JP2013065215A - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施形態の画像処理装置は、入力画像に含まれる画素の色相を算出する色相算出部と、前記入力画像に含まれる対象画素の画素値に応じて基準を設定し、前記基準よりも前記対象画素に近い色相を有する画素を含む第1のグループを抽出する抽出部と、前記第1のグループに含まれる画素及び前記対象画素の色度を算出する色度算出部と、前記第1のグループに含まれる画素及び前記対象画素の色度を用いて、推定される拡散反射率を算出する拡散反射率算出部と、前記拡散反射成分を用いて、前記対象画素の画素値から前記拡散反射率の変動に応じて変化する画素値の成分を示す拡散反射成分を分離する分離部とを有する。
【選択図】 図1
Description
(1)画像処理装置10
図1は、本実施形態の画像処理装置10のブロック図である。
画像処理装置10は、色相算出部11、抽出部12、色度算出部13、拡散反射率算出部14、分離部15を有する。
(2)色相算出部11
色相算出部11は、入力画像信号に含まれる各画素の色相を算出する。算出された色相を抽出部12へ送る(S101)。
本実施形態における色相は、ITU−RBT.709規格における三原色に対応したRGB色空間における色相を算出することが望ましい。何故なら、BT.709は液晶ディスプレイやプラズマディスプレイの表示における最も一般的な規格であるため、入力画像として伝送される信号の多くは、このRGB空間内に存在するからである。この時、色相を算出する空間は、RGB色空間から変換できる色空間であればどのような空間であっても構わない。具体的には、XYZ空間、Yxy空間、Lab空間、HSI空間などの一般的な空間内で算出しても構わない。一例として、RGB色空間における色相hの算出式を下に示す。
h=180×atan((r/(r+g+b))/(g/(r+g+b))) …式1
ここで、r、g、bは各画素の画素値を、atanはアークタンジェント関数を示す。hは−180〜180の値を取る連続値を取る。
抽出部12は、対象画素の画素値に応じて基準を設定し、基準よりも対象画素に近い色相を有する画素を含む第1のグループを抽出する(S102)。本実施形態では基準として、対象画素の画素値に応じて異なる色相の閾値を設定し、閾値以下の色相を有する第1グループに含まれる画素を第1の画素グループとして抽出し、色度算出部13へ送る。
対象画素iの画素値ri、gi、biに応じて異なる閾値εiを設定する(S1201)。この時、εiは次式によって設定する。
εi=c×σi(ri,gi,bi) …式2
ここで、ri、gi、biは、対象画素iの画素値である。cは0以上の定数である。
(4)色度算出部13
色度算出部13は、対象画素、及び、第1の画素グループの画素値を用いて各画素の色度を算出し、拡散反射率算出部14へ送る。(S103)。本実施形態では、対象画素、及び、第1の画素グループの画素の色度D(dr,dg)は、式3〜6により算出する。
D(dr,dg), …式3
dr=r/(r+g+b), …式4
dg=g/(r+g+b). …式5
db=1−dr−dg …式6
ここで、r、g、bは各画素の画素値である。また、drは各画素の正規化された赤成分の強さを、dgは各画素の正規化された緑成分の強さを示す。dbは、各画素の正規化された青成分の強さであり、drとdgから算出できる。すなわち色度Dは、各画素の各チャンネルの画素値r、g、bのバランスを正規化した後、rとgの平面に射影した情報として伝送される。尚、同様の性質を有する色度であれば、上記に示した以外にYxy色度やYuv色度によって色度Dを算出しても構わない。
拡散反射率算出部14は、対象画素、及び、第1グループに含まれる画素の色度を用いて、対象画素の本来の色成分を示す拡散反射率を算出し、分離部15に送る。(S104)。
Di= Σ(Dj×√((drj)^2+(dgj)^2))/Σ(√((drj)^2+(dgj)^2)), 0<j≦n …式7
ここで、Djは対象画素iを含む領域内に含まれる周辺画素n個の画素のうちのj番目の画素の色度を、drjはj番目の画素の色度における正規化された赤成分の強さを、drjはj番目の画素の色度における正規化された緑成分の強さを示す。また、drjの二乗とdgjの二乗との和の平方根は、j番目の画素の色の濃さ、すなわち、色純度を示す。
分離部15は、対象画素の拡散反射率を用いて、対象画素の拡散反射成分と、鏡面反射成分とを分離し、出力する(S105)。
ri=αi×dri+βi, …式8
gi=αi×dgi+βi, …式9
bi=αi×(1−dri―dgi)+βi. …式10
この時、driは拡散反射率Diにおける正規化された赤成分の強さを、dgiは拡散反射率Diにおける正規化された緑成分の強さ、(1−dri―dgi)は拡散反射率Diにおける正規化された青成分の強さを示す。また式8〜10における右辺の第一項は、これを二色性反射モデルにおける拡散反射の輝度を、第二項は鏡面反射の輝度を表す。αiは拡散反射係数、βiは鏡面反射係数を意味するが、現段階では未知数である。
以下、第2の実施形態の画像処理装置20について図4〜図8を用いて説明する。
図4は、本実施形態の画像処理装置20のブロック図である。
画像処理装置20は、色相算出部11、確率算出部22、色度算出部23、拡散反射率算出部24、分離部15を有する。
確率算出部22は、入力画像信号の画素値を用いて、対象画素の偏差と、周辺画素の偏差とを算出し、確率算出部22へ送る(S202)。
第1の実施形態の画像処理装置において、ノイズに起因する色相の偏差σは、画素値r、g、bの想定される全ての組み合わせに対して予め保持する構成とした。画素値r、g、bの想定される全ての組み合わせは、24ビットカラーの場合1677万通りになるため、予め保持するためには非常に多くの記憶容量を必要とする。そのため、本実施形態では、ノイズに起因する色相の偏差σを対象画素の画素値と色相とを用いて近似して算出することで、メモリの低コスト化が可能となる。
σ=A/(max(r,g,b)―min(r,g,b))+Bf(h)+C …式11
ここで、A、B、Cは0以上の定数である。max()は最も大きな値を取得する関数、min()は最も小さな値を取得する関数、f(h)は、画素の色相に依存する関数である。
式11は、第1の実施形態の画像処理装置において算出した全ての偏差σに対する重回帰分析によって得られた回帰式であり、相関係数のR^2は0.91であった。ここで、相関関数とは、回帰式の当てはまりの良さを示す統計的指標であり、一般に0.9以上であればその回帰式の信頼性が高いと判断される。式11の第一項によれば、対象画素のサブ画素値の最大値と最小値の差が小さいほど偏差σが大きくなり、画素値の最大値と最小値の差が大きいほど偏差σが小さくなる特性を予測できる。ガウシアンノイズのような信号に対して加法性を有するノイズ条件をシミュレートした場合の、第二項の関数f(h)に対して予測される偏差σの変動の例を図6に記載する。図6の横軸は色相hを、縦軸はf(h)を示す。f(h)を用いることで、色相に応じて変動する偏差σを予測できる。
以上のように、第2の実施形態によれば、偏差σと相関を有する回帰式を用いることで、偏差σを算出することが可能となる。
pin=1/(√(2×π)×σc)×exp(−(hn−hi)×(hn−hi)/(2×σc×σc)) …式12
S2034によって、確率密度pin(θ)における−τ<0<τの区間を積算することで、対象画素iの色相hiと周辺画素nの色相hnの差がτ以内である確率p(i,n)が算出される。区間積算は、色相方向の角度θを−τ〜+τ範囲で有限区間積分することにより実現される。この時、τは任意の定数であり、−180〜180の間で設定されることが望ましい。何故なら、全ての画素の色相hnは、対象画素の色相hiを中心として−180°〜+180°の範囲に存在するからである。
以上のように、S2031〜S2034によれば、nがiと同一表面に属する確率p(i,n)が算出される。この時、確率p(i,n)は0〜1の連続値で設定されるため、第一の実施形態と比較して、nがiと同一表面であるか否かを定量的に評価できるという効果がある。
拡散反射率算出部24は、対象画素、及び、周辺画素の色度と、周辺画素が対象画素と同一表面に属する確率とを用いて、重み付け加算平均により対象画素の拡散反射率を算出する(S205)。
Di= Σ(Dj×√((drj)^2+(dgj)^2)×p(i,j))/Σ(p(i,j)), 0<j≦n …式13
ここで、Djは対象画素iの画素周辺のn個の画素のうちのj番目の画素の色度を、drjはj番目の画素の色度における正規化された赤成分の強さを、drjはj番目の画素の色度における正規化された緑成分の強さを示す。drjの二乗とdgjの二乗との和の平方根は、j番目の画素の色純度を示す。p(i,j)は、j番目の画素が対象画素iと同一表面に属する確率である。
色相算出部11
抽出部12
色度算出部13,23
拡散反射率算出部14,24
分離部15
確率算出部22
Claims (10)
- 入力画像に含まれる画素の色相を算出する色相算出部と、
前記入力画像に含まれる対象画素の画素値に応じた基準を設定し、前記基準よりも前記対象画素に近い色相を有する画素を含む第1のグループを抽出する抽出部と、
前記第1のグループに含まれる画素及び前記対象画素の色度を算出する色度算出部と、
前記第1のグループに含まれる画素及び前記対象画素の色度を用いて、推定される拡散反射率を算出する拡散反射率算出部と、
前記拡散反射成分を用いて、前記対象画素の画素値から前記拡散反射率の変動に応じて変化する画素値の成分を示す拡散反射成分を分離する分離部と、
を有する画像処理装置。
- 前記抽出部は、前記基準として、前記対象画素の画素値に応じた閾値を設定し、前記閾値よりも前記対象画素に近い色相を有する画素を抽出することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記抽出部は、画像の劣化前の色相と、画像に特定のノイズがのった際の色相との偏差を予め保持する保持部を備え、前記偏差及び前記対象画素の画素値を用いて、前記閾値を求めること、
を特徴とする請求項2記載画像処理装置。
- 前記抽出部は、前記対象画素の画素値に対応する前記偏差が大きいほど、前記閾値を大きくすることを特徴とする請求項3記載の画像処理装置。
- 前記抽出部は、前記対象画素における画素値の明るさと色相とに基づいて前記閾値を算出することを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。
- 前記抽出部は、あらかじめ画素値と前記閾値とを対応して保持する保持部を備えることを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。
- 前記分離部は、前記拡散反射成分を用いて、前記対象画素の画素値から鏡面反射率の変動に応じて変化する画素値の成分を示す鏡面反射成分を分離する分離部を有する請求項1記載の画像処理装置。
- 前記反射率算出部は、前記第1グループに含まれる各画素の色純度を求め、前記色純度が高い画素程、前記色度に大きい重みをつけた重み付き加算によって前記拡散反射率を算出することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 入力画像に含まれる画素の色相を算出する色相算出部と、
前記入力画像に含まれる対象画素の画素値に応じて設定される値から、前記基準よりも前記対象画素に近い色相を有する画素を含む第1のグループを抽出する抽出部と、
前記第1のグループに含まれる画素及び前記対象画素の色度を算出する色度算出部と、
前記第1のグループに含まれる画素及び前記対象画素の色度を用いて、推定される拡散反射率を算出する拡散反射率算出部と、
前記拡散反射成分を用いて、前記対象画素の画素値から前記拡散反射率の変動に応じて変化する画素値の成分を示す拡散反射成分を分離する分離部と、
を有する画像処理装置。
- 入力画像に含まれる画素の色相を算出すること、
前記入力画像に含まれる対象画素の画素値に応じて基準を設定し、前記基準よりも前記対象画素に近い色相を有する画素を含む第1のグループを抽出すること、
前記第1のグループに含まれる画素及び前記対象画素の色度を算出すること、
前記第1のグループに含まれる画素及び前記対象画素の色度を用いて、推定される拡散反射率を算出すること、
前記拡散反射成分を用いて、前記対象画素の画素値から前記拡散反射率の変動に応じて変化する画素値の成分を示す拡散反射成分を分離すること、
を有する画像処理方法。
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