JP2012064001A - 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】原画像を逆Ｓ字変換により変換する際に、明度が最大・最小となる座標を変換前後で変えないようにする。
【解決手段】画像処理装置の制御部は、取得した原画像データが示す原画像の各画素のうち、最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標とを特定する。そして、制御部は、変換される入力値を横軸にとり、当該入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いることにより、前記原画像の各画素の明度を変換し、変換された明度のうち、前記第１座標の画素の明度を最小値とし、前記第２座標の画素の明度を最大値とする範囲を決定して、変換された明度を、決定された範囲により正規化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法およびプログラムに関する。

画像のコントラストやシャープネスを補正する処理として、局所逆Ｓ字変換処理が知られている。特許文献１には、逆Ｓ字変換処理により得られた値を出力レンジに適合するように補正することで局所的に（カラー）コントラストを強調した画像を得るための画像処理装置が開示されている。特許文献２には、表示機器の制約を満たすように画像のダイナミックレンジを変換する際に、明度を最適化するダイナミックレンジの変換手法が開示されている。

特開２００６−３１３４３６号公報 特開２００２−１３２２４３号公報

本発明の目的は、原画像を逆Ｓ字変換により変換する際に、明度が最大・最小となる座標を変換前後で変えないようにする画像処理装置および画像処理方法を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明の請求項１に係る画像処理装置は、取得した原画像データが示す原画像の各画素のうち、最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標とを特定する特定手段と、変換される入力値を横軸にとり、当該入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いることにより、前記原画像の各画素の明度を変換する変換手段と、前記変換手段により変換された明度のうち、前記第１座標の画素の明度を最小値とし、前記第２座標の画素の明度を最大値とする範囲を決定する決定手段と、前記変換手段により変換された明度のうち、前記決定手段により決定された範囲外の明度を当該範囲内に収めるように補正する補正手段とを具備することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る画像処理装置は、請求項１に係る態様において、前記逆Ｓ字変換は、任意の定数であるβ_ＯＮ、β_ＯＦＦと、或る画素の周囲に位置する画素から構成される領域における明度の平均値であるｖ_ａｖｅと、原画像の明度の最小値及び最大値であるｖ_Ｌ、ｖ_Ｕとにより表される後述する式（１）を用いて、前記或る画素の明度ｖを入力値とする関数κ（ｖ）が示す値を、前記入力値から変換された前記出力値とする変換であることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る画像処理装置は、請求項１または２に係る態様において、前記原画像の各画素を順に注目画素として走査し、当該注目画素の周囲にある画素群の明度の平均値を算出して、当該注目画素の明度を修正する修正手段を具備し、前記特定手段は、前記修正手段により修正された明度について、前記第１座標と前記第２座標とを特定することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る画像処理方法は、画像処理装置が、取得した原画像データが示す原画像の各画素のうち、最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標とを特定し、変換される入力値を横軸にとり、当該入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いることにより、前記原画像の各画素の明度を変換し、変換された明度のうち、前記第１座標の画素の明度を最小値とし、前記第２座標の画素の明度を最大値とする範囲を決定して、変換された明度のうち、決定された範囲外の明度を当該範囲内に収めるように補正することを特徴とする。

本発明の請求項５に係るプログラムは、コンピュータを、取得した原画像データが示す原画像の各画素のうち、最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標とを特定する特定手段と、変換される入力値を横軸にとり、当該入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いることにより、前記原画像の各画素の明度を変換する変換手段と、前記変換手段により変換された明度のうち、前記第１座標の画素の明度を最小値とし、前記第２座標の画素の明度を最大値とする範囲を決定する決定手段と、前記変換手段により変換された明度のうち、前記決定手段により決定された範囲外の明度を当該範囲内に収めるように補正する補正手段として機能させるためのプログラムである。

請求項１に記載の画像処理装置によれば、原画像を逆Ｓ字変換により変換する際に、明度が最大・最小となる座標を変換前後で変えないようにすることができる。
請求項２に記載の画像処理装置によれば、局所的なコントラストの低下を抑制しつつ、原画像をコントラストが強調された画像に変換することができる。
請求項３に記載の画像処理装置によれば、周囲にある画素群の明度から突出した明度を有する画素の影響を低減させつつ、原画像をコントラストが強調された画像に変換することができる。
請求項４に記載の画像処理方法によれば、原画像を逆Ｓ字変換により変換する際に、明度が最大・最小となる座標を変換前後で変えないようにすることができる。
請求項５に記載のプログラムによれば、コンピュータに、原画像を逆Ｓ字変換により変換させる際に、明度が最大・最小となる座標を変換前後で変えないようにさせることができる。

本発明の実施形態に係る画像処理システムの構成を示す図である。 画像処理装置の制御部の機能的構成を示す図である。 逆Ｓ字変換に基づく曲線の一例を示す図である。 画像処理装置における座標特定の動作の流れを示すフローチャートである。 画像処理装置における逆Ｓ字変換の動作の流れを示すフローチャートである。 画像処理装置における正規化の動作の流れを示すフローチャートである。

１．構成
１−１．画像処理システムの構成
図１は、本発明の実施形態に係る画像処理システム９およびこれに含まれる画像処理装置１の構成を示す図である。画像処理システム９は、画像処理装置１と供給装置２と出力装置３とを含む。供給装置２は、処理の対象となる原画像を示すデータ（以下、原画像データという）Ｇ０を画像処理装置１に供給する。供給装置としては、デジタルスティルカメラ（撮影装置）、スキャナ（読取装置）などが挙げられる。

画像処理装置１は、供給装置２から原画像データＧ０を取得し、これに強調処理を施してコントラストが強調された画像（以下、強調画像という）を示す画像データ（以下、強調画像データという）Ｇ１を出力装置３へ出力する。画像処理装置１としては、パーソナルコンピュータや画像処理プロセッサなどが挙げられる。

出力装置３は、画像処理装置１により原画像データＧ０に対して強調処理を施した結果、得られた強調画像データＧ１を受け取り、この強調画像データＧ１に基づいた出力をする。出力装置３としては、モニタ（表示装置）、プリンタ（画像形成装置）、プロジェクタ（投影装置）などが挙げられる。

１−２．画像処理装置の構成
画像処理装置１は、制御部１１、記憶部１２、操作部１３、取得部１４、および出力部１５を備える。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＶＲＡＭ（Video RAM）を備えており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているブートローダや記憶部１２に記憶されているコンピュータプログラムを読み出して実行することにより画像処理装置１の各部を制御する。ＲＡＭはＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアとして利用される。ＶＲＡＭは、供給装置２から供給される原画像データＧ０やこれに対する種々の処理がなされた後のデータなどを記憶する。

記憶部１２はハードディスクドライブなどの大容量の記憶手段であり、制御部１１に読み込まれるプログラムを記憶する。また、記憶部１２は、出力装置３へ出力する強調画像データＧ１が示す強調画像の各画素の明度について、予め定められたレンジ（以下、出力レンジという）が記憶されている。なお、この出力レンジは、例えば、出力装置３において強調画像が表示などされるときのハードウェア上の制限に基づいて定められていてもよい。また、記憶部１２は、供給装置２から供給される原画像データＧ０を記憶してもよい。
操作部１３は各種の指示を入力するための操作子を備えており、ユーザによる操作を受け付けてその操作内容に応じた信号を制御部１１に供給する。

取得部１４は、供給装置２から原画像データＧ０を取得するインターフェースであり、例えば各種のモデムやＩＭＴ−２０００に準拠した無線通信回路、あるいは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に準拠したシリアルインターフェースや、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）、Bluetooth（登録商標）などに準拠した無線インターフェースなどである。
出力部１５は、出力装置３へ強調画像データＧ１を出力するインターフェースであり、取得部１４と共通する構成例が挙げられるものである。

１−３．制御部の機能的構成
図２は、画像処理装置１の制御部１１の機能的構成を示す図である。制御部１１は、供給装置２から取得部１４を介して原画像データＧ０を取得する。制御部１１の抽出部１１１は、原画像データＧ０から、原画像を構成する各画素の明度を抽出する。明度は画素の明るさを示す値であって、明度が大きいほど画素は明るく、小さいほど画素は暗く見える。原画像がモノクロの多階調画像であるならば、抽出部１１１が抽出する各画素の明度は、階調値である。原画像が各画素の色を表す色成分毎の階調値によって表されたカラー画像であるならば、抽出部１１１は、各画素の色成分毎の階調値を色相、彩度、明度の３成分からなる色空間に変換して、明度を抽出する。なお、各画素の明度は、画素の色の濃度を表す色濃度であってもよい。抽出部１１１が抽出した明度は、フィルタ部１１２と変換部１１４とにそれぞれ送られる。

フィルタ部１１２は、原画像データＧ０が示す原画像の各画素を順に注目画素として走査し、抽出部１１１が抽出したその注目画素の明度をその周囲の画素の明度に応じて修正した明度（以下、修正明度という）を算出する。具体的には、フィルタ部１１２は、例えば注目画素の周囲にあるｍ行ｎ列（ｍ，ｎは２以上の整数であり、例えばｍ＝ｎ＝３）の画素群の明度について相加平均値を算出し、算出された相加平均値を注目画素の修正明度とする。これにより、周囲の画素から突出した明度を有する画素があった場合、その画素の修正明度は、その画素の明度よりも周囲の画素の明度に近い値となる。すなわち、修正明度の分布は明度の分布に比べて平滑となる。なお、注目画素の修正明度を算出する際に使用される画素群は、ｍ行ｎ列の矩形の画素群に特に限定されず八角形など種々の形状を用いることができる。また、注目画素が原画像の輪郭部分にある場合には、注目画素の周囲に画素群の一部が無いことがある。この場合、フィルタ部１１２は、輪郭部分の画素と同じ明度を有する画素が、その輪郭の外側にあるものと仮定して、修正明度を算出する。したがって、フィルタ部１１２は、取得した原画像データが示す原画像の各画素を順に注目画素として走査し、当該注目画素の周囲にある画素群の明度の平均値を算出して、当該注目画素の明度を修正する修正手段の一例である。フィルタ部１１２により算出された各画素の修正明度は特定部１１３に送られる。

特定部１１３は、フィルタ部１１２から送られた各画素の修正明度の中から最小値と最大値とを検出し、検出した最小値および最大値の修正明度を有する各画素の、原画像における座標をそれぞれ特定する。例えば、Ｈ行Ｗ列（Ｈ，Ｗは３以上の整数）の原画像においてｙ行ｘ列（ｙは１以上Ｈ以下の整数、ｘは１以上Ｗ以下の整数）の位置にある画素の修正明度をｒ（ｘ，ｙ）と表すと、特定部１１３は、ｘを１からＷまで、ｙを１からＨまで順に走査して、原画像の全ての画素について修正明度を比較し、最小値であるｒ_Ｌと最大値であるｒ_Ｕとを検出する。そして、特定部１１３は、ｒ_Ｌ＝ｒ（ｘ，ｙ）となる座標（ｘ，ｙ）を第１座標（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ）とし、ｒ_Ｕ＝ｒ（ｘ，ｙ）となる座標（ｘ，ｙ）を第２座標（ｘ_Ｕ，ｙ_Ｕ）としてそれぞれ特定し、これら２点の座標をＲＡＭに記憶する。特定部１１３が特定した２つの座標は決定部１１５に送られる。したがって、特定部１１３は、取得した原画像データが示す原画像の各画素のうち、最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標とを特定する特定手段の一例である。

変換部１１４は、原画像の各画素を順に注目画素として走査し、注目画素の明度に対して逆Ｓ字変換処理を施して、変換された明度（以下、変換明度という）を算出する。

逆Ｓ字変換とは、以下の特性を有する変換をいう。
（特性１）変換される入力値を独立変数とし、当該入力値を変換した出力値を従属変数とする関数が、単調に減少することが無い。すなわち、この関数の一次微分は０以上である。
（特性２）入力値が或る値未満で、上記の関数の二次微分は０未満であり、その或る値以上で、上記の関数の二次微分は０以上である。すなわち、入力値の最小値側において、上記の関数は上に凸の形状であり、入力値の最大値側において、上記の関数は下に凸の形状である。

このような特性を有するため、逆Ｓ字変換は、変換される入力値を横軸にとり、その入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した曲線は、アルファベットのＳを逆に描いたような形状となる。図３は、この逆Ｓ字変換に基づく曲線の一例を示す図である。
ここで、逆Ｓ字変換処理は、次式に従う。

この式において、ｖは、注目画素の明度、κ（ｖ）は、注目画素の明度から変換明度を算出する関数、ｖ_Ｌ、ｖ_Ｕは、原画像の明度の最小値及び最大値、ｖ_ａｖｅは、近傍領域における明度の平均値、β_ＯＮ、β_ＯＦＦは任意の定数である。近傍領域とは、注目画素の周囲に位置する画素から構成される領域であり、例えば、注目画素の周囲に位置するｐ行ｑ列（ｐ，ｑは２以上の整数であり、例えばｐ＝ｑ＝５）の画素群である。なお、近傍領域はｐ行ｑ列の矩形の画素群に特に限定されず八角形など種々の形状を用いることができる。変換部１１４によって算出された変換明度は決定部１１５および正規化部１１６へそれぞれ送られる。

決定部１１５は、特定部１１３が特定した第１座標および第２座標に基づいて変換明度のレンジを決定する。決定部１１５は、原画像において最小の明度を有する画素の座標である第１座標（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ）と、最大の明度を有する画素の座標である第２座標（ｘ_Ｕ，ｙ_Ｕ）とを特定部１１３から受け取る。次に、決定部１１５は、第１座標（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ）の画素の変換明度Ｖ（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ）を特定し、これをレンジの最小値であるＶ_ｘＬｙＬとしてＲＡＭに記憶する。そして、決定部１１５は、第２座標（ｘ_Ｕ，ｙ_Ｕ）の画素の変換明度Ｖ（ｘ_Ｕ，ｙ_Ｕ）を特定し、これをレンジの最大値であるＶ_ｘＵｙＵとしてＲＡＭに記憶する。これにより、最小値であるＶ_ｘＬｙＬから最大値であるＶ_ｘＵｙＵまでが変換明度のレンジとして決定される。したがって、決定部１１５は、変換手段により変換された明度のうち、第１座標の画素の明度を最小値とし、第２座標の画素の明度を最大値とする範囲を決定する決定手段の一例である。

なお、原画像における第１座標（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ）の画素は最小の明度を有していたが、その画素の変換明度は、変換処理を経ているため、全画素における変換明度のうち最小とは限らない。また、第２座標（ｘ_Ｕ，ｙ_Ｕ）の画素の変換明度も、全画素における変換明度のうち最大とは限らない。決定されたレンジは正規化部１１６へ送られる。

正規化部１１６は、決定部１１５が決定したレンジに沿って、変換明度の正規化を行う。以下、正規化部１１６によって正規化された変換明度を正規化明度という。正規化部１１６は、まず、各画素の変換明度のうち、レンジに収まらないものを書き換える、いわゆるクリッピング処理を行う。具体的には、正規化部１１６は、各画素を走査して、変換明度が上述した最小値Ｖ_ｘＬｙＬよりも小さい画素については、その変換明度を最小値Ｖ_ｘＬｙＬに書き換える。また、変換明度が最大値Ｖ_ｘＵｙＵよりも大きい画素については、その変換明度を最大値Ｖ_ｘＵｙＵに書き換える。

次に、正規化部１１６は、クリッピング後の変換明度に対し、最小値が０に、最大値が１になるように比例計算する、正規化処理を行う。具体的には、正規化部１１６は、次式に沿って、変換明度を正規化明度にする。

ここで、Ｖ_ｉｊは、クリッピング処理後における座標（ｉ，ｊ）の画素の変換明度、ξ（Ｖ_ｉｊ）は、この画素の変換明度から正規化明度を算出する関数、Ｖ_ｘＬｙＬ，Ｖ_ｘＵｙＵは、変換明度の最小値及び最大値である。これにより０から１までの実数で表される各画素の正規化明度が算出される。したがって、正規化部１１６は、変換手段により変換された明度のうち、決定手段により決定された範囲外の明度を当該範囲内に収めるように補正する補正手段の一例である。正規化部１１６により算出された正規化明度は、調整部１１７へ送られる。

調整部１１７は、各画素の正規化明度に対し比例計算を行って、これらが予め決められた出力レンジに収まるように調整する。調整部１１７により調整された正規化明度を、以下、調整明度という。実数である正規化明度は、出力レンジの最大数を乗算され、小数点以下を切り捨てられることにより、整数である調整明度に変換される。例えば、記憶部１２には、出力レンジとして「０〜２５５」の整数の範囲が予め定められているのであれば、調整部１１７は、正規化明度が０．０００の場合に調整明度として０を算出し、正規化明度が１．０００の場合に、調整明度として２５５を算出し、正規化明度が０．５０２の場合に、調整明度として１２８を算出する。

調整部１１７により算出された調整明度は、強調画像における各画素の明度として強調画像データＧ１に記述される。これにより、原画像データＧ０が示す原画像のコントラストが強調された強調画像を示す強調画像データＧ１が生成される。生成された強調画像データＧ１は、出力部１５を介して出力装置３へ出力される。強調画像における明度のレンジは、予め定められた出力レンジに一致する。そして、強調画像において最小の明度を有する画素の座標は、原画像において明度が最小であった画素の座標である第１座標となり、強調画像において最大の明度を有する画素の座標は、原画像において明度が最大であった画素の座標である第２座標となる。

２．動作
次に、画像処理システム９における画像処理装置１の動作を説明する。以下に説明する画像処理装置１の動作は主に制御部１１による動作であり、座標特定の動作、逆Ｓ字変換の動作、および正規化の動作の３つに分けられる。以下、これらの動作についてそれぞれ述べる。

２−１．座標特定の動作
図４は、画像処理装置１における座標特定の動作の流れを示すフローチャートである。制御部１１は、原画像の各画素の明度を抽出し（ステップＳ１０１）、各画素を注目画素として走査してその移動平均値を算出する（ステップＳ１０２）。これにより、原画像における明度のばらつきが抑制され、平滑化された修正明度が生成される。次に、制御部１１は、全ての修正明度を比較してその最小値ｒ_Ｌと最大値ｒ_Ｕとを特定する（ステップＳ１０３）。そして、制御部１１は、原画像において、修正明度の最小値ｒ_Ｌを有する画素の座標である第１座標（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ）をＲＡＭなどに記憶し（ステップＳ１０４）、修正明度の最大値ｒ_Ｕを有する画素の座標である第２座標（ｘ_Ｕ，ｙ_Ｕ）をＲＡＭなどに記憶する（ステップＳ１０５）。これらの処理を実行する制御部１１は、抽出部１１１、フィルタ部１１２、および特定部１１３として機能する。
これにより、原画像における明度を平滑化した修正明度が最小および最大となる各画素の座標が記憶される。

２−２．逆Ｓ字変換の動作
図５は、画像処理装置１における逆Ｓ字変換の動作の流れを示すフローチャートである。制御部１１は、原画像の全画素の明度を比較してその最小値ｖ_Ｌと最大値ｖ_Ｕとを特定する（ステップＳ２０１）。次に、制御部１１は、原画像を画素ごとに走査するために、画素の列を表すパラメータｉと、画素の行を表すパラメータｊとにそれぞれ１を代入する（ステップＳ２０２）。そして、制御部１１は、ｊ行ｉ列の画素を注目画素とし、その注目画素の周囲に位置する画素から構成される近傍領域を特定し、この近傍領域を構成する全画素について明度の相加平均値ｖ_ａｖｅを算出する（ステップＳ２０３）。ここで、制御部１１は、ｊ行ｉ列の画素の明度ｖ_ｉｊが相加平均値ｖ_ａｖｅ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０４）。ｊ行ｉ列の画素の明度ｖ_ｉｊが相加平均値ｖ_ａｖｅ以上であると判断した場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、制御部１１は、次式にしたがって、定数δ_ＯＮおよび定数δ_ＯＦＦを決定する（ステップＳ２０５）。なお、β_ＯＮ、β_ＯＦＦは任意の定数である。

一方、ｊ行ｉ列の画素の明度ｖ_ｉｊが相加平均値ｖ_ａｖｅ以上ではないと判断した場合（ステップＳ２０４でＮＯ）、制御部１１は、次式にしたがって、定数δ_ＯＮおよび定数δ_ＯＦＦを決定する（ステップＳ２０６）。

定数δ_ＯＮおよび定数δ_ＯＦＦを決定すると、制御部１１は、次式にしたがって、ｊ行ｉ列の画素の明度ｖ_ｉｊに対して逆Ｓ字変換を施し、その画素の変換明度Ｖ_ｉｊを算出する（ステップＳ２０７）。

次に、制御部１１は、パラメータｊを１増加させ（ステップＳ２０８）、増加させたパラメータｊが原画像の幅方向の画素数であるＷを超えたか否かを判断する（ステップＳ２０９）。パラメータｊがＷを超えていないと判断した場合（ステップＳ２０９でＮＯ）、制御部１１は、処理をステップＳ２０３へ戻す。一方、パラメータｊがＷを超えていると判断した場合（ステップＳ２０９でＹＥＳ）、制御部１１は、パラメータｊに１を代入し、パラメータｉを１増加させる（ステップＳ２１０）。そして、制御部１１は、増加させたパラメータｉが原画像の高さ方向の画素数であるＨを超えたか否かを判断する（ステップＳ２１１）。パラメータｉがＨを超えていないと判断した場合（ステップＳ２１１でＮＯ）、制御部１１は、処理をステップＳ２０３へ戻す。一方、パラメータｉがＨを超えていると判断した場合（ステップＳ２１１でＹＥＳ）、制御部１１は、処理を終了する。
これにより、Ｈ行Ｗ列の各画素について、変換明度がＶ_ｉｊ算出される。これらの処理を実行する制御部１１は、変換部１１４として機能する。

２−３．正規化の動作
図６は、画像処理装置１における正規化の動作の流れを示すフローチャートである。ステップＳ３０１およびステップＳ３０７〜Ｓ３１０の処理は、Ｈ行Ｗ列の画像を画素ごとに走査するための処理であり、図５におけるステップＳ２０２およびステップＳ２０８〜Ｓ２１１と共通するため、説明を省略する。

制御部１１は、注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊが第１座標の変換明度Ｖ_ｘＬｙＬを下回っているか否かを判断する（ステップＳ３０２）。注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊが第１座標の変換明度Ｖ_ｘＬｙＬを下回っていると判断した場合（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、制御部１１は、注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊを第１座標の変換明度Ｖ_ｘＬｙＬで上書きする（ステップＳ３０３）。一方、注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊが第１座標の変換明度Ｖ_ｘＬｙＬを下回っていないと判断した場合（ステップＳ３０２でＮＯ）、制御部１１は、ステップＳ３０３の処理を行わず、処理をステップＳ３０４に進める。これにより、第１座標の変換明度Ｖ_ｘＬｙＬを下回る変換明度を有する画素がなくなる。

次に、制御部１１は、注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊが第２座標の変換明度Ｖ_ｘＵｙＵを上回っているか否かを判断する（ステップＳ３０４）。注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊが第２座標の変換明度Ｖ_ｘＵｙＵを上回っていると判断した場合（ステップＳ３０４でＹＥＳ）、制御部１１は、注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊを第２座標の変換明度Ｖ_ｘＵｙＵで上書きする（ステップＳ３０５）。一方、注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊが第２座標の変換明度Ｖ_ｘＵｙＵを上回っていないと判断した場合（ステップＳ３０４でＮＯ）、制御部１１は、ステップＳ３０５の処理を行わず、処理をステップＳ３０６に進める。これにより、第２座標の変換明度Ｖ_ｘＵｙＵを上回る変換明度を有する画素がなくなる。

上述の通り、注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊに対してクリッピングを行うと、制御部１１は、注目画素の変換明度Ｖ_ｉｊを次式にしたがって正規化する（ステップＳ３０６）。

制御部１１は、正規化された変換明度Ｖ_ｉｊを正規化明度としてＲＡＭに記憶する。これらの処理を実行する制御部１１は、決定部１１５および正規化部１１６として機能する。
そして、この動作の後、制御部１１は、記憶部１２から読み出した出力レンジを参照して、正規化明度を出力レンジに適合するように調整し、調整結果に基づいて強調画像データＧ１を生成する。

以上の動作により、画像処理装置１は、供給装置２から供給された原画像データＧ０から、これにより示される原画像のコントラストを強調した強調画像を示す強調画像データＧ１を生成する。そして、画像処理装置１は、生成した強調画像データＧ１を出力装置３へ出力する。

従来の技術では、各画素の明度に対して逆Ｓ字変換を施して得られた変換明度の分布から強調画像の明度の範囲を決めていた。しかし、逆Ｓ字変換には、明度の範囲から変換明度の範囲が予測できないという性質があり、また原画像における明度の分布によっては、他の画素の変換明度と比較して突出した変換明度が算出されるといった性質もあった。したがって、従来技術において、変換明度を出力レンジに適合するように補正しようとすると、突出した変換明度を出力レンジに収めるために画像全体が暗くなりすぎたり明るくなりすぎたりといった偏りが生ずることがあり、適切な強調画像を表す強調画像データを得ることが難しかった。

上述したように、画像処理装置１は、強調画像と原画像の双方において、最小明度と最大明度とを示す各画素の座標が一致するように、強調画像データＧ１を生成する。したがって、逆Ｓ字変換により、他の画素の変換明度と比較して突出した変換明度が算出されたとしても、その突出した変換明度は除外され、原画像において特定した座標に基づいて上書きされるので、変換明度を出力レンジに適合させる際に偏りが生じ難くなる。

３．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
（１）上述の実施形態において、画像処理装置１は、供給装置２や出力装置３と別の装置であったが、これらが１つの装置を構成していてもよい。例えば、供給装置２の一例であるデジタルスティルカメラに画像処理装置１の機能が組み込まれていてもよい。

（２）上述の実施形態において、変換部１１４は、注目画素の周囲に位置するｐ行ｑ列の矩形の画素群を近傍領域としてその明度の平均値を算出していたが、フィルタ部１１２が注目画素について算出した修正明度を、上記近傍領域における明度の平均値として流用してもよい。

（３）上述の実施形態において、変換部１１４は、上述した数式（１）に従った逆Ｓ字変換を行っていたが、数式（１）におけるδ_ＯＮおよびδ_ＯＦＦは注目画素の明度とその注目画素の周囲の画素における明度の平均値との比較に応じて決まる値ではなく、予め決められた定数であってもよい。この場合であっても、変換される入力値を横軸にとり、その入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いるのであれば、コントラストが強調された画像を得ることができる。すなわち、変換部１１４は、変換される入力値を横軸にとり、当該入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いることにより、原画像の各画素の明度を変換する変換手段として機能すればよい。また、特定部１１３により特定した第１座標と第２座標を用いて、決定部１１５が変換明度の範囲を決定するので、画像処理システム９は、逆Ｓ字変換により周囲の画素から突出した変換画素を有する画素が生じたとしても、その影響を抑制することができる。

（４−１）上述の実施形態において、フィルタ部１１２は、注目画素の明度をその周囲の画素の明度に応じて修正していたが、フィルタ部１１２はなくてもよい。この場合であっても、原画像に周囲から孤立して突出した明度を有する画素が無いのであれば、特定部１１３によって特定される最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標は、フィルタ部１１２の有無によって変わることが無いからである。

（４−２）上述のように、フィルタ部１１２を用いない場合、ステップＳ１０３において、制御部１１は、修正明度の最小値ｒ_Ｌと最大値ｒ_Ｕとを特定するのではなく、明度の最小値ｖ_Ｌと最大値ｖ_Ｕとを特定することができる。したがって、この場合には、制御部１１は、ステップＳ２０１を省略し、ステップＳ１０３で特定された明度の最小値ｖ_Ｌと最大値ｖ_Ｕとを用いればよい。

（５）画像処理装置１の制御部１１によって実行されるプログラムは、磁気テープや磁気ディスクなどの磁気記録媒体、光ディスクなどの光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体メモリなどの、コンピュータ装置が読み取り可能な記録媒体に記憶された状態で提供し得る。また、このプログラムを、インターネットのようなネットワーク経由でダウンロードさせることも可能である。なお、上記の制御部１１によって例示した制御手段としてはＣＰＵ以外にも種々の装置を適用することができ、例えば、専用のプロセッサなどを用いてもよい。

（６）上述の実施形態において、正規化部１１６は、決定部１１５が決定したレンジに沿って、変換明度から正規化明度を算出し、調整部１１７は、各画素の正規化明度に対し比例計算を行って、予め決められた出力レンジに収まる調整明度を算出していたが、変換明度、決定部１１５が決定したレンジ、および出力レンジから直接、調整明度を算出してもよい。

（７）上述の実施形態において、特定部１１３は、フィルタ部１１２から送られた各画素の修正明度の中から最小値と最大値とを検出し、検出した最小値および最大値の修正明度を有する各画素の、原画像における座標をそれぞれ特定していたが、最小値や最大値の修正明度を有する画素はそれぞれ一意に定まらない場合について言及しなかった。検出した最小値または最大値の修正明度を有する画素が複数ある場合、特定部１１３は、以下のような処理を行ってもよい。

（７−１）特定部１１３は、複数ある画素の座標のうち、予め定められた条件に近い方の座標を特定するようにしてもよい。例えば、上述のようにｘを１からＷまで、ｙを１からＨまで順に走査するとした場合、複数の画素のｘが異なるときには、ｘの小さい方を、ｘが同じときには、ｙの小さい方を選ぶといった具合である。

（７−２）検出された最小値または最大値の修正明度を有する画素が複数ある場合、フィルタ部１１２は、注目画素の周囲にある画素群の範囲を拡大し、拡大された画素群の明度について算出した相加平均値を修正明度として再び算出する。そして、特定部１１３は、フィルタ部１１２により再び算出された修正明度の中から最小値と最大値とを検出すればよい。再計算後であっても、検出された最小値または最大値の修正明度を有する画素が複数ある場合には、さらに上述した画素群の範囲を拡大して、これらの画素がそれぞれ１つずつになるまで処理を繰り返せばよい。

（７−３）検出された最小値または最大値の修正明度を有する画素が複数ある場合、これらの中から、擬似乱数などを用いて一の画素を選択してもよい。

（８）上述の実施形態において、正規化部１１６により算出された正規化明度は、調整部１１７にのみ送られていたが、変換部１１４に送られてもよい。すなわち、図２の二点鎖線で表した経路に沿って、画像処理が繰り返されてもよい。この場合、変換部１１４は、送られた正規化明度に２度目の逆Ｓ字変換処理を施して、２度目の変換明度を算出する。そして、決定部１１５は、特定部１１３が特定した第１座標および第２座標に基づいて、この２度目の変換明度のレンジを決定し、正規化部１１６は、この２度目に決定したレンジに沿って、２度目の変換明度の正規化を行ってもよい。このとき、特定部１１３による第１座標および第２座標の特定は、改めて行わなくてよい。特定部１１３は、原画像における修正明度の最小値と最大値は、変換部１１４による逆Ｓ字変換処理の回数によって変化しないからである。

このように、正規化部１１６により算出された正規化明度は、さらにまた、変換部１１４に送られてもよい。すなわち、この繰り返しの回数は１回でも、２回以上でもよい。変換部１１４による逆Ｓ字変換処理の回数が増加するほど、変換後の画像のコントラストが強調される。

１…画像処理装置、１１…制御部、１１１…抽出部、１１２…フィルタ部、１１３…特定部、１１４…変換部、１１５…決定部、１１６…正規化部、１１７…調整部、１２…記憶部、１３…操作部、１４…取得部、１５…出力部、２…供給装置、３…出力装置、９…画像処理システム

Claims (5)

1. 取得した原画像データが示す原画像の各画素のうち、最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標とを特定する特定手段と、
   変換される入力値を横軸にとり、当該入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いることにより、前記原画像の各画素の明度を変換する変換手段と、
   前記変換手段により変換された明度のうち、前記第１座標の画素の明度を最小値とし、前記第２座標の画素の明度を最大値とする範囲を決定する決定手段と、
   前記変換手段により変換された明度のうち、前記決定手段により決定された範囲外の明度を当該範囲内に収めるように補正する補正手段と
   を具備することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記逆Ｓ字変換は、
   任意の定数であるβ_ＯＮ、β_ＯＦＦと、
   或る画素の周囲に位置する画素から構成される領域における明度の平均値であるｖ_ａｖｅと、
   原画像の明度の最小値及び最大値であるｖ_Ｌ、ｖ_Ｕとにより表される下記式（１）を用いて、
   前記或る画素の明度ｖを入力値とする関数κ（ｖ）が示す値を、前記入力値から変換された前記出力値とする変換である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
   

   
3. 前記原画像の各画素を順に注目画素として走査し、当該注目画素の周囲にある画素群の明度の平均値を算出して、当該注目画素の明度を修正する修正手段を具備し、
   前記特定手段は、前記修正手段により修正された明度について、前記第１座標と前記第２座標とを特定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. 画像処理装置が、
   取得した原画像データが示す原画像の各画素のうち、最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標とを特定し、
   変換される入力値を横軸にとり、当該入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いることにより、前記原画像の各画素の明度を変換し、
   変換された明度のうち、前記第１座標の画素の明度を最小値とし、前記第２座標の画素の明度を最大値とする範囲を決定して、
   変換された明度のうち、決定された範囲外の明度を当該範囲内に収めるように補正する
   ことを特徴とする画像処理方法。
5. コンピュータを、
   取得した原画像データが示す原画像の各画素のうち、最小の明度を示す画素の座標である第１座標と、最大の明度を示す画素の座標である第２座標とを特定する特定手段と、
   変換される入力値を横軸にとり、当該入力値を変換した出力値を縦軸にとって描画した出力特性が逆Ｓ字型曲線を描く変換である逆Ｓ字変換を用いることにより、前記原画像の各画素の明度を変換する変換手段と、
   前記変換手段により変換された明度のうち、前記第１座標の画素の明度を最小値とし、前記第２座標の画素の明度を最大値とする範囲を決定する決定手段と、
   前記変換手段により変換された明度のうち、前記決定手段により決定された範囲外の明度を当該範囲内に収めるように補正する補正手段
   として機能させるためのプログラム。

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