JP4264553B2 - 画像処理装置、撮像装置、画像出力装置、これらの装置における方法およびプログラム - Google Patents

画像処理装置、撮像装置、画像出力装置、これらの装置における方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、画像処理装置に関し、特に画像の明るさ補正を行う画像処理装置、撮像装置、画像出力装置、および、これらにおける処理方法ならびに当該方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
画像を適切な明るさで撮像あるいは出力するために、原画像の明るさを計測によって評価し、その評価値に基づいて明るさ補正量を算出するような処理は、撮像装置や画像出力装置において従来から行われている。
例えば、撮像装置では、光学系や画像センサの動作を自動制御する機構を備えていることが多いが、特に露光量を制御して撮像された画像の明るさを適切にするための機構はＡＥ（Auto Exposure）と呼ばれる。このＡＥ機構を有する撮像装置では、デモザイク、ガンマ補正、色補正等によって適切な色と階調を持ってカラー画像データを生成し出力する系の他に、撮像データの明るさを測光してそれに基づいた露出制御を行う系を有する。すなわち、撮像データの各部分の明るさの計測値に基づいて撮像データの明るさを評価した測光評価値を出力して、標準的な明るさを示す基準値と比較する。そして、測光評価値と基準値との間のずれ量を差分値として、その差分値が「０」に近づく方向に、光学系の絞りの開口量、センサの電荷蓄積時間、および、アンプの増幅量などが調整されて、露光量が制御される。
このようなＡＥ機構として、撮像された画像データを分割した小領域毎に輝度値の積分値を生成して、その輝度積分値の重みつき加算を画像全体の明るさ評価値とするものが提案されている。例えば、画像データの全画面の画素を複数のエリアに分割して、画像の中央部を主要エリアとして測光値を求める画像処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２５９１７７号公報（図１）
上述の従来技術では、画像の中央部を主要エリアとして測光値を求めている。しかしながら、被写体は人物や風景などと多岐に亘るため、重要な被写体が画面中心に位置するとは限らない。
また、測光枠の大きさを固定した場合、被写体の大きさとの関係で、測光枠に別の物体が入り込む可能性がある。一方、被写体に合わせて測光枠の大きさや形を変えることは、実際には困難である。
そもそも、反射光量を指標にして明るさ補正を行うためには、厳密にはその被写体の反射率に合わせて制御する必要がある。すなわち、反射率の小さい被写体は暗めに、反射率の大きい被写体は明るめに再現されるべきである。しかしながら、任意の照明下で入力画像から被写体の反射率を知るためには物体認識処理を前提とすることになり、処理速度の観点からも現実的ではない。
そこで、本発明は、入力画像について、局所的な明暗差（コントラスト）を有する領域に着目して入力画像の明るさを評価することを目的とする。さらにその入力画像の明るさ評価値に基づいて撮像装置の露出制御や画像出力装置の明るさ補正処理を行うことを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、複数の画素からなる入力画像信号における部分領域毎に上記入力画像信号の輝度である入力輝度に基づくコントラストを局所コントラストとして算出して、当該局所コントラストが所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するコントラスト領域検出手段と、上記コントラスト領域において上記入力輝度の明るい明側輝度と上記入力輝度の暗い暗側輝度に分配する輝度分配手段と、上記明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて上記明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を生成する境界輝度値生成手段とを具備することを特徴とする画像処理装置である。これにより、輝度のコントラストの大きいコントラスト領域において、明側輝度および暗側輝度を分離する境界輝度値を生成させるという作用をもたらす。
すなわち、被写体の面積が変わったとしてもその輪郭にあるコントラスト領域における明暗の比率は変化しないことから、コントラスト領域に着目する本発明によれば被写体の面積によって評価値がばらつくという従来の問題は解消される。また、周囲に比べて相対的に反射率が低い被写体は暗めに再現され、周囲に比べて相対的に反射率が高い被写体は明るめに再現されるようになるため、本発明によれば、反射率が低い被写体が不自然に明るく再現され、反射率が高い被写体が不自然に暗く再現されるという従来の問題は解消される。
また、この第１の側面において、上記コントラスト領域検出手段は、上記部分領域毎の上記入力輝度のコントラストを局所コントラストとして算出する局所コントラスト算出手段と、上記局所コントラストの大きさが所定の閾値より大きければ上記コントラスト領域に該当するものと判定する閾値判定手段とを具備するようにしてもよい。これにより、局所コントラストの大きさと閾値の関係に応じてコントラスト領域を検出させるという作用をもたらす。また、この場合において、上記局所コントラスト算出手段は、上記部分領域毎の上記入力輝度の局所１次微分の絶対値をコントラストとして算出してもよく、また、上記部分領域毎の上記入力輝度の局所２次微分の絶対値をコントラストとして算出してもよい。もしくは、微分演算を用いずに、上記部分領域毎の上記入力輝度の最大値と最小値の差の絶対値をコントラストとして算出してもよい。
また、この第１の側面において、上記輝度分配手段は、上記コントラスト領域に該当する部分領域毎に上記入力輝度の最大値を上記明側輝度とし、上記入力輝度の最小値を上記暗側輝度としてもよく、また、上記コントラスト領域に該当する画素位置毎に上記入力輝度の局所２次微分の正負によって当該画素位置の上記入力輝度を上記明側輝度か上記暗側輝度かのどちらかに分配するようにしてもよい。
また、この第１の側面において、上記境界輝度値生成手段は、上記明側輝度の平均値ＥG=1と、上記明側輝度の分散値ＶG=1と、上記暗側輝度の平均値ＥG=0と、上記暗側輝度の分散値ＶG=0とに基づいて方程式
Figure 0004264553
の解である境界輝度値Ｉm（但し、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1）を上記境界輝度値として生成してもよい。これは、判別分析手法により境界輝度値を生成させるものである。また、上記２次方程式を簡略化して以下の方程式
Figure 0004264553
によって境界輝度値Ｉm（但し、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1）を生成してもよい。この場合、境界輝度値Ｉmについての１次方程式として解くことができる。
また、本発明の第２の側面は、複数の画素からなる入力画像信号の各画素の輝度について非線形変換を行う非線形変換手段と、上記入力画像信号における部分領域毎に上記非線形変換された輝度である入力輝度に基づくコントラストを局所コントラストとして算出して、当該局所コントラストが所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するコントラスト領域検出手段と、上記コントラスト領域において上記入力輝度の明るい明側輝度と上記入力輝度の暗い暗側輝度に分配する輝度分配手段と、上記明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて上記明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を生成する境界輝度値生成手段とを具備することを特徴とする画像処理装置である。これにより、非線形変換された輝度のコントラストの大きいコントラスト領域において、明側輝度および暗側輝度を分離する境界輝度値を生成させるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記非線形変換手段は上に凸の単調増加関数に従って上記非線形変換を行うようにしてもよい。この場合において、上記非線形変換手段は上記非線形変換として対数変換を行ってもよく、また、ガンマ補正を行ってもよい。
また、本発明の第３の側面は、被写体を撮像して複数の画素からなる入力画像信号を生成する撮像手段と、上記入力画像信号における部分領域毎に上記入力画像信号の輝度である入力輝度に基づくコントラストを局所コントラストとして算出して、当該局所コントラストが所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するコントラスト領域検出手段と、上記コントラスト領域において上記入力輝度の明るい明側輝度と上記入力輝度の暗い暗側輝度に分配する輝度分配手段と、上記明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて上記明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を生成する境界輝度値生成手段と上記境界輝度値に基づいて上記撮像における露光量を制御する制御手段とを具備することを特徴とする撮像装置である。これにより、輝度のコントラストの大きいコントラスト領域において、明側輝度および暗側輝度を分離する境界輝度値に基づいて露光量を制御させるという作用をもたらす。
また、本発明の第４の側面は、複数の画素からなる入力画像信号における部分領域毎に上記入力画像信号の輝度である入力輝度に基づくコントラストを局所コントラストとして算出して、当該局所コントラストが所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するコントラスト領域検出手段と、上記コントラスト領域において上記入力輝度の明るい明側輝度と上記入力輝度の暗い暗側輝度に分配する輝度分配手段と、上記明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて上記明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を生成する境界輝度値生成手段と、上記境界輝度値に相当する前記入力輝度値が中庸な輝度値として出力されるように明るさ補正を行う明るさ補正手段とを具備することを特徴とする画像出力装置、その画像出力方法およびプログラムである。これにより、輝度のコントラストの大きいコントラスト領域において、明側輝度および暗側輝度を分離する境界輝度値に基づいて入力画像を補正させるという作用をもたらす。
また、この第４の側面において、上記明るさ補正手段は、上記境界輝度値および上記入力輝度の分布に基づいて輝度の階調の圧縮に用いる変換曲線を算出する変換曲線算出手段と、上記入力画像の低周波成分からなる大局輝度画像の輝度である大局輝度を算出する大局輝度算出手段と、上記変換曲線に基づいて上記入力輝度の階調および上記大局輝度の階調を圧縮する階調圧縮手段と、上記変換曲線の傾きおよび階調が圧縮された上記大局輝度に基づいて階調が圧縮された上記入力輝度からなる階調圧縮入力画像のコントラストを補正するコントラスト補正手段とを具備するようにしてもよい。
本発明によれば、入力画像について、局所的な明暗差を有する領域が明瞭になるように明るさを評価して、その評価値に基づいて撮像装置の露出制御や画像出力装置の明るさ補正を行うことができるという優れた効果を奏し得る。
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるデジタルスチルカメラ１００の一構成例を示す図である。このデジタルスチルカメラ１００は、レンズ１１１と、絞り１１２と、センサ１１３と、アンプ１１４と、ドライバ１２２と、タイミング生成部１２３と、カメラ信号処理部１３０と、測光部１４０と、測光評価部１５０と、カメラ動作パラメータ１６０と、基準値設定部１７０と、差分値算出部１８０と、制御部１９０とを備えている。
レンズ１１１は、被写体の光画像（入射光）を集光するものである。絞り１１２は、レンズ１１１によって集光された光画像の光量を調整するものである。入射光は、レンズ１１１および絞り１１２などの光学系を通過してセンサ１１３に到達する。
センサ１１３は、集光された光画像を光電変換して電気信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサなどにより実現される。アンプ１１４は、センサ１１３によって光電変換された画像信号を増幅（ゲインアップ）するものである。このアンプ１１４によって増幅された画像信号は、信号線１１９を介してカメラ信号処理部１３０および測光部１４０に供給される。ドライバ１２２は、絞り１１２を駆動して絞りの開口量を調整するものである。タイミング生成部１２３は、センサ１１３を駆動して電荷蓄積時間を調整するものである。
カメラ信号処理部１３０は、信号線１１９を介してアンプ１１４から供給された画像信号について、デモザイク処理、ガンマ補正処理、色補正処理などの信号処理を行うものである。このカメラ信号処理部１３０によって信号処理の施された画像信号は、信号線１３９から出力され、記録媒体への記録や表示部における表示に用いられる。
測光部１４０は、信号線１１９を介してアンプ１１４から供給された画像信号について、各部分の明るさの計測結果を出力するものである。この測光部１４０による計測結果は、信号線１４９を介して測光評価部１５０に供給される。
測光評価部１５０は、信号線１４９を介して測光部１４０から供給された計測結果に基づいて、その画像信号の明るさを評価した測光評価値を生成するものである。この測光評価部１５０によって生成された測光評価値は、信号線１５９を介して差分値算出部１８０に供給される。
カメラ動作パラメータ１６０は、デジタルスチルカメラ１００の現在の動作状況を示すパラメータである。基準値設定部１７０は、カメラ動作パラメータ１６０を参照して、標準的な明るさを示す基準値を設定するものである。なお、この基準値としては、例えば、ガンマ曲線によって０．４乃至０．５に変換される１８乃至２０％程度を選択することができる。
差分値算出部１８０は、測光評価部１５０によって生成された測光評価値を、基準値設定部１７０によって設定された基準値と比較して、そのずれ量としての差分値を算出するものである。
制御部１９０は、差分値算出部１８０によって算出された差分値が０に近づく方向に、光学系の絞り１１２の開口量、センサ１１３の電荷蓄積時間、アンプ１１４の増幅量などを調整する制御信号を生成するものである。制御部１９０によって生成された制御信号は、これら絞り１１２、センサ１１３およびアンプ１１４などに供給され、各部はこの制御信号に基づいて適切な露光量が得られるように動作する。
図２は、本発明の実施の形態における測光部１４０の一構成例を示す図である。この測光部１４０は、輝度算出部１４１と、非線形変換部１４２と、ブロック平均生成部１４３と、ブロック平均輝度画像メモリ１４４とを備えている。
輝度算出部１４１は、信号線１１９を介してアンプ１１４から供給された入力画像信号について、各画素の輝度を算出するものである。通常のカラーセンサでは画素毎には何れか１つの色しか計測できないため、画像の明るさを計測するためには、一旦そのようなセンサ出力から輝度を算出する処理が必要となる。
非線形変換部１４２は、輝度算出部１４１によって算出された各画素の輝度を非線形変換するものである。この非線形変換としては、例えば、対数変換やガンマ補正などの上に凸の単調増加関数を利用することができる。この非線形変換は、明るさ補正のためのスケーリング操作に対して、ヒストグラム形状を保存するために行われるものである。
ブロック平均生成部１４３は、非線形変換部１４２によって非線形変換された画像信号の画像を格子状に分割したブロック毎に、非線形変換された輝度の平均をブロック平均輝度として生成するものである。すなわち、各画素位置が何れのブロックに属するかを判別し、非線形変換された輝度を加算していくことによって該当するブロックの積分値を求め、その積分値をそのブロックに属する画素数で除算することによってそのブロック内の非線形変換された輝度の平均を算出する。このブロック平均生成部１４３において分割されたブロックを構成画素とする画像をブロック平均画像と呼称し、その構成画素をブロック画素と呼称する。すなわち、ブロック画素の輝度は、そのブロックのブロック平均輝度となる。なお、１つのブロックは、例えば４０×３０画素または３２×３２画素程度の大きさを採用することができる。
ブロック平均輝度画像メモリ１４４は、ブロック平均生成部１４３によって生成されたブロック平均画像を保持するものである。このブロック平均輝度画像メモリ１４４に保持されたブロック平均画像は、測光部１４０による計測結果として、信号線１４９を介して測光評価部１５０に供給される。
図３は、本発明の実施の形態におけるブロック平均画像の生成例を示す図である。図３（ａ）は、ブロックに分割される前の各画素を示している。輝度算出部１４１によって算出された輝度は、非線形変換部１４２によって非線形変換されて、図３（ｂ）の太線のようにブロックに分割される。
そして、ブロック平均生成部１４３によって、各ブロックに属する輝度（非線形変換された輝度）の平均がブロック平均輝度として算出される。この様子を表したものが図３（ｃ）である。これにより、ブロック平均画像が生成される。
図４は、本発明の実施の形態における測光評価部１５０の一構成例を示す図である。この測光評価部１５０は、コントラスト領域検出部１５１および測光評価値生成部１５５を備えている。コントラスト領域検出部１５１は、ブロック平均画像における部分領域について、輝度のコントラスト（輝度差）が所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するものである。測光評価値生成部１５５は、コントラスト領域検出部１５１によって検出されたコントラスト領域において、ブロック平均画像の測光評価値を生成するものである。
コントラスト領域検出部１５１は、局所コントラスト算出部１５２と、閾値判定部１５３と、コントラスト領域情報メモリ１５４とを備えている。
局所コントラスト算出部１５２は、部分領域毎の輝度のコントラスト（輝度差）を局所コントラストとして算出するものである。この局所コントラストを算出するためには、例えば、ブロック平均画像における輝度の局所１次微分の絶対値または局所２次微分の絶対値を利用することができる。また、微分演算子でなくとも、局所最大値と局所最小値の差の絶対値を利用してもよい。
閾値判定部１５３は、局所コントラスト算出部１５２によって算出された局所コントラストの大きさが所定の閾値より大きいか否かを比較して、局所コントラストが閾値より大きければコントラスト領域に該当するものと判定するものである。
コントラスト領域情報メモリ１５４は、ブロック平均画像のブロック画素についてコントラスト領域に該当するか否かの情報をコントラスト領域情報として保持するメモリである。例えば、ブロック平均画像の各ブロック画素に対応して、そのブロック画素がコントラスト領域に該当するか否かを表す２値データを、１ビットずつ保持する。このコントラスト領域情報は、信号線１５８を介して測光評価値生成部１５５に供給される。
測光評価値生成部１５５は、輝度分配部１５６と、明側輝度群メモリ１９１と、暗側輝度群メモリ１９２と、境界輝度値生成部１５７とを備えている。
輝度分配部１５６は、信号線１５８を介して供給されたコントラスト領域情報の示すコントラスト領域において、各画素の輝度を明るい輝度（以下、明側輝度という。）と暗い輝度（以下、暗側輝度という。）に分配するものである。例えば、コントラスト領域に該当する部分領域毎に輝度の最大値を明側輝度とし、輝度の最小値を暗側輝度とすることができる。また、コントラスト領域に該当する画素位置毎に輝度の局所２次微分の正負に基づき当該画素位置の輝度を明側輝度か暗側輝度に分類してもよい。例えば、画像に適用する２次微分演算子として、１次元２次微分演算子［１，−２，１］を２次元に合成したものを利用する場合は、その２次微分演算子の出力が負であれば当該画素位置の輝度を明側輝度とし、正であれば暗側輝度とする。ちなみに画像処理の分野では、上記の２次微分演算子の例の正負を反転させたものも慣用的に２次微分演算子として用いることもあるが、その場合は明側または暗側輝度の判定を上記と逆にする必要がある。
なお、コントラスト領域検出部１５１において輝度の局所１次微分の絶対値から局所コントラストを求めた場合、もしくは、局所最大値と最小値の差の絶対値から局所コントラストを求めた場合には、輝度分配部１５６において輝度の最大値および最小値から輝度を分配することが適している。一方、コントラスト領域検出部１５１において輝度の局所２次微分の絶対値から局所コントラストを求めた場合には、その途中結果を利用して、輝度分配部１５６において輝度の局所２次微分の符号により輝度を分配することが効率的である。但し、これらの組合せは、特に制約されるものではない。
明側輝度群メモリ１９１は、輝度分配部１５６によって明側輝度に分配された輝度（非線形変換された輝度）を保持するものである。暗側輝度群メモリ１９２は、輝度分配部１５６によって暗側輝度に分配された輝度（非線形変換された輝度）を保持するものである。
境界輝度値生成部１５７は、明側輝度群メモリ１９１に保持された明側輝度および暗側輝度群メモリ１９２に保持された暗側輝度のそれぞれの分布に基づいて明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を測光評価値として生成するものである。すなわち、明側輝度と暗側輝度をなるべくうまく分離できるような境界輝度値を生成する。この境界輝度値生成部１５７によって生成された境界輝度値は、測光評価値として信号線１５９を介して出力される。
本発明の実施の形態では、境界輝度値を生成するために、以下のように判別分析手法を用いる。すなわち、ある輝度値Ｉが与えられたときに、それが暗側輝度群か明側輝度群のどちらに属するかの事後確率（posterior）が大きい方の群にその輝度値Ｉを振り分ける。どちらの群に属するかの確率変数をＧとして、暗側輝度群のときＧ＝０、明側輝度群のときＧ＝１とする。ここで、それぞれの群に属する事後確率の比率Λは、次式により与えられる。
Figure 0004264553
この比率Λの対数をとると、logΛ＜０であれば輝度値Ｉは暗側輝度群に、logΛ＞０であれば輝度値Ｉは明側輝度群に属すると判断することができる。logΛ＝０であれば輝度値Ｉは両群を分離する境界輝度上である。なお、この場合の対数の底は何れでもよく、常用対数や自然対数など適宜選択することができる。
ｐ（Ｉ｜Ｇ）は、暗側輝度群（Ｇ＝０の場合）と明側輝度群（Ｇ＝１の場合）の輝度分布を示す。ここで、判別分析を適用するため、ブロック平均画像におけるコントラスト領域から得られた暗側輝度群と明側輝度群の輝度軸上の分布は正規分布に従うものと仮定する。
ｐ（Ｇ）は、輝度値にかかわらずどちらの群に属するかの確率を示す。本発明の実施の形態においては、コントラスト領域の暗側輝度と明側輝度に注目しているため、両群に属するデータの数はほぼ同数であり、ｐ（Ｇ＝０）＝ｐ（Ｇ＝１）と考えても差し支えない。したがって、両群を分離する境界輝度値Ｉmに対して以下の方程式が得られる。
Figure 0004264553
但し、明側輝度の平均値をＥG=1、明側輝度の分散値をＶG=1、暗側輝度の平均値をＥG=0、暗側輝度の分散値をＶG=0としている。この式は、境界輝度値Ｉmについての２次方程式であるため、解が２つ存在する。これら両解のうち、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1の範囲にある方を選択することによって境界輝度値Ｉmが得られる。
なお、ここでは、判別分析の例として、２次判別分析を例に挙げて説明したが、これ以外にも、例えば線形判別やサポートベクターマシンなどを用いてもよい。例えば、線形判別の場合は上記方程式が以下のように簡略化される。なお、この式は境界輝度値Ｉm（但し、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1）に対する１次方程式となる。
Figure 0004264553
図５は、本発明の実施の形態における境界輝度値の生成例を示す図である。ここでは、コントラスト領域における明側輝度および暗側輝度の組が５組分表示されている。すなわち、第１組目の明側輝度５１１および暗側輝度５２１の組、第２組目の明側輝度５１２および暗側輝度５２２の組、第３組目の明側輝度５１３および暗側輝度５２３の組、第４組目の明側輝度５１４および暗側輝度５２４の組、および、第５組目の明側輝度５１５および暗側輝度５２５の組である。これらの組は、輝度分配部１５６において、輝度の最大値および最小値を示し、または、輝度の局所２次微分の符号によって分配された組である。
これらの組の分布を表したものがその上の分布グラフであり、明側輝度群５１０と暗側輝度群５２０である。この分布グラフは横方向が非線形変換された輝度（この図の例では輝度Ｌの対数）を示しており、右側ほど輝度が明るくなっている。また、上方向には各輝度の存在確率が示されており、上側ほど存在確率が高くなっている。
上述のように、方程式（数２）の解を求めることにより境界輝度値が得られる。この境界輝度値が、明側輝度群５１０と暗側輝度群５２０を分離する。
図６は、本発明の実施の形態における明側輝度群と暗側輝度群の生成例を示す図である。図６（ａ）は、非線形変換された輝度の明側輝度および暗側輝度を区別する前のヒストグラム例である。このような分布を示す画像に対して境界輝度値を求めることにより、同図（ｂ）および（ｃ）のような分布が得られる。すなわち、同図（ｂ）は非線形変換された輝度の明側輝度群のヒストグラム例であり、同図（ｃ）は非線形変換された輝度の暗側輝度群のヒストグラム例である。
なお、これらのヒストグラム例では、それぞれの存在確率の最大値によって正規化が行われている。
図７は、本発明の実施の形態におけるデジタルスチルカメラ１００の制御手順の一例を示す図である。まず、被写体からの入射光がレンズ１１１および絞り１１２などの光学系を通過してセンサ１１３において撮像されると（ステップＳ９０１）、アンプ１１４によって増幅された入力画像について、測光部１４０において測光処理が行われる（ステップＳ９１０）。そして、測光処理による計測結果に基づいて、測光評価部１５０において測光評価処理が行われる（ステップＳ９２０）。
測光評価処理による測光評価値が出力されると（ステップＳ９０２）、差分値算出部１８０は基準値設定部１７０によって設定された基準値との差分値を生成する（ステップＳ９０３）。制御部１９０は、生成された差分値に基づいて、ドライバ１２２、タイミング生成部１２３およびアンプ１１４などにおける制御信号を生成して動作制御を行う（ステップＳ９０４）。
図８は、本発明の実施の形態における測光処理（ステップＳ９１０）の処理手順の一例を示す図である。信号線１１９を介して入力画像が入力されると（ステップＳ９１１）、入力画像の各画素について以下の処理が行われる（ループＬ９９１）。ここで、入力画像の各画素を２次元座標（ｐ，ｑ）により表す。但し、ｐおよびｑはともに０以上の整数である。
まず、入力画素（ｐ，ｑ）の輝度が輝度算出部１４１によって算出される（ステップＳ９１２）。その算出された輝度は非線形変換部１４２によって非線形変換される（ステップＳ９１３）。
そして、ブロック平均生成部１４３において、入力画素（ｐ，ｑ）の属するブロックが判別されて（ステップＳ９１４）、その判別されたブロックの積分値を保持する変数に、入力画素（ｐ，ｑ）の非線形変換された輝度が加算される（ステップＳ９１５）。
ループＬ９９１において、全ての入力画素（ｐ，ｑ）について上述の処理が行われると、次に各ブロックについて以下の処理が行われる（ループＬ９９２）。すなわち、各ブロックの積分値をそのブロックの画素数で除算する処理が行われる（ステップＳ９１６）。これにより、その除算結果は各ブロックのブロック平均輝度としてブロック平均輝度画像メモリ１４４に保持される（ステップＳ９１７）。
図９は、本発明の実施の形態における測光評価処理（ステップＳ９２０）の処理手順の一例を示す図である。信号線１４９を介してブロック平均画像が入力されると（ステップＳ９２１）、コントラスト領域検出部１５１においてブロック平均画像についてコントラスト領域の検出処理が行われる（ステップＳ９３０）。また、コントラスト領域検出部１５１で検出されたコントラスト領域について、測光評価値生成部１５５において測光評価値の生成処理が行われる（ステップＳ９４０）。生成された測光評価値は信号線１５９を介して出力される（ステップＳ９２５）。
図１０は、本発明の実施の形態におけるコントラスト領域検出処理（ステップＳ９３０）の処理手順の一例を示す図である。信号線１４９を介してブロック平均画像が入力されると（ステップＳ９３１）、ブロック平均画像の各画素について以下の処理が行われる（ループＬ９９３）。ここで、ブロック平均画像の各画素を２次元座標（ｒ，ｓ）により表す。但し、ｒおよびｓはともに０以上の整数である。
まず、ブロック平均画像の画素（ｒ，ｓ）における輝度の局所コントラストが局所コントラスト算出部１５２によって算出される（ステップＳ９３２）。上述のように、この局所コントラストを算出するためには、例えば、ブロック平均画像における輝度の局所１次微分の絶対値または局所２次微分の絶対値を利用することができる。
そして、この生成された局所コントラストが閾値より大きければ（ステップＳ９３３）、その画素（ｒ，ｓ）がコントラスト領域に該当する旨を示すコントラスト領域情報が閾値判定部１５３によってコントラスト領域情報メモリ１５４に保持される（ステップＳ９３４）。このコントラスト領域情報は、信号線１５８を介して測光評価値生成部１５５の輝度分配部１５６に供給される。
図１１は、本発明の実施の形態における測光評価値生成処理（ステップＳ９４０）の処理手順の一例を示す図である。信号線１４９を介してブロック平均画像が入力され（ステップＳ９４１）、信号線１５８を介してコントラスト領域情報が入力されると（ステップＳ９４２）、輝度分配部１５６によって明側輝度または暗側輝度への輝度分配処理が行われる（ステップＳ９５０）。そして、これら明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて境界輝度値生成部１５７によって境界輝度値生成処理が行われる（ステップＳ９６０）。この境界輝度値生成処理によって生成された境界輝度値は、測光評価値として信号線１５９を介して出力される（ステップＳ９４５）。
図１２は、本発明の実施の形態における輝度分配処理（ステップＳ９５０）の処理手順の一例を示す図である。信号線１４９を介してブロック平均画像が入力され（ステップＳ９５１）、信号線１５８を介してコントラスト領域情報が入力されると（ステップＳ９５２）、ブロック平均画像の各画素について以下の処理が行われる（ループＬ９９５）。ここで、ブロック平均画像の各画素を２次元座標（ｒ，ｓ）により表す。但し、ｒおよびｓはともに０以上の整数である。
まず、ブロック平均画像の画素（ｒ，ｓ）がコントラスト領域内である旨をコントラスト領域情報が示していれば（ステップＳ９５３）、輝度分配部１５６によって画素（ｒ，ｓ）の輝度が明側輝度または暗側輝度に分配される。同図の例では、分配の基準として、輝度の局所２次微分の符号が用いられている。すなわち、画素（ｒ，ｓ）における輝度の局所２次微分が算出され（ステップＳ９５４）、その算出された局所２次微分が「０」より小さければ（ステップＳ９５５）、その局所２次微分の値が明側輝度として明側輝度群メモリ１９１に保持される（ステップＳ９５６）。一方、算出された局所２次微分が「０」より小さくなければ（ステップＳ９５５）、その局所２次微分の値が暗側輝度として暗側輝度群メモリ１９２に保持される（ステップＳ９５７）。
図１３は、本発明の実施の形態における境界輝度値生成処理（ステップＳ９６０）の処理手順の一例を示す図である。明側輝度群メモリ１９１および暗側輝度群メモリ１９２から明側輝度および暗側輝度が入力されると（ステップＳ９６１）、明側輝度の平均値ＥG=1が算出され（ステップＳ９６２）、明側輝度の分散値ＶG=1が算出される（ステップＳ９６３）。また、同様に、暗側輝度の平均値ＥG=0が算出され（ステップＳ９６４）、暗側輝度の分散値ＶG=0が算出される（ステップＳ９６５）。
そして、以下の境界輝度値Ｉmに関する２次方程式の解が算出される（ステップＳ９６６）。
Figure 0004264553
ここで、２次方程式であるため解は２つ存在するが、両解のうち、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1の範囲にある方が解として選択される（ステップＳ９６７）。この選択された解が、境界輝度値（すなわち、測光評価値）として信号線１５９を介して出力される（ステップＳ９６８）。
このように、本発明の実施の形態によれば、コントラスト領域検出部１５１によって検出されたコントラスト領域において、測光評価値生成部１５５によって各画素の輝度が明側輝度または暗側輝度に分配されて、これら明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて境界輝度値が測光評価値として生成される。この測光評価値は、差分値算出部１８０において基準値と比較され、制御部１９０における明るさ補正の動作制御に用いることができる。
なお、上述の実施の形態では、デジタルスチルカメラにおける明るさ補正に適用する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、以下のようにコンピュータシステムにおける出力画像の明るさ補正にも適用することができる。
図１４は、本発明の実施の形態におけるコンピュータシステム２００の一構成例を示す図である。このコンピュータシステム２００は、プロセッサ２１１と、メモリ２１２と、ディスプレイコントローラ２１３と、入出力インターフェース２１４とを含むコンピュータを備える。
プロセッサ２１１は、プログラムの実行や各装置の制御をおこなう演算装置である。メモリ２１２は、そのようなプログラムの実行や各装置の制御に必要な一時的データの格納場所である。
ディスプレイコントローラ２１３は、ディスプレイを接続するためのインターフェースであり、グラフィックスコントローラを内蔵する。このディスプレイコントローラ２１３には、ディスプレイ２２０が接続されている。ディスプレイ２２０は、コンピュータ２１０による出力画像を表示する表示装置であり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などにより実現される。
入出力インターフェース２１４は、周辺装置を接続するためのインターフェースであり、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コントローラなどを内蔵する。この入出力インターフェース２１４には、例えば、マウス２３０、キーボード２４０、記録媒体アクセス装置２５０、プリンタ２６０などが接続される。マウス２３０は、クリックやドラッグなどの操作によるユーザの指示を受け付けるものである。キーボード２４０は、文字キーや数字キーなどによるユーザの指示を受け付けるものである。記録媒体アクセス装置２５０は、挿入された記録媒体に対する書込みや読出しを行う装置である。プリンタ２６０は、コンピュータ２１０による出力画像を印刷する印刷装置である。
このようなコンピュータシステム２００において、記録媒体アクセス装置２５０に挿入された記録媒体に記録されている画像データを自動的に読み込み、適切な補正がなされた画像をプリンタ２６０において印刷する印刷システムを想定する。この印刷システムは、プロセッサ２１１上で動作するプログラムにより実現してもよく、また、ハードウェアにより制御してもよい。
図１５は、本発明の実施の形態における印刷システムによる表示例を示す図である。この表示例では、一番外側の枠５００は印刷システムによるＧＵＩ（Graphical User Interface）表示の範囲を表しており、通常これがディスプレイ２２０の画面全体に表示される。
枠５００の大部分を占める領域は、４×４のクリック可能な小窓５１０に区切られている。この小窓５１０は、記録媒体アクセス装置２５０によって記録媒体から読み出された画像のサムネイルを表示する領域である。記録媒体に記録されている画像の数が１６以下とは限らないため、サムネイル表示領域はスクロールバー５３１と２つのスクロールボタン５３２および５３３によってスクロール表示が可能になっている。
サムネイルの周囲に表示されている太枠５２１および５２２は、その画像が選択状態にあることをあらわすインジケータである。各サムネイルがクリックされると、その画像の選択または非選択の状態が切り替わる（トグルされる）ようになっている。画面右上隅のプリントボタン５５０は、クリックされることによって、現在選択状態にある画像の自動補正および印刷が開始されるようになっている。
図１６は、本発明の実施の形態における印刷システムの処理手順の一例を示す図である。記録媒体アクセス装置２５０に記録媒体が挿入されると、記録媒体から表示用の画像データが読み出され（ステップＳ８０１）、上述のＧＵＩ表示画面にサムネイル画像が並べて表示される（ステップＳ８０２）。その後、記録媒体アクセス装置２５０に記録媒体が挿入されている間、以下の処理が繰り返される（ループＬ８９６）。
ユーザによる操作入力が受け付けられると（ステップＳ８０３）、その操作入力の種類が判別される。もし、操作入力がサムネイルのクリック操作であれば（ステップＳ８０４）、該当する画像の現在の状態に応じてその画像の選択または非選択の状態が切り替わる（ステップＳ８０５）。すなわち、現在の状態が選択状態であれば選択状態が解除され（ステップＳ８０６）、または、現在の状態が選択状態でなければ選択状態に設定され（ステップＳ８０７）、今回の操作入力に対する動作を完了する。
もし、操作入力がスクロールバー５３１またはスクロールボタン５３２および５３３の操作であった場合には、サムネイル表示領域のスクロール動作を行い、今回の操作入力に対する動作を完了する。
もし、操作入力がプリントボタン５５０のクリック操作であった場合には、その時点で選択状態となっている全ての画像を対象画像として明るさ補正処理が施され（ステップＳ８７２）、その明るさ補正の施された画像がプリンタ２６０によって印刷される（ステップＳ８７３）。選択状態となっている全ての対象画像について印刷が完了すると（ループＬ８９７）、今回の操作入力に対する動作を完了する。
１回の操作入力に対する動作が完了した時点で、記録媒体アクセス装置２５０に記録媒体が挿入されているか否かが判定され、挿入されていれば上記処理が繰り返される。一方、１回の操作入力に対する動作が完了した時点で記録媒体が挿入されていないことが判明すると、一連の処理を終了する。
図１７は、本発明の実施の形態におけるコンピュータシステム２００の明るさ補正処理の機能構成例を示す図である。この明るさ補正処理は、信号線３０７乃至３０９により入力されたＲＧＢ画像の画素の赤色成分Ｒ、緑色成分Ｇおよび青色成分Ｂに明るさ補正を施して信号線３３７乃至３３９に出力するものである。この明るさ補正処理は、変換部３１０と、階調補正処理部３２０と、逆変換部３３０と、測光部３４０と、測光評価部３５０と、輝度域生成部３６１と、スプライン発生部３６２と、トーンカーブメモリ３６３と、γ_compパラメータメモリ３６４と、輝度生成部３７１と、非線形変換部３７２と、補間部３７７と、階調圧縮部３８０と、コントラスト補正部３９０の機能を備えている。
なお、本発明の実施の形態において説明する図１７の明るさ補正処理の構成は、本発明における必須の構成要件ではない。すなわち、先に説明した本発明の実施の形態における測光評価値算出方法に基づいて得られた測光評価値に相当する入力輝度値が中庸な出力輝度に変換されるように明るさ補正を行う明るさ補正処理の機能があれば、本発明を利用した明るさ補正を伴う画像表示が可能となる。図１７の構成例以外の構成で該当する明るさ補正処理としては、輝度スケーリング係数を制御する方法、輝度バイアス値を制御する方法、ガンマカーブのべき乗指数を測光評価値で制御する方法、または、それらの組み合わせが考えられる。これらの処理の詳細な内容については説明を省略する。
変換部３１０は、信号線３０７乃至３０９により入力されたＲＧＢ画像の各成分の画素値を非線形変換するものである。この変換部３１０は、非線形変換部３１１乃至３１３を備えており、それぞれ赤色成分Ｒ、緑色成分Ｇおよび青色成分Ｂの画素値を非線形変換して、信号線３１７乃至３１９に出力する。なお、ここで非線形変換として、例えば対数変換やガンマ補正などを適用することができる。
階調補正処理部３２０は、信号線３１７乃至３１９により入力された画素値（非線形変換されたＲＧＢ画像の画素値）の階調を補正（変換）するものである。この階調補正処理部３２０は、階調補正部３２１乃至３２３を備えており、それぞれ赤色成分Ｒ、緑色成分Ｇおよび青色成分Ｂの画素値の階調を補正して、信号線３２７乃至３２９に出力する。なお、この階調補正処理部３２０において用いられる、非線形変換された輝度値（信号線３７５）およびコントラスト補正された輝度値（信号線３９９）については後述する。
逆変換部３３０は、信号線３１７乃至３１９により入力された画素値（階調補正されたＲＧＢ画像の画素値）を非線形逆変換するものである。この逆変換部３３０は、非線形逆変換部３３１乃至３３３を備えており、それぞれ赤色成分Ｒ、緑色成分Ｇおよび青色成分Ｂの画素値を非線形逆変換して、信号線３３７乃至３３９に出力する。
測光部３４０は、図２により説明した測光部１４０と同様のものであり、信号線３０７乃至３０９により入力されたＲＧＢ画像の各成分の画素値について明るさの計測結果（すなわち、ブロック平均輝度画像）を信号線３４９に出力するものである。
測光評価部３５０は、図４により説明した測光評価部１５０と同様のものであり、信号線３４９を介して測光部３４０から供給された計測結果に基づいて、その画像信号の明るさを評価した測光評価値を生成して信号線３５９に出力するものである。
輝度域生成部３６１は、信号線３４９を介して測光部３４０から供給されたブロック平均輝度画像の輝度分布において、全体の画素数に占める所定の境界値以下の輝度の画素数の比率がほぼ所定の値（例えば、０．５）になる境界値である暗側裾野値Ｌdark (nl)、および、全体の画素数に占める所定の境界値以上の輝度の画素数の比率がほぼ所定の値（例えば、０．５）になる境界値である明側裾野値Ｌbright (nl)を算出する。なお、各値の右上に付された「（ｎｌ）」は、非線形変換された値であることを示すものである。
なお、測光評価部３５０および輝度域生成部３６１においては、輝度値の雑音レベルおよび飽和レベルを（図示しない）内部のメモリから読み出して、雑音レベル以下の輝度値および飽和レベル以上の輝度値を除去するようにしてもよい。
スプライン発生部３６２は、測光評価部３５０から信号線３５９によって供給された測光評価値を平均輝度値Ｌaverage (nl)として扱い、さらに輝度域生成部３６１から供給された暗側裾野値Ｌdark (nl)および明側裾野値Ｌbright (nl)を用いて、スプライン曲線を発生するものである。このスプライン曲線は階調圧縮のためのトーンカーブ（変換曲線）を表している。トーンカーブは、入力された画像が適切な明るさで再現されるよう画像の輝度分布に基づいて算出されるものである。このトーンカーブを表すルックアップテーブルはトーンカーブメモリ３６３に保持される。また、トーンカーブの形状（傾き）を表すγ_compパラメータがγ_compパラメータメモリ３６４に保持される。
輝度生成部３７１は、信号線３０７乃至３０９により入力されたＲＧＢ画像の各成分の画素値から、その画素位置に対応する輝度値Ｌを算出するものである。非線形変換部３７２は、輝度生成部３７１により生成された輝度値を非線形変換するものである。この非線形変換部３７２によって非線形変換された輝度値Ｌ(nl)からなる画像は信号線３７５を介して補間部３７７、階調圧縮部３８０および階調補正処理部３２０に供給される。
補間部３７７は、測光部３４０から供給されたブロック平均輝度画像を補間して、信号線３７５を介して非線形変換部３７２から供給された画像と同じ画素値になるように拡大するものである。この拡大された画像を構成する画素の輝度値は、信号線３７９を介して大局輝度値Ｌl (nl)として階調圧縮部３８０に供給される。すなわち、この大局輝度値は、非線形変換部３７２から供給された画像の低周波成分を有することになる。
階調圧縮部３８０は、輝度値Ｌ(nl)および大局輝度値Ｌl (nl)の階調を圧縮するものである。この階調圧縮部３８０は、２つのマッピング部３８１および３８２を備えている。マッピング部３８１は、トーンカーブメモリ３６３から読み出されたトーンカーブに基づいて、信号線３７５を介して供給された輝度値Ｌ(nl)の階調を圧縮して、圧縮輝度値Ｌc (nl)を生成するものである。マッピング部３８２は、トーンカーブメモリ３６３から読み出されたトーンカーブに基づいて、信号線３７９を介して供給された大局輝度値Ｌl (nl)の階調を圧縮して、圧縮大局輝度値Ｌcl (nl)を生成するものである。このようなトーンカーブに基づいた階調圧縮はトーンカーブ補正と呼ばれる。
コントラスト補正部３９０は、γ_compパラメータメモリ３６４に保持されたγ_compパラメータ、および、マッピング部３８２から供給された圧縮大局輝度値Ｌcl (nl)に基づいて、マッピング部３８１から供給された圧縮輝度値Ｌc (nl)からなる画像のコントラストを補正して、信号線３９９を介して輝度値Ｌu (nl)として出力するものである。
具体的には、コントラスト補正部３９０では、階調が圧縮された圧縮輝度値Ｌc (nl)および圧縮大局輝度値Ｌcl (nl)、および、ゲイン値ｇに基づいて、以下の式により、コントラスト補正された輝度値Ｌu (nl)が算出される。
Ｌu (nl)＝ｇ・（Ｌc (nl)−Ｌcl (nl)）＋Ｌc (nl)
但し、ゲイン値ｇは、γ_compパラメータに依存する値である。
なお、輝度値（Ｌc (nl)−Ｌcl (nl)）からなる画像は、輝度値Ｌc (nl)からなる画像から、輝度値Ｌc (nl)からなる画像のごく低周波域の成分からなる大局輝度画像を差し引いたものである。従って、輝度値Ｌu (nl)からなる画像は、輝度値Ｌc (nl)からなる画像のごく低周波域を除く周波数成分がゲイン値ｇにより強調された画像となる。
このコントラスト補正部３９０によってコントラストの補正が行われた輝度値Ｌu (nl)は、信号線３９９を介して階調補正部３２１乃至３２３に供給される。これにより、階調補正処理部３２０は、以下の式によって、信号線３１７乃至３１９から供給された画素値Ｒ(nl)、Ｇ(nl)、または、Ｂ(nl)の階調を補正して、画素値Ｒu (nl)、Ｇu (nl)、または、Ｂu (nl)を算出する。
Ｒu (nl)＝chromagain・(Ｒ(nl)−Ｌ(nl))＋Ｌu (nl)
Ｇu (nl)＝chromagain・(Ｇ(nl)−Ｌ(nl))＋Ｌu (nl)
Ｂu (nl)＝chromagain・(Ｂ(nl)−Ｌ(nl))＋Ｌu (nl)
但し、chromagainは、Ｒ、ＧおよびＢの各成分の彩度を調節するための所定の値の係数である。
すなわち、画素値Ｒu (nl)、Ｇu (nl)、または、Ｂu (nl)は、それぞれ画素値Ｒ(nl)、Ｇ(nl)、または、Ｂ(nl)からなる画像と階調変換前の輝度値Ｌ(nl)からなる画像との差分である差分画像の各画素値にchromagainを乗じ、さらに、コントラスト補正後の輝度値Ｌu (nl)からなる画像を加えた画像の画素値である。これにより、非線形変換されたＲＧＢ値に階調変換後の輝度値が反映される。
このようにして生成された画素値Ｒu (nl)、Ｇu (nl)、および、Ｂu (nl)は、それぞれ非線形逆変換部３３１乃至３３３において非線形逆変換され、信号線３３７乃至３３９に画素値Ｒu、Ｇu、または、Ｂuが出力される。
すなわち、図１７の例による明るさ補正処理は、入力画像の輝度を調べて算出したトーンカーブによるトーンカーブ補正処理と、それにより生じたコントラストの劣化を回復させるコントラスト補正処理とを組み合わせたものになる。
図１８は、本発明の実施の形態によるスプライン発生部３６２によって生成されるトーンカーブの一例を示す図である。このグラフの横軸方向は階調補正する前の入力輝度の非線形変換された値（例えば、対数値）を表し、縦軸方向はトーンカーブＣＬによる階調補正後の出力輝度の非線形変換された値（例えば、対数値）を表している。
スプライン発生部３６２において、９つのコントロールポイントＰ１乃至Ｐ９が設定される。そして、このスプライン発生部３６２では、コントロールポイントＰ１乃至Ｐ９の各ポイント間を補間する３次スプライン曲線上の座標が算出されて、トーンカーブＣＬのルックアップテーブルが生成される。
コントロールポイントＰ１は、入力輝度が所定の最小レベルとなり、出力輝度が所定の最小レベルＬbase (nl)となるポイントに設定される。コントロールポイントＰ２は、入力輝度がノイズレベルであるとみなすことができる輝度である所定のノイズレベルＬnoise (nl)となり、出力輝度が最小レベルＬbase (nl)となるポイントに設定される。コントロールポイントＰ３は、入力輝度がノイズレベルＬnoise (nl)の２倍の輝度値となり、出力輝度が最小レベルＬbase (nl)となるポイントに設定される。
コントロールポイントＰ４は、入力輝度が暗側裾野値Ｌdark (nl)となり、出力輝度がほぼ黒レベルの輝度値である輝度値Ｌankle (nl)となるポイントに設定される。コントロールポイントＰ５は、入力輝度が暗側裾野値Ｌdark (nl)の２倍の輝度値となり、出力輝度が輝度値Ｌankle (nl)の２倍の輝度値となるポイントに設定される。コントロールポイントＰ６は、入力輝度が入力輝度の平均レベル（平均輝度値）Ｌaverage (nl)となり、出力輝度が出力輝度の輝度範囲における所定のほぼ中間の中間輝度レベルＬmid (nl)となるポイントに設定される。コントロールポイントＰ７は、入力輝度が明側裾野値Ｌbright (nl)の２分の１の輝度値となり、出力輝度がほぼ白レベルの輝度値である輝度値Ｌshoulder (nl)の２分の１の輝度値となるポイントに設定される。コントロールポイントＰ８は、入力輝度が明側裾野値Ｌbright (nl)となり、出力輝度が輝度値Ｌshoulder (nl)となるポイントに設定される。コントロールポイントＰ９は、入力輝度が所定の入力輝度の最大値となり、出力輝度が所定の出力輝度の最大値となるポイントに設定される。
すなわち、コントロールポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ９については、入力画像と想定する出力デバイスのノイズレベル、飽和レベル、階調特性などによりあらかじめ固定値を与えてあり、入力画像の輝度分布によって変化することはない。コントロールポイントＰ４、Ｐ６、Ｐ８の縦軸方向の座標に関しては同様に固定であるが、横軸方向の座標は入力画像の輝度分布によって算出される。また、コントロールポイントＰ５およびＰ７の位置は、コントロールポイントＰ４、Ｐ６、Ｐ８の位置が入力画像により決定されると、従属的に決定されるものである。なお、このコントロールポイントＰ５およびＰ７を接続する線分の傾きが、γ_compパラメータメモリ３６４に保持されるγ_compパラメータである。
コントロールポイントＰ６は出力画像の中庸な明るさにマップされるため、再現される画像の明るさを決定する上で一番重要なコントロールポイントである。そこで、本発明の実施の形態では、測光評価部３５０によって生成された測光評価値をこのコントロールポイントＰ６の横軸方向の座標（平均輝度値）として用いることによって、より適切な明るさで画像が再現されるようにする。
図１９および２０は、本発明の実施の形態における印刷システムの明るさ補正処理の手順例を示す図である。この明るさ補正処理では、入力画像の全画像を２回スキャンする２パス構成で処理している。第１番目のパスは、測光評価を利用したブロック平均画像の生成およびトーンカーブの算出を行うものであり、図１９に示される。第２番目のパスは、ブロック平均画像およびトーンカーブに基づいて全画素の階調補正処理を行うものであり、図２０に示される。
この明るさ補正処理では、まず測光部３４０によって測光処理として対象画像の明るさの計測が行われ、ブロック平均輝度画像が生成される（ステップＳ８１０）。この測光処理における手順は図８において説明した測光処理（ステップＳ９１０）と同様である。
生成されたブロック平均輝度画像に基づき、測光評価部３５０によって測光評価処理として測光評価値が生成される（ステップＳ８２０）。この測光評価処理における手順は図９において説明した測光評価処理（ステップＳ９２０）と同様である。
また、輝度域生成部３６１では、ブロック平均輝度画像の輝度分布から輝度ヒストグラムの明側と暗側の裾野値が生成される（ステップＳ８７４）。
そして、スプライン発生部３６２において、測光評価部３５０から供給された測光評価値を平均輝度値Ｌaverage (nl)とし、輝度域生成部３６１から供給された明側と暗側の裾野値をそれぞれ明側裾野値Ｌbright (nl)および暗側裾野値Ｌdark (nl)として、トーンカーブが生成される（ステップＳ８７５）。生成されたトーンカーブを表すルックアップテーブルは、トーンカーブメモリ３６３に保持される。また、トーンカーブのコントロールポイントＰ５およびＰ７を接続する線分の傾きがγ_compパラメータとして生成される（ステップＳ８７６）。このγ_compパラメータは、γ_compパラメータメモリ３６４に保持される。
次に、入力された対象画像の各画素について以下の処理が行われる（ループＬ８９８）。ここで、対象画像の各画素を２次元座標（ｐ，ｑ）により表す。但し、ｐおよびｑはともに０以上の整数である。
まず、対象画像の該当する画素（ｐ，ｑ）のＲＧＢ値が入力されると（ステップＳ８８０）、輝度生成部３７１において画素（ｐ，ｑ）の輝度値Ｌが生成される（ステップＳ８８１）。この輝度値Ｌは、非線形変換部３７２において非線形変換されて輝度値Ｌ(nl)として出力される（ステップＳ８８２）。
そして、第１のパスで生成されたブロック平均輝度画像の補間処理が、非線形変換された輝度値Ｌ(nl)に基づいて補間部３７７によって行われ、画素（ｐ，ｑ）に対応する大局輝度値Ｌl (nl)として生成される（ステップＳ８８３）。
このようにして生成された画素（ｐ，ｑ）の輝度値Ｌ(nl)および大局輝度値Ｌl (nl)は、それぞれマッピング部３８１または３８２によって、トーンカーブに基づいたトーンカーブ補正（階調圧縮）が行われる（ステップＳ８８４）。その結果、圧縮輝度値Ｌc (nl)および圧縮大局輝度値Ｌcl (nl)が生成される。コントラスト補正部３９０では、圧縮大局輝度値Ｌcl (nl)およびγ_compパラメータに基づいて、圧縮輝度値Ｌc (nl)がコントラスト補正される（ステップＳ８８５）。このコントラスト補正後の輝度値Ｌu (nl)は、階調補正処理に用いられる。
一方、対象画像の該当する画素（ｐ，ｑ）のＲＧＢ値は、非線形変換部３１１乃至３１３によって非線形変換される（ステップＳ８８６）。非線形変換されたＲＧＢ値（Ｒ(nl)、Ｇ(nl)およびＢ(nl)）は、非線形変換された輝度値Ｌ(nl)およびコントラスト補正後の輝度値Ｌu (nl)に基づいて、階調補正部３２１乃至３２３によって階調補正される（ステップＳ８８６）。階調補正されたＲＧＢ値（Ｒu (nl)、Ｇu (nl)およびＢu (nl)）は、非線形逆変換部３３１乃至３３３によって非線形逆変換される（ステップＳ８８８）。これにより、非線形逆変換されたＲＧＢ値（Ｒu、ＧuおよびＢu）が出力される（ステップＳ８８９）。
これらの処理が全ての画素について行われると、対象画像に関する明るさ補正処理は終了する。
このように、本発明は、デジタルスチルカメラなどの撮像装置における明るさ補正だけでなく、コンピュータシステムにおける印刷の際の明るさ補正などにも広く適用することができる。
なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、以下に示すように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有するが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。
すなわち、請求項１および５において、コントラスト領域検出手段は例えばコントラスト領域検出部１５１に対応する。また、輝度分配手段は例えば輝度分配部１５６に対応する。また、境界輝度値生成手段は例えば境界輝度値生成部１５７に対応する。
また、請求項２および６において、非線形変換手段は例えば非線形変換部１４２に対応する。
また、請求項９および１０において、コントラスト領域検出手順は例えばステップＳ９３０に対応する。また、輝度分配手順は例えばステップＳ９５０に対応する。また、境界輝度値生成手順は例えばステップＳ９６０に対応する。


また、請求項２０および２４において、変換曲線算出手順は例えばステップＳ８７５に対応する。また、大局輝度算出手順は例えばステップＳ８８３に対応する。また、階調圧縮手順は例えばステップＳ８８４に対応する。また、コントラスト補正手順は例えばステップＳ８８５に対応する。
なお、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。
本発明の実施の形態におけるデジタルスチルカメラ１００の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における測光部１４０の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるブロック平均画像の生成例を示す図である。 本発明の実施の形態における測光評価部１５０の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における境界輝度値の生成例を示す図である。 本発明の実施の形態における明側輝度群と暗側輝度群の生成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるデジタルスチルカメラ１００の制御手順の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における測光処理の処理手順の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における測光評価処理の処理手順の一例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるコントラスト領域検出処理の処理手順の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における測光評価値生成処理の処理手順の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における輝度分配処理の処理手順の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における境界輝度値生成処理の処理手順の一例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるコンピュータシステム２００の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における印刷システムによる表示例を示す図である。 本発明の実施の形態における印刷システムの処理手順の一例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるコンピュータシステム２００の明るさ補正処理の機能構成例を示す図である。 本発明の実施の形態によるスプライン発生部３６２によって生成されるトーンカーブの一例を示す図である。 本発明の実施の形態における印刷システムの明るさ補正処理の前半の手順例を示す図である。 本発明の実施の形態における印刷システムの明るさ補正処理の後半の手順例を示す図である。
符号の説明
１００ デジタルスチルカメラ
１１１ レンズ
１１２ 絞り
１１３ センサ
１１４ アンプ
１２２ ドライバ
１２３ タイミング生成部
１３０ カメラ信号処理部
１４０、３４０ 測光部
１４１ 輝度算出部
１４２ 非線形変換部
１４３ ブロック平均生成部
１４４ ブロック平均輝度画像メモリ
１５０、３５０ 測光評価部
１５１ コントラスト領域検出部
１５２ 局所コントラスト算出部
１５３ 閾値判定部
１５４ コントラスト領域情報メモリ
１５５ 測光評価値生成部
１５６ 輝度分配部
１５７ 境界輝度値生成部
１６０ カメラ動作パラメータ
１７０ 基準値設定部
１８０ 差分値算出部
１９０ 制御部
１９１ 明側輝度群メモリ
１９２ 暗側輝度群メモリ
２００ コンピュータシステム
２１０ コンピュータ
２１１ プロセッサ
２１２ メモリ
２１３ ディスプレイコントローラ
２１４ 入出力インターフェース
２２０ ディスプレイ
２３０ マウス
２４０ キーボード
２５０ 記録媒体アクセス装置
２６０ プリンタ
３１０ 変換部
３１１〜３１３ 非線形変換部
３２０ 階調補正処理部
３２１〜３２３ 階調補正部
３３０ 逆変換部
３３１〜３３３ 非線形逆変換部
３６１ 輝度域生成部
３６２ スプライン発生部
３６３ トーンカーブメモリ
３６４ γ_compパラメータメモリ
３７１ 輝度生成部
３７２ 非線形変換部
３７７ 補間部
３８０ 階調圧縮部
３８１、３８２ マッピング部
３９０ コントラスト補正部

Claims (10)

  1. 複数の画素からなる入力画像信号における部分領域毎に前記入力画像信号の輝度である入力輝度に基づくコントラストを局所コントラストとして算出して、当該局所コントラストが所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するコントラスト領域検出手段と、
    前記コントラスト領域において前記入力輝度の明るい明側輝度と前記入力輝度の暗い暗側輝度に分配する輝度分配手段と、
    前記明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて前記明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を生成する境界輝度値生成手段と
    を具備し、
    前記境界輝度値生成手段は、前記明側輝度の平均値ＥG=1と、前記明側輝度の分散値ＶG=1と、前記暗側輝度の平均値ＥG=0と、前記暗側輝度の分散値ＶG=0とに基づいて方程式
    Figure 0004264553
    の解である境界輝度値Ｉm（但し、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1）を前記境界輝度値として生成する
    画像処理装置。
  2. 複数の画素からなる入力画像信号の各画素の輝度について非線形変換を行う非線形変換手段を具備し、
    前記非線形変換手段は、上に凸の単調増加関数に従って前記非線形変換を行う
    請求項１記載の画像処理装置。
  3. 前記非線形変換手段は、前記非線形変換として対数変換を行う請求項２記載の画像処理装置。
  4. 前記非線形変換手段は、前記非線形変換としてガンマ補正を行う請求項２記載の画像処理装置。
  5. 複数の画素からなる入力画像信号における部分領域毎に前記入力画像信号の輝度である入力輝度に基づくコントラストを局所コントラストとして算出して、当該局所コントラストが所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するコントラスト領域検出手段と、
    前記コントラスト領域において前記入力輝度の明るい明側輝度と前記入力輝度の暗い暗側輝度に分配する輝度分配手段と、
    前記明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて前記明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を生成する境界輝度値生成手段と
    を具備し、
    前記境界輝度値生成手段は、前記明側輝度の平均値ＥG=1と、前記明側輝度の分散値ＶG=1と、前記暗側輝度の平均値ＥG=0と、前記暗側輝度の分散値ＶG=0とに基づいて方程式
    Figure 0004264553
    の解である境界輝度値Ｉm（但し、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1）を前記境界輝度値として生成する
    画像処理装置。
  6. 複数の画素からなる入力画像信号の各画素の輝度について非線形変換を行う非線形変換手段を具備し、
    前記非線形変換手段は、上に凸の単調増加関数に従って前記非線形変換を行う
    請求項５記載の画像処理装置。
  7. 前記非線形変換手段は、前記非線形変換として対数変換を行う請求項６記載の画像処理装置。
  8. 前記非線形変換手段は、前記非線形変換としてガンマ補正を行う請求項６記載の画像処理装置。
  9. 複数の画素からなる入力画像信号における部分領域毎に前記入力画像信号の輝度である入力輝度に基づくコントラストを局所コントラストとして算出して、当該局所コントラストが所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するコントラスト領域検出手順と、
    前記コントラスト領域において前記入力輝度の明るい明側輝度と前記入力輝度の暗い暗側輝度に分配する輝度分配手順と、
    前記明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて前記明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を生成する境界輝度値生成手順と
    を具備し、
    前記境界輝度値生成手順において、前記明側輝度の平均値ＥG=1と、前記明側輝度の分散値ＶG=1と、前記暗側輝度の平均値ＥG=0と、前記暗側輝度の分散値ＶG=0とに基づいて方程式
    Figure 0004264553
    の解である境界輝度値Ｉm（但し、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1）を前記境界輝度値として生成する
    画像処理方法。
  10. 複数の画素からなる入力画像信号における部分領域毎に前記入力画像信号の輝度である入力輝度に基づくコントラストを局所コントラストとして算出して、当該局所コントラストが所定値より大きい部分領域をコントラスト領域として検出するコントラスト領域検出手順と、
    前記コントラスト領域において前記入力輝度の明るい明側輝度と前記入力輝度の暗い暗側輝度に分配する輝度分配手順と、
    前記明側輝度および暗側輝度の分布に基づいて前記明側輝度および暗側輝度の境界輝度値を生成する境界輝度値生成手順と
    を具備し、
    前記境界輝度値生成手順において、前記明側輝度の平均値ＥG=1と、前記明側輝度の分散値ＶG=1と、前記暗側輝度の平均値ＥG=0と、前記暗側輝度の分散値ＶG=0とに基づいて方程式
    Figure 0004264553
    の解である境界輝度値Ｉm（但し、ＥG=0＜Ｉm＜ＥG=1）を前記境界輝度値として生成する
    画像処理方法。
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