JP2012515952A - 強化画像を生成するための方法及び装置 - Google Patents

強化画像を生成するための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

強化画像を生成するための方法及び装置が提供される。本方法は、強化されるべき画像を受信するステップ（１０１）を含む。副画像のセットが画像から生成され（１０３）、異なる副画像は、画像に対する異なる空間周波数帯域に対応する。画素値変化量は、画像の少なくとも第１の画素領域に対して、第１の画素領域の隣接領域において決定される（１０７）。そして、強化画素領域は、画素値の変化に応じて、第１の画素領域と副画像の対応する画素領域とを組み合わせることにより強化画像に対して生成される（１０９）。詳細には、入力画像と副画像との重み付けされた合計が生成され、重み付けは、隣接領域における輝度変化に応じて決定される。本発明は、例えば、削減されたアーチファクト及び／又はノイズを伴う改良されたコントラスト強調を提供することができる。

Description

本発明は、画像強化に関し、詳細には、排他的ではないが、例えばデジタル画像又はデジタルビデオ信号のフレームのコントラスト強調に関する。
画像のコントラスト強調は、近年ますます重要となり、実現可能になってきた。詳細には、ビデオ信号のフレーム又は写真のようなデジタル画像は、改良されたコントラストを伴う強化画像を生成するために、進化した信号処理技術により処理され、これにより、典型的には、画像が高品質であると把握されることをもたらす。
画像のコントラスト強調は、典型的には、輝度値のヒストグラムの解析及び変更を含む。斯様なコントラスト強調アルゴリズムを実装する便利な手法は、ビデオ信号の階調レベルに対して（非）線形伝達関数を適用することによるものである。例えば、良く知られたガンマ補正のようなべき乗変換が広められている。ヒストグラム平坦化のような適応的方法は、画素の入力輝度を出力輝度に関連付ける非線形伝達関数の形状を決定するように適用され得る。ヒストグラム平坦化は、医用画像及びリモートセンシング等の多くの分野において順調に適用されてきた。利用可能な輝度レベルに渡って信号変化を最適に分配する能力は、特徴識別が主要な目的となる画像に対して特に魅力的である。しかしながら、ヒストグラム平坦化の自然画像への適用は、最適ではなく、過度に強化された信号をもたらすことが多い。
全体的コントラスト強調手法に対する主要な制約は、典型的には、画像が、ダイナミックレンジの境界の近くにある局所的な明及び／又は暗エリアを含むことが多いことである。それ故、全体的コントラスト強調は、クリッピングを妨げるように利得を抑えるか又はソフトクリッピングの形式を一部含むように低いレベルで適用されることが多く、これは、しかしながら、ダイナミックレンジの境界の近くでの有効性を低減する。この欠点は、空間的に局所化され且つ適応的な態様で画像コントラストを強化することにより軽減され得る。局所的コントラスト強調技術は、画素の輝度値とその局所平均との間の差分を増幅することにより局所的な詳細の可視性を強化することを目的としている。
局所的コントラスト強調に対するアプローチは、より高い空間周波数を促進することである。この及び類似の方法の欠点は、これらが、高コントラストのエッジの周りに後光アーチファクトを取り込みやすく、それ故に最適ではない画像をもたらすことである。
非線形エッジ保存ローパスフィルタを用いることにより、又は、マルチスケールアプローチを取り入れることにより、後光アーチファクトを削減することが提案されている。しかしながら、斯様なこれらの手法は、クリッピングアーチファクトを取り込みやすく、後光アーチファクトの十分な除去をもたらさないことが多い。更に、これらのアプローチは、斯様なエリアに対して増大したノイズをもたらすフラットなエリアの過度の強調に起因して、劣化に見舞われやすい。
それ故、改良されたコントラスト強調が有利であり、詳細には、増大した自由度、向上した強調の質、向上した画像品質、促進された実装、削減された複雑さ、及び／又は、向上した性能が有利であるだろう。
従って、本発明は、１又はそれ以上の前述した欠点を単独で又は任意の組み合わせにおいて好ましくは軽減、緩和又は除去することを目的とする。
本発明の一態様によれば、強化画像を生成する方法であって、画像を受信するステップと、前記画像から副画像のセットを生成するステップであって、前記副画像のセットの異なる副画像が画像の異なる空間周波数帯域に対応する、ステップと、前記画像の少なくとも第１の画素領域に対して、前記第１の画素領域の隣接領域における画素値変化量を決定するステップと、前記画素値変化量に応じて、前記第１の画素領域と副画像の対応する画素領域とを組み合わせることにより、前記強化画像に対する強化画素領域を生成するステップとを有する、方法が提供される。
本発明は、改良された及び／又は促進された画像の強化を提供し得る。詳細には、改良された画像のコントラスト強調は、多くの状況において及び多くの画像に対して実現され得る。詳細には、コントラスト強調は、多くの状況において、フラットなエリアにおける後光効果及び／又はノイズのようなアーチファクトの削減された取り込みにより実現され得る。
画像の特定の特性に適合する強化アルゴリズムは、低複雑性及び低リソース要件により実現され、それ故に、メモリ及び計算リソースの使用を削減し、及び／又は、より高速な動作を可能にする。
画素値変化量は、詳細には、輝度変化量のような画素エネルギ変化量であり得る。各画素は、視覚特性を表す１又はそれ以上の画素値に関連付けられ得る。画素値変化量は、１又はそれ以上の斯様な画素値に応じて決定され得る。詳細には、画素値変化量は、画素値のセットのうちの一の画素値の変化を示すように決定され得る。代わりに、画素値変化量は、画素値のセットのうちの複数の画素値の変化を示すように決定されてもよい。詳細には、画素値変化量は、画素値のセットのうちの複数の画素値の関数であるパラメータに応じて決定され得る。画素に対する画素値のセットは、画素の視覚特性を特徴付け得る。例えば、画素の視覚特性は、ＲＧＢ値（即ち、赤色成分に関する１つの値、緑色成分に関する１つの値、及び、青色成分に関する１つの値）により表され得る。この場合において、画素値変化量は、例えば、Ｒ値、Ｇ値及びＢ値の変化を表すように決定され得る。しかしながら、他の例として、画素に対するエネルギ（又は振幅）値を決定するために或る関数がＲＧＢ値に適用されてもよい。例えば、ＲＧＢ値の二乗和が決定され、画素値変化量が（画素の明度を表す）この値に応じて決定されてもよい。他の状況において、各画素は、例えば、ＹＵＶ色空間において、即ち、１つの"luma"（Ｙ）値及び２つの"chrominance"（ＵＶ）値により表されてもよい。この場合において、画素値変化量は、例えば、輝度Ｙの値のみの変化を反映させるように決定され得る。
隣接領域は、画素領域に対する距離基準を満たす画像エリアを有し得る。例えば、閾値よりも小さい距離をもつ画素が、隣接領域に属するものと見なされ得る。
副画像のセットは、異なるが場合により重複する空間周波数帯域に対応する副画像を有し得る。幾つかの実施形態において、副画像は、異なる空間周波数フィルタリングを画像に適用することにより生成され得る。詳細には、所与の副画像は、第１の空間ローパスフィルタにより画像をフィルタリングし、第１の空間ローパスフィルタよりも低いカットオフ周波数をもつ第２の空間ローパスフィルタを用いて生成された副画像を差し引くことにより生成され得る。幾つかの実施形態において、前記画像は、副画像のセットに分割され得る。副画像は、互いに素の副画像であり得る。幾つかの実施形態において、副画像の和は前記画像に等しい。
組み合わせは、例えば、副画像の重み付けされた和によるものであってもよい。幾つかの実施形態において、副画像の幾つか又は全ては、組み合わせの部分として個別に処理されてもよい。例えば、非線形伝達関数は、これらが組み合わせ／合計される前の１又はそれ以上の副画像の対応する画素領域の画素の輝度に適用されてもよい。
本発明のオプション的な特徴によれば、強化画素領域を生成するステップは、前記画素値変化量に応じて強化パラメータのセットを決定するステップであって、前記強化パラメータのセットが前記副画像のセットの各副画像の強化パラメータを有する、ステップと、前記副画像の前記強化パラメータを、前記第１の画素領域に対応する前記副画素内の画素領域に適用することにより、各副画像の変更された画素領域を生成するステップと、前記第１の画素領域と前記変更された画素領域とを組み合わせることにより前記強化画素領域を生成するステップとを有する。
これは、特に有利な画像強化を提供し、詳細には、画像強化プロセスを画像の特定の性質に適合させるための実用的でフレキシブルなアプローチを提供することができる。
第１の副画像の強化パラメータは、詳細には、副画像の画素の明度に適用された動作を（少なくとも部分的に）制御し得る。例えば、強化パラメータは、明度伝達関数又は画像の明度の利得を指定し得る。詳細には、副画像の強化パラメータは、組み合わせの部分として副画像に適用された利得／重みであり得る。
本発明のオプション的な特徴によれば、前記強化画素領域を生成するステップは、前記第１の画素領域と前記対応する画素領域との重み付けされた組み合わせにより前記強化画素領域を生成するステップを有し、前記重み付けされた組み合わせの重み付けは、前記画素値変化量に応じて決定される。
これは、特に有利な画像強化を提供することができ、詳細には、画像強化プロセスを画像の特定の特性に適合させるための実用的でフレキシブルなアプローチを提供することができる。
本発明のオプション的な特徴によれば、より低い周波数の副画像に対するより高い周波数の副画像の重み付けは、より低い画素値変化量の、より低い周波数の副画像に対するより高い周波数の副画像の重み付けと比較して、より高い画素変化量に対して増大される。
これは、画像の向上したコントラスト強調を提供することができ、詳細には、強化動作により取り込まれたアーチファクトを軽減又は削減することができる。詳細には、本アプローチは、コントラスト強調動作を局所的画像特性に自動的に適合させるシステムを実装するのを容易にすることができる。詳細には、本アプローチは、高度な詳細及び画像を伴うエリアにおいて増大したコントラスト強調をもたらす一方で、平坦な画像エリアのコントラスト強調（及びそれ故にノイズ）を削減する。
本発明のオプション的な特徴によれば、前記強化画素領域を生成するステップは、より低い画素値変化量に対するより高い画素値変化量の少なくとも１つのより高い周波数の副画像のバイアスを増大させるステップを有する。
これは、画像の改良したコントラスト強調を提供することができ、詳細には、強化動作により取り込まれたアーチファクトを軽減又は削減することができる。詳細には、本アプローチは、コントラスト強調動作を局所的画像特性に自動的に適合させるシステムを実装するのを容易にすることができる。詳細には、本アプローチは、高度な詳細及び画像を伴うエリアにおいて増大したコントラスト強調をもたらす一方で、平坦な画像エリアのコントラスト強調（及びそれ故にノイズ）を削減する。
本発明のオプション的な特徴によれば、前記隣接領域は、前記第１の画素領域に対して５０画素よりも少ない距離を伴う画素だけを有する。
これは、多くの状況において改良された性能を提供することができ、詳細には、画像の局所的特性への効果的な適合を可能にすることができる。多くの状況において、特に有利な性能は、前記第１の画素領域に対して２０画素よりも少ない距離を伴う画素だけを有するときに達成される。
本発明のオプション的な特徴によれば、画素値変化量を決定するステップは、前記画素値変化量を決定する前に前記隣接領域をサブサンプリングするステップを有する。
これは、多くの実施形態において、強化動作を促進することができ、高品質の強化画像を提供することができる一方で、複雑性及びリソース要件を削減する。詳細には、計算リソース要件が実質的に削減され得る。
本発明のオプション的な特徴によれば、本方法は、エネルギ変化クラスのセットの各クラスに対する組み合わせパラメータのセットを与えるステップと、前記画素値変化量に応じて前記画素領域に対するエネルギ変化クラスのセットから第１のエネルギ変化クラスを選択するステップと、前記第１のエネルギ変化クラスに対応する組み合わせパラメータの第１のセットを取り出すステップとを更に有し、組み合わせは、前記組み合わせパラメータの第１のセットに応じたものである。
これは、多くの状況において動作を促進することができ、詳細には、計算リソース及びデータ格納要件を削減することができる。多くの実施形態において、本アプローチは、適切なパラメータの設計及び必要とされる決定を促進することができる。
詳細には、組み合わせパラメータは、副画像の重み付け（若しくは利得）及び／又は強化パラメータであり得る。
本発明のオプション的な特徴によれば、前記画素値変化量を決定するステップは、画素エネルギ間隔のセットを与えるステップと、前記隣接領域の画素を前記画素エネルギ間隔のセットに分割するステップと、前記画素エネルギ間隔のセットのうち少なくとも１つにおける多数の画素に応じて前記画素値変化量を決定するステップとを有する。
これは、特に効果的な実装を提供することができる一方で、依然として高品質の強化画像を可能にする。詳細には、前記画素値変化量は、最も多くの画素をもつＮ個の画素エネルギ間隔における画素の数として又はその数から決定され得る。多くの実施形態において、Ｎは、有利には１である。即ち、画素値変化量は、最も多くの画素をもつ画素エネルギ間隔における画素の数として又はその数から決定され得る。幾つかの実施形態において、数Ｎは、画素エネルギ間隔における画素の分布に応じて決定され得る。例えば、数Ｎは、画素の全体数の所与の割合（例えば３０％）よりも多くの割合を含む画素エネルギ間隔の数に対応し得る。
本発明のオプション的な特徴によれば、画素値変化量は、大部分の画素を有する多数の間隔における画素の割合の関数として決定される。
これは、特に効果的な実装を提供することができる一方で、依然として高品質の強化画像を可能にする。詳細には、画素値変化量は、最も多くの画素をもつＮ個の画素エネルギ間隔における画素の割合として又はこの割合から決定され得る。多くの実施形態において、Ｎは、有利には１である。即ち、画素変化量は、最も多くの画素をもつ画素エネルギ間隔における画素の比率として又はその比率から決定され得る。幾つかの実施形態において、数Ｎは、画素エネルギ間隔における画素の分布に応じて決定され得る。例えば、数Ｎは、画素の全体数の所与の割合（例えば３０％）よりも多くの割合を含む画素エネルギ間隔の数に対応し得る。
本発明のオプション的な特徴によれば、前記画素値変化量を決定するステップは、前記隣接領域の画素の画素エネルギに応じて前記画素値変化量を決定するステップを有する。
これは、多くの実施形態において改良された画像強化を提供することができる。
本発明のオプション的な特徴によれば、本方法は、前記画素値変化量を決定する前に空間周波数を第１の周波数よりも低く減衰させるステップを更に有する。
これは、多くの実施形態において改良された画像強化を提供することができる。詳細には、本アプローチは、エネルギ勾配を含む画像に対して改良された性能を提供することができる。
幾つかの実施形態において、前記画素値変化量は、空間ハイパスフィルタリングの後の画像の画素エネルギに応じて決定され得る。
幾つかの実施形態において、前記画素値変化量を決定するステップは、閾値周波数よりも低い空間周波数を含まない空間周波数帯域における画素エネルギに応じて前記画素値変化量を決定するステップを有してもよい。
幾つかの実施形態において、前記画素値変化量を決定するステップは、前記副画像のうち少なくとも１つの副画像の画素エネルギに応じて（詳細には、最も低い空間周波数を有する副画像を除く副画像のセットの組み合わせに応じて）前記画素値変化量を決定するステップを有してもよい。
幾つかの実施形態において、前記画素値変化量を決定するステップは、前記副画像のセットの最も低い空間周波数をもつ副画像を前記画像から差し引くことにより生成された画像の画素エネルギに応じて前記画素値変化量を決定するステップを有してもよい。
本発明のオプション的な特徴によれば、本方法は、前記画像に対するノイズ推定を生成するステップを更に有し、組み合わせは、更に前記ノイズ推定に応じたものである。
これは、画像の強化を更に向上させることができ、画像強化動作に適合させたときに、複数の特性を考慮するための効果的で低複雑性のアプローチを可能にする。詳細には、本特徴は、削減されたノイズアーチファクトが（コントラスト）強化動作の部分として取り込まれるのを可能にする。
本発明の一態様によれば、前述した方法を実行するためのコンピュータプログラムプロダクトが提供される。
本発明の一態様によれば、強化画像を生成するための装置であって、画像を受信する手段と、前記画像から副画像のセットを生成する手段であって、前記副画像のセットの異なる副画像が画像の異なる空間周波数帯域に対応する、手段と、前記画像の少なくとも第１の画素領域に対して、前記第１の画素領域の隣接領域における画素値変化量を決定するステップと、前記画素値変化量に応じて、前記第１の画素領域と副画像の対応する画素領域とを組み合わせることにより、前記強化画像に対する強化画素領域を生成するステップとを実行する手段とを有する、装置が提供される。
本発明のこれら並びに他の態様、特徴及び利点は、後述される実施形態から明らかになり、これらの実施形態を参照して説明されるだろう。
本発明の実施形態は、図面を参照して、単なる例により説明されるだろう。
本発明の幾つかの実施形態による強化画像を生成する方法の一例を示す。 本発明の幾つかの実施形態による強化画像を生成する装置の一例を示す。 本発明の幾つかの実施形態による強化画像を生成する方法のステップの一例を示す。 輝度勾配を有する画像の一例を示す。
以下の説明は、ビデオ信号のフレームであるデジタル画像のコントラスト強調に適用可能な本発明の実施形態に注目している。しかしながら、本発明は、このアプリケーションに限定されるものではないことが理解されるだろう。
図１は、強化画像を生成する方法の一例を示している。本方法は、詳細には、図２において示されこれを参照して説明される装置により実行され得る。
本方法は、画像レシーバ２０１が強化されるべき画像を受信するステップ１０１において開始する。特定の例において、画像レシーバ２０１は、ビデオ信号を受信し、個別に強化される個々のビデオフレーム／画像を生成するために前記ビデオ信号を復号するように処理を行う。
画像レシーバ２０１は、強化されるべき画像が送られる副画像処理部２０３に結合される。副画像処理部２０３は、副画像のセットが受信画像から生成されるステップ２０３を実行するように処理を行う。副画像処理部２０３は、異なる副画像が画像の異なる空間周波数帯域を有するように、副画像のセットを生成する。例えば、各副画像は、フィルタリング動作を画像に適用することにより生成され得る。例えば、第１の副画像は、画像を空間的にローパスフィルタリングすることにより生成され、第２の副画像は、画像を空間的にハイパスフィルタリングすることにより生成され、残りの副画像は、画像をバンドパスフィルタリングすることにより生成され得る。
副画像の帯域は、例えば、副画像の空間周波数が画像に対する所与の閾値よりも小さくなるように減衰される周波数帯域（場合により、全ての周波数に対して一定であるスケールファクタ以外）であると見なされてもよい。異なる副画像の周波数帯域は、異なるものであるが、或る程度重複していてもよい。
それ故、副画像処理部は、画像の異なる空間周波数間隔／帯域を表す副画像のセットを生成する。例えば、一の副画像は低周波数を表し、他のものは高周波数を表し、多数の副画像は中間の空間周波数帯域を表し得る。
副画像処理部２０３は、強化処理部２０５に結合される。強化処理部２０５は、副画像処理部２０３から副画像と原画像とを受信し、強化画像を生成するように処理を行う。強化画像は、画像の異なる画素領域を反復的及び連続的に処理及び強化することにより生成される。
詳細には、強化処理部２０５は、先ず、画素領域が選択されるステップ１０５を実行する。多くの実施形態において、各画素領域は１つの画素だけであるが、他の実施形態において、複数の画素を有する画素領域がそれぞれの繰り返しにおいて処理され得ることが理解されるだろう。
ステップ１０５の後に、強化処理部２０５は、第１の画素領域の隣接領域における画像の画素値変化量が生成されるステップ１０７を実行する。
それ故、その時点で処理される画素領域（多くの実施形態においては画素）に対して、強化処理部２０５は、先ず、隣接領域を決定する。隣接領域は、典型的には、処理される画素領域に対する所与の距離基準を満たす画素を有する画像エリアである。例えば、隣接領域は、処理される画素領域に対する距離が所与の予め決められた値よりも低いが他の距離の画素ではない幾つか又は全ての画素を有し得る。多くの実施形態において、（例えば画素の幅、高さ及び／又は対角線として測定される）５０よりも多い画素の画素領域に対する距離をもつ全ての画素を除くように隣接領域を決定するための特定の利点が見出されている。特定の有利な性能は、２０よりも多い画素の画素領域に対する距離をもつ全ての画素を除く隣接領域に対して見出されている。
画素値変化量は、隣接領域内の１又はそれ以上の画素値の変化を示す。各画素値は、画素の視覚特性の（部分的）表示を与え得る。詳細には、画素値変化量は、隣接領域内の画素エネルギの変化を示し得る。詳細には、画素値変化量は、隣接領域内の画素の輝度の変化を示す輝度変化量であり得る。異なる実施形態において、異なるタイプの画素値変化量が決定されてもよいことが理解されるだろう。特定の例として、画素値変化量は、隣接領域内の輝度変化として決定されてもよい。
ステップ１０７の後に、画像の対応する画素領域と副画像とを組み合わせることにより強化画素領域が生成されるステップ１０９へ進む。この組み合わせは、画素値変化量に応じて適合される。
詳細には、原画像と副画像との選択的組み合わせは、異なる空間周波数帯域及びそれ故に特性が変更されることを可能にし、これにより、知覚された強化画像をもたらす。詳細には、より高い周波数に対してバイアスを取り込むことにより、強化されたコントラスト画像画素領域が生成される。逆に、より高い周波数のバイアスを削減することにより、及び場合により、より低い周波数にバイアスをかけることにより、削減されたノイズが平坦な画像エリアにおいて生成され得る。
画素領域の副画像と画像との組み合わせは、画素値変化量に依存して変化する。詳細には、隣接領域において高エネルギ変化を示す画素値変化量に対して、画素領域が鋭いエッジの可能性が高い高詳細エリアの部分である可能性が高い。従って、高周波数に対応する副画像は、コントラスト強調を与えるために強力にバイアスがかけられる。しかしながら、隣接領域において低エネルギ変化を示す画素値変化量に対して、画素領域が鋭いエッジの可能性が非常に低い平坦な詳細エリアの部分である可能性が高い。従って、低周波数に対応する副画像は、より高い周波数の副画像に対して強力にバイアスがかけられ、これにより、取り込まれたノイズを削減する。
特定の例において、前記組み合わせは、重み付けされた組み合わせにより、詳細には、原画像の画素領域と副画素の対応する（即ち画像内の同一位置に配置された）画素領域との重み付けされた合計により実現され得る。この例において、重み付けされた組み合わせの重みは、画素値変化量に基づいて決定される。詳細には、所与の副画像に対する画素領域の画素に対する重み又は利得は、画素値変化量から決定される。例えば、画素値変化量の高変化値に対して、より高い周波数の副画像に対する重みは比較的高く設定され、より低い周波数の副画像に対する重みは比較的低く設定される。これに対し、画素値変化量の低変化量に関して、より高い周波数の副画像に対する重みは比較的低く設定され、より低い周波数の副画像に対する重みは比較的高く設定される。
それ故、本例において、（より低い周波数の副画像に対して）より高い周波数の副画像の重み付けは、少なくとも１つのより低い画素値変化量の（より低い周波数の副画像に対して）より高い周波数の副画像の重みよりも、少なくとも１つのより高い画素値変化量に対して高くなる。それ故、他の副画像よりも（少なくとも平均的に）高い空間周波数をもつ周波数帯域を含む副画像が、画素値変化量の少なくとも１つのより低い値に対するよりも、画素値変化量の少なくとも１つの値に対して高くバイアスされるように、少なくとも２つの副画像の相対的なバイアスが画素値変化量に依存する。これは、斯様な例においては本質ではなく、この例の副画像は、より高い周波数の副画像であると見なされるとともに、より低い周波数の副画像であるが斯様な関係をもつ（即ち、一の副画像が他方よりも（平均的に）高い周波数を含む）２つの副画像が存在し、第１の画素値変化量の値が第２の画素値変化量よりも高い変化を示す場合に、より高い周波数帯域のバイアスが、少なくとも第２の画素値変化量の値に対するよりも、少なくとも第１の画素値変化量の値に対して高くなるように、これら２つのバイアスが変更される。
ステップ１０９の後に、強化処理部２０５は、より多くの画素領域が処理されるべきかどうかが決定されるステップ１１１を実行するように処理を行う。特定の例において、本処理は、画像全体に適用され、それ故に、ステップ１１１は、前に処理されていない（即ち、前に画素領域に含まれていない）画像内に残された任意の画素があるかどうかを評価する。そうであれば、本方法は、ステップ１０５に戻り、次の画素領域が選択され、そうでなければ、本方法は、ステップ１１３に進み、本方法が終了する（又は、例えば、ビデオ信号の場合において、本方法は、ビデオ信号の次のフレームを処理するためにステップ１０１に戻る場合がある）。
述べられたアプローチは、改良された画像強化を与えることができる。詳細には、これは、画像に対して効果的なコントラスト強調を与えることができる一方で、同時に、平坦な画像エリアに対して低いノイズを維持する。実際には、強力なコントラスト強調は、（より）平坦なエリアに対して実質的に増大したノイズをもたらすコントラスト強調を伴うことなく、細部について高く場合により多くのエッジを含んでいる可能性が高いエリアに自動的に注目され得る。コントラスト強調の制御は、画素値変化量に基づいて、異なる空間周波数帯域幅の副画像を組み合わせることにより実現され、コントラスト強調の特に効果的な適合を可能にする一方で、同時に、過度の計算リソースを必要としない実用的な実装を可能にする。詳細には、多くの場合においてビデオ信号に対するリアルタイムのコントラスト強調を可能にし得る高速で局所的な適応コントラスト強調が実現され得る。更に、個々の空間周波数帯域の意義を局所的に適応させるための画素値変化量の使用は、特に高い画像品質及び効果的な実装を提供する。
本アプローチは、異なる形式の画像強化を可能にし、詳細には、コントラスト強調は、より高い周波数のサブバンドをバイアスすることにより実現される一方で、ノイズの強化（削減）は、より低い周波数のサブバンドをバイアスすることにより実現され得ることが理解されるだろう。また、"強化"という用語は、生ずる画像が必ずしも改良されたことを意味するものではないことも理解されるだろう。実際には、その分野において、強化アルゴリズムを画像に適用することが、幾つかの場合において改良をもたらし、他の場合において劣化をもたらし、例えば、画像の特性に依存して他のものの劣化を犠牲にして幾つかのパラメータの改良をもたらし得ることがよく理解される。例えば、コントラスト強調アルゴリズムは、画像の知覚されたコントラストを増大させることを目的としているが、幾つかの画像に対する本アルゴリズムの適用は、アーチファクトの取り込みのような幾つかの特性の劣化をもたらす場合がある。実際には、幾つかの画像に対して、画像内容は、コントラスト強調が知覚されたコントラストを削減するようになっている（例えば、ガンマコントラスト強調アルゴリズムは、比較的類似の明度をもつ２つの明るい（又は暗い）画像エリア間のエッジに対するコントラストを削減し得る）。それ故、"強化"という用語は、"変更"又は"処理"と同等のものと見なされ得る。
以下において、強化プロセッサ２０５の動作の特定の例が述べられるだろう。特に、以下の説明は、図１の方法の幾つかのステップの取り得る実装の詳細を与えるだろう。
詳細な例において、ステップ１０３における副画像の生成は、異なる空間ローパスフィルタを用いて入力画像をフィルタリングすることにより実行される。詳細には、副画像プロセッサ２０３は、先ず、
Figure 2012515952
 に従ってシーケンシャルローパスフィルタを適用することによりマルチスケールアプローチを適用し得る。ここで、Vは入力画像の輝度値を表し、Fi LPはスケールiに対するローパスフィルタの空間フィルタカーネルを表し、Vi LPはスケールiに対するローパスフィルタ化された出力を示す。
そして、副画像は、次に低いスケールの副画像の、副画像を差し引くことによりこれらのローパス画像から生成され得る。
Figure 2012515952
それ故、特定の例において、副画像は、互いに素である周波数帯域をもち、結局は入力画像となる。
画素値変化量の決定及び図１のステップ１０７及び１０９において実行された組み合わせは、特定の例に関して、図３を参照して述べられるだろう。
この例において、隣接領域における画素の輝度は、多数Ｎの別個のbinに分割され、画素値変化量は、前記binおける画素の分布に基づいて決定される。
詳細には、強化プロセッサ２０５は、多数の画素エネルギ間隔（これ以降"bin"と呼ぶ）が与えられるステップ３０１を実行する。特定の例において、予め決められた数の固定された間隔又はbinが与えられる。詳細には、各画素に対する輝度は、０〜２５５の値により表され得る。本例において、各binが８の値を有する合計３２の均一なbinが用いられる。それ故、一のbinは輝度値間隔[0;7]に対応し、その次が輝度値間隔[8;15]に対応する。
そして、強化プロセッサ２０５は、隣接領域の画素をbinに分割するように処理を行う。詳細には、隣接領域内の各画素に関して、輝度が取り出され、この値が３２のbinのどれに属するかが決定される。そして、このbinの蓄積された値（画素カウント）がインクリメントされる。それ故、隣接領域の画素輝度値のヒストグラムは、例えば、
Figure 2012515952
 として計算され得る。ここで、kはbin番号であり（この場合においては0-31）、間隔幅はwであり（この場合においては8）、sは（間隔[0;255]における）輝度値を示し、その合計が隣接領域まで拡大される。
そして、本例において、画素値変化量は、binにおける隣接領域の画素の分布に依存して決定される。それ故、画素値変化量は、画素エネルギ間隔のセットのうち少なくとも１つのセットにおける画素の数から決定される。
特定の例において、画素値変化量は、大部分の画素を含む多数のbinにある画素の割合に応じて決定される。詳細には、画素値変化量は、最も多くの画素をもつbinにおける画素の割合に対応するように決定される。それ故、強化処理部２０５は、大部分の画素をもつbinが決定されるステップ３０３を実行するように処理を行う。最も多くのbinを考慮した画素は、
Figure 2012515952
 により表される。
そして、画素値変化量は、隣接領域における画素の総数に対する割合として決定され得る。
Figure 2012515952
他の実施形態において、他の量が用いられ得ることが理解されるだろう。また、他の実施形態において、複数のbinを考慮した画素が考慮され得る。binの数は、予め決定されてもよく、又は、例えば隣接領域内の画素特性に基づいて決定されてもよい。
多くの実施形態において、隣接領域は、現在の画素から、５０よりも多い画素、又は、多くの実施形態において有利には２０画素である任意の画素を含まないように規定され得る。これは、多くの実施形態において、計算リソースの使用、適応の容易性、及び、強化プロセスの局所化された適応の程度の間において非常に有利な交換を提供することが見出されている。
幾つかの実施形態において、隣接領域は、画素値変化量の決定の前にサブサンプリングされてもよい。それ故、画素値変化量の決定は、隣接領域に対するサブサンプリングされたエネルギ値に基づくものである。例えば、ヒストグラムを生成したときには他の画素毎にだけ考慮され得る。
特定の例において、画素領域に対する前記処理の適用は、制限された数の値だけをとり得る別個の画素値変化量に基づいている。これは、動作を容易にし、詳細には、強化動作の適合パラメータの決定及び格納を容易にすることができる。
詳細には、本例において、強化処理部２０５は、ステップ３０５において、エネルギ変化クラスのセットのセットからの画素領域に対するエネルギ変化クラスを決定するように処理を行う。それ故、エネルギ変化クラスの制限されたセットが規定され、強化処理部２０５は、これらエネルギ変化クラスのうち１つを選択するために、ステップ３０３において生成された画素値変化量を評価する。
特定の例として、５つのエネルギ変化クラスが、画素値変化量の間隔に対応する各クラスにより規定され得る。それ故、４つの閾値が、最も多いビンEVarにおける画素の割合に対して規定され得る。これらの閾値は、詳細には、例えば、
Figure 2012515952
 のような、窓における画素の総数の割合として設定される。
それ故、隣接領域における局所輝度変化に基づいて、画素領域（及び画素値変化量）は、５つの別個のクラスのうち１つに属するように決定される。各クラスは、画素領域の周囲の局所エリアにおけるエッジの可能性及び変化の（推定された）度合いを表す。詳細には、ほとんどの輝度値は単一のbinに集中し、画素領域は平坦で一様な画像エリアに属している可能性がある。それ故、クラス１は、画素が平坦な画像エリア内にある高い可能性に対応する。平坦な画像エリアは、ノイズを増大させるに過ぎないので、コントラスト強調が適用されるべきではない。逆に、画素輝度値がビンに渡ってより均等に分布され、それ故により低い割合が最も多くの画素内にある場合には、画素は、エッジのより高い可能性を伴うより詳細な画像エリアに属している可能性が高い。それ故、クラス５は、画素領域が高詳細エリアに属するより高い可能性を表し、積極的なコントラスト強調が有利に適用され得る。
それ故、ステップ３０５において、強化処理部２０５は、目下処理される画素（領域）に対するエネルギ変化クラスを決定するように処理を行う。そして、強化処理部２０５は、ステップ３０７において処理を行い、決定されたエネルギ変化クラスに対応する組み合わせ／強化パラメータのセットが決定される。
詳細には、強化処理部２０５は、それぞれの取り得るクラスに対する副画像を組み合わせるときに用いられるべき組み合わせ／強化パラメータのセットを格納し得る。組み合わせ／強化パラメータは、詳細には、副画像の対応する画素（領域）を伴う入力画像の現在の画素（領域）を組み合わせるときに適用されるべき各副画像に対する重みに対応し得る。
組み合わせ／強化パラメータ（例えば重み）は、各エネルギ変化クラスに対してオフラインで決定された予め決定された値であり得る。それ故、画素値変化量の別個の表現を用いることにより（即ち、エネルギ変化クラスを通じて）、適切な組み合わせ／強化パラメータの決定及び格納が実質的に促進され得る。
特定の例において、強化処理部２０５は、エネルギ変化の分類に基づいて各副画像に対して個々の利得又は重みを割り当てる。例えば、画素がクラス１（平坦なエリア）にある場合には、より高い周波数が抑えられ、クラス５にある場合には、これらが強化される。重み／利得は、他のクラスに対して中間の重みが適用されるように選択される。それ故、特定の例において、４つの副画像の総数が用いられ、格納される必要のある２０個の重みだけをもたらす。
ステップ３０７の後にステップ３０９が続き、処理される画素（領域）と同じ位置の各副画像の画素（領域）が、現在のクラスに対して取り出された重みにより重み付けされる。それ故、各副画像に対する取り出された組み合わせ／強化パラメータが、副画像の対応する画素（領域）に適用される。
組み合わせ／強化パラメータは、前記特定の例において、単純な重み又は利得に対応しているが、他の典型的なより複雑なパラメータが他の実施形態において用いられてもよいことが理解されるだろう。例えば、単純な重みよりもむしろ、組み合わせ／強化パラメータは、変更された画素値が副画像画素値からどのように計算されるべきかを特徴付ける伝達関数を規定してもよい。
ステップ３０９の後にステップ３１１が続き、副画像の生ずる画素値は、入力画像における画素の画素値と組み合わせられ、生ずる強化出力画像に対する強化された画素値を生成する。
前記組み合わせは、他の特性又はパラメータの非線形の組み合わせ又は結果を含んでもよいが、特定の例においては、前記組み合わせは、原画像からの画素値と副画像からの変更された画素値との合計に単純に対応する。それ故、変更された副画像画素の生成と前記合計との組み合わせられた効果は、画素値変化量に応じて決定された重みを伴う、入力画像の画素と副画像の対応する画素との重み付けされた組み合わせに対応する。詳細には、強化出力画像の強化された画素値Oは、
Figure 2012515952
 として決定され得る。ここで、Giは副画像iに対する利得／重みであり、Biは副画像iの対応する画素値であり、Vは元の入力画像の画素値である。
本例において、より高い周波数の副画像のバイアスは、より低い画素値変化量と比較して、より高い画素値変化量に対して増大される。詳細には、より高い周波数の副画像に対する重みと他の副画像のうち少なくとも１つに対する重みとの間の割合は、より低い画素値変化量よいも、より高い画素値変化量に対して高くなる。詳細には、前記割合は、クラス４に対するよりもクラス５に対して高くなり、同様に、クラス４はクラス３に対するよりも高くなる。同様に、最も高い周波数の副画像に対する重み／利得は、より低い画素値変化量に対するよりも、より高い画素値変化量に対して高くなる。それ故、最も高い周波数の副画像に対する重み／利得は、クラス４に対するよりもクラス５に対して高くなり、同様に、クラス４は、クラス３に対するよりも高くなる。これに対し、最も低い周波数の副画像に対する重み／利得は、より高い画素値変化量に対するよりも、より低い画素値変化量に対して高くなる。それ故、最も低い周波数の副画像に対する重み／利得は、クラス２に対するよりもクラス１に対して高くなり、同様に、クラス２はクラス３に対するよりも高くなる。
それ故、異なる空間周波数帯域に対応する異なる副画像の動的でフレキシブルな重み付け及び組み合わせは、多くの画像に対して改良された強化を与える。詳細には、高詳細エリアにおけるより高い周波数の増大されたバイアスは、増大されたコントラストを与えるのに対し、低詳細（平坦な）エリアにおけるより低い周波数の増大された相対的なバイアスは、削減されたノイズを与える。それ故、改良された画像が生成され得る。更に、本アプローチは、容易な実装及び低い計算リソースの使用を可能にする。
幾つかの実施形態において、画素値変化量の決定は、原画像の画素値の前処理を含んでもよい。詳細には、この画像は、隣接領域の画素が画素値変化量を決定するために評価される前に、第１の周波数よりも低い空間周波数が減衰されるように前処理され得る。例えば、空間ハイパスフィルタリングは、非常に低い空間周波数を除去／減衰するように実行され得る。幾つかの実施形態において、低周波数の減衰は、副画像を生成するために用いられるフィルタリングに基づいてもよく、複数の副画像のうち１つの副画像の画素値を評価することにより画素値変化量を決定することにより実現されてもよい。
低い周波数の減衰は、勾配を含む画像エリアに対して特に有用であり得る。詳細には、述べられた例は、隣接領域における画素値からのヒストグラムを生成する。しかしながら、ヒストグラムは別個の関数であるので、勾配の分類の効果を考慮することが有利である場合が多い。例えば、図４は、非常に段階的な輝度変化を伴う例を示している。これは、依然として、増大したコントラストにより強調されるべき鋭いエッジが存在しないような平坦なエリアとして処理されるべきである。しかしながら、ヒストグラムの別個の性質に起因して、bin遷移の周囲の輝度値に対応するエリアにおける小さな隣接領域の画素は、最も多いbinにおける画素の実質的に削減された割合をもたらす２つのbinに分類されるだろう。実際には、特定の例において、これは、より適切なクラス１よりもむしろクラス４への分類をもたらすだろう。
特定の例において、この問題は、副画像のセットのうち最も低い空間周波数をもつ副画像を入力画像から差し引くことにより生成された画像の画素エネルギに応じて画素値変化量を決定することにより対処され得る。それ故、強化処理部２０５は、入力画像の全ての画像に対して、演算
Figure 2012515952
 を実行し得る。ここで、Vは原入力画像の輝度であり、V1 LPは第１の副画像に対するローパスフィルタリングされた画像を示す。それ故、ローパスフィルタリングの後にゆったりした勾配が画像内に残ると仮定すると、この演算は、新たな画像B'iから原画像の勾配を除去するだろう。そして、画素値変化量は、隣接領域におけるB'iの画素値を評価することにより決定され得る。
幾つかの実施形態において、この処理は、入力画像に対するノイズ推定の生成を更に含んでもよい。画像ノイズ推定を決定するための多くのアルゴリズムは既知であり、本発明を損なうことなく用いられ得ることが理解されるだろう。副画像の前記組み合わせは、このノイズ推定を制御に取り入れることができる。例えば、強化処理部２０５は、ノイズ推定に依存して異なるエネルギ変化クラスに対する閾値を動的に適合させ得る。例えば、実質的なノイズの存在において、クラス１に対する閾値は、ノイズが高度な画像詳細の存在と混同される可能性を削減するように低減され得る。
異なるアプローチは、適切な組み合わせ／強化パラメータを決定するために用いられ得ることが理解されるだろう。
例えば、主観的な評価手法は、異なる副画像及びエネルギ変化クラスに対する適切な重み付けを見出すために用いられてもよい。例えば、統計的に関連性のあるターゲットに対する主観的な評価は、各クラスに対する各サブバンドに対して重みを決定するために用いられてもよい。それ故、特定の例において、合計２０のパラメータが決定されるべきである。この処理を促進するために、この評価は、例えば、最も高い詳細（クラス５）を表すクラスに対する重みだけを変更し得る。そして、最も低い詳細（クラス１）をもつクラスは固定された低い値になるように設定され、中間クラスに対しては、補間により（例えば線形補間により）重みが決定され得る。これは、副画像の数に対して規定されるパラメータの数を削減し得る。
他の例として、分析的アプローチは、その結果が既知のコントラスト強調に類似するように重み付けを決定するために用いられてもよい。詳細には、一連の画像は、所望のターゲットコントラスト強調アルゴリズムで強調され、例えば、最小二乗平均（Least Mean Square）最適化処理が、これらの結果と現在のアルゴリズムにより生成された結果との間の差分を最小にする重み付けを選択するために実行され得る。
詳細には、以下の数学モデルが用いられ得る。
所与のクラスに対する現在のコントラスト強調手法の出力は、
Figure 2012515952
 により与えられ得る。
ターゲットアルゴリズムにより強化されOGTで示された所与の画像に対して、クラスの最小二乗平均は、
Figure 2012515952
 により表され得る。ここで、NTは特定のクラスに対して学習している間に収集される画素の数である。
MSEの最小を見出すために、前の式の導関数はゼロに等しくなければならない。
Figure 2012515952
 ここで、0≦j≦Nであり、Nは副画像の数である。
この式を解くことにより、最適な利得が計算される。
Figure 2012515952
 ここで、
Figure 2012515952
Figure 2012515952
Figure 2012515952
前記説明は、明確さのために、異なる機能ユニット及び処理部を参照して本発明実施形態について説明したことが理解されるだろう。しかしながら、異なる機能ユニット又は処理部の間の機能性の任意の適切な分配が、本発明から逸脱することなく用いられ得ることが理解されるだろう。例えば、別個の処理部又はコントローラにより実行されるように示された機能性は、同一の処理部又はコントローラにより実行されてもよい。それ故、特定の機能ユニットに対する参照は、厳密な論理的又は物理的な構造又は機構を示すよりもむしろ、述べられた機能性を与えるための適切な手段に対する参照としてのみ理解されるべきである。
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形式で実装され得る。本発明は、オプション的に、１又はそれ以上のデータプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサで実行するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実行されてもよい。本発明の一実施形態の要素及び部品は、任意の適切な手法で物理的、機能的及び論理的に実装され得る。実際には、本機能性は、単一のユニットに実装されてもよく、複数のユニットに実装されてもよく、他の機能ユニットの部分として実装されてもよい。そのため、本発明は、単一のユニットに実装されてもよく、異なるユニット及び処理部間で物理的及び機能的に分配されてもよい。
本発明は幾つかの実施形態と組み合わせて説明されたが、ここに記載された特定の形式に限定されることが意図されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定される。加えて、或る特徴は、特定の実施形態と組み合わせて説明されるように見えるが、当業者は、述べられた実施形態の種々の特徴が本発明に従って組み合わせられ得ることを理解するだろう。請求項において、有するという用語は、他の要素又はステップの存在を除外するものではない。
更に、個々に記載されているが、複数の手段、要素又は方法ステップが、例えば単一のユニット又はプロセッサにより実装されてもよい。加えて、個々の特徴が異なる請求項に含まれてもよく、これらが場合により有利に組み合わせられてもよく、異なる請求項の包含は、これらの特徴の組み合わせが実現可能及び／又は有利ではないことを意味するものではない。また、請求項の一のカテゴリにおける或る特徴の包含は、このカテゴリに限定することを意味するものではなく、むしろ、この特徴が必要に応じて他の請求項のカテゴリに同等に適用可能であることを示す。更に、請求項における特徴の順序は、特徴が実行されなければならない任意の特定の順序を示すことを意味するものではなく、特に、方法に係る請求項における個々のステップの順序は、これらのステップがこの順序で実行されなければならないことを意味するものではない。むしろ、これらのステップは、任意の適切な順序で実行され得る。加えて、単数表記は複数を除外するものではない。それ故、"第１"，"第２"等の参照は、複を排除するものではない。請求項中の参照符号が与えられているが、明確な例が任意の手法において請求項の範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。

Claims (15)

  1. 強化画像を生成する方法であって、
    画像を受信するステップと、
    前記画像から副画像のセットを生成するステップであって、前記副画像のセットの異なる副画像が画像の異なる空間周波数帯域に対応する、ステップと、
    前記画像の少なくとも第１の画素領域に対して、
    前記第１の画素領域の隣接領域における画素値変化量を決定するステップと、
    前記画素値変化量に応じて、前記第１の画素領域と副画像の対応する画素領域とを組み合わせることにより、前記強化画像に対する強化画素領域を生成するステップとを有する、方法。
  2. 前記強化画素領域を生成するステップは、
    前記画素値変化量に応じて強化パラメータのセットを決定するステップであって、前記強化パラメータのセットが前記副画像のセットの各副画像の強化パラメータを有する、ステップと、
    前記副画像の前記強化パラメータを、前記第１の画素領域に対応する前記副画素内の画素領域に適用することにより、各副画像の変更された画素領域を生成するステップと、
    前記第１の画素領域と前記変更された画素領域とを組み合わせることにより前記強化画素領域を生成するステップとを有する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記強化画素領域を生成するステップは、前記第１の画素領域と前記対応する画素領域との重み付けされた組み合わせにより前記強化画素領域を生成するステップを有し、前記重み付けされた組み合わせの重み付けは、前記画素値変化量に応じて決定される、請求項
    １に記載の方法。
  4. より低い周波数の副画像に対するより高い周波数の副画像の重み付けは、より低い画素値変化量の、より低い周波数の副画像に対するより高い周波数の副画像の重み付けと比較して、より高い画素変化量に対して増大される、請求項３に記載の方法。
  5. 前記強化画素領域を生成するステップは、より低い画素値変化量に対するより高い画素値変化量の少なくとも１つのより高い周波数の副画像のバイアスを増大させるステップを有する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記隣接領域は、前記第１の画素領域に対して５０画素よりも少ない距離を伴う画素だけを有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記画素値変化量を決定するステップは、前記画素値変化量を決定する前に前記隣接領域をサブサンプリングするステップを有する、請求項１に記載の方法。
  8. エネルギ変化クラスのセットの各クラスに対する組み合わせパラメータのセットを与えるステップと、
    前記画素値変化量に応じて前記画素領域に対するエネルギ変化クラスのセットから第１のエネルギ変化クラスを選択するステップと、
    前記第１のエネルギ変化クラスに対応する組み合わせパラメータの第１のセットを取り出すステップとを更に有し、
    組み合わせは、前記組み合わせパラメータの第１のセットに応じたものである、請求項１に記載の方法。
  9. 前記画素値変化量を決定するステップは、
    画素エネルギ間隔のセットを与えるステップと、
    前記隣接領域の画素を前記画素エネルギ間隔のセットに分割するステップと、
    前記画素エネルギ間隔のセットのうち少なくとも１つにおける多数の画素に応じて前記画素値変化量を決定するステップとを有する、請求項１に記載の方法。
  10. 前記画素値変化量は、大部分の画素を有する多数の間隔における画素の割合の関数として決定される、請求項９に記載の方法。
  11. 前記画素値変化量を決定するステップは、前記隣接領域の画素の画素エネルギに応じて前記画素値変化量を決定するステップを有する、請求項１に記載の方法。
  12. 前記画素値変化量を決定する前に空間周波数を第１の周波数よりも低く減衰させるステップを更に有する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記画像に対するノイズ推定を生成するステップを更に有し、
    組み合わせは、更に前記ノイズ推定に応じたものである、請求項１に記載の方法。
  14. 請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の方法を実行するためのコンピュータプログラム。
  15. 強化画像を生成するための装置であって、
    画像を受信する手段と、
    前記画像から副画像のセットを生成する手段であって、前記副画像のセットの異なる副画像が画像の異なる空間周波数帯域に対応する、手段と、
    前記画像の少なくとも第１の画素領域に対して、
    前記第１の画素領域の隣接領域における画素値変化量を決定するステップと、
    前記画素値変化量に応じて、前記第１の画素領域と副画像の対応する画素領域とを組み合わせることにより、前記強化画像に対する強化画素領域を生成するステップとを実行する手段とを有する、装置。
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