JP2011120299A - Gradation conversion apparatus, program, electronic camera, and method therefor - Google Patents

Gradation conversion apparatus, program, electronic camera, and method therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gradation conversion apparatus and method by which partial contrast is appropriately adjusted, with contrast balance of a whole image being adjusted by using an arbitrary gradation conversion property. <P>SOLUTION: This gradation conversion apparatus used for converting the gradation of an original image is equipped with: a signal obtaining unit 12; a neighborhood processing unit 13, a gain generator 14; and a gradation conversion unit 15. The signal obtaining unit 12 extracts or generates a signal Z[i, j] from a pixel [i, j] of the original image. The neighborhood processing unit 13 generates a signal ZL[i, j] related to a neighborhood area of the pixel [i, j]. The gain generation unit 14 determines a conversion gain k of the pixel [i, j] corresponding to the signal Z[i, j] and the signal ZL[i, j]. The gradation conversion unit 15 performs gradation conversion by multiplying either the color component of the pixel [i, j] or the signal component generated from the color component by the conversion gain k of the pixel [i, j]. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、本発明は、画像の階調変換技術を用いた階調変換装置、プログラム、電子カメラ、及びその方法に関する。   The present invention relates to a gradation conversion device, a program, an electronic camera, and a method thereof using an image gradation conversion technique.

(特許文献1の従来技術)
従来、下記の特許文献1に記載される階調変換技術が知られている。
この従来技術では、まず、輝度信号Yを、下式により求める。
Y=0.3・R+0.59・G+0,11・B ・・・[1]
次に、この輝度信号Yについて、所定の階調変換Y′=f(Y)を行い、変換後の輝度信号Y′を求める。ここでの階調変換には、ガンマ変換特性f(Y)=Y^γまたは、自由な非線形関数などが使用される。この変換前後の比率を算出し、変換ゲインk(Y)とする。
この変換ゲインk(Y)を、画像の色成分RGBそれぞれに乗算することにより、
R′=k(Y)・R
G′=k(Y)・G
B′=k(Y)・B ・・・[2]
を算出し、階調変換後の色成分R′G′B′を求める。
(Prior Art 1)
Conventionally, a gradation conversion technique described in Patent Document 1 below is known.
In this prior art, first, the luminance signal Y is obtained by the following equation.
Y = 0.3 ・ R + 0.59 ・ G + 0,11 ・ B ... [1]
Next, a predetermined gradation conversion Y ′ = f (Y) is performed on the luminance signal Y to obtain a converted luminance signal Y ′. In this gradation conversion, a gamma conversion characteristic f (Y) = Y ^ γ or a free nonlinear function is used. The ratio before and after the conversion is calculated and set as the conversion gain k (Y).
By multiplying this conversion gain k (Y) by each of the color components RGB of the image,
R ′ = k (Y) · R
G ′ = k (Y) · G
B ′ = k (Y) · B [2]
And the color component R′G′B ′ after gradation conversion is obtained.

(レチネックス法)
また従来、階調補正方式としてレチネックス法(Retinex Method)も知られている。このレチネックス法では、階調の微小変化を強調して、暗部などに隠れていた階調を浮き上がらせることができる。
(Retinex method)
Conventionally, the Retinex Method is also known as a gradation correction method. In the Retinex method, it is possible to emphasize a minute change in gradation and raise a gradation hidden in a dark portion or the like.

特開平4−150171号公報JP-A-4-150171

ところで、特許文献1の従来技術では、単一の階調変換特性を用いるため、画面全体の大局的な明暗バランスの調整に適している。しかしながら、細部の階調を特に強調して、画像のメリハリやディテール感を高めるといった画像処理は不可能である。   By the way, since the conventional technology of Patent Document 1 uses a single gradation conversion characteristic, it is suitable for adjusting the overall light / dark balance of the entire screen. However, it is impossible to perform image processing that particularly emphasizes the gradation of details to enhance the sharpness and detail of the image.

一方、レチネックス法の従来技術では、画像全体の明暗バランスを自由にコントロールすることができない。そのため、画像全体の明暗バランスを大局的に調整しつつ、細部の階調も同時に強調するといった処理が困難であった。   On the other hand, the conventional technique of the Retinex method cannot freely control the light / dark balance of the entire image. For this reason, it has been difficult to perform a process of enhancing the gradation of details at the same time while adjusting the overall brightness balance of the image.

本発明の目的は、上記2つの従来技術では不可能な処理、すなわち、任意の階調変換特性を用いて画像全体の明暗バランスを大局的に調整しつつ、細部の階調の立ち方を更に調整することが可能な階調変換技術を提供することである。   The object of the present invention is to further improve the appearance of detailed gradation while adjusting the overall light / dark balance of the entire image using arbitrary gradation conversion characteristics, which is impossible with the above two conventional techniques. It is to provide a gradation conversion technique that can be adjusted.

《1》 本発明の階調変換装置は、原画像の階調を変換する装置であって、信号取得部、近傍処理部、ゲイン生成部、および階調変換部を備える。
信号取得部は、原画像の画素[i,j]の少なくとも明るさに応じて変化する信号Z[i,j]を抽出または生成する。
近傍処理部は、画素[i,j]の近傍領域の少なくとも明るさに応じて変化する信号ZL[i,j]を生成する。
ゲイン生成部は、信号Z[i,j]および信号ZL[i,j]に対応して、画素[i,j]の変換ゲインkを決定する。
階調変換部は、画素[i,j]の変換ゲインkを、画素[i,j]の色成分または色成分から生成した信号成分に乗ずることで階調変換を行う。
<< 1 >> The gradation conversion apparatus of the present invention is an apparatus that converts the gradation of an original image, and includes a signal acquisition unit, a neighborhood processing unit, a gain generation unit, and a gradation conversion unit.
The signal acquisition unit extracts or generates a signal Z [i, j] that changes according to at least the brightness of the pixel [i, j] of the original image.
The neighborhood processing unit generates a signal ZL [i, j] that changes according to at least the brightness of the neighborhood region of the pixel [i, j].
The gain generation unit determines the conversion gain k of the pixel [i, j] corresponding to the signal Z [i, j] and the signal ZL [i, j].
The gradation conversion unit performs gradation conversion by multiplying the conversion gain k of the pixel [i, j] by the color component of the pixel [i, j] or a signal component generated from the color component.

《2》 なお好ましくは、ゲイン生成部は、信号Z[i,j]と信号ZL[i,j]の合成信号Z1(Z,ZL)を生成する。ゲイン生成部は、この合成信号Z1(Z,ZL)を、予め定められたゲインカーブの関数k=k(Z1)に代入して、画素[i,j]の変換ゲインkを求める。 << 2 >> Preferably, the gain generation unit generates a combined signal Z1 (Z, ZL) of the signal Z [i, j] and the signal ZL [i, j]. The gain generation unit substitutes the combined signal Z1 (Z, ZL) for a predetermined gain curve function k = k (Z1) to obtain the conversion gain k of the pixel [i, j].

《3》 また好ましくは、ゲイン生成部は、変換ゲインkを、信号Z[i,j]が増大すると減少させ、かつ信号ZL[i,j]が増大すると減少させる。 << 3 >> Preferably, the gain generation unit decreases the conversion gain k when the signal Z [i, j] increases and decreases the signal ZL [i, j].

《4》 なお好ましくは、信号Z[i,j]は、画素[i,j]の輝度または明度に関する信号である。 << 4 >> Preferably, the signal Z [i, j] is a signal relating to the luminance or brightness of the pixel [i, j].

《5》 また好ましくは、信号Z[i,j]は、画素[i,j]の明るさおよび彩度を反映する信号であり、明るさが同一であっても彩度が高いほど大きな値を示す信号である。 << 5 >> Also preferably, the signal Z [i, j] is a signal reflecting the brightness and saturation of the pixel [i, j], and has a larger value as the saturation is higher even if the brightness is the same. It is a signal which shows.

《6》 なお好ましくは、信号ZL[i,j]は、画素[i,j]およびその画素[i,j]の近傍画素の明るさに基づき得られた信号である。 << 6 >> Preferably, the signal ZL [i, j] is a signal obtained based on the brightness of the pixel [i, j] and the neighboring pixels of the pixel [i, j].

《7》 なお好ましくは、ゲイン生成部は、下記処理(1)〜(3)により、変換ゲインkを求める。
(1) 信号Z,ZLの逆数を求める演算により信号X,XLを得て、
(2) 信号X,XLを合成して、合成信号X1を生成し、
(3) 合成信号X1に対して、「ゲインリミッタ」、「べき乗」、「0近傍のゲイン低減」、および「Zが所定値より大きくなるとゲインを1に近づける」の少なくとも1つを実施する処理h()を施し、変換ゲインk=h(X1)を求める
《8》 また好ましくは、階調変換部は、原画像から、色差または彩度に関する量を表す色信号Cとを取得し、色信号Cに変換ゲインk1を乗じて、階調変換済みの色信号を生成する。ただし、変換ゲインk1は、Zに関して単調変化する関数をt(Z)として、k1=k・t(Z)あるいは k1(Z,ZL)=k(t(Z),ZL)である。
<< 7 >> Preferably, the gain generation unit obtains the conversion gain k by the following processes (1) to (3).
(1) Obtain signals X and XL by calculation to obtain the reciprocals of signals Z and ZL,
(2) The signals X and XL are combined to generate a combined signal X1,
(3) Processing for performing at least one of “gain limiter”, “power”, “gain reduction near 0”, and “gain closer to 1 when Z becomes greater than a predetermined value” with respect to the synthesized signal X1 h () to obtain conversion gain k = h (X1) << 8 >> Preferably, the gradation conversion unit obtains a color signal C representing an amount related to color difference or saturation from the original image, The signal C is multiplied by the conversion gain k1 to generate a tone-converted color signal. However, the conversion gain k1 is k1 = k · t (Z) or k1 (Z, ZL) = k (t (Z), ZL) where t (Z) is a function that monotonously changes with respect to Z.

《9》 本発明の階調変換プログラムは、コンピュータを、上記《1》〜《8》のいずれか1項に記載の信号取得部、近傍処理部、ゲイン生成部、および階調変換部として機能させるためのプログラムである。 << 9 >> The gradation conversion program of the present invention functions as a signal acquisition unit, a neighborhood processing unit, a gain generation unit, and a gradation conversion unit according to any one of the above << 1 >> to << 8 >>. It is a program to make it.

《10》 本発明の電子カメラは、上記《1》〜《8》のいずれか1項に記載の階調変換装置と、被写体を撮像して原画像を生成する撮像部とを備える。そして、この電子カメラは、撮像部で生成された原画像を、階調変換装置を用いて階調変換する。 << 10 >> An electronic camera according to the present invention includes the gradation conversion device according to any one of the above << 1 >> to << 8 >>, and an imaging unit that images a subject to generate an original image. And this electronic camera performs gradation conversion of the original image produced | generated by the imaging part using the gradation converter.

《11》 本発明の階調変換方法は、原画像の階調を変換する方法であって、次のステップを備える。
(1) 原画像の画素[i,j]の少なくとも明るさに応じて変化する信号Z[i,j]を抽出または生成するステップ。
(2) 画素[i,j]の近傍領域の少なくとも明るさに応じて変化する信号ZL[i,j]を生成するステップ。
(3) 信号Z[i,j]および信号ZL[i,j]に対応して、画素[i,j]の変換ゲインkを決定するステップ。
(4) 画素[i,j]の変換ゲインkを、画素[i,j]の色成分または色成分から生成した信号成分に乗ずることで階調変換を行うステップ。
<< 11 >> The gradation conversion method of the present invention is a method for converting the gradation of an original image, and includes the following steps.
(1) A step of extracting or generating a signal Z [i, j] that changes according to at least the brightness of the pixel [i, j] of the original image.
(2) A step of generating a signal ZL [i, j] that changes in accordance with at least the brightness of the vicinity region of the pixel [i, j].
(3) A step of determining a conversion gain k of the pixel [i, j] corresponding to the signal Z [i, j] and the signal ZL [i, j].
(4) A step of performing gradation conversion by multiplying the conversion gain k of the pixel [i, j] by the color component of the pixel [i, j] or a signal component generated from the color component.

本発明は、原画像の画素[i,j]から得た信号Zだけでなく、その近傍領域から求めた信号ZLにも依存させて、画素[i,j]の変換ゲインkを増減調整する。その結果、暗い近傍領域と、明るい近傍領域とにおいて、変換ゲインkの値が異なるようになり、細部の階調の立ち方を調整した階調変換が可能になる。   In the present invention, the conversion gain k of the pixel [i, j] is increased or decreased depending on not only the signal Z obtained from the pixel [i, j] of the original image but also the signal ZL obtained from the neighborhood region thereof. . As a result, the value of the conversion gain k is different between the dark neighboring area and the bright neighboring area, and gradation conversion that adjusts the appearance of detailed gradation is possible.

階調変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a gradation converter. 電子カメラの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an electronic camera. 階調変換特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a gradation conversion characteristic. 実施形態における画像処理動作を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the image processing operation in embodiment. 階調変換特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a gradation conversion characteristic.

《構成説明》
図1は、階調変換装置11の構成を示す図である。
図1において、階調変換装置11は、下記の構成要件を備える。
(1)信号取得部12・・原画像の各画素の明るさなどを示す信号Zを得る。
(2)近傍処理部13・・原画像の各画素の近傍領域の画素を処理して信号ZLを得る。
(3)ゲイン生成部14・・各画素について、信号Zと信号Zとから変換ゲインkを求める。
(4)階調変換部15・・原画像の各画素の信号と、各画素の変換ゲインkとを乗じて、階調変換を行う。
<Description of configuration>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the gradation conversion device 11.
In FIG. 1, the gradation conversion device 11 has the following configuration requirements.
(1) Signal acquisition unit 12... Obtains a signal Z indicating the brightness of each pixel of the original image.
(2) Proximity processing unit 13... Processes pixels in the vicinity of each pixel of the original image to obtain a signal ZL.
(3) Gain generating unit 14... For each pixel, a conversion gain k is obtained from the signal Z and the signal Z.
(4) Tone conversion unit 15... Tone conversion is performed by multiplying the signal of each pixel of the original image by the conversion gain k of each pixel.

上述した階調変換装置11は、その一部または全部をハードウェアにより構成してもよい。また、階調変換プログラムを用いることで、コンピュータ上において階調変換装置11をソフトウェア的に実現してもよい。   The above-described gradation conversion device 11 may be partially or entirely configured by hardware. Further, the gradation conversion apparatus 11 may be realized as software on a computer by using a gradation conversion program.

図2は、このような階調変換装置11を搭載した電子カメラ21を示す図である。
図2において、電子カメラ21には、撮影レンズ22が装着される。この撮影レンズ22の像空間側には、不図示の絞りやシャッターを介して、撮像素子23の撮像面が配置される。この撮像素子23から出力される画像信号は、A/D変換部24などを介した後、原画像として階調変換装置11に入力される。この階調変換装置11は、原画像に対して階調変換を施す。階調変換装置11から出力された画像信号は、画像処理部25を介して画像処理された後、記録部26に保存記録される。
なお、階調変換装置11は、記録部26から記録済みの画像データを後から読み出して、階調変換を実施することも可能である。
FIG. 2 is a diagram showing an electronic camera 21 equipped with such a gradation conversion device 11.
In FIG. 2, a photographing lens 22 is attached to the electronic camera 21. On the image space side of the photographic lens 22, an imaging surface of the imaging element 23 is arranged via a diaphragm and a shutter (not shown). The image signal output from the image sensor 23 is input to the gradation conversion device 11 as an original image after passing through the A / D converter 24 and the like. The gradation conversion device 11 performs gradation conversion on the original image. The image signal output from the gradation conversion device 11 is subjected to image processing via the image processing unit 25 and then stored and recorded in the recording unit 26.
Note that the gradation conversion device 11 can read out the recorded image data from the recording unit 26 later and perform gradation conversion.

《実施形態の原理説明》
最初に、本実施形態の特徴について原理説明を行う。
本実施形態では、基準とする階調変換特性(カーブ)を予め設定する。例えば、逆光状態で撮影された画像を補正する場合、暗部を明るめに持ち上げるように、図3[A]に示すような階調変換を実施する。階調変換前後の信号をZ,Z′として、この階調変換を式で表すと、
Z′=Z^q ・・・[9]
(例えばq=0.6)
となる。
この場合の変換ゲインkは、
k(Z)=Z′/Z=1/(Z^p) ・・・[10]
(ただし、p=1−q)
となる。図3[B]は、信号Zと変換ゲインkとの関係を示した図である。
このように、非線形な階調変換特性の変換ゲインk、変換前の信号Zの値に依存して変化する。
<< Description of Principle of Embodiment >>
First, the principle of the feature of this embodiment will be described.
In this embodiment, a reference gradation conversion characteristic (curve) is set in advance. For example, when correcting an image shot in a backlight state, gradation conversion as shown in FIG. 3A is performed so that the dark part is lifted brighter. Assuming that the signals before and after the gradation conversion are Z and Z ′, this gradation conversion is expressed by an equation:
Z ′ = Z ^ q [9]
(Eg q = 0.6)
It becomes.
In this case, the conversion gain k is
k (Z) = Z ′ / Z = 1 / (Z ^ p) (10)
(However, p = 1-q)
It becomes. FIG. 3B is a diagram illustrating the relationship between the signal Z and the conversion gain k.
In this way, it changes depending on the conversion gain k of the non-linear gradation conversion characteristic and the value of the signal Z before conversion.

次に、本実施形態では、画素[i,j]の近傍領域の画素の明るさなどに関する信号を求めて、ZLとする。例えば、信号ZLは、近傍画素の明るさを示す値の平均でもよいし、画像の明るさについて所定の空間周波数成分(例えば、所定のサブバンド成分や所定の低域成分など)を抽出し、その抽出画像の画素[i,j]の値を信号ZLに採用してもよい。
このような信号Z,ZLの大小関係からは、画像の細部の階調の立ち方、すなわち「画素[i,j]の信号Zが、近傍の信号ZLからどのように変化したか」を知ることができる。
Next, in the present embodiment, a signal related to the brightness of a pixel in the vicinity region of the pixel [i, j] is obtained and set as ZL. For example, the signal ZL may be an average of values indicating the brightness of neighboring pixels, or a predetermined spatial frequency component (for example, a predetermined subband component or a predetermined low frequency component) is extracted for the image brightness. The value of the pixel [i, j] of the extracted image may be adopted as the signal ZL.
From such a magnitude relationship between the signals Z and ZL, it is known how to set the gradation of the detailed image, that is, “how the signal Z of the pixel [i, j] has changed from the nearby signal ZL”. be able to.

そこで、本実施形態では、信号Z,ZLの大小関係に依存して、変換ゲインkを増減調整させる。その結果、細部の階調の立ち方を適応的に強調したり、逆に適応的に抑制することが可能になる。
このような、変換ゲインkの適応的な増減調整は、例えば、信号Zのみに依存していた変換ゲインk(Z)を、合成信号Z1=(Z+ZL)/2などに依存する変換ゲインk(Z1)に置き換えることで実現する。
ここでは、この変換ゲインkの適応的な増減調整を、k()の単調減少域と単調増加域とに場合分けして説明する。まず、k()の単調減少域では、変換ゲインk(Z1)は、元の変換ゲインk(Z)に対して、次のような増減変化を示す。
Therefore, in this embodiment, the conversion gain k is adjusted to increase or decrease depending on the magnitude relationship between the signals Z and ZL. As a result, it is possible to adaptively emphasize the way in which the gradation of details is raised or to suppress adaptively.
Such an adaptive increase / decrease adjustment of the conversion gain k is performed, for example, by converting the conversion gain k (Z) that is dependent only on the signal Z to the conversion gain k (() that depends on the composite signal Z1 = (Z + ZL) / 2 or the like. This is realized by replacing with Z1).
Here, the adaptive increase / decrease adjustment of the conversion gain k will be described separately for the monotonically decreasing region and the monotonically increasing region of k (). First, in the monotonically decreasing region of k (), the conversion gain k (Z1) shows the following increase / decrease change with respect to the original conversion gain k (Z).

(1)Z=ZLの場合、Z1=Zとなるため、k(Z1)=k(Z)となる。
(2)Z<ZLの場合、Z1>Zとなるため、k(Z1)<k(Z)となる。
(3)Z>ZLの場合、Z1<Zとなるため、k(Z1)>k(Z)となる。
(1) When Z = ZL, since Z1 = Z, k (Z1) = k (Z).
(2) In the case of Z <ZL, since Z1> Z, k (Z1) <k (Z).
(3) When Z> ZL, since Z1 <Z, k (Z1)> k (Z).

上記(1)は、細部の階調変化が少ない箇所である。このような箇所は、k(Z1)は元のk(Z)と等しくなる。したがって、画像全体に作用する大局的な階調変換特性は、予め設定した階調変換特性にほぼ等しくなる。したがって、画像の暗部が明るく浮き上がり過ぎるなどの弊害を回避できる。   The above (1) is a place where there is little change in gradation of details. In such a place, k (Z1) is equal to the original k (Z). Therefore, the global tone conversion characteristics that affect the entire image are substantially equal to the preset tone conversion characteristics. Therefore, it is possible to avoid the adverse effects such as the dark part of the image being bright and floating too much.

一方、上記(2)(3)は、細部に階調変化が生じている箇所である。これらの箇所については、近傍領域(信号ZL)と信号Zとのコントラストを拡大する方向へk(Z1)の増減変化が生じる。このような理由により、k()の単調減少域では、細部の階調の立ち方が適応的に強調される。   On the other hand, the above (2) and (3) are places where gradation changes occur in detail. About these places, the increase / decrease change of k (Z1) arises in the direction which expands the contrast of a near region (signal ZL) and the signal Z. For this reason, in the monotonically decreasing region of k (), how to stand out in detail is adaptively emphasized.

一方、k()の単調増加域では、上記とは逆の増減変化がk(Z1)に生じるため、細部の階調の立ち方を適応的に抑制することが可能になる。   On the other hand, in the monotonically increasing region of k (), since the increase / decrease change opposite to the above occurs in k (Z1), it is possible to adaptively suppress the appearance of detailed gradation.

なお、k()を、LUT(ルックアップテーブル)などで設定することにより、Z1の入力域を単調減少域と単調増加域に適宜に配分することが容易である。例えば、図3[C]に示すように、Z1の0近傍や上限近傍を除く中間域を、k()の単調減少域とすることができる。このような設計では、視覚的に効果の高い中間域において、細部の階調の立ち方を適応的に強調することができる。   Note that by setting k () using an LUT (look-up table) or the like, it is easy to appropriately allocate the input range of Z1 to the monotonically decreasing region and the monotonically increasing region. For example, as shown in FIG. 3C, an intermediate range excluding the vicinity of 0 and the vicinity of the upper limit of Z1 can be a monotonically decreasing range of k (). With such a design, it is possible to adaptively emphasize the manner in which the gradation of details appears in the visually effective intermediate region.

また、上記説明では、変換ゲインk()の引数をZからZ1に変更することで、変換ゲインの増減調整を実現した。しかしながら、変換ゲインk()の引数を、Zから(Z,ZL)に多引数化することによって、変換ゲインkを適応的に増減調整してもよい。この場合、信号Zが増大するとゲインkを減少させ、信号ZLが増大するとゲインkを減少させることが好ましい。このような処理によって、階調変換後の信号飽和を抑えつつ、暗い画像領域の階調を強調することが可能になる。   Further, in the above description, the conversion gain k increase / decrease adjustment is realized by changing the argument of the conversion gain k () from Z to Z1. However, the conversion gain k may be adaptively increased or decreased by changing the argument of the conversion gain k () from Z to (Z, ZL). In this case, it is preferable to decrease the gain k when the signal Z increases and decrease the gain k when the signal ZL increases. Such processing makes it possible to enhance the gradation of dark image regions while suppressing signal saturation after gradation conversion.

なお、上記の信号Zとして、「輝度または明度に関する信号」や、「明るさおよび彩度を反映して、明るさが同一でも高彩度ほど大きな値を示す信号」を使用してもよい。特に、明るさと彩度を反映する信号Zを使用した場合、階調変換後の色飽和を適度に抑えることが可能になる。   As the signal Z, a “signal related to luminance or lightness” or a “signal that reflects the brightness and saturation and shows a larger value as the saturation is the same even with the same brightness” may be used. In particular, when a signal Z that reflects brightness and saturation is used, it is possible to moderately suppress color saturation after gradation conversion.

また、信号Z,ZLの逆数に相当する信号X,XLを求め、この信号X,XLを合成して、合成信号X1を生成してもよい。上記[10]式では、信号Zの逆数値に対し、べき乗などの非線形加工を施して階調変換ゲインkを得ている。そこで、逆数に相当する合成信号X1に対して、「ゲインリミッタ」、「べき乗」、「0近傍のゲイン低減」、または「Zが所定値より大きくなるとゲインを1に近づける」などの加工h()を適宜施すことで、所望のゲインカーブを設計することができる。この場合、信号Z,ZLの大小関係に依存して合成信号X1が増減変化するため、その合成信号X1を加工して得た変換ゲインk=h(X1)も当然に増減変化する。その結果、この変換ゲインkを画像に乗ずることで、細部の階調の立ち方を調整することが可能になる。   Alternatively, the signals X and XL corresponding to the reciprocals of the signals Z and ZL may be obtained, and the signals X and XL may be combined to generate the combined signal X1. In the above equation [10], the gradation conversion gain k is obtained by performing non-linear processing such as exponentiation on the reciprocal value of the signal Z. Therefore, processing h (such as “gain limiter”, “power”, “gain reduction near 0”, or “gain closer to 1 when Z becomes greater than a predetermined value” with respect to the composite signal X1 corresponding to the reciprocal. ) Can be appropriately designed to design a desired gain curve. In this case, since the composite signal X1 changes in accordance with the magnitude relationship between the signals Z and ZL, the conversion gain k = h (X1) obtained by processing the composite signal X1 naturally increases and decreases. As a result, by multiplying the image by this conversion gain k, it becomes possible to adjust the way in which the detailed gradation is raised.

なお、信号Z,ZL,X,XLの代わりに、信号Z,ZL,X,XLにべき乗などの非線形加工や正規化を施した信号を使用してもよい。また、合成信号Z1,X1は、元の信号の加重加算に限らない。例えば、元の信号の高次項を、合成信号Z1,X1の算出式に追加してもよい。このようなバリエーションによって、変換ゲインkの増減調整を更に細かく設定することが可能になる。   Instead of the signals Z, ZL, X, and XL, signals obtained by performing non-linear processing such as exponentiation or normalization on the signals Z, ZL, X, and XL may be used. Further, the combined signals Z1 and X1 are not limited to the weighted addition of the original signals. For example, the higher-order term of the original signal may be added to the calculation formula for the combined signals Z1 and X1. By such variation, it becomes possible to set the increase / decrease adjustment of the conversion gain k more finely.

また、階調変換に伴って彩度が望まぬ方向へ変化するケースがある。この場合、信号Z,ZLに依存する変換ゲインkに応じて彩度を補正することにより、変換ゲインkの増減調整の影響を充分に考慮した彩度補正が可能になる。   Further, there are cases in which the saturation changes in an undesired direction with gradation conversion. In this case, by correcting the saturation according to the conversion gain k depending on the signals Z and ZL, it is possible to perform the saturation correction that fully considers the effect of the increase / decrease adjustment of the conversion gain k.

《階調変換の具体例》
続いて、階調変換の具体的処理について図4を用いて説明する。
<Specific example of gradation conversion>
Next, specific processing of gradation conversion will be described with reference to FIG.

[ステップS1] 階調変換装置11は、原画像を取り込む。この原画像は、(R,G,B)、(Y,Cr,Cb)、(L,a,b)等の色成分により構成される。また、画素単位に欠落色成分を有するRAWデータが、原画像として入力される場合もある。 [Step S1] The gradation conversion apparatus 11 captures an original image. This original image is composed of color components such as (R, G, B), (Y, Cr, Cb), (L, a, b). In some cases, RAW data having missing color components in pixel units is input as an original image.

[ステップS2] 信号取得部12は、原画像の画素[i,j]について信号Z[i,j]を抽出もしくは生成する。なお、[i,j]は画素の座標を示す。
この信号Zとしては、RGB色成分から算出される輝度信号Y(Y=a1・R+a2・G+a3・B)を採用してもよい。また、原画像がYCrCb色空間で表現される場合は、輝度信号Yをそのまま使用することもできる。さらに、原画像がLab色空間で表現される場合は、明度Lをそのまま使用することもできる。
しかしながら、上記の輝度信号Yを基準に階調変換を実施すると、赤色や青色の彩度が高い領域が階調変換後に飽和しやすいという弊害が生じる。そこで、好ましくは、信号Zとして、明るさだけでなく、彩度も反映する信号を採用することが好ましい。このような信号Zとして好ましい信号は、RGB成分で考えた場合にRの大きい所ではRの寄与が大きく、Gの大きい所ではGの寄与が大きく、Bの大きい所ではBの寄与が大きくなるような関数である。例えば、原画像がRGB色空間の信号ならば、Z=max(R,G,B)で求めることが好ましい。
また例えば、原画像がYCrCb色空間やLab色空間の信号ならば、RGBに一旦変換した後に、Z=max(R,G,B)を求めてもよい。なお、下記の[11]式や[12]式を用いて、明るさと彩度に関する信号合成を行うことにより、max(R,G,B)に近似した信号Zを、少ない処理負荷で高速に求めることができる。
Z=Y+w1・|Cr|+w2・|Cb| ・・・・[11]
Z=L+w1・|a|+w2・|b| ・・・・・・[12]
(例えば、w1=w2=1/2が好ましい)
これらの明るさと彩度の両方を反映した信号Zは、たとえ明るさが暗くても、彩度が高くて飽和しやすいほど、高い値を示す信号となる。
また例えば、原画像が画素単位に欠落色成分を有するRAWデータの場合、画素[i,j]の欠落色成分の代わりに近傍の色成分を代用することで、上記の信号Zを求めてもよい。また、RAWデータの欠落色成分を補間処理で生成した後に、上記の信号Zを求めてもよい。
なお、この信号Zに対して、べき乗などの非線形処理や正規化などの前処理を施してもよい。
[Step S2] The signal acquisition unit 12 extracts or generates a signal Z [i, j] for the pixel [i, j] of the original image. [I, j] indicates the coordinates of the pixel.
As the signal Z, a luminance signal Y (Y = a1, R + a2, G + a3, B) calculated from RGB color components may be employed. When the original image is expressed in the YCrCb color space, the luminance signal Y can be used as it is. Further, when the original image is expressed in the Lab color space, the lightness L can be used as it is.
However, when tone conversion is performed based on the luminance signal Y described above, there is an adverse effect that regions with high saturation of red and blue are likely to be saturated after tone conversion. Therefore, it is preferable to employ a signal that reflects not only brightness but also saturation as the signal Z. A signal preferable as such a signal Z, when considered in terms of RGB components, has a large contribution of R when R is large, a large contribution of G when G is large, and a large contribution of B when B is large. It is a function like this. For example, if the original image is a signal in the RGB color space, it is preferable to obtain Z = max (R, G, B).
Also, for example, if the original image is a signal in the YCrCb color space or Lab color space, Z = max (R, G, B) may be obtained after being converted into RGB once. In addition, by performing signal synthesis related to brightness and saturation using the following [11] and [12], the signal Z approximated to max (R, G, B) can be generated at high speed with a small processing load. Can be sought.
Z = Y + w1 · | Cr | + w2 · | Cb | ... [11]
Z = L + w1 · | a | + w2 · | b |
(For example, w1 = w2 = 1/2 is preferable)
The signal Z reflecting both the brightness and the saturation becomes a signal indicating a higher value as the saturation is higher and the saturation is more likely even if the brightness is dark.
Further, for example, in the case where the original image is RAW data having a missing color component for each pixel, the signal Z can be obtained by substituting a neighboring color component instead of the missing color component of the pixel [i, j]. Good. Further, the signal Z may be obtained after the missing color component of the RAW data is generated by the interpolation process.
The signal Z may be subjected to non-linear processing such as exponentiation or preprocessing such as normalization.

[ステップS3] 近傍処理部13は、画素[i,j]の近傍領域に関する信号ZL[i,j]を得る。例えば、近傍領域の画像信号(例えば、信号Z、色信号、または色信号の合成値、明るさおよび彩度を反映する信号など)に対して、平滑化、ローパス化、または、ぼかし処理などを実施して信号ZLを求める。なお、信号ZLを求める際の材料としては、演算処理の負荷低減を考慮する場合、信号Zをそのまま利用することが好ましい。
なお、具体的には、近傍領域に位置する複数の画像信号を母集団として、平均値、重み付き平均値、中央値、最頻度値、最小最大を除いた値の平均値、信号Zから所定範囲内に入る近傍画素値の平均値などを求めて、信号ZLとする。
なお好ましくは、画素[i,j]の周囲の近傍画素の内から、画素[i,j]となるべく値が離れた画素を選択し、その画素の画像信号またはその局所平均値を求めて、信号ZLとしてもよい。この場合、信号Z,ZLの値に非等方な画像構造が反映するので、結果的に非等方な階調の立ち方を調整(強調や抑制)することが可能になる。
また例えば、原画像が画素単位に欠落色成分を有するRAWデータの場合、画素[i,j]の欠落色成分の代わりに近傍の色成分を代用することで、上記の信号ZLを求めてもよい。また、RAWデータの欠落色成分を補間処理で生成した後に、上記の信号ZLを求めてもよい。
なお、近傍領域の大きさを示す半径rの目安としては、原画像の対角長の0.01から0.5位の範囲の適当な値例えば0.05等が好ましい。また、複数の半径について信号ZLをそれぞれ求め、これらを加重平均して信号ZLとしてもよい。
なお、この信号ZLに対しても、べき乗などの非線形処理や正規化などの前処理を施してもよい。
[Step S3] The neighborhood processing unit 13 obtains a signal ZL [i, j] related to the neighborhood region of the pixel [i, j]. For example, smoothing, low-passing, or blurring processing is performed on the image signal in the vicinity area (for example, the signal Z, the color signal, or a signal that reflects the synthesized value of the color signal, brightness, and saturation). Perform signal ZL. Note that, as a material for obtaining the signal ZL, it is preferable to use the signal Z as it is when considering a reduction in the processing load.
Specifically, a plurality of image signals located in the vicinity region are used as a population, and an average value, a weighted average value, a median value, a most frequent value, an average value of values excluding a minimum maximum, and a signal Z are predetermined. An average value or the like of neighboring pixel values that fall within the range is obtained as a signal ZL.
Preferably, a pixel whose value is as distant as the pixel [i, j] is selected from neighboring pixels around the pixel [i, j], and an image signal of the pixel or a local average value thereof is obtained. The signal ZL may be used. In this case, since the anisotropic image structure is reflected in the values of the signals Z and ZL, as a result, it is possible to adjust (emphasize or suppress) the way the anisotropic gradation stands.
Further, for example, when the original image is RAW data having a missing color component in pixel units, the signal ZL can be obtained by substituting a neighboring color component instead of the missing color component of the pixel [i, j]. Good. Further, the signal ZL may be obtained after the missing color component of the RAW data is generated by the interpolation process.
It should be noted that an appropriate value in the range of about 0.01 to 0.5 of the diagonal length of the original image, such as 0.05, is preferable as a guideline for the radius r indicating the size of the neighborhood region. Alternatively, the signal ZL may be obtained for each of a plurality of radii, and these may be weighted and averaged to form the signal ZL.
Note that this signal ZL may also be subjected to non-linear processing such as exponentiation or preprocessing such as normalization.

[ステップS4]
ゲイン生成部14は、信号 Z[i,j]および信号ZL[i,j]に対応して、画素[i,j]の変換ゲインkを決定する。以下、変換ゲインkの決定法の各バリエーションについて個別に説明する。
[Step S4]
The gain generation unit 14 determines the conversion gain k of the pixel [i, j] corresponding to the signal Z [i, j] and the signal ZL [i, j]. Hereinafter, each variation of the method of determining the conversion gain k will be described individually.

(決定法その1)
ゲイン生成部14には、信号Z,ZLと、変換ゲインkとの対応関係が、式やLUTによって予め設定される。この対応関係では、信号Zが増大すると変換ゲインk(Z,ZL)が減少し、かつ信号ZLが増大すると変換ゲインk(Z,ZL)が減少する。ゲイン生成部14は、この対応関係に信号Z,ZLを照合して、対応する変換ゲインkを決定する。
(Determination method 1)
In the gain generation unit 14, a correspondence relationship between the signals Z and ZL and the conversion gain k is set in advance by an expression or an LUT. In this correspondence, when the signal Z increases, the conversion gain k (Z, ZL) decreases, and when the signal ZL increases, the conversion gain k (Z, ZL) decreases. The gain generator 14 collates the signals Z and ZL with this correspondence to determine the corresponding conversion gain k.

(決定法その2)
まず、ゲイン生成部14は、信号Z,ZLを、規格化用に定めた所定値Z0,ZL0,γを用いて規格化し、信号S,SLを算出する。
S=Z/Z0,もしくは S=(Z/Z0)^γ,
SL=ZL/ZL0,もしくは SL=(ZL/ZL0)^γ
次に、ゲイン生成部14は、この信号S,SLを用いて、
Z1=δ+a1・S+a2・SL,
もしくは Z1=δ+a1・S+a2・SL+a3・S・SL+a4・S・S+a5・SL・SL+(S,SLの高次項)
(ただし、係数a1,a2・・は所定の定数,δは0又は所定の定数)
を算出し、合成信号Z1を生成する。
ゲイン生成部14には、ゲインカーブに合わせた関数k()が、式やLUTによって予め設定される。例えば、k(Z1)=x^p (ただし−0.1>p≧−1)の様な関数が好ましい。ゲイン生成部14は、求めた合成信号Z1を、このゲインカーブを示す関数k()に代入することにより、変換ゲインk(Z1)を求める。
(Determination method 2)
First, the gain generation unit 14 normalizes the signals Z and ZL using predetermined values Z0, ZL0, and γ determined for normalization, and calculates the signals S and SL.
S = Z / Z0, or S = (Z / Z0) ^ γ,
SL = ZL / ZL0 or SL = (ZL / ZL0) ^ γ
Next, the gain generation unit 14 uses the signals S and SL,
Z1 = δ + a1 · S + a2 · SL,
Or Z1 = δ + a1, S + a2, SL + a3, S, SL + a4, S, S + a5, SL, SL + (higher order terms of S, SL)
(Where coefficients a1, a2,... Are predetermined constants, and δ is 0 or a predetermined constant)
To generate a composite signal Z1.
In the gain generation unit 14, a function k () that matches the gain curve is set in advance by an expression or LUT. For example, a function such as k (Z1) = x ^ p (where −0.1> p ≧ −1) is preferable. The gain generation unit 14 obtains the conversion gain k (Z1) by substituting the obtained composite signal Z1 into the function k () indicating this gain curve.

(決定法その3)
まず、ゲイン生成部14は、信号Z,ZLを、規格化用に定めた所定値Z0,ZL0,γ′を用いて規格化して、下記の逆数信号X,XLとを算出する。
X=Z0/(Z+δ),もしくはX=(Z0/(Z+δ))^γ′,
XL=ZL0/(ZL+δ),もしくはXL=(ZL0/(ZL+δ))^γ′
(ただし、δは0又は所定の定数)
次に、ゲイン生成部14は、この逆数信号X,XLを用いて、
X1=δ+a1・X+a2・XL,
もしくは、X1=δ+a1・X+a2・XL+a3・X・XL+a4・X・X+a5・XL・XL+(X,XLの高次項)
を算出し、合成信号X1を生成する。
(ただし、係数a1,a2・・は所定の定数,δは0又は所定の定数)
次に、ゲイン生成部14は、この合成信号X1に所定の処理h()を施して、変換ゲインk=h(X1)を求める。
ここでの処理h()は、合成信号X1に対して、「ゲインリミッタ」、「べき乗」、「0近傍のゲイン低減」、「Zが所定値より大きくなるとゲインを1に近づける」および「カーブ形状変化」、および「高輝度部のゲイン抑圧」の少なくとも一つを施す処理である。
(Determination method 3)
First, the gain generating unit 14 normalizes the signals Z and ZL using predetermined values Z0, ZL0, and γ ′ determined for normalization, and calculates the following reciprocal signals X and XL.
X = Z0 / (Z + δ), or X = (Z0 / (Z + δ)) ^ γ ′,
XL = ZL0 / (ZL + δ), or XL = (ZL0 / (ZL + δ)) ^ γ ′
(Where δ is 0 or a predetermined constant)
Next, the gain generation unit 14 uses the reciprocal signals X and XL,
X1 = δ + a1 · X + a2 · XL,
Or, X1 = δ + a1 · X + a2 · XL + a3 · X · XL + a4 · X · X + a5 · XL · XL + (higher order terms of X and XL)
To generate a composite signal X1.
(Where coefficients a1, a2,... Are predetermined constants, and δ is 0 or a predetermined constant)
Next, the gain generation unit 14 performs a predetermined process h () on the combined signal X1 to obtain a conversion gain k = h (X1).
The processing h () here is “gain limiter”, “power”, “gain reduction near 0”, “gain closer to 1 when Z is greater than a predetermined value” and “curve” with respect to the synthesized signal X1. This is a process of applying at least one of “shape change” and “gain suppression of the high luminance part”.

図5は、このような処理h()の例を示す図である。
図5[A]には、信号Z,ZLと合成信号X1との関係を示す。
図5[B]は、この合成信号X1の上限を制限することにより「ゲインリミット」を施すケースである。
図5[C]は、「信号Zが所定値より大きくなるとゲインを1に近づける処理」を施すケースである。
図5[D]は、図5[B]および図5[C]の処理を複合的に施すケースである。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of such processing h ().
FIG. 5A shows the relationship between the signals Z and ZL and the combined signal X1.
FIG. 5B shows a case where the “gain limit” is applied by limiting the upper limit of the combined signal X1.
FIG. 5C illustrates a case where “a process for bringing the gain closer to 1 when the signal Z exceeds a predetermined value” is performed.
FIG. 5D is a case where the processes of FIGS. 5B and 5C are performed in combination.

[ステップS5]
階調変換部15は、画素[i,j]について求めた変換ゲインkを、画素[i,j]の色成分や、色成分から生成した信号成分に乗じて階調変換を行う。
[Step S5]
The gradation conversion unit 15 performs gradation conversion by multiplying the conversion gain k obtained for the pixel [i, j] by the color component of the pixel [i, j] or a signal component generated from the color component.

(case1) 原画像を構成する複数の色成分が R、G、Bの場合、この変換ゲインを用いて変換されたR′、G′、B′信号を
R′=k・R、G′=k・G、B′=k・B
により算出する。
(Case 1) When a plurality of color components constituting the original image are R, G, and B, R ′, G ′, and B ′ signals converted using this conversion gain are R ′ = k · R, G ′ = k · G, B '= k · B
Calculated by

(case2) 輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号と複数の色差に関する入力信号の場合、明るさ信号に変換ゲインkを乗じて、階調変換された明るさ信号を算出する。さらに、複数の色差に関する入力信号をC1,C2とするとき、
C1′=k・C1、C2′=k・C2
により、階調変換後の色差C1′,C2′を求める。
なお、階調変換によって、彩度が見た目に変化する場合がある。そのような彩度変化を補正する場合は、変換ゲインkに代えて、補正済み変換ゲインk1を使用する。
C1′=k1・C1、C2′=k1・C2
ここで、補正済み変換ゲインk1は、Zに関して単調に変化する関数をt(Z)として、
k1=k・t(Z)あるいは k1(Z,ZL)=k(t(Z),ZL)により求める。なお、関数t(Z)は見た目の彩度が適当になるよう、実験的に決定することが好ましい。
(Case 2) In the case of a brightness signal representing an amount related to luminance or brightness and an input signal related to a plurality of color differences, the brightness signal which has been subjected to gradation conversion is calculated by multiplying the brightness signal by a conversion gain k. Furthermore, when the input signals regarding a plurality of color differences are C1 and C2,
C1 ′ = k · C1, C2 ′ = k · C2
Thus, the color differences C1 'and C2' after gradation conversion are obtained.
Note that saturation may change in appearance due to tone conversion. When correcting such a saturation change, the corrected conversion gain k1 is used instead of the conversion gain k.
C1 ′ = k1 · C1, C2 ′ = k1 · C2
Here, the corrected conversion gain k1 is t (Z), which is a function that changes monotonously with respect to Z.
k1 = k · t (Z) or k1 (Z, ZL) = k (t (Z), ZL). The function t (Z) is preferably determined experimentally so that the apparent saturation is appropriate.

(case3) 輝度もしくは明るさに関する量を表す明るさ信号と彩度Cに関する入力信号の場合、明るさ信号に変換ゲインk(Z)を乗じて、階調変換された明るさ信号を算出する。さらに、階調変換された彩度をC′として、C1′=k・Cにより算出する。なお、上記のk1を用いて、C′=k1・Cとしてもよい。 (Case 3) In the case of a brightness signal representing an amount related to brightness or brightness and an input signal related to saturation C, the brightness signal multiplied by the conversion gain k (Z) is calculated to calculate a brightness-converted brightness signal. Further, C1 ′ = k · C is calculated with C ′ representing the tone-converted saturation. In addition, it is good also as C '= k1 * C using said k1.

(case4) Lab色空間の信号に対しては、階調変換後のL′a′b′を、
L′=k・L、a′=k・a、b′=k・b
によって算出する。なお、上記のk1を用いて、a′=k1・a、b′=k1・bとしてもよい。
(Case 4) For a signal in the Lab color space, L′ a′b ′ after gradation conversion is
L ′ = k · L, a ′ = k · a, b ′ = k · b
Calculated by In addition, it is good also as a '= k1 * a and b' = k1 * b using said k1.

《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、階調変換装置、コンピュータまたは電子カメラを用いて、階調変換を実施するケースについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、インターネット上の画像処理サーバー(画像アルバムサーバーなど)において、ユーザーから伝送される画像データに対して、上述の階調変換方法をサービス提供してもよい。
<< Additional items of embodiment >>
In the above-described embodiment, the case where gradation conversion is performed using a gradation conversion device, a computer, or an electronic camera has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, an image processing server (such as an image album server) on the Internet may provide the above-described gradation conversion method for image data transmitted from a user.

また、上述した実施形態では、画面全体に対して階調変換を実施するケースについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、画面の一部(主要被写体、陰影部、トリミング範囲、顔認識領域、人物や肌色領域を除いた背景部分など)に限って、階調変換を実施してもよい。   In the above-described embodiment, the case where gradation conversion is performed on the entire screen has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, gradation conversion may be performed only on a part of the screen (main subject, shadow portion, trimming range, face recognition region, background portion excluding a person or skin color region, etc.).

なお、上述した実施形態では、原画像から信号ZLなどを生成している。しかしながら、電子カメラでは、縮小画像を別途生成するケースがある。このような場合、縮小画像から信号ZLを取得または生成することが好ましい。このような動作により、階調変換の処理時間を更に短縮することができる。   In the above-described embodiment, the signal ZL and the like are generated from the original image. However, there are cases where an electronic camera generates a reduced image separately. In such a case, it is preferable to acquire or generate the signal ZL from the reduced image. With such an operation, it is possible to further shorten the processing time for gradation conversion.

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。   The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the above-described embodiments are merely examples in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

以上説明したように、本発明は、画像処理などに利用可能な技術である。   As described above, the present invention is a technique that can be used for image processing and the like.

11 階調変換装置
12 信号取得部
13 近傍処理部
14 ゲイン生成部
15 階調変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Gradation conversion apparatus 12 Signal acquisition part 13 Neighborhood processing part 14 Gain generation part 15 Gradation conversion part

Claims (11)

原画像の階調を変換する階調変換装置であって、
前記原画像の画素[i,j]の少なくとも明るさに応じて変化する信号Z[i,j]を抽出または生成する信号取得部と、
前記画素[i,j]の近傍領域の少なくとも明るさに応じて変化する信号ZL[i,j]を生成する近傍処理部と、
前記信号Z[i,j]および前記信号ZL[i,j]に対応して、画素[i,j]の変換ゲインkを決定するゲイン生成部と、
前記画素[i,j]の前記変換ゲインkを、前記画素[i,j]の色成分または前記色成分から生成した信号成分に乗ずることで階調変換を行う階調変換部と
を備えたことを特徴とする階調変換装置。
A gradation conversion device for converting the gradation of an original image,
A signal acquisition unit that extracts or generates a signal Z [i, j] that changes according to at least the brightness of the pixel [i, j] of the original image;
A neighborhood processing unit that generates a signal ZL [i, j] that changes according to at least the brightness of the neighborhood of the pixel [i, j];
A gain generation unit for determining a conversion gain k of the pixel [i, j] corresponding to the signal Z [i, j] and the signal ZL [i, j];
A gradation conversion unit that performs gradation conversion by multiplying the conversion gain k of the pixel [i, j] by a color component of the pixel [i, j] or a signal component generated from the color component; A gradation converter characterized by that.
請求項1に記載の階調変換装置において、
前記ゲイン生成部は、前記信号Z[i,j]と前記信号ZL[i,j]の合成信号Z1(Z,ZL)を生成し、前記合成信号Z1(Z,ZL)を、予め定められたゲインカーブの関数k=k(Z1)に代入して、画素[i,j]の変換ゲインkを求める
ことを特徴とする階調変換装置。
The gradation converter according to claim 1,
The gain generation unit generates a combined signal Z1 (Z, ZL) of the signal Z [i, j] and the signal ZL [i, j], and the combined signal Z1 (Z, ZL) is predetermined. A gradation conversion apparatus characterized by substituting into a gain curve function k = k (Z1) to obtain a conversion gain k of a pixel [i, j].
請求項1に記載の階調変換装置において、
前記ゲイン生成部は、
前記変換ゲインkを、前記信号Z[i,j]が増大すると減少させ、かつ前記信号ZL[i,j]が増大すると減少させる
ことを特徴とする階調変換装置。
The gradation converter according to claim 1,
The gain generation unit
The gradation conversion device, wherein the conversion gain k is decreased when the signal Z [i, j] is increased and is decreased when the signal ZL [i, j] is increased.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の階調変換装置において、
前記信号Z[i,j]は、画素[i,j]の輝度または明度に関する信号である
ことを特徴とする階調変換装置。
The gradation converter according to any one of claims 1 to 3,
The signal Z [i, j] is a signal related to the luminance or brightness of the pixel [i, j].
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の階調変換装置において、
前記信号Z[i,j]は、前記画素[i,j]の明るさおよび彩度を反映する信号であり、明るさが同一であっても彩度が高いほど大きな値を示す信号である
ことを特徴とする階調変換装置。
The gradation converter according to any one of claims 1 to 3,
The signal Z [i, j] is a signal reflecting the brightness and saturation of the pixel [i, j], and shows a larger value as the saturation is higher even if the brightness is the same. A gradation converter characterized by that.
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の階調変換装置において、
前記信号ZL[i,j]は、前記画素[i,j]および前記画素[i,j]の複数の近傍画素の明るさに基づき得られた信号である
ことを特徴とする階調変換装置。
The gradation converter according to any one of claims 1 to 5,
The signal ZL [i, j] is a signal obtained based on the brightness of the pixel [i, j] and a plurality of neighboring pixels of the pixel [i, j]. .
請求項1に記載の階調変換装置において、
前記ゲイン生成部は、
(1)前記信号Z,ZLの逆数を求める演算により信号X,XLを得て、
(2)前記信号X,XLを合成して、合成信号X1を生成し、
(3)前記合成信号X1に対して、「ゲインリミッタ」、「べき乗」、「0近傍のゲイン低減」、および「Zが所定値より大きくなるとゲインを1に近づける」の少なくとも1つを実施する処理h()を施し、前記変換ゲインk=h(X1)を求める
ことを特徴とする階調変換装置。
The gradation converter according to claim 1,
The gain generation unit
(1) Signals X and XL are obtained by an operation for obtaining reciprocals of the signals Z and ZL,
(2) The signals X and XL are combined to generate a combined signal X1,
(3) Implement at least one of “gain limiter”, “power”, “gain reduction near 0”, and “gain closer to 1 when Z exceeds a predetermined value” with respect to the composite signal X1. A gradation conversion apparatus that performs processing h () to obtain the conversion gain k = h (X1).
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の階調変換装置において、
前記階調変換部は、
原画像から、色差または彩度に関する量を表す色信号Cとを取得し、
前記色信号Cに変換ゲインk1を乗じて、階調変換済みの色信号を生成する
[ただし、変換ゲインk1は、Zに関して単調変化する関数をt(Z)として、k1=k・t(Z)あるいはk1(Z,ZL)=k(t(Z),ZL)である]
ことを特徴とする階調変換装置。
The gradation converter according to any one of claims 1 to 7,
The gradation converter
From the original image, a color signal C representing a quantity relating to color difference or saturation is obtained,
The color signal C is multiplied by a conversion gain k1 to generate a tone-converted color signal [where the conversion gain k1 is k1 = k · t (Z, where t (Z) is a monotonically changing function with respect to Z. Or k1 (Z, ZL) = k (t (Z), ZL)]
A gradation converter characterized by that.
コンピュータを、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の前記信号取得部、近傍処理部、ゲイン生成部、および階調変換部として機能させるための階調変換プログラム。   A gradation conversion program for causing a computer to function as the signal acquisition unit, the neighborhood processing unit, the gain generation unit, and the gradation conversion unit according to any one of claims 1 to 8. 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の階調変換装置と、
被写体を撮像して原画像を生成する撮像部とを備え、
前記撮像部で生成された前記原画像を、前記階調変換装置を用いて階調変換する
ことを特徴とする電子カメラ。
A gradation converter according to any one of claims 1 to 8,
An imaging unit that images a subject and generates an original image;
An electronic camera, wherein the original image generated by the imaging unit is subjected to gradation conversion using the gradation conversion device.
原画像の階調を変換する階調変換方法であって、
前記原画像の画素[i,j]の少なくとも明るさに応じて変化する信号Z[i,j]を抽出または生成するステップと、
前記画素[i,j]の近傍領域の少なくとも明るさに応じて変化する信号ZL[i,j]を生成するステップと、
前記信号Z[i,j]および前記信号ZL[i,j]に対応して、画素[i,j]の変換ゲインkを決定するステップと、
前記画素[i,j]の前記変換ゲインkを、前記画素[i,j]の色成分または前記色成分から生成した信号成分に乗ずることで階調変換を行うステップと
を備えたことを特徴とする階調変換方法。
A gradation conversion method for converting the gradation of an original image,
Extracting or generating a signal Z [i, j] that changes according to at least the brightness of the pixel [i, j] of the original image;
Generating a signal ZL [i, j] that changes according to at least the brightness of a region near the pixel [i, j];
Determining a conversion gain k of a pixel [i, j] corresponding to the signal Z [i, j] and the signal ZL [i, j];
Performing gradation conversion by multiplying the conversion gain k of the pixel [i, j] by a color component of the pixel [i, j] or a signal component generated from the color component. Gradation conversion method.
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