JP2008071150A - 画像処理装置、画像処理プログラム及び撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像信号の階調変換処理により発生する偽輪郭を低減することができる画像処理装置、画像処理プログラム及び撮影装置を提供する。
【解決手段】 階調変換処理部７２は、画像信号処理回路５６に入力されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号（入力画像）に対して、所定の階調変換曲線に従って階調変換処理（ガンマ補正）を施す。なお、階調変換曲線は、例えば、撮影装置１のＥＥＰＲＯＭ１８に記憶されている。階調変化量生成部７４は、階調変換処理が施される前の入力画像に基づいて、階調変換処理が施されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算する階調変化量を生成する。偽輪郭抑制部７６は、階調変化量生成部７４により算出された階調変化量を階調変換後のＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算して、画像表示装置２６に出力される画像中の偽輪郭を抑制する。
【選択図】 図２

Description

本発明は画像処理装置、画像処理プログラム及び撮影装置に係り、特に画像の階調変換処理に関する。

従来、入力画像から抽出された着目画素が平坦領域に存在する場合に、着目画素に所定のノイズを付加して低周波ノイズを低減する画像処理方法について提案されている（特許文献１）。
特開２００４−３０４６５８号公報

画像を出力する場合には、より自然に近い出力を得るために、画像信号の入力値（明るさ、輝度値）と出力値（明るさの電圧換算値）との関係を所定の階調変換曲線に従って変化させる階調変換処理が施される。階調変換処理を行う場合に、階調変換曲線の形状によっては出力画像に偽輪郭が発生するおそれがある。例えば、入力値が大きくなるにつれて階調変換曲線のカーブが緩やかになる場合には、入力値が大きくなるほど、一定の入力値の階調幅に対する出力値の階調幅が小さくなる。このため、入力値が大きい（明るい）領域ほど、出力値の階調数が少なくなり、出力画像に偽輪郭が発生するおそれがある。特に、グラデーションが緩い画像（例えば、空を含む画像）では、画像中での階調変化が少なく、偽輪郭が目立つという問題があった。

特許文献１では、画像の平坦領域にノイズを付加して低周波ノイズを低減しているが、ランダムノイズを生成する回路が必要であり、また、階調変換処理により発生する偽輪郭を低減するものではなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、画像信号の階調変換処理により発生する偽輪郭を低減することができる画像処理装置、画像処理プログラム及び撮影装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明１に係る画像処理装置は、画像を取得する画像取得手段と、所定の階調変換曲線を用いて、前記画像の画素ごとの画像信号に階調変換処理を施す階調変換手段と、階調変化量を生成する階調変化量生成手段と、前記階調変化量を用いて前記画像信号に階調変換処理を施して得られた出力信号の階調特性を変化させて偽輪郭を抑制する偽輪郭抑制処理手段とを備えることを特徴とする。

本願発明１によれば、階調変換処理により発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

本願発明２は、本願発明１の画像処理装置において、前記偽輪郭抑制処理手段が前記画像信号に階調変換処理を施して得られた出力信号に前記階調変化量を加算して、前記出力信号の階調特性を変化させることを特徴とする。

本願発明２によれば、階調変換後の出力信号に階調変化量を加算することにより、階調変換処理により発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

本願発明３は、本願発明１の画像処理装置において、前記偽輪郭抑制処理手段が前記階調変換処理に用いる階調変換曲線に前記階調変化量を加算し、前記階調変換手段により前記階調変化量が加算された階調変換曲線を用いて階調変換処理を行うことを特徴とする。

本願発明３によれば、階調変化量が加算された階調変換曲線を用いて階調変換を行うことにより、高輝度側の階調特性を変化させて偽輪郭を抑制することができる。また、本願発明３によれば、例えば、階調変換曲線に階調変化量を加算して予めメモリ等に記憶しておくことにより、処理を高速化することができる。

本願発明４は、本願発明１から３の画像処理装置において、前記階調変化量生成手段が低輝度側で前記階調変化量をゼロにし、高輝度側で前記階調変化量を輝度に応じて変化させることを特徴とする。

本願発明４によれば、階調変換処理により高輝度側で発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

本願発明５は、本願発明１から４の画像処理装置において、前記階調変換手段が前記階調変換曲線における前記画像信号と前記出力信号の輝度の関係を不連続な値の組みとして保持する保持手段と、前記階調変換処理を行うときに、前記保持手段が保持する値の中間の画像信号を同一の値に変換する変換手段とを備え、前記階調変化量生成手段は、前記保持手段が保持する値の近傍で前記階調変化量を変化させることを特徴とする。

本願発明５によれば、階調変換曲線が離散的な値の組みである場合に、出力信号が変化する値の近傍で階調変化量を変化させることにより、階調変換処理により高輝度側で発生する偽輪郭を効果的に抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

本願発明６は、本願発明１から５の画像処理装置において、前記画像の撮影時の撮影感度、階調変換曲線の情報、彩度、エッジ強調又はコントラストの設定情報のうち少なくとも１つを取得する設定情報取得手段を更に備え、前記階調変化量生成手段は、前記設定情報に基づいて前記階調変化量を制御することを特徴とする。

本願発明６によれば、撮影感度等の設定状況に応じて、階調変化量を調整することにより、階調変換処理により高輝度側で発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

本願発明７は、本願発明１から６の画像処理装置において、前記画像の画素ごとにその周辺領域に属する画素の画像信号を取得し、該取得した周辺画素の画像信号に基づいて前記周辺領域が平坦領域であるかどうかを判定する判定手段を更に備え、前記階調変化量生成手段は、各画素の周辺領域が平坦領域であるかの判定結果に基づいて前記階調変化量を制御することを特徴とする。

本願発明７によれば、入力画像の画素ごとに、その周辺領域が平坦領域であるかどうかを判定し、この判定結果に基づいて階調変化量を調整することにより、階調変換処理により高輝度側で発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

本願発明８に係る撮影装置は、本願発明１から７の画像処理装置を備えることを特徴とする。

本願発明８によれば、撮像素子から出力される画像信号に本願発明に係る階調変換処理を施すことにより、より自然に近い画像出力を得ることができる。

本願発明９に係る画像処理プログラムは、画像を取得する画像取得機能と、所定の階調変換曲線を用いて、前記画像の画素ごとの画像信号に階調変換処理を施す階調変換機能と、階調変化量を生成する階調変化量生成機能と、前記階調変化量を用いて前記画像信号に階調変換処理を施して得られた出力信号の階調特性を変化させて偽輪郭を抑制する偽輪郭抑制処理機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする。

本願発明１０は、本願発明９の画像処理プログラムにおいて、前記偽輪郭抑制処理機能は、前記画像信号に階調変換処理を施して得られた出力信号に前記階調変化量を加算して、前記出力信号の階調特性を変化させる機能を含むことを特徴とする。

本願発明１１は、本願発明９の画像処理プログラムにおいて、前記偽輪郭抑制処理機能は、前記階調変換処理に用いる階調変換曲線に前記階調変化量を加算し、前記階調変換機能により前記階調変化量が加算された階調変換曲線を用いて階調変換処理を行う機能を含むことを特徴とする。

本願発明１２は、本願発明９から１１の画像処理プログラムにおいて、前記階調変化量生成機能は、低輝度側で前記階調変化量をゼロにし、高輝度側で前記階調変化量を輝度に応じて変化させる機能を含むことを特徴とする。

本願発明１３は、本願発明９から１２の画像処理プログラムにおいて、前記階調変換機能は、前記階調変換曲線における前記画像信号と前記出力信号の輝度の関係を不連続な値の組みとして保持する保持機能と、前記階調変換処理を行うときに、前記保持機能が保持する値の中間の画像信号を同一の値に変換する変換機能とを備え、前記階調変化量生成機能は、前記保持機能が保持する値の近傍で前記階調変化量を変化させる機能を含むことを特徴とする。

本願発明１４は、本願発明９から１３の画像処理プログラムにおいて、前記画像の撮影時の撮影感度、階調変換曲線の情報、彩度、エッジ強調又はコントラストの設定情報のうち少なくとも１つを取得する設定情報取得機能を更に備え、前記階調変化量生成機能は、前記設定情報に基づいて前記階調変化量を制御する機能を含むことを特徴とする。

本願発明１５は、本願発明９から１４の画像処理プログラムにおいて、前記画像の画素ごとにその周辺領域に属する画素の画像信号を取得し、該取得した周辺画素の画像信号に基づいて前記周辺領域が平坦領域であるかどうかを判定する判定機能を更に備え、前記階調変化量生成機能は、各画素の周辺領域が平坦領域であるかの判定結果に基づいて前記階調変化量を制御する機能を含むことを特徴とする。

本発明によれば、階調変換処理により特に高輝度側で発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る画像処理装置、画像処理プログラム及び撮影装置の好ましい実施の形態について説明する。

［画像処理装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置を備えた撮影装置の電気的構成を示すブロック図である。図１に示す撮影装置１は、静止画や動画の記録及び再生機能を備えた電子カメラであり、撮影装置１全体の動作は中央処理装置（ＣＰＵ）１０によって統括制御される。ＣＰＵ１０は、所定のプログラムに従って本カメラシステムを制御する制御手段として機能するとともに、自動露出（ＡＥ）演算、自動焦点調節（ＡＦ）演算、ホワイトバランス（ＷＢ）調整演算等、各種演算を実施する演算手段として機能する。電源回路１２は、本カメラシステムの各ブロックに電源を供給する。

ＣＰＵ１０には、バス１４を介してＲＯＭ（Read Only Memory）１６及びＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）１８が接続されている。ＲＯＭ１６には、ＣＰＵ１０が実行するプログラム及び制御に必要な各種データ等が格納され、ＥＥＰＲＯＭ１８には、ＣＣＤ画素欠陥情報、カメラ動作に関する各種定数／情報等が格納されている。

また、メモリ（ＳＤＲＡＭ、Synchronous Dynamic Random Access Memory）２０は、プログラムの展開領域及びＣＰＵ１０の演算作業用領域として利用されるとともに、画像データや音声データの一時記憶領域として利用される。ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）２２は、画像データ専用の一時記憶メモリであり、Ａ領域とＢ領域を含んでいる。なお、メモリ２０とＶＲＡＭ２２は共用することが可能である。

撮影装置１には、モード選択スイッチ、撮影スイッチ、メニュー／ＯＫキー、十字キー、キャンセルキー等の操作スイッチ２４が設けられている。これら各種の操作スイッチからの信号はＣＰＵ１０に入力され、ＣＰＵ１０は入力信号に基づいて撮影装置１の各回路を制御し、例えば、レンズ駆動制御、撮影動作制御、画像処理制御、画像データの記録／再生制御、画像表示装置（液晶モニタ）２６の表示制御等を行う。

モード選択スイッチは、撮影モードと再生モードとを切り換えるための操作手段である。撮影スイッチは、撮影開始の指示を入力する操作ボタンであり、半押し時にオンするＳ１スイッチと、全押し時にオンするＳ２スイッチとを有する２段ストローク式のスイッチで構成されている。メニュー／ＯＫキーは、画像表示装置２６の画面上にメニューを表示させる指令を行うためのメニューボタンとしての機能と、選択内容の確定及び実行等を指令するＯＫボタンとしての機能とを兼備した操作キーである。十字キーは、上下左右の４方向の指示を入力する操作部であり、メニュー画面から項目を選択したり、各メニューから各種設定項目の選択を指示したりするボタン（カーソル移動操作手段）として機能する。また、十字キーの上キー及び下キーは撮影時のズームスイッチあるいは再生時の再生ズームスイッチとして機能し、左キー及び右キーは再生モード時のコマ送り（順方向／逆方向送り）ボタンとして機能する。キャンセルキーは、選択項目等所望の対象の消去や指示内容の取り消し、あるいは１つ前の操作状態に戻す時等に使用される。

画像表示装置２６は、カラー表示可能な液晶モニタで構成されている。画像表示装置２６は、撮影時に画角確認用の電子ファインダとして使用できるとともに、記録済み画像を再生表示する手段として利用される。また、画像表示装置２６は、ユーザインターフェース用の表示画面としても利用され、メニュー情報や選択項目、設定内容等の情報が表示される。なお、画像表示装置２６としては、液晶モニタのほか、有機ＥＬ（electro-luminescence）等の他の方式の表示装置を用いることも可能である。

撮影装置１は、メディアソケット（メディア装着部）２８を有し、メディアソケット２８には記録メディア３０を装着することができる。記録メディア３０の形態は特に限定されず、ｘＤピクチャカード（登録商標）、スマートメディア（登録商標）に代表される半導体メモリカード、可搬型小型ハードディスク、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等、種々の媒体を用いることができる。メディアコントローラ３２は、メディアソケット２８に装着される記録メディア３０に適した入出力信号の受渡しを行うために所要の信号変換を行う。

また、撮影装置１は、パーソナルコンピュータその他の外部機器と接続するための通信手段として外部接続インターフェース部（外部接続Ｉ／Ｆ）３４を備えている。撮影装置１は、図示せぬＵＳＢケーブル等を用いて撮影装置１と外部機器を接続することにより、外部機器との間でデータの受渡しが可能となる。なお、撮影装置１と外部機器との間の通信方式はＵＳＢに限定されるものではなく、IEEE1394やBluetooth（登録商標）、その他の通信方式を適用してもよい。

次に、撮影装置１の撮影機能について説明する。モード選択スイッチによって撮影モードが選択されると、カラーＣＣＤ固体撮像素子３６（以下の説明では、ＣＣＤ３６と記載する）を含む撮影部に電源が供給され、撮影可能な状態になる。

レンズユニット３８は、フォーカスレンズ４０及びズームレンズ４２を含む撮影レンズ４４と、絞り兼用メカシャッタ４６とを含む光学ユニットである。撮影レンズ４４のフォーカシングは、フォーカスレンズ４０をフォーカスモータ４０Ａによって移動させることにより行われ、ズーミングは、ズームレンズ４２をズームモータ４２Ａで移動させることにより行われる。フォーカスモータ４０Ａとズームモータ４２Ａは、それぞれフォーカスモータドライバ４０Ｂとズームモータドライバ４２Ｂにより駆動制御される。ＣＰＵ１０は、このフォーカスモータドライバ４０Ｂとズームモータドライバ４２Ｂに制御信号を出力して制御する。

絞り４６は、いわゆるターレット型絞りで構成されており、Ｆ２．８からＦ８の絞り孔が穿孔されたターレット板を回転させて絞り値（Ｆ値）を変化させる。この絞り４６の駆動はアイリスモータ４６Ａによって行われる。アイリスモータ４６Ａはアイリスモータドライバ４６Ｂにより駆動制御される。ＣＰＵ１０は、このアイリスモータドライバ４６Ｂに制御信号を出力して制御する。

レンズユニット３８を通過した光は、ＣＣＤ３６の受光面に結像される。ＣＣＤ３６の受光面には多数のフォトダイオード（受光素子）が２次元的に配列されており、各フォトダイオードに対応して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色カラーフィルタが所定の配列構造で配置されている。ＣＣＤ３６は、各フォトダイオードの電荷蓄積時間（シャッタースピード）を制御する電子シャッター機能を有している。ＣＰＵ１０は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４８を介してＣＣＤ３６での電荷蓄積時間を制御する。また、ＣＰＵ１０は、ＣＣＤ３６に対して、ＯＦＤ（Overflow Drain）の電位を制御して、ＣＣＤ３６を構成するフォトダイオードに蓄積される信号電荷の上限値を調整する。

ＣＣＤ３６の受光面に結像された被写体像は、各フォトダイオードによって入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、ＣＰＵ１０の指令に従いＴＧ４８から与えられる駆動パルス（読み出しパルス、垂直転送クロック、水平転送クロック）に基づいて信号電荷に応じた電圧信号（画像信号）として順次読み出される。

ＣＣＤ３６から読み出された画像信号はアナログ処理部（ＣＤＳ／ＡＭＰ）５０に送られ、ここで画素ごとのＲ、Ｇ、Ｂ信号がサンプリングホールド（相関２重サンプリング処理）されて増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５２に加えられる。Ａ／Ｄ変換器５２によってデジタル信号に変換された点順次のＲ、Ｇ、Ｂ信号は、画像入力コントローラ５４を介してメモリ２０に記憶される。なお、アナログ処理部５０におけるＲ、Ｇ、Ｂ信号の増幅ゲインは、撮影感度（ＩＳＯ感度）に相当し、ＣＰＵ１０によって設定される。

画像信号処理回路５６は、同時化回路（単板ＣＣＤのカラーフィルタ配列に伴う色信号の空間的なズレを補間して色信号を同時式に変換する処理回路）、ホワイトバランス調整回路、階調変換処理回路（例えば、ガンマ補正回路）、輪郭補正回路、輝度・色差信号生成回路等を含む画像処理手段として機能し、ＣＰＵ１０からのコマンドに従ってメモリ２０を活用しながら、メモリ２０に記憶されたＲ、Ｇ、Ｂ信号に対して所定の信号処理を行う。

画像信号処理回路５６に入力されたＲ、Ｇ、Ｂ信号は、画像信号処理回路５６において輝度信号（Ｙ信号）及び色差信号（Ｃｒ、Ｃｂ信号）に変換されるとともに、階調変換処理（例えば、ガンマ補正）等の所定の処理が施される。画像信号処理回路５６により処理された画像データはＶＲＡＭ２２に格納される。

撮影画像を画像表示装置２６にモニタ出力する場合、ＶＲＡＭ２２から画像データが読み出され、バス１４を介してビデオエンコーダ５８に送られる。ビデオエンコーダ５８は、入力された画像データを表示用の所定方式のビデオ信号（例えば、ＮＴＳＣ方式のカラー複合画像信号）に変換して画像表示装置２６に出力する。

ＣＣＤ３６から出力される画像信号によって、１コマ分の画像を表す画像データがＶＲＡＭ２２のＡ領域とＢ領域とで交互に書き換えられる。ＶＲＡＭ２２のＡ領域及びＢ領域のうち、画像データが書き換えられている方の領域以外の領域から、書き込まれている画像データが読み出される。このようにしてＶＲＡＭ２２内の画像データが定期的に書き換えられ、その画像データから生成される画像信号が画像表示装置２６に供給されることにより、撮影中の映像がリアルタイムに画像表示装置２６に表示される。撮影者は、画像表示装置２６に表示される映像（スルームービー画）によって撮影画角を確認できる。

撮影スイッチが半押しされ、Ｓ１がオンすると、撮影装置１はＡＥ及びＡＦ処理を開始する。即ち、ＣＣＤ３６から出力された画像信号はＡ／Ｄ変換後に画像入力コントローラ５４を介してＡＦ検出回路６０並びにＡＥ／ＡＷＢ検出回路６２に入力される。

ＡＥ／ＡＷＢ検出回路６２は、１画面を複数の分割エリア（例えば、８×８又は１６×１６）に分割し、この分割エリアごとにＲ、Ｇ、Ｂ信号を積算する回路を含み、その積算値をＣＰＵ１０に提供する。ＣＰＵ１０は、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路６２から得た積算値に基づいて被写体の明るさ（被写体輝度）を検出し、撮影に適した露出値（撮影ＥＶ値）を算出する。ＣＰＵ１０は、求めた露出値と所定のプログラム線図に従って、絞り値とシャッタースピードを決定し、これに従いＣＣＤ３６の電子シャッター及びアイリスを制御して適正な露光量を得る。

また、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路６２は、自動ホワイトバランス調整時に、分割エリアごとにＲ、Ｇ、Ｂ信号の色別の平均積算値を算出し、その算出結果をＣＰＵ１０に提供する。ＣＰＵ１０は、Ｒの積算値、Ｂの積算値、Ｇの積算値を得て、分割エリアごとにＲ／Ｇ及びＢ／Ｇの比を求め、これらＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇの値のＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇ軸座標の色空間における分布等に基づいて光源種判別を行い、判別された光源種に応じてホワイトバランス調整回路のＲ、Ｇ、Ｂ信号に対するゲイン値（ホワイトバランスゲイン）を制御し、各色チャンネルの信号に補正をかける。

撮影装置１におけるＡＦ制御は、例えば、画像信号のＧ信号の高周波成分が極大になるようにフォーカスレンズ４０を移動させるコントラストＡＦが適用される。即ち、ＡＦ検出回路６０は、Ｇ信号の高周波成分のみを通過させるハイパスフィルタ、絶対値化処理部、画面内（例えば、画面中央部）にあらかじめ設定されているフォーカス対象エリア内の信号を切り出すＡＦエリア抽出部及びＡＦエリア内の絶対値データを積算する積算部から構成される。

ＡＦ検出回路６０により求められた積算値のデータはＣＰＵ１０に通知される。ＣＰＵ１０は、フォーカスモータドライバ４０Ｂを制御してフォーカスレンズ４０を移動させながら、複数のＡＦ検出ポイントで焦点評価値（ＡＦ評価値）を演算し、演算した焦点評価値が極大となるレンズ位置を合焦位置として決定する。そして、ＣＰＵ１０は、求めた合焦位置にフォーカスレンズ４０を移動させるようにフォーカスモータドライバ４０Ｂを制御する。なお、ＡＦ評価値の演算はＧ信号を利用する態様に限らず、輝度信号（Ｙ信号）を利用してもよい。

撮影スイッチが半押しされ、Ｓ１オンによってＡＥ／ＡＦ処理が行われ、撮影スイッチが全押しされ、Ｓ２オンによって記録用の撮影動作がスタートする。Ｓ２オンに応動して取得された画像データは画像信号処理回路５６において輝度／色差信号（Ｙ／Ｃ信号）に変換され、ガンマ補正等の所定の処理が施された後、メモリ２０に格納される。

メモリ２０に格納されたＹ／Ｃ信号は、圧縮伸張回路６４によって所定のフォーマットに従って圧縮された後、メディアコントローラ３２を介して記録メディア３０に記録される。例えば、静止画についてはＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）形式、動画についてはＡＶＩ（Audio Video Interleaving）形式の画像ファイルとして記録される。

モード選択スイッチにより再生モードが選択されると、記録メディア３０に記録されている最終の画像ファイル（最後に記録された画像ファイル）の圧縮データが読み出される。最後の記録に係る画像ファイルが静止画ファイルの場合、この読み出された画像圧縮データは、圧縮伸張回路６４を介して非圧縮のＹ／Ｃ信号に伸張され、画像信号処理回路５６及びビデオエンコーダ５８を介して表示用の信号に変換された後、画像表示装置２６に出力される。これにより、当該画像ファイルの画像内容が画像表示装置２６の画面上に表示される。

静止画の１コマ再生中（動画の先頭フレーム再生中も含む）に、十字キーの右キー又は左キーを操作することによって、再生対象の画像ファイルを切り換えること（順コマ送り／逆コマ送り）ができる。コマ送りされた位置の画像ファイルが記録メディア３０から読み出され、上記と同様にして静止画像や動画が画像表示装置２６に再生表示される。

また、再生モード時に、パーソナルコンピュータやテレビ等の外部ディスプレイがビデオ入出力端子６６を介して撮影装置１に接続されている場合には、記録メディア３０に記録されている画像ファイルはビデオ出力回路６８により処理されて外部ディスプレイに再生表示される。

［階調変換処理回路の構成］
図２は、画像信号処理回路５６の階調変換処理回路の主要構成を示すブロック図である。図２に示すように、階調変換処理回路７０は、階調変換処理部７２、階調変化量生成部７４及び偽輪郭抑制部７６を備えている。

階調変換処理部７２は、画像信号処理回路５６に入力されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号（入力画像）に対して、所定の階調変換曲線に従って階調変換処理（ガンマ補正）を施す。なお、階調変換曲線は、例えば、撮影装置１のＥＥＰＲＯＭ１８に記憶されている。

階調変化量生成部７４は、階調変換処理が施される前の入力画像に基づいて、階調変換処理が施されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算する階調変化量を生成する。

偽輪郭抑制部７６は、階調変化量生成部７４により算出された階調変化量を階調変換後のＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算して、画像表示装置２６に出力される画像中の偽輪郭を抑制する。

図３は、階調変化量を示すグラフである。図３（ａ）は入力値と階調変化量の関係を示すグラフであり、図３（ｂ）は図３（ａ）の一部を拡大して示したグラフである。なお、図３の横軸は画像信号の入力値（輝度値）を示している。

図３に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算する階調変化量は、低輝度側（入力値が閾値Ｐ１０未満）ではゼロであり、高輝度側（入力値が閾値Ｐ１０以上）では入力値（輝度値）の変化に対して小刻みに変動している。なお、図３に示す例では、階調変化量は、輝度値に対して略規則的（周期的）に変動しているが、不規則に変動するようにしてもよい。

階調変化量生成部７４は、階調変換処理が施される前の入力画像に基づいて、入力画像の高輝度側における元々の階調数ごとに階調変化量を決定する。例えば、入力画像の高輝度側における階調数が多い場合には、階調変化量の変動の周期（変化長Ｌ）を短く、振幅（変化量Ａ）を大きくする。また、例えば、入力画像の高輝度側の階調数が少ない場合には（例えば、暗い画像の場合には）、変化長Ｌを長く、変化量Ａを小さくする。この階調変化量を階調変換後の画像信号に加算することにより、高輝度側の階調特性を変化させて偽輪郭を抑制することができる。

［階調変換処理］
次に、本実施形態の階調変換処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。まず、画像信号処理回路５６に入力されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に対して、所定の階調変換曲線に従って階調変換処理（ガンマ補正）が施される（ステップＳ１０）。そして、階調変化量生成部７４により、入力画像に基づいて階調変化量が生成され（ステップＳ１２）、階調変換後の画像信号に加算される（ステップＳ１４）。

本実施形態によれば、階調変換処理により高輝度側で発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、本実施形態に係る階調変換処理回路７０の主要構成を示すブロック図である。階調変化量生成部７４は、入力画像に基づいて、階調変換処理が施されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算する階調変化量を生成して偽輪郭抑制部７６に出力する。偽輪郭抑制部７６は、ＥＥＰＲＯＭ１８から階調変換曲線のデータを読み出して、階調変化量生成部７４により生成された階調変化量を加算する。階調変換処理部７２は、画像信号処理回路５６に入力されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号（入力画像）に対して、階調変化量が加算された階調変換曲線に従って階調変換処理（ガンマ補正）を施す。

図６（ａ）は通常の階調変換曲線を示し、図６（ｂ）は本実施形態に係る階調変換曲線を示している。図６（ｂ）に示すように、本実施形態の階調変換曲線は、階調変化量（図３参照）が加算されており、高輝度側が入力値（輝度値）の変化に対して小刻みに変動している。

本実施形態によれば、階調変化量が加算された階調変換曲線を用いて階調変換を行うことにより、高輝度側の階調特性を変化させて偽輪郭を抑制することができる。また、本実施形態では、例えば、階調変換曲線に予め階調変化量を加算してＥＥＰＲＯＭ１８に記憶しておくことにより、処理を高速化することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、画像処理装置及びそれを備えた撮影装置１の構成については、上記第２の実施形態と同様であるので、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図７は、本実施形態に係る階調変換曲線を示すグラフである。図７（ａ）は階調変換曲線の全体を示し、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は図７（ａ）の一部を拡大して示したものである。また、図８は、本実施形態に係る階調変化量を示すグラフである。

図７（ｂ）に示すように、階調変換曲線は離散的な値としてＥＥＰＲＯＭ１８に記憶されている。図７（ｂ）に示す階調変換曲線を用いて階調変換を行った場合、入力値に対して出力値が一定になる領域Ａ１からＡ４では、入力値が等しい値に変換される。このため、偽輪郭は、各領域Ａ１からＡ４の境界の出力値が変化する点Ｐ１からＰ３の近傍の画素で発生しやすくなる。

図８（ａ）に示すように、本実施形態に係る階調変化量は、入力値に対して出力値が変化する点Ｐ１からＰ３の近傍において、出力値の変化量±Ｖ１だけ変動している。図８（ｂ）に示すように、階調変化量は略矩形に変動している。本実施形態では、図７（ｂ）の階調変換曲線に図８（ａ）の階調変化量を加算することにより、図７（ｃ）に示すように、点Ｐ１からＰ３の近傍において変動する階調変換曲線の出力値を変動させる。これにより、高輝度側の階調特性を変化させて偽輪郭を抑制することができる。

また、図７（ａ）に示すように、入力値が大きくなるに伴い、階調変換曲線の傾きが小さくなり、入力値の階調数に対応する出力値の階調数が少なくなる。このため、図８（ａ）に示すように、入力値が大きくなるに従って階調を変化させる頻度を高くする。これにより、入力値が高い側ほど、出力値の階調特性を変化させることができ、偽輪郭の抑制効果を高めることができる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図９は、本発明の第４の実施形態に係る階調変換処理回路の主要構成を示すブロック図である。図９に示すように、階調変換処理回路７０は、階調変換処理部７２、階調変化量生成部７４、偽輪郭抑制部７６及びパラメータ設定情報取得部７８を備えている。

階調変換処理部７２は、画像信号処理回路５６に入力されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号（入力画像）に対して、所定の階調変換曲線に従って階調変換処理（ガンマ補正）を施す。

パラメータ設定情報取得部７８は、ＣＰＵ１０を介して撮影に関するパラメータ（例えば、撮影感度）の設定情報を取得する。

階調変化量生成部７４は、パラメータ設定情報取得部７８が取得したパラメータの設定情報及び入力画像に基づいて、階調変換後のＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算する階調変化量を生成する。なお、階調変化量については、図３と同様である。感度の設定値が高く、入力画像のノイズレベルが高い場合には、偽輪郭が目立ちにくくなるため、階調変化量生成部７４は、階調変化量を調整して偽輪郭抑制効果を弱める。一方、感度の設定値が低く、入力画像のノイズレベルが低い場合には、偽輪郭が目立ちやすくなるため、階調変化量生成部７４は、階調変化量を調整して偽輪郭抑制効果を強める。なお、偽輪郭抑制効果の強弱は、例えば、階調変化量の変動の周期（変化長Ｌ）、振幅（変化量Ａ）を変化させることにより制御される（図３参照）。例えば、偽輪郭抑制効果を弱める場合には、例えば、変化長Ｌを長く、変化量Ａを小さくし、偽輪郭抑制効果を強める場合には、例えば、変化長Ｌを短く、変化量Ａを大きくする。

偽輪郭抑制部７６は、階調変化量生成部７４により算出された階調変化量を階調変換後のＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算して、画像表示装置２６に出力される画像中の偽輪郭を抑制する。

次に、本実施形態の階調変換処理について、図１０のフローチャートを参照して説明する。まず、画像信号処理回路５６に入力されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に対して、所定の階調変換曲線に従って階調変換処理（ガンマ補正）が施される（ステップＳ２０）。

次に、パラメータ設定情報取得部７８により撮影感度の設定情報の取得が行われ（ステップＳ２２）、撮影感度の設定値に応じて偽輪郭抑制効果の強弱が選択される（ステップＳ２４）。ステップＳ２４では、上記したように、感度の設定値が高い場合には、階調変化量を調整して偽輪郭抑制効果を弱め、感度の設定値が低い場合には、階調変化量を調整して偽輪郭抑制効果を強める。

次に、階調変化量生成部７４により、偽輪郭抑制効果の強弱に応じて階調変化量が生成され（ステップＳ２６及びＳ２８）、階調変換後の画像信号に加算される（ステップＳ３０）。

本実施形態によれば、撮影感度の設定値に応じて、階調変化量を調整することにより、階調変換処理により高輝度側で発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

なお、偽輪郭抑制効果を制御するためのパラメータ設定としては、上記した撮影感度のほか、例えば、撮影時のモード設定、彩度強調、エッジ強調又は高コントラスト設定等を用いることができる。例えば、広ダイナミックレンジモードのように、通常の階調変換曲線に比べて高輝度側が平坦な（傾きが小さい）階調変換曲線を用いる場合には、通常の階調変換曲線を用いる場合よりも偽輪郭抑制効果を強める。また、彩度強調、エッジ強調又は高コントラスト等が設定が行われている場合には、偽輪郭が目立ちやすくなるため、偽輪郭抑制効果を強める。これにより、階調変換処理により偽輪郭が発生しやすくなるような設定が行われている場合に、偽輪郭を効果的に低減することができる。また、例えば、彩度強調の設定が行われている場合や水中撮影モード時のように、特定の色が強調される設定が行われている場合には、強調される色信号（例えば、Ｒ信号）のみに階調変化量を加算するようにしてもよい。

また、本実施形態では、階調変化量を出力画像に加算するようにしたが、階調変化量を加算した階調変換曲線を用いて階調変換処理を行うようにしてもよい。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る階調変換処理回路の主要構成を示すブロック図である。図１１に示すように、階調変換処理回路７０は、階調変換処理部７２、階調変化量生成部７４、偽輪郭抑制部７６及び周辺画素データ取得部８０を備えている。

階調変換処理部７２は、画像信号処理回路５６に入力されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号（入力画像）に対して、所定の階調変換曲線に従って階調変換処理（ガンマ補正）を施す。

周辺画素データ取得部８０は、入力画像の画素ごとに、当該画素を中心とするｎ×ｍ（例えば、５×５）画素の周辺領域に属する周辺画素の入力値のデータを取得する。

階調変化量生成部７４は、周辺画素データ取得部８０が取得した周辺画素の入力値データ及び入力画像に基づいて、入力画像の画素ごとに輝度の変化が少ない平坦領域に属するかどうかを判定し、階調変換後のＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算する階調変化量を生成する。なお、階調変化量については、図３と同様である。

階調変化量生成部７４は、周辺画素の輝度値の最大値と最小値のレンジ（幅）が所定値以下の場合に当該周辺領域が平坦領域であると判定する。なお、平坦領域の判定方法としては、周辺画素の輝度値の分散を所定の閾値と比較して、分散が所定値以下の場合に当該周辺領域が平坦領域と判定する方法や、周辺画素の輝度値の最大値と最小値の差分値又は微分値（例えば、｜最大値と最小値との差｜／｜最大・最小の画素間の距離｜）を所定の閾値と比較する方法を用いてもよい。なお、平坦領域の判定は、例えば、色ごとに行うようにしてもよい。

階調変化量生成部７４は、周辺領域が平坦領域ではないと判定した場合には、平坦領域以外では偽輪郭が目立ちにくくなるため、階調変化量を調整して偽輪郭抑制効果を弱める。一方、周辺領域が平坦領域と判定した場合には、平坦領域では偽輪郭が目立ちやすくなるため、階調変化量を調整して偽輪郭抑制効果を強める。なお、偽輪郭抑制効果の強弱は、例えば、階調変化量の変動の周期（変化長Ｌ）、振幅（変化量Ａ）を変化させることにより制御される（図３参照）。例えば、偽輪郭抑制効果を弱める場合には、例えば、変化長Ｌを長く、変化量Ａを小さくし、偽輪郭抑制効果を強める場合には、例えば、変化長Ｌを短く、変化量Ａを大きくする。

偽輪郭抑制部７６は、階調変化量生成部７４により算出された階調変化量を階調変換後のＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に加算して、画像表示装置２６に出力される画像中の偽輪郭を抑制する。

次に、本実施形態の階調変換処理について、図１２のフローチャートを参照して説明する。まず、入力画像の画素ごとに、所定の階調変換曲線に従って階調変換処理（ガンマ補正）が施される（ステップＳ５０）。

次に、周辺画素データ取得部８０により周辺画素の入力値のデータの取得が行われ（ステップＳ５２）、この周辺画素の入力値のデータに基づいて、階調変換処理の対象画素の周辺領域が平坦領域であるかどうかが判断されて、偽輪郭抑制効果の強弱が選択される（ステップＳ５４）。ステップＳ５４では、上記したように、周辺領域が平坦領域ではないと判定された場合には、階調変化量を調整して偽輪郭抑制効果を弱め、周辺領域が平坦領域と判定された場合には、階調変化量を調整して偽輪郭抑制効果を強める。

次に、階調変化量生成部７４により、偽輪郭抑制効果の強弱に応じて階調変化量が生成され（ステップＳ５６及びＳ５８）、階調変換後の画像信号に加算される（ステップＳ６０）。そして、入力画像の全ての画素について上記ステップＳ５０からＳ６０の処理が行われる。

本実施形態によれば、入力画像の画素ごとに、その周辺領域が平坦領域であるかどうかを判定し、この判定結果に基づいて階調変化量を調整することにより、階調変換処理により高輝度側で発生する偽輪郭を抑制し、より自然に近い画像出力を得ることができる。

なお、本実施形態では、周辺領域からエッジを検出し、エッジの有無により偽輪郭の抑制効果を切り替えるようにしてもよい。例えば、周辺領域からエッジが検出された場合には、偽輪郭の抑制効果を弱めるようにしてもよい。

また、本実施形態では、階調変化量を出力画像に加算するようにしたが、階調変化量を加算した階調変換曲線を用いて階調変換処理を行うようにしてもよい。

なお、本発明の画像処理装置及び画像処理プログラムは、上記の各実施形態の撮影装置のほか、例えば、パーソナルコンピュータやモニタ等の画像表示機能を備える装置や、画像をプリント出力するプリンタ等にも適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置を備えた撮影装置の電気的構成を示すブロック図 本発明の第１の実施形態に係る階調変換処理回路の主要構成を示すブロック図 階調変化量を示すグラフ 本発明の第１の実施形態に係る階調変換処理を示すフローチャート 本発明の第２の実施形態に係る階調変換処理回路の主要構成を示すブロック図 図６（ａ）…通常の階調変換曲線を示すグラフ、図６（ｂ）…本発明の第２の実施形態に係る階調変換曲線を示すグラフ 本発明の第３の実施形態に係る階調変換曲線を示すグラフ 本発明の第３の実施形態に係る階調変化量を示すグラフ 本発明の第４の実施形態に係る階調変換処理回路の主要構成を示すブロック図 本発明の第４の実施形態に係る階調変換処理を示すフローチャート 本発明の第５の実施形態に係る階調変換処理回路の主要構成を示すブロック図 本発明の第５の実施形態に係る階調変換処理を示すフローチャート

符号の説明

１…撮影装置、１０…中央処理装置（ＣＰＵ）、１２…電源回路、１４…バス、１６…ＲＯＭ、１８…ＥＥＰＲＯＭ、２０…メモリ（ＳＤＲＡＭ）、２２…ＶＲＡＭ、２４…操作スイッチ、２６…画像表示装置、２８…メディアソケット、３０…記録メディア、３２…メディアコントローラ、３４…外部接続インターフェース部（外部接続Ｉ／Ｆ）、３６…ＣＣＤ、３８…レンズユニット、４０…フォーカスレンズ、４２…ズームレンズ、４４…撮影レンズ、４６…絞り兼用メカシャッタ、４８…タイミングジェネレータ（ＴＧ）、５０…アナログ処理部（ＣＤＳ／ＡＭＰ）、５２…Ａ／Ｄ変換器、５４…画像入力コントローラ、５６…画像信号処理回路、５８…ビデオエンコーダ、６０…ＡＦ検出回路、６２…ＡＥ／ＡＷＢ検出回路、６４…圧縮伸張回路、６６…ビデオ入出力端子、６８…ビデオ出力回路、７０…階調変換処理回路、７２…階調変換処理部、７４…階調変化量生成部、７６…偽輪郭抑制部、７８…パラメータ設定情報取得部、８０…周辺画素データ取得部

Claims (15)

1. 画像を取得する画像取得手段と、
   所定の階調変換曲線を用いて、前記画像の画素ごとの画像信号に階調変換処理を施す階調変換手段と、
   階調変化量を生成する階調変化量生成手段と、
   前記階調変化量を用いて前記画像信号に階調変換処理を施して得られた出力信号の階調特性を変化させて偽輪郭を抑制する偽輪郭抑制処理手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記偽輪郭抑制処理手段は、前記画像信号に階調変換処理を施して得られた出力信号に前記階調変化量を加算して、前記出力信号の階調特性を変化させることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記偽輪郭抑制処理手段は、前記階調変換処理に用いる階調変換曲線に前記階調変化量を加算し、前記階調変換手段により前記階調変化量が加算された階調変換曲線を用いて階調変換処理を行うことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
4. 前記階調変化量生成手段は、低輝度側で前記階調変化量をゼロにし、高輝度側で前記階調変化量を輝度に応じて変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の画像処理装置。
5. 前記階調変換手段は、
   前記階調変換曲線における前記画像信号と前記出力信号の輝度の関係を不連続な値の組みとして保持する保持手段と、
   前記階調変換処理を行うときに、前記保持手段が保持する値の中間の画像信号を同一の値に変換する変換手段とを備え、
   前記階調変化量生成手段は、前記保持手段が保持する値の近傍で前記階調変化量を変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の画像処理装置。
6. 前記画像の撮影時の撮影感度、階調変換曲線の情報、彩度、エッジ強調又はコントラストの設定情報のうち少なくとも１つを取得する設定情報取得手段を更に備え、
   前記階調変化量生成手段は、前記設定情報に基づいて前記階調変化量を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の画像処理装置。
7. 前記画像の画素ごとにその周辺領域に属する画素の画像信号を取得し、該取得した周辺画素の画像信号に基づいて前記周辺領域が平坦領域であるかどうかを判定する判定手段を更に備え、
   前記階調変化量生成手段は、各画素の周辺領域が平坦領域であるかの判定結果に基づいて前記階調変化量を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の画像処理装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の画像処理装置を備えることを特徴とする撮影装置。
9. 画像を取得する画像取得機能と、
   所定の階調変換曲線を用いて、前記画像の画素ごとの画像信号に階調変換処理を施す階調変換機能と、
   階調変化量を生成する階調変化量生成機能と、
   前記階調変化量を用いて前記画像信号に階調変換処理を施して得られた出力信号の階調特性を変化させて偽輪郭を抑制する偽輪郭抑制処理機能と、
   をコンピュータに実現させることを特徴とする画像処理プログラム。
10. 前記偽輪郭抑制処理機能は、前記画像信号に階調変換処理を施して得られた出力信号に前記階調変化量を加算して、前記出力信号の階調特性を変化させる機能を含むことを特徴とする請求項９記載の画像処理プログラム。
11. 前記偽輪郭抑制処理機能は、前記階調変換処理に用いる階調変換曲線に前記階調変化量を加算し、前記階調変換機能により前記階調変化量が加算された階調変換曲線を用いて階調変換処理を行う機能を含むことを特徴とする請求項９記載の画像処理プログラム。
12. 前記階調変化量生成機能は、低輝度側で前記階調変化量をゼロにし、高輝度側で前記階調変化量を輝度に応じて変化させる機能を含むことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項記載の画像処理プログラム。
13. 前記階調変換機能は、
    前記階調変換曲線における前記画像信号と前記出力信号の輝度の関係を不連続な値の組みとして保持する保持機能と、
    前記階調変換処理を行うときに、前記保持機能が保持する値の中間の画像信号を同一の値に変換する変換機能とを備え、
    前記階調変化量生成機能は、前記保持機能が保持する値の近傍で前記階調変化量を変化させる機能を含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項記載の画像処理プログラム。
14. 前記画像の撮影時の撮影感度、階調変換曲線の情報、彩度、エッジ強調又はコントラストの設定情報のうち少なくとも１つを取得する設定情報取得機能を更に備え、
    前記階調変化量生成機能は、前記設定情報に基づいて前記階調変化量を制御する機能を含むことを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項記載の画像処理プログラム。
15. 前記画像の画素ごとにその周辺領域に属する画素の画像信号を取得し、該取得した周辺画素の画像信号に基づいて前記周辺領域が平坦領域であるかどうかを判定する判定機能を更に備え、
    前記階調変化量生成機能は、各画素の周辺領域が平坦領域であるかの判定結果に基づいて前記階調変化量を制御する機能を含むことを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項記載の画像処理プログラム。

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