JP2021048522A - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】現像処理において異なる階調補正を行う画像に変換する場合であっても、変換後の違和感を低減する。【解決手段】画像処理装置は、入力データを取得する入力データ取得手段と、前記入力データ取得手段により取得された入力データを現像してHDR(ハイダイナミックレンジ)画像を得るHDR現像手段と、前記入力データ取得手段により取得された入力データに対するSDR(スタンダードダイナミックレンジ)現像のための階調補正に用いる階調補正情報を算出する算出手段と、前記算出手段により算出されたSDR現像のための階調補正情報を、前記HDR現像のための階調補正情報に変換する変換手段とを有し、前記HDR現像手段は、前記変換手段により変換されたHDR現像のための階調補正情報を用いて前記HDR現像を行う。【選択図】図2
Description
本発明は、画像処理装置および画像処理方法に関する。
ディスプレイの表示輝度が高くなることに伴い、圧縮されていた高輝度側の階調を、より見た目に近い階調で再現できる画像を取得するHDR(ハイダイナミックレンジ)カメラシステムが知られている。HDRカメラシステムで画像を出力する際に使用されるOETFカーブは、HDRモニタで取り扱うHDR規格のST2084等に記載されたEOTF特性に対し、逆特性のカーブとなる。画像処理装置は、OETFカーブを使用してカメラで撮影された画像を変換処理(以降、ガンマ処理と呼称する)することで、HDRモニタで高輝度側の階調を表示することができる。
そのため、画像処理装置は、ガンマ処理を行って出力されるHDR画像を取得するために、SDR(スタンダードダイナミックレンジ)現像とは異なるHDR現像を行う必要がある。その際に、HDR画像をSDR画像の見た時の印象に近づけたい場合がある。具体的には、HDR画像はSDR画像よりもダイナミックレンジが広くなったことにより、高輝度側の階調部分は表示させ、SDR画像で表現できる輝度域は見た時の印象に近づけたい場合である。ユースケースとしては、撮影時にRAWとSDR画像を取得した後、撮影したRAWをカメラ内再現像やパーソナルコンピュータのアプリにおいてHDR現像を行う場合である。また、他のユースケースとしては、SDR現像結果をEVF(電子ビューファインダ)表示して画像を撮影した際にHDR現像結果を取得する場合である。
特許文献1では、HDRとSDRの表示特性が異なる装置間での見た時の印象の差を低減するため、階調値と表示輝度値の対応関係から変換を行うことで画像間の画質差をなくす処理を行っている。
特許文献1では、現像処理における階調補正の違いを考慮して変換を行っていないため、階調補正処理の違いによる画像間の画質差が発生する可能性があり、違和感を生じる場合がある。
本発明の目的は、現像処理において異なる階調補正を行う画像に変換する場合であっても、変換後の違和感を低減することである。
本発明の画像処理装置は、入力データを取得する入力データ取得手段と、前記入力データ取得手段により取得された入力データを現像してHDR(ハイダイナミックレンジ)画像を得るHDR現像手段と、前記入力データ取得手段により取得された入力データに対するSDR(スタンダードダイナミックレンジ)現像のための階調補正に用いる階調補正情報を算出する算出手段と、前記算出手段により算出されたSDR現像のための階調補正情報を、前記HDR現像のための階調補正情報に変換する変換手段とを有し、前記HDR現像手段は、前記変換手段により変換されたHDR現像のための階調補正情報を用いて前記HDR現像を行う。
本発明によれば、現像処理において異なる階調補正を行う画像に変換する場合であっても、変換後の違和感を低減することができる。
図1は、本実施形態による画像処理装置100の構成例を示すブロック図である。画像処理装置100は、取得部101、算出部102、変換部103および現像部104を有する。なお、以下の説明ではスタンダードダイナミックレンジをSDRと表記し、SDR形式の画像をSDR画像、SDR画像を得るための現像処理をSDR現像と呼ぶ。また、ハイダイナミックレンジをHDRと表記し、HDR形式の画像をHDR画像、HDR画像を得るための現像処理をHDR現像と呼ぶ。
取得部101は、画像処理に使用する入力データとして撮像画像を取得し、その撮像画像を算出部102へ出力する。例えば、取得部101は、ベイヤ配列のR(赤)、G(緑)、およびB(青)の色フィルタを備えた撮像デバイスにより撮像された撮像画像(RAW画像)を取得する。
算出部102は、取得部101により取得された撮像画像を基に、SDR画像を生成することを想定したSDR現像のための階調補正情報として、コントラスト強調処理に使用するゲイン情報を算出する。詳細は後述するが、算出部102は、ローカルトーンマッピングで使用するゲイン情報として、撮像画像の画素毎の輝度に対応した各ゲイン値を算出する。そして、算出部102は、SDR現像のためのゲイン値と算出するために使用された情報を変換部103へ出力する。
変換部103は、算出部102で使用された情報を用いて、算出部102で算出された各画素におけるSDR現像のための階調補正情報(ゲイン値)を、HDR現像のための階調補正情報に変換する。詳細は後述するが、変換部103は、SDR画像で表現できる輝度域はHDR画像でも見た時の印象と限りなく近づけるような階調補正を行う。そして、変換部103は、HDR画像のみで表現できる高輝度側の輝度域はSDR画像で使用する階調補正情報をHDR現像用の階調補正情報に変換を行う。変換部103は、HDR現像のための階調補正情報を現像部104へ出力する。
現像部104は、変換部103で変換された階調補正情報を用いて、取得部101により取得された撮像画像に対して、HDR現像用の現像処理などの所定の信号処理を行って、出力画像信号であるHDR画像を生成する。
以上のように、画像処理装置100は、SDR画像の現像時に使用した階調補正情報を基にして、HDR現像用の階調補正情報に変換し、HDR画像の現像を行う。なお、HDR画像とは、HDRモニタで取り扱うHDR規格のST2084等に記載されたOETF特性を適用した画像を指す。SDR画像とは、HDR画像よりも出力レンジが狭い画像を指す。HDR画像のガンマは、ST2084のOETF特性(以降、PQガンマと呼ぶ)とし、HDR画像の色域はRec.2020とする。SDR画像のガンマは、sRGBガンマとし、SDR画像の色域はsRGBとする。
図2は、図1の画像処理装置100の画像処理方法の流れを示すフローチャートである。図2のフローチャートに示す各処理は、例えばCPU等が画像処理プログラムを実行することにより実現されてもよいし、それら処理の一部または全部が電子回路などのハードウェアにより実現されてもよい。
まず、ステップS201では、取得部101は、階調処理としてのコントラスト強調処理の対象となる撮像画像を取得する。
次に、ステップS202では、算出部102は、取得部101により取得された撮像画像を基に、出力画像としてSDR画像を想定したSDR現像のための階調補正情報の算出を行う。階調補正値は、例えば、撮像画像に対してゲインをかけるゲイン値であり、暗部や明部の明るさを変化させつつ、階調圧縮等が起きる輝度域に対し、コントラストを高めるための階調補正値である。例えば、算出部102は、撮像画像を基に、所定の階調特性を用いて各画素に対応したゲイン値を算出する。
図3(a)〜図3(c)は、算出部102がゲイン値を算出する方法を説明するための図である。図3(a)は、算出部102が入力する撮像画像301の一例を示す図である。図3(b)は、SDR画像を想定した現像での階調特性302を示す図であり、撮像画像301の輝度値に対するゲイン値を示す。図3(c)は、算出部102が算出した各画素におけるゲイン値303を示す図である。
まず、算出部102は、撮像画像301におけるベイヤ配列のR,G,Bの色信号の組みから、式(1)を用いて、画像の各画素の輝度値Yを算出する。
Y=0.299×R+0.587×G+0.114×B ・・・(1)
Y=0.299×R+0.587×G+0.114×B ・・・(1)
次に、算出部102は、画像の各画素の輝度値Yと図3(b)に示した所定の階調特性302とを用い、図3(c)に示すような各画素の輝度値Yに対応したゲイン値303を算出する。図3(b)の階調特性302は、例えば、横軸が輝度値Y、縦軸がゲイン値であるテーブルにより表される。算出部102は、図3(b)の階調特性302を用い、式(1)で算出した画素毎の輝度値Yに対応したゲイン値303を算出する。図3(c)に示した各画素に対応したゲイン値303は、画像が例えばH画素×W画素で表される場合に、各画素の座標(x,y)のゲイン値Gain(x,y)が2次元配列されたマップである。なお、図3(c)の例の場合、座標(x,y)のxは0,1,2,・・・,W−1の何れかであり、座標(x,y)のyは0,1,2,・・・,H−1の何れかである。なお、算出部102は、輝度値Yを求める際に式(1)を使用したが、これに限定されるものではなく、他の式を用いて輝度値Yを求めてもよい。ゲイン値303は、SDR画像を想定した現像での階調補正情報である。
次に、ステップS203では、変換部103は、算出部102により算出されたSDR現像のための階調補正情報を、HDR現像のための階調補正情報に変換する。変換部103は、SDR画像で表現できる輝度域はHDR画像でも見た時の印象と限りなく近づけるような階調補正を行い、HDR画像のみで表現できる高輝度側の輝度域はSDR現像のための階調補正情報をHDR現像のための階調補正情報に変換を行う。例えば、変換部103は、現像部104による焼きこみ処理または色飽和抑制処理を抑制するために、SDR現像のための階調補正情報をHDR現像のための階調補正情報に変換する。また、変換部103は、SDR現像とHDR現像間のトータル特性に違いがある場合には、特性の違いを考慮して、階調補正情報を変換する。
まず、焼きこみ処理について説明する。図4(a)と図4(b)は、変換部103におけるSDR現像用の階調特性401とHDR現像用の階調特性402を示す図である。図4(a)のSDR現像用の階調特性401は、算出部102がSDR画像を想定した現像で使用した階調特性である。図4(b)のHDR現像用の階調特性402は、HDR画像の現像用に焼きこみ処理部分を変更した階調特性である。変換部103は、図4(a)のSDR現像用のゲイン値から、図4(b)のHDR現像用のゲイン値への変換を行う。焼きこみ処理は、撮像画像の高輝度域に対してゲインダウンする階調処理であり、信号レベルが所定値以上になる飽和領域の信号がより視認しやすくする処理である。SDR画像では、SDR画像の表示できる輝度範囲が狭く、信号レベルが所定値以上になるとsRGBガンマの特性から階調圧縮等が発生することで低コントラストとなり、信号値が視認しにくくなる。一方、HDR画像では、SDR画像よりも出力ダイナミックレンジが広くなるため、焼きこみ処理のようなゲインダウンする処理を行わなくても、飽和領域の信号が視認できる。そのため、変換部103は、HDR画像を生成する場合には、焼きこみ処理などの高輝度側の階調補正処理を抑制するように、SDR現像のための階調補正情報をHDR現像のための階調補正情報に変換する。
次に、色飽和抑制処理について説明する。色飽和抑制処理は、撮像画像の中にある高彩度な被写体に対してかけるゲイン値を下げることによって、色曲りなどの弊害の発生を抑制する処理である。図5(a)と図5(b)は、算出部102が算出する色飽和抑制処理のゲイン値を説明する図である。図5(a)の階調特性501は、算出部102が使用するSDR画像を想定した現像で使用する階調特性を示す図である。図5(b)は、階調補正前の画素位置(X,Y)における信号値510と、階調補正後の画素位置(X,Y)における信号値511と、クリップ後の画素位置(X,Y)における信号値512を示す図である。算出部102は、式(1)を用いて、階調補正前の画素位置(X,Y)における信号値510を基に輝度値Yを算出し、図5(a)のSDR現像用の階調特性501を基に、その輝度値Yに対応するゲイン値502を算出する。階調補正前の画素位置(X,Y)における信号値510は、赤の高彩度被写体であり、Rの信号値が大きくなっている。算出部102は、式(1)を用いて、信号値510から輝度値Yを算出し、図5(a)の階調特性501を用いて、その輝度値Yを基にゲイン値502を算出する。その輝度値Yは、低輝度となり、ゲイン値502の大きなゲインがかかる。そのため、仮に、現像部104がゲイン値502を信号値510にかけると、信号値511のような結果になる。信号値511のR信号は、SDRモニタで表現できる閾値を超えている。現像部104は、信号値511に対して、R信号を閾値にリミット処理し、信号値512を出力する。信号値512は、信号値510に対して、G信号とB信号に対してのみゲインがかかり、色曲りなどの弊害が発生する。そのため、高彩度被写体の場合には、現像部104は、ゲインを抑制するような処理がSDR画像の想定の階調処理では行われる。
一方で、HDR画像は、SDR画像よりも出力ダイナミックレンジが広くなるため、色飽和による色曲りなどの弊害が発生する時の信号値が大きくなるため、SDR画像で使用していた閾値よりも信号値が大きいHDR画像用の閾値を用いることができる。そのため、HDR画像を生成する場合には、変換部103は、色飽和抑制処理で使用するSDR現像用の閾値をHDR現像用の閾値に変更して、HDR現像用の階調補正情報を算出する。
変換部103は、現像部104がSDR現像でリミット処理する閾値よりも大きい閾値を用いてHDR現像でリミット処理するために、SDR現像のための階調補正情報をHDR現像のための階調補正情報に変換する。
最後に、SDR現像とHDR現像間のトータル特性に違いについて説明する。SDR現像とHDR現像でのトータル特性の違いにより、SDR画像とHDR画像の見た時の印象が異なる。図6(a)は、カメラ604が受光した光をディスプレイ605に表示するまでのトータル特性を示したモデルである。EOTF特性603は、SDRモニタとHDRモニタの各規格に応じたEOTF特性を示す。OETF特性602は、EOTF特性603でのSDRモニタとHDRモニタの逆特性となる。OOTF特性601は、SDR現像とHDR現像で異なる特性を適応している場合は、各特性の差分を考慮して階調補正情報の変換を行う必要がある。
図6(b)は、SDR現像におけるOOTF特性611の例を示す図である。図6(c)は、HDR現像におけるOOTF特性612の例を示す図である。OOTF特性611は、SDR現像でのOOTF特性601である。OOTF特性612は、HDR現像でのOOTF特性601である。変換部103は、式(2)により、OOTF特性の差分比率PSDR/HDRを求める。
PSDR/HDR=(ΔYSDR/ΔXSDR)÷(ΔYHDR/ΔXHDR) ・・・(2)
PSDR/HDR=(ΔYSDR/ΔXSDR)÷(ΔYHDR/ΔXHDR) ・・・(2)
ここで、ΔYSDR/ΔXSDRは、SDR現像におけるOOTF特性611での変化量である。ΔYHDR/ΔXHDRは、HDR現像におけるOOTF特性612での変化量である。ΔXは、SDR現像後およびHDR現像後に出力される画像で同じ輝度値となる入力データの範囲である。ΔYは、ΔXにおける出力データの変化量を示している。
変換部103は、OOTF特性の差分比率PSDR/HDRを、SDR現像ための階調補正情報に適応し、HDR現像のための階調補正情報を算出する。
次に、ステップS204では、現像部104は、補正部であり、変換部103により変換されたHDR現像のための階調補正情報を用いて、取得部101により取得された撮像画像に対して階調補正を行う。例えば、現像部104は、式(3)により、変換部103で変換されたHDR現像用のゲイン値Gain(x,y)を用いて、入力信号値in(x,y)に対して、階調処理としてゲイン処理を行い、出力信号値out(x,y)を出力する。ここで、out(x,y)は、座標(x,y)におけるゲイン処理後の出力信号値である。in(x,y)は、座標(x,y)における入力信号値である。Gain(x,y)は、座標(x,y)に対するゲイン値である。
out(x,y)=Gain(x,y)×in(x,y) ・・・(3)
out(x,y)=Gain(x,y)×in(x,y) ・・・(3)
次に、ステップS205では、現像部104は、階調補正(ゲイン処理)された画像に対して、HDR画像を生成するためにPQガンマを用いた現像処理などの所定の信号処理を行い、出力画像信号であるHDR画像を生成する。
なお、算出部102は、取得部101により取得された撮像画像を基に、SDR現像のための階調補正情報の算出する方法を説明したが、これに限定されない。算出部102は、既にSDR画像が保有されている場合には、SDR画像の生成時に記録されたメタ情報を読み出し、メタ情報を基に、SDR現像のための階調補正情報を算出してもよい。具体的には、算出部102は、記録されているSDR画像の生成時に使用したSDR現像のための階調補正情報とトータル特性を記録しておき、SDR画像の生成時に記録されたSDR現像のための階調補正情報とトータル特性を読み出して変換部103に出力する。変換部103は、SDR画像の生成時に記録されたトータル特性を用いて、SDR画像の生成時に記録されたSDR現像のための階調補正情報をHDR現像のための階調補正情報に変換する。
また、算出部102は、入力画像としてHDR現像を行う撮像画像を入力し、SDR画像を想定した現像での階調補正情報を算出する方法を説明したが、これに限定されない。算出部102は、現像部104がHDR現像を行う撮像画像とは異なる画像を基に、SDR現像のための階調補正情報を算出してもよい。具体的には、算出部102は、ライブビュー表示用に撮像されている画像の中から、現像部104がHDR現像を行う撮像画像と同じタイミングで撮像された画像を基に、SDR現像のための階調補正情報を算出してもよい。
変換部103は、SDR画像で表現できる輝度域はHDR画像でも見た時の印象と限りなく近づけるために、SDR現像のための階調補正情報をHDR現像のための階調補正情報に変換する。なお、SDR現像のための階調補正情報をHDR現像のための階調補正情報に変換するかどうかの設定を、ユーザ操作のメニュー操作等に基づき保持してもよい。
本実施形態によれば、SDR現像のための階調補正処理を基にHDR現像のための階調補正情報を生成することにより、HDR画像では、SDR画像で表現できる輝度域はSDR画像の場合の印象に近いものにすることができる。
(その他の実施形態)
なお、上記の実施形態ではHDR画像とSDR画像を例に説明したが、それぞれ異なるダイナミックレンジを有する2つの画像であれば、本発明は適用可能である。
なお、上記の実施形態ではHDR画像とSDR画像を例に説明したが、それぞれ異なるダイナミックレンジを有する2つの画像であれば、本発明は適用可能である。
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み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。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
101・・・取得部、102・・・算出部、103・・・変換部、104・・・現像部
Claims (11)
- 入力データを取得する入力データ取得手段と、
前記入力データ取得手段により取得された入力データを現像してHDR(ハイダイナミックレンジ)画像を得るHDR現像手段と、
前記入力データ取得手段により取得された入力データに対するSDR(スタンダードダイナミックレンジ)現像のための階調補正に用いる階調補正情報を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出されたSDR現像のための階調補正情報を、前記HDR現像のための階調補正情報に変換する変換手段とを有し、
前記HDR現像手段は、前記変換手段により変換されたHDR現像のための階調補正情報を用いて前記HDR現像を行うことを特徴とする画像処理装置。 - 前記変換手段は、前記階調補正における焼きこみ処理を抑制するよう、前記SDR現像のための階調補正情報を前記HDR現像のための階調補正情報に変換することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記変換手段は、前記SDR現像における階調補正でリミット処理する第1の閾値よりも大きい第2の閾値を用いて前記HDR現像でリミット処理するように、前記SDR現像のための階調補正情報を前記HDR現像のための階調補正情報に変換することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記変換手段は、前記SDR現像におけるOOTF特性での変化量と、前記HDR現像におけるOOTF特性での変化量を基に、前記SDR現像のための階調補正情報を前記HDR現像のための階調補正情報に変換することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記入力データ取得手段は、撮像手段であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記算出手段は、前記入力データ取得手段により取得された第1の入力データを基に、前記SDR現像のための階調補正情報を算出し、前記HDR現像手段は、前記第1の入力データとは異なる第2の入力データを現像することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記第1の画像は、ライブビュー表示用の画像であることを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記変換手段は、SDR画像の生成時に記録された前記SDR現像のための階調補正情報を、前記HDR現像のための階調補正情報に変換することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記SDR現像のための階調補正情報を前記HDR現像のための階調補正情報に変換するかを、ユーザ操作に基づき設定することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 入力データを取得する入力データ取得ステップと、
前記入力データ取得ステップで取得された入力データを現像してHDR(ハイダイナミックレンジ)画像を得るHDR現像ステップと、
前記入力データ取得ステップにより取得された入力データに対するSDR(スタンダードダイナミックレンジ)現像のための階調補正に用いる階調補正情報を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出されたSDR現像のための階調補正情報を、前記HDR現像のための階調補正情報に変換する変換ステップとを有し、
前記HDR現像ステップでは、前記変換ステップで変換されたHDR現像のための階調補正情報を用いて前記HDR現像を行うことを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータを、請求項1〜9のいずれか1項に記載された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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