JP2017152866A - Image processing system and image processing method - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、画像処理装置に関し、特に、入力された画像の明るさを補正する画像処理装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to an image processing apparatus, and more particularly to an image processing apparatus and method for correcting the brightness of an input image.
従来、撮影後の画像中の被写体に対して、仮想的な光源(仮想光源)からの光を照射し、リライティングを行う技術が知られている。これにより、環境光によって生じる被写体の陰影を、撮影後に補正することができる。
例えば、特許文献1では、撮影画像に対して疑似的なライティング処理を行うリライティング処理手段について開示されている。具体的には、仮想光源の位置を決定する方法に関して、被写体に対して環境光と仮想光源とを逆方向に配置することにより、被写体の影を低減させるよう補正する技術が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for performing relighting by irradiating light from a virtual light source (virtual light source) to a subject in an image after shooting is known. Thereby, the shadow of the subject caused by the ambient light can be corrected after shooting.
For example, Patent Document 1 discloses a relighting processing unit that performs pseudo lighting processing on a captured image. Specifically, with respect to a method for determining the position of a virtual light source, a technique for correcting the subject to reduce the shadow of the subject by disposing the ambient light and the virtual light source in opposite directions is disclosed.
リライティング補正を行うことで、被写体の陰影の状態を目標とする陰影の状態へ近づけるよう補正する事ができる。リライティング補正の目標とする陰影の状態は、画像中の被写体が一つのみである場合には、見た目に好ましい所定の陰影の状態を定めれば良い。 By performing the relighting correction, it is possible to correct the shadow state of the subject so as to approach the target shadow state. As the shadow state targeted for relighting correction, when there is only one subject in the image, a predetermined shade state that is desirable to the eye may be determined.
一方、画像中の被写体が複数存在する場合には、単に見た目に好ましい陰影の状態を定めるのではなく、被写体間での陰影の状態の違いも考慮して目標とする陰影の状態を定める必要がある。例えば、コントラストの大小関係など、被写体間での陰影の状態の違いは、それぞれの被写体への撮影時の環境光の当たり方の違いを反映したものである。このため、リライティング補正の前後で、被写体間の陰影の状態の関係が逆転してしまうと、撮影時の環境光の当たり方と矛盾する不自然な画像になる場合があると考えられるからである。 On the other hand, when there are a plurality of subjects in the image, it is necessary to determine the target shade state in consideration of the difference in the shade state between the subjects, instead of simply determining the preferred shade state to the eye. is there. For example, the difference in the state of shadow between subjects such as the magnitude relationship of the contrast reflects the difference in how ambient light strikes each subject when shooting. For this reason, if the relationship of the shadow state between the subjects is reversed before and after the relighting correction, it is considered that there may be an unnatural image that contradicts the way the ambient light hits at the time of shooting. .
しかしながら、特許文献1で挙げた従来の技術においては、画像中に被写体が複数含まれる場合に、目標とする陰影の状態を設定する方法が開示されておらず、複数の被写体に対するリライティング補正を適切に制御できない場合があった。 However, the conventional technique described in Patent Document 1 does not disclose a method for setting a target shadow state when an image includes a plurality of subjects, and appropriate relighting correction for a plurality of subjects is performed. There was a case that could not be controlled.
そこで、本発明の目的は、複数の被写体が存在する画像に対して、仮想光源を用いてリライティング処理を行う場合に、リライティング補正の目標とする陰影の状態を適切に決定することにより、自然なリライティング結果を得ることが可能となる画像処理装置及び方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to determine a natural shadow state as a target for relighting correction when performing relighting processing using a virtual light source on an image having a plurality of subjects. It is an object to provide an image processing apparatus and method capable of obtaining a relighting result.
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
着目画像中の被写体を検出する被写体検出手段と、
前記被写体ごとの陰影の程度を示す陰影状態を検出する状態検出手段と、
検出された前記陰影状態に基づいて、前記被写体の補正の前の陰影の程度と補正の後の陰影の程度の序列が入れ替わらないように、前記着目画像中の対象となる被写体ごとに、目標となる陰影の状態である目標陰影状態を設定する目標設定手段と、
前記着目画像に対して、前記状態検出手段により検出された陰影状態と前記目標陰影状態とに基づいて、前記対象となる被写体ごとに仮想光源の設定を決定する光源設定手段と、
前記仮想光源を用いて前記着目画像中の前記対象となる被写体の明るさを補正する補正手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
Subject detection means for detecting a subject in the image of interest;
State detecting means for detecting a shadow state indicating a degree of shadow for each subject;
Based on the detected shadow state, a target for each target subject in the image of interest is arranged so that the order of the degree of shadow before correction of the subject and the order of shadow after correction are not interchanged. Target setting means for setting a target shadow state that is a shadow state to become,
A light source setting unit that determines a setting of a virtual light source for each target subject based on the shadow state detected by the state detection unit and the target shadow state for the target image;
An image processing apparatus comprising: a correction unit that corrects the brightness of the subject subject in the image of interest using the virtual light source.
本発明によれば、複数の被写体が存在する画像に対するリライティング処理を行う際に、それぞれの被写体に対するリライティング補正の目標とする陰影の状態を適切に設定することで、自然なリライティング結果を得ることが可能となる。 According to the present invention, when performing relighting processing on an image in which a plurality of subjects exist, a natural relighting result can be obtained by appropriately setting a shadow state targeted for relighting correction for each subject. It becomes possible.
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本実施例では、画像処理装置としてデジタルカメラに適用した例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, an example in which the image processing apparatus is applied to a digital camera will be described.
以下、図1〜7を参照して、本発明の第1の実施例おける、デジタルカメラについて説明する。
<デジタルカメラの構成>
図1は、本発明の実施形態によるデジタルカメラ100の構成例を示すブロック図である。本発明は撮影された画像に適用する画像処理、より具体的にはリライティング(re-lighting)処理の方法に特徴を有する。従って、撮影や記録に関する構成は必須では無い。
A digital camera according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
<Configuration of digital camera>
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a
図1において、レンズ群101は、フォーカスレンズを含むズームレンズである。絞り機能を備えるシャッター102が、レンズ群101と撮像部103との間に設けられている。撮像部103は、レンズ群101によって撮像面に形成される光学像を画素単位の電気信号に変換するCCD/CMOSイメージセンサを代表とする撮像素子を有する。A/D変換器104は、撮像部103が出力するアナログ信号をデジタル信号(画像データ)に変換する。
In FIG. 1, a
画像処理部105は、A/D変換器104から出力される画像データに対し、色補間(デモザイク)、ホワイトバランス調整、γ補正などの各種画像処理を行う。画像処理部105はまた、撮影された画像に対するリライティング処理を行う。画像メモリ106は画像データを一時的に記憶する。メモリ制御部107は、画像メモリ106の読み書きを制御する。D/A変換器108は、画像データをアナログ信号に変換する。表示部109はLCDや有機ELディスプレイ等の表示装置を有し、各種GUIやライブビュー画像、記録媒体112から読み出して再生した画像などを表示する。コーデック部110は、画像メモリ106に記憶されている画像データを記録媒体に記録するために予め定められた方法で符号化したり、画像ファイルに含まれる符号化画像データを例えば表示のために復号したりする。
The
インタフェース(I/F)111は、例えば半導体メモリカードやカード型ハードディスクなどの着脱可能な記録媒体112を、デジタルカメラ100と機械的および電気的に接続する。システム制御部50は例えばCPUやMPUなどのプログラマブルなプロセッサであってよい。システム制御部50は、不揮発性メモリ121等に記録されたプログラムを実行して必要なブロックや回路を制御することにより、デジタルカメラ100の機能を実現する。
The interface (I / F) 111 mechanically and electrically connects a
顔検出部113は、撮影された画像に含まれる顔領域を検出し、検出された顔領域のそれぞれについて、位置、大きさ、信頼度などの顔情報を求める。なお、顔検出部113はニューラルネットワークに代表される学習を用いた手法、目、鼻、口などの特徴部位を、画像領域からテンプレートマッチングを用い探し出し類似度が高ければ顔とみなす手法など、任意の方法を用いて顔領域を検出することができる。
The
操作部120は、ユーザがデジタルカメラ100に各種の指示を入力するためのボタンやスイッチなどの入力デバイスをまとめて記載したものである。表示部109がタッチディスプレイである場合、タッチパネルは操作部120に含まれる。また、音声入力や視線入力など、非接触で指示を入力するタイプの入力デバイスが操作部120に含まれてもよい。
The
不揮発性メモリ121は電気的に消去・記録可能な、例えばEEPROM等であってよい。不揮発性メモリ121は、各種の設定値、GUIデータをはじめ、システム制御部50がMPUやCPUである場合には、システム制御部50が実行するためのプログラムが記録される。システムメモリ122は、システム制御部50の動作用の定数、変数、不揮発性メモリ121から読みだしたプログラム等を展開するために用いる。
The
<デジタルカメラの基本動作>
次に、上記のように構成されたデジタルカメラ100における被写体撮影時の基本動作について説明する。撮像部103は、シャッター102が開いている際にレンズ群101が撮像面に形成する被写体像を撮像素子によって光電変換し、アナログ画像信号としてA/D変換器104へ出力する。A/D変換器104は撮像部103から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像信号(画像データ)に変換し画像処理部105に出力する。
画像処理部105は、A/D変換器104からの画像データ、又は、メモリ制御部107からの画像データに対し、同時化処理(デモザイク処理)、γ補正、リライティング処理などの各種画像処理を行う。また、画像処理部105では、撮影で得られた画像データを用いて輝度やコントラストなどに関する所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてシステム制御部50が焦点調節や露光制御を行う。焦点検出や露出制御に顔検出部113の検出結果を考慮してもよい。このように、本実施形態のデジタルカメラ100では、TTL(スルー・ザ・レンズ)方式のAF(オートフォーカス)処理、AE(自動露出)処理を行う。画像処理部105ではさらに、撮影で得られた画像データを用いたオートホワイトバランス(AWB)調整も行う。
<Basic operation of digital camera>
Next, a basic operation at the time of photographing an object in the
The
画像処理部105から出力された画像データは、メモリ制御部107を介して画像メモリ106に書き込まれる。画像メモリ106は、撮像部103から出力された画像データや、表示部109に表示するための画像データを格納する。
また、D/A変換器108は、画像メモリ106に格納されている画像表示用のデータをアナログ信号に変換して表示部109に供給する。表示部109は、LCD等の表示装置に、D/A変換器108からのアナログ信号に応じた表示を行う。
コーデック部110は、画像メモリ106に記録された画像データをJPEGやMPEGなどの規格に基づき符号化する。システム制御部50は符号化した画像データに対して予め定められたヘッダなどを付与して画像ファイルを形成し、インタフェース111を介して記録媒体112に記録する。
The image data output from the
The D /
The
なお、現在のデジタルカメラでは、撮影スタンバイ状態においては動画撮影を行い、撮影された動画を表示部109に表示し続けることにより表示部109を電子ビューファインダ(EVF)として機能させるのが一般的である。この場合、シャッター102は開いた状態とし、撮像部103のいわゆる電子シャッターを用いて例えば30フレーム/秒の撮影を行う。
Note that with current digital cameras, it is common to perform moving image shooting in the shooting standby state, and keep the captured moving image displayed on the
そして、操作部120に含まれるシャッターボタンが半押しされると上述のAF,AE制御が行われ、全押しされると本撮影により記録用の静止画撮影が実行され、記録媒体112に記録される。また、動画撮影ボタンなどにより動画撮影が指示された場合は、記録媒体112への動画記録を開始する。
When the shutter button included in the
<リライティング処理に関する機能構成例>
図2は、画像処理部105の、リライティング処理に関係する機能構成例を示すブロック図である。なお、図2に示す機能ブロックの1つ以上は、マイクロプロセッサとソフトウェアの組み合わせよって実現されてもよいし、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)のようなハードウェアによって実現されてもよい。PLDにはFPGA(Field-Programmable Gate Array)、PLA(Programmable Logic Array)などが含まれる。なお、リライティング処理は、リライティング処理の実行が指定された状態で撮影された画像や、メニュー画面等からリライティング処理の実施が指示された、例えば記録媒体112に記録済の画像に対して実施することができる。なお、リライティング処理において撮影時の情報が必要な場合、不揮発性メモリ121またはシステムメモリ122から読み出したり、画像ファイルのヘッダなどから取得したりするものとする。図2において、画像処理部105は、画像信号生成部201、WB増幅部202、被写体領域抽出部203、陰影状態検出部204、目標陰影状態設定部205、仮想光源設定部206、仮想光源信号付加部207、ガンマ処理部208を含む。
<Example of functional configuration related to relighting>
FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the
<リライティング処理>
次に、画像処理部105における処理の流れを説明する。図3に示したのは、画像処理部105の各部が実行するリライティング処理全体の流れを示したフローチャートである。
ステップS301では、被写体領域抽出部203が、WB増幅部202から入力された画像信号のうち、被写体領域に対応する画像信号のみを抽出する。すなわち被写体検出を行う。なお入力された画像信号を入力画像または着目画像と呼ぶ。例えば、リライティング処理の対象となる被写体領域が、人物の顔領域である場合、顔検出部113で検出した被写体人物の顔領域に対応する画像信号を抽出する。被写体が複数存在する場合は、複数の被写体領域をそれぞれ抽出する。
ステップS302では、被写体領域抽出部203が、抽出した被写体領域が着目画像中に複数存在するか否かを判定する。被写体領域が複数存在していると判定した場合は、ステップS303へ進み、被写体領域が単一である場合は、ステップS307へ進む。
<Relighting process>
Next, the flow of processing in the
In step S <b> 301, the subject
In step S302, the subject
ステップS303では、陰影状態検出部204が、抽出された被写体領域のそれぞれに対して、被写体の陰影の状態を検出する。陰影状態検出部204は、検出した被写体の陰影の状態を表す情報を、目標陰影状態設定部205へ出力する。陰影の状態とは、例えば被写体領域中の明るさの分布と、被写体領域中のコントラストを表す情報と、被写体領域中で陰影が生じている領域の輪郭の特性と、被写体領域中で陰影が生じている領域の面積を表す情報のうちの少なくとも一つの情報を含む。本実施例では主にコントラスト値を陰影状態を示す評価値として用いる。
ステップS304では、目標陰影状態設定部205が、入力された被写体それぞれの陰影の状態を表す情報を比較した結果に基づき、リライティング補正の対象とする被写体を決定する。
ステップS305では、目標陰影状態設定部205が、ステップS304で選択された被写体のそれぞれに対して、入力された被写体の陰影の状態を表す情報を比較した結果に基づき目標設定する。すなわち、リライティング補正の目標とする陰影の状態である目標陰影状態を決定する。目標陰影状態設定部205は、決定した目標陰影状態を表す情報を、仮想光源設定部206へ出力する。
ステップS306では、仮想光源設定部206が、入力された目標陰影状態を表す情報と、陰影状態検出部204が検出した被写体の陰影の状態を表す情報に基づき、ステップS304で選択された被写体のそれぞれに対して、仮想光源の設定値を決定する。仮想光源設定部206は、決定した仮想光源の設定値を、仮想光源信号付加部207へ出力する。
In step S303, the shadow
In step S <b> 304, the target shadow
In step S305, the target shadow
In step S306, the virtual light
ステップS307では、陰影状態検出部204が、抽出された被写体領域に対して、被写体の陰影の状態を検出する。陰影状態検出部204は、検出した被写体の陰影の状態を表す情報を、目標陰影状態設定部205へ出力する。
ステップS308では、目標陰影状態設定部205が、入力された被写体の陰影の状態を表す情報に基づき、リライティング補正の目標とする陰影の状態である目標陰影状態を決定する。ただし、ステップS308へ進む場合は、補正の対象となる被写体が一つのみ検出されている場合であり、被写体間で陰影の状態を比較して目標陰影状態を定める必要がない。このため、ここでは、予め定められた所定の陰影の状態を目標陰影状態として決定する。目標陰影状態検出部205は、決定した目標陰影状態を表す情報を、仮想光源設定部206へ出力する。
ステップS309では、仮想光源設定部206が、入力された被写体の陰影の状態を表す情報と、目標陰影状態を表す情報とに基づいて、仮想光源の設定値を決定する。仮想光源設定部206は、決定した仮想光源の設定値を、仮想光源信号付加部207へ出力する。ここで仮想光源の設定値を決定する方法は、ステップS306で用いる方法と同様である。
In step S307, the shadow
In step S308, the target shadow
In step S309, the virtual light
ステップS310では、仮想光源信号付加部207が、入力された仮想光源の設定値に基づいて、仮想光源に対応する信号を生成し、WB増幅部202から入力された画像信号に対して付加する。なお、リライティング対象となる被写体が複数選択されている場合は、それぞれの被写体に対してステップS306で決定された仮想光源の設定値に基づいて、仮想光源に対応する信号を生成する。
以上が、本実施例におけるリライティング処理の全体の流れである。以下、各ステップにおける処理の詳細について、順に説明する。
In step S <b> 310, the virtual light source
The above is the overall flow of the relighting process in the present embodiment. Hereinafter, details of processing in each step will be described in order.
<被写体の陰影状態の検出処理>
図4を用いて、陰影状態検出部204が、環境光によって生じる被写体の陰影の状態を検出する処理の詳細について説明する。この処理は図3のステップS303、S307に相当する。陰影状態検出部204は、被写体領域抽出部203から入力された被写体領域の画像信号に基づいて、被写体の明るさ情報を算出する。具体的には、図4に示したように、被写体領域を複数の部分(例えば、8×8=64個のブロック)に分割して、分割したブロック毎に輝度平均値を算出する。次に、陰影状態検出部204は、算出した輝度平均値に基づいて、被写体のコントラスト値を算出する。具体的には、分割した複数のブロックのうち、最も平均輝度の高いブロック(402)と最も平均輝度の低いブロック(403)を選び、その平均輝度の比を算出して、コントラスト値として用いる事とする。ただし、輝度信号に加えて、色相や彩度などの色信号をブロック毎に算出して、被写体色が近いブロック間でコントラスト値を算出するようにする。被写体色が近いとは、たとえば色相や彩度などの色信号の値の差が所定値以内であることなどにより判定される。被写体色が近いブロック間でコントラスト値を算出する場合、たとえば、被写体のブロックを被写体色が近いグループに分類し、各グループ内でコントラスト値を算出する。そしてグループ間で最も大きいコントラスト値を最終的なコントラスト値とする。陰影状態検出部204は、算出したコントラスト値を、被写体陰影情報として、目標陰影状態設定部205へ出力する。
<Detection process of shadow state of subject>
Details of processing in which the shadow
また、陰影状態検出部204は、環境光の位置の推定を行う。環境光の位置の推定は、公知の種々の方法を用いる事ができる。例えば、被写体の中で最も明るい領域を検出して、その領域の法線ベクトルを算出し、その方向を環境光が位置する方向として定めても良い。また、人物の顔領域であれば、鼻などの器官を検出し、その陰の位置を検出することにより、環境光の方向を推定するようにしてもよい。陰影状態検出部204は、推定した環境光の位置情報を、仮想光源設定部206へ出力する。
The shadow
<リライティング対象の決定処理>
次に、目標陰影状態設定部205が、被写体陰影情報に基づいて、リライティング対象とする被写体を決定する処理について、詳細を説明する。この処理は図3のステップS304に相当する。
図5に示したのは、画像中に複数の被写体が含まれる場合に、それぞれの被写体のコントラスト値を算出した結果の例を示したものである。図の横軸は、被写体の区別を表し、縦軸はコントラスト値を表す。図中のCa〜Cdはそれぞれ、被写体a〜dのコントラスト値を表す。図に示した通り、Ca<Cb<Cc<Cdの関係がある。
<Relighting target decision process>
Next, the process in which the target shadow
FIG. 5 shows an example of the result of calculating the contrast value of each subject when the image includes a plurality of subjects. In the figure, the horizontal axis represents subject distinction, and the vertical axis represents the contrast value. Ca to Cd in the figure represent the contrast values of the subjects a to d, respectively. As shown in the figure, there is a relationship of Ca <Cb <Cc <Cd.
目標陰影状態設定部205は、コントラスト値が最も低い被写体と、最も高い被写体とを、リライティング補正の対象として選択する。図5に示した場合であれば、被写体aと被写体dとがリライティング補正の対象となり、被写体b、cはリライティング補正の対象としない。このようにすることで、リライティング補正によって陰影の状態を補正する必要が高いと考えられる被写体のみをリライティング補正の対象とする事ができる。一方、それ以外の被写体はリライティング補正を行わないため、撮影時の環境光による陰影の状態を残した画像を生成することができる。
The target shadow
<被写体の目標陰影状態の決定処理>
次に、目標陰影状態設定部205が、リライティング補正の対象として選択した被写体に対する目標陰影状態を決定する処理について、詳細を説明する。この処理は図3のステップS305、S308に相当する。ここでは、被写体のコントラスト値が基準となるコントラストの値に近づくよう目標陰影状態を定める。更に、本実施例での特徴的な処理として、リライティング補正の前後において、被写体のコントラスト値の大小関係が逆転しないよう、それぞれの被写体に対する目標陰影状態を定める。すなわち、補正の前の陰影状態で表される各被写体の陰影の程度と、補正の後の各被写体の陰影の程度の序列が入れ替わらないように、リライティングの対象となる被写体ごとに、目標となる陰影の状態である目標陰影状態を設定する。このようにすることで、見た目に好ましい陰影の状態に近づけるよう補正し、かつ、元の環境光による影響を残した自然な見た目となるよう、リライティング補正を制御することができる。
<Determination processing of target shadow state of subject>
Next, the details of the process in which the target shadow
具体的には、以下のように処理を行う。まず、目標陰影状態設定部205は、基準となるコントラスト値として、被写体コントラスト値の平均値を算出する。算出した平均値の例を図5のCaveに示した。目標陰影状態設定部205は、被写体のコントラスト値がCaveより低ければ(高ければ)、被写体コントラスト値が高く(低く)なるように目標とするコントラスト値を定める。例えば、被写体aの場合であれば、Ca<Caveであるから、被写体コントラスト値が高くなるよう目標陰影状態を設定する。ただし、補正後の被写体aのコントラスト値が、被写体bのコントラスト値Cbより高くならないよう、被写体bのコントラスト値Cbより所定の値ΔCだけ低い値であるCa'=Cb−ΔCを目標陰影状態として決定する。ここで、ΔCは、正の値を持つ定数であり、Cb−Ca≧ΔC>0(条件1)である。あるいはΔCを目標陰影状態としても良い。この場合には目標陰影状態はコントラストの補正量となる。
Specifically, processing is performed as follows. First, the target shadow
同様に、被写体dの場合であれば、Cave<Cdであるから、被写体コントラスト値が低くなるよう目標陰影状態を設定する。ただし、補正後の被写体dのコントラスト値が、被写体cのコントラスト値Ccより低くならないよう、Cd'=Cc+ΔCを目標陰影状態として決定する。すなわち、Cd−Cc≧ΔC>0(条件2)となる。条件1と条件2のいずれをも満たす値がΔCとして選ばれる。目標陰影状態設定部205は、上記の方法により、それぞれの被写体に対して目標とするコントラスト値を決定し、その結果を目標陰影状態として、仮想光源設定部206へ出力する。
Similarly, in the case of the subject d, since Cave <Cd, the target shadow state is set so that the subject contrast value becomes low. However, Cd ′ = Cc + ΔC is determined as the target shadow state so that the corrected contrast value of the subject d does not become lower than the contrast value Cc of the subject c. That is, Cd−Cc ≧ ΔC> 0 (condition 2). A value satisfying both condition 1 and condition 2 is selected as ΔC. The target shadow
<仮想光源の設定値の決定処理>
次に、仮想光源設定部206が、それぞれの被写体の被写体陰影情報と、目標陰影状態とに基づいて、仮想光源の設定値を算出する処理について、詳細を説明する。この処理は図3のステップS306、S309に相当する。図6に示したのは、仮想光源設定部206が行う処理の流れを示したフローチャートである。図6はひとつの被写体に対する処理手順であり、被写体が複数ある場合には各被写体に順次着目して着目被写体に対して図6の処理手順が遂行される。また、図7に示したのは、被写体、環境光、仮想光源の位置関係を表した図である。ここでは、補正対象領域を図4に示したような人物の顔とした場合で説明する。
<Virtual light source setting value determination process>
Next, the details of the process in which the virtual light
図7は被写体上方から俯瞰した状態を表しており、被写体領域701の斜線部はたとえば人物の顔の領域を表したものであり、簡単のため、表面は平面で表している。また、法線ベクトル702は、被写体領域701の向きを表す代表的な法線ベクトルである。代表的な法線ベクトルの算出方法は、公知の様々な方法を用いる事が出来る。例えば、不図示の測距手段により被写体までの距離を測定した結果から、被写体の立体形状を推定し、法線ベクトルを算出する事ができる。また、人物の顔の場合であれば、顔検出部113により、顔、及び、目や鼻などの器官を検出して顔の向きを推定した結果に基づき、法線ベクトルを推定する事もできる。また、被写体の法線ベクトルの代表的な方向は、算出した法線ベクトルを被写体領域全体について平均化することで算出する事ができる。または、リライティングの対象とする被写体領域の中心位置での法線ベクトルを代表的な法線ベクトルとして用いても良い。
FIG. 7 shows a state seen from above the subject. The shaded portion of the
環境光703が、代表的な法線ベクトル702と顔領域701とが交わる座標(画素)710を、陰影状態検出部204が推定した方向から照射している。仮想光704a、704bは、それぞれの位置から座標710を照射する仮想光のイメージである。ここで、法線ベクトル702と仮想光704a,704bの照射方向とが成す角を角α、法線ベクトル702と環境光703の照射方向とが成す角を角βで表す。なお、角αは、仮想光源704a,704bの座標と法線ベクトル702の始点(すなわち法線ベクトル702と被写体領域701との交点710)とを結ぶ直線と、法線ベクトル702とがなす角とも言える。同様に、角βは、環境光源の座標と法線ベクトル702の始点(法線ベクトル702と被写体領域701との交点)とを結ぶ直線と、法線ベクトル702とがなす角とも言える。また、法線ベクトル702と仮想光源704a、704b、環境光703の照射方向とがなす角度は、反時計回りに正の符号、時計回りに負の符号を取るものとする。したがって例えば座標710を原点として法線ベクトル702の角度を基準(すなわち0)とすれば、法線ベクトル702と環境光704bの照射方向とが成す角は−αと表せる。また法線ベクトル702と環境光704aの照射方向とが成す角は+αと表せる。
The
なお、ここで説明する光源の方向とは図7に例示したように平面上における方向であるが、この方向を、たとえば被写体を平面としてとらえた場合に、その被写体面に直交し、かつ互いに直交する2つの平面内で定めれば、三次元空間における光源の方向を定めることができる。たとえば三次元直交座標系において、交点710を原点、被写体面をY−Z平面とした場合、X−Y平面とZ−X平面それぞれの上で光源の方向を決めることで、三次元空間における光源の方向を定めることができる。
Note that the direction of the light source described here is a direction on a plane as illustrated in FIG. 7, but this direction is orthogonal to the subject plane and orthogonal to each other when the subject is considered as a plane, for example. If determined in two planes, the direction of the light source in the three-dimensional space can be determined. For example, in the three-dimensional orthogonal coordinate system, when the
<仮想光源の設定値の決定処理手順>
図6のフローチャートを用いて、処理の流れを説明する。ここでは、仮想光源設定部206が、仮想光源の設定値として、仮想光源の位置(光を照射する方向)を算出する場合で説明する。したがって図6の各ステップの実行主体は仮想光源設定部206である。
ステップS601では、ステップS305で決定した目標コントラスト値の情報を、目標陰影状態設定部205より取得する。
ステップS602では、ステップS303で検出した、環境光によって生じた被写体コントラスト値を、陰影状態検出部204から取得する。またステップS303では環境光の位置も陰影状態検出部204により検出されており、被写体コントラスト値と共に当該被写体に対する環境光の位置情報も併せて取得する。
ステップS603では、目標コントラスト値と被写体コントラスト値とを比較し、被写体コントラスト値が目標コントラスト値より高いか否かを判定する。被写体コントラスト値が目標コントラスト値より高いと判定した場合はステップS604へ進み、そうでない場合はステップS605へ進む。
ステップS604へ進む場合は、環境光によって被写体領域に暗い陰影が生じ、目標とするコントラスト値よりも被写体コントラスト値が高くなっている場合に対応する。このため、ステップS604で仮想光源設定部206は、被写体に対して、仮想光源と環境光とが異なる側から照射されるよう、仮想光源の位置(方向)を算出する。環境光と異なる側とは、たとえば被写体の法線を挟んで環境光源とは反対側を指す。具体的には、角αの符号が角βの符号とは逆となり、角αの絶対値が45°となるよう、仮想光の照射方向を決定する。
<Virtual light source setting value determination processing procedure>
The flow of processing will be described using the flowchart of FIG. Here, a case where the virtual light
In step S <b> 601, the target contrast value information determined in step S <b> 305 is acquired from the target shadow
In step S <b> 602, the subject contrast value generated by the ambient light detected in step S <b> 303 is acquired from the shadow
In step S603, the target contrast value is compared with the subject contrast value to determine whether the subject contrast value is higher than the target contrast value. If it is determined that the subject contrast value is higher than the target contrast value, the process proceeds to step S604; otherwise, the process proceeds to step S605.
The case where the process proceeds to step S604 corresponds to a case where a dark shadow is generated in the subject area due to the ambient light and the subject contrast value is higher than the target contrast value. For this reason, in step S604, the virtual light
ここで、角αの絶対値を45°としたのは、一般的な被写体に対して、法線ベクトル602に対して45°の角度から照射すると適切なコントラストとなる場合が多いことによる。ただし、これは単なる例であり、被写体の陰の部分を仮想光によって明るく補正し、被写体領域のコントラストを下げることができれば、これに限定されない。図7の例であれば、ステップS604では仮想光704bが設定される。ここで仮想光704bの照射方向を、法線ベクトル702を対称軸として環境光703と対称となる方向(−β)としても良い。なおここでは法線ベクトル702の角度を0としている。また、他の例として、45°±10°、好ましくは45°±5°の範囲で設定しても良い。リライティング処理後の被写体コントラスト値を算出して、その値が最も目標コントラスト値に近づくよう照射方向を決定するようにしても良い。仮想光の照射方向を算出すると、仮想光源設定部206は処理をS608へ進める。
Here, the reason why the absolute value of the angle α is set to 45 ° is that an appropriate contrast is often obtained when a normal subject is irradiated from an angle of 45 ° with respect to the
一方ステップS605では、被写体コントラスト値が所定の閾値以下であるか否かを判定する。所定の閾値以下であると判定した場合はステップS606へ進み、そうでない場合はステップS607へ進む。
ステップS606へ進む場合は、被写体コントラスト値が目標とするコントラスト値より低く、さらに、環境光が被写体に対してほぼ一様に照射されており、環境光による陰影がほとんど生じていない場合に対応する。この場合、仮想光源設定部206は、ステップS606で仮想光の照射方向が法線ベクトル702となす角αの絶対値が45°となるように、仮想光の照射方向を決定する。角αの符号は正負何れでも構わないので、角αは、45°と−45°の2通りの値となる。ただし、角αの絶対値を45°としたのは、好ましい値の一例であり、被写体領域の一部を仮想光源によって明るく補正し、被写体領域のコントラストを上げる事ができれば、これに限定されない。例えば、リライティング処理後の被写体コントラスト値を算出して、その値が最も目標コントラスト値に近づくよう照射方向を決定するようにしても良い。仮想光の照射方向を算出すると、仮想光源設定部206は処理をS608へ進める。
On the other hand, in step S605, it is determined whether the subject contrast value is equal to or less than a predetermined threshold value. When it determines with it being below a predetermined threshold value, it progresses to step S606, and when that is not right, it progresses to step S607.
The case where the process proceeds to step S606 corresponds to a case where the subject contrast value is lower than the target contrast value, and the ambient light is irradiated almost uniformly on the subject, and there is almost no shadow due to the ambient light. . In this case, the virtual light
S607へ進む場合は、環境光によってある程度被写体に陰影が生じているが、目標のコントラストは得られていない場合である。従って、仮想光源設定部206は、ステップS607で、仮想光の照射方向が法線ベクトル702となす角αの符号が、環境光の照射方向が法線ベクトル702となす角βと同一符号で、角αの絶対値が45°となるように、仮想光の照射方向を決定する。ただし、角αの絶対値を45°としたのは、好ましい値の一例であり、被写体領域の一部を仮想光源によって明るく補正し、被写体領域のコントラストを上げる事ができれば、これに限定されない。例えば、角αの絶対値を角βの絶対値を基準として算出しても良い。具体的には、角αの絶対値を、|β|±15°、好ましくは|β|±10°、さらに好ましくは|β|±5°としても良い。ここで±は範囲を示していてもよい。あるいは、α=β、すなわち、環境光と同じ照射方向を仮想光の照射方向として決定してもよい。又は、リライティング処理後の被写体コントラスト値を算出して、その値が最も目標コントラスト値に近づくよう照射方向を決定するようにしても良い。仮想光の照射方向を決定すると、仮想光源設定部206は処理をS608へ進める。
The process proceeds to S607 when the subject is shaded to some extent by the ambient light, but the target contrast is not obtained. Therefore, in step S607, the virtual light
ステップS608では、算出した仮想光源の配置を、仮想光源の位置の設定値として、仮想光源信号付加部207へ出力する。なお、被写体aに対する補正量(△C)と被写体dに対する補正量(△C)は必ずしも同じでなくても良い。
In step S608, the calculated arrangement of the virtual light source is output to the virtual light source
以上、説明した通り、仮想光源設定部206は、補正対象領域のそれぞれに対して、その陰影状態に応じた仮想光源の設定値を算出し、仮想光源信号付加部207へ出力する。なお交点710から光源までの距離Dについては、たとえば定数で与えてもよい。仮想光源の方向や強度といった設定は、後述するリライティングによる被写体の補正前の陰影状態と、補正後の陰影状態との大小関係(あるいは強弱関係)が逆転しないように決定される。すなわち、たとえば図5の例で説明すれば、Cb−Ca≧ΔC>0(条件1)と、Cd−Cc≧ΔC>0(条件2)とを満たすコントラストすなわち陰影状態の補正量ΔCが得られるように、仮想光源の設定を定める。そのためには、たとえば、被写体の最も明るい領域の輝度は仮想光源によって変化しないものと仮定し、目標コントラスト値を得るための、当該被写体の最も暗い領域の目標輝度を算出する。そして、後述する数式1にしたがってその最も暗い領域の補正前の輝度を目標輝度に補正するための仮想光源の強度及び距離を決定する。その際、仮想光源の方向(法線に対する角度)は決定されているものとする。ここで、被写体の最も明るい領域の輝度は仮想光源によって変化しないものと仮定したが、この領域の輝度も仮想光源によって増加することがあり得る。この場合には、補正後のコントラスト値は目標コントラスト値よりも大きくなる可能性があるので、決定した仮想光源の強度または距離から、所定値を減じておいてもよい。
As described above, the virtual light
<仮想光源を用いたリライティング処理>
次に、仮想光源信号付加部207での、仮想光源を用いたリライティング処理について説明する。この処理は図3のステップS310に相当する。本実施例では、仮想光源によって照射された処理対象画素の出力RGB値(Rout、Gout、Bout)は、下記の式で算出するものとする。
<Relighting process using virtual light source>
Next, relighting processing using a virtual light source in the virtual light source
Rout=[Rt+A×cos(α)×(1/D^2)×Rv]/M
Gout=[Gt+A×cos(α)×(1/D^2)×Gv]/M ... (数式1)
Bout=[Bt+A×cos(α)×(1/D^2)×Bv]/M
ただし、|α|≦90°であり、|α|>90°であれば、仮想光源からの光で照らされないので、出力値は処理対象の画素値のままとする。(Rt、Gt、Bt)は処理対象の画素値、Aは仮想光源の強度(すなわち仮想光源の発する仮想的な照明光の強度)を表す所定の定数、Dは仮想光源と被写体までの距離、(Rv、Gv、Bv)は光源反射色を表す。光源反射色は、仮想光源が被写体表面で反射した時の反射色を、予め設定された仮想光源色と被写体色とによって推定した色である。Mはリライティング後の出力RGB値を正規化するための予め設定された定数である。角度αは、仮想光源設定部206が決定した仮想光源の方向と、対象画素における被写体の法線ベクトルの成す角である。数式1では、A×cos(α)×(1/D^2)は、仮想光源の被写体面における強度であり、その値は、被写体面における仮想光源からの光の強度のうち、仮想光源からの光の被写体面に直交する強度成分が、仮想光源の距離に反比例するものとして算出されている。そして、算出した値に光源反射色を乗じて画素値に加算し、正規化した値が着目画素の画素値として算出される。
Rout = [Rt + A × cos (α) × (1 / D ^ 2) × Rv] / M
Gout = [Gt + A × cos (α) × (1 / D ^ 2) × Gv] / M (Formula 1)
Bout = [Bt + A × cos (α) × (1 / D ^ 2) × Bv] / M
However, if | α | ≦ 90 ° and | α |> 90 °, the light is not illuminated by the light from the virtual light source, so the output value remains the pixel value to be processed. (Rt, Gt, Bt) is a pixel value to be processed, A is a predetermined constant representing the intensity of the virtual light source (that is, the intensity of virtual illumination light emitted from the virtual light source), D is the distance between the virtual light source and the subject, (Rv, Gv, Bv) represents the light source reflection color. The light source reflection color is a color obtained by estimating the reflection color when the virtual light source is reflected on the subject surface by the preset virtual light source color and subject color. M is a preset constant for normalizing the output RGB value after relighting. The angle α is an angle formed by the direction of the virtual light source determined by the virtual light
ここで、角度αを算出する際に、リライティング対象画素の各画素に対して被写体の法線ベクトルを算出して、角度αを算出するようにしても良い。又は、図4に示したように被写体領域を複数のブロックに分割し、ブロック毎に算出した法線ベクトルに基づいて、角度αを算出するようにしても良い。又は、人物の顔のように被写体の3次元形状が予め分かっている場合には、対象画素が顔領域中でどこの位置であるかに基づいて、法線ベクトルの方向を推定し、角度αを算出するようにしても良い。また、仮想光源の強度Aは、被写体コントラスト値と目標コントラストの差分ΔCまたは−ΔCに応じて決定すれば良い。また仮想光源の距離Dは所定の距離としてもよい。距離Dを一定の距離とするならば、1/D^2は定数となるので、A×(1/D^2)を定数として与えることもできる。この場合A×(1/D^2)の値は、被写体コントラスト値と目標コントラストの差分|ΔC|(これをコントラスト調整量あるいは陰影状態調整量と呼ぶ)に応じて決定すれば良い。たとえば数式1によって変更した画素値から被写体ごとにステップS303の要領でコントラスト値を算出し、そのコントラスト値が目標コントラスト値になるようにA×(1/D^2)及び定数Mは決められる。A×(1/D^2)をあらかじめ決めておき、定数Mにより調整してもよいし、その逆でもよい。 Here, when calculating the angle α, the normal α of the subject may be calculated for each pixel of the relighting target pixel to calculate the angle α. Alternatively, as shown in FIG. 4, the subject region may be divided into a plurality of blocks, and the angle α may be calculated based on the normal vector calculated for each block. Alternatively, when the three-dimensional shape of the subject is known in advance, such as a human face, the direction of the normal vector is estimated based on where the target pixel is in the face region, and the angle α is set to It may be calculated. The intensity A of the virtual light source may be determined according to the difference ΔC or −ΔC between the subject contrast value and the target contrast. The distance D of the virtual light source may be a predetermined distance. If the distance D is a constant distance, 1 / D ^ 2 is a constant, so A * (1 / D ^ 2) can also be given as a constant. In this case, the value of A × (1 / D ^ 2) may be determined according to the difference | ΔC | between the subject contrast value and the target contrast (this is called the contrast adjustment amount or the shadow state adjustment amount). For example, the contrast value is calculated for each subject from the pixel value changed by Equation 1 in the manner of step S303, and A × (1 / D ^ 2) and the constant M are determined so that the contrast value becomes the target contrast value. A × (1 / D ^ 2) may be determined in advance and adjusted by a constant M, or vice versa.
本実施例の構成をまとめると、以下のようになる。
1)入力画像中の被写体を検出する。
2)各被写体のコントラスト値を検出する。
3)検出したコントラスト値が最大の被写体と最小の被写体とを補正対象の被写体として選択し、選択したコントラスト値が最大の被写体についてはコントラスト値を下げ、コントラスト値が最小の被写体についてコントラスト値を上げるように目標コントラスト値を設定する。このとき、入力画像中の各被写体のコントラスト値の順序が維持されるよう目標コントラスト値は決定される。
4)補正対象の被写体のコントラスト値が目標コントラスト値になるよう仮想光源を設定する。
5)仮想光源を用いて補正対象の被写体の明るさを補正する。
The configuration of this embodiment is summarized as follows.
1) Detect a subject in the input image.
2) The contrast value of each subject is detected.
3) Select the subject with the largest detected contrast value and the subject with the smallest contrast as the subject to be corrected, lower the contrast value for the subject with the largest selected contrast value, and raise the contrast value for the subject with the smallest contrast value. The target contrast value is set as follows. At this time, the target contrast value is determined so that the order of the contrast values of the subjects in the input image is maintained.
4) The virtual light source is set so that the contrast value of the subject to be corrected becomes the target contrast value.
5) The brightness of the subject to be corrected is corrected using a virtual light source.
以上説明したように、本実施例では、複数の被写体領域を対象にリライティング補正を行う際に、被写体の陰影状態を比較した結果に基づいて、それぞれの被写体に対するリライティング補正の目標とする目標陰影状態を決定するように制御した。これにより、複数の被写体が含まれる画像に対してリライティング補正を行う際に、リライティング補正によって、被写体間での陰影の状態が逆転して不自然な画像になることを避ける事が可能となる。 As described above, in this embodiment, when relighting correction is performed on a plurality of subject areas, based on the result of comparing the shadow states of the subjects, the target shadow state that is the target of relighting correction for each subject. Was controlled to determine. As a result, when relighting correction is performed on an image including a plurality of subjects, it is possible to prevent the shadowing state between subjects from being reversed and resulting in an unnatural image due to the relighting correction.
[変形例1]
なお、本実施例では、検出された複数の被写体の全てに対して、陰影の状態を検出する場合で説明したが、本発明は、リライティング処理での陰影の状態の検出方法を、これに限定するものではない。例えば、検出した複数の被写体のうち、画像中に占める面積が所定の閾値以上の被写体のみを選んで、陰影の状態を検出するようにしても良い。又は、被写体のうち、陰影が生じている領域の輪郭の特性を検出してもよい。たとえば、被写体が人物の顔である場合は、その輪郭に基づいて正面向きの顔と横向きの顔とを判別し、顔の向きが正面に近い被写体のみを選んで、横向きに近い被写体は除外し、陰影の状態を検出するようにしても良い。
[Modification 1]
In this embodiment, the case where the shadow state is detected for all of the plurality of detected subjects has been described. However, the present invention is limited to the method for detecting the shadow state in the relighting process. Not what you want. For example, only a subject whose area in the image occupies a predetermined threshold or more may be selected from a plurality of detected subjects, and the shadow state may be detected. Or you may detect the characteristic of the outline of the area | region where the shadow has arisen among the to-be-photographed objects. For example, if the subject is a person's face, the front face and the side face are discriminated based on the contour, and only those subjects whose face direction is close to the front are selected, and subjects that are close to the side are excluded. The shadow state may be detected.
[変形例2]
また、本実施例では、複数の被写体のうち、最もコントラスト値が低い(高い)被写体を、リライティング補正の対象とする場合で説明したが、本発明は、リライティング補正の対象の決定方法をこれに限定するものではない。すなわち、複数の被写体の陰影の状態を比較して、リライティング補正の対象を決定する方法であれば、どのような方法を用いても構わない。例えば、予め定められた所定の基準値と比較し、基準値と被写体コントラスト値の差分が所定の大きさを超えている場合に、その被写体をリライティング補正の対象として選択するようにしても良い。また、複数の被写体のうち、コントラスト値が複数の被写体の平均値より低い(高い)被写体を、リライティング補正の対象として選択するようにしても良い。また、複数の被写体のうち、最も主要な被写体の被写体コントラスト値と比べて、コントラスト値が低い(高い)被写体を、リライティング補正の対象として選択するようにしても良い。最も主要な被写体は、たとえば最も大きな面積の被写体や、検出された顔、あるいは焦点の合っている被写体などであってよい。焦点の合い具合はたとえばエッジ抽出などにより判定できる。また、画像中で近接する被写体同士を比較して、コントラスト値が低い(高い)被写体を、リライティング補正の対象として選択するようにしても良い。
[Modification 2]
Further, in this embodiment, the description has been given of the case where the subject having the lowest (highest) contrast value among the plurality of subjects is the target of the relighting correction. However, the present invention provides a method for determining the target of the relighting correction. It is not limited. That is, any method may be used as long as it is a method for determining the relighting correction target by comparing the shaded states of a plurality of subjects. For example, the subject may be selected as a relighting correction target when the difference between the reference value and the subject contrast value exceeds a predetermined magnitude compared with a predetermined reference value. In addition, among a plurality of subjects, a subject whose contrast value is lower (higher) than the average value of the plurality of subjects may be selected as a relighting correction target. In addition, among a plurality of subjects, a subject having a contrast value lower (higher) than the subject contrast value of the main subject may be selected as a relighting correction target. The most main subject may be, for example, the subject with the largest area, the detected face, or the subject in focus. The degree of focus can be determined by, for example, edge extraction. Further, subjects close to each other in the image may be compared, and a subject having a low (high) contrast value may be selected as a relighting correction target.
また、他の被写体と比べて、陰影の状態が大きく異なる被写体すなわち、たとえばコントラスト値が、他の被写体のコントラスト値から所定の閾値以上の差がある被写体を、リライティング補正の対象から除外するように制御しても良い。このようにすることで、陰影の状態が他の被写体と大きく異なるため、リライティング補正を行うと補正量が大きくなり、ノイズ成分が強調されるような弊害が生じないよう制御することができる。 Also, subjects whose shadows are significantly different from those of other subjects, that is, subjects whose contrast value is different from the contrast value of other subjects by a predetermined threshold or more, are excluded from the relighting correction target. You may control. By doing so, the shaded state is greatly different from that of other subjects, so that when relighting correction is performed, the correction amount becomes large, and control can be performed so as not to cause a harmful effect such that the noise component is emphasized.
[変形例3]
また、本実施例では、目標とする陰影の状態を定める際に、複数の被写体コントラスト値の平均値を基準として用いる場合で説明したが、被写体の陰影状態を比較した結果に基づいて、目標値を決定する方法であれば、どのようなものを基準として用いても構わない。例えば、予め定められた所定のコントラスト値を基準として、それぞれの被写体に対する目標コントラスト値を定めても良い。また、複数の被写体のうち、最も主要な被写体のコントラスト値を基準として用いても良い。
[Modification 3]
Further, in the present embodiment, the case where the average value of a plurality of subject contrast values is used as a reference when determining the target shadow state has been described, but the target value is based on the result of comparing the shadow states of the subject. Any method may be used as a reference as long as it is a method for determining the value. For example, the target contrast value for each subject may be determined using a predetermined contrast value as a reference. Further, the contrast value of the most main subject among a plurality of subjects may be used as a reference.
[変形例4]
また、本実施例では、リライティングの対象として選択した被写体の補正後の被写体コントラスト値と、リライティングの対象外の被写体の被写体コントラスト値の関係を用いて、目標陰影状態を設定する場合で説明したが、目標陰影状態の設定方法はこれに限定されるものではない。例えば、複数の被写体が共にリライティングの対象として選択されている場合、補正前の被写体コントラスト値の大小関係が、補正後にも保たれるよう目標陰影状態を設定するようにしても良い。
[Modification 4]
In the present embodiment, the target shadow state is set by using the relationship between the corrected subject contrast value of the subject selected as the relighting target and the subject contrast value of the subject other than the relighting target. The method for setting the target shadow state is not limited to this. For example, when a plurality of subjects are selected as relighting targets, the target shadow state may be set so that the magnitude relationship between the subject contrast values before correction is maintained even after correction.
[変形例5]
また、本実施例では、リライティング補正の目標値を、被写体のコントラスト値とし、他の被写体とのコントラスト値との大小関係が逆転しないよう設定する場合で説明したが、リライティング補正の目標値の決定方法はこれに限定されるものではない。すなわち、複数の被写体の陰影の状態を比較した結果を用いて、リライティング補正の目標値を決定する方法であれば、どのようなものを用いても構わない。例えば、リライティング補正の目標として、被写体の陰の領域の位置を定めるようにしても良い。そして、複数の被写体について、それぞれの被写体での陰の領域の位置(例えば、被写体が人物の顔であれば、顔の上下左右のどちら側が陰の領域であるか)を判定し、その位置が他の被写体と異ならないようリライティング補正の目標値を定める。また、陰影の状態を表す情報として、被写体の明るさの情報を用いるようにしても良い。具体的には、複数の被写体について、それぞれの被写体の領域における平均的な明るさを算出し、リライティング補正の前後において、被写体間で明るさの大小関係が逆転しないよう、リライティング補正の目標値を定めても良い。
[Modification 5]
In the present embodiment, the target value for relighting correction is set as the contrast value of the subject and the magnitude relationship with the contrast value with other subjects is set so as not to reverse, but the target value for relighting correction is determined. The method is not limited to this. In other words, any method may be used as long as it is a method for determining a target value for relighting correction using a result obtained by comparing shade states of a plurality of subjects. For example, the position of the shadow area of the subject may be determined as a relighting correction target. Then, for a plurality of subjects, the position of the shadow area in each subject is determined (for example, if the subject is a human face, which side of the face is the shadow region) A target value for relighting correction is determined so as not to differ from other subjects. Further, information on the brightness of the subject may be used as information representing the state of the shadow. Specifically, for multiple subjects, the average brightness in each subject area is calculated, and the target value for relighting correction is set so that the brightness relationship between subjects does not reverse before and after relighting correction. It may be determined.
[変形例6]
また、被写体の陰の領域を検出し、その境界の特性を表す情報を被写体の陰影の状態を表す情報として用いても良い。具体的には、被写体の陰の領域の境界の明るさ勾配を算出し、その値が他の被写体と比べて同程度の値となるよう、仮想光源の位置や仮想的な照明光の拡散特性を定めるようにしても良い。また、被写体領域中の陰の領域の面積を算出し、その結果を被写体の陰影の状態を表す情報として用い、その値を他の被写体と比べた結果に基づいて、リライティング補正を制御するようにしても良い。
[Modification 6]
Alternatively, a shadow area of the subject may be detected, and information representing the boundary characteristics may be used as information representing the shadow state of the subject. Specifically, the brightness gradient of the boundary of the shadow area of the subject is calculated, and the position of the virtual light source and the diffusion characteristics of the virtual illumination light so that the value is comparable to that of other subjects May be determined. Also, the area of the shadow area in the subject area is calculated, the result is used as information representing the shadow state of the subject, and the relighting correction is controlled based on the result of comparing the value with other subjects. May be.
[変形例7]
また、本実施例では、複数の被写体のそれぞれに対して、別個に目標とする陰影の状態を定める場合で説明したが、本発明は、目標とする陰影の状態を定める方法を、これに限定するものではない。すなわち、複数の被写体の陰影の状態を比較して、それぞれの被写体に対する目標陰影状態を定める方法であれば、どのようなものを用いても構わない。例えば、複数の被写体に対して、陰影の状態を比較する事で環境光の当たり方を推定し、環境光の当たり方が近い被写体同士をグループ化し、グループ毎に目標とする陰影の状態を定めるようにしても良い。
[Modification 7]
In this embodiment, the case where the target shadow state is separately determined for each of the plurality of subjects has been described. However, the present invention limits the method of determining the target shadow state to this. Not what you want. That is, any method may be used as long as it compares the shadow states of a plurality of subjects and determines the target shadow state for each subject. For example, by comparing the shadow conditions of multiple subjects, the method of estimating ambient light is estimated, and subjects with similar environmental light exposure are grouped together, and the target shadow status is determined for each group. You may do it.
[変形例8]
また、本実施例では、仮想光源の設定として、仮想光源の位置を制御する場合で説明したが、本発明は、仮想光源の設定の制御方法をこれに限定するものではない。例えば、仮想光源の強度、色、個数、形状のパラメータを制御し、被写体の陰影の状態が、目標陰影状態に近づくようリライティング補正を制御するようにしても良い。
[Modification 8]
Further, in this embodiment, the case where the position of the virtual light source is controlled as the setting of the virtual light source has been described. However, the present invention is not limited to this method of controlling the setting of the virtual light source. For example, the parameters of the intensity, color, number, and shape of the virtual light source may be controlled to control the relighting correction so that the shadow state of the subject approaches the target shadow state.
[変形例9]
本実施例の数式1において、定数Mの値が1から離れすぎると、本来近似した色を有する近隣画素の画素値の差が拡大されて境界線を生じてしまうことがある。たとえばα=±90°付近で仮想光源によって補正した画素値(cosα≒0なので例えばRout≒Rt/M)と、その付近にあって|α|>90°となるために補正対象とならない画素値(例えばRout=Rt)との差が、近隣の画素でありながら大きくなることがあり得る。これにより元々画像中には無いはずの境界線が現れてしまうこともあり得る。そこで例えば正規化定数Mで除するのは元の画素値に加算する補正値(あるいは補正量)のみとし、例えばR成分であれば、Rout=Rt+[A×cos(α)×(1/D^2)×Rv]/Mなどとしてもよい。
[Modification 9]
In Formula 1 of the present embodiment, if the value of the constant M is too far from 1, the difference between the pixel values of neighboring pixels that originally have approximate colors may be enlarged and a boundary line may be generated. For example, a pixel value corrected by a virtual light source in the vicinity of α = ± 90 ° (for example, Rout≈Rt / M because cos α≈0), and a pixel value that is in the vicinity and is not subject to correction because | α |> 90 °. The difference from (for example, Rout = Rt) can be large while being a neighboring pixel. As a result, a boundary line that should not originally exist in the image may appear. Therefore, for example, only the correction value (or correction amount) added to the original pixel value is divided by the normalization constant M. For example, in the case of the R component, Rout = Rt + [A × cos (α) × (1 / D 2) × Rv] / M or the like.
[変形例10]
またたとえば、仮想光源は被写体ごとに一つとし、次のように補正してもよい。被写体領域ごとにたとえばその重心位置を代表画素と定め、その法線ベクトルを被写体の代表法線ベクトルとする。そしてその被写体の仮想光源の位置(方向)は、代表法線ベクトルに対して設定する。ここで代表法線ベクトルに対する仮想光源の方向を角度α0で表す。そして被写体領域に属する画素pの法線ベクトルに対する仮想光源の角度αpを、代表法線ベクトルと画素pの法線ベクトルとが成す角度γpを角度α0から差し引いたα0−γpとして算出し、このαpを、実施例の数式1の角度αとして適用する。このようにすることで、被写体を構成する面の方向に応じて、その面を照射する仮想光源の光量を求めることができ、より高精度の補正が可能となる。なお計算量を減らすために、画素ごとではなく、たとえば被写体領域内にあって輝度の差が所定範囲内にある画素群から成る連続した領域ごとに法線ベクトルを定めてもよい。
[Modification 10]
Further, for example, one virtual light source may be provided for each subject, and correction may be performed as follows. For example, the position of the center of gravity is determined as a representative pixel for each subject area, and the normal vector is set as the representative normal vector of the subject. The position (direction) of the virtual light source of the subject is set with respect to the representative normal vector. Here, the direction of the virtual light source with respect to the representative normal vector is represented by an angle α0. Then, the angle αp of the virtual light source with respect to the normal vector of the pixel p belonging to the subject area is calculated as α0−γp obtained by subtracting the angle γp formed by the representative normal vector and the normal vector of the pixel p from the angle α0, and this αp Is applied as the angle α in Equation 1 of the embodiment. By doing in this way, according to the direction of the surface which comprises a to-be-photographed object, the light quantity of the virtual light source which irradiates the surface can be calculated | required, and more highly accurate correction | amendment is attained. In order to reduce the amount of calculation, the normal vector may be determined not for each pixel but for each continuous area including a group of pixels within the subject area and having a luminance difference within a predetermined range.
以下、図8,9を参照して、本発明の第二の実施例における、デジタルカメラについて説明する。第一の実施例では、複数の被写体に対し、被写体の陰影の状態を比較した結果を用いて、それぞれの被写体にリライティング補正の目標とする目標陰影状態を設定する場合で説明した。第二の実施例では、被写体の陰影の状態を比較した結果を用いて、それぞれの被写体に目標陰影状態を設定するか、複数の被写体で共通の目標陰影状態を設定するかを判定する場合の方法を説明する。第二の実施例における、デジタルカメラの全体構成、画像処理部の構成、及び、リライティング処理全体の流れは、それぞれ、図1、2、3に示した第一の実施例の場合と同様であるため、説明は省略する。 Hereinafter, a digital camera according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, a case has been described in which a target shadow state that is a target of relighting correction is set for each subject using a result of comparison of the shadow states of the subject for a plurality of subjects. In the second embodiment, the result of comparing the shadow states of the subjects is used to determine whether to set a target shadow state for each subject or to set a common target shadow state for a plurality of subjects. A method will be described. The overall configuration of the digital camera, the configuration of the image processing unit, and the overall relighting process in the second embodiment are the same as those in the first embodiment shown in FIGS. Therefore, explanation is omitted.
第二の実施例では、図3のステップS305における目標陰影状態の決定方法が、第一の実施例の場合と異なる。図8を参照して、第二の実施例における目標陰影状態の決定方法を、詳細に説明する。図8の手順は、目標陰影状態設定部205により実行される。
In the second embodiment, the method for determining the target shadow state in step S305 in FIG. 3 is different from that in the first embodiment. With reference to FIG. 8, the determination method of the target shadow state in the second embodiment will be described in detail. The procedure in FIG. 8 is executed by the target shadow
ステップS801では、目標陰影状態設定部205が、リライティング対象として選択された被写体のコントラスト値を比較し、その最大値と最小値との差分を算出する。
ステップS802では、目標陰影状態設定部205が、算出した差分値と、予め定められた所定のコントラスト差分閾値とを比較し、差分値がコントラスト差分閾値より小さいか判定する。差分値がコントラスト差分閾値より小さいと判定した場合は、ステップS803へ進む。差分値がコントラスト差分閾値以上と判定した場合は、ステップS806へ進む。
In step S801, the target shadow
In step S802, the target shadow
ステップS803では、目標陰影状態設定部205が、リライティング補正の対象として選択された被写体の明るさを比較し、その最大値と最小値との差分を算出する。
ステップS804では、目標陰影状態設定部205が、算出した差分値と、予め定められた所定の明るさ差分閾値とを比較し、差分値が明るさ差分閾値より小さいか判定する。差分値が明るさ差分閾値より小さいと判定した場合は、ステップS805へ進む。差分値が明るさ差分閾値以上と判定した場合は、ステップS806へ進む。
In step S803, the target shadow
In step S804, the target shadow
ステップS805へ進む場合は、環境光によって生じている被写体の陰影の状態が、被写体間で近い状態である場合に対応する。この場合は、ステップS805では、目標陰影状態設定部205が、複数の被写体に対し、共通の目標陰影状態を設定する。共通の目標陰影状態としては、予め定められた見た目に好ましい陰影の状態を用いるようにすれば良い。
The case where the process proceeds to step S805 corresponds to a case where the shadow of the subject caused by the ambient light is close to the subject. In this case, in step S805, the target shadow
ステップS806へ進む場合は、環境光の当たり方が被写体によって大きく異なる場合に対応する。この場合に、複数の被写体に対して共通の目標陰影状態を設定し、リライティング補正を行うと、撮影時の環境光の当たり方と大きく陰影状態が変わる被写体が生じることとなり、不自然な印象の画像となる場合がある。このため、ステップS806では、目標陰影状態設定部205が、複数の被写体に対し、被写体毎に目標陰影状態を設定することとする。被写体毎の目標値としては、予め代表的な光源や撮影環境下での見た目に好ましい陰影の状態を複数定めておき、その値を用いるようにすれば良い。その際には、予め複数定められている陰影の状態の中で、被写体の陰影の状態が最も近いものを選択するようにする。
The case where the process proceeds to step S806 corresponds to a case where the manner in which the ambient light strikes varies greatly depending on the subject. In this case, if a common target shadow state is set for multiple subjects and relighting correction is performed, a subject whose shadow state changes greatly from the way the ambient light strikes during shooting will result in an unnatural impression. May be an image. For this reason, in step S806, the target shadow
以上の処理により、それぞれの被写体に対する目標陰影状態を定めた後の仮想光源の設定値を定める処理、仮想光源に対応する画像信号を付加する処理の内容は、第一の実施例の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。 The content of the processing for determining the setting value of the virtual light source after determining the target shadow state for each subject by the above processing and the processing for adding the image signal corresponding to the virtual light source are the same as in the case of the first embodiment. Therefore, detailed description is omitted.
以上、説明した通り、本実施例では、複数の被写体領域を対象にリライティング補正を行う際に、被写体の陰影の状態を比較した結果を用いて、被写体毎に目標陰影状態を定めるか、被写体間で共通の目標陰影状態を定めるかを選択する方法を説明した。これにより、複数の被写体を共通の陰影状態へと補正すると不自然な画像になる場合は、被写体毎に目標陰影状態を定めることとなり、自然なリライティング結果を得ることが可能となる。逆に、被写体ごとに目標陰影状態を定めると、被写体ごとの陰影状態のばらつきが大きくなり不自然となるような画像については、共通の目標陰影状態を定めることで、その不自然さを解消できる。 As described above, in this embodiment, when relighting correction is performed on a plurality of subject areas, a target shadow state is determined for each subject using the result of comparing the shaded state of the subject, or between subjects. Explained how to select whether to define a common target shadow state. As a result, when a plurality of subjects are corrected to a common shadow state and an unnatural image is obtained, a target shadow state is determined for each subject, and a natural relighting result can be obtained. Conversely, if the target shadow state is determined for each subject, the unnaturalness can be eliminated by defining a common target shadow state for an image in which the variation of the shadow state for each subject increases and becomes unnatural. .
[変形例1]
なお、本実施例では、コントラストと明るさの差分に基づいて、目標陰影状態を被写体間で共通にするか否かを判定する場合で説明したが、複数の被写体の陰影の状態を比較した結果に基づいて、目標陰影状態の決定方法を制御する方法であれば、どのようなものを用いても構わない。例えば、被写体の明るさ、コントラストのいずれか一方のみを用いて判定してもよい。また例えば、被写体の明るさ、コントラストに加えて、影の向きや被写体の色情報も用いて、被写体間で同一の環境光が当たっているか、互いに異なる環境光が当たっているかを判定するようにしても良い。この場合、同一の環境光が当たっていると判定された場合は、被写体間で共通の目標陰影状態を設定し、異なる環境光が当たっていると判定された場合は、それぞれに当たっている環境光に適した目標陰影状態を被写体毎に設定するようにする。このようにすることで、元の環境光による特性を残しながら、より見た目に好ましくなるようリライティング補正を行う事が可能となる。
[Modification 1]
In this embodiment, the case where it is determined whether or not the target shadow state is made common among the subjects based on the difference between the contrast and the brightness is described. However, the result of comparing the shadow states of a plurality of subjects. Any method may be used as long as it is a method for controlling the method for determining the target shadow state based on the above. For example, the determination may be made using only one of the brightness and contrast of the subject. Further, for example, in addition to the brightness and contrast of the subject, the shadow direction and subject color information are also used to determine whether the subject is exposed to the same ambient light or different ambient light. May be. In this case, if it is determined that the same ambient light is shining, a common target shadow state is set between the subjects, and if it is determined that different ambient light is shining, the ambient light shining on each of the subjects is set. A suitable target shadow state is set for each subject. By doing so, it becomes possible to perform relighting correction so as to be more visually appealing while retaining the characteristics due to the original ambient light.
[変形例2]
また、複数の被写体の陰影の状態を比較し、その中で見た目に好ましい陰影の状態の被写体が存在するか否かを判定する方法を用いても良い。この場合、見た目に好ましい陰影の状態の被写体が存在しない場合は、目標陰影状態を、被写体間で共通の陰影状態とする。目標陰影状態としては、見た目に好ましい所定の陰影の状態を定めるようにすれば良い。
[Modification 2]
Further, a method may be used in which the shade states of a plurality of subjects are compared and it is determined whether or not there is a subject with a shaded state that is visually favorable among them. In this case, when there is no subject that is in a shaded state that is visually appealing, the target shaded state is set to a shaded state that is common among the subjects. As the target shade state, a predetermined shade state that is desirable to the eye may be determined.
[変形例3]
また、本実施例では、目標陰影状態として予め定められた所定の陰影状態を用いる場合で説明したが、目標陰影状態の決定方法はこれに限定されるものではない。例えば、複数の被写体の環境光での陰影の状態を検出し、その平均値を目標陰影状態として定めても良い。また、複数の被写体の中で、同一の陰影の状態である被写体の数が多い場合には、その陰影の状態を目標陰影状態として選ぶようにしても良い。
[Modification 3]
Further, in this embodiment, the case where a predetermined shadow state determined in advance is used as the target shadow state has been described, but the method for determining the target shadow state is not limited to this. For example, it is possible to detect the state of shading of a plurality of subjects with ambient light and determine the average value as the target shading state. In addition, when there are a large number of subjects in the same shadow state among a plurality of subjects, the shadow state may be selected as the target shadow state.
[変形例4]
また、共通の目標陰影状態を設定した後に、更に、第一の実施例で説明した方法を用いて、被写体の陰影の状態の関係が逆転しないよう、被写体毎に目標陰影状態を調整するようにしても良い。このようにすることで、第一の実施例の場合と同様、リライティング補正の前後で陰影の状態が逆転せず、自然な見た目のリライティング結果を得ることが可能となる。
[Modification 4]
In addition, after setting the common target shadow state, the target shadow state is adjusted for each subject so that the relationship of the shadow state of the subject is not reversed by using the method described in the first embodiment. May be. By doing so, as in the case of the first embodiment, the shaded state does not reverse before and after the relighting correction, and a natural-looking relighting result can be obtained.
[その他の実施例]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other Examples]
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
50 システム制御部、101 光学系、102 シャッター、103 撮像部、104 A/D変換器、105 画像処理部、106 画像メモリ、107 メモリ制御部、109 表示部、110 コーデック部、111 記録I/F、112 記録媒体、113 顔検出部、120 操作部、121 不揮発性メモリ、122 システムメモリ
50 System control unit, 101 Optical system, 102 Shutter, 103 Imaging unit, 104 A / D converter, 105 Image processing unit, 106 Image memory, 107 Memory control unit, 109 Display unit, 110 Codec unit, 111 Recording I /
Claims (14)
前記被写体ごとの陰影の程度を示す陰影状態を検出する状態検出手段と、
検出された前記陰影状態に基づいて、前記被写体の補正の前の陰影の程度と補正の後の陰影の程度の序列が入れ替わらないように、前記着目画像中の対象となる被写体ごとに、目標となる陰影の状態である目標陰影状態を設定する目標設定手段と、
前記着目画像に対して、前記状態検出手段により検出された陰影状態と前記目標陰影状態とに基づいて、前記対象となる被写体ごとに仮想光源の設定を決定する光源設定手段と、
前記仮想光源を用いて前記着目画像中の前記対象となる被写体の明るさを補正する補正手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 Subject detection means for detecting a subject in the image of interest;
State detecting means for detecting a shadow state indicating a degree of shadow for each subject;
Based on the detected shadow state, a target for each target subject in the image of interest is arranged so that the order of the degree of shadow before correction of the subject and the order of shadow after correction are not interchanged. Target setting means for setting a target shadow state that is a shadow state to become,
A light source setting unit that determines a setting of a virtual light source for each target subject based on the shadow state detected by the state detection unit and the target shadow state for the target image;
An image processing apparatus comprising: a correction unit that corrects the brightness of the subject subject in the image of interest using the virtual light source.
前記光源設定手段は、前記目標陰影状態を示す目標コントラスト値が、前記状態検出手段により検出された陰影状態を示すコントラスト値よりも小さい場合には、前記仮想光源の位置を、前記被写体の法線に対して前記被写体を照らしている環境光と反対側に設定し、前記状態検出手段により検出された陰影状態を示すコントラスト値が前記目標陰影状態を示す目標コントラスト値よりも小さい場合には、前記仮想光源の位置を、前記被写体の法線に対して前記環境光と同じ側に設定することを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。 The shaded state is indicated by a contrast value that is information representing contrast in the subject area,
When the target contrast value indicating the target shadow state is smaller than the contrast value indicating the shadow state detected by the state detection unit, the light source setting unit determines the position of the virtual light source as the normal of the subject. If the contrast value indicating the shadow state detected by the state detection means is smaller than the target contrast value indicating the target shadow state, the opposite side to the ambient light illuminating the subject, The image processing apparatus according to claim 11, wherein the position of the virtual light source is set on the same side as the ambient light with respect to the normal line of the subject.
前記被写体ごとの陰影の程度を示す陰影状態を検出する状態検出手段と、
検出された前記陰影状態に基づいて、前記被写体の補正の前の陰影の程度と補正の後の陰影の程度の序列が入れ替わらないように、前記着目画像中の対象となる被写体ごとに、目標となる陰影の状態である目標陰影状態を設定する目標設定手段と、
前記着目画像に対して、前記状態検出手段により検出された陰影状態と前記目標陰影状態とに基づいて、前記対象となる被写体ごとに仮想光源の設定を決定する光源設定手段と、
前記仮想光源を用いて前記着目画像中の前記対象となる被写体の明るさを補正する補正手段と
してコンピュータを機能させるためのプログラム。 Subject detection means for detecting a subject in the image of interest;
State detecting means for detecting a shadow state indicating a degree of shadow for each subject;
Based on the detected shadow state, a target for each target subject in the image of interest is arranged so that the order of the degree of shadow before correction of the subject and the order of shadow after correction are not interchanged. Target setting means for setting a target shadow state that is a shadow state to become,
A light source setting unit that determines a setting of a virtual light source for each target subject based on the shadow state detected by the state detection unit and the target shadow state for the target image;
A program for causing a computer to function as correction means for correcting the brightness of the subject subject in the image of interest using the virtual light source.
前記被写体ごとの陰影の程度を示す陰影状態を検出する状態検出工程と、
検出された前記陰影状態に基づいて、前記被写体の補正の前の陰影の程度と補正の後の陰影の程度の序列が入れ替わらないように、前記着目画像中の対象となる被写体ごとに、目標となる陰影の状態である目標陰影状態を設定する目標設定工程と、
前記着目画像に対して、前記状態検出工程により検出された陰影状態と前記目標陰影状態とに基づいて、前記対象となる被写体ごとに仮想光源の設定を決定する光源設定工程と、
前記仮想光源を用いて前記着目画像中の前記対象となる被写体の明るさを補正する補正工程と
を有することを特徴とする画像処理方法。 A subject detection step of detecting a subject in the image of interest;
A state detection step of detecting a shadow state indicating a degree of shadow for each subject;
Based on the detected shadow state, a target for each target subject in the image of interest is arranged so that the order of the degree of shadow before correction of the subject and the order of shadow after correction are not interchanged. A target setting step for setting a target shadow state, which is a shadow state to become,
A light source setting step for determining a setting of a virtual light source for each target subject based on the shadow state detected by the state detection step and the target shadow state for the target image;
And a correction step of correcting the brightness of the subject subject in the image of interest using the virtual light source.
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