JP2017187994A - 画像処理装置、画像処理方法、画像処理システムおよびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Retinex原理に基づく照明光成分を利用することで、より精度が高い照明光源色を求めることができる画像処理装置等を提供することを目的とする。
請求項2に記載の発明は、前記光源色算出部は、前記原画像の画素値に対し、当該原画像の画素値に対応する前記照明光強度画像の画素値を重みとする重み付け平均を求めることで前記照明光源色を求めることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置である。
請求項3に記載の発明は、前記原画像から照明光成分の寄与分を取り出した照明光画像を生成する照明光画像生成部と、前記照明光画像を目標となる光源色である目標光源色に合わせ色調整を行なう照明光成分調整部と、前記原画像の反射率成分を画素値とする反射率成分画像を求める反射率成分算出部と、色調整後の前記照明光画像および前記反射率成分画像から、前記原画像を前記目標光源色に合わせた画像である出力画像を求める調整照明光反映部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置である。
請求項4に記載の発明は、ユーザが指定する前記目標光源色を取得する目標光源色指定部をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置である。
請求項5に記載の発明は、前記照明光強度算出部および前記光源色算出部は、見本となる画像である見本画像について前記照明光強度画像および前記照明光源色をそれぞれ求め、当該見本画像についての当該照明光源色を前記目標光源色とすることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置である。
請求項6に記載の発明は、前記照明光成分調整部は、コントラスト調整をさらに行なうことを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置である。
請求項7に記載の発明は、原画像を構成する各画素の画素値に基づく明度値から、当該明度値が少なくとも1つの平滑化度合いで平滑化された少なくとも1つの平滑化画像を用いて当該原画像の照明光成分を画素値とする照明光強度画像を求め、前記原画像と前記照明光強度画像とを基に照明光の光源色である照明光源色を求めることを特徴とする画像処理方法である。
請求項8に記載の発明は、前記原画像から照明光成分の寄与分を取り出した照明光画像を生成し、前記照明光画像を目標となる光源色である目標光源色に合わせ色調整を行ない、前記原画像の反射率成分を画素値とする反射率成分画像を求め、色調整後の前記照明光画像および前記反射率成分画像から、前記原画像を前記目標光源色に合わせた画像である出力画像を求めることを特徴とする請求項7に記載の画像処理方法である。
請求項9に記載の発明は、画像を表示する表示装置と、前記表示装置に表示される前記画像の画像情報に対し画像処理を行なう画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、原画像を構成する各画素の画素値に基づく明度値から、当該明度値が少なくとも1つの平滑化度合いで平滑化された少なくとも1つの平滑化画像を用いて当該原画像の照明光成分を画素値とする照明光強度画像を求める照明光強度算出部と、前記原画像と前記照明光強度画像とを基に照明光の光源色である照明光源色を求める光源色算出部と、を備える画像処理システムである。
請求項10に記載の発明は、コンピュータに、原画像を構成する各画素の画素値に基づく明度値から、当該明度値が少なくとも1つの平滑化度合いで平滑化された少なくとも1つの平滑化画像を用いて当該原画像の照明光成分を画素値とする照明光強度画像を求める照明光強度算出機能と、前記原画像と前記照明光強度画像とを基に照明光の光源色である照明光源色を求める光源色算出機能と、を実現させるプログラムである。
請求項11に記載の発明は、コンピュータに、前記原画像から照明光成分の寄与分を取り出した照明光画像を生成する照明光画像生成機能と、前記照明光画像を目標となる光源色である目標光源色に合わせ色調整を行なう照明光成分調整機能と、前記原画像の反射率成分を画素値とする反射率成分画像を求める反射率成分算出機能と、色調整後の前記照明光画像および前記反射率成分画像から、前記原画像を前記目標光源色に合わせた画像である出力画像を求める調整照明光反映機能と、をさらに実現させる請求項10に記載のプログラムである。
請求項2の発明によれば、照明光源色の精度がより高くなる。
請求項3の発明によれば、予め用意された照明光源色に合わせ、原画像の色調整をすることができる。
請求項4の発明によれば、ユーザが指定する照明光源色に合わせ、原画像の色調整をすることができる。
請求項5の発明によれば、見本画像の照明光源色に合わせ、原画像の色調整をすることができる。
請求項6の発明によれば、原画像に対し照明光のコントラストも調整することができる。
請求項7の発明によれば、Retinex原理に基づく照明光成分を利用することで、より精度が高い照明光源色を求めることができる画像処理方法を提供することができる。
請求項8の発明によれば、予め用意された照明光源色に合わせ、原画像の色調整をすることができる。
請求項9の発明によれば、より高度な画像処理が行える画像処理システムが提供できる。
請求項10の発明によれば、Retinex原理に基づく照明光成分を利用することで、より精度が高い照明光源色を求めることができる機能をコンピュータにより実現できる。
請求項11の発明によれば、予め用意された照明光源色に合わせ、原画像の色調整をすることができる機能をコンピュータにより実現できる。
図1は、本実施の形態における画像処理システム1の構成例を示す図である。
図示するように本実施の形態の画像処理システム1は、表示装置20に表示される画像の画像情報に対し画像処理を行なう画像処理装置10と、画像処理装置10により作成された画像情報が入力され、この画像情報に基づき画像を表示する表示装置20と、画像処理装置10に対しユーザが種々の情報を入力するための入力装置30とを備える。
また画像処理装置10と入力装置30とは、例えば、USB(Universal Serial Bus)を介して接続されている。なお、USBに代えて、IEEE1394やRS−232C等を介して接続されていてもよい。
[第1の実施形態]
次に画像処理装置10の第1の実施形態について説明を行なう。
第1の実施形態では、原画像を基にして原画像の照明光の光源色である照明光源色(照明光の色)を求める場合について説明を行なう。
図示するように本実施の形態の画像処理装置10は、画像情報を取得する画像情報取得部11と、異なる色空間への色変換を行なう色空間変換部12と、照明光の強度を算出する照明光強度算出部13と、照明光の光源色を算出する光源色算出部141と、処理後のデータを出力する出力部18とを備える。
原画像を構成する各画素について座標(i、j)に位置する画素の画素値が、(R、G、B)=(IR(i、j)、IG(i、j)、IB(i、j))であったとする。このとき色空間変換部12は、IR(i、j)、IG(i、j)、IB(i、j)のうち最大値をHSV色空間における明度値V(i、j)とする。これは下記の数1式で表すことができる。即ち、この場合、明度値V(i、j)は、原画像の各画素IR(i、j)、IG(i、j)、IB(i、j)に基づき求められたものである、と言うことができる。なお数1式でmaxは、IR(i、j)、IG(i、j)、IB(i、j)のうち最大値を選択する関数である。
さらにここでは色空間変換部12では、原画像の画像データをHSV色空間における明度値であるVデータに変換したが、これに限られるものではない。例えば、原画像の画像データを、YCbCr色空間における明度値であるYデータやL*a*b*色空間における明度値であるL*データ等に変換し、これを使用することもできる。
この処理を行なうのに、まず照明光強度算出部13は、明度画像を平滑化して平滑化画像(平滑化明度画像)を生成する。平滑化は、例えば、下記数2式で表されるガウス関数を用いる。
図4(a)は、分散σ2を小さくしたときのガウス関数の形状を示している。同様に図4(b)は、分散σ2を中程度にしたときのガウス関数の形状を示し、図4(c)は、分散σ2を大きくしたときのガウス関数の形状を示している。
図示するように分散σ2がより小さいほど、ガウス関数の形状は、よりシャープとなり、分散σ2がより大きいほど、ガウス関数の形状は、よりブロードとなる。
図5は、第1の実施形態における画像処理装置10の動作について説明したフローチャートである。
まず画像情報取得部11が原画像の画像データを取得する(ステップ101)。原画像の画像データは、例えば、RGBデータである。
次に色空間変換部12が原画像の画像データであるRGBデータを、HSV色空間における明度値であるVデータに変換する(ステップ102)。これは、例えば、数1式を使用することで求めることができる。
次に画像処理装置10の第2の実施形態について説明を行なう。
第2の実施形態では、求められた照明光源色を使用して、原画像の照明光の光源色を変更した出力画像を求める場合について説明を行なう。
図示する画像処理装置10は、図2に示した第1の実施形態における画像処理装置10に比較して、画像情報取得部11と、色空間変換部12と、照明光強度算出部13と、出力部18とを備える点で同様である。一方、図示する画像処理装置10は、照明光成分算出部14と、照明光成分調整部15と、反射率成分算出部16と、調整照明光反映部17とを備える点で第1の実施形態と異なる。
画像情報取得部11、色空間変換部12、および照明光強度算出部13の機能は、第1の実施形態と同様である。よって以下、照明光成分算出部14、照明光成分調整部15、反射率成分算出部16、調整照明光反映部17、および出力部18について説明を行なう。
光源色算出部141については、第1の実施形態と同様であり、原画像における照明光の光源色である照明光源色Cを求める。
本実施の形態では、原画像と照明光強度画像から照明光画像を算出する。この場合、照明光画像は、RGBデータからなり、照明光画像の座標(i、j)に位置する画素の画素値が、(R、G、B)=(LR(i、j)、LG(i、j)、LB(i、j))であるとする。このときLR(i、j)、LG(i、j)、LB(i、j)は、同じ座標に位置する照明光強度画像の画素値LV(i、j)と原画像の画素値(IR(i、j)、IG(i、j)、IB(i、j))を使用して、下記数7式で表すことができる。
ここでF1は、括弧内の画素値を変数とし、LR(i、j)、LG(i、j)、LB(i、j)の値を、階調値0〜255の値となるようにする関数である。F1は、下記数8式で表すことができる。数8式においてnormalize(x、y)は、xとyの積を階調値0〜255に正規化する関数である。
例えば、以下の数9式のように、非線形な計算方法を用いてもよい。数9式では、原画像と照明光強度画像のそれぞれの画素値を乗算した後で、ガンマ補正を行なう場合を示している。数9式で、γは、ガンマ値であり、例えば、0.5である。即ち、この場合、原画像と照明光強度画像のそれぞれの画素値の相乗平均を求めている。またKは比例定数であり、例えば、0.8である。
ここでは、光源色算出部141で求められた照明光源色Cと目標となる光源色である目標光源色Ctとを用いて、照明光画像の色調整を行ない、調整後の照明光画像を生成する。目標光源色Ctは、RGBデータであり、ここでは、Ct=(LRt、LGt、LBt)であるとする。
数13式で、ks、Bs、γsは、予め定められたパラメータであり、wsは、0〜1の間となるように、例えば、以下の数14式に示したような関数N(x)により調整する。
図7において横軸は、S(i、j)を表し、縦軸は、wsを表す。
この場合、ks、Bs、γsをそれぞれ調整することにより、図示するようにS(i、j)とwsとの関係を調整することができる。即ち、ksを調整することでwsの上限を定めることができる。またBsを調整することでwsの下限を定めることができる。さらにγsを調整することでS(i、j)とwsとの関係を表すカーブを変化させることができる。
なおここでは重みパラメータwi、jを得るため数14式に示す関数N(x)を使用する場合について示したが、同様の効果がある関数であればどのような関数を利用してもよい。また、wLを求める際に同様の関数を使用してもよい。
反射率成分画像は、Retinex原理に基づいた画像処理によって原画像を照明光成分と反射率成分に分離したときの反射率成分により構成される画像である。
本実施の形態では、明度画像における明度値V(i、j)と反射率成分Rv(i、j)との間に以下の数17式の関係が成り立つと仮定する。なお反射率成分Rv(i、j)は、座標(i、j)の位置にある画素の反射率成分を表す。
本実施の形態では、調整後の照明光画像の座標(i、j)に位置する画素の画素値(調整後の照明光成分)L’R(i、j)、LG’(i、j)、LB’(i、j)と、同じ座標に位置する反射率成分Rv(i、j)とを、以下の数19式のように乗算し、出力画像の画像データとして、(R、G、B)=(I’R(i、j)、I’G(i、j)、I’B(i、j))を求める。
図8は、第2の実施形態における画像処理装置10の動作について説明したフローチャートである。
ステップ201〜ステップ204は、図5のステップ101〜ステップ104と同様である。よってステップ205以降について説明を行なう。
次に画像処理装置10の第3の実施形態について説明を行なう。
第3の実施形態では、目標光源色をユーザの指示に基づき設定する場合について説明を行なう。
図示する画像処理装置10は、図6に示した第2の実施形態における画像処理装置10に比較して、目標光源色指定部19が付加される点で異なる。そして目標光源色指定部19以外の機能部については、第2の実施形態と同様である。よって以下、目標光源色指定部19について説明を行なう。
第2の実施形態では、目標光源色は、予め用意されていたり、予め算出していたが、第3の実施形態では、目標光源色指定部19が、目標光源色をユーザの指定に基づき設定する。
図10(a)〜(b)は、ユーザが目標光源色を指定するユーザインターフェースについて示した図である。
図10(a)〜(b)で示すユーザインターフェースは、「暖色」、「寒色」のような度合いとその間でスライドするスライダSからなる。そして「暖色」、「寒色」のような度合いと対応したRGB値を予め設定しておき、ユーザがスライダSを動かすと対応するRGB値が目標光源色として設定される。例えば暖色の目標光源色を、(R、G、B)=(200、180、180)とし、寒色の目標光源色を、(R、G、B)=(180、180、200)のように設定する。そしてこの間の目標光源色は、スライダSの位置に応じて補間により算出する。補間の方法は、例えば、線形補間でもよく、RGB値をCIELabなどの視覚特性を考慮した色空間に変換し、その上で線形補間した結果を再度RGB値に変換した値を用いてもよい。
さらに図10の場合は、「暖色」と「寒色」との間でユーザが指定を行なったが、これに限られるものではない。例えば、目標光源色の見本色を並べたパレットを表示し、この中からユーザが指定を行なってもよく、ユーザが白色の色温度を入力するような方法でもよい。
図11は、第3の実施形態における画像処理装置10の動作について説明したフローチャートである。
ステップ301〜ステップ305は、図8のステップ201〜ステップ205と同様である。
ステップ305の後、目標光源色指定部19が、目標光源色をユーザの指定に基づき設定する(ステップ306)。
そして以後は、目標光源色指定部19が設定した目標光源色に基づき、原画像の照明光の光源色を変更する画像処理が行われる。ステップ307〜ステップ310は、ステップ206〜ステップ209と同様である。
次に画像処理装置10の第4の実施形態について説明を行なう。
第4の実施形態では、目標光源色を見本となる見本画像から取得する場合について説明を行なう。
図示する画像処理装置10の機能部の構成は、図6に示した第2の実施形態における画像処理装置10の機能部の構成と同様である。
ただし画像情報取得部11は、原画像の画像データの他に、見本となる見本画像の画像データも取得する。この場合、見本画像は、ユーザが望む印象の画像を有し、原画像の画像処理を行うための見本となる画像である。
図13は、第4の実施形態における画像処理装置10の動作について説明したフローチャートである。
まず画像情報取得部11が原画像の画像データとともに見本画像の画像データを取得する(ステップ401)。原画像および見本画像の画像データは、例えば、RGBデータである。
次に色空間変換部12が原画像および見本画像の画像データであるRGBデータを、HSV色空間における明度値であるVデータに変換する(ステップ402)。これは、例えば、数1式を使用することで求めることができる。
次に画像処理装置10の第5の実施形態について説明を行なう。
第5の実施形態では、照明光成分調整部15において照明光画像の色調整に加え、コントラスト成分についても調整を行なう。
第5の実施形態における画像処理装置10の機能構成例は、図6に示した第2の実施形態における画像処理装置10の機能構成例と同様である。
第2の実施形態では、照明光成分調整部15が、例えば、数11式を使用して照明光画像の色調整を行ない、調整後の照明光画像を得たが、本実施の形態では、これに加え、例えば、画像の照明光コントラストパラメータCfを用いて照明光成分のコントラストを調整する。
照明光コントラストパラメータCfを用いた場合、数11式は、以下の数20式のようになる。
図14は、第5の実施形態における画像処理装置10の動作について説明したフローチャートである。
ステップ501〜ステップ505は、図8のステップ201〜ステップ205と同様である。
ステップ505の後は、照明光成分調整部15が、照明光画像を目標となる光源色である目標光源色に合わせ色調整を行なうとともに、コントラスト調整も行なう(ステップ506)。具体的には、照明光成分調整部15は、数20式を使用し、照明光源色C、目標光源色Ct、照明光コントラストパラメータCfを用いて照明光成分LR(i、j)、LG(i、j)、LB(i、j)の色調整およびコントラスト調整を行ない、調整後の照明光成分L’R(i、j)、LG’(i、j)、LB’(i、j)を求める。
ステップ507〜ステップ509は、図8のステップ207〜ステップ209と同様である。
次に、画像処理装置10のハードウェア構成について説明する。
図15は、画像処理装置10のハードウェア構成を示した図である。
画像処理装置10は、上述したようにパーソナルコンピュータ等により実現される。そして図示するように、画像処理装置10は、演算手段であるCPU(Central Processing Unit)91と、記憶手段であるメインメモリ92、およびHDD(Hard Disk Drive)93とを備える。ここで、CPU91は、OS(Operating System)やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行する。また、メインメモリ92は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域であり、HDD93は、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。
さらに、画像処理装置10は、外部との通信を行なうための通信インターフェース(以下、「通信I/F」と表記する)94を備える。
ここで以上説明を行った本実施の形態における画像処理装置10が行なう処理は、例えば、アプリケーションソフトウェア等のプログラムとして用意される。
Claims (11)
- 原画像を構成する各画素の画素値に基づく明度値から、当該明度値が少なくとも1つの平滑化度合いで平滑化された少なくとも1つの平滑化画像を用いて当該原画像の照明光成分を画素値とする照明光強度画像を求める照明光強度算出部と、
前記原画像と前記照明光強度画像とを基に照明光の光源色である照明光源色を求める光源色算出部と、
を備える画像処理装置。 - 前記光源色算出部は、前記原画像の画素値に対し、当該原画像の画素値に対応する前記照明光強度画像の画素値を重みとする重み付け平均を求めることで前記照明光源色を求めることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記原画像から照明光成分の寄与分を取り出した照明光画像を生成する照明光画像生成部と、
前記照明光画像を目標となる光源色である目標光源色に合わせ色調整を行なう照明光成分調整部と、
前記原画像の反射率成分を画素値とする反射率成分画像を求める反射率成分算出部と、
色調整後の前記照明光画像および前記反射率成分画像から、前記原画像を前記目標光源色に合わせた画像である出力画像を求める調整照明光反映部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。 - ユーザが指定する前記目標光源色を取得する目標光源色指定部をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記照明光強度算出部および前記光源色算出部は、見本となる画像である見本画像について前記照明光強度画像および前記照明光源色をそれぞれ求め、当該見本画像についての当該照明光源色を前記目標光源色とすることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記照明光成分調整部は、コントラスト調整をさらに行なうことを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 原画像を構成する各画素の画素値に基づく明度値から、当該明度値が少なくとも1つの平滑化度合いで平滑化された少なくとも1つの平滑化画像を用いて当該原画像の照明光成分を画素値とする照明光強度画像を求め、
前記原画像と前記照明光強度画像とを基に照明光の光源色である照明光源色を求めることを特徴とする画像処理方法。 - 前記原画像から照明光成分の寄与分を取り出した照明光画像を生成し、
前記照明光画像を目標となる光源色である目標光源色に合わせ色調整を行ない、
前記原画像の反射率成分を画素値とする反射率成分画像を求め、
色調整後の前記照明光画像および前記反射率成分画像から、前記原画像を前記目標光源色に合わせた画像である出力画像を求めることを特徴とする請求項7に記載の画像処理方法。 - 画像を表示する表示装置と、
前記表示装置に表示される前記画像の画像情報に対し画像処理を行なう画像処理装置と、
を備え、
前記画像処理装置は、
原画像を構成する各画素の画素値に基づく明度値から、当該明度値が少なくとも1つの平滑化度合いで平滑化された少なくとも1つの平滑化画像を用いて当該原画像の照明光成分を画素値とする照明光強度画像を求める照明光強度算出部と、
前記原画像と前記照明光強度画像とを基に照明光の光源色である照明光源色を求める光源色算出部と、
を備える画像処理システム。 - コンピュータに、
原画像を構成する各画素の画素値に基づく明度値から、当該明度値が少なくとも1つの平滑化度合いで平滑化された少なくとも1つの平滑化画像を用いて当該原画像の照明光成分を画素値とする照明光強度画像を求める照明光強度算出機能と、
前記原画像と前記照明光強度画像とを基に照明光の光源色である照明光源色を求める光源色算出機能と、
を実現させるプログラム。 - コンピュータに、
前記原画像から照明光成分の寄与分を取り出した照明光画像を生成する照明光画像生成機能と、
前記照明光画像を目標となる光源色である目標光源色に合わせ色調整を行なう照明光成分調整機能と、
前記原画像の反射率成分を画素値とする反射率成分画像を求める反射率成分算出機能と、
色調整後の前記照明光画像および前記反射率成分画像から、前記原画像を前記目標光源色に合わせた画像である出力画像を求める調整照明光反映機能と、
をさらに実現させる請求項10に記載のプログラム。
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