JP2007336419A - Luminance conversion apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a luminance conversion apparatus capable of enhancing contrast of a part in which luminance is not even. <P>SOLUTION: An edge strength calculation section 100 and an edge determination section 101 detect whether each pixel of input pixels is an edge, and a luminance basis edge frequency calculation section 102 generates an edge histogram by adding up the number of edges by luminance. On the other hand, a luminance histogram calculation section 103 generates a luminance histogram by accumulating the number of edges by luminance, a luminance basis edge density calculation section 104 calculates an edge density by luminance with dividing the number of edges by the number of pixels by luminance using the edge and luminance histograms, a luminance conversion LUT generation section 105 generates a luminance conversion table by normalizing an accumulation curve of the edge density with adapting an output width of the luminance, and a luminance conversion section 106 performs luminance conversion using the luminance conversion table. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮像素子より得られる画像に対して輝度変換による補正を施す輝度変換装置に関し、特に、輝度の分布に偏りがあり、コントラストが小さくなっている画像を補正する輝度変換装置に関する。   The present invention relates to a luminance conversion device that performs correction by luminance conversion on an image obtained from an image sensor, and more particularly, to a luminance conversion device that corrects an image in which the luminance distribution is biased and the contrast is small.

従来の輝度変換装置は、輝度の分布に偏りがあり、コントラストが小さくなっている画像を補正するために、ヒストグラム平滑化による手法に過補正を防止する手法を追加して、コントラスト強調を行っている。図６はその構成図であり、図７は従来の輝度変換処理の概略説明図である。   In order to correct an image where the brightness distribution is biased and the contrast is low, the conventional brightness conversion device adds a technique to prevent overcorrection to the technique by histogram smoothing, and performs contrast enhancement. Yes. FIG. 6 is a configuration diagram thereof, and FIG. 7 is a schematic explanatory diagram of a conventional luminance conversion process.

図６において、輝度ヒストグラム作成部６０１では、入力画像の各画素位置における輝度のヒストグラムが作成され、その結果は図７（ａ）に示すグラフになる。輝度変換処理の概要としては、当該ヒストグラムを累積した累積曲線が作成され、出力輝度の範囲に収まるように累積値が正規化されて、輝度変換ルックアップテーブル（輝度変換ＬＵＴ）が作成され、当該輝度変換ＬＵＴを用いて入力画像の輝度変換が行われる。図７（ｂ）は輝度変換ＬＵＴを示している。図７（ａ）の輝度ヒストグラムと図７（ｂ）の輝度変換ＬＵＴを比べると、輝度ヒストグラムで高い頻度になる輝度７０１では、輝度変換ＬＵＴ７０２の傾きが大きくなる。したがって、上記の処理により、コントラストを大きくする輝度変換がなされる。   In FIG. 6, the luminance histogram creation unit 601 creates a luminance histogram at each pixel position of the input image, and the result is the graph shown in FIG. As an outline of the luminance conversion process, a cumulative curve obtained by accumulating the histogram is created, the accumulated value is normalized so that it falls within the output luminance range, and a luminance conversion lookup table (luminance conversion LUT) is created. The luminance conversion of the input image is performed using the luminance conversion LUT. FIG. 7B shows a luminance conversion LUT. When the luminance histogram in FIG. 7A is compared with the luminance conversion LUT in FIG. 7B, the inclination of the luminance conversion LUT 702 becomes larger in the luminance 701 that has a high frequency in the luminance histogram. Therefore, luminance conversion that increases the contrast is performed by the above processing.

ただし、上記の輝度変換処理では、輝度が一定の画素が広範囲にあると、過剰にコントラストが強調される。そこで、従来の輝度変換装置は、輝度ヒストグラムに上限を設ける輝度ヒストグラムリミット部６０２によって過剰なコントラスト強調を防いでいた。図７（ｃ）はリミットを設けた場合の輝度ヒストグラムを示している。図７（ａ）の輝度ヒストグラムがリミット７０３により制限されて、図７（ｃ）の輝度ヒストグラム７０４になる。輝度変換ＬＵＴ作成部６０３は、リミットがかけられた輝度ヒストグラムを累積して輝度変換ＬＵＴを作成し、これにより、図７（ｃ）の輝度変換ＬＵＴ７０５が作成される。輝度変換部６０４は当該輝度変換ＬＵＴにより入力画像の輝度を変換する。このようにして、過剰なコントラスト強調を防止しつつ、コントラストの改善がなされる。   However, in the above-described luminance conversion process, if a pixel having a constant luminance is in a wide range, the contrast is excessively enhanced. Therefore, the conventional luminance conversion apparatus prevents excessive contrast enhancement by the luminance histogram limit unit 602 that sets an upper limit on the luminance histogram. FIG. 7C shows a luminance histogram when a limit is provided. The luminance histogram in FIG. 7A is limited by the limit 703, and becomes the luminance histogram 704 in FIG. The luminance conversion LUT creation unit 603 creates a luminance conversion LUT by accumulating the limited luminance histograms, thereby creating the luminance conversion LUT 705 in FIG. 7C. The luminance conversion unit 604 converts the luminance of the input image using the luminance conversion LUT. In this way, contrast is improved while preventing excessive contrast enhancement.

輝度ヒストグラムを用いる従来の輝度変換装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２００１−１１８０６２号公報 A conventional luminance conversion apparatus using a luminance histogram is disclosed in Patent Document 1, for example.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-118062

しかしながら、従来の輝度変換装置においては、過剰な変換を防ぐ機能を有してはいるが、輝度ヒストグラムに依存した輝度変換を行うため、輝度ヒストグラムの小さい撮影対象を処理したときにコントラストが低下する問題があった。   However, the conventional luminance conversion device has a function of preventing excessive conversion, but performs luminance conversion depending on the luminance histogram, so that the contrast is lowered when a photographing object having a small luminance histogram is processed. There was a problem.

例えば、図８（ａ）の画像が入力されたとする。この入力画像では、建物の壁面８０１に人物８０２が書かれている。壁面８０１には、輝度ヒストグラムの上限に抵触しない程度にグラデーションが掛かっているとする。このような画像が入力された場合、輝度ヒストグラムは、図８（ｂ）に示すグラフになる。図８（ｂ）において、符号８０３は人物の輝度を示し、符号８０４は建物の壁面部分の輝度を示している。この輝度ヒストグラムを累積して得られる輝度変換ＬＵＴは、図８（ｃ）になる。この輝度変換ＬＵＴを用いると、建物の壁面と人物との輝度差（コントラスト）８０５を減少させしまうことになる。   For example, assume that the image of FIG. In this input image, a person 802 is written on the wall surface 801 of the building. It is assumed that gradation is applied to the wall surface 801 so as not to conflict with the upper limit of the luminance histogram. When such an image is input, the luminance histogram becomes a graph shown in FIG. In FIG. 8B, reference numeral 803 indicates the luminance of the person, and reference numeral 804 indicates the luminance of the wall portion of the building. The luminance conversion LUT obtained by accumulating the luminance histogram is as shown in FIG. If this luminance conversion LUT is used, the luminance difference (contrast) 805 between the wall surface of the building and the person is reduced.

上記の例に示されるように、従来の輝度変換装置は、輝度変化が小さく輝度が一様な建物の壁面などを背景に、輝度変化が大きく輝度が一様でない人物などが撮影された場合に、人物などのコントラストを低下させてしまうことがある。   As shown in the above example, the conventional luminance conversion device is used when a person with a large luminance change and a non-uniform luminance is photographed against the background of a building wall where the luminance change is small and the luminance is uniform. The contrast of a person or the like may be reduced.

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、その目的は、上記の例のような場合に、輝度が一様な部分のコントラストを下げ、輝度が一様でない部分のコントラストを強調する好適な輝度変換を行うことができる輝度変換装置を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the conventional problems. The purpose of the present invention is to reduce the contrast of a portion where the luminance is uniform and reduce the contrast of a portion where the luminance is not uniform in the case of the above example. An object of the present invention is to provide a luminance conversion apparatus capable of performing suitable luminance conversion for emphasis.

本発明の輝度変換装置は、入力画像の輝度を輝度変換テーブルを用いて変換し出力画像を得る装置であって、前記入力画像の各画素位置におけるエッジ強度を算出するエッジ強度算出部と、前記エッジ強度から各画素位置がエッジであるか否かを判定するエッジ判定部と、前記エッジの数を輝度別に積算して、輝度別のエッジ数を表すエッジヒストグラムを算出する輝度別エッジ頻度算出部と、入力画像の輝度別の画素数を表す輝度ヒストグラムを算出する輝度ヒストグラム算出部と、前記エッジヒストグラムと前記輝度ヒストグラムを用いて、輝度毎にエッジ数を画素数で除算することにより、輝度別のエッジ密度を算出する輝度別エッジ密度算出部と、前記輝度別のエッジ密度を用いて輝度変換ルックアップテーブルを作成する輝度変換ルックアップテーブル作成部と、前記輝度変換ルックアップテーブル作成部により作成された前記輝度変換ルックアップテーブルを使用して入力画像の輝度を変換する輝度変換部と、を備えている。   The luminance conversion apparatus of the present invention is an apparatus that obtains an output image by converting luminance of an input image using a luminance conversion table, an edge intensity calculation unit that calculates edge intensity at each pixel position of the input image, and An edge determination unit that determines whether or not each pixel position is an edge from the edge intensity, and an edge frequency calculation unit by luminance that calculates the edge histogram representing the number of edges by luminance by integrating the number of edges by luminance A luminance histogram calculation unit for calculating a luminance histogram representing the number of pixels for each luminance of the input image, and by dividing the number of edges by the number of pixels for each luminance by using the edge histogram and the luminance histogram. Luminance-by-brightness edge density calculation unit for calculating edge density and luminance conversion for creating a luminance conversion lookup table using the edge-specific edge density Tsu comprises click and up table forming unit, and a luminance converter for converting the luminance of the input image using the luminance conversion look-up table created by the luminance conversion look-up table forming unit.

この構成により、輝度毎にエッジ数を画素数で除算することにより求められた輝度別のエッジ密度に基づいて輝度変換ルックアップテーブル（輝度変換ＬＵＴ）が作成される。輝度変換ＬＵＴの作成では、エッジ密度をコントラストの評価値としてＬＵＴが作成され、より詳細には、エッジ密度の累積曲線を輝度の出力幅に応じて正規化して輝度変換ＬＵＴが作成される。エッジ密度は、輝度が一様な部分では小さくなり、輝度が一様でない部分で高くなる。したがって、エッジ密度から作成した輝度変換ＬＵＴを用いて変換を行うと、輝度が一様な部分のコントラストが小さくなり、輝度が一様でない部分のコントラストが大きくなる。こうして、本発明によれば、従来のように輝度ヒストグラムに依存して輝度を決定する代わりに、輝度の変化量の程度を表すエッジ密度を用いることにより、輝度が一様な部分のコントラストを下げ、輝度が一様な部分のコントラストを強調する好適な輝度変換を行うことができる。   With this configuration, a luminance conversion lookup table (luminance conversion LUT) is created based on the edge density for each luminance obtained by dividing the number of edges for each luminance by the number of pixels. In creating the brightness conversion LUT, the LUT is created using the edge density as the contrast evaluation value, and more specifically, the brightness conversion LUT is created by normalizing the cumulative curve of the edge density in accordance with the output width of the brightness. The edge density decreases at a portion where the luminance is uniform and increases at a portion where the luminance is not uniform. Therefore, when conversion is performed using the luminance conversion LUT created from the edge density, the contrast of the portion with uniform luminance is reduced, and the contrast of the portion with non-uniform luminance is increased. Thus, according to the present invention, instead of determining the luminance depending on the luminance histogram as in the prior art, the edge density representing the degree of change in luminance is used to reduce the contrast of the portion where the luminance is uniform. Therefore, it is possible to perform suitable luminance conversion that enhances the contrast of a portion with uniform luminance.

また、本発明の輝度変換装置は、前記エッジ強度が所定の閾強度範囲外である画素位置をエッジから除外するエッジリミット部を備えている。   In addition, the luminance conversion apparatus of the present invention includes an edge limit unit that excludes, from the edge, pixel positions whose edge intensity is outside a predetermined threshold intensity range.

この構成により、エッジ強度の上限値が設けられ、エッジ強度が上限値を超える画素位置はエッジから除外される。この構成は、逆光などの照明条件下において、非常に明るい部分と非常に暗い部分がある画像が入力された場合に有利である。このような画像が入力されたときに、両部分の境界でエッジが検出されると、両部分間の輝度差を広げる変換がなされてしまう。しかし、本発明によれば、境界のエッジが検出されないので、境界部分の影響を抑えることができ、これにより、各部分におけるコントラストを強調する変換がなされる。したがって、逆光などの照明条件下の画像のコントラスト感が上昇し、鮮明な画像が得られる。   With this configuration, an upper limit value of edge strength is provided, and pixel positions where the edge strength exceeds the upper limit value are excluded from the edge. This configuration is advantageous when an image having a very bright part and a very dark part is input under illumination conditions such as backlight. When such an image is input, if an edge is detected at the boundary between the two parts, conversion that widens the luminance difference between the two parts is performed. However, according to the present invention, since the boundary edge is not detected, it is possible to suppress the influence of the boundary portion, thereby performing conversion for enhancing the contrast in each portion. Therefore, the contrast of the image under illumination conditions such as backlight is increased, and a clear image can be obtained.

本発明の別の態様は撮像装置であり、この撮像装置は、上述した本発明の輝度変換装置を備え、撮像素子で撮影された画像を前記輝度変換装置で処理する。この態様によっても上述の本発明の利点が得られる。   Another aspect of the present invention is an imaging device, and the imaging device includes the above-described luminance conversion device of the present invention, and processes an image photographed by the imaging element by the luminance conversion device. This aspect also provides the above-described advantages of the present invention.

本発明の別の態様は、入力画像の輝度を輝度変換テーブルを用いて変換し出力画像を得る輝度変換方法であって、前記入力画像の各画素位置におけるエッジ強度を算出し、前記エッジ強度から各画素位置がエッジであるか否かを判定し、前記エッジの数を輝度別に積算して、輝度別のエッジ数を表すエッジヒストグラムを算出し、入力画像の輝度別の画素数を表す輝度ヒストグラムを算出し、前記エッジヒストグラムと前記輝度ヒストグラムを用いて、輝度毎にエッジ数を画素数で除算することにより、輝度別のエッジ密度を算出し、前記輝度別のエッジ密度を用いて輝度変換ルックアップテーブルを作成し、前記輝度変換ルックアップテーブルを使用して入力画像の輝度を変換する。この態様によっても上述の本発明の利点が得られる。   Another aspect of the present invention is a luminance conversion method for obtaining an output image by converting the luminance of an input image using a luminance conversion table, calculating edge strength at each pixel position of the input image, and calculating from the edge strength It is determined whether or not each pixel position is an edge, the number of edges is integrated for each luminance, an edge histogram representing the number of edges for each luminance is calculated, and a luminance histogram representing the number of pixels for each luminance of the input image Using the edge histogram and the brightness histogram, the edge density for each brightness is divided by the number of pixels to calculate the edge density for each brightness, and the brightness conversion look is calculated using the edge density for each brightness. An up table is created, and the luminance of the input image is converted using the luminance conversion lookup table. This aspect also provides the above-described advantages of the present invention.

本発明は、輝度の変化量を表すエッジ密度を輝度変換ＬＵＴ作成に使用することにより、輝度が一様な建物の壁面などを背景に輝度が一様でない人物などが撮影された場合に、輝度が一様な部分のコントラストを下げ、輝度が一様でない部分のコントラストを強調する好適な輝度変換を行うことができるという効果を有する輝度変換装置を提供できる。   The present invention uses the edge density representing the amount of change in luminance to create a luminance conversion LUT, so that when a person with non-uniform luminance is photographed against the background of a wall surface of a building with uniform luminance, the luminance Therefore, it is possible to provide a luminance conversion device having an effect of reducing the contrast of a uniform portion and performing suitable luminance conversion that enhances the contrast of a portion where the luminance is not uniform.

以下、本発明の実施の形態の輝度変換装置について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, a luminance conversion apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における輝度変換装置の構成を図１に示す。図１の輝度変換装置は、撮像素子と共に撮像装置に設けられ、撮像素子からの入力画像である静止画を処理して輝度を変換するように構成される。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows the configuration of the luminance conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention. The luminance conversion apparatus in FIG. 1 is provided in an image pickup apparatus together with an image pickup element, and is configured to process a still image that is an input image from the image pickup element and convert the luminance.

図１において、本実施の形態の輝度変換装置は、入力画像の各画素位置におけるエッジ強度を出力するエッジ強度算出部１００と、エッジ強度からエッジを判定するエッジ判定部１０１と、エッジ判定部１０１により判定されたエッジの数を輝度別に積算してエッジヒストグラムを算出する輝度別エッジ頻度算出部１０２と、入力画像の輝度ヒストグラムを算出する輝度ヒストグラム算出部１０３と、エッジヒストグラムと輝度ヒストグラムを用いて、輝度毎にエッジ数を画素数で除算することで輝度別にエッジ密度を算出する輝度別エッジ密度算出部１０４と、エッジ密度をコントラスト強調の評価値とする輝度変換ＬＵＴを作成する輝度変換ＬＵＴ作成部１０５と、その輝度変換ＬＵＴを使用して入力輝度を変換する輝度変換部１０６とを有する。   In FIG. 1, the luminance conversion apparatus according to the present embodiment includes an edge strength calculation unit 100 that outputs edge strength at each pixel position of an input image, an edge determination unit 101 that determines an edge from the edge strength, and an edge determination unit 101. Using the edge histogram and the luminance histogram, the edge frequency calculation unit 102 for calculating the edge histogram by calculating the edge histogram by integrating the number of edges determined in accordance with the luminance, the luminance histogram calculating unit 103 for calculating the luminance histogram of the input image, and the edge histogram , By dividing the number of edges for each luminance by the number of pixels, an edge density calculation unit 104 for calculating the edge density for each luminance, and a luminance conversion LUT for generating a luminance conversion LUT using the edge density as an evaluation value for contrast enhancement Unit 105, and a luminance conversion unit 106 that converts input luminance using the luminance conversion LUT, A.

上記構成において、エッジ強度算出部１００は、入力画像の各画素位置における輝度と周辺画素の輝度からエッジ強度を算出する。エッジ強度は、各々の着目画素における輝度と周辺画素の輝度の差分で表される。エッジ判定部１０１は、所定の閾値以上のエッジ強度をエッジ強度算出部１００から受け取った場合に、着目画素がエッジであると判定する（この処理おいて、エッジとは、エッジ強度が閾値以上である画素である）。輝度別エッジ頻度算出部１０２は、エッジと判定された画素位置の輝度からヒストグラムを作成し、これにより、輝度別のエッジ数を表すエッジヒストグラムを作成する。   In the above configuration, the edge strength calculation unit 100 calculates the edge strength from the luminance at each pixel position of the input image and the luminance of surrounding pixels. The edge strength is represented by a difference between the luminance of each pixel of interest and the luminance of surrounding pixels. The edge determination unit 101 determines that the pixel of interest is an edge when an edge strength equal to or greater than a predetermined threshold is received from the edge strength calculation unit 100 (in this process, an edge is an edge strength greater than or equal to the threshold). A certain pixel). The brightness-specific edge frequency calculation unit 102 creates a histogram from the brightness of pixel positions determined as edges, and thereby creates an edge histogram representing the number of edges by brightness.

輝度ヒストグラム算出部１０３は、入力画像の輝度別に画素数を算出して、輝度ヒストグラムを作成する。   The luminance histogram calculation unit 103 calculates the number of pixels for each luminance of the input image and creates a luminance histogram.

輝度別エッジ密度算出部１０４は、その輝度ヒストグラムとエッジヒストグラムより、同じ輝度のエッジ数を画素数で割ることで、輝度別エッジ密度を算出する。こうして得られる輝度別エッジ密度は、面積の影響を受けることなく、各輝度における輝度変化の程度を表すパラメータである。輝度変換ＬＵＴ作成部１０５は、輝度別エッジ密度を累積して、出力輝度の範囲に収まるように累積値を正規化し、輝度変換ＬＵＴの作成を行う。この処理では、従来の輝度ヒストグラムの代わりに輝度別エッジ密度が用いられる。輝度変換部１０６は、輝度変換ＬＵＴ作成部１０５により作成された輝度変換ＬＵＴを使用して、入力輝度を変換する。   The luminance-specific edge density calculation unit 104 calculates the luminance-specific edge density by dividing the number of edges having the same luminance by the number of pixels from the luminance histogram and the edge histogram. The brightness-specific edge density thus obtained is a parameter that represents the degree of change in brightness at each brightness without being affected by the area. The luminance conversion LUT creation unit 105 accumulates the edge density for each luminance, normalizes the accumulated value so as to be within the output luminance range, and creates the luminance conversion LUT. In this processing, the edge density by luminance is used instead of the conventional luminance histogram. The luminance conversion unit 106 converts the input luminance using the luminance conversion LUT created by the luminance conversion LUT creation unit 105.

以上のように構成された輝度変換装置について、図２および図３を用いてその動作を説明する。図２は、輝度変換装置の動作を示すフロー図であり、図３は、輝度変換処理の概要を示している。   The operation of the luminance conversion apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the luminance conversion apparatus, and FIG. 3 shows an outline of the luminance conversion processing.

入力画像は、図１のエッジ強度算出部１００、頻度ヒストグラム算出部１０３および輝度変換部１０６へ入力される。エッジ強度算出部１００とエッジ判定部１０１では、以下のようにして、入力画像からエッジが検出される（図２、ステップ１）。   The input image is input to the edge strength calculation unit 100, the frequency histogram calculation unit 103, and the luminance conversion unit 106 in FIG. The edge strength calculation unit 100 and the edge determination unit 101 detect edges from the input image as follows (FIG. 2, step 1).

エッジ強度算出部１００は、入力画像の各画素において、着目画素とその周辺８画素の輝度から、８方向のエッジ強度を算出する。図３（ａ）はその様子を示している。図３（ａ）では、中央の画素が着目画素であり、各矢印は輝度の比較を示している。本実施の形態では、エッジ強度は、着目画素の輝度と各矢印方向の画素の輝度の差分絶対値であり、図示のように着目画素から周辺８方向のエッジ強度が算出される。次に、エッジ判定部１０１で、８方向のエッジ強度それぞれに対して閾値処理を行い、エッジ判定が行われる。ここでは、エッジ強度が閾値以上で有れば、着目画素がエッジであると判定される。判定結果は輝度別エッジ頻度算出部１０２へ出力される。このようにして、エッジ強度算出部１００とエッジ判定部１０１によりエッジが検出される。   The edge strength calculation unit 100 calculates the edge strength in eight directions from the luminance of the pixel of interest and the surrounding eight pixels in each pixel of the input image. FIG. 3A shows this state. In FIG. 3A, the center pixel is the pixel of interest, and each arrow indicates a luminance comparison. In the present embodiment, the edge strength is an absolute difference value between the luminance of the pixel of interest and the luminance of the pixel in the direction of each arrow, and the edge strength in the surrounding eight directions is calculated from the pixel of interest as shown. Next, the edge determination unit 101 performs threshold processing on each of the edge strengths in the eight directions to perform edge determination. Here, if the edge strength is greater than or equal to the threshold value, it is determined that the pixel of interest is an edge. The determination result is output to the luminance-specific edge frequency calculation unit 102. In this way, an edge is detected by the edge strength calculation unit 100 and the edge determination unit 101.

次に、輝度別エッジ頻度算出部１０２、輝度ヒストグラム算出部１０３および輝度別エッジ密度算出部１０４で、輝度毎のエッジ密度が算出される（図２のステップ２）。ここでは、前述したように、輝度別のエッジ数が積算されてエッジヒストグラムが作成され、一方で輝度別の画素数が積算されてヒストグラムが作成され、そして、輝度毎にエッジ数が画素数で割られる。   Next, the edge density for each luminance is calculated by the luminance-specific edge frequency calculation unit 102, the luminance histogram calculation unit 103, and the luminance-specific edge density calculation unit 104 (step 2 in FIG. 2). Here, as described above, the number of edges for each luminance is integrated to create an edge histogram, while the number of pixels for each luminance is integrated to create a histogram, and the number of edges for each luminance is the number of pixels. Cracked.

図３（ｂ）〜図３（ｄ）は、輝度別エッジ密度の算出処理を示している。図３（ｂ）は入力画像の例である。この入力画像は、輝度の変化が激しい矩形領域３０１と、輝度が一様に変化している背景３０２をもっている。例えば、背景３０２は輝度変換が少ない建物の壁面であり、領域３０１は人物である。   FIG. 3B to FIG. 3D show the processing for calculating the edge density by luminance. FIG. 3B is an example of an input image. This input image has a rectangular area 301 with a sharp change in luminance and a background 302 with a uniform change in luminance. For example, the background 302 is a wall surface of a building with little luminance conversion, and the region 301 is a person.

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の入力画像から作成されたエッジヒストグラムである。入力画像では、輝度の変化が激しい矩形領域３０１よりも、輝度が一様な背景３０２の面積が大きい。そのため、矩形領域３０１に対応するエッジ頻度３０３よりも、背景３０２のエッジ頻度３０４が大きくなる。   FIG. 3C is an edge histogram created from the input image of FIG. In the input image, the area of the background 302 having a uniform luminance is larger than that of the rectangular region 301 in which the luminance changes rapidly. For this reason, the edge frequency 304 of the background 302 is larger than the edge frequency 303 corresponding to the rectangular region 301.

そこで、輝度ヒストグラム算出部１０３より算出された輝度の頻度で、同じ輝度のエッジ頻度に対して除算が行われ、エッジ密度が算出される。これにより、図３（ｄ）に示すように、輝度の変化が激しい矩形領域３０１の密度３０５は大きくなり、輝度が一様に変化している背景３０２のエッジ密度３０６は小さくなる。こうして、面積の影響を抑えて、輝度変化の程度を表すパラメータであるエッジ密度が得られる。   Therefore, the edge frequency of the same luminance is divided by the luminance frequency calculated by the luminance histogram calculation unit 103 to calculate the edge density. As a result, as shown in FIG. 3D, the density 305 of the rectangular region 301 in which the luminance changes drastically increases, and the edge density 306 of the background 302 in which the luminance changes uniformly decreases. In this way, the edge density, which is a parameter representing the degree of luminance change, can be obtained while suppressing the influence of the area.

次に、輝度変換ＬＵＴ作成部１０５にて、輝度毎に算出したエッジ密度を使用して輝度変換ＬＵＴを作成する（図２のステップ３）。輝度変換ＬＵＴ作成部１０５では、輝度変換ＬＵＴの作成にヒストグラム平滑化と同じ手順が適用され、輝度ヒストグラムの代わりにエッジ密度を使用して輝度変換ＬＵＴが作成される。つまり、エッジ密度を積算した累積曲線を作成して、出力輝度の範囲に収まるように累積値を正規化したものが、輝度変換ＬＵＴである。当該輝度変換ＬＵＴでは、エッジ密度の大きさに比例して輝度変換ＬＵＴの傾きが大きくなるので、出力輝度のエッジの振幅は大きくなる。   Next, the brightness conversion LUT creation unit 105 creates a brightness conversion LUT using the edge density calculated for each brightness (step 3 in FIG. 2). In the luminance conversion LUT creation unit 105, the same procedure as the histogram smoothing is applied to the creation of the luminance conversion LUT, and the luminance conversion LUT is created using the edge density instead of the luminance histogram. That is, the luminance conversion LUT is obtained by creating a cumulative curve obtained by integrating the edge density and normalizing the cumulative value so that it falls within the output luminance range. In the luminance conversion LUT, since the gradient of the luminance conversion LUT increases in proportion to the edge density, the amplitude of the edge of the output luminance increases.

図３（ｅ）は輝度変換ＬＵＴを示したグラフである。入力画像にて輝度が一様でない矩形領域３０１に対応する領域３０７では、輝度変換ＬＵＴの傾きが大きくなる。また、入力画像にて輝度が一様な背景３０２に対応する領域３０８では、輝度変換ＬＵＴの傾きが小さくなる。   FIG. 3E is a graph showing the luminance conversion LUT. In the area 307 corresponding to the rectangular area 301 with non-uniform luminance in the input image, the gradient of the luminance conversion LUT becomes large. In addition, in the area 308 corresponding to the background 302 having a uniform luminance in the input image, the gradient of the luminance conversion LUT is small.

そして、輝度変換部１０６では、上述のようにして作成された輝度変換ＬＵＴを使用して、輝度変換が行われる（図２のステップ４）。これにより、入力画像にて輝度値が一様な変化をする部分では変化量を少なくし、一様でない部分では変化量を多くする輝度変換が行われる。   Then, the luminance conversion unit 106 performs luminance conversion using the luminance conversion LUT created as described above (step 4 in FIG. 2). As a result, luminance conversion is performed in which the amount of change is reduced in a portion where the luminance value is uniformly changed in the input image, and the amount of change is increased in a non-uniform portion.

このような本発明の第１の実施の形態の輝度変換装置によれば、輝度変換ＬＵＴ作成時に、平均変化量を表すエッジ密度を使用することにより、一様な変化をする部分では変化量を少なく、一様でない部分では変化量を多くさせる輝度変換ＬＵＴが作成される。作成された輝度変換ＬＵＴを使用して、入力画像の輝度を変換することで、輝度が一様でない部分のコントラストを強調する輝度変換装置を提供することができる。   According to the luminance conversion apparatus of the first embodiment of the present invention as described above, when the luminance conversion LUT is created, the edge density representing the average change amount is used, so that the change amount is uniform in the portion where the change is uniform. A luminance conversion LUT that increases the amount of change in a small and non-uniform portion is created. By using the created luminance conversion LUT to convert the luminance of the input image, it is possible to provide a luminance conversion device that enhances the contrast of a portion where the luminance is not uniform.

したがって、例えば、輝度変化が乏しい建物の壁面を背景に人物などが撮影された場合にも、人物のコントラストを好適に強調することができる。   Therefore, for example, even when a person or the like is photographed against the background of a wall surface of a building where luminance change is scarce, the contrast of the person can be favorably enhanced.

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態の輝度変換装置の構成を示すブロック図を図４に示す。図４において、図１と同様の構成要素には同一の参照符号が付されている。以下、第１の実施の形態と重複する事項の説明は省略する。 (Embodiment 2)
Next, FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the luminance conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, description of matters overlapping with the first embodiment will be omitted.

第２の実施の形態の輝度変換装置は、入力画像に非常に明るい部分と、非常に暗い部分がある場合に対応するために、第１の実施の形態のエッジ判定部１０１の前に、エッジリミット部４００を設けて、明暗境界部分のエッジを除外するものである。   In order to cope with the case where the input image includes a very bright part and a very dark part, the brightness conversion apparatus according to the second embodiment has an edge before the edge determination unit 101 according to the first embodiment. A limit unit 400 is provided to exclude the edge of the light / dark boundary portion.

逆光などの照明条件下における撮影画像は、入力画像に非常に明るい部分と、非常に暗い部分を含むことがある。このような場合において、明るい部分と暗い部分の境界では、十分に輝度差が大きいのでコントラスト強調を行う必要がない。   A captured image under an illumination condition such as backlight may include a very bright portion and a very dark portion in the input image. In such a case, the brightness difference is sufficiently large at the boundary between the bright part and the dark part, so there is no need to perform contrast enhancement.

しかし、上述の実施の形態の輝度変換装置を使用すると、境界部分でエッジが検出され、エッジを用いて輝度変換処理が行われ、その結果、非常に明るい部分と、非常に暗い部分それぞれのコントラストは低下してしまう。   However, when the luminance conversion apparatus according to the above-described embodiment is used, an edge is detected at the boundary portion, and luminance conversion processing is performed using the edge. As a result, the contrast between the very bright portion and the very dark portion is determined. Will fall.

そこで、本実施の形態では、当該コントラスト低下を防止するため、図４に示すように、エッジ判定部１０１の前にエッジリミット部４００が設けられている。エッジリミット部４００は、エッジ強度が所定の閾強度範囲外である画素位置をエッジから除外するための構成である。閾強度範囲としては上限値が設定される。上限値と下限値が設けられてもよい。   Therefore, in the present embodiment, an edge limit unit 400 is provided in front of the edge determination unit 101 as shown in FIG. The edge limit unit 400 is configured to exclude pixel positions whose edge intensity is outside a predetermined threshold intensity range from the edge. An upper limit is set as the threshold intensity range. An upper limit value and a lower limit value may be provided.

図５は、エッジリミット部４００の処理を示している。本実施の形態では、エッジリミット部４００は、前段階で算出されるエッジ強度が所定のレベル以上（図５の上限値Ｔｈ以上）であれば、エッジ強度が閾強度範囲外であるとして、画素のエッジ強度を０とする。エッジ強度を０にすることによって、エッジリミット部４００は、後段のエッジ判定部１０１にて当該画素がエッジと判定されないようにしている。これにより、明暗部分間の輝度の差が開くのを防止することができる。また、この処理を行うことによって、明暗の境界部分では、輝度別エッジ密度算出部１０４で算出されるエッジ密度が下がり、その結果、コントラストが強調される部分が、非常に明るい部分と非常に暗い部分との境界以外になる。   FIG. 5 shows the processing of the edge limit unit 400. In the present embodiment, the edge limit unit 400 determines that the edge strength is out of the threshold strength range if the edge strength calculated in the previous step is equal to or higher than a predetermined level (upper limit Th in FIG. 5). The edge strength is set to 0. By setting the edge intensity to 0, the edge limit unit 400 prevents the subsequent edge determination unit 101 from determining that the pixel is an edge. Thereby, it can prevent that the difference of the brightness | luminance between bright and dark parts opens. In addition, by performing this process, the edge density calculated by the luminance-specific edge density calculation unit 104 is reduced at the light and dark boundary portions, and as a result, the contrast-enhanced portions are very bright and very dark. Beyond the boundary with the part.

このような本発明の第２の実施の形態の輝度変換装置によれば、本発明の第１の実施の形態の輝度変換装置の作用に加えて、逆光などの照明条件下の画像においてもコントラスト感が上昇し、鮮明な画像が得られる。   According to the brightness conversion apparatus of the second embodiment of the present invention as described above, in addition to the function of the brightness conversion apparatus of the first embodiment of the present invention, contrast is also obtained in an image under illumination conditions such as backlight. The feeling increases and a clear image can be obtained.

（実施の形態３）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。以下、上述の第１、第２の実施の形態と重複する事項の説明は省略する。 (Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, description of matters overlapping with the above-described first and second embodiments will be omitted.

第３の実施の形態は、第１または第２の輝度変換装置を有する撮像装置であり、この撮像装置は、ＣＣＤ等の撮像素子を備え、撮像素子で撮影された画像を輝度変換装置に入力して、輝度変換処理を行う。   The third embodiment is an imaging device having the first or second luminance conversion device. The imaging device includes an imaging device such as a CCD, and inputs an image captured by the imaging device to the luminance conversion device. Then, luminance conversion processing is performed.

本実施の形態においては、撮像装置は、連続して２回撮影する機能を有している。これにより、輝度変換装置は、１回目の撮影で得られた画像データにより、輝度変換ＬＵＴの作成を行う。そして、輝度変換装置は、続いて２回目の撮影で得られた画像データに対して、１回目の撮影で作成された輝度変換ＬＵＴを用いて輝度変換を行い、その結果を出力する。   In the present embodiment, the imaging device has a function of capturing images twice in succession. Thereby, the brightness conversion apparatus creates a brightness conversion LUT from the image data obtained by the first shooting. Then, the luminance conversion apparatus performs luminance conversion on the image data obtained by the second shooting using the luminance conversion LUT created by the first shooting, and outputs the result.

このような本発明の第３の実施の形態の撮像装置によれば、上述の第１、第２の実施の形態で説明した本発明の輝度変換機能を好適に提供することができる。   According to the imaging apparatus of the third embodiment of the present invention as described above, the luminance conversion function of the present invention described in the first and second embodiments can be suitably provided.

以上のように、本発明にかかる輝度変換装置は、輝度エッジの密度を輝度変換ＬＵＴ作成に使用することで、輝度の変化が乏しく一様な建物の壁面などを背景にして撮影された人物などのコントラストを増加させ、また、逆光などの照明条件下においても、コントラスト感を損なうことのない輝度変換が行えるという効果を有し、撮像素子から得られる画像を処理する輝度変換装置等として有用である。   As described above, the brightness conversion apparatus according to the present invention uses the density of brightness edges to create a brightness conversion LUT, so that a person who is photographed against a background of a uniform wall or the like with little change in brightness. It is effective as a brightness conversion device that processes the image obtained from the image sensor, and has the effect of performing brightness conversion without impairing the contrast even under illumination conditions such as backlight. is there.

本発明の第１の実施の形態における輝度変換装置のブロック図The block diagram of the brightness | luminance conversion apparatus in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第１の実施の形態における輝度変換アルゴリズムのフロー図Flow chart of luminance conversion algorithm in the first embodiment of the present invention （ａ）８方向のエッジ強度の算出処理を示す図 （ｂ）入力画像の例を示す図 （ｃ）エッジヒストグラムを示す図 （ｄ）輝度別エッジ密度のグラフを示す図 （ｅ）輝度変換ＬＵＴのグラフを示す図(A) A diagram showing edge strength calculation processing in eight directions (b) A diagram showing an example of an input image (c) A diagram showing an edge histogram (d) A diagram showing a graph of edge density by luminance (e) A luminance conversion LUT Showing the graph of 本発明の第２の実施の形態における輝度変換装置のブロック図The block diagram of the brightness | luminance conversion apparatus in the 2nd Embodiment of this invention エッジ強度と修正エッジ強度との関係を示す図Diagram showing the relationship between edge strength and modified edge strength 従来の輝度変換装置のブロック図Block diagram of a conventional brightness converter （ａ）従来技術における輝度のヒストグラムを示すグラフ （ｂ）従来技術における輝度変換ＬＵＴを示すグラフ （ｃ）従来技術におけるリミットを設けた輝度のヒストグラムを示すグラフ （ｄ）従来技術においてリミットを場合の輝度変換ＬＵＴを示すグラフ(A) A graph showing a luminance histogram in the prior art (b) A graph showing a luminance conversion LUT in the conventional technology (c) A graph showing a luminance histogram provided with a limit in the conventional technology (d) Graph showing luminance conversion LUT （ａ）従来技術の問題を説明するための入力画像の例を示す図 （ｂ）上記入力画像から作成される輝度ヒストグラムを示す図 （ｃ）上記輝度ヒストグラムから作成される輝度変換ＬＵＴのグラフを示す図(A) The figure which shows the example of the input image for demonstrating the problem of a prior art (b) The figure which shows the brightness | luminance histogram created from the said input image (c) The graph of the brightness | luminance conversion LUT created from the said brightness histogram Illustration

符号の説明Explanation of symbols

１００ エッジ強度算出部
１０１ エッジ判定部
１０２ 輝度別エッジ頻度算出部
１０３ 輝度ヒストグラム算出部
１０４ 輝度別エッジ密度算出部
１０５ 輝度変換ＬＵＴ作成部
１０６ 輝度変換部
４００ エッジリミット部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Edge strength calculation part 101 Edge determination part 102 Edge frequency calculation part according to brightness | luminance 103 Brightness histogram calculation part 104 Edge density calculation part according to brightness | luminance 105 Brightness conversion LUT creation part 106 Brightness conversion part 400 Edge limit part

Claims (4)

入力画像の輝度を輝度変換テーブルを用いて変換し出力画像を得る輝度変換装置であって、
前記入力画像の各画素位置におけるエッジ強度を算出するエッジ強度算出部と、
前記エッジ強度から各画素位置がエッジであるか否かを判定するエッジ判定部と、
前記エッジの数を輝度別に積算して、輝度別のエッジ数を表すエッジヒストグラムを算出する輝度別エッジ頻度算出部と、
入力画像の輝度別の画素数を表す輝度ヒストグラムを算出する輝度ヒストグラム算出部と、
前記エッジヒストグラムと前記輝度ヒストグラムを用いて、輝度毎にエッジ数を画素数で除算することにより、輝度別のエッジ密度を算出する輝度別エッジ密度算出部と、
前記輝度別のエッジ密度を用いて輝度変換ルックアップテーブルを作成する輝度変換ルックアップテーブル作成部と、
前記輝度変換ルックアップテーブル作成部により作成された前記輝度変換ルックアップテーブルを使用して入力画像の輝度を変換する輝度変換部と、
を備えることを特徴とする輝度変換装置。 A luminance conversion device that converts the luminance of an input image using a luminance conversion table to obtain an output image,
An edge strength calculator that calculates edge strength at each pixel position of the input image;
An edge determination unit that determines whether each pixel position is an edge from the edge intensity;
An edge frequency calculation unit by luminance that calculates the edge histogram representing the number of edges by luminance by integrating the number of edges by luminance;
A luminance histogram calculation unit for calculating a luminance histogram representing the number of pixels by luminance of the input image;
Using the edge histogram and the luminance histogram, by dividing the number of edges for each luminance by the number of pixels, an edge density calculation unit by luminance for calculating edge density by luminance,
A luminance conversion lookup table creating unit that creates a luminance conversion lookup table using the edge density for each luminance; and
A luminance conversion unit that converts the luminance of the input image using the luminance conversion lookup table created by the luminance conversion lookup table creation unit;
A luminance conversion device comprising: 前記エッジ強度が所定の閾強度範囲外である画素位置をエッジから除外するエッジリミット部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の輝度変換装置。   The luminance conversion apparatus according to claim 1, further comprising an edge limit unit that excludes a pixel position whose edge intensity is outside a predetermined threshold intensity range from the edge. 請求項１または２に記載の輝度変換装置を備え、撮像素子で撮影された画像を前記輝度変換装置で処理することを特徴とする撮像装置。   An imaging apparatus comprising the luminance conversion apparatus according to claim 1, wherein an image captured by an imaging element is processed by the luminance conversion apparatus. 入力画像の輝度を輝度変換テーブルを用いて変換し出力画像を得る輝度変換方法であって、
前記入力画像の各画素位置におけるエッジ強度を算出し、
前記エッジ強度から各画素位置がエッジであるか否かを判定し、
前記エッジの数を輝度別に積算して、輝度別のエッジ数を表すエッジヒストグラムを算出し、
入力画像の輝度別の画素数を表す輝度ヒストグラムを算出し、
前記エッジヒストグラムと前記輝度ヒストグラムを用いて、輝度毎にエッジ数を画素数で除算することにより、輝度別のエッジ密度を算出し、
前記輝度別のエッジ密度を用いて輝度変換ルックアップテーブルを作成し、
前記輝度変換ルックアップテーブルを使用して入力画像の輝度を変換することを特徴とする輝度変換方法。 A luminance conversion method for converting the luminance of an input image using a luminance conversion table to obtain an output image,
Calculating the edge strength at each pixel position of the input image;
Determine whether each pixel position is an edge from the edge intensity,
The number of edges is integrated by luminance, and an edge histogram representing the number of edges by luminance is calculated.
Calculate a luminance histogram representing the number of pixels by luminance of the input image,
Using the edge histogram and the luminance histogram, the edge density for each luminance is calculated by dividing the number of edges by the number of pixels for each luminance,
Create a brightness conversion lookup table using the edge density for each brightness,
A luminance conversion method, wherein the luminance of an input image is converted using the luminance conversion lookup table.
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