JP3644421B2

JP3644421B2 - Image conversion method and image conversion apparatus

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Publication number: JP3644421B2
Application number: JP2001265895A
Authority: JP
Inventors: 峰樹曽我; 啓一山田
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Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2005-04-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各画素が濃淡を示す輝度値を有する画像の、明るさダイナミックレンジを圧縮する画像変換方法及び画像変換装置に関する。尚、本願明細書において２次元画像の輝度の「空間周波数」とは、各ライン（各行又は各列）毎の１次元の輝度の周波数をも包含する表現とする。
【０００２】
【従来の技術】
陰の領域及び日向の領域の両方を有する明暗差の大きな画像を撮像し、明るさダイナミックレンジの小さい表示装置に表示させる場合、画像中の暗部が黒つぶれしたり、明部が白飛びすることとなり、画像中の物体等の把握が困難となる。明部や暗部などの特定の輝度範囲に多くの階調を割り当てるような階調変換により、特定の輝度範囲のコントラストを向上させることはできるが、その他の輝度範囲のコントラストが低下するという問題が生じる。そこでHomomorphic Filteringと呼ばれる画像のダイナミックレンジの圧縮方法が知られている。Homomorphic Filteringにおいては、輝度の低空間周波数成分を除くか、又は抑制することにより陰日向の差や照明ムラ等の照明強度の情報を抑え、陰の領域及び日向の領域いずれにおいても画像中の物体等の把握を容易とするものである。図１８の（ａ）、（ｂ）にその概念を示す。図１８の（ａ）においては１画像の画素の輝度を取り込み、対数変換（log、９１）したのち高域濾波器（HPF、９２）で高空間周波数成分による画像データとし、逆対数変換（log^-1、９３）するものである。また、図１８の（ｂ）においては１画像の画素の輝度を取り込み、対数変換（log、９１）したのち、低域濾波器（LPF、９４）で低空間周波数成分による画像データを得て、符号を反転させて低域濾波されていない対数変換（log、９１）の出力である画像データと加算器９５により加算したのち逆対数変換（log^-1、９３）するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Homomorphic Filteringにおいては「低空間周波数成分」が一律に抑制されることとなり、例えば大きな白い物体（又はその表面）を撮像した画像に適用するとその画面内で大きくなるような白い物体が一律に灰色化してしまう。例えば道路標示を含む画像についてHomomorphic Filteringを適用すると、白線や横断歩道が灰色化し、道路標示の識別が極めて困難になる場合がある。これは、低空間周波数成分が抑制されることにより、高周波の白い物体よりも低周波の白い物体が相対的に暗くなるためである。低空間周波数成分として、画像の縦又は横の１方向の周波数を抑制するような簡便な方法を取る場合、特にこの問題が顕著となる。例えば画像中に縦方向の白線と横方向の白線が存在するとき、横方向に周波数分析すると、横方向の白線のみが灰色化してしまう。これは極めて違和感の大きな画像変換となる。同様の理由により、低輝度の低周波成分が明化することも有るが、白色物体の灰色化に比べ、その違和感は小さい。また、一律に低周波成分が抑制されることにより、低輝度部分においてノイズの目立つ画像となるという問題もある。これは、撮像画像のＳ／Ｎ比の小さい低輝度部分においても一律に高周波成分が相対的に強調されるためである。ダイナミックレンジの圧縮された画像の平均輝度を大きくして表示する場合、低輝度部分が明るく表示されるため、ノイズがより目立つ画像となる。
【０００４】
そこで例えば医療用撮像装置等において、特許第１５３０８３２号、２５０９５０３号、２６６３１８９号公報記載の方法が提案されている。特許第１５３０８３２号に開示の方法は、画像の濃度が大きくなるほど高周波成分の強調度合いを大きくする画像の鮮鋭化方法であり、原画像をSorg、低周波画像をSus、強調係数をβとし、式S'＝Sorg＋β(Sorg＋Sus)により、再生画像S'を得るものである。強調係数βを原画像又は低周波画像の濃度に応じて単調増加させることにより、ノイズの強調を防止している。この方法は鮮鋭化方法であるため、ノイズの強調を抑制することはできるが、原画像よりもノイズを抑制することはできない。また、ダイナミックレンジを圧縮することはできない。特許第２５０９５０３号に開示の方法は、画像信号の低空間周波数成分を用いてダイナミックレンジ圧縮用補正データを作成して、この補正データを用いて画像信号のダイナミックレンジを圧縮する方法である。ダイナミックレンジ圧縮用補正データは、画像信号に基づく信号値を閾値処理して、一方の場合は一定値とし、他方の場合は低空間周波数成分に基づいて求めるものである。つまり、画像中の明部又は暗部のいずれか一方は補正を行わないようにし、他方はダイナミックレンジを圧縮できるようにする方法である。この方法により、画像中の暗部のみでダイナミックレンジを圧縮し、明部ではダイナミックレンジを圧縮しないことにより、白い大きな物体の灰色化は防止できるが、低輝度部分でのノイズを抑制することはできない。また、明部と暗部の境界において周波数特性が急激に変化するため、儀輪郭が発生するという問題がある。特許第２６６３１８９号に開示の方法は、原画像の各画素においてその近傍の所定範囲内の画素での平均化により低周波画像を算出し、それに基づいて処理する方法である。具体的には、各画素において低周波画像の輝度を引数とする単調減少関数の出力を原画像の対応する画素の濃度値に加算することによりダイナミックレンジを圧縮する方法である。単調減少関数の特性の設定により、明部や暗部など所望の明るさ範囲のみを圧縮することができる方法である。単調減少関数の微係数を連続することにより儀輪郭の発生を防止することはできるが、原画像成分が常に一定で加算されているため、低輝度部分においてノイズを抑制することはできない。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決する為に成されたものであり、その目的は、暗部が黒つぶれすることなく、暗部のノイズが目立つことなく、画面内で大きな白い物体（又はその領域）が灰色化することのない、これらの特徴を全て併せ持つ画像変換方法又は画像変換装置を提供することである。更には、低空間周波数成分として画像の１方向（縦方向又は横方向）のような１次元の周波数のみを扱う場合においても、変換後の画像の違和感の少ない画像変換方法又は画像変換装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１乃至請求項８に記載の手段は各々本願発明の画像変換方法であり、上記の課題を解決するために成されたものである。即ち、請求項１に記載の手段によれば、各画素が輝度値を有する元画像を処理して、明るさダイナミックレンジを圧縮する画像変換方法において、元画像の輝度の周波数の低い成分から成る低周波画像を抽出する低周波画像抽出工程と、元画像の画素の輝度Y₁に対応する低周波画像の画素の輝度Y₂から、２つの係数C₁、C₂を求める係数決定工程と、２つの係数C₁、C₂と、元画像の画素の輝度Y₁と対応する低周波画像の画素の輝度Y₂とから、対応する変換画像の画素の輝度Y₃を式Y₃＝C₁Y₁＋C₂Y₂により求める線形演算工程とを有し、低周波画像の画素の輝度Y₂の関数である２つの係数C₁、C₂はいずれも連続関数であり、係数C₁は正又は０であり、係数C₂は、輝度Y₂の最小値を含む連続した第１の範囲で正、０及び負の値をとる広義の単調減少関数であり、輝度Y₂の最大値を含む連続した第２の範囲で負又は０の値をとる広義の単調増加関数であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２乃至請求項６に記載の手段は請求項１の従属請求項であって、各々２つの係数C₁、C₂の特徴を示すものである。即ち、請求項２に記載の手段によれば、２つの係数C₁、C₂の和が輝度Y₂の全範囲のうちの少なくとも連続する第３の範囲において正の一定の値であることを特徴とする。請求項３に記載の手段によれば、２つの係数C₁、C₂の和が輝度Y₂の全範囲において一定であることを特徴とする。また、請求項４に記載の手段によれば、輝度Y₂の第３の範囲の内部である連続する第４の範囲において、係数C₁が正の一定値であり、C₂が負の一定値であることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の手段によれば、輝度Y₂の第１の範囲において輝度Y₂の関数C₂/C₁が広義の単調減少関数であり、輝度Y₂の第２の範囲において輝度Y₂の関数C₂/C₁が広義の単調増加関数であることを特徴とする。また、請求項６に記載の手段によれば、輝度Y₂の第４の範囲及びそれを越えた範囲の全てにおいて、係数C₁が正の一定値であることを特徴とする。
【０００９】
請求項７に記載の手段によれば、２つの係数C₁とC₂は、輝度Y₂の最小値を含む連続した第５の範囲においてC₁が０であり、輝度Y₂の最大値を含む連続した第６の範囲においてC₂が０であり、当該２つの範囲に挟まれた範囲の連続した少なくとも一部において係数C₁が正の一定値、係数C₂が負の一定値であることを特徴とする。
【００１０】
請求項８に記載の手段は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像変換方法において、低周波画像の抽出が、各画素ラインごとの１次元方向のみにて行われることを特徴とする。
【００１１】
請求項９乃至請求項１６に記載の手段は、各々本願発明の画像変換装置であり、それぞれ請求項１乃至請求項８に記載の画像変換方法に対応するものである。即ち、請求項９に記載の手段は、各画素が輝度値を有する元画像を処理して、明るさダイナミックレンジを圧縮する画像変換装置において、元画像の輝度の周波数の低い成分から成る低周波画像を抽出する低周波画像抽出手段と、低周波画像抽出手段から出力された低周波画像の画素の輝度Y₂に対応して、各々係数C₁、C₂を求める第１、第２の係数決定手段と、当該第１、第２の係数決定手段により得られる係数C₁、C₂と、それに用いた低周波画像抽出手段から出力された低周波画像の画素の輝度Y₂、及びそれに対応する元画像の画素の輝度Y₁から、式Y₃＝C₁Y₁＋C₂Y₂により変換画像の画素の輝度Y₃を求める線形演算手段とを有し、第１、第２の係数決定手段における係数C₁、C₂について、低周波画像の画素の輝度Y₂の関数である係数C₁、C₂はいずれも連続関数であり、係数C₁は正又は０であり、係数C₂は、輝度Y₂の最小値を含む連続した第１の範囲で正、０及び負の値をとる広義の単調減少関数であり、輝度Y₂の最大値を含む連続した第２の範囲で負又は０の値をとる広義の単調増加関数であることを特徴とする。
【００１２】
請求項１０に記載の手段は、係数C₁、C₂の和が前記輝度Y₂の全範囲のうちの少なくとも連続する第３の範囲において正の一定の値であることを特徴とする。請求項１１に記載の手段は、係数C₁、C₂の和が輝度Y₂の全範囲において一定であることを特徴とする。請求項１２に記載の手段は、輝度Y₂の第３の範囲の内部である連続する第４の範囲において、係数C₁が正の一定値であり、C₂が負の一定値であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１３に記載の手段は、輝度Y₂の第１の範囲において輝度Y₂の関数C₂/C₁が広義の単調減少関数であり、輝度Y₂の第２の範囲において輝度Y₂の関数C₂/C₁が広義の単調増加関数であることを特徴とする。請求項１４に記載の手段は、輝度Y₂の第４の範囲及びそれを越えた範囲の全てにおいて、係数C₁が正の一定値であることを特徴とする。
【００１４】
請求項１５に記載の手段は、係数C₁とC₂は、輝度Y₂の最小値を含む連続した第５の範囲においてC₁が０であり、輝度Y₂の最大値を含む連続した第６の範囲においてC₂が０であり、当該２つの範囲に挟まれた範囲の連続した少なくとも一部において係数C₁が正の一定値、係数C₂が負の一定値であることを特徴とする。
【００１５】
請求項１６に記載の手段は、請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の画像変換装置において、低周波画像抽出手段における低周波画像の抽出が、各画素ラインごとの１次元方向のみにて行われることを特徴とする。
【００１６】
【作用及び発明の効果】
元画像の画素の輝度Y₁に対応する低周波画像の画素の輝度Y₂から、２つの係数C₁、C₂を求めることで、照明強度等の低周波成分の輝度に応じて、低周波成分の抑制量を変化させることができる。また、係数C₁は連続関数で正又は０、係数C₂は連続関数で当該輝度Y₂の最小値を含む連続した第１の範囲で正、０及び負の値をとる広義の単調減少関数、輝度Y₂の最大値を含む連続した第２の範囲で負又は０の値をとる広義の単調増加関数である。よって、輝度Y₂の最小値を含む、係数C₂が正の部分、即ち低輝度部分においては低周波成分が元画像よりも強調されるので、元画像よりもノイズ成分を抑制することが可能となる。係数C₂が単調減少する負の部分においては、輝度Y₂が小さいほど低周波成分の抑制量が小さいので、撮像画像のＳ／Ｎ比が小さくなるほど高周波成分が相対的に強調されなくなるのでノイズが目立つのを防止することができる。また、輝度Y₂の最大値を含む、係数C₂が負又は０で単調増加する部分においては、輝度Y₂が大きくなるほど低周波成分の抑制量が小さくなる。よって高輝度の低周波成分の抑制量が小さくなるので、画面内で大きな面積となる白い物体の像が灰色化することを防止することが可能な画像変換方法又は画像変換装置とすることができる（請求項１、９）。
【００１７】
また、２つの係数C₁、C₂の和が輝度Y₂の全範囲のうちの少なくとも連続する第３の範囲において正の一定の値であるので、変換後の画像におけるゼロ空間周波数成分の伝達率が一定となるため、その範囲においてコントラストが低下するのを防止することが可能となる（請求項２、１０）。更に、輝度Y₂の全範囲において係数C₁、C₂の和が一定であれば、低周波成分のコントラスト低下防止が全輝度範囲において可能となる（請求項３、１１）。また、輝度Y₂の連続する第４の範囲において、係数C₁が正の一定値であり係数C₂が負の一定値であるので、当該範囲においては、低周波成分の抑制度合いが一定となるので、一定の圧縮率でダイナミックレンジを圧縮することができる。（請求項４、１２）。
【００１８】
また、輝度Y₂の第１の範囲において輝度Y₂の関数C₂/C₁が広義の単調減少関数であるので、第１の範囲（低輝度部分）においては輝度Y₂が小さくなるほどより低周波成分が抑制度合いが小さくなる。従って、Ｓ／Ｎ比の小さい暗部においては、相対的に高周波成分が強調される度合いが小さくなるためノイズが目立つことはなく、且つ周波数特性が連続的に変化するため違和感の無い画像となる。また、輝度Y₂の第２の範囲において輝度Y₂の関数C₂/C₁が広義の単調増加関数であるので、第２の範囲（高輝度部分）においては輝度Y₂が大きくなるほど低周波成分が抑制されなくなるので高輝度の大きな領域の暗化（白色領域の灰色化）を起こさない（請求項５、１３）。尚、関数C₂/C₁が輝度Y₂の第１の範囲において狭義の単調減少関数であり、輝度Y₂の第２の範囲において狭義の単調増加関数であれば、これらの効果は尚一層顕著となる。更に、輝度Y₂の第２の範囲及びそれを越えた範囲の全てにおいて、係数C₁が正の一定値として、高輝度部分において輝度Y₂が大きくなるほど低周波成分の抑制量を小さくすることにより、高輝度部分のコントラストを大きくすることができる（請求項６、１４）。
【００１９】
係数C₁とC₂は、輝度Y₂の全範囲において和が正の一定値であり、輝度Y₂の最小値を含む連続した第５の範囲においてC₁が０、輝度Y₂の最大値を含む連続した第６の範囲においてC₂が０であり、当該２つの範囲に挟まれた範囲の連続した少なくとも一部において係数C₁が正の一定値、係数C₂が負の一定値であるようにすることによっても良い。即ち、輝度Y₂の最小値を含む連続した第５の範囲において低周波成分のみを含んだ変換画像となるため、ノイズを大きく抑制することができ、低輝度部分のノイズが大きい場合に特に有効である。また、輝度Y₂の最大値を含む連続した第６の範囲において低周波成分の抑制量は０となり、第６の範囲（高輝度部分）においては大きな領域の暗化（白色領域の灰色化）を起こさない。また、それらの間の領域では係数C₁が正の一定値、係数C₂が負の一定値であるので当該範囲においては一律に低周波成分が抑制されるので、一定の圧縮率でダイナミックレンジを圧縮することができる（請求項７、１５）。
【００２０】
上記各発明においては、低空間周波数として画像の１方向（縦方向又は横方向）のような１次元について低周波画像抽出を行う場合、低周波画像抽出を行わない方向のエッジ部分においては、低周波成分の抑制によるオーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑えることができる。即ち、より自然な変換画像となる。更に低周波画像抽出を１次元で行うことで、簡便な画像変換方法、又は簡易で高速な画像変換装置とすることができる（請求項８、１６）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例とともに説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
〔第１実施例〕
図１は本発明の第１の実施例に係る画像変換装置１０の構成を示すブロック図である。画像変換装置１０は、対数変換器１１、低周波画像抽出器１２、遅延回路１６、第１ルックアップテーブル１３−１、第２ルックアップテーブル１３−２、線形演算器１４から成る。本実施例は請求項１、２、４乃至６、８乃至１０１２乃至１４、１６の具体的な実施例に当る。また、低周波画像抽出器１２が低周波画像抽出手段に、第１ルックアップテーブル１３−１及び第２ルックアップテーブル１３−２がそれぞれ第１、第２の係数決定手段に、線形演算器１４が線形演算手段に対応する。本実施例においては、図１８のような逆対数変換９３を用いないものを示した。また、本実施例においては、１ライン毎に周波数フィルタリングを行う、高速画像変換装置を示した。尚、本実施例においては図示しない制御装置により各構成要素が制御されるものである。
【００２３】
撮像画像の各画素の輝度Y₀が対数変換器１１に出力され、各輝度Y₀に対し、輝度Y₁＝(Y_0maxlogY₀)／logY_0maxが計算され、低周波画像抽出器１２と遅延回路１６に出力される（図２）。ここでY_0maxは、輝度Y₀のとり得る値の最大値であり、この変換によりY₀＝Y_0maxはY₁＝Y_0maxに変換される。この、各画素が輝度Y₁である画像を元画像と呼ぶ。各画素が輝度Y₁である元画像は、次のようにして１ライン毎に変換される。
【００２４】
まず、１ライン分の輝度Y₁が、低周波画像抽出器１２に読み込まれ、１ライン分の各画素の輝度をY₂とする低周波画像が形成される（図３の（ａ））。ここにおいて、低周波画像の抽出は図３の（ｂ）のような周波数特性を有するコンボルーションフィルタにより実現される。こうして各画素が輝度Y₂である１ライン分の低周波画像が低周波画像抽出器１２から出力される。
【００２５】
次に、低周波画像抽出器１２から各画素の輝度Y₂が第１ルックアップテーブル１３−１及び第２ルックアップテーブル１３−２に順次入力される。第１ルックアップテーブル１３−１及び第２ルックアップテーブル１３−２においては、各々次の式による輝度Y₂に対する係数C₁、C₂が記憶されている。ただし0＜g＜1とする。
【数１】

【００２６】
こうして、第１ルックアップテーブル１３−１からは輝度Y₂に対応する係数C₁が、第２ルックアップテーブル１３−２からは輝度Y₂に対応する係数C₂が線形演算器１４に出力される。同時に、当該画素の輝度Y₂が低周波画像抽出器１２から線形演算器１４に出力される。また、遅延回路１６は、入力された輝度Y₁を、低周波画像の出力に要する時間分遅延させ、低周波画像の画素に対応する元画像の画素の輝度Y₁が線形演算器１４に出力される。こうして、線形演算器１４は、式Y₃＝C₁Y₁＋C₂Y₂により輝度Y₃を計算して出力する。各画素がこのような輝度Y₃を有する変換画像は、各画素が輝度Y₁である元画像に対し、低周波成分が抑制されたものである。
【００２７】
各画素が輝度Y₃の変換画像の特性について説明する。上記数１で示される、低周波画像の輝度Y₂の関数である係数C₁、C₂及びそれらの商C₂/C₁のグラフを図４に示す。係数C₁、C₂は、Y₂≦T₂においてC₁＋C₂が一定値g（ただし0＜g＜1）であるので、この範囲においてコントラストの低下を防止することができる。また、Y₂≦T₁においてC₂が単調減少しているので、輝度Y₂が小さくなるほど低周波成分の抑制量は小さくなる。従って、高周波成分であるノイズが強調されることを防止することができる。更にY₂≦T₀においてC₂≧０なので、元画像よりも高周波成分が抑制され、ノイズを抑制することができる。特にT₁≦Y₂≦T₂においてC₂＝g-1、C₁＝1で一定であるので、一律な低周波成分抑制となり、中輝度部分において一定の圧縮率でダイナミックレンジを圧縮することができる。また、Y₂≧T₂においては、Y₂の増加とともにC₁が一定値1で、C₂が負でその絶対値が小さくなるので、Y₂の増加とともに低周波成分の抑制量が小さくなる。よって、高輝度の低周波成分の暗化を抑えることができ、白い大きな物体（又はその領域、明部）が灰色化することがない。
【００２８】
これを伝達特性として図５で更に説明する。C₁が一定値1、C₂が一定値g-1（ただし0＜g＜1）である範囲即ちY₂≦T₂においては、周波数伝達特性は図５の（ａ）のようになると言える。即ち、ゼロ空間周波数成分の伝達率がgであり、周波数が大きくなるほど1に近づくような、伝達率が徐々に大きくなる特性である。。
【００２９】
次に、C₁＋C₂が一定値gのまま、C₂を正、０、負即ち、C₁を小から大へと変化させると伝達特性は図５の（ｂ）のようになる。即ち、C₂が正の場合は相対的に高周波成分が抑制されることとなり、C₂が負の場合は相対的に低周波成分が抑制されることとなる。C₁が最大1であれば、図５の（ａ）と同様の特性となる。
【００３０】
このように、本実施例の画像変換装置１０は、低輝度部分においてノイズを抑制することができ、高輝度部分において画面内で大きな白い物体（又はその領域、明部）が灰色化することがない。中輝度部分では一定の圧縮率でダイナミックレンジが圧縮されるので、明暗差の大きな画像を黒つぶれや白飛びすることなく表示することができる。また、１つの参照値（Y₂）によるルックアップテーブルを用いることでメモリを少量とし、また、高速化が可能である。また、１ライン毎の低周波成分抽出を行っているので、高速化及び装置全体の小型化が可能である。本実施例において、第2ルックアップテーブル１３−２を、輝度Y₂に対するC₂Y₂を記憶させて出力させるものとし、線形演算器１４への輝度Y₂の入力を省略した構成とすることも可能である。
【００３１】
〔第２実施例〕
図６は、本発明の第２の実施例に係る画像変換装置２０の構成を示すブロック図である。本実施例の画像変換装置２０は、第１実施例の画像変換装置１０に階調変換器１５を加えたものである。階調変換器１５は、線形演算器１４の出力である変換画像の輝度Y₃を階調変換してY₄とするものである。階調変換器１５はルックアップテーブルで構成することができる。
【００３２】
階調変換器１５の階調変換について図７乃至図９を用いて説明する。図７は、線形演算器１４の出力である変換画像の輝度Y₃において、低周波成分のダイナミックレンジが圧縮される様子を示しており、低周波画像の輝度Y₂と変換画像の輝度Y₃との関係を示したグラフである。今、元画像が低周波成分のみ有しているとして、元画像の輝度Y₁と低周波画像の輝度Y₂が一致すると考える。すると、変換画像の輝度Y₃は(C₁+C₂)Y₂とおくことができる。図７はこの仮定による低周波画像の輝度Y₂と変換画像の輝度Y₃との関係である。このグラフの傾きは、低周波画像の輝度Y₂がT₂未満のときg(0＜g＜1)であり、低周波画像の輝度Y₂がT₂を越えるときに1である。従って、低周波画像の輝度Y₂がT₂未満のときにダイナミックレンジはg倍に圧縮されていることがわかる。これは、低周波成分即ち、照明強度の成分のコントラストが低下したことを意味する。物体の反射率の成分は高周波成分であるのでそのコントラストは理想的には低下しないことになるが、実際には低周波成分も含まれるため、物体の反射率の成分のコントラストもわずかに低下する。そこで図８の実線に示すように、変換画像の輝度Y₃がgT₂以下のときにY₄＝Y₃／gとなるよう階調変換する。このときのY₄とY₃の関係はF(Y₂)=(C₁+C₂)Y₂としたとき、Y₄=F^-1(Y₃)である。つまり、図７に示したY₂からY₃への変換関数の逆関数である。この階調変換により、低輝度部分と高輝度部分で低周波成分のコントラストを等しくすることができる。つまり、低輝度部分において、わずかに低下した物体の反射率の成分のコントラストを回復することができる。また、図８の点線に示すように、輝度Y₃がgT₂以下のときにY₄＝Y₃／gよりも傾きの小さい階調変換としても良い。この場合の階調変換の変換関数は、定数α(0＜α＜1)を用いてY₄=αF^-1(Y₃)＋(1-α)Y₃と表すことができる。αを大きくするとダイナミックレンジの圧縮率は小さくなるが、低輝度部分での物体のコントラストは大きくすることができる。逆に、αを小さくすると、ダイナミックレンジの圧縮率は大きくなるが、低輝度部分での物体のコントラストは小さくなる。
【００３３】
階調変換により、次のような効果もある。図９の（ａ）はステップ状に元画像の輝度Y₁が変化している場合の、１ラインのプロフィールを、低周波画像の輝度Y₂とともに示したものであり、横方向がラインの並び、縦方向が輝度（上が大）である。ここで輝度Y₁及びY₂が、わずかに閾値T₂より低い部分に着目する。この部分の左端のステップ部分において、変換画像の輝度Y₃は、図９の（ｂ）のように、アンダーシュートＵＳ₃と、gT₂を越えるオーバーシュートＯＳ₃を生じることとなる。このオーバーシュートＯＳ₃は、その左側のダイナミックレンジが圧縮されたステップ部分との差が比較的大きく視認されるため、擬似輪郭として把握されてしまう。そこで階調変換により、オーバーシュートＯＳ₃の左側のダイナミックレンジをひろげた画像の輝度Y₄とすることで、ステップ部分との差が比較的小さくなるため、図９の（ｃ）のように、オーバーシュートＯＳ₄は目立たないものとなる。尚、経験的に、アンダーシュートＵＳ₄は暗部となるため違和感は小さい。
【００３４】
〔第３実施例〕
第１実施例の変形として、低周波画像の輝度Y₂の関数である係数C₁、C₂として、次のようなものも採用できる。
【数２】

【００３５】
ここで、Y_2maxはY₂のとり得る値の最大値であり、γは１以上の定数である。数２は、Y₃＝C₁Y₁＋C₂Y₂＝C₁(Y₁＋C₂Y₂/C₁)と考え、C₂Y₂/C₁のY₂による微係数が連続となるようにしたものである。C₁が一定であるときC₂Y₂/C₁のY₂による微係数の符号を反転させたものはダイナミックレンジ圧縮率であるため、輝度Y₂に対してダイナミックレンジ圧縮率を連続的に変化させることができる。実際、係数C₁、C₂は連続であり、C₂Y₂/C₁のY₂＝T₂での微係数は左側も右側も(g-1)であり一致する。C₂Y₂/C₁のY₂≧T₂での微係数は次のとおりである。
【数３】

【００３６】
数３から、Y₂＝T₂でC₂Y₂/C₁の右側微係数はg-1である。Y₂＝T₂においてダイナミックレンジ圧縮率が滑らかに変化していることがわかる。γを大きくすると輝度Y₂の変化に対してより急峻にダイナミックレンジ圧縮率が変化する。γ＝１であるとき、Y₂≧T₂においてC₂=g-1であり、輝度Y₂が変化してもダイナミックレンジ圧縮率は変化しない。また、数３に示した微係数は輝度Y₂の増加に対して単調に増加する、即ち、ダイナミックレンジ圧縮率は単調に減少し、Y₂＝Y_2maxにおいてダイナミックレンジ圧縮率は０となる。従って、第１実施例と同様の効果を有する他、ダイナミックレンジ圧縮率が輝度に対して連続的に変化するため、より違和感の少ない変換画像を得ることができる。
【００３７】
〔第４実施例〕
第１実施例の変形として、低周波画像の輝度Y₂の関数である係数C₁、C₂として、次のようなものも採用できる。本実施例は請求項１乃至４、７乃至１２、１５、１６の実施例に当たる。尚、h＞1であり、第４の範囲はT₁≦Y₂≦T₂、第５の範囲はY₂≦T₀、第６の範囲はY₂≧T₃である。
【数４】

【００３８】
数４のグラフを図１１に示す。本実施例は低周波画像の輝度Y₂の全範囲において係数C₁、C₂の和が一定であるので、低周波成分のコントラスト低下防止が全輝度において可能となる。また、その他も第１実施例と同様の効果を有する。本実施例の係数C₁、C₂は、輝度Y₂の各範囲において直線的に変化するので、線形演算のみで算出することができる。第１実施例のルックアップテーブル１３−１、１３−２の替わりに、２つの演算器を設けて係数C₁、C₂を算出する場合に、簡単な演算で高速に算出することができる。
【００３９】
〔第５実施例〕
第１実施例の変形として、低周波画像の輝度Y₂の関数である係数C₁、C₂として、次のようなものも採用できる。本実施例は請求項１乃至１６の実施例に当たる。尚、h＞1である。
【数５】

【００４０】
数５のグラフを図１２に示す。本実施例は、C₂／C₁が輝度Y₂の各範囲において直線的に変化する例である。本実施例も、低輝度部分のノイズ抑制、高輝度部分の低周波成分の灰色化を防止するなど、第１実施例と第４実施例と同様の効果を併せ持つ。
【００４１】
〔第６実施例〕
第１実施例、第３乃至第５実施例における、第１ルックアップテーブル１３−１、第２ルックアップテーブル１３−２、線形演算器１４を１体のものとしても良い。更に第２実施例における階調変換器１５をも含めて１体としても良い。構成を図１３に示す。本実施例の画像変換装置３０は、対数変換器１１、低周波画像抽出器１２、遅延回路１６、並びに低空間周波数成分抑制演算器３１若しくはルックアップテーブル３１の構成である。低空間周波数成分抑制演算器３１を構成要素とする場合は当該空間周波数成分抑制演算器３１に係数C₁、C₂の演算機能並びに線形演算機能が組み込まれたものとする。或いは第２実施例と同様な効果を得るための構成とする場合は、階調変換機能をも組み込まれたものとする。また、ルックアップテーブル３１を構成要素とする場合は、２つの参照値Y₁、Y₂から１つの値Y₃或いはY₄を出力するメモリ機能を組み込まれたものとする。
【００４２】
〔第７、８、９実施例〕
第２実施例における階調変換器１５を、対数変換する前の撮像画像の輝度Y₀と変換画像の輝度Y₃の１フレーム毎の平均値により変換度を調整する構成としても良い。これを第７実施例として画像変換装置４０の構成を図１４に示す。階調変換器４３は、線形演算器１４の出力Y₃の他、撮像画像の輝度Y₀の平均値を求める平均値算出器４１の出力Y_0aveと、変換画像の輝度Y₃の平均値を求める平均値算出器４２の出力Y_3aveをも入力される。これにより階調変化後の輝度Y₄の平均を所望の値にすることができる。ここから、平均値算出器４１と平均値算出器４２の一方を省略した構成でも良い。第８実施例として、第７実施例の画像変換装置４０から平均値算出器４２を省略した画像変換装置５０の構成を図１５に、第９実施例として、第７実施例の画像変換装置４０から平均値算出器４１を省略した画像変換装置６０の構成を図１６に示す。画像変換装置５０の階調変換器５１は、線形演算器１４の出力Y₃の他、撮像画像の輝度Y₀の平均値を求める平均値算出器４１の出力Y_0aveにより階調変化後の輝度Y₄を算出する。画像変換装置６０の階調変換器６１は、線形演算器１４の出力Y₃の他、変換画像の輝度Y₃の平均値を求める平均値算出器４２の出力Y_3aveにより階調変化後の輝度Y₄を算出する。これらいずれの実施例においても係数C₁、C₂の決定方法は数１、２、４、５のいずれでも良い。第７及び第８実施例では、対数変換する前の撮像画像の輝度Y₀の平均値Y_0aveを平均値算出器４１により算出し、階調変換器４３及び５１の入力とする例を示したが、平均値算出器４１を対数変換器１１の後段に設け、対数変換後の元画像の輝度Y₁の平均値を階調変換器４３及び５１の入力とすることも可能である。
【００４３】
〔第１０実施例〕
オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）付き撮像装置に接続する画像変換装置として、第１実施例の第１ルックアップテーブル、第２ルックアップテーブルに、撮像装置のＡＧＣの情報を入力構成としても良い。第１０実施例として画像変換装置７０の構成を図１７に示す。ＡＧＣ８１付き撮像装置８０と組み合わせる画像変換装置７０は、第１実施例の第１ルックアップテーブル１３−１、第２ルックアップテーブル１３−２に替えて第１ルックアップテーブル７１−１、第２ルックアップテーブル７１−２とし、各々ＡＧＣ８１からのゲイン値Gと低周波画像の輝度Y₂の２つの参照値に対する係数C₁、C₂を記憶させておき、出力するものである。係数C₁、C₂の決定方法は数１、２、４、５のいずれでも良く、撮像装置８０のＡＧＣのゲイン値Gに応じて、次のように各式における閾値T₀とT₁を変化させる。閾値T₀とT₁は撮像装置のＳ／Ｎ比が小さくなる低輝度部分においてノイズを目立たなくするために、低周波成分の抑制量を小さくするY₂の範囲を定めるための閾値である。この閾値を大きくし過ぎると高周波成分のコントラストが低下する輝度の範囲が広くなる。従って、閾値T₀とT₁は撮像画像のノイズレベルに応じた必要最小限の大きさであることが好ましい。一般に、撮像対象が暗い程ＡＧＣのゲイン値Gは大きくなり、撮像画像の輝度のノイズレベルは大きくなる。逆に、撮像対象が明るいほどＡＧＣのゲイン値Gは小さくなり、撮像画像の輝度のノイズレベルは小さくなる。そこで閾値T₀とT₁をＡＧＣのゲイン値Gに略比例させることにより、常に適切な輝度レベルでノイズの抑制をすることができ、ノイズの抑制が不足したり、暗部において必要以上にぼけた変換画像となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図２】対数変換器の作用を示す図。
【図３】低周波画像抽出器の作用を示す図。
【図４】本発明の第１の実施例に係る画像変換装置の線形変換における低周波画像の輝度Y₂の関数である２つの係数の特性を示すグラフ図。
【図５】線形変換による周波数特性を示すグラフ図。
【図６】本発明の第２の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図７】第２実施例における階調変換器に入力される変換画像の特性を示す図。
【図８】第２実施例における階調変換器の作用を示す図。
【図９】第２実施例における階調変換器の作用を示す図。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る画像変換装置の線形変換における低周波画像の輝度Y₂の関数である２つの係数の特性を示すグラフ図。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る画像変換装置の線形変換における低周波画像の輝度Y₂の関数である２つの係数の特性を示すグラフ図。
【図１２】本発明の第５の実施例に係る画像変換装置の線形変換における低周波画像の輝度Y₂の関数である２つの係数の特性を示すグラフ図。
【図１３】本発明の第６の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１４】本発明の第７の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１５】本発明の第８の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第９の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１７】本発明の第１０の実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図１８】 Homomorphic Filteringの２種類の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０画像変換装置
１１対数変換器
１２低周波画像抽出器
１３−１、７１−１第１ルックアップテーブル
１３−２、７１−２第２ルックアップテーブル
１４線形演算器
１５階調変換器（ルックアップテーブル）
１６遅延回路
４３、５１、６１階調変換器
３１低空間周波数成分抑制演算器（ルックアップテーブル）
４１、４２平均値算出器
８０ＡＧＣ機能付撮像装置
８１ＡＧＣ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image conversion method and an image conversion apparatus for compressing a brightness dynamic range of an image in which each pixel has a luminance value indicating shading. In the present specification, the “spatial frequency” of the luminance of the two-dimensional image is also an expression including the frequency of the one-dimensional luminance for each line (each row or each column).
[0002]
[Prior art]
When taking an image with a large difference in brightness and darkness that has both a shadow area and a sunny area and displaying it on a display device with a low brightness dynamic range, the dark area in the image will be blacked out or the bright area will be whiteout. Thus, it is difficult to grasp an object or the like in the image. Contrast of a specific luminance range can be improved by gradation conversion that assigns many gradations to a specific luminance range such as a bright part and a dark part, but the contrast of other luminance ranges is reduced. Arise. Therefore, a method for compressing the dynamic range of an image called “Homomorphic Filtering” is known. In Homomorphic Filtering, by removing or suppressing low spatial frequency components of luminance, information on illumination intensity such as difference in shade and uneven illumination is suppressed, and objects in images in both shaded areas and sunny areas Etc. are easy to grasp. 18 (a) and 18 (b) show the concept. In FIG. 18 (a), the luminance of a pixel of one image is captured, logarithmic transformed (log, 91), then converted to image data by a high spatial frequency component by a high pass filter (HPF, 92), and inverse logarithmic transformed (log ^-1 93). Further, in FIG. 18B, after the luminance of one image pixel is captured and logarithmically converted (log, 91), image data based on low spatial frequency components is obtained with a low-pass filter (LPF, 94). The inverse logarithm transformation (log) is performed after adding the image data which is the output of the logarithmic transformation (log, 91) which has not been subjected to low-pass filtering by inverting the sign and the adder 95 ^-1 93).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In Homomorphic Filtering, “low spatial frequency components” are uniformly suppressed. For example, when applied to an image of a large white object (or its surface), white objects that become large in the screen are grayed out uniformly. End up. For example, when Homomorphic Filtering is applied to an image including road markings, white lines and pedestrian crossings may become gray and identification of road markings may be extremely difficult. This is because the low-frequency white object becomes relatively darker than the high-frequency white object by suppressing the low spatial frequency component. This problem is particularly noticeable when a simple method is adopted in which the frequency in one direction of the vertical or horizontal direction is suppressed as the low spatial frequency component. For example, when a vertical white line and a horizontal white line exist in the image, if the frequency analysis is performed in the horizontal direction, only the horizontal white line is grayed out. This is an image conversion with a very uncomfortable feeling. For the same reason, a low-frequency low-frequency component may be brightened, but the uncomfortable feeling is small compared to the graying of a white object. There is also a problem that noise is conspicuous in a low luminance part by uniformly suppressing low frequency components. This is because the high-frequency component is uniformly relatively enhanced even in a low-luminance portion with a small S / N ratio of the captured image. When an image with a dynamic range compressed with a high average luminance is displayed, the low luminance portion is displayed brightly, so that the image becomes more conspicuous.
[0004]
Therefore, for example, methods described in Japanese Patent Nos. 1530832, 2509503, and 2663189 have been proposed for medical imaging devices and the like. The method disclosed in Japanese Patent No. 1530832 is an image sharpening method in which the enhancement degree of the high-frequency component increases as the image density increases. The original image is Sorg, the low-frequency image is Sus, and the enhancement coefficient is β. A reproduced image S ′ is obtained by S ′ = Sorg + β (Sorg + Sus). The enhancement of noise is prevented by monotonically increasing the enhancement coefficient β according to the density of the original image or the low-frequency image. Since this method is a sharpening method, noise enhancement can be suppressed, but noise cannot be suppressed more than the original image. Also, the dynamic range cannot be compressed. The method disclosed in Japanese Patent No. 2509503 is a method of creating correction data for dynamic range compression using low spatial frequency components of an image signal, and compressing the dynamic range of the image signal using this correction data. The dynamic range compression correction data is obtained by subjecting a signal value based on an image signal to a threshold value to be a constant value in one case, and based on a low spatial frequency component in the other case. That is, either the bright part or the dark part in the image is not corrected, and the other is a method in which the dynamic range can be compressed. By this method, by compressing the dynamic range only in the dark part of the image and not compressing the dynamic range in the bright part, graying of a large white object can be prevented, but noise in a low luminance part cannot be suppressed. . In addition, since the frequency characteristics change abruptly at the boundary between the bright part and the dark part, there is a problem that a ceremonial outline is generated. The method disclosed in Japanese Patent No. 2663189 is a method of calculating a low-frequency image by averaging the pixels in a predetermined range near each pixel of the original image, and processing based on the low-frequency image. Specifically, this is a method of compressing the dynamic range by adding the output of a monotone decreasing function with the luminance of the low-frequency image as an argument to each pixel to the density value of the corresponding pixel of the original image. This is a method in which only a desired brightness range such as a bright part and a dark part can be compressed by setting the characteristic of a monotonic decrease function. Although it is possible to prevent the appearance of a ceremonial outline by continuing the derivative of the monotone decreasing function, noise cannot be suppressed in a low-luminance portion because the original image components are always added at a constant value.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The purpose of the present invention is to make a large white object (or an area thereof) within the screen without causing dark areas to be blackened or causing dark noise to be noticeable. An object is to provide an image conversion method or an image conversion apparatus that has all of these characteristics without being grayed out. Furthermore, even when only a one-dimensional frequency such as one direction (vertical direction or horizontal direction) of an image is handled as a low spatial frequency component, an image conversion method or an image conversion apparatus with less sense of incongruity of the converted image is provided. It is to be.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Each of the means described in claims 1 to 8 is an image conversion method according to the present invention, and is made to solve the above-mentioned problems. That is, according to the first aspect of the present invention, in the image conversion method for processing the original image in which each pixel has a luminance value and compressing the brightness dynamic range, the image conversion method includes components having a low luminance frequency of the original image. Low-frequency image extraction process for extracting low-frequency images and the luminance Y of the pixels of the original image ₁ Low-frequency image pixel brightness Y corresponding to ₂ From the two coefficients C ₁ , C ₂ The coefficient determination process to find the two coefficients C ₁ , C ₂ And the luminance Y of the pixel of the original image ₁ And luminance Y of the corresponding low frequency image pixel ₂ And the luminance Y of the pixel of the corresponding converted image _Three The formula Y _Three = C ₁ Y ₁ + C ₂ Y ₂ And a linear calculation process obtained by ₂ Two coefficients C that are functions of ₁ , C ₂ Are continuous functions, and the coefficient C ₁ Is positive or zero and the coefficient C ₂ Is the luminance Y ₂ Is a monotonically decreasing function in a broad sense that takes positive, zero and negative values in a continuous first range including the minimum value of ₂ It is a monotonically increasing function in a broad sense that takes a negative or zero value in a continuous second range including the maximum value of.
[0007]
The means according to claim 2 to claim 6 are dependent claims of claim 1, each comprising two coefficients C ₁ , C ₂ It shows the characteristics of. That is, according to the means of claim 2, two coefficients C ₁ , C ₂ Is the sum of brightness Y ₂ It is characterized by being a positive constant value in at least a third continuous range of all the ranges. According to the means of claim 3, two coefficients C ₁ , C ₂ Is the sum of brightness Y ₂ It is characterized in that it is constant over the entire range. Further, according to the means of claim 4, the luminance Y ₂ In the fourth continuous range that is inside the third range of ₁ Is a constant positive value and C ₂ Is a negative constant value.
[0008]
According to the means of claim 5, the luminance Y ₂ Luminance Y in the first range of ₂ Function C ₂ / C ₁ Is a monotonically decreasing function in a broad sense, and luminance Y ₂ Luminance Y in the second range of ₂ Function C ₂ / C ₁ Is a monotonically increasing function in a broad sense. Further, according to the means of claim 6, the luminance Y ₂ The coefficient C in all of the fourth range and beyond ₁ Is a positive constant value.
[0009]
According to the measure of claim 7, two coefficients C ₁ And C ₂ Is the luminance Y ₂ In a fifth continuous range including the minimum of ₁ Is 0, luminance Y ₂ C in a continuous sixth range containing the maximum value of ₂ Is 0, and the coefficient C in at least a part of the continuous range between the two ranges ₁ Is a positive constant value, coefficient C ₂ Is a negative constant value.
[0010]
According to an eighth aspect of the present invention, in the image conversion method according to any one of the first to seventh aspects, the low-frequency image is extracted only in the one-dimensional direction for each pixel line. It is characterized by.
[0011]
The means described in claims 9 to 16 is an image conversion apparatus according to the present invention, and corresponds to the image conversion method described in claims 1 to 8, respectively. That is, according to the ninth aspect of the present invention, in the image conversion apparatus that processes the original image in which each pixel has a luminance value and compresses the brightness dynamic range, the low frequency composed of the low frequency component of the luminance of the original image. Low frequency image extraction means for extracting an image, and luminance Y of a pixel of the low frequency image output from the low frequency image extraction means ₂ Corresponding to each coefficient C ₁ , C ₂ And the coefficient C obtained by the first and second coefficient determining means and the first and second coefficient determining means. ₁ , C ₂ And the luminance Y of the pixel of the low-frequency image output from the low-frequency image extraction means used therefor ₂ , And the corresponding pixel brightness Y of the original image ₁ From the formula Y _Three = C ₁ Y ₁ + C ₂ Y ₂ By the brightness Y of the pixel of the converted image _Three Linear calculation means for obtaining the coefficient C in the first and second coefficient determination means ₁ , C ₂ The luminance Y of the pixel of the low frequency image ₂ Coefficient C which is a function of ₁ , C ₂ Are continuous functions, and the coefficient C ₁ Is positive or zero and the coefficient C ₂ Is the luminance Y ₂ Is a monotonically decreasing function in a broad sense that takes positive, zero and negative values in a continuous first range including the minimum value of ₂ It is a monotonically increasing function in a broad sense that takes a negative or zero value in a continuous second range including the maximum value of.
[0012]
The means according to claim 10 comprises a factor C ₁ , C ₂ Is the brightness Y ₂ It is characterized by being a positive constant value in at least a third continuous range of all the ranges. The means according to claim 11 comprises a coefficient C ₁ , C ₂ Is the sum of brightness Y ₂ It is characterized in that it is constant over the entire range. The means according to claim 12 is the luminance Y ₂ In the fourth continuous range that is inside the third range of ₁ Is a constant positive value and C ₂ Is a negative constant value.
[0013]
The means according to claim 13 is the luminance Y ₂ Luminance Y in the first range of ₂ Function C ₂ / C ₁ Is a monotonically decreasing function in a broad sense, and luminance Y ₂ Luminance Y in the second range of ₂ Function C ₂ / C ₁ Is a monotonically increasing function in a broad sense. The means according to claim 14 is the luminance Y ₂ The coefficient C in all of the fourth range and beyond ₁ Is a positive constant value.
[0014]
The means according to claim 15 comprises a coefficient C ₁ And C ₂ Is the luminance Y ₂ In a fifth continuous range including the minimum of ₁ Is 0, luminance Y ₂ C in a continuous sixth range containing the maximum value of ₂ Is 0, and the coefficient C in at least a part of the continuous range between the two ranges ₁ Is a positive constant value, coefficient C ₂ Is a negative constant value.
[0015]
The means according to claim 16 is the image conversion apparatus according to any one of claims 9 to 15, wherein the low-frequency image extraction means performs the one-dimensional direction for each pixel line. It is characterized by being performed only by.
[0016]
[Operation and effect of the invention]
Original image pixel brightness Y ₁ Low-frequency image pixel brightness Y corresponding to ₂ From the two coefficients C ₁ , C ₂ Therefore, the suppression amount of the low frequency component can be changed according to the luminance of the low frequency component such as the illumination intensity. The coefficient C ₁ Is a continuous function positive or zero, coefficient C ₂ Is the continuous function Y ₂ A monotonically decreasing function in a broad sense that takes positive, zero, and negative values in a continuous first range including the minimum value of ₂ Is a monotonically increasing function in a broad sense that takes a negative or zero value in a second continuous range including the maximum value of. Therefore, luminance Y ₂ Coefficient C, including the minimum of ₂ Since the low frequency component is emphasized more than the original image in the positive portion, that is, the low luminance portion, the noise component can be suppressed more than the original image. Coefficient C ₂ In the negative part where the monotonously decreases, the luminance Y ₂ Since the suppression amount of the low frequency component is smaller as the S is smaller, the high frequency component is relatively less emphasized as the S / N ratio of the captured image is smaller, so that noise can be prevented from being noticeable. Luminance Y ₂ Coefficient C including the maximum value of ₂ When Y is negative or increases monotonically with 0, luminance Y ₂ As the value increases, the amount of suppression of low frequency components decreases. Therefore, since the amount of suppression of the low-frequency component with high luminance is reduced, it is possible to provide an image conversion method or image conversion apparatus that can prevent a white object image having a large area on the screen from being grayed out. (Claims 1 and 9).
[0017]
Two coefficients C ₁ , C ₂ Is the sum of brightness Y ₂ Since the transmission rate of the zero spatial frequency component in the converted image is constant in at least the third continuous range in the entire range, the contrast decreases in that range. This can be prevented (claims 2 and 10). In addition, brightness Y ₂ Coefficient C over the entire range of ₁ , C ₂ If the sum of the two is constant, it is possible to prevent the low-frequency component from lowering the contrast in the entire luminance range (claims 3 and 11). Luminance Y ₂ In the fourth continuous range of ₁ Is a positive constant value and the coefficient C ₂ Is a negative constant value, and in this range, the degree of suppression of low-frequency components is constant, so that the dynamic range can be compressed at a constant compression rate. (Claims 4 and 12).
[0018]
Luminance Y ₂ Luminance Y in the first range of ₂ Function C ₂ / C ₁ Is a monotonically decreasing function in a broad sense, so that the luminance Y in the first range (low luminance portion) ₂ As the value of becomes smaller, the degree of suppression of lower frequency components becomes smaller. Therefore, in a dark part where the S / N ratio is small, the degree of high frequency component enhancement is relatively small, so that noise does not stand out, and the frequency characteristics continuously change, so that the image does not feel strange. Luminance Y ₂ Luminance Y in the second range of ₂ Function C ₂ / C ₁ Is a monotonically increasing function in a broad sense, so that the luminance Y in the second range (high luminance part) ₂ Since the low-frequency component is not suppressed as the value of becomes larger, darkening of a high-brightness large region (greying of the white region) does not occur (claims 5 and 13). Function C ₂ / C ₁ Is Y ₂ Is a monotonically decreasing function in a narrow sense in the first range of ₂ In the second range, these effects become even more prominent if they are monotonically increasing functions in a narrow sense. In addition, brightness Y ₂ The coefficient C in all of the second range and beyond ₁ Is a positive constant value, and brightness Y ₂ By reducing the amount of suppression of low-frequency components as the value of increases, the contrast of the high-luminance portion can be increased (claims 6 and 14).
[0019]
Coefficient C ₁ And C ₂ Is the luminance Y ₂ The sum is positive and constant in the entire range of brightness Y ₂ In a fifth continuous range including the minimum of ₁ Is 0, brightness Y ₂ C in a continuous sixth range containing the maximum value of ₂ Is 0, and the coefficient C in at least a part of the continuous range between the two ranges ₁ Is a positive constant value, coefficient C ₂ May be a negative constant value. That is, luminance Y ₂ Since the converted image includes only the low-frequency component in the continuous fifth range including the minimum value of the noise, the noise can be largely suppressed, and is particularly effective when the noise in the low luminance portion is large. Luminance Y ₂ The suppression amount of the low-frequency component is 0 in the continuous sixth range including the maximum value of, and no darkening of the large region (greying of the white region) occurs in the sixth range (high luminance portion). Also, in the area between them, the coefficient C ₁ Is a positive constant value, coefficient C ₂ Since N is a negative constant value, low frequency components are uniformly suppressed in this range, so that the dynamic range can be compressed at a constant compression rate (claims 7 and 15).
[0020]
In each of the above inventions, when low-frequency image extraction is performed for one dimension such as one direction (vertical direction or horizontal direction) of the image as a low spatial frequency, the edge portion in the direction where low-frequency image extraction is not performed is low. Generation of overshoot and undershoot due to suppression of frequency components can be suppressed. That is, the converted image becomes more natural. Furthermore, by performing low-frequency image extraction in one dimension, a simple image conversion method or a simple and high-speed image conversion device can be obtained.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described together with specific examples. The present invention is not limited to the following examples.
[0022]
[First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image conversion apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention. The image conversion apparatus 10 includes a logarithmic converter 11, a low-frequency image extractor 12, a delay circuit 16, a first lookup table 13-1, a second lookup table 13-2, and a linear calculator 14. This embodiment corresponds to specific embodiments of claims 1, 2, 4 to 6, 8 to 1012 to 14, and 16. Further, the low-frequency image extractor 12 serves as the low-frequency image extractor, the first lookup table 13-1 and the second lookup table 13-2 serve as the first and second coefficient determination units, respectively, and the linear calculator 14. Corresponds to the linear operation means. In the present embodiment, the one not using the inverse logarithmic transformation 93 as shown in FIG. 18 is shown. In the present embodiment, a high-speed image conversion apparatus that performs frequency filtering for each line is shown. In the present embodiment, each component is controlled by a control device (not shown).
[0023]
Luminance Y of each pixel of the captured image ₀ Is output to the logarithmic converter 11 and each luminance Y ₀ Against luminance Y ₁ = (Y _0max logY ₀ ) / LogY _0max Is calculated and output to the low-frequency image extractor 12 and the delay circuit 16 (FIG. 2). Where Y _0max Is the luminance Y ₀ Is the maximum value that can be ₀ = Y _0max Y ₁ = Y _0max Is converted to Each pixel has luminance Y ₁ Is called an original image. Each pixel has luminance Y ₁ The original image is converted for each line as follows.
[0024]
First, luminance Y for one line ₁ Is read into the low-frequency image extractor 12, and the luminance of each pixel for one line is set to Y ₂ Is formed ((a) in FIG. 3). Here, the extraction of the low-frequency image is realized by a convolution filter having frequency characteristics as shown in FIG. Thus, each pixel has luminance Y ₂ A low frequency image for one line is output from the low frequency image extractor 12.
[0025]
Next, the luminance Y of each pixel is output from the low frequency image extractor 12. ₂ Are sequentially input to the first lookup table 13-1 and the second lookup table 13-2. In the first look-up table 13-1 and the second look-up table 13-2, the luminance Y according to the following equation is used. ₂ Coefficient C for ₁ , C ₂ Is remembered. However, 0 <g <1.
[Expression 1]

[0026]
Thus, from the first lookup table 13-1, the luminance Y ₂ Coefficient C corresponding to ₁ However, from the second lookup table 13-2, the luminance Y ₂ Coefficient C corresponding to ₂ Is output to the linear calculator 14. At the same time, the luminance Y of the pixel ₂ Is output from the low-frequency image extractor 12 to the linear calculator 14. In addition, the delay circuit 16 receives the input luminance Y ₁ Is delayed by the time required to output the low-frequency image, and the luminance Y of the pixel of the original image corresponding to the pixel of the low-frequency image ₁ Is output to the linear calculator 14. In this way, the linear computing unit 14 is converted to the equation Y _Three = C ₁ Y ₁ + C ₂ Y ₂ Brightness Y _Three Is calculated and output. Each pixel has such brightness Y _Three Each pixel has a luminance Y ₁ In the original image, the low frequency component is suppressed.
[0027]
Each pixel has luminance Y _Three The characteristics of the converted image will be described. Luminance Y of the low-frequency image represented by the above equation 1 ₂ Coefficient C which is a function of ₁ , C ₂ And their quotient C ₂ / C ₁ This graph is shown in FIG. Coefficient C ₁ , C ₂ Y ₂ ≦ T ₂ At C ₁ + C ₂ Is a constant value g (where 0 <g <1), it is possible to prevent a decrease in contrast in this range. Y ₂ ≦ T ₁ At C ₂ Is monotonously decreasing, so brightness Y ₂ The smaller the is, the smaller the suppression amount of the low frequency component is. Therefore, it is possible to prevent noise that is a high-frequency component from being emphasized. Y ₂ ≦ T ₀ At C ₂ Since ≧ 0, high frequency components are suppressed more than the original image, and noise can be suppressed. T in particular ₁ ≦ Y ₂ ≦ T ₂ At C ₂ = G-1, C ₁ Since = 1 is constant, the low frequency component is uniformly suppressed, and the dynamic range can be compressed at a constant compression rate in the middle luminance portion. Y ₂ ≧ T ₂ In Y ₂ C with increasing ₁ Is constant value 1, C ₂ Is negative and its absolute value is small, so Y ₂ As the frequency increases, the amount of suppression of low-frequency components decreases. Therefore, darkening of high-luminance low-frequency components can be suppressed, and a large white object (or its area, bright part) does not become gray.
[0028]
This will be further described with reference to FIG. 5 as a transfer characteristic. C ₁ Is constant value 1, C ₂ Is a constant value g-1 (where 0 <g <1), ie Y ₂ ≦ T ₂ In FIG. 5, it can be said that the frequency transfer characteristic is as shown in FIG. That is, the transmission rate of the zero spatial frequency component is g, and the transmission rate gradually increases so as to approach 1 as the frequency increases. .
[0029]
Next, C ₁ + C ₂ Is constant value g, C ₂ Is positive, 0, negative, ie C ₁ 5 is changed from small to large, the transfer characteristic is as shown in FIG. That is, C ₂ When is positive, the high frequency component is relatively suppressed, and C ₂ When is negative, the low-frequency component is relatively suppressed. C ₁ If is a maximum of 1, the characteristics are the same as in FIG.
[0030]
As described above, the image conversion apparatus 10 according to the present embodiment can suppress noise in the low luminance portion, and a large white object (or a region or a bright portion thereof) may be grayed in the screen in the high luminance portion. Absent. Since the dynamic range is compressed at a constant compression rate in the medium luminance portion, an image with a large contrast can be displayed without being blacked out or overexposed. One reference value (Y ₂ ) Can be used in a small amount of memory and can be speeded up. Further, since the low-frequency component extraction is performed for each line, it is possible to increase the speed and reduce the size of the entire apparatus. In the present embodiment, the second look-up table 13-2 is set as the luminance Y ₂ Against C ₂ Y ₂ Is stored and output, and the luminance Y to the linear calculator 14 is ₂ It is also possible to adopt a configuration in which the input of is omitted.
[0031]
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the image conversion apparatus 20 according to the second embodiment of the present invention. The image conversion apparatus 20 of this embodiment is obtained by adding a gradation converter 15 to the image conversion apparatus 10 of the first embodiment. The gradation converter 15 is the luminance Y of the converted image that is the output of the linear calculator 14. _Three Y _Four It is what. The gradation converter 15 can be configured by a lookup table.
[0032]
The gradation conversion of the gradation converter 15 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the luminance Y of the converted image that is the output of the linear calculator 14. _Three Shows how the dynamic range of the low-frequency component is compressed, and the brightness Y of the low-frequency image ₂ And converted image brightness Y _Three It is the graph which showed the relationship. Now, assuming that the original image has only low frequency components, the luminance Y of the original image ₁ And low-frequency image brightness Y ₂ Are considered to match. Then, the brightness Y of the converted image _Three (C ₁ + C ₂ ) Y ₂ It can be said. FIG. 7 shows the luminance Y of the low frequency image based on this assumption. ₂ And converted image brightness Y _Three Relationship. The slope of this graph is the luminance Y of the low-frequency image ₂ T ₂ G (0 <g <1) and the luminance Y of the low-frequency image ₂ T ₂ 1 when crossing over. Therefore, the luminance Y of the low frequency image ₂ T ₂ It can be seen that the dynamic range is compressed to g times when the value is less than. This means that the contrast of the low frequency component, that is, the component of the illumination intensity has decreased. Since the reflectance component of the object is a high-frequency component, its contrast will not ideally decrease. However, since the low-frequency component is actually included, the contrast of the reflectance component of the object slightly decreases. . Therefore, as shown by the solid line in FIG. _Three GT ₂ Y when _Four = Y _Three Tone conversion is performed to obtain / g. Y at this time _Four And Y _Three The relationship is F (Y ₂ ) = (C ₁ + C ₂ ) Y ₂ Y _Four = F ^-1 (Y _Three ). That is, Y shown in FIG. ₂ To Y _Three This is the inverse function of the conversion function. By this gradation conversion, the contrast of the low frequency component can be made equal in the low luminance portion and the high luminance portion. That is, it is possible to recover the contrast of the reflectance component of the object slightly lowered in the low luminance portion. Further, as shown by the dotted line in FIG. _Three GT ₂ Y when _Four = Y _Three Gradation conversion with a slope smaller than / g may be used. In this case, the conversion function of the gradation conversion is Y using a constant α (0 <α <1). _Four = αF ^-1 (Y _Three ) + (1-α) Y _Three It can be expressed as. Increasing α reduces the compression ratio of the dynamic range, but can increase the contrast of the object in the low luminance part. On the other hand, if α is reduced, the compression ratio of the dynamic range is increased, but the contrast of the object in the low luminance portion is decreased.
[0033]
The gradation conversion has the following effects. FIG. 9A shows the luminance Y of the original image in a stepped manner. ₁ The profile of one line when the value of ₂ The horizontal direction is line arrangement, and the vertical direction is luminance (upper is large). Where brightness Y ₁ And Y ₂ But slightly threshold T ₂ Focus on the lower part. In the leftmost step part of this part, the brightness Y of the converted image _Three Is undershoot US as shown in FIG. _Three And gT ₂ Overshoot OS beyond _Three Will result. This overshoot OS _Three Is recognized as a pseudo contour because a difference between the left dynamic range and the compressed step portion is relatively large. Therefore, overshoot OS by gradation conversion. _Three Brightness Y of the image with a wide dynamic range on the left side of _Four Since the difference from the step portion becomes relatively small, the overshoot OS as shown in FIG. _Four Is inconspicuous. In addition, empirically, undershoot US _Four Since it becomes a dark part, the discomfort is small.
[0034]
[Third embodiment]
As a modification of the first embodiment, the luminance Y of the low-frequency image ₂ Coefficient C which is a function of ₁ , C ₂ The following can also be adopted.
[Expression 2]

[0035]
Where Y _2max Y ₂ Γ is a constant of 1 or more. Equation 2 is Y _Three = C ₁ Y ₁ + C ₂ Y ₂ = C ₁ (Y ₁ + C ₂ Y ₂ / C ₁ ), C ₂ Y ₂ / C ₁ Y ₂ The derivative by is made continuous. C ₁ C when is constant ₂ Y ₂ / C ₁ Y ₂ The value obtained by inverting the sign of the derivative by is the dynamic range compression ratio. ₂ In contrast, the dynamic range compression rate can be continuously changed. In fact, the coefficient C ₁ , C ₂ Is continuous and C ₂ Y ₂ / C ₁ Y ₂ = T ₂ The derivative of at (g-1) is the same on both the left and right sides. C ₂ Y ₂ / C ₁ Y ₂ ≧ T ₂ The derivative at is as follows.
[Equation 3]

[0036]
From Equation 3, Y ₂ = T ₂ At C ₂ Y ₂ / C ₁ The right derivative of is g-1. Y ₂ = T ₂ It can be seen that the dynamic range compression rate changes smoothly at. Increase γ to increase brightness Y ₂ The dynamic range compression rate changes more steeply with respect to the change in the value. Y when γ = 1 ₂ ≧ T ₂ At C ₂ = g-1 and brightness Y ₂ The dynamic range compression ratio does not change even if changes. In addition, the derivative shown in Equation 3 is the luminance Y ₂ Increases monotonically with increasing, i.e., the dynamic range compression ratio decreases monotonically, Y ₂ = Y _2max The dynamic range compression rate is zero. Therefore, in addition to having the same effect as in the first embodiment, the dynamic range compression rate continuously changes with respect to the luminance, so that a converted image with a less uncomfortable feeling can be obtained.
[0037]
[Fourth embodiment]
As a modification of the first embodiment, the luminance Y of the low-frequency image ₂ Coefficient C which is a function of ₁ , C ₂ The following can also be adopted. The present embodiment corresponds to the embodiments of claims 1 to 4, 7 to 12, 15, and 16. Note that h> 1 and the fourth range is T ₁ ≦ Y ₂ ≦ T ₂ , The fifth range is Y ₂ ≦ T ₀ , The sixth range is Y ₂ ≧ T _Three It is.
[Expression 4]

[0038]
The graph of Formula 4 is shown in FIG. In this embodiment, the luminance Y of the low frequency image ₂ Coefficient C over the entire range of ₁ , C ₂ Since the sum of the two is constant, it is possible to prevent low frequency component contrast reduction at all luminance levels. The other effects are the same as those of the first embodiment. Coefficient C of this example ₁ , C ₂ Is the luminance Y ₂ Since it changes linearly in each range, it can be calculated only by linear calculation. Instead of the look-up tables 13-1 and 13-2 of the first embodiment, two arithmetic units are provided and the coefficient C ₁ , C ₂ Can be calculated at high speed with a simple calculation.
[0039]
[Fifth embodiment]
As a modification of the first embodiment, the luminance Y of the low-frequency image ₂ Coefficient C which is a function of ₁ , C ₂ The following can also be adopted. This embodiment corresponds to the embodiments of claims 1 to 16. Note that h> 1.
[Equation 5]

[0040]
The graph of Formula 5 is shown in FIG. In this example, C ₂ / C ₁ Is Y ₂ It is an example which changes linearly in each range. This embodiment also has the same effects as the first embodiment and the fourth embodiment, such as suppressing noise in the low luminance portion and preventing graying out of the low frequency component in the high luminance portion.
[0041]
[Sixth embodiment]
The first lookup table 13-1, the second lookup table 13-2, and the linear computing unit 14 in the first embodiment and the third to fifth embodiments may be one. Furthermore, it is good also as one body including the gradation converter 15 in 2nd Example. The configuration is shown in FIG. The image conversion apparatus 30 of this embodiment has a configuration of a logarithmic converter 11, a low-frequency image extractor 12, a delay circuit 16, and a low spatial frequency component suppression calculator 31 or a lookup table 31. When the low spatial frequency component suppression calculator 31 is a constituent element, the spatial frequency component suppression calculator 31 has a coefficient C ₁ , C ₂ It is assumed that the calculation function and the linear calculation function are incorporated. Alternatively, in the case of a configuration for obtaining the same effect as in the second embodiment, it is assumed that a gradation conversion function is also incorporated. When the lookup table 31 is a component, two reference values Y ₁ , Y ₂ 1 value from _Three Or Y _Four It is assumed that a memory function for outputting is incorporated.
[0042]
[Seventh, eighth and ninth embodiments]
The gradation Y of the captured image before logarithmic conversion is applied to the gradation converter 15 in the second embodiment. ₀ And converted image brightness Y _Three The degree of conversion may be adjusted by the average value for each frame. FIG. 14 shows the configuration of the image conversion apparatus 40 as a seventh embodiment. The gradation converter 43 outputs the output Y of the linear calculator 14. _Three In addition, the brightness Y of the captured image ₀ The output Y of the average value calculator 41 for calculating the average value of _0ave And brightness Y of the converted image _Three The output Y of the average value calculator 42 for calculating the average value of _3ave Is also entered. As a result, brightness Y after gradation change _Four Can be set to a desired value. From here, the structure which abbreviate | omitted one of the average value calculator 41 and the average value calculator 42 may be sufficient. As an eighth embodiment, FIG. 15 shows a configuration of an image conversion apparatus 50 in which the average value calculator 42 is omitted from the image conversion apparatus 40 of the seventh embodiment, and as an ninth embodiment, the image conversion apparatus 40 of the seventh embodiment. FIG. 16 shows a configuration of the image conversion apparatus 60 in which the average value calculator 41 is omitted. The gradation converter 51 of the image conversion device 50 outputs the output Y of the linear calculator 14. _Three In addition, the brightness Y of the captured image ₀ The output Y of the average value calculator 41 for calculating the average value of _0ave Luminance Y after gradation change by _Four Is calculated. The gradation converter 61 of the image conversion device 60 outputs the output Y of the linear calculator 14. _Three In addition, the brightness Y of the converted image _Three The output Y of the average value calculator 42 for calculating the average value of _3ave Luminance Y after gradation change by _Four Is calculated. In any of these examples, the coefficient C ₁ , C ₂ Any of the formulas 1, 2, 4, and 5 may be used. In the seventh and eighth embodiments, the luminance Y of the captured image before logarithmic conversion ₀ Mean value Y _0ave The average value calculator 41 is used as an input to the

gradation converters

43 and 51. However, the average value calculator 41 is provided in the subsequent stage of the logarithmic converter 11, and the luminance of the original image after logarithmic conversion is shown. Y ₁ Can be used as an input to the

gradation converters

43 and 51.
[0043]
[Tenth embodiment]
As an image conversion apparatus connected to an image pickup apparatus with an auto gain controller (AGC), AGC information of the image pickup apparatus may be input to the first look-up table and the second look-up table of the first embodiment. FIG. 17 shows the configuration of an image conversion apparatus 70 as a tenth embodiment. The image conversion device 70 combined with the imaging device 80 with the AGC 81 includes a first look-up table 71-1, a second look instead of the first look-up table 13-1, the second look-up table 13-2 of the first embodiment. Up table 71-2, gain value G from AGC 81 and luminance Y of low frequency image, respectively ₂ Coefficient C for two reference values ₁ , C ₂ Is stored and output. Coefficient C ₁ , C ₂ Any of the formulas 1, 2, 4, and 5 may be used, and the threshold value T in each equation is expressed as follows according to the gain value G of the AGC of the imaging device 80. ₀ And T ₁ To change. Threshold T ₀ And T ₁ Reduces the amount of suppression of low-frequency components in order to make noise less noticeable in low-luminance parts where the S / N ratio of the imaging device is small ₂ This is a threshold value for determining the range. If this threshold value is increased too much, the range of the luminance in which the contrast of the high frequency component is reduced is widened. Therefore, the threshold T ₀ And T ₁ Is preferably the minimum size according to the noise level of the captured image. Generally, the darker the imaging target, the larger the AGC gain value G, and the higher the noise level of the brightness of the captured image. Conversely, the brighter the imaging target, the smaller the AGC gain value G, and the lower the noise level of the brightness of the captured image. So threshold T ₀ And T ₁ Is approximately proportional to the gain value G of AGC, noise can be suppressed at an appropriate luminance level at all times, preventing noise from being insufficiently suppressed or resulting in a conversion image that is unnecessarily blurred in the dark portion. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image conversion apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a logarithmic converter.
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of a low-frequency image extractor.
FIG. 4 is a luminance Y of a low-frequency image in linear conversion of the image conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention. ₂ The graph which shows the characteristic of the two coefficients which are the functions of.
FIG. 5 is a graph showing frequency characteristics by linear transformation.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an image conversion apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating characteristics of a converted image input to a gradation converter according to the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating an operation of a gradation converter according to the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation of a gradation converter according to the second embodiment.
FIG. 10 is a luminance Y of a low-frequency image in linear conversion of the image conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention. ₂ The graph which shows the characteristic of the two coefficients which are the functions of.
FIG. 11 is a luminance Y of a low-frequency image in linear conversion of the image conversion apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. ₂ The graph which shows the characteristic of the two coefficients which are the functions of.
12 is a luminance Y of a low-frequency image in linear conversion of the image conversion apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. ₂ The graph which shows the characteristic of the two coefficients which are the functions of.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an image conversion apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of an image conversion apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of an image conversion apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of an image conversion apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of an image conversion apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a block diagram showing two types of configurations of Homomorphic Filtering.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 Image converter
11 Logarithmic converter
12 Low frequency image extractor
13-1, 71-1 first lookup table
13-2, 71-2 Second lookup table
14 Linear operator
15 gradation converter (look-up table)
16 Delay circuit
43, 51, 61 gradation converter
31 Low spatial frequency component suppression calculator (look-up table)
41, 42 Average calculator
80 Imaging device with AGC function
81 AGC

Claims

In an image conversion method in which an original image in which each pixel has a luminance value is processed and the brightness dynamic range is compressed,
A low-frequency image extraction step for extracting a low-frequency image composed of low-frequency components of the original image; and
A coefficient determination step for obtaining _two coefficients C ₁ and C ₂ from the luminance Y ₂ of the pixel of the low-frequency image corresponding to the luminance Y ₁ of the pixel of the original image;
The two coefficients C _1, C _2, wherein from the low frequency of the pixels of the image luminance Y ₂ Metropolitan and the corresponding luminance Y ₁ of the pixel of the original image, the luminance Y ₃ pixels of the corresponding converted image wherein Y ₃ = C ₁ Y ₁ + C ₂ Y ₂
The two coefficients C ₁ and C _{2 that} are functions of the luminance Y ₂ of the pixels of the low-frequency image are both continuous functions,
The coefficient C ₁ is positive or 0,
The coefficient C _2, the positive in the first contiguous range including a minimum value of the luminance Y _2, a monotonic decreasing function of broad taking 0 and negative values, the second continuous including the maximum value of the luminance Y ₂ An image conversion method characterized by being a monotonically increasing function in a broad sense that takes a negative or zero value within the range.

2. The image conversion according to claim 1, wherein the sum of the _two coefficients C ₁ and C ₂ is a positive constant value in at least a third continuous range of the entire range of the luminance Y _2. Method.

3. The image conversion method according to claim 2, wherein the sum of the _two coefficients C ₁ and C ₂ is constant over the entire range of the luminance Y ₂ .

The coefficient C ₁ is a positive constant value and the coefficient C ₂ is a negative constant value in a continuous fourth range that is within the third range of the luminance Y _2. The image conversion method according to claim 2 or claim 3.

Wherein the function C ₂ / C ₁ of the luminance Y ₂ in the first range of luminance Y ₂ is a monotonically decreasing function of broad,
Image according to any one of claims 1 to 4, wherein the function C ₂ / C ₁ of the luminance Y ₂ in the second range of the luminance Y ₂ is a monotonically increasing function of the broad Conversion method.

In all ranges exceeding said fourth range and its the luminance Y _2, image conversion method according to claim 5, wherein the coefficient C ₁ is a positive constant value.

The two coefficients C ₁ and C ₂ are, C ₁ is 0 in consecutive fifth range including the minimum value of the luminance Y _2, in successive sixth range including the maximum value of the luminance Y ₂ C ₂ is 0, and the coefficient C ₁ is a positive constant value and the coefficient C ₂ is a negative constant value in at least a part of a continuous range between the two ranges. Item 4. The image conversion method according to Item 3.

The image conversion method according to claim 1, wherein the extraction of the low-frequency image is performed only in a one-dimensional direction for each pixel line.

In an image conversion apparatus that processes an original image in which each pixel has a luminance value and compresses the brightness dynamic range,
Low-frequency image extraction means for extracting a low-frequency image composed of low frequency components of the luminance of the original image;
First and second coefficient determination means for obtaining coefficients C ₁ and C ₂ corresponding to the luminance Y ₂ of the pixels of the low-frequency image output from the low-frequency image extraction means;
The coefficients C ₁ and C ₂ obtained by the first and second coefficient determining means, the luminance Y ₂ of the pixel of the low frequency image output from the low frequency image extracting means used therefor, and the original image corresponding thereto Linear calculation means for calculating the luminance Y ₃ of the pixel of the converted image from the luminance Y ₁ of the pixel by the formula Y ₃ = C ₁ Y ₁ + C ₂ Y ₂ ,
Regarding the coefficients C ₁ and C ₂ in the first and second coefficient determining means,
The coefficients C ₁ and C ₂ that are functions of the luminance Y ₂ of the pixels of the low-frequency image are both continuous functions,
The coefficient C ₁ is positive or 0,
The coefficient C _2, the positive in the first contiguous range including a minimum value of the luminance Y _2, a monotonic decreasing function of broad taking 0 and negative values, the second consecutive including the maximum value of the luminance Y ₂ An image conversion apparatus characterized by being a monotonically increasing function in a broad sense that takes a negative or zero value within a range of.

The image conversion apparatus according to claim 9, wherein the sum of the coefficients C ₁ and C ₂ is a positive constant value in at least a third continuous range of the entire range of the luminance Y ₂ .

The image conversion apparatus according to claim 10, wherein the sum of the coefficients C ₁ and C ₂ is constant over the entire range of the luminance Y ₂ .

The coefficient C ₁ is a positive constant value and the coefficient C ₂ is a negative constant value in a continuous fourth range that is within the third range of the luminance Y _2. The image conversion apparatus according to claim 10 or 11.

Wherein the function C ₂ / C ₁ of the luminance Y ₂ in the first range of luminance Y ₂ is a monotonically decreasing function of broad,
Image according to any one of claims 9 to 12, wherein the function C ₂ / C ₁ of the luminance Y ₂ in the second range of the luminance Y ₂ is a monotonically increasing function of the broad Conversion device.

In all ranges beyond the fourth range and its the luminance Y _2, an image conversion apparatus according to claim 13, wherein the coefficient C ₁ is a positive constant value.

It said coefficients C ₁ and C _2, the luminance C ₁ in consecutive fifth range including the minimum value of Y ₂ is 0, C ₂ in consecutive sixth range including the maximum value of the luminance Y ₂ The coefficient C ₁ is a positive constant value and the coefficient C ₂ is a negative constant value in at least a part of a continuous range between the two ranges. The image conversion apparatus described in 1.

The image conversion apparatus according to any one of claims 9 to 15, wherein the low-frequency image is extracted by the low-frequency image extraction unit only in a one-dimensional direction for each pixel line. .