JP2019028536A - 画像処理装置及びその制御方法、表示装置、プログラム - Google Patents

画像処理装置及びその制御方法、表示装置、プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 画像の注目領域のエッジ部分の視認性を向上させる技術を提供する。【解決手段】 本発明の画像処理装置は、入力画像のエッジ部分以外の領域をぼかした第1画像を生成するエッジ保存型LPF301と、入力画像の注目領域を検出する注目領域検出部302と、を備える。エッジ保存型LPF301は、注目領域のぼかし度合いを、注目領域以外のぼかし度合いよりも強くすることを特徴とする。【選択図】 図3

Description

本発明は、入力画像に画像処理を施す画像処理装置及びその制御方法、表示装置、プログラムに関する。
撮像装置には、撮像している画像のフォーカスが合ったエッジ部分に強調処理を施して表示するフォーカスアシスト機能が搭載されている。
例えば、下記の特許文献1には、撮影された画像の焦点が合っているエッジ部分を着色することによりマニュアルフォーカス調整において容易に焦点を合わせることを可能にする撮像装置が開示されている。
特開2013−153371号公報
しかしながら、エッジ部分に着色すると、被写体のエッジ部分の画像の視認性が悪くなってしまうという課題があった。
そこで、本発明は、画像の注目領域のエッジ部分の視認性を向上させる技術を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る画像処理装置は、入力画像のエッジ部分以外の領域をぼかした第1画像を生成するフィルタ手段と、入力画像の注目領域を検出する検出手段と、を備える。そして、フィルタ手段は、注目領域のぼかし度合いを、注目領域以外のぼかし度合いよりも強くする。
また、本発明の一実施形態に係る画像処理装置の制御方法は、入力画像のエッジ部分以外の領域をぼかした第1画像を生成するフィルタステップと、入力画像の注目領域を検出する検出ステップと、を有する。そして、フィルタステップは、注目領域のぼかし度合いを、注目領域以外のぼかし度合いよりも強くする。
本発明によれば、画像の注目領域のエッジ部分の視認性を向上させることが可能となる。
実施の形態1のシステムの構成を示すブロック図である。 フォーカスアシスト機能をオンに設定する際の設定メニュー画面の一例を示す図である。 図1の画像処理部の内部構成を示すブロック図である。 図3のエッジ保存型LPFの構成を示すブロック図である。 エッジ強度Esと混合比kの関係を示す概略図である。 エッジ強度Esと混合比kの関係を示す他の概略図である。 実施の形態2における画像処理部の内部構成を示すブロック図である。 補正係数rとフィルタサイズ、繰り返し回数、ダウンサンプリング数との対応関係を記憶したテーブルの一例を示す図である。 実施の形態3のシステムの構成を示すブロック図である。 図9の画像処理部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態3における表示輝度と補正係数rbの関係を説明するための図である。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定され、以下に例示する実施形態によって限定されるものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが本発明に必須とは限らない。本明細書および図面に記載の内容は例示であって、本発明を制限するものと見なすべきではない。本発明の趣旨に基づき種々の変形(各実施形態の有機的な組合せを含む)が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。即ち、各実施形態及びその変形例を組み合わせた構成も全て本発明に含まれるものである。
なお、本発明の各実施形態に示す表示装置は、表示パネルと、該表示パネルを背面から照射するバックライトを備える。以下では表示パネルとして液晶パネルを例示し、バックライトの光源としてLED発光素子を例示するが、表示パネルやバックライトの光源はこれに限らない。例えば、バックライトの光源は、有機EL素子やレーザー光源であってもよい。表示パネルは、液晶素子以外の素子(バックライトからの光の透過率を制御可能な素子)を有する表示パネルであってもよい。また、スクリーンに画像を投影する液晶プロジェクター等にも適用可能である。
(実施の形態1)
図1(A)は、実施の形態1のシステムの構成を示すブロック図である。表示装置101は、画像出力装置100にSDI(Serial Digital Interface)ケーブルやHDMI(登録商標)ケーブル等で接続されている。画像出力装置100は、例えば、デジタル画像データを出力する撮像装置である。なお、画像出力装置100は、撮像装置に限定されず、デジタル画像データが出力可能な装置であればよい。例えば、表示装置101が、ネットワークで接続されたサーバ装置や記録装置(ストレージ)からデジタル画像データを取得する構成でもよい。
表示装置101は、CPU102、ROM103、RAM104、入力部105、画像処理部106、表示部107、バックライト部108、及び操作入力部109を備える。システムバスに、CPU102、ROM103、RAM104が接続されている。CPU(Central Processing Unit)102は、ROM(Read Only Memory)103に格納されたプログラムに従い動作する。そして、RAM(Random Access Memory)104をワークメモリとして、表示装置101全体の動作を制御する。
入力部105は、不図示の入力端子を介して、画像出力装置100から入力された画像データ(映像データ)をデコード処理し、画像処理部106へ出力する。画像処理部106へ入力された画像データに、後述する画像処理を施した後、表示部107へ出力する。
表示部107は、液晶パネル等の表示パネルを含み、画像処理部106で画像処理が施された画像(映像)を表示する。バックライト部108は、例えば、バックライト制御部とLEDドライバとLED(Light Emitting Diode)で構成される。バックライト制御部は、LEDから表示パネルへの出射光量が均一となるように、LEDドライバにデューティ比や電流値等の情報を設定する。LEDドライバは、バックライト制御部により設定された情報に基づき、LEDを点灯制御する。
なお、表示部107とバックライト部108は別体となっていてもよい。その場合、図1(B)に示すように、画像処理装置110と、表示装置111とが接続された構成となる。
操作入力部109は、表示装置101に設けられたボタン(キー)等のユーザーインターフェースを含む。ユーザは、操作入力部109を操作して、表示装置101の設定状態を変更することが可能である。
図2は、ユーザが表示装置101のフォーカスアシスト機能をオンに設定する際の設定メニュー画面の一例を示す図である。ユーザは、操作入力部109を操作して、設定メニュー画面を表示させ、設定メニュー201上のフォーカス枠202を移動させることで、フォーカスアシストモードの「オン」/「オフ」を設定できる。ユーザがフォーカスアシストモード「オン」を選択すると、表示対象の画像に後述する画像処理が適用される。
図3は、図1の画像処理部106の内部構成を示すブロック図である。画像処理部106が実行する各処理を実現するためのプログラムコードおよび各種設定パラメータ等は図1のROM103に格納されており、CPU102がROM103からRAM104に読み出して各処理を実行する。
画像処理部106は、エッジ保存型LPF(Low Pass Filter)301、注目領域検出部302、エッジ強調部303、および合成部304を備える。エッジ保存型LPF301は、LPFとダウンサンプリングを繰り返して多重解像度化した複数階層の画像を生成し、エッジ部分を上層の高解像度側に置き換えながらアップサンプリングする構成とする。多重解像度化することにより、比較的小さなサイズのLPFで画像のぼかし度合いを大きくすることができる。
図4は、図3のエッジ保存型LPF301の構成を示すブロック図である。LPF401は、5×5の2次元デジタルフィルタである。LPF401が入力画像にLPF処理を施した後に、ダウンサンプリング部402が1/2のダウンサンプリング処理を行うことにより、第1階層403の画像を得ることができる。同様に、第1階層403の画像にLPF処理とダウンサンプリング処理を行うことにより、第2階層404の画像を得ることができる。これを繰り返すことで、ぼかし度合いが大きなボケ画像を得ることができる。例えば、第3階層の画像は、縦横1/6に縮小された画像に5×5のLPF処理をかけたものになるため、元画像に30×30のLPFを適用した画像に相当するボケ画像が得られる。実際には途中の階層でもLPFを適用しているので、よりぼかし度合いが大きなボケ画像となる。
下層の画像をアップサンプリング部405でアップサンプリングした画像ILに対して、エッジ検出部406によりエッジ検出フィルタを適用して画素ごとにエッジ強度ESを算出する。エッジ検出フィルタは、3×3のprewittフィルタとする。このエッジ強度ESにより、画像ILと一つ上層の画像IHの混合比kを制御して、下記の数式(1)を用いて合成部407で合成処理して新たな画像IL’を得る。
IL’=(1−k)*IL+k*IH ・・・(1)
ただし、
k=0(ES≦E1)、k=f(E)(E1≦ES≦E2)、k=1.0(E2≦ES)
E1、E2は混合を制御する閾値で、fは単調増加関数である。この合成により、エッジ部分は元の情報をより多く含んでいる画像IHの比率が高くなる。これを元画像のサイズまで繰り返すことでエッジ部分以外の領域のぼかし度合いが大きなボケ画像が得られる。
この実施の形態1では、E1,E2の閾値を、注目領域内か注目領域外かで異ならせていることを特徴としている。例えば、注目領域内の閾値をE1、E2、注目領域外の閾値をE1’、E2’として下記の数式(2)の関係が成り立つ値として定める。
E1’≦ E1、 E2≦E2’ ・・・(2)
図5は、エッジ強度Esと混合比kの関係を示す概略図である。エッジ強度Esと混合比kの関係は、例えば、注目領域内501と注目領域外502となるように定められる。上記関係が成り立つようにすることで、注目領域内の方が、注目領域外に比べて、エッジを保ちつつよりぼかし度合いの大きなボケ画像となる。
なお、fの単調増加関数を2次関数として、注目領域内の単調増加関数f(E)の接線の傾きf’(E1)、注目領域外の単調増加関数f(E)’の接線の傾きf’(E1)’の関係が下記の数式(3)となるように定めることも可能である。
f’(E1) ≦f’(E1)’、
f’(E2) ≧f’(E2)’ ・・・(3)
図6は、単調増加関数が2次関数の場合のエッジ強度Esと混合比kの関係を示す概略図である。エッジ強度Esと混合比kの関係は、例えば、注目領域内601と注目領域外602となるように定められる。上記関係が成り立つようにすることで、注目領域内の方が注目領域外に比べて、エッジを保ちつつ、よりぼかし度合いの大きなボケ画像となる。
図3の注目領域検出部302は、入力画像から注目領域を検出する。例えば、画像出力装置100が撮像装置である場合、撮影時の合焦領域を示す撮影情報が画像データに付加されて出力、画像出力装置100から出力される。表示装置101は、画像出力装置100から出力された画像データに付随する撮影情報から合焦領域(フォーカス領域)を検知して、該合焦領域を注目領域として検出する。なお、顔検出技術等によるオブジェクト検出処理を適用することで、画像データから顔領域を注目領域として検出することも可能である。オブジェクト検出処理については既に広く知られている技術であり、詳細説明は省略する。
エッジ強調部303は、例えばラプラシアンフィルタを用いて入力画像の鮮鋭化を行う。ラプラシアンフィルタは2次微分フィルタであり、原画像からラプラシアンフィルタを適用した結果の差分によってエッジ強調した効果を得る。なお、鮮鋭化を行う方法は上記方法に限定されない。例えば、入力画像をフーリエ変換し、フーリエ変換後の画像から低周波部分をカットするフィルタをかけた後、逆フーリエ変換することによって高周波画像を生成してエッジ強調した画像を生成してもよい。
合成部304は、注目領域検出部302の結果に基づいて、エッジ保存型LPF301から出力されたボケ画像と、エッジ強調部303から出力されたエッジ強調画像とを合成処理する。具体的には、注目領域検出部302で検出された注目領域のみをエッジ強調画像から抽出して、エッジ保存型LPF301から出力されたボケ画像に合成する処理を行う。なお、エッジ強調処理の処理負荷を低減するために、入力画像の注目領域の部分画像のみをエッジ強調部303に入力して、注目領域をエッジ強調する構成としてもよい。
したがって、この実施の形態1では、画像の注目領域のエッジ部分の視認性を向上させることが可能になる。具体的には、フォーカスを合わせたい注目領域のエッジ部分以外の領域のぼかし度合いが大きくかつエッジが強調されるため、エッジ部分とボケ部分の差が明瞭に判別できるようになり、エッジ部分の視認性が向上する。
なお、画像処理部106は、フォーカスアシストモードが「オン」設定の場合にだけ、エッジ保存型LPF301、注目領域検出部302、エッジ強調部303、および合成部304による処理を実行するようにしてもよい。この場合、フォーカスアシストモードが「オフ」設定の場合には、画像処理部106は、入力画像をそのままスルーで表示部107に出力する。このようにすることで、フォーカス調整中のときだけ、画像のエッジ部分がエッジ強調され、かつぼかし度合いが大きくなるので、フォーカス調整しやすくなる。また、フォーカス調整完了後は、過度な画像処理が施されていない画像が表示できるので、撮影対象の画像を好適に確認することが可能となる。
また、画像出力装置100が撮像装置の場合、撮像装置からフォーカス調整中であることを示すフォーカスアシスト情報を取得してもよい。例えば、撮像装置から出力された画像データに付加されたフォーカスアシスト情報を取得する。そして、画像処理部106は、撮像装置でフォーカス調整中の場合にだけ、エッジ保存型LPF301、注目領域検出部302、エッジ強調部303、および合成部304による処理を実行するようにしてもよい。
また、画像処理部106のエッジ強調部303と合成部304は、省略してもよい。この場合、エッジ強調度合いは弱くなるが、注目領域のエッジ部分以外の領域のぼかし度合いが、注目領域以外のぼかし度合いに比べて大きくなるため、像の注目領域のエッジ部分の視認性が向上する。
(実施の形態2)
画像のエッジ部分の視認性は、画像の表示サイズによって変わる。したがって、この実施の形態2では、画像の注目領域のサイズに応じた処理を行う。以下、実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。
図7は、実施の形態2における画像処理部700の内部構成を示すブロック図である。画像処理部700は、注目領域検出部302、合成部304、エッジ保存型LPF701、注目領域割合算出部702、およびエッジ強調部703を備える。
注目領域割合算出部702は、入力画像の面積に対する、注目領域検出部302により検出された注目領域の面積の割合を算出し、算出した当該面積割合の逆数を補正係数rとして出力する。入力画像の面積S=W(幅)*H(高さ)、注目領域の面積SF=WF(注目領域の幅)*HF(注目領域の高さ)とすると、補正係数r1は下記の数式で表すことが出来る。
r1=S/SF ・・・(4)
また、表示画像の実表示サイズを用いて割合を求めることも可能である。具体的には、表示部107の表示有効領域のサイズである面積DS=DW(表示有効領域の幅)*DH(表示有効領域の高さ)、注目領域の実表示サイズである面積DSF=DWF(注目領域の実表示幅)*DHF(注目領域の実表示高さ)とする。その場合、補正係数r2は下記の数式で表すことができる。
r2=DS/DSF ・・・(5)
なお、補正係数rは、上記の補正係数r1と補正係数r2の積または平均値で算出してもよい。
エッジ保存型LPF701は、注目領域割合算出部702から入力された補正係数rに基づいて、ぼかし度合いを調節する。ぼかし度合いの調節はLPFの繰り返し回数を変更したり、フィルタサイズを変更したり、サンプリング量を変更したりすることにより可能である。デジタルフィルタでぼかし度合いが大きくなるように調節する場合は、補正係数rに比例するようにフィルタサイズや繰り返し回数を変更する。また、ダウンサンプリング処理でぼかし度合いを調節する場合は、補正係数rの逆比となるように処理量を変更する。具体的には、2次元のデジタルフィルタを5×5から10×10に変更したり、繰り返し回数を2回から4回に変更したり、1/2のダウンサンプリングを1/4のダウンサンプリングに変更したりする。このようにすることで、より大きなぼかし度合いのボケ画像を得ることができる。
入力画像のぼかし度合いが大きくなるように調節する場合、補正係数rと各パラメータの関係は、例えば下記の数式により求めることが可能である。ただし、フィルタサイズFs、繰り返し回数Fn、ダウンサンプリング数Dsplとする。
Fs=(初期フィルタサイズ)* r * l ・・・(6)
Fn=(初期繰り返し回数)* r * m ・・・(7)
Dspl=(初期ダウンサンプリング数)* 1/r *n ・・・(8)
(l、m、nは任意の係数)
なお、ここでは補正係数rと各パラメータを、上記のように数式を用いて算出する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、補正係数rに対応したフィルタサイズ、繰り返し回数、ダウンサンプリング数等をテーブルとして予め保持しておく構成としてもよい。
図8(A)は、補正係数rとフィルタサイズとの対応関係を記憶したテーブルの一例を示す図である。図8(B)は、補正係数rと繰り返し回数との対応関係を記憶したテーブルの一例を示す図である。図8(C)は、補正係数rとダウンサンプリング数との対応関係を記憶したテーブルの一例を示す図である。
エッジ強調部703は、注目領域割合算出部702から入力された補正係数rに基づいて、鮮鋭化フィルタ処理の強調度合いを制御する。具体的には補正係数rに比例する強調度合いでエッジ強調処理を行う。すなわち、注目領域の面積が小さくなる程、エッジ強調度合いを強くしたエッジ強調画像が生成されるように処理する。
したがって、この実施の形態2では、画像の注目領域のサイズに応じて、画像の注目領域のエッジ部分の視認性を向上させることが可能になる。具体的には、画像の注目領域の表示サイズが小さく、画像のエッジ部分の視認性が低下するような場合、ボケ画像のぼかし度合いを大きくしつつ、エッジ強調を強くするようにしたので、エッジ部のコントラスが向上する。このため、画像の注目領域の表示サイズが小さい場合に、画像のエッジ部分の視認性の低下を抑制することができる。
(実施の形態3)
画像のエッジ部分の視認性は、画像の表示輝度によって変わる。したがって、この実施の形態3では、画像の表示輝度に応じた処理を行う。以下、実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。
図9は、実施の形態3のシステムの構成を示すブロック図である。表示装置1001は、実施の形態1の表示装置101の構成に加え、センサー部1002を備える。センサー部1002は、表示装置1001の周辺の外光照度レベル(lx;ルクス)を測定する。例えば、通常の室内環境であれば75〜150lxであり、スタジオ等の照明環境であれば1000lxといった測定結果が得られる。また、表示装置101の画像処理部106に変わって、表示装置1001は画像処理部1003を備える。
図10は、図9の画像処理部1003の内部構成を示すブロック図である。画像処理部1003は、実施の形態1の画像処理部106の構成に加え、外光照度取得部1101、バックライト制御部1102、および表示輝度推定部1103を備えている。また、画像処理部106のエッジ保存型LPF301およびエッジ強調部303に変わって、エッジ保存型LPF1104およびエッジ強調部1105を備える。
外光照度取得部1101は、表示装置1001のセンサー部1002で測定された表示装置1001の周辺の外光照度レベルを取得し、表示輝度推定部1103に出力する。表示輝度推定部1103は、外光照度取得部1101で取得された外光照度レベルと、バックライト制御部1102から入力されたバックライト輝度レベルとに基づいて、ユーザが表示装置1001を見た際の見た目の表示輝度[cd/m]を推定する。外光照度レベルとバックライト輝度レベルから表示輝度を推定する方法については、従来からいくつかの手法があるが、本実施の形態ではどの手法を用いてもよく、詳細な説明は省略する。
図11は、実施の形態3における表示輝度と補正係数rbの関係を説明するための図である。図11において、横軸は表示輝度[cd/m]、縦軸は補正係数rbを示す。表示輝度に応じて、a点とb点とを結ぶ直線1201または曲線1202に沿って、補正係数rbが変化する。例えば、表示輝度が500[cd/m]の場合はrb=1.0とし、表示輝度が低くなるに従って、補正係数rbが大きくなる。補正係数rbは、実施の形態2で説明した補正係数rと同様に、エッジ保存型LPF701およびエッジ強調部703の処理に適用される。具体的には、表示輝度が低いほど、補正係数rbが大きくなるので、ぼかし度合いが大きくなり、エッジ強調度合いが強くなる。
したがって、この実施の形態3では、画像の表示輝度に応じて、画像のエッジ部分の視認性を向上させることが可能になる。具体的には、画像の表示輝度が低く、画像のエッジ部分の視認性が低下するような場合、ボケ画像のぼかし度合いを大きくしつつ、エッジ強調を強くするようにしたので、エッジ部のコントラスが向上する。このため、画像の表示輝度が低い場合に、画像のエッジ部分の視認性の低下を抑制することができる。
なお、画像処理部1003の注目領域検出部302による注目領域の検出処理は省略してもよい。この場合、入力画像全体に対して、同じぼかし度合い、かつ同じエッジ強調度合いで処理が行われる。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施の形態の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ー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。上記コンピュータは、例えば、CPUやMPU等のプロセッサーで構成される。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。上述の実施形態の1以上の機能を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明の一つである。
106 画像処理部
301 エッジ保存型LPF
302 注目領域検出部
303 エッジ強調部
304 合成部

Claims (11)

  1. 入力画像のエッジ部分以外の領域をぼかした第1画像を生成するフィルタ手段と、
    前記入力画像の注目領域を検出する検出手段と、を備え、
    前記フィルタ手段は、前記注目領域のぼかし度合いを、前記注目領域以外のぼかし度合いよりも強くすることを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記入力画像をエッジ強調した第2画像を生成する強調手段と、
    前記第1画像と前記第2画像の合成処理を行う合成手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記フィルタ手段は、前記入力画像に対してLPF(Low Pass Filter)とサンプリングを行うことにより、前記第1画像を生成す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。
  4. 前記画像処理装置は、接続された撮像装置のフォーカスをアシストするフォーカスアシストモードを備え、
    前記フィルタ手段は、前記フォーカスアシストモードに設定された場合に、前記注目領域のぼかし度合いを、前記注目領域以外のぼかし度合いよりも強くすることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の画像処理装置。
  5. 前記フィルタ手段は、前記注目領域のサイズが小さいほど、ぼかし度合いを強くすることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の画像処理装置。
  6. 前記強調手段は、前記注目領域のサイズが小さいほど、エッジ強調を強くすることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
  7. 請求項1から6までの画像処理装置と、
    表示手段と、を備える表示装置。
  8. 前記フィルタ手段は、前記表示手段の表示輝度が低いほど、ぼかし度合いを強くすることを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  9. 前記強調手段は、前記表示手段の表示輝度が低いほど、エッジ強調を強くすることを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  10. 入力画像のエッジ部分以外の領域をぼかした第1画像を生成するフィルタステップと、
    前記入力画像の注目領域を検出する検出ステップと、を有し、
    前記フィルタステップは、前記注目領域のぼかし度合いを、前記注目領域以外のぼかし度合いよりも強くすることを特徴とする画像処理装置の制御方法。
  11. コンピュータを請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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