JP2009010636A - Adaption histogram equalization method, and adaption histogram equalization apparatus - Google Patents

Adaption histogram equalization method, and adaption histogram equalization apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adaption histogram equalization method, an adaption histogram equalization apparatus, and a computer program product for emphasizing contrast in an image, in particular, a technology for preventing occurrence of fading artifact and object magnification artifact caused by adaption histogram equalization. <P>SOLUTION: The adaption histogram equalization method for emphasizing contrast in a digital image includes a step for dividing the image into a region of pixels and deciding the structure for difference between local pixel values of a predetermined strength in the image, a step for generating a histogram of pixel values for each region based on the decided structure for the difference between local pixel values, and a step for mapping pixel values of each region based on the histogram corresponding to the region. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像のコントラストを強調する適応ヒストグラム等化方法、適応ヒストグラム等化装置及びコンピュータプログラム製品に関する。特に、本発明は、適応ヒストグラム等化によってフェージングアーチファクト及びオブジェクト拡大アーチファクトが生じることを防止する技術に関する。   The present invention relates to an adaptive histogram equalization method, an adaptive histogram equalization apparatus, and a computer program product for enhancing image contrast. In particular, the present invention relates to a technique for preventing fading artifacts and object magnification artifacts from being generated by adaptive histogram equalization.

ヒストグラム等化は、画像のコントラストを改善するために効果的な処理である。ヒストグラム等化は、基本的な原理として、画像における画素の強度のヒストグラムの分布を均等化し、画像のコントラストを改善する。   Histogram equalization is an effective process for improving the contrast of an image. Histogram equalization, as a basic principle, equalizes the distribution of pixel intensity histograms in an image and improves the contrast of the image.

ヒストグラム等化は、通常、以下のように行われる。まず、画像の各画素の強度値からヒストグラムを生成する。ヒストグラムを生成した後に、ヒストグラムを平準化することによってヒストグラムを処理する。そして、ヒストグラムから累積関数を導出する。これは通常、累積ヒストグラムである。そして、この累積関数からマッピング関数を生成する。ここでは、通常、累積関数の正規化し、オフセットを適用する。そして、マッピング関数に基づき、画素の強度値を新たな値にマッピングする。この処理の結果、ヒストグラムがより均等に分散された、すなわちコントラストが強められた画像が生成される。   The histogram equalization is usually performed as follows. First, a histogram is generated from the intensity value of each pixel of the image. After generating the histogram, the histogram is processed by leveling the histogram. Then, a cumulative function is derived from the histogram. This is usually a cumulative histogram. Then, a mapping function is generated from this cumulative function. Here, the accumulation function is usually normalized and an offset is applied. Based on the mapping function, the pixel intensity value is mapped to a new value. As a result of this processing, an image in which the histogram is more evenly distributed, that is, the contrast is enhanced is generated.

この処理は、画像全体に一度に適用してもよく、又は領域又はブロックと呼ばれるサブセクションに分割し、これらのサブセクションに処理を個別に適用してもよい。サブセクションは、重なり合っていてもよい。ヒストグラム等化を全体に適用する手法は、全体的ヒストグラム等化と呼ばれ、ヒストグラム等化をサブセクション毎に適用する手法は、局所的ヒストグラム等化又は適応ヒストグラム等化と呼ばれる。局所的ヒストグラム等化は、局所的な画像特徴に適合し、全体的ヒストグラム等化は、このような局所的特徴に対して、良好に作用しない場合がある。局所的ヒストグラム等化は、全体的ヒストグラム等化に比べて、通常、演算負荷が遙かに大きいが、優れた性能のため、画像コントラストの強調の分野で注目されている。   This process may be applied to the entire image at once, or it may be divided into subsections called regions or blocks, and the process may be applied individually to these subsections. Subsections may overlap. A technique for applying histogram equalization to the whole is called global histogram equalization, and a technique for applying histogram equalization for each subsection is called local histogram equalization or adaptive histogram equalization. Local histogram equalization is adapted to local image features, and global histogram equalization may not work well for such local features. Local histogram equalization is usually much more computationally intensive than global histogram equalization, but has attracted attention in the field of image contrast enhancement due to its superior performance.

局所的ヒストグラム等化技術は、例えば、ウィリアム・ケー・プラット(William K. Pratt)による「"Digital Image Processing", 3rd Edition, ISBN 0-471-37407-5, John Wiley & Sons, Inc., 2001」に説明されている。   Local histogram equalization techniques are described in, for example, “Digital Image Processing”, 3rd Edition, ISBN 0-471-37407-5, John Wiley & Sons, Inc., 2001 by William K. Pratt. Is described.

局所的ヒストグラム等化により、以下のような、目障りなアーチファクトが生じることがある。   Local histogram equalization can cause annoying artifacts such as:

ブロッキングアーチファクト:処理済の画像において、ブロック毎の処理のために用いられたブロック構造が視認され、特に、ブロック境界が目立ってしまうアーチファクト。   Blocking artifact: In the processed image, the block structure used for processing for each block is visually recognized, and in particular, the block boundary is conspicuous.

フェージングアーチファクト:適応ヒストグラム等化の後に画像の幾つかの領域が色褪せてしまうアーチファクト。通常、コントラストが高いオブジェクトの近傍の領域がこのアーチファクトの影響を受ける。人間の視覚は、一般的なオブジェクトに比べて肌色(人間の皮膚の色)のオブジェクトに敏感であり、このアーチファクトは、特に、肌色領域に影響があると、違和感を生じる。   Fading artifact: An artifact that fades some areas of the image after adaptive histogram equalization. Usually, the area in the vicinity of an object with high contrast is affected by this artifact. Human vision is more sensitive to skin color (human skin color) objects than general objects, and this artifact is particularly uncomfortable when it affects the skin color area.

境界スメアアーチファクト(boundary smearing artifact):コントラストが高いオブジェクト(例えば、暗いオブジェクトと明るいオブジェクト)の境界領域が「滲み(smeared)」又は不鮮明になり、処理前より厚くなるアーチファクト。境界スメアアーチファクトは、また、オブジェクト拡大アーチファクトとも呼ばれる。   Boundary smearing artifact: An artifact where the boundary area of high contrast objects (eg, dark and light objects) becomes “smeared” or smeared and thicker than before processing. Boundary smear artifacts are also referred to as object magnification artifacts.

総合的な画像コントラスト損失:局所的処理は、全体的なヒストグラム情報を無視するため、全体的なコントラストが低下することがある。例えば、局所的ヒストグラム等化によって、画像の背景が、画像上のターゲットオブジェクトと同じくらい明瞭になることがある。このように背景が強調されることによって、人間の距離感が混乱することがある。   Total image contrast loss: Local processing ignores the overall histogram information and may reduce the overall contrast. For example, local histogram equalization may make the background of the image as clear as the target object on the image. By emphasizing the background in this way, the human sense of distance may be confused.

本出願と同じ出願人による欧州特許出願EP1515274号には、ブロッキングアーチファクト及び総合的な画像コントラスト損失の問題を解決する技術が開示されている。ブロックのヒストグラムを均等化(homogenize)することによって、すなわち、空間的に隣接するブロックのヒストグラムを重み付けし及び加算することによって、ブロッキングアーチファクト及び総合的な画像コントラスト損失が抑制される。ブロックを重複させる処理によっても、ブロッキングアーチファクト及び総合的な画像コントラスト損失を低減できるが、ヒストグラム等化は、ブロックを重複させる処理より、演算効率が高い。ブロックを重複させる手法と、ヒストグラム等化とを組み合わせて行ってもよい。   European patent application EP1515274 by the same applicant as this application discloses a technique for solving the problems of blocking artifacts and overall image contrast loss. Blocking artifacts and overall image contrast loss are suppressed by homogenizing the histograms of the blocks, ie, by weighting and summing the histograms of spatially adjacent blocks. Although the processing for overlapping blocks can also reduce blocking artifacts and overall image contrast loss, histogram equalization is more computationally efficient than the processing for overlapping blocks. A method of overlapping blocks and histogram equalization may be combined.

本出願と同じ出願人による欧州特許出願EP1465436号には、フェージングアーチファクトを解決する技術が開示されている。EP1465436号に開示されている手法では、テレビジョン信号等の画像信号の輝度成分からヒストグラムを生成する。そして、画像信号の色差成分を用いて、肌色領域を特定する。そして、検出された肌色領域の画素を用いて、ヒストグラムがより均等に分布するようにヒストグラムを変更し、これにより、ヒストグラム等化によって、人間の肌色領域で信号が全く又は殆ど変化しないようにする。肌色以外の領域の画素は、標準のヒストグラム等化と同様のヒストグラムを生成するために用いられる。   A European patent application EP 1465536 by the same applicant as this application discloses a technique for solving fading artifacts. In the technique disclosed in EP 1465436, a histogram is generated from luminance components of an image signal such as a television signal. Then, the skin color region is specified using the color difference component of the image signal. Then, the detected skin color area pixels are used to change the histogram so that the histogram is more evenly distributed, thereby preventing the signal from changing at all or hardly in the human skin color area by histogram equalization. . Pixels in areas other than the skin color are used to generate a histogram similar to the standard histogram equalization.

本発明の目的は、適応ヒストグラム等化によるオブジェクト拡大アーチファクト及びフェージングアーチファクトを低減することができる適応ヒストグラム等化方法及び適応ヒストグラム等化装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an adaptive histogram equalization method and an adaptive histogram equalization apparatus that can reduce object enlargement artifacts and fading artifacts due to adaptive histogram equalization.

この目的を達成するために、本発明に係る適応ヒストグラム等化方法は、デジタル画像のコントラストを強調する適応ヒストグラム等化方法において、画像を画素の領域に分割し、画像において、所定の強度のローカル画素値の差分の構造を判定するステップと、各領域について、ローカル画素値の差分の判定された構造に基づいて、画素値のヒストグラムを生成するステップと、領域に対応するヒストグラムに基づいて、各領域の画素値をマッピングするステップとを有する。   In order to achieve this object, an adaptive histogram equalization method according to the present invention is an adaptive histogram equalization method for enhancing the contrast of a digital image. The adaptive histogram equalization method divides an image into pixel regions, Determining a pixel value difference structure, generating a pixel value histogram for each region based on the determined local pixel value difference, and each region based on a histogram corresponding to the region; Mapping the pixel value of the region.

また、この目的を達成するために、本発明に係る適応ヒストグラム等化装置は、デジタル画像のコントラストを強調する適応ヒストグラム等化装置において、画像を画素の領域に分割する領域特定器と、画像の所定の強度のローカル画素値の差分の構造を判定する構造判定器と、各領域について、ローカル画素値の差分の判定された構造に基づいて、画素値のヒストグラムを生成するヒストグラム生成器と、領域に対応するヒストグラムに基づいて、各領域の画素値をマッピングするマッピング器とを備える。   In order to achieve this object, an adaptive histogram equalization apparatus according to the present invention is an adaptive histogram equalization apparatus that enhances the contrast of a digital image, an area identifier that divides an image into pixel areas, A structure determiner that determines a structure of a difference between local pixel values of a predetermined intensity, a histogram generator that generates a histogram of pixel values based on the structure determined as a difference of local pixel values for each area, and an area And a mapper for mapping the pixel values of the respective regions based on the histogram corresponding to.

更に、この目的を達成するために、本発明に係るソフトウェア製品は、コンピュータ装置によって実行されると、上述した適応ヒストグラム等化方法を実現するプログラム情報を含む。   Furthermore, in order to achieve this object, the software product according to the present invention includes program information that, when executed by a computer device, implements the adaptive histogram equalization method described above.

本発明に係る適応ヒストグラム等化装置、適応ヒストグラム等化方法及びソフトウェア製品は、フェージングアーチファクト及び境界スメアアーチファクトを低減する。本発明により、色情報にアクセスする必要なく、肌色領域におけるフェージングアーチファクトが低減され、及び非肌色領域でも、フェージングアーチファクトが軽減される。   The adaptive histogram equalization apparatus, adaptive histogram equalization method, and software product according to the present invention reduce fading artifacts and boundary smear artifacts. The present invention reduces fading artifacts in the flesh-colored area without the need to access color information, and also reduces fading artifacts in non-skin-colored areas.

適応ヒストグラム等化方法は、好ましくは、以下のように実行される。   The adaptive histogram equalization method is preferably performed as follows.

好ましくは、ローカル画素値の差分の判定された構造を有する各領域について、第1の側と、判定された構造に関して第1の側の反対の第2の側とを定義する。   Preferably, for each region having a determined structure of local pixel value differences, a first side and a second side opposite the first side with respect to the determined structure are defined.

ローカル画素値の差分の判定された構造を有する領域について、ヒストグラムは、好ましくは、判定された構造の第1の側に位置している画素の画素値から生成される。   For regions having a determined structure of local pixel value differences, a histogram is preferably generated from the pixel values of the pixels located on the first side of the determined structure.

好ましくは、ローカル画素値の差分の判定された構造を有する領域について、構造の第2の側に位置する画素の数によってヒストグラムを変更し、第2の側に位置する画素数が多いほど、ヒストグラムを生成するステップによって生成されるヒストグラムのバランス又は分布の均一の度合いが高い。   Preferably, for a region having a structure in which the difference between local pixel values is determined, the histogram is changed according to the number of pixels located on the second side of the structure, and the more pixels located on the second side, the more the histogram The degree of uniformity of the balance or distribution of the histogram generated by the step of generating.

第2の側に位置する画素は、好ましくは、ヒストグラムにおいて、画素の一部が最小値を有し、他の部分が最大値を有するかのようにみなされる。   The pixels located on the second side are preferably considered in the histogram as if some of the pixels have a minimum value and other parts have a maximum value.

適応ヒストグラム等化方法は、好ましくは、ヒストグラムを平準化するステップを更に有し、又は画素値をマッピングするステップにおいて、ヒストグラムから得られた平準化関数を直接又は間接的に用いる。   The adaptive histogram equalization method preferably further comprises the step of leveling the histogram, or using the leveling function obtained from the histogram directly or indirectly in the step of mapping the pixel values.

ローカル画素値の差分の判定された構造を有さない領域では、ヒストグラムは、好ましくは、領域内の全ての画素の画素値から生成される。   In regions that do not have a determined local pixel value difference, the histogram is preferably generated from the pixel values of all the pixels in the region.

好ましくは、例えば、ソーベル演算子を含むエッジ検出法を用いて、所定の強度を有するローカル画素値の差分の構造を判定する。   Preferably, for example, the structure of the difference between local pixel values having a predetermined intensity is determined using an edge detection method including a Sobel operator.

好ましくは、エッジ検出法によって判定された単一の疎らに分散されたエッジ点が削除され、及び/又は不連続なエッジが例えば形態学的フィルタによって連結される。   Preferably, a single sparsely distributed edge point determined by the edge detection method is deleted and / or discontinuous edges are connected, for example by a morphological filter.

適応ヒストグラム等化方法は、肌色の画素を判定し、肌色の画素を有する領域では、肌色の画素の数によってヒストグラムを変更し、領域の肌色の画素の数が多いほど、ヒストグラムを生成するステップによって生成されるヒストグラムのバランス又は分布の均一の度合いが高い。   The adaptive histogram equalization method determines a skin color pixel, changes the histogram according to the number of skin color pixels in an area having skin color pixels, and generates a histogram as the number of skin color pixels in the area increases. The degree of balance or distribution uniformity of the generated histogram is high.

ヒストグラムは、好ましくは、均一化される。   The histogram is preferably uniformized.

領域は、好ましくは、重複し、領域の重複部分に位置する画素の値及び領域の非重複部分に位置する画素の値は、一回のみマッピングされる。   The regions preferably overlap, and the values of the pixels located in the overlapping part of the region and the values of the pixels located in the non-overlapping part of the region are mapped only once.

画素値は、好ましくは、YUV、YIQ、YCbCr又は他の色モデルに基づく画像フォーマットの輝度及び/又は色差又はクロミナンス差分値を含む画素の明度及び/又は色度に関連する値である。   The pixel value is preferably a value related to the lightness and / or chromaticity of the pixel, including the luminance and / or color difference or chrominance difference value of the image format based on YUV, YIQ, YCbCr or other color model.

適応ヒストグラム等化装置は、好ましくは、以下のように実現される。   The adaptive histogram equalization device is preferably realized as follows.

好ましくは、ローカル画素値の差分の判定された構造を有する各領域について、第1の側と、判定された構造に関して第1の側の反対の第2の側とを定義する。   Preferably, for each region having a determined structure of local pixel value differences, a first side and a second side opposite the first side with respect to the determined structure are defined.

好ましくは、ローカル画素値の差分の判定された構造を有する領域について、ヒストグラム生成器は、判定された構造の第1の側に位置している画素の画素値からヒストグラムを生成する。   Preferably, for a region having a structure for which the difference between local pixel values is determined, the histogram generator generates a histogram from the pixel values of the pixels located on the first side of the determined structure.

ローカル画素値の差分の判定された構造を有する領域について、ヒストグラム生成器は、好ましくは、構造の第2の側に位置する画素の数によってヒストグラムを変更し、第2の側に位置する画素数が多いほど、ヒストグラム生成器によって生成されるヒストグラムのバランス又は分布の均一の度合いが高い。   For regions having a structure with a local pixel value difference determined, the histogram generator preferably changes the histogram according to the number of pixels located on the second side of the structure, and the number of pixels located on the second side The greater the number, the higher the degree of uniformity or balance of the histogram generated by the histogram generator.

ヒストグラム生成器は、好ましくは、ヒストグラムにおいて、第2の側に位置する画素を、画素の一部が最小値を有し、他の部分が最大値を有するかのようにみなす。   The histogram generator preferably regards the pixels located on the second side in the histogram as if some of the pixels have a minimum value and other parts have a maximum value.

適応ヒストグラム等化装置は、好ましくは、ヒストグラムを平準化するフィルタリング器を更に備え、又はマッピング器は、ヒストグラムから得られた平準化関数を直接又は間接的に用いて画素値をマッピングする。   The adaptive histogram equalizer preferably further comprises a filter for leveling the histogram, or the mapper maps the pixel values directly or indirectly using the leveling function obtained from the histogram.

ヒストグラム生成器は、好ましくは、ローカル画素値の差分の判定された構造を有さない領域では、領域内の全ての画素の画素値からヒストグラムを生成する。   The histogram generator preferably generates a histogram from the pixel values of all the pixels in the region in the region that does not have the structure in which the difference between the local pixel values is determined.

構造判定器は、好ましくは、ソーベル演算子を含むエッジ検出法を用いて、所定の強度を有するローカル画素値の差分の構造を判定する。   The structure determiner preferably determines a difference structure of local pixel values having a predetermined intensity using an edge detection method including a Sobel operator.

構造判定器は、好ましくは、エッジ検出法によって判定された単一の疎らに分散されたエッジ点を削除し、及び/又は不連続なエッジが形態学的フィルタによって連結する。   The structure determiner preferably removes a single sparsely distributed edge point determined by the edge detection method and / or discontinuous edges are connected by a morphological filter.

適応ヒストグラム等化プロセッサは、好ましくは、肌色の画素を判定する肌色検出器を更に備え、肌色の画素を有する領域では、ヒストグラム生成器は、肌色の画素の数によってヒストグラムを変更し、領域の肌色の画素の数が多いほど、ヒストグラム生成器によって生成されるヒストグラムのバランス又は分布の均一の度合いが高い。   The adaptive histogram equalization processor preferably further comprises a skin color detector for determining skin color pixels, and in the region having skin color pixels, the histogram generator changes the histogram according to the number of skin color pixels, and the skin color of the region The greater the number of pixels, the higher the degree of uniformity in the balance or distribution of the histogram generated by the histogram generator.

ヒストグラムは、好ましくは、均一化される。   The histogram is preferably uniformized.

領域は、好ましくは、重複し、マッピング器は、領域の重複部分に位置する画素の値及び領域の非重複部分に位置する画素の値を一回のみマッピングする。   The regions preferably overlap, and the mapper maps the values of the pixels located in the overlapping part of the region and the values of the pixels located in the non-overlapping part of the region only once.

画素値は、好ましくは、YUV、YIQ、YCbCr又は他の色モデルに基づく画像フォーマットの輝度及び/又は色差又はクロミナンス差分値を含む画素の明度及び/又は色度に関連する値である。   The pixel value is preferably a value related to the lightness and / or chromaticity of the pixel, including the luminance and / or color difference or chrominance difference value of the image format based on YUV, YIQ, YCbCr or other color model.

入力画像がデジタル画像であれば、本発明は、最も容易に適用できる。なお、入力画像がデジタル画像でない場合、画像のコントラスト強調処理の前に、画像の形式をアナログフォーマットからデジタルフォーマットに変換する。入力画像は、カラー画像であっても白黒画像であってもよい。入力画像は、単一の画像であってもよく、画像シーケンスであってもよい。換言すれば、本発明は、写真等の静止画像にも、ビデオ画像等の画像シーケンスにも適用できる。例えば、入力画像形式が、画像の画素の明度に関連するデータ、例えば、グレースケール走査画像のグレースケール値を含む場合、又は、例えば、標準のテレビジョン信号のビデオ信号の輝度を示すデータを含む場合、入力画像に本発明を適用することができる。このような明度データは、明度データが使用される前に、例えば、赤/緑/青(RGB)色モデルから、それぞれ、PAL及びNTSC及び「テレビジョン標準規格」において使用されているYUV、YIQ、YCbCr色モデル等の輝度色差色モデルへの変換によって、如何なる時点でも、入力フォーマットのデータから生成することができる。また、その画素値に基づいて所定の強度のローカル画素値の差分の構造が判定され、ヒストグラムが生成された画素値とは異なる種類の値をマッピングすることもできる。例えば、所定の強度の局所的な緑色の画素値差分の構造に基づいてヒストグラムが生成されている場合、緑色に関連する画素値から生成されたヒストグラムに基づいて、明度に関連する画素値をマッピングしてもよい。緑色成分は、通常、SN比が良好であるため、色信号の緑色成分に基づく処理は、有利である。また、本発明を適用して、明度に関連しないデータのコントラストを強調することもでき、このデータは、色に関連するデータ又は他の如何なるデータであってもよい。   If the input image is a digital image, the present invention can be applied most easily. If the input image is not a digital image, the image format is converted from an analog format to a digital format before the image contrast enhancement processing. The input image may be a color image or a black and white image. The input image may be a single image or an image sequence. In other words, the present invention can be applied to still images such as photographs and image sequences such as video images. For example, if the input image format includes data relating to the lightness of the pixels of the image, for example, grayscale values of a grayscale scanned image, or includes, for example, data indicating the luminance of the video signal of a standard television signal In this case, the present invention can be applied to the input image. Such lightness data is obtained from, for example, the red / green / blue (RGB) color model before the lightness data is used, YUV, YIQ used in PAL and NTSC, respectively, and the “television standard”. It can be generated from data in the input format at any time by conversion to a luminance color difference color model such as a YCbCr color model. Further, a structure of a difference between local pixel values having a predetermined intensity is determined based on the pixel value, and a different type of value from the pixel value for which the histogram is generated can be mapped. For example, if a histogram is generated based on the local green pixel value difference structure of a predetermined intensity, the pixel value related to lightness is mapped based on the histogram generated from the pixel value related to green May be. Since the green component usually has a good S / N ratio, processing based on the green component of the color signal is advantageous. The present invention can also be applied to enhance the contrast of data not related to lightness, and this data can be color related data or any other data.

本発明は、適応ヒストグラム等化方法、適応ヒストグラム等化装置又はコンピュータプログラム製品として実現される。以下では、説明を簡潔にするために、主に、本発明に基づく適応ヒストグラム均等方法について説明するが、本明細書による開示内容は、対応する適応ヒストグラム等化装置及びこの適応ヒストグラム等化方法を実現するコンピュータプログラム製品にも同様に適用される。   The present invention is realized as an adaptive histogram equalization method, an adaptive histogram equalization apparatus, or a computer program product. In the following, for the sake of brevity, the adaptive histogram equalization method according to the present invention will be mainly described. However, the disclosure according to the present specification describes the corresponding adaptive histogram equalization apparatus and the adaptive histogram equalization method. The same applies to the computer program product to be realized.

図1は、本発明に基づく適応ヒストグラム等化方法のフローチャートを示している。ステップS2において、画像を画素の領域に分割する。ステップS4において、画像の所定の強度のローカル画素値の差分(local pixel value difference)の構造を判定する。ステップS8において、各領域のローカル画素値の差分の判定された構造に基づいて、画素値のヒストグラムを生成する。ステップS12において、領域に対応するヒストグラムに基づいて、各領域の画素値をマッピングする。オプションとして、ステップS6において、肌色の画素を判定してもよい。また、ステップS4におけるヒストグラムの生成は、判定された肌色の画素に基づいて行ってもよい。また、ステップS10において、各領域のヒストグラムを平準化してもよい。   FIG. 1 shows a flowchart of an adaptive histogram equalization method according to the present invention. In step S2, the image is divided into pixel regions. In step S4, the structure of the local pixel value difference of a predetermined intensity of the image is determined. In step S8, a histogram of pixel values is generated based on the determined structure of local pixel value differences in each region. In step S12, the pixel value of each region is mapped based on the histogram corresponding to the region. As an option, a skin color pixel may be determined in step S6. The generation of the histogram in step S4 may be performed based on the determined skin color pixels. In step S10, the histogram of each region may be leveled.

これらのステップは、各領域毎に個別に実行してもよい。これは、例えば、1つの領域の画素値が既にマッピングされた状態で、他の領域のヒストグラムを生成し、更に他の領域は、定義すらされていなくてもよいことを意味する。   These steps may be executed individually for each region. This means that, for example, a histogram of another region is generated in a state where pixel values of one region are already mapped, and the other regions may not be defined.

図2は、対応する適応ヒストグラム等化プロセッサ1のブロック図を示している。適応ヒストグラム等化プロセッサ1は、画像を領域に分割する領域特定器2と、画像の所定の強度のローカル画素値の差分の構造を判定する構造判定器4と、各領域について、ローカル画素値の差分の判定された構造に基づいて、画素値のヒストグラムを生成するヒストグラム生成器8と、領域に対応するヒストグラムに基づいて、各領域の画素値をマッピングするマッピング器12とを備える。更に、適応ヒストグラム等化プロセッサ1は、肌色の画素を検出する肌色検出器6を備えていてもよい。この場合、ヒストグラム生成器8は、ローカル画素値の差分の判定された構造に基づいて、及び判定された肌色の画素に基づいて、ヒストグラムを生成する。更に、適応ヒストグラム等化プロセッサ1は、ヒストグラムを平準化するフィルタリング器10を備えいてもよい。   FIG. 2 shows a block diagram of the corresponding adaptive histogram equalization processor 1. The adaptive histogram equalization processor 1 includes an area identifier 2 that divides an image into areas, a structure determiner 4 that determines a structure of a difference between local pixel values of a predetermined intensity of the image, and a local pixel value for each area. A histogram generator 8 that generates a histogram of pixel values based on the difference determined structure, and a mapper 12 that maps the pixel values of each region based on the histogram corresponding to the region. Further, the adaptive histogram equalization processor 1 may include a skin color detector 6 that detects skin color pixels. In this case, the histogram generator 8 generates a histogram based on the determined structure of local pixel value differences and based on the determined skin color pixels. Furthermore, the adaptive histogram equalization processor 1 may include a filter 10 for leveling the histogram.

適応ヒストグラム等化プロセッサ1の領域特定器2、構造判定器4、肌色検出器6、ヒストグラム生成器8、フィルタリング器10、マッピング器12は、如何なる演算装置又は情報処理を行う如何なる機器によって実現してもよい。例えば、適切にプログラミングされたパーソナルコンピュータ、画像処理に適するデジタルシグナルプロセッサベースの演算装置、又は他の如何なるマイクロプロセッサベースの情報処理装置を用いてもよい。適応ヒストグラム等化プロセッサ1、領域特定器2、構造判定器4、肌色検出器6、ヒストグラム生成器8、フィルタリング器10、マッピング器12は、同じハードウェアで実現してもよく、異なるハードウェアで実現してもよい。以下、図3〜図7を参照して、本発明に基づく適応ヒストグラム等化方法の実施の形態について説明する。   The area specifying unit 2, the structure determining unit 4, the skin color detector 6, the histogram generator 8, the filtering unit 10, and the mapping unit 12 of the adaptive histogram equalization processor 1 are realized by any arithmetic device or any device that performs information processing. Also good. For example, a suitably programmed personal computer, a digital signal processor based computing device suitable for image processing, or any other microprocessor based information processing device may be used. The adaptive histogram equalization processor 1, the region identifier 2, the structure determiner 4, the skin color detector 6, the histogram generator 8, the filtering device 10, and the mapping device 12 may be realized by the same hardware or different hardware. It may be realized. Hereinafter, an embodiment of the adaptive histogram equalization method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

適応ヒストグラム等化プロセッサ1の実用的な実現例では、例えば、ハウジング、電源、データインタフェース、データ接続端子、バッファ等を含む更なる要素が必要である。実用的な実現例に必要なこれらの要素は、当業者にとって明らかであるので、ここでは一々説明しない。   In a practical implementation of the adaptive histogram equalization processor 1, further elements are required including, for example, a housing, a power supply, a data interface, a data connection terminal, a buffer and the like. These elements necessary for a practical implementation will be apparent to those skilled in the art and will not be discussed here.

説明を明瞭にするために、本発明の実施の形態で処理される入力画像は、輝度データを含むデジタルフォーマットの画像であると仮定する。画素の領域は、ブロックと呼ばれ、長方形の形状を有する。なお、長方形以外の形状を定義してもよい。領域の形状及び位置は、画像コンテンツから独立しており、特に、ローカル画素値の差分の構造から独立している。画像を画素の領域に分割する処理に関する詳細については、後述する。ブロック毎の処理は、左から右に及び上から下に行う。この順序は、標準のテレビジョン信号及びビデオ信号が画像情報を搬送する時間的順序に対応する。信号の生来的な順序で、信号を処理することは、処理が高速になり、要求されるメモリ容量が少なくなるため、好ましい。なお、他の多くのブロック処理が可能であり、例えば、ブロックは、少なくとも部分的に平行に処理してもよい。   For the sake of clarity, it is assumed that the input image processed in the embodiment of the present invention is a digital format image including luminance data. The pixel region is called a block and has a rectangular shape. A shape other than a rectangle may be defined. The shape and position of the region are independent of the image content, and in particular, independent of the local pixel value difference structure. Details regarding the process of dividing the image into pixel regions will be described later. Processing for each block is performed from left to right and from top to bottom. This order corresponds to the temporal order in which standard television and video signals carry image information. Processing the signals in the natural order of the signals is preferable because the processing is faster and the required memory capacity is reduced. Many other block processes are possible, for example, blocks may be processed at least partially in parallel.

図3は、本発明の実施の形態の中心となる部分のフローチャートを示している。図3に示す構成では、ローカル画素値の差分の構造の判定から、ヒストグラムの平準化を含むヒストグラム生成の処理までを行う。   FIG. 3 shows a flowchart of the central part of the embodiment of the present invention. In the configuration shown in FIG. 3, the process from the determination of the difference structure of local pixel values to the process of generating a histogram including histogram leveling is performed.

ステップS20では、エッジ検出法によって、所定の強度のローカルな輝度差分の構造を有するブロックを判定する。エッジ検出の感度は、エッジ閾値値パラメータによって調整することができる。所定の強度は、通常、ローカル画素値の差分の強度の下限を定義し、強度は、適切な如何なる手法で測定してもよい。上述のように、通常、コントラストが高いオブジェクトは、フェージングアーチファクト及びオブジェクト拡大アーチファクトの要因になる。本発明の典型的な具体例では、判定されたローカル画素値の差分は、緩やかな変化に対応するローカル画素値の差分と比べて、大きく又は強く見える。この意味で判定された構造とは、強いローカル画素値の差分の構造である。なお、本発明では、低い画素値差分を用いてもよい。ローカル画素値の差分の強度のより正確な値は、入手できる場合が少ない。例えば、画像の雑音量又は画像のモチーフの種類等の画像特性は、使用可能な値の検出に影響する。更に、幾つかの応用分野、例えば、人間のオペレータによってエッジパラメータが調整される高品質のビデオポストプロダクションでは、この値は、オペレータの個人的な好みに依存する場合もある。また、現在、アマチュアレベルにも普及しているコンピュータベースのアプリケーションにおけるデジタル写真の処理では、ユーザは、強度を示す値を直接変更することもできる。他の具体例としてカムコーダのユーザは、それぞれが典型的な撮影状況に最適化された所定の範囲のプリセット値を選択してもよく、このプリセット値は、特に、判定される画素値差分の強度を設定する値であってもよい。他の可能性として、例えば、照明条件等の撮影状況に基づき、又は画像に関して先に取得した他の情報、例えば、先の画像処理操作によって取得された情報に基づいて自動設定が行われることもある。また、画像の異なる部分、例えば、異なる領域毎に異なる値が設定されることもある。   In step S20, a block having a local luminance difference structure with a predetermined intensity is determined by an edge detection method. The sensitivity of edge detection can be adjusted by an edge threshold value parameter. The predetermined intensity usually defines a lower limit of the intensity of the local pixel value difference, and the intensity may be measured by any suitable technique. As described above, an object with high contrast usually causes fading artifacts and object magnification artifacts. In a typical embodiment of the present invention, the determined local pixel value difference appears larger or stronger than the local pixel value difference corresponding to the gradual change. The structure determined in this sense is a structure of strong local pixel value differences. In the present invention, a low pixel value difference may be used. More accurate values of the intensity of the local pixel value difference are rarely available. For example, image characteristics, such as the amount of image noise or the type of image motif, affect the detection of usable values. Furthermore, in some applications, such as high quality video post production where the edge parameters are adjusted by a human operator, this value may depend on the operator's personal preference. Also, in the processing of digital photographs in computer-based applications that are currently popular at the amateur level, the user can also directly change the intensity value. As another specific example, a camcorder user may select a predetermined range of preset values, each optimized for a typical shooting situation, in particular the intensity of the pixel value difference to be determined. May be a value for setting. As another possibility, for example, automatic setting may be performed based on shooting conditions such as lighting conditions, or other information previously acquired with respect to an image, for example, information acquired by a previous image processing operation. is there. Also, different values may be set for different portions of the image, for example, different regions.

説明のため、取得された情報を画像として表示することもできる。図6の画像は、既知のソーベル演算子を用いて、図5の画像全体を処理することによって得られた画像である。ここでは、ローカル画素値の差分の判定された構造を黒色の背景上の白色で表示している。また、ローカル画素値の差分の判定された構造は、エッジ、エッジ線、エッジ点、境界、境界線、境界情報等とも呼ぶことができる。これらの図からもわかるように、ローカル画素値の差分の構造は、コントラストが高いオブジェクトの境界線に一致することがわかる。ローカル画素値の差分の構造は、通常、如何なる形状にも限定されない。   For the sake of explanation, the acquired information can also be displayed as an image. The image of FIG. 6 is an image obtained by processing the entire image of FIG. 5 using a known Sobel operator. Here, the structure for which the difference between the local pixel values is determined is displayed in white on a black background. The structure in which the difference between local pixel values is determined can also be called an edge, an edge line, an edge point, a boundary, a boundary line, boundary information, or the like. As can be seen from these figures, it can be seen that the structure of the difference between the local pixel values matches the boundary line of the object having a high contrast. The structure of the difference between local pixel values is usually not limited to any shape.

ステップS20に続くステップS22では、ブロック内にエッジが存在しているか否かを判定する。該当しない場合、処理は、ステップS30に進む。一方、該当する場合、処理は、ステップS24に進む。   In step S22 following step S20, it is determined whether or not an edge exists in the block. If not, the process proceeds to step S30. On the other hand, if applicable, the process proceeds to step S24.

ステップS24では、ヒストグラムにおいて、エッジの後ろの画素の輝度を、交互に、最小値及び最大値、例えば、標準のテレビジョン信号の8ビット量子化における値16及び値235であるとみなす。この最小値及び最大値は、それぞれが可能なダイナミックレンジ内の比較的小さい値及び大きい値であれば、所定の画像形式において実際に可能な最小値及び最大値から、ある程度異なっていてもよい。   In step S24, in the histogram, the luminance of the pixel behind the edge is alternately regarded as a minimum value and a maximum value, for example, a value 16 and a value 235 in 8-bit quantization of a standard television signal. The minimum and maximum values may differ to some extent from the minimum and maximum values actually possible in a given image format, as long as each is a relatively small and large value within the possible dynamic range.

画素がエッジの後ろにあるか前にあるかは、処理順序に基づいて判定してもよいが、通常、エッジの前の画素の役割と、エッジの後ろの画素の役割とは、交換可能である。ここでは、説明の便宜上、エッジの前又は後ろの画素という表現を用いる。   Whether a pixel is behind or in front of an edge may be determined based on the processing order, but usually the role of the pixel before the edge and the role of the pixel behind the edge are interchangeable. is there. Here, for the convenience of explanation, the expression pixel before or after the edge is used.

ステップS26では、どの種類のブロック端に達したかを判定する。水平x方向のブロック端に達した場合、処理は、S28に進み、次のラインを特定し、ステップS22に進む。一方、垂直y方向のブロック端に達した場合、処理は、ステップS30に進む。   In step S26, it is determined which type of block end has been reached. If the block end in the horizontal x direction has been reached, the process proceeds to S28, the next line is specified, and the process proceeds to step S22. On the other hand, if the block end in the vertical y direction has been reached, the process proceeds to step S30.

ステップS28からステップS22に進んだ場合、ステップS22では、更なるエッジが存在しているか否かを判定する。該当する場合、処理は、ステップS24に進む。該当しない場合は、処理は、ステップS30に進む。   When the process proceeds from step S28 to step S22, it is determined in step S22 whether or not a further edge exists. If so, the process proceeds to step S24. If not, the process proceeds to step S30.

ステップS30では、エッジの前にある画素の画素値を直接考慮に入れて、ヒストグラムを生成する。ステップS30における処理によってヒストグラムが完成し、処理は、ステップS32に進む。   In step S30, a histogram is generated by directly taking into account the pixel value of the pixel in front of the edge. The histogram is completed by the process in step S30, and the process proceeds to step S32.

このように、局所的コントラストが強くないピクチャ領域では、ヒストグラムは、通常通り生成される。一方、局所的コントラストが強いピクチャ領域では、検出されたオブジェクト境界の前の画素だけを直接考慮に入れて、ヒストグラムを生成する。他の画素の出現は、直接考慮に入れられず、ブロック端に達するまでヒストグラムの最小値及び最大値を交互にカウントすることによって、ヒストグラムをより均一化するように、又はそのヒストグラムがより均一化されたヒストグラムとして振る舞うように変更するためのインデクスとして用いられる。交互のカウントは、水平(x)のブロック端及び垂直(y)のブロック端の両方に達するまで続けられる。ヒストグラムは、エッジ開始位置からブロック端まで、最小値及び最大値のみをとる。   As described above, in the picture area where the local contrast is not strong, the histogram is generated as usual. On the other hand, in a picture region having a high local contrast, only a pixel before the detected object boundary is directly taken into consideration to generate a histogram. The appearance of other pixels is not directly taken into account, but by alternately counting the minimum and maximum values of the histogram until it reaches the block edge, the histogram is made more uniform, or the histogram is made more uniform Used as an index to change to act as a histogram. The alternating count continues until both the horizontal (x) block edge and the vertical (y) block edge are reached. The histogram takes only the minimum value and the maximum value from the edge start position to the block end.

そして、ステップS32において、ヒストグラムを処理する。この処理は、例えば、ローパスフィルタによるフィルタリングを含むヒストグラムの平準化を含む。これにより得られるヒストグラムと、隣接するブロックについて以前に得られたヒストグラムとを重み付け加算してもよい。これは、ヒストグラム均一化のための単純な手法の1つである。多くの場合、ヒストグラム均一化によって、単一のエッジ点、疎らに分散されたエッジ点又は不連続なエッジによって生じるアーチファクトが低減される。ヒストグラム均一化に代えて又はこれに加えて、ステップS20の一部として、単一のエッジ点又は疎らに分散されたエッジ点を削除し、例えば、既知の形態学的フィルタを用いて、不連続なエッジを連結してもよい。   In step S32, the histogram is processed. This processing includes, for example, histogram leveling including filtering by a low-pass filter. The histogram obtained in this way may be weighted and added to the histogram previously obtained for adjacent blocks. This is one simple technique for histogram equalization. In many cases, histogram equalization reduces artifacts caused by single edge points, sparsely distributed edge points, or discontinuous edges. As an alternative to or in addition to histogram equalization, as part of step S20, single edge points or sparsely distributed edge points are removed and discontinuous using, for example, a known morphological filter Various edges may be connected.

ステップS32の後に、平準化されたヒストグラムの累積関数からマッピング関数を導出し、このマッピング関数に基づいて、ブロックの輝度をマッピングする。なお、この実施の形態では、ブロックの全ての画素をマッピングするわけではない。この点については、後に詳細に説明する。全てのブロックが処理され、対応する画素がマッピングされると、入力画像のためのヒストグラム等化が完了する。   After step S32, a mapping function is derived from the cumulative function of the leveled histogram, and the luminance of the block is mapped based on this mapping function. In this embodiment, not all the pixels of the block are mapped. This point will be described in detail later. Once all blocks have been processed and the corresponding pixels mapped, histogram equalization for the input image is complete.

あるいはまた、最小値及び最大値を交互にカウントすることによって、ヒストグラムのバランスが均衡し、特に、ヒストグラムを平準化した後に、ヒストグラムがより均一になる。ヒストグラムがより均一に分布すると、ヒストグラムから導出されたマッピング関数を用いたマッピングによる画素の値の変化がより小さくなる。このようにして、エッジ点を含むブロックについて、ヒストグラム等化の量が低減される。換言すれば、コントラストが強いオブジェクトを含む領域では、ヒストグラム等化の量が低減される。この結果、フェージングアーチファクト及び境界スメアアーチファクトが抑制される。エッジのない領域では、ヒストグラムは、通常通り生成される。したがって、コントラストが強いオブジェクトを除く領域においては、ヒストグラム等化は、最大量で実行される。ヒストグラムを平準化することに代えて、ヒストグラムから導出された累積関数を平準化してもよく、この効果は、ヒストグラム等化の量を低減した場合の効果と同じである。   Alternatively, by alternately counting the minimum and maximum values, the balance of the histogram is balanced, especially after leveling the histogram, the histogram becomes more uniform. When the histogram is more uniformly distributed, the change in the pixel value due to the mapping using the mapping function derived from the histogram becomes smaller. In this way, the amount of histogram equalization is reduced for blocks containing edge points. In other words, the amount of histogram equalization is reduced in an area including an object with high contrast. As a result, fading artifacts and boundary smear artifacts are suppressed. In areas without edges, the histogram is generated as usual. Therefore, histogram equalization is performed with the maximum amount in the region excluding objects with high contrast. Instead of leveling the histogram, the cumulative function derived from the histogram may be leveled, and this effect is the same as when the amount of histogram equalization is reduced.

境界線の前の画素は、ヒストグラムの生成において直接考慮され、境界線の後ろの画素は、ヒストグラムをより均一化するように、又はそのヒストグラムがより均一化されたヒストグラムとして振る舞うように変更するためのインデクスとして用いられる。この実施の形態では、この処理は、ブロック端に達するまで、輝度の最小値及び最大値を交互にカウントすることによって実行される。これによりヒストグラムのバランスが均衡し、ヒストグラムを平準化した後に、完全に実際の画素値から生成した場合に比べて、ヒストグラムがより均一になる。したがって、平衡の結果、ヒストグラムは、より均一に分散されたヒストグラムのように振る舞う。ヒストグラムを他の手法で生成し、同様の効果をもたらすこともできる。また、均一性をより直接的に実現することもできる。例えば、実際の値が考慮されない画素を用いて、実際の値を考慮に入れた他の画素から構築されたヒストグラムの間隙を埋め、これにより、ヒストグラムの均一性を直接的に高めてもよい。   Pixels before the boundary are taken into account directly in the generation of the histogram, and pixels after the boundary are changed to make the histogram more uniform or to behave as a more uniform histogram. Is used as an index. In this embodiment, this process is performed by alternately counting the minimum and maximum luminance values until the end of the block is reached. Thereby, the balance of the histogram is balanced, and after the histogram is leveled, the histogram becomes more uniform as compared with a case where the histogram is completely generated from actual pixel values. Therefore, as a result of the equilibrium, the histogram behaves like a more uniformly distributed histogram. Histograms can be generated in other ways, with similar effects. Also, uniformity can be achieved more directly. For example, pixels that do not take actual values into account may be used to fill histogram gaps constructed from other pixels that take into account actual values, thereby directly increasing histogram uniformity.

検出された境界線の前の画素がブロックの大部分である場合、ヒストグラム変更は、最終的な結果に殆ど又は全く影響を与えない。このような場合、経験的に、フェージングアーチファクト及びオブジェクト拡大アーチファクトは、多くの場合、非常に弱く、すなわち、視認されない。一方、境界の前の画素がブロックを占める割合が少なくなると、フェージングアーチファクト及びオブジェクト拡大アーチファクトが目立つようになるが、ヒストグラム変更も強く行われ、これによって、アーチファクトが抑制される。このように、アーチファクトは、実際の必要性な量に基づいて低減される。   If the pixels before the detected boundary are the majority of the block, the histogram change has little or no effect on the final result. In such cases, empirically, fading artifacts and object magnification artifacts are often very weak, i.e., not visible. On the other hand, when the ratio of the pixels before the boundary to the block decreases, fading artifacts and object enlargement artifacts become conspicuous, but the histogram change is also strongly performed, thereby suppressing the artifacts. In this way, artifacts are reduced based on the actual required amount.

特定の実施の形態に基づいて本発明を説明したが、2つの側の役割を逆転させてもよいことは明らかであり、すなわち、ヒストグラムをより均一化するように、又はそのヒストグラムがより均一化されたヒストグラムとして振る舞うように変更するためのインデクスとして境界線の前の画素を用い、境界線の後ろの画素は、ヒストグラムを生成するために直接考慮に入れるようにしてもよい。   Although the present invention has been described based on specific embodiments, it is clear that the roles of the two sides may be reversed, i.e., to make the histogram more uniform or to make the histogram more uniform. The pixels before the boundary line may be used as an index to change to behave as a histogram, and the pixels after the boundary line may be directly taken into account to generate the histogram.

以下、図4を参照して、本発明の実施の形態によって用いられるブロック構造について説明する。本発明は、ブロックを重複させる従来の技術と組み合わせて用いることができる。ブロック重複は、ブロッキングアーチファクトを低減するための技術として知られている。しかしながら、ブロック重複によって、フェージングアーチファクト及びオブジェクト拡大アーチファクトが強められてしまうこともある。図4は、水平x方向に密に重なる3つの長方形ブロックを示している。図4では、視覚的にわかりやすいように、個別に分離された3つのブロックも示している(下の3つのブロック)。マッピングが重複しないように、ブロック全体から導出されたマッピング関数に基づき、図4に示すパターンで埋められた領域の画素だけをマッピングする必要がある。この実施の形態で用いられているブロック構造は、垂直方向にも重複する。但し、図面を明瞭にするために、図4では、ブロックの垂直な重複を示していない。したがって、マッピングが重複しないように、マッピング関数によってマッピングされる領域の面積は、更に小さくする必要がある。すなわち、水平方向にも垂直にも重複しない領域のみにおいて、ブロック全体から導出されたマッピング関数を用いたマッピングが行われる。詳しくは、この実施の形態では、各ブロックの左上コーナの領域のみがマッピングされる。すなわち、ヒストグラムは、ブロック全体から生成されるが、各ブロックの画素の非常に僅かな一部だけがマッピングされる。左上コーナの画素だけがマッピングされるので、ヒストグラム変更は、通常、検出された境界線の後ろの画素には影響しない。   Hereinafter, the block structure used by the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present invention can be used in combination with conventional techniques for overlapping blocks. Block overlap is known as a technique for reducing blocking artifacts. However, block duplication can intensify fading artifacts and object magnification artifacts. FIG. 4 shows three rectangular blocks densely overlapping in the horizontal x direction. FIG. 4 also shows three individually separated blocks (lower three blocks) for visual clarity. It is necessary to map only the pixels in the region filled with the pattern shown in FIG. 4 based on the mapping function derived from the entire block so that the mapping does not overlap. The block structure used in this embodiment also overlaps in the vertical direction. However, for the sake of clarity, FIG. 4 does not show vertical overlap of blocks. Therefore, the area of the region mapped by the mapping function needs to be further reduced so that the mapping does not overlap. That is, mapping using a mapping function derived from the entire block is performed only in regions that do not overlap both horizontally and vertically. Specifically, in this embodiment, only the area of the upper left corner of each block is mapped. That is, the histogram is generated from the entire block, but only a very small portion of each block's pixels are mapped. Since only the pixels in the upper left corner are mapped, the histogram change usually does not affect the pixels behind the detected boundary.

図7では、処理済の画像と元の画像との間の2つの差分画像を示している(ここでは、印刷されたピクチャにおいて、視覚的に差異が明瞭になるように、所定のオフセット値を加算し、所定の係数によって増幅している)。右のピクチャでは、元の画像は、本発明に基づくヒストグラム等化法の実施の形態を用いて処理されている。左のピクチャでは、元の画像は、従来のヒストグラム等化を用いて処理されている。左の(従来の技術に基づく)差分画像では、背景と、肩及び腕とを区切る境界線上で明度が変化し、顕著なオブジェクト拡大アーチファクトが生じている。境界領域では、従来の技術を用いて画像を処理することによって、プルオーバはより暗くなり、背景がより明るくなっている。またプルオーバと首との間の境界線においては、フェージングアーチファクトに該当する明度の変化も生じている。すなわち、肌の色は、プルオーバの近くでより明るくなっている。一方、右側のピクチャから明らかなように、これらのアーチファクトは、本発明に基づくヒストグラム等化法に基づく処理を行うことによって大幅に低減される。   FIG. 7 shows two difference images between the processed image and the original image (here, a predetermined offset value is set so that the difference is visually clear in the printed picture). Are added and amplified by a predetermined coefficient). In the right picture, the original image has been processed using an embodiment of the histogram equalization method according to the present invention. In the left picture, the original image has been processed using conventional histogram equalization. In the difference image on the left (based on the prior art), the brightness changes on the boundary line that separates the background from the shoulder and the arm, and a noticeable object enlargement artifact occurs. In the border region, the pullover is darker and the background is lighter by processing the image using conventional techniques. Further, at the boundary line between the pullover and the neck, a change in brightness corresponding to a fading artifact is also generated. That is, the skin color is lighter near the pullover. On the other hand, as is apparent from the picture on the right side, these artifacts are greatly reduced by performing processing based on the histogram equalization method according to the present invention.

本明細書では、本発明の好適な実施の形態及び変形例を開示及び説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、ここに開示した構成、動作及び形式に様々な変更を加えることができることは当業者には明らかである。特に、本発明の各特徴は、本発明の他の特徴と組み合わせて開示された特徴を含め、当業者にとって無意味であることが明らかな場合を除き、如何なる構成にも組み合わせることができる。   Although the preferred embodiment and modifications of the invention have been disclosed and described herein, various changes can be made in the arrangement, operation and form disclosed herein without departing from the spirit and scope of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that this is possible. In particular, each feature of the present invention can be combined in any configuration, except where apparently meaningless to those skilled in the art, including features disclosed in combination with other features of the present invention.

任意のステップを含む適応ヒストグラム等化方法のフローチャートである。It is a flowchart of the adaptive histogram equalization method including arbitrary steps. 任意の要素を含む適応ヒストグラム等化プロセッサのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an adaptive histogram equalization processor that includes arbitrary elements. 適応ヒストグラム等化方法の実施の形態の一側面を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining 1 side of embodiment of the adaptive histogram equalization method. 本発明の実施の形態において用いるブロック構造の水平方向の重複を説明する図である。It is a figure explaining the duplication of the horizontal direction of the block structure used in embodiment of this invention. 元の画像を示す図である。It is a figure which shows the original image. 元の画像のローカル画素値の差分の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the difference of the local pixel value of an original image. 処理済の画像と元の画像との間の2つの差分画像を示す図である。It is a figure which shows two difference images between the processed image and the original image.

Claims (27)

デジタル画像のコントラストを強調する適応ヒストグラム等化方法において、
画像を画素の領域に分割し、該画像において、所定の強度のローカル画素値の差分の構造を判定するステップと、
各領域について、上記ローカル画素値の差分の判定された構造に基づいて、画素値のヒストグラムを生成するステップと、
上記領域に対応するヒストグラムに基づいて、各領域の画素値をマッピングするステップとを有する適応ヒストグラム等化方法。
In an adaptive histogram equalization method that enhances the contrast of a digital image,
Dividing the image into regions of pixels and determining in the image the structure of the difference between local pixel values of a predetermined intensity;
Generating a histogram of pixel values based on the determined structure of local pixel value differences for each region;
Mapping the pixel value of each region based on the histogram corresponding to the region.
上記ローカル画素値の差分の判定された構造を有する各領域について、第1の側と、該判定された構造に関して該第1の側の反対の第2の側とを定義することを特徴とする請求項1記載の適応ヒストグラム等化方法。   A first side and a second side opposite to the first side with respect to the determined structure are defined for each region having the determined structure of the local pixel value difference. The adaptive histogram equalization method according to claim 1. 上記ローカル画素値の差分の判定された構造を有する領域について、上記ヒストグラムは、上記判定された構造の上記第1の側に位置している画素の画素値から生成されることを特徴とする請求項2記載の適応ヒストグラム等化方法。   The region having a structure for which the difference between the local pixel values is determined is characterized in that the histogram is generated from pixel values of pixels located on the first side of the determined structure. Item 3. The adaptive histogram equalization method according to item 2. 上記ローカル画素値の差分の判定された構造を有する領域について、該構造の上記第2の側に位置する画素の数によってヒストグラムを変更し、上記第2の側に位置する画素数が多いほど、上記ヒストグラムを生成するステップによって生成されるヒストグラムのバランス又は分布の均一の度合いが高いことを特徴とする請求項2又は3記載の適応ヒストグラム等化方法。   For a region having a structure in which the difference between the local pixel values is determined, the histogram is changed according to the number of pixels located on the second side of the structure, and the more pixels located on the second side, 4. The adaptive histogram equalization method according to claim 2, wherein the degree of uniformity of the balance or distribution of the histogram generated by the step of generating the histogram is high. 上記第2の側に位置する画素は、上記ヒストグラムにおいて、該画素の一部が最小値を有し、他の部分が最大値を有するかのようにみなされることを特徴とする請求項4記載の適応ヒストグラム等化方法。   5. The pixel located on the second side is regarded in the histogram as if a part of the pixel has a minimum value and another part has a maximum value. Adaptive histogram equalization method. 上記ヒストグラムを平準化するステップを更に有し、又は上記画素値をマッピングするステップにおいて、上記ヒストグラムから得られた平準化関数を直接又は間接的に用いることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化方法。   The leveling of the histogram is further included, or the leveling function obtained from the histogram is directly or indirectly used in the step of mapping the pixel values. The adaptive histogram equalization method according to claim 1. ローカル画素値の差分の判定された構造を有さない領域では、上記ヒストグラムは、該領域内の全ての画素の画素値から生成されることを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化方法。   7. The histogram according to claim 1, wherein the histogram is generated from pixel values of all the pixels in the region in a region that does not have a structure in which a difference between local pixel values is determined. Adaptive histogram equalization method. ソーベル演算子を含むエッジ検出法を用いて、所定の強度を有する上記ローカル画素値の差分の構造を判定することを特徴とする請求項1乃至7いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化方法。   The adaptive histogram equalization method according to claim 1, wherein a structure of a difference between the local pixel values having a predetermined intensity is determined using an edge detection method including a Sobel operator. 上記エッジ検出法によって判定された単一の疎らに分散されたエッジ点が削除され、及び/又は不連続なエッジが形態学的フィルタによって連結されることを特徴とする請求項8記載の適応ヒストグラム等化方法。   9. The adaptive histogram according to claim 8, wherein single sparsely distributed edge points determined by the edge detection method are deleted and / or discontinuous edges are connected by a morphological filter. Equalization method. 肌色の画素を判定し、該肌色の画素を有する領域では、肌色の画素の数によってヒストグラムを変更し、該領域の肌色の画素の数が多いほど、上記ヒストグラムを生成するステップによって生成されるヒストグラムのバランス又は分布の均一の度合いが高いことを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化方法。   Histogram generated by the step of determining a skin color pixel and changing the histogram according to the number of skin color pixels in the region having the skin color pixel, and generating the histogram as the number of skin color pixels in the region increases. 10. The adaptive histogram equalization method according to claim 1, wherein the degree of uniformity of the balance or distribution is high. 上記ヒストグラムは、均一化されることを特徴とする請求項1乃至10いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化方法。   11. The adaptive histogram equalization method according to claim 1, wherein the histogram is uniformized. 上記領域は、重複し、該領域の重複部分に位置する画素の値及び該領域の非重複部分に位置する画素の値は、一回のみマッピングされることを特徴とする請求項1乃至11いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化方法。   The region is overlapped, and a value of a pixel located in an overlapping portion of the region and a value of a pixel located in a non-overlapping portion of the region are mapped only once. The adaptive histogram equalization method according to claim 1. 上記画素値は、YUV、YIQ、YCbCr又は他の色モデルに基づく画像フォーマットの輝度及び/又は色差又はクロミナンス差分値を含む画素の明度及び/又は色度に関連する値であることを特徴とする請求項1乃至12いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化方法。   The pixel value is a value related to brightness and / or chromaticity of a pixel including luminance and / or color difference or chrominance difference value of an image format based on YUV, YIQ, YCbCr or other color models. The adaptive histogram equalization method according to claim 1. デジタル画像のコントラストを強調する適応ヒストグラム等化装置(1)において、
画像を画素の領域に分割する領域特定器(2)と、
該画像の所定の強度のローカル画素値の差分の構造を判定する構造判定器(4)と、
各領域について、上記ローカル画素値の差分の判定された構造に基づいて、画素値のヒストグラムを生成するヒストグラム生成器(8)と、
上記領域に対応するヒストグラムに基づいて、各領域の画素値をマッピングするマッピング器(12)とを備える適応ヒストグラム等化装置(1)。
In an adaptive histogram equalizer (1) that enhances the contrast of a digital image,
An area identifier (2) for dividing an image into pixel areas;
A structure determiner (4) for determining a structure of a difference between local pixel values of a predetermined intensity of the image;
For each region, a histogram generator (8) that generates a histogram of pixel values based on the determined structure of local pixel value differences;
An adaptive histogram equalizer (1) comprising a mapper (12) for mapping pixel values of each region based on a histogram corresponding to the region.
上記ローカル画素値の差分の判定された構造を有する各領域について、第1の側と、該判定された構造に関して該第1の側の反対の第2の側とを定義することを特徴とする請求項14記載の適応ヒストグラム等化装置(1)。   A first side and a second side opposite to the first side with respect to the determined structure are defined for each region having the determined structure of the local pixel value difference. 15. The adaptive histogram equalizer (1) according to claim 14. 上記ローカル画素値の差分の判定された構造を有する領域について、上記ヒストグラム生成器(8)は、上記判定された構造の上記第1の側に位置している画素の画素値からヒストグラムを生成することを特徴とする請求項15記載の適応ヒストグラム等化装置(1)。   The histogram generator (8) generates a histogram from the pixel values of the pixels located on the first side of the determined structure with respect to the region having the determined structure of the local pixel value difference. 16. The adaptive histogram equalizer (1) according to claim 15, characterized in that 上記ローカル画素値の差分の判定された構造を有する領域について、上記ヒストグラム生成器(8)は、該構造の上記第2の側に位置する画素の数によってヒストグラムを変更し、上記第2の側に位置する画素数が多いほど、上記ヒストグラム生成器(8)によって生成されるヒストグラムのバランス又は分布の均一の度合いが高いことを特徴とする請求項15又は16記載の適応ヒストグラム等化装置(1)。   For the region having the structure for which the difference between the local pixel values is determined, the histogram generator (8) changes the histogram according to the number of pixels located on the second side of the structure, and the second side 17. The adaptive histogram equalization apparatus (1) according to claim 15 or 16, characterized in that the greater the number of pixels located at, the higher the degree of uniformity of the balance or distribution of the histogram generated by the histogram generator (8). ). 上記ヒストグラム生成器(8)は、上記ヒストグラムにおいて、上記第2の側に位置する画素を、該画素の一部が最小値を有し、他の部分が最大値を有するかのようにみなすことを特徴とする請求項17記載の適応ヒストグラム等化装置(1)。   The histogram generator (8) regards the pixel located on the second side in the histogram as if part of the pixel has a minimum value and the other part has a maximum value. The adaptive histogram equalization apparatus (1) according to claim 17, characterized in that: ヒストグラムを平準化するフィルタリング器(10)を更に備え、又は上記マッピング器(12)は、上記ヒストグラムから得られた平準化関数を直接又は間接的に用いて画素値をマッピングすることを特徴とする請求項14乃至18いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化装置(1)。   It further comprises a filter (10) for leveling the histogram, or the mapper (12) maps the pixel values directly or indirectly using the leveling function obtained from the histogram. 19. The adaptive histogram equalizer (1) according to any one of claims 14 to 18. 上記ヒストグラム生成器(8)は、ローカル画素値の差分の判定された構造を有さない領域では、該領域内の全ての画素の画素値からヒストグラムを生成することを特徴とする請求項14乃至19いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化装置(1)。   15. The histogram generator (8) generates a histogram from pixel values of all pixels in the region in a region that does not have a structure in which a difference between local pixel values is determined. 19. The adaptive histogram equalization apparatus (1) according to any one of 19 items. 上記構造判定器は、ソーベル演算子を含むエッジ検出法を用いて、所定の強度を有する上記ローカル画素値の差分の構造を判定することを特徴とする請求項14乃至20いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化装置(1)。   21. The structure determination unit according to claim 14, wherein the structure determination unit determines a structure of a difference between the local pixel values having a predetermined intensity using an edge detection method including a Sobel operator. Adaptive histogram equalizer (1). 上記構造判定器は、上記エッジ検出法によって判定された単一の疎らに分散されたエッジ点を削除し、及び/又は不連続なエッジが形態学的フィルタによって連結することを特徴とする請求項21記載の適応ヒストグラム等化装置(1)。   The structure determiner removes a single sparsely distributed edge point determined by the edge detection method and / or discontinuous edges are connected by a morphological filter. 21. The adaptive histogram equalizer (1) according to item 21. 肌色の画素を判定する肌色検出器を更に備え、該肌色の画素を有する領域では、上記ヒストグラム生成器(8)は、肌色の画素の数によってヒストグラムを変更し、該領域の肌色の画素の数が多いほど、上記ヒストグラム生成器(8)によって生成されるヒストグラムのバランス又は分布の均一の度合いが高いことを特徴とする請求項14乃至22いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化プロセッサ(1)。   A skin color detector for determining skin color pixels is further provided. In the region having the skin color pixels, the histogram generator (8) changes the histogram according to the number of skin color pixels, and the number of skin color pixels in the region 23. The adaptive histogram equalization processor (1) according to any one of claims 14 to 22, characterized in that the greater the number of the histograms, the higher the degree of uniformity of the balance or distribution of the histograms generated by the histogram generator (8). . 上記ヒストグラムは、均一化されることを特徴とする請求項14乃至23いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化プロセッサ(1)。   24. The adaptive histogram equalization processor (1) according to any one of claims 14 to 23, characterized in that the histogram is uniformized. 上記領域は、重複し、上記マッピング器は、該領域の重複部分に位置する画素の値及び該領域の非重複部分に位置する画素の値を一回のみマッピングすることを特徴とする請求項14乃至24いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化プロセッサ(1)。   The region overlaps, and the mapper maps the value of a pixel located in an overlapping portion of the region and the value of a pixel located in a non-overlapping portion of the region only once. 25. The adaptive histogram equalization processor (1) according to any one of items 24 to 24. 上記画素値は、YUV、YIQ、YCbCr又は他の色モデルに基づく画像フォーマットの輝度及び/又は色差又はクロミナンス差分値を含む画素の明度及び/又は色度に関連する値であることを特徴とする請求項14乃至25いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化プロセッサ(1)。   The pixel value is a value related to brightness and / or chromaticity of a pixel including luminance and / or color difference or chrominance difference value of an image format based on YUV, YIQ, YCbCr or other color models. The adaptive histogram equalization processor (1) according to any one of claims 14 to 25. コンピュータ装置によって実行されると、請求項1乃至13いずれか1項記載の適応ヒストグラム等化方法を実現するプログラム情報を含むソフトウェア製品。   A software product comprising program information that, when executed by a computer device, implements the adaptive histogram equalization method according to any one of claims 1 to 13.
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