JP2013178719A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力画像の各画素を処理対象画素として、該処理対象画素とその周辺の画素を含む特徴検出領域内の画像の特徴に応じて、前記処理対象画素とその周辺の画素を含む平均算出領域内の画素の平均輝度(YAVG)を、入力画像の画素毎に算出し(4)、処理対象画素の輝度(Yc)と平均輝度(YAVG)とに基づいて、階調補正係数(GAIN)を決定する(6)。特徴検出領域内の画像の特徴から、平均算出領域内の画素の平均輝度の算出方法を決定する。
【選択図】図1
Description
入力画像の各画素を処理対象画素として、該処理対象画素とその周辺の画素を含む特徴検出領域内の画像の特徴に応じて、前記処理対象画素とその周辺の画素を含む平均算出領域内の画素の平均輝度を、前記入力画像の画素毎に算出する周辺輝度情報生成部と、
前記処理対象画素の輝度と前記平均輝度とに基づいて、前記処理対象画素の階調補正係数を、前記入力画像の画素毎に決定する階調補正係数生成部と、
前記処理対象画素について決定された前記階調補正係数を前記入力画像を構成する信号の画素値に乗じることで階調変換を行い、階調変換された出力画像を生成する階調変換部とを備え、
前記周辺輝度情報生成部は、
前記特徴検出領域内の画像の特徴から、前記平均算出領域内の画素の平均輝度の算出方法を決定することを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
図示の画像表示装置は、入力端子1R、1G、1Bと、出力端子2R、2G、2Bと、輝度算出部3と、周辺輝度情報生成部4と、輝度信号遅延部5と、階調補正係数生成部6と、画像信号遅延部7と、3つの乗算部8R、8G、8Bを含む階調変換部8とを備えている。
図2は、画像信号で表される画像の一部を構成する画素の配列を示す。図2で、最も小さい四角が各画素を表す。図2に示すように、画素は、水平方向に一定の間隔(水平方向画素ピッチPa)で整列するとともに、垂直方向にも一定の間隔(垂直方向画素ピッチPb)で整列しており、この結果、斜め方向にも一定の間隔(斜め方向画素ピッチPc)で整列している。斜め方向画素ピッチPcと、水平方向画素ピッチPaと、垂直方向画素ピッチPbとの間には、以下の関係がある。
Pc2=Pa2+Pb2
また、水平方向画素ピッチPaと垂直方向画素ピッチPbが互いに等しければ、
Pc=Pa×√2
の関係がある。
輝度算出部3は、画素毎に、リアルタイムで、各原色信号RIN、GIN、BINから輝度を計算して出力する。例えば、輝度をYcとし、赤、緑、青の原色信号の値をRIN、GIN、BINとしたとき、式(1)や式(2)のように計算する。
Yc=0.299×RIN+0.587×GIN+0.114×BIN …(1)
Yc=0.2125×RIN+0.7152×GIN+0.0722×BIN
…(2)
これらの式は一般的なもので、特に説明を要するものではない。また、回路規模に応じて、近似的に計算しても良い。
特徴検出領域は、例えば、処理対象画素を中心とする左右(水平方向)8画素×上下(垂直方向)8画素の64画素の領域であり、特徴量検出部42は、この特徴検出領域内の画像の特徴、例えば輝度空間周波数の分布乃至1又は2以上の所定の周波数成分の強度を検出する。
平均算出領域内の、第1の範囲内の画素から求めた第1の平均値と、
平均算出領域内の、上記第1の範囲よりも広く、処理対象画素を中心とする第2の範囲内の画素から求めた第2の平均値と、
平均算出領域内の、上記第2の範囲よりも広く、処理対象画素を中心とする第3の範囲内の画素から求めた第3の平均値を、
加重平均することで、周辺平均輝度YAVGを決定する。
図3(b)のすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度の合計を減算したものの絶対値をFHB、
図3(c)のすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度の合計を減算したものの絶対値をFHCとし、
それらを、下記の式(3)で示すように加算した値を、特徴検出領域内の画像の輝度空間周波数の高周波強度FHとして求める。
FH=FHA+FHB+FHC …(3)
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に2水平方向画素ピッチ(2Pa)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に2垂直方向画素ピッチ(2Pb)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
斜め方向に1斜め方向画素ピッチ(1Pc)の周期又はこれに近い周期で変化する成分の量を表すものであり、
高周波強度FHの値は、上記の成分の量の合計が多いほどより大きな値となる。
図4(b)のすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度の合計を減算したものの絶対値をFMB、
図4(c)のすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度の合計を減算したものの絶対値をFMCとし、
それらを、下記の式(4)で示すように、加算した値を、特徴検出領域内の画像の輝度空間周波数の中周波強度FMとして求める。
FM=FMA+FMB+FMC …(4)
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に4水平方向画素ピッチ(4Pa)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に4垂直方向画素ピッチ(4Pb)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
斜め方向に2斜め方向画素ピッチ(2Pc)の周期又はこれに近い周期で変化する成分の量を表すものであり、
中周波強度FMの値は、上記の成分の量の合計が多いほどより大きな値となる。
図5(b)のすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度の合計を減算したものの絶対値をFLB、
図5(c)のすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度の合計を減算したものの絶対値をFLCとし、
それらを、下記の式(5)で示すように加算した値を、特徴検出領域内の画像の輝度空間周波数の低周波強度FLとして求める。
FL=FLA+FLB+FLC …(5)
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に8水平方向画素ピッチ(8Pa)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に8垂直方向画素ピッチ(8Pb)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
斜め方向に4斜め方向画素ピッチ(4Pc)の周期又はこれに近い周期で変化する成分の量を表すものであり、
低周波強度FLの値は、上記の成分の量の合計が多いほどより大きな値となる。
図7(a)は、処理対象画素を中心とする左右3画素×上下3画素の9画素の範囲を示しており、その9画素の平均輝度をYAHとする。
図7(b)は、処理対象画素を中心とする左右5画素×上下5画素の25画素の範囲を示しており、その25画素の平均輝度をYAMとする。
図7(c)は、処理対象画素を中心とする左右7画素×上下7画素の49画素の範囲を示しており、その25画素の平均輝度をYALとする。
平均値算出部43は、下記の式(6)により、周辺平均輝度YAVGを求める。
図7(a)の3×3の領域内の画素の画素値は、
図7(b)の5×5の領域の一部を成すので、平均輝度YAMの計算にも用いられ、
図7(c)の7×7の領域の一部を成すので、平均輝度YALの計算にも用いられている。
同様に、
図7(b)の5×5の領域内の画素の画素値は、
図7(c)の7×7の領域の一部を成すので、平均輝度YALの計算にも用いられている。
この点に着目して、式(6)を以下のように変形することができる。
Yc(i)は、上記i番目の画素の輝度Ycを表す。
例えば、FH=FM=0であり、FL≠0であれば、
7×7の領域内のすべての画素に対する重みが互いに等しくなること、
FH=FM=0でなくてもFH、FMに対してFLが大きいほど、処理対象画素から比較的遠い画素(5×5の領域の外側で且つ7×7の領域内の画素)に対する重みを比較的大きくなることを示し、
逆に、
FL=0であれば、5×5の領域の外側の画素に対する重みがゼロとなること、
FL=0,FM=0であれば、3×3の領域の外側の画素に対する重みがゼロになること、
FL=FM=0でなくても、FL、FMに対してFHが大きいほど、3×3の領域内の画素に対する重みが大きくなること
を意味する。
このように、空間周波数成分の大きさに応じて、平均を取る範囲を実効的に変化させる処理を行っているといえる。
処理対象画素により近い画素に対してより大きな重みを与えることで、より狭い範囲で平均値を求めているのと同様の効果が得られる。
処理対象画素から遠い画素に対する重みと、処理対象画素に近い画素に対する重みの差を小さくすることで、より広い範囲で平均値を求めるのと同様の効果が得られる。
従って、上記の処理は、画像の特徴に応じて、周辺平均輝度の算出に用いる画素の範囲を実効的に変える処理であるとも言える。
階調変換部8では、乗算部8R、8G、8Bで、それぞれ画像信号遅延部7から入力された、赤、緑、青の原色信号RIN、GIN、BINに補正係数GAINを乗算する。
図9で入力SINは、RIN、GIN又はBINのいずれかであり、出力SOUTは、ROUT、GOUT及びBOUTのうちの対応するものである。なお、以下の説明では、乗算部の入力SINが、輝度データYcと同じ階調数を持つ場合を想定している。
第1の部分Cvaは、周辺輝度情報生成部4で求めた周辺輝度平均値YAVGを中心として、YAVG−WLからYAGV+WRまでの範囲を占め、この部分Cvaは傾き(符号Kaで示す)が大きく(入力SINの増加に対する出力SOUTの増加の割合が高く)、
第2の部分Cvb(SIN<YAVG−WLの範囲)及び第3の部分Cvc(SIN>YAVG+WRの範囲)は傾きが比較的小さい。
このような変換特性を持たせる結果、平均輝度YAVGを中心とする範囲、即ちYAVG−WLからYAVG+WRまでの範囲において、コントラストを増大させることができる。
なお、第1の部分Cvaは、SIN=YAVGのとき、SOUT=SINを表する鎖線と交差し、平均輝度YAVGの値に応じて、第1の部分Cvaが移動して、上記の交差する点の位置が変わる。
図9に示される入出力特性を持たせるために、係数GAINは以下のように定められる。
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に2α水平方向画素ピッチ(2αPa(αは1以上の整数))の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に2α垂直方向画素ピッチ(2αPb)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び斜め方向にα斜め方向画素ピッチ(1αPc)の周期又はこれに近い周期で変化する成分を、前記空間高周波数成分として検出し、
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に4α水平方向画素ピッチ(4αPa)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に4α垂直方向画素ピッチ(4αPb)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び斜め方向に2α斜め方向画素ピッチ(2αPc)の周期又はこれに近い周期で変化する成分を、前記空間中周波数成分として検出し、
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に8α水平方向画素ピッチ(8αPa)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に8α垂直方向画素ピッチ(8αPb)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び斜め方向に4α斜め方向画素ピッチ(4αPc)の周期又はこれに近い周期で変化する成分を、前記空間低周波数成分として検出する
こととすれば良い。
例えば、
図5(c)のすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度値の合計を減算したものの絶対値FLCを低周波強度FLとし、
図5(a)のすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度値の合計を減算したものの絶対値FLAと、
図5(b)それぞれのすべての白で示す画素の輝度値の合計から、すべてのハッチングを施した画素の輝度値の合計を減算したものの絶対値FLBを加算した値(FLA+FLB)を境界部分(エッジともいう)強度FBとし(FB=FLA+FLB)、周辺平均輝度YAVGは、下記の式(11)で求めるようにしても良い。
図10は、本発明の実施の形態2の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態2の画像表示装置は、入力端子1Y、1Cb、1Crと、出力端子2Y、2Cb、2Crと、周辺輝度情報生成部4と、輝度信号遅延部5と、階調補正係数生成部6と、画像信号遅延部7bと、3つの乗算部8Y、8Cb、8Crを含む階調変換部8bとを備えている。
異なるのは、実施の形態1では、輝度算出部3から出力される輝度Ycに対し処理を行っているのに対し、実施の形態2では、入力信号のうちの輝度信号YINに対して処理を行っている点のみである。
階調補正係数生成部6の動作は、実施の形態1の階調補正係数生成部6と同じである。
画像信号遅延部7bは、図1の画像信号遅延部7と同様のものであるが、原色信号RIN、GIN、BINの代わりに、輝度信号YIN及び色差信号CbIN、CrINを入力とし、入力された輝度信号YIN及び色差信号CbIN、CrINを周辺輝度情報生成部4から階調補正係数生成部6までにおける、周辺平均輝度算出、及び階調補正係数算出に要する時間分の遅延を行い、階調変換部8bに出力する。画像信号遅延部7bの出力は、遅延されたものであるが、入力された信号YIN、CbIN、CrINと同じ値を有するものであり、同じ符号で表す。
赤、緑、青の3つの原色信号と輝度、青色差、赤色差の3つの信号は、線形に変換できる関係を有し、赤、緑、青に同じ係数GAINを乗算しても色が変化しないのと同様、輝度、青色差、赤色差に同じ係数GAINを乗算しても色は変化しない。
図10の階調補正係数生成部6の代わりに、図11に示される階調補正係数生成部6bを用い、輝度信号のための補正係数GAINyと、補正係数GAINyよりも小さい値を有する、色差信号CbIN、CrINのための補正係数GAINcとを生成し、乗算部8Yが、係数GAINyを輝度信号YINに乗算し、乗算部8Cb、8Crが、係数GAINcをそれぞれ色差信号CbIN、CrINに乗算するように構成しても良い。
輝度信号補正係数生成部61は、図1、図10の階調補正係数生成部6と同じものを用い得る。輝度信号補正係数生成部61の出力は、輝度信号用補正係数GAINyとして乗算部8Yに供給されるとともに、補正係数調整部62に供給される。補正係数調整部62は、輝度信号補正係数GAINyを受けて、それよりも幾分小さい値の色差信号補正係数GAINcを生成する。例えば輝度信号補正係数GAINyに、1よりも小さい所定の係数βを掛けることで、色差信号補正係数GAINcを生成する。
図12は、本発明の実施の形態3の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
図12の画像処理装置は、図10の画像処理装置と慨して同じであるが、図10、図11の階調変換部8bの代わりに、階調変換部8cが用いられている。
階調変換部8cは、輝度信号YINのための乗算部8Yを有するが、色差信号CbIN、CrOUTのための乗算部(図10、図11の8Cb、8Cr)を持たず、輝度信号YINに対しては係数GAINが乗算され、補正された輝度信号YOUTが出力される一方、入力された色信号CbIN、CrINがそのまま出力色差信号CbOUT、CrOUTとして出力される。
このように、階調変換部8cとし、青色差信号と赤色差信号には補正を行わない構成であっても良い。
図13は、本発明の実施の形態4の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
図13の画像処理装置は、輝度信号YINのみを入力とし、色差信号(図10、図12のCbIN、CrIN)が入力されない。
図13の画像処理装置は、図10の画像処理装置と慨して同じであるが、図10の画像信号遅延部7b及び階調変換部8bの代わりに、入力画像遅延部7c、及び階調変換部8dが用いられている。
画像信号遅延部7cは、図10、図11の画像信号遅延部7bと同様のものであるが、輝度信号YINのみを入力とし、入力された輝度信号YINを周辺輝度算出部4から階調補正係数生成部6までにおける、周辺平均輝度算出、及び階調補正係数算出に要する時間分の遅延を行い、階調変換部8dに出力する。
階調変換部8dは、輝度信号YINのための乗算部8Yのみを有し、入力された輝度信号YINに係数GAINを乗算して、補正された輝度信号YOUTとして出力する。
図13のように色信号を含まない構成でも、本発明を適用し、周辺輝度情報生成部4を用いて係数GAINを定めることで、同様の解像感向上効果がある。
Claims (14)
- 入力画像の各画素を処理対象画素として、該処理対象画素とその周辺の画素を含む特徴検出領域内の画像の特徴に応じて、前記処理対象画素とその周辺の画素を含む平均算出領域内の画素の平均輝度を、前記入力画像の画素毎に算出する周辺輝度情報生成部と、
前記処理対象画素の輝度と前記平均輝度とに基づいて、前記処理対象画素の階調補正係数を、前記入力画像の画素毎に決定する階調補正係数生成部と、
前記処理対象画素について決定された前記階調補正係数を前記入力画像を構成する信号の画素値に乗じることで階調変換を行い、階調変換された出力画像を生成する階調変換部とを備え、
前記周辺輝度情報生成部は、
前記特徴検出領域内の画像の特徴から、前記平均算出領域内の画素の平均輝度の算出方法を決定する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記周辺輝度情報生成部は、
前記特徴検出領域内の画像の特徴から、前記平均算出領域内の画素の平均輝度の算出に用いる画素の範囲を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記周辺輝度情報生成部は、
前記特徴検出領域内の画像の特徴から、前記平均輝度の算出に用いられる画素に対する重みを決定し、該決定した重みを用いた加重平均により、前記平均輝度を算出する
ことを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記周辺輝度情報生成部は、前記特徴検出領域内の空間周波数成分を検出し、
比較的高い空間周波数成分が多く含まれるほど、前記平均算出領域内のより狭い範囲内の画素に対する重み付けを大きくし、
比較的低い空間周波数成分が多く含まれるほど、前記平均算出領域内のより広い範囲内の画素に対する重み付けの差を小さくする
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の画像処理装置。 - 前記周辺輝度情報生成部は、
前記特徴検出領域内の第1の空間周波数成分と、前記第1の空間周波数成分よりも低い第2の空間周波数成分と、前記第2の空間周波数成分よりも低い第3の空間周波数成分と検出し、
検出された前記第1、第2、及び第3の空間周波数成分の強度の比率に応じて前記平均算出領域内の、前記処理対象画素を中心とする第1の範囲内の画素から求めた第1の平均値と、前記平均算出領域内の、前記第1の範囲よりも広く、前記処理対象画素を中心とする第2の範囲内の画素から求めた第2の平均値と、前記平均算出領域内の、前記第2の範囲よりも広く、前記処理対象画素を中心とする第3の範囲内の画素から求めた第3の平均値とを加重平均することで前記周辺平均輝度を決定する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記周辺輝度情報生成部は、
前記検出された前記第1の空間周波数成分の強度が大きいほど、前記第1の範囲の画素に対する重みを大きくし、
前記検出された前記第3の空間周波数成分の強度が大きいほど、前記第3の範囲の画素間の重みの差を小さくして、前記加重平均を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。 - 画面内の画素が水平方向に所定の水平方向画素ピッチで等間隔に整列し、垂直方向に所定の垂直方向画素ピッチで等間隔に整列し、斜め方向に所定の斜め方向画素ピッチで等間隔に整列しており、
処理対象画素を中心とする特徴検出領域のうち、
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に2α水平方向画素ピッチ(αは1以上の整数)の周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に2α垂直方向画素ピッチの周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
斜め方向にα斜め方向画素ピッチの周期又はこれに近い周期で変化する成分を、
前記第1の空間周波数成分として検出し、
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に4α水平方向画素ピッチの周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に4α垂直方向画素ピッチの周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
斜め方向に2α斜め方向画素ピッチの周期又はこれに近い周期で変化する成分を、
前記第2の空間周波数成分として検出し、
垂直方向に変化がなく、かつ水平方向に8α水平方向画素ピッチの周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
水平方向に変化がなく、かつ垂直方向に8α垂直方向画素ピッチの周期又はこれに近い周期で変化する成分、及び
斜め方向に4α斜め方向画素ピッチの周期又はこれに近い周期で変化する成分を、
前記第3の空間周波数成分として検出する
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の画像処理装置。 - 前記入力画像が、複数の原色信号で構成され、
前記原色信号から前記入力画像の画素毎の輝度を算出する輝度算出部をさらに有し、
前記周辺輝度情報生成部は、前記輝度算出部で算出された輝度の平均値を前記平均輝度として求めることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記階調変換部は、前記入力画像の画素毎に決定された前記階調補正係数を前記入力画像を構成する前記原色信号にそれぞれ乗算することで、前記階調変換を行う
ことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。 - 前記入力画像が、輝度信号と、色差信号とで構成され、
前記周辺輝度情報生成部は、前記入力画像を構成する輝度信号で表される輝度の平均値を前記平均輝度として求めることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記階調変換部は、前記入力画像の画素毎に決定された前記階調補正係数を前記入力画像を構成する前記輝度信号及び前記色差信号にそれぞれ乗算することで、前記階調変換を行う
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 - 前記補正係数生成部は、前記輝度信号に対する補正係数と、前記色差信号に対する補正係数として、互いに別個のものを生成する
ことを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。 - 前記階調変換部は、前記入力画像の画素毎に決定された前記階調補正係数を前記入力画像を構成する前記輝度信号に乗算することで、前記階調変換を行う
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 - 前記入力画像が、輝度信号で構成され、
前記周辺輝度情報生成部は、前記入力画像を構成する輝度信号で表される輝度の平均輝度を求め、
前記階調変換部は、前記入力画像の画素毎に決定された前記階調補正係数を前記入力画像を構成する前記輝度信号に乗算することで、前記階調変換を行う
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の画像処理装置。
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