JP2005303481A - 階調補正装置および階調補正方法、電子情報機器装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 階調分布曲線が一様な画像から階調分布曲線に偏りのある画像まで、様々な画像に対して良好に階調補正できる。
【解決手段】 元の画像信号に対して低域透過フィルタ６を通し、その出力信号に対して累積分布曲線作成手段３にて累積分布曲線を求め、階調補正曲線作成手段４にて正規化したものを階調補正曲線とする。さらに、割り算処理部７および掛け算処理部８ｒ、８ｇ、８ｂにより元の入力画像信号Ｒ（ｎ）、Ｇ（ｎ）、Ｂ（ｎ）をその階調補正曲線に基づいて階調補正する。これにより、特定の濃度だけ極端に多くの階調が割り振られ、ノイズやエッジが強調されすぎるのを防ぐことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露出の過不足などの理由で階調差が少ない画像や、逆光状態で撮影され被写体光の階調が失われた画像など、階調の過不足が原因で品質が劣化した画像を、階調が豊かな画像に補正可能とする階調補正装置および階調補正方法、これを用いた電子情報機器に関する。

従来からある銀塩フィルムによる写真撮影の頃から、露出の過不足などの理由で階調差が少ない画像や、逆光状態で撮影され被写体光の階調が失われた画像など、階調の過不足が原因で画像の品質が劣化することが問題となり、各種対策が検討されてきた。

近年、固体撮像素子を用いたムービーや電子スチルカメラ、携帯電話装置などの電子情報機器が普及している。固体撮像素子は銀塩フィルムに比べ一般にダイナミックレンジが広く、映像信号に対してデジタル処理により複雑な画像処理を施すことが可能となった。これにより、露出の過不足や逆光撮影された画像に対しても、適切に階調補正ができるようになってきている。

例えば特許文献１に開示されている階調補正方法は、対象画像信号の輝度階調分布を求め、その累積分布曲線を正規化したものを階調補正曲線として使用する階調補正方法である。これを図７に示している。

図７において、まず、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の画像信号から輝度信号作成手段１にて輝度信号を作成する。この輝度信号ｐ（ｎ）は、例えば、
ｐ（ｎ）＝０．２９９×Ｒ（ｎ）＋０．５８７×Ｇ（ｎ）＋０．１１４×Ｂ（ｎ）
ｎ：画像を構成する画素の番号で、０〜ｍａｘｎの値をとるものとする。

Ｒ（ｎ）：ｎ番目の画素の赤の色信号で、０〜ｍａｘｖの値をとるものとする。

Ｇ（ｎ）：ｎ番目の画素の緑の色信号で、０〜ｍａｘｖの値をとるものとする。

Ｂ（ｎ）：ｎ番目の画素の青の色信号で、０〜ｍａｘｖの値をとるものとする。
で求めればよい。

次に、輝度値の分布を集計する輝度分布曲線作成手段２により輝度分布ｇ（ｖ）を求める。ここで、ｖは、階調を示し、０〜ｍａｘｖの値をとる。この情報から累計輝度分布曲線作成手段３により累計輝度分布曲線ａ（ｖ）を求める。

累計輝度分布曲線ａ（ｖ）は、
ｖ
ａ（ｖ）＝∫ｇ（ｘ）ｄｘ
０
で求める。

この値を階調補正曲線作成手段４により正規化して、階調補正曲線ｈ（ｖ）を求める。

階調補正曲線ｈ（ｖ）は、
ｈ（ｖ）＝ｍａｘｖ×ａ（ｖ）／ａ（ｍａｘｖ）
で求める。

この曲線を階調補正部５ｒ、５ｇ、５ｂにて元の画像信号Ｒ（ｎ）、Ｇ（ｎ）、Ｂ（ｎ）に対して適用し、階調補正後の信号ｈ（Ｒ（ｎ））、ｈ（Ｇ（ｎ））、ｈ（Ｂ（ｎ））を求める。

これにより、例えば図８（ａ）のように輝度の低い部分の分布が多い暗い画像の場合には、輝度累計分布曲線は図８（ｂ）のようになり、階調補正曲線は図８（ｃ）のようになって、階調補正後の輝度分布は図８（ｄ）のようになる。つまり、輝度の低い部分の分布の多い暗い部分の階調が豊富なものとなり、結果的に明るくて黒つぶれの少ない画像になる。

このように、特許文献１の階調補正方法では、分布の多い濃度により多くの階調を与え、分布の少ない濃度にはより少ない階調を与えることで、対象画像信号の階調分布が一定になるように補正されている。全階調に渡って濃度分布がある画像に対しては、適切に補正されるが、特定の濃度に分布が集中している画像に対しては、不用意にノイズやエッジが強調されすぎる。また、途中の階調が抜けている場合、抜けている階調がスキップされ、階調補正後には抜けている階調の前後の濃度が繋がってしまい、不自然な画像となってしまったりする。

例えば図９（ａ）の輝度分布曲線ように輝度の低い部分と輝度の高い部分の両方に分布するような逆光画像の場合には、輝度累計分布曲線は図９（ｂ）のようになり、階調補正曲線は図９（ｃ）のようになって、階調補正後の輝度分布曲線は図９（ｄ）のようになる。ここで、図９（ｄ）の輝度分布を見ると、輝度の低い部分と輝度の高い部分の差がなくなっている。

この階調補正方法を改善した方法として特許文献２がある。この階調補正方法は、前述したように累積分布曲線を正規化して求まる階調補正曲線と全く階調の変化のない線形特性の中間の補正曲線を求め、階調補正する階調補正方法である。

つまり、階調補正曲線作成手段４により階調補正曲線を求める際に、階調補正曲線ｈ（ｖ）または累計輝度分布曲線ａ（ｖ）から、
ｈ’（ｖ）＝ｍ×ｈ（ｖ）＋（１−ｍ）×ｖ＝ｍ×ｍａｘｖ×ａ（ｖ）／ａ（ｍａｘｖ）＋（１−ｍ）×ｖ
ｍ：０〜１．０までの値で、０に近いほど線形特性に近づき、１．０に近いほど累計輝度分布曲線に近づく。
で求まるｈ’（ｖ）を階調補正曲線にする階調補正方法である。

これにより、例えば図１０（ａ）の輝度分布曲線ように輝度の低い部分と輝度の高い部分の両方に分布するような逆光画像の場合、輝度累計分布曲線は図１０（ｂ）のようになり、階調補正曲線は図１０（ｃ）のようになって、階調補正後の輝度分布曲線は図１０（ｄ）のようになる。

ここで、図１０（ｄ）の階調補正後の輝度分布曲線を見ると、元の輝度分布曲線である図１０（ａ）の低い部分と輝度の高い部分に相当する輝度分布が残り、極端な階調補正とならないため、比較的自然な画像となる。

しかし、例えば図１１（ａ）のように輝度の低い部分の分布が多い暗い画像の場合、輝度累計分布曲線は図１１（ｂ）のようになり、階調補正曲線は図１１（ｃ）のようになって、階調補正後の輝度分布曲線は図１１（ｄ）のようになる。これと図８（ａ）〜図８（ｄ）とを比べると、階調補正の効果が弱く、特許文献１の方式の方が望ましいことが分かる。

つまり、図１１（ａ）のような画像の輝度分布曲線では、階調補正曲線ｈ’（ｖ）を求める際のｍは１．０に近い特許文献１の方式の方がよいし、図１０（ａ）のような画像の輝度分布曲線では、階調補正曲線ｈ’（ｖ）を求める際のｍは０に近い特許文献２の方式の方がよい。
特開昭６０−１３９０８０号公報 特開平１−２８８４４８号公報

上記従来の特許文献２では、途中の階調が抜けていた場合、その前後の濃度が繋がるのをある程度防ぐことができる。しかし、画像の階調分布曲線における集中の度合いに応じて累積分布曲線に近づけるべきか、線形特性に近づけるべきか変える必要がある。具体的には、全階調に渡って濃度分布がある画像に対しては累積分布曲線に近づけた方がよいし、複数の特定濃度に分布が集中している画像に対しては線形特性に近づけた方がよい。要するに、複数の階調補正曲線から適当な曲線を選択できるように構成すればよいが、現時点では、どのような基準で適当な曲線を選択すればよいのかが明確ではない。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、階調分布曲線が一様な画像から階調分布曲線に偏りのある画像まで、様々な画像に対して良好に階調補正できる階調補正装置および階調補正方法、これを用いた電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の階調補正装置は、入力画像信号の低域成分を取り出す低域透過フィルタ手段と、該低域透過フィルタ手段からの出力信号における階調の累積分布を求める統計処理手段と、該統計処理手段からの出力信号を正規化して階調補正曲線を求め、元の入力画像信号を該階調補正曲線に基づいて階調補正する階調補正処理手段とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の階調補正装置は、入力画像信号の階調分布を求める階調分布処理手段と、該統計処理手段で求めた階調分布に対して低域成分を取り出す低域透過フィルタ手段と、該低域透過フィルタ手段からの出力信号における階調の累積分布を求める統計処理手段と、該統計処理手段からの出力信号を正規化して階調補正曲線を求め、元の入力画像信号を該階調補正曲線に基づいて階調補正する階調補正処理手段とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

さらに、好ましくは、本発明の階調補正装置は、入力画像信号を平均化しながら縮小する縮小処理手段と、該縮小処理手段からの出力信号における階調の累積分布を求める統計処理手段と、該統計処理手段からの出力信号を正規化して階調補正曲線を求め、元の入力画像信号を該階調補正曲線に基づいて階調補正する階調補正処理手段とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

さらに、好ましくは、本発明の階調補正装置における階調補正処理手段は、前記統計処理手段からの出力信号から、
ｈ（ｖ）＝ｍ×ｖ＋（１−ｍ）×ａ（ｖ） ０＜ｍ＜１．０
ｖ：元の画像の階調
ａ（ｖ）：正規化された階調の累積分布曲線
で求まるｈ（ｖ）を階調補正曲線とし、元の入力画像信号を前記階調補正曲線に基づいて階調補正する。

さらに、好ましくは、本発明の階調補正装置における低域透過フィルタは低域透過特性を変更可能とし、前記統計処理手段は、階調分布を求めたときに、総サンプル数に比例した規定値を決め、階調分布の最大値と最小値間で頻度が該規定値未満になる階調があった場合に、該頻度が該規定値未満にならないように、該低域透過フィルタの低域透過特性を変更する。

さらに、好ましくは、本発明の階調補正装置における縮小処理手段は縮小率を変更可能とし、前記統計処理手段は、階調分布を求めたときに、総サンプル数に比例した規定値を決め、階調分布の最大値と最小値間で頻度が該規定値未満になる階調があった場合に、該頻度が該規定値未満にならないように、該縮小処理手段の縮小率を上げて、より多くの画像信号の平均をとるようにする。

本発明の階調補正方法は、カラーの入力画像信号を輝度信号と色差信号に分ける信号処理手段と、該信号処理手段で生成された輝度信号について、請求項１〜６のいずれかに記載の階調補正装置による階調補正処理を行い、該階調補正装置からの出力信号に最初の色差信号を用いてカラー画像に戻すものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の電子情報機器は、固体撮像素子で撮像された画像信号に対して、請求項１〜６のいずれかに記載の階調補正装置による階調補正処理を行い、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の電子情報機器における階調補正処理後の画像信号を、表示装置、印字装置、記録装置および情報伝送装置の少なくともいずれかに出力して各種処理を行う。

上記構成により、以下、本発明の作用について説明する。

上記課題の通り、階調分布で途中の濃度が抜けていたり、特定の濃度に分布が集中していた場合に適切に階調補正を行うのが難しくなる。

このような階調分布の偏りを取り除く方法の一つとして、低域透過フィルタ手段を通すことが考えられる。元の画像信号に対して低域透過フィルタ手段を通し、その信号に対して累積分布曲線を求め、正規化したものを階調補正曲線とする。これにより、特定の濃度だけ極端に多くの階調が割り振られ、ノイズやエッジが強調されすぎるのを防ぐことができる。

また別の方法として、階調分布に低域透過フィルタ手段を通す方法が考えられる。つまり、各階調の頻度を、前後の階調の頻度と平均化してしてしまう方法である。階調分布に低域透過フィルタ手段を通し、それから累積分布曲線を求め、正規化したものを階調補正曲線とする。この方法でも同様に、特定の濃度だけ極端に多くの階調が割り振られ、ノイズやエッジが強調されすぎるのを防ぐことができる。

また、処理を高速化するために、複数の画像データを平均化しながら縮小し、縮小した画像信号に対して累積分布曲線を求め、正規化したものを階調補正曲線とする。この方法は、画像信号に低域透過フィルタ手段を通すのと同じ効果があり、かつサンプリング数が減るため、累積分布曲線を短時間で求めることができる効果もあり、処理を高速化することが可能となる。

また、これらの処理で、低域透過フィルタ手段の特性を可変とすることで、より広範囲の画像に対して適切な階調補正処理が行える。具体的には、最初は比較的高い周波数の低域透過フィルタ手段を用いて階調分布を求め、途中の階調の分布が一定の比率より少ない場合、より低い周波数の低域透過フィルタ手段に変更し、途中の階調の分布が一定の比率以上になるように低域透過フィルタ手段の周波数を下げればよい。

また、装置によっては補正の効果を弱めた方がより良い効果が得られる場合があるので、これらの累積分布曲線と線形分布の中間の曲線にすることも考えられる。

以上、説明したとおり、階調が全体的に分布している画像については比較的強い階調補正がかかり、階調分布で途中の濃度が抜けていたり、特定の濃度に分布が集中している画像については比較的弱い階調補正にすることができ、様々な画像データに対して、適切に階調補正が可能である。

また、縮小手段を用いることで、処理を高速化することも可能である。

以下に、本発明の階調補正装置の実施形態１〜３を電子情報機器における階調補正処理部の実施形態４に適用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の階調補正装置の実施形態１における要部構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、階調補正装置２１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の各画像信号から輝度信号ｐ（ｎ）を作成する輝度信号作成手段１と、輝度信号ｐ（ｎ）の低域部分を出力信号ｐ１（ｎ）とする低域透過フィルタ６と、この出力信号ｐ１（ｎ）に対して輝度分布曲線ｇ１（ｖ）を求める輝度分布曲線作成手段２と、累積分布曲線ａ１（ｖ）を求める累積輝度分布曲線作成手段３と、この累積分布曲線ａ１（ｖ）を正規化し、階調補正曲線ｈ１（ｖ）を求める階調補正曲線作成手段４と、輝度信号ｐ（ｎ）と階調補正曲線ｈ１（ｖ）に基づいて、階調補正後のＲ，Ｇ，Ｂの色情報を求める割り算処理部７および掛け算処理部８ｒ、８ｇ、８ｂとを有している。

上記構成により、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の各画像信号から輝度信号作成手段１により輝度信号ｐ（ｎ）を作成する。この場合のｎは画像を構成する画素の番号であり、１〜ｍａｘｎ（総画素数）までの値をとるものとする。その輝度信号を低域透過フィルタ６に通し、出力信号をｐ１（ｎ）とする。なお、画像信号ｐ（ｎ）、ｐ１（ｎ）は０〜ｍａｘｖの値をとるものとする。

その出力信号ｐ１（ｎ）について、輝度分布曲線作成手段２により分布曲線ｇ１（ｖ）を求める。この場合のｖは階調をあらわし、０〜ｍａｘｖの値である。

その後、累積輝度分布曲線作成手段３により累積分布曲線ａ１（ｖ）を、
ｖ
ａ１（ｖ）＝∫ｇ１（ｘ）ｄｘ
０
で求める。

これを階調補正曲線作成手段４により正規化し、階調補正曲線ｈ１（ｖ）を、
ｈ１（ｖ）＝ｍａｘｖ×ａ１（ｖ）／ａ１（ｍａｘｖ）
で求める。

輝度信号ｐ（ｎ）にこの階調補正曲線ｈ１（ｖ）を適応すると、補正後の輝度信号ｑ１（ｎ）は、
ｑ１（ｎ）＝ｈ１（ｐ（ｎ））
となる。

階調補正後のＲ，Ｇ，Ｂの色情報Ｒ’（ｎ），Ｇ’（ｎ），Ｂ’（ｎ）は、割り算処理部７と掛け算処理部８ｒ、８ｇ、８ｂにより、
Ｒ’（ｎ）＝Ｒ（ｎ）×ｑ１（ｎ）／ｐ（ｎ）＝Ｒ（ｎ）×ｈ１（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
Ｇ’（ｎ）＝Ｇ（ｎ）×ｑ１（ｎ）／ｐ（ｎ）＝Ｇ（ｎ）×ｈ１（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
Ｂ’（ｎ）＝Ｂ（ｎ）×ｑ１（ｎ）／ｐ（ｎ）＝Ｂ（ｎ）×ｈ１（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
で求められる。

ここで、Ｒ（ｎ）：Ｇ（ｎ）：Ｂ（ｎ）＝Ｒ’（ｎ）：Ｇ’（ｎ）：Ｂ’（ｎ） でＲ，Ｇ，Ｂの比率を変化させないことが重要である。

装置によっては、この階調補正曲線では、補正が強すぎる場合がある。そのような場合は、累積分布曲線ａ（ｖ）と、全く階調補正されない線形特性ｖの中間をとって、
ｈ２（ｖ）＝ｍ×ｈ１（ｖ）＋（１−ｍ）×ｖ＝ｍ×ｍａｘｖ×ａ１（ｖ）／ａ１（ｍａｘｖ）＋（１−ｍ）×ｖ
を階調補正曲線とすればよい。

なお、ｍは０〜１．０までの値で、０に近いほど線形特性に近づき、１に近いほど累積分布曲線に近く。
（実施形態２）
上記実施形態１では、輝度信号作成手段１と輝度分布曲線作成手段２間に低域透過フィルタ６を装入したが、これと同様の効果のある方法として、本実施形態２では、輝度分布曲線作成手段２で作成した階調分布に低域透過フィルタ９を通す場合である。

図２は、本発明の階調補正装置の実施形態２における要部構成例を示すブロック図である。

図２に示すように、階調補正装置２２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の各画像信号から輝度信号ｐ（ｎ）を作成する輝度信号作成手段１と、この輝度信号ｐ（ｎ）に対して輝度分布曲線ｇ（ｖ）を求める輝度分布曲線作成手段２と、輝度分布曲線ｇ（ｖ）の低域部分を輝度分布曲線ｇ３（ｖ）として出力する低域透過フィルタ９と、累積分布曲線ａ３（ｖ）を求める累積輝度分布曲線作成手段３と、この累積分布曲線ａ３（ｖ）を正規化し、階調補正曲線ｈ３（ｖ）を求める階調補正曲線作成手段４と、輝度信号ｐ（ｎ）と階調補正曲線ｈ３（ｖ）に基づいて、階調補正後のＲ，Ｇ，Ｂの色情報を求める割り算処理部１０および掛け算処理部８ｒ、８ｇ、８ｂとを有している。

上記構成により、まず、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の各画像信号から輝度信号作成手段１により輝度信号ｐ（ｎ）を作成する。この輝度信号ｐ（ｎ）について、輝度分布曲線作成手段２により輝度分布曲線ｇ（ｖ）を求める。この輝度分布曲線ｇ（ｖ）を低域透過フィルタ９に通した結果を輝度分布曲線ｇ３（ｖ）とする。

累積輝度分布曲線作成手段３にて累積分布曲線ａ３（ｖ）を、
ｖ
ａ３（ｖ）＝∫ｇ３（ｘ）ｄｘ
０
で求める。

これを階調補正曲線作成手段４により正規化し、階調補正曲線ｈ３（ｖ）を、
ｈ３（ｖ）＝ｍａｘｖ×ａ３（ｖ）／ａ３（ｍａｘｖ）
で求める。

以降、図１の説明と同様に、階調補正後のＲ，Ｇ，Ｂの色情報Ｒ’（ｎ），Ｇ’（ｎ），Ｂ’（ｎ）は、割り算処理部１０と掛け算処理部８ｒ、８ｇ、８ｂにより、
Ｒ’（ｎ）＝Ｒ（ｎ）×ｈ３（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
Ｇ’（ｎ）＝Ｇ（ｎ）×ｈ３（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
Ｂ’（ｎ）＝Ｂ（ｎ）×ｈ３（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
で求められる。
（実施形態３）
本実施形態３では、処理を高速化するために、輝度信号について複数の画像データを平均化しながら縮小し、後は図１の場合と同様の方法で階調補正を行う場合である。

図３は、本発明の階調補正装置の実施形態３における要部構成例を示すブロック図である。

図３に示すように、階調補正装置２３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の各画像信号から輝度信号ｐ（ｎ）を作成する輝度信号作成手段１と、この輝度信号ｐ（ｎ）が四つ入力されるまで待ち、四つ入力されたらそれらの平均値ｐ４（ｎ）を求める縮小手段１１と、この平均値ｐ４（ｎ）に対して輝度分布曲線ｇ（ｖ）を求める輝度分布曲線作成手段２と、累積分布曲線ａ４（ｖ）を求める累積輝度分布曲線作成手段３と、この累積分布曲線ａ４（ｖ）を正規化し、階調補正曲線ｈ４（ｖ）を求める階調補正曲線作成手段４と、輝度信号ｐ（ｎ）と階調補正曲線ｈ４（ｖ）に基づいて、階調補正後のＲ，Ｇ，Ｂの色情報を求める割り算処理部１２および掛け算処理部８ｒ、８ｇ、８ｂとを有している。

図１の低域透過フィルタ６を通すのと同等の効果が得られ、更に輝度分布曲線を求める際のデータ数が削減でき、処理を高速化することが可能となる。

上記構成により、まず、図３に示すように、輝度信号作成手段１から輝度信号ｐ（ｎ）が出力されても、縮小手段１１で輝度信号が四つ入力されるまで待ち、四つ入力されたらそれらの平均値ｐ４（ｎ）を求め、輝度分布曲線作成手段２に渡し、輝度分布曲線作成手段２により輝度分布曲線ｇ４（ｖ）を求める。これにより、データ数は１／４になる。
その後、累積輝度分布曲線作成手段３にて累積分布曲線ａ４（ｖ）を、
ｖ
ａ４（ｖ）＝∫ｇ４（ｘ）ｄｘ
０
で求める。

これを階調補正曲線作成手段４にて正規化し、階調補正曲線ｈ４（ｖ）を、
ｈ４（ｖ）＝ｍａｘｖ×ａ４（ｖ）／ａ４（ｍａｘｖ）
で求める。

以降、図１の説明と同様に、階調補正後のＲ，Ｇ，Ｂの色情報Ｒ’（ｎ），Ｇ’（ｎ），Ｂ’（ｎ）は、割り算処理部１２と掛け算処理部８ｒ、８ｇ、８ｂにより、
Ｒ’（ｎ）＝Ｒ（ｎ）×ｈ４（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
Ｇ’（ｎ）＝Ｇ（ｎ）×ｈ４（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
Ｂ’（ｎ）＝Ｂ（ｎ）×ｈ４（ｐ（ｎ））／ｐ（ｎ）
で求められる。

以上の処理で、低域透過フィルタ６，９の特性を可変とすることにより、より広範囲の画像データに対して適切な階調補正処理が行える。具体的には、最初は比較的高い周波数の低域透過フィルタ６，９を用いて階調分布を求め、途中の階調の分布が一定の比率より少ない場合、より低い周波数の低域透過フィルタ６，９に変更し、途中の階調の分布が一定の比率以上になるように低域透過フィルタ６，９の透過周波数を下げればよい。

本実施形態１〜３の処理では、例えば図４（ａ）のように、輝度の低い部分の分布が多い暗い画像の場合、低域透過フィルタ６，９や縮小手段１１を通してから輝度分布を求めると図４（ａ１）のように、ややなまった分布になる。輝度累計分布曲線は図４（ｂ）のようになり、階調補正曲線は図４（ｃ）のようになって、階調補正後の輝度分布は図４（ｄ）のようになる。つまり、分布の多い暗い部分の階調が豊富となり、結果的に明るくて黒つぶれの少ない画像になる。
また、図５（ａ）のように輝度の低い部分と輝度の高い部分の両方に分布するような逆光画像の場合には、低域透過フィルタ６，９や縮小手段１１を通してから輝度分布を求めると、図５（ａ１）のように、ややなまった分布になる。輝度累計分布曲線は、図５（ｂ）のようになり、階調補正曲線は図５（ｃ）のようになって、階調補正後の輝度分布は図５（ｄ）のようになる。ここで、図４（ｄ）の分布を見ると、元の輝度分布自５（ａ）の低い部分と輝度の高い部分に相当する分布が残り、極端な階調補正とならないため、比較的自然な画像となる。
（実施形態４）
本実施形態４では、上記実施形態１の階調補正処理部２１を用いた製品例について説明する。

図６は、本発明の電子情報機器における実施形態４の構成例を示すブロック図である。

図６に示すように、電子情報機器２４は、集光させるレンズ１３と、光電変換を行って画像データを得る固体撮像素子１４と、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１５と、固体撮像素子１４で撮像した画像信号を一旦、記録する画像信号記録手段１６と、階調補正曲線を求める階調補正処理部２１と、階調補正処理部で補正した階調データを表示画面上に表示する表示装置１７と、階調補正処理部で補正した階調データを紙面上に印字する印字装置１８と、階調補正処理部で補正した階調データを記録する記録装置１９と、階調補正処理部で補正した階調データを送信する送信装置２０とを有している。

上記構成により、レンズ１３により被写体画像光が固体撮像素子１４上に結像する。固体撮像素子１４では光の強度を電気信号に変換し、これをＡ／Ｄ変換器１５に送ってデジタル信号に変換し、画像信号記録手段１６に一度、保存される。この画像信号記録手段１６から画像を読み出して、上記実施形態１の階調補正処理部２１により階調補正曲線を求める。

この階調補正処理部２１により、再度、画像信号記録手段１６から画像データを読み出して、輝度信号作成手段１と割り算処理部５、掛け算処理部８ｒ，８ｇ，８ｂで、階調補正曲線に応じた階調補正を行う。

その後、適切に階調補正された画像を各種機器に出力することにより、表示装置１７で画像を表示画面上に表示したり、印字装置１８で画像を印字したり、記録装置１９に画像を保存したり、送信装置２０により別の機器に画像を送信したりすることができる。

なお、以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、露出の過不足などの理由で階調差が少ない画像や、逆光状態で撮影され被写体光の階調が失われた画像など、階調の過不足が原因で品質が劣化した画像を、階調が豊かな画像に補正可能とする階調補正装置および階調補正方法、これを用いた電子情報機器の分野において、階調分布曲線が一様な画像から階調分布曲線に偏りのある画像まで、様々な画像に対して良好に階調補正できる。

本発明の階調補正装置の実施形態１における要部構成例を示すブロック図である。 本発明の階調補正装置の実施形態２における要部構成例を示すブロック図である。 本発明の階調補正装置の実施形態３における要部構成例を示すブロック図である。 （ａ）は、輝度の低い部分の分布が多い暗い画像の場合の元のデータの輝度分布曲線、（ａ１）は低域透過フィルタ処理後のデータの輝度分布曲線、（ｂ）は、その輝度累計分布曲線、（ｃ）はその階調補正曲線、（ｄ）はその階調補正後の輝度分布曲線である。 （ａ）は、輝度の低い部分と輝度の高い部分の両方に分布するような逆光画像の場合の輝度分布曲線、（ａ１）は、低域透過フィルタ処理後の輝度分布曲線、（ｂ）はその輝度累計分布曲線、（ｃ）はその階調補正曲線、（ｄ）はその階調補正後の輝度分布曲線である。 本発明の電子情報機器における実施形態４の構成例を示すブロック図である。 従来の階調補正装置における要部構成例を示すブロック図である。 （ａ）は、技術文献１において、輝度の低い部分の分布が多い暗い画像の場合の輝度分布曲線、（ｂ）はその輝度累計分布曲線、（ｃ）はその階調補正曲線、（ｄ）は階調補正後の輝度分布曲線である。 （ａ）は、技術文献１において、輝度の低い部分と輝度の高い部分の両方に分布するような逆光画像の場合の輝度分布曲線、（ｂ）はその輝度累計分布曲線、（ｃ）はその階調補正曲線、（ｄ）はその階調補正後の輝度分布曲線である。 （ａ）は、技術文献２において、輝度の低い部分と輝度の高い部分の両方に分布するような逆光画像の場合の輝度分布曲線、（ｂ）はその輝度累計分布曲線、（ｃ）はその階調補正曲線、（ｄ）はその階調補正後の輝度分布曲線である。 （ａ）は、技術文献２において、輝度の低い部分の分布が多い暗い画像の場合の輝度分布曲線、（ｂ）はその輝度累計分布曲線、（ｃ）はその階調補正曲線、（ｄ）は階調補正後の輝度分布曲線である。

符号の説明

１ 輝度信号作成手段
２ 輝度分布曲線作成手段
３ 累積輝度分布曲線作成手段
４ 階調補正曲線作成手段
６、９ 低域透過フィルタ
７、１０、１２ 割り算処理部
８ｒ、８ｇ、８ｂ 掛け算処理部
１１ 縮小手段
１７ 表示装置
１８ 印字装置
１９ 記録装置
２０ 送信装置
２１〜２３ 階調補正装置

Claims (9)

1. 入力画像信号の低域成分を取り出す低域透過フィルタ手段と、該低域透過フィルタ手段からの出力信号における階調の累積分布を求める統計処理手段と、該統計処理手段からの出力信号を正規化して階調補正曲線を求め、元の入力画像信号を該階調補正曲線に基づいて階調補正する階調補正処理手段とを有する階調補正装置。
2. 入力画像信号の階調分布を求める階調分布処理手段と、該統計処理手段で求めた階調分布に対して低域成分を取り出す低域透過フィルタ手段と、該低域透過フィルタ手段からの出力信号における階調の累積分布を求める統計処理手段と、該統計処理手段からの出力信号を正規化して階調補正曲線を求め、元の入力画像信号を該階調補正曲線に基づいて階調補正する階調補正処理手段とを有する階調補正装置。
3. 入力画像信号を平均化しながら縮小する縮小処理手段と、該縮小処理手段からの出力信号における階調の累積分布を求める統計処理手段と、該統計処理手段からの出力信号を正規化して階調補正曲線を求め、元の入力画像信号を該階調補正曲線に基づいて階調補正する階調補正処理手段とを有する階調補正装置。
4. 前記階調補正処理手段は、前記統計処理手段からの出力信号から、
   ｈ（ｖ）＝ｍ×ｖ＋（１−ｍ）×ａ（ｖ） ０＜ｍ＜１．０
   ｖ：元の画像の階調
   ａ（ｖ）：正規化された階調の累積分布曲線
   で求まるｈ（ｖ）を階調補正曲線とし、元の入力画像信号を前記階調補正曲線に基づいて階調補正する請求項１〜３のいずれかに記載の階調補正装置。
5. 前記低域透過フィルタは低域透過特性を変更可能とし、
   前記統計処理手段は、階調分布を求めたときに、総サンプル数に比例した規定値を決め、階調分布の最大値と最小値間で頻度が該規定値未満になる階調があった場合に、該頻度が該規定値未満にならないように、該低域透過フィルタの低域透過特性を変更する請求項１または２に記載の階調補正装置。
6. 前記縮小処理手段は縮小率を変更可能とし、
   前記統計処理手段は、階調分布を求めたときに、総サンプル数に比例した規定値を決め、階調分布の最大値と最小値間で頻度が該規定値未満になる階調があった場合に、該頻度が該規定値未満にならないように、該縮小処理手段の縮小率を上げて、より多くの画像信号の平均をとるようにする請求項３に記載の階調補正装置。
7. カラーの入力画像信号を輝度信号と色差信号に分ける信号処理手段と、該信号処理手段で生成された輝度信号について、請求項１〜６のいずれかに記載の階調補正装置による階調補正処理を行い、該階調補正装置からの出力信号に最初の色差信号を用いてカラー画像に戻す階調補正方法。
8. 固体撮像素子で撮像された画像信号に対して、請求項１〜６のいずれかに記載の階調補正装置による階調補正処理を行う電子情報機器。
9. 前記階調補正処理後の画像信号を、表示装置、印字装置、記録装置および情報伝送装置の少なくともいずれかに出力して各種処理を行う請求項８に記載の電子情報機器。

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