JP2020190711A - Image processing device and image processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像処理装置および画像処理方法に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method.
近年、テレビやモニタなどの表示装置において、従来よりも広いダイナミックレンジ(表示可能な輝度範囲)をもつ製品が登場している。それに伴い広いダイナミックレンジに対応したハイダイナミックレンジ(HDR;High Dynamic Range)画像が普及しつつある。HDR画像と対比して、従来の画像は、標準的なダイナミックレンジをもつ画像という意味で、SDR(Standard Dynamic Range)画像と呼称される。 In recent years, in display devices such as televisions and monitors, products having a wider dynamic range (displayable brightness range) than before have appeared. Along with this, high dynamic range (HDR; High Dynamic Range) images corresponding to a wide dynamic range are becoming widespread. In contrast to HDR images, conventional images are referred to as SDR (Standard Dynamic Range) images in the sense that they have a standard dynamic range.
一方で、こうしたHDR画像の普及に伴い、HDR規格に比べてダイナミックレンジが限定的なモニタ(つまり、HDR画像よりもダイナミックレンジが狭いモニタ)でHDR画像を確認する用途が増えつつある。モニタのダイナミックレンジよりも広いダイナミックレンジに対応するHDR画像を表示する場合、モニタが表現できないレンジ(オーバーレンジ)に対応する画素は、いわゆる白飛びと表現されるような最大輝度(白色)で表示される処理が行われる。例えば、撮影時にカメラの背面モニタや電子ビューファインダなどで画像の確認が行われるが、この種のモニタはダイナミックレンジが限定的であるものが多い。 On the other hand, with the spread of such HDR images, there is an increasing use for checking HDR images on a monitor having a limited dynamic range as compared with the HDR standard (that is, a monitor having a narrower dynamic range than the HDR image). When displaying an HDR image that corresponds to a dynamic range wider than the dynamic range of the monitor, the pixels corresponding to the range (overrange) that the monitor cannot express are displayed with the maximum brightness (white) that is expressed as so-called overexposure. Processing is performed. For example, an image is confirmed on the rear monitor of a camera or an electronic viewfinder at the time of shooting, but many of these types of monitors have a limited dynamic range.
特許文献1には、閾値以上の輝度レベルの領域にゼブラパターンを重畳することでオーバーレンジの領域を表示する方法が記載されている。
しかしながら、特許文献1の方法では、オーバーレンジの画素領域の有無やその値域は判別可能であるが、階調の連続的な変化やオーバーレンジに含まれる画像を視認するのには適していない。例えば、特許文献1の方法では、画像のうちオーバーレンジの画素領域にオブジェクトが含まれるか否かを、判断することができない。
However, although the method of
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、出力デバイスのダイナミックレンジを超える画素について、ダイナミックレンジ内の画素との識別が容易で、かつ、階調の変化を視認できるような出力を可能とするための技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to output pixels that exceed the dynamic range of the output device so that they can be easily distinguished from the pixels within the dynamic range and the change in gradation can be visually recognized. The purpose is to provide the technology to do so.
本発明の第一側面は、輝度レベルの閾値を設定する設定部と、第1画像の少なくとも一部の領域の輝度レベルを変換して第2画像を生成する画像処理部と、を備え、前記画像処理部は、前記第1画像のうち前記閾値よりも大きい第1輝度レベルを有する画素に対応する前記第2画像の画素の輝度レベルが、前記第1画像のうち前記第1輝度レベルよりも高い第2輝度レベルを有する画素に対応する前記第2画像の画素の輝度レベルよりも高くなるように、前記第2画像を生成することを特徴とする画像処理装置を提供する。 The first aspect of the present invention includes a setting unit for setting a luminance level threshold and an image processing unit for converting a luminance level in at least a part of a region of the first image to generate a second image. In the image processing unit, the brightness level of the pixel of the second image corresponding to the pixel having the first luminance level larger than the threshold of the first image is higher than the first luminance level of the first image. Provided is an image processing apparatus characterized in that the second image is generated so as to be higher than the brightness level of the pixel of the second image corresponding to the pixel having a high second brightness level.
本発明の第二側面は、輝度レベルの閾値を設定するステップと、第1画像の少なくとも
一部の領域の輝度レベルを変換して第2画像を生成する生成ステップと、を有し、前記生成ステップは、前記第1画像のうち前記閾値よりも大きい第1輝度レベルを有する画素に対応する前記第2画像の画素の輝度レベルが、前記第1画像のうち前記第1輝度レベルよりも高い第2輝度レベルを有する画素に対応する前記第2画像の画素の輝度レベルよりも高くなるように、前記第2画像を生成することを特徴とする画像処理方法を提供する。
The second aspect of the present invention includes a step of setting a luminance level threshold and a generation step of converting the luminance level of at least a part of the first image to generate a second image. In the step, the brightness level of the pixel of the second image corresponding to the pixel having the first luminance level larger than the threshold of the first image is higher than the first luminance level of the first image. Provided is an image processing method characterized in that the second image is generated so as to be higher than the brightness level of the pixel of the second image corresponding to the pixel having the two luminance levels.
本発明の第三側面は、コンピュータを本発明の第一側面に係る画像処理装置の各部として機能させるためのプログラムを提供する。 A third aspect of the present invention provides a program for causing a computer to function as each part of an image processing apparatus according to the first aspect of the present invention.
本発明によれば、出力デバイスのダイナミックレンジを超える画素について、ダイナミックレンジ内の画素との識別が容易で、かつ、階調の変化を視認できるような出力が可能となる。 According to the present invention, it is possible to output pixels that exceed the dynamic range of the output device so that they can be easily distinguished from the pixels within the dynamic range and the change in gradation can be visually recognized.
本発明は、入力画像のダイナミックレンジ(以下「入力ダイナミックレンジ」)を、設定された閾値以下の輝度レベルからなるダイナミックレンジ(以下「出力ダイナミックレンジ」)に変換する処理によって、入力画像から出力画像を生成する技術に関する。このような技術は、入力ダイナミックレンジに比べて出力デバイスのダイナミックレンジが狭い場合に、入力画像から出力デバイスでの出力に適した出力画像を生成するために用いることができる。入力画像の輝度や階調を確認する目的においては、入力画像のうち、輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれる画素(領域)は、出来る限り入力画像に忠実に再現されることが好ましい。その一方で、入力画像のうち、輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれない画素(領域)については、オーバーレンジであることが容易に識別できることが望まれる。ここで、入力画像のうち、輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれない画素(領域)を、オーバーレンジ画素(オーバーレンジ領域)と呼称する。しかし、オーバーレンジ領域を一律の輝度で表示したり、同一の警告色で表示したりするだけでは、オーバーレンジ領域に含まれる画像情報(階調情報)が失われてしまう。具体的には、オーバーレンジ領域内に含まれる階調変化を確認することができないことから、オーバーレンジ領域に含まれるオブジェクトや模様をユーザが確認することができない。したがって、入力画像の確認という目的を達成することができない。また、入力ダイナミックレンジの全部又は一部(例えば確認したい部分)を出力ダイナミックレンジに収まるように階調圧縮を行う方法では、入力画像のうち、輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれる画素(領域)が本来とは異なる輝度で出力されてしまう。したがって、このような階調圧縮は、入力画像を確認する用途には不向きである。 The present invention converts an input image to an output image by a process of converting the dynamic range of the input image (hereinafter, "input dynamic range") into a dynamic range consisting of brightness levels equal to or less than a set threshold value (hereinafter, "output dynamic range"). Regarding the technology to generate. Such a technique can be used to generate an output image suitable for output by the output device from the input image when the dynamic range of the output device is narrower than the input dynamic range. For the purpose of confirming the brightness and gradation of the input image, it is preferable that the pixels (areas) whose brightness level is included in the output dynamic range of the input image are reproduced as faithfully as possible to the input image. On the other hand, among the input images, it is desired that the pixels (areas) whose luminance level is not included in the output dynamic range can be easily identified as being overranged. Here, among the input images, pixels (areas) whose luminance level is not included in the output dynamic range are referred to as overrange pixels (overrange areas). However, if the overrange area is displayed with a uniform brightness or the same warning color is displayed, the image information (gradation information) included in the overrange area is lost. Specifically, since it is not possible to confirm the gradation change included in the overrange area, the user cannot confirm the objects and patterns included in the overrange area. Therefore, the purpose of confirming the input image cannot be achieved. In addition, in the method of performing gradation compression so that all or part of the input dynamic range (for example, the part to be confirmed) fits in the output dynamic range, the brightness level of the input image is included in the output dynamic range. Is output with a brightness different from the original. Therefore, such gradation compression is not suitable for checking an input image.
そこで、本発明では、入力画像のうち出力ダイナミックレンジを超える輝度レベルを有する画素に対して、変換後の輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれるように輝度レベルを変換する処理を行う。さらに、変換処理は、オーバーレンジのうち少なくとも一
部の範囲に関して、変換前の輝度レベルの増加に対して変換後の輝度レベルが減少する対応関係を用いる。換言すると、オーバーレンジのうち少なくとも一部の範囲に関して、変換前の輝度レベルから変換後の輝度レベルへの写像(関数)が単調減少となるような変換処理が行われる。すなわち、入力画像のうち輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれる画素については、入力画像における輝度レベル(階調値)が大きくなるほど変換後の出力画像の輝度レベルが高くなる。そして、入力画像のうち輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれない画素については、入力画像における輝度レベル(階調値)が大きくなるほど変換後の出力画像の輝度レベルが低くなる。これにより、入力画像のうち輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれる画素については入力画像に忠実な再現が可能である。他方、入力画像のうち輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれない画素については、入力画像のうち輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれる画素との識別が容易で、かつ、階調の変化を視認することのできる出力が可能となる。
このようにして、変換前の画像の輝度レベルが高いほど、変換後の画像の輝度レベルが低くなるように変換する処理をポジネガ処理(ポジネガ反転処理)とも呼称する。また、単に反転処理ともいう。
Therefore, in the present invention, a process of converting the brightness level of the input image having a brightness level exceeding the output dynamic range is performed so that the converted brightness level is included in the output dynamic range. Further, the conversion process uses a correspondence relationship in which the brightness level after conversion decreases with respect to the increase in the brightness level before conversion for at least a part of the overrange. In other words, for at least a part of the overrange, the conversion process is performed so that the mapping (function) from the luminance level before conversion to the luminance level after conversion is monotonically reduced. That is, for pixels whose luminance level is included in the output dynamic range of the input image, the larger the luminance level (gradation value) in the input image, the higher the luminance level of the converted output image. For pixels whose luminance level is not included in the output dynamic range of the input image, the larger the luminance level (gradation value) in the input image, the lower the luminance level of the converted output image. As a result, it is possible to faithfully reproduce the input image for the pixels whose luminance level is included in the output dynamic range. On the other hand, for the pixels of the input image whose luminance level is not included in the output dynamic range, it is easy to distinguish the pixels of the input image whose luminance level is included in the output dynamic range, and the change in gradation is visually recognized. The output that can be done is possible.
In this way, the process of converting so that the higher the brightness level of the image before conversion is, the lower the brightness level of the image after conversion is also called a positive / negative process (positive / negative inversion process). It is also simply called inversion processing.
なお、本明細書において、「輝度レベル」は、輝度を示す指標、具体的には、輝度に比例する値、の意味で用いる。例えば、絶対輝度の値でもよいし、輝度を規格化した値でもよいし、相対輝度の値でもよい。「変換前の輝度レベルから変換後の輝度レベルへの写像が単調減少」とは、変換前の輝度レベルが大きいほど変換後の輝度レベルが小さいこと、すなわち、写像をf、変換前の輝度レベルをLi、変換後の輝度レベルをf(Li)としたときに、
L1<L2 ならば f(L1)≧f(L2)
が成り立つことを意味する。この写像fは、単調非増加とも呼ばれる。写像fの定義域、すなわち、変換前の輝度レベルLiの範囲は、出力ダイナミックレンジを超える範囲の全部であってもよいし、出力ダイナミックレンジを超える範囲の一部であってもよい。例えば、出力ダイナミックレンジを超える範囲の全体に画素が分布していることは少ないので、オーバーレンジの画素が比較的多く集中している一部の範囲のみに上記の写像fによる変換を行ってもよい。写像は、変換前の輝度レベルと変換後の輝度レベルとの対応関係、もしくは変換前の輝度レベルを変換後の輝度レベルに変換するための関数(変換関数)ともいえる。
In addition, in this specification, "luminance level" is used in the meaning of the index indicating the brightness, specifically, the value proportional to the brightness. For example, it may be an absolute brightness value, a standardized value of brightness, or a relative brightness value. "The mapping from the brightness level before conversion to the brightness level after conversion is monotonically reduced" means that the larger the brightness level before conversion, the smaller the brightness level after conversion, that is, the mapping is f, and the brightness level before conversion is Is Li, and the brightness level after conversion is f (Li).
If L1 <L2, then f (L1) ≥ f (L2)
Means that holds true. This mapping f is also called monotonic non-increasing. The domain of the map f, that is, the range of the luminance level Li before conversion may be the entire range exceeding the output dynamic range or a part of the range exceeding the output dynamic range. For example, since pixels are rarely distributed over the entire range exceeding the output dynamic range, even if the conversion by the above mapping f is performed only in a part of the range where a relatively large number of overrange pixels are concentrated. Good. The mapping can be said to be the correspondence between the luminance level before conversion and the luminance level after conversion, or a function (conversion function) for converting the luminance level before conversion into the luminance level after conversion.
以下の実施形態では、ダイナミックレンジが限定的な表示装置でHDR画像を確認する用途に本発明を適用した例を説明する。 In the following embodiments, an example in which the present invention is applied to an application for confirming an HDR image on a display device having a limited dynamic range will be described.
図1は本発明の実施形態に係る画像表示システムの構成を示すブロック図である。画像表示システムは、入力画像12の確認などに利用されるシステムであって、画像処理装置10と画像表示装置11から構成される。画像処理装置10は、入力画像12と出力ダイナミックレンジ情報13を入力として受けとり、入力画像12に対し必要な処理を行って出力画像14を生成し、画像表示装置11に出力する。ユーザは画像表示装置11に表示された出力画像14を見ることで、入力画像12の輝度や階調の確認を行う。なお、画像処理装置10と画像表示装置11は個別の装置であってもよいし、単体の装置であってもよい。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image display system according to an embodiment of the present invention. The image display system is a system used for confirming the
入力画像12は、例えば、PQ方式、HLG方式などの規格に準拠したHDR画像である。ただし、SDR画像の基準白を超える輝度レベルに対応する信号階調をもつ画像であれば、これらの規格以外の画像(例えばLog方式といったカメラに独自の方式など)を入力画像12としてもよい。例えば、HLG方式のHDR画像では、SDR画像の基準白の12倍の輝度に相当する輝度レベルまでの信号階調が定義されている。またPQ方式のHDR画像では、SDR画像の基準白が100nitであるとして、その100倍の輝度
(10000nit)に相当する輝度レベルまでの信号階調が定義されている。なお、1nitは1cd/m2に等しく、1平方メートルの面積が均一に1カンデラの明るさで光る輝度である。
The
階調値と輝度(明るさ)との対応関係はEOTF(Electro−Optical Transfer Function)と呼ばれる。入力画像12のEOTFは、入力画像12に関連付けられて、画像処理装置10に入力されるとよい(ただし、入力画像12のEOTFが既知の場合はEOTFの入力は必ずしも必要でない)。
The correspondence between the gradation value and the brightness (brightness) is called EOTF (Electro-Optical Transfer Function). The EOTF of the
出力ダイナミックレンジ情報13は、画像処理装置10から出力される出力画像14のダイナミックレンジ(出力ダイナミックレンジ)を定めるための情報である。本実施形態のように出力画像14が画像表示装置11での表示に用いられる場合であれば、画像表示装置11のダイナミックレンジを示す情報が出力ダイナミックレンジ情報13として与えられてもよい。例えば、PQ方式のHDR画像のように、入力画像12の階調値が絶対輝度で定義されている場合、画像表示装置11が表示可能な最大輝度(絶対輝度)の値が出力ダイナミックレンジ情報13として与えられることが好適である。一方、HLG方式やLog方式のHDR画像のように、入力画像12の階調値が相対輝度で定義されている場合には、画像表示装置11が表示可能な最大輝度に対応付ける相対輝度の値が出力ダイナミックレンジ情報13として与えられることが好適である。あるいは、絶対輝度や相対輝度の値ではなく、表示可能な最大輝度に対応する階調値(つまり、入力画像12の階調範囲の中のどの階調値まで表示可能であるかを示す情報)が出力ダイナミックレンジ情報13として与えられてもよい。画像処理装置10は、画像表示装置11のEDID情報を読み取り、画像表示装置11が表示可能な最大輝度(絶対輝度)の値を示す情報を取得することも可能である。
The output
画像表示装置11は、画像処理装置10から出力された出力画像14を表示するための出力デバイスである。画像表示装置11では、出力画像14の画素毎にその階調値に応じた輝度(明るさ)の表示が行われる。画像表示装置11は、例えば、液晶表示装置、有機EL(Electro Luminescence)表示装置、プラズマ表示装置、MEMS(Micro Electro Mechanical System)シャッタ方式表示装置、等である。
The
画像処理装置10は、主な機能部として、画像取得部101、設定部102、画像処理部103、通信部104を有する。画像取得部101は、入力画像12のデータを取得する機能である。
The
設定部102は、出力ダイナミックレンジを設定する機能である。設定部102は、少なくとも出力ダイナミックレンジの上限値(閾値)を設定する。設定部102は、例えば、マウスやタッチパネルなどの入力装置から受け付けたユーザの指示に応じて、出力ダイナミックレンジの上限値を設定してもよい。設定部102は、画像表示装置11から通信部104を介して取得した出力ダイナミックレンジ情報13に基づいて、出力ダイナミックレンジの上限値を設定してもよい。出力画像14の出力先となるデバイスが未定の場合には、前者の方法(ユーザによる入力ないし指定)が好ましい。入力画像12と出力ダイナミックレンジの上限値は画像処理部103に与えられる。
The
画像処理部103は、入力画像12が出力ダイナミックレンジの上限値よりも大きい輝度レベルの画素(オーバーレンジ画素)を含む場合に、入力画像12の輝度レベルを変換し、変換後の輝度レベルに基づいて出力画像14を生成する機能である。画像処理部103がオーバーレンジ画素に施す処理は、輝度レベル変換以外の処理、例えば、色変換、画像パターン(警告パターン)の重畳などを含んでいてもよい。輝度レベルが出力ダイナミ
ックレンジの上限値以下の画素(つまり、オーバーレンジでない画素)については、入力画像12の値をそのまま出力画像14に出力するとよい。入力画像12における輝度や色などを忠実に再現するためである。
When the
通信部104は、出力画像14や画像表示装置11の出力ダイナミックレンジを示す情報を、画像表示装置11と送受信するための通信インターフェースである。
The communication unit 104 is a communication interface for transmitting and receiving information indicating the
画像処理装置10は、例えば、プロセッサ(CPU)とメモリと不揮発性の記憶媒体を備えるコンピュータにより構成してもよい。この構成の場合、図1に示す機能部101〜103は、不揮発性の記憶媒体に格納されたプログラムをメモリにロードし、プロセッサが当該プログラムを実行することにより、実現される。ただし、この構成に限られず、画像処理装置10の機能部の全部又は一部をASICやFPGAなどの回路により構成してもよい。あるいは、画像処理装置10の機能部の全部又は一部をクラウドコンピューティングや分散コンピューティングにより実現しても構わない。
The
図2に画像処理装置10による画像変換処理のフローを示す。ステップS201で画像取得部101は、入力画像12を取得する。このとき、画像取得部101は、入力画像12に関連付けられたEOTFも取得する。
FIG. 2 shows the flow of image conversion processing by the
ステップS202で、設定部102は、出力ダイナミックレンジ情報13を取得し、出力ダイナミックレンジ情報13に基づいて出力ダイナミックレンジの上限値(閾値)を設定する。入力画像12と出力ダイナミックレンジの上限値は画像処理部103に与えられる。
In step S202, the
ステップS203で、画像処理部103は、入力画像12のEOTFに従い、入力画像12の各画素の階調値を輝度レベルに変換する。
In step S203, the
ステップS204で、画像処理部103は、入力画像12のうち輝度レベルが閾値を超えている画素に対し、輝度レベルの変換処理を行う。このとき、出力ダイナミックレンジの上限値を超える範囲のうちの少なくとも一部の範囲については、単調減少写像による変換が行われる(具体例は後述する)。輝度レベルが出力ダイナミックレンジ内の画素については輝度レベルの変換は行われず、そのまま出力される。
In step S204, the
ステップS205で、画像処理部103は、画像表示装置11のEOTFに従い、変換後の各画素の輝度レベルを階調値に変換して、出力画像14を生成する。画像表示装置11のEOTFは、画像処理部103に予め設定されていてもよいし、出力ダイナミックレンジ情報13に含まれていてもよいし、画像表示装置11から直接的に取得してもよい。
In step S205, the
なお、画像処理部103は、ステップS203〜S205の変換処理を関数により行ってもよいし、変換前後の値が対応付けられたデータテーブル(以後、ルックアップテーブル(LUT)と呼ぶ)を用いて行ってもよい。LUTを用いる方法の方が、演算が少ないため処理時間の短縮を図ることができる。ステップS203〜S205の3つの変換処理のそれぞれについて個別の関数又はLUTを用いてもよいし、3つの変換処理をまとめて行う関数又はLUTを用いてもよい。ステップS203の変換処理の関数又はLUTは、入力が階調値、出力が輝度レベルとなる。ステップS204の変換処理の関数又はLUTは、入力も出力も輝度レベルである。ステップS205の変換処理の関数又はLUTは、入力が輝度レベル、出力が階調値となる。また、ステップS203〜S205の3つの変換処理をまとめて行う関数又はLUTは、入力も出力も階調値である。「入力画像のEOTF」と「画像表示装置のEOTF」と「出力ダイナミックレンジ」の組合せが決まれば、入力画像の階調値(入力階調)と出力画像の階調値(出力階調)の対応関係を予め計算
することができる。その計算値を用いることで、3つの変換処理をまとめて行う関数又はLUTを生成することが可能である。3つの変換処理をまとめて行うことにより、処理時間のさらなる短縮を図ることができる。画像処理部103が用いる関数又はLUTは、不揮発性の記憶媒体に予め格納されているものとする。また、ステップS204でオーバーレンジ画素に対して変換処理をするとしたが、例えば後述する図4に示すような入出力の対応関係を用いて、入力画像に対して輝度レベルによらず一括で変換処理を施してもよい。
The
すべての入力値に関して、入力値と出力値の対応関係(以下「入出力関係」という)を定義すると、LUTのデータサイズが膨大となる。そのため、離散的な入力値(限られた数の入力値;以下「離散入力値」という)についてのみ、入出力関係を定義したLUTを用いるとよい。これによりLUTのデータサイズを小さくでき、LUTを格納するのに必要なメモリサイズを小さくできる。LUTで定義されていない入力値が与えられた場合には、値の近い離散入力値を一つ以上選択し、その離散入力値の入出力関係を用いて、補間計算によって出力値を算出する。例えば、与えられた入力値を間に挟む二つの離散入力値に対応する二つの出力値をLUTから取得し、与えられた入力値とそれぞれの離散入力値との距離に応じた比率で、二つの出力値を線形補間することによって、入力値に対応する出力値が計算される。 If the correspondence between the input value and the output value (hereinafter referred to as "input / output relationship") is defined for all the input values, the data size of the LUT becomes enormous. Therefore, it is preferable to use a LUT that defines an input / output relationship only for discrete input values (a limited number of input values; hereinafter referred to as "discrete input values"). As a result, the data size of the LUT can be reduced, and the memory size required for storing the LUT can be reduced. When an input value not defined by the LUT is given, one or more discrete input values having similar values are selected, and the output value is calculated by interpolation calculation using the input / output relationship of the discrete input values. For example, two output values corresponding to two discrete input values with a given input value in between are obtained from the LUT, and the ratio according to the distance between the given input value and each discrete input value is two. By linearly interpolating one output value, the output value corresponding to the input value is calculated.
ステップS204の変換処理のLUT、及び、ステップS203〜S205の3つの変換処理をまとめて行うLUTに関して、上述した離散的なLUTと補間計算を適用する場合には注意が必要である。すなわち、本実施形態においては、入力値が出力ダイナミックレンジ内かその上限値を超えるかで、入力値と出力値の対応関係が不連続に変化する。例えば、出力ダイナミックレンジ内の場合は、入力値と出力値が単調増加の関係であったものが、出力ダイナミックレンジの上限値を超えると、単調減少の関係に切り替わる。そのため、補間計算を行う際に、出力ダイナミックレンジの上限値より小さい離散入力値と上限値より大きい離散入力値とが選択されると、補間計算の結果が所望の入出力関係から大きくずれてしまい、妥当でない変換画像が得られる可能性がある。このような意図しない変換を未然に防ぐため、LUTに、出力ダイナミックレンジの上限値に対応する入力値に関する入出力関係を含めることが有効である。言い換えると、LUTに定義される複数の入出力関係(入力値と出力値の対応関係)のうちの一つが、出力ダイナミックレンジの上限値(輝度レベルの閾値)に対応する入力値に関する入出力関係であるとよい。このようなLUTを用いることで、出力ダイナミックレンジの上限値より小さい離散入力値と上限値より大きい離散入力値との間で補間計算が行われることがなくなり、妥当でない補間計算を排除することができる。なお、LUTの入力値及び出力値は、階調値でもよいし、輝度レベルでもよい。 Care must be taken when applying the above-mentioned discrete LUT and interpolation calculation to the LUT for the conversion process in step S204 and the LUT for performing the three conversion processes of steps S203 to S205 together. That is, in the present embodiment, the correspondence between the input value and the output value changes discontinuously depending on whether the input value is within the output dynamic range or exceeds the upper limit value thereof. For example, in the case of being within the output dynamic range, the relationship between the input value and the output value is monotonically increasing, but when the upper limit value of the output dynamic range is exceeded, the relationship is switched to the monotonically decreasing relationship. Therefore, if a discrete input value smaller than the upper limit value of the output dynamic range and a discrete input value larger than the upper limit value are selected when performing the interpolation calculation, the result of the interpolation calculation deviates greatly from the desired input / output relationship. , Inappropriate converted images may be obtained. In order to prevent such an unintended conversion, it is effective to include the input / output relationship regarding the input value corresponding to the upper limit value of the output dynamic range in the LUT. In other words, one of the plurality of input / output relationships (correspondence relationship between input value and output value) defined in the LUT is the input / output relationship related to the input value corresponding to the upper limit value (luminance level threshold value) of the output dynamic range. It is good to be. By using such a LUT, the interpolation calculation is not performed between the discrete input value smaller than the upper limit value of the output dynamic range and the discrete input value larger than the upper limit value, and it is possible to eliminate the invalid interpolation calculation. it can. The input value and output value of the LUT may be a gradation value or a brightness level.
図3に入力画像のダイナミックレンジと出力ダイナミックレンジとオーバーレンジとの関係の一例を示す。この例では入力画像がPQ方式であって10000nitまでの階調を備え、出力ダイナミックレンジの上限値が100nitである場合を示しており、100nitを超える階調範囲がオーバーレンジである。入力画像に含まれる各画素において、その階調値が出力ダイナミックレンジ内である画素(つまり、100nitに対応する階調値以下の画素)は入力画像のEOTF情報に従って表示することが可能である。しかし、その階調値がオーバーレンジに該当する画素は表示できない。 FIG. 3 shows an example of the relationship between the dynamic range of the input image, the output dynamic range, and the overrange. In this example, the input image is of the PQ method and has gradations up to 10000 nits, and the upper limit of the output dynamic range is 100 nits, and the gradation range exceeding 100 nits is the overrange. In each pixel included in the input image, the pixel whose gradation value is within the output dynamic range (that is, the pixel having the gradation value or less corresponding to 100 nits) can be displayed according to the EOTF information of the input image. However, the pixel whose gradation value corresponds to the overrange cannot be displayed.
さて、一般にウェーバー・フェヒナー(Weber−Fechner)の法則として知られるように、画像表示における階調の感覚量は輝度の変化比に比例して知覚される。そのため、輝度の変化比を増加から同程度の減少へ変更しても階調間の相対関係は知覚することが可能である。そこで、画像表示装置11で表示できない階調範囲の画素について、入力画像12の階調増加に対する輝度変化の関係を増加から同程度の減少に代替する。こ
うすることで画像表示装置11のダイナミックレンジを超える階調について、その階調間の相対関係を再現しつつ画像表示装置11で表示することが可能となる。
By the way, as is generally known as Weber-Fechner's law, the amount of sensation of gradation in image display is perceived in proportion to the change ratio of brightness. Therefore, even if the change ratio of the brightness is changed from an increase to a decrease of the same degree, the relative relationship between the gradations can be perceived. Therefore, for the pixels in the gradation range that cannot be displayed by the
図4にステップS204の輝度レベル変換処理における変換前の輝度レベルと変換後の輝度レベルの関係の一例を示す。図4の横軸は規格化入力輝度であり、変換前の輝度レベル(入力画像12の輝度レベル)を出力ダイナミックレンジの上限値が1.0となるように規格化した値である。縦軸は規格化出力輝度であり、変換後の輝度レベル(出力画像14の輝度レベル)を出力ダイナミックレンジの上限値が1.0となるように規格化した値である。横軸・縦軸とも対数軸である。 FIG. 4 shows an example of the relationship between the luminance level before conversion and the luminance level after conversion in the luminance level conversion process of step S204. The horizontal axis of FIG. 4 is the normalized input luminance, which is a value obtained by normalizing the luminance level before conversion (luminance level of the input image 12) so that the upper limit of the output dynamic range is 1.0. The vertical axis is the normalized output luminance, which is a value obtained by normalizing the luminance level after conversion (luminance level of the output image 14) so that the upper limit of the output dynamic range is 1.0. Both the horizontal axis and the vertical axis are logarithmic axes.
図4中の太線が、ステップS204の輝度レベル変換処理における、変換前の輝度レベルから変換後の輝度レベルへの写像(関数)を表している。出力ダイナミックレンジ内の輝度レベル(規格化輝度が1.0以下の範囲)は、変換されずに、そのまま出力されることを示している(変換されないのではなく、傾き1の一次関数で表される写像となるような変換が行われた、と考えることもできる)。一方、出力ダイナミックレンジを超える輝度レベル(規格化輝度が1.0よりも大きい範囲)については、輝度レベルの対数に対して傾きが−1の一次関数で表され又は近似される写像となるような変換が行われる。これにより、例えば規格化入力輝度100(PQ方式の入力画像で10000nitに対応)は、規格化出力輝度0.01(1nitに相当)に変換されることとなる。
The thick line in FIG. 4 represents the mapping (function) from the luminance level before the conversion to the luminance level after the conversion in the luminance level conversion process of step S204. The brightness level within the output dynamic range (range in which the normalized brightness is 1.0 or less) indicates that the output is output as it is without being converted (rather than not being converted, it is represented by a linear function of
このような輝度レベル変換によって、出力ダイナミックレンジ内の画素については、入力画像12の輝度に忠実な再現が可能である。他方、出力ダイナミックレンジを超える画素については、出力ダイナミックレンジ内の画素との識別が容易で、かつ、階調の変化を視認することのできる出力画像が得られる。したがって、ユーザは、ダイナミックレンジが限定的な画像表示装置11を用いて、HDR画像の輝度や階調の確認、オーバーレンジとなる画素領域の確認などを好適に行うことができる。
By such a luminance level conversion, it is possible to faithfully reproduce the luminance of the
オーバーレンジに対する輝度レベル変換は、図4に示すように、傾き−1の一次関数で表され又は近似される写像であるのが好例である。ただし、この写像は好適な一例にすぎず、他の写像を用いても同等の効果を得ることができる。以下に、他の写像の例を示す。 As shown in FIG. 4, the luminance level conversion for the overrange is preferably a mapping represented or approximated by a linear function of slope -1. However, this mapping is only a preferable example, and the same effect can be obtained by using other mappings. Examples of other mappings are shown below.
図5の符号50は、傾きが−1より小さい一次関数で表され又は近似される写像の例である。写像50で示される変換を行うことにより、オーバーレンジの階調のコントラストを高める効果が得られる。したがって、画像中のオーバーレンジ領域を強調表示したい場合は、写像50が好適である。
図5の符号51は、傾きが−1より大きい一次関数で表され又は近似される写像の例である(単調減少関数であることが前提なので、傾きは0より小さい)。写像51で示される変換を行うことにより、オーバーレンジの階調のコントラストを弱める効果が得られる。したがって、画像中のオーバーレンジ領域を軟調表示したい場合は、写像51が好適である。
図6は、一次関数以外の写像を用いる例である。図6の符号60は、区分線形関数で表され又は近似される写像の例である。区分線形関数は、定義域が複数の区分に分けられ、各区分が一次関数で表されるものである。図6は、定義域(規格化入力輝度が1.0より大きい範囲)を2つの区分に分け、輝度レベルが低い方の区分の傾きを、輝度レベルが高い方の区分の傾きよりも小さくした例である。写像60で示される変換を行うことにより、例えば規格化入力輝度が1〜10の範囲を強調表示する一方で、10を超える範囲を軟調表示する、という効果が得られる。一般に、オーバーレンジの画素は1000nit以
下の範囲に多く分布する傾向にあり、1000nitを超える画素は非常に少ない。したがって、オーバーレンジの中でも輝度レベルが低い範囲に出力階調を多く割り当てることで、オーバーレンジの視認性をより高めることができる。
FIG. 6 is an example of using a mapping other than a linear function.
図6の符号61は、曲線(例えばn次関数(nは2以上の整数))で表され又は近似される写像の例である(単調減少関数であることが前提なので、上に凸となる曲線である)。このような写像61を用いても同様の効果を得ることができる。また、図6の例では、規格化入力輝度が1.0のときに規格化出力輝度が1.0となり、かつ、その傾き(導関数)が0となるようなn次関数を用いている。これにより、出力輝度が増加から減少に転じる変化が漸次的になるため、出力レベルの上限値の前後において、自然な印象を優先した階調表示が実現できる。
図4〜図6の例では、入力輝度レベルが上限値以下の範囲と上限値よりも大きい範囲とのあいだで出力輝度レベルが連続となるような、輝度レベル変換が行われる。すなわち、規格化入力輝度が1.0以下の範囲の写像(傾き1の一次関数)と規格化入力輝度が1.0より大きい範囲の写像とが連続している。これにより、出力レベルの上限値の前後において表示輝度の不連続が生じないため、表示の不自然さを緩和することができる。 In the examples of FIGS. 4 to 6, the luminance level conversion is performed so that the output luminance level is continuous between the range where the input luminance level is equal to or less than the upper limit value and the range where the input luminance level is larger than the upper limit value. That is, the mapping in the range where the standardized input luminance is 1.0 or less (linear function of inclination 1) and the mapping in the range where the normalized input luminance is greater than 1.0 are continuous. As a result, the display brightness does not become discontinuous before and after the upper limit of the output level, so that the unnaturalness of the display can be alleviated.
これに対し、図7に示すように、入力輝度レベルが上限値以下の範囲と上限値よりも大きい範囲とのあいだで出力輝度レベルがあえて不連続となるようにしてもよい。これにより、出力レベルの上限値の前後において表示輝度が有意に変化するため、ユーザは、出力レベル内の画素とオーバーレンジの画素とを容易に識別できるようになるという利点がある。 On the other hand, as shown in FIG. 7, the output luminance level may be intentionally discontinuous between the range where the input luminance level is equal to or less than the upper limit value and the range where the input luminance level is larger than the upper limit value. As a result, the display brightness changes significantly before and after the upper limit of the output level, so that the user can easily distinguish between the pixels in the output level and the pixels in the overrange.
図4〜図7に示したように、輝度レベルの変換方法は、オーバーレンジに含まれる対象の輝度レベルL1を変換して得られる輝度レベルf(L1)が、対象の輝度レベルL1よりも高い輝度レベルL2を変換して得られる輝度レベルf(L2)よりも高くなるように変換されるものであればよい。すなわち、閾値(出力ダイナミックレンジの上限値)をLthとしたときに、
Lth<L1<L2 ならば Lth>f(L1)>f(L2)
を満足するような輝度レベルの変換方法であるとよい。
As shown in FIGS. 4 to 7, in the brightness level conversion method, the brightness level f (L1) obtained by converting the target brightness level L1 included in the overrange is higher than the target brightness level L1. Anything that is converted so as to be higher than the luminance level f (L2) obtained by converting the luminance level L2 may be used. That is, when the threshold value (upper limit value of the output dynamic range) is Lth,
If Lth <L1 <L2, then Lth> f (L1)> f (L2)
It is preferable that the brightness level conversion method satisfies the above.
図4〜図7は、入力輝度レベルが上限値(閾値)より低い範囲、すなわち、規格化入力輝度が1.0より小さい範囲について、入力と出力の輝度レベルが等しくなるような変換処理を行う(つまり、輝度レベルの変換を行わない)例を示している。しかしこれに限らず、入力輝度レベルが上限値(閾値)より低い範囲について、入力輝度と出力輝度が異なるような変換処理を行ってもよい。輝度レベルの変換方法は、オーバーレンジに含まれない対象の輝度レベルL3を変換して得られる輝度レベルf(L3)が、対象の輝度レベルL3よりも高い輝度レベルL4を変換して得られる輝度レベルf(L4)よりも低くなるように変換されるものであればよい。すなわち、閾値(出力ダイナミックレンジの上限値)をLthとしたときに、
L3<L4<Lth ならば f(L3)<f(L4)<Lth
を満足するような輝度レベルの変換方法であるとよい。
具体的な変換方法は、画像の内容や視認性に応じて変更可能である。
4 to 7 show conversion processing so that the input and output luminance levels are equal in the range where the input luminance level is lower than the upper limit value (threshold value), that is, the range where the normalized input luminance is less than 1.0. An example (that is, no brightness level conversion is performed) is shown. However, the present invention is not limited to this, and conversion processing may be performed so that the input luminance and the output luminance are different in the range where the input luminance level is lower than the upper limit value (threshold value). In the brightness level conversion method, the brightness level f (L3) obtained by converting the target brightness level L3 not included in the overrange is the brightness obtained by converting the brightness level L4 higher than the target brightness level L3. Anything may be converted so as to be lower than the level f (L4). That is, when the threshold value (upper limit value of the output dynamic range) is Lth,
If L3 <L4 <Lth, then f (L3) <f (L4) <Lth
It is preferable that the brightness level conversion method satisfies the above.
The specific conversion method can be changed according to the content and visibility of the image.
入力画像12の画素がRGB(Red、Green、Blue)の3原色など複数の色成分から構成される場合においては、より好適な輝度レベル変換の方法が考えられる。最も簡易な方法は、複数の色成分のそれぞれに対して独立に輝度レベル変換処理を行う方法である。別の方法は、複数の色成分のうち、当該画素において最も比率の高い色成分に対してのみ前述の輝度レベル変換処理を行い、当該画素における複数の色成分の比率が変換
前と後で維持されるように、残りの色成分の変換後の値を計算する方法である。後者の方法では、変換前の画素と変換後の画素の色味がほぼ同じとなるため、見た目の印象が維持されるという利点がある。
When the pixels of the
また、オーバーレンジとなる画素については、輝度レベル変換に加えてモノクロに変換してもよい。具体的には、画像処理部103は、オーバーレンジの画素に対し輝度レベル変換を行った後、当該画素を変換後の輝度レベルに応じたモノクロの画素に置き換えるとよい。このときの輝度レベル変換処理には、前述した、色成分の比率が変換前と後で維持されるように、最大比率の色成分の変換結果に基づき残りの色成分の値を決める方法を用いることが好適である。また、オーバーレンジでない画素は、入力画像12と同等の表現とする。すなわち、入力画像12がカラー画像である場合には、オーバーレンジでない画素はカラー画素に変換する。このようにオーバーレンジの画素をモノクロで表示することにより、出力ダイナミックレンジ内の画素とオーバーレンジの画素との識別がきわめて容易となる。
Further, the pixels that are overranged may be converted to monochrome in addition to the luminance level conversion. Specifically, the
また、画像処理部103は、オーバーレンジの画素領域に所定の画像パターン(例えば、ゼブラパターンと呼ばれる縞状パターンなど)を重畳してもよい。このような表示によっても、出力ダイナミックレンジ内の画素とオーバーレンジの画素との識別がきわめて容易となる。
Further, the
図8は、入力画像をグラデーション画像とした場合に、本実施形態による変換処理によって生成された出力画像の例を示す模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an output image generated by the conversion process according to the present embodiment when the input image is a gradation image.
図8の(a)は、入力画像を示す模式図である。入力画像は、黒から白へ徐々に変化するグラデーション画像である。なお、横軸は、入力画像の各位置における輝度レベルを示す。中間位置が入力画像のグラデーション画像において100nitの位置を示している。入力画像のダイナミックレンジは、0〜10000nitであるとする。出力ダイナミックレンジの上限値(閾値)は、100nitであるとする。 FIG. 8A is a schematic diagram showing an input image. The input image is a gradation image that gradually changes from black to white. The horizontal axis indicates the brightness level at each position of the input image. The intermediate position indicates a position of 100 nits in the gradation image of the input image. The dynamic range of the input image is assumed to be 0 to 10000 nits. It is assumed that the upper limit value (threshold value) of the output dynamic range is 100 nits.
図8の(b)は、入力画像のダイナミックレンジ(0〜10000nit)を出力ダイナミックレンジ(0〜100nit)に圧縮して変換した場合の出力画像を示す。この場合、入力画像において輝度レベルが10000nitの領域(図8の(a)の右端部)が、出力画像において100nitになるように、画像全体の輝度レベルが低減される。この場合、入力画像のうち輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれる領域(つまり、入力画像において0〜100nitの輝度レベルの画素領域)の明るさが全体的に暗くなり、ユーザの視認性が低下する。このように処理した場合、入力画像における輝度レベルの差の有無をユーザは認識できる。したがって、ユーザは、入力画像に含まれるオブジェクト等を、出力画像を見て認識することが可能となる。しかし、画像が全体的に暗くなることから、ユーザは画像の詳細な表現を確認することが困難となる。 FIG. 8B shows an output image when the dynamic range (0 to 10000 nits) of the input image is compressed to the output dynamic range (0 to 100 nits) and converted. In this case, the brightness level of the entire image is reduced so that the region where the brightness level is 10000 nits in the input image (the right end portion of FIG. 8A) becomes 100 nits in the output image. In this case, the brightness of the region of the input image whose luminance level is included in the output dynamic range (that is, the pixel region of the luminance level of 0 to 100 nits in the input image) becomes dark as a whole, and the visibility of the user deteriorates. .. When processed in this way, the user can recognize whether or not there is a difference in the luminance level in the input image. Therefore, the user can recognize the objects included in the input image by looking at the output image. However, since the image becomes dark as a whole, it becomes difficult for the user to confirm the detailed representation of the image.
図8の(c)は、入力画像のうち輝度レベルが出力ダイナミックレンジに含まれない領域(オーバーレンジ領域)を、出力ダイナミックレンジの上限値にクリップするように変換して生成された出力画像を示す。この場合、入力画像において輝度レベルが閾値(100nit)を超える領域は、同一の輝度レベルに変換(クリップ)される。図8の(c)の場合、入力画像における閾値に対応する輝度レベルに変換される。このように処理した場合、入力画像において輝度レベルが閾値(100nit)より高い領域に含まれるオブジェクト等を、ユーザが出力画像を見て認識することができない。しかし、入力画像において輝度レベルが閾値(100nit)以下の領域については、入力画像と同等の輝度レベルで表現される。したがって、ユーザは、入力画像において輝度レベルが閾値(100nit)以下の領域については、画像の詳細な表現を確認することが可能となる。 FIG. 8C shows an output image generated by converting a region (overrange region) of the input image whose brightness level is not included in the output dynamic range so as to clip it to the upper limit of the output dynamic range. Shown. In this case, in the input image, the region where the brightness level exceeds the threshold value (100 nits) is converted (clip) to the same brightness level. In the case of (c) of FIG. 8, the luminance level is converted to the brightness level corresponding to the threshold value in the input image. When processed in this way, the user cannot recognize an object or the like included in a region where the brightness level is higher than the threshold value (100 nits) in the input image by looking at the output image. However, in the input image, the region where the brightness level is equal to or less than the threshold value (100 nit) is expressed by the same brightness level as the input image. Therefore, the user can confirm the detailed representation of the image in the region where the brightness level is equal to or less than the threshold value (100 nits) in the input image.
図8の(d)は、本実施形態に示すように、入力画像のオーバーレンジ領域に対してポジネガ処理を実行した場合の出力画像を示す。ポジネガ処理は、入力画像の輝度レベルが高いほど、出力画像の輝度レベルが低くなるように変換する処理であって、反転処理ともいう。例えば、入力画像の輝度レベルと、出力画像の輝度レベルとの関係は、図4に示す関係であるとする。この場合、入力画像において輝度レベルが閾値(100nit)以下の領域については、出力画像においても入力画像と同等の輝度レベルで表現される。一方で、入力画像において輝度レベルが閾値(100nit)より高い領域は、入力画像の輝度レベルが高いほど、出力画像の輝度レベルが低くなるように変換される。これにより、ユーザは、入力画像において輝度レベルが閾値(100nit)以下の領域については、画像の詳細な表現を確認することが可能となる。さらに、入力画像のオーバーレンジ領域についても、入力画像の輝度レベル差に応じて輝度レベルが異なることから、入力画像に含まれるオブジェクト等を、出力画像を見て認識することが可能となる。 FIG. 8D shows an output image when the positive / negative processing is executed on the overrange region of the input image as shown in the present embodiment. The positive / negative process is a process of converting so that the higher the luminance level of the input image is, the lower the luminance level of the output image is, and is also called an inversion process. For example, it is assumed that the relationship between the brightness level of the input image and the brightness level of the output image is the relationship shown in FIG. In this case, the region where the brightness level is equal to or less than the threshold value (100 nits) in the input image is expressed in the output image at the same brightness level as the input image. On the other hand, in the region where the luminance level is higher than the threshold value (100 nits) in the input image, the higher the luminance level of the input image, the lower the luminance level of the output image is converted. As a result, the user can confirm the detailed representation of the image in the region where the brightness level is equal to or less than the threshold value (100 nits) in the input image. Further, with respect to the overrange region of the input image, since the brightness level differs according to the difference in the brightness level of the input image, it is possible to recognize the objects included in the input image by looking at the output image.
図8の(e)は、本実施形態に示すように、入力画像のオーバーレンジ領域に対してポジネガ処理を実行した場合の出力画像を示す。入力画像の輝度レベルと、出力画像の輝度レベルとの関係は、図7に示す関係であるとする。この場合も、図8の(d)で示した例と同様に、ユーザが出力画像を見ることにより、入力画像のダイナミックレンジの全域で、オブジェクトの有無や模様の様子等を確認することが可能となる。 FIG. 8 (e) shows an output image when the positive / negative process is executed on the overrange region of the input image as shown in the present embodiment. It is assumed that the relationship between the brightness level of the input image and the brightness level of the output image is the relationship shown in FIG. In this case as well, as in the example shown in FIG. 8D, the user can check the presence / absence of an object, the state of the pattern, etc. in the entire dynamic range of the input image by viewing the output image. It becomes.
図8の(f)は、図8の(d)で示した出力画像に対して、さらにオーバーレンジにゼブラパターンを付加した場合の出力画像を示す。入力画像がモノクロ画像である場合、輝度レベルの反転では、オーバーレンジ領域であるか否かが一見して判別しづらいことがある。オーバーレンジ領域にゼブラパターンを重畳することによって、ユーザは、オーバーレンジ領域のオブジェクトを認識することが可能となるとともに、オーバーレンジ領域であるか否かを容易に認識することが可能となる。 FIG. 8 (f) shows an output image when a zebra pattern is further added to the overrange with respect to the output image shown in FIG. 8 (d). When the input image is a monochrome image, it may be difficult to determine at first glance whether or not it is in the overrange region when the brightness level is inverted. By superimposing the zebra pattern on the overrange area, the user can recognize the object in the overrange area and can easily recognize whether or not the object is in the overrange area.
以上述べた本実施形態によれば、ダイナミックレンジが限定的な画像表示装置でHDR画像を確認する場合に、画像表示装置のダイナミックレンジ内の画像をオリジナルに忠実に再現しつつ、同時にオーバーレンジの画像をユーザが好適に視認することができる。例えば、本実施形態の方法により、コントラスト比1000:1で最大表示輝度100nitの液晶モニタを用いて、PQ方式の10000nitまでの階調をすべて表示可能である。また、入力画像の最大輝度に応じて階調変換の方法を変更する必要もないため、PQ方式、HLG方式、Log方式など、さまざまな方式のHDR画像の表示が可能である。 According to the present embodiment described above, when an HDR image is confirmed by an image display device having a limited dynamic range, the image within the dynamic range of the image display device is faithfully reproduced and at the same time overranged. The image can be preferably visually recognized by the user. For example, according to the method of the present embodiment, it is possible to display all gradations up to 10000 nits of the PQ method by using a liquid crystal monitor having a contrast ratio of 1000: 1 and a maximum display brightness of 100 nits. Further, since it is not necessary to change the gradation conversion method according to the maximum brightness of the input image, it is possible to display HDR images of various methods such as PQ method, HLG method, and Log method.
また本発明は、オーバーレンジの画像を好適に視認することができるため、従来の画像変換方法との併用が考えられる。一例としては、カメラ撮影時のフォーカス調整に有用なピーキングである。ピーキングは、画像のエッジを検出して該当領域の画素を所定の色に置き換える(「画素を着色する」ともいう)ことで、合焦の度合いを視認しやすくする画像変換方法である。しかしながら、ピーキングによる着色には、一般に視認性を高くするために、彩度や明度の高い色が用いられる。そのような色の画素は高い階調値をもつため、輝度レベルが表示装置のダイナミックレンジを超える場合がある。その場合、ピーキングによる画像変換を実施した画像に対して、本実施形態による階調変換を実施すると、着色された画素の階調値が低い階調値に置き換えられ、着色された画素が目立たなくなるという課題が生じることがある。そこで、除外輝度範囲を設定値として設け、変換前の輝度レベルが前記除外輝度範囲に該当する画素については、所定の輝度レベル(例えば、出力ダイナミックレンジの上限値)に置き換えるとよい。これにより、ピーキングによる着色の視認性の高さを維持することができる。この方法は、ピーキングの他にもOSD(オンスクリーンディスプレイ)を画像に重畳する場合にも用いることができる。 Further, since the overranged image can be preferably visually recognized in the present invention, it is conceivable to use it in combination with a conventional image conversion method. One example is peaking, which is useful for adjusting the focus when shooting with a camera. Peaking is an image conversion method that makes it easier to visually recognize the degree of focusing by detecting the edge of an image and replacing the pixels in the corresponding region with a predetermined color (also referred to as "coloring the pixels"). However, for coloring by peaking, a color having high saturation and lightness is generally used in order to improve visibility. Since pixels of such colors have high gradation values, the brightness level may exceed the dynamic range of the display device. In that case, when the gradation conversion according to the present embodiment is performed on the image subjected to the image conversion by peaking, the gradation value of the colored pixel is replaced with a low gradation value, and the colored pixel becomes inconspicuous. May arise. Therefore, it is preferable to set the exclusion luminance range as a set value and replace the pixel whose luminance level before conversion corresponds to the exclusion luminance range with a predetermined luminance level (for example, the upper limit value of the output dynamic range). As a result, it is possible to maintain high visibility of coloring by peaking. This method can be used not only for peaking but also for superimposing an OSD (on-screen display) on an image.
(その他)
上記実施形態では、変換後の画像を出力する出力デバイスとして表示装置を例示したが、本発明適用範囲は表示装置に限られない。出力デバイスとしては、例えば、印刷装置(プリンタ、複合機など)、プロジェクタなども想定される。
また、閾値の設定は、出力デバイスの特性によらず、ユーザが設定することも可能である。ユーザが画像編集において想定した出力デバイスや表示環境に対応する閾値を設定してもよい。
(Other)
In the above embodiment, the display device is exemplified as an output device that outputs the converted image, but the scope of application of the present invention is not limited to the display device. As the output device, for example, a printing device (printer, multifunction device, etc.), a projector, or the like is also assumed.
Further, the threshold value can be set by the user regardless of the characteristics of the output device. A threshold value corresponding to the output device and display environment assumed by the user in image editing may be set.
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。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
10:画像処理装置
11:画像表示装置
12:入力画像
13:出力ダイナミックレンジ情報
14:出力画像
101:画像取得部
102:設定部
103:画像処理部
10: Image processing device 11: Image display device 12: Input image 13: Output dynamic range information 14: Output image 101: Image acquisition unit 102: Setting unit 103: Image processing unit
Claims (27)
第1画像の少なくとも一部の領域の輝度レベルを変換して第2画像を生成する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、前記第1画像のうち前記閾値よりも大きい第1輝度レベルを有する画素に対応する前記第2画像の画素の輝度レベルが、前記第1画像のうち前記第1輝度レベルよりも高い第2輝度レベルを有する画素に対応する前記第2画像の画素の輝度レベルよりも高くなるように、前記第2画像を生成する
ことを特徴とする画像処理装置。 A setting unit that sets the brightness level threshold, and
An image processing unit that converts the brightness level of at least a part of the first image to generate a second image,
With
In the image processing unit, the brightness level of the pixel of the second image corresponding to the pixel having the first brightness level larger than the threshold value of the first image is higher than that of the first brightness level of the first image. An image processing apparatus characterized in that the second image is generated so as to be higher than the brightness level of the pixel of the second image corresponding to the pixel having the high second brightness level.
前記第1画像は、前記表示装置のダイナミックレンジよりも広いダイナミックレンジをもつ画像である
ことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。 The second image is an image used for display on a display device.
The image processing device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first image is an image having a dynamic range wider than the dynamic range of the display device.
ことを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 7, wherein the first image is an image of a high dynamic range (HDR) standard.
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 7, wherein the luminance level threshold value is set to a value corresponding to the maximum luminance that can be displayed on the display device.
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 4, wherein the mapping is represented or approximated by a linear function with respect to the logarithm of the luminance level.
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 10, wherein the slope of the linear function is -1.
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 10, wherein the slope of the linear function is smaller than -1.
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 10, wherein the slope of the linear function is larger than -1.
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 4, wherein the mapping is represented or approximated by a piecewise linear function with respect to the logarithm of the luminance level.
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 4, wherein the mapping is represented by a curve with respect to a logarithm of a luminance level.
ことを特徴とする請求項1〜15のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。 The first image processing unit performs the first conversion so that the brightness level after conversion is continuous between a range in which the brightness level before conversion is below the threshold value and a range in which the brightness level before conversion is larger than the threshold value. The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 15, wherein the brightness level of an image is converted.
ことを特徴とする請求項1〜15のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。 The image processing unit said that the brightness level after conversion is discontinuous between a range in which the brightness level before conversion is below the threshold value and a range in which the brightness level before conversion is larger than the threshold value. 1. The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 15, wherein the brightness level of an image is converted.
前記画像処理部は、前記複数の色成分のそれぞれに対して前記変換処理を行う
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の画像処理装置。 Each pixel of the first image has a plurality of color components, and has a plurality of color components.
The image processing apparatus according to claim 3 or 4, wherein the image processing unit performs the conversion processing on each of the plurality of color components.
前記画像処理部は、
前記複数の色成分のうち当該画素において最も比率の高い色成分に対してのみ前記変換処理を行い、
当該画素における前記複数の色成分の比率が維持されるように、残りの色成分の変換後の値を計算する
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の画像処理装置。 Each pixel of the first image has a plurality of color components, and has a plurality of color components.
The image processing unit
The conversion process is performed only on the color component having the highest ratio in the pixel among the plurality of color components.
The image processing apparatus according to claim 3 or 4, wherein the converted values of the remaining color components are calculated so that the ratio of the plurality of color components in the pixel is maintained.
ことを特徴とする請求項1〜19のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。 Any of claims 1 to 19, wherein the second image is an image in which pixels having a brightness level before conversion larger than the threshold value are replaced with monochrome pixels corresponding to the brightness level after conversion. The image processing apparatus according to item 1.
ことを特徴とする請求項1〜20のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。 The second image according to any one of claims 1 to 20, wherein the second image is an image in which a predetermined image pattern is superimposed on a region where the brightness level before conversion is larger than the threshold value. Image processing device.
ことを特徴とする請求項21に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 21, wherein the predetermined image pattern is a striped pattern.
ことを特徴とする請求項1〜22のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。 The image processing unit performs conversion from the first image to the second image by using a data table in which the correspondence between the input value and the output value after conversion is defined for a plurality of input values. The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 22.
ことを特徴とする請求項23に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 23, wherein one of the plurality of correspondences defined in the data table is a correspondence relation regarding an input value corresponding to the threshold value.
ことを特徴とする請求項1〜24のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。 The image processing unit performs conversion processing so that the brightness level after conversion becomes a predetermined brightness level for the pixels having the brightness level included in the predetermined exclusion brightness range in the first image. The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 24.
第1画像の少なくとも一部の領域の輝度レベルを変換して第2画像を生成する生成ステップと、を有し、
前記生成ステップは、前記第1画像のうち前記閾値よりも大きい第1輝度レベルを有する画素に対応する前記第2画像の画素の輝度レベルが、前記第1画像のうち前記第1輝度レベルよりも高い第2輝度レベルを有する画素に対応する前記第2画像の画素の輝度レベルよりも高くなるように、前記第2画像を生成する
ことを特徴とする画像処理方法。 Steps to set the brightness level threshold and
It has a generation step of converting the luminance level of at least a part of the first image to generate the second image.
In the generation step, the brightness level of the pixel of the second image corresponding to the pixel having the first brightness level larger than the threshold value of the first image is higher than that of the first brightness level of the first image. An image processing method characterized in that the second image is generated so as to be higher than the brightness level of the pixel of the second image corresponding to the pixel having a high second brightness level.
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