャドウ側のダイナミックレンジを圧縮する圧縮テーブルT0が求められた場合には、シャドウ側の傾きの大きさ|Ph−1|がしきい値Th1より大きいか否かを判定すればよい。
また、上記実施形態においては、画像解析部23および圧縮テーブル生成部24において圧縮テーブルT0を生成しているが、あらかじめ用意された圧縮テーブル(T1とする)を用いてダイナミックレンジの補正量C0を算出してもよい。図8はあらかじめ用意された圧縮テーブルT1の例を示す図である。このような圧縮テーブルT1を用いて画像S2のダイナミックレンジを圧縮した場合、図9に示すようにハイライト側の濃度が高められ、シャドウ側の濃度が低められた処理済み画像S3を得ることができるが、ハイライト側において濃度Ykよりも低い濃度域は画像出力部3において再現することができない。
このため、あらかじめ用意された圧縮テーブルT1を用いる場合、画像出力部3において再現可能な最低濃度Ykを求め、圧縮テーブルT1上において濃度Ykの補正量LutDR(Yk)を求め、補正量LutDR(Yk)をダイナミックレンジ圧縮率とし、ダイナミックレンジ圧縮率が所定のしきい値Th3よりも大きいか否かを判定してもよい。この場合、この判定が肯定されると、ダイナミックレンジ圧縮処理により画像に含まれる細かなテクスチャのつぶれが大きくなるため、ボケ濃度Y′からダイナミックレンジの補正量C0を算出し、上記判定が否定されると、画像処理による画像の変化量は小さく、画像S2に含まれる細かなテクスチャのつぶれも小さいため、濃度Yからダイナミックレンジの補正量C0を算出すればよい。
なお、圧縮テーブルT1は非線形であることから濃度Ykにおける微分値を求め、この微分値の大きさが所定のしきい値Th4よりも大きいか否かを判定してもよい。また、AE処理部22における所定値(すなわち画像S1から画像S2を得るために、画像S2から加減算する値)が所定のしきい値Th5よりも大きいか否かを判定してもよい。
これらの場合、上記判定が肯定されると、ダイナミックレンジ圧縮処理により画像に含まれる細かなテクスチャのつぶれが大きくなるため、ボケ濃度Y′からダイナミックレンジの補正量C0を算出し、上記判定が否定されると、画像処理による画像の変化量は小さく、画像S2に含まれる細かなテクスチャのつぶれも小さいため、濃度Yからダイナミックレンジの補正量C0を算出すればよい。
本発明の実施形態による画像処理装置の構成を示す概略ブロック図 AE処理およびダイナミックレンジ圧縮処理を説明するための図 濃度のヒストグラムを示す図 シャドウ側およびハイライトのダイナミックレンジを圧縮する圧縮テーブルの例を示す ハイライト側のダイナミックレンジを圧縮する圧縮テーブルの例を示す図 シャドウ側のダイナミックレンジを圧縮する圧縮テーブルの例を示す図 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート あらかじめ用意された圧縮テーブルの例を示す図 図8に示す圧縮テーブルを用いたダイナミックレンジ圧縮処理を説明するための図
符号の説明
1 画像入力部
2 画像処理部
3 画像出力部
21 ビット変換部
22 AE処理部
23 画像解析部
24 圧縮テーブル生成部
25 補正量算出部
26 圧縮処理部

Claims (4)

  1. 画像を表す画像データに基づいて、該画像のダイナミックレンジを圧縮するための補正量を算出する補正量算出手段と、該補正量により前記画像データを補正して前記画像のダイナミックレンジを圧縮する処理を含む画像処理を前記画像に施すことにより、ダイナミックレンジが圧縮された処理済み画像を得る処理手段とを備えた画像処理装置において、
    前記画像処理による画像の変化量が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する判定手段をさらに備え、
    前記補正量算出手段は、前記判定が肯定された場合、前記画像のボケ画像を生成して該ボケ画像から前記補正量を算出し、前記判定が否定された場合、前記画像から前記補正量を算出する手段であることを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記判定手段は、前記ダイナミックレンジを圧縮する際の圧縮率の大きさ、該補正量を算出する際に用いられる圧縮テーブルの傾きの大きさ、および前記画像処理がAE処理を含む場合における濃度補正量の大きさを前記画像の変化量として、前記判定を行う手段であることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
  3. 画像を表す画像データに基づいて、該画像のダイナミックレンジを圧縮するための補正量を算出し、該補正量により前記画像データを補正して前記画像のダイナミックレンジを圧縮する処理を含む画像処理を前記画像に施すことにより、ダイナミックレンジが圧縮された処理済み画像を得る画像処理方法において、
    前記画像処理による画像の変化量が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定し、
    前記判定が肯定された場合、前記画像のボケ画像を生成して該ボケ画像から前記補正量を算出し、前記判定が否定された場合、前記画像から前記補正量を算出することを特徴とする画像処理方法。
  4. 画像を表す画像データに基づいて、該画像のダイナミックレンジを圧縮するための補正量を算出し、該補正量により前記画像データを補正して前記画像のダイナミックレンジを圧縮する処理を含む画像処理を前記画像に施すことにより、ダイナミックレンジが圧縮された処理済み画像を得る画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
    前記画像処理による画像の変化量が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する手順と、
    前記判定が肯定された場合、前記画像のボケ画像を生成して該ボケ画像から前記補正量を算出し、前記判定が否定された場合、前記画像から前記補正量を算出する手順とを有することを特徴とするプログラム。
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