JP2011199787A - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To output a more natural image by considering noise depending on luminance and suppressing a discontinuous change of noise volume in specific luminance.SOLUTION: An image processing apparatus includes: a reference gradation conversion characteristic-setting unit 50 for setting a reference gradation conversion characteristic which is a reference in gradation conversion processing; a contrast amplification factor calculator 51 for calculating a contrast amplification factor for a luminance value based on the reference gradation conversion characteristic; a composition number determination unit 52 for determining the number of composite images corresponding to the luminance value based on the contrast amplification factor; and a composition ratio determination unit 53 for determining a composition ratio so that the composition ratio is continuously changed in a predetermined luminance value range including the luminance value in which the number of composite images is changed.

Description

本発明は、画像処理装置及び画像処理方法に関し、特に、画像信号に対して階調変換処理を行う画像処理装置及び画像処理方法に関するものである。   The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method, and more particularly to an image processing apparatus and an image processing method for performing gradation conversion processing on an image signal.

一般に、実際の撮影シーンや視察者である人間の視覚特性におけるダイナミックレンジに比して、デジタルカメラに適用されるCCDセンサやCMOSセンサなどの撮像デバイスにおけるダイナミックレンジが狭いことが知られている。このため、この差異を補間するために種々の技術が提案されている。また、監視カメラの様に、観察者の視覚の受容とは関係なく、被写体を検出・認識を行うために、広ダイナミックレンジ画像をより低いダイナミックレンジのデータに変換するトーンマッピングにかかる技術が開発されている。さらに、副次的な問題として、広ダイナミックレンジの画像をそのまま転送するとより多くのbit数の演算器やデータバスを必要とすることから、これらを節約するための技術についても開示されている。   In general, it is known that an imaging device such as a CCD sensor or a CMOS sensor applied to a digital camera has a narrower dynamic range than an actual shooting scene or a dynamic range in human visual characteristics as an inspector. For this reason, various techniques have been proposed to interpolate this difference. In addition, like surveillance cameras, a technology for tone mapping that converts a wide dynamic range image into lower dynamic range data has been developed to detect and recognize the subject regardless of the viewer's visual perception. Has been. Further, as a secondary problem, if an image with a wide dynamic range is transferred as it is, a larger number of arithmetic units and data buses are required, and a technique for saving these is also disclosed.

上述した技術の具体例として、特許文献1(特開平8−125924号公報)には、多重露光回数とダイナミックレンジを連動させて、A/D変換後の信号強度が所定bit数を超えた場合に、ダイナミックレンジの広い被写体の撮影のため画素毎にA/D変換のビット数と撮影の露光時間を変更して出力する技術が開示されている。また、特許文献2(特開2003−259200号公報)には、異なる露光により複数の画像を撮影し、合成することでダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。さらに、特許文献3(特表2004−530368号公報)には、局所的なヒストグラム平均化処理を行い、非局所的なガンマ変換による階調補正に比べ見た目のダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。さらにまた、特許文献4(特許第4111980号公報)には、非局所的な階調変換として、入力画像を画素毎に補正して、補正後の画像信号を生成し、その際に当該画素とその周りの画素の情報を用いて、平均輝度を求めて、利得を計算する技術が開示されている。   As a specific example of the above-described technique, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-125924) discloses a case where the signal intensity after A / D conversion exceeds a predetermined number of bits by linking the number of times of multiple exposure and the dynamic range. In addition, there is disclosed a technique for changing the number of bits for A / D conversion and the exposure time for shooting for each pixel for shooting a subject with a wide dynamic range. Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-259200) discloses a technique for expanding a dynamic range by capturing and combining a plurality of images with different exposures. Furthermore, Patent Document 3 (Japanese translations of PCT publication No. 2004-530368) discloses a technique for performing a local histogram averaging process and expanding an apparent dynamic range as compared with gradation correction by non-local gamma conversion. ing. Furthermore, in Patent Document 4 (Japanese Patent No. 4111980), as non-local tone conversion, an input image is corrected for each pixel to generate a corrected image signal, and the pixel and A technique for calculating the gain by calculating the average luminance using the information of the surrounding pixels is disclosed.

ところで、このようなダイナミックレンジを拡大させた画像を生成する画像処理装置においては、ノイズと階調飛びを抑制すると共に、輝度に応じたノイズ量の変動を滑らかにし、かつ演算途中での桁数を抑制することも課題となる。
演算器及び演算器間において使用可能なデータの桁数が充分な場合、例えば、20bitの画像データを伝送又は演算可能なデータバス及び演算器においては、16bitのデータは何れの領域を16枚使用しても桁あふれはおこらない。画像データにおいて、高輝度領域は相対的にノイズ量が少ないことから所定以上のデータの加算平均を必要としない。一方、低輝度領域は相対的にノイズ量が多いことに加え、通常は、階調変換によって階調増幅を大きくさせる。階調変換の増幅率が大きいことに起因する階調飛び等の不自然な画像が得られるのを防止するためには、低輝度領域ほど輝度に対して精度の要求が高くなり、より多くの画像の重畳によるデータ、より大きい露光時間のデータを必要とする。
しかし、高速処理を低消費電力で行おうとする場合には、むやみにデータバスを広げることは得策でなく、既存のデータバスを有効に利用して十分な階調再現性を得ることが望まれる。
また、上記のデータ深度の観点に加えて、複数枚の位置あわせおよび加算処理において、複数枚の位置あわせ処理の不整合による鮮鋭感の劣化の影響を考慮すると、相対的にノイズ量が少ない高輝度領域に関しては、位置あわせ処理を必要以上に行わない方が好ましい。
By the way, in an image processing apparatus that generates such an image with an expanded dynamic range, noise and gradation skip are suppressed, noise amount variation according to luminance is smoothed, and the number of digits in the middle of calculation It is also a problem to suppress this.
When the number of digits of usable data between the computing units is sufficient, for example, in a data bus and computing unit capable of transmitting or computing 20-bit image data, 16 pieces of 16-bit data use any area. Even if it does not overflow. In the image data, the high-luminance area has a relatively small amount of noise, and therefore does not require an average of more than a predetermined amount of data. On the other hand, in addition to a relatively large amount of noise in the low luminance region, the gradation amplification is usually increased by gradation conversion. In order to prevent an unnatural image such as gradation skipping due to a large amplification factor of gradation conversion from being obtained, the requirement for accuracy with respect to luminance increases in the lower luminance region, and more Data by superimposing images and data with a larger exposure time are required.
However, when trying to perform high-speed processing with low power consumption, it is not a good idea to expand the data bus unnecessarily, and it is desirable to obtain sufficient gradation reproducibility by effectively using the existing data bus. .
In addition to the above-mentioned viewpoint of data depth, in the alignment and addition processing of a plurality of sheets, considering the influence of sharpness deterioration due to the mismatch of the alignment processing of a plurality of sheets, the amount of noise is relatively small. For the luminance region, it is preferable not to perform alignment processing more than necessary.

そこで、特許文献5(特開2008−60855号公報)には、複数枚の入力画像を対象として、所定の画像の階調変換特性に合わせて、階調変換時に用いる画像の枚数を適応的に選択する技術が開示されている。具体的には、図19(a)に示すような、入力階調(輝度)Iに対して、出力階調(輝度)Q(I)の階調変換特性に基づく処理を行う場合、この階調変換特性Q(I)から、入力階調のレベルがどの程度引き延ばされたかを示すコントラスト増幅率R(I)が、以下の数1のように求められる(図19(b)参照)。   Therefore, Patent Document 5 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-60855) adaptively specifies the number of images used at the time of gradation conversion for a plurality of input images in accordance with the gradation conversion characteristics of a predetermined image. A technique for selecting is disclosed. Specifically, when processing based on the gradation conversion characteristics of the output gradation (luminance) Q (I) is performed on the input gradation (luminance) I as shown in FIG. From the tone conversion characteristic Q (I), a contrast amplification factor R (I) indicating how much the level of the input gradation has been extended is obtained as shown in Equation 1 below (see FIG. 19B). .

Figure 2011199787
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また、コントラスト増幅率R(I)に対して、階調変換時に用いる画像の枚数F(I)を以下の数2のように定義する(図19(c)参照)。   For the contrast amplification factor R (I), the number of images F (I) used at the time of gradation conversion is defined as the following equation 2 (see FIG. 19C).

Figure 2011199787
ここで、N1、N2は定数である。
Figure 2011199787
Here, N1 and N2 are constants.

この階調変換時に用いる画像の枚数F(I)に対して、補正係数G(I)が以下の数3で与えられる(図19(d)参照)。   The correction coefficient G (I) is given by the following equation 3 for the number of images F (I) used at the time of gradation conversion (see FIG. 19D).

Figure 2011199787
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このとき、以下の数4のような全体的に滑らかに変動する階調変換特性Q“(I)が得られる。   At this time, the gradation conversion characteristic Q "(I) that fluctuates smoothly as a whole is obtained as shown in Equation 4 below.

Figure 2011199787
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特開平8−125924号公報JP-A-8-125924 特開2003−259200号公報JP 2003-259200 A 特表2004−530368号公報JP-T-2004-530368 特許第4111980号公報Japanese Patent No. 4111980 特開2008−60855号公報JP 2008-60855 A

しかしながら、上記した特許文献5に開示された発明では、画像の合成枚数を増幅率に対応させているため、補正係数G(I)によって、全体的に滑らかに変動する階調変換特性が得られるが、これはノイズが考慮されていないという問題がある。すなわち、ノイズを考慮し、画像の加算枚数をNとした場合の画像1枚のノイズ分散σに対する加算画像信号のノイズ分散σ(N)は以下の数5で表される。   However, in the invention disclosed in Patent Document 5 described above, since the number of combined images corresponds to the amplification factor, gradation conversion characteristics that change smoothly as a whole can be obtained by the correction coefficient G (I). However, this has a problem that noise is not taken into consideration. That is, in consideration of noise, the noise variance σ (N) of the added image signal with respect to the noise variance σ of one image when the number of added images is N is expressed by the following formula 5.

Figure 2011199787
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従って、画像のうち特定の輝度を有する領域においてはNが切り替わる前後となりノイズ分散すなわちノイズ量の段差が目立つこととなる。具体的には、例えば、図19(d)に示す画像の加算枚数が変化する輝度A(I=70付近)においては、2枚の画像をそれぞれ0.5の合成比率で加算するが、この輝度よりも低い輝度の領域では、3枚の画像をそれぞれ0.33の合成比率で加算することとなる。このため、画像においてグラデーションの如く、連続的に輝度が変化する領域においては、画像の加算枚数が変化数領域の前後でノイズ分散がσ/√2からσ/√3と大きな段差が生じ、不自然な画像となってしまうという問題があった。   Therefore, in a region having a specific luminance in the image, noise dispersion, that is, a step in noise amount becomes conspicuous before and after N is switched. Specifically, for example, in the luminance A (near I = 70) in which the number of added images shown in FIG. 19D changes, two images are added at a composite ratio of 0.5. In an area having a luminance lower than the luminance, the three images are added at a composition ratio of 0.33. For this reason, in a region where the luminance continuously changes like gradation in the image, a large step occurs in the noise variance from σ / √2 to σ / √3 before and after the change number region. There was a problem of becoming a natural image.

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、輝度に依存したノイズを考慮し、特定の輝度においてノイズ量が不連続に変化することを抑制することにより、より自然な画像を出力することのできる画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem. In consideration of luminance-dependent noise, a more natural image is output by suppressing a discontinuous change in the amount of noise at a specific luminance. It is an object of the present invention to provide an image processing apparatus and an image processing method that can be used.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、階調変換処理を行うと共に複数枚の画像を合成して1枚の合成画像を生成する画像処理装置において、前記階調変換処理における基準となる基準階調変換特性を設定する基準階調変換特性設定手段と、前記基準階調変換特性に基づいて、輝度値に対するコントラスト増幅率を算出するコントラスト増幅率算出手段と、前記コントラスト増幅率に基づいて、輝度値に応じた画像の合成枚数を決定する合成枚数決定手段と、前記合成枚数が変化する輝度値を含む所定の輝度値の範囲において、合成比率が連続的に変化するように該合成比率を決定する合成比率決定手段と、を備えたことを特徴とする画像処理装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention provides a reference for setting a reference gradation conversion characteristic that is a reference in the gradation conversion process in an image processing apparatus that performs gradation conversion processing and generates a single composite image by combining a plurality of images. A gradation conversion characteristic setting means; a contrast amplification factor calculation means for calculating a contrast amplification factor for a luminance value based on the reference gradation conversion characteristic; and an image synthesis according to the luminance value based on the contrast amplification factor. A composite number determining means for determining the number of sheets; a composite ratio determining means for determining the composite ratio so that the composite ratio continuously changes in a predetermined luminance value range including a luminance value at which the composite number changes; An image processing apparatus is provided.

また、本発明は、階調変換処理を行うと共に複数枚の画像を合成して1枚の合成画像を生成する画像処理方法において、前記階調変換処理における基準となる基準階調変換特性を設定する基準階調変換特性設定ステップと、前記基準階調変換特性に基づいて、輝度値に対するコントラスト増幅率を算出するコントラスト増幅率算出ステップと、前記コントラスト増幅率に基づいて、輝度値に応じた画像の合成枚数を決定する合成枚数決定ステップと、前記合成枚数が変化する輝度値を含む所定の輝度値の範囲において、合成比率が連続的に変化するように該合成比率を決定する合成比率決定ステップと、を備えたことを特徴とする画像処理方法を提供する。   The present invention also provides a reference gradation conversion characteristic that is a reference in the gradation conversion processing in an image processing method for performing gradation conversion processing and generating a single composite image by combining a plurality of images. A reference gradation conversion characteristic setting step, a contrast amplification factor calculation step for calculating a contrast amplification factor for the luminance value based on the reference gradation conversion characteristic, and an image corresponding to the luminance value based on the contrast amplification factor A composite number determining step for determining the composite number, and a composite ratio determining step for determining the composite ratio so that the composite ratio continuously changes in a predetermined luminance value range including a luminance value at which the composite number changes. An image processing method is provided.

本発明によれば、輝度に依存したノイズを考慮し、特定の輝度においてノイズ量が不連続に変化することを抑制して、より自然な画像を出力する。   According to the present invention, in consideration of noise depending on luminance, it is possible to suppress a noise amount from changing discontinuously at a specific luminance, and to output a more natural image.

本発明の第1の実施形態における画像処理装置を適用した撮像装置の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus to which an image processing apparatus according to a first embodiment of the present invention is applied. 本発明の第1の実施形態における信号処理回路の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a signal processing circuit according to a first embodiment of the present invention. 階調変換特性曲線の一例を示す参考図である。It is a reference figure which shows an example of a gradation conversion characteristic curve. 複数枚の画像を用いた階調変換補正の概念を示す参考図である。FIG. 5 is a reference diagram illustrating a concept of gradation conversion correction using a plurality of images. 本発明の階調変換特性決定部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the gradation conversion characteristic determination part of this invention. 本発明の第1の実施形態において、階調変換特性を演算する過程を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a process of calculating a gradation conversion characteristic in the first embodiment of the present invention. 図6のフローチャートに従った演算結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation result according to the flowchart of FIG. 各画像の階調変換曲線を示す図である。It is a figure which shows the gradation conversion curve of each image. 図7の詳細を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detail of FIG. 本発明の第1の実施形態における階調補正合成回路の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a gradation correction synthesis circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の変形例における階調補正合成回路の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the gradation correction | amendment synthetic | combination circuit in the modification of the 1st Embodiment of this invention. 信号レベルに対するノイズ量の関係を示す参考図である。It is a reference figure which shows the relationship of the noise amount with respect to a signal level. 本発明の第2の実施形態における画像処理装置を適用した撮像装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the imaging device to which the image processing apparatus in the 2nd Embodiment of this invention is applied. 本発明の第2の実施形態において、階調変換特性を演算する過程を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a process of calculating gradation conversion characteristics in the second embodiment of the present invention. 図12のフローチャートに従った演算結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation result according to the flowchart of FIG. 各画像の階調変換曲線を示す図である。It is a figure which shows the gradation conversion curve of each image. 本発明の第3の実施形態における階調変換特性決定部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the gradation conversion characteristic determination part in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態において演算される階調変換特性曲線を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the gradation conversion characteristic curve calculated in the 3rd Embodiment of this invention. 従来の階調変換特性を演算する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of calculating the conventional gradation conversion characteristic.

以下に、本発明に係る画像処理装置の実施形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of an image processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係る画像処理装置を適用した例として、所謂デジタルカメラ、すなわち、撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a so-called digital camera, that is, an imaging apparatus as an example to which the image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied.

図1に示すように、撮像装置101は、表示素子2001、被写体の撮像を行うレリーススイッチ3001、撮像装置101のメニュー画面を表示素子2001に表示可能なメニュースイッチ3002、該メニュー画面における操作を実現する操作キー3003、及び決定位置に合わせられた内容の設定が可能な撮影モード選択ダイヤル3004を備えている。   As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 101 realizes an operation on the display element 2001, a release switch 3001 for imaging a subject, a menu switch 3002 that can display a menu screen of the imaging apparatus 101 on the display element 2001, and the menu screen. And an imaging mode selection dial 3004 capable of setting the contents in accordance with the determined position.

また、撮像装置101は、撮像装置101の各部の制御を行うシステムコントローラ100、被写体の像を集光及び結像するレンズ1001、レンズ1001の結像位置に配置され、該被写体の像を撮像する固体撮像素子1002、固体撮像素子1002において結像される被写体の像に応じた撮像信号を出力すると共に輝度補正機能を有し、アナログフロントエンドプロセッサ等により構成される撮像回路1003、撮像回路1003から出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換して出力するA/D変換回路1004、画像データのブレを検出するブレ検出回路4000、複数枚の画像データの相対的な位置を補正するブレ補正機構4002を備えている。   In addition, the imaging apparatus 101 is arranged at a system controller 100 that controls each part of the imaging apparatus 101, a lens 1001 that collects and forms an image of a subject, and an imaging position of the lens 1001, and captures the subject image. From the image pickup circuit 1003 and the image pickup circuit 1003 configured to output an image pickup signal corresponding to an image of a subject formed on the solid-state image pickup element 1002 and the solid-state image pickup element 1002 and have a luminance correction function, and configured by an analog front end processor or the like An A / D conversion circuit 1004 that converts an analog imaging signal that is output into digital image data and outputs it, a blur detection circuit 4000 that detects blur in image data, and corrects the relative positions of a plurality of image data. A shake correction mechanism 4002 is provided.

ブレ検出回路4000は、固体撮像素子1002のシフト量を計算し、固体撮像素子1002を機械的にシフトさせる、又は、MOSイメージャのようなX−Yアドレス方式である場合には、読み出し開始位置のシフトを行う等により画像データのブレを検出する。ブレ補正機構4002は、ブレ検出回路4000の検出結果に基づいて、画像データに対してブレ補正処理を行うことにより、複数枚の画像データの相対的な位置を補正する。なお、ブレを検出する手段としては、ジャイロの如く画像データそのものを使用しない構成とすることも、フレーム間の動きベクトルの如く、画像データから計算によって検出するものでもよい。   The blur detection circuit 4000 calculates the shift amount of the solid-state imaging device 1002 and mechanically shifts the solid-state imaging device 1002 or, in the case of an XY address system such as a MOS imager, the read start position. Image data blur is detected by shifting or the like. The shake correction mechanism 4002 corrects the relative positions of a plurality of pieces of image data by performing shake correction processing on the image data based on the detection result of the shake detection circuit 4000. As a means for detecting blurring, a configuration in which image data itself is not used, such as a gyro, or a unit that detects by calculation from image data, such as a motion vector between frames, may be used.

また、撮像装置101は、A/D変換回路1004出力される画像データに対して、階調変換処理を含む所定の信号処理を行う信号処理回路1005、信号処理回路から出力された画像データを蓄積するメモリ1006,1008、メモリ1006に蓄積された画像データを表示する表示素子2001、メモリ1006に蓄積された画像データに対して画像圧縮処理を行い、該画像圧縮処理後の画像データを、可搬性を有する記録メディア2002に対して出力する圧縮回路1007を備えている。   Further, the imaging apparatus 101 accumulates image data output from the signal processing circuit 1005 that performs predetermined signal processing including gradation conversion processing on the image data output from the A / D conversion circuit 1004, and the signal processing circuit. Memory 1006, 1008, display element 2001 for displaying the image data stored in the memory 1006, image compression processing is performed on the image data stored in the memory 1006, and the image data after the image compression processing is portable A compression circuit 1007 for outputting to a recording medium 2002 having

以下、このように構成された撮像装置101のうち、本発明の画像処理装置として機能する信号処理回路1005について説明する。図2は、信号処理回路1005の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、信号処理回路1005は、メモリ1008に記録された画像データに対してデモザイキング処理を行うデモザイキング回路1051、デモザイキング処理を施した画像データに対して階調変換処理及び画像合成処理を行う階調補正合成回路1052、画像データに対して所定の色信号処理を施す色信号処理回路1053、及び階調補正合成回路1052における階調変換処理の際の階調変換特性を定める階調変換特性決定部1054を備えている。   Hereinafter, the signal processing circuit 1005 that functions as the image processing apparatus of the present invention in the imaging apparatus 101 configured as described above will be described. FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the signal processing circuit 1005. As shown in FIG. 2, the signal processing circuit 1005 includes a demosaicing circuit 1051 that performs demosaicing processing on the image data recorded in the memory 1008, gradation conversion processing on image data that has been subjected to demosaicing processing, and The gradation correction characteristics at the time of gradation conversion processing in the gradation correction composition circuit 1052 that performs image composition processing, the color signal processing circuit 1053 that performs predetermined color signal processing on image data, and the gradation correction composition circuit 1052 A gradation conversion characteristic determining unit 1054 is provided.

図3は、階調変換特性、すなわち、階調変換曲線の一例を示す参考図であり、図4は、階調補正合成回路1052においてなされる階調変換処理及び画像合成処理を模式的に示した説明図である。階調補正合成回路1052では、画像データに対して、階調変換処理及び画像合成処理が行われるが、この際、コントラストの増幅が生じる。これは、処理前の画像データの階調が、例えば、8bitで1LSB(全階調を256階調としたときの1階調)の変化を、出力階調で2階調といったように階調差を増幅することを示している。ここで、コントラストの増幅は、階調変換曲線を階調で微分することにより得られる。従って、図3において、階調変換特性では、相対的に輝度値の低い領域のコントラストが増幅することとなり、このトラストの増幅による階調飛びを抑制するためには、輝度の低い領域に対してより多くの画像を用いて階調変換処理を行うことが必要となる。   FIG. 3 is a reference diagram showing an example of tone conversion characteristics, that is, a tone conversion curve, and FIG. 4 schematically shows tone conversion processing and image synthesis processing performed in the tone correction synthesis circuit 1052. FIG. In the gradation correction composition circuit 1052, gradation conversion processing and image composition processing are performed on the image data. At this time, contrast amplification occurs. This is because the gradation of the image data before processing is, for example, a change of 1 LSB with 8 bits (1 gradation when all gradations are 256 gradations), 2 gradations with an output gradation, etc. It shows that the difference is amplified. Here, the amplification of contrast is obtained by differentiating the gradation conversion curve by gradation. Therefore, in FIG. 3, the gradation conversion characteristic amplifies the contrast of the region having a relatively low luminance value. In order to suppress the gradation skip due to the amplification of the trust, It is necessary to perform gradation conversion processing using more images.

具体的には、図4に示すように、階調補正合成回路1052は、例えば、画像上の各位置のうち、相対的に輝度値が低い位置Aに存在する画素に対し、この輝度値の増幅率が相対的に高くなるように、相対的に多くの枚数の画像を用いつつ階調補正処理を行う必要がある。また、図4に示すように、階調補正合成回路1052は、例えば、画像上の各位置のうち、相対的に輝度値が高い位置Bに存在する画素に対しては、この輝度値の増幅率が相対的に低くなるように、相対的に少ない枚数の画像を用いつつ階調補正処理を行うことができる。   Specifically, as shown in FIG. 4, for example, the gradation correction synthesis circuit 1052 applies this luminance value to a pixel present at a position A having a relatively low luminance value among the positions on the image. It is necessary to perform gradation correction processing while using a relatively large number of images so that the amplification factor is relatively high. Further, as shown in FIG. 4, the gradation correction / combination circuit 1052 amplifies the luminance value for, for example, a pixel existing at a position B having a relatively high luminance value among the positions on the image. The gradation correction processing can be performed while using a relatively small number of images so that the rate is relatively low.

このため、階調変換特性決定部1054は、画像上の相対的に輝度が低い位置に対してはその輝度値の増幅率が相対的に高くなるように相対的に多くの枚数の画像を用いるように、かつ、相対的に輝度値が高い位置に対してはその輝度値の増幅率が相対的に低くなるように相対的に少ない枚数の画像を用いるように、階調変換特性メモリ1008に格納された複数の画像のそれぞれに対する固有の階調変換特性を設定する。   For this reason, the gradation conversion characteristic determination unit 1054 uses a relatively large number of images so that the amplification factor of the luminance value is relatively high at a position where the luminance is relatively low on the image. In the gradation conversion characteristic memory 1008, a relatively small number of images are used so that the amplification factor of the luminance value is relatively low at a position where the luminance value is relatively high. A unique gradation conversion characteristic is set for each of a plurality of stored images.

具体的には、階調変換特性決定部1054は、図5に示すように、階調変換処理における基準となる基準階調変換特性を設定する基準階調変換特性設定部50、基準階調変換特性に基づいて、輝度値に対するコントラスト増幅率を算出するコントラスト増幅率算出部51、コントラスト増幅率に基づいて、輝度値に応じた画像の合成枚数を決定する合成枚数決定部52、合成枚数が変化する輝度値を含む所定の輝度値の範囲において、合成比率が連続的に変化するように合成比率を決定する合成比率決定部53、基準階調変換特性及び合成比率に基づいて、複数枚の画像それぞれに対して、階調変換特性を画像毎に設定する階調変換特性設定部54を備えている。   Specifically, as shown in FIG. 5, the gradation conversion characteristic determination unit 1054 includes a reference gradation conversion characteristic setting unit 50 that sets a reference gradation conversion characteristic that serves as a reference in the gradation conversion processing, and a reference gradation conversion. A contrast amplification factor calculating unit 51 that calculates a contrast amplification factor for a luminance value based on the characteristics, a composite number determining unit 52 that determines a composite number of images according to the luminance value based on the contrast amplification factor, and a composite number change A plurality of images based on a reference ratio conversion characteristic and a combination ratio, a combination ratio determination unit 53 that determines a combination ratio so that the combination ratio continuously changes within a predetermined luminance value range including the luminance value to be A gradation conversion characteristic setting unit 54 is provided for setting gradation conversion characteristics for each image.

そして、階調変換特性決定部1054では、図6に示すフローチャートに従って、階調変換特性メモリ1008に格納された複数の画像のそれぞれに対する固有の階調変換特性を設定される。すなわち、ステップS1では、基準階調変換特性設定部50により、画像処理装置において階調変換処理を施した上で合成画像を生成する際に基準となる基準階調変換特性として、図7(a)に示す階調変換曲線を設定する。図7(a)は、入力輝度値Iをx軸とし、これに対して出力輝度値Q(I)をy軸に示している。この階調変換曲線の設定は、得られた画像の輝度階調に対して都度演算することもできるが、例えば、ルックアップテーブルを使用するなど予め記憶しておくこともできる。   Then, the gradation conversion characteristic determination unit 1054 sets unique gradation conversion characteristics for each of a plurality of images stored in the gradation conversion characteristic memory 1008 according to the flowchart shown in FIG. That is, in step S1, the reference gradation conversion characteristic setting unit 50 performs gradation conversion processing in the image processing apparatus, and the reference gradation conversion characteristics used as a reference when generating a composite image are shown in FIG. ) Is set. FIG. 7A shows the input luminance value I on the x-axis and the output luminance value Q (I) on the y-axis. The setting of the gradation conversion curve can be calculated each time with respect to the luminance gradation of the obtained image, but can also be stored in advance, for example, using a lookup table.

続いて、ステップS2で、コントラスト増幅率算出部51により、ステップS1で設定された階調変換曲線から、図7(b)に示すように、輝度値に対するコントラスト増幅率を算出し、ステップS3で、コントラスト増幅率を離散化することで、図7(c)に示すような輝度値に対する量子化されたコントラスト増幅率を算出する。合成画像を生成する際に、必要な画像の枚数を推定する方法は図4に示したようにコントラストの増幅から入力輝度の1階調が何倍になるかを計算するが、図7(c)で示す量子化コントラスト増幅率から必要な枚数を推定することが出来る。すなわち、例えば、以下の数6のような切り上げを行って離散化することで枚数の推定が可能となる。   Subsequently, in step S2, the contrast amplification factor calculation unit 51 calculates the contrast amplification factor for the luminance value from the gradation conversion curve set in step S1, as shown in FIG. 7B, and in step S3. Then, by quantizing the contrast amplification factor, the quantized contrast amplification factor for the luminance value as shown in FIG. 7C is calculated. As shown in FIG. 4, the method for estimating the number of necessary images when generating a composite image calculates how many times one gradation of input luminance is increased from contrast amplification. The required number of images can be estimated from the quantized contrast amplification factor shown in FIG. That is, for example, the number of sheets can be estimated by rounding up and discretizing the following Expression 6.

Figure 2011199787
ここで、Nは1以上の整数である。
Figure 2011199787
Here, N is an integer of 1 or more.

図7(c)のグラフは、コントラスト増幅率R(I)から、階調変換を行い1枚の合成画像を生成するのに必要な枚数を示している。すなわち、R’(I)=1の領域では、階調変換は1枚の画像だけを使い、R’(I)=2の領域では階調変換は2枚の画像を使用することを示している。   The graph of FIG. 7C shows the number of sheets necessary for performing gradation conversion and generating one composite image from the contrast amplification factor R (I). That is, in the region of R ′ (I) = 1, the gradation conversion uses only one image, and in the region of R ′ (I) = 2, the gradation conversion uses two images. Yes.

次に、ステップS4で、合成枚数決定部52により、合成枚数を算出する。図7(d)は図7(c)から複数枚の加算比率を算出したものである。すなわち、図7(c)で量子化した結果が「1」であれば1枚の画像を使用し、「2」であれば2枚の画像を使用して階調変換と加算後に1/2にすることを意味する。すなわち、図7(d)において、例えばI=0.26付近画像の合成枚数が1枚から2枚へ変化している。同じ明るさに対して、画像合成の際に、1枚使用した場合と2枚使用した場合では、画像のショットノイズ(明るさに依存するノイズ成分)は√2倍異なるため、I=0.26付近で明るさがほぼ同じ状態であるにもかかわらず、ノイズの振幅だけが√2倍異なることになり、不自然な画像が得られることとなる。そこで、ステップS5で、合成比率決定部53により、階調変換後の合成比率を連続的に変化させる為に、図7(d)の輝度値を変数として平滑化処理を行って、輝度に依存する各画像の合成比率W(I,k)を算出する(図7(e)参照)。なお、この平滑化としては、輝度値に対して、ルックアップテーブルのなどにより数値限定する方法や、輝度値の関数として数式的に指定する方法が考えられる。   Next, in step S4, the composite number determination unit 52 calculates the composite number. FIG. 7 (d) shows the addition ratio of a plurality of sheets calculated from FIG. 7 (c). That is, if the result of quantization in FIG. 7C is “1”, one image is used, and if it is “2”, two images are used, and after gradation conversion and addition, 1/2 is used. That means That is, in FIG. 7D, for example, the composite number of images near I = 0.26 is changed from one to two. For the same brightness, when one image is used and when two images are used, the shot noise (noise component depending on the brightness) of the image differs by √2 times, so that I = 0. Although the brightness is almost the same in the vicinity of 26, only the noise amplitude is different by √2 times, and an unnatural image is obtained. Therefore, in step S5, in order to continuously change the composition ratio after gradation conversion by the composition ratio determination unit 53, smoothing processing is performed using the luminance value of FIG. The composition ratio W (I, k) of each image to be calculated is calculated (see FIG. 7E). As the smoothing, there can be considered a method of limiting the numerical value of the luminance value by a look-up table or the like, and a method of mathematically specifying the luminance value as a function of the luminance value.

図9(a)に図7(d)の詳細を、図9(b)に図7(e)の詳細を示した。輝度値が高い範囲においては1枚の画像を使用し、図9中、画像の合成枚数が1枚から2枚へ変化する輝度値を含む範囲である中間領域Iと示した範囲では、1枚目の画像と2枚目の画像の合成比率を連続的に変化させるようにしている。また、画像の合成枚数が2枚である範囲は1枚目及び2枚目の画像は同じ合成比率になっている。画像の合成枚数が2枚から3枚へ変化する輝度値を含む範囲である中間領域IIでは、3枚目の画像の合成比率が連続的に、徐々に大きくなるようにしている。以下、複数枚の合成比率を輝度に依存して変化させ、合成比率が連続的に変化する範囲(中間領域)を設けている。   FIG. 9 (a) shows details of FIG. 7 (d), and FIG. 9 (b) shows details of FIG. 7 (e). In the range where the luminance value is high, one image is used. In FIG. 9, one image is used in the range indicated as the intermediate region I which is a range including the luminance value in which the number of combined images changes from one to two. The composition ratio of the eye image and the second image is continuously changed. In the range where the number of images to be combined is two, the first and second images have the same composition ratio. In the intermediate region II, which is a range including a luminance value in which the number of combined images changes from 2 to 3, the composition ratio of the third image is continuously increased gradually. Hereinafter, the composite ratio of a plurality of sheets is changed depending on the luminance, and a range (intermediate region) in which the composite ratio continuously changes is provided.

ステップS6では、図7(a)の基準階調変換曲線とステップS5で求めた合成比率W(I,k)に基づいて、数7に従って、各画像に対する階調変換特性Q(I,k)をそれぞれ算出する。   In step S6, the gradation conversion characteristic Q (I, k) for each image according to Equation 7 based on the reference gradation conversion curve of FIG. 7A and the composition ratio W (I, k) obtained in step S5. Are calculated respectively.

Figure 2011199787
Figure 2011199787

図8に各画像の階調変換特性を示した。   FIG. 8 shows the tone conversion characteristics of each image.

ところで、図10に示すように、階調補正合成回路1052は、各画像それぞれに対して階調変換処理を行う階調変換処理部57を取得する画像と同数備えており、さらに、この階調変換処理部57により階調変換処理がなされた画像から合成画像を生成する階調合成処理部58を備えている。各画像に対応する階調変換処理の前に、各画像の撮像時の露光データ(シャッタ速度、絞り、感度)に対応した輝度補正処理が行われる。従って、各画像に対する階調変換特性Q(I,k)に基づいて、階調変換処理部57により、複数の画像がそれぞれ階調変換処理され、階調変換処理後の複数枚の画像が階調合成処理部58により加算されることで、1枚の合成画像が生成される。生成された画像は、メモリ1006に一旦記憶され、表示素子2001に表示される、又は圧縮回路1007により圧縮されて記憶メディア2002に記憶される。   By the way, as shown in FIG. 10, the gradation correction synthesis circuit 1052 includes the same number of images as the number of images obtained from the gradation conversion processing unit 57 that performs gradation conversion processing on each image. A gradation composition processing unit 58 that generates a composite image from an image that has been subjected to gradation conversion processing by the conversion processing unit 57 is provided. Prior to the gradation conversion processing corresponding to each image, luminance correction processing corresponding to exposure data (shutter speed, aperture, sensitivity) at the time of capturing each image is performed. Therefore, based on the gradation conversion characteristic Q (I, k) for each image, the gradation conversion processing unit 57 performs gradation conversion processing on each of the plurality of images, and the plurality of images after gradation conversion processing are converted into a scale. By adding by the tone synthesis processing unit 58, one synthesized image is generated. The generated image is temporarily stored in the memory 1006 and displayed on the display element 2001 or compressed by the compression circuit 1007 and stored in the storage medium 2002.

このように、本実施の形態によれば、複数の画像に対応する階調変換曲線を算出し、これに基づいてそれぞれの画像に対して階調変換処理を施している。この各画像に対する階調変換曲線は、入力階調に応じて、各画像の寄与が連続的に変化しながら階調変換出力をする様に設定されているため、特定の入力階調において、使用する画像の枚数が切り替わり、各画像の寄与が不連続に変化することがなく、特定の階調でノイズ量が不連続に変化することを抑制でき、より自然な画像を得ることができる。
また、複数の画像がそれぞれ階調変換されることで、各画像のデータ量が小さくなりバスラインの節約も可能となる。
Thus, according to the present embodiment, tone conversion curves corresponding to a plurality of images are calculated, and tone conversion processing is performed on each image based on the calculated curves. This gradation conversion curve for each image is set so that gradation conversion output is performed while the contribution of each image changes continuously according to the input gradation, so it is used at a specific input gradation. The number of images to be switched is switched, the contribution of each image does not change discontinuously, the noise amount can be suppressed from changing discontinuously at a specific gradation, and a more natural image can be obtained.
In addition, by performing tone conversion on each of the plurality of images, the data amount of each image is reduced, and the bus line can be saved.

〔第1の実施形態の変形例〕
上記した本発明の第1の実施形態において、階調補正合成回路1052は、複数の階調変換処理部57を備え、各階調変換処理部57において階調変換処理がなされた画像を短銃加算することにより1枚の合成画像を得ていた。本変形例では、図10に示すように階調補正合成回路1052が一つの階調変換処理部59を備えるのみである点が相違する。以下、本変形例について第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について説明する。
[Modification of First Embodiment]
In the first embodiment of the present invention described above, the gradation correction / combination circuit 1052 includes a plurality of gradation conversion processing units 57, and adds the short guns to the images that have undergone the gradation conversion processing in each gradation conversion processing unit 57. As a result, one composite image was obtained. This modification is different in that the tone correction / synthesis circuit 1052 includes only one tone conversion processing unit 59 as shown in FIG. Hereinafter, the description of the present modification example that is common to the first embodiment will be omitted, and different points will be described.

図11に示すように、階調補正合成回路1052は、一つの階調変換処理部59と、複数の画像に対応した複数の合成比率乗算部60と、階調合成処理部58とを備えている。各画像に対応する階調変換処理の前に、各画像の撮像時の露光データ(シャッタ速度、絞り、感度)に対応した輝度補正処理が行われる。階調変換処理部59では、メモリ1008に格納されている全ての画像に対して基準階調変換特性に基づいて階調変換処理を行い、各画像をそれぞれの合成比率乗算部60に出力する。各合成比率乗算部60において、階調変換処理後の画像にそれぞれ合成比率W(I,k)が乗じられることで、上述した第1の実施形態における階調変換特性Q(I,k)に基づいて、複数の画像それぞれに階調変換処理を施したのと同様の効果が得られる。   As shown in FIG. 11, the tone correction synthesis circuit 1052 includes one tone conversion processing unit 59, a plurality of synthesis ratio multiplication units 60 corresponding to a plurality of images, and a tone synthesis processing unit 58. Yes. Prior to the gradation conversion processing corresponding to each image, luminance correction processing corresponding to exposure data (shutter speed, aperture, sensitivity) at the time of capturing each image is performed. The gradation conversion processing unit 59 performs gradation conversion processing on all the images stored in the memory 1008 based on the reference gradation conversion characteristics, and outputs each image to the respective composition ratio multiplication unit 60. In each composition ratio multiplication unit 60, the gradation conversion characteristic Q (I, k) in the first embodiment described above is multiplied by multiplying the image after the gradation conversion processing by the composition ratio W (I, k). Based on this, it is possible to obtain the same effect as that obtained by performing gradation conversion processing on each of a plurality of images.

そして階調変換処理がなされ、さらに合成比率が乗じられた複数枚の画像が、階調合成処理部58により加算されることで、1枚の合成画像が生成される。生成された画像は、メモリ1006に一旦記憶され、表示素子2001に表示される、又は圧縮回路1007により圧縮されて記憶メディア2002に記憶される。   Then, gradation conversion processing is performed, and a plurality of images multiplied by the composition ratio are added by the gradation composition processing unit 58, thereby generating one composite image. The generated image is temporarily stored in the memory 1006 and displayed on the display element 2001 or compressed by the compression circuit 1007 and stored in the storage medium 2002.

〔第2の実施形態〕
本実施形態においては、上記した実施形態の構成に加えて輝度値に依存するノイズ量を予測し、このノイズ量を考慮して合成枚数及び合成比率を決定するものである。
すなわち、ノイズ量Nをガウスノイズとすると、ノイズの分散は、2次関数でモデル化した以下の数8で表される。
[Second Embodiment]
In the present embodiment, in addition to the configuration of the above-described embodiment, a noise amount depending on the luminance value is predicted, and the number of synthesized images and the synthesized ratio are determined in consideration of this noise amount.
That is, when the noise amount N is Gaussian noise, the noise variance is expressed by the following equation 8 modeled by a quadratic function.

Figure 2011199787
Figure 2011199787

ここで、α、β、γは定数項である。この数8から、ノイズNはイメージャ出力の輝度信号Lに対して2次曲線的に増加していることがわかる。
しかしながら、ノイズ量は信号レベルだけではなく、素子の温度やゲインによっても変化する。図12に、一例として、ある温度tにおけるゲインに関連する3種類のISO感度100,200,400に対するノイズ量をプロットした図を示す。図11の個々の曲線は数8に示される形態となっているが、その係数はゲインに関連するISO感度により異なる。そこで、温度をt、ゲインをgとし、これらを考慮した形でモデルの定式化を行うと、以下の数9となる。
Here, α, β, and γ are constant terms. From this equation 8, it can be seen that the noise N increases in a quadratic curve with respect to the luminance signal L 0 of the imager output.
However, the amount of noise varies not only with the signal level but also with the temperature and gain of the element. FIG. 12 shows, as an example, a plot of noise amounts with respect to three types of ISO sensitivities 100, 200, and 400 related to gain at a certain temperature t. The individual curves in FIG. 11 are in the form shown in Eq. 8, but the coefficients differ depending on the ISO sensitivity related to the gain. Therefore, when the temperature is t and the gain is g, and the model is formulated in consideration of these, the following formula 9 is obtained.

Figure 2011199787
Figure 2011199787

ここで、αgt, βgtgtはゲイン、温度で決まる定数項である。このノイズモデルは、RGB独立で適用させることもできる。 Here, α gt , β gt , and γ gt are constant terms determined by gain and temperature. This noise model can also be applied independently for RGB.

デジタル信号処理の入力信号を12bit出力信号を8bitとした処理系でのKnee(ニー)処理、又はγ変換は、8bitにおいて、輝度が高い領域に対しての階調を圧縮する変換で、撮像機器の信号処理では一般に良く用いられる。従って、式(15),(16)の様な、A/D変換直後の輝度値−ノイズの分散値の特性とKnee(ニー)処理を考慮すると、8bit変換後の輝度階調とノイズの分散値を対応させると、単峰の曲線となる。
図13は、本実施形態における構成を示した図であり、ノイズ量推定部4003を備え、ノイズ量推定部は信号処理部1005に含まれる階調変換特性決定部にノイズ推定量を与える。
Knee processing or γ conversion in a processing system in which a digital signal processing input signal is a 12-bit output signal and an 8-bit processing system is a conversion that compresses the gradation for a high-brightness area in 8 bits. In general, the signal processing is often used. Therefore, in consideration of the luminance value-noise dispersion value characteristic immediately after A / D conversion and the Knee process as in equations (15) and (16), the luminance gradation and noise dispersion after 8-bit conversion. When the values are matched, it becomes a unimodal curve.
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration in the present embodiment, which includes a noise amount estimation unit 4003, and the noise amount estimation unit gives a noise estimation amount to a gradation conversion characteristic determination unit included in the signal processing unit 1005.

図14に本実施形態において階調変換特性を設定する演算の過程を示す場合のフローチャートを、図15に本実施形態において階調変換特性を設定する演算の過程をグラフで示した。   FIG. 14 is a flowchart showing a calculation process for setting gradation conversion characteristics in the present embodiment, and FIG. 15 is a graph showing a calculation process for setting gradation conversion characteristics in the present embodiment.

ステップS11及びステップS12では、上記した第1の実施形態と同様に、基準階調変換特性としての基準の階調変換曲線を設定し、その後コントラスト増幅率を算出する(図15(a)参照)。ステップS13は、ノイズ量推定部4003から与えられたデータで図15(b)に示すように、上記した数9に基づいたノイズ量を設定する。ステップS14では、図15(a)及び図15(b)から、コントラスト増幅を考慮したノイズモデルを算出する。図15(c)はコントラスト増幅率を考慮したノイズモデルを示している。ステップS15では、第1の実施形態と同様に、画像の合成枚数を計算するために、前記のコントラスト増幅率を考慮したノイズモデルを量子化し(図15(d)参照)、次のステップS16では、画像の合成枚数と合成比率を計算すると共に、図15(d)に平滑化処理を施すことにより、滑らかな合成比率変化になるように平滑化を行う。ステップS17では、各画像の合成比率曲線(W(I,k))を計算する。図15(e)は、ノイズモデルの対応した合成比率W(I,k)を示している。そして、ステップS18において、以下の数10に基づいて、図16に示す、各画像に対する階調変換特性Q(I,k)を算出する。   In step S11 and step S12, as in the first embodiment described above, a reference gradation conversion curve as a reference gradation conversion characteristic is set, and then the contrast amplification factor is calculated (see FIG. 15A). . In step S13, as shown in FIG. 15 (b) with the data given from the noise amount estimation unit 4003, the noise amount based on the above equation 9 is set. In step S14, a noise model considering contrast amplification is calculated from FIGS. 15 (a) and 15 (b). FIG. 15C shows a noise model considering the contrast amplification factor. In step S15, as in the first embodiment, in order to calculate the number of combined images, the noise model considering the contrast amplification factor is quantized (see FIG. 15D), and in the next step S16, In addition to calculating the number of images to be combined and the composition ratio, smoothing is performed so as to obtain a smooth composition ratio change by applying a smoothing process to FIG. In step S17, a composite ratio curve (W (I, k)) for each image is calculated. FIG. 15E shows the synthesis ratio W (I, k) corresponding to the noise model. In step S18, a gradation conversion characteristic Q (I, k) for each image shown in FIG.

Figure 2011199787
Figure 2011199787

このように、コントラスト増幅率と輝度に依存するノイズの振幅を考慮して、複数枚画像の合成枚数及び合成比率を算出するため、コントラスト増幅率とノイズ振幅の相対量が大きいところでは、より多くの枚数の画像の合成を行うようにすることによって、階調変化後のノイズの増幅を抑制することが出来る。   In this way, the number of composite images and the composite ratio are calculated in consideration of the contrast amplification factor and the amplitude of noise depending on the brightness. By synthesizing the number of images, it is possible to suppress the amplification of noise after the gradation change.

〔第3の実施形態〕
上記した実施形態において、基準階調変換特性とは異なる基準階調変換特性(第1の基準階調変換特性)が与えられる場合、基準階調変換特性及び合成比率に基づいて定められる複数の画像それぞれに対する階調変換特性Q(I)と、第1の基準階調変換特性とに基づいて、前記複数枚の画像それぞれに対して、前記第1の基準階調変換特性に応じた第1の階調変換特性Q(I)を演算することができる。より具体的には、上記した実施形態において、各画像に対する階調変換特性Q(I)が既に得られており、この階調変換特性Q(I)の逆変数Q−1(I)が定義でき、更に、写像の交換則が成り立つ場合には、階調変換特性Q(I)から他の階調変換特性Q(I)を演算することができる(図17参照)。すなわち、上記した条件を満たす場合には、輝度Iを以下の数11で定義することができる。
[Third Embodiment]
In the above-described embodiment, when a reference gradation conversion characteristic (first reference gradation conversion characteristic) different from the reference gradation conversion characteristic is given, a plurality of images determined based on the reference gradation conversion characteristic and the composition ratio Based on the gradation conversion characteristic Q (I) and the first reference gradation conversion characteristic for each of the plurality of images, a first value corresponding to the first reference gradation conversion characteristic is provided for each of the plurality of images. The gradation conversion characteristic Q 2 (I) can be calculated. More specifically, in the above-described embodiment, the gradation conversion characteristic Q (I) for each image has already been obtained, and the inverse variable Q −1 (I) of the gradation conversion characteristic Q (I) is defined. In addition, when the mapping exchange rule holds, another gradation conversion characteristic Q 2 (I) can be calculated from the gradation conversion characteristic Q (I) (see FIG. 17). That is, when the above conditions are satisfied, the luminance I can be defined by the following formula 11.

Figure 2011199787
Figure 2011199787

従って、階調変換特性Q(I,k)は、数12で表される。 Therefore, the gradation conversion characteristic Q 2 (I, k) is expressed by the following equation (12).

Figure 2011199787
Figure 2011199787

そして、交換則を適用すると、数13が得られる。

Figure 2011199787
When the exchange rule is applied, Equation 13 is obtained.
Figure 2011199787

階調変換特性Q(I)及びQ(I)が、複数枚の階調変換を想定している場合に、階調変換特性Q(I,k)及びQ(I,k)が数14で定義できるとき、 When the gradation conversion characteristics Q (I) and Q 2 (I) assume a plurality of gradation conversions, the gradation conversion characteristics Q (I, k) and Q 2 (I, k) are numbers. 14 can be defined,

Figure 2011199787
(I,k)は、数15及び数16となる。
Figure 2011199787
Q 2 (I, k) is expressed by Equation 15 and Equation 16.

Figure 2011199787
Figure 2011199787

Figure 2011199787
Figure 2011199787

従って、上述の実施形態の様に合成比率W(I,k)を求めるためにコントラスト増幅率とそれに必要な画像の枚数を計算せずに、基準の階調変換特性Q(I)に対する各画像の階調変換特性Q(I,k)を用いて異なる階調変換特性Q(I)を出力する各画像の階調変換特性Q(I,k)を得ることができる。尚、階調変換の演算はルックアップテーブルを使用しても良い。図17では、階調変換特性を演算するための演算器としての階調変換特性決定部1054の概略構成を示すブロック図であり、701は基準の階調変換曲線を示しており、705では上述した実施形態と同様に基準の階調変換曲線に対する各画像の階調変換曲線を演算している。逆関数計算手段702は、基準の階調変換曲線に対する逆関数の特性を演算している。階調変換演算手段704は、目的とする階調変換特性の引数に逆関数演算手段702で演算された逆関数特性を与え、上記の数13の右辺の括弧内Q(Q−1(I))を計算している。代入演算手段706は、各画像の階調変換特性設定手段705で取得した基準階調変換特性に対応した各画像の階調変換特性の引数としてQ(Q−1(I))を与え、数15の計算を行っている。 Therefore, each image corresponding to the reference gradation conversion characteristic Q (I) is calculated without calculating the contrast amplification factor and the number of images necessary for obtaining the composition ratio W (I, k) as in the above-described embodiment. gradation conversion characteristic Q (I, k) can get a gradation conversion characteristic Q 2 (I, k) of each image output different gradation conversion characteristics Q 2 (I) used. Note that a lookup table may be used for the calculation of gradation conversion. FIG. 17 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a gradation conversion characteristic determination unit 1054 as an arithmetic unit for calculating gradation conversion characteristics. Reference numeral 701 denotes a reference gradation conversion curve. Similar to the embodiment described above, the gradation conversion curve of each image is calculated with respect to the reference gradation conversion curve. The inverse function calculation unit 702 calculates the characteristics of the inverse function with respect to the reference gradation conversion curve. The gradation conversion calculation means 704 gives the inverse function characteristic calculated by the inverse function calculation means 702 to the argument of the target gradation conversion characteristic, and Q 2 (Q −1 (I )) Is calculated. The substitution calculation means 706 gives Q 2 (Q −1 (I)) as an argument of the gradation conversion characteristic of each image corresponding to the reference gradation conversion characteristic acquired by the gradation conversion characteristic setting means 705 of each image, Equation 15 is calculated.

参考例として、図18に基準の階調変換曲線A(図18(a))と目的とする階調変換特性B(図18(b))と基準の階調変換特性に対応する各画像の階調変換特性(図18(c))と上記の方法で取得した、階調変換特性Bに対応する各画像の階調変換特性(図18(d))を示した。また、上記した数16に代えて、数17を用いることができる。   As a reference example, FIG. 18 shows a reference gradation conversion curve A (FIG. 18A), a target gradation conversion characteristic B (FIG. 18B), and each image corresponding to the reference gradation conversion characteristic. The gradation conversion characteristics (FIG. 18C) and the gradation conversion characteristics (FIG. 18D) of each image corresponding to the gradation conversion characteristics B acquired by the above method are shown. Further, instead of the above-described equation 16, the equation 17 can be used.

Figure 2011199787
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数17により、合成比率W(I,k)を演算して、図11に示す構成に適用することもできる、すなわち、基準となる階調変換特性に基づいて複数の画像全ての階調変換処理を施し、階調変換処理後の画像に合成比率W(I,k)を乗じる構成とすることもできる。   The composition ratio W (I, k) can be calculated by Equation 17 and applied to the configuration shown in FIG. 11, that is, gradation conversion processing for all of a plurality of images based on the reference gradation conversion characteristics. The image after gradation conversion processing may be multiplied by the composition ratio W (I, k).

このようにすることで、コントラスト増幅率を求めるステップと、コントラスト増幅率から画像の合成枚数や合成比率を演算する必要がなく、演算を高速化することが出来る。   By doing this, it is not necessary to calculate the contrast amplification factor and to calculate the number of images to be combined and the combination ratio from the contrast amplification factor, and the calculation can be speeded up.

なお、上述した実施形態では、画像処理装置としてハードウェアによる処理を前提としていたが、このような構成に限定される必要はない。例えば、別途ソフトウェアにて処理する構成も可能である。この場合、CPU(中央演算装置)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えた汎用又は専用のコンピュータが、CPU等により、上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されているプログラムを読み出して、プログラムをROMやRAMなどに展開し、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の画像処理装置と同様の処理を実現させる。   In the above-described embodiment, processing by hardware is assumed as the image processing apparatus, but it is not necessary to be limited to such a configuration. For example, a configuration in which processing is performed separately by software is also possible. In this case, a general-purpose or dedicated computer equipped with a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc. can realize all or part of the above processing by the CPU. Similar to the above-described image processing apparatus by reading a program recorded on a computer-readable recording medium in which the program is recorded, expanding the program in a ROM, a RAM, etc., and executing information processing / calculation processing Realize the process.

ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

50 基準階調変換特性設定部(基準階調変換特性設定手段)
51 コントラスト増幅率算出部(コントラスト増幅率算出手段)
52 合成枚数決定部(合成枚数決定手段)
53 合成比率決定部(合成比率決定手段)
54 階調変換特性設定部
57,59 階調変換処理部
58 階調合成処理部
1054 階調変換特性決定部
50 Reference gradation conversion characteristic setting unit (reference gradation conversion characteristic setting means)
51 Contrast amplification factor calculation unit (contrast amplification factor calculation means)
52 composite number determination unit (composite number determination means)
53 Composite ratio determining unit (Composite ratio determining means)
54 gradation conversion characteristic setting sections 57 and 59 gradation conversion processing section 58 gradation composition processing section 1054 gradation conversion characteristic determining section

Claims (8)

階調変換処理を行うと共に複数枚の画像を合成して1枚の合成画像を生成する画像処理装置において、
前記階調変換処理における基準となる基準階調変換特性を設定する基準階調変換特性設定手段と、
前記基準階調変換特性に基づいて、輝度値に対するコントラスト増幅率を算出するコントラスト増幅率算出手段と、
前記コントラスト増幅率に基づいて、輝度値に応じた画像の合成枚数を決定する合成枚数決定手段と、
前記合成枚数が変化する輝度値を含む所定の輝度値の範囲において、合成比率が連続的に変化するように該合成比率を決定する合成比率決定手段と、
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
In an image processing apparatus that performs gradation conversion processing and generates a single composite image by combining a plurality of images,
A reference gradation conversion characteristic setting means for setting a reference gradation conversion characteristic serving as a reference in the gradation conversion process;
A contrast amplification factor calculating means for calculating a contrast amplification factor for a luminance value based on the reference gradation conversion characteristic;
A composite number determination means for determining the composite number of images according to the luminance value based on the contrast amplification factor;
A composition ratio determining means for determining the composition ratio so that the composition ratio continuously changes in a predetermined luminance value range including a luminance value in which the composition number changes;
An image processing apparatus comprising:
輝度値に依存するノイズ量を予測するノイズ量予測手段を更に備え、
前記合成枚数決定手段は、前記ノイズ量と前記コントラスト増幅率に基づいて、輝度値に応じた合成枚数を決定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
A noise amount prediction means for predicting a noise amount depending on the luminance value;
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the composite number determination unit determines a composite number according to a luminance value based on the noise amount and the contrast amplification factor.
前記基準階調変換特性及び前記合成比率に基づいて、前記複数枚の画像それぞれに対して、階調変換特性を前記画像毎に設定する階調変換特性設定手段を更に備えたこと、を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus further comprises gradation conversion characteristic setting means for setting gradation conversion characteristics for each of the plurality of images based on the reference gradation conversion characteristics and the composition ratio. The image processing apparatus according to claim 1 or 2. 前記複数の画像に対して階調変換処理を行う階調変換処理手段と、
前記前記複数枚の画像を合成して合成画像を生成する合成画像生成手段を更に備え、
前記階調変換処理手段は、前記複数の画像に対して基準階調変換特性に基づいて階調変換処理を行うと共に、前記合成画像生成手段は、階調変換処理がなされた前記複数枚の画像を前記合成枚数及び前記合成比率に従って合成することにより合成画像を生成する、請求項1又は請求項2に記載の画像処理装置。
Gradation conversion processing means for performing gradation conversion processing on the plurality of images;
A composite image generating means for generating a composite image by combining the plurality of images;
The gradation conversion processing unit performs gradation conversion processing on the plurality of images based on reference gradation conversion characteristics, and the composite image generation unit includes the plurality of images subjected to gradation conversion processing. The image processing apparatus according to claim 1, wherein a combined image is generated by combining the number of images according to the number of images to be combined and the combination ratio.
前記複数の画像に対して階調変換処理を行う階調変換処理手段と、
前記前記複数枚の画像を合成して合成画像を生成する合成画像生成手段を更に備え、
前記階調変換処理手段は、前記複数の画像に対して前記各階調変換特性に基づいてそれぞれ階調変換処理を行うと共に、前記合成画像生成手段は、前記階調変換処理がなされた前記複数枚の画像を加算することにより合成画像を生成する、請求項3に記載の画像処理装置。
Gradation conversion processing means for performing gradation conversion processing on the plurality of images;
A composite image generating means for generating a composite image by combining the plurality of images;
The gradation conversion processing unit performs gradation conversion processing on the plurality of images based on the gradation conversion characteristics, and the composite image generation unit includes the plurality of sheets on which the gradation conversion processing has been performed. The image processing apparatus according to claim 3, wherein a combined image is generated by adding the images.
前記合成画像生成手段による合成画像生成に際して、前記複数の画像間の輝度差を補正する輝度補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 4, further comprising a luminance correction unit that corrects a luminance difference between the plurality of images when the synthetic image is generated by the synthetic image generation unit. 前記基準階調変換特性と異なる第1の基準階調変換特性、前記基準階調変換特性及び前記合成比率に基づいて、前記複数枚の画像それぞれに対して、前記第1の基準階調変換特性に応じた第1の階調変換特性を演算する演算手段を更に設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の画像処理装置。   Based on the first reference gradation conversion characteristic different from the reference gradation conversion characteristic, the reference gradation conversion characteristic, and the composition ratio, the first reference gradation conversion characteristic for each of the plurality of images. 7. The image processing apparatus according to claim 1, further comprising a calculation unit configured to calculate a first gradation conversion characteristic corresponding to the first gradation conversion characteristic. 階調変換処理を行うと共に複数枚の画像を合成して1枚の合成画像を生成する画像処理方法において、
前記階調変換処理における基準となる基準階調変換特性を設定する基準階調変換特性設定ステップと、
前記基準階調変換特性に基づいて、輝度値に対するコントラスト増幅率を算出するコントラスト増幅率算出ステップと、
前記コントラスト増幅率に基づいて、輝度値に応じた画像の合成枚数を決定する合成枚数決定ステップと、
前記合成枚数が変化する輝度値を含む所定の輝度値の範囲において、合成比率が連続的に変化するように該合成比率を決定する合成比率決定ステップと、
を備えたことを特徴とする画像処理方法。
In an image processing method for performing gradation conversion processing and generating a single composite image by combining a plurality of images,
A reference gradation conversion characteristic setting step for setting a reference gradation conversion characteristic serving as a reference in the gradation conversion process;
A contrast amplification factor calculating step for calculating a contrast amplification factor for a luminance value based on the reference gradation conversion characteristic;
A composite number determination step for determining a composite number of images according to a luminance value based on the contrast amplification factor;
A composition ratio determining step for determining the composition ratio so that the composition ratio continuously changes in a predetermined luminance value range including a luminance value in which the composition number changes;
An image processing method comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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